타겟 이동
PolyWorks®, GE의 발전소 생산성 유지에 기여하다
Extreme Fab, Inc.는 구조용 금속 가공 전문 기업으로, 석유·가스, 전력, 에너지, 운송 산업에서 요구하는 대형 기계 제작에 필요한 장비와 기술을 보유하고 있습니다.
이 회사의 주요 고객 중 하나는 GE Aero Energy입니다.
GE Aero Energy는 전 세계 기업과 지역사회가 언제 어디서나, 전력망과 관계없이 안정적이고 효율적인 전력을 생산할 수 있도록 지원하는 솔루션을 제공합니다.
GE Aero Energy의 FlexAero LMS100 항공기 기반 가스터빈은 다양한 연료를 사용하여 최대 100메가와트의 전력을 44%의 변환 효율로 생산합니다.
이 탁월한 터빈은 외딴 마을, 시추 현장, 재난 지역 등과 같이 고립된 지역에 신속하게 설치할 수 있도록 설계된, 말 그대로 박스 안의 발전소입니다.
LMS100 패키지에는 터보, 가스터빈, 압축기가 모두 장착 및 사전 조립된 상태로 포함되어 있습니다.
이 첨단 엔지니어링 시스템을 원활히 작동시키기 위해, 대형 고정밀 스키드(Skid)가 사용됩니다.
GE Aero Energy용 스키드 가공 작업에 있어, Extreme Fab은 Dimensional Engineering과 협력하고 있습니다. Dimensional Engineering은 3D 디지털 데이터 수집, 엔지니어링, 분석 서비스를 제공하여, 다양한 산업과 분야의 설계 및 생산 엔지니어링 과제 해결을 지원하는 전문 업체입니다.
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.
“스키드를 한 번 운송하는 데만 수천 달러의 비용이 발생합니다. 따라서, 만약 가공 수정을 위해 다시 Extreme Fab으로 반환해야 할 경우, 운송 비용만으로도 수만 달러의 추가 비용이 발생할 수 있습니다.”
이미지 캡션 기계 기술자들이 1톤 현장 가공 시스템을 조정하고 있습니다.
과제
LMS100 스키드는 길이 60피트, 폭 25피트 크기로, 정밀하게 가공된 베어링 표면과 장착 홀을 포함하고 있습니다.
아주 작은 가공 오차조차 발전소의 운영 효율, 에너지 출력, 수명에 영향을 미칠 수 있습니다.
Dimensional Engineering의 매니징 디렉터인 William Bonner는 다음과 같이 말했습니다.
“장착 패드(Mounting Pads)의 평탄도는 ±0.002인치 이내, 높이는 스키드 전체 60피트 길이에 걸쳐 모든 위치에서 ±0.005인치 이내로 유지되어야 합니다.”
이처럼 대형 구조물을 고정밀로 가공하는 것은 결코 쉬운 일이 아니며, 특히 스키드의 경우 더욱 까다롭습니다. Bonner는 이렇게 설명합니다. “스키드는 항상 움직입니다. 고정된 상태가 아닙니다.” 가공 작업 중에는 무게가 1톤에 달하는 현장용 가공 시스템이 스키드 위에 설치되어 정밀 가공을 수행합니다.
그는 덧붙였습니다. “밀링 장비를 스키드 위에 올려놓을 때마다, 장비의 무게가 고르게 분포되지 않아 스키드가 휘어집니다.”
10일간, 하루 12시간씩 진행되는 이 프로젝트 동안, 작업자들은 장비를 여러 번 이동시키게 됩니다. 그로 인해 장착 패드가 올라가거나 내려가고, 비틀리거나 뒤틀리는 현상이 발생합니다.
열팽창 또한 작업을 더욱 복잡하게 만드는 요인 중 하나입니다. 24시간 동안 최대 50°F(약 10°C)의 온도 변화가 발생하면서, 스키드는 하루 종일 팽창과 수축을 반복하게 됩니다.
"Dimensional Engineering의 역할은 Extreme Fab이 GE가 요구하는 정밀도를 제공할 수 있도록 설정을 제어하고 절삭 각도와 깊이를 지정하는 것입니다."라고 Bonner는 말했습니다.
스키드가 GE에 도착했을 때 요구되는 사양을 충족하지 못하면, 심각한 결과가 초래될 수 있습니다. Bonner는 이렇게 설명합니다.
“스키드를 한 번 운송하는 데만 수천 달러의 비용이 들기 때문에, 재작업을 위해 다시 Extreme Fab으로 반환해야 할 경우, 운송 비용만으로도 수만 달러의 추가 비용이 발생할 수 있습니다.”
또한, 재작업으로 인해 생산 일정에 차질이 생기면, 규격 미달로 인한 금전적 페널티가 발생할 수도 있습니다.
솔루션
장비를 이동할 때마다, 절삭 작업 전과 후마다, Dimensional Engineering은 Extreme Fab에 대해 밀링 장비의 위치, 커터 위치, 그리고 스키드의 정적이고 안정된 상태 기준으로 작업물의 위치를 정확하게 측정하여 제공합니다.
이러한 측정 제어 없이는 GE의 까다로운 사양을 충족하는 것이 매우 어렵거나, 사실상 불가능했을 것입니다.
Bonner 매니징 디렉터는 자신이 주로 사용하는 도구는 FARO 레이저 트래커와 InnovMetric의 PolyWorks|Inspector™ 소프트웨어 솔루션이라고 말했습니다.
그는 이렇게 말했습니다. “FARO 레이저 트래커를 사용해 정밀 측정 데이터를 수집하고, PolyWorks®를 통해 수집된 데이터를 분석·관리하여 끊임없이 변화하는 프로젝트를 효율적으로 진행하고 있습니다.”
Bonner의 2인 팀은 먼저 스키드가 안정된 상태에서의 기본 정렬 작업으로 측정을 시작합니다. 작업물에 용접된 50개의 기준 타겟을 활용해 레이저 트래커로 스키드의 기준 형상을 측정하고, PolyWorks를 사용해 월드 좌표계를 생성합니다.
그 후, PolyWorks를 통해 여러 개의 로컬 좌표계를 설정하여, 전체 스키드와의 관계를 유지하면서도 개별 장착 패드의 움직임만을 독립적으로 파악할 수 있도록 합니다.
“트래커 재배치를 고려하여 측정을 제어할 수 없다면, 큰 문제가 발생할 것입니다.”
밀링 장비의 위치 지정 및 수평 작업이 완료되면, Bonner 팀은 스키드와 커터 위치를 측정하여, 작업자가 절삭 깊이와 각도를 프로그래밍할 수 있도록 정확한 위치 정보를 제공합니다. 가공 작업이 완료된 후에는, 다음 절삭 작업을 진행하기 전에 절삭 결과를 검증하기 위해 다시 한 번 측정 작업을 수행합니다.
스키드는 온도 변화에 따라 형태가 변하기 때문에, Dimensional Engineering 팀은 PolyWorks의 동적 온도 보상 기능을 활용하여 모든 측정 데이터를 처리합니다.
이러한 온도 보상 작업과 정밀하게 측정된 가공 형상의 위치 정보를 결합함으로써, 작업자들은 현재 변동하는 스키드의 상태가 아닌, 안정된 온도 조건을 기준으로 커터 경로를 프로그래밍할 수 있습니다.
스키드의 크기와 측정 시야 확보를 위해, 10일간 진행되는 프로젝트 동안 FARO 레이저 트래커는 수십 차례 재배치됩니다.
이로 인해 정밀 가공 작업에 또 하나의 변수가 추가됩니다.
모든 측정값이 트래커의 위치 변경에도 불구하고 정확하게 유지되도록 하기 위해, Bonner 팀은 PolyWorks의 장비이동 기능과 실시간 조정 기능을 활용합니다.
Bonner 매니징 디렉터는 다음과 같이 말했습니다.
“트래커 재배치에 따른 측정값을 제대로 관리할 수 없다면, 큰 문제가 발생했을 것입니다.”
프로젝트의 마지막 단계에서는, 스키드가 GE의 사양을 충족하는지 확인하기 위해 최종 검사가 수행됩니다. Bonner 매니징 디렉터는 다음과 같이 덧붙였습니다.
“저희는 프로젝트 진행 중은 물론, 출하 전에 모든 측정값을 검증하고 인증합니다.”
왼쪽 최종 검사 결과 장착면의 평면도가 확인되었습니다.
오른쪽 완성된 스키드는 GE로 운송 준비 중입니다.
성과
Bonner 매니징 디렉터는 이렇게 말했습니다.
“레이저 트래커와 PolyWorks|Inspector™ 솔루션이 없었다면, 이 정도 수준의 정확도와 정밀도를 달성하는 것은 불가능했을 것입니다. 최소한 수치적으로 검증 가능한 방식으로는 불가능했겠죠.
저희는 지난 6년간 이 작업을 수행해왔고, 50개 이상의 스키드 프로젝트를 진행했습니다. 그 중 재작업을 위해 고비용의 왕복 운송을 해야 했던 사례는 단 한 번도 없었습니다.” 6년 동안 Dimensional Engineering이 발생시킨 비규격(부적합 보고서) 사례는 단 두 건에 불과했습니다.
하나는 규격을 벗어난 단일 홀 때문이었고, 다른 하나는 스키드 도면 내 상충된 사양으로 인한 것이었습니다.
Dimensional Engineering은 LMS100 패키지의 보조 부품(예: 인터쿨러)과 같은 대형 프로젝트에도 동일한 프로세스와 도구를 적용하고 있습니다. Bonner 매니징 디렉터는 이렇게 설명합니다. “스키드 측정 기술은 두 개의 50피트 길이의 라디에이터 장착 레일을 용접하는 동안 위치를 잡고, 라디에이터 장착 플랜지의 120개 홀 가공, 흡입구 및 배출구 플랜지의 평행도 확보에도 사용됩니다. FARO 레이저 트래커와 PolyWorks로 얻은 정밀 측정값이 없었다면, 라디에이터는 인터쿨러에 맞지 않았을 것이고, 인터쿨러 역시 LMS100 터빈과 정확히 결합되지 않았을 것입니다.”
PolyWorks를 통해 Dimensional Engineering은 움직이는 측정 대상을 효과적으로 관리하고, 대형 가공 작업의 예측 가능성을 확보하고 있습니다.
