디지털 혁신 위해 자동화와 설계 탐색까지 시뮬레이션의 역할 확대

지멘스 PLM 소프트웨어(www.siemens.com/plm)가 7월 10일~11일 ‘스타 코리안 콘퍼런스 2017(STAR Korean Conference 2017)’를 진행했다. 이번 행사에서는 운송, 전기전자, 에너지, 화학, 조선해양 등 여러 분야의 시뮬레이션 기술과 활용사례가 소개되고, 기술워크숍과 데모전시 등 다양한 볼거리가 마련되었다. 지멘스는 특히 자사의 시뮬레이션 포트폴리오인 ‘심센터(Simcenter)’ 안에서 시뮬레이션의 새로운 역할을 강조하면서, 더욱 넓어진 STAR-CCM+의 활용법을 소개했다.

■ 정수진 편집장 sjeong@cadgraphics.co.kr

자동화와 설계탐색으로 디지털 트윈의 가치 높인다

사물인터넷(IoT), 인공지능(AI), 빅데이터, 스마트 공장과 같은 이슈는 일상생활뿐 아니라 제조산업에도 영향을 주고 있다. 제조산업의 트렌드는 메커니컬 디바이스에서 전기전자와 제어영역까지 통합된 스마트 제품을 개발하는 방향으로 나아가고 있다. 또한 제품의 무게를 줄이기 위한 신소재나 새로운 형상을 제작하는 초정밀 가공 등 신공법의 개발이 활발한 상황이다. 제조산업의 글로벌화 및 다품종 소량생산 체제는 더 많은 설계변수를 고려할 필요성을 높이고, 디바이스와 시스템 또는 시스템간의 연결에 대한 요구가 갈 수록 커지고 있다.

이러한 흐름은 디지털화(digitalization) 또는 디지털 혁신(digital transformatoin)이라는 이름으로 전통적인 설계방식의 변화와 혁신을 강조하고 있다. 제품 개발의 모든 단계에서 더욱 사실적인 디지털 모델을 활용하고, 신소재에 맞는 시뮬레이션 기법이 활성화될 것이다. 개념 설계 초기부터 제품 개발의 모든 단계에서 시뮬레이션을 사용하면서, 다양한 데이터를 효율적으로 이용해 디자인 인사이트를 얻을 수 있는 데이터 관리 시스템이 필요해지고 있다.

지멘스 PLM 소프트웨어 백영렬 부사장은 “현재의 엔지니어링 프로세스는 1D 시뮬레이션, 3D 시뮬레이션, CFD, 테스트 등이 유기적으로 통합되지 못하고 있다”면서 “지멘스는 개발단계부터 최종 제품까지 통합된 디지털 모델을 이용할 수 있는 유기적인 시스템을 제공하고자 한다. 이것이 바로 경험과 실험 데이터, 시뮬레이션 데이터를 포함하는 디지털 트윈(digital twin)”이라고 설명했다.

한편으로 사실적인 3D 모델만으로는 디지털 혁신이 트윈이 될 수 없다는 것이 그가 강조하는 부분이다. 많은 기업들이 제품 설계의 마지막 단계에서 검증이나 트러블슈팅에 디지털 트윈을 사용하고 있는데, 이 경우에 얻을 수 있는 엔지니어링 가치(value)는 상대적으로 낮을 수밖에 없다. “시뮬레이션 자동화 프로세스와 설계탐색을 통한 예측 엔지니어링(Predictive Engineering)이 디지털 트윈의 목표가 되어야 한다”는 것이 백영렬 부사장의 설명이다.

지멘스 PLM 소프트웨어는 설계와 실증시험 단계의 전반에서 디지털 트윈을 활용할 수 있는 솔루션 라인업을 선보이고 있다. 지멘스 PLM 소프트웨어는 엘엠에스(LMS)에 이어 지난 해 씨디어댑코를 인수하고 ‘심센터(Simcenter)’ 브랜드를 론칭했다. 심센터는 1D, 3D/CFD, 테스팅 등의 솔루션 포트폴리오를 통해 멀티피직스 시뮬레이션 역량을 제공한다. 또한 설계 탐색과 PLM 플랫폼 기반의 시뮬레이션 데이터 관리 등을 지원한다. ▲레거시 인하우스 코드와 원활한 통합 ▲리소스를 효율적으로 활용할 수 있는 유연한 라이선스 체계 ▲손쉬운 UI에 기반한 학습 부담의 최소화 등이 지멘스가 내세우는 심센터의 이점이다.

▲ 지멘스 PLM 소프트웨어 백영렬 부사장

심센터 포트폴리오 안에서 STAR-CCM+의 시너지 강화

STAR-CCM+는 지멘스의 심센터 포트폴리오 중에서 CFD 부분을 맡고 있다. CFD 솔루션으로서 입지를 탄탄히 다져왔을 뿐 아니라, 최근에는 심센터 포트폴리오의 여러 제품들과 시너지를 강화하는 방향으로 발전하고 있다. 매년 한 차례의 메이저 버전 업과 세 차례의 마이너 업데이트가 이뤄지는데, 이번 행사에서는 STARCCM+ 12 버전의 주요한 특징과 향후 로드맵이 소개되었다.

지멘스 PLM 소프트웨어의 데릴 스나이더 프로덕트 매니지먼트 부사장은 “지멘스는 ‘모든 것을 바꾸는 디지털화’에 주목하면서 시뮬레이션 전략을 재정의하고 있다. 설계, 검증, 트러블슈팅 등 기존의 CAE 활용 영역에 더해 자동화와 설계탐색까지 지원함으로써 설계자가 창의적 활동을 더 많이 수행할 수 있도록 한다”고 소개했다.

STAR-CCM+는 전처리-솔버-후처리를 단일 UI(사용자 인터페이스)로 통합하고, 유연하면서 강건한 메싱, 강력한 멀티피직스 해석, 효율적인 확장성, 시뮬레이션 워크플로 자동화, 포괄적인 데이터 분석 등을 강점으로 내세우고 있다. 사용자 포럼인 아이디어스톰(IdeaStorm)과 기술 포털인 스티브(Steve) 등을 통해 의견을 수렴해 기능의 추가와 개선이 꾸준히 이뤄지고 있다.

STAR-CCM+ 12.02 버전은 데이터를 분석하고 시각화하는 기능이 크게 강화되었다. 차트 하이라이팅(Chart Highlighting)을 통해 수학적 계산 결과를 빠르고 쉽게 리뷰하고 의견을 교환할 수 있다. 또한 해석 결과의 시각화에 레이트레이싱(ray-tracing)을 적용했는데, STAR-CCM+의 레이트레이싱은 CPU 기반으로 별도의 그래픽카드가 필요 없다. 이외에 연소 프로세스의 시뮬레이션에서 화염편(flamelet) 테이블을 최적화하고 정확도를 높였으며, 고체산화물(Solid Oxide) 연료전지의 해석 기능이 추가되었다.

7월에 출시된 STAR-CCM+ 12.04 버전은 지능적인 설계 탐색 및 시뮬레이션 관리 기능이 중점 강화되었다. 새로운 설계 탐색 기능이 디자인 매니저(Design Manager)라는 이름으로 기본 탑재되었고, 스타-이노베이트(STAR-Innovate) 애드온과 결합해 최적화 솔루션인 히즈(HEEDS)와 연계도 가능하다. STAR-CCM+ v12.04에서는 다이내믹 쿼리(Dynamic Query) 기능이 확장되어 쿼리 기반의 해석 모델 선택이 간편해지고, 3D CAD의 모델 업데이트 내용이 자동으로 반영되는 동기화 기능이 강력해졌다. 입자해석(DEM)에서는 Polyhedral Primitive Particles 해석이 추가되어 다면체 형태의 입자를 정확하게 모델링하고 해석할 수 있다. VOF와 EMP-LSI 등 다상반응에 대한 해석 기능도 추가되었다.

스나이더 부사장은 “연내 발표될 STAR-CCM+ 12.06 버전에서는 인 실린더 시뮬레이션에 특화된 STAR-ICE 애드온이 추가될 예정이다. 또한 CAD 파일을 불러올 때 형상 컴포넌트의 이름을 자동으로 붙이고 이를 커스터마이징할 수 있게 되는 등 편의성이 더욱 강화된다”고 소개했다.

한편 심센터 포트폴리오 내에서 STAR-CCM+와 다른 솔루션의 시너지가 꾸준히 강화될 것으로 보인다. 1D 해석 솔루션인 아메심(Imagine.Lab AMESIM)과 STAR-CCM+의 코시뮬레이션이 가능할뿐 아니라, 아메심 내에 CFD 해석을 임베드할 수 있는 모듈도 선보일 예정이다. 스나이더 부사장은 이외에도 열관리 최적화를 위한 아메심-STAR-CCM+-히즈의 연계나 음향소음해석을 위한 STAR-CCM+와 버추얼랩(LMS Virtual.Lab)의 연계, 유동-구조 상호작용을 살펴볼 수 있는 STAR-CCM+와 NX 나스트란(NX Nastran)의 양방향 커플링 등 다양한 연계해석 방법을 소개했다.

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