[Amesim] 냉각 시스템 디지털 트윈 활용 사례

 

첫 전화 통화 후 저는 Simcenter가 우리에게 꼭 맞는 툴이라는 것을 알았습니다.

Martin Jones, Practicon 이사

자동화 시뮬레이션

1970년대부터 Practicon은 제조업체가 생산을 최적화하도록 돕기 위해 공장 프로세스를 자동화해 왔습니다. 수년에 걸쳐 이 회사는 고객의 시스템과 요구 사항을 이해하고 운영을 개선하기 위한 이상적인 솔루션을 설계하고 구현하는 데 전문성을 쌓았습니다. Practicon은 항상 최신 기술을 사용하여 최상의 결과를 제공하는 것을 목표로 하며, 특히 복잡한 요구 사항이 있는 새로운 고객을 만났을 때 툴킷에 완전한 다중 물리 시뮬레이션을 추가할 완벽한 기회였습니다.

원래 Practicon의 고객은 20개의 반응기가 대량의 열을 생성하는 제조 공정을 가지고 있었습니다. 그들은 원래 제3자 회사에서 제공한 냉각 시스템을 사용하여 이를 관리했는데, 공장이 성장함에 따라 수년에 걸쳐 수정하고 확장했습니다. 운영에 필수적이었지만 신뢰할 수 없게 되었고 지원이 제한적이었으며, 회사는 실패할 경우의 영향에 대해 우려했습니다. 동시에 시스템의 복잡성으로 인해 전체 제조 공정을 중단할 위험 없이 변경하는 것은 간단하지 않았습니다.

18개월마다 회사는 냉각 시스템을 오프라인으로 전환하고 변경할 수 있는 2주간 유지 관리 기간을 갖습니다. 따라서 Practicon은 완벽한 솔루션을 내놓아야 할 뿐만 아니라 고객 생산 손실 비용을 피하기 위해 이 짧은 기간 내에 구현할 수 있도록 해야 했습니다.

Practicon의 이사인 Martin Jones는 "처음부터 이것이 우리가 이전에 작업했던 프로젝트와 다르다는 것이 분명했습니다."라고 말합니다. "복잡성과 중요성을 이해한 후, 성공을 보장하기 위해 가장 정확한 시스템 모델링이 필요하다는 것을 알았습니다."

이러한 과제를 해결하기 위해 Practicon은 Siemens Xcelerator 소프트웨어, 하드웨어 및 서비스 비즈니스 플랫폼의 일부인 Simcenter™ Amesim™ 소프트웨어를 채택하여 새로운 냉각 시스템의 디지털 트윈을 만들고 구현 전에 완전히 테스트했습니다.

기계 모델링을 통한 시뮬레이션 검증

기존 시스템은 신뢰할 수 없는 제어 시스템, 내결함성 부족, 불안정한 유량 및 압력, 운영 수요 충족의 어려움으로 어려움을 겪었습니다. 이러한 문제를 극복하는 방법을 결정하기 전에 Jones와 그의 팀은 현재 설정을 완전히 이해해야 했습니다.

Practicon은 기존 냉각 시스템을 측정하고 매핑한 다음 새로운 시스템 설계에 필요한 변경 사항을 설계하기 위해 기계적 모델링 도구를 사용했습니다. 그러나 이 프로젝트에는 더 많은 것이 필요했습니다. "우리는 냉각 시스템의 기본을 시뮬레이션할 수 있었지만 주어진 상황을 어떻게 처리할지 정확하게 예측할 수 없었습니다."라고 Jones는 설명합니다. "새로운 시스템을 설치하는 데 불과 2주가 걸렸기 때문에 미지수에 대한 시간이 없었습니다. 원자로를 켜고 끄는 효과, 유량이나 압력의 변화 또는 격리 손실과 같이 무엇이든 만들기 전에 필요한 만큼 테스트할 수 있는 가상 환경이 필요했습니다."

제안된 새로운 솔루션은 Siemens S7-1500H 프로그래머블 로직 컨트롤러(PLC) 시스템을 통합했습니다. Practicon은 네트워크에서 중복성을 갖춘 마스터-슬레이브 구성을 활용하여 단일 장애 지점이 전체 시스템을 중단시키지 않도록 했습니다. 이 시스템은 이더넷 케이블 분리와 같은 장애에 대한 복원력을 제공하기 위해 링 네트워크를 통합했습니다. 또한 시스템 무결성을 유지하기 위해 현장의 입출력(IO)도 불필요했습니다.

"우리는 주어진 시간 내에 효과적인 솔루션을 구현할 수 있다는 것을 증명해야 했습니다."라고 존스는 말합니다. "기존 기계 모델링 도구를 사용하면 Simcenter Amesim으로 첫 번째 모델을 빌드했을 때와 비교할 수 있는 벤치마크를 얻을 수 있었습니다. 이를 통해 우리와 고객은 디지털 트윈이 실제 세계에서 일어날 일을 정확하게 표현한다는 데 필요한 확신을 가질 수 있었습니다."

정확한 디지털 트윈 개발

Practicon에서는 Simcenter Amesim을 처음 사용해 보았기 때문에 시작하는 데 도움을 받기 위해 Siemens Digital Industries Software 파트너인 Maya HTT 에게 연락했습니다.

"첫 통화 후, 저는 Simcenter가 우리에게 적합한 도구라는 것을 알았습니다."라고 Jones는 말합니다. "초기 대화를 바탕으로 Maya HTT의 엔지니어는 Simcenter Amesim 내장 라이브러리를 사용하여 빠르게 대략적인 모델을 만들었습니다. 저는 즉시 잠재력을 알아차렸고, 그것이 우리가 계약을 따내고 효과적인 솔루션을 구현하는 데 중요할 것이라는 것을 알았습니다."

Simcenter Amesim 모델은 실시간으로 실행될 수 있어 다양한 시나리오와 매개변수를 테스트하여 시스템의 안정성을 보장할 수 있었습니다. 이 실시간 기능은 실제 플랜트에 구현하기 전에 제어 솔루션을 검증하는 데 중요했습니다.

Maya HTT와 Practicon의 엔지니어들은 긴밀히 협력하여 모델을 개발하고 정확성을 보장했습니다. 일단 사용에 자신감이 생기자 Practicon은 디지털 트윈으로 모든 시나리오를 시뮬레이션할 수 있었습니다. "복잡한 솔루션이기는 하지만 직관적이고 작업하기 쉽다는 것을 알게 되었습니다."라고 Jones는 말합니다. "몇 시간 만에 엔지니어들은 Simcenter Amesim을 구성하고 시뮬레이션을 실행하여 새로운 시스템 설계를 테스트했습니다.

"기존 시스템의 디지털 트윈을 구축한 후, 우리는 고객에게 그것이 실시간으로 무슨 일이 일어나고 있는지 정확히 시뮬레이션한다는 것을 보여주었습니다. 이를 통해 그들은 우리가 디지털 트윈에 수정 사항을 적용하고 시뮬레이션에서 그 효과를 입증하면 실제로 구현할 때 작동할 것이라는 확신을 가질 수 있었습니다.

"시스템의 신뢰성을 더욱 보장하기 위해 Siemens TIA Portal과 고급 시뮬레이터를 사용하여 가상 환경에서 시스템을 실행했습니다. 이를 통해 구현 전에 솔루션의 PLC 코드와 기계적 측면을 검증하여 클라이언트의 요구 사항을 충족하는지 확인할 수 있었습니다."

회복력 입증 및 공장 승인 테스트 통과

공장 수용 테스트의 일환으로 고려해야 할 테스트 사례 시나리오가 50개 있었습니다. 디지털 트윈을 사용하여 Practicon 엔지니어는 이들 각각을 시뮬레이션하고 이해하기 쉬운 차트와 그래프를 생성하여 매번 새로운 솔루션을 검증했습니다.

디지털 트윈의 중요한 이점은 냉각 시스템 내에서 발생하는 모든 것을 모니터링할 수 있다는 것입니다. "시스템 전체에 물리적 센서를 설치하는 것은 비실용적이고 엄청난 비용이 듭니다."라고 Jones는 말합니다. "Simcenter Amesim을 사용하여 전체 시스템에서 필요한 모든 곳에 가상 센서를 추가하여 유량과 압력을 측정했습니다. 오류의 여지가 없었습니다. 유량이 떨어져 300밀리초 이내에 회복되지 않으면 예방 조치로 반응기가 자동으로 꺼졌습니다. 새로운 솔루션의 복원력의 일환으로 필요할 때 두 개의 펌프로 작동할 수 있는 3개 펌프 시스템을 설치했습니다. 디지털 트윈을 사용하여 유량에 영향을 미치지 않고 유지 관리를 위해 펌프를 작동 및 중단할 수 있음을 증명했으며, 생산이 중단되지 않도록 했습니다."

새로운 솔루션이 도입되면서 Practicon은 필요할 때 시나리오 시뮬레이션을 실행할 수 있는 디지털 트윈을 사용할 수 있게 되었습니다. "고객이 변경을 원하거나 효율성이나 운영에 대한 우려가 있는 경우, 우리는 시뮬레이션을 통해 모든 것을 실행하고 정확히 무슨 일이 일어나고 있는지 보여 주어 고객이 가장 정보에 입각한 결정을 내릴 수 있도록 할 수 있습니다."라고 Jones는 말합니다.

추가 시뮬레이션을 통해 새로운 사업 기회 창출

첫 번째 프로젝트가 성공한 후, 고객은 Practicon에 공장의 다른 구역에서 유사한 시스템 업그레이드를 수행해 달라고 요청했습니다. 동일하지 않았기 때문에 기존 시스템을 모델링하고 디지털 트윈으로 변경 사항의 효과를 제공하기 위해 동일한 접근 방식을 취했습니다.

"이를 통해 우리는 이 프로세스가 반복 가능하다는 것을 알게 되었습니다."라고 존스는 말합니다. "이제 다른 고객에게도 사용할 수 있다는 것을 알게 되었고, 이는 우리에게 새로운 사업 영역을 열어줍니다. 과거에는 수행하기에는 너무 위험했을 프로젝트가 있었지만, Simcenter Amesim을 통해 이제는 그 프로젝트를 수행할 수 있는 전적인 확신을 갖게 되었습니다. 이는 우리에게 상당한 경쟁 우위를 제공합니다."

Simcenter Amesim을 사용하면 Practicon과 고객에게 어떤 이점이 있는지 확인한 Jones는 Simcenter 포트폴리오의 더 많은 도구 가능성을 탐색하고 싶어합니다. Jones는 "Siemens Xcelerator 내의 모든 다양한 패키지를 보고 다른 프로젝트에 대한 아이디어를 얻었습니다."라고 말합니다. "이제 고객이 제시하는 거의 모든 과제를 시뮬레이션할 수 있는 잠재력이 있습니다. Simcenter가 새로운 계약을 따내고 성공적으로 완료하는 데 큰 역할을 할 것이라고 확신합니다."

몇 시간 만에 당사 엔지니어들은 Simcenter Amesim을 구성하고 새로운 시스템 설계를 테스트하기 위한 시뮬레이션을 실행했습니다.

Martin Jones, Practicon 이사

[출처] https://resources.sw.siemens.com/en-US/case-study-practicon/?bc=eyJwYWdlIjoiMnVBN0xXd3dYM1BwUnRkMDlvcDREQSIsInNpdGUiOiJkaXN3IiwibG9jYWxlIjoiZW4tVVMifQ==