디지털트윈에서 3D 레이저 스캔의 일정 주기에 대한 내용 정리

디지털트윈에서 재조공장에 기계가 회전을 하고 있다고 했을때, 3d 레이저 스캔으로 실시간으로 스캔해서 동작 모습을 보여주려면 통신에 상당한 과부하가 생기므로, 스캔은 일정 기간에만 잠깐해주고 동작모습을 보여주되, 회전 속도나 동작모습은 그외에 각종 다른 센서들의 데이터를 종합해서 기계의 동작 모습, 즉, 회전 속도등으로 기계가 현실에서 움직이는 모습이 디지털에서도 똑같이 움직이게 하는건가요?

 

네, 맞습니다. 질문하신 내용이 디지털 트윈에서 재조 공장의 회전 기계 동작을 구현하는 일반적인 방식입니다.

3D 레이저 스캔을 실시간으로 계속 수행하는 것은 통신 대역폭, 데이터 처리량, 그리고 비용 측면에서 엄청난 과부하를 초래합니다. 특히 회전하는 기계의 미세한 움직임을 실시간으로 모두 스캔하여 보여주는 것은 현실적으로 매우 어렵습니다.

따라서 일반적으로 다음과 같은 방식으로 디지털 트윈을 구현합니다:

1. 초기 3D 스캔 및 모델링:
   • 기계의 초기 형상과 주변 환경은 3D 레이저 스캔 등을 통해 정밀하게 스캔하여 고정된 3D 모델을 생성합니다. 이는 디지털 트윈의 "뼈대"가 됩니다.
   • 이 스캔은 주기적으로 업데이트될 수는 있지만, 실시간으로 계속 이루어지지는 않습니다.
2. 다양한 센서 데이터 활용:
   • 회전 기계의 실시간 동작 정보(회전 속도, 진동, 온도, 모터 전류 등)는 비전 센서(카메라), 진동 센서, 회전 속도 센서(RPM 센서), 전류 센서 등 다양한 경량 센서들을 통해 수집됩니다.
   • 이 센서들은 3D 스캐너보다 훨씬 적은 데이터 양을 발생시키므로 실시간 통신에 유리합니다.
3. 데이터 통합 및 가상 모델 연동:
   • 수집된 센서 데이터는 디지털 트윈 플랫폼으로 전송됩니다.
   • 플랫폼은 이 데이터를 기반으로 초기 생성된 3D 모델의 회전 부분(예: 모터 축, 기어 등)을 실시간으로 업데이트하여 회전 속도와 방향을 시각적으로 보여줍니다.
   • 예를 들어, RPM 센서에서 1000RPM이 감지되면 디지털 트윈 상의 기계 모델도 1000RPM으로 회전하는 것처럼 표현되는 식입니다.
4. 물리 기반 시뮬레이션 및 예측 (선택 사항):
   • 더 나아가, 센서 데이터뿐만 아니라 기계의 물리적 특성(질량, 관성, 마찰 계수 등)을 기반으로 물리 시뮬레이션을 수행하여, 특정 조건에서 기계가 어떻게 동작할지 예측하거나, 센서 데이터에 공백이 생겼을 때 보완하는 데 활용할 수도 있습니다.

결론적으로, 질문하신 내용처럼 3D 레이저 스캔은 주로 초기 모델링이나 주기적인 업데이트에 사용하고, 실시간 동작 모습(특히 회전 속도 등)은 훨씬 가벼운 다른 센서들의 데이터를 종합하여 디지털 트윈 상의 가상 모델을 동적으로 구동하는 방식이 일반적입니다. 이는 효율적인 통신과 데이터 처리, 그리고 현실적인 비용으로 디지털 트윈을 구현하기 위한 핵심 전략입니다.

 

 

질문)

제조공장의 실제 회전하면서 동작하고 있는 기계를 3d레이저스캔으로 어느정도 기간에 한번씩 스캔하나요?

제조 공장에서 실제 회전하는 기계를 3D 레이저 스캔으로 얼마나 자주 스캔하는지는 여러 요인에 따라 달라지기 때문에 "정해진 주기"는 없습니다. 일반적인 고려 사항과 스캔 주기를 결정하는 요인들은 다음과 같습니다.

1. 스캔의 목적:

• 초기 모델링 및 기준점 설정: 디지털 트윈을 처음 구축할 때 가장 정밀하게 스캔하여 기계의 초기 상태를 기록합니다. 이 스캔은 이후의 모든 변화를 비교하는 기준점이 됩니다.
• 변형 및 마모 감지: 기계 부품의 마모, 변형, 정렬 불량 등을 감지하기 위한 목적이라면, 변화가 예상되는 주기에 맞춰 스캔할 수 있습니다.
• 설비 교체 또는 대규모 유지보수 후: 주요 부품 교체나 대규모 유지보수 작업 후에는 변경된 사항을 디지털 트윈에 반영하기 위해 스캔을 수행할 수 있습니다.
• 성능 최적화 및 분석: 특정 성능 문제나 비정상적인 동작이 감지될 때, 정밀한 3D 데이터를 통해 원인을 분석하기 위해 임시 스캔을 진행할 수 있습니다.

2. 기계의 특성 및 중요도:

• 정밀도 요구사항: 매우 높은 정밀도가 요구되는 기계나 부품은 더 자주 스캔할 필요가 있을 수 있습니다.
• 운전 환경: 고온, 고압, 진동 등 가혹한 환경에서 운전되는 기계는 변형이나 손상 가능성이 높으므로 스캔 주기를 단축할 수 있습니다.
• 생산 라인에서의 중요성: 생산 라인 전체에 미치는 영향이 큰 핵심 설비는 잠재적 문제를 조기에 발견하기 위해 더 자주 스캔할 수 있습니다.

3. 비용 및 효율성:

• 3D 레이저 스캔은 장비 비용, 인력, 시간 등이 소요되므로, 스캔 빈도는 투자 대비 효과를 고려하여 결정됩니다.
• 앞서 말씀드린 것처럼 실시간 동작은 다른 센서 데이터로 대체하고, 3D 스캔은 형상 변화 감지에 집중하는 것이 비용 효율적입니다.

일반적인 접근 방식:

• 초기 구축 시: 1회 정밀 스캔
• 정기적인 점검/유지보수 시: 6개월 ~ 1년에 한 번 또는 기계의 상태 변화에 따라 비정기적으로 스캔
• 특정 문제 발생 시: 필요에 따라 스캔

결론적으로, 제조 공장의 회전 기계에 대한 3D 레이저 스캔 주기는 해당 기계의 중요성, 운전 환경, 발생 가능한 변화의 속도, 그리고 기업의 유지보수 전략 및 예산에 따라 유연하게 결정됩니다. 실시간 동작 모니터링은 3D 스캔보다는 진동, 온도, RPM 센서 등 다른 센서 데이터를 활용하는 것이 일반적입니다.

 

 

추가 질문) 6개월에서 1년에 한번 정도로 비정기적으로 스캔하는데, 매달 하지 못하는 이유에 대해 정리하겠습니다

중요질문) 2번째 스캔했을때 첫번째 스캔했을때와 다르게 기계의 모서리 부분이 약간 깨져서 떨어져 나갔다면, 스캔작업에서 위험신호로 알려주나요?

 

네, 그렇습니다. 2번째 스캔에서 첫 번째 스캔과 다르게 기계의 모서리 부분이 깨져서 떨어져 나간 것이 감지되었다면, 디지털 트윈 시스템은 이를 매우 중요한 위험 신호로 간주하여 알려줄 수 있습니다.

이러한 변화를 감지하고 위험 신호로 알리는 과정은 다음과 같습니다:

1. 데이터 비교 및 차이점 감지 (Change Detection):
   • 첫 번째 스캔 데이터(기준 모델)와 두 번째 스캔 데이터를 정밀하게 비교 분석합니다.
   • 3D 스캔 소프트웨어는 두 시점의 포인트 클라우드 또는 메시 모델 간의 차이를 계산하여, 특정 임계값 이상의 형상 변화를 자동으로 감지합니다. 모서리 부분이 깨져 나갔다면 해당 영역에서 큰 형상 변화가 감지될 것입니다.
2. 이상 감지 및 경고 생성:
   • 감지된 형상 변화가 미리 설정된 기준(예: 허용 오차 범위, 재질 특성을 고려한 변형 한계 등)을 초과할 경우, 시스템은 이를 "이상" 또는 "위험"으로 분류합니다.
   • 즉시 사용자에게 경고(알림 메시지, 대시보드 표시, 이메일, SMS 등)를 보냅니다.
3. 위험 신호의 의미: 기계의 모서리 부분이 깨져 나간 것은 다음과 같은 심각한 문제의 징후일 수 있습니다.
   • 재료 피로 또는 손상: 반복적인 응력, 진동, 부식 등으로 인해 재료가 약화되어 파손이 시작되었을 수 있습니다.
   • 과부하 또는 충격: 설계 허용치를 초과하는 과도한 힘이나 갑작스러운 충격이 가해졌을 가능성이 있습니다.
   • 조립 불량 또는 정렬 문제: 특정 부위에 비정상적인 응력이 집중되어 파손이 발생했을 수 있습니다.
   • 예측 가능한 고장: 작은 파손은 더 큰 고장, 생산 중단, 안전사고로 이어질 수 있는 초기 징후가 됩니다.

디지털 트윈에서의 역할:

디지털 트윈은 단순히 현재 상태를 보여주는 것을 넘어, 이러한 변화를 **예방 정비(Predictive Maintenance)**의 핵심 데이터로 활용합니다. 모서리 파손과 같은 물리적 손상 감지는 다음을 가능하게 합니다.

• 즉각적인 조치: 추가적인 손상이나 더 큰 고장으로 이어지기 전에 유지보수 팀이 개입하여 점검 및 수리를 계획할 수 있도록 합니다.
• 고장 예방: 잠재적인 고장 원인을 분석하여 동일한 문제가 다른 기계에서 발생하지 않도록 예방 조치를 취할 수 있습니다.
• 안전 확보: 파손된 부품이 비산되거나 기계 오작동을 유발하여 발생할 수 있는 안전사고를 미연에 방지합니다.

따라서 3D 스캔은 기계의 물리적 건전성을 모니터링하고, 잠재적인 위험을 조기에 감지하여 알려주는 매우 중요한 역할을 수행합니다.

 

위 질문에 대한 질문 및 답변) 6개월~1년 주기보다는 매달 해주는게 더 안전하겠네요.

결론 : 하지만, 결론적으로 비용이 많이 듭니다.

 

네, 맞습니다. 매달 3D 스캔을 수행하는 것이 6개월~1년 주기보다 훨씬 더 높은 수준의 안전성과 예방적 유지보수 효과를 가져올 수 있습니다.

장점:

1. 조기 위험 감지: 기계의 미세한 균열, 변형, 마모, 또는 모서리 파손과 같은 초기 손상을 훨씬 더 빠르게 감지할 수 있습니다. 이는 문제가 커지기 전에 조치를 취할 수 있는 시간을 벌어줍니다.
2. 고장 예방 효과 증대: 작은 문제가 큰 고장으로 발전하기 전에 발견하고 해결함으로써, 갑작스러운 생산 라인 중단(다운타임)을 최소화하고 막대한 수리 비용을 절감할 수 있습니다.
3. 정확한 마모 추세 분석: 짧은 주기로 데이터를 축적하면 기계 부품의 마모 및 변형이 진행되는 속도와 패턴을 더욱 정확하게 파악할 수 있습니다. 이를 통해 수리 또는 교체 시기를 더 정밀하게 예측할 수 있습니다.
4. 안전성 향상: 파손된 부품이 비산되거나 기계 오작동을 유발하여 발생할 수 있는 안전사고 위험을 조기에 파악하고 제거하여 작업자 안전을 크게 향상시킬 수 있습니다.
5. 성능 최적화: 미세한 변형으로 인한 성능 저하를 조기에 감지하고 조정함으로써 기계의 최적 성능을 더 오래 유지할 수 있습니다.

고려해야 할 점:

하지만 매달 스캔을 수행하는 것은 다음과 같은 현실적인 고려 사항을 동반합니다:

• 비용: 3D 스캔 장비 운영, 전문 인력 투입, 데이터 처리 및 분석에 드는 비용이 증가합니다.
• 시간 및 생산성: 스캔을 위해 기계 가동을 잠시 중단해야 할 수도 있으며, 이로 인한 생산성 손실이 발생할 수 있습니다. (물론 일부 스캐너는 가동 중에도 스캔이 가능하지만, 정밀도 측면에서 제약이 있을 수 있습니다.)
• 데이터 관리: 매달 대량의 3D 스캔 데이터를 저장, 관리, 분석하는 데 필요한 인프라와 역량이 요구됩니다.

결론:

이론적으로는 매달 스캔하는 것이 안전성과 유지보수 측면에서 더 좋습니다. 하지만 실제 적용 시에는 각 제조 공장의 기계 중요도, 고장 시 파급 효과, 예산, 인력 등의 비용-효율성 분석을 통해 최적의 스캔 주기를 결정하는 것이 중요합니다. 핵심적이고 고장이 치명적인 영향을 미치는 설비에는 더 짧은 스캔 주기를, 상대적으로 중요도가 낮은 설비에는 긴 스캔 주기를 적용하는 등 유연한 전략을 사용할 수 있습니다.