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기업지원성과 사례
占쏙옙占쏙옙占쏙옙 실시간으로 모션과 영상을 동기화한 VR 시뮬레이터 기술 구현 |
占쏙옙占쏙옙占� 컴퓨터 시뮬레이션 공정모델로 에너지공정 최적화 실현 |
기술지원기업 : ㈜네오
연구책임자 : 울산지역본부 친환경재료공정그룹 김정환 선임연구원
중소·중견기업의 최대 고민은 ‘어떻게 비용을 절감할 것인가’이다. 화학공장을 운영하는 중소·중견기업은 전체 비용 중 에너지 비용이 원료비 다음으로 크기 때문에 에너지 비용을 줄이는 방안이 무엇보다 절실하다. ‘컴퓨터 시뮬레이션을 통한 에너지공정 최적화’가 대안으로 떠오르고 있다.
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중소·중견기업의 에너지 비용 절감을 위한
‘기업체 에너지공정 최적화 지원사업’
생기원 울산지역본부는 이를 위해 울산광역시와 함께 ‘기업체 에너지공정 최적화 지원사업’을 진행하고 있다. 컴퓨터 시뮬레이션 모델링을 통한 에너지 효율 최적화, 그리고 사업장 내 시설 개선이 이 사업의 목표다. 2017년 첫 공모를 통해 참여 기업을 모집, 6개 기업을 선정했다. 친환경재료공정그룹 김정환 선임연구원은 참여 기업의 데이터 수집을 위한 현장답사부터 시뮬레이션까지 전 과정을 총괄했다.
“중소·중견기업은 기업 특성상 정량적 데이터가 부족합니다. 데이터가 부족하면 당연히 컴퓨터 시뮬레이션의 정확도도 떨어지죠. 그래서 현장 작업자로부터 가능한 많은 경험적 수치를 얻어내고, 합리적 가정을 세워 수학적 모델에 적용할 수 있도록 노력했습니다.”
2017년, 기업체 에너지공정 최적화 지원사업은 이런 노력에 힘입어 성공적인 결과를 얻었다. 시뮬레이션을 통한 공정 개선안을 바탕으로 총 6개사의 에너지공정 최적화와 시설 개선을 지원해 연간 500TOE(1TOE는 1000만Kcal에 해당) 가까운 에너지와 6억 원가량의 비용 절감 효과를 거뒀다.
컴퓨터에 공정을 그려 넣는 시뮬레이션 공정모델
컴퓨터 시뮬레이션 공정모델을 만들기 위해서는 데이터 수집이 필수다. 먼저 해당 기업의 매뉴얼, 각종 수치, 공정 구조와 흐름 등의 데이터를 수집한다. 그 다음 수집한 모든 데이터를 컴퓨터로 모델링한다. 김 선임연구원은 이 과정이 컴퓨터에 공정을 그대로 그려 넣는 것이라고 설명했다.
이렇게 만든 공정모델을 통해 공정에 필요한 장치, 장치에 주입되는 반응물, 제품이 생산되는 전체 과정과 그에 따른 에너지의 흐름을 한눈에 확인할 수 있다. 컴퓨터 시뮬레이션 공정모델을 작동시켜 그 결과를 확인한 후 기업의 실제 데이터와 비교한다. 시뮬레이션 공정모델에 어느 정도의 신뢰도가 있는지를 확인하는 과정이다.
공정모델의 신뢰도가 높다고 확인되면, 이를 기반으로 공정 개선안을 도출하고 정량적 검증을 진행한다. 예를 들어 증류탑을 보유하고 있지 않은 화학공장에 증류탑을 세워야 하는 경우, 먼저 공정모델에 10단 또는 20단 등 다양한 단수의 증류탑을 가정해 시뮬레이션 함으로써 생산 과정에 사용되는 에너지의 양과 흐름을 확인한다. 이 과정에서 전산유체역학(CFD) 소프트웨어를 활용한 단위 설비 설계 최적화와 경제성 평가가 진행된다. 에너지를 어디에 얼마나 사용해야 효율적이고, 투자 대비 효과는 어떤지 최적의 솔루션을 제시할 수 있는 것이다.
시뮬레이션 공정모델 적용해 공정시간 Down! 수율 Up!
2017년 지원사업에 참여한 ㈜네오의 경우 대기업의 폐기물을 반복 증류해 각종 화학제품의 중간 재료인 ‘1,4-BDO‘를 생산하는 기업이다. 시뮬레이션 공정모델을 통한 에너지 최적화와 시설 개선 효과가 6개 기업 중 가장 높았다.
㈜네오가 보유한 기존 ‘단증류’ 설비는 수율이 낮고 에너지 소모량이 많아 수익성이 낮았다. 김 선임연구원은 시뮬레이션 공정모델을 적용해 도출한 최적화 방안에 따라 ㈜네오에 13단 증류탑을 설치했다. 그 결과 공정시간은 43.3시간에서 33시간으로 줄었고, 수율은 60%에서 83%로 증가했다.
㈜네오 최재희 상무이사는 “지원사업을 통해 제품 품질이 98~99%로 목표치에 근접했고, 수율 증가로 제품 단가가 상승해 회사 수익도 올랐다”고 기뻐했다. 15~20억 원이던 ㈜네오의 연 매출액은 증류탑 설치 후 50억 원으로 뛰었다.
궁극적 목표는 ‘지능화시스템’
김 선임연구원은 중소·중견기업도 4차 산업혁명을 대비해야 하며, 컴퓨터 시뮬레이션 공정모델을 통한 에너지공정 최적화가 준비의 첫걸음이 되기를 희망한다.
“컴퓨터 시뮬레이션 공정모델을 4차 산업혁명 개념으로 확장하면 빅데이터, AI와 연결됩니다. 빅데이터를 기반으로 각 공정의 시뮬레이션이 실시간으로 진행되고, AI가 자동으로 최적화된 수치를 계산해 공정에 반영한다면 그것이 바로 스마트 팩토리인 것이죠.”
김 선임연구원은 현재 ‘증류탑 자동화 시스템’ 연구를 진행 중이다. 컴퓨터 시뮬레이션 공정모델의 궁극적 목표인 지능화시스템 실현에 한 걸음 다가갈 수 있는 과제이다. 중소·중견기업의 4차 산업혁명 대응은 에너지공정 최적화에서부터 시작해야 한다.