[인더스트리뉴스 최정훈 기자] 정부의 스마트공장 지원사업이 종착지에 가까워지면서 지능형공장으로 초점이 맞춰지고 있다. 인공지능, 빅데이터 등 디지털 기술이 주역이 되는 고도화된 제조 공정 수준의 지능형공장은 결국 데이터가 성패를 좌우한다. 이에 제조 현장 곳곳의 데이터를 수집하는 센서의 역할에 중요성이 더해지고 있다.

정확하고 빠르게 데이터를 수집하는 기능은 산업용 센서의 기본 요소이다. 이제는 모니터링, 분석 나아가 예지보전 기능도 수행하는 센서가 각광받을 전망이다.

진입장벽도 높은데다, 고객 맞춤형의 다품종 소량생산 구조이며, 수요기업 협력이 중요시 되는 센서 부문에서 대부분의 국내 중소기업이 두각을 나타내기 쉽지 않은 실정이다. [사진=utoimage]

더 똑똑해지는 스마트센서

센서란 빛, 전기, 열 등 물리량을 전기적 신호로 변환하는 소자 혹은 소자군으로 주변 정보를 수집하는 장비이다. 압력, 습도, 가스, 충격, 인체감지 센서 등 이 같은 센서 요소요소를 복수의 시스템으로 구현할 수도 있다. 생산 현장에서 올라오는 각종 데이터를 집결해 가시화하면 복합한 현장을 쉽게 이해할 수 있고, 전체 시스템의 흐름을 통제하면서 생산성과 제품의 품질을 높일 수 있다.

전통적으로 제조 현장에서 뼈가 굵은 엔지니어들은 자신들의 오감과 경험칙을 우선시해 왔다. 하지만 현장이 복잡다단해지면서 이는 한계에 봉착하고 있는 상황이다. 석유·가스, 화학·정제, 발전, 반도체 등 플랜트 공정 현장을 들여다보면 엔지니어가 직접 레벨을 감지하고 상태를 측정하지 못하는 개소가 태반이다. 

특히, 다양한 공정이 집약된 플랜트는 접근성이 떨어지는 현장에 대한 자동화, 원격 모니터링이 필수가 됐다. 

이탈리아 키바소 화력발전소는 비효율적인 전력 수급으로 수익성이 나빠져 2013년 가동을 중단했다. GE는 발전소 현장에 1만 여개 센서를 구축해 데이터를 수집해 분석하기 시작했고, 가동시간을 2.5배 늘리고 생산성을 높여 맥을 못 추던 발전소를 기사회생 시켰다.

플랜트 뿐 아니라 센서는 업종을 막론하고 제어 공정이 시스템화 된 제조 현장에서 감초역할을 톡톡히 하고 있다. 위험 개소의 설비 결함이나, 현장 작업자들에 의한 휴먼에러 라든지, 유지관리에 불필요하게 쓰이는 비용 등을 통제할 수 있다면 플랜트 운영비용을 낮추고 계속해서 최적의 생산성을 유지할 수 있다. 발견된 결함을 신속히 조치해 제조 공정 운영에 지장을 초래하는 불상사를 미연에 방지할 수 있는 것이다. 

반도체, 자동차, 조선, 기계 등 제조업 대부분이 고부가가치 제품과 생산성으로 경쟁이 격화된 작금의 시기를 돌파하려는 전략을 세우고 있다. 데이터가 경쟁력인 시대, 현장 데이터를 실시간으로 끌어오는 센서의 중요성은 두말할 나위가 없다. 최근 센서는 방진·방수·방폭 기능을 갖춰 항시 폭발 등 위험이 다분한 곳에서 작업자에 의한 직접적인 유지보수 점검 작업을 줄이고 전체적인 라이프사이클 비용을 줄일 수 있다. 제조업이 최소한의 비용 투자로 제조 공정을 고도화해야 하는 시점에서 이 스마트센서의 의존도는 더 커질 전망이다.  

이에 시장은 호조세가 짙다. 글로벌 시장조사 업체 ‘마켓앤마켓(Markets and Markets)’은 전세계 산업용 센서 시장이 2020년 145억 829만 달러(한화 약 17조 2,600억원)에서 연평균 성장률 9.23%로 2025년에는 225억 5,617만 달러(한화 약 26조 8,400억 원)에 이를 것으로 예상하고 있다. 마켓앤마켓은 전통적인 석유가스 생산·정제 프로젝트가 산업용 센서 시장을 견인할 것으로 봤다. 다만 노후화된 플랜트에는 센서를 부착하기가 쉽지 않고 표준화된 센서가 없다보니 적확한 위치에 적합한 센서를 구축하는데 시행착오가 불가피하다고 분석했다.

또한, 수집된 데이터 해석 등 이 과정에서 드는 비용이 더 많을 것으로 예상했다. 아울러, 전기차 시장이 크게 열리면서 산업용 센서 수요가 빠르게 늘 것으로 전망했다.  국내 시장도 우상향 곡선을 그릴 것으로 점쳐진다. <FA저널 스마트팩토리>가 국내 센서 시장을 조사한 결과 코로나 장기화로 기업 설비투자가 주춤하고, 성장세가 한풀 꺾였던 산업용 센서 시장이 2022년에는 이차전지, 물류, 반도체 시장 호황과 맞물려 반등세가 뚜렷하게 나타났다.

한국센서연구조합에 따르면 기술적으로 구현 가능한 센서의 종류가 350여 개로 나타났다. 센서는 기술력도 높은데다 수요처가 파편화되다 보니. 센서산업은 이 같은 다양한 종류의 센서를 라인업 할 수 있어야 한다. [사진=utoimage]

스마트센서, 지능형공장 구현의 첫발

산업용 센서는 천 원 단위에서 구입할 수 있는 근접센서에서 수 천만 원을 웃도는 IRST센서까지 종류와 가격이 천차만별이다. 

최근 센서는 반도체 및 MEMS(Micro Electro Mechanical System) 기술 도입으로 데이터처리, 자가진단, 의사결정, 통신 등 다재다능한 기능을 자랑하고 있다. 이 같이 지능화된 센서를 업계에서는 스마트센서라고 부른다. 

센서는 일단 정확성이 생명이다. 하지만 산업용 센서의 정확성은 결코 쉽지 않다. 24시간 생산 공정이 운영돼야 하는 데 그만큼 센서도 긴 사용시간 동안 열악한 고온 다습한 환경에서도 압력, 온도, 속도, 이미지 등 데이터를 수집하는 역할을 해줘야 한다.

또한, 반도체, 전자기기 등이 기술집약적으로 변모하면서 센서도 외형적으로 소형화, 지능화되고 있는 양상임이다. 광센서, 소형화 및 다양화로 광파이버센서를 이용한 온도, 압력 센싱 애플리케이션 등이 증가하고 있다. 

수집하는 데이터가 다양하고 제품 종류도 방대하고 이에 재료, 소자, 부품도 파편화돼 있어상업용 센서는 다품종 소량 비즈니스라는 인식이 지배적이다. 이에 다수의 센서를 복합적으로 활용해 제조 공정이 유사한 분야에 적용할 수 있도록 하는 시도가 일어난다.  

보쉬는 압력과 온도를 동시에 측정하는 환경콤보센서 BMP280을 개발한 이후 압력, 온도, 습도, 가스 기능이 통합된 BME680 센서를 출시했다. 또한, 요코가와는 진동과 표면온도를 동시에 측정할 수 있는 스시센서(Sushi Sensor) XS770A를 공급하고 있다. 

한편, 선도적인 산업용 센서 업체들은 측정 역할에 국한되지 않고 데이터 수집과 분석을 한 번에 처리하는 융복합 솔루션 개발에 열을 올리고 있다. 단순히 수치만 재서는 양품과 불량품을 구분하거나 생산량을 높일 수 없다. 이에 센서 데이터를 무선 통신(IIoT)을 통해 MES 등으로 전송하고 실시간 모니터링, 분석해 활용할 수 있도록 시스템을 마련한다는 복안이다. 센서 기업들은 각종 센서 기술과 더불어 고객들이 더 편리하게 사용할 수 있도록 센싱에서 제어, 클라우드 처리까지 엔드 투 엔드(end-to-end) 제공에 방점을 찍고 있다. 

또한 빼놓을 수 없는 점은 사용자편의성이다. 여기에는 무선통신이 관건이다. 안 그래도 장비, 설비 빼곡이 집약된 현장에 유선 통신을 또 구축하기 위해 상당한 수고가 불가피 하기 때문이다. 현재 공급되는 무선통신 기반 센서는 온습도 모니터링 에다가 별도의 공사 없이 설치가 용이하다. 

센서 공급업체 관계자는 “IO-Link 혹은 기타 통신 Base의 상태모니터링이 가능한 센서가 대세이다. 무인화 기술이 빠르게 진전하면서 이 같은 추세가 탄력을 받고 있다”고 밝혔다. 

선도적인 산업용 센서 업체들은 측정 역할에 국한되지 않고 데이터 수집과 분석을 한 번에 처리하는 융복합 솔루션 개발에 열을 올리고 있다. 단순히 수치만 재서는 양품과 불량품을 구분하거나 생산량을 높일 수 없다. [사진=utoimage]

기술력 향상에 주안점

4차 산업혁명을 주도할 핵심 부품으로 스마트센서가 부상하면서 우리나라도 시장 공략을 위한 정책 드라이브를 걸고 있다. 

정부는 데이터 경제의 실현과 디지털 뉴딜 촉진을 위해 핵심센서 기술을 확보하기 위해 2022년 ‘K-Sensor 기술개발 사업’을 본격 추진한다. 2028년까지 센서 경쟁력 강화를 위해 1,865억원이 투입된다. △모바일 △자동차 △바이오 △공공 등 4대 주요 분야의 수요 기반 기술개발과 성장 인프라 구축을 지원한다. 

특히 △유연소자 △통신용 SoC △에너지 관리 등 융복합 기술 발전에 대응하기 위해 기반기술 개발에 나선다. 또 센서 시제품 제작 및 신뢰성 평가를 지원하는 제조혁신 플랫폼을 확보하고, 첨단 MEMS 센서 제조에 필요한 MEMS 요소공정기술을 개발한다. 아울러 ‘K-Sensor Global 전담팀’을 구성해 해외마케팅도 지원한다. 센서 국제 전시회 참가 지원은 물론, 해외진출 희망지역을 대상으로 표준인증 기술 개발도 지원한다.

이처럼 야심찬 계획은 정립됐지만 현장에서는 갈 길이 멀다는 것이 업계의 전언이다. 시장은 이미 외산들이 자리를 틀고 빈틈을 내주지 않고 있다. <FA저널 스마트팩토리> 산업용 센서 시장조사에 따르면 국내 기업들의 외산 제품을 공급하거나 외산 부품을 단순 모듈화식으로 공급하는 이유는 수요기업의 신뢰도(41.7%), 기술력 부족(33.3%), 자본력 부족(33.3%) 등의 순으로 조사됐다. 

한국센서연구조합에 따르면 기술적으로 구현 가능한 센서의 종류가 350여 개로 나타났다. 센서는 기술력도 높은데다 수요처가 파편화되다 보니. 센서산업은 이 같은 다양한 종류의 센서를 라인업 할 수 있어야 한다. 

포스코경영연구원 센서 자료에 따르면 국내 센서업체들은 설계 역량을 보유하고 있지만 생산인프라 부실로 양산기회를 잃고, 제품 신뢰성 저하, 설계 경쟁력 하락의 악순환에 빠졌다고 진단했다. 수요기업과 공급기업이 같이 상생하는 국내 자동화 기기를 찾기 쉽지 않은데, 진입장벽도 높은데다, 고객 맞춤형의 다품종 소량생산 구조이며, 수요기업 협력이 중요시 되는 센서 부문에서 대부분의 중소기업이 두각을 나타내기 쉽지 않은 것이다. 

센서를 소비하는 국내기업은 대부분의 센서를 해외에서 구입할 수 있기 때문에 신뢰성이 부족한 국내 제품을 도입하겠다는 의지가 약하다. 수요업체 관계자는 “센서는 종류가 많은 만큼 표준화가 정립되지 않았다. 이에 수요기업과 협력이 중요한 분야이기도 하다. 심지어 스마트팩토리 솔루션 공급업체에서 센서 전문성이 떨어진다는 느낌을 받았다”며,“일반적인 기업들은 센서에 대한 이해도 달리지만, 선택에 폭, 적합성에 대해서도 무지한 경우가 많다. 센서구축 사례를 많이 볼 수 있는 홍보가 필요하다”고 언급했다.

<FA저널 스마트팩토리>조사결과 센서 솔루션 도입시 제품의 우선선택 기준은 제품의 성능과 안전성 41.1%, 제품의 호환성 33.3%, 유지보수 및 A/S네트워크 14.9%로 나타났다. 수요기업들은 센서가 불안정하거나, 불량 발생시 서비스 접수 처리 기간이 장기화되는 점을 지적하기도 했다. 

[최정훈 기자 (news@industrynews.co.kr)]

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