움직이는 타겟
PolyWorks®를 통해 GE의 발전소 발전량 유지
Extreme Fab, Inc.는 석유와 가스, 전력, 에너지, 물류 산업에 필요한 대규모 기계를 제작할 수 있는 도구와 기술을 갖춘 구조용 금속 제조 회사입니다. Extreme Fab, Inc.의 주요 고객 중 하나는 GE Aero Energy입니다. GE Aero Energy는 전 세계의 기업 및 지역사회에 사용하고자 하는 지점 또는 인근에서 안정적이고 효율적인 전력을 언제든지 그리드 내외에서 생산할 수 있는 능력을 제공합니다.
다양한 연료를 사용하는 GE Aero Energy의 FlexAero LMS100 항공엔진 파생형 가스 터빈은 44%의 변환 효율로 최대 100MW의 전력을 생산합니다. 오지, 시추 현장 또는 재난 지역과 같은 고립된 위치에 신속하게 전개 및 설치할 수 있는 이 뛰어난 터빈은 일종의 발전소입니다. LMS100 패키지에는 터보, 가스 터빈 및 압축기가 모두 장착 및 사전 조립되어 있습니다. 이 정교한 엔지니어링 작품의 부품을 만들기 위해, 크고 정밀한 스키드를 사용합니다.
GE Aero Energy의 스키드 가공과 관련하여, Extreme Fab는 광범위한 산업 및 응용 분야에서 설계 및 생산 엔지니어링 문제를 해결하기 위해 3D 디지털 데이터 캡처, 엔지니어링 및 분석 서비스를 공급하는 Dimensional Engineering과 협력하고 있습니다.
이미지 캡션 LMS100 항공엔진 파생 가스 터빈은 최대 100MW의 전력을 공급합니다.
캡션 60 x 25피트의 정밀 가공된 스키드 렌더링. 베어링 표면(녹색)은 +/- 0.002인치 평면도로 가공됩니다.
"스키드는 편도 배송에만 수천 달러가 들기 때문에, 재작업하기 위해 Extreme Fab으로 다시 가져오려면, 운송비만 수만 달러가 추가될 수 있습니다."
이미지 캡션 기계 기술자들이 1톤 현장 가공 시스템을 조정하고 있습니다.
과제
60피트 x 25피트 크기의 LMS100 스키드에는 정밀 가공된 베어링 표면과 장착 구멍이 있습니다. 약간의 가공 편차로 인해 발전소의 운영 효율성, 에너지 출력 및 서비스 수명이 단축될 수 있습니다. Dimensional Engineering의 전무이사인 William Bonner에 따르면, "장착 패드는 스키드의 60피트 길이 전체에서 모든 위치에 대해 +/- 0.002인치의 평면도와 +/- 0.005인치의 높이를 유지해야 합니다."
큰 물체를 그 정도 정밀도로 가공하는 것은 쉬운 일이 아니지만, 스키드는 훨씬 더 어렵습니다. “계속 움직입니다. 절대로 정적인 상태가 아닙니다.”라고 Bonner는 말했습니다. 1톤짜리 현장 가공 시스템은 스키드 위에 놓여 정확한 절삭을 수행합니다. "밀을 스키드 위에 놓을 때마다, 밀의 무게가 균등하게 분배되지 않기 때문에 스키드가 휘어집니다."
하루 12시간씩 10일 동안 진행되는 프로젝트 동안, 기계 기술자는 장비를 재배치하여 장착 패드를 올리고, 내리고, 비틀고, 돌렸습니다. 열팽창 역시 문제를 더욱 복잡하게 만드는 요인입니다. 24시간 동안 최대 10°C(50°F)의 상당한 온도 변화로 인해, 스키드는 하루 종일 팽창 및 수축을 반복합니다.
"Dimensional Engineering의 역할은 Extreme Fab이 GE가 요구하는 정밀도를 제공할 수 있도록 설정을 제어하고 절삭 각도와 깊이를 지정하는 것입니다."라고 Bonner는 말했습니다.
스키드가 GE에 도착했지만 필수 사양을 충족하지 못하는 경우, 종종 심각한 결과가 초래됩니다. "스키드는 편도 배송에만 수천 달러가 들기 때문에, 재작업하기 위해 Extreme Fab으로 다시 가져오려면, 운송비만 수만 달러가 추가될 수 있습니다."라고 Bonner가 말합니다. 재작업이 생산 일정에 영향을 미친다고 한다면, 부적합 결과는 상당한 재정적 손해를 의미할 수도 있습니다.
솔루션
기계의 이동, 절삭 작업 전, 작업 후에는 항상, Dimensional Engineering은 Extreme Fab에 밀 배치, 커터 위치 및 스키드의 정적, 이완 상태 기준 작업물의 위치에 대한 정확한 측정을 제공합니다. 이러한 측정 제어가 없다면, GE의 사양은 불가능은 아니더라도 충족하기 어려울 것입니다.
Bonner는 자신이 선택한 도구가 FARO 레이저 트래커와 InnovMetric의 PolyWorks|Inspector™ 소프트웨어 솔루션이라고 말했습니다. "우리는 레이저 트래커를 사용하여 측정값을 정확하게 획득하고 PolyWorks®를 사용하여 수집된 데이터를 연구하고 관리하여 끊임없이 변화하는 프로젝트를 진행합니다."라고 Bonner는 말했습니다.
Bonner의 2인조 팀은 먼저 이완된 상태의 스키드에서 기본적인 정렬을 시작합니다. 레이저 트래커는 작업물에 용접된 50개의 레퍼런스 타겟을 사용하여 스키드의 데이텀 피처를 측정하며 PolyWorks는 월드 좌표계를 생성하는 데 사용됩니다. 그런 다음 PolyWorks를 사용하여 팀이 전체 스키드와의 관계를 유지하면서 개별 장착 패드의 움직임을 분리할 수 있도록 하는 여러 로컬 좌표계를 구축했습니다.
“트래커 재배치를 고려하여 측정을 제어할 수 없다면, 큰 문제가 발생할 것입니다.”
밀의 위치를 지정하고 수평을 맞춘 후, Bonner의 팀은 스키드와 커터의 위치를 측정하여 기계 기술자가 절삭 깊이와 각도를 프로그래밍하는 데 사용하는 정확한 위치를 제공합니다. 작업이 완료되면, 다음 단계를 진행하기 전에 절삭 결과를 확인하기 위해 다시 한 번 측정을 진행합니다.
스키드는 온도에 따라 변하기 때문에, Dimensional Engineering 팀은 PolyWorks가 제공하는 동적 온도 보상 기능을 사용하여 모든 측정 데이터를 처리합니다. 가공된 형상의 정확한 위치가 포함된 이러한 조정을 통해, 기계 기술자는 현재 동적으로 바뀌는 위치가 아닌 안정적인 온도 조건에서의 스키드를 기준으로 절삭 공구 경로를 프로그래밍할 수 있습니다.
스키드의 크기와 측정 시야 범위 고려 사항으로 인해, FARO 레이저 트래커는 10일간의 프로젝트 동안 수십 번 재배치되었습니다. 따라서 정밀 가공 작업에 또 다른 변수가 발생합니다. 모든 트래커 위치에 대해 모든 측정값이 정확한지 확인하기 위해, Bonner의 팀은 PolyWorks의 장비 이동과 실시간 조정 기능을 사용합니다. Bonner는 말합니다. “트래커 재배치를 고려하여 측정을 제어할 수 없다면, 큰 문제가 발생할 것입니다.”
프로젝트를 완료하기 위해, 스키드가 GE의 사양을 충족하는지 확인하는 최종 검사가 수행됩니다. Bonner는 “우리는 프로젝트 진행 중 그리고 배송하기 전에 모든 측정을 검증하고 인증합니다.”라고 말을 마쳤습니다.
왼쪽 최종 검사 결과 장착면의 평면도가 확인되었습니다.
오른쪽 완성된 스키드는 GE로 운송 준비 중입니다.
장점
"레이저 트래커와 PolyWorks|Inspector 솔루션을 사용하지 않으면, 적어도 정량화할 수 있는 방식으로는 이런 수준의 정확도와 정밀도를 달성할 방법이 없을 것입니다."라고 Bonner는 말했습니다. “우리는 이 작업을 6년 동안 해왔고 50개가 넘는 스키드 작업을 했습니다. 이 중 어느 것도 재작업을 위해 그렇게 값비싼 왕복 여행을 할 필요가 없었습니다.” 지난 6년 동안, Dimensional Engineering은 단 두 번의 NCR(부적합 보고서)을 받았습니다: 하나는 사양을 벗어난 하나의 구멍에 대한 것이었고, 다른 하나는 스키드 도면과 사양 사이의 상반되는 사항 때문이었습니다.
Dimensional Engineering은 인터쿨러와 같은 LMS100 패키지의 보조 구성 요소를 포함하여 다른 대규모 프로젝트에 동일한 프로세스와 도구를 적용합니다. "스키드 기술은 용접 중인 두 개의 50피트 라디에이터 장착 레일을 배치하고, 라디에이터 장착 플랜지에 120개의 구멍을 배치하고, 흡기 및 출력 플랜지의 평행성을 유지하기 위해 사용됩니다."라고 Bonner는 설명합니다. "FARO 레이저 트래커와 PolyWorks로부터 얻은 정밀 측정이 없으면, 라디에이터가 인터쿨러에 맞지 않고, 인터쿨러가 LMS100 터빈에 제대로 장착되지 않을 것입니다."
PolyWorks를 사용하여 Dimensional Engineering에서는 움직이는 타겟을 관리하고 큰 규모의 가공 결과를 예측합니다.
