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[케이스 스터디] 플랜트 설계부터 생산까지 디지털화에 나선 두산중공업
2021-06-01 1,789 9

플랜트를 디지털 팩토리로 전환하기 위해 설계 기반 혁신

 

EPC 전문 기업인 두산중공업은 전사 차원의 혁신 방안으로 설계부터 생산까지 모든 공정을 디지털화하는 ‘디지털 팩토리(Digital Factory)’를 추진하고 있다. 이를 위한 선행 단계로 두산중공업은 완전한 3D 설계 시스템을 구축하고, 협업 및 제품 수명주기 관리를 위한 PLM 인프라를 마련했다. 그 결과 설계-생산 단계의 커뮤니케이션을 향상하는 것은 물론이고, 설계 오류 감소와 품질 개선 효과를 얻을 수 있었다. ■ 자료 제공 : 지멘스 디지털 인더스트리 소프트웨어

 

발전 및 담수 분야의 글로벌 선도 기업 추구

두산중공업은 산업의 기초 소재인 주단조부터 발전기자재, 해수담수화 설비 제작을 비롯해 플랜트를 건설하는 EPC(Engineering, Procurement & Construction) 전문 기업으로, 주단조, 화력, 원자력 발전소 등 발전플랜트와 해수담수화 플랜트를 전 세계에 공급하고 있다. 또한, 지난 50여 년간 각종 산업 플랜트의 국산화 및 해외 수출을 통해 대한민국 산업의 발전을 이끌어 왔다.

두산중공업은 그동안 축적된 기술력과 노하우를 바탕으로 설계, 엔지니어링에서부터 기자재 제작 및 설치, 시운전에 이르기까지의 과정을 일괄 수행하는 EPC 사업에 주력하여 해외 발전, 담수 시장에서도 큰 성과를 거두고 있다.

기술적인 측면에서 두산중공업은 파워 플랜트의 필수 자재인 보일러, 터빈, 발전기 등의 원천 기술을 개발했다. 또한 보일러, 풍력 발전, 에너지 저장장치, 마이크로그리드 및 석탄과 기타 탄소 기반 연료를 가압 가스로 변환하는 IGCC(석탄가스화복합발전) 등 미래 친환경 발전 기술을 개발하고 있다. 수자원 플랜트 부분에서는 해수담수화 플랜트 및 수처리 플랜트의 설계, 기자재 공급, 시운전까지 플랜트 건설의 모든 분야를 일괄 수행하고 있다.

 


▲ 두산중공업은 디지털 팩토리를 위한 선행 필수 단계인 완전한 3D 설계 시스템 구축을 통해 설계 업무 프로세스 개선, 인프라 개선, 역량 강화를 수행하고자 했다.

 

디지털 팩토리의 기반 확보

두산중공업은 미래 사업환경 변화에 선제적으로 대응하기 위하여 ‘디지털 팩토리(Digital Factory)’ 구축을 통한 전사 차원의 혁신을 진행하고 있다. 설계에서 디지털 정보를 활용하여 제품 생산에 필요한 모든 공정을 디지털화하고, 이를 통하여 기존의 문제를 제품 생산 전에 디지털에서 해결하여 운영, 생산, 문제 해결 비용을 개선함으로써 글로벌 경쟁력을 확보하고자 했다.

디지털 팩토리를 위한 선행 필수 단계인 완전한 3D 설계 시스템 구축을 통해 두산중공업은 설계 업무 프로세스 개선, 인프라 개선, 역량 강화를 수행하고자 했다. 하지만 3D 설계에 대한 명확한 기준과 프로세스가 정의되지 못하고 3D 설계가 진행됨에 따라, 일부 주기기 설계를 2D로 진행하고 이를 기반으로 검증에서만 부분 3D 모델링을 생성하여 검증하는 부분 3D 설계 수준에 머물렀다. 

이 때문에 완전한 전체 3D 형상 확인이 어렵고 3D 모델과 2D 설계의 최종 버전이 불일치하거나, 3D 설계 자료가 제대로 관리되지 않고 잘못 보관되어 제작 부서에서 3D 모델 요청 시 설계 데이터 공유에 어려움이 있었다. 이러한 문제는 부서 간 설계 데이터를 이용한 협업에도 문제를 초래했다.

이러한 문제를 해결하기 위하여 두산중공업은 설계 데이터 관리를 위한 PLM 솔루션 도입에 나섰으며, 지멘스 디지털 인더스트리 소프트웨어의 제품 개발 솔루션인 NX 소프트웨어와 연동되는 디지털 수명주기 관리 솔루션인 팀센터(Teamcenter) 솔루션을 도입했다. 

 


▲ 설계 부서와 생산 부서는 최신 3D 설계를 공유함으로써 커뮤니케이션을 개선하게 되었다. 이와 같은 데이터 공유는 품질 이슈를 크게 개선해 전체 설계 오류를 53% 줄였다.

 

3D 설계 시스템과 프로세스 최적화

디지털 팩토리 구현의 기초가 되는 설계 환경을 구축하기 위해서, 두산중공업은 설계팀과 컨설턴트를 중심으로 설계 환경에 대한 구체적인 목표를 정의했다. 그리고, 현재의 시스템을 분석하여 필요한 프로세스 개선점을 정의했다. 또한, 설계부터 생산 단계가 모두 디지털로 연결된 통합 3D 설계 및 협업 솔루션을 구축했다.

두산중공업의 특성상 제품 구성에 필요한 부품의 개수가 수만 개에 이르기도 하는데, 기존에는 설계에서 생성된 CAD-BOM과 이후 업무를 위한 발주, 자재조달/생산, 원청 관리 등 다양한 BOM을 수작업으로 진행했다. 이로 인해서 중복 업무 및 업무 효율 저하뿐 아니라 휴먼 에러의 문제가 빈번했다.

두산중공업은 이러한 문제를 해결하기 위해 다양한 부서와 업무를 분석하여 3D 설계 데이터와 연계된 하나의 BOM으로 통합하고, 수작업 및 중복 작업을 제거하여 워크로드를 획기적으로 줄이면서 에러를 줄임으로써 정확도를 개선했다.

설계 중에 생성되는 다양한 문서와 제품 정보는 두산중공업에게 또 다른 도전이었다. 이런 설계 정보는 특성에 따라 별도의 여러 시스템에 분산 저장/관리되었는데, 이에 따라 업무 담당자들이 설계 정보가 필요할 때 개별 시스템에서 따로 찾아야 하는 상황이었다. 이러한 문제를 해결하기 위하여 모든 설계 정보를 표준화된 단일 구조를 구성하고, 제품 기획 단계에서부터 통합적으로 생성 및 저장, 관리되도록 시스템을 개발했다.

 


▲ 설계 부서와 생산 부서는 최신 3D 설계를 공유함으로써 커뮤니케이션을 개선하게 되었다. 이와 같은 데이터 공유는 품질 이슈를 크게 개선해 전체 설계 오류를 줄였다.

 

3D CAD와 PLM으로 디지털 팩토리 구현

두산중공업은 팀센터를 통해 동시 설계 환경을 마련했고, 이를 통해 설계-생산 부서 간 데이터 공유 및 이를 기반으로 진행 현황을 실시간 파악하는 것이 가능해졌다. 이와 같은 데이터 공유는 품질 이슈를 크게 줄이면서 전체 설계 오류는 53% 정도 낮아졌으며, 이는 두산중공업의 경쟁력 향상으로 이어졌다.

팀센터는 BOM의 복제, 속성 변경, 변경 및 임팩트 트래킹, 변경 검토 등 관리 기능을 제공해 BOM, 설계 데이터 및 기술 문서를 체계적으로 관리할 수 있게 한다. 두산중공업은 표준화된 번호 체계와 템플릿을 기준으로 2D 도면, 고객 문서, 설계 기준 문서 등과 같은 다양한 문서를 작성할 수 있게 되었으며, 이를 통해 연계 정보를 쉽게 파악할 수 있는 환경을 마련할 수 있게 되었다.

NX로 설계한 설계 데이터는 팀센터에서 체계적으로 관리되고, 이러한 데이터는 회사 내 BOM 관리 시스템으로 전달되어 부품의 구매에 활용된다. 또한 팀센터에서 관리되는 설계 데이터는 생산 단계에 즉시 활용할 수 있어, 설계부터 생산 단계를 디지털로 연계한 디지털 팩토리 환경을 구현했다. 팀센터에서 관리된 데이터는 통합 설계 시스템으로 전달되어, 회사 전체의 EPC 설계에도 활용할 수 있게 되었다.

지멘스는 3D 설계 관리 환경을 마련했을 뿐 아니라, 두산중공업 직원들의 3D 설계 역량을 강화할 수 있도록 3D 모델 설계 방법론 및 3D 개발 기술 개선과 확산을 위한 특화 교육 등 전문 컨설팅 서비스도 제공했다. 두산중공업은 이를 통해 3D 설계 방법론을 최적화 및 표준화했으며, 2D 도면 설계를 자동화하여 데이터의 정합성을 향상하고 오류를 줄일 수 있었다. 

 

 

기사 내용은 PDF로도 제공됩니다.

정수진 sjeong@cadgraphics.co.kr


출처 : 캐드앤그래픽스 2021년 6월호

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