토요타자동차가 새로운 생산기술 기가캐스트를 2026년 출시 예정인 배터리 전기차부터 채용한다. 핵심은 생산 방식의 혁신으로 비용을 50% 줄이는 것이다. 지금 전기차와 자율주행차가 화두다. 전기차는 배터리 문제가 핵심이다. 자율주행차는 인공지능의 한계로 로보택시와 특수 목적 차량 등에 부분적으로 도입하는 정도에 그칠 것이라는 의견이 지배적이다. 라이드 헤일링 회사에 자동차를 납품할 수도 있다는 극단적인 전망은 힘을 잃고 있다. 그 와중에 그동안 레거시 완성차회사들이 장악하고 있는 주도권이 다른 쪽으로 이동하고 있다. 결과적으로 외부에의 의존도가 높아진 상황에서 레거시 업체들은 수익성 문제를 해결해야 한다는 것이다. 그래서 20세기 초 포드와 20세기 말 토요타가 개발했던 생산방식에서 혁신이 요구되고 있다. 그 시작이 테슬라가 채용한 기가 프레스였다. 그동안 뚜렷한 평가가 없었으나 토요타도 본격 참여를 선언하면서 분위기가 달라지고 있다. 폭스바겐과 볼보, 현대차그룹도 이와 관련 검토를 하고 있으나 아직 구체적인 로드맵은 없다. 토요타의 기가 캐스트 도입과 관련한 내용을 정리한다.

글 / 채영석 (글로벌오토뉴스 국장)

완성차회사는 조립회사다. 20세기 중후반까지는 자동차회사가 전체 부품의 70%가량을 자체적으로 개발하고 생산했다. 그것을 1980년을 전후해 리 아이아코카가 크라이슬러를 살리기 위해 리 자체 생산 30%, 외부 조달 70%로 바꾸었다. 그래도 엔진과 트랜스미션, 차체 등 핵심 부품은 자체 생산을 통해 경쟁력을 확보해 왔다. 수익의 원천이기도 했다. 그런데 전기차 시대에는 30~40% 해당하는 배터리를 전적으로 외주에 의존할 수밖에 없게 됐다.

배터리뿐 아니라 소프트웨어 부문도 외주에 의존한다. 통합제어를 하게 되면 고성능 칩이 필요하다. 특히 커넥티비티와 인포테인먼트, ADAS(자율주행) 기능을 활성화하기 위해서는 엔비디아, 퀄컴 등의 고성능 칩을 사용하게 된다. 그만큼 완성차회사의 수익성 개선 여지는 줄어든다.  그렇다면 완성차회사가 전기차에서 직접 제어할 수 있는 부분은 가격 비중으로 보면 내연기관차의 50~60%에 불과하다. 그만큼 수익을 내기 어렵다는 얘기가 된다.

자동차 시판 가격의 30~40%가 배터리 가격이다. 양산 브랜드는 프리미엄 브랜드에 비해 배터리 가격 비중이 더 높다. 전통적인 개념의 양산 브랜드와 프리미엄 브랜드의 경계가 계속 존재할 것인가에 대한 논의도 진행되고 있다. 뉴욕대학교 스턴 경영대학원 스콧 갤러웨이의 브랜드의 시대는 가고 제품의 시대가 도래한다는 말도 그중 하나다. 그 이야기는 지금의 프리미엄 브랜드가 전기차 시대에도 같은 지위를 유지할 수 있을지 장담할 수 없다는 것이다.

배터리 화학 LFP 계를 사용하면 주행거리는 짧지만, 비용은 저렴하다. 반면 NCM계를 쓰면 주행거리는 상대적으로 길지만 가격이 높다. 그래서 지금은 같은 모델이라도 LFP와 NCM계를 설정해 소비자에게 선택하도록 하는 추세가 등장하고 있다. 어쨌거나 부품이 3만 개에 가까운 내연기관차에 비해 배터리 전기차는 1만 5,000개 전후로 크게 줄어든다.

테슬라의 기가 프레스로 시작된 메가 캐스팅

자동차산업의 역사는 비용 저감의 역사다. 지금 다시 획기적인 생산방식을 통해 비용 저감을 해야 하는 때다. 그것을 주도하고 있는 것은 테슬라이고 토요타도 메가 캐스팅으로 대변되는 테슬라와 같은 차체 생산방식을 채용하고자 하고 있다.

20세기 초 포드의 대량 생산방식의 핵심은 컨베이어 시스템에 의한 자동화였다. 그보다 중요한 것은 공장 노동자 시급을 2.54달러에서 5달러로 인상한 것이었다. 컨베이어 시스템의 작업 환경으로 인해 노동자들이 오래 버티지를 못하자 그들을 잡기 위해 시급을 두 배로 올린 것이다.

그리고 20세기 말 토요타는 저스트 인 타임으로 대변되는 토요타 생산방식을 개발했다. 토요타 생산방식도 자동화가 핵심이다. 거기에 부품을 필요에 따라 공급하는 방식을 택했다. 이에 따라 GM이 그때까지 연간 500만 대 생산하는데 80만 명의 인원을 고용했으나 토요타는 연간 400만 대를 생산하는데 7만 명의 고용으로 해결했다.

그리고 전기차 시대로 전환하고 있다. 여기에 배터리와 고성능 칩, 소프트웨어 등이 뛰어들었다. 완성차회사들의 주도권 장악에 문제가 생겼다.

그것을 가장 먼저 간파한 것이 테슬라였다. 테슬라도 초기에는 로터스의 모델을 개조한 전기차로 시작했다. 이어서 모델S를 내놓았지만, 생산방식에서는 기존 내연기관차와 크게 다르지 않았다.

테슬라가 기가 프레스로 표현되는 메가 캐스팅을 적용한 것은 2020년형 모델Y부터다. 처음에는 차체 뒤쪽에만 적용했다. 이어 앞쪽에도 채용해 기존의 171개의 철판 부품을 2개의 거대 알루미늄 부품으로 대체했다. 이에 따라 테슬라의 생산원가는 2021년 2017년 대비 절반으로 떨어졌다. 결과적으로 테슬라의 대당 순이익은 토요타의 약 4.8배에 달하며 전기차 시대에 가격 경쟁력을 갖출 수 있었다. 최근 일련의 가격 인하도 바로 이런 생산비 절감으로 가능한 것이다. 주주 자본주의 나라 미국을 중심으로 테슬라의 주가가 요동을 치는 배경이다. 사용자를 위한 것이 아니라 투자자를 위한 혁신이다.

토요타자동차가 2023년 7월 4일, 전기차 경쟁력을 주제로 한 설명회에서 새로운 생산기술 기가캐스트를 2026년 출시 예정인 배터리 전기차부터 채용한다고 발표했다. 기존 컨베이어 벨트 시스템을 사용하지 않고 자주 방식을 도입한다고 밝혔다. 이러한 기술로 생산공정과 공장투자를 2분의 1로 줄인다고 덧붙였다.

기가캐스트는 테슬라의 기가 프레스, 또는 메가 케스팅과 같은 개념으로 알루미늄 주조 설비로 일체 성형한 거대한 차체 부품을 제조해 부품 점수와 생산 공정을 획기적으로 줄일 수 있다. 생산 공정을 줄이기 때문에 생산 공장 면적도 줄일 수 있다.

토요타의 기가 캐스트로 확대되는 메가 캐스팅

토요타는 차세대 전기차의 차체를 앞, 중앙, 뒤의 3개로 나누는 구조를 검토하고 있다. 그중 앞뒤 부분을 기가캐스트를 활용해 생산한다는 것이다. 뒤쪽의 시제품에서는 종래 86개의 판금 부품을 33 공정에 걸쳐 생산하고 있던 곳을 1 부품•1 공정에 집약한다. 앞부분은 91부품 51공정에서 1부품•1공정으로 줄인다.

지금 전 세계 대부분의 자동차회사는 토요타 생산방식에 의해 자동차를 생산하고 있다. 100년만의 대전환이라는 화두를 내 건 토요타는 그들이 20세기 말 개발했던 소위 토요타 생산방식을 벗어나 획기적인 비용 저감을 해야 하는 상황이다. 그에 대한 답으로 기가 캐스트를 들고나온 것이다.

배터리 전기차는 배터리가 무겁다. 완성차 회사 입장에서는 가솔린차에 비해 수익을 내기 어렵다. 경쟁력을 높이려면 비용 절감이 필수적이다. 토요타는 생산공정의 수나 생산설비에 대한 투자를 기존의 절반으로 억제하는 것을 목표로 하고 있으며, 기가캐스트는 그 핵심을 담당할 것으로 예상하고 있다.

토요타는 자동차의 구조가 크게 바뀌는 전기차에서는 기존의 생산 라인의 카이젠(개선 : 改善)에 그치는 것만으로는 비용 절감에 한계가 있다고 설명했다. 이를 극복하기 위해 기가캐스트로 실현한 차체의 새로운 구조나 벨트 컨베이어를 사용하지 않는 자주 조립 라인을 만들어 낸다는 구상이다.

플랫폼에 모터나 배터리 등을 탑재해 주행할 수 있는 상태까지 차체를 조립한 후, 나머지 공정을 이동하며 조립한다. 이에 따라 컨베이어가 필요하지 않다. 그만큼 활용할 수 있는 공장 공간을 줄일 수 있다. 설비의 배치를 바꾸기 쉬워지고, 투자도 억제할 수 있게 된다. 언뜻 테슬라의 언박스드 프로세스와도 관련이 있어 보인다.

지금 토요타는 20%에 육박하고 있는 테슬라의 영업이익의 절반인 10% 수준에 머물고 있다. 이에 대해 사토 코지는 최근 연간 1,000만 대가량이 판매되고 있는 라인업을 통한 현금이 힘이며 신흥시장에서 하이브리드 전기차의 장점을 살려 전기차 개발 자원을 충당할 것이라고 말한 바 있다. 이는 토요타가 휘발유 차보다 하이브리드 전기차에서 더 높은 이윤을 달성하고 있다는 것을 배경으로 하고 있다. 규모의 경제가 중요한 자동차산업에서 연간 1,000만 대의 판매가 무기라는 것이다.

테슬라 언박스드 프로세스와 토요타의 BEV 팩토리

테슬라는 지난 3월 투자자의 날을 통해 언박스드 프로세스(Unboxed Process) 구상을 공개했다. 차량을 6개의 모듈(복합 부품)으로 분할하고 각각을 생산한 후 마지막으로 일체화한다는 것이다. 플랫폼의 개념부터 기존 생산방식과는 전혀 다르다.

테슬라가 공개한 것은 자동차의 제작공정을 지금까지와는 전혀 다른 방식으로 바꾼다는 것이다. 지금까지는 플랫폼을 바탕으로 차체 골격을 완성하고 그 상태에서 시트와 대시보드, 엔진, 배터리 등을 조립했다.

테슬라 언박스드 프로세스는 다음과 같이 정리할 수 있다. 배터리 위에 시트를 조립한다. 기가 프레스로 완성한 차체 앞뒤의 구성요소를 완성해 연결한다. 그 상태에서 좌우 패널과 루프, 보닛, 트렁크 리드 등을 조립한다. 모델3와 모델Y를 생산했던 것과도 다른 방식이다. 다른 말로 하면 모듈화를 더욱 극대화한다는 것이다.

그리고 전체 생산 공정의 99.5%를 자동화하겠다는 것도 중요한 이슈다. 지난해 AI데이를 통해 발표한 로봇이 생산 현장에 투입되어 사람과 비슷한 동작으로 조립에 참여한다는 것을 전제로 하고 있다. 그렇게 되면 생산 속도도 빨라지고 그만큼 원가도 혁신할 수 있다. 무엇보다 기업의 입장에서는 인간 노동자처럼 휴식시간이 없어도 되고 노조 문제를 걱정하지 않아도 된다는 점을 강조하고 있다. 세부적인 내용으로는 와이어링 하네스의 무게를 17kg 줄였다고 밝혔다. 자동차 생산과정에서 이는 적지 않은 의미를 가진다.

토요타가 생산방식의 혁신을 주도하기 위해 지난 5월 설립한 것이 전기차 전문 BEV 팩토리다. 이는 지금까지 토요타 생산방식과 카이젠으로 대표되는 비용절감 방식을 다시 혁신하겠다는 것이다. 그동안의 관습이나 상식에 얽매이지 않는 새로운 경쟁에 대항하기 위해서는 의식개혁이 열쇠라는 생각을 피력했다.

지금까지 TNGA를 통해 축적해 온 하드의 강점에, 새로운 파트너와의 협업을 가속하는 것이다. 지금까지 없었던 완전히 새로운 개념이라고 주장한다. 획기적으로 생산 비용을 줄인 배터리 전기차 개발에 도전하기 위한 것이다. BEV 팩토리는 하나의 리더 아래, 개발과 생산, 판매 등 전체 프로세스를 총괄함으로써, 스피디한 의사결정과 실행을 실현하기 위한 것이다. 해외 생산시설을 비롯해 우븐 바이 토요타, 공급업체와 일체가 되는 횡단적인 조직 체제로 민첩한 개발을 가속한다는 것이다. 당연히 내연기관을 다루는 기존 조직과 분리했다.

토요타의 CEO 사토 코지는 4월 취임 직후 전기차에 적합한 구조의 개혁과 개선이 필요하다고 강조했었다. 그 일환으로 진행되고 있는 것이 생산 개혁이다.

폭스바겐/볼보/르노/현대차그룹/BYD/길리자동차도 기가캐스트 도입 추진

기가 캐스트 혹은 메가 캐스팅의 적용 범위는 앞으로 더욱 확대될 가능성이 있다. 테슬라에는 이탈리아의 이드라그룹이 처음 개발한 기가 프레스를 중국 홍콩의 공작기계 기업 LK 테크놀로지•홀딩스로부타 공급받고 있다. 이드라는 최근 새로운 기가 프레스 네오(NEO)를 개발했다. 네오는 테슬라의 언박스드 프로세스에 기여할 것으로 보인다. 여기에 스위스의 뷰러사나 일본의 UBE 머시너리도 대형 생산설비를 개발했다.

글로벌 자동차회사들은 자동차산업의 숙명인 비용저감을 위해 다양한 노력을 강구하고 있다. 르노는 차세대 전기차를 위해 차량당 비용을 40% 절감한다는 목표를 제시했다. 중•대형차 위주의 메이커들과 소형차 위주의 르노가 이런 도전적인 목표를 설정한 것은 의미가 크다.

중국 BYD도 배터리와 모터 등 전동화 부품을 한꺼번에 제어하는 'e-플랫폼 3.0'을 개발했다. 특징은 배터리를 차대의 구조 부재로써 활용하는 점에서 차체의 부재를 생략하고 비용을 낮춘다는 데 있다. 전기차의 핵심 부품을 거의 내재하고 있는 BYD이기 때문에 만들어질 수 있는 배터리 일체형 차대다. 길리자동차 그룹도 지커 브랜드의 미니밴 009에 기가 프레스 기술을 적용했다. 길리는 다른 모델로도 확대한다는 방침이다.

현대차그룹은 차세대 플랫폼 IMA(Integrated Modular Architecture)를 개발하고 있다. 동일한 플랫폼의 모델 사이에서만 구성 요소와 모듈을 공유할 수 있는 E-GMP와는 달리 IMA는 세그먼트나 차량 유형과 관계없이 브랜드 라인업 전체에서 80개 이상의 모듈을 공통화할 수 있다는 것이 특징이다. IMA는 섀시뿐만 아니라 모터 및 배터리 시스템도 셀 투 팩 기술로 표준화한다. 이는 규모의 경제를 많이 증가시키고 복잡성을 줄일 수 있다. 이를 바탕으로 메가 케스팅 기술 도입도 추진하고 있다.

이는 자동차산업의 숙명인 비용 저감으로 이어진다. 토요타처럼 기가 캐스팅 등에 관한 언급은 없다. 현대차그룹만의 새로운 생산기술을 개발하고 있다는 얘기이다. 이를 통해 전기차 부문에서 영업이익 10%를 목표로 하고 있다. 테슬라의 2022년 영업이익은 16.7%였다.

전기차 시대의 생존 게임의 핵심은 생산 비용 저감이다. 획기적인 비용저감을 통해 수익성을 확보해야 생존할 수 있다. 그것을 바탕으로 한 가격 경쟁에서 뒤처지면 미래를 보장할 수 없게 된다.

관련 산업의 구조 전환을 수반한다

메가 캐스트 도입이라는 생산방식 혁신은 부품과 소재 등의 공급업체도 구조 전환을 촉발할 수 있다. 기가캐스트의 채용으로 토요타가 177개의 강판의 프레스 부품을 2개의 부품으로 대체하게 되면 프레스 부품 메이커나 금형 메이커들이 영향을 받게 된다. 소재 메이커에도 영향이 미친다.

자동차 소재의 중심이 철에서 알루미늄으로 크게 변화하기 때문이다. 철강 메이커 간부도 자동차용 강재 사용량이 줄어들 가능성이 있어 채용 동향을 주시하고 있다고 밝혔다. 서플라이 체인이 바뀔 것이라는 얘기이다. 지금까지 티어1, 티어2, 티어3로 공고히 구축되어 온 공급망의 구조가 달라진다.

자동차 분해조사회사인 미국 먼로 앤 어소시에이츠에 따르면 미국 테슬라의 모델 Y 차체 부품에서 사용하는 알루미늄양은 전체 질량의 절반 가까이 된다. 일반 승용차의 알루미늄 비율은 10% 정도다. 토요타는 얇고 강도가 큰 고장력 강판 기술이 뛰어나다. 대량의 강판을 프레스 성형하여 차체에 이용하여 비용 경쟁력이 우수한 차량을 개발해 왔다.

전기차 차체 소재의 알루미늄 비율이 높아지면 철강 메이커에 대한 영향은 크다. 전기차는 내연기관차에 비해 부품 점수가 30% 정도 줄어든다. 내연 기관 엔진과 배기관, 연료 공급 장치, 변속기 등 다수의 부품이 필요 없어진다. 테슬라나 BYD 등은 모듈(복합 부품)화에 힘을 쏟고 있다. 자율주행이나 통신 기능 등 기술도 고도화되는 가운데 소규모 부품사가 수주할 수 있는 여지는 작아진다. 유럽과 미국 등에서는 전기차 시대에 대비해 메가 공급업체로의 재편이 진행되었다. 부품회사의 재편에 의한 거대화의 흐름이 가속할 것 같다.

또 하나는 카센터(자동차정비업체)에 관한 것이다. 한국에는 약 8만 개의 카센터가 있다. 이들이 그동안 수리했던 엔진과 변속기를 비롯한 관련 부품이 없어지면 고작 서스펜션 계통의 수리나 타이어 교체에 만족하지 못할 수 있다. 어느 날 아침 갑자기 바뀌지는 않겠지만 피할 수 없는 것은 분명하다. 여기에는 인류가 욕심을 버리고 기후재앙을 막기 위해 전력을 다한다는 전제가 필요하다.