[울산=비즈니스포스트] "HD현대중공업과 HD현대삼호의 조선소 현장에서 운용하는 로봇이 2027년부터 기하급수적으로 늘어나 2030년에는 약 3000대에 달할 것입니다."

신상범 HD현대중공업 조선사업부 자동화혁신부 상무는 HD현대그룹의 조선소 자동화 계획과 관련해 로봇 운용 규모를 이같이 예상했다.

조선 산업에 로봇 자동화 바람이 불고 있다. 국내 조선업계가 인구 고령화와 청년 구직자 인식 변화 등으로 인력난을 겪는 가운데 인공지능(AI), 로봇 기술의 발달이 몰고온 변화다. 

HD현대중공업은 세계 조선 시장에서 중국과 경쟁에서 우위를 차지하기 위해선 생산시스템 혁신을 통한 원가경쟁력 확보가 반드시 필요하다고 판단, 생산 자동화의 효과를 즉각적으로 볼 수 있는 용접 공정을 중심으로 로봇을 빠르게 도입하고 있다.  

지난 5일 HD현대중공업 울산조선소를 찾았다. HD현대중공업 울산조선소 판넬 공장에서는 지난 2024년 완전 국산화에 성공한 ‘판넬 슬릿 용접 로봇’ 12기가 가동되고 있었다.

높이 약 1.6m인 판넬 슬릿 용접 로봇은 실제 용접 작업을 수행하는 ‘로봇팔’, 사전에 프로그래밍된 작업 명령을 입력할 수 있는 ‘제어단말기(티치펜던트)’, 바퀴가 장착된 하부 베이스 등으로 구성된다.

판넬 공장에서는 통상 용접 로봇 4~6기와 작업자 1명이 1개 조로 편성돼, 판넬 블록에 수직으로 맞닿은 보강재를 접합하는 ‘셀 용접’ 작업을 수행한다.

공장 내부에 들어서니 용접 로봇이 천장에 설치된 크레인에 매달린 채, 곳곳에 놓인 판넬 블록 사이를 오가는 모습이 눈에 띄었다.

로봇이 작업 위치에 도달하자 작업자가 로봇 상단부에 설치된 제어단말기에 작업 명령을 입력하자, 이내 로봇이 두 철판이 수직으로 맞닿은 용접 부위로 천천히 이동했다.

용접 부위에 근접하자 로봇팔이 움직여 토치(용접을 위한 불꽃이나 아크를 발생시키는 장치)를 로봇 하단부에 있는 노즐 절단기로 가져갔다. 직전 작업으로 토치에 남은 잔여 용접재를 제거함으로써 토치 수명을 연장하고 용접 품질을 높이기 위한 절차다.

이어 로봇팔이 용접 부위를 한 차례 훑고 지나갔다. 전기 신호를 쏴 용접 부위의 실제 위치를 측정하고, 사전에 입력된 프로그램과 오차를 실시간으로 보정하는 ‘터치 센싱’ 과정이다. 보정을 마친 로봇팔이 토치를 갖다대고 용접을 시작했다.

길이 60cm의 용접 부위를 접합하는 데 걸린 시간은 1분 남짓에 불과했다. 한쪽 단면의 용접을 마친 로봇은 스스로 반대편 단면으로 이동해 터치 센싱을 거쳐 이내 용접 작업을 했다. 작업을 마친 뒤에는 원래 자리로 돌아갔다.

로봇이 용접한 곳을 살펴보니 숙련공이 작업한 듯 균일하고 매끈한 ‘비드(용접 부위를 따라 형성된 흔적)’가 선명하게 형성돼 있었다.

HD현대중공업에 따르면 판넬 슬릿 용접 로봇 도입으로 기존 수동 용접과 캐리지 용접(자동 직선 용접) 작업과 비교해 1인당 생산성이 3배 이상 높다. 용접 품질의 편차도 줄어 재작업이 줄고, 품질 검사 부담이 크게 낮아졌다는 게 회사 측 설명이다.

HD현대중공업은 인력 투입 규모가 크고 작업 난이도와 위험성이 높은 용접 공정에 로봇을 적극 투입해 자동화 수준을 끌어올린다는 계획이다. 신 상무는 “선박 조립 전체 공정에서 용접이 차지하는 비중이 15~20%가량”이라며 “자동화로 생산성을 약 30% 개선하고, 원가를 10% 절감하는 것을 목표로 하고 있다”고 말했다.

현재 한국과 중국 조선업계의 원가 경쟁력은 10%가량 차이가 나지만, 성능·품질에서 한국 조선업이 우위에 있는 만큼 원가 경쟁력을 개선하면 40~50년 뒤에도 경쟁력을 유지할 수 있다는 게 그의 설명이다.

그는 "중국 조선업이 정부의 막대한 지원에 힘입어 그간 축적한 자동화 역량에서 한국보다 앞서 있었지만, 최근 피지컬 AI 도입을 계기로 승산이 생겼다"며 자신감을 드러냈다.

그는 “4~5년 전까지만 해도 자동화와 관련해 중국을 극복할 수 있을까 하는 의구심이 있었던 게 사실”이라며 “다만 최근 피지컬 AI 기술을 도입하면서, 핵심이라고 할 수 있는 작업자들의 노하우와 축적된 데이터 등의 장점을 HD현대가 보유하고 있는 만큼 충분히 해볼 만한 경쟁이 됐다고 판단한다”고 말했다.

이어 “정형화된 작업보다는 비정형화된 작업에 피지컬 AI를 접목해 얼마만큼의 자동화 설루션을 개발하느냐가 관건”이라며 “올해 연말쯤 이와 관련한 첫 번째 모델을 소개할 수 있을 것”이라고 했다.

현재 내업(강재 절단, 소조립 등 공장 내부에서 진행하는 전반부 공정)의 경우 현재 자동화 수준은 75%에 이른다. HD현대중공업은 이를 2030년까지 약 80~85%로 끌어올린다는 계획이다. 85%는 개별 로봇 설루션 간 작업 간섭이 발생하지 않는 범위에서 도달할 수 있는 최대 수준이라고 그는 설명했다.

앞으로 내업 공정의 용접 로봇 자동화 과제는 기존 역학 모델만으로 자동화하기 어려운 ‘취부(자재·부품을 작업 위치에 배치하고 가용접으로 임시 고정하는 작업)’ 공정 자동화가 꼽혔다.

그는 "공중에 매달린 고중량 자재·부품의 흔들림을 예측하고 정확한 위치에 고정하는 작업까지 자동으로 수행하려면 고도화된 예측 모델이 필요한 만큼, 이를 위해 엔비디아와 협력해 피지컬 AI 모델을 개발 중"이라고 말했다.

외업(대조립, 블록 용접, 도장)의 경우 현재 용접 자동화 수준은 15%에 그치지만, 향후 65%까지 끌어올릴 수 있을 것으로 그는 내다봤다.

그는 “실제 가로 20m, 세로 20m, 높이 6~8m의 블록을 도크로 옮긴 뒤 보면 약 5mm의 오차가 발생해 바로 자동 용접에 들어갈 수 없다”며 “이에 대응해 지난 7~8년간 가공 단계에서 철판의 길이·내각 등 형상이 얼마나 변할지 예측하는 모델을 개발하고 있다"고 말했다. 이어 "이를 2028년 ‘미케니컬 캐드(기계 부품·장비에 특화된 컴퓨터 지원 설계)’와 연동할 경우 블록 조립에서 자동화율을 높일 수 있을 것으로 보고 있다”고 말했다.

한편 용접 로봇 도입에 따른 현장 근로자들의 고용 불안 우려보다는 작업 환경 개선에 따른 직원  만족도가 더 높다고 그는 전했다.

그는 “로봇을 투입하는 첫 번째 목적은 이제 막 입사한 비숙련 인력이 안전하고 효율적으로 작업을 수행할 수 있도록 하는 것”이라며 “현재까지는 인력에 대한 변화는 거의 없다고 봐도 무방하다”고 말했다. 신재희 기자

[이 기사는 (재)바다의품과 (사)한국해양기자협회 지원을 받아 작성됐습니다.]