지난 7일 울산 남구에 있는 HD현대중공업 용연공장. 축구장 48개 크기(약 34만㎡)의 선박 블록 공장에 들어서자 후판(두꺼운 철판)을 자르고 붙이는 굉음이 귀를 찔렀다. 사방에서 용접 불꽃이 튀고 있었지만, 토치를 쥔 건 사람이 아닌 사람 팔 모양의 로봇들이었다. 작업자들은 두꺼운 용접 마스크를 쓰고 쪼그려 앉아 있는 대신, 가벼운 작업복 차림으로 태블릿PC를 들고 로봇 4대 사이를 오가며 지휘자 역할을 했다. 불과 3년 전만 해도 상상하기 어려운 풍경이라고 작업자들은 입을 모았다.
선박은 레고처럼 여러 블록을 이어 붙여 만들어진다. 블록 안쪽은 구조가 좁고 복잡해 자동화의 불모지로 꼽혀 왔다. 이제는 블록 안쪽에도 가로 13㎝, 세로 75㎝, 무게 14㎏의 소형 로봇이 진입해 사람 대신 용접을 하고 있었다. 김봉석 중형선자동화혁신부서장은 "블록 안 협소한 공간에서 용접하려면 사람은 몸을 억지로 구겨 넣어 용접봉 각도와 속도를 맞춰야 해 작업량을 늘리는 데 한계가 있다"며 "반면 로봇은 한 사람이 하루 종일 때울 수 있는 용접 분량의 4배를 소화한다"고 설명했다.
◇ 터치 몇 번에 치수 호출, 용접까지 논스톱
줄자와 석필 자국이 난무하던 조선소 내 데이터도 모두 연결되고 있다. 이날 4만5000t급 석유화학제품운반선(PC선) 하부 블록 공정에서 작업자가 태블릿PC 화면을 몇 번 터치하자, 설계 도면 정보가 뜨고 로봇이 레일을 타고 지정된 용접 구간으로 정확하게 이동했다. 작업자가 일일이 치수를 입력하지 않아도 각장(두께) 기반의 최적 용접 조건에 따라 로봇이 업무를 수행했다. 이른바 '설계-생산 일관화'가 구현됐다.
곧바로 로봇은 레이저 센서로 약 60초간 후판 이음부를 스캔해 홈의 위치와 폭, 깊이를 파악한 뒤, 직각으로 맞닿은 내부 틈새 용접을 시작했다. 직각 1m 구간의 용접을 4분이 채 안 돼 끝낸 로봇은 지체없이 옆 구간으로 이동해 작업을 이어갔다.
HD현대중공업 중형선사업부는 내달부터 이처럼 로봇 팔이 레일을 타고 다니며 자동으로 용접하는 시스템을 본격적으로 확대 도입할 예정이다. 이 시스템을 활용하면 작업자 1명이 최대 8대의 로봇을 동시에 운용할 수 있다.
로봇이 지나간 자리에서 가장 눈에 띈 건 결과물이었다. 사람이 직접 용접할 경우 장비 무게와 피로도 탓에 힘 조절이 일정치 않아 용접 라인이 울퉁불퉁해지기 쉽다. 이에 그라인더로 표면을 매끈하게 깎아내는 사상(仕上) 공정이 반드시 뒤따라야 했다.
그러나 로봇은 전류·전압 변화를 감지해 용접선이 미세하게 틀어져도 스스로 궤적을 보정해, 용접결(비드)이 기계로 깎은 듯 매끄러웠다. 별도의 사상 작업이 필요 없어, 로봇 도입과 함께 소음과 분진이 심한 후공정 하나가 사실상 축소된 셈이다.
◇ 도제식 전수에서 AI 학습으로… 숙련공 빈자리 메운다
로봇은 극심한 인력난을 겪고 있는 조선소 현장에 현실적인 대안으로 자리 잡고 있다. 8년 전 조선업 불황기에 대거 떠난 내국인 숙련공들의 자리는 이제 외국인이 채우고 있다. HD현대중공업에서 일하는 전체 직원 중 외국인 근로자는 8400여명으로 약 19%에 달한다.
그러나 이들을 완전한 인력으로 보기는 어렵다. 현장 작업자들은 "비자 문제 등으로 외국인 근로자들의 교체가 잦아 고숙련 기술 전수는 구조적으로 어려운 상황"이라고 했다.
보통 50~60명이 한 팀을 이루는 공정에서 숙련공 비중은 20% 안팎에 그친다. 방병주 중형선용연DM부서장은 "5~10년 경험을 쌓은 기량자가 필요한 작업은 많은데, 인력은 고령화되고 부족하다"며 "이에 고기량 숙련공은 난도가 높은 구역에 집중하고, 비교적 표준화된 구간은 로봇을 운용할 수 있는 저숙련 근로자를 교육해 투입하는 방식으로 생산 효율을 맞추고 있다"고 말했다.
현장의 도제식 전수 문화는 점차 데이터 자산으로 남아 'AI 로봇'으로 진화하고 있다. HD현대중공업은 현재 축적 중인 작업 데이터를 AI에 학습시켜, 향후에는 로봇이 다양한 형태의 블록을 스스로 인지해 작업하는 완전 자율 용접 단계로 나아갈 계획이다.
이를 위해 이달부터 레인보우로보틱스·JCT의 협동로봇 시스템 27대가 현장에 투입됐다. 손목 3축 회전 기술을 적용한 레인보우로보틱스의 로봇에, 용접 자동화 전문 SI 회사인 JCT가 로봇과 용접기가 한 몸처럼 반응하도록 돕는 정밀 연동 기술을 더해 거친 조선소 환경에 최적화했다. HD현대중공업은 이 로봇을 협력사 현장에도 공급하고 운용 노하우를 공유할 예정이다.
다른 조선사들도 로봇 도입에 속도를 내고 있다. 한화오션은 2030년까지 3000억원을 투자해 자동화율을 70%까지 끌어올릴 계획이다. 이미 선박 배관 용접 로봇을 도입해 작업 준비 시간을 60%가량 단축했고, 밀폐 구역 등 위험 공간에는 80대 이상의 로봇을 투입했다. 삼성중공업 역시 형강·주판 절단과 소조립 용접 공정에 로봇을 전면 적용하면서, 24시간 무인으로 돌아가는 조선소의 청사진을 그리고 있다.