기업 및 버츄얼기술 부문 소개
현대두산인프라코어㈜(이하 현대두산인프라코어)는 1937년 한국 최초의 대단위 기계공장 ‘조선기계제작소’로 문을 열었습니다. 1958년 선박용 디젤엔진을 생산하며 국내 최초로 엔진사업을 시작했으며, 1977년에는 건설기계 사업을 시작했습니다. 현대두산인프라코어는 굴착기와 로더로 대표되는 건설기계, 디젤 및 가스 엔진 등을 제조하며, 해당 사업 분야에서 글로벌 선두 기업으로 자리매김하고 있습니다. 이와 함께 혁신에 박차를 가하며 첨단 디지털 기술로 변화를 이끌어가는 혁신 선도 기업으로 성장해 나아가고 있습니다. 2018년에는 세계 최초 5G 통신 기반 국가 간 건설기계 원격제어 시연에 성공했으며, 2019년 건설 현장 무인 자동화 종합관제 솔루션 Concept-X를 세계 최초로 시연했습니다. 위와 같이 현재 ICT 기술과 연계한 스마트 장비, 솔루션 제공을 확대하고 고객 서비스 프로그램을 강화하며, 고객에게 보다 나은 가치와 편의를 제공하는 Total Solution Provider로 도약하고 있습니다.
현대두산인프라코어 기술원의 버츄얼기술 담당 조직은 버츄얼 제품개발, 버츄얼 기술개발, 신소재 개발, 그리고 융합시스템 개발로 구성되어 있습니다.
버츄얼 제품개발은 제품개발 과정에서의 프론트로딩(Frontloading)을 통해 개발제품의 경쟁력을 조기에 검증하여 완성도를 높이기 위한 VPD(Virtual Product Development) 프로세스를 운영하고 CAE(Computer Aided Engineering) 및 DMU(Digital Mock-Up)를 실행하고 있습니다. 2012년 도입 이후 제품개발 프로세스에 반영되어 운영되고 있으며, 이를 통해 신기종 개발 시 사전 검증과 해석을 통한 제품 강건성의 선제적 확보를 통해 시간과 비용을 획기적으로 줄여나가고 있습니다. 제품의 내구/신뢰성 및 성능을 검증하고 개선하기 위한 CAE 기술과 장비 조립 과정에서의 문제점을 사전에 발굴하고 개선하여 제조 효율을 높이기 위한 DPA(Digital Pre-Assembly), 그리고 운전자의 작업과 유지 보수의 편리성 등을 검증하기 위한 DMU 등 다양한 영역에서 버츄얼 검증이 적용되고 있습니다. 또한 검증의 기준이 되는 검증 방법론의 개발 및 표준화, 검증 목표에 대한 합의를 위한 해석/시험/설계/생산 등 유관 부문이 참여하는 협의체 운영을 통해 프론트로딩을 더욱 확고히 하고 있습니다.
버츄얼 기술개발은 버츄얼 제품개발의 기반이 되는 새로운 해석 기술을 발굴하고 현대두산인프라코어 고유의 검증 기술로 연결하는 축으로서의 중요한 역할을 수행 중입니다. 기존에는 VPD 수행인력이 병행해 왔지만, 더 심도 있게 탐색하기 위하여 별개의 팀으로 운영 중입니다.
신소재 기술은 전통적인 소재 기술과 융복합기술의 접목을 통해 건설기계에 특화된 부품과 소재 개발로 고객 가치 극대화 및 제품 경쟁력을 강화하는 것을 목표로 하고 있습니다. 특수 열처리 재질 개발과 내마모 부품 개발, 그리고 플라스틱 소재 및 친환경 도료 개발 등을 진행하고 있습니다. 기존의 시험 위주의 개발 방법론에서 해석 기술과 데이터베이스 활용 등 버츄얼기술 접목을 통해 개발 효용성을 높이고 있습니다.
마지막으로 융합시스템 개발에서는 연비/성능 향상을 위한 차세대 유압 시스템, 장비 가동 시간(Uptime) 향상을 위한 PHM(Prognostics and Health Management) 기술개발을 통해 연비 향상, 탄소배출 저감, 장비의 가동률을 제고하는 등 제품의 고객 가치를 높이는 기술을 개발하고 있습니다. 빠르게 변화하는 환경과 고객의 요구사항을 반영하여 새로운 가치를 만들어나가기 위해 다양한 시뮬레이션 기술과 시험 기술을 융합하여 개발 업무를 수행하고 있습니다.
2022년 연구개발 계획 및 목표
버츄얼기술은 2022년에도 핵심기술의 고도화 및 신규 기술 발굴을 비롯해 지속적인 혁신을 통한 제품 및 고객의 가치를 위한 Total Solution Provider로서의 역할을 지속적으로 강화하고자 합니다.
VPD의 가치는 앞서 언급된 바와 같이 프론트로딩 강화를 통한 제품경쟁력 확보 및 제품개발 기간 단축 입니다. 이를 위해서 검증 영역의 확대 및 정합성 확보를 위한 활동과 해석 자동화 등 업무 효율을 높이기 위한 방법론을 개발하고 있습니다. 또한 기후 위기 대응을 위한 전동화 장비의 개발 가속화에 따른 배터리 팩, 모터, 연료전지 등 신규 동력 시스템에 대한 새로운 개발 및 검증 방법론을 지속적으로 개발할 계획입니다.
CAE 기술은 건설장비에 VPD 프로세스가 적용되기 이전부터 가상 시제품(Virtual Prototype) 개발이라는 목표를 공유하고 있으며, 제품에 대한 가상화뿐 아니라 현장의 가상화를 더한 가상 검증장(Virtual Proving Ground)을 통해 다양한 지역과 사용자의 작업환경을 구현하고 있습니다. 또한 검증기술에 인공 지능과 디지털 트윈을 접목한 신기술을 지속적으로 발굴하고 있습니다.
신소재기술에서는 구조/형상/재질 최적화 및 원가 절감을 위한 신공정-신기술을 개발하고 있으며, 특히 AI(Artificial Intelligence)/ML(Machine Learning)을 이용한 융복합 주조기술 개발을 추진하고 있습니다. 또한, 다양한 부품의 정비/교환 주기를 연장하고 점검시기를 일원화하여 TCO(Total Cost of Ownership) 관점에서의 고객가치를 높이기 위한 Extended Maintenance 전략의 실행, 강화된 환경규제에 대응하기 위한 친환경 도료 및 장수명 오일개발도 중요한 목표입니다. 특히 자연모사 기술(NatureInspired Technology)과 시뮬레이션 기술, 그리고 3D 프린팅 기술의 융합을 통한 차세대 내마모 부품 개발이 막바지 단계에 있으며, 양산성 또한 충분할 것으로 판단하고 있습니다.
연비는 과거에도 제품경쟁력의 핵심 지표 중 하나였습니다. 특히, 최근의 기후환경 대응에 따라 그 중요성이 더욱 부각되고 있습니다. 전동화 장비로의 대체가 가장 이상적이지만 실제 현장의 인프라와 TCO 측면에서 기존 엔진탑재 장비의 시장은 당분간 지속될 수밖에 없을 것으로 예상됩니다. 유압 에너지 회생 시스템을 적용한 Hydraulic Hybrid 시스템의 양산화 및 차세대 유압 시스템인 MPS(Multi-Pump System)의 타당성 검증을 통한 추진전략 구체화가 중요한 이유입니다.
현대두산인프라코어 버츄얼기술의 미래경쟁력 강화를 위한 중장기 전략
2019년 버츄얼기술 부문에서는 기술의 적용대상을 제품으로부터 시장과 고객으로 확장하고, 기술기반 솔루션 제공을 통해 새로운 가치 창출 혁신 활동을 진행하였습니다. 북미 건설업 주주딜러 및 주요관계자 심층 인터뷰와 유럽 시장 분석, 제품 사용자의 VOC(Voice of customer) 등 다양한 레퍼런스를 확보하여 시장과 고객의 니즈 및 고충 사항을 도출하였고, 이를 바탕으로 근원적 문제를 정의하고 이를 해결할 수 있는 다수의 아이디어를 도출·병합하여 핵심 추진항목을 발굴했습니다. 건설산업은 전 세계 GDP의 10% 이상을 차지하는 거대한 시장임에도 타 산업대비 디지털 변화가 느리게 진행 중인 산업입니다. 하지만 공사 현장의 디지털화 역시 큰 흐름 속에서 진행 중에 있기 때문에, 곧 다가올 미래의 공사 현장을 이미 지화하고 생산성 극대화라는 불변의 가치를 핵심 니즈로 정의했습니다. 디지털화된 공사 현장은 모든 장비와 정보가 연결되어 있는 자동화 공장의 모습일 것이며, 이 현장의 생산성을 안정적으로 유지하기 위해 서는 개별 장비 역시 최적의 상태를 유지하는 것이 중요합니다. 즉 장비의 가동시간(Uptime) 유지를 통한 현장의 생산성 극대화를 지원하기 위한 3대 솔루션을 핵심주제로 선정하여 추진 중에 있습니다. 장비의 상태를 상시 모니터링함으로써 예상치 못한 고장을 방지하기 위한 PHM솔루션, 이상 발생 시 보다 신속하고 정확한 대응을 위한 AR 정비지원솔루션, 그리고 원격지에서의 원활한 부품 공급을 위한 3D 프린팅 기술 기반의 디지털 인벤토리 솔루션입니다.
PHM기술은 데이터를 활용한 장비 전반의 상태 진단뿐만 아니라, 고장 발생 시 수리 기간이 오래 소요되는 핵심 부품에 대해 추가의 피지컬(Physical) 또는 버츄얼 센서를 활용한 진단 방법론들을 개발하고 있습니다. 특히, 현대두산인프라코어 전사 각 부문의 시스템에 있는 모든 데이터를 통합하여 구축한 DI360 시스템을 활용해 과거의 필드에서의 고장 이력을 토대로 중요도와 발생 빈도 등을 파악하여 주요 부품을 선정하였습니다. 진단/예측 방법론의 양산화 개발과 더불어 기존 장비와 타사 장비까지 해당 솔루션을 탑재하기 위한 리트로핏(Retrofit) 전략을 성공적으로 수립해 나갈 예정입니다.
AR 정비지원 서비스는 정비 인력의 고령화, 신규 전문인력 확보 및 육성의 어려움, 그리고 장비의 전자화 및 신기능 도입에 따른 정비 난이도 증가 추세에 맞춰 딜러와 현장 대응력을 지원하기 위해 AR 기능을 활용한 원격지 정비 및 정비 지원 솔루션으로 2021년 말 출시되었습니다.
디지털 트랜스포메이션은 세상의 큰 흐름으로 자리매김하고 있습니다. 버츄얼기술 영역에서도 기술개발의 효율성·정합성을 높이기 위해 다양한 디지털 핵심기술들을 접목하고 있습니다. 특히 AI와 ML을 활용한 업무 고도화와 자동화는 추가적인 가치 발굴을 위한 레버리지로서의 역할을 톡톡히 하고 있습니다. 또한, 버츄얼 모델과 실제 장비 간의 연결을 통해 얻을수 있는 인사이트의 가치는 무궁무진합니다. 지금까지는 실제 장비를 디지털화한 버츄얼트윈만으로도 장비의 성능 검증 및 개선에 큰 가치를 만들어왔지만, 앞으로는 디지털 자산을 실제 장비와 연결해 살아있는 디지털트윈을 개발하여 더욱더 커다란 가치를 만들어 가고자 합니다. 이를 위한 IoT(Internet of Things)와 1-D/3-D 시뮬레이션, AI, ML 등 관련된 핵심 기술 역량을 지속적으로 확보해 나갈 예정입니다.
이제는 더 이상 특정한 요소기술에만 몰입할 수는 없습니다. 앞서 소개한 혁신 활동 사례와 같이 구성원 모두가 참여하여 새로운 가치를 발굴하는 활동을 지속하고, 신기술의 도입과 융합을 통해 필요역량을 적시에 확보하여 빠르게 구현해 나가는 것이 필수입니다. 또한 새로운 시도를 함에 있어서도 자율성과 유연성을 토대로 사고의 폭을 제한하지 않되 최종의 완성된 이미지를 먼저 그려보고 단계별로 예상 산출물과 기대 가치를 정의하는, 소위 Start with Outcome의 철학을 견지하고자 합니다.