[4차 산업혁명 대비 기술개발 현장보고] ② 동양물산기업(주) 중앙기술연구소

트랙터 후드 ‘유선형’ 도입…타기계도 스타일 ‘현대화’
차세대 그린농기계 개발 목표…관련국책과제 수행

동양물산기업㈜은 1951년 창사 이래 첨단설비를 바탕으로 트랙터, 콤바인, 이앙기 등의 농기계와 굴삭기, 이식기, 베일러, 땅콩수확기, 고추수확기 등의 특수기계를 생산해 국내시장은 물론 해외시장에 수출하고 있다. 특히 중앙기술연구소는 동종업계에서 유일하게 ATC(산업부 지정 우수제조기술연구센터)로 지정돼 일본을 포함한 아시아 최초로 150마력 트랙터를 개발했고, 80마력급 자율주행 트랙터를 개발하는 등 국내 농업기계 분야 최신기술을 주도하고 있다. 나아가 차세대 그린농업기계 개발을 목표로 보다 선진화된 기술들을 개발하기 위해 다수의 대형 국책 정부과제를 지속적으로 수행중이며 이러한 기술력을 인정받아 2014년에는 정부로부터 World Class 300에 선정됐다. 연구소에는 박사학위 소지자 4명을 포함해 총 80여명이 근무하며 연구개발에 집중하고 있다.

동양물산이 아시아 최초로 개발한 150마력 트랙터 TX-1500

중앙기술연구소내 소음측정실 모습.

◇차별화된 기술력

주력제품은 트랙터, 콤바인, 이앙기로, 트랙터는 19마력 초소형부터 145마력 초대형까지, 콤바인은 4조부터 6조 자탈형 콤바인과 보통형 콤바인, 이앙기는 보행형, 6조 및 8조 가솔린 및 디젤이앙기를 각각 생산·판매하고 있다. 145마력 대형트랙터, 6조 콤바인과 보통형 콤바인, 8조 디젤 이앙기를 다 같이 생산·판매하는 회사는 동양물산이 국내에서 유일하다.
동양물산은 농기계도 이제는 시장에서 style로 승부해야 한다는 신념하에 이를 주도하고 있다. 1990년대 후반까지 국내 트랙터는 후드부분이 box type의 구형이었으나 국내 최초로 유선형 style로 개발했다. 이를 위해 국내에서는 최초로 자동차 회사에서 외장개발에 사용하는 full scale clay model을 이용했다. 콤바인과 이앙기 역시 지속적으로 style을 발전시켜 농기계는 투박하다는 이미지를 완전히 지운 현대적 style을 가진 제품으로 바꿔나가고 있다. 

◇핵심기술 현황
동양물산은 대형 농기계 및 부속작업 기계제품을 개발하는데 있어서 필요한 제품 핵심기술들을 보유하고 있다. 제품설계에 가장 필수적인 자료는 설계입력 data로, 설계입력(Input) data인 Load spectrum을 지속적으로 확보·분석하기 위해 계측용 트랙터를 운영하고 있으며, 확보된 data를 활용해 설계 최적화를 기하고 있다. 농기계는 작업을 위해 off-road 주행이 필수이며, 이를 위해서는 적절한 변속단수를 갖는 변속기가 장착돼야 한다. 이를 위해 목표로 하는 변속단수, 반응시간, 강도, 수명 등 제품의 요구사항을 충족하도록 설계하는 기술을 보유하고 있다. 또한 점차 유압구동 변속기의 요구가 증대되면서 기계식 변속기에 유압식변속장치가 부가되는 변속시스템 설계기술을 자체적으로 발전시켜왔다.
트랙터, 콤바인, 이앙기를 작동시스템으로 구분할 때 엔진, 주행부, 트랜스액슬, 제어부, 작업부 등으로 구성되며, 각 시스템이 적절하게 구성돼야 최적의 성능이 구현된다. 이를 구현하는 기술이 SI(System Integration) 기술로 독자제품 설계기반을 구축하기 시작하면서 지속적으로 발전시켜온 기술이다. 또한 통합제어 기술은 각 시스템을 적절하게 구성하고 제어를 하는 기술로 CAN 통신을 기본으로 한다. 뿐만 아니라 엔진 배기규제에 따른 Tier 4 엔진 application 기술과 농작업 부하를 감지해 동력소모를 최소화하는 제어설계 기술, 트랙터 주행시 외부정보 감지 및 처리기능을 갖고 주변환경을 인식해 주행경로를 자체적으로 결정하는 기술, GPS를 활용해 자체적으로 주행경로 생성 및 추종이 가능한 자율주행 기초기술 등을 보유하고 있다.

◇ R&D 성과
1990년 중반까지는 일본업체와 기술계약 형식으로 제품을 생산해 왔기 때문에 해외수출에 상당한 제약이 뒤따랐다. 이를 해결하는 방법은 독자설계 기술 확보 외에는 다른 방법이 없었다. 특히 연구소에서는 독자기술 확보를 위해 정부과제를 추진했고, 미국과 유럽 연구기관의 기술적 협력을 이끌어 내 최초 43마력 트랙터를 자체 기술로 독자설계를 추진했다. 특히 트랜스미션은 국산신기술 마크인 KT mark를 획득했다. 이러한 기술력을 바탕으로 인도 마힌드라 회사와 기술수출 계약을 체결해 국내에서는 최초로 100마력 기계식 트랜스미션을 설계해 기술을 수출했다.
선진시장에서는 트랙터의 트랜스미션은 이미 기계식에서 탈피해 유압변속식 및 자동변속식으로 발전해 시장에서 상용화하는 단계였다. 이를 따라잡기 위해 유압변속식 트랜스미션과 HST 트랜스미션을 거의 동일한 시기에 개발했으며 HST 트랜스미션의 경우 아직까지 수출제품에 적용하고 있다. 유압식 트랜스미션의 경우 초기 제품과 비교해 기능 및 품질이 발전한 트랜스미션을 지속적으로 개발해 국내 및 해외에 판매하고 있다. 2013년 출시한 145마력 트랙터의 경우 당시 일본업체들조차 생산하지 않던 제품으로 아시아권에서는 최초로 최고급 대형 트랙터를 개발해 출시했다. 2000년 후반부터 개발해 오던 100마력급 대형트랙터 시장 확대로 선진시장 분석이 더욱 촉진되면서 선진시장에서는 자율주행 기술이 100마력 이상 대형트랙터에 필수적 기능임을 파악했고, 이를 대비하기 위해 자체적으로 자율주행 트랙터 개발을 준비해 왔다. 최근에는 자율주행 트랙터와 이앙기 작업을 시연했으며 시장진입을 위한 준비를 하고 있다.
농기계에 공통적으로 요구되는 고기능 변속기, 작업효율제고 시스템, 저소음·저진동 고급캐빈, 작업자 편의성을 고려한 인간공학적 설계, CAN 기반 전자제어 시스템 등의  개발을 지속적으로 수행해 트랙터, 콤바인, 이앙기 제품들의 개발시 여러가지 새로운 기술들을 적용했다.
특히 국내 농업기반이 쌀농업에서 밭농업으로 전환되는 추세를 보이면서 고추수확기, 양파정식기, 땅콩수확기, 승용형 관리기 등 밭농업기계 개발에도 박차를 가하고 있다. 국내 수출 현황을 살펴보면 50마력급 이하 소형 트랙터 수출이 점차 확대돼 중대형 트랙터 수출로 이어지고 있으며, 100마력 전후 트랙터의 최고급 트랜스미션기술은 자동유압변속기와 무단변속기가 핵심기술로 자리잡고 있다. 또한 자율주행 기술과 IoT를 활용한 고장진단, 위치파악 등 텔레매틱스 기술이 접목되고 있다. 동양물산은 이러한 선진기술에 대응하기 위해 차세대 가술 개발에 만전을 기하고 있다.

◇핵심추진과제는
△지속가능 농업동력기계 기술 개발
선진업체와 경쟁하기 위해 확보해야 하는 고급변속기 기술은 자동유압변속기, 무단변속기 등과 관련한 기술이다. 자동유압변속의 경우 특정작업 단수에서 작업 부하가 낮아지면 속도를 더 빠르게, 작업부하가 높아지면 속도를 더 느리게 자동으로 변속이 가능하다. 무단변속기 설계 기술은 자동변속과 함께 사용자 편의성을 극대화한 변속시스템으로서 HST unit와 유성기어, 유압클러치의 조합으로 구성돼 있다. 고급변속기가 장착된 트랙터의 경우 엔진이 배기규제에 대응하는 전자제어방식으로, 변속기(TM)와 상호통신에 의해 powertrain의 통합제어가 가능한 방향으로 발전하고 있다. 기존의 방식으로는 장비의 고장이 발생한 후에야 수리조치가 이뤄지나 전자제어방식에 load, rpm, 온도, 압력 등을 측정할 수 있는 각종 센서를 추가하면 고장이 발생하기 전에 고장발생 가능성을 찾아내는 자가 고장진단이 가능하다. 전기구동 농업기계는 지속 사용가능한 환경친화적 제품으로 차세대 제품 중 한 축을 차지할 것으로 전망된다. 이를 위해 전기로 구동되는 농업기계 개발 준비도 필요하다.

△스마트 농기계 개발
농작업 특성상 열악한 작업환경 및 기계진입이 어려운 환경을 극복할 수 있는 원격조정에 의한 작업을 가능하게 하는 자율주행 시스템설계 기술은 선진업체들과 경쟁을 위해서도 확보돼야 한다.  GPS, 자동변속, auto-steering 기술 등을 활용해야 하고, 확대 발전시켜 master-slave vehicle 구동이 가능한 logic을 장착한 그룹구동 지능형 농업기계 시스템 설계 기술 개발도 필요하다. 농업생산에 필요한 작물재배상황, 토양, 물 등의 환경조건을 계측하고, 재배상황 문제점에 대응해 처방을 내릴 수 있는 농업용 scout 로봇요구도 증가할 것으로 보인다.

△고기능 지능형 농기계 개발
트랙터 본체와 양방향 통신에 의해 작업기 부분에 필요한 제어를 CAN통신 기반으로 수행할 수 있는 제어시스템 개발 기술은 트랙터 수출을 증가시킬 수 있는 공통기술이다. 유압으로 작동되는 트랙터 작업기 구동부분을 전기동력으로 대체 가능한 지능형 고능률 작업기 설계기술은 동력손실을 약 1/2 이상 줄이고, 고장진단, 본체와 통합제어 등으로 효율을 제고할 수 있어 대형 작업기 설계시 고려해야 한다.

선태규  midas0718@alnews.co.kr

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