지속 가능한 활동을 위한 두 가지 요소: Zero-Emission의 중장비와 디지털 변환

기존 제품 라인의 전동화와 디지털 전환은 오늘날 OEM(원자재 제조업체)들이 '제로 배출 여정'에서 직면하는 과제입니다. 이러한 별개의 도전 사이에는 무엇이 중첩되어 있을까요? 많은 사람들이 여러 세대의 내부 연소(IC) 제품을 설계, 생산 및 유지 관리해 왔지만, 전기 변형에 대한 심도 있는 경험은 거의 없습니다. 중대형 "오프 하이웨이", 소비자용 가벼운 차량 또는 공기 이동성을 위한 경우에도 디지털 전환과 전동화는 오늘날 비즈니스를 어떻게 운영하는지와 함께 미래를 향한 방향을 설정합니다. 현재의 디자인은 100년의 실무 경험과 최근 몇 년간의 디지털 분석을 통해 얻은 통찰력을 조합합니다. 디자인 요구 사항과 공학 기준은 누적된 지식을 반영하지만, 우리가 아직도 전기 제품 변형의 첫 번째 또는 두 번째 세대에 있기 때문에 전기 제품 라인을 공학, 생산, 운영 및 유지 보수하는 올바른 방법은 아직 "미개척된 나라", 미래에 있을 수 있습니다.

대부분이 "알고 있는" 제조 및 조립 설계 및 서비스 설계에 관한 지식은 몇십 년 동안 수집된 것입니다. 몇몇 디자인 요구 사항은 디지털 공학에서 비롯되었지만, 많은 것들은 고통, 디자인 반복, 프로세스 대안 및 생산 중의 시행착오를 거친 후에 도착한 것입니다.

• 우리는 이미 내연기관(IC) 제품의 상위 10개 서비스 문제에 대해 알고 있지만, 전기 변형에 대해서는 어떨까요?
• 기존 제품의 생산 데이터가 있습니다 - 어떤 작업이 부상을 유발하거나 오류 또는 결함을 발생시키는 위험이 있는가요?
• 이러한 지식이 스파크 플러그, 연료 펌프 또는 오일 필터가 더 이상 없을 때 전달되나요?

어떤 위험이 조립 중에 새로운 구성 요소를 도입하거나 서비스 및 유지 보수 중에 제거/교체할 때 발생하는지는 아직 명확하지 않습니다. 과거의 생산 데이터에 대한 파레토 차트가 아직 제공되지 않습니다. 우리는 몇 년 후에 시장에 나타날 수 있는 제품을 유지 보수하는 데 필요한 분산된 경험이 부족합니다. 전기의 미래를 상상할 때, 단순히 내연기관을 배터리와 전동 모터로 교체하기 위한 계획을 세울 수는 없습니다. 새로운 제품을 인간 중심의 과정으로 계획, 공학 및 구현하는 데 기관 기술 기억이 부족합니다. 이것은 조립, 유지 보수 또는 운용과 같은 활동 중에 사람들이 제안된 제품과 상호 작용해야 하는 절차입니다. 이 게시물에서는 전동화가 디지털 공학 방법론에 어떻게 영향을 미치는지와 새로운 제품과의 인간 상호 작용에 대비하는 방법에 대해 고려해 보겠습니다.

건설장비의 전체 음향 성능 및 최종 사용자의 인식에는 파워트레인 방사, 머플러 소음, 진동소음, 그리고 시트, 그로멧, 계기판 등의 음향 행동이 영향을 미칠 수 있습니다. 음향 시뮬레이션 소프트웨어(vibro-acoustic simulation software)를 이용한 가상 프로토타입은 물리적 시험보다 빠르게 소음의 원인을 파악하는 데 도움이 되며, 이를 통해 대체 디자인을 평가하거나 규제를 준수하기 위한 디자인 반복 횟수를 줄이거나 효과적인 대책을 제안할 수 있습니다. 이러한 접근은 제품이 이미 현장에 있는 경우에도 유용하게 활용될 수 있습니다.

또한 내부 소음은 운전자의 안전과 편안함뿐만 아니라 중장비 OEM의 중요한 브랜드 차별화 요소입니다. 내부 소음은 통계적 시뮬레이션 방법인 SEA를 활용하여 고프리퀀시 편안성 목표를 효과적으로 달성하거나, 유한 요소와 같은 결정론적 방법을 사용하여 내부 공간의 정확한 모양과 소리 패키지의 세부 구성을 고려할 수 있습니다. 또한, 손 없는 장치의 도입과 운전자가 건설용 캡과 의사소통해야 하는 필요로 인해 음성 명료도 분석이 올바르게 인포테인먼트 시스템이 설계되었는지 확인하는 데 중요합니다.

마지막으로, 도구 소음은 내부 및 외부 소음 성능에 중요한 영향을 미칠 수 있습니다. 중장비 작업 중에 방출되는 소음을 예측하는 것은 음향 목표를 달성하는 데 필수적입니다. 대부분의 경우, 엔지니어들은 경계 요소 방법을 사용하여 구성 요소 수준의 시뮬레이션을 수행한 다음 시스템 시뮬레이션에서 활용할 수 있습니다.

Liebherr Bischofshofen 의 엔지니어들은 오스트리아에 위치한 이곳에서 여러 해 동안 시스템 모델링 소프트웨어인 SimulationX를 활용하여 자사의 기계의 역학을 개선해왔습니다. 이를 통해 "점프하는 사람" 효과와 같은 방해 요소를 피하고, 휠 로더의 진동 특성을 분석하고 최적화합니다. 또한, 가상 프로토타입을 활용하여 휠 로더의 진동 특성( vibrational behavior)을 효율적으로 평가하며, 실제 시험 작업을 줄이는 데 기여합니다. 이와 같은 시스템의 통합은 운전자의 편안성과 안전성을 향상시킬 수 있습니다.

기존에는 대형 단일 내연기관이 변속기에 연결되어 엔진의 RPM을 바퀴의 회전 운동으로 변환하고, 유압 및 공압 시스템을 위한 펌프를 회전시키고, 전기 시스템을 구동하는 동력 발전기를 회전시켰습니다. 그러나 우리가 중장비를 전기화할 때 동일한 배치가 필요하거나 심지어 바람직한 것일까요? 전동화에 대한 과제에 관한 웨비나(webinar about electrification challenges)에서 우리의 시스템 시뮬레이션 팀 중 한 명은 전기 로더 디자인이 압축유체를 디자인 전체로 이송하는 호스와 단일 중앙 공급을 사용하는 대신 분산식 유압 동력원을 활용하는 것이 유리할 수 있다고 제안했습니다. 결국, 내연기관을 작업의 원천으로 사용하지 않게 되면 디자인 유연성을 확대할 수 있습니다.

ESI의 시스템 시뮬레이션 솔루션인 SimulationX를 사용하여, 분산식 유압 시스템을 공학적으로 구축하는 것에 대한 찬반 논쟁을 진행하면서 비용 대 에너지 효율의 범위와 같은 EV 자동차 공학에 대한 의견을 찾아냈습니다.

전기 제품 변형을 생산하는 데는 100년의 경험이 없기 때문에, 새로운 제품, 조립 공정 및 서비스 요구 사항이 새로운 제품 변형에 대한 경험이 축적될 때 안전한 운영, 효율적인 유지보수 및 지속 가능한 생산을 위한 최적의 설계를 보장하지 못할 수 있습니다. 이러한 위험을 미리 발견하고 예방하기 위해 고객들은 '인간 중심 제품 및 프로세스 검증'을 위해 가상 현실 (VR)을 활용합니다.

가상 현실에서 사용자는 새 제품의 CAD 데이터와 함께 제안된 도구, 생산 보조 장치 및 조립 라인 하드웨어를 통합할 수 있습니다. 이를 통해 설계의 포장 및 공간 요구 사항을 평가하고, 설치 경로나 포장 방법을 조정할 수 있습니다. 또한 가상 환경에서 생산 프로세스를 시뮬레이션하여 조립 작업의 효율성을 검증하고, 서비스 방법을 시험하여 문제를 사전에 해결할 수 있습니다.

이러한 과정을 통해 새 제품이 인간 작업자에게 미치는 영향을 사전에 파악하고 조치를 취할 수 있으며, 이는 기업의 성과를 향상시키는 데 도움이 됩니다.

새 제품에 대한 공정 계획 및 도구가 인간 작업자에게 미치는 영향을 고려할 때, 기업 결과에 가치를 부여합니다(위 그림 참조):

• 설계의 고체 구성 요소 및 탄성 호스/케이블의 포장 및 공간 요구 사항

• 구성 요소의 여유 공간 및 설치 또는 제거/교체 경로

• 복잡한 기구의 물리적 상호 작용 (기구 자체, 인접 구성 요소 또는 인간 작업자)

• 새 제품을 포함하는 절차의 정의, 평가 및 검증

• 조립 도구, 조립 셀, 생산 라인 및 유지보수 환경의 평가, 검증 및 최적화

• 효과적인 인간 요소 및 안전한 인체 공학 조건에 대한 설계

• 교차 기능 및 전 세계 스테이크 홀더와의 협업

전통적인 내연기관 제품을 전기화하는 과정에서 발생하는 인간 중심 제품 및 공정 디자인의 검증 다양한 측면에 대해 더 알아보세요:

• 제조, 조립 및 유지보수 과정에서 뒤늦게 오류 발견되는 경우를 어떻게 피할 수 있을까요?

• 제안된 생산 및 서비스 과정을 직접 경험하는 방법은 무엇일까요?

우리의 온디맨드 웨비나 "인간 중심 공정 검증 및 몰입형 제품 통합(Human Centric Process Validation & Immersive Product Integration)을 놓치지 마세요. 이 웨비나에서는 초기에 제품 통합 및 생산 및 유지 보수 프로세스를 인간 중심으로 검증하는 방법을 살펴볼 수 있습니다.