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GKN Aerospace, “ifm 진동센서 덕에 결함 없는 항공엔진 생산 구현”
‘close to you’ 슬로건 반영된 파트너십 사례

[인더스트리뉴스 최정훈 기자] 세심한 모니터링으로 사소한 결함도 용납하지 않는 ifm 센서가 복잡하고 까다롭기로 정평이 난 항공우주산업 분야에서도 활약상을 이어가고 있다.

스웨덴 Trollhättan에 소재한 GKN Aerospace(이하 GKN)는 항공엔진 및 항공우주 산업용 고정밀 부품 등을 제작하는 기업이다. 15개국에 50개의 생산시설을 통해 90%가 넘는 전세계 항공기와 엔진 제조업체에 자사 제품을 공급하고 있다. 우주공학 분야에도 역량을 축적해 Ariane 5의 로켓 노즐 생산을 도맡은 바 있다.

고정밀 금속가공용 설비 [사진=ifm]

미세한 결함도 허용되지 않는 항공우주 분야의 제조기업답게 공작기계들마다 여러 개의 센서가 탑재돼 있다. GKN의 IIoT 엔지니어 Mikael Alm은 “ND Digital 부서에서 정밀 공작기계와 관련된 업무를 진행하는데 센서 덕분에 모든 상황이 통제되고 있다. 당사 공작기계의 스핀들을 모니터링하기 위해 지난 3년간 우리는 ifm사의 진동센서를 사용해왔다”고 밝혔다.

금속가공은 완전자동화된 공정으로 다양한 작업들로 구성돼 있다. 밀링 헤드는 높은 회전속도로 움직이는 금속사이에서 동작하며, 커팅툴은 마이크로밀리미터 단위로 샤프트를 만들고, 드릴은 드릴홀에 정확히 위치하는 일련의 공정이 동시 다발적으로 이뤄지고 있다.

이에 공작물의 오류 등 사소한 문제도 치명적이다. 중단 없는 고품질의 제품 생산을 위해서는 높은 기계가공 속도와 공정 능력으로 신속하게 반응할 진단시스템이 유일한 해결책이다. 최소한 설비 손상이나 가공 중에 발생하는 충돌을 즉각적으로 감지하고 공정을 중단시키면 연쇄 피해를 미연에 방지할 수 있다.

작은 결함도 용납 못해

GKN사는 ifm 덕분에 영구적인 진동 진단으로 최적의 가공절차를 확립됐다고 판단하고 있다. ifm electronic의 주력 솔루션인 진동센서가 스핀들 하우징에 장착돼 있다. VSA타입 진동센서는 작은 가속도센서로 비회전 기계의 표면에 위치해 지속적으로 진동을 감지한다. VSA 진동센서는 매우 민감해 밀리미터 크기의 아주 작은 밀링 헤드의 손상이라도 거뜬히 잡아낸다. 무딘 드릴이나 조각이 너무 많아서 발생한 커팅력의 변화까지도 감지해내 놀랍게 한다.

GKN사는 ifm사의 VSE100을 평가유닛으로 사용하며 이는 최대 4개의 진동센서에서 발생하는 시그널을 처리하고 오류가 발생한 경우 경고나 기계중지를 권고하는 신호를 보낸다. 데이터는 Ethernet를 통해 상단레벨의 컨트롤러로 전송된다.

ifm의 VSA004 진동센서는 스핀들에 직접 설치된다. [사진=ifm]

진동과 충돌감지의 한계값은 각 기계와 공정의 각 단계에 대해 기계콘트롤러에 저장될 수 있다. 사전에 이를 결정하기 위해 한 번의 프로그램 사이클 teach mode에서 실행될 수 있다. 개별 진동 데이터와 조정 가능한 허용오차 값은 각 기계의 컨트롤러에 저장된다. 만일 가공 중에 이 값들이 초과되면 ‘에러’로 인식돼 진동의 진폭에 따라 경고나 기계중지 메시지가 제공된다.

또, 눈여겨 볼 보호 기능으로는 스핀들 상태 모니터링이다. 복잡한 스핀들 기구의 베어링에 발생한 마모가 감지되면 특이한 진동 특성을 알리는 시그널이 나온다. 

평가시스템은 2개의 아날로그 입력이 가능해 측정 파라메터를 모니터링할 센서들을 통합할 수 있다. GKN은 냉각파이프의 압력을 지속적으로 제어하기 위해 많은 수의 PN7 압력센서를 사용한다. 센서 오류 발생의 경우 작동압력이 너무 낮다는 신호가 가능하다.

Mikael Alm은 “GKN에 입사한 이래로 쭉 ifm과 일하고 있다. ifm은 폭넓은 센서군을 보유하고 있어 적시에 우리가 필요한 부분에 대한 솔루션을 제공해 준다”고 말했다. GKN의 모든 센서와 중앙 컨트롤러는 AS-i bus system을 통해 연결된다. AS-i IO-module로 인해 2선식 평면케이블 하나로 최대 127개의 센서 시그널을 AS-i master로 전송할 수 있다. Bus 연결은 배선 비용을 상당히 감소시키고 설치시 높은 유연성을 제공한다.

VSE100 평가 유닛은 미세한 편차라도 감지해 한계값을 초과하는 경우 시그널을 내보낸다. [사진=ifm]

평가 기능도 갖춰 신뢰성 배가

GKN은 기계설비의 상태를 모니터링하고 분석하기 위해 Smartobserver를 사용한다. 이 소프트웨어는 설치 장비들의 상태 모니터링을 위해 ifm이 특별 제작했다.

센서 측정값이 모두 여기에서 모이게 된다. 이 소프트웨어는 모든 공정 값과 한계를 설명하며 생산공정의 최적화를 돕기 위해 트랜드 분석과 같은 자료를 제공한다. Mikael Alm은 “생산 공정 도중에 어떤 일이 발생했는지를 인식하는 것이 매우 중요하다”며, “분석 툴에 설치된 Smartobserver를 통해 수집된 데이터를 사용할 수 있어 정밀한 평가와 속도감 있게 상응하는 조치를 취할 수 있다”고 설명했다. 센서와 Smartobserver로 인해 오류는 적시에 감지돼 적시의 유지보수가 가능해지고 이로 인해 불필요한 비용 지출을 피하고 가용성과 높은 품질을 유지할 수 있게 되는 것이다.

Mikael Alm은 “수년간 이러한 타입의 유지보수를 해왔고 예상대로 진행됐다. ifm 센서와 소프트웨어로 구성된 솔루션은 지금과 마찬가지로 향후에도 우리 회사의 설비를 이해하고 향상시키는데 도움을 줄 것이라 기대한다”며, “ifm은 문제에 대한 최적의 솔루션을 제시하는 든든한 파트너”라고 강조했다. ‘ifm – close to you’ 슬로건을 내걸고 있는 ifm은 이와 같은 긴밀한 협력 사례를 꾸준히 이어나가겠다는 방침이다.

[최정훈 기자 (news@industrynews.co.kr)]

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