케이던스 디자인 시스템즈(Cadence Design Systems)의 일원이 된 MSC Software(구 Hexagon D&E)의 시뮬레이션 기술을 기반으로, 스마트 건설장비의 가상 개발(Virtual Development) 및 설계 검증 사례를 공유하는 자리가 마련된다. 최근 건설장비 산업은 탄소 저감, 소음 규제 등 강화되는 환경 규제와 AI·IoT 기술 발전에 따라 전동화 및 친환경 기술 도입이 가속화되고 있다. 특히 작업 현장의 안전과 생산성을 높이기 위한 자율주행 및 지능화 기술에 대한 요구가 커지면서, 설계 초기 단계부터 실제 작업 조건을 반영해 시스템 거동과 성능을 예측하는 CAE(Computer-Aided Engineering) 기반 검증 환경이 핵심 경쟁력으로 부상하고 있다. 3월 11일(수) 오후 2시 ~ 3시 30분까지 진행되는 이번 웨비나에서는 시뮬레이션 환경을 활용한 가상 개발 전략을 중심으로 ▲건설장비 시스템 동역학 ▲자율주행 기술 ▲전동화 구동계 설계 검증 ▲CFD 기반 열관리 해석 등 CAE 통합 적용 전략과 구체적인 설계 검증 사례를 상세히 소개할 예정이다. 온라인으로 진행되는 웨비나는 사전등록 후 무료 시청할 수 있다.

산업을 위한 AI와 버추얼 트윈 기술 (1)   국제적으로 환경 규제가 강화됨에 따라 조선산업에서는 설계 초기 단계부터 탄소 배출을 정량적으로 관리하는 체계가 필수로 자리잡고 있다. 다쏘시스템은 카티아 매직(CATIA Magic)과 다이몰라(Dymola)를 통해 모델 기반 시스템 엔지니어링(MBSE)과 다물리 시뮬레이션을 결합한 ‘프론트 로딩’ 환경을 제공한다. 이를 통해 선박의 복잡한 시스템을 통합적으로 검증하고 최적의 설계 대안을 도출함으로써, 저탄소 친환경 선박 개발의 리스크를 줄이고 기술 경쟁력을 강화할 수 있다.   ■ 신정일 다쏘시스템코리아 조선해양 Technical Executive 홈페이지 | www.3ds.com/ko   전 세계 교역 물량의 약 90%를 담당하는 해운 산업은 전 지구적 온실가스 배출의 약 3%를 차지하고 있으며, 기후 위기 대응의 핵심 산업으로 빠르게 부상하고 있다. 국제해사기구(IMO)는 2050년까지 해운 산업의 온실가스 순배출 제로(net-zero)를 목표로 설정하고, 기존선 에너지효율지수(EEXI : Energy Efficiency Existing Ship Index)와 탄소집약도지표(CII : Carbon Intensity Indicator) 등 규제를 본격적으로 시행하고 있다. 이러한 규제 환경은 선박의 성능을 단순히 ‘만족’시키는 수준을 넘어, 설계 초기 단계에서부터 탄소 배출을 정량적으로 예측, 관리, 검증할 수 있는 체계를 요구하고 있다. 이러한 변화로 인해 기존의 2D 도면 중심 설계와 부문별로 단절된 해석, 사후 검증 위주의 접근 방식만으로는 더 이상 효과적인 대응이 어렵다는 인식이 확산되고 있다. 이에 따라 최근 조선산업에서는 모델 기반 시스템 엔지니어링(Model-Based Systems Engineering : MBSE)과 시스템 단위 시뮬레이션을 중심으로 한 디지털 전환이 핵심적인 대응 방안으로 부상하고 있다.   조선산업에서 MBSE가 필수인 이유 선박은 본질적으로 추진, 전력, 연료, 안전, 제어, 열, 규제 요구사항이 복합적으로 얽힌 통합 시스템(system of systems)이다. 그러나 전통적인 설계 방식에서는 이러한 요소들이 개별 부서, 개별 해석 도구, 개별 문서로 관리되어 왔으며, 시스템 차원의 상호 영향은 설계 후반부나 시운전 단계에서야 드러나는 경우가 많았다. MBSE는 이러한 한계를 극복하기 위한 접근 방식이다. 선박을 하나의 통합 시스템으로 정의하고 요구사항–기능–구성요소–성능 간의 관계를 모델로 명확히 연결함으로써, 설계 변경이 전체 시스템에 미치는 영향을 사전에 검증할 수 있도록 한다. 이는 단순한 설계 효율화가 아니라, 규제 대응 리스크와 기술 불확실성을 구조적으로 줄이는 방법이다. 특히 저탄소 친환경 선박에서는 연료 소비, 이산화탄소 배출, 에너지 흐름, 운항 조건이 서로 긴밀히 연결되어 있기 때문에, 시스템 차원의 모델링과 시뮬레이션 없이는 설계 단계에서 신뢰성 있는 판단을 내리기 어렵다.   친환경 시스템 설계를 위한 성능 검증 다쏘시스템의 카티아 매직(CATIA Magic)은 이러한 복잡성을 관리하기 위해 MBSE를 단순한 개념이 아니라 설계–검증–의사결정이 유기적으로 작동하는 실질적인 실행체계로 구현한다. 요구사항 관리와 시스템 아키텍처를 중심으로 선박 전체의 구조와 기능을 정의하고, 그 결과를 물리 성능 시뮬레이션과 직접 연결함으로써 설계 초기 단계의 판단이 실제 성능 검증으로 즉시 이어지는 ‘프론트 로딩(front loading)’ 환경을 제공한다. 이 과정에서 다이몰라(Dymola)는 MBSE에서 정의된 시스템 아키텍처를 물리적으로 검증하는 핵심 가교 역할을 수행한다. 카티아 매직에서 정의된 요구사항과 검증 시나리오는 다이몰라의 시스템 모델로 전달되며, 다이몰라는 추진, 전력, 연료공급, 열관리 및 제어시스템 등 선박의 복합한 거동을 다물리(multi-physics) 기반으로 시뮬레이션하여 정량적인 성능 결과를 도출한다. 이러한 결과는 다시 시스템 아키텍처로 피드백되어 설계 대안 간 트레이드오프 분석과 전체 시스템 최적화에 활용된다. 특히 다이몰라는 오픈소스로 무료 사용이 가능한 표준 모델링 언어인 모델리카(Modelica)를 채택하고 있어, 조선소가 자사의 설계 철학과 운용 조건을 반영한 컴포넌트를 직접 구현할 수 있는 높은 유연성을 제공한다. 이를 통해 특정 벤더의 정형화된 라이브러리에 종속되지 않고, 기업 고유의 도메인 지식과 설계 노하우를 모델로 축적하고 활용할 수 있으며, 지식재산권 보호 측면에서도 경쟁력을 확보할 수 있다. 이러한 특성은 복잡성과 다양성이 높은 조선산업의 설계 및 생산 환경에서 성능을 검증, 최적화하는 데 적합하다.   그림 1   즉, MBSE가 ‘무엇(what)을 만족해야 하는가’를 정의한다면, 다이몰라는 ‘그 요구사항이 실제 물리 법칙 하에서 가능한가(how)’를 입증하는 역할을 담당한다. 이러한 시스템 아키텍처–성능 시뮬레이션 간 폐순환(closed-loop) 구조를 통해 설계 변경이 발생하더라도 그 영향이 신속하게 시뮬레이션 모델에 반영되며, 엔지니어는 그 결과를 바탕으로 데이터에 근거한 최적의 설계 대안을 도출할 수 있다. 이러한 초기 단계에서의 검증은 선박의 생산 및 시운전 단계에서의 시행착오를 획기적으로 줄이고, 한국 조선업의 기술적 리더십을 공고히 하는 핵심 경쟁력이 될 것이다.   카티아 매직과 다이몰라를 활용한 저탄소 친환경 성능 검증 사례 카티아 매직과 다이몰라는 이미 글로벌 조선산업에서 저탄소 성능을 설계 초기부터 검증하는 데 활용되고 있다. 대표적인 사례로는 전력 시스템 성능 검증, 그리고 IMO CII 규제 검증이 있다. 첫 번째 예로, 유럽의 한 조선소에서 선박 운항 중 전력 부하 해석을 통해 케이블, 변압기, 발전기 등 주요 전력 구성 요소의 적정 용량을 산정하고, 제어기를 포함한 전력 시스템의 전력 소모를 최소화하여 친환경 운항을 도모한 사례이다. <그림 2>와 같이 부하 흐름(load flow) 해석과 과도(transient) 시뮬레이션을 통해 주요 전력 구성 요소의 용량과 전력 계통의 거동을 설계 초기 단계에서 검증함으로써, 전압 강하 및 과부하 발생 여부를 사전에 평가할 수 있다.     ■ 기사 상세 내용은 PDF로 제공됩니다.

한국에이브이엘은 지난 6월 20일 ‘미래 모빌리티를 위한 AVL의 최신 비전 : 가상 테스트의 새로운 시대’ 기술 세미나를 진행했다고 밝혔다. 이번 세미나에는 현대자동차, 한국GM TCK, KG모빌리티, 르노자동차, 한국자동차연구원, 자동차안전연구원 등 국내 자동차 업계의 분야별 담당자 및 관계자 약 200여 명이 참석했다. 특히, 지난 3월 유럽연합(EU)의 ‘내연기관차 퇴출’ 법안 시행에 따른 다양한 미래 모빌리티 및 전동화 개발 도전과제를 극복을 위한 AVL의 최신 비전과 솔루션 활용 방안과 더불어, 개발의 패러다임을 근본적으로 변화시킬 수 있는 방안인 AVL의 가상 테스트 솔루션을 소개하고자 마련됐다. 이번 기술 세미나는 총 7개의 기조연설, 기술 세션 및 고객 성공 사례 발표로 구성되었으며, 끊임없이 빠르게 변화하는 모빌리티 패러다임 속 ▲가상화 ▲인공지능(AI) ▲디지털 트윈 ▲소프트웨어 정의 차량(SDV) 등을 위한 가상 테스트베드 역량 확보의 중요성이 어느 때보다 커지고 있는 만큼, 고객이 보다 실질적이고 구체적인 방안을 마련할 수 있도록 독려하는데 목적을 뒀다. 세미나는 AVL 본사 잔루카 비탈레(Gianluca Vitale) 상무이사가 ‘혁신의 가속화 : 인공지능(AI) 기반 자동차 공학의 개발론’을 주제로 기조연설을 진행했고, 이어 AVL 본사의 분야별 전문가들이 디지털 트윈, 다양한 검증 환경 (MiL, SiL)의 가상 테스트베드 통합 방안, e-파워트레인 교정을 위한 가상 실험 방법론, 소프트웨어 정의 차량(SDV) 시대의 소프트웨어 구축 가속화 방안 등 최신 모빌리티 트렌드와 미래 청사진을 공유했다. 그리고, 한국AVL의 주요 고객사인 현대자동차의 현민수 책임과 임태웅 책임이 각각 ‘가상 주행 테스트를 위한 다중 물리적 BEV 모델링 및 모델 통합 방법론’ 및 ‘XiLS(X in the Loop Simulation) 기반 열관리 개발 방안’을 주제로 AVL 솔루션을 활용한 현대자동차 개발 성공 사례에 대해 소개했다.     이번 기술 세미나의 주관을 맡은 한국에이브이엘 시험평가 사업부의 배성원 상무는 “AVL은 지난 70여 년 동안 혁신적인 모빌리티 시험평가 시스템을 개발하고 제공해 왔을 뿐 아니라, 급변하는 개발 환경을 연결하는 솔루션을 제공해 고객의 요구사항에 맞는 제품, 시스템 및 소프트웨어를 실 사용자의 워크플로에 맞춰 통합하고 조정할 수 있는 장점을 가지고 있다”면서, “특히 이번 기술세미나를 통해 ‘완전한 전동화 및 전기차 개발’ 및 ‘소프트웨어로 정의하는 자동차(SDV)로의 전환’ 과제에 당면한 고객의 특정 작업에 최적화된 AVL의 고유하고 유연한 개발 환경을 통해, 개발 효율성을 높여 고객과 함께 성장하고 정의하는 것이 AVL 시험평가 사업부의 방향성”이라고 전했다.

KAIST 기계공학과 지음 / 19,800원 / 해냄출판사       KAIST 기계공학과 교수들이 들려주는 첨단 기술의 오늘과 내일 언제쯤 아이언맨 같은 로봇을 직접 입게 될까? 기후 위기를 효과적으로 해결할 에너지 혁신 기술이 있을까? 로봇팔이 인간의 뜻대로 움직이는 기술적 원리는 뭘까? 동전만한 실험실에 내 장기를 구현할 수 있다면? ‘기술 혁명 시대’라 칭할 수 있는 오늘날, 공학 기술은 우리의 일상생활과 사회 발전에 핵심적인 역할을 맡고 있다. 그만큼 우리는 기술에 대한 이해와 공학적 사고가 필수 교양이 된 시대를 살고 있는 셈이다. 그러나 비전공자의 입장에서 나날이 고도화되어 가는 기술 변화를 파악하기란 어려우며, 여기에 미래 전망에 대한 질문까지 덧붙는다면 답을 내놓기란 더욱 까다로워진다. 이에 첨단 기술의 오늘을 알려주고 미래를 함께 고민하기 위해 KAIST 기계공학과 교수 27명의 지식을 한데 모은 책 『상상하는 공학 진화하는 인간』이 출간됐다. KAIST 기계공학과는 한국 최초의 인간형 로봇 개발 등 신기술을 선도하며 공학 분야의 글로벌 리더로 인정받고 있다. 각자의 연구 분야에서 세계적 수준의 성과를 이뤄낸 공학자들이 필진으로 참여하여 한 권의 책 안에 첨단 기술의 원리, 적용 사례뿐 아니라 앞으로의 발전 가능성까지 깊이 있는 지식을 빼곡히 담았다. 무엇보다 이 책은 전문적인 용어와 개념을 비전공자의 눈높이에 맞춰 차근차근 설명하여, 기술에 대한 지식을 바탕으로 새로운 내일을 준비하는 미래 세대는 물론 첨단 기술의 양상과 흐름을 파악하고자 하는 일반인 모두가 읽을 수 있는 책이다. “기계공학자 없이는 아무것도 움직일 수 없다.” 공학은 자연과학의 원리를 그 시대의 필요에 맞춰 활용하여 새로운 기술과 가치를 창출하는 학문으로서, 지금껏 인류가 직면한 여러 문제들을 해결해 왔다. 다양한 공학 분야 중 특히 기계공학은 18세기 산업혁명을 촉발한 증기기관의 발명과 함께 본격화되어 각종 도구와 기계로 문명을 발전시켰다. 이러한 기계공학은 여러 종류의 공학 가운데 가장 오랜 역사를 갖고 있기에 흔히 오늘날 4차 산업혁명의 본류와는 거리가 있다고 오해받곤 한다. 하지만 기계공학은 융합과 혁신의 중심에 있는 학문으로 기계공학의 전통적인 분야인 역학과 설계는 데이터 기반의 인공지능과 결합하여 그 역할이 확장되고 있다. 급속도로 진화하는 로봇 기술 외에도 미래 모빌리티, 열관리, 에너지, 소재, 첨단 반도체, 의학, 심리학 등 기계공학이 관여하지 않는 분야가 없을 정도다. 이에 KAIST 기계공학과 학과장인 김정 교수는 영국 기계학회의 슬로건을 빌려 이렇게 말한다. “Nothing moves without mechanical engineers.(기계공학자 없이는 아무것도 움직일 수 없다)” 따라서 기계공학을 이해하는 것은 기술 문명의 변천사와 공학의 기초를 이해하는 데 매우 중요한 역할을 한다. 이 책은 2부 6장으로 구성되어 있다. 1부 ‘세상을 바꾸는 공학’에서는 기술이 세상을 어떻게 변화시켜 왔으며, 앞으로는 어떻게 발전될 것인지 알아본다. 이미 우리의 일상 속 가까이 들어와 있는 로봇과 모빌리티 기술의 가능성을 짚어보고(1장 ‘새로운 역사를 쓰는 로봇 기술과 모빌리티’), 탄소 중립을 달성하기 위한 친환경에너지의 중요성과 그 활용 기술(2장 ‘내일의 생존을 위한 에너지 혁신’)을 살펴본다. 3D프린터와 인공지능 등의 첨단 기술이 생산 현장을 획기적으로 변화시키는 사례(3장 ‘미래를 그리는 첨단 생산 기술’) 역시 신기술의 현재를 가늠하기 위해 눈여겨볼 필요가 있다. 2부 ‘인간을 진화시키는 공학’에서는 인간 삶의 가능성을 확장하는 공학의 기술에 대해 알아본다. 특히 의공학의 발전, 더 나아가 인간과 기계가 결합해 가는 사례에 대한 연구는 우리의 상상력을 자극한다. 각종 첨단 센서와 음향 블랙홀 등 우리가 잘 인식하지 못하지만 인간의 생활에 도움을 주는 기계(4장 ‘눈에 보이지 않지만 항상 우리 곁에 있는 기계’)에 대해 알아보고, 광학 기술과 장기 칩 등 보다 쉽고 정확하게 질병을 찾아낼 수 있도록 돕는 의공학의 발전 가능성(5장 ‘새로운 의료 패러다임을 이끄는 공학’)을 탐구해 본다. 또한 사람이 단순히 기계를 사용하는 것이 아니라 기계와의 융합을 통해 진화할 수 있는 가능성(6장 ‘기계와 함께 진화하는 인간’)도 살펴본다. 인간을 위한 기술을 향하여, 우리가 공학을 배워야 하는 이유 물론 기술이 인류의 삶을 풍요롭게 만들기만 하는 것은 아니다. 기술로 인한 부작용과 폐해 또한 크다. 화석연료를 기반으로 한 기술의 급격한 발전과 대량 생산 시스템은 기후 위기라는 결과를 낳았다. 인공지능의 발전이 인간 삶에 이롭기만 할 것인가에 대한 논쟁도 치열하다. 따라서 필진들은 기술을 연구하는 사람으로서 가져야 할 윤리 의식을 강조하며 미래의 기술 발전이 누구를 위한 것이어야 하는지 질문을 던지는 일도 잊지 않는다. 전(前) KAIST 공과대학 학장을 역임한 배충식 교수는 말한다. “기술 발전과 함께 생겨난 문제들이 기술로만 풀릴 수는 없겠지만 더 나은 기술을 만들어야 해결 가능성이 높아지는 것 또한 사실이다.” 지속가능한 세상을 함께 만들기 위해 우리가 공학을 배워야 하는 이유이다.  이러한 취지에 공감한 이광형 KAIST 총장, 뇌과학자 정재승 교수, 석상옥 네이버랩스 대표 등 국내 최고의 이·공학자들은 본 도서를 미래를 이끌어갈 청년들에게 추천했다. 『상상하는 공학 진화하는 인간』은 오늘날 기계공학이 이끌어가는 다양한 첨단 기술을 깊이 있게 다룬 공학 교양서로, 오늘날 우리 삶에 깊숙이 파고든 기술 혁명의 방향과 흐름을 제시하는 안내서가 될 것이다.  

한국에이브이엘은 지난 2월 22일 ‘미래 모빌리티를 위한 AVL의 최신 시뮬레이션 트렌드 및 개발 방법론’을 주제로 버추얼 콘퍼런스를 개최했다고 밝혔다. 비대면으로 진행된 한국에이브이엘 2024 버추얼 콘퍼런스에는 다양한 산업 분야 관계자 약350여 명이 참여했다. 특히, 배터리, 전동화 구동 시스템, 배출가스 규제 대응, 자율 주행 등에 관련된 다양한 미래 모빌리티 개발 도전과제를 위한 AVL의 최신 시뮬레이션 및 소프트웨어 활용 방안과 더불어 모빌리티 개발의 패러다임을 변화시킬 수 있는 방법인 SDV(Software Defined Vehicle)를 위한 데브옵스(DevOps) 솔루션을 소개하고자 마련됐다. 이번 한국에이브이엘의 온라인 콘퍼런스는 총 8개의 기조연설 및 기술 세션으로 구성되었으며, 끊임없이 빠르게 변화하는 모빌리티 패러다임 속 자율주행·커넥티비티·전동화·공유화를 위한 소프트웨어 역량 확보의 중요성이 어느 때보다 커지고 있는 만큼 고객이 보다 실질적이고 구체적인 방안을 마련할 수 있도록 독려하는데 목적을 뒀다.     이번 AVL의 최신 시뮬레이션 트렌드 및 개발 방법론 콘퍼런스는 한국에이브이엘 시뮬레이션 및 ADAS/AD 사업부 심재영 상무의 ‘버추얼 트윈(Virtual Twin) : 지속가능한 모빌리티의 시작’을 주제로 한 기조연설이 진행됐다. 이어 한국에이브이엘의 분야별 전문가들이 배터리, 인공지능 기반의 EDU 개발 최적화, E-Motor 열관리 시뮬레이션 방법론, 변속기 오일 분포 및 손실 예측 방안, ADAS/AD를 위한 가상 시나리오 기반 안전성 평가, 소프트웨어 정의 자동차(SDV) 등 최신 모빌리티 트렌드와 미래 청사진을 공유했다. 이번 콘퍼런스의 진행을 맡은 한국에이브이엘 시뮬레이션 및 ADAS/AD 사업부 심재영 상무는 “AVL은 지난 70여년 동안 엔진을 비롯한 파워트레인의 개발과 관련 솔루션을 제공해왔을 뿐 아니라, 지금은 전세계적으로 1500여명의 엔지니어 인력을 통해 자율주행, 첨단 운전자 보조 시스템(ADAS), 커넥티비티, SDV, 사이버보안 등 모빌리티 전방위 영역에서의 소프트웨어 및 솔루션 개발을 및 개발 프로세스에 대한 도움을 주고 있다”면서, “특히 이번 콘퍼런스를 통해 ‘소프트웨어로 정의하는 자동차로의 전환’ 과제에 당면한 엔지니어의 부담을 덜기 위한 국제 표준 준수 기반의 AVL 소프트웨어 및 시뮬레이션에 대한 발표가 도움이 되었기를 바란다”고 전했다.

멀티피직스 해석, 시스템 시뮬레이션, Simcenter Amesim  주요 CAE 소프트웨어 소개    ■ 개발 : 지멘스 디지털 인더스트리 소프트웨어, www.plm.automation.siemens.com/global/ko ■ 자료 제공 : 지멘스 디지털 인더스트리 소프트웨어, 02-3016-2000, www.plm.automation.siemens.com/global/ko / 델타이에스, 070-8255-6001, www.deltaes.co.kr / 플로우마스터코리아, 02-2093-2689, www.flowsystem.co.kr Simcenter Amesim은 시스템 시뮬레이션 엔지니어가 시스템의 성능을 가상으로 평가하고 최적화할 수 있도록 지원하는 통합 메카트로닉스 시스템 시뮬레이션 플랫폼이다. Simcenter Amesim을 통해 초기 개발 단계에서 최종 성능 검증 및 제어 Calibration 단계에 이르기까지, 전체 시스템 엔지니어링의 생산성을 크게 향상시킬 수 있다. 또한 확장 가능한 통합 시스템 시뮬레이션 플랫폼을 사용하여, 시장 출시 지연 및 품질 저하 없이 제품의 혁신을 창출할 수 있다.  Simcenter Amesim은 강력한 플랫폼 기능으로 지원되는 애플리케이션 및 산업별 특화 솔루션과 결합된 즉시 사용 가능한 다중 물리 라이브러리를 포함하며, 이를 통해 모델을 신속하게 만들고 해석을 정확하게 수행할 수 있도록 한다. 또한 엔터프라이즈 프로세스에 통합할 수 있는 개방형 환경을 제공하며, 소프트웨어를 CAE(Computer-Aided Engineering), CAD(Computer-Aided Design), 제어 소프트웨어 패키지와 손쉽게 통합하고, FMI(Functional Mock-up Interface), Modelica와 상호 호환되고, 이를 다른 Simcenter 솔루션, Teamcenter, Excel 등과 연결할 수 있다. 1. 주요 기능 (1) 시스템 시뮬레이션 플랫폼 개방적이며 강력한, 사용자 친화적인 다중 물리 시스템 시뮬레이션 플랫폼의 이점을 활용해 복잡한 시스템과 구성 요소를 모델링, 실행 및 해석할 수 있다. 1D 다중 물리학 시스템 시뮬레이션과 강력한 설계를 구현하는 데 쉽게 사용할 수 있는 고급 환경을 제공해, 다양한 스크립팅 및 커스터마이제이션을 가능하게 하여, 기존 설계 프로세스 내에서 Simcenter를 매끄럽게 통합할 수 있도록 한다.  1D 및 3D CAE 소프트웨어 솔루션과 효율적으로 상호작용하며, 지속적이며 일관된 MiL(model-in-the-loop), SiL(software-in-the-loop), HiL(hardware-in-the-loop) 가능 프레임워크를 제공해 표준 실시간 대상에 대한 모델을 신속하게 도출하여 사용할 수 있다.   (2) 시스템 통합 개발 장벽을 없애고 증가하는 시스템 복잡성을 효과적으로 처리한다. 모델 기반 설계(MBD)를 성공적으로 도입하려면 초기 아키텍처 설계에서 Calibration 단계에 이르기까지 일관성 있는 모델링 방식을 적용해야 하는데, 이러한 엔지니어링 혁신을 지원하기 위해 사용자 경험을 간소화해 효율성을 높인다. 또한 물리적 모델링과 관련된 유용한 기능과 다분야의 고유 기능이 통합돼 자동차, 비행기, 굴착기, 선박 및 그 외 산업 응용 분야에 가장 효과적인 엔지니어링 설계 프로세스를 설정할 수 있다.  (3) 메카니컬 시스템 시뮬레이션 증가하는 기계 시스템 엔지니어링 복잡성에 대응하여, 다차원(1D, 2D 및 3D) 동적 시뮬레이션을 지원하는 최첨단 모델링 기술로 저주파/고주파 현상을 해석해 강체 또는 유연체, 복잡한 비선형 마찰에 대해 알아볼 수 있다. 복잡한 지오메트리 간 접촉을 고려해 메카니즘의 신뢰성과 견고성을 향상시킨다. 또한 아키텍처 및 설계 결정을 프론트로딩할 수 있다. 플랜트 모델과 제어 모델, 코드를 연결해 강력한 메카트로닉 시스템 개발을 지원한다. (4) 열 관리 시스템 시뮬레이션 열 통합 문제를 해결할 수 있도록 사전 설계 단계에서 최종 검증에 이른 전체 설계 사이클을 망라하는 포괄적 솔루션 세트를 제공해, 열 관리를 최적화하고 효율적이며 안정적인 시스템을 설계한다. 이러한 기능을 통해 자동차, 비행기 또는 실내 쾌적성과 같은 열 성능을 극대화하는 동시에 에너지 효율성을 최적화할 수 있으며, 주변 환경과의 상호 작용을 비롯한 시스템의 실제 운영 환경을 나타낼 수 있다. 또한 에너지 회수 시스템 통합과 이것이 성능과 에너지 소비에 미치는 영향을 연구할 수 있으며, 고급의 포스트 프로세싱 기능을 활용해 시스템의 에너지 흐름을 그래픽으로 시각화할 수 있다. (5) 유체 시스템 시뮬레이션 기능 모델에서 상세 모델에 이르는 유체 시스템을 모델링할 때 전문/비전문 사용자 모두를 지원하는 포괄적인 구성요소 라이브러리를 제공해, 물리적 프로토타입 사용을 엄격히 제한하면서 유압 및 공압 구성요소의 동적 거동을 최적화한다. 다양한 구성요소, 기능 및 애플리케이션 중심 툴을 갖춘 Simcenter를 사용하면 모바일 유압 작동 시스템, 파워트레인 시스템, 항공기 연료 및 환경 제어 시스템과 같은 다양한 애플리케이션을 위한 유체 시스템을 모델링할 수 있다. (6) 전기 시스템 시뮬레이션 전장화의 핵심 시스템인 연료전지, 배터리, 모터, 인버터, 제어기 등의 시스템에 대한 기본 모델부터 상세 모델들을 제공한다. 콘셉트 설계부터 제어 검증까지 전기 및 전자 기계 시스템을 시뮬레이션할 수 있다. 메카트로닉스 시스템의 동적 성능을 최적화하고 전력 소비를 분석하며, 자동차, 항공 우주, 산업 기계 및 중장비 산업을 위해 전기 장치 제어 법칙을 설계하고 검증할 수 있는 기능을 제공한다. (8) 연료전지 시스템 시뮬레이션 연료전지 스택(PEMFC)의 맵 기반 모델, 시험 데이터 기반의 모델부터 전기화학적 모델 라이브러리 및 데모를 지원한다. 다양한 운전환경(온도, 습도, 압력 등)에 따른 스택의 전압을 예측할 수 있으며 고압탱크, 수소공급계통, 공기공급계통의 요소의 모델링을 통해 전체 연료전지 시스템의 성능과 효율을 검증할 수 있다. 나아가 연료전지 자동차의 통합 시스템 모델을 구축함으로써 콘셉트 검증 및 연비 예측, 스택의 출력 및 효율 예측, 열관리 성능을 평가할 수 있으며 제어 전략을 수립할 수 있다. (7) 추진 시스템 시뮬레이션 차세대 추진 시스템을 개발할 수 있다. 다중 물리 시스템 시뮬레이션 방식을 사용하면 다양한 아키텍처와 기술을 처리할 수 있다. 예시로는 자동차 파워트레인 전기화, UAM을 위한 전기/하이브리드 파워트레인, 우주 산업을 위한 재사용 가능한 발사 시스템, 선박을 위한 대체 연료(LNG) 사용 등을 들 수 있다. 단일 플랫폼에서 교차 시스템 영향에 대한 완전한 해석을 수행해 온보드 발전 또는 차량 오염 물질 배출과 같은 다양한 메트릭에 대한 추진 시스템의 영향을 설계하고 평가할 수 있다.     좀더 자세한 내용은 'CAE가이드 V1'에서 확인할 수 있습니다. 상세 기사 보러 가기 

주요 CAE 소프트웨어 소개   ■ 개발 : AVL, www.avl.com ■ 자료 제공 : 한국AVL, 02-580-5800, www.avl.com Model.CONNECT는 Model Integration 및 Co-simulation이 가능한 오픈 통합 시뮬레이션 플랫폼이다. 1. 주요 특징 Model.CONNECT는 모델 통합 및 이종 툴 간의 연동 해석을 지원한다. 2. 주요 기능 ■ ADAS 기능에 대한 시나리오 기반 최적화 ■ RDE와 주행성능에 대한 ECU 캘리브레이션 ■ 전기차와 하이브리드 차의 열관리 검증   3. 도입 효과 ■ 다분야 및 다른 환경(가상-실제)의 툴 들의 통합 해석 ■ 모델 기반 개발 접근법을 통해 전체 개발 프로세스 상의 비용 절감과 개발 효율 증대 ■ 광범위한 파워트레인/차량 애플리케이션에 적용 가능   4. 주요 고객 사이트 현대자동차 등에서 Model.CONNECT를 사용하고 있다.     좀더 자세한 내용은 'CAE가이드 V1'에서 확인할 수 있습니다. 상세 기사 보러 가기 

적층 기술과 소재의 발전에 힘입어, 3D 프린팅은 제조 분야에서 새로운 가능성을 실현할 수 있는 기술로 꾸준히 주목을 받고 있다. 최근에는 전반적인 제조 프로세스의 향상을 목표로 시뮬레이션 및 생산 관리 등 소프트웨어 기술이 3D 프린팅과 연계되고 있으며, 인공지능 기반의 자동화나 클라우드 플랫폼 등도 활발히 접목되는 추세이다. 3D시스템즈코리아는 지난 4월 27일 ‘매뉴팩처링 솔루션즈 데이’ 행사를 진행했다. 이 행사에서 3D시스템즈코리아는 적층제조(AM) 기술에 기반한 제조 혁신 프로세스와 함께 항공우주/국방, 반도체, 헬스케어, 해양, 자동차, 의료 등 폭넓은 산업에서 적층제조 기술의 적용 사례를 소개했다. ■ 정수진 편집장     기술에서 프로세스 혁신으로, 3D 프린팅의 핵심 가치 변화 3D 프린팅 기술은 프로토타입 제작에서 점차 다양한 산업, 다양한 분야로 확장하고 있다. 3D시스템즈는 지속적인 혁신과 기술 개발을 통해 다양한 제조 기업의 프로세스를 향상시킬 수 있는 솔루션 공급사로 자리매김하는 데에 자사의 핵심 경쟁력이 있다고 보고 있다. 3D시스템즈코리아의 정원웅 대표이사는 “3D시스템즈는 ‘나에게 필요한 솔루션을 제공하는 회사’를 목표로 전세계 80여 명의 전문 엔지니어가 기술을 개발하고 있으며, 매일 2만대 이상의 프린터가 100만 개 이상의 부품을 생산하고 있다”고 소개했다. 3D 프린터, 소재, 소프트웨어 등 제품 중심의 비즈니스를 벗어나, 고객의 실질적인 가치와 활용분야에 적합한 솔루션을 제시하겠다는 것이다. 3D시스템즈는 산업과 의료 분야를 자사 3D 프린팅 비즈니스의 중심 축으로 놓고 있다. 이에 맞춰 시뮬레이션, 절삭가공과 적층가공을 결합한 하이브리드 가공, 인공지능 등의 기술을 꾸준히 인수합병하면서 변화를 가속화하고 있다. 3D 프린팅은 고객의 요구에 빠르게 대응할 수 있다는 것이 장점으로 꼽힌다. 3D시스템즈는 자동차, 우주항공, 바이오, 의료, 제조 등 다양한 분야의 고객을 확보하고 있는데, 정원웅 대표이사는 국내에서 적층제조의 활용 폭을 넓히면서 더 많은 고객 사례를 소개하는 데에 노력을 기울일 계획이라고 전했다. 예를 들어, 항공우주/방위 분야에서는 고부가가치 제품 개발과 소량생산, 경량화 등에 초점을 맞추고 있다. 자동차 산업에서는 목업을 제작하는 시간과 비용을 줄이는 데에 3D 프린팅이 유용하게 쓰이고, 의료 분야에서는 바이오 3D 프린팅, 임플란트, 수술 계획 수립 등에 활용할 수 있다. 이외에도 3D시스템즈는 적층제조가 일찌기 생산 프로세스로 자리잡은 귀금속 분야를 비롯해 반도체 장비, 에너지 등 다양한 영역으로 3D 프린팅 기술의 확장을 추진하고 있다.   ▲ 3D시스템즈코리아 정원웅 대표이사는 “실질적인 3D 프린팅 솔루션과 가치를 제공하는 기업으로 변화를 진행 중”이라고 소개했다.   제조 패러다임 바꾸는 3D 프린팅 및 소프트웨어 기술 3D시스템즈코리아의 이지훈 이사는 3D 프린팅의 활용이 프로토타이핑에서 적층제조로 진화하고 있으며, 시제품뿐만 아니라 대량생산으로 패러다임이 넘어가고 있다고 짚었다. 이에 따라 3D시스템즈는 콘셉트 모델링, 시뮬레이션을 통한 3D 프린팅 최적화 및 생산 준비, 부품과 최종 제품의 생산을 위한 3D 프린터 제품군, 대량생산을 위한 배치 프로세스와 통합 워크플로 등에 걸쳐 기술 포트폴리오를 강화하고 있다는 점을 내세웠다. 예를 들어, 3D시스템즈의 피겨 4(Figure 4) 플랫폼은 고품질의 소형 부품을 빠르게 생산하는 데에 유리한 3D 프린팅 솔루션이다. 여러 대의 피겨 4 3D 프린터를 병렬로 연결해 동시 생산하는 배치 프로세스를 지원하는 것이 특징이다. 여러 개의 제품을 쌓는 형태로 동시 출력하는 스태킹(stacking)도 지원하며 탄성, 내구성, 열내성을 갖추거나 의료 분야에 적합한 생산 등급의 다양한 소재를 지원한다. 이지훈 이사는 “피겨 4 플랫폼과 3D 스프린트 소프트웨어를 결합해 서포트 최적화로 후처리 속도를 높이고, 후처리 프로세스에서 자동화를 확대할 수도 있다”고 설명했다. SLS 380와 SLA 750은 중대형 플라스틱 부품/제품 생산에 적합한 3D 프린터이다. 3D 프린팅 작업이 진행되는 챔버(chamber)의 내부 온도를 일정하게 유지하는 것이 제품 성능과 생산성에 영향을 주는 요소 중 하나인데, SLS 380은 이를 위한 실시간 열관리 및 제어 기능을 제공한다. 사용자의 조작을 최소화하고, 4대의 프린터를 연결할 수 있으며, 소프트웨어 - 3D 프린터 - 후처리의 통합 워크플로로 대량생산을 지원한다. 최종 생산에 적합한 연성과 강성을 갖춘 듀라폼 PAx(DuraForm PAx) 소재를 지원하는 것도 SLS 380의 특징이다. 광조형 방식의 SLA(Stereolithography) 기술은 표면 품질이 높지만 속도가 상대적으로 느리고, 소재의 장기 안전성도 단점으로 꼽힌다. 3D시스템즈는 SLA 750 듀얼 모델에서 듀얼 레이저를 사용해 적층 속도를 높이고, 최대 8년까지 성능을 유지할 수 있는 생산 등급의 소재를 지원하는 방식으로 이를 해결할 수 있을 것으로 보고 있다. SLA 750 3D 프린터는 원격 VPN 네트워크 연결로 여러 대의 장비를 한 번에 컨트롤하도록 지원하고, 3D 프린팅 챔버 내에 카메라를 설치해 실시간으로 출력 상태를 확인할 수 있게 한다. 또한, 3D시스템즈는 플라스틱뿐 아니라 금속 3D 프린터 라인업도 강화하고 있다. 이지훈 이사는 “금속 3D 프린팅에서는 빌드 시간 단축, 다양한 두께의 레이어 적층, 소재의 원가 절감 등이 주요한 과제로 꼽힌다”면서, “3D시스템즈는 소재 분말의 재활용성을 높이고, 진공 챔버로 청결한 환경을 유지하며, 실시간 공정 모니터링을 지원하는 방향으로 금속 3D 프린팅의 가능성을 넓히고 있다”고 소개했다. 특히 DMP Factory 500 모델은 3개 레이저를 사용해 적층 과정에서 심라인(seam line)을 없애거나, 여러 개의 작은 제품을 동시에 출력할 수 있도록 했다. 그리고 3D 프린터, 이송 장치, 파우더 제거 장치, 파우더 재사용 장치 등을 모듈 형태로 통합한 시스템을 구성해 3D 프린팅 프로세스 전반을 커버할 수 있게 한 것이 특징이다. 이지훈 이사는 이런 시스템을 의료, 에너지, 반도체 등 다양한 곳에서 활용할 수 있다고 전했다.   ▲ 3D 시스템즈는 3D 프린팅 기술과 소재의 다양화를 통해 폭넓은 산업의 요구에 대응하고 있다.   제조 운영 플랫폼 및 대형 3D 프린팅까지 기술 포트폴리오 확장 3D시스템즈는 제조 영역에서 3D 프린팅의 가능성을 넓히기 위해 기술 포트폴리오를 강화하고 있다. 그 한 가지 사례가 SaaS(서비스형 소프트웨어) 기반의 제조 운영 시스템(MOS) 공급사인 옥톤(Oqton)이다. 옥톤의 김영태 이사는 “3D시스템즈가 지난 2021년 인수한 옥톤은 전체 제조 공정을 자동화하고 연결하는 플랫폼을 지향하고 있으며, 중립성/가속화/확장성을 핵심 가치로 추구하면서 개방형 생태계를 제공한다”고 소개했다. 옥톤의 MOS는 적층제조가 대량생산으로 나아갈 수 있도록 자동화, 워크플로의 가시성과 추적 가능성, 확장성 등을 위한 포괄적인 솔루션을 제공하는 데에 초점을 두고 있다. 통합 UI/UX를 제공하는 옥톤 MOS는 AI 및 머신러닝으로 반복되는 수작업을 자동화하고, MES(제조 실행 시스템)를 포함해 AM 생산 프로세스의 수립부터 최적화까지 지원한다. 빌드 준비 단계에서는 제작 제품의 파일 가져와 메시를 수정하고, 가공 프로세스의 시뮬레이션을 진행한다. CAM을 위해서는 가공 프로세스 준비 과정을 자동화하며, IIoT(산업 사물인터넷)을 통해 장비의 연결, 데이터의 공유/수정, 프로세스 과거 기록의 동기화 등을 지원한다. 또한, 클라우드 기반의 데이터 허브를 제공해 모든 생산 관련 데이터를 한 곳에 모으고 관리할 수 있다. 한편, 옥톤 MOS는 기하형상을 제작하기 위한 딥러닝, 프로세스 최적화를 위한 신경유도 검색, 제어 모니터링을 위한 학습 등에 인공지능과 머신러닝을 활용한다. 3D시스템즈가 작년 인수한 업체 가운데에는 펠릿 압출 기술에 기반한 3D 프린팅 솔루션 업체인 타이탄(Titan)이 있다. 3D시스템즈의 라훌 카사트(Rahul Kasat) 타이탄 사업부 부사장은 “3D시스템즈는 타이탄과 합병을 통해 산업용 대형 3D 프린팅 플랫폼 영역의 강화를 추구하고 있다”면서, 타이탄은 다양한 엔지니어링 소재의 대형 부품을 빠르게 적층하면서 소재 비용을 절감할 수 있다고 설명했다. 타이탄은 항공우주, 제조, 의료 , 소비재 등 다양한 산업에서 제작 시간과 소재 비용을 줄일 수 있다는 점을 내세운다. 대형 빌드 볼륨을 지원하면서 빠른 3D 프린팅 속도로 산업용 부품을 생산할 수 있다는 점도 특징이다. 다양한 소재와 함께 0.4mm부터 9mm까지 노즐을 교환해 다양한 레이어 높이로 출력이 가능하며, 3축 스핀들 밀링 기능을 통합했다. 이외에도 모듈 구성으로 다양한 형태의 제조 솔루션을 구축할 수 있다는 것이 특징이다.   ▲ 옥톤은 제조 공정 전반의 자동화와 연결을 지원하는 제조 운영 시스템을 지향한다.   ▲ 타이탄은 펠릿 압출 기술 기반의 대형 3D 프린팅에 초점을 맞춘다.   ■ 기사 내용은 PDF로도 제공됩니다.

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전기/전자 기기에 사용되는 냉각 장치 모델링   최근 전기/전자 분야에서는 소형화 및 고집적화의 개발 트렌드에 따라 열에 대한 관심도 증가하고 있다. 이번 호에서는 전기/전자 분야에서 많이 사용되고 있는 냉각 방식과 함께, 앤시스 아이스팩(Ansys Icepak)을 이용한 다양한 냉각 장치들의 모델링 및 해석 조건에 대해 소개한다. ■  김준형 | 태성에스엔이 EBU-LF팀 매니저로 근무하고 있으며, 전기/전자의 열해석 분야를 담당하고 있다. 이메일 | jhkim21@tsne.co.kr 홈페이지 | www.tsne.co.kr   최근 전기/전자 분야에서는 IoT, 5G 통신, 전기차, 신재생에너지 등의 관련 산업이 급속하게 발전하고 있다. 특히 차세대 반도체 구현에 필수적인 고집적화 또는 전기차 시장 성장에 따른 SiC 및 GaN같은 고전력 에너지 관련 분야의 개발이 활발하다. 또한 시장에서는 모바일 기기의 소형화 및 고성능을 요구하고 있다. 전기/전자 분야에서 고집적화 및 소형화에 대한 요구는 전체적인 방열 면적 축소와 단위 면적당 발열량 증가를 의미하며, 결국 열 문제가 발생하게 된다. 따라서 개발 단계에서 설계자가 성능과 방열을 함께 고민해야 하는 것은 이제 필수가 되었다.  전기/전자 분야에서 전기 또는 전자 장치에 전력 또는 신호가 인가될 때 발생되는 손실 전력 또는 신호는 빛, 진동, 열 등 다양한 에너지로 변환될 수 있지만, 대부분은 열에너지로 변환된다. 그러나 장치 및 회로에서 과도한 열이 발생될 경우 성능의 신뢰성과 수명 저하라는 문제가 발생되게 되므로, 원하는 허용 온도(safe operating temperature) 내 온도 분포를 갖도록 설계하는 것이 중요하다. 이를 방열 설계 또는 열관리 시스템(thermal management system)이라고 한다. 열해석을 진행하기 위해서는 형상, 물성 외에 발열량이 필요하다. 전기/전자 분야에서의 발열량은 손실 값과 동일하기 때문에 손실 값을 기준으로 냉각 방식을 선정해야 한다. 손실 값의 경우 수동(passive) 소자는 대부분 간단한 줄 발열(Joule heating)에 의해 계산되지만, 능동(active) 소자의 경우 계산 방법이 복잡하며 필요시 실험 값에 의한 결과가 필요한 경우가 있다. 방열 설계를 위해 주요 발열원에 대한 발열량을 도출하였으면 냉각 방식을 선정해야 한다. 냉각 방식에는 대표적으로 자연 공랭, 강제 공랭, 수랭 등의 방법이 있으며, 방열판(heatsink), 히트파이프(heatpipe), 냉각 팬(cooling fan) 등의 다양한 냉각 장치들을 이용하여 설계하게 된다. 엔지니어는 전체적인 발열량과 열전달의 경로를 파악하고 제품에 맞게 냉각 방식을 선정해야 해야 한다.     발열량에 따른 냉각 방식 앞에서 언급하였듯이 엔지니어는 제품에서 발생되는 발열량과 환경에 맞는 냉각 방식을 찾아야 한다. <그림 1>의 내용처럼 발열량 범위에 따라서 적용할 수 있는 여러 냉각 방식이 있으며, 효율과 복잡성을 고려하여 제품에 맞게 선택해야 한다.    그림 1. 발열량에 따른 냉각 방식 비교 그래프