건설장비, 무인자동화로 효율 높인다


    현재 건설기계 작업의 열악한 환경으로 기피현상, 전문 작업자 부족 등 문제가 발생하고 있다. 이러한 문제들을 해결하기 위한 대안으로 건설 기계 무인·자동화가 주목을 받고 있다.


무인·자동화 건설 기계의 도입은 전문 기술 없이도 누구나 쉽게 전문 운전자처럼 작업을 할 수 있게 해준다. 원격 제어, 위험 감지, 부분 자동화 기술로 건설업이 3D 업종이고 숙련자만이 가능한 작업이라는 인식에서 벗어나 쉽고 효율적으로 정확하게 작업이 가능해졌다.


현대건설기계가 개발중인 스마트컨스트럭처 시스템 개념도. 사진=현대건설기계

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이는 건설 시장의 효율 향상과 지속적인 발전을 촉진하는 윤활제 역할을 할 것으로 예상되며 드론 측량을 비롯한 건설현장 디지털화, 통합 관제 기술로 현장의 물리적 제약과 비효율성을 개선해 건설업 전반적인 생산성 향상을 가져올 것으로 예상된다.




최근 건설업에 측량부터 건설기계 운용까지 건설 현장의 모든 작업을 자동화한 종합관제 솔루션 ‘Concept-X’가 세계 최초로 시연돼 화제가 됐다. Concept-X는 중앙 관제 시스템인 X-Center에서 무인 굴착기, 휠로더 등 무인 건설 장비와 유인 건설장비를 관제하게 된다.


무인 굴착기는 인지, 판단, 제어 시스템이 서로 맞물려 작동되는 복잡한 시스템이다. 인지시스템은 카메라, 라이다, 레이더 등 다양한 센서로부터 얻은 데이터를 가공해 최적의 정보로 만들어 준다. 굴착기 주변 지형, 장애물 등의 객관적인 정보를 알려준다.


판단 시스템은 인지 시스템으로부터 받은 객관적인 정보를 기반으로, 작업 패턴을 AI로 학습시켜 무인굴착기가 해야 하는 작업에 대한 매순간의 행동 결정과 궤적 생성 작업을 수행한다.


또한 제어 시스템은 무인 굴착기의 절대 위치와 자세를 알 수 있도록 IMU와 RTK GNSS 등으로 구성된 MG(Machine Guidance) 시스템과, MG 시스템의 센서 정보를 기반으로 판단 시스템에서 생성된 경로를 안전하고 정밀하게 추종할 수 있도록 제어한다.


휠로더는 굴착기에 비해 주행이 더 많기 때문에 최적 주행 제어와 무인 굴착과 상차 작업을 할 때의 최적 제어 전략 관련 심화 기술로 개발됐다. 휠로더의 굴삭 동작에서 구동력이 높거나 지면의 낮은 마찰력으로 인해 타이어 슬립이 된다면 작업을 수행할 수 없게 된다. 이에, 슬립이 일어나지 않도록 엔진과 변속기의 구동력을 적절히 제어하고 휠로더 버켓의 움직임을 동시에 제어해 무인 굴착량이 최대가 되도록 제어해 준다.


또한 중앙 관제 시스템인 X-Center는 작업장의 전체를 통합해 관제하며 드론을 통해 작업장의 지형을 측량하고 시공 도면, 암층 정보 등 건설현장의 정보들을 통합 분석한다. 이를 기반으로 작업 계획을 수립, 각각의 건설 기계에 작업 명령을 내리도록 설계됐다.


Concept-X /doosannewsroom.com

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특히 스마트 건설 현장의 모든 무인/유인 건설 기계에서 보내는 정보를 수신해 진도 모니터링이 가능하며, 돌발 상황 시 원격으로 제어해 사고를 예방하고 작업의 효율을 높일 수 있다는 장점을 가진다.


PHM(Prognostics Health Management)은 AI기술을 무인 건설 기계에 적용시켜 스스로 고장을 예측하고 모든 건설 기기의 작업이 차질 없이 동작하도록 한다.




이러한 무인 자동화 기술을 개발한 두산인프라코어(주)는 지난해 ‘Concept-X’를 세계 최초로 시연하며 건설 현장에서의 정확하고 빠른 작업을 기반으로 한 생산성 향상, 비용과 리스크 감소 등 고객의 니즈를 고려한 인프라 솔루션 사업 확대를 진행하고 있다.


선행Customer솔루션팀은 Concept-X 중에서도 건설기계 무인화/자동화 기술의 선행 개발을 담당했다. 스마트 건설 현장을 완성하기 위해 무인화/자동화 건설기계 외에도 아직 기계식 유압이 많이 적용된 건설기계를 전자유압으로 개선하고 연결성을 확보하고 신뢰성 있는 ICT 부품을 장비와 통합, 현장을 관리하는 중앙 관제 센터(X-center)도 필요하다. 이를 위해, 융복합기술센터는 ICT를 포함한 융·복합 기술 개발을 담당하고 있다.


바우마 차이나 전시회 5G 굴착기 원격제어 이미지



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한편 두산인프라코어는 건설 장비의 무인화/자동화 기술을 단계별로 적용해 제품화할 계획이다.


선행Customer솔루션팀 김동목 부장(사진)은 “스마트 건설 기술은 변경 범위가 매우 넓고 모든 솔루션을 한 번에 적용하기 위해서는 대규모의 투자가 필요하기 때문에, 한꺼번에 현장에 적용하기가 어렵다”며 “현장에 가장 먼저 필요한 솔루션부터 차례대로 제품화 해 출시하고 현장에 적용할 계획”이라고 말했다.


그 중 하나로 건설현장 종합 관리를 위한 사이트클라우드 플랫폼이 주인공이다. 이를 통해 국내 건설현장의 생산성 향상과 디지털화가 가능해질 것으로 예상되고 있다. 이러한 사이트클라우드를 통해 건설사를 비롯한 고객들은 측량, 분석, 장비, 시공관리 등 각각 기능별로 분산되어 있는 기존 업무를 하나의 플랫폼에서 통합 관리 할 수 있다.


이와 함께 또 다른 제품도 상품화가 준비되고 있다.


김 부장은 “무인 굴착기도 부분적 자동화로 운전자가 보다 쉽고 편하게 작업할 수 있도록 MG(MachineGuidance)를 출시했으며, MC(Machine Control)는 곧 상품화 될 예정”이라며 “이러한 자동화 기술로 인해 작업자의 안전보장과 더불어 비숙련 작업자도 숙련자처럼 작업 효율 내어 최종적으로 건설 현장이 위험하고 힘든 업종이라는 인식이 사라지기를 기대한다”고 전했다.

[공학저널 전찬민 기자] 




Machine Learning for Prognostics and Health Management - Challenges and Successes's 

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