[케이스 스터디] GS건설, 소각 플랜트의 자체 기술 역량 강화
솔리드웍스 및 솔리드웍스 컴포저를 이용한 환경 플랜트 설계 및 제작
GS건설은 WtE(Waste to Energy) 기술에서 국내 수위의 기업으로 소각 플랜트 20여건을 건설한 최대 수준의 실적을 보유하고 있다. GS건설에서는 소각 플랜트의 핵심 기술인 소각로 기술을 자체 역량화하는데 솔리드웍스를 활용하고 있다. ■ 자료 제공 : 다쏘시스템코리아
과제 : 주문생산 방식인 대규모 플랜트 설비의 설계/제작/설치 과정에서 3D 설계를 통해 설계 오류 최소화 및 정확한 정보 전달로 교육의 효율 향상 및 비용/기간단축을 실현
솔루션 : SOLIDWORKS, SOLIDWORKS Composer
기대 효과
솔리드웍스 3D 모델링을 통해 사전 설계오류 개선, 제작 및 시공 시뮬레이션을 통한 최적의 계획 수립
명확한 정보 전달, NC/레이저 커팅 머신 등과의 데이터 호환을 통한 에러 제거
필자는 GS건설에 근무한다. 지인들은 아파트를 건설하는 줄 안다. 아무래도 우리 회사의 아파트 브랜드 Xi가 잘 알려졌기 때문이라고 생각한다.
하지만 우리 회사는 아파트 외에도 여러 가지를 건설하며 그 중에는 ‘플랜트’라는 것도 있다. 플랜트는 특정 목적을 가진 대규모 공장이라고 설명할 수 있으며, 여러 세부 분야로 구분된다. 필자는 ‘환경 플랜트’ 분야에서 근무하며, 그 중에 WtE(Waste to Energy) 분야를 전문으로 한다. 독자 여러분이 생활하며 배출하는 폐기물을 처리하고 전기/열 에너지로 만들어 재사용이 가능하게 하는 공장으로, 기능적으로 환경보호에 큰 역할을 한다고 자부하고 있다.
그림 1. 제주자원순환센터 전경
WtE 플랜트 구조
WtE 플랜트는 소각 플랜트라고도 한다. 그렇다고 군대에서 쓰레기를 태워 없애던 소각로와는 다르다. 우선 규모에서 대형화되어 있고, 각종 안전장치와 환경오염 방지 장치 등이 관련 법규에 따라 엄격하게 적용되어 있다.
기능적으로 외부에서 폐기물 차량을 통해 폐기물 저장조에 폐기물을 저장한 후, 모아진 폐기물은 크레인에 의해 소각로로 투입되고 소각로 내에서 연소를 통해 무해한 재로 변신한다. 연소 과정 중에는 열과 연소가스가 발생하는데, 연소가스는 연소가스 처리 설비에서 각종 유해가스를 제거하며 발생된 열은 보일러에서 회수하여 증기를 발생시키고, 발생한 스팀은 지역난방 또는 발전에 재사용하게 된다.
그림 2. WtE 플랜트 구조
배경 및 목적
그러나, WtE 플랜트의 핵심설비인 소각로는 높이가 약 40~50m 이상으로 소각시설 내에서 폐기물이 고온에서 이동하며 완전연소가 되도록 여러 장치가 구성되어 있는 시설로 지금까지 외국 기술에 의존하고 있었다. 20여년 전에는 전량 수입하여 설치했는데, 지금은 외국에서 도입한 도면을 이용하여 국내에서 제작하고 있으나 중요 부품은 수입하여 조립하는 실정이다.
핵심 기술에 대한 해외 기술의 의존도가 높다 보니, 나날이 높아지는 수입 비용과 늘어지는 공급 기간 문제 등 여러 어려움이 발생하고 있다. GS건설은 이를 극복하기 위해 수입에 의존하던 핵심 기술의 내재화를 통해 기술 자립을 추진하였다.
그림 3. 소각설비 구조
진행 방법
1단계 : 소프트웨어 검토 및 선정
우리는 우선 세부 구조부터 파악하기로 했는데, 관련 자료는 2D DWG 파일이 전부였다. 2차원적인 정보를 이용해 분석하기가 어려워 3D로 그려보고, 파트로 정의해 맞춰보면 구조 파악은 물론 오류도 직관적으로 확인이 될 것이라고 판단하였다.
우선 전문 소프트웨어를 선정해야 했다. 시중에 여러 3D CAD 소프트웨어가 판매되고 있으며 각 소프트웨어마다 장단점이 있지만, 사용자층이 두텁고 우리가 만들어야 할 성과물인 3D 제작 설계의 편리성을 고려하여 솔리드웍스를 3D CAD로 선정하였다.
또한 솔리드웍스 컴포저(SOLIDWORKS Composer)를 기술 문서 작성 솔루션으로 선택했는데, 3D 데이터를 이용하여 각종 기술 문서를 쉽고 편리하게 만들 수 있으며 CAD 원본 파일 수정 시 기술 문서가 자동으로 업데이트되는 기능을 갖춘 것이 선택의 이유 중 하나였다.
2단계 : 3D 설계 수행
2D 도면을 이용해 3D 설계를 진행했고 3차원 형상과 어셈블리 구조를 통하여 설비에 대한 구조 파악을 쉽게 할 수 있었다.
우리는 이러한 모델을 바탕으로 기존에 시공 시에 발생할 수 있던 간섭 또는 여유값들을 평가의 다양한 피처를 통해 직관적으로 확인할 수 있었다. 기존의 2D 기반 설계에서는 부품이 하나 변경될 때 관련 도면들을 모두 수정해야만 했기에 휴먼 에러가 발생할 확률이 빈번했다. 솔리드웍스를 사용하면서부터는 3D 설계와 2D 도면의 자동 업데이트를 통해 중복 작업을 최소화할 수 있었고, 그로 인해 설계자들이 다른 업무에 조금 더 집중할 수 있는 환경을 만들 수 있었다.
솔리드웍스 컴포저는 만들어진 3D 파트를 데이터 변환하고 가상으로 조립/분해하였으며, 하위 어셈블리에서 상위 어셈블리까지 단계적 시뮬레이션을 통하여 기준 도면의 오류를 해결하고, 조립 순서를 개선하여 조립과 분해 순서를 최적화하는데 활용되었다. 이후 해당 솔리드웍스 컴포저 자료를 설비 제작 협력사에 제공하였다. 협력사 입장에서는 2D 도면보다 3D 설비 모델을 통하여 훨씬 직관적으로 설비에 대하여 이해할 수 있었고, 현장에서의 작업 효율 향상도 기대할 수 있게 되었다.
그림 4. 파트-어셈블리 구조
3단계 : BOM 작성
솔리드웍스에서는 BOM(Bill of Materials) 정보를 파트, 어셈블리, 도면 속성과 연동할 수 있었다. 이 과정을 통해 설계나 모델의 정보가 변경되었을 때 중복이나 추가 작업 없이 기존 속성 정보만 업데이트하면 도면에서부터 BOM 테이블까지 한 번에 수정되는 것을 확인할 수 있었다. 결과적으로, 파트 파일이 4362개가 작성되었고, 사용되는 총 인스턴스 수(사용된 정보)는 3만 6519개나 되었다. 이는 웬만한 중형 자동차보다 부품 수가 많은 규모로 알고 있다.
그림 5. BOM 정보
4단계 : 설치/조립 매뉴얼 작성
3D 설계 과정 중 파악된 문제점이나 개선사항에 대해 기록이 필요했기 때문에, 설치 및 조립에 대한 별도 매뉴얼을 작성하였다. 이때 솔리드웍스 컴포저를 통해 변환된 솔리드웍스 어셈블리 파일을 이용하였는데 임의 분해, 조립 및 확대도 기능을 활용하여 3D 입체 분해 조립도를 쉽게 작성할 수 있었다. 만약 기존 2D에서 사용하던 방식을 적용했다면 매우 복잡하고, 많은 인력과 시간이 소요되지 않았을까 생각한다.
그림 6. 설치/조립 매뉴얼 예시
5단계 : 설치/조립 동영상 제작
또한 솔리드웍스 컴포저를 이용해 제작 및 조립 과정을 동영상으로 만들었다. 일반적으로 전시 또는 설치/조립 동영상 제작의 경우, 디자인 팀 또는 외부 디자인 업체에 의뢰를 해야 하는 일이 발생한다. 시간적인 여유가 있다면 좋은 업체를 선정하여 완성된 영상을 받고 업무를 마무리할 수 있지만, 업체 선정부터 완성품을 받는 시간까지 지체되는 일이 많았기에 이러한 시간 또한 무시할 수 없는 노릇이다.
솔리드웍스 컴포저를 통해 기존의 솔리드웍스 모델을 바로 사용하고, 원하는 카메라 뷰와 다양한 일러스트레이션 효과 등을 쉽게 사용할 수 있었다. 전문가 수준의 영상 품질까지 고려할 수 있었고 볼트/너트까지도 조립 순서대로 세세하게 표현할 수 있었다. 지면 관계 상 일부분의 캡처 화면만 공개할 수 밖에 없으나, GS건설의 기술공유 포럼에서는 약 2시간 분량의 동영상을 제작하여 성공적으로 프로젝트를 완료하고 기술을 공유할 수 있었다.
그림 7. 설치/조립 영상 예시
6단계 : 검증
이러한 플랜트 관련 사업은 기성품이 아닌 의뢰 제작품의 형식이 많다. 물론 대다수는 반복되는 형식이지만 늘 이러한 제작/조립의 문제가 발생할 수 있기에, 제작 시 2D 도면을 통한 조립도 또는 제작 시공서 등을 별도로 작성하는 일이 많았다. 또한 조립 및 현장 설치 시 알기 쉽고 명확한 작업 지침 전달이 가능하여 재작업이 최소화되었고, 시공 품질 확보도 가능해졌다. 결과적으로 소각 플랜트 지식이 없는 엔지니어를 대상으로 시공 효율 및 생산성 향상이 가능함을 검증하였다.
그림 8
또한 일부 정밀 부품 제작 시 3D 설계 데이터를 그대로 사용하여 시간 절약 및 오류를 미연에 방지가 가능함을 확인하였다.
그림 9
맺음말
선진 기술을 보유한 국내외의 자동차 회사나 중공업 회사는 처음부터 3D로 설계를 하는 것으로 알고 있다. GS건설도 플랜트 설계를 위해 PDS 또는 PDMS 등 3D 플랜트 설계 툴을 사용하지만 이는 일반 기계 설계를 위한 솔루션으로, 사용하기에는 맞지 않는 옷을 입고 있는 것 같은 느낌이다.
우리는 솔리드웍스와 솔리드웍스 컴포저를 사용하여 2D 및 3D 설계를 다른 동종업계보다 빠르게 도입 및 사용할 수 있었다. 그로 인해 3D CAD 데이터를 직접 사용하여 고품질의 벡터 이미지 및 일러스트레이션, 사실적인 이미지 및 대화형 애니메이션을 생성하고 설계 데이터를 불러올 수 있게 되었다.
그림 10
이러한 기능과 효과로 인해 부서별로 필요한 콘텐츠를 쉽고 빠르게 제작할 수 있는 환경이 조성되었다. 예를 들어, 제조 어셈블리 지침, 제품 매뉴얼, 설치 지침, 서비스 매뉴얼, 교육 교재, 마케팅 브로셔 및 영업 입찰 키트 등의 기술 커뮤니케이션에서 프로세스 및 절차를 쉽게 설명할 수 있었다. 이러한 절차를 통해 목표로 하고자 했던 외산 기술의 국산화를 실현할 수 있었고, 일반적인 기성 제작품이 아닌 제작 의뢰품이 많은 업무의 제작 및 시공 일정을 최대한으로 확보할 수 있었다.
그림 11
GS건설은 이번 업무를 진행하면서 솔리드웍스를 처음 접하였다. 초급 사용자의 시각에서 예상하지 못한 효과를 말한다면, 업무에 참여했던 대부분의 참여 인원은 기계공학을 전공하지 않았지만 3D 작업을 통해 자연스럽게 입체적으로 이해하는 훈련이 되었고, 생각보다 쉽게 관련 제작 도면을 이해할 수 있게 되었다.
사실 2D 도면을 읽고 이해하는 역량을 갖추는 데에는 상당한 훈련이 필요하다. 하지만 3D 데이터를 기반으로 먼저 설비에 대하여 전체를 이해한 후 2D 도면을 보니 쉽게 이해하는 것을 알 수 있었다. 기존 2D 도면으로 동일한 이해를 하기 위해서는 지금보다 휠씬 많은 시간이 소요되었을 거라고 예상된다.
또한 설계 이외에도 업무 콘텐츠를 제작하는데 있어 단일화된 소프트웨어에서 다양한 기능을 통해 이미지, 문서 그리고 영상까지 작성이 가능하여 업무의 효율성을 극대화할 수 있었다. 앞으로 해당 영역에 대한 인력 양성과 교육 시 우리 회사의 이러한 경험을 참고해 본다면 많은 분들께 도움이 될 것이라고 생각한다.
엄진석
GS건설 환경솔루션팀의 책임으로 근무하고 있으며, 제주자원순환센터를 포함해 다수의 소각 및 환경플랜트 프로젝트를 수행했다.
기사 내용은 PDF로도 제공됩니다.
작성일 : 2021-09-01
