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미래를 향한 열기를 내뿜는 비스만의 스마트 팩토리

히트펌프는 공기, 지열, 지하수 등을 열원으로 사용하고 냉매와 전기를 이용해 이를 난방에너지로 변환하는 장치다. 이미지 제공: 비스만(Viessmann).
  •  히트펌프 시장은 호황을 누리고 있으며, 세계 히트펌프 제조업체는 생산 현장 자동화에 투자하고 있다.
  •  비스만(Viessmann) 2023 가을에 히트펌프 생산을 시작할 폴란드의 새로운 스마트 팩토리에서 제조 프로세스를 최적화하기 위해 디지털 기술을 사용한다.
  •  비스만 스마트 팩토리 프로젝트의 디지털 계획은 미래의 생산 시설 건설을 위한 청사진을 제공할 것이다.

최근 몇 년간 히트펌프 판매가 급증했다. 독일 경제 일간지 한델스블라트(Handelsblatt)는 이를 '히트펌프의 10년'이라고까지 표현하며, 히트펌프 제조업체들을 재생 가능 에너지 전환 분야에서 승자로 간주한다.

이 기술의 호황은 오랫동안 징조를 보여왔다. 2021년에 독일에서는 15만4000개의 히트펌프가 설치되었는데, 불과 1년 후 23만6000개로 늘어났다. 미국에서의 성장률은 독일에 비해 뒤떨어지지만, 2022년에 처음으로 판매량이 400 개를 넘으며 가스로(gas furnaces)를 앞질렀다. 영국은 2028년까지 연간 60 개의 히트펌프 설치하고자 하는 정부 목표를 달성하기 위해 훨씬 더 큰 노력을 기울이고 있다. (한국은 히트펌프 시스템 활용의 확산을 위해 노력하고 있지만 여전히 시장 발전이 뒤처져 있다. 히트펌프 시장 규모는 주거용 및 상업용 에어컨/히트펌프를 포함해 약 2조 6000억 원에서 4조 원(20 ~ 30억 달러) 규모로 추산된다.)

독일 중부 알렌도프에 위치한 비스만 본사의 생산 시설. 비스만은 2023년 가을 폴란드 현지 공장에서 히트펌프 생산을 시작할 예정이다. 이미지 제공: 비스만.

독일 히트펌프 협회인 분데스베어반트 베메품페 e.V.(Bundesverband Wärmepumpe e.V.)는 2024년부터 독일에 매년 50만 개의 히트펌프가 설치될 것이며 사용되는 히트펌프의 총 수가 2030년까지 140만 개에서 600만 개로 증가할 것으로 예측한다.

독일 중부 도시 알렌도프에 본사를 둔 미국 소유의 국제 냉난방 전문업체인 비스만은 향후 3년 동안 녹색 난방 기술에 약 1조 4300억 원(10억 유로)을 투자할 예정이다. 이 중 5분의 1, 즉 약 2800억 원(2억 유로)은 국경 너머 약 80km가 조금 넘는 거리에 있는 도시 폴란드 레그니차에 5만 제곱미터 규모의 새로운 생산 현장을 건설하는 데 사용될 것이다. 비스만은 유럽의 지정학적 독립을 지원하고 기후 변화 및 화석 연료 의존에 맞서 싸우는 데 핵심적인 역할을 할 계획이다. 우크라이나 전쟁이 시작되기 전인 2022년 5월, 비스만은 히트펌프 수요가 41% 증가해 2021년에 기록적인 매출을 달성했다고 발표했다.

현재의 정치적 상황과 러시아의 가스 공급으로부터 독립하려는 독일 정부의 노력은 판매량을 더욱 증가시킬 것이다. 비스만은 히트펌프 생산력을 대폭 확대하며 수요 증가에 대비하고 있다. 작년에는 해당 사업부의 직원 수가 로 늘었다.

레그니차에서의 생산은 초기 계획 수립 시기로부터 2년 이내, 2022년 여름 착공 이후 1년여 만에 시작될 예정이다. "디지털 계획 없이는 불가능했을 것"이라고 비스만에서 디지털 팩토리 전문가로 일했던 노어베르트 슈미트(Norbert Schmidt)는 전했다. 슈미트는 2021년에 은퇴했지만 계속해서 비스만에 다년간의 경험을 전수하며 산업 공학에 관한 조언을 해주고 있다.

디지털 팩토리 계획으로 생산 가속화

폴란드 공장의 기본 설계(concept design)는 2021년 9월에 시작되었으며, 1년 후에 세부 설계 단계가 시작되었다. 슈미트는 "그런 다음 건물의 여러 부분에서 이뤄질 구체적인 작업들을 상세히 나타냈다"고 설명했다.

다양한 건설자들의 모든 작업은 클라우드 기반 오토데스크 BIM 360을 사용하여 포괄적인 3D 계획 모델로 병합됐다. 단일 정보 소스를 보유하면 더 향상된 조정이 이뤄지고 관련된 모든 사람이 최신 계획에 액세스할 수 있다. 비스만은 공장 업무를 총괄하고 빌핀거 테보딘(Bilfinger Tebodin)의 폴란드 지사가 기획 전반을 담당한다. 빌딩 정보 모델링(building information modeling, BIM)의 조정 및 관리는 독일 서부 도시 아헨의 엔지니어링 사무소인 E3D 인제뉘오어(E3D-Ingenieure)가 맡았다. 슈미트는 BIM 작업이 "다양한 건설자들이 맡은 책무와 별도로 수행될 수 있도록" 책임이 나누어져 있다고 말했다.

오토데스크 Navisworks(나비스웍스)는 모델을 확인하고 중요한 충돌 감지 도구를 실행하여 건설 현장 작업을 원활히 진행하는 데 사용됐다. 슈미트는 “기존 건설 프로젝트에서는 무엇이 잘못됐는지, 어떻게 해결해야 하는지 알아내기 위해 무수히 연락을 주고받아야 했다”며 “현장 작업이 시작되기도 전에 이런 일을 줄이거나 피할 수 있었다"고 말했다.

2010~2030년, 넷 제로(Net Zero) 시나리오에서 지역별로 가장 효율적인 콘덴싱 가스보일러와 비교한 공기열 히트펌프의 상대적 이산화탄소 배출량. 이미지: CC BY 4.0 라이센스를 통해 IEA 2023 제공.

일부 기계 및 장비는 최종 건설 단계에서 설치되므로 건설이 완료되자마자 시설에서 히트펌프 생산을 시작할 수 있다. 관련된 모든 회사는 항상 최신 계획에 액세스할 수 있기 때문에 MEP 구축 서비스를 제공한 슈네프 플라눙스그루페 에네기테흐닉(Schnepf Planungsgruppe Energietechnik), 하이베이 랙킹과 컨베이어 기술을 공급한 융하인리히(Jungheinrich)와 같은 프로젝트 파트너는 계획을 초기에 세우고 구성 부품과 생산 장비를 사전 제작하는 작업을 시작할 수 있었다.

미래의 공장을 위한 청사진

슈미트는 비스만의 디지털 팩토리 계획이 종합적으로 적용된 첫 사례인 레그니차 시설이 다양한 디지털 기술을 적용하는 주력 프로젝트인 미래 공장 건설을 위한 청사진이 될 수 있다고 말했다. 그리고 비스만이 사용한 기술은 BIM에만 국한되지 않았다. 건축 계획을 위해 오토데스크 Revit(레빗)과 AutoCAD(오토캐드)를 모두 사용했을 뿐만 아니라, 시운전 기간에 생산, 조립, 물류 프로세스를 자동화하고 개선하는 기타 기술도 사용했다.

모듈식 생산은 유연성을 제공하며 높은 수준의 자동화로 생산량을 늘릴 수 있다. 독일 북부 도시 함부르크에 본사를 둔 유니티 AG(Unity AG)는 오토데스크 Inventor(인벤터)를 사용하여 공장 건설 후 실행될 모든 프로세스를 계획한다.

디지털 트윈은 지속가능성 목표를 달성하고 공장을 탄소 중립으로 만드는 데에도 핵심 역할을 한다. 이 포괄적인 디지털 모델은 건물 용도를 파악하여 공장의 총소비량과 배출량을 미리 계산한다. “폴란드 법률은 건물 완공 전에 이러한 평가가 이루어져야 한다고 규정하고 있다”고 슈미트는 말했다.

폴란드에 있는 비스만의 새로운 공장은 증강 현실, 혼합 현실, 가상 현실은 물론 3D 시각화 및 레이저 스캐닝과 같은 환상적인 도구를 사용한다.

조직 디지털 지식 전달

슈미트는 건설이 디지털 도구의 확산과 수용에 중요한 역할을 한다고 말한다. 디지털 도구가 제공하는 가능성을 폭넓게 경험한 슈미트는 공장 건설이 마침내 디지털화되기 시작한 것을 기쁘게 생각한다.

슈미트는 "증강 현실, 혼합 현실, 가상 현실은 환상적인 도구"라며 "3D 시각화와 레이저 스캐닝도 마찬가지"라고 말했다. 슈미트는 이어 비스만 직원들이 이러한 기회에 불러온 "헌신과 열정"이 프로젝트 성공의 한 부분이라고 덧붙였다. 디지털 모델링을 사용하여 생산 시설을 구축하고 제조 요구 사항에 맞는 디지털 팩토리 계획을 세우면 원활한 조정이 이루어진다. 슈미트는 레그니차의 새 공장이 통합 팩토리 계획 측면에서 모범이 되는 프로젝트이며, 건축과 제조 간의 융합이 실제로 일어나고 있음을 보여주는 증거라고 말했다.

디지털 트윈 활성화하기

공장이 생산을 시작해도 디지털 계획은 멈추지 않는다. 비스만은 공장 모델을 디지털 트윈으로 변환하여 컴퓨터로 지원하는 시설 관리에 사용할 계획으로, 이는 수리에 효율적일 것이다. 이러한 데이터는 기계가 고장 날 수 있다는 조기 징후를 알려 예방 조치를 취할 수 있게 한다. “공장이 운영되는 동안 이점을 계속 누릴 수 있도록 디지털 트윈에 계속 데이터를 입력하여 활성화할 것”이라고 슈미트는 말했다.

필자 소개

수잔네 프랑크(Susanne Frank) 온라인 저널리스트는 독일 프리드리히 알렉산더 에를랑겐-뉘른베르크 대학교에서 미국 연구와 영문학을 공부했고, 석사과정에서 연극학을 전공했다.

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