농기계 제조사, Simcenter SCADAS Recorder를 사용해 제품 내구성 향상

정확하지 않은 결과

Kverneland Group Kerteminde AS (Kverneland Group)은 농기계 및 서비스를 개발, 생산 및 유통하는 세계적인 농기계 제조사입니다. Kverneland Group은 혁신에 주력함으로써 파종기, 사료 및 베일 장비, 살포, 분무, 농엽용 트랙터 및 기계용 전자 솔루션을 비롯한 다양하고 고유한 고품질 제품을 제공해 올 수 있었습니다.

1879년 설립됐으며 현재 노르웨이에 본사를 둔 Kverneland Group은 노르웨이, 덴마크, 독일, 프랑스, 네덜란드, 이탈리아, 중국에 공장을 두고 있습니다. 19개국에 자체 판매 지사를 두고 있으며, 60개국을 대상으로 수출합니다.

농기계에 필요한 주요 특성 중 하나는 내구성이며, Kverneland Group은 기계 내구성을 강화하고 이를 브랜딩하는 데 상당한 관심이 있었습니다. Kverneland Group 엔지니어에게 주어진 과제는 내구성 있는 기계를 설계하는 것이며, 이는 고객의 기대치를 충족하는 기계 수명을 구현하는 것을 의미합니다. 이러한 기계는 시장별로 천차만별인 조건에서 사용됩니다. 개별 사용자마다 적용하는 조도가 달라 Kverneland Group 엔지니어는 기존 내구성 테스트 프로세스가 과도하게 테스트 되며, 이로 인해 제품의 실제 내구성을 나타내지 못하는 것으로 추측했습니다.

이 문제를 해결하기 위해 Kverneland Group은 Siemens Digital Industries Software의 Simcenter SCADAS™ Recorder 하드웨어와 Simcenter™ Testxpress 소프트웨어, Simcenter™ Tecware로 구성된 테스트 시스템을 도입했습니다. 새로 들인 장비는 엔지니어가 다양한 하중 시나리오를 검증하고 현실적인 수명 테스트를 설계할 수 있도록 지원합니다. Simcenter SCADAS Recorder와 Simcenter Testxpress는 현장 및 실험실 테스트 중 동적 하중 데이터를 수집하는 데 함께 사용되며, Simcenter Tecware는 하중 데이터를 통합하고 내구성 특성을 해석하는 프로세스를 간소화하는 데 사용됩니다.

지역별로 다른 여건

농기구는 보통 높은 하중을 견뎌야하므로, 정확한 하중 측정이 필요합니다. 예를 들어 모어로 잔디를 한번 깎을 때마다 모어를 통과하는 잔디 무게는 50~60kg 정도가 될 수 있으며, 1분간 모어를 거쳐가는 잔디 무게는 2~3톤이 됩니다. 지역별로 제약이 너무 달라 광범위한 테스트가 필요합니다. 이에 Kverneland Group은 Siemens Digital Industries Software 테스트 제품을 사용해 더 많은 데이터를 수집해 가능한 많은 하중 프로파일을 결정합니다.

지역별 제약 차이를 보여주는 구체적 예를 들어 보겠습니다. 아일랜드에서 재배되는 작물은 베네룩스에서 재배되는 작물보다 무겁습니다. 클로버는 잔디보다 밀도가 높습니다. 일부 아시아 국가에서는 대나무 같이 매우 두꺼운 농작물인 수수 수단 잔디 잡종을 수확합니다. 베네룩스 농부들은 1년에 여러 차례 작물을 베고 수확합니다. 미국 농부들 중 일부는 1년에 한 차례만 수확합니다. Kverneland Group은 미국과 프랑스, 영국, 독일, 스페인, 이탈리아, 일본, 한국에 제품을 수출하며, 그만큼 다양한 조건 하에서 기계가 효과적으로 작동해야 합니다.

경험을 통해 농기계를 도로에서 운전하면 큰 피해를 입을 수 있다는 것을 알 수 있습니다. 최신 트랙터는 한층 편안하며 소음과 진동에 덜 민감합니다. 이에 농부들은 거친 들길에서 과속하는 경향을 보이며, 기계를 혹독한 환경에 노출시킵니다.

새로운 설계는 경제 동향의 영향도 받습니다. 연료 가격이 오르면 장비의 연료 소비를 줄일 수 있도록 최대한 가볍고 효율적으로 만들어야 합니다. 장비의 무게와 크기 모두 최적화 해야 합니다.

Kverneland Group은 내구성 엔지니어링을 성공적으로 구현하기 위해 농기계가 수명 기간 중 경험하게 될 하중을 정확히 파악하는 것이 중요합니다. 따라서 테스트 팀은 현장이나 도로, 실험실에서 실제 테스트를 진행해 동적 하중을 결정합니다.

더 많은 증거 지점 수십

Kverneland Group은 Simcenter SCADAS Recorder를 사용해 하중 프로파일에 대한 한층 상세한 정보를 받았습니다. 이 제품을 사용하면 하중 이력에 대한 지식이 강화되며 한층 현실적인 하중 조건을 재현하고 가장 빈번한 하중 조건에 맞게 테스트할 수 있습니다.

Kverneland Group은 기존에 자체 테스트스탠드에서 5~6가지 참조 지점을 사용해 수작업으로 테스트를 진행했습니다. 30개 측정 지점에 이제는 스트레인 게이지 센서를 장착해 한층 정확한 결과를 냅니다. 이를 통해 Kverneland Group은 다음 작업을 할 수 있습니다:

• 현장 작업에 대한 장비 반응 방식 실제 측정
• 도로 이동 시 대한 장비 반응 방식 실제 측정
• 일반적인 장애물에 대한 장비 반응 방식 측정
• 결과를 평가해 장비에 가해지는 스트레인 결정
• 가장 중요한 센서 신호 해석
• 가속 수명 시험에 사용되는 값 확인

향상된 인사이트

Kverneland Group은 Simcenter Testxpress 데이터 수집 기능에 매우 만족합니다. GPS 센서가 내장된 Simcenter SCADAS Recorder를 사용해 현장에서 시간 데이터를 기록합니다. 엔지니어는 스트레인, 압력, 유량, 위치, 가속 센서를 비롯한 여러 센서로부터 다양한 하중 데이터를 얻을 수 있습니다. Google Earth 기능으로 내보내기 한 Simcenter Tecware를 사용해 지도 상에 이벤트를 표시할 수 있습니다.

Kverneland Group 설계부 총괄 Jan Vestergaard Madsen은 “우리 엔지니어는 이 정보가 제공하는 인사이트에 매우 만족합니다. 시간의 흐름에 따라 인사이트 한층 향상되면서 표준 프로파일을 정의해 랩에서 현실적인 테스트를 재현할 수 있을 겁니다” 라고 말합니다.

Kverneland Group의 프로젝트 엔지니어 Henrik Christensen Aarenstrup은 “값을 확인하고 역측정된 데이터를 찾기가 특히 쉽습니다. 엔지니어들은 가장 쉬운 방식으로 측정된 데이터의 전체 개요를 볼 수 있습니다” 라고 설명합니다.

Kverneland Group 엔지니어는 Siemens Digital Industries Software 테스트 솔루션을 활용해 더 나은 데이터를 더 빨리 얻을 수 있어 하중에 대한 지식을 향상시킬 수 있다는 점을 알게 됐습니다.

장비 한 쪽을 접은 상태로 벌채 하기, 비뚤게 매달린 장비로 벌채하기 등 다양한 조건에서의 하중을 정확하게 측정할 수 있습니다. 또한 계산에 사용할 하중을 직접 측정할 수 있으며, 스트레인 게이지와 가속도, 위치, 압력, 온도 센서를 사용해 여러 요인에 미치는 효과를 측정할 수 있습니다.

Kverneland Group 엔지니어는 이미 유압 애플리케이션을 대상으로 압력과 유량, 온도 측정을 시도해 봤으며, 사용 편의성과 결과에 상당히 만족했습니다. 이들은 장비의 유압 폴딩 및 업폴딩 측정과 같은 추가적인 센서 정보를 더 얻을 수 있을 것으로 기대하며, 이는 장비에 미치는 유압력에 대해 더 자세한 인사이트를 제공하게 될 겁니다. 궁극적으로 이들은 하중 데이터를 유한요소해석을 사용한 피로 수명 해석에 사용하고자 합니다.

지속적인 개선 모색

한편 엔지니어들은 Kverneland Group의 내구성 엔지니어링 프로세스를 향상시키는 작업을 이어가고 있으며, 토크 및 전력 요구사항을 추가하고 하중 이력에 대한 전체 정보를 제공하려고 합니다. 수집된 데이터는 FEM (finite element modeling) 및 손상 누적을 측정하는 팜그랜-마이너 법칙 (Palmgren-Miner Rule)에 입력할 자료로 사용할 수 있습니다. 비용과 시간 관리 측면에서 전 세계를 돌며 모든 기계에 대한 정보를 수집하기란 비현실적이므로 Kverneland Group 엔지니어는 Simcenter Tecware를 사용해 고객 용도에 맞는 검증된 테스트 트랙이나 절차를 제공합니다.