용접은 로봇이, 숙련공은 품질로…韓 조선 3사 AI 혁신 현주소

|스마트투데이=박재형 기자| 국내 조선 3사의 로봇·인공지능(AI) 기반 생산혁신이 용접·배관 등 선박 건조 현장으로 확산하고 있다. 반복 작업을 로봇에 맡겨 생산성을 높이고, 숙련공은 고난도 작업과 품질관리에 집중하는 추세다. 설계·생산 정보를 연결하는 스마트야드 구축도 병행하고 있다. 다만 개별 공정의 자동화를 조선소 전체의 효율 개선으로 이어가려면 기존 작업장의 재배치와 설비 정착에 시간과 비용이 든다는 분석이 나온다.

12일 조선업계에 따르면 HD현대·한화오션·삼성중공업은 용접로봇과 생산공정 자동화 설비, 디지털 도면 등을 활용해 작업 방식을 바꾸고 있다. 조선업의 고질적 문제로 지적되는 숙련인력 부족에 대응하면서 생산량과 품질을 안정적으로 확보하려는 취지다.

정부도 지원에 나섰다. 산업통상부와 해양수산부가 지난달 출범시킨 조선 M.AX 얼라이언스는 2030년까지 민관합동으로 1조4000억원 이상을 투자하는 계획이다. 대형 조선소에서 개발·검증한 기술을 블록·배관·기자재 협력사로 확산해 공급망 전반의 AI 전환을 추진한다는 방침이다.

HD현대, 용접 생산성 개선…주간 설정하고 야간 로봇 운용

HD현대는 용접과 부품 제조 등 반복 작업에 로봇을 적용하고 있다. 회사 측 설명에 따르면 협동 용접로봇은 기존 수작업 대비 생산성이 약 40% 향상됐으며, 판넬슬릿 용접로봇은 생산성이 3배 이상 높아졌다.

선체 곡면을 만드는 작업에는 산업용 로봇과 갠트리 크레인을 활용한 곡 외판 자동 열간성형 기술을 적용했다. 선박 블록을 들어 올릴 때 사용하는 고리인 러그 제조에는 절단·조립·용접을 연결한 자율제조시스템을 도입했다. 여러 명이 수행하던 공정을 24시간 무인 생산 체계로 전환했으며, 회사는 연간 약 5억원의 비용 절감을 기대하고 있다.

작업자의 역할도 달라지고 있다. HD현대 관계자는 본지에 “작업자가 직접 수행하던 반복 용접을 로봇이 담당하고, 작업자는 로봇 세팅과 운영, 고난도 용접 및 품질관리 등에 집중한다”고 설명했다.

소조립 공정에서는 주간에 작업자가 로봇의 작업 조건을 설정하고, 야간에는 무인 또는 최소 인원으로 운용하는 방식으로 작업 체계가 바뀌고 있다. 숙련자의 용접 노하우를 공정 표준과 데이터로 축적해 경험이 적은 작업자도 일정 수준의 품질을 확보하도록 지원한다.

이러한 공정 자동화와 함께 추진하는 것이 미래 첨단 조선소 구축 프로젝트 ‘FOS(Future of Shipyard)’다.

HD현대는 2023년 FOS 1단계인 ‘눈에 보이는 조선소’ 구축을 마쳤다. 실제 조선소를 가상 공간에 구현한 ‘트윈포스’를 통해 건조공정과 주요 설비의 운영 상황을 실시간으로 확인하는 체계를 마련했다. 2030년까지 생산성을 30% 높이고 건조기간을 30% 단축하는 것이 목표다.

한편 지역 조선·기자재 업체로 기술을 확산하는 투자도 추진한다. HD현대삼호와 대아산업은 지난달 총 4000억원을 투자해 영암군 대불자유무역지역에 AI 조선소 등대공장을 구축하는 업무협약을 체결했다.

한화오션, 좁은 선체에도 용접로봇…종이 도면은 태블릿으로

한화오션은 빅데이터를 기반으로 거제사업장 내 조직과 생산 정보를 연결하는 지능형 스마트야드 구축을 추진하고 있다.

이 회사 관계자에 따르면 자체 개발한 갠트리형 용접로봇 시스템으로 소부재의 배치와 위치 고정, 용접 공정을 자동화하고 있다. 공정별 작업량의 균형을 맞춰 전체 생산 흐름을 개선하는 작업도 병행한다.

이를 토대로 소부재(부품) 공장과 조립 공장의 소조립 자동화를 확대하고 무인화를 추진한다. 실제 현장에 로봇을 설치하기 전에는 가상 공간에서 작업 대상을 반영한 모의 작업을 수행해 운용 과정에서 발생할 수 있는 위험을 점검한다.

협소한 선체 내부에는 소형·경량 용접로봇을 적용했다. 한화오션 관계자는 “작업자가 직접 운반할 수 있으며 맨홀도 통과할 수 있는 소형·경량의 고기능 용접로봇을 독자적으로 개발해 생산 현장에 적용하고 있다”고 밝혔다. 이중선체의 좁거나 밀폐된 구역에서도 용접할 수 있도록 설계해 작업 안전성과 생산성을 높였다는 설명이다.

현장 도면도 디지털로 전환하고 있다. 한화오션은 태블릿과 모바일 생산도면 조회 앱을 도입해 매년 약 1000만장에 달하던 종이 도면을 디지털로 대체하고 있다. 작업자가 최신 도면을 확인하도록 하고, 2025년부터는 배관 서포트와 스풀 제작에도 적용 범위를 넓혀 완제품 형상을 태블릿에서 확인할 수 있게 했다.

삼성重, 배관 제작 자동화로 품질 편차 축소

삼성중공업은 지난 3월 경남 함안 칠서공단에서 배관 스풀 제작 자동화 공장 ‘파이프 로보팹’을 가동했다. 스풀은 배관 부품을 용접·조립한 단위로, 이 공장은 연간 약 10만개를 생산할 수 있는 능력을 갖췄다.

배관 설계부터 자동 물류, 고정밀 가공·계측, 정렬, 용접까지 이어지는 과정을 스마트 관리 시스템으로 통합하고 비전 AI를 결합했다. 설계·구매·생산 정보를 연결하는 엔지니어링 데이터 허브를 기반으로 스마트 조선소 전환도 추진하고 있다.

삼성중공업 관계자는 “인력 대체보다는 품질 편차를 최소화했다는 효과가 지금은 더 크다”고 말했다. 반복 작업의 기계화로 생산성을 높이는 동시에 작업자에 따라 달라지던 용접 품질을 균일하게 만드는 효과를 보고 있다는 설명이다.

계속해서 그는 설계 업무에서도 저경력자의 역량을 보완하면서 숙련자는 고난도 작업과 공정관리에 더 집중할 수 있게 됐다고 강조했다.

사람의 역할은 남는다…설비 정착·현장 협의가 관건

전문가들은 국내 조선사의 스마트야드 구축 수준을 높게 평가하면서도 자동화만으로 인력 부족을 완전히 해결하기는 어렵다고 봤다.

이은창 산업연구원 연구위원은 “우리나라 조선사는 세계적인 수준의 스마트야드를 구축하고 있다고 생각한다”면서도 “조선업은 인력이 필요한 분야가 많아서 로봇이나 자동화는 제한적일 수밖에 없다”고 말했다.

선행공정을 자동화하더라도 후행공정에는 여전히 많은 인력이 필요하고, 자동화 설비를 운영하는 오퍼레이터(작업자)도 필요하다는 설명이다.

양종서 서울대 조선해양공학과 객원교수도 구조물 형상이 복잡한 곳은 자동화 장비가 접근하기 어렵고, 로봇을 도입해도 사람이 작업을 감시하며 품질 결함을 확인해야 한다고 지적했다.

양 교수는 자동용접 등 기존 자동화 기술에 디지털 기술과 AI가 더해지는 현재 상황을 “정착을 위해 노력하고 있는 단계”라고 평가했다.

기존 조선소의 공간도 제약이다. 양종서 교수는 사람의 동선과 작업 편의를 고려해 조성한 공간에 로봇을 들이려면 설비 배치와 작업 흐름을 다시 설계해야 한다고 설명했다. 조선소마다 배치와 공법이 달라 시행착오를 거쳐야 하며, 안정화 전에는 오히려 비용이 늘어날 수 있다는 것이다.

현장과의 협의도 필요하다. 이은창 연구위원은 AI 적용을 위한 머신비전과 디지털 전환을 위한 작업량 측정이 중요하다며, 노조와 협의해야 하는 영역이 있어 실제 현장 적용에 어려움이 있을 수 있다고 설명했다.

이어 로봇·자동화 설비의 투자비 부담이 큰 만큼 정부의 M.AX 얼라이언스 지원과 기업의 지속적인 투자가 기술개발을 뒷받침하는 역할을 할 것이라고 전망했다.