포스코그룹은 안전과 공정혁신을 위한 다양한 기술을 개발하고자 최선을 다하고 있습니다. 더 나은 사회를 만들어가는 포스코그룹의 우수한 신기술을 소개합니다. 이번 편에서는 굳지 않은 콘크리트 표면에 요철을 만들어주는 요철생성 로봇을 개발해 생산성을 향상하고 작업시간을 단축한 포스코이앤씨의 기술을 소개합니다.

댐, 교량, 초고층건축물 기초 등 두꺼운 콘크리트 공사는 여러 층으로 나눠서 타설합니다. 이때 콘크리트 층 사이의 결합력을 높이기 위해 덜 굳은 콘크리트 표면에 요철을 생성해야 하는데요. 사람 대신 이 작업을 하도록 개발된 로봇이 요철생성 로봇입니다.

콘크리트 요철생성 로봇은 스마트 건설 기술이 집약된 기기인데요. LiDAR 센서로 철근 배치와 구조물을 감지, 최적의 주행 경로를 설정하고 장애물을 피하는 반자율 주행 기능이 탑재돼 있으며, 초음파 센서도 함께 활용해 더욱 안정적인 주행을 할 수 있습니다. 또 요철 생성을 위한 특수 바퀴를 장착해 주행하면서 균일한 요철을 만듭니다. 사람이 작업하는 것보다 최대 85% 작업 시간을 단축할 수 있고, 균일한 요철을 만들 수 있습니다. 또 작업자가 노출된 철근에 부상을 당하는 위험 없이 안전하게 작업할 수 있죠. 이처럼 요철생성 로봇은 인력을 대체해 현장 안전을 구현하고 빠른 작업속도와 균일한 요철 생성으로 효율성과 품질을 높였습니다.

콘크리트 시공이음부에서 요철을 생성하는 이유는 전단 마찰력을 늘려서 구조적 안정성을 확보하기 위해서입니다. 전이플레이트(Transfer Plate)*처럼 수평분리타설**이 필요한 구조에서는 시공이음부가 필연적으로 생기는데요. 이때 요철이 없는 평탄한 표면보다 요철이 있는 표면이 전단강도***가 더 높아 안정적으로 결합할 수 있습니다.

*전이플레이트(Transfer Plate) : 상부 벽식 구조물에서 힘을 전이하는 판
**수평분리타설 : 두께가 두꺼운 콘크리트를 여러 제약사항으로 인해 일체로 타설하지 못하고 분리하여 타설하는 방법
***전단강도 : 구조 부재가 전단(Shear) 하중을 받을 때 견딜 수 있는 최대 응력으로써, 전단에 대한 저항력을 의미

▲고양 풍동2지구 공동주택 현장 전이슬래브 1차 타설 후 요철을 만드는 모습

기존에는 콘크리트를 타설후 일정 시간내 신속하게 작업자가 쇠스랑이나 갈퀴로 요철작업을 마쳐야 하는데, 작업속도가 느리고 균일한 품질 확보가 어려웠습니다. 무엇보다 작업자가 굳지 않은 콘크리트 위를 이동해야 하고, 특히 야간작업시 시야 확보가 어려워 안전사고 위험에 노출되어 있었습니다.

요청생성 로봇 개발의 출발점은 이런 어려움을 토로하는 현장의 목소리였습니다. 포스코이앤씨는 요철을 만들 때 철근 간격이 좁고 작업 공간이 협소해 작업이 어렵다는 점, 야간에 소수 인력이 요철을 생성해야 하는 경우가 많아 작업자들의 피로와 안전사고 위험이 높다는 점 등 다양한 현장 의견을 접수하고 요철생성 로봇 개발을 결정했습니다.

로봇 개발 방향┃실용성과 현장 적용 가능성을 최우선으로!

로봇 설계시 우선순위는 기존의 인력 수작업 방식을 대체할 수 있는 실용성과 현장 적용 가능성이었습니다. 이를 위해 로봇은 소형 로봇청소기와 유사한 형태로 제작했으며, 좁은 공간에서도 원활하게 작업할 수 있도록 크기를 최소화했습니다. 무게 역시 약 10㎏ 정도로 경량화했고, 현장에서 이동과 운반이 용이하도록 설계했습니다.

요철 생성은 기계 하중과 동력을 이용한 스탬핑(Stamping) 방식*으로 균일한 형상의 요철을 신속하게 만들 수 있도록 했습니다. 로봇은 조향 기능을 포함해 직진 외에도 자유롭게 주행할 수 있게 하고, LiDAR와 초음파 센서를 활용해 반자율 주행 기능을 탑재했습니다. 내구성 측면에서도 콘크리트 현장의 혹독한 환경을 견딜 수 있도록 설계를 보강했습니다. 특히, 로봇의 바퀴를 탈착식으로 설계해 콘크리트 오염물 제거와 유지ㆍ보수가 용이하도록 만들었습니다. 구동 모터와 조향 장치는 높은 부하 조건에서도 안정적으로 작동할 수 있도록 고사양 제품을 사용했으며, 요철 형상을 국내 건설 기준뿐만 아니라 북미, 유럽 등의 글로벌 설계 기준을 충족하도록 설계해 해외 건설 시장에서도 활용할 수 있도록 했습니다.

*스탬핑(Stamping) 방식 : 인력이 작업 시 긁는 방식(스크래칭, Scratching)을 사용하지만, 요철생성 로봇은 찍는 방식(스탬핑, Stamping)으로 요철을 생성

로봇 설계┃유지보수 쉽고 거친 환경도 견디는 고강도 구조

시공이음부 요철생성 로봇은 유지보수가 쉽고 건설 현장의 거친 환경을 견딜 수 있도록 설계했습니다. 로봇의 본체는 강철과 경량 알루미늄 합금을 주요 소재로 사용해 내구성을 확보하면서도 가볍게 제작하여 작업자는 로봇을 쉽게 운반할 수 있습니다. 특히, 콘크리트 오염물이나 부착물이 바퀴에 달라붙을 경우 쉽게 청소할 수 있도록 로봇의 바퀴를 탈착이 가능하고 쉽게 성형이 가능한 3D 프린팅으로 만들었습니다. 바퀴는 요철 형상을 생성하는 핵심 부품이므로, 마모나 오염이 발생했을 때 빠르게 교체할 수 있도록 탈착형 구조로 설계한 것입니다.

구동부는 고출력 모터와 감속기, 체인 구동 방식으로 동작합니다. 초기 설계에서는 벨트-풀리 방식*을 고려했으나, 콘크리트 작업 환경에서 벨트의 내구성이 낮아 쉽게 끊어지는 문제가 발생해, 더 강한 체인 방식으로 변경했습니다. 또 서보모터와 조향모터도 초기보다 더 높은 출력을 갖는 사양으로 업그레이드해 보다 정밀한 조향과 주행이 가능하도록 설계했습니다.

*벨트-풀리 방식 : 두 개의 구동 및 구동 부품을 벨트로 연결해 움직임과 전력을 전송하는 동력 전달 장치. 농업, 토목 기계, 스쿠터 무단 변속기 등에 사용

자체 성능 시험장 구축으로 데이터 확보, 기술적 문제 대폭 개선

로봇 개발 과정에서 가장 큰 어려움은 테스트를 통해 충분한 실험 데이터를 확보하는 일이었습니다. 요철생성 로봇의 성능을 검증하려면 실제 콘크리트 타설 후 일정 시간 내에 테스트를 진행해야 하는데, 현장 여건상 일정을 맞추기가 매우 어려웠습니다. 콘크리트는 점차 굳어가므로, 로봇을 투입하는 시점에 따라 요철 생성의 품질이 크게 달라질 수 있기 때문입니다. 포스코이앤씨는 이를 해결하고자 회사 기술연구소 부지에 자체 성능시험장을 구축했습니다. 성능시험장에 직접 콘크리트를 타설하고, 다양한 시간대에 로봇을 투입해 경화 상태에 따른 최적의 작업 시점을 분석하자 실제 현장에서 겪었던 시간적 제약을 극복하고 충분한 실험 데이터를 확보할 수 있었습니다.

초기 테스트에서는 로봇의 바퀴가 경화되지 않은 콘크리트에 너무 깊이 박히거나, 반대로 너무 얕게 찍혀 요철 생성이 제대로 되지 않는 문제가 있었는데요. 이를 해결하기 위해 바퀴의 형상을 변경하고, 로봇의 하중을 조절하는 실험을 반복해 요철 깊이를 설계 기준에 맞게 조정했습니다. 여러 기술적 문제들도 개선이 필요했습니다. 예를 들어, 초기 제품에서는 구동 모터가 하중을 견디지 못해 조향이 제대로 되지 않거나, 동력 전달 장치가 끊어지는 문제가 발생했는데요. 이 문제를 해결하고자 체인 방식으로 변경하고, 서보모터와 감속기 사양을 상향 조정하는 등 반복적인 실험과 피드백을 통해 문제를 개선해 나갔습니다. 또한, 테스트 과정에서 배터리 지속 시간, 원격 조종 범위, 장애물 회피 기능 등 다양한 요소를 검토했으며, 이를 바탕으로 로봇의 주행 안정성을 개선할 수 있었습니다.

스마트 건설 전문기업과의 협업으로 시너지 극대화

요철생성 로봇 개발은 포스코이앤씨와 ㈜아이티원의 협업이 이뤄낸 성과였습니다. 이 협업은 건설 기술과 로봇 기술의 시너지를 극대화하기 위한 방법이었는데요. 양사는 긴밀한 협업을 통해 건설 현장에서 실제로 적용 가능한 로봇을 개발하는 데 집중했습니다. 포스코이앤씨는 건설 현장의 문제점을 분석하고 로봇의 요구 성능을 정의하는 역할을 맡았으며, 아이티원은 이를 기반으로 하드웨어 및 소프트웨어 설계를 진행했습니다. 로봇 개발 과정에서 아이티원의 기술력을 바탕으로 자율 주행 기능을 강화할 수 있었고, 포스코이앤씨는 건설업계의 네트워크를 활용해 로봇의 실증 테스트와 현장 적용을 주도했습니다. 결과적으로, 두 회사 모두 로봇을 통한 스마트 건설 기술 선도라는 목표를 달성할 수 있었는데요. 양사는 추후 지속적인 기술 개발 협력도 논의 중입니다.

작업 효율성 향상ㆍ품질 개선ㆍ원가 절감 효과

시공이음부 요철생성 로봇 개발의 대표적인 성과로 작업 효율성과 품질 개선, 원가 절감을 들 수 있습니다. 기존 수작업 방식과 비교했을 때, 로봇 방식은 약 70% 이상 작업 시간을 단축할 수 있으며 보다 균일한 요철 형상을 만들어 전단 성능을 향상시켰습니다. 현장 테스트 결과, 2m×8m 영역의 요철 생성 작업은 사람이 작업할 경우 약 4분 30초가 소요되지만, 로봇은 단 1분 만에 마쳤습니다. 작업 속도가 4배 이상 향상됐고, 원가 절감 효과도 기대할 수 있습니다. 또 작업자의 직접적인 작업이 줄어들어 안전사고 발생 가능성도 낮출 수 있습니다. 기존 방식에서는 철근 간격이 좁은 구역에서 작업자의 이동이 어렵고, 경화되지 않은 콘크리트 면에서 균형을 유지하며 작업해야 하는 어려움이 있었는데요. 로봇을 활용하면 원격 조작으로 작업자가 위험한 환경에 노출되지 않고도 안정적으로 요철을 만들 수 있습니다.

긍정적인 반응 끌어낸 첫 현장 시범 적용

첫 적용은 여수 화태-백야 도로건설공사 현장이었습니다. 반복 테스트와 개선으로 완성한 요철생성 로봇의 수행 결과물을 본 현장 관계자들은 빠른 작업 속도와 균일한 요철 품질에 매우 긍정적인 반응을 보였는데요. 특히 작업자들의 피로도가 대폭 감소했다고 입을 모았습니다. 현장 관계자들은 로봇을 활용하면, 작업자의 숙련도에 따라 요철 품질이 달라지던 예전과 달리 균일한 품질이 보장된다는 점을 긍정적으로 평가하고 있으며, 대형 프로젝트나 반복 작업이 많은 현장에서는 로봇 도입이 필수적이라는 의견도 나오고 있습니다. 요철생성 로봇은 시공 품질 향상과 함께 건설 생산성 증대, 안전성 강화, 원가 절감이라는 세 가지 주요 성과를 달성했으며, 스마트 건설 기술이 실제 현장에서 어떻게 효과적으로 활용될 수 있는지를 잘 보여주는 사례입니다.

2024 스마트건설 챌린지 혁신상 수상 ㆍ CES 2025 Robotics 분야 혁신상 수상

시공이음부 요철생성 로봇은 국토교통부에서 주관하는 ‘2024 스마트건설 챌린지 혁신상’과 ‘CES 2025 Robotics 분야 혁신상(Innovation Awards)’과 같은 유수한 국내외 기술대회에서 수상하는 성과를 거두었습니다. 이러한 수상은 건설업계에서 스마트 기술이 실제로 현장 문제를 해결하는 사례로 인정받았다는 점에서 큰 의미가 있습니다. 앞으로도 포스코이앤씨는 지속적인 기술 개발로 스마트 건설 분야에서 선도적인 역할을 해나갈 계획입니다.

현재 시공이음부 요철생성 로봇은 전이플레이트가 존재하는 포스코이앤씨 주상복합 현장과 인프라 공사 현장에 시범 적용 중입니다. 여수 화태-백야 도로건설공사 현장에서는 로봇을 실증 테스트한 결과, 작업 시간 단축과 품질 향상 효과가 좋을 것으로 보여 현재 로봇 1기를 상주 운영하고 있습니다. 앞으로는 공동주택 필로티(Pilotis)* 구조나 기초 구조물 시공 현장 등 다양한 건설 프로젝트에서 로봇을 활용할 계획인데요. 그중 특히 수직분리타설을 주로 적용했지만 상황에 따라 수평분리타설이 필요해진 일부 구조물에 요철생성로봇이 중요한 역할을 할 수 있을 것으로 기대됩니다. 그뿐 아니라 포스코이앤씨의 해외 프로젝트에도 로봇 적용을 검토하고 있으며 글로벌 건설 시장에서도 활용할 수 있는 방안을 모색하고 있습니다.

*필로티(Pilotis) : 2층 이상의 건물 전체 또는 일부를 지면에 닿는 접지층에서 기둥, 내력벽 등 하중을 지지하는 구조체 이외의 외벽, 설비 등을 설치하지 않고 개방시킨 구조

포스코이앤씨는 지속적인 연구개발로 관련 기술을 더욱 발전시키고, 다양한 분야에 적용할 수 있는 방법을 검토하고 있습니다. 건설 산업에서 로봇 개발은 복잡한 현장 환경과 다양한 작업 조건, 고도의 정밀성이 필요해 기술적으로 매우 어려운 과제입니다. 기술적 혁신과 시장의 요구를 반영해 새로운 응용 분야를 모색하고, 보다 효율적이고 안전한 솔루션을 만들어갈 포스코이앤씨에 많은 관심과 응원부탁드립니다!

제강 공정을 거쳐 불순물이 제거된 용강을 고체인 주편으로 만드는 제철소 연주 공장에서는 강판의 소재가 되는 직육면체 단면의 반제품 슬라브(Slab)를 생산하는데요. 생산된 슬라브 표면에 남아있는 불순물이나 흠집을 고압의 천연가스(NG)와 산소를 이용해 예열, 용융*하여 제거하는 공정을 스카핑 공정이라고 합니다.

*용융 : 고체를 액체로 녹이는 것.

스카핑 공정에서 사용하는 스카핑 머신은 타 연소 설비와 달리 개방형 설비로, 항상 외부 환경(공기)에 노출돼 있어 액화천연가스와 산소 고압 분사 시 압력 차에 의해 외부 공기가 화염 주변으로 자연스럽게 유입되는데요. 이때 공기 중에 있던 질소가 고온 환경에서 산화되면 질소산화물(NOx)이 발생합니다. 질소산화물은 수증기, 오존 등과 화학 반응해 미세먼지를 발생시키는 대기오염의 주범이 됩니다.

포스코는 기존 현장에 적용된 탈질(脫窒) 설비 단점을 보완해 조업 환경을 개선하고, 스카핑 공정 중 외부 공기 유입을 통해 배출되는 대기오염물질을 원천적으로 차단하고자 워터 커튼(Water-Curtain) 탈질 기술을 개발했습니다. 스카핑 머신 작동 시 발생하는 화염과 최대한 가까운 거리에 물줄기 막을 형성해 외부 공기 유입을 최소화하여 질소산화물과 같은 대기오염물질 배출을 막는 원리인데요. 이 기술 개발로 제품(슬라브)에는 영향을 주지 않으면서 외부 공기 유입으로 발생하는 대기오염물질 배출량을 크게 줄였으며, 기존 탈질 설비 대비 연간 운영 비용을 획기적으로 절감했습니다.

최근 전 세계적으로 환경 문제가 심각해지면서 사업장에서 발생하는 대기오염물질을 줄이기 위한 각국의 환경 규제가 강화되고 있습니다. 광양제철소 환경자원그룹 대기보전섹션, 제강부 슬라브정정공장, 후판부 연주공장은 이러한 흐름에 발맞춰 스카핑 공정 중 외부 공기 유입으로 발생하는 질소산화물을 저감하고자 탈질 기술 적용을 검토했는데요. 기존에 포항제철소, 광양제철소 조업 현장 100여 곳에 SCR*, SNCR** 등의 탈질 기술을 도입해 온 바 있으나, 이러한 기술은 각각 특정 온도 영역에서 탈질 효과를 보이기 때문에 간헐적 조업 특성상 운전 기간이 5분 이내로 이루어져 온도 유지가 어려운 스카핑 공정에서는 기술 활용에 어려움이 있었습니다. 또한, 습식 탈질 설비의 경우 약품이 섞인 물을 활용하기에 폐수 처리가 어렵고 그에 따른 처리 비용도 만만치 않다는 문제가 있었죠.

*SCR(Selective Catalytic Reduction, 선택적 촉매 환원) : 배기가스에 환원제(요소수)를 분사해 촉매로써 반응시켜 질소산화물을 질소와 물로 환원시키는 기술.
**SNCR(Selective Non-Catalytic Reduction, 선택적 비촉매 환원) : 고온에서 촉매 없이 암모니아 또는 요소수를 배기가스에 직접 분사해 질소산화물을 질소와 물로 분해하는 기술.

이에 환경자원그룹 대기보전섹션 담당자는 실제 탈질 설비를 다루는 각 공장 현장 작업자들의 다양한 고충을 듣고 RIST와 저감 방안을 재검토했는데요. 공장의 적극적인 지원 덕분에 ‘현장에서의 운영이 용이하고 질소산화물 배출을 크게 줄이는 탈질 기술 개발’이라는 목표를 정립하고 본격적인 기술 개발에 착수했습니다.

가장 먼저 실제 조업 현장에 해당 기술을 적용할 수 있을지 가능 여부를 검토하고자 현장 테스트에 나섰습니다. 개발 담당자들은 공장 수리 기간 틈틈이 현장을 방문해 탈질 설비를 운용하는 작업자들과 여러 의견을 주고받으며 다양한 설치 방안을 모색했죠. 설치 방법이 구체화된 이후에는 분사 테스트를 위한 분사 노즐 설치 작업을 진행했는데요. 용접을 통해 분사 노즐을 고정하는 데는 성공했으나, 짧은 시간 다량의 물 사용으로 이를 대응할 만한 물 공급 설비가 부재했습니다. 이러한 문제를 해결하려면 많은 양의 물을 저장할 수 있는 물탱크가 필요하다고 판단했는데요. 간이 물탱크와 물 공급 펌프를 테스트 현장에 갖춘 후 계속해서 물을 저장하기를 반복한 결과, 테스트 환경을 조성할 수 있었습니다.

워터 커튼을 형성하는 물의 입자가 작으면 외부 공기를 차단하지 못하고 스카핑 머신 후단에 위치하는 집진기 후드로 빨려 들어가 대기오염물질 저감 효과를 얻지 못하는데요. 테스트 초기에는 입자 크기를 작게 구현한 탓에 시행착오를 겪었지만, 물 분사 압력 및 노즐 형태를 여러 번 바꾼 시도 끝에 외부 공기를 차단하는 최적화된 입자 크기를 구현했고, 실증을 성공적으로 마쳤습니다. 테스트 결과, 기술 적용 시 대기오염물질 배출량을 30~50% 줄일 수 있을 것으로 기대했는데요. 운영 안정성 등 여러 가지 여건을 고려했을 때 30% 수준의 저감률이 적합하다고 판단, 최종 30% 저감 성능으로 기술 기준을 확정 지었습니다.

테스트를 성공적으로 마친 후 현장 적용을 본격화하는 과정에서는 분사 설비 설치 위치를 선정하는 데 난관이 따랐습니다. 기술의 핵심은 화염과 최대한 가깝게 분사해 주는 것인데, 공장마다 환경이 달랐고 유사한 스카핑 머신이라도 해도 각각 차이가 있어 설치 기준을 표준화하기 어려웠던 거죠. 아울러 화염 강도가 강한 탓에 작업 중 화염 면을 잘 차단하는지 실시간으로 확인하기 어렵다는 문제도 있었습니다. 이러한 문제를 해결하고자 작업이 끝날 때마다 질소산화물 농도와 슬라브 표면을 반복해서 확인했는데요. 그 결과 공장별 최적의 설비 설치 위치를 선정할 수 있었습니다.

포스코가 개발한 워터 커튼 기술은 이미 발생한 질소산화물을 저감하는 데 그쳤던 기존 탈질 설비와 달리 질소산화물 발생 자체를 억제하는 것이 장점입니다. 따라서 대기오염물질 처리 비용이 매우 낮습니다. 또, 약품을 사용하지 않고 기존 공정에서 사용하는 물을 활용함으로써 폐수 처리 비용의 부담이 없으며, 대규모 설비를 설치하지 않고도 기술 구현이 가능합니다.

기존 습식 탈질 설비 신설 시 총 481억 원이라는 적지 않은 투자비와 폐수 처리 비용을 포함한 연간 70~80억 원의 운영비가 책정됐었는데요. 워터 커튼 기술은 총투자비 27억 원, 연간 운영비 3억 9000만 원 수준으로, 습식 탈질 설비와 비교했을 때 투자비 454억 원, 운영비 약 75억 원의 비용 절감 효과를 거둘 수 있습니다.

또한, 환경법에 준수하는 안정적인 공정 운영이 가능해져 현장에서는 개선 명령이나 설비의 운영 정지 부담 없이 설비를 운영할 수 있게 됐으며, 공정 중 발생하는 질소산화물, 황연 등을 원천 차단해 외부 민원을 최소화했다는 데서 기술 개발이 갖는 의미가 큽니다.

워터 커튼 탈질 설비는 현재 광양제철소 스카핑 머신 대상으로 총 4기가 설치돼 있는데요. 포항제철소의 경우 설치 필요성을 검토하고자 지난 8월, 현장 진단을 진행한 바 있습니다. 포스코는 앞으로도 조업 현장의 환경 관리 수준을 향상하도록 해당 기술을 지속적으로 보완·개선해 나갈 예정인데요. 이를 통해 향후 환경 관련 법 기준 강화 시, 해당 기술을 적재적소에 활용해 선제적으로 대응해 나가겠다는 계획입니다. 포스코의 워터 커튼 탈질 기술이 앞으로 더 많은 조업 현장에 유용하게 쓰이기를 기대합니다!

포스코그룹은 안전과 탄소저감 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!

포스코그룹은 안전과 지속가능한 미래를 위한 기술을 개발하고자 최선을 다하고 있습니다. 더 나은 사회를 만들어가는 포스코그룹의 우수한 신기술을 소개합니다. 이번 편에서는 강성, 내구성, 경제성뿐만 아니라 프리패브 공법을 적용해 사용성까지 모두 갖춘 도심 속 UAM 이착륙장, 포스코의 스틸 버티포트를 소개합니다. 포스코그룹 신기술에 대한 수다를 계속 이어가는 기술+잇+수다, 지금 시작합니다!

전 세계적으로 도심 교통 체증과 환경 문제가 심화하면서 이를 해소하고자 UAM(도심항공모빌리티, Urban Air Mobility)의 중요성이 부각되고 있습니다. UAM의 대표적인 교통수단으로는 eVTOL(전기수직이착륙 항공기, electric Vertical Take-Off and Landing)이 있는데요. 좁은 공간에서 수직 이착륙을 할 수 있어 따로 활주로를 짓지 않아도 되고, 배터리 기반 전기 에너지로 운용해 소음을 최대한 줄일 수 있다는 점에서 주목받고 있습니다. eVTOL 항공기가 도심 속을 드나 들려면 안전하게 이착륙할 수 있는 구조물이 필요한데요. 이 구조물을 바로 ‘버티포트(Vertiport)*’라고 부릅니다. 버티포트는 항공기의 이착륙을 도울 뿐만 아니라 승객의 탑승 수속을 위한 터미널 공간, 기체를 충전·정비할 수 있는 시설까지 갖춘 일종의 도심 공항 역할을 해 UAM의 핵심 인프라로 손꼽히고 있습니다.

*버티포트(Vertiport) : 수직을 의미하는 Vertical과 터미널을 의미하는 Port의 합성어

항공기가 이륙할 때 3분, 착륙할 때 8분 동안 항공사고가 가장 빈번하다고 해서 마의 11분이라고 하는데요. UAM도 버티포트와 근접한 지점에서 이착륙 시, 기체 주변의 기류가 버티포트와 상호작용을 하면서 불안정한 난류를 만들어 내면 장애물과 충돌할 우려가 있습니다. 따라서 기체 하중을 견디고, 돌발상황에 대비할 수 있도록 내구성이 우수하게 설계돼야 하죠. 이 같은 특성상 그간 버티포트의 주재료로 내구성이 좋고 가벼워서 다루기 쉬운 알루미늄이 많이 쓰였는데요. 가격이 비싸 상용화하기 어려운 문제가 있었습니다.

포스코는 가볍고 튼튼하면서 가격 경쟁력이 있는 버티포트를 만들자는 목표로 ‘스틸 버티포트’를 개발해 냈습니다. 알루미늄 제품과 강성은 유사하면서 두께는 얇고, 가격은 알루미늄 제품 대비 절반 이하로 낮췄습니다. 여기에 일반 도금 강판보다 내식성이 5~10배 우수한 포스코의 PosMAC을 적용하면서 유지관리의 우려도 덜었습니다.

주로 지표면이 아닌 건물 상부에 설치되는 버티포트 유형을 옥상형 버티포트(Elevated Vertiport)라고 하는데요. 고층으로 자재를 인양해야 하기에 중장비 투입을 최소화해 조립하는 게 특징입니다. 포스코의 스틸 버티포트는 15m 크기의 정사각형 버티포트를 18개의 모듈로 분할해 공장에서 사전 제작하고, 현장에서 조립할 수 있도록 프리패브* 공법을 적용해 시공과 해체가 간편하다는 사용 효율성까지 모두 갖췄습니다.

*프리패브(Prefab) : Pre-fabrication의 줄임말로 공장에서 부재를 미리 제작하고 현장에서는 조립만 해 구조물을 완성하는 공법

포스코 구조연구그룹과 강건재가전솔루션그룹은 건설 산업에서 포스코의 철강재나 기술이 기존 토목·건축 구조물에 접목될 때의 장점을 연구해 고객사 맞춤형 제품으로 개발하고, 판매까지 연계될 수 있도록 활발한 시장 조사, 연구개발, 기술 마케팅을 수행하고 있는데요. 연구 아이템 선정 기준으로 대개 시장의 크기·고객의 니즈·활용처를 검토하는데 미래 모빌리티 산업의 혁신이라 불리는 ‘UAM 수직 이착륙장 개발’ 과제가 이 세 가지 기준에 완벽히 부합했습니다.

고객의 니즈
2022년 한국공항공사와 MOU를 맺으면서 포스코가 버티포트 산업에서 할 수 있는 일을 함께 고민했고, 버티포트와 유사한 구조물인 기존 헬리패드의 단점*을 철강재로 보완할 수 있을 것이란 결론을 도출했는데요. 그 결과 ‘가볍고 경제적인 버티포트 개발’이라는 목표를 세울 수 있었습니다.
*헬리패드(Helipad) 단점 : 헬리콥터 또는 드론 등의 수직 이착륙을 위한 비행장으로, 보통 콘크리트나 알루미늄으로 만들어지는데 각각 무게가 무겁고 가격이 비싸다는 단점이 있어 UAM 이착륙장으로 상용화하기엔 어려움이 존재했음

활용처
지난해 포스코는 잠실 MICE·수서역세권 개발 현장에 민간으로서는 최초로 버티포트를 건설할 계획을 밝힌 ㈜한화 건설부문과 함께 포스코형 안전한 버티포트 설계 및 연구개발이라는 공통된 목표를 갖고 MOU를 체결했습니다. 당시 토목, 건축, 항공 등 여러 분야의 전문가들이 모여 실제 버티포트가 도입될 현장을 대상으로 필요성과 적합성을 검토하고 연구했는데요. 이는 스틸 버티포트 개발에 큰 명분과 동력이 됐습니다.

포스코는 지난해 10월, 구조연구그룹, 강건재가전솔루션그룹을 필두로 스틸 버티포트 설계 및 연구개발에 착수했습니다. UAM의 운용 효율을 극대화하려면 항공기가 접근하기 수월한 곳에 버티포트가 설치돼야 하는데 도심지의 일반 지표면에 설치하기엔 비행 장애물이 많다는 리스크가 존재했고, 별도의 넓은 부지를 확보하기 어렵다는 문제가 있었는데요. 따라서 건물 옥상에 설치하는 엘리베이티드 버티포트 형태로 개발하는 것이 적합하다고 판단했습니다. 이 유형의 버티포트를 건설하려면 건물의 하중 부담을 줄여야 하고, 고층으로 자재 인양 시 투입되는 인력이나 설비를 최소화해야 했기에 경량화와 모듈화가 핵심 과제였습니다.

▲고객사 유석철강과 협업해 개발한 포스코 스틸 버티포트.

우선 경량화를 위해서는 강판의 두께가 1~2mm 수준으로 얇아야 했는데, 잘 휘어지는 문제가 있습니다. 이러한 경우 보강재 용접을 할 수 있지만 제작비가 비싸지고 변형 우려가 큽니다. 구조연구그룹은 용접하지 않고 보강재를 붙일 방법을 고민하다가 문득 롤포밍 공법*을 사용하면 흡사 보강재가 부착된 단면을 저렴하게 성형할 수 있겠다고 판단했습니다. 포스코 유관부서를 통해 고객사의 L형 데크를 추천받았던 것은 큰 기회였는데요.  고객사의 기존 설비를 활용하여 투자비를 절감하고, 고객사는 새로운 수요를 발굴하게 된 win-win 협업을 통해, 강성과 내구성, 경제성, 사용성을 모두 잡은 제품을 성공적으로 개발할 수 있었습니다.

포스코는 지난 6월 전남 고흥 국가종합비행성능시험장에서 국내 최초로 스틸 버티포트 공개 성능 검증을 진행했습니다. 포스코는 성능 검증을 위한 스틸 버티포트의 설계부터 시공까지 단 20일 만에 완료해 기술력을 입증했는데요. 쉽지 않은 도전이었지만 개발 과정에서 제작 공장, 시공사와 적극적으로 협의해왔기에 계산된 시간 내에 제작과 시공을 완료할 수 있었습니다. 포스코의 스틸 버티포트는 DfMA*와 모듈화 기술을 접목해 시공 효율성을 강화한 것이 특징입니다. 현장에서 조립이 편리하도록 제품을 최대한 동일한 모듈로 분할 해 공정별 소요 시간을 최소화했는데요. 지금부터 포스코 스틸 버티포트 공개 성능 검증 현장을 만나볼까요?

*DfMA(Design for Manufacture and Assembly) : 건축물이나 구조물 설계 시, 부재·모듈의 제작과 운송, 설치를 사전에 고려하는 기술

5톤에 달하는 헬리콥터가 착륙할 때 실시간 데이터를 계측해 본 결과, 1cm도 변형이 되지 않을 정도로 강재의 튼튼함이 돋보였습니다. 현장에 있던 항공우주연구원, 롯데건설 컨소시엄 관계자들은 향후 UAM 산업에 스틸 버티포트를 적용할 가능성을 언급하며 호평을 보냈습니다. 또, 직접 시험 비행에 참여한 헬리콥터 기장으로부터 기존 헬리패드와 비교했을 때 견고함, 소음, 진동 등에서 차이가 없다는 의견을 받아 다시 한번 스틸 버티포트의 안정성과 우수함을 실감했습니다.

국내뿐만 아니라 국제적으로도 스틸 버티포트의 가능성을 증명할 수 있었는데요. 지난달 열린 2024 WSCE(World Smart City Expo) 버티포트 국제포럼에서 현장 설계 적용 사례를 성공적으로 발표해 포스코의 스틸 버티포트를 전 세계적으로 알린 겁니다. 특히 포스코의 발표가 끝나자, 청중석에서는 상용화 파트너십 문의를 비롯한 다양한 질문 세례가 이어지기도 했습니다. 포럼 후에는 공항공사의 홍보부스에 스틸 버티포트 목업이 전시되어 관람객들의 발길과 이목을 끌었습니다. 이날 전시된 스틸 버티포트 목업은 포스코의 고강도 트러스를 적용한 프레임과 기둥이 결합된 형태의 버티포트 모델로, 구조성능은 물론 건축미와 개방감이 돋보여 큰 관심을 받았습니다.

정부 주도의 실증 사업, 국책 과제 외에도 여러 지자체와 기업이 UAM 시대의 주도권을 잡기 위해 버티포트 건설 계획을 잇달아 발표하고 있습니다. 그중에서도 포스코의 스틸 버티포트는 UAM의 보급과 대중화에 크게 기여할 것으로 기대되고 있는데요. 그동안 버티포트 건설 계획을 발표한 국내 기업은 많았으나 구조 안전성을 객관적으로 증명하고 경제성을 구체적으로 검토한 사례는 포스코의 스틸 버티포트가 국내 최초이기 때문입니다. 포스코는 실현 가능성이 높고, 비교적 가까운 미래에 건설될 것으로 보이는 프로젝트를 중심으로 스틸 버티포트 적용을 추진하고 있는데요. 민간으로서는 최초로 버티포트를 잠실 MICE에 건설할 계획인 ㈜한화 건설부문과의 MOU가 그 대표적인 프로젝트이며, 이외에도 4건 정도의 국내외 버티포트 프로젝트와 협업해 세계 각지에 포스코의 스틸 버티포트를 건설하겠다는 목표입니다. 이번에 내놓은 모델이 프로토타입이었다면 앞으로는 고객별 구체적인 요구사항을 반영한 맞춤형 솔루션을 완성도 높게 개발해 나갈 예정입니다.

▲대형 UAM 버티포트 개념도 (출처: 한국공항공사)

버티포트도 하나의 건축물이기 때문에 최근 건설업계의 화두인 에너지 효율 향상을 위한 고민이 요구됩니다. 이에 포스코는 이착륙 패드가 옥외에 상시 노출된다는 점을 적극 활용해 태양광 패널을 패드 모듈에 부착하는 방안과 태양광 발전과 터미널의 외장 기능을 겸하는 BIPV* 적용을 검토하고 있습니다. 또 헬리콥터가 하강할 때 강하게 생기는 바람을 말하는 다운 워시(Down Wash)를 활용한 풍력 발전 아이디어 구현도 고려 중입니다. 그밖에 건설 폐기물을 절감할 수 있는 포스코의 고유 솔루션인 재사용 가능 모듈 시스템(RMS, Reusable Module Steel System)을 이용한 터미널 건설 등 다양한 연구를 진행하고 있는데요. 물론 이런 아이디어를 실현하려면 스틸 버티포트의 높은 내구성, 구조적 안전성이 전제돼야 하기에 충분한 시간을 갖고 연구를 해 나갈 계획입니다.

*BIPV(Building Integrated PhotoVoltaic, 건물 일체형 태양광 발전 시스템) : 태양광 모듈을 건축 자재로 활용해 태양광 에너지를 얻을 수 있는 발전 시스템

철강은 재사용이 가능하고 모듈화된 버티포트는 이동·확장·해체가 용이하기 때문에 건설 폐기물을 획기적으로 절감할 수 있습니다. 특히 포스코의 고내식, 고강도 강재와 강구조 기술은 버티포트의 내구성과 안전성, 두 마리 토끼를 모두 잡을 수 있는 건설 재료로, UAM과 버티포트 상용화에 있어 매우 중요한 역할을 할 것으로 기대되는데요. UAM 인프라 구축의 핵심 파트너로 자리매김할 포스코의 스틸 버티포트에 많은 성원 부탁드립니다!

포스코그룹은 안전과 탄소저감에 기여하는 기술을 개발하고자 최선을 다하고 있습니다. 더 나은 사회를 만들어가는 포스코그룹의 우수한 신기술을 소개합니다. 이번 편에서는 제철소 개수 작업 시 고로 바닥에 고착된 쇳물 덩어리에 구멍을 뚫는 ‘잔선천공기’를 국산화한 포스코퓨처엠의 기술 개발 스토리를 소개합니다. 포스코그룹 신기술에 대한 수다를 계속 이어가는 기술+잇+수다, 지금 시작합니다!

용광로는 15~20년간 매일 쇳물을 생산합니다. 긴 시간 용광로를 사용하다 보면 설비가 노후화하거나 쇳물 덩어리가 고여 ‘개수 작업’이 필요해지는데요. 이 개수 작업의 핵심은 고로 바닥 부분에 남아 굳은 약 2천톤의 쇳물 덩어리인 잔류용선(이하 잔선(殘銑)을 부수고 제거하는 것입니다. 이때 사용하는 기계가 바로 ‘잔선천공기’입니다. 잔선천공기 앞에 비트*라는 장치를 부착해 드릴처럼 쇳물 덩어리에 구멍을 뚫고, 화약을 넣어 파쇄합니다.

*비트(Bit) : 잔선천공기 앞에 부착하는 드릴과 비슷한 장치

잔선은 일반적 암석과는 다른 특수한 비트와 전용 장비를 사용해 구멍을 뚫어야 합니다. 또 잔선 내부를 구성하는 성분에 따라 천공속도를 조절하고, 적절한 시점에 비트를 교체해야 하므로 풍부한 현장경험과 전문적인 기술이 탑재된 천공기가 필요합니다.

포스코퓨처엠은 심부 시추 기술을 보유한 기업 한진디엔비와 기술 협력을 해서 국내 최초로 고로 잔선천공기 국산화에 성공했습니다.

포스코퓨처엠은 국산 잔선천공기를 만들기 전까지 지난 30여년간 일본에서 장비를 임대해 고로 개수 작업을 해야 했습니다. 기술과 장비뿐만 아니라 일본의 기술자들도 직접 한국에 와야 해서, 매번 비용이 20억원 가량 들었는데요. 게다가 일본의 수출 규제, 코로나19 확산 등으로 비용이 늘어나자 어려움이 더욱 커졌습니다. 포스코퓨처엠은 이런 어려움을 극복하고자, 고로 개수 작업 경험을 바탕으로 잔선천공기 국산화 방안을 모색했습니다.

포스코퓨처엠은 천공ㆍ시추 전문기업인 한진디엔비와 국산 잔선천공기 개발을 동반성장 과제로 삼고 기술협력을 추진했습니다. 한진디엔비는 이미 뜨거운 지열을 견디고 땅 속 깊이 파고들 수 있는 장비를 개발한 적이 있고, 땅 속으로 3502m까지 뚫은 세계 기록을 보유하고 있었습니다. 포스코퓨처엠은 해당 기술을 접목해 고로의 쇳물을 제거할 장비도 개발해낼 수 있을 것으로 기대했습니다.

▲한진디엔비와 고로 잔선천공기 기술 협력 MOU 체결.

사실 한진디엔비는 과거에도 유사한 장비개발 프로젝트를 제안을 받았지만 실패한 경험이 있었는데, 이번 과제는 달랐습니다. 포스코퓨처엠과 한진디엔비는 포기 없이 테스트를 반복해 결국 기술 개발에 성공한 것입니다.

잔선천공기 국산화 프로젝트에서 가장 중점을 둔 부분은 천공속도였습니다. 포스코퓨처엠은 속도를 분당 60㎜ 이상으로 끌어올리고자 노력했고, 특수한 쇠로 만든 비트를 40~50가지 제작해 반복적으로 테스트를 한 끝에 잔선 천공에 가장 효과적인 최종 비트를 개발했습니다.

국내 기술로 완성한 잔선천공기는 개발 후 여러 번의 테스트를 거쳐 성능을 검증하고 개선했습니다. 제철소에서 지원해 준 잔선 덩어리를 이용해 지속적인 천공 테스트를 했으며, 고로 개수공사를 마친 뒤에는 결과를 분석해 정비하고 개선했습니다. 천공속도를 높이기 위해 회전하는 힘과 회전체를 누르는 힘을 높이고, 장비 리프팅(lifting)* 현상이 발생하지 않도록 무게를 늘렸**습니다. 또 협소 공간 작업에 맞도록 장비를 소형화했습니다.

*리프팅(lifting) 현상 : 누르는 힘에 의해 장비가 들어올려지는 현상
**무게(Weight)를 늘리다 : 리프팅 현상을 개선하고 누르는 힘을 더하기 위해 장비 자체 무게를 늘리는 것

포스코퓨처엠이 개발한 국산 잔선천공기는 2020년 12월 주물선 고로철거 현장에서 총 연장 깊이 107, 160㎜의 쇳물 덩어리를 분당 60㎜씩 뚫는 것을 목표로 최종 테스트를 진행해 분당 96㎜를 뚫으며 성공적인 테스트를 마쳤습니다. 개발 초기만 해도 포스코퓨처엠이나 그룹사 모든 관계자들은 장비 국산화에 대해 회의적이었습니다. 그만큼 개발하기 까다롭고 어려운 기술이었기 때문인데요. 다사다난한 과정을 거치며 성공했기에, 실제 국산화한 장비가 잔선을 뚫는 모습을 실제로 보면서 모두가 한 마음으로 환호했습니다.

국내산 잔선천공기는 2024년 3월에 포항제철소 4고로 3차 개수공사에도 참여했는데요. 천공 효율로 과거 실적 대비 96㎜/min에서 115㎜/min로 20% 증가하는 개선 성과를 보여줬습니다. 고로 출선구 하부에는 형태가 성분이 고로마다 불규칙한 잔선들이 남아있는데, 이에 맞춰 어떤 상황에서도 대응할 수 있도록 장비와 비트를 지속적으로 개선해 나갈 예정입니다.

포스코퓨처엠은 잔선천공기 국산화로 원가를 크게 절감할 수 있었습니다. 고로 개수 때마다 20억 원의 임대료를 내는 대신 10억 원으로 장비를 제작해 활용할 수 있었기 때문입니다. 더구나 국산 잔선천공기는 기존 일본 장비보다 속도가 30% 가량 빨라, 잔선천공 작업을 더 빨리 마칠 수 있었습니다. 한진디엔비는 장비 제작에 따른 매출 증가와 잔선천공기에 대한 원천기술 확대로 새로운 시장에 진출할 수 있는 기회를 마련했습니다.

포스코퓨처엠과 한진디엔비의 협력으로 고로 잔선천공기 국산화는 물론 원가 절감의 성과를 이뤄 중소벤처기업부의 성과공유제 우수사례 8건 중 하나로 소개됐습니다. 성과공유제를 통한 기술 개발로 중소기업과 상생을 이끌어낸 사례로 의미가 크다고 볼 수 있습니다.

포스코퓨처엠과 한진디엔비가 협력해 국산화에 성공한 잔선천공기는 2020년 포항제철소 주물선 고로 철거 현장, 2024년 3월 포항제철소 4고로 개수 프로젝트에 참여해 천공 속도와 효율면에서 만족할 만한 성능을 증명했을뿐 아니라, 2022년 힌남노 태풍으로 수해를 입은 포스코의 TLC(Torpedo Ladle Car, 용선운반차)설비의 굳은 용선(쇳물)은 물론 용융아연 도금강판 공장(CGL 설비)의 응고 아연덩어리를 천공하고 절단해 수해복구 공기를 앞당기는데 기여했습니다. 포스코퓨처엠과 한진디엔비는 고로 잔선천공기의 핵심 기술에 해당되는 비트에 대한 공동 특허를 출원했으며, 현재 특허 등록 중입니다.

앞으로 국내 타 업체의 제철소와 해외 인도네시아 등 더 많은 고로 개수 프로젝트에 참여할 예정이고, 효율적인 고로 개보수 공사를 위해 지속적으로 장비를 개선 할 계획입니다. 앞으로는 제철소뿐 아니라 다양한 현장에서 더욱 유용하게 쓰이기를 기대합니다.

포스코그룹은 안전과 탄소저감 실천에 기여하는 기술을 개발하고자 최선을 다하고 있습니다. 더 나은 사회를 만들어가는 포스코그룹의 우수한 신기술을 소개합니다. 이번 편에서는 고성능 강재와 콘크리트를 결합해 구조성능을 향상, 공사비와 공사기간을 감축하고 구조적인 안정성과 시공성까지 확보한 신기술, 합성전이보 공법을 소개합니다. 포스코그룹 신기술에 대한 수다를 계속 이어가는 기술+잇+수다, 지금 시작합니다!

주상복합이나 오피스텔에서 사람이 거주하는 부분은 벽식구조로, 지하주차장은 기둥식 구조로 설계합니다. 이런 주거용 건물에서 상부 벽식구조의 하중을 기둥구조에 전달하기 위해서는 ‘전이보’가 필요한데요. 기존 철근콘크리트 구조로 전이보를 구성하는 것과 달리 신기술인 합성전이보 공법은 포스코의 고성능 강재와 콘크리트를 결합하는 방식으로 구조성능을 대폭 끌어올린 것이 특징입니다.

합성전이보 공법은 기존 철근콘크리트 전이보 대비 단면성능을 70% 이상 향상시킬 수 있어 안정성 면에서도 탁월한데요. 기존 철근콘크리트 전이보 방식과 비교해서 합성전이보 공법이 어떻게 다른지 자세히 알아볼까요?

전이보는 상부 벽식구조를 지지해야 하기 때문에 층수가 높을수록 크기가 커집니다. 보통 35층 규모의 주거용 건물에 적용하는 철근콘크리트 전이보는 상당히 큰데요. 이런 철근콘크리트 전이보는 지상에서 10m 이상의 높이에서 설치하기 때문에 시스템 서포트* 설치가 필수적이고, 고소작업이 필요한 거푸집**과 복잡한 철근 작업이 필요해 주거용 건물에서 공사기간이 가장 오래 걸리는 부재이며 공정입니다.

*시스템 서포트: 콘크리트 타설시 거푸집의 처짐방지를 위해 설치하는 가설재
**거푸집 : 콘크리트 구조물을 소정의 형태 및 치수로 만들기 위해서 일시 설치하는 형틀

합성전이보 공법은 철골 부분인 U형 합성전이보를 공장에서 먼저 제작해 현장에서는 단순볼트접합으로 설치한 후 내부에 콘크리트를 타설합니다. 강재가 거푸집 역할뿐만 아니라 구조재 역할도 하기 때문에 거푸집과 시스템 서포트를 생략할 수 있는 것이죠. 또, 강재와 콘크리트의 합성효과로 부재의 성능이 향상돼 철근콘크리트 전이보에 비해서 높이는 약 1/3, 폭은 1/2 이상 줄일 수 있어 철근콘크리트 물량도 대폭 절감할 수 있습니다.

포스코 강재 판매 확대 목표로 솔루션 개발 시작
국내 건설 시장에서 규모가 가장 큰 시장인 주거용 건물은 주로 철근콘크리트 구조로 짓기 때문에 포스코 강재를 적용하기 쉽지 않았는데요. 철강솔루션연구소는 주거용 건물에 적용할 수 있는 솔루션을 개발해 포스코 강재 판매를 확대하고자 했습니다. 건설사와 소통해 기존 철근콘크리트 전이보 시공 시 걸리는 기간과 복잡한 작업 과정 등을 파악했고, 포스코 고성능 강재를 적용한 합성전이보 공법이 건설 시장에서 경쟁력을 갖출 수 있으리라는 확신을 갖고 개발을 시작했습니다.

합성전이보 공법 특허 출원ㆍ건설사와 공동연구
포스코는 국내 외 특허를 분석한 후 2020년 10월, 단독으로 합성전이보(특허 10-2020-0137659)에 대한 특허를 출원했습니다. 먼저 공법이 예상대로 성능을 발휘할 수 있는지 구조성능 검증 과정을 거쳤는데요. 이후 검증 결과를 바탕으로 2021년 6월, 롯데건설㈜, 신세계건설㈜, HLD&I Halla㈜, ㈜한양, ㈜호반건설, ㈜피컴스 등의 건설사들과 함께 건설신기술 추진 MOU를 체결하고 현장적용을 위한 공동연구를 진행했습니다.

신뢰 확보 위한 철저한 구조성능 검증으로 기술인증서 획득

전이보는 주거용 건물에서 매우 중요한 구조 부재에 해당하기 때문에, 설계 시 신규 개발된 기술을 적용하는 것은 건설사나 발주처에게 쉽지 않은 선택입니다. 포스코는 합성전이보에 대한 신뢰성을 확보하고 기술의 유효성을 검증하기 위해 기술인증서가 필요하다고 판단했는데요. 포스코는 강구조실험동에서 구조성능검증을 하고, 이 실험결과를 바탕으로 한국강구조학회의 심의를 거처 2건의 기술인증서를 확보했습니다. 합성전이보에 대한 최초의 기술인증서입니다.

철저한 시공성ㆍ경제성 분석으로 신기술 적용 성공
이후 포스코는 합성전이보 공법을 더욱 안정적으로 적용하고자 ‘건설신기술’ 인증을 추진했습니다. 건설신기술에 참여한 건설사를 통해 합성전이보 시공성 및 경제성에 대해 분석하고, 이 결과를 바탕으로 HLD&I Halla의 부천 소사본동 프로젝트(한라비발디 프레스티지 신축공사) 외 2개 현장에 합성전이보 공법을 첫 적용했습니다. 포스코는 건설사들과 함께 시공 과정에서 실질적인 공사 기간 단축 효과가 있는지, 시공성에 문제는 없는지 꼼꼼히 검증했는데요. 합성전이보 공법을 직접 적용해 본 건설 현장 관계자들은 철근콘크리트 전이보 대비 시공 과정의 편리함, 공사 기간 단축, 높은 안정성에 호평을 보냈습니다.

공사기간ㆍ폐기물 감축으로 비용ㆍ환경적 효과 탁월
합성전이보 공법 적용 후 실질적 효과는 어땠을까요? 철근콘크리트 전이보 대비 공사기간이 약 40%가 단축되고, 거푸집, 시스템 서포트 설치 등을 생략할 수 있어 고소작업이나 해체 작업을 하면서 발생하는 안전사고도 방지할 수 있었습니다.

합성전이보를 적용한 부천 소사본동 프로젝트의 경우 전이보의 크기가 400×2,290x28mm(폭x높이x두께)로 설계됐습니다. 단면 성능이 우수하기 때문에 기존 철근콘크리트 전이보 크기인 2,000×3,000mm(폭x높이)과 비교해 부재의 크기를 획기적으로 줄일 수 있었던 것인데요. 전문기관을 통해 분석한 결과 철근콘크리트 전이보 대비 폐기물량을 약 85% 가량 절감할 수 있다는 결과가 나왔습니다.

또한 현장 경제성 면에서도 우수했는데요. 전체노무비를 감축하고, 공사기간 단축으로 현장관리비가 줄어들어 종합적으로 약 12%의 공사비를 절감하는 효과를 나타냈습니다.

건설사와의 상호협력으로 국토교통부 건설신기술 지정ㆍ녹색기술 인증 획득

▲국토교통부 건설신기술 인증서(왼쪽)와 녹색기술 인증서

합성전이보 공법은 지난 2023년 7월 6일 신규성•진보성•현장 적용성이 우수한 건설기술을 선정하는 국토교통부 건설신기술(966호)*로 지정됐습니다. 우수한 전문인력과 실험장비, 기술개발 R&D 역량을 지닌 포스코 철강솔루션연구소와 건설사들이 협업한 결과였는데요. 앞으로 합성전이보 공법 적용을 확대하고 안정적으로 포스코 강재를 공급할 수 있는 활로를 마련했다는 점에서 의미가 큽니다.

건설신기술 지정에 이어 지난 4월 25일에는 녹색기술** 인증을 획득해 지속가능한 기술임을 입증 받는 쾌거를 이뤘습니다. 탄소배출권 등 환경 이슈가 떠오르는 시점에서 포스코 강재를 넘어 강건재 솔루션으로 획득한 인증 성과인데요. 포스코는 합성전이보 공법 적용 시 폐기물 저감량의 객관성을 입증할 수 있는 시험 성적서를 확보하고 인증을 추진했습니다. 녹색기술 인증을 획득하는 과정에서 포스코만의 독자적인 프로세스와 노하우를 구축한 것도 또 하나의 성과라고 볼 수 있습니다.

*건설신기술 : 국내 최초로 개발한 건설기술 또는 기존 기술을 개량해 신규성, 진보성 및 현장적용성이 있다고 판단되는 건설기술에 대한 인증 제도다. 건설신기술로 지정되면 국토교통부장관이 발주청에 신기술 우선적용을 권고하며, 건설공사 입찰참가자격 사전심사시 신기술 개발 및 활용실적에 따라 가점이 부여된다.
**녹색기술 : 저탄소 녹색성장 기본법에 따라 에너지와 자원을 절약하고 효율적으로 사용하여 온실가스 및 오염물질의 배출을 최소화하는 기술을 인증하고 지원하는 제도.

공사기간 단축하고 현장 안전 확보하는 OSC 트렌드 선도
건설업계는 코로나19 시기이후 원자재 가격 폭등과 인력 감축으로 큰 어려움을 겪고 있습니다. 따라서 건설사들은 ‘탈현장 시공(OSC, Off-Site Construction)’ 방식에 큰 관심을 갖고 있습니다.  탈현장 시공은 공장에서 미리 제작해 현장에서 설치하는 방식으로 공사기간을 단축하고 안전성을 확보하는 건축 방식을 말합니다. 합성전이보 공법은 공장에서 선제작한 후 현장에서 단순 볼트 접합으로 설치하는 방식으로, 공사 비용, 시공의 편리함, 안정성 면에서 탈현장 시공 방식과 잘 부합하는 만큼 앞으로 국내 건설 현장에 큰 변화를 가져올 것으로 보입니다.

다양한 건설 현장에 확대 적용 예정
합성전이보 공법은 더 다양한 현장으로 확대 적용을 앞두고 있습니다. 철강솔루션연구소는최근 포스코 강건재가전마케팅실과 협업해 한화건설과 기술교류회를 갖고, 건설신기술 지정, 녹색기술 등에 관련한 내용을 공유했습니다. 이 자리에서 한화건설로부터 자사 건설 프로젝트에 합성전이보 적용시 기존 철근콘크리트 전이보 대비 경쟁력이 있는지 대안설계를 요청받아 설계 반영을 완료했습니다.

포스코는 올해 7~8월 중에 합성전이보에 대한 내진성능 검증을 완료한 후, 주거용 건물뿐만 아니라 일반 건축물에도 적용을 확대해 나갈 예정입니다. 국내 건설시장의 새로운 혁신을 가져올 포스코 합성전이보 공법에 많은 관심과 기대 부탁드립니다!

포스코그룹은 안전과 탄소저감에 기여하는 기술을 개발하고자 최선을 다하고 있습니다. 더 나은 사회를 만들어가는 포스코그룹의 우수한 신기술을 소개합니다. 이번 편에서는 제철소 고위험 개소에서 작업자의 점검 업무를 대신해 주는 포스코의 4족 보행 로봇솔루션을 소개합니다. 포스코그룹 신기술에 대한 수다를 계속 이어가는 기술+잇+수다, 지금 시작합니다!

4족 보행 로봇솔루션은 제철소 내 작업자가 직접 하게 되는 고위험 수작업을 로봇이 대신해 작업자는 안전하게 본연의 업무에 집중할 수 있도록 돕는 스마트 제철소 실현에 꼭 필요한 기술입니다. 해당 기술은 제철소 현장의 문제 해결을 위해 포스코 기술연구원 로봇솔루션연구그룹에서 2022년 연구 및 개발에 착수해 현재는 포스코홀딩스 미래기술연구원 AI로봇융합연구소 산하 지능제조로봇연구센터에서 기술고도화를 담당해 오고 있습니다.

제철소에서는 늘 주기적이고 꼼꼼한 설비점검이 필수인데요. 설비점검은 각종 사고를 예방하고 생산 설비를 최적의 상태로 유지하는 중요한 작업이지만, 일부 설비는 작업자의 접근이 어려운 환경에 놓여 있어 항상 안전사고에 경각심을 가져야 했습니다. 지능제조로봇연구센터는 현장에서 설비 점검에 힘쓰는 직원의 안전 리스크를 제거하는 것은 물론, 업무 생산성 또한 높이고자 로봇 공정 지식을 바탕으로 로봇 하드웨어, 제어 소프트웨어, 스마트 센서와 AI 기술 등을 통합하는 4대 로봇 솔루션(고정형·이동형·원격운전·플랫폼)을 개발해 오고 있습니다.

그중 4족 보행 로봇솔루션은 사람 대신 제철소 내 고로 풍구* 설비점검 경로를 따라 자율 주행하면서 점검 데이터를 자동으로 수집하고 이상 상황을 감지하는 역할을 하는데요. 기존 바퀴형 이동 로봇과 비교하면 턱이나 계단 같은 장애물에 제약을 덜 받고, 움직임이 자유로워 감시 범위를 극대화할 수 있는 장점이 있습니다.

*풍구 : 고로 내에 열풍을 불어넣는 통로.

제철소에는 설비 상태를 모니터링할 수 있는 고정식 센서와 CCTV가 여러 곳에 설치되어 있습니다. 하지만 고정식 센서들은 감시 영역이 제한적일 수밖에 없죠. 그렇다고 감시 영역을 확대하고자 고정식 센서의 대수를 늘리기에는 제철소라는 한정된 공간에 따른 제약이 있어 설치하기 어렵습니다. 결국에는 작업자가 수시로 설비에 접근해 측정 기구를 이용해서 육안으로 설비 상태를 점검해야 하는데, 설비와 기존 측정 방식 특성상 설비 사이의 협소 공간 때문에 작업 영역을 확보하기 어려우며, 작업자가 고온 가스 분진·화상 위험 요소에 노출되는 안전 리스크도 컸습니다. 이에 포스코는 이런 위험을 줄이고 점검은 더욱 철저하게 할 방법을 강구하다가 제철소 위험 설비를 무인 점검하는 4족 보행 로봇솔루션 연구개발을 본격적으로 착수했습니다.

4족 보행 로봇의 제철소 적용은 2021년 광양제철소 제선부에서 고로 설비 점검의 무인화에 대한 필요성을 제기하면서 여러가지 아이디어 중의 하나로 발굴되었고 1고로에서 현장 적용 테스트를 하면서 본격적으로 연구개발이 시작됐습니다. 테스트 당시, 고로용 송풍지관에서 제철소 첫 임무를 수행했죠.

고로용 송풍지관은 1200℃에 달하는 고온의 공기를 풍구를 통해 내부로 불어넣기 위한 설비로, 고로 조업 중 발생하는 고온과 압력 및 진동에 따른 설비 손상이나 변형, 가스 또는 냉각수 누출이 발생할 가능성이 있어 안전사고 위험이 늘 잠재적으로 존재하는 설비입니다. 기존에는 혹시라도 일어날 대형 설비 사고를 사전에 예방하고자 작업자가 직접 44개나 되는 송풍지관 외피 온도를 측정하기 위해 풍구지관에 가까이 다가가 육안으로 수시 점검해 왔습니다.

하지만 설비 뒤쪽의 온도 측정이나 전체의 정확한 온도 변화와 추이를 확보하기란 어려웠으며 또한 점검을 진행하더라도 작업자가 화상이나 가스 중독 등의 위험에 노출되는 문제가 있어 작업을 대신할 기술개발이 필요했던 건데요.

이에 현장 적용 테스트를 기점으로 사람이 직접 현장에 나가지 않아도 설비점검이 이루어질 수 있도록 4족 보행 로봇이 사람 대신 설비점검 경로를 따라 자율 주행하면서 점검 데이터를 자동으로 수집하고 이상 상황을 감지할 수 있는 무인 점검 시스템 개발을 추진합니다.

기술개발 동안에는 외부 현장에서의 활약상으로 기술력을 입증한 바 있는데요. 2022년 봄, A사에서 발생한 화재 사고 현장에 4족 보행 로봇이 지원 요청을 받아 현장에 투입됐고, 사고를 수습하는 데 큰 역할을 한 것이죠. 현장 감식 전문가들이 건물 내부로 진입하기 전, 4족 보행 로봇이 먼저 화재 현장에 진입해 구조 안전성과 주요 지점 상태를 수집한 후 전문가들에게 점검 데이터를 제공했습니다. 전문가들은 이 데이터를 기반으로 현장 상황을 파악하고 안전한 진입 경로를 설정할 수 있었다고 합니다.

▲화재 현장에서 4족 보행 로봇으로 수집한 건물 내부 열화상 영상.

그렇다면 제철소 내에서의 활약은 어땠을까요? 장애물에 따른 이동 제약 또한 크게 줄어든 장점을 갖춘 4족 보행 로봇은, 무인화 테스트에서 풍구상을 자율 주행하며 44개 송풍지관의 데이터를 자동 수집했습니다. 작업자는 사무실에서 원격으로 로봇을 제어하며 송풍지관의 세밀한 열화상과 영상 데이터를 수집할 수 있게 된 거죠. 이를 기반으로 이상온도 유무 또한 일정 시간 주기로 체크할 수 있었습니다.

이렇듯 4족 보행 로봇이 보여준 성과는 훌륭했지만, 완벽한 설비점검 무인화를 실현하려면 개선해야 할 부분도 존재했습니다. 외부의 검증된 완성도 높은 로봇 하드웨어를 도입했지만, 연구원들의 노력에 따른 다양한 소프트웨어 기술의 내재화는 물론, 이를 제철소 맞춤형 솔루션으로 최적화하거나 제철소의 특수 환경에 맞는 로봇 솔루션으로 자체 개발하는 기술 보완이 필요했던 것이죠.

현재 제철소 설비점검 기술개발에는 미국 보스턴다이나믹스사(Boston Dynamics)의 4족 보행 로봇 ‘스폿(SPOT)’을 도입·활용하고 있는데요. 스폿은 현존하는 4족 보행 로봇 중에서도 완벽한 하드웨어를 자랑하지만, 단일 모델로만 출시돼 크기와 성능을 다양한 설비 환경에 맞춰 효율적으로 조절하기는 어려웠습니다. 따라서 제철 설비 진단에 접근성이 제한된다는 문제가 있었죠. 포스코는 이런 문제점을 개선해 기술 내재화를 통한 ‘포스코형’ 4족 보행 로봇을 만들고자 2023년 6월, 국내 로봇 전문 기업과 MOU를 맺고 제철소에 특화된 맞춤형 4족 보행 로봇 개발을 추진하고 있습니다.

▲미국 보스턴다이나믹스사의 4족 보행 로봇 스폿(왼쪽)과 국내 로봇 전문 기업이 개발 중인 4족 보행 로봇.

2023년 11월에는 고로를 무인 자율 점검할 수 있는 맞춤형 솔루션 개발에 성공하는데요. 해당 솔루션은 제철소 작업 환경에 맞춰 제작돼 상당히 정교하고 고도화된 것으로 평가받고 있습니다. 현재는 광양 1고로 풍구상에서 사람을 대신해 위험한 작업 현장에 뛰어들어 그 임무를 충실히 수행하고 있습니다.

포스코는 제철소 고위험 개소의 위험 작업을 작업자 대신 로봇이 수행하게끔 AI 로봇을 투입하는 등 제철소의 로봇화를 가속화하고 있습니다. 이에 따라 4족 보행 로봇 솔루션 또한 제철소 곳곳에 활발하게 도입 및 활용될 예정인데요. 현재 고로 점검에 사용되고 있는 보스턴다이나믹스의 4족 보행 로봇과 개발협력하는 국내 전문 기업의 로봇에도 해당 기술을 확대 적용해 나갈 예정입니다.

제철소에 특화된 로봇솔루션은 현장에서 처음부터 완전무결하게 작동하기가 현실적으로 어렵습니다. 사용하면서 발견하는 작은 오류들을 신속히 해결하고 계속해서 기능을 개선해야 신뢰도 높은 시스템을 구축할 수 있죠. 즉 현장 제철소 로봇화가 성공하기 위해서는 개발한 로봇솔루션에 대한 지속적인 유지보수가 중요하단 건데요. 이에 따라 로봇 솔루션 활용도를 높일 수 있도록 조업 정비부서와 긴밀히 협력해 나갈 것이며 실제 현장에서 시스템을 활용할 담당자를 대상으로 제철소 로봇 활용법과 유지보수 교육을 진행하는 등 제철소 로봇 전문 엔지니어 양성에도 힘쓸 예정입니다. 스마트 제철소 실현을 위한 포스코의 지속적인 도전에 응원을 보내 주세요!

포스코그룹은 안전과 탄소저감에 기여하는 기술을 개발하고자 최선을 다하고 있습니다. 더 나은 사회를 만들어가는 포스코그룹의 우수한 신기술을 소개합니다. 포스코그룹 신기술에 대한 수다를 계속 이어가는 기술+잇+수다, 지금 시작합니다! 이번 편에서는 포스코퓨처엠의 인조흑연 음극재 국산화 기술을 알아봅니다.

연필심으로 친숙한 흑연은 고온을 견뎌야 하는 전로의 내화물 등 다양한 산업적 용도를 가지고 있는데요. 전기차용 리튬이온배터리의 수명과 충전성능을 결정하는 음극재의 핵심원료이기도 합니다.

포스코퓨처엠은 국내에서 유일하게 이차전지 핵심소재인 양극재와 음극재를 함께 생산하는 기업입니다. 천연흑연을 원료로 만드는 천연흑연 음극재를 생산 중이었는데, 이에 더해 인조흑연 음극재 생산 기술 개발에도 성공했습니다. 포스코퓨처엠의 인조흑연 음극재 제조 기술은 원료인 침상코크스를 3,000℃ 이상의 고온에서 가공해 음극재로 만드는 기술인데요. 국내 최초로 인조흑연 음극재 생산 기술을 개발해 국산화에 성공함으로써 국내 이차전지 산업 경쟁력을 높이고 있는 포스코퓨처엠, 왜 인조흑연 국산화 기술을 개발했으며 이 기술 개발 성공은 어떤 변화를 가져왔을까요?

포스코퓨처엠은 제철공정에서 발생하는 부산물인 콜타르를 음극재의 원료로 활용할 수 있다는 점에 주목하고 음극재 사업에 진출했는데요. 지속적인 기술개발로 2011년 국내에서 유일하게 천연흑연 음극재를 생산하는 기업으로 성장했습니다.

그동안 해외에서 음극재를 수입하던 국내 기업들의 주문이 쇄도하면서 포스코퓨처엠은 천연흑연 음극재의 생산능력을 확대하고, 인조흑연 음극재 등 제품군 확대에 나섰습니다. 인조흑연 음극재의 경우 배터리 수명과 고속충전에 유리해 시장의 선호도가 높지만, 원료가격이 높아 사업화에 어려움이 있다 보니 국내에서 생산하는 기업이 없어 수입에 의존했기 때문입니다. 2014년 6월 포스코퓨처엠이 인조흑연 음극재를 1차 개발하는데 성공한 시기, 전기차 시장의 급속한 성장과 함께 인조흑연 음극재의 사용량도 증가함에 따라 인조흑연 음극재를 생산하기에 적기라고 판단하고 시장 변화에 능동적으로 대응하기 위해 기술 개발에 박차를 가했습니다.

인조흑연은 천연흑연 제품과 비교했을 때 공정이 길고 복잡해 생산 과정에서 품질을 관리하기가 상대적으로 어려운데요. 포스코퓨처엠은 전 공정을 완전히 내재화하고 스마트팩토리 공정을 도입해 제조비용을 절감했을 뿐 아니라 실시간 품질 관리로 고객의 신뢰도 지킵니다.

인조흑연 음극재 생산 공정을 자세히 살펴볼까요? 인조흑연 음극재의 원료는 제철공정에서 부산물로 발생하는 콜타르를 가공해 만든 침상코크스입니다. 우선 침상코크스의 입자 크기를 조절하는 분쇄 과정에서 침상코크스와 피치 등을 혼합하는 공정, 생산성을 높이고자 흑연화 전에 원료를 먼저 탄화시키는 공정인 예비탄화과정을 거칩니다. 그 후 3000℃ 이상에서 열처리해 원료를 인조흑연으로 바꾸고, 인조흑연 표면을 피치로 균일하게 코팅하는 표현처리를 해줍니다. 이후 탈철 등 후처리한 최종 제품을 포장해 완성하는 과정까지가 인조흑연 음극화 국산화 기술이라고 볼 수 있습니다.

이중 특히 흑연화는 원료인 침상코크스를 3,000℃ 이상의 고온으로 열처리하는 과정으로, 음극재의 품질과 성능을 결정하는 가장 핵심적인 공정이며 가장 중요한 기술입니다. 원료의 종류와 양에 따라 공정 조건을 최적화하는 노하우가 중요한데, 포스코퓨처엠만의 흑연화 공정기술을 활용합니다.

이렇게 제조한 포스코퓨처엠의 인조흑연 음극재는 구조적 안정성이 높고 불순물 함량이 낮아 배터리 수명이 늘어나고 등방형 구조로 리튬이온의 이동속도가 빨라 고속충전에 유리하다는 강점이 있습니다.

흑연화공정은 혼합한 원료를 도가니에 담아 흑연화로에 넣고, 3,000℃ 이상에서 열처리해 흑연으로 만드는 공정입니다. 일반적으로 흑연화로에 도가니를 투입하고 배출할 때 사람이 직접 로(爐) 안에 들어가 크레인 연결 등 여러 가지 작업을 하는데요.

포스코퓨처엠은 조업자의 안전을 고려해 자체 기술로 자동화 설비를 설계해 흑연화공정을 자동화했습니다. 강한 공기압력이 흐르는 파이프로 원료를 이송하고, 로봇이 도가니에 원료를 충진해 흑연화로에 투입합니다. 3,000℃ 가 넘는 고온에서 열처리한 인조흑연은 로봇이 회수해 파이프로 공기 이송하고, 코팅 등 후처리 공정을 거칩니다.

인조흑연 음극재의 원료인 침상코크스는 자회사인 포스코MC머티리얼즈로부터 공급받습니다. 포스코MC머티리얼즈에서는 제철공정 중 코크스 제조 시 부산물로 발생하는 콜타르를 고온 건류해 침상코크스를 생산합니다. 따라서, 인조흑연 국산화 기술 완성으로 포스코는 제철 부산물 시장을, 포스코퓨처엠은 원료를 안정적으로 확보할 수 있게 됐습니다. 인조흑연 국산화 기술은 자원순환에 보탬이 되고, 포스코그룹의 밸류체인 시너지 효과를 선도합니다.

포스코퓨처엠은 지속적인 기술 개발과 기술 고도화로 현재 8만 2,000톤의 음극재 생산능력을 2025년 12만 4,000톤, 2030년 37만 톤까지 확대할 계획입니다. 2030년에는 천연흑연 음극재 18만 2,000톤, 인조흑연 음극재 15만 3,000톤, 실리콘 음극재 3만 5,000톤 등으로 생산능력을 고도화해 중국 외 글로벌시장에서 1위를 유지하는 것을 목표로 하고 있습니다.

포스코퓨처엠은 2022년 12월 미국GM과 LG에너지솔루션의 배터리 합작사인 얼티엄셀즈와 약 9,393억원 규모로 인조흑연 음극재 공급계약을 체결했습니다. 공급기간은 2023년부터 2028년까지 총 6년인데요. 이는 국산화에 이은 인조흑연 음극재의 해외 첫 수출 사례입니다. 포스코퓨처엠은 미국 인플레이션감축법 시행에 따른 배터리 업계의 공급망 확대 등 지속적으로 증가하는 글로벌 수요에 선제적으로 대응해 인조흑연 음극재 시장에서 주도권을 확보해 나갈 계획입니다.

수명과 초고속 충전 능력에 날개를 단 포스코퓨처엠, 앞으로도 인조흑연 음극재 시장의 프론티어로서 앞서나갈 것입니다.

포스코그룹은 안전과 탄소저감에 기여하는 기술을 개발하고자 최선을 다하고 있습니다. 더 나은 사회를 만들어가는 포스코그룹의 우수한 신기술을 소개합니다. 포스코그룹 신기술에 대한 수다를 계속 이어가는 기술+잇+수다, 지금 시작합니다! 이번 편에서는 고화질 영상 장비 장착 드론을 활용해 콘크리트 외벽을 관리하는 솔루션인 포스코이앤씨의 <포스-비전>을 소개합니다.

포스-비전(POS-VISION)은 고화질 영상 장비를 장착한 드론을 활용해 아파트, 교량 등 콘크리트 외벽 균열의 폭·길이·위치 등을 파악하고 완벽하게 관리하는 기술로 2024년 1월 포스코이앤씨가 개발했습니다.

포스-비전은 드론 운영기술에 균열 인식, 고화질 이미지 변환, 오탐지 요소 제거 능력을 탑재한 인공지능을 접목함으로써  이를 통해 공사 담당자는 건물 외벽의 상세정보를 탐지할 수 있어 빈틈없는 품질관리가 가능합니다.

2022년 1월, 포스코이앤씨 신성장미래기술연구소 건설자동화섹션은 H사 아파트 붕괴 소식을 듣고 다시 한번 대형 콘크리트 구조물 품질관리의 중요성을 체감하고 경각심을 느꼈습니다.

육안으로도 균열을 확인할 수 있는 지하주차장, 세대 내부 등 실내구역은 관리자의 세밀한 체크로 품질관리가 잘 되고 있었으나, 외벽의 경우 육안으로 균열 확인이 쉽지 않아 품질관리에 어려움을 겪고 있었습니다. 외벽 균열은 구조적 안정성뿐만 아니라 누수, 녹물 등 하자와 연관성이 높고 콘크리트 탈락, 철근 노출로 이어질 경우 브랜드 이미지 하락으로 이어질 수 있는 중요한 사안이기에 팀원들은 품질관리 문제를 깊이 고민한 끝에 포스-비전 아이디어를 도출했고, 본격적인 기술 개발에 착수했습니다.

먼저, 아파트와 같은 대형 콘크리트 구조물의 균열 현황과 관리 방법을 꼼꼼하게 조사했습니다. 공동주택 하자판정 기준에 따르면 균열폭 0.3㎜ 이상은 하자로 판정하며, 그 이하일지라도 관통균열*이면 시공하자로 봅니다. 또 균열폭에 따라 보수 방법이 다르기 때문에 정밀한 균열 측정 기술이 필수였습니다.

*관통균열 : 두꺼운 벽체의 온도균열, 슬래브의 수축균열 등 동일 단면의 표면에서 이면까지 통한 균열.

이에 영상에 기반한 AI 분석기술을 개발해, 실제 현장 데이터를 활용한 테스트를 수행하며 포스-비전의 정밀도를 향상시켰습니다.

드론으로 촬영한 영상을 기반으로 실제 균열의 폭과 길이를 추정할 때는, 카메라에 상이 만들어지는 구조적 원리를 바탕으로 기하적 계산을 거쳐 각 픽셀 간의 실제 간격을 산출했습니다.

▲포스-비전 기술 개발에 바탕이 된 GSD의 기본 개념도(왼쪽)와 GSD 계산식.

픽셀 간의 실제 거리 산출을 위해 GSD(Ground Sample Distance)* 개념을 사용했는데요. GSD는 ‘지상 표본 거리’라는 의미로, 연속되는 두 개의 픽셀 중앙점 간의 실제 거리를 의미합니다. 더 작은 GSD 값을 확보할수록 데이터가 정밀하고 정확해지지만, 드론이 건축물을 근접 촬영하는 데는 물리적 한계가 있었습니다. 개발팀은 이를 극복하고자 슈퍼 레졸루션(Super Resolution) 알고리즘을 적용해 실제 해상도 대비 고해상도로 이미지를 복원했고, 현장 테스트를 거쳐 얻은 결과값을 바탕으로 한 검증, 개선 작업으로 신뢰도를 높였습니다. 다양한 시도 끝에 드론과 건축물 사이의 이상적 촬영거리를 4m로 결정했으며, 마침내 콘크리트 보수 보강 방법을 결정짓는 0.3㎜, 0.5㎜ 기준의 균열폭을 구분하는 데 성공했습니다.

*GSD(Ground Sample Distance) : 지상표본거리, 두개의 연속되는 픽셀의 중앙 점 사이의 거리.

촬영 거리 외에도 반영해야 할 변수들은 다양했습니다. 특히, 드론은 위성신호를 기반으로 자신의 위치를 파악하고 움직이는데, 고층 아파트 단지 내에서는 위성신호가 약해져 드론-건축물 간의 충돌 사고가 일어날 가능성이 높았습니다. 이때, 드론 운영자의 운전능력과 경험은 안전하고 정확한 측정에 아주 중요한 요소로 작용합니다.

▲드론 조정하며 균열을 조사하는 모습.

외부 작업이기 때문에 날씨도 중요한 변수로 작용합니다. 바람이 많이 부는 날에는 충돌 위험이 크고, 흐리거나 비, 눈이 오면 시야 확보가 어렵습니다. 또한, 극한의 더위와 추위 속 장시간 촬영은 드론 운영자에게 또 다른 변수입니다. 이에, 현재 포스코이앤씨는 이런 어려움과 변수를 극복할 수 있는 자율비행 드론 개발을 검토 중에 있습니다.

개발팀은 수백 장의 촬영 이미지에서 탐지된 균열 위치를 사용자가 쉽게 인지 가능하도록 기술을 발전시켰습니다. 개발 초기에는 3D로 구현된 현장 모델 상에 균열 위치 표시 방식을 선택했으나, 이를 위해선 추가 현장 항공사진 촬영과 3D 모델 제작에 하루 이상의 시간이 소요되는 단점이 있었습니다.

이는 균열 발견과 조치가 필요한 현장 상황에 적합하지 않은 방식이었기 때문에, 개발팀은 과감히 3D 모델방식을 버리고 입면도에 면 단위 균열 위치 표시 방식으로 개선해 균열조사와 결과 도출까지 걸리는 시간을 단축했습니다. 25층 내외의 일반적인 공동주택의 경우 전면부의 이미지 스티칭* 작업 시, 사진 간 중첩률이 50% 이상 필요해 보통 300장 이상의 이미지를 촬영해야 하지만, 포스-비전 방식을 활용하면 이미지 간의 중첩 없이도 입면도 상에 균열 위치를 표기할 수 있습니다. 이는 기존 방식대비 촬영 이미지 수를 40% 이상 줄일 수 있어 후처리 작업시간도 줄일 수 있는 획기적인 방식이었습니다.

*이미지 스티칭 : 여러가지 이미지를 하나의 파노라마 사진처럼 합치는 기법.

▲기존 균열 표시 입면도(왼쪽)과 히트맵을 적용해 개선한 균열 표시 입면도.

포스-비전은 사용자의 편의성을 우선순위에 두었습니다. 발생량에 따른 히트맵*을 적용해 사용자가 우선 조치해야 할 부분을 한눈에 확인할 수 있도록 개선했습니다. 균열 발생량에 따라 각 구간을 다른 색으로 표시하는 시각화 방안을 적용한 것인데요. 기존에는 현장 입면도 위에 균열을 탐지한 이미지와 발생한 균열 수치를 표시했고, 해당 균열 이미지를 클릭하면 상세화면으로 넘어가도록 설정돼 있었습니다. 이 경우 균열 수가 많아지면 사용자가 검토해야 할 데이터 양이 지나치게 많아지는 문제점이 있었는데요. 히트맵 적용으로 데이터 양이 많아도 우선순위를 두고 효율적인 관리가 가능해져 현장 사용자들의 반응이 좋았습니다. 간단한 기술이었지만 사용자 입장에서 효과가 컸다는 호평이 이어졌습니다.

*히트맵 : 균열 발생량에 따라 검토가 필요한 구간은 붉은 색으로, 양호한 부분은 초록색으로 색을 다르게 표시해 사용자가 검토 필요구간을 쉽게 인지하도록 돕는 시각화 방안.

▲포스-비전으로 분석한 외벽 균열 이미지.

포스-비전은 7개 건축 현장 39개동 외벽, 1개 인프라 현장 교량 슬라브, 1개 플랜트 현장의 석탄 저장고 등 총 9개 현장 41개 콘크리트 구조물에 적용했고, 2만 4641장의 이미지를 촬영해 기존에 찾기 어려웠던 영역의 균열을 탐지 해냄으로써 포스코이앤씨의 공사 품질 향상에 크게 기여하고 있습니다.

포스-비전의 등장으로 건축물 외벽은 품질관리의 사각지대에서 벗어났습니다. 이 기술은 공동주택뿐만 아니라 교량, 고속도로 등 콘크리트를 사용한 모든 건축물에 적용 가능하며, 사람이 접근하기 어려운 곳에서 발생하는 모든 균열을 찾아내 위험을 사전에 방지할 수 있습니다. 앞으로 포스-비전이 영역을 넓혀 용접 등 다른 분야에서도 품질하자를 발견하고 보수하는 ‘제3의 눈’이 될 것이라 기대합니다.

포스코이앤씨는 포스-비전에서 더 나아가 자율주행 드론 개발을 기획 중입니다. 자율주행 드론 촬영이 가능해지면 더 다양한 현장에 포스-비전 기술을 확산하고, 운영 효율성도 높일 수 있을 것이라 예상합니다. 또 비전 센서 기반의 자율주행 드론을 활용할 수 있다면 실내 균열 탐지 가능 및 휴먼 에러의 단점까지 극복할 수 있을 것입니다. 포스코이앤씨는 앞으로도 끊임없는 기술 개발과 새로운 영역으로의 도전으로 품질과 현장 안전을 지키고자 노력할 것입니다.

포스코그룹은 안전과 탄소저감 실천에 기여하는 기술을 개발하고자 최선을 다하고 있습니다. 더 나은 사회를 만들어가는 포스코그룹의 우수한 신기술을 소개합니다. 포스코그룹 신기술에 대한 수다를 계속 이어가는 기술+잇+수다, 지금 시작합니다!

▲2022년 대한민국 안전산업 박람회에서 포스코 전시부스를 방문해 ‘지게차 안전 제동 시스템’을 시연하는 김성호 행정안전부 재난안전관리본부장.

2022년 대한민국 안전산업 박람회(K-SAFETY EXPO)에서 포스코의 기술이 행정안전부 장관상을 수상하며 우수함을 인정받았습니다. 장관상을 받은 포스코그룹의 <지게차 안전 제동 시스템>은 인공지능(AI)을 활용한 영상 인식 기술* 기반 감지•경고 시스템과 자동 정지 제어 기술** 기반 속도 제어 시스템을 접목한 기술입니다.

<지게차 안전제동 AI시스템>은 영상인식 기술과 자동정지 속도제어 기술 등이 적용돼 충돌에 따른 재해를 원천적으로 예방할 수 있습니다. 지게차가 주변 작업자에게 접근하면 운전자가 브레이크를 밟지 않아도 지게차가 단계적으로 자동 정지하기 때문인데요. 충돌 위험 거리가 6m이내라면 1단계로 알람이 울리고, 4m 지점에서는 2단계로 감속이 시작되며, 작업자가 2m 이내로 접근하면 3단계로 지게차가 자동으로 멈춥니다. 운전자 또는 작업자가 스스로 주변을 인식하지 못하고 있는 상황에서 갑작스러운 돌발사태가 발생하면 지게차 속도를 자동으로 제어해 사고를 막는 것이죠.

* 영상 인식 기술 : AI•딥러닝 기술이 적용된 영상으로 사람과 사물을 구분해 인식하고 지게차에 설치된 광각렌즈로 촬영한 영상을 좌표계로 변환해 지게차와 사람간의 정확한 거리 값을 제공하는 기술. 기존 기술과는 달리 지게차와 작업자에 별도의 태그 부착 없이도 충돌의 위험을 손쉽게 인지. 

** 자동 정지 제어 : 사람이 지게차에 근접하면 운전자가 브레이크를 밟지 않아도 자동으로 지게차가 정지하는 기술.

고용노동부에서 공개한 산업재해 고위험요인(SIF)* 분석정보를 살펴보면 최근 6년간 사고사망 사례는 4,432건에 달합니다. 이 중 고용노동부에서 선정한 제조업 12대 사망사고 기인물**에 의한 사고사망 사례는 전체 632건이며 지게차에 의한 사고사망 사례는 124건으로 약 20%에 달해 전체 1위를 차지할 정도로 위험성이 큽니다. 고용노동부는 고위험사업장을 불시에 현장 점검•감독을 하며 차량•기계 등 작업에 의한 사고 위험을 집중 점검하고, “스마트 안전장비를 활발히 도입해 활용하기 바란다.”라고 강조했습니다.

*SIF(고위험 요인, Serious injury & fatality) : 사망 또는 정상적인 생활에 치명적인 지장을 초래할 수 있는 고위험작업•상황 및 재해유발요인.

**12대 사망사고 기인물 : 지게차, 크레인, 컨베이어, 지붕•대들보, 사다리, 혼합기, 굴착기, 화물운반트럭, 줄걸이기구, 산업용로봇, 분쇄•파쇄기, 사출성형기.

일반적으로 지게차에 적용된 안전기술은 충돌 위험 시 운전자에게 경고 알림을 보내는 정도에 그칩니다. 따라서 소음이 심한 작업장에서는 인지하기 어려워 원천적인 재해예방에 한계가 있죠. 고용노동부에선 중대재해 감축 로드맵에 따라 <스마트 안전장비 지원사업>을 추진해 국내 산업계의 지게차 재해를 예방하고 있지만 별도의 태그 부착한 작업자만 감지하는 등 기술적 한계도 있습니다. 작업자를 감지하더라도 관성에 의한 정지거리 불균일, 경사로에서의 밀림 등으로 2차 사고 위험성이 항상 존재합니다.

포스코는 지게차 사고의 심각성과 기존 안전 기술의 한계를 인식하고 우리 사회가 직면한 안전문제 해결에 동참해 기업시민 경영이념을 실천하고자 지게차 안전 제동 시스템 개발에 착수했습니다.

2021년 11월, RIST와 지역 중소기업이 함께 만든 태스크포스(TF)가 <지게차 안전 제동 시스템>개발에 착수했고, 2022년 5월에 개발을 마쳤습니다. 기술개발이 완료된 후 포스코 안전기획실과 포스코DX가 상호 협업해 제철소 현장에 시범적용을 추진했습니다. 포스코DX는 스마트 팩토리 플랫폼(PosFrame), 스마트 예정정비시스템(PIMS), 빅데이터와 AI 기술을 활용한 공정자동화 등 포스코그룹의 스마트와 자동화 기술을 선도하는 그룹사입니다.

2023년 4월부터는 제철소 현장에 해당 기술을 적용하는 실증테스트를 시작했습니다. 포스코그룹의 스마트기술 전문업체인 포스코DX와 모터, 원동기 전문인 지역 중소기업 ㈜태양전기가 함께 기술개발에 착수했는데요. 제철소 작업환경과 지게차 브랜드를 다양화해 포항제철소 압연공정과 선강공정 각 두 곳씩 총 네 곳을 선정해 실증 테스트에 들어갔습니다.

2024년 5월에는 포스코 안전기획실과 포스코DX가 다양한 작업환경의 특성을 고려해 포항제철소 직영 ‘3FINEX 정비섹션’, 그룹사 ‘포스코엠텍’, 협력사 ‘영남산업’과 ‘대명’의 지게차를 각각 한대씩 선정하고 현장 시범 적용을 추진했습니다. 지게차 자동제어 현장 시범적용 계획을 수립하고, 포스코DX와 협업해 8월 완료를 목표로 본격적인 적용에 들어갔습니다.

하지만 기술적 난관이 많아 일정이 수 차례 미뤄지기도 했습니다. 공장 내 조명에 따라 AI 카메라 사람 인식률이 낮아지거나, 지게차 제조사와 모델이 현대, 두산, 클라크 등 9종으로 회로 구성이 각자 달라 모델별 제어모델을 맞춤형으로 개발하는 것도 어려웠습니다. 또, ECU를 직접 프로그래밍하면 오류가 생기거나 추후 지게차 수리가 어려워지는 점, 현장 작업자가 지게차의 자동제어 시스템 관련 부가적 장치들로 활용에 불편을 느낀다는 점도 문제였습니다. 그렇다면 이런 문제들은 어떻게 개선했을까요?

포스코는 현장에서 지게차를 사용하는 직원들과 함께 개선사항을 파악하고 포스코DX와 함께 기술 보완에 들어갔습니다. 태양전기(AI카메라)와 에프에이이(LiDAR센서)의 기술을 적용한 지게차를 2전기강판공장과 1냉연공장에 각각 설치해 다양한 센서간 성능을 비교했고, 태양전기는 별도의 연구팀을 구성해 AI 카메라의 인식률을 높였습니다. 또, 다양한 지게차 기종으로 충분한 테스트를 거쳐 제조사별 자동 제어를 구성하는 핵심 장치를 맞춤으로 제작했습니다. ‘ECU 프로그래밍 배제, 제조사 수리 서비스 무조건 가능’이라는 조건을 충족하며 전체 시스템 구조를 변경했습니다. 철저한 현장 사전 답사로 운전자의 작업환경과 편의를 고려하고, 부서별로 희망 감지거리를 미리 조사해 설치 시 반영하는 방식으로 활용 편의성도 대폭 개선했습니다. 잘 보이는 경보기를 설치하고 제동시스템 일시 해제 버튼을 탑재하는 등 현장 작업자들의 편의도 챙겼습니다. 이렇듯 꼼꼼한 사전조사를 바탕으로 개선한 포스코그룹의 스마트안전기술 <지게차 안전 제동 시스템>이 11월 현장에서 활약을 시작했습니다.

물론 고온이나 분진 등 제철소의 특수한 환경에서 일어날 수 있는 카메라의 정확성과 신뢰도 문제, 승하차 시 운전자의 신체와 접촉하면서 일어나는 구성품 손상 문제, 제조물 책임법 문제 등 여전히 보완할 부분들이 있습니다. 포스코그룹은 앞으로도 개선점을 발굴해 포스코 작업환경에 적합한 지게차 자동제어 시스템을 완성할 예정입니다.

▲ ‘지게차 안전제동 AI 시스템’ 적용 실물 사진.

<지게차 안전 제동 시스템>은 작업자의 부딪힘, 깔림 위험을 원천적으로 예방하고자 개발한 기술이지만, 제어까지 조정하기 때문에 순간의 기술적 오류로 2차적 사고가 발생할 수 있습니다. 향상된 카메라의 인식률 역시 97% 수준으로 100%에 미치지 못하기 때문에 완벽한 자동화 기술이라고 볼 수는 없는데요.

앞으로 포스코그룹은 <지게차 자동제어 시스템>의 2차 사고와 리스크를 법률적으로 검토하고, 지속적으로 카메라 인식률을 높여가면서 유지•보수 지원체계를 정립할 예정입니다. 앞으로 포스코는 ‘지게차 안전 제동 시스템’을 포스코그룹 전사에 확산 운영해 차량•기계로 인한 사고를 저감하고자 노력할 것입니다.