클라우드(CLOUD)기반의 신 용접기술과 WPS 모니터링에 의한 용접 데이터의 적부 판독과 관리 - 4차산업을 접목한 용접과정 및 결과 데이터 관리 시스템으로 용접산업의 나아갈 길 제시

클라우드(CLOUD)기반의 신 용접기술과 WPS 모니터링에 의한 용접 데이터의 적부 판독과 관리

- 4차산업을 접목한 용접과정 및 결과 데이터 관리 시스템으로 용접산업의 나아갈 길 제시 

별도의 저장매체가 없어도 인터넷에 접속만 하면 각종 데이터들을 가상의 서버 클라우드에 저장할 수 있는 기술은 스마트폰부터 고성능의 IT 장비까지 다양한 분야에 사용되고 있다. 

용접산업에도 큰 변화가 일어나고 있다. 지금까지 용접기는 단순히 용접작업 위한 도구로 사용되었지만 아날로그 방식의 용접기가 디지털화를 이루면서 기술 영역의 폭을 넓혀 나갔다. 

이런 방향에서 클라우드 기술이 디지털 용접기에 적용되어 모니터링을 통한 용접 진행 상황과 그 결과를 데이터화 하여 저장하고 누구나 언제 어디서든 진행되는 실제의 용접 상황이나 진행된 용접의 결과를 수치화하여 PASS/FAIL을 포함한 다양한 DATA를 확인할 수 있게 되었다. 

이런 흐름에 따라 지난 1월 8일부터 12일까지 5일간 한국폴리텍대학 화성캠퍼스(학장 조한유) 산업설비학과에서 진행된 “클라우드 기반하의 용접 데이터 관리 및 모니터링 기술”에 대한 전공역량강화 연수가 열렸다. 

이번 연수는 4차산업 변화에 따른 용접분야 교육방향을 설정하고 이를 적용하고자 하는 한국폴리텍대학 산업설비학과 20명의 전공 교수들을 대상으로 이루어졌다. 

이번 연수는 다국적 기업인 링컨용접기(링컨 일렉트릭사)와 협업으로 한국폴리텍대학 화성캠퍼스 산업설비학과 정구현 교수의 강의로 진행되었으며, 클라우드 기반의 모니터링 용접 장비에 대한 기술 서포터를 위해 링컨 일렉트릭의 한국지사 이정훈 과장이 참여하였다. 

금속&용접저널에서는 클라우드 기반의 용접기술에 대한 연수 현장을 찾아가 국내 용접산업에 변화 될 미래기술을 살펴보고 왔다. 

클라우드 기반의 용접기술 

링컨 일렉트릭사는 약 15년~20년 전부터 고객사들의 요청에 따라서 클라우드 서버 기반의 모니터링 시스템을 개발하였다. 

시작부터 클라우드 서버가 사용된 것은 아니다. 장비를 사용하는 업체들이 글로벌화되면서 작업장과 장비 제어를 담당하는 용접기술팀들이 거리가 생겨 제대로 된 작업상황을 파악하기 어려워했다. 

링컨 일렉트릭사는 모니터링 기술에 클라우드 서버 적용하여 관리자가 주어진 권한 안에서 장소에 구애 받지 않고 노트북이나 스마트폰 등 휴대 장비의 어플리케이션으로 현장에 용접작업 상황을 열람하고 결과 기록들을 관리할 수 있게 되었다. 

링컨 일렉트릭의 모니터링이 기능을 가진 용접기 파워웨이브는 STT(Surface Tension Transfer) 용접기술을 가지며, 별도의 모니터링 시스템을 갖춰야 했다면 파워웨이브는 한 장비 안에 용접기와 모니터링이 시스템이 갖춰져 있다. 

파워웨이브는 SAW(Submerged Arc Welding)를 제외한 전 용접 프로세스가 가능하며, 용접상황을 실시간 모니터링 한다. 모니터링된 결과값은 파워웨이브를 서버에 활성화하면 체크포인트라 불리는 클라우드 모두 저장된다. 

저장되어 관리되는 용접데이터는 약 50가지의 파라미터 정보가 담겨있다. 사용자(용접사, 엔지니어, 품질관리자 등)은 주어진 각 분야의 권한내에서 클라우드 서버인 체크포인트에서 기본적으로 용접 작업에 설정된 전류, 전압값과 와이어 송급속도, 입열량 등의 용접 파라미터 등을 확인할 수 있으며 WELDING DATA를 수정 또는 입력 할 수도 있다. 

링컨 일렉트릭의 용접 장비는 클라우드 기반의 모니터링 용접기술을 적용하여 용접 작업을 하면서 용접기에서 나오는 데이터를 바로 모니터링 할 수 기술을 실현했다. 작업자는 WPS의 DATA에 맞게 용접이 되었는지 바로 확인을 하면서 정확하게 프로세스대로 용접할 수 있다. 

또한 언제 어디서든 용접작업이 진행되는 과정이나 결과 등을 핸드폰이나 PC를 통해 모니터링할 수 있다. 그리고 용접이 이루어지는 곳에서 바로 품질을 확인할 수 없다면 모니터링된 데이터를 클라우드로 저장하여 다른 작업자가 받아 품질에 대한 적부를 판단할 수 있다. 클라우드 서버에 용접사의 용접작업 데이터를 등록하여 관리도 가능하다. 

용접 작업의 결과 외에도 작업자의 아이디 연동을 통하여 용접 후 용가재 잔량 확인과 작업자들의 주간 조, 야간 조, 잔업 조 등 조 편성의 시프트 관리 등 ERP와 연동도 가능하다. 

새로운 용접기술과 산업의 변화 

클라우드 기반의 용접기술은 북미에서 쉽야드, 자동차 산업에서 많이 활용하고 있다. 그리고 GE 트랜스포트 계열사는 공장이 셋업 될 때마다 용접 작업 시 클라우드 서버의 연결되어 라인 관리를 하고 있다. 

교육기관의 경우 모니터링기술을 활용하여 WPS의 맞는 용접 세팅을 하여 학생들의 용접 작업 과정을 모니터링 할 수 있으며, 용접 후 용접기록을 보고 평가 및 관리하기 편하다. 

국내의 경우 발전소 설비 및 PIPE SPOOL 제작 업체에서 사용되고 있다. 자동화 용접에도 적용되어 관리자가 클라우드 서버를 통해 용접기의 전압, 전류 등의 세팅 값을 설정하거나 장비를 제어한다. 작업자가 클라우드 서버를 이용하여 거리와 상관없이 언제 어디서든 용접기의 상태를 관리 할 수 있다. 

독일에서 시작한 4차산업혁명으로 스마트 자동화 시대가 시작되었다. 자동차 산업을 중점으로 북미에서는 자동차 오토메이션 분야에 오퍼레이터 수를 줄일 수 있는 기술로 클라우드 기반의 용접기술을 보고 있다. 앞으로 클라우드를 이용한 기술사례가 다양한 분야에 적용되면서 용접 공장자동화의 한파트를 담당할 것으로 전망한다. 

국내 용접산업의 변화 필요 

현장 사고 및 부실건물의 원인 중에는 잘못된 용접시공이 있다. 제대로 된 용접데이터를 토대로 용접 시공을 하지 않았거나 용접 장비의 전기사고로 화재가 일어나기도 한다. 

용접은 데이터를 토대로 적부가 가려져야 하지만 용접사의 재량과 검사관의 용접 결과를 육안으로 검사하여 넘어가는 경우가 많다. 

보통은 용접 품질 상태를 검사하기 위해 엑스레이 검사장비를 많이 사용한다. 엑스레이 검사는 용접 내부의 불순물 또는 크랙, 기공 등을 보기 위해 쉽지만 보이지 않는 금속 조직 면에 성질이나 파괴 충격 값을 알 수가 없다. 

작업시간을 단축하기 위해 용접속도를 높여 용접할 경우 엑스레이 검사는 이상이 없지만 입열량이 많아 재질의 변화로 충격을 입을 경우 파괴의 도달하는 시간이 빠르게 변할 수 있다. 용접 작업 시 WPS에 나와 있는 전류, 전압과 층간 온도를 반드시 지켜야 한다. 모니터링을 통해 나온 용접데이터로 용접속도, 전류, 전압에 알맞게 용접을 하면 엑스레이검사와 상관없이 용접 품질을 판단할 수 있다. 

WPS의 맞게 작업을 하면 공정이 길어진다 생각할 수도 있다. 그러나 만약에 잘못된 용접 시공으로 수리가 발생하여 보수용접이 필요한 경우 3~4배의 비용이 더 지급해야 한다. 

국내에서 용접 모니터링 시스템이 적용되고 있는 사례는 자동차 분야의 아크용접 로봇과 스폿용접 로봇뿐이다. 대기업 생산설비 및 용접 자동화 외에는 모니터링 기술을 사용하는 사례가 흔치 않다. 용접기 외에 별도의 모니터링 시스템 장비를 구매해야 하는 부담과 대다수 필요성을 느끼지 못하여 엑스레이 등의 비주얼 검사로만 용접상태를 파악해 왔다. 

국내 용접산업에도 WPS개념이 잡혀 모니터링이 도입되고 품질 관리가 필요한 시점이 왔다. 외국 자료에만 의존하지 않고 모니터링을 통한 용접 시공에 대한 데이터 시트를 남겨 국내실정에 맞는 용접 사례에 대한 데이터를 남겨야 한다. 

새로운 기술의 도입은 빠르면 빠를수록 기업의 경쟁성은 커진다 

대표적인 예로 현재 우리 기업에서는 특히 발전소 설비 및 PIPE SPOOL 제작이나 Vessel 제작업체에서는 제작공정의 대부분을 GTAW로 진행하고 또한 이 방법만이 맞다고 현장의 대부분의 용접사나 엔지니어들은 생각한다. 

그러나 파형 제어가 가능한 STT(Surface Tension Transfer)이라는 기술을 적용하면 CO2용접으로 PIPE SPOOL이나 Vessel용접에 뛰어난 용접성을 보여준다. 이런 분야에 사용되던 GTAW를 STT 기술의 CO2용접으로 대체가 가능하다. 이런 경우 용접에 소요되는 비용도 4배 정도 저렴하며 용접 속도는 4배 정도 더 빠르게 작업할 수 있어 작업공수와 제작 기한을 줄일 수 있다.새로운 기술의 도입과 적용은 교육 현장에서 먼저 진행되어야 한다. 

산업에 변화를 위해선 용접 교육이 새로운 기술 방향으로 선 진행되어야 한다.특히 우리나라 용접분야에서는 현실적으로 교육이 생산현장을 선도하지 못한다. 이는 우선적으로 생산량과 공기단축 등을 빨리 빨리라는 사고 때문에 이유로 표준화된 방법보다는 현장 작업자에 의해서 생산되는 모순적인 방식이 되풀이되고 현장의 작업자와 용접기술자와 괴리로 인한 품질저하 및 안전사고로 이어지는 총체적 원인이 되고 있다. 따라서 교육현장이 신기술도입에 주저해서는 안 된다. 

그러나 이는 예산이 수반되어야 하기 때문에 현장보다 늦게 기술이나 장비가 도입되는 경우가 대부분이다. 이는 국가에서 용접분야를 뿌리산업으로 지정하고 신기술이 필요하지 않는 분야라 생각하는 것은 아닌지 묻고 싶다. 

세계적으로 용접기술 추세는 빠르게 변화되고 있다. 4차 산업혁명에 맞춰 기업들은 데이터를 분석을 통한 BIG DATA를 만들고 이를 활용하여 비용을 줄여나가고 있지만 국내산업의 경우 최신 기술들을 모르는 기업들이 많을 뿐 아니라 국내 용접기 분야의 산업기술은 외국에 비해 10년이상 뒤처져 있으며 중국에도 뒤져 용접기술 발전의 한계를 가져올 수 밖에 없음을 인식하여야 한다. 

그래서 링컨 일렉트릭의 한국지사의 후원으로 클라우드 기반의 용접기술에 대한 이번 연수를 진행한 한국폴리텍대학 화성캠퍼스의 정구현 교수는 “앞으로 용접은 4차산업 중에서도 중요한 산업으로 될 것이나 국내의 용접산업은 4차산업의 분야에서 소외된 것 같다”라며 국내 용접산업의 변화에 필요성을 이야기했다. 끝으로 “아직 국내 용접기술은 부족한 부분이 많이 있지만 이제라도 새로운 용접기술을 받아들이고 개발, 보급이 필요하다”고 강조했다.  

 

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