타이어 산업의 주요 현황 및 이슈

최근 대부분의 산업과 마찬가지로, 자동차 산업에서는 환경 규제 기준과 소비자들의 요구사항이 점점 높아지고 있다. 그에 따라 전 세계에서 전기차로의 전환이 시작되었다. 이러한 변화는 자동차 제조업체들에 큰 도전 과제를 안겨주고 있다. 특히, 중국 업체에 대응하여 경쟁력을 강화하기 위해서는 자동차의 안전성, 연비, 고성능뿐만 아니라, 개발 기간 단축 및 개발 비용 절감 등까지 그 중요성이 대두되고 있다. 이는 단순히 기술적인 문제를 넘어, 기업의 생존과 직결된 중요한 문제다. 

이에 자동차의 부품 산업인 타이어 업계에도 요구 수준이 동일하게 높아지고 있다. 특히 전기차는 여러가지 면에서 내연기관차와 차이가 있으므로, 고 하중과 고 토크에 의한 타이어의 마모와 연비 등이 중요해지고 있다. 전기차의 특성상 배터리 무게로 인해 차량 전체의 중량이 증가하고, 이는 타이어에 가해지는 하중을 증가시킨다. 또한 전기차는 토크를 즉각적으로 전달하기 때문에 타이어의 마모가 빠르게 진행될 수 있다. 따라서 타이어 제조업체들은 이러한 문제를 해결하기 위해 새로운 소재와 디자인을 연구하고 있다. 

특히 타이어 제조업체들은 자동차 회사들이 개발 기간 단축 및 개발 비용 절감을 위해 도입한 프로세스를 타이어 개발에도 적용하고 있다. 이 프로세스는 원래 실물 자동차의 개발 전에 시뮬레이션을 통하여 가상의 제품을 개발하는 것으로, 먼저 설계 검토를 진행하고 실물 제품으로 최종 검증을 마무리하는 프로세스다. 이러한 가상 제품개발 프로세스는 시간과 비용을 절감할 수 있는 효과적인 방법으로 자리 잡고 있다. 이에 따라 타이어 개발에서도 가상 제품개발 프로세스를 도입하여 OEM(Original Equipment Manufacturing; 위탁생산) 요구 성능을 빠르게 확보하고, 전체 개발 기간을 단축하려는 변화를 보이고 있다. 이는 타이어 제조업체들이 시장에서 경쟁력을 유지하기 위한 필수적인 전략으로 작용한다.

타이어 설계와 FEM(Finite Element Method; 유한요소법) 해석뿐만 아니라, AI 기술을 적용한 FEM 해석의 단점을 극복하려는 움직임도 있다. AI 기술은 복잡한 해석 과정을 단순화하고 더욱 정확한 예측을 가능하게 하여, 타이어의 성능을 최적화하는 데 중요한 역할을 한다. 이러한 기술적 혁신은 타이어 산업의 미래를 밝히고 있으며 지속 가능한 발전을 위한 중요한 발판이 되고 있다. 

최근 주요성과 

디지털 트윈 기술은 현실 세계의 물리적인 개체나 프로세스를 가상 공간에 디지털화하여 모델링하고 시뮬레이션하는 개념이다. 주로 인공 지능, 데이터 분석, 컴퓨터 모델링, 디지털 기술을 이용하여 구현된다. 디지털 트윈 개념은 미국 가전업체인 GE(General Electric)사에서 처음 주창한 개념으로, 2000년대 들어 제조업에 도입되기 시작했다. 최근에는 항공, 건설, 의료, 물류, 국방, 도시설계 등의 다양한 분야에 디지털 트윈이 활용되고 있다.

자동차 산업의 디지털화 및 환경 규제 강화에 빠르게 대응하기 위하여, 타이어 개발 프로세스도 그에 상응하는 4차 산업혁명 기술과 디지털 전환 기술을 이용하는 혁신이 요구되었다. 이에 따라 금호타이어는 타이어 개발 프로세스에 빅데이터, 인공 지능, 디지털 및 버추얼 기술 등을 도입하여 디지털 트윈 시스템을 구축하게 되었다. 금호타이어의 타이어 디지털 트윈은 기존의 제품개발 프로세스인 실물 제품 개발(Physical Tire Development) 방식에서, 디지털 공간상에 개발 과정을 구현하는 가상 제품개발(Virtual Tire Development)로 전환하는 방법을 제공한다.

타이어는 고속으로 회전하며 다양한 도로 조건에 따라 회전저항, 제동, 마모, 소음 진동, 승차감 등의 Trade-Off 되는 주행 성능을 만족해야 한다. 또한 컴파운드, 패턴, 구조, 형상 등 여러 부품의 설계 인자들을 최적으로 디자인하는 기술이 매우 중요한 제품이다. 따라서 기존의 타이어 개발 프로세스는 설계자의 경험과 노하우(know-how)를 바탕으로, 타이어를 설계하고 이에 대해 유한요소법 기반의 구조 해석을 통해 타이어 성능을 예측하는 프로세스로 구성되었다. 이후에는 타이어의 실물을 제작하고 시험평가를 거치는 과정이 반복되었다. 이렇게 시행착오에 의존하는 기존의 실물 제품개발 방식은 요구 성능을 맞추기 위한 개발 기간이 오래 걸리며 비용도 많이 발생한다는 문제점이 있었다.

반면, 금호타이어의 신규 타이어 개발 프로세스는 디지털을 기반으로 여러 버전의 타이어 제품도면을 자동으로 설계한다. 빅데이터 기반의 성능 예측을 실시간으로 수행하여 버전을 1차 선별하고, 인공 지능기반의 최적 설계를 통하여 최종 버전을 산출한다. 그다음 차량 동역학 해석 기반의 가상 평가를 통해 타이어 성능을 최종 검증한다.

금호타이어는 타이어 개발 프로세스를 실물 개발 방식에서 가상 개발 방식으로 전환하기 위하여, 타이어 개발 프로세스 일련의 과정에 빅데이터와 인공 지능, 디지털 및 버추얼 기술 등을 적용해 하나의 제품 개발 플랫폼으로 통합 및 자동화한 디지털 트윈 시스템을 개발했다. 금호타이어의 디지털 트윈 시스템은 디지털 기반의 기본설계, CAE(Computer-Aided Engineering) 기반의 성능 예측, 인공 지능 기반의 최적 설계, 버추얼 기반의 가상 평가 기능으로 구성된다. 이렇게 금호타이어는 4차 산업혁명 기술과 디지털 전환 기술을 적용한 타이어 디지털 트윈 시스템을 구축함으로써, 가상 제품개발 기술력을 확보함은 물론 타이어 개발 기간 단축, 개발 비용 절감, 제품 품질 향상에 획기적으로 기여할 것으로 기대된다.

연구 개발 계획과 전략 

금호타이어는 타이어 제품개발 프로세스의 혁신을 통해 개발 효율성을 강화하고 개발 기간을 단축하기 위하여, 가상 제품개발 프로세스를 고도화할 예정이다. 이를 위해 전체 개발 프로세스에 필요한 시스템들을 통합하고 연계하여 모든 데이터의 정합성을 확보할 계획이다. 기존에는 설계자들의 경험적인 노하우나 반복적인 시험 생산을 통한 Trial and Error 방식을 사용해 왔다. 그러나 앞으로는 AI를 이용한 노하우 로직들을 학습하여, 설계자들의 설계 편차를 줄이고 보다 정확한 예측을 통해 타이어 성능을 최적화할 수 있을 것이다. 

또한, 금호타이어는 데이터 기반으로 설계 방향을 결정하기 위한 의사 결정을 지원하거나 연구 데이터 분석을 통해 새로운 인사이트를 도출하기 위한 플랫폼을 구축할 예정이다. 이 플랫폼은 설계자들이 더 효율적으로 작업할 수 있도록 지원하며, 연구 개발 과정에서 발생하는 다양한 데이터를 체계적으로 관리하고 분석할 수 있는 기능을 제공할 것이다. 이를 통해 금호타이어는 타이어 제품개발의 모든 단계에서 혁신을 이루고, 시장에서의 경쟁력을 더욱 강화할 수 있으리라 기대된다. 

기업 및 연구소 소개

1960년에 설립된 금호타이어는 승용차, 트럭, 버스, 항공기 등 다양한 차량용 타이어를 생산하는 타이어 제조업체다. 금호타이어는 전 세계적으로 8개의 생산 공장을 운영하고 있으며, 한국을 중심으로 중국, 미국, 유럽 등지에 연구소를 두고 글로벌 R&D 네트워크를 구축하고 있다.

금호타이어는 ‘Your Smart Mobility Partner’라는 비전과 ‘새로운 기술과 솔루션으로 고객에게 안전하고 편리한 이동을 제공’이라는 미션을 가지고, 토탈 모빌리티 서비스를 제공하기 위해 많은 연구와 기술 개발에 매진하고 있다. 특히 금호타이어는 국내 및 해외 OEM 타이어 개발과 전기차 전용 타이어 개발에 많은 노력을 기울이고 있다. 또한 스마트 타이어 센서 및 Airless 타이어 개발과 같은 미래 기술 개발에도 힘쓰고 있다. 금호타이어는 ESG(환경, 사회, 지배구조) 경영에도 집중하고 있으며, 지속 가능한 발전을 위해 친환경 타이어 개발에도 주력하고 있다.

금호타이어는 이러한 노력과 혁신을 통해 글로벌 타이어 시장에서 고객의 다양한 요구를 충족시키고, 안전하고 편리한 이동을 지원하는 제품을 제공해 경쟁력을 유지하고 있다. 금호타이어는 앞으로도 고객에게 최고의 제품과 서비스를 제공하기 위해 끊임없이 노력할 계획이다.