섬유소재산업의 ‘지속가능한 성장’, 고부가 융·복합 소재산업으로 패러다임 전환에 대응
‘산업용섬유 스마트 제직준비 시스템 개발’ 추진, 2년 6개월 걸쳐 국비 60.9억원 투입
섬유기계산업의 글로벌 패러다임이 의류용에서 고부가가치 융·복합 산업용 섬유 장비로 빠르게 전환되고 있는 가운데, 한국섬유기계융합연구원(원장 성하경, KOTMI)이 신산업용 첨단 섬유준비기 개발로 섬유산업 혁신에 나서 주목된다.
국내는 물론 글로벌 마켓에서 조선/자동차, 전기/전자, 토목/건축, IT 등 다양한 산업용 첨단·기능성 섬유소재들이 전·후방 연관산업과의 융·복합화 대응으로 수요 확대가 가파르게 진행되고 있다.
이에 따라, 신성장산업으로 주목되고 있는 특수용도 제직준비기의 핵심 부품 및 장비 개발과 디지털 트윈(Digital Twin) 기술 융합을 통한 섬유기계산업의 구조 고도화 요구가 높아지고 있다.
유럽 및 일본 등 해외 선진 섬유기계 메이커들은 산업용섬유 제직준비기의 핵심 요소기술을 기반으로 스마트화 기술을 융합, 신산업 분야의 부품 및 제품에 적용을 시도하고 있다.
국내 섬유산업계는 신수요 마켓을 겨냥한 융·복합 특수용도성 섬유소재산업으로의 전환을 통한 지속성장 기반 확보를 위해 노력하고 있다.
하지만, 관련 첨단 인프라 도입·구축에서 대부분을 해외수입에 의존하고 있으며, 이러한 특수용도분야 첨단설비의 해외 의존도는 더욱 확대되고 있다.
그동안 섬유 공정 스트림 간 긴밀한 연계를 바탕으로 섬유산업 발전의 견인차 역할을 수행해 온 국내 섬유기계산업.
미래 신수요사업으로의 전환 및 급변하는 글로벌 패러다임에서 지속가능한 성장의 주도권을 장악하기 위해서는 신산업용 첨단 섬유준비기 개발로 산업구조혁신이 시급한 상황이다.
산업통상자원부와 한국산업기술평가관리원(KEIT)은 2020년 10월부터 ‘산업용 섬유 스마트 제직준비 시스템 개발’ 사업을 기획·도출하는 한편, 2021년 7월, ‘기계장비산업기술개발사업–제조기반생산시스템’ 기술개발사업 평가를 통해 최종 선정됐다.
한국섬유기계융합연구원(KOTMI, www.kotmi.re.kr )이 총괄 주관하는 ‘산업용 섬유 스마트 제직준비 시스템 개발’에는 2년 6개월(2021.7~2023.12)에 걸쳐 국비 60.9억 원이 투입된다.
본 사업의 1세부로 직물 제직의 경사를 준비하는 핵심 장비인 ‘산업용 섬유 스마트 크릴 시스템 개발’은 ㈜이화에스알씨, 2세부의 ‘고효율 스마트 통경 시스템 개발’은 ㈜디에이치지가 각각 수행한다.
또, 수요기업으로 원창머티리얼(주), ㈜윈텍스, 일성기계공업(주)이 참여하는 등 성공적인 기술개발을 위해 긴밀한 협력이 강조되고 있다.
㈜이화에스알씨 - 예지보전·모니터링기술 구현 ‘스마트 크릴 시스템’ 개발
개별제어 시스템과 그룹 제어 시스템, 디지털 트윈 제어 기술개발 목표
▶1세부 주관을 담당하는 ㈜이화에스알씨는 개별 장력제어 및 그룹 장력제어 구동을 통한 정밀 장력제어와 디지털 트윈 기술이 접목된 예지보전 및 모니터링 기술이 구현되는 ‘스마트 크릴 시스템’을 개발한다.
크릴 시스템은 제직 및 정경 공정의 경사 공급을 위해 경사의 수만큼 수풀이 장착되는 장치로 수많은 원사 패키지를 배열시킬 수 있는 틀이다.
이 장치에는 장력을 조절하는 장력 조절 장치와 사절 자동 정지 장치, 정전기 제거 장치 등이 장착되어 있다.
스마트 크릴은 미국의 Mccoy社 및 독일의 Texmer社가 개발에 성공해 이미 상용화하고 있으며, 국내 개발 실적은 미미한 실정으로 선진 해외 기술에 의존하고 있다.
이번 산업용 섬유 스마트 크릴 시스템 개발사업에서는 개별제어 시스템과 그룹 제어 시스템, 디지털 트윈 제어 기술개발을 목표로 하고 있다.
완성 장치 및 시스템은 스프레드 탄소섬유직물 생산 및 양산과 연신 섬유직물 생산 현장 설치 등을 통해 실증 적용할 예정이다.
㈜디에이치지 - 고효율의 첨단 ‘스마트 통경시스템’ 개발
통경시스템 개발과 스마트 기술개발 및 최적화 기술 추진
▶2세부 주관을 수행하는 ㈜디에이치지는 비전 기반의 스마트 경사 분리장치 및 핵심 유닛 연동 제어 알고리즘이 적용된 고효율의 ‘스마트 통경시스템’을 개발한다.
제직기의 경사 빔(Beam)의 원사를 직물의 설계조건에 따라 종광(Heald)-바디(Reed)-드롭 와이더(Drop wire) 순서로 끼워주는 장치다.
스마트 통경시스템 또한 제직 효율 향상을 위해 필수적인 장비이지만 100% 수입에 의존하고 있다.
과거에는 Staubli社(스위스), ELM社(이탈리아), TEIJIN SEIKI社(일본) 등에서 다양한 제품이 공급됐으나, 국제적인 섬유 및 섬유기계 산업의 침체로 현재는 Staubli社만이 고가 정책을 펼치며, 관련 시장을 독점하고 있다.
이번 고효율 스마트 통경시스템 개발을 통해서는 통경시스템 개발과 스마트 기술개발 및 최적화기술 개발이 이뤄진다.
이를 통해 140본/min 이상 고속 통입을 위한 경사 분석 및 제어기술, 통경 시스템 핵심 유닛 설계 및 하드웨어 제조공정기술, 통경 시스템의 통합 연동제어 및 스마트 공정 관리 기술, 제직 및 제직준비공정 연계를 통한 공정 최적화 기술을 확립한다.
본 사업을 총괄 주관하고 있는 박시우 한국섬유기계융합연구원 기계장비연구본부장은 “사업추진을 통해 장비가 성공적으로 개발된다면 국내 섬유기계산업의 4차산업 기술 융합 원천기술 확보를 바탕으로 제조업 활력(포스트 코로나 대응)이 기대되며, 신산업용 섬유 제조 원천기술 확보로 국내 섬유기계산업의 인식변화 및 국제 경쟁력 높아질 것으로 전망된다”고 밝혔다.
박 본부장은 또 “최근 산업용 섬유 수요 급증에 따라 섬유기계 분야의 스마트화가 활발히 시도되고 있고 본 연구개발사업을 통해 국내 섬유산업의 노동인력 고령화 및 선진기술과의 격차 문제를 해소할 수 있을 것으로 기대된다”고 전했다.
한편, 국내 제직 준비 시스템은 제직기의 성력화·자동화·첨단화는 물론 고기능성을 갖는 다양한 섬유기초소재의 접목이 갈수록 확대되고 있다.
특히, 하이테크 기술이 접목·채택되고 있는 산업용 제직기의 비중 증가에 따라 관련 제직준비 공정기술의 동반성장은 필수적이다.
국내 제직 준비시스템 시장은 2015년 기준, 3,500억 원으로 추정되고 있으며, 2022년에는 약 5,779억 원으로 연평균 성장률 5.7%로 증가해 2028년에는 약 8천억 원에 이를 것으로 전망되고 있다.
또한 국내 섬유기계 생산액 중 70% 가량이 수출이 차지하고 있음에 따라 신수요시장 수출확대가 기대되고 있다.
이와 함께, 국내 산업용섬유 수요 규모는 물량 기준으로 2017년 213만 톤에서 2025년에 298만 톤으로, 금액 기준으로 78억 달러에서 110억 달러로 연평균 각각 4.3% 및 4.4%의 견실한 증가율을 기록할 전망이다.
세계 제직준비기 시장 또한 2022년 약 26.4억 달러에서 연평균 4.76% 성장해 2028년 34.89억 달러에 이를 것으로 파악되고 있는 등 관련 산업의 기술 자립화에 따른 시너지 효과가 전망된다.
무엇보다 이번 스마트 통경 및 크릴 시스템 연구개발사업 수행을 통해 해외 선진사가 독점하고 있는 스마트 통경 및 크릴 시스템의 수입대체 발판을 마련하게 된다.
또, 수작업으로 이루어지고 있는 통경 공정 및 크릴 장력 제어 작업은 산업재해에 크게 노출되어 있어 스마트 공장 레벨 2-3 수준의 제직 핵심 기기 개발로 작업자의 안전 환경개선이 기대된다.
비전 기반 경사 분리를 이용한 경사 제어와 장력 능동제어 등 4차산업 관련 기술의 고도화와 산업용 섬유산업 및 섬유기계산업 관련 핵심 기술력 확보로 스마트 섬유기계 전문 일자리 창출도 전망된다.
<김진일 기자>