[AI 날개 단 K중공업] 두산에너빌 "AI 카메라가 ㎜단위 용접 분석"

창원 원자력·단조공장 가보니
전력수요 급증에 SMR 준비
용접성능 개선이 핵심 공정
머리카락 수준 결함 걸러내
단조 공정에도 AI기술 적용
균일한 가열 최적조건 도출

두산에너빌리티 원자력공장은 AI 기술을 적용한 3D 카메라를 통해 AI 용접 자동화 공정을 고도화하고 있다. 두산에너빌리티

경남 창원시에 있는 두산에너빌리티 원자력 공장. 최근 방문한 이곳은 축구장 10개 규모의 약 7만㎡ 용지가 좁게 느껴질 정도로 원전 핵심 설비를 생산하는 근로자들 움직임이 분주했다. 5개 베이로 구성된 작업장 가운데 원자로와 증기 발생기를 제작하는 4베이에는 20ｍ 안팎 높이에 직경 3ｍ가 넘는 거대한 탄소강 덩어리를 용접하면서 발생하는 냄새가 가득했다.

공장 곳곳에 배치된 용접 라인은 자동화 공정의 표본과 같았다. 성인 남성 상반신만 한 크기의 로봇 팔에 붙은 용접기가 금속 원통을 쉼 없이 움직이는 동안 작업자는 바로 옆 컨테이너 부스에서 모니터를 통해 해당 과정을 지켜봤다. 인공지능(AI) 솔루션을 탑재한 3D 카메라가 용접기 뒤에서 ㎜ 단위로 이뤄지는 작업을 분석하며 오차나 결함은 없는지 검수하면서 신뢰도를 높였다.

김시홍 두산에너빌리티 원자력용접기술팀장은 "현재 AI를 활용한 용접 자동화 공정을 시범 운영 중"이라며 "원격 용접의 정확도를 0.1㎜ 수준으로 끌어올려 완성도와 생산성, 안전성을 높이고 있다"고 설명했다. 그는 "AI 카메라가 결과물을 실시간 분석해 이상을 감지하면 알람을 울려 즉각 수정하는 방식이 골자"라며 "현재 약 30%의 작업 속도 개선을 검증했다"고 덧붙였다.

글로벌 전력 수요 급등으로 원전이 재평가받는 가운데 두산에너빌리티가 AI 기술을 바탕으로 소형모듈원전(SMR) 시대 준비에 나섰다.

두산에너빌리티 원전 사업부의 인공지능 전환(AX)은 용접 성능 개선이 핵심 축이다. 김 팀장은 "원자로·증기 발생기를 비롯한 주기기 제작의 50% 안팎이 용접으로 이뤄진다"며 "20ｍ 높이 원통 안에서 섭씨 120~140도를 일정하게 유지하며 ㎜ 단위로 움직여야 하는 고난도 작업"이라고 말했다.

문제는 용접 기술이 가열원 등에 따라 수십 가지 방식으로 나눠져 있다는 점이다. 전류와 전압, 용접 속도를 비롯한 용접 변수를 데이터화해 머신러닝을 시도했지만 특정 기술 하나에 구분해야 할 데이터 요소가 16가지가 넘는 등 경제적·인적 비용이 막대했다. 이에 두산에너빌리티는 가장 많이 쓰는 '불활성 가스 아크 용접(GTAW)'에 집중해 국내 스타트업과 함께 전용 솔루션을 개발했다.

김 팀장은 "용접사가 작업을 진행하려면 보안경을 쓰고 결과물을 봐야 한다는 점에 착안해 3D 카메라가 '용접사의 눈'이 될 수 있도록 AI 솔루션을 개발했다"며 "이를 통해 사람이 검수했다면 최소 15일은 걸리던 일을 실시간으로 진행할 수 있게 됐다"고 말했다. 그는 "AI 용접 자동화 기술은 공정 특성상 대형 원전보다 SMR용 주기기 제작 때 효과가 더 크다"고 부연했다.

두산에너빌리티는 단조 공장에도 AI 기술을 사용하고 있다. 주조된 잉곳(금속 덩어리)을 단조(금속 가공)하기 위한 고온 가열로에 적용했다. 2024년 자체 개발을 시작해 지난해 말부터 시범 운영을 시작했다.

강석우 두산에너빌리티 단조파트 수석은 "원전 주기기 제작에 사용하는 대형 가열로는 가로 5.5ｍ, 세로 5.5ｍ, 깊이 12ｍ 규모로 통상 400t 안팎의 합금 덩어리를 달군다"며 "두산이 개발한 AI 솔루션은 해당 공간을 섭씨 1150~1250도로 균질하게 가열할 수 있는 최적 조건을 도출한다"고 설명했다. 그는 "시범 운영을 통해 온도 오차를 40%가량, 천연가스 사용량은 5% 효율화에 성공했다"고 밝혔다.

두산에너빌리티는 올해 시범 적용한 AI 기술의 고도화를 추진한다.

[창원 이진한 기자]