| 박찬석의 물류時論(115) / 물류로봇의 진화와 방향성(1/3) | |||
 
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물류로봇의 진화와 방향성(1/3) ①로봇의 개요와 등장 배경 로봇산업 개요와 분류 ■ 로봇의 어원1)
로봇(Robot)이란 용어는 체코슬로바키아의 소설가 차페크(Karel Capek)가 1921년 발간한 ‘R.U.R(Rossum’s Universal Robots)’이라는 희곡에서 처음으로 사용되었다. 로봇의 어원이 체코어의 노동을 의미하는 단어 ‘로보타(Robota)’인 만큼, 로봇의 역할은 인간의 노동을 대신 수행하는데서 찾을 수 있다. ■ 로봇의 3원칙 로봇의 3원칙(Three Laws of Robotics)은 아이작 아시모프가 1950년에 발간한 SF 저서 <아이 로봇>에서 로봇의 행동을 규제하는 3가지 원칙을 제안한 로봇의 작동 원리이며, 현재는 로봇을 연구하고 설계하는 과학자가 준수해야 하는 윤리·도덕적 원칙으로 받아들여지고 있다. 아시모프는 그의 소설에서 다음과 같은 로봇공학의 3원칙 (three ‘Laws of Robotics’)을 설정했다가 나중에 제로법칙(zeroth law)을 추가했다. Law 0. 로봇은 인간성을 다치게 하거나, 게으름으로 인하여 인간성에 해가 되어 돌아와서도 안 된다(A robot may not injure humanity, or, through inaction, allow humanity to come to harm). Law 1. 위의 법칙을 위반하지 않는 한 로봇은 인간을 다치게 해서는 안되고, 게으름으로 인하여 인간에게 해가 되어 돌아와서도 안된다(A robot may not injure a human being, or, through inaction, allow a human being to come to harm, unless this would violate a higher order law). Law 2. 첫번째 법칙과 상충되는 명령을 제외하고는, 로봇은 인간에 의해 주어진 명령에 복종해야 한다(A robot must obey orders given it by human beings, except where such orders would conflict with a higher order law). Law 3. 로봇은 첫째 법칙과 둘째 법칙에 상충되지 않는 한도 내에서, 그 자신의 존재를 보호할 수 있다(A robot must protect its own existence as long as such protection does not conflict with a higher order law). ■ 로봇산업의 분류
(정의) 외부환경을 스스로 인식(Sense)하고, 상황을 판단(Think)하여 자율적으로 동작(Act)하는 기계장치(지능형 로봇 개발 및 보급 촉진법 제 2조 제 1호) 광의의 로봇은 자율주행차, 드론, AI 스피커 등을 포함하나, 협의의 로봇은 산업용 로봇과 서비스용 로봇만을 포함한다. ※ 광의의 로봇은 로봇기술의 융합을 통해 타 분야의 로봇화로 파생되는 산업(자율주행차 등)을 포함한다. 국제로봇협회(International Federation of Robotics, IFR)는 협의의 로봇만을 커버하고 있으며 로봇을 용도에 따라 산업용 로봇과 서비스 로봇으로 분류하며, ①소프트웨어(bots2), AI, RPA3 ②원격조정 드론, 무인항공기(UAV), 무인지상차량(UGV), 무인잠수정(UUV) ③자율주행차 ④ATM, 스마트세탁기 등을 제외한다. 산업용 로봇(Industrial Robot)이 국제적으로 사용되나, 우리나라는 제조 로봇으로도 불리고 있다. 한국의 로봇분류도 국제로봇연맹의 분류와 유사하다. ①제조업용 로봇 ②전문 서비스용 로봇 ③개인 서비스용 로봇 ④로봇부품 및 소프트웨어를 로봇산업 주요 4대 분야로 지칭한다. 제3차 로봇산업 특수분류 개정하며 ⑤로봇시스템 ⑥로봇임베디드 ⑦로봇서비스 같은 분야도 포함되어 로봇산업 주요 7대 분야로 구분한다. 로봇의 등장을 요구하는 경제·사회적 토양2) ■ 국가간의 갈등으로 분업 구조 와해, Reshoring 로봇관련 기술이 대단한 속도로 진보하고 있는 것은 맞지만, 여전히 높은 가격 대비 시킬 일이 제한되고 인간에 비해서 부족한 능력 때문에 경제성이 없는 것이 현실이다. 그럼에도 점점 더 로봇이 필요한 세상이 되어가고 있다는 점은 부인할 수 없다. 경제, 사회, 문화적인 필요성에 의해 로봇의 고도화를 요구하는 목소리가 앞으로도 계속 커질 수밖에 없다. 최근 공급망 이슈가 부각되는 것도 글로벌 Supply Chain이 재편되는 과정에서 나타난 현상이라 본다. 여기에 이번에 발생한 러시아-우크라이나 전쟁은 이러한 탈세계화 움직임을 더욱 가속화시켰다. 미국은 해외 진출한 자국기업의 소환을 의미하는 Reshoring 정책을 강화하고, 미국산 제품의 정의를 일정 수준의 자국부품 사용여부로 결정하고 있다. 해외에 나갔던 다국적 기업의 80%가 리쇼어링 정책에 따르겠다는 응답을 보이고 있다. 대규모 다국적기업이 이동하면 공급망 역시 따라 움직일 수밖에 없다. 이러한 정책적 변화에 저임금 구조에 익숙했던 기업들은 다시 본국으로 유턴해 고임금을 감당해야 할 처지다. 이에 많은 기업들은 ABC(AI+Big data+Cloud)를 근간으로, 디지털 트윈과 로봇이 투입되는 Smart Factory에 대해 고민하고 있다. 인건비를 크게 낮추되 생산성과 품질은 비약적으로 높이는 효율적인 대안이 될 수 있기 때문이다. 특히 한번 설치하면 변경하기 힘든 ‘장치’ 위주의 공장에서, 유연하게 라인을 변경할 수 있는 ‘장비’ 위주의 스마트팩토리로 전환하는 것에 많은 관심을 기울이고 있다. 스마트팩토리는 AGV, AMR을 비롯한 이동로봇부터 협동로봇, 다양한 산업용 로봇이 대거 투입되는 로봇 본위의 공장이다. ■ 팬데믹 상황으로 인한 비대면 상황 유례없는 코로나19 팬데믹은 예외없이 모든 세상에 사람과 사람이 만나는 대면의 상황을 피하도록 강요했다. 이로 인해 대규모 인력이 모여 작업해야 하는 제조공장은 가동률이 크게 급감하는 상황을 맞아야만 했다. 어쩔 수 없이 전개된 강력한 거리두기와 락다운(Lock-down)은 그나마 사무직에선 재택근무로 극복했다지만, 생산직에겐 별다른 대안이 없었다. 이는 생산라인을 가진 제조업 뿐 아니라, 물류를 담당하는 물류회사에서도 마찬가지였다. 제한된 공간에 작업자들의 밀도가 높다보니 생산을 강행한 작업장에서 확진자들이 대거 발생했다. 지역별로 격차를 두고 발생한 팬데믹으로 인해 글로벌 공급망은 서로가 서로에게 영향을 끼쳤다. 부품의 부족으로 완성품이 생산될 수 없거나, 부품은 만들어졌지만 완성품 라인이 멈추는 등 서로에게 막대한 피해를 끼쳤다. 계속되는 변이 바이러스로 인해 언제 끝날지 기약없이 진행된 각국의 락다운은 대부분 기업의 전략적 불확실성으로 다가왔고, 2년 이상 지속된 팬데믹으로 인해 구체적 대안을 강구하게 만들었다. 소극적으로는 사람과 사람 사이에 협동로봇을 투입해 물리적 거리를 확보하게 하던지, 로봇 투입을 통한 스마트팩토리로의 전환을 모색하게 된 것이다. ■ Gig Worker 운영의 어려움 팬데믹이 전개되기 전까지 공유경제, 긱경제는 전통 경제학을 뒤흔드는 새로운 트렌드였다. 특히 긱경제는 인력의 수요-공급상황에 맞춰 유연하게 변화되는 특성으로 인해 사용자들에게 각광을 받았다. 긱경제에서 활동하는 긱 워커는 독립계약자(Independent Contractor), 플랫폼 노동자, 임시직 노동자(Temporary worker) 등을 모두 포함하는 개념이다. 하지만 팬데믹으로 이전과는 다른 양상이 전개되는데, 화이트컬러는 재택근무 트렌드와 맞물리며 긱 워커로의 전향이 증가했지만, 블루컬러는 노조 결성 움직임과 복지 결핍 문제가 불거지며 사용자에게 매력적인 구인창구로의 역할을 하지 못하게 된다. 사회보험의 안전망이 있는 정규직에 비해 긱 워커들의 불안감이 커졌고, 이들 간의 격차가 크게 발생하기 시작한 것이다. 이에 각국에서는 긱 워커들의 사회보험 접근권한을 확대할 것을 요구하고 있다. 긱경제의 강점이었던 수요-공급에 유연하고 탄력적인 대처가 어려워진 것이다. 결국 블루컬러 영역은 앞서 언급한 로봇으로의 대체가 활발하게 논의되기 시작한다. ■ 고령화와 구인난, 인건비의 고공행진
팬데믹이 일부 지역을 제외하고 엔데믹으로 전개되며 정상적인 경제활동이 재개됨에도 불구하고 인력난이 심하다. 저임금-고임금 일자리를 가리지 않고 나타나는 현상이다. 미국의 구인난은 상당 기간 지속될 것으로 전망된다. 미국 전체 실업률이 3.6% 정도로 사실상 완전고용 상황일뿐 아니라 일부 주에서는 1%대 실업률을 기록하고 있다. 미국내 17개 주가 완전고용 상태이다. 이는 미국만의 문제가 아니다. 영국의 2022년 현재 산업별 구인난을 보면 천명당 빈 일자리가 평균적으로 4.3명에 달할 정도다. 처음에는 숙박 및 음식점업을 비롯한 저임금 대면 서비스직종에서 인력난이 문제가 되었으나, 현재는 대부분 일자리에서 같은 현상이 나타나고 있다. 이러한 각국의 인력난은 자연히 사업주들로 하여금 로봇의 필요를 깨닫게 하고 있다. 인건비 상승 대비 로봇가격 하락 속도는 빨라져 보급이 확대될 전망이다. ■ 로봇의 가격이 하락한다.
기술의 발전은 필연적으로 로봇가격을 하락시킨다. 로봇의 하드웨어를 구성하는 모터, 배터리, 감속기, 센서 등의 가격이 하락하고 있다. 또한 ROS(Robot Operating System) 같은 운영체계가 오픈소스로 공급되며, 실내 이동에 관한 맵핑기술, 판단에 필요한 AI가 부분적으로 완성되어 가는 등 로봇을 둘러싼 기술에 대한 가격 접근성이 높아지고 있다. 이는 앞서 언급한 노무비, 인건비의 상승과 정확히 반대의 궤적이다. 보다 창의적인 업무에 비용이 높은 사람의 재능을 사용하고, 단순 반복이나 지루하고 위험한 업무에 로봇을 투입하지 않으면 높은 생산성을 보장받을 수 없는 시대가 올 것이다. 이는 공장내 산업용 로봇 뿐 아니라 일반 영역에서의 서비스로봇까지 다양한 영역에서 나타날 변화라 생각된다. 로봇의 발전과정과 역사 ■ 로봇산업의 발전 과정3)
로봇은 사람의 명령 또는 현장 제어에 따라 수동적, 반복적 작업을 수행했으나, ICT 기술 발전과 융복합화로 능동적 작업 수행이 가능한 지능형 로봇으로 발전하고 있다. (Robotics 1.0) 1960~1980년대는 로봇 도입 초기 단계로 로봇은 프로그램된 기계 장치에 머물렀으며 로봇 연구테마는 모터와 관련 컨트롤러 개발에 집중됨 ※자동차산업을 시작으로 대규모 제조업에 로봇이 도입되기 시작했으며, 로봇은 사람과 격리된 공간에서 반복적이고 위험한 업무를 수행 (Robotics 2.0) 1990~2000년대는 로봇의 Transforming 단계로 로봇의 산업 및 상업적 사용이 확대되었으며, 로봇 연구테마는 Automation(자동화)에 집중됨 ※로봇의 환경 인지능력 제고를 위해 다양한 센서 연구가 증가했으며, 원격조정 로봇도 주요 연구 주제로 부상 - 일본 혼다가 인간의 신체와 유사한 모습을 갖춘 이족 보행 휴머노이드 로봇을 발표 (Robotics 3.0) 2010~2020년대는 로봇의 Digitalization(딥러닝 등)에 연구가 집중되었으며, 로봇과 사람이 동일 공간에서 작업 가능한 협동로봇이 등장 (Robotics 4.0) 2020년대초 부터는 로봇의 대중화 단계로 AIoT(사물지능융합 기술), 클라우드 로보틱스 등으로 로봇의 고도화 전망 ■ 로봇의 역사 로봇은 1970년대 생산 제조 현장에서 본격적으로 적용된 이후, 다양한 산업군으로 활용도가 높아지는 추세에 있다. 【1959년: 최초의 산업용 로봇 유니메이트 개발】  첫 산업용 로봇 유니메이트(Unimate)는 로봇 공학의 아버지로 불리는 미국의 발명가 George Devol과 엔지니어인 Joseph Engelberger가 1959년 개발하였다. 펄프 잡지의 과학 소설과 아시모프의 로봇 이야기에 심취했던 드볼과 엥겔버거는 인간에게 위험한 작업을 대신 수행하는데 사용할 수 있는 방법을 고안하여, 1962년 세계 최초의 로봇 제조회사인 유니메이션(Unimation; UNIversal auto MATION)을 코네티컷주에 설립하였다. 첫 산업용 로봇의 무게는 2톤이었고, 자기드럼(Magnetic Drum)의 프로그램에 의해 제어, 유압식 액츄에이터를 사용하였다. 【1961년: GM에 최초의 산업용 로봇이 설치】  세계 최초의 산업용 로봇 유니메이트는 1961년 GM의 뉴저지주 트렌턴(Trenton, NJ) 테른스테트(Ternstedt) 공장 생산라인에 첫 적용되었다. 문과 창문 손잡이, 기어 변속 노브, 조명 설비 등 인테리어를 위한 기타 하드웨어 생산에 적용되었다. 유니메이션은 구동방식이 유압시스템에서 전기 모터로 변화되는 시기에 적응이 늦어지며 1984년 웨스팅하우스에 1억 700만달러에 매각되었다. 【1969년: GM은 최초로 스폿용접 로봇을 설치】  GM의 로즈타운 공장(Lordstown Assembly Plant)에 첫 스폿용접(spot- welding) 로봇이 설치되었다. 유니메이션 로봇은 생산성을 높이고, 차체 용접 공정 자동화를 90% 이상으로 올려놓았다.(이전에는 20~40%에 불과) 【1971년: 다임러벤츠에 첫 유압작동 로봇 적용】  다임러벤츠의 진델핑엔(Sindelfingen) 공장에 유압 작동 로봇을 사용한 첫 생산 라인이 설치되었다. 또한 다임러벤츠는 유럽 최초 KUKA 로봇으로 용접 트랜스퍼 라인을 구축하였다. 【1973년: KUKA, 6개 전기기계 구동 축을 가진 로봇 개발】  독일 KUKA는 유니메이트 로봇을 사용하는 것에서 그들 자신의 로봇 개발로 발전시켰다. KUKA의 Famulus 로봇은 6개의 전기기계 구동축을 가진 최초 로봇이다. 자료: IFR(국제로봇연맹), IBK투자증권 【1974년: 최초의 마이크로프로세서 제어 산업용 로봇】  ASEA(1988년 스웨덴 ASEA와 스위스 Brown Boveri가 합병해 스위스 ABB로 재탄생)의 IRB 6는 최초의 완전 전기 마이크로프로세서 제어 산업용 로봇. S1 컨트롤러는 인텔 8비트 마이크로프로세서를 최초로 사용하였다. 메모리 용량은 16KB. 컨트롤러는 16개의 디지털 I/O를 가지고 있고 16개의 키와 4자리 LED 디스플레이를 프로그래밍하였다. 【1976년: 우주 탐사에 활용되기 시작한 로봇】  화성 탐사를 위한 미국 NASA의 바이킹 1호와 2호 우주선에 로봇 팔(Robot arms)이 사용되었다. 로봇 팔은 화성 토양 샘플을 수집하기 위해 확장, 수축, 채취가 가능하도록 고안되었다. 【1979년: 최초의 모터 구동 로봇 개발】  일본 나찌(Nachi)는 처음으로 모터 구동 로봇을 개발하였다. 나찌의 스팟 용접 로봇은 이전의 유압 구동 시대를 대체하는 전기 구동 로봇의 새로운 시대를 열었다. 【1982년: IBM, 로봇공학용 프로그래밍 언어 AML 개발】  AML(A Manufacturing Language)은 미국 IBM에 의해 개발된 로봇 공학용 프로그래밍 언어이다. 이를 통해 쉽고 빠르게 어플리케이션 프로그램을 만들 수 있게 되었다. 【1984년: Adept, 최초의 직접 구동 로봇 선보임】  미국 아뎁트(Adept)는 최초의 직접 구동 로봇 SCARA 로봇, 아뎁트원(AdeptOne)을 선보였다. 암에 직접 연결된 전기 구동 모터로 중간 기어 또는 체인시스템이 불필요해 매커니즘의 단순화로 높은 정확도를 유지하면서, 지속적인 산업 자동화 애플리케이션에서 매우 견고해졌다. <참고> 1986년 혼다가 인간과 상호작용하는 휴머노이드 연구 프로그램 시작, 이후 1996년 P2, 1998년 P3 휴머노이드 로봇 공개. 【1999년: Adept, 최초의 직접 구동 로봇 선보임】  독일 KUKA는 1999년 인터넷을 통한 로봇 원격 진단을 시작하였다. <참고> · 1994년 사이버나이프, 로봇 보조 수술 기구의 미국 FDA 승인 · 1996년 생체모방 로봇 인 로봇 튜나 공개 · 2002년 아이로봇에서 첫 로봇청소기 룸바 출시 【2003년: 화성에 간 로봇】  화성 탐사 로버 미션(Mars Exploration Rover Mission)은 화성 탐사 로봇인 스피릿(Spirit)과 오퍼튜니티(Opportunity) 2대가 참여하는 로봇 우주 미션. 2003년 화성 표면과 지질학을 탐사하기 위해 2대의 탐사선을 보내는 것으로 시작되었다. <참고> 2004년 자율주행차 대상 경진대회인 다르파 그랜드 챌린지 첫 대회 개최 【2006년: 최초의 경량 로봇】  독일 로보틱스 및 메카트로닉스 연구소 DLR과 협력하여 개발된 KUKA의 경량 로봇 외부구조는 알루미늄으로 만들어졌다. 탑재 용량은 7kg이고 센서 내장으로 민감도가 높아 최급 및 조립 작업에 적합하다. 최초 로봇이 2톤 무게였던 것에 비해 16㎏의 경량 로봇은 에너지 효율성과 휴대성이 뛰어나며 다양한 작업을 수행할 수 있었다. 【2009년: 로봇 동기화 제어시스템 도입】  일본 야스카와 모토맨(Yaskawa Motoman)은 로봇 8대를 최대 72축까지 완전 동기화된 제어 기능을 제공하는 개선된 로봇제어시스템 (DX100)을 선보였다. I/O 장치 및 통신 프로토콜, 동적 간섭 구역은 로봇 암을 보호하고 첨단 충돌 방지 기능을 제공하였다. 【2011년: 우주로 간 첫 휴머노이드 로봇】  로보넛(Robonaut, R2B)가 국제우주정거장(ISS)에 발사되었다. R2는 우주에 있는 최초의 휴머노이드 로봇으로 처음에 R2는 ISS 내부의 고정 받침대에 배치되었다. 다음 단계는 우주정거장의 복도를 기어오르는 다리가 포함되고, 진공상태의 우주 밖으로 나가는 업그레이드가 포함되었다. 자료: IFR(국제로봇연맹), IBK투자증권 (다음호 계속) 주1. 한국민족문화대백과사전(로봇) 주2. 로봇이 선사한 무인화 혁명, 하이투자증권, 2022. 06, p46~50 주3. 물류산업 동향 및 시장 전략, 한국수출입은행, 2022. 9, p2  박찬석은 미래물류컨설팅의 대표로 재직 중이며, 물류/SCM 분야 컨설팅과 한국생산성본부, 한국통합물류협회 및 기업체 대상의 물류/SCM전문 강사로 출강 중에 있다. 이 밖에 삼성경제연구소 사이버 포럼인 ‘SCM 연구회’의 대표 시샵을 맡고 있으며, 네이버 블로그 “박찬석의 물류/SCM 바로보기(http://blog.naver.com/neologis)”를 운영하고 있다. 前. 물류단지 실수요 검증위원(국토교통부) 現. 서울특별시, 인천광역시, 충청남도 물류단지 실수요 검증위원 現. 종합물류기업 인증 평가위원(교통연구원) 現. 교통영향평가 심의위원(행정중심복합도시건설청) 現. 유통/물류 실무위원(대한상공회의소) 現. 스마트 물류위원회 자문위원(통합물류협회) 現. 한국 SCM학회, 산업계 부회장 現. 한국녹색물류학회 이사 現. 한국생산성본부, 물류혁신 전문위원 주요 컨설팅 분야는 물류센터 및 물류단지 개발(물류단지 실수요 검증), 물류Cost, 물류/SCM 전략, 물류센터 기본 설계 및 운영 최적화, 물류보안과 제3자 물류 및 국제물류 분야이다 * E-Mail: mincho79@emapl.com H.p: 010-4533-8307 <저작권자 ⓒ 월간 물류매거진(www.ulogistics.co.kr) 무단전재 및 재배포금지> |
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