11월 12~18일, 독일 하노버서 세계 최대 농업기계박람회 '아그리테크니카 2023' 열려

‘디지털 트윈’ 기술 활용해 데이터 분석, 고장원인 파악 더욱 정확해질 전망 

농업기계 운영자들이 정비를 위한 이상적인 시기를 찾는 것은 매우 중요한 과제다. 기계의 예기치 않은 가동 중지 시간을 없애고 가동 시간을 극대화하는 방법은 무엇일까?

11월 12일부터 18일까지 독일 하노버에서 열리는 ‘Systems & Components 전시회’에서는 오프-하이웨이 기계(off-highway machine) 분야의 상태 모니터링에 대한 다양한 해결책이 제시될 전망이다. 이것은 시작에 불과하다. '디지털 트윈' 개념을 활용해 기업들은 예측 정비를 새로운 수준으로 끌어올릴 수 있는 솔루션을 계속 연구하고 있기 때문이다.

건설 현장이나 농경지에서 현대 오프-하이웨이 차량의 스펙트럼은 엄청나며 디젤, 가스, 전기 또는 수소 등 다양한 구동 유형의 범위는 이전보다 다양해졌다. 그럼에도 응용 및 기능 측면에서 차이가 있는 모든 이동 작업 기계들은 한 가지 공통점이 있다. 성능 용량의 한계를 밀어붙이며 가장 가혹한 환경 조건에서도 최고의 효율성과 작동 안전 기준을 충족해야 하는 것이다.

기계, 유압, 전기 또는 전자 시스템의 예기치 않은 고장은 비용이 많이 들 수 있으며, 고장 발생 후 수리를 수행하는 것은 최상의 해결책이 아니다. 아울러 기계 제조업체는 예측 정비가 특히 보증 기간 동안 서비스 및 정비 비용을 줄이는 이상적인 도구라고 생각한다.

기계 데이터 수집을 위한 스마트 센서

아그리테크니카(Agritechnica)와 병행 개최되는 ‘Systems & Components 전시회’에서 기술 파트너들은 디지털화와 이동 작업 기계의 자동화에 대한 현재와 미래의 응용에 대해 고객들과 논의하려 한다.

‘상태 모니터링’과 ‘예측 정비’는 이미 자주 사용되는 용어가 됐다. 이러한 기술의 장점은 명백하다. 고장의 조기 감지, 예기치 않은 다운타임 최소화 및 예방적인 기계 정비 지원을 말한다. 예를 들어 주의할 만한 사례 중 하나는 드라이브트레인과 관련된 것으로, 왜 드라이브 샤프트에 마모 흔적이 나타나는지에 대한 질문이다. 이것은 단순히 정상적인 마모인지, 아니면 드라이브 샤프트가 정렬되지 않았거나 과도한 스트레인에 노출돼 빠르게 마모되고 있는지를 나타낼 수 있는 것이다.

이처럼 작동 방식에 대한 깊은 통찰력을 갖고 기술적 결함을 발견하기 위해서는 정확한 데이터와 해당 문맥에 대한 상세한 이해가 필요하다. 핵심 지점에서 하중을 측정하는 스마트 센서가 필요한 데이터를 제공하며, 실제로 이동 기계는 여러 센서와 제어 장치로 구성돼 있어 측정 용량이 이전보다 크게 증가했다.

그러나 정비의 최적 시기는 센서와 실시간 데이터 분석을 지능적으로 결합해 현재와 과거 데이터를 기반으로 어떤 종류의 손상이 언제 발생할지 예측하는 알고리즘을 사용해 결정할 수 있다.

동력전달 시스템에서의 '지능적인' 드라이브 샤프트

독일 하노버에서 오는 11월에 열리는 ‘Systems & Components’에서 발표될 신기술은 동력전달 시스템의 상태 모니터링을 개선하고 간소화할 것이다. 이러한 개발은 농기계의 신뢰성을 향상시키는데 특히 유망한 가능성을 가지고 있다. 예를 들어 곡물의 경우 연간 약 8주의 수확 기간에 불과해 이는 매우 중요하다. 이 기간 동안 콤바인 수확기와 트랙터는 전체 농업 생산 과정에서 병목 현상을 방지하기 위해 고장 없이 작동해야 한다. 스마트 센서를 통해 기계 제어는 토양 조건이나 수확 작물에 최적으로 적응하고, 최적 부하 지점에서 작동할 수 있다.

박람회 현장에서 선보일 솔루션과 서비스는 이동 작업 기계의 운영자들이 언제든 드라이브 트레인 내의 구성 요소의 상태를 확인하고, 고정된 시간 간격이나 운전 시간에 의존하는 것이 아닌 실제 필요에 따라 유지 보수를 계획할 수 있게 한다. 예를 들어 Walterscheid Powertrain Group의 유지 보수 솔루션은 스마트 센서를 중요한 드라이브 샤프트 구성 요소에 직접 통합해 작동 중에 토크, 회전 속도, 굴곡 각도 및 온도와 같은 시스템 매개 변수를 실시간으로 전송한다. 이 데이터는 드라이브 샤프트의 하중 정보를 제공해 조기 마모를 감지하는 데 도움을 준다. 운전자는 조종실에서 이러한 지능형 드라이브 샤프트에서 정보를 읽을 수 있으며, 탑재된 컴퓨터가 정상과의 차이를 감지하면 경고음이 울리고 진단 정보가 표시된다.

기계 모니터링

부품 고장 또는 점검 후 필요한 교체 부품을 신속하고 쉽게 식별해 주문할 수 있으므로 기계의 원활한 운영이 가능해진다. Zeppelin은 최근 개발된 차량 관리 플랫폼 'Como'를 통해 이를 실제로 어떻게 구현하는지 보여줄 예정이다. 각 장비는 시스템에 연결돼 운영자가 모든 차량을 시각화하고 각 기계의 이벤트 및 진단 코드를 볼 수 있게 한다. 독일 전역에서 운영 중인 5만 대 이상의 Cat 건설 기계 중 하나에서 발생하는 모든 고장은 해독되고 해석되며 필요한 조치가 권장될 수 있다. 기계의 이벤트 및 진단 코드의 완전한 로그가 개요 형식으로 표시돼 빈번한 코드를 분석할 수 있다. 동시에 문제가 발생하면 코드가 우선순위를 결정하고 가장 중요한 조치를 알린다. 코드를 직접 선택하면 시리얼 번호, 운영 시간 및 예정된 점검 날짜와 같은 건설 기계의 세부 정보를 볼 수 있다. 또한 'Como'는 차량 파크의 모든 기계 지도를 표시해 기술자가 필요한 교체 부품과 도구를 갖추고 고장난 기계를 신속하게 찾아 수리해 다시 가동할 수 있도록 한다.

디지털 트윈과 함께 미래로

하노버에서 전시되는 이 기술의 가능한 응용 분야는 예방적인 유지 보수 전략을 넘어서며 ‘디지털 트윈’은 기계 기능의 디지털 표현을 통해 구성 요소의 수명 주기를 중점으로 살펴볼 수 있을 전망이다. 자세한 모델은 실제 기계의 센서 데이터를 실시간으로 수신하며, 고장 시 서비스 기술자들은 디지털 트윈을 사용해 데이터를 분석하고 고장의 원인을 더 정확하게 찾을 수 있다.

이 개념은 또한 시뮬레이션에서 새로운 서비스 비즈니스 모델을 프로토타입화하는 데 사용될 수 있다. 예를 들어 실제 하중 주기에 대한 정보를 수집한 다음, 이를 사용해 디자인 엔지니어와 개발자들이 현실 세계의 부하를 견디기 위해 새로운 드라이브 샤프트나 조향 시스템을 설계하는 데 도움을 줄 수 있는 것이다. 과거에는 물리적인 프로토타입이 필수적이었지만, 미래의 드라이브 트레인 모델링은 개발 중인 제품의 중요한 영역과 최적화 가능성을 식별하는 데 도움을 줄 것이다. 다양한 기술 공급업체들은 현재 이러한 드라이브 트레인 모델을 개발 중이며, 이는 예측적인 유지 보수를 새로운 수준으로 끌어올릴 것이다.

오는 11월 12일부터 18일까지 ‘Systems & Components’에서는 미래가 어떻게 될지와 이러한 비전을 실현하기 위해 극복해야 할 장애물은 무엇인지를 확인할 수 있을 전망이다.