[기술잇수다] 8편. 인텔리전트 팩토리에 한걸음 더! 포스코 전로 원터치 조업 자동화 기술

포스코그룹은 안전과 탄소중립 실천에 기여하는 기술을 개발하고자 최선을 다하고 있습니다. 더 나은 사회를 만들어가는 포스코그룹의 우수한 신기술을 소개합니다. 이번 편에서는 단 한 번의 버튼 클릭으로 모든 전로 조업을 100% 자동 수행해 취련사의 안전을 보장하고, 일관된 조업 품질을 유지하는 포스코의 ‘전로 원터치 조업 자동화 기술’을 소개합니다. 포스코그룹 신기술에 대한 수다를 계속 이어가는 기술+잇+수다, 지금 시작합니다!

인텔리전트 팩토리(Intelligent Factory)를 아시나요? 사물인터넷(IoT), 인공지능(AI), 빅데이터 등 4차산업혁명의 핵심기술을 적극 도입해 세계 제조업 미래를 혁신적으로 이끄는 등대공장을 넘어, 모든 공정에서 발생하는 데이터를 자동으로 수집·통합·서비스해 이를 기반으로 의사결정까지 수행하는 지능형 공장을 의미하는데요. 포스코는 지난 10월, 고로에서 나온 용선(쇳물)의 불순물을 제거해 깨끗한 용강으로 만드는 제강공정에서 단 한 번의 버튼 클릭으로 모든 조업을 100% 자동 수행하는 ‘전로 원터치 조업 자동화 기술’을 성공적으로 개발해 인텔리전트 팩토리로의 전환에 한 걸음 더 나아갔습니다.

▲지난 10월 24일 광양제철소 2제강 전로 원터치 조업을 성공 후 이동렬 광양제철소장과 직원들이 기념촬영하는 모습.

전로 원터치 조업 자동화 기술은 취련사의 개입 없이 AI를 활용해 모든 취련 작업을 100% 자동으로 수행하고, 취련이 완료된 용강의 출강 조업(출강, 배재, 코팅) 또한 IoT 기반 영상 계측 시스템으로 수집·분석한 시각 데이터를 AI로 학습시켜 자동화한 기술입니다.

이 기술 개발로, 취련사가 직접 현장에서 수작업으로 전 공정 프로세스를 제어하고 의사결정 하지 않고도 언제 어디서나 원격으로 설비와 공정을 자동으로 제어할 수 있게 됐습니다. 그뿐만 아니라 영상 계측기로 작업 현장의 사각지대와 고위험 지점을 모니터링해 위험 상황을 감지하면, AI가 단계별로 위험 알람을 제공해 안전사고를 예방하죠. 또, 일련의 단위 공정을 349건으로 세분화하고, 이를 통합하는 인터락(Interlock) 204건을 정립해 비상시에는 인터락을 즉시 적용하는 기능까지 갖춰 취련사들의 안전 보장은 물론, 온도와 성분 편차 없이 일관된 조업 품질을 유지할 수 있게 됐다는 데서 기술 개발이 갖는 의미가 매우 큽니다.

연간 2200만 톤의 조강을 생산하는 광양제철소 제강공장에서는 매일 제선에서 운반된 용선에서 불순물을 제거해 깨끗한 용강을 만드는 전로 조업이 이루어지는데요. 이러한 전로 조업은 공정 단계마다 취련사의 세심한 조작이 필요하기에 전로 3기당 11명이나 되는 많은 작업자가 투입돼야 했습니다. 무엇보다 취련이 완료된 용강의 온도는 1600℃ 이상이고, 그 무게 또한 300톤에 달해 취련사들은 늘 긴장감을 느끼며 업무에 임해야 했고, 크게는 안전사고 발생 위험도 뒤따랐죠. 현장 작업자들의 안전을 지키기 위해 지속해서 조업 자동화 도입을 위한 기술 개발의 필요성이 제기돼 왔습니다.

조업 환경이 시시각각 변화함에 따라 그동안 조업 과정에서 쌓아온 데이터 정합성이 하락한다는 문제 또한 제기돼 왔습니다. 철강산업 패러다임에 대비하려면 기존 조업 방식에 각종 AI 기술(디지털 트윈, 컴퓨터 비전 등)을 접목하는 디지털 전환(Digital Transformation)이 필수적인 과제였는데요. 포스코 광양제철소 제강부는 이러한 흐름에 발맞춰 원가, 품질, 안전성을 갖춘 지능형 자율제조를 구현하겠다는 목표를 세우고, 2018년부터 포스코 기술연구원과 원팀을 이뤄 기술 개발에 착수했습니다.

포스코 광양제철소 제강공장은 오랜 경험과 노하우로 숙련된 취련사를 다수 확보하고 있으며 오랜 기간 현장과 MES(Manufacturing Execution System, 생산관리시스템)를 연동해 방대한 조업 데이터를 축적해 왔기에 자동화 기술 개발에 확신이 있었습니다. 7년간의 기술 개발 끝에 기존 설비조작횟수 25번에서 단 한 번의 터치로 모든 공정을 자동화하는 기술을 개발할 수 있었는데요. 지금부터 제강 조업의 게임 체인저가 될 전로 원터치 조업 자동화 기술의 핵심 세 가지를 알아볼까요?

전로 조업은 용선에 산소를 취입하는 취련 과정을 시작으로 온도와 성분을 제어하고, 이를 측정하는 일련의 과정으로 이루어집니다. 이렇게 취련이 완료된 용강은 출강 공정(출강, 배재, 전로 코팅)을 거치는데요. 1초당 1.5톤이 출강되며 고온, 고중량을 다뤄야 하는 현장에서 설비를 육안으로 확인해야 했던 취련사는 적지 않은 눈 피로도와 업무 부하를 느껴야 했죠. 이러한 문제를 해결하고자 광양제철소 제강부와 기술연구원, 정비부서는 전로 작업 중 가장 어렵고 위험한 출강 자동화에 도전했습니다.

먼저 출강 작업의 위험 요소를 감지하고 정확하게 계측하고자 IoT 기반 카메라와 영상 계측기를 전로 주변에 설치해 다년간 데이터를 수집했습니다. 수집된 데이터를 컴퓨터 비전(Computer Vision)으로 처리하도록 하고, 전로 취련사의 오랜 노하우까지 제어 로직에 반영해 출강 조업 자동화를 이뤄냈습니다.

조업 자동화뿐만 아니라 작업 현장의 사각지대와 고위험 지점을 작업자 대신 모니터링해 위험 상황을 방지하는 시스템도 구축했는데요. 이 시스템은 위험 상황 발생 시 AI가 위험을 감지하고 판단해 경고 알람을 제공하고, 필요시에는 설비를 정지해 안전사고를 예방합니다. 포스코는 이 기술 개발로 안전 확보뿐만 아니라 조업 과정에서 발생하는 출강 실수율을 1.16%p 개선했습니다. 가장 고난이도인 출강 자동화 성공으로 전로 전체공정(취련, 배재, 코팅)에 대한 자동화 기술도 순조롭게 추진할 수 있었습니다.

포스코는 조업 빅데이터를 AI로 학습시켜 포스코형 AI 전로 열배합 모델도 구축했습니다. 전로 열배합이란, 취련사가 전로에 투입되는 용선, 스크랩, 부원료의 총열량을 계산하는 작업입니다. 지금까지는 전로 내 열원(熱源)이 많은지 부족한지를 취련사가 경험에 의존해 직접 판단해야 했고, 예측 불가능한 변수 발생 시 조업 실수가 뒤따른다는 우려가 있었습니다.

포스코는 기존 3년간 축적한 조업 빅데이터를 모델링하고 AI를 접목시켜 알고리즘화했습니다. 이를 통해 지속 변화하는 조업 환경에서도 편차 없는 품질을 생산할 수 있도록 했는데요. 이렇게 개발된 포스코형 열배합 모델은 97%의 온도·성분 적중률을 보이며, 이는 S급 취련사와 동등한 수준을 나타냈습니다.

광양제철소 제강부, 기술연구원, 디지털혁신실은 취련 공정을 자동화할 수 있는 디지털 트윈(Digital Twin) 기반 전로 원터치 자동화 시스템 개발에도 성공했습니다. 디지털 트윈 시스템이란, 현실에 존재하는 객체를 컴퓨터상에 디지털 데이터 모델로 표현하여 똑같이 복제하고 실시간으로 서로 반응할 수 있도록 하는 기술인데요. 이 기술을 도입해 현장과 동기화된 가상전로를 구현함으로써 시스템 내에서 통합 관리하고 모니터링 할 수 있게 했습니다. 나아가 언제 어디서나 단 한 번의 터치로 취련 공정을 원격으로 제어할 수 있는 시스템도 함께 구축했습니다.

지난 10월 24일 서울 포스코센터에서 전로 원터치 자동화 시스템의 시연회가 열렸는데요. 시연회에 참석한 이시우 포스코 사장은 광양 2제강 2전로 취련 공정을 원격으로 개시해 최상급 자동차 강판을 생산하는 데 성공했습니다. 고온의 용강이 담긴 전로를 제철소가 아닌 다른 곳에서 원격으로 조업해 최상급 강판을 생산해 냈다는 데에서 큰 의미가 있습니다.

▲지난 10월 24일 서울 포스코센터에서 열린 원터치 자동화 시스템 시연회 모습.

▲이시우 사장이 최등모 광양 제강부장과 기념 촬영하는 모습(왼쪽), 원격 전로 원터치 조업으로 생산한 도금 강판(EG 1500Mart강).

인텔리전트 팩토리로의 전환에 핵심이 될 전로 원터치 조업 자동화 기술은 지난 11월 6일 포항공과대학교 대강당에서 열린 ‘2024 포스코그룹 테크포럼’에서 혁신상을 수상하며 기술력을 인정받았습니다. 포스코그룹 테크포럼은 철강, 이차전지 등 핵심 사업 분야의 성과 공유는 물론 미래 혁신 기술 개발을 이끈 임직원들에게 포스코 기술대상을 시상하는 자리인데요. 기술 개발에 참여한 광양제철소 제강부 김관형 대리가 직접 무대에 올라 전로 원터치 조업 자동화 기술의 핵심과 비전에 대해 발표하며 큰 호응을 얻기도 했습니다.

포스코 광양 제강부와 기술연구원, 제강설비부, EIC기술부, 디지털혁신실, 포스코DX 모두가 원팀을 이뤄 전로 조업 전 공정을 100% 자동화한 이 기술 개발로, 25번의 설비 조작을 거쳐야 했던 어렵고 위험한 전로 조업을 이제는 언제 어디서나 단 한 번의 클릭으로 제어할 수 있게 됐습니다. 기술 도입 이후 현장의 취련사들은 더 이상 업무 부하를 느끼지 않아도 되고, 안전사고 위험에 대한 우려도 덜게 되었죠. 그뿐만 아니라 용강의 온도, 성분 적중률을 기존 94%에서 97%로 향상하고, 제강 실수율 또한 개선돼 일정한 제품 품질을 유지할 수 있게 됐습니다. 이를 통해 연간 338억 원의 기대효과를 불러올 것으로 기대하고 있습니다.

포스코는 가까운 시일 내 광양제철소뿐만 아니라 포항제철소, 인니제철소에도 전로 원터치 조업 자동화 기술을 적용하겠다는 로드맵을 발표했습니다. 인텔리전트 팩토리로서의 전환점을 연 이 기술 개발을 기점으로, 다양한 디지털 트윈 기반의 물류 자동화 시스템을 개발해 안전하면서도 최대 생산성을 달성할 수 있는 공정 프로세스를 구축해 나가겠다는 계획입니다. 앞으로 기술 기반의 초격차 비즈니스를 선도해 인텔리전트 팩토리로 도약해 나갈 포스코의 도전을 기대해 주세요!