Mader, 압축 공기 누출을 감지하는 인공 지능

압축공기의 누출은 연간 수백만 유로의 비용을 초래한다. 프라운호퍼 IPA는 누출을 조기에 감지하고 위치를 찾는 데에 인공 지능을 이용할 계획이다. 이 계획에 공압 장치 공급자 Mader가 색다른 지원을 제공한다.

울리케 뵘(Ulrike Böhm): Looxr 홍보 팀

핵심 내용

  • 프라운호퍼 IPA가 인공 지능을 활용하여 압축공기 누출을 조기에 감지하고 값비싼 손실을 절감하기 위해 나섰다.
  • Mader가 자가 학습 알고리즘을 훈련시키기 위해 압축공기 시뮬레이터를 개발하였고, 다양한 누출 타입을 시뮬레이션하였다.
  • 초음파 기술을 사용하여 누출을 확인하고 생산 중에도 이 누출을 찾아낼 수 있다.

압축공기 전문 업체 Mader가 2018년 7월 프라운호퍼 IPA(생산 기술 및 자동화 연구소)로부터 받은 주문은 일반적이지 않았다. 연구소는 시스템 누출을 막지 않고, 오히려 의도적으로 생성할 수 있는 모델 시스템을 요구하였다. 하지만 전제 조건이 있었다. 어떤 경우에도 의도치 않은 누출을 방지하는 것이다. 압축공기 시스템의 손실은 대부분 누출 탓이다. 에너지의 최대 30%가 사용되지 못한 채 누출로 새어 나간다. 수백만 유로가 그냥 빠져나가는 것이다. 독일에는 60.000개 압축 공기 시스템이 있고 연간 소비 전류가 16.6TWh인 점을 생각하면 누출만 막아도, 함부르크와 뮌헨이 소비하는 만큼의 전기를 절감하는 것으로 이는 생각하는 것 그 이상이다.

인공 지능이 누출 위치 추적을 혁신하고자 한다

프라운호퍼 IPA가 압축공기 누출 문제에 초점을 맞출 이유가 충분했다. 연구원들은 Mader의 모델 시스템을 이용하여 누출을 신속하고 의도에 따라 확인할 수 있도록 인공 지능을 활용하였다. “이 시뮬레이터는 스스로 학습하는 알고리즘 훈련을 통해, 데이터에 의해 구동되는 생산 연구의 기반을 조성합니다.” 프라운호퍼 IPA 프로젝트 연구원인 크리스티안 디롤프와 크리스티안 슈나이더가 설명하였다. 관련 구성품의 명칭과 주문 번호도 앱을 통해 표시된다. 담당자는 시간을 아끼고 고장 시간을 최소화할 수 있다고 크리스티안 디롤프와 크리스티안 슈나이더는 강조하였다.

모델 시스템을 구성하기 전에, 시스템의 누출을 확인할 방법을 알아야 했다. 이를 위해 자동화 생산을 시뮬레이션하는 핸들링 시스템을 만들었다. 프레스와 선회, 진공을 이용한 수용 그리고 운반 등 4개 스테이션에서 각각 기밀함, 호스 꺾임, 호스에 구멍, 기계적 누출 등 최대 4개의 시나리오를 선택할 수 있다. “어떤 시나리오를 선택하든 상관없습니다. 측정값, 그러니까 체적 유량과 압력을 언제든지 디스플레이에서 판독할 수 있습니다.”(바실레이오스 발라차시스, Mader 내부 프로젝트 코디네이터)

압축공기 시뮬레이터의 스테이션 4개에 대해 다양한 시나리오를 선택할 수 있다.

측정 및 센서 데이터는 모두 데이터 교환 표준 OPC UA로 자동화되어 인더스트리 4.0 플랫폼 “Virtual Fort Knox”로 전송되고, 데이터는 그곳에서 분석 처리된다. “이러한 프로젝트에서 센서와 측정 장치들 모두 동일한 인터페이스와 전송 프로토콜을 사용하는 경우는 극히 드뭅니다. 따라서 우리는 아날로그 센서뿐만 아니라 디지털 센서도 IO 링크 연결하여 사용합니다. 특히 어려운 문제는 매끄러운 데이터 전송을 보장하기 위해 전송 속도를 동기화하는 것입니다.”(바실레이오스 발라차시스) 그 결과가 시뮬레이터이며, 이 장치는 압축공기 누출을 자동으로 감지하기 위한 광범위한 데이터를 생성 제공한다. 또한 프라운호퍼 IPA는 시연 목적으로 세미나에서 이 시뮬레이터를 사용하였다.

모델 시스템은 라이브 시연에도 사용한다

이 핸들링 시스템은 작은 볼을 사용하여 가공품을 자동생산을 시뮬레이션한다.

바실레이오스 발라차시스는 일상적인 작업을 통해 압축 공기가 얼마나 중요한지 잘 안다. “세미나 참석자들이 호스가 꺾이거나 시스템에 누출이 있는 경우 어떤 결과가 뒤따르는지 직접 보게 된다면, 이 문제를 해결하고자 준비 자세를 갖게 됩니다.” 또한 많은 이들이 누출을 확인하고 누출을 제거해야 할 필요성을 명확하게 알게 된다.

오늘날 압축공기 시스템의 누출은 기본적으로 초음파 기술을 이용하여 위치를 찾는다. “초음파를 통해 미세한 구멍에서 ‘쉭’하고 새는 소리를 들을 수 있습니다. 생산이 진행되는 도중에도 초음파를 통한 탐색이 가능하지만 이는 노력이 필요합니다. 누출 위치를 현장에서 찾아야 하기 때문입니다. 이러한 방식의 위치 추적이나 누출 제거로, 수익성은 경제적인 면에서 그리고 CO2 절감 측면에서 매우 높습니다.”(마리나 그리징어, Mader 에너지 효율 관리 매니저)

프라운호퍼 연구원들의 이 프로젝트가 현실이 되기까지는 마리나 그리징어 팀에게는 아직 할 일이 많다. “누출 앱과 압축공기 소프트웨어 Looxr 덕분에 위치 추적과 제거 프로세스를 최적화하였습니다. 우리 미션은 압축공기 프로세스를 최대한 효율적으로 만드는 것입니다. 에너지 측면에서 그리고 경제적인 측면에서 말입니다. 디지털화는 모든 진행 단계와 모든 새로운 인식 차원에서 큰 도움이 됩니다.”