“스마트 제품은 볼트 유지보수를 어떻게 재정의할 수 있을까요?”
Michael Reiterer는 구조 역학 및 구조 건전성 모니터링 분야를 전문으로 하는 국제 컨설팅 회사인 Revotec을 공동 설립했습니다.
Revotec은 2014년부터 구조 공학 스마트 제품 개발에 중요한 임무를 수행해 왔습니다. “저희는 진동을 분석하고 피로 손상을 방지하는 것으로 명성을 쌓았습니다.”라고 Michael Reiterer는 말합니다. Revotec은 소프트웨어를 사용하여 역학적 계산을 수행하고 열차 운행으로 인한 철도 교량의 진동 등의 영향을 평가합니다.
이를 바탕으로, 2016년 오스트리아의 국영 철도 회사인 ÖBB 와 계약을 체결하였습니다. Revotec은 공기역학적 하중이 철도 방음벽에 미치는 영향에 대한 연구를 의뢰받았습니다.
특히, Michael Reiterer는 다음과 같이 회상합니다. “ÖBB는 열차가 고속으로 지나갈 때 파스너가 어떤 영향을 받는지, 체결력 손실 시 체결 부품의 서비스 수명이 어떻게 변화하는지, 이러한 파스너의 체결력 상태를 지속해서 모니터링할 수 있는지 알고 싶어 했습니다.”
공기역학적 하중은 열차가 지나갈 때 방음벽에 작용하는 힘입니다. 진폭은 열차의 속도, 형태, 장벽의 높이 및 선로 축과의 거리에 따라 달라집니다. 1초 만에 최대 진폭을 형성하는 압력파로 방음벽의 철골 구조에 피로 손상을 주는 충격 하중을 생성합니다.
안타깝게도 2000년대 초반의 열차의 속도 상승은 이 문제를 악화시켰습니다. 160 km/h 미만에서는 큰 문제가 발생하지 않았지만, Michael Reiterer는 “독일 및 오스트리아 열차는 이제 정기적으로 이 속도를 초과하며 일부는 300km/h를 초과하기도 합니다”라고 말합니다. 또한 방음벽도 6m 또는 7m로 높아져 동적 진동의 영향을 배가시켰습니다.
연구 개발
“가장 어려운 과제는 체결 부품의 체결력을 지속해서 모니터링하는 것이었습니다”라고 Michael Reiterer는 덧붙입니다. Revotec은 기계, 전기 및 토목 공학자로 구성된 소규모 팀이 있습니다. Joachim Muik는 볼트의 체결력 측정을 위한 두 가지 시제품 솔루션인 REVO m-Bolt와 REVO e-Bolt를 개발하는 4년간의 연구 프로젝트에 참여한 동료 중 한 명입니다.
Joachim Muik는 ÖBB가 찾던 지속적인 모니터링이 까다로운 도전 과제임을 알게 되었습니다. “실제로 체결력을 측정할 수 있는 너트나 볼트를 설계하는 데에는 충분한 지식을 보유하고 있지만, 그 볼트에 인터넷을 연결하는 것은 훨씬 어려운 일입니다.”고 말했다.
이미 솔루션이 있었나요?
Revotec의 핵심 사업은 기술 컨설팅입니다. Michael Reiterer가 혁신에 대한 열망이 있는 만큼, 협업에 적합한 파트너를 찾는 데 있어 타협하지 않을 것입니다. Michael Reiterer는 자체 개발 이외에도 오스트리아의 노드락 그룹 세일즈 엔지니어인 Thomas Schardax를 통해 지속적인 체결력 모니터링을 위한 노드락 그룹의 인더스트리 4.0 솔루션인 슈퍼볼트 하중 감지 텐셔너(LST)를 알게 되었습니다.
독일 라우흐하임에 있는 노드락 그룹의 사무실에서 여러 번의 지식 공유 대화와 미팅을 통해, 두 당사자는 ÖBB의 문제를 함께 해결하기로 합의했습니다. 처음에 Joachim Muik는 슈퍼볼트 LST가 기존의 너트처럼 보이지 않는다는 사실에 놀랐지만, 설치와 동시에 곧 이점을 알게 되었습니다.
슈퍼볼트 멀티 잭볼트 텐셔너(MJT)는 높은 체결력이 요구되는 곳에, 너트 본체를 통과해 체결되는 잭볼트를 사용하여 관리할 수 있는 토크로 분산시킵니다. 예를 들어, 기존의 일반 M16 볼트를 80 kN의 체결력으로 조이려면 200 Nm의 토크가 필요합니다. Joachim Muik는 “슈퍼볼트 LST는 각 잭볼트당 12 Nm에 불과했기 때문에 사다리 위에 서서 좁은 공간에서 작업할 수 있었습니다.”라고 말합니다.
체결력 모니터링의 미래
설치는 간단하지만, 주요 혁신은 스마트 기술이 이 프로젝트를 완성한 방법에 있습니다. 노드락 그룹의 스마트 제품 사업 개발자인 Pierre Kellner는 리옹의 동료 Damien Thomas, 예테보리의 동료 Lisab와 함께 수백 킬로미터 떨어진 그들의 책상에서 원격 라이브 스트리밍을 통한 첫 번째 설치를 Joachim Muik에게 지원했습니다.
“여행 제한에도 불구하고 Microsoft HoloLens 스마트 안경은 우리가 Joachim Muik와 ‘그 현장’에 함께 할 수 있도록 증강 현실 뷰를 제공했습니다. Joachim Muik는 이러한 스마트 솔루션은 물론 이전에 슈퍼볼트 MJT를 설치한 경험도 없었지만, 이 연결을 통해 우리가 ‘그의 눈’이 되어 자유롭게 작업을 수행할 수 있었습니다. 또한 녹화 기능으로 메모할 필요도 없습니다”라고 Pierre Kellner는 말합니다.
슈퍼볼트 LST는 전 세계 어디에서나 웹 인터페이스를 통해 원격으로 정확하고 지속적인 체결력 모니터링을 제공합니다.
“슈퍼볼트 LST 기술을 사용하여 체결력이 사전 정의된 한계점 아래로 떨어졌을 때 자동으로 고객에게 알려주는 발동 수준을 설정할 수 있습니다.”라 고 Michael Reiterer는 설명합니다.
“우리는 첫 번째 체결 후 72시간 이내에 체결력 손실을 감지했고, 1년간의 모니터링 후에 또 다른 체결력의 손실을 감지했습니다.”라고 그는 말합니다. 이 정보를 이용하여 ÖBB와 같은 슈퍼볼트 LST 사용자는 볼트를 재체결하고 유지보수하는 데 최적의 주기를 설정할 수 있으며, 이는 기반 시설의 피로 손상을 방지할 수 있도록 전문적으로 고객을 지원하는 Revotec과 같은 회사에 매우 중요한 정보입니다.
앞으로 산업에서 디지털 툴에 대한 잠재력은?
“매우 높다고 봅니다”라고 Michael Reiterer는 말합니다. 산업 및 인프라 기업에 예측할 수 있는 유지보수는 점점 더 중요 해질 것으로 보입니다. Revotec의 비전 중 하나는 데이터 기록을 케이블이나 파워 공급 장치 없이 수행하는 것입니다. 대신 열차 자체가 선로를 따라 모든 스마트 제품의 데이터를 기록하고 열차 운영자가 유지보수 일정을 계획할 수 있도록 중앙 데이터베이스를 제공하는 것입니다.
Joachim Muik는 다음과 같이 덧붙입니다. “이 기술의 기회는 무궁무진합니다. 단순한 파스너가 있는 방음벽이든 터빈이나 가압 응용 분야와 같은 높은 수준의 적용처든 상관없습 니다. 이 기술은 어디에나 적용할 수 있습니다.”
“오늘날 우리가 TV, 난방 그리고 진공청소기를 스마트홈 앱에 연결하여 사용하는 것과 같은 방식으로 앞으로 더 많은 산업에서도 중요 부품을 원격으로 연결하여 모니터링하고 관리할 것으로 보입니다.
이 기술로 작업자는 현장에 상주할 필요 없는 동시에, 유지보수에 대한 통제력을 높일 수 있습니다.