2016년 1월 다보스에서 열린 세계경제포럼에서 처음으로 4차 산업혁명의 개념이 소개되었다. 이는 생산 자동화가 실현된 3차 산업혁명을 기반으로 제조업과 통신기술(ICT)을 융합하여 생산능력과 효율을 극대화하는 차세대 산업혁명을 의미한다. 소비자가 원하는 제품의 형상을 실체화하고 기능을 구현화 하는 제조 산업 전반의 큰 변혁이 수반될 것으로 예측하고 있다.

이러한 변혁은 소재를 기반으로 하여 형상 실체화하고 기능 구현화 제조 기술에 전자통신기술의 핵심인 초자동화, 초연결성, 초지능화 특성이 접목되어 기존 산업과 차별화되는 방향으로 진행될 것이다. 그렇다면 제조업의 기본인 소재는 4차 산업혁명의 특성을 수용하기 위하여 어떠한 방향으로 변화해 갈 것 인가에 대한 예측이 필요하다.

국내 자동차산업은 성숙단계에 접어들고 있는 기반 산업으로 4차 산업혁명을 계기로 새로운 성장 동력을 모색하고 있다. 4차 산업혁명의 대표 기술인 사물인터넷(IoT)을 기반으로 스마트 디바이스화된 첨단 기술의 집합체로서 자동차를 단순한 이동수단이 아닌 모빌리티 허브로의 발전이 예상되고 있다.

이러한 자동차의 스마트화가 진전됨에 따라 IT, 전자, 화학, 엔터테인먼트, 반도체 등 이종산업의 융합화가 빠르게 진행되고 차량의 구조와 기본 주행 성능의 비중이 낮아질 것이다. 부품의 기능성과 소프트웨어 중요성 확대로 인하여 완성차와 부품업체 간의 수평적 협력관계가 형성될 것이다.

4차 산업혁명에 따른 자동차 산업의 변화

이렇게 급변하게 될 자동차산업 구조에서 자동차 제조의 기본이 되는 소재의 진보가 필연적으로 따를 것이다. 자동차의 ‘구조 소재의 변화’와 ‘기능 소재의 변화’가 그것이다. 구조 소재는 자동차의 차체, 섀시를 이루는 소재로서, 현재 철강 위주로 진행되어 온 내연기관 기반의 자동차에서 자동차의 에너지 효율성 향상 요구가 더욱 높아지는 전력 기반의 스마트 차량에 탄소섬유복합재, 알루미늄, 엔지니어링 플라스틱 등의 고강성 경량소재의 비중이 크게 높아질 것이다.

또한, 3D 프린팅 기술의 발전으로 인하여 기존 획일화된 대량생산 체제에서 벗어난 맞춤형 대량 생산 체제(Mass Customization) 진입을 위한 3D 프린팅용 플라스틱, 금속 소재의 확대가 진행될 것이다. 실제 독일 아우디(AUDI)와 폭스바겐(Volkswagens)은 알루미늄 파우더 소재의 레이저 소결 공정을 이용한 3D 프린팅 기술을 적용하여 차체 프레임과 엔진 블록을 제조 후 상용성을 확인하였다.

그동안 내장부품 및 전장부품 등에 적용되는 기능 소재는 승객의 쾌적성을 수동적으로 만족시키는 수준이었다. 앞으로는 승객 감성의 빅데이터에 기반한 인공지능 시스템을 통해 능동적으로 승객의 감성을 충족시키는 감성 기술을 이끄는 방향으로 진화될 것이다. 운전자의 생체 인식을 통한 운전자 상태의 모니터링 시스템이 차량의 공조, 주행 안전 시스템 등의 편의장치와 연동하여 운전자의 쾌적성을 극대화할 것이다.

또한, 차량 주행 안전성을 위하여 차량 내 내부통신, 차량 간 통신, 차량과 인프라로 네트워크 영역이 확장되어 차량 간의 인지 영역이 확대될 것이다. 이에 따른 자동차의 자율주행 및 커넥티드 자동차의 출현과 진화는 스마트 디스플레이, 초소형 감지 센서, 통신·네트워킹 부품, 광학 부품과 지능형 반도체 등의 소재 기술의 요구를 가속화 할 것이다.

자동차 스마트화의 진전은 자동차의 사고율 감소로 이어진다. 실제로 구글(Google)의 자율주행 시스템은 6년간 330만km 동안 해당 차량에 의한 1건의 사고만을 기록하였다. 이러한 자동차 주행 안전성의 향상은 기존 차량에 적용되어 온 구조 소재가 단순히 차체의 지지와 외부의 충격 흡수라는 기본적인 기능에서 확대되어 내장부품과 전장부품을 융합할 수 있는 모듈화 구조체로서의 기능을 담당할 수 있는 가능성을 포함할 것이다.

이에 현재 구분되어지고 있는 구조 소재와 기능 소재의 경계가 무너질 것으로 예상된다. 차량의 전장화에 따른 전장 회로, 통신, 디스플레이 시스템이 차체에 통합적으로 모듈화되어 다중 소재의 융합 성형 공법 등의 소재, 공정, 부품 모듈화 기술의 확대가 될 전망이다.

자동차를 구성하는 부품의 변화 외에도 차량이 외부 인프라와 커넥티드화 됨에 따라 주행 시에 발생하는 차량의 고장모드와 이에 따른 원인 분석이 이루어지고 빅데이터화될 것이다. 축적된 정보는 주행 중인 차량과 연동되어 주행 중 발생하는 이상 거동을 감지하여 차량의 고장 정보를 알려주는 능동적인 운전자 정보 시스템이 적용되어 차량의 안전성과 신뢰성을 확보하는데 중요한 기술적 발전이 될 것이다.

또한, 차량의 제조자는 현재 적용되고 있는 부품과 소재의 문제점이 실시간으로 피드백 되기 때문에 제품 품질 관리의 효율성을 향상시킬 수 있는 생산 공정상의 기술적인 변화가 이루어질 전망이다.

빅데이터를 이용한 자동차의 품질 및 고장 분석

4차 산업혁명은 현재 진행되고 있으며 기술의 축적을 통하여 변화는 더욱 빠르게 진행될 것이다. 4차 산업혁명의 발전이 우리 산업 전방에 어느 수준까지 진행될지 구체적으로 알 수는 없다. 그러나 현재 우리가 가지고 있는 기술 발전 방향을 기초로 차세대 산업혁명이 예견되고 있다는 점을 고려해보면 4차 산업혁명을 통한 자동차 부품·소재 기술의 발전은 우리가 예측 가능한 방향으로 진행될 것이다.

4차 산업혁명 시대 핵심인 기술의 융합은 앞으로 더욱 가속화될 것이다. 국내 산업의 기반이 되고 있는 자동차 소재부품산업 역시 융합 신산업 시대에 맞추어 열린 자세로 이종 기술의 결합과 시너지 효과 창출을 위하여 산학연 공동의 연구개발을 통한 패러다임 변화에 대응해야 한다. 소재 산업의 양적 확대를 이루었으나 첨단 소재기술 부재의 어려움을 안고 있는 국내 소재부품산업이 다가올 큰 변화를 디딤돌로 하여 미래의 소재부품 기술을 주도하는 주역이 되어야 한다.

정선경

부품연구원 사업개발본부 본부장