Development of a Digital Twin Model for Failure Prognosis of Industrial Diaphragm Pump

본 연구는 실제 산업 현장에서 사용되는 다이어프램 펌프의 고장예지를 위한 디지털 트윈 환경을 구축하고, 구축한 모델의 신뢰성을 정량적으로 검증하는 것을 목표로 한다. 이를 위해 Catia V5를 이용하여 체크 밸브와 고무 다이어프램 등 펌프의 주요 구성 요소를 포함한 3D 모델을 설계하였고, MATLAB Simscape를 활용하여 펌프의 작동과 내부 유체 흐름을 구현한 시뮬레이션 모델을 개발하였다. 운용 유량 데이터는 클램프온 방식의 비침습 유량 센서를 통해 수집하였고, 센서는 다이어프램 펌프의 입구와 출구에 부착하였다. 또한 FMEA 분석을 통해 다이어프램 펌프 누수, 다이어프램 손상, 슬러지에 의한 파이프 막힘 등의 고장 유형을 도출하였으며, MATLAB Simscape를 통해 각 고장 유형을 구현하고 이에 따른 고장데이터를 수집하였다. 마지막으로, 디지털 트윈 모델의 신뢰성을 정략적으로 평가를 위해 코사인 유사도(Cosine Similarity)와 평균 절대 백분율 오차(MAPE, Mean Absolute Percentage Error)를 사용하였다. 이는 정상 운용 조건에서의 시뮬레이션 데이터와 운용 데이터를 대상으로 진행하였으며, 코사인 유사도는 99.9%, MAPE 기반 일치도는 97.03%를 나타내어 모델의 신뢰성을 입증하였다.