디지털 전환을 통한 주조산업의 인력난 극복 전략

1. 서론

우리나라 주조산업은 2020년 말 기준으로 6대 뿌리산업인 주조, 금형, 소성가공, 용접, 표면처리, 열처리 중에서 사업체 수는 5.4%, 종사자 수는 8.8%를 차지하고 있으며, 업체당 종사자 수는 26명으로 뿌리산업 전체 평균 16명 대비 다소 높다 [1]. 주조산업의 매출액은 뿌리산업 전체의 12.1%를 차지하고, 특히 매출액 대비 수출 비중은 19.8%로 6대 뿌리산업 중 가장 높다 [1]. 즉, 주조산업은 수출 의존도가 높아 글로벌 경쟁력이 더욱 중요하다.

주조산업의 매출액 대비 연구개발비 비중은 1.6%로 2018년 말의 0.8% 대비 100% 증가하였고, 영업이익 비중은 2.3%로 2018년 말의 2.9% 대비 21% 감소하였다 [1,2]. 주조산업의 연구개발비 비중이 2년 만에 크게 증가했다는 점은 매우 고무적이지만, 수익이 감소했다는 점은 우려되는 점이다. 주조산업의 매출액 대비 영업이익 비중은 6대 뿌리산업 중 가장 낮고 평균 3.9% 보다도 크게 낮으며 [1], 특히 2009년부터 매년 지속적으로 감소하는 추세를 보이고 있다는 점은 매우 심각한 상황이다 [3]. 다만, 2018년부터 2020년까지 2년간 사업체와 종사자 수는 각각 5,8%와 7.1% 감소한 반면에 매출액은 16.6% 증가하여 인당 매출액이 증가 추세라는 점은 그나마 긍정적이다 [1,2].

주조산업의 지속가능성 확보를 위해 해결해야 할 난제는 크게 네 가지로 정리할 수 있다. 첫 번째는 심각한 인력난이다. 기존 경력자의 높은 이직률과 신규 인력의 부족, 그리고 고령화 및 외국인 근로자 의존도 심화 등이 더욱 가속화되고 있다. 두 번째는 낮은 수익성 문제다. 6대 뿌리산업 중 가장 낮은 영업이익률을 보이고 있으며, 2009년부터 매년 지속적으로 영업이익률이 감소 추세를 보이고 있다. 세번째는 환경 문제다. 많은 에너지 및 자원 사용에 따른 환경 문제와 함께 대기오염 및 폐기물 발생에 따른 환경 문제가 있다. 또한, 열악한 작업장 환경 문제까지 대책이 필요한 상황이다. 네 번째는 글로벌 경쟁력 저하 문제다. 주조산업은 6대 뿌리산업 중에서 매출액 대비 수출 비중이 가장 높아 글로벌 경쟁력이 낮아질 경우 타격을 가장 크게 받을 수 있다. 특히, 중국과 인도 등의 빠른 성장으로 가격경쟁력을 포함한 생산성 관점에서 경쟁력이 급격히 낮아지고 있다[1,3-8].

Fig. 1. As of the end of 2020, the number of companies and workers in the six Ppuri industries [1].

Fig. 2. As of the end of 2020, sales and export-to-sales ratio for the six Ppuri industries [1].

Fig. 3. A comparison of 2018 and 2020 data on the number of companies, number of workers and turnover of the casting industry [1,2].

앞서 정리한 주조산업의 지속가능성 확보를 위해 해결해야 할 문제들이 잘 정리되었는지 살펴보기 위해 챗GPT로 확인해 보았다. 참고로, 챗GPT는 질문과 관련된 많은 온라인 상의 글들을 인공지능 학습을 통해 가장 적합한 내용으로 통합요약된 자료로 간주할 수 있어 특히 집단지성이 필요한 질문에 대한 참고용으로 활용하기에 유용하다. 챗GPT에 “한국 주조산업의 지속가능성을 보장하기 위해 어떤 문제를 해결해야 하는가?”라는 질문을 했을 때 크게 5가지 문제를 제시했다. 첫 번째는 인력 양성 및 유지 문제, 두 번째는 환경 문제, 세 번째는 경쟁력 강화 문제, 네 번째는 수출 확대 문제, 다섯 번째는 노동 조건 개선 문제다 [9]. 앞서 문헌 자료 기반의 통찰을 바탕으로 정리한 난제 네 가지와 거의 일치하는 것을 확인할 수 있다. 즉, 참고문헌을 바탕으로 정리한 네 가지 문제 (인력난, 환경 및 작업장 문제, 낮은 수익성 문제, 글로벌 경쟁력 저하 문제)를 주조산업의 주요 난제로 가정해도 무방할 것으로 보인다.

특히 2022년에는 우리나라 주조업체들이 현장 인력을 확보하지 못해 수주량 대비 생산량을 늘리지 못했고, 동시에 원부자재 가격 급등으로 인한 수익성 악화도 심화되어 많은 주조업체가 돌파구를 찾지 못하는 상황을 겪었다. 수익성은 단가 인상을 통해 조금씩 개선될 수 있는 여지가 있지만, 인력난은 앞으로 우리나라의 인구감소로 인해 더욱 악화될 것이 명확한 상황이다. 우리나라의 통계청 자료에 따르면, 만 15~64세의 생산연령인구는 1960년대부터 꾸준히 증가하여 2019년에 정점을 찍고 2020년부터 빠르게 감소하고 있다[10]. 해당 자료에 따르면, 10년 후인 2033년 생산연령인구는 2023년 대비 약 380만명 감소할 예정으로, 연평균으로 환산하면 무려 연 38만명씩 줄어드는 것이다. 2023년 1월 현재 우리나라에서 근무중인 외국인 근로자 수 약 20만명, 그 중 제조업 분야는 약 16만명인 것을 감안하면 매년 감소하는 생산연령인구가 얼마나 심각한 수준인지 알 수 있다[11]. 참고로, 우리나라 주조산업에 종사하는 전체 종사자 수는 4.3만명이다 [1]. 즉, 앞으로 주조산업 내에서의 내국인 근로자 수는 급격히 감소할 것이라는 점은 쉽게 예상할 수 있고, 고령자 및 외국인 근로자에 대한 의존율은 급증할 것이다. 이와 같은 상황을 고려할 때, 주조산업에서 현재 심화되는 인력난의 해법을 찾지 못한다면 앞으로 지속가능성 확보는 어렵다는 결론을 내릴 수 있다.

Fig. 4. ChatGPT's answer to the question “What issues need to be addressed to ensure the sustainability of the Korean casting industry?” [9].

Fig. 5. Korea working-age population statistics data from 1960 to 2070(Statistics Korea) [10].

2. 본론

주조산업의 인력난을 해결하는 것은 정말로 쉬운 일이 아니다. 그 어떤 문제보다도 집단지성이 요구된다. 먼저 집단지성 수집 및 요약에 적합한 챗GPT에 해법을 질문하여 다음의 네 가지 방법을 결과로 얻었다. 첫 번째는 새로운 인력 충원을 위한 새로운 인력 유입 경로를 모색하고, 관련 분야에서 인재를 발굴하고 유지하는 노력이다. 두 번째는 디지털 기술을 활용한 생산성 향상 및 생산라인의 자동화와 스마트화를 통한 노동력 대체다. 세 번째는 기존 근로자 대상 재교육으로 생산능력을 향상시키는 것이다. 네 번째는 조세제도 및 산업 정책 등의 구조적인 문제를 개선하여 기업이 더욱 매력적인 환경에서 인력을 확보할 수 있도록 하는 접근이다. 또한, 인력난 해결을 위해서는 다양한 방법을 병행하며 전략적으로 대응하는 것이 중요하다고 강조한다 [9].

앞서 언급한 내용은 많은 사람이 오랜 기간에 걸쳐 언급해 온 방법들로 이제는 한 단계 더 깊이 들어가 구체적인 해법을 도출하여 전략적으로 추진하는 활동이 필요하다. 현재 주조산업의 인력난은 기존 인력 및 신규 인력 뿐만 아니라 미래 잠재 인력까지도 위기인 상황이다. 즉, 각 인력 구분에 따른 구체적이고 현실적인 세부 맞춤 전략이 요구된다.

Fig. 6. ChatGPT's answer to the question “What is the most important solution to solve the manpower shortage in the casting industry in Korea?” [9].

Fig. 7. A detailed strategy that separates existing personnel, new personnel, and future potential personnel.

Fig. 8. Changes in desirable manpower composition in the domestic casting industry

Fig. 9. Detailed strategies for industry, government, academia, and research institutes to overcome short-, mid-, and long-term manpower shortages of the casting industry

기존 인력의 경우에는 중도 이탈 현상과 고령화 심화 문제의 해결이 필요하다. 중도 이탈은 주로 타 업종으로의 이동, 특히 서비스업으로의 이동이 두드러진다 [12]. 이러한 이동 현상을 완화하기 위해서는 작업장 환경 개선 및 처우 개선이 시급하다. 또한, 젊은 층의 중도 이탈과 청년 인력의 미유입으로 인해 현장의 고령화는 가속되고 있다. 고령화 추세는 막을 수 없는 현상으로 이에 대한 대비책이 필요하다. 작업장 안전성 개선 및 수작업 비중 축소와 함께 신기술 및 디지털 전환 교육을 통한 생산성 제고 노력이 필요하다.

신규 인력의 부족 현상은 더욱 심각하다. 인구감소로 인해 신규 인력 부족 현상은 더욱 가속될 전망이다. 이에 대해 단기적으로는 외국인 근로자 채용 확대 말고는 대안이 없는 상황이다. 청년층 취업 기피 문제를 완화하기 위해서는 작업장의 첨단화 및 자동화 확대를 통한 작업장 환경 및 업무 질 개선이 중요하다. 또한, 신규 인력 유입 경로가 점차 사라지고 있는 문제를 해결하기 위해서는 주조산업을 로봇이나 인공지능, 3D 프린팅과 같은 신기술의 적용 산업으로 적극 개편하여 신기술 업종이 주조산업의 후방산업이 되도록 유도해야 한다.

미래 잠재 인력의 부재는 산업의 미래가 없음을 의미한다. 즉, 지속가능한 주조산업을 만들기 위해서는 반드시 미래 잠재 인력을 확보해야만 한다. 물론 이는 정말로 풀기 어려운 문제로 먼저 주조산업의 첨단화 및 자동화를 포함한 디지털 전환을 통해 소요 인력을 대폭 줄이는 작업이 선행되어야 한다. 또한, 디지털 전환된 주조 기술 교육을 중심으로 교육기관을 재편하여 로봇, 인공지능, 3D 프린팅, 해석 등의 디지털 신기술 인력이 주조산업을 취업 대상 업종으로 인식하도록 만들어야 하고, 동시에 주조산업이 반도체, 로봇, 전기차, 방산, 항공우주 등 고부가가치 산업의 후방산업으로 확장해갈 수 있도록 연구기관과의 긴밀한 협력이 시급하다.

현재 기준으로 주조산업의 내국인과 외국인 인력 구성 비율은 90% 대 10% 수준이다. 하지만, 내국인 인력의 이탈이 빠르게 진행되고 있어 당장은 이탈 인력 수만큼 외국인 인력을 더 충원해야 하는 상황이다. 이를 위해 사업장별 외국인 고용허용인원을 확대하는 정부의 규제 완화가 선행되어야 한다. 중장기적으로는 사업장의 첨단화 및 자동화를 포함한 디지털 전환으로 소요 인력 수 자체를 줄이고, 동시에 신규 인력 유입 채널을 다변화해 나가야 한다. 이를 달성하기 위해서는 디지털 전환을 위한 설비 투자에 정부도 적극적으로 나서야 한다. 또한, 지금부터 꾸준히 기존 인력에 대한 신기술 및 디지털 전환 교육에 대한 투자를 늘려 생산성 극대화를 유도해야 한다. 장기적 관점에서는 디지털 전환된 주조산업에 적합한 신규 인력을 양성하기 위한 유관 기관의 교육 체계 혁신이 병행되어야 한다.

주조산업의 인력난 극복을 위해서는 단·중·장기에 따른 산업체와 정부, 학계와 연구기관이 함께 협력하는 상세 전략도출 및 추진이 필요하다. 정부는 ①외국인 근로자 쿼터 증대 ②사업장 고용허용인원 확대 ③뿌리산업 근로시간 유연화 등의 규제 완화를 시작으로 ④주조 (뿌리)산업에 취업하는 내국인에 대한 세금 혜택·인센티브 지원 제도 신설과 함께 ⑤스마트공장 지원사업 확대 ⑥주조 (뿌리)산업 DX·첨단화·지능화 투자 활성화 정책을 신설하여 기업들의 기존 인력에 대한 이탈 방지 및 생산성 증대 노력과 동시에 디지털 전환을 위한 적극적인 투자 유도가 필요하다.

주조업체는 ①작업장 환경 개선, 처우 개선, 신기술 및 DX 교육을 통해 고령자 및 외국인 근로자를 포함한 기존인력의 이탈 방지 및 생산성 증대 활동을 추진하고 ②MES·ERP 구축 및 현장의 자동화율 증대를 통한 스마트공장 구축 추진 ③주조공정 단순화·최적화를 위한 DX·첨단화 투자추진 ④주조공정의 스마트화를 통한 불량저감 및 생산성 증대 ⑤DX 기반 생산·운영 관리 및 연구개발 정착을 통한 청년 인력 유입 유도 ⑥체질 개선을 통한 주조 사업모델의 고부가가치화 달성에 대한 노력이 필요하다.

학계와 연구기관은 ①신기술 및 DX 교육 프로그램 지원 ②작업장 환경 개선 솔루션 제시 ③주조산업 정책 수립 지원 ④스마트공장 솔루션 연구개발 ⑤DX·첨단화·지능화 솔루션 연구개발 ⑥DX 기반 교육 커리큘럼 재편(로봇, AI, 3D 프린팅, 해석, 고부가가치 주조산업 등)에 대한 지원 활동이 필요하다.

앞서 도출한 주조산업의 인력난 해법에 대한 상세 전략을 계층 구조로 재구성해 보면, 결국 산업체가 해결해야 할 과제는 친환경 솔루션 확보, 첨단화·자동화 솔루션 확보, 수익성 증대 및 고부가가치화 등으로 모두 디지털 전환을 통해 달성할 수 있는 문제라는 것을 알 수 있다. 이에 대한 솔루션을 확보하기 위해서는 학계와 연구기관의 지원과 협력 확대가 필요하고, 동시에 정부의 지원 확대 및 규제 완화가 병행되어야 한다.

주조공장의 디지털 전환은 주조공정의 디지털 전환과 제품 생산사슬의 디지털 전환을 병행 추진해야 하고, 그 결과로 수익성·친환경성 증대 및 고부가가치화 달성이 필요하다. 우리나라의 스마트공장 지원사업은 주로 MES, ERP, PLM, SCM 등의 소프트웨어 솔루션 구축을 중심으로 제품 생산사슬의 디지털 전환에 치중되어 있다. 하지만, 주조공정을 포함한 현장의 디지털 전환이 병행되지 않으면 인력난 해결에는 한계가 있다. 공정 자동화와 함께 공정 단순화·최적화, 공정 지능화, 공정 예지보전을 단계적으로 고려하여 현장의 디지털 전환을 이룰 때 비로소 인력난 해소의 가능성을 높일 수 있다 [13]. 특히, 형상 복잡도가 높은 주조 제품일수록 공정자동화 뿐만 아니라 공정의 단순화·최적화를 추진해야만 인력난 극복이 가능해진다 [14].

Fig. 10. Detailed strategy diagram for solving the manpower shortage in the casting industry.

Fig. 11. Example of a foundry's digital transformation strategy [13].

Fig. 12. Example of simplification of casting process through sand 3D printing technology [15].

Fig. 13. Examples of DX technologies required for convergence applications for the casting process.

복잡한 형상 부품의 주조공정 단순화·최적화에 대한 적합한 솔루션으로는 샌드 3D 프린팅 기술의 융합이 최적의 솔루션이다. 여러 개의 내부 중자를 일체형으로 설계하여 샌드 3D프린팅으로 제작하여 적용하는 경우에는 중자금형제작, 중자제작, 중자가스빼기, 중자조립, 주물 내부 후처리 (사상) 등 중자와 관련된 많은 수작업 공정을 제거할 수 있다. 또한, 제품의 외부에 해당하는 외형 몰드까지 고려하여 전체 몰드를 재설계하여 샌드 3D 프린팅으로 제작할 경우에는 외형금형제작, 외형가스빼기, 합형, 제품 외부 후처리 (사상) 등 추가적인 여러 수작업 공정을 제거할 수 있다. 이는 인력난 해결에 있어서 단순히 소요 인력을 줄이는 것 이외에도 주조공정의 첨단화 및 작업장 환경 혁신을 통해 청년층 인력 및 신기술 타 산업 인력까지 유입시키는 등 매우 큰 역할을 할 수 있다.

3D 프린팅을 포함한 인공지능 및 로봇, 해석 기술 등을 융합할 경우 첨단화 및 자동화, 스마트화를 포함한 주조공정의 디지털 전환를 이룰 수 있다. 특히, 주조품 설계 주조방안 설계 공정에서는 해석 기술의 적극적인 활용이 필요하고, 주조품 형상 설계를 포함한 몰드 제작 공정에 대해서는 3D프린팅 기술의 융합이 최적이다. 금속 용해 및 검사 공정에 대해서는 인공지능 기술의 적용이 유효하고, 주입 및 후처리(사상) 공정에 대해서는 로봇과 인공지능의 융합 적용이 필요하다.

3. 결론

우리나라 주조산업을 포함한 뿌리산업의 인력난은 현재 매우 심각한 상황이다. 급격한 인구감소는 인력난을 더욱 가속화하고 있다. 지금 바로 유효한 대책 수립을 통해 기민하게 대처하지 않으면 지속가능성 확보는 어려울 것이다. 정부와 산업체, 그리고 학계와 연구기관이 다 함께 머리를 맞대고 해법을 도출하여 적극적으로 실행에 옮겨야 한다. 특히, 중장기적으로는 작업장의 첨단화 및 자동화 확대를 포함한 디지털 전환을 통한 작업장 환경 및 업무 질 개선이 시급하고, 신규 인력 유입 경로를 만들기 위해 주조산업을 로봇이나 인공지능, 3D 프린팅 등 신기술 업종의 전방산업이 되도록 유도해야 한다. 주조산업의 디지털 전환으로 소요 인력을 대폭 줄이는 작업과 함께 디지털 전환된 주조 기술 교육을 중심으로 교육 기관을 재편하여 로봇, 인공지능, 3D 프린팅, 해석 등의 디지털 신기술 인력이 주조산업으로 유입되도록 해야한다. 동시에 주조산업이 반도체, 로봇, 전기차, 방산, 항공우주 등 고부가가치 산업의 후방산업으로 확장해갈 수 있도록 연구기관과의 긴밀한 협력이 필요하다.

마지막으로, 한국주조공학회는 인력난 문제 정의 및 해법 도출을 위한 토론의 장을 마련하고, 주조공정의 디지털 전환 기술에 대한 연구개발 활성화 유도, 신기술 및 디지털 전환에 대한 교육 프로그램 지원과 함께 유관 대학·기관과 협력하여 미래 잠재 인력 확보를 위한 교육 체계 재편, 인력난 해소를 위한 정부 정책 도출 및 추진 동력을 만들고 고부가가치 사업 아이템 발굴 지원의 역할을 확대한다면 주조산업의 인력난 해소에 큰 힘이 될 것이다.