디지털 건설 현장과 지능형 모바일 장비로 향하는 여정

제조업체와 건설 장비 생산자들은 디지털 솔루션을 활용하여 고객에게 생산성을 높이는 지능형 기계를 제공하려는 노력을 기울이고 있습니다. 코마츠는 이를 "사물 인터넷(IoT)과 같은 기술 발전으로, 건설 산업에서는 지난 20년 동안 거의 증가하지 않았던 생산성 향상을 실시간으로 확인할 수 있는 제조 공정과 유사한 현장 정보의 혜택을 누릴 수 있게 되었다"고 설명합니다. 많은 제조업체가 이미 스마트 디지털 도구를 활용하여 가동 시간, 연료 효율성, 안전성 및 생산성을 향상시키고 있습니다. 사람과 기계의 상호 작용, 운전자 지원 시스템과 자동화, 그리고 환경 감지와 자율 주행 기술은 현재 연구 및 개발의 핵심입니다. 이로 인해 다학제적인 시스템 개발이 필요하며, 복잡한 환경에서의 상호 작용, 센서 데이터 처리, 제어 개념 및 자동화 전략을 고려해야 합니다.

디지털 건설 현장과 지능형 이동 기계에 대해 자세히 살펴보고, 현재 제조업체, 소프트웨어 공급업체 및 연구가 어느 정도 진행되었는지 알아보겠습니다. 이를 위해 ESI의 연구 및 혁신팀에서 주요 전문가인 주리아 군더만 박사와 대화를 나눴습니다.

Denise: 지난 3년간 "Bauen 4.0" 연구 프로젝트에서 ESI의 역할을 맡은 후에 디지털 건설 현장에 대한 접근 방식이 어떻게 되었나요?

Julia: The Bauen 4.0 연구 프로젝트는 지능적으로 환경과 상호작용하는 지속 가능하고 생산적인 기계가 있는 디지털 5G 건설 시험장을 개발하는 것을 목표로 했습니다. ESI는 이 프로젝트의 가장 큰 그룹 중 하나로서, 자동화 및 연결된 이동 기계에 중점을 둔 연구에 참여했습니다. 우리 그룹은 자동화, 지원 기능, 원격 제어, 환경 인식 및 수직 통합에 대한 솔루션을 개발했습니다.

Denise: 그럼 작업을 수행하는 방법에 대해 좀 더 자세히 알려주세요.

Julia: 장비 컨소시엄은은 네 개의 실제 데모 기계와 함께 특정 도구나 지식을 가진 파트너를 보유했습니다. 우리는 주로 드레스덴 공과대학과 협력하여 기계 및 부분 시스템 수준에서의 연결성 개념을 통합했고, 자동화 및 모니터링 소프트웨어를 위한 특수한 통신 인터페이스를 개발했습니다. 우리는 다양한 파트너가 연구한 자동화 응용 중 하나로, 근처 환경의 장애물에 따라 조향을 자동 조정하는 자율 주행 휠 로더를 개발했습니다. 프로젝트 동안, 우리는 OEM 및 공급업체와 긴밀히 협력하여 솔루션이 시장 요구를 충족하는지 확인했습니다.

Denise: 연구 프로젝트에서 ESI의 SimulationX를 사용한 이유가 무엇이었나요?

Julia: 자동화 알고리즘은 몇 가지 이유로 기계 모델에서 개발하고 테스트되어야 합니다. 테스트 및 업데이트가 반복 가능하고 저렴하며 안전하기 때문입니다. 실제 시스템이 손상될 위험이 없습니다. 이동식 기계는 다양한 물리적 도메인(기계, 유압, 전자 등)의 구성 요소로 구성된 복잡한 시스템입니다. 복잡성은 이러한 다른 도메인의 하위 시스템 간 상호 작용으로 인해 발생합니다. 이러한 도메인을 자세하게 다루는 시스템 모델을 사용하는 것은 가상 테스트의 전통적인 방법입니다. SimulationX는 자동화 알고리즘의 가상 개발과 테스트에 필요한 모든 라이브러리와 인터페이스를 제공하여 선호되는 도구입니다. 그리고 건설 기계의 시스템 시뮬레이션의 많은 응용 중 하나일 뿐입니다.

Denise: 아마도 모든 기능이 이미 사용 가능하고 기존 장에 적용되었다면, 'Bauen 4.0'은 연구 프로젝트로 불릴 필요가 없었을 것 같네요. 맞나요?

Julia: 네, 그렇습니다. 실제로 사용 가능한 시스템 시뮬레이션 소프트웨어에는 아직 몇 가지 중요한 기능이 부족했습니다. 예를 들어, 환경과의 상호작용이 아직 충분히 반영되지 않았습니다. 주요 문제 중 하나는 차량이 주행하는 지면(이를 운동이라고 합니다)입니다. 버킷으로 땅을 쳐서 모양을 바꾸거나 파는 경우도 있습니다. 건설 기계의 자동화나 보조 운동을 위해 개발된 알고리즘은 지형이 불균일한 지면에서의 움직임을 조절해야 합니다. 하지만 이러한 기능을 시뮬레이션하는 도구도 그런 환경과의 상호작용을 모델링할 수 있어야 합니다.

또한, 환경에는 지면 표면의 경사와 구멍뿐만 아니라 장애물, 다른 차량 및 건설 현장 작업자 등이 포함됩니다. 이러한 정보는 보조 기능의 입력으로 사용될 수 있습니다. 예를 들어, 센서가 건설 현장 작업자나 다른 장애물을 감지하면 긴급 제동을 작동시킬 수 있습니다. 시뮬레이션에서는 아직 이런 것들을 모델링할 수 없었지만, 실제 디지털 건설 현장을 구현하려면 필수적인 기능입니다.

Denise: 매우 흥미로운 정보네요. 좀 더 자세히 듣고 싶은 게 있는데요, 지면의 움직임과 변경에 관한 주제입니다. 연구 프로젝트 결과로, 불균일한 지면에서 작동하는 건설 기계 모델을 시뮬레이션할 수 있는 기능이 보완되었다고 하셨는데, 이에 대해 좀 더 설명해 주실 수 있을까요?

Denise: 새로운 타이어 모델에 대해 더 자세히 알려주시겠어요?

Julia: 네, 새로운 매개변수화된 타이어 모델을 개발했습니다. '매개변수화된'이라는 것은 매개변수를 나타내는 방정식과 곡선을 기반으로 한다는 의미로, 이는 빠른 계산이 가능하다는 장점이 있습니다. 이 모델은 SimulationX 4.4의 Driving Maneuvers 모듈과 함께 제공되며, 사용자에게 추가 비용 없이 합리적인 타이어 모델을 제공합니다. 제가 이전에 언급한 것처럼, 사용자들은 곡선을 기반으로 타이어를 매개변수화할 수 있으며, 별도의 타이어 파일이 필요하지 않습니다.

그러나 고객들이 때로는 사용하는 타이어 모델을 선호하는 경우도 있습니다. 이에 우리는 두 가지 이미 잘 알려진 타이어 모델인 Siemens Simcenter™ Tire와 cosin FTire의 인터페이스도 구현했습니다. 두 모델 모두 적용 범위가 있으며, 예를 들어 FTire는 고주파 및 짧은 파장의 활동에 적합합니다.

Denise: 센서 감지에 대해 다시 한번 간단히 이야기해볼까요?

Denise: 그렇죠 - 보통은 흥미로워지고 재미있는 때에 끝나곤 해요! 당신과 이야기하는 것 정말 즐거웠어요. 그리고 시스템 시뮬레이션이 건설 4.0 기계 제조업체에게 "디지털 건설 경험"을 용이하게 하는 방법을 공유해 주셔서 감사합니다.

Julia: 네, 저도 즐거웠습니다. 실제로 디지털 테스트 건설 현장을 보고 프로젝트 결과를 실시간으로 듣고 싶으신 분은 2022년 9월 28일에 저희와 함께 라이브 시연에 참석하실 것을 진심으로 환영합니다. 

Trademark notice: These materials are not sponsored by or affiliated with Unity Technologies or its affiliates. “Unity” is a trademark or registered trademark of Unity Technologies or its affiliates in the U.S. and elsewhere. https://unity.com/

1 https://www.komatsu.eu/en/smart-construction/customer-journey