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통합검색 "VPD"에 대한 통합 검색 내용이 194개 있습니다
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[무료다운로드] 항공우주 및 방위 산업에서의 MBSE
제품 개발의 새로운 방법론, MBSE (5)   MBSE는 항공우주 및 방위(A&D) 산업의 제품개발 과정과 엔지니어링 부분에서 디지털화 또는 디지털 전환에 대한 답을 제시하는 방법론이다. 이번 호에서는 A&D 산업 관점에서 MBSE의 필요성, MBSE 개요, 다쏘시스템의 MBSE 지원 프레임워크, 고객 사례 및 MBSE 도입 효과 등을 소개하면서 A&D 산업의 MBSE에 대한 전반적인 이해를 돕고자 한다.   ■ 목종수 다쏘시스템코리아의 컨설팅 대표이다. LG전자 생산기술원 연구원으로 재직하였으며, 이후 컨설팅사와 주요 IT 솔루션사에서 제품 개발 혁신, R&D 진단, 사전 영업 지원 및 PLM 관련 컨설팅 등을 수행하였다. 현재는 다양한 산업에서 제조업의 혁신과 경쟁력 향상을 위하여 디지털 혁신과 VPD/MBSE 관련 업무 및 연구 활동도 수행하고 있다. 홈페이지 | www.3ds.com/ko   ■ 김태현 다쏘시스템코리아의 인더스트리 프로세스 컨설턴트로 MBSE 도입 및 지속가능성 확산에 기여하고 있다. 자동차/모빌리티, A&D 산업 분야의 MBSE 적용과 관련한 다양한 프로젝트 경험을 보유하고 있다. 홈페이지 | www.3ds.com/ko   2020년 코로나19 팬데믹 이후 항공 운송 수요 증가와 경제적 회복 노력으로 항공기의 생산과 구매가 다시 증가하고 있다. 세계경제포럼의 보고서(2022)에 따르면 2015년에 14억 달러였던 우주 관련 기업에 대한 투자액이 2020년에는 52억 달러로 증가하였으며, 2030년이면 시장 규모가 100억 달러에 이를 것으로 예상하고 있다. 2020년대에는 약 7만 개의 위성이 우주로 발사될 것으로 추정되는데, 이는 스푸트니크 1호 이후 64년 동안 발사된 위성 수인 1만 1000 개를 훨씬 능가하는 수치이다.  전 세계 총 국방비 지출은 2022년까지 2조 달러를 넘어설 것으로 예상되며(우크라이나-러시아 전쟁 전 예측치), 2030년에는 전세계 국방비가 3조 달러에 달할 것으로 추정된다.(SIPRI, 2021) 여러 국가의 군대에서 방위력 강화를 위한 새로운 디지털화 계획에 돌입하고 있으며, 가장 최근에 발표된 계획은 2022년 3월에 독일이 발표한 1000억 달러 규모의 새로운 방위 계획이다.(세계경제포럼 보고서, 2022) 러시아의 우크라이나 침공, 중국의 대만 침공 위협 등으로 인해 전 세계적으로 안보 환경이 급변하면서 국내 방산 제품의 경쟁력 부각되어, 수출에 따른 방산업체 전반의 외형 성장과 함께 수익성도 개선되고 있는 상황이다.(2022년 국내외 방위산업 동향, 창원산업진흥원, 2022. 6) 하지만 A&D 산업의 제품 개발 라이프사이클 관점에서 해결해야 할 도전과제가 많이 있다. 제품의 복잡성 증가, 비용 절감 부담의 증가, 엄격한 규제 및 규정 준수, 공급망 및 데이터 관리, 제품 출시 기간 준수 등이다. 해외 선진 기업 및 국내 기업은 이러한 문제를 해결하기 위해 제품 개발 과정과 엔지니어링 부분에서 디지털화 또는 디지털 전환을 추진하고 있으며, 이 주제는 A&D 산업의 모든 기업에게 우선순위가 되었다.   MBSE의 필요성 다분야 통합 시스템의 부상 지금처럼 초연결된 세상에서는 사실상 모든 기업이 기계, 전기, 전자, 소프트웨어 시스템을 단일 제품으로 결합하는 메카트로닉스 회사가 되고 있다. 현재 출시되어 있는 대다수 항공기와 우주선이 가진 특유의 복잡한 특성으로 인해 A&D 산업은 MBSE 개념을 조기에 채택하는 것으로 나타났으며, 첨단 시스템의 물리적 규모 때문에 복잡한 시스템의 통합은 기존의 문서 기반 시스템 엔지니어링에 너무 복잡하다는 것이 증명되었다.   디지털 엔지니어링 A&D 업계에는 이해관계자가 디지털 혁신 이니셔티브에 맞추도록 영향을 미치는 공통의 목적과 목표가 있다. 디지털 엔지니어링은 MBSE, 디지털 모델, 디지털 트윈, 디지털 스레드의 개념을 활용하여 기존 무기 체계 개발과 획득에 관련된 문제를 해결하려는 혁신 어젠다이며, 무기체계 개발 및 획득의 패러다임을 Design → Build → Test에서 Model → Analyze → Build로 전환하는 것을 제시하였다. 즉 무기체계 획득 단계에서 단계별 디지털 모델과 최신 IT 기술을 활용하여 무기체계 개발과 획득의 혁신을 이루는 것으로, 가상의 환경에 모델을 통해 프로토타입을 만들고 시험함으로써 무기체계 개발 및 획득과 관련된 의사결정을 효과적으로 수행하는 것을 포함하고 있다. 이러한 혁신 어젠다는 오래된 국방부(DoD) OEM에서부터 신생 기업에 이르기까지 비즈니스의 모든 수준에 걸쳐 일어난다. <그림 1>은 디지털 엔지니어링의 구성 요소를 설명한 그림이다.(국방획득 방법론의 변화, 체계 공학에서 디지털 공학으로, KNST, 2019. 3)   그림 1. 디지털 엔지니어링의 구성 요소   국내 방산업체의 성장 전 세계적으로 안보 환경이 급변하면서 국내 방산 제품의 경쟁력이 부각되고, 국내 주요 방산기업은 수출로 인해 외형 성장과 수익성 개선을 이루고 있다. 향후에도 이런 기조는 지속적으로 유지 또는 확장될 것으로 예상하고 있다. 특히 미국 국방부 또는 해외 주요 방산기업에 수출을 하기 위해서는 국내 방산기업의 MBSE 기반의 무기체계 개발 역량이 필요하다.     ■ 기사 상세 내용은 PDF로 제공됩니다. 한시적으로 무료로 제공됩니다.
작성일 : 2023-10-05
[칼럼] 애플 비전 프로와 메타버스 엔지니어링
디지털 지식전문가 조형식의 지식마당   최근 메타버스에 대한 관심이 급격히 사라지고 있는 시점에서, 아이폰의 제조업체인 애플이 2023년 6월 애플 세계 개발자 회의(WWDC23) 이벤트에서 애플 비전 프로(Apple Vision Pro)라는 디지털 현실 기기를 발표하였다. 이것은 애플의 1세대 증강현실(AR) 기기이며 가격은 미국 현지 기준 3499 달러로, 한국에 수입이 될 경우 500만원 정도 할 것으로 예상된다.   그림 1. 애플 비전 프로(이미지 출처 : 애플)   나의 관심사는 이 디바이스가 미래의 메타버스 엔지니어링(metaverse engineering)을 운용할 정도로 강력한 증강현실을 충분하게 사용할 수 있는 환경일 수 있느냐 하는 것이다. 최근에 메타버스는 물론 디지털 트윈까지도 디지털 현실(digital reality)을 구현할 수 있는 환경이 되어 있는가에 대한 의문이 있다. 최근까지는 마이크로소프트에서 2015년 1월 22일에 공개한 HMD(Head Mounted Display) 증강현실 기기인 홀로렌즈(HoloLens)를 우리가 상상하는 증강현실이라는 개념에 가장 근접한 기기로 볼 수 있었다. 그러나 이런 기기의 최대 약점은 내장 CPU와 GPU의 성능이 현재의 데스크톱 PC에 비해 너무 형편이 없다는 것이다. 현재 대부분의 가상현실 기기는 스마트폰의 CPU를 사용하고 있다. 또한 운명적으로 머리에 쓰는 형태이기 때문에 무게의 제한을 극도로 받는다. 그래서 마이크로소프트는 홀로렌즈 사업에 투자를 보류하고 있는 중이다. 그러나 이번 애플 비전 프로는 우선 애플이 자체 개발한 강력한 M2 칩과 R1 칩으로 모든 센서 정보와 디지털 영상을 고속으로 처리할 수 있다. 그리고 증강현실 디바이스에서 가장 비호감 요소인 영상 멀미를 만드는 영상 지연을 억제할 수 있다고 한다.   그림 2. 애플 비전 프로의 카메라와 센서(이미지 출처 : 애플)   또한 수많은 카메라와 센서를 가지고 있으며, 특히 전방 아래쪽의 카메라는 사용자의 손 동작을 입력할 수 있다. 이것은 추후에 엔지니어링 작업을 할 때 가장 필요한 입력장치가 될 수 있다. 현재의 게임기 입력장치는 정교한 작업을 하기에 적합하지 않다. 참고로 애플 비전 프로에는 12개의 카메라, 5개의 센서, 6개의 마이크가 갖춰져 있고, 3D 스캐너(LiDAR Scanner)가 장착되어 있다. 메타버스 엔지니어링은 미래에 최고의 엔지니어링 또는 제품 개발 환경을 제공할 수 있다. 그러나 메타버스 엔지니어링은 다양한 디지털 엔지니어링(digital engineering)의 기술을 필요로 한다. 이것을 모두 통합시키고 인간의 지능과 감각을 연결해 주는 역할을 할 것이다. 그 동안 디지털 엔지니어링 기술은 CAD, 3D CAD, 디지털 목업(digital mockup) 그리고 가상 제품 개발(VPD : Virtual Product Development) 등으로 발전해 왔다. 그러나 메타버스 엔지니어링이라는 새로운 기술 혁신이 시작되고 있다.   그림 3. 디지털 엔지니어링 기술(이미지 출처 : 록히드 마틴)   애플의 비전 프로가 이런 메타버스 엔지니어링의 변곡점이 되었으면 한다. 오래 전에 제품을 개발하기 위해서 제도판에서 오구로 도면을 그리던 기억이 있다. 이제는 3D CAD를 사용하지 않으면 제품을 설계하지 못하는 것처럼 생각하고 있다. 그러나 엄밀하게 말하면 현재의 3D 환경은 진정한 3D 환경이 아니다. 컴퓨터 모니터가 우리에게 2D 화면을 보여주는 것이기 때문이다. 다시 말해서 우리가 평면 그림을 보는 것처럼 현실의 3D 입체를 2D 환경에서 3D의 착시현상을 만들어 주는 것이다. 그러나 증강현실 디바이스에서는 가상현실이지만 3D 환경을 구현할 수 있다. 진정한 3D 환경에서는 우리가 물체에 다가가면 더 크게 보이고, 멀리 떨어지면 작게 보이고, 뒤로 돌아가면 뒤편이 보이는 그러한 세계가 진정한 3D 가상세계이다. 가까운 미래의 메타버스 엔지니어링에서 2D 모니터의 3D CAD 사용 대신에 애플의 비전 프로가 보여주는 증강현실의 디지털 공간에서 소조예술가나 도공이 두손으로 소조(modeling)나 도자기를 만드는 것처럼 맨손으로 설계하는 날이 왔으면 한다.   “나의 꿈은 나의 첫 번째 경쟁력이며, 상상력은 나의 두 번째 경쟁력이다. 그리고 경험은 나의 세 번째 경쟁력이다.”   ■ 조형식 항공 유체해석(CFD) 엔지니어로 출발하여 프로젝트 관리자 및 컨설턴트를 걸쳐서 디지털 지식 전문가로 활동하고 있다. 현재 디지털지식연구소 대표와 인더스트리 4.0, MES 강의, 캐드앤그래픽스 CNG 지식교육 방송 사회자 및 컬럼니스트로 활동하고 있다. 보잉, 삼성항공우주연구소, 한국항공(KAI), 지멘스에서 근무했다. 저서로는 ‘PLM 지식’, ‘서비스공학’,  ‘스마트 엔지니어링’, ‘MES’, ‘인더스트리 4.0’ 등이 있다.     ■ 기사 내용은 PDF로도 제공됩니다.
작성일 : 2023-07-03
CAE 표준 용어집 개정판
  최근 CAE 업계의 트렌드를 반영, 업데이트된 용어들이 수록되었습니다. 많은 관심 부탁드립니다.   ■ 한국기계산업진흥회, 마이다스아이티, CAE 용어집 편찬위원회 지음(조진래, 김흥규, 한성렬 외) ■ 정가 20,000원  ■ 총 페이지 : 382쪽(올 컬러) ■ 책 사이즈 : 152*225 ■ 이엔지미디어 펴냄(문의 : 02-333-6900, www.cadgraphics.co.kr ) ■ 출간일 : 2019년 9월 2일 ■ ISBN: 979-11-86450-19-2   컴퓨터 기술의 발달로 이제는 실제 존재하지 않는 제품의 성능이나 효과까지 시뮬레이션을 통해 모의시험 할 수 있는 시대가 열렸다. 이를 가능하게 하는 기술이 CAE(컴퓨터 활용 공학 : Computer Aided Engineering)다. CAE는 CAD로 작성한 모델을 직접 만들기 전에 컴퓨터를 이용해 검토하고 데이터에 반영함으로써 신제품 개발기간의 단축과 원가를 획기적으로 줄일 수 있는 수단으로, 사전검증을 통해 프론트로딩(Front Loading)을 가능하게 한다. 이를 활용하면 시제품이나 완제품 생산의 시간과 비용을 대폭 절약할 수 있어서 경쟁력을 확보할 수 있기 때문에 산업혁신을 불러올 핵심 기술로 꼽히고 있으며, 4차 산업혁명으로 일컫는 제조업 혁신의 뒤에는 VPD(가상 제품 개발), 가상물리시스템(CPS)을 가능하게 하는 CAE가 있다. CAE의 영역은 점점 확대되고 있으며, 가장 많이 사용되는 자동차, 전자, 중공업 등 제조분야 이외에도 건축, 의료, 에너지 등 대부분의 산업분야에서 사용되고 있다. 최근 들어 CAE 소프트웨어의 가격 인하와 기술의 발전, 쉽게 사용할 수 있는 환경, 그리고 이를 활용할 수 있는 인재 양성을 위한 CAE 자격증과 교육기관 확대 등이 이루어지면서 CAE 분야에도 민주화, 대중화의 바람이 불고 있다. 그럼에도 불구하고 CAE 분야에서 사용되는 용어는 외국어를 기반으로, 소수 전문가들만 이해하는 기술 언어로 인식되면서 대중화의 걸림돌이 되어 온 것도 사실이다. 은 CAE 분야에서 사용되는 용어들이 소수 엔지니어들의 전유물이 아니라 관련 분야 종사자들에게 원활한 의사소통과 지식교류를 통해 보다 원활하게 관련 내용을 이해하고 적용할 수 있도록 하기 위해 만들어졌다. 이 책에서는 CAE 분야에 종사하는 설계자 및 해석 엔지니어는 물론 입문자들도 관련 분야의 기술을 이해할 수 있도록 간단한 용어 정의에서 추가적인 해설에 이르기까지 정리하였다. 또한 전문 용어에 대한 이해를 통해 부가적인 공학적인 지식을 습득할 수 있도록 많은 내용을 할애하고 관련 그림도 추가하였다. CAE 용어집은 어느 한 사람이 만든 결과물이 아니라 관련 업계 관계자들이 혼연일체가 되어 공통분모를 추출하고 이를 정리한 작업이라는 점에서 의미가 있다 할 것이다. 이 용어집은 첫 번째 기획인 만큼 CAE 분야의 다양한 영역 중에서 모든 분야를 다루지는 못했고, 범용, 구조, 유동, 소성가공, 사출성형 등 대표적으로 많이 쓰이는 분야를 우선 다루었다. 향후에는 CAE 전 분야에서 지침이 될 수 있는 내용을 담을 수 있도록 분야를 확대해 나갈 계획이다. 이 책은 난이도에 따라 CAE 분야에 입문하는 설계자나 실무초보자를 위한 파트와 해석실무에 익숙하거나 깊이 있는 지식을 원하는 전문가를 위한 파트로 분야별로 구분하여 총 두 개의 파트로 구성되었다. 같은 단어임에도 불구하고 분야에 따라 용어가 다른 의미로 사용되는 경우 일반 용어 코너에 정리하고 분야별로 의미를 적었다. 단어의 검색이 필요할 경우 용어집 뒤에 수록되어 있는 찾아보기를 활용할 수 있다. 새롭게 제작된 개정판에서는 원론적인 CAE와 조금 거리가 있을 수 있으나 CAE 업계에서 많이 사용되는 용어들을 추가하였다. CAE의 영역이 고전적인 영역에서 다른 분야와 융합되고 확장되는 상황을 반영하고자 했다. 1. 이 책의 특징 - CAE 분야에서 자주 사용하는 용어 해설 - 범용, 구조해석, 유동해석, 사출성형, 소성가공, 주조해석 분야의 용어 정리 -. 간단한 용어정의에서부터 해설까지 이해를 돕는 책 - 국내 CAE 분야 대표업체 및 기관들이 힘을 모아 함께 만든 책 - CAE 분야 최신 용어 수록 2. 이 책의 목차 Part 1 CAE 입문자를 위한 용어 해설   일반 용어   Part 2 CAE 분야별 용어 해설   구조해석    유동해석   사출성형   소성가공   주조해석  찾아보기 3. 이 책을 쓴 사람들 ■ 주요 참여 기관 : 한국기계산업진흥회, 마이다스아이티, 캐드앤그래픽스 ■ 편찬위원 : 조진래 홍익대학교 교수, 김흥규 국민대학교 교수, 한성렬 공주대학교 교수 ■ 도움주신 기관 및 업체들(가나다순) 다쏘시스템코리아, 메카솔루션,  앤시스코리아, 엠에프알씨, 오토데스크코리아, 이디앤씨, 지멘스, 태성에스엔이, 펑션베이, 피도텍, 한국생산기술연구원, 한국알테어, 한국엠에스씨소프트웨어, 한국이에스아이(가나다순) 수록 용어 목차 찾아보기 (용어 / 페이지번호) ㄱ 가상 제품 개발 8 가소화 246 가스 벤트 342 가스 빼기 342 가스사출성형해석 247 가이드 318 가진응답 해석 144 간섭하는 메시 요소 246 감쇠계수 145 감쇠비 146 감차적분 9 강결합 연동 기법 216 강성행렬 10 강제 변위 147 강제진동 148 강체 318 강체 요소 149 강체운동 150 개량차분법 342 갭 요소 151 검사 체적 217 검증 12 게이트 11 게이트 고화 248 게이팅 시스템 342 격자 볼츠만법 216 결정 고분자 248 결정화 248 결정화도 249 겹치는 메시 요소 249 경계 비선형 13 경계요소법 14 경계조건 15 경계층  216 경계층 효과 217 경계치 문제 16 경도 318 경화 17 계면열전달 342 고무-패드 성형 318 고분자 250 고성능 컴퓨팅  18 고유진동 152 고유진동수 153 고정 핀 319 공정 변수 250 공정 제어 250 공진 154 공칭응력 155 과다 구속 19 과보압 251 관재 굽힘 319 관재 액압 성형 319 구성 방정식 20 구조 감쇠 156 구조해석 21 굽힘 응력 157 굿맨의 피로 방정식 158 균열모드 159 균열선단 160 균형 유동 251 그래픽 사용자 인터페이스 21 극도 수렴 22 근사해 23 금속 유동선 319 금형 320 금형 보정 320 금형 온도 252 기록 파일 24 기하 비선형 25 기하 치수 및 공차 26 기하학적 경화 161   ㄴ 나비어-스토크스 방정식 217 난류 소산 217 난류 와류 218 난류 운동에너지 218 난류 유동 26 난류 거동 342 내냉금 342 내냉금특성 343 내부유동 219 내연적 알고리즘 320 내연적 증분 26 내절점법 343 냉각 단계 252 냉각 시간 253 냉각 채널 27 냉간 성형 320 냉금 343 냉금크기 343 너브 곡면 28 넌 리턴 밸브 253 네트워크 러너 254 뉴마크 기법 29 뉴턴 유체 220 뉴턴-랩슨 방법 30 니야마 343   ㄷ 다단 공정 320 다목적 최적설계 31 다물체 동역학 162 다상 유동 221 다중 공정 321 다중 물리해석 32 다중 복합재료 321 다중 스케일 해석 33 다중 하중 케이스 34 다층사출성형해석 255 단방향 연성해석 221 단조 해석 321 닫힘  221 담금질 320 대류 열전달 35 대류계수 36 대칭 경계조건 37 대칭 면 321 동시이중사출성형해석 256 동압  222 동적 상사성 223 동점성 224 동해석 163 드래프트  343 드러커-프라하 항복기준 164 드로우비드 321 등가 변형률 38 등가변형률 속도 39 등가응력 39 등고선 선도  224 등방 경화 322 등방 경화법칙 165 등방-이동 경화 322 등온 해석 323 등온도 곡선법 343 등치면 166 디스크 또는 다이어프램 게이트 254 디지털 트윈 40 딥 드로잉 323   ㄹ 라그랑지 승수법 41 라그랑지 접촉 39 란스 224 란초스 알고리즘 42 램 257 러너 344 러너 시스템 257 레이놀즈 수 43, 44 레이놀즈 응력 226 레이스트랙 효과 258 레일리 수 225 롤 성형 324 룽게-쿠타 방법 45 리바 요소 167 리브 258   ㅁ 마모 모델 324 마스터 요소 46 마이너 누적손상 법칙 168 마찰 모델 324 마텐자이트 변태 324 마하수 226 매니폴드 에지 259 맹압탕 344 메시 47 메시 간섭 259 메시 밀도 260 메시 세밀화 48 메시 재구성 49 메시 크기 51 멜드 라인 260 멤브레인 요소 169 명시적 시간적분 50 모깎기 324 모드 형상 173 모드응답해석 170 모드절단 171 모드해석 172 모멘텀 방정식 344 모서리 게이트 261 목적함수 51 몰드설계/주형설계 344 무압탕 344 무요소법 52 무탕도 344 무한요소 46 문니-리브린 모델 174 물성치 데이터 344 미드플레인 메시 262 미성형 262 미세다공 성형해석 263 민감도 해석 175   ㅂ 바우싱거 효과 325 반결정 264 반복 계산 226 반복해석 345 반사 대칭 53 반올림 오차 226 반원형 게이트 264 반원형 러너 264 발산 227 방향 벡터 54 배럴 265 배럴 용량 265 배플 266 배향 267 밸브 게이트 268 버블 269 버블러 269 번 마크 270 벌칙 방법 54 벌칙 접촉 55 범용 유한요소해석 프로그램 56 베르누이 방정식 227 베르누이의 원리/베르누이 정리 345 벡터 출력 57 벽 법칙  227 변태유기소성 325 변형 270 변형률 55 변형률 경화 176 변형률 에너지 177 변형률 텐서 55 병렬연산 58 보 요소 178 보스 271 보압 단계 271 보압 시간 271 보압 절환 272 보의 끝단부 해제 179 보이드 272 복굴절해석 273 부피 성형 325 분말사출성형해석 274 분산분석 59 분할면 275 블랭크 326 블랭크 홀더 326 블랭크 홀딩력 326 비 매니폴드 에지 275 비가압계 345 비결정성 고분자 275 비등온 해석 326 비선형 해석 60 비압입계 345 비압축성 326 비압축성 유동 228 비연관 유동법칙 327 비열 59 비점성 유동 229 비접합 메시 61 비정상 유동 229 빼기구배 62   ㅅ 사다리꼴 러너 276 사면체 요소 63 사용자 좌표계 64 사이클 시간 276 사출 금형 278 사출 속도 276 사출 시간 276 사출 압축 성형 해석 277 사출 주입점 278 사출량 279 사출압 279 상부 압탕 345 상호간섭 접근법 229 색상 범례 65 서크 백 279 선 요소 66 선형해석 67 설계변수 68 설계이력 기반 CAD 시스템 69 섬유 배향 280 성형 조건 281 성형 해석 327 성형한계도 327 성형한계선 327 세장면 70 속도 분포 229 속도 제어 단계 281 속도손실계수 345 손상 328 손상 모델 328 손실계수 346 솔리드요소 328 수 모델 346 수동 메시 71 수렴률 72 수송 방정식 229 수지 이름 281 수지 종류 281 수직 탕구 346 수축 282 수치적분 69 순환대칭 73 쉘 요소 74 스크루 282 스탬핑 328 스톱 핀 282 스트로크 75 스트립캐스팅 346 스프루 283 스프링 328 스프링 요소 180 스프링백 329 스피닝 329 시간 간격 76 시간 증분 75 시간적분 77 시뮬레이션 수명주기 관리 79 시차제 솔버 229 신경회로망 78 실험계획법 78 싱크 마크 283    O 아음속 229  RMS 출력 81 압력 구배 284 압력 제어 단계 284 압력 프로파일 285 압력-체적-온도(pvT) 285 압축성 모델 286 압축성 유동 230 압탕 겸용 347 압탕 계산  347 압탕 계수 347 압탕 모양 347 압탕 설계 347 압탕 수량 347 압탕 슬리브 348 압탕 원리 348 압탕 위치 348 압탕 조건 348 압탕 중량 348 압탕 체적 348 압탕 크기 349 압탕 형상 349 압탕 효과 349 액압 성형 329 약결합 연동방법 230 양방향 연성해석 230 언더컷 287 업데이트된 라그랑지법 82 에너지 방정식  231  SMAC법 349  S-N 선도 181 에어 트랩 288 에이엘이 연계법 83 엠보싱 330 역대칭 모델 84 연계해석 84 연속방정식 349 열 저하 288 열간 성형 330 열전달 349 열해석 182 예측 엔지니어링 분석 79  Ogden 모델 183 오버플로우 349 오일러 기술법 231 오일러 방정식 232 오일러-라그랑지 연계법 233 오차평가 85 온간 성형 330 온도 강하 349 온도 구배 350 온도 구배법 350 온도 손실 350 온도 회복법 350 와도 230 와이어 프레임 86 완화 거리 233 외냉금 350 외냉금 설계 350 외냉금 형태 350 외부 유동 233 요소 75 요소 분할 351 요소 자유도 87 요소 차수 88 요소 크기 89 용융 온도 288 용탕 헤드 351 운동량 방정식 233 원형 러너 289 원형 스프루 289 웰드 라인 289 위상 최적설계 184 위저드 90 유동 박리 234 유동 선 351 유동 정지 온도 290 유동 제어 351 유동 해석 351 유동 현상 351 유동응력 330 유령 입자 234 유로 290 유사 대칭 91 유선 234 유연다물체 동역학 96 유적선 235 유전자 알고리즘 92 유지 단계 290 유체 속도 351 유체-구조 연계해석 185 유체역학 351 유-피 혼합기법 92 유한요소 93 유한요소법 93 유한차분법 94 유한체적법 95 유효 변형률 330 유효 변형률 속도 330 유효 응력 330 응고해석 352 응력   95 응력 완화 331 응력 텐서 95 응력-변형률 선도 186 응력복원 187 응력집중계수 188 응력해석 352  E-N 선도 190 이동 경화 331 이동 경화법칙 189 이방성 331 이종접합 판재 332 인게이트 352 인장 성형 332  1차원 시뮬레이션 96 일체식 접근법 235 임계하중 191 입자 235 입자 완화 유체역학법 235 입자법 97   ㅈ 자동 메시 99 자유도 100 자유표면 235 자중 해석 332 자코비 방법 101 잠열계산 352 잠입 경계법 236 재료 물성치 102 재료 비선형 103 재료 좌표계 104 재시작 기능 105 적응적 유한요소해석 106 적층제조 시뮬레이션 107 전단 291 전단 마찰 332 전단 발열 291 전단 변형 292 전단 응력 292 전단율 293 전산유체역학 236 전압 236 전자기 성형 333 전자기 유체역학 236 전처리기 108 절단 333 절단 금형 333 절단면 선 333 절점 109 절점 자유도 110 절환 293 점도 294 점도 모델 294 점도 지수 294 점성 237 점성 유동 238 점성 저층 239 접선계수 행렬 111 접촉쌍 112 접촉해석 113 정렬 격자 239 정상 유동  239 정수압 239 정체 현상 295 정해석 114 제이-적분법 192 제팅 295 제한된 게이트 296 조회 115 종횡 비 261 좌굴 하중계수 193 좌굴 해석 101 좌굴모드 194 주 변형률 333 주 응력 116 주/부 변형률 334 주/부 응력 334 주름 334 주물/주조 353 주조 352 주조 변형 353 주조공정용 소프트웨어 353 주조해석 353 주파수 응답 해석 195 중립면 오프셋 196 중심 게이트 297 중앙차분법 117  G √R법 353  Z-형탕구 354 지배방정식 118 직교 이방성 197 직사각형 게이트 297 직사각형 러너 298 직접 냉금 354 직접차분법 354 질량행렬 198 집중질량 199 찌그러진 요소 119   ㅊ 차분법 354 차분화 354 처리기 120 천이 메시 121 천이 온도 298 첨단 운전자 보조 시스템 122 체력 118 체적 메시 299 초기 조건 200 초소성 성형 334 초음속 239 초크 354 초탄성 재료 201 최대 비틀림 에너지 이론 202 최대 수직응력 이론 203 최대 전단응력 이론 204 최소자승법 118 최적설계 124 추천 성형 구간 299 축대칭 모델 125 충격손실 355 충격파 240 충전 355 충전 단계 300 충전 말단 300 충전 시간 301 충전 시작 301 충전성 355 충전제 301 충진 거동 355 충진 시간 355 취출 301 취출 온도 302 취출 핀 302 측면 압탕 355 측면 코어 303 층류 123 칠 벤트 355   ㅋ 캐비티 303 커널 함수 241 컴퓨터 이용 공학 80 케이-입실론(k-ε) 난류 모델  241 코란트 수 241 코란트 조건식 241 코어 304 코어 핀 304 콜드 슬러그 305 콜드 슬러그 웰 305 쿠션 306 쿨롱 마찰 126 크랭크-니컬슨 기법 126 클라우드 컴퓨팅 18   ㅌ 탄성계수 205 탄성-완전소성 모델 206 탄-소성 334 탕구 방안 356 탕구 설계 356 탕구 속도 356 탕구 형상 356 탕구계 356 탕구비 356 탕도 356 탕도 계산 356 탕도 유속 357 탕류 속도/주입 속도 357 탕류 주입컵 357 탕류 해석 357 탕주불량/ 주탕불량/미충진 357 탕흐름 357 테이퍼진 원형 게이트 306 테이퍼진 원형 러너 307 테이퍼진 원형 스프루 307 테이퍼진 원형 호 게이트 308 테일러 용접 판재 335 토털 라그랑지언 방법 127 통합최적설계 128 트러스 요소 207 특이요소 130 특징 형상 131   ㅍ 판재 335 판재 성형 335 판재 액압 성형 336 판재성형 해석 336 패치면 131 팬 게이트 308 퍼지 309 펀치 금형 336 편향 메시 132 평면 응력 문제 133 평면변형률 문제  336 포텐셜 유동 242 폭발 성형 337 폰미제스 응력 134 표면 메시 309 프란틀 수 243 프론탈 솔버 135 프루드 수 244 프리로드 208 프린지 출력 136 프와송 비 209 플래시 310 플랜지 성형 337 플랜징 금형 338 피로수명 210 피로해석 211 피어싱 338 핀 포인트 게이트 310 필렛 133   ㅎ 하중 스텝 212 핫스탬핑 338 항복 기준 338 항복 함수 339 항복응력 137 해의 수렴성 138 해의 안정성 139 허용응력 357 헤밍 339 형개 시간 311 형상 입력 358 형상 최적설계 213 형상계수 358 형상변화 인자 358 형상비 133 형상적응형 냉각 312 형체력 311 호퍼 313 혼합 격자 244 혼합률 244 홀딩 해석 339 화학적발포성형해석 314 확산  243 환상형 게이트 313 환상형 러너 315 후처리기 140 후크의 법칙 214   A  adaptive finite element method 106  ADAS; Advanced Driver Assistance Systems 122  Additive Manufacturing simulation 107  air trap  288  ALE coupling  83  allowable stress 357  amorphous polymers  275  analysis of variance, ANOVA 59  anisotropy 331  annular gate  313  annular runner  315  anti-symmetry model 84  approximate solution 23  aspect ratio 133, 261  auto mesh 99  axisymmetric model 125    B  baffle  266  balanced flow  251  barrel  265  barrel capacity  265  baushinger effect 325  beam element 178  beam end release 179  bending stress 157  Bernoulli equations  227  Bernoulli principle 345  BHF(Blank Holding Force) 326  Bi-Injection molding analysis 256  birefringence analysis 273  blank 326  blank holder 326  blind riser 344  body force 118  boss  271  boundary condition 15  boundary element method 14  boundary layer 216  boundary layer effect 217  boundary nonlinearity 13  boundary value problem 16  bubble  269  bubbler  269  buckling analysis 101  buckling load factor 193  buckling mode 194  bulk metal forming 325  burn mark  270    C  CAE 80  casting 353  casting analysis 353  casting software 353  casting strains 353  cavity  303  center gate  297  central difference method 117  CFD; computational Fluid Dynamics 236  Chemical blowing agent injection molding analysis 314  chill 343  chill size 343  chill vent 355  choke 354  Circular runner  289  Circular sprue  289  circular tapered arc gate  308  circular tapered runner  307  circular tapered sprue  307  clamp forced  311  closure 221  cloud computing 18  Co-Injection molding analysis 255  cold forming 320  cold slug  305  cold slug well  305  compressibility model  286  compressible flow  230  Conformal cooling 312  constitutive relation 20  contact analysis 113  contact pair 112  continuity equation 349  contour plots 224  control volume 217  convection coefficient  36  convective heat transfer 35  convergence rate 72  cooling channel 27  cooling stage  252  cooling time  253  core  304  core pin  304  coulomb friction 126  coupled analysis 84  Courant criterion  241  Courant number/CFL number  241  crack mode 159  crack tip 160  Crank-Nicolson scheme 126  critical load 191  crystalline polymers  248  crystallinity  249  crystallization  248  cure  17  cushion  306  cycle time  276  cyclic symmetry 73    D  damage 328  damage model 328  damping coefficient 145  damping ratio 146  dead head 351  deep drawing 323  degree of freedom 100  design history based CAD system 69  design of experiments 78  design variable 68  die compensation 320  difference method 354  diffusion 243  digital twin 40  direct chill 354  direction vector 54  disc or diaphragm gate  254  distorted element 119  divergence 227  draft 343  draft / pattern draft 62  draft angle  62  Draker-Prager yielding criterion 164  drawbead 321  dynamic analysis 163  dynamic pressure 222  dynamic similaritude  223    E  edge gate  261  effective strain 330  effective strain rate 330  effective stress 330  ejection  301  ejection temperature  302  ejector pins  302  elastic modulus 205  elastic-perfectly plastic model 206  elast-plastic 334  element  75  element degree of freedom 87  element division 351  element order 88  element size 89  embossing 330  EMF(electro magnetic forming) 333  E-N diagram 190  end of fill  300  energy equation 231  enforced displacement 147  equivalent strain 38  equivalent strain rate 39  equivalent stress 39  error estimation 85  Euler description  231  Euler equations  232  Euler-Lagrange coupling  233  excitation response analysis 144  explicit time integration 50  explosive forming 337  external chill 350  external chill design 350  external chill form 350  external flows 233    F  family abbreviation  281  family name  281  fan gate  308  fatigue analysis 211  fatigue life 210  feeding effect 349  fiber orientation  280  filler  301  fillet  133  filleting 324  filling 355  filling motion 355  filling stage  300  filling time  301, 355  finite difference method 94, 354  finite element 93  finite element method 93  finite volume method 95  flanging forming/flanging 337  flanging tool 338  flash  310  FLC(forming limit curve) 327  FLD(forming limit diagram) 327  flow analysis 351  flow control 351  flow line 351  flow path  290  flow separation  234  flow stress 330  fluid dynamics 351  fluid flow phenomena 351  fluidity 357  fluid-structure coupled analysis  185  forced vibration 148  forging simulation 321  form factor 358  forming simulation 327  Foundry 352  free surface  235  free vibration 152  frequency response analysis 195  friction model 324  fringe plot 136  frontal solver 135  Froude number 244    G  G √R method 353  gap element 151  Gas injection molding analysis 247  gas vent 342  gate  11  gate freeze  248  gating system 342, 356  GD&T; Geometric Dimensioning and Tolerancing 26  general-purpose FEM program 56  genetic algorithm 92  geometric stiffening 161  geometry nonlinearity 25  ghost particle 234  Goodman fatigue equation 158  governing equations 118  gradient mesh 132  gravity simulation 332  GUI; Graphical User Interface 21  guides 318    H  hardening 17  hardness 318  heat loss 350  heat recovery law 350  heat transfer 349  hemming  339  hesitation  295  holding simulation 339  holding stage  290  Hooke’s law 214  hopper  313  hot forming 330  hot stamping 338  HPC; High Performance Computing 18  hybrid grid 244  hydrodynamic pressure  239  hydroforming / aquadraw forming 329  hyperelastic material 201    I  immersed boundary method 236  implicit algorithm 320  implicit increment 26  incompatible mesh 61  incompressibility 326  incompressible flow  228  infinity element 46  ingate 352  initial condition 200  Injection compression molding analysis 277  injection location  278  injection mold  278  injection pressure  279  injection time  276  injection velocity  276  injection volume  279  interaction approach 229  Interactive Analysis 345  interface heat transfer 342  internal flow  219  intersecting mesh elements  246  inviscid flow  229  isosurface 166  isothermal analysis 323  isothermal transformation method 343  isotropic hardening 322  isotropic hardening rule 165  isotropic-kinematic hardening 322  iteration 226    J  Jacobi method 101  jetting  295  J-integral method 192    K  kernel function 241  kinematic hardening 331  kinematic hardening rule 189  kinematic viscosity  224    L  Lagrange contact 39  Lagrange multiplier method 41  laminar flow 123  laminar flow  123  Lanczos algorithm 42  latent heat calculation 352  lattice Boltzmann method 216  law of the wall 227  least square method 118  line element 66  linear analysis 67  load step 212  locator pin 319  log file 24  loss factor 346  lumped mass 199    M  Mach number  226  magnetohydrodynamics MHD 236  major/minor strain 334  major/minor stress 334  manifold edge  259  manual mesh 71  martensitic transformation 324  mass matrix 198  master element 46  material coordinate system 104  material nonlinearity 103  material properties 344  material property 102  maximum normal stress theory 203  maximum shear stress theory 204  maximum torsional energy theory 202  MDO; Multidisciplinary Design Optimization 128  meld line  260  melt temperature  288  membrane element 169  mesh  47  mesh density  260  mesh intersection  259  mesh refinement 48  mesh size 51  meshfree method 52  metal flow line 319  Micro cellular injection molding analysis 263  midplane mesh 262  Minor cumulative damage rule 168  misrun 357  mixture fraction 244  modal analysis 172  modal response analysis 170  mode cut-off 171  mode shape 173  mold design 344  mold open time  311  mold temperature  252  moment equation 233  momentum equation 344  monolithic approach 235  Moonley-Rivlin model 174  multi operation 321  multi ply material 321  multibody dynamics 162  multi-load case 34  multiobjective optimization 31  multiphase flow 221  multi-physics analysis 32  multi-scale analysis 33  multi-stage operation 320    N  natural frequency 153  Navier-Stokes equations  217  near symmetry 91  network runners  254  neural network 78  neutral plane offset 196  Newmark method 29  Newtonian fluid  220  Newton-Raphson method 30  niyama 343  nodal degree of freedom 110  node 109  no-flow temperature  290  nominal stress 155  Non-associated flow rule 327  non-isothermal analysis 326  nonlinear analysis 60  non-manifold edge  275  non-return valve  253  numerical integration 69  NURB surface 28    O  objective function 51  Ogden model 183  one-way coupling 221  optimum design 124  orientation  267  orthotropy 197  over constraint 19  over flow 349  overlapping mesh elements  249  overpacking  251    P  packing stage  271  packing time  271  parallel computing 58  particle 235  parting plane  275  patch surface 131  pathline 235  Paticle Dynamics 97  peculiar feature 131  penalty contact 55  penalty method 54  piercing 338  pin point gate  310  plane-strain problem 336  plane-stress problem 133  plastication  246  Poisson’s ratio 209  polymer  250  postprocessor 140  potential flow  242  pouring cup 357  pouring cup velocity 357  Powder injection molding analysis 274  Prandtl number  243  predictive engineering analysis 79  preferred molding window  299  preload 208  preprocessor 108  pressure controlled stage  284  pressure gradient  284  pressure profile  285  pressure-volume-temperature(pvt)  285  principal strain 333  principal stress 116  principle stress 116  process control  250  process parameters  250  processing conditions  281  processor 120  punch 336  purging  309    Q  quenching 320  query 115    R  racetrack effect  258  ram  257  RANS, Reynolds averaged Navier Stokes 224  Rayleigh number 225  rebar element 167  rectangular gate  297  rectangular runner  298  reduced integration 9  reflective symmetry 53  remeshing 49  resonance 154  restart function 105  restricted gate  296  Reynolds number 44  Reynolds number  43  Reynolds stress 226  rib  258  rigid body 318  rigid body motion 150  rigid element 149  riser calculation 347  riser design 347  riser sleeve 348  riserless 344  RMS output 81  roll forming 324  round-off error 226  rubber-pad forming  318  Runge-Kutta method 45  runner 344, 356  runner calculation 356  runner system  257  runner velocity of flow 357  runnerless 344    S  screw  282  segregated solver 229  semicircular gate  264  semicircular runner  264  semicrystalline  264  sensitivity analysis 175  shape optimization 213  shear  291  shear friction 332  shear heating  291  shear rate  293  shear strain  292  shear stress  292  sheet 335  sheet hydro forming 336  sheet metal forming simulation/stamping simulation 336  sheet metal forming/stamping 335  shell element 74  shock loss 355  shock wave  240  short shot  262  shrinkage  282  side core 303  side riser 355  silver surface 70  singular element 130  sink mark  283  SLM; Simulation Lifecycle Management 79  SMAC method 349  smoothed particle hydrodynamics, SPH 235  smoothing length 233  S-N diagram 181  SOLA-VOF 346  solid element 328  solidification analysis 352  solution convergence 138  solution stability 139  specific heat  59  spinning 329  spring element 180  springback 329  springs 328  sprue 283, 346  sprue design 356  sprue ratio 356  sprue shape 356  spure velocity 356  St Venant principle 65  stamping 328  start of fill  301  static analysis 114  steady flow 239  stiffness matrix 10  stop pin  282  strain 55  strain energy 177  strain hardening 176  strain tensor 55  streamlines 234  stress 95  stress analysis 352  stress concentration factor 188  stress recovery 187  stress relexation 331  stress tensor 95  stress-strain diagram 186  stretch forming  332  strip casting 346  stroke 75  stroke  75  strong coupling 216  structural analysis 21  structural damping 156  structured grid 239  subsonic 229  suck back  279  super convergence 22  superplastic forming 334  supersonic 239  surface mesh 309  switchover  293  symmetric boundary condition 37  symmetry plane 321    T  tailored blank 332  tangent stiffness matrix 111  tapered arc gate  306  temperature drop 349  temperature gradient 350  temperature gradient law 350  tetrahedron element 63  thermal analysis 182  thermal degradation 288  time increment 75  time integration 77  time step 76  tooling 320  top riser 345  topology optimization 184  total Lagrangian method 127  total pressure 236  transition mesh 121  transition temperature  298  transport equation 229  trapezoidal runner  276  triming curve 333  trimming 333  trimming tool / trimming die 333  TRIP(Transformation induced plasticity) 325  truss element 207  tube bending 319  tube hydroming 319  turbulent dissipation 217  turbulent eddy  218  turbulent flow  26  turbulent kinetic energy 218  TWB(tailor welded blank) 335  two-way coupling 230    U  undercut  287  unsteady flow 229  u-p mixed method 92  updated Lagrangian method 82  user coordinate system 64    V  valve gate  268  vector plot 57  velocity controlled stage  281  velocity of flow 351  velocity Profiles 229  velocity to pressure switchover  272  vent 342  verification 12  viscosity 237, 294  viscosity index  294  viscosity model  294  viscous flow  238  viscous sub layer 239  voids  272  volume mesh  299  von Mises stress 134  vorticity 230  VPD; Virtual Product Development 8    W  warm forming 330  warpage  270  water model 346  weak coupling 230  wear model 324  weld line  289  wire frame 86  wizard 90  wrinkling 334    Y  yield criterion 338  yield function 339  yield stress 137    Z  z-type spure 354   숫자 1D simulation 96  
작성일 : 2023-05-02
[핫윈도] 탄소 중립 시대, 선박용 엔진에 대한 도전과 가상 제품 개발의 역할
국제 사회에서 강력한 온실가스 규제가 진행됨에 따라 기존의 화석 연료 사용이 제한되면서, 오랜 기간 각종 기계장치의 독보적인 동력원 역할을 담당해 온 내연기관의 위상은 급격히 흔들리고 있다. 이미 자동차 시장은 내연기관의 종말을 선언하고 배터리, 연료전지 등 대체 동력원으로 빠르게 전환하고 있으며, 조선/해운업계도 온실가스의 배출 감축에 대한 전방위적 압박을 받고 있다. 다만, 선박용 엔진의 경우 높은 에너지 밀도를 대체할 동력원을 찾기는 여전히 어려운 상황이며, 따라서 저탄소 및 무탄소 연료의 사용이 거의 유일한 대안으로 여겨지고 있다. 현대중공업에서는 <그림 1>과 같이 이미 저탄소 연료를 사용한 세계 최초의 4-Stroke 메탄올 엔진에 대한 선급 인증을 2022년 9월 취득하여 기술력을 입증한 바 있으며, 수소 및 암모니아 엔진 등 미래 친환경 선박 엔진 개발에도 박차를 가하고 있다. 이러한 급변하는 다양한 연료에 대한 시장의 수요에 대응하기 위해 제품의 개발 속도는 갈수록 가속화되고 있다. 이 글에서는 탄소 중립 시대에 선박용 엔진의 미래에 대해 논의하고, 신속한 제품 개발을 위한 가상 제품 개발(Virtual Product Development, 이하 VPD) 기술의 발전 방향 및 그 역할에 대해 살펴보고자 한다.   그림 1. 현대중공업의 세계 최초 선박용 4-Stroke 메탄올 엔진 개발   탄소 중립 시대, 선박용 엔진의 도전과 역할 자동차 및 건설 장비 등 육상의 기계장치에 사용되는 동력원은 이미 급격한 전동화가 진행 중이다. 매스컴에서는 이들 산업계 전반에서 더 이상 내연기관의 설 자리가 없어질 것이라 전망하고 있다. 즉, 기존의 디젤 및 가솔린 엔진은 빠르게 배터리 또는 연료전지로 대체될 전망이다. 선박 및 해운분야의 대외 환경 역시 녹록치 않다. 국제해사기구(IMO : International Maritime Organization)에서는 2016년 NOx 규제를 시작으로 2017년 선박평형수 규제, 2020년 SOx 규제를 발효했다. 나아가 최근에는 2030년 CO2 Emission 40% 감축 및 2050년까지 온실가스(Green House Gas : GHG) 50% 감축 목표를 제시함과 더불어, 구체적인 규제 방안을 모색 중이다. 조선사는 이러한 규제에 적절히 대응하면서도 제반 비용(Total Cost Ownership : TCO)을 최소화하는 효율적인 친환경 해법을 해운사에 제시해야 하는 도전에 당면해 있다. DNV Maritime(2020)의 조사에 따르면 선박의 탈탄소화는 이미 임계점을 항해 가고 있다. 유럽연합(EU)은 탈탄소화를 위해 2030년까지 CO2 배출량의 55%를 감축한다는 목표를 제시하였으며, IMO에서는 기술적 조치인 현존선 에너지 효율지수(EEXI : Energy Efficiency Existing Index)와 운항적 조치인 탄소 집약도 지수(CII : Carbon Intensity Indicator)를 도입하여 신조 선박뿐만 아니라 약 3만 척 이상의 현존 선박에 대해서도 규제를 확대하였다. 그러나 이러한 국제사회의 친환경 규제에 대한 근본적인 해법으로 배터리나 연료전지가 아닌 LNG, 메탄올, 암모니아 등 친환경 연료 엔진을 사용한 새로운 탄소 중립선박을 제시한 것에 주목할 필요가 있다. 선박 엔진분야에서 친환경 연료 엔진이 대안으로 주목받고 있는 이유는 첫째, 탈탄소화에 대응 가능한 다양한 기술들이 이미 존재하기 때문이다. 이미 단기적으로 저탄소 연료의 하나인 액화천연가스(Liquefied Natural Gas : LNG)를 이용한 내연기관의 보급이 확대되고 있으며, 중장기적으로는 순탄소배출량이 제로인 E-Fuel을 내연기관 또는 연료전지에 적용하는 것이 가장 현실적인 대안으로 논의되고 있다. 둘째, 현존하는 배터리 기술로는 대형 상선에 대한 전기 추진 동력을 얻기 힘들기 때문이다. 9th AVL Large Engine Techdays (2021)에 따르면, 1만 4770 TEU급 컨테이너 선을 기준으로 아시아-유럽 노선에 소요되는 약 7000톤의 HFO 연료를 대체하기 위해서는 약 16만 톤의 배터리가 필요한 것으로 나타났다. 이를 부피로 환산해 보면 거의 컨테이너 화물과 유사한 수준의 배터리 저장공간이 추가로 필요하게 된다. 이러한 문제점을 감안하면 현실적으로 친환경 연료가 CO2 감축률이 가장 높은 대안일 것으로 판단된다. 대형 선박의 수명주기(life cycle)가 25년~30년인 점을 감안하면, 2050년까지 CO2 저감 목표 달성을 위해 주어진 시간은 매우 짧다. 현대중공업에서는 기존의 LNG뿐만 아니라 메탄올, 암모니아, 수소 등의 탄소 중립연료 및 수전해와 연료전지까지 2025년까지 상용화를 목표로 경험해보지 못한 다양한 제품을 동시다발적으로 신속히 개발해야 하는 어려움에 직면해 있다.   선박용 엔진 개발의 특성과 가상 제품 개발의 필요성 선박용 엔진은 크게 선박 내에 전기를 공급하는 발전용 엔진과 프로펠러와 연결되어 선박의 추진동력을 얻는 추진용 엔진으로 구분할 수 있다. 6000 시간 내외의 비교적 작은 수명을 요구하는 자동차와는 달리 선박용 엔진은 12만~18만 시간 이상의 수명이 필요하며, 그 크기와 제작/시험 비용 때문에 시제품 제작과 개발시험을 통한 설계 검증이 매우 어렵다. 또한 자동차와 달리 선박용 엔진은 기본적으로 중후 장대한 수주 산업으로 선박별로 요구하는 조건이 매우 상이하여 ‘초소량, 초다품종’이라는 독특한 특성을 갖는다. 이에 따라 선박용 엔진 개발은 발전용의 경우에는 대표 기통에 대해서만 시제품 제작/검증 후 양산을 실시하고 있으며, 추진용 엔진의 경우에는 심지어 수주 후 초도 제작 및 검증까지 실시한다. 이러한 비즈니스 특성상 근본적으로 선박용 엔진의 개발은 시뮬레이션 기술에 전적으로 의존할 수 밖에 없는 구조이며, 이에 국내 최초로 독자개발된 H21/32 힘센엔진(1MW급 선박 발전용 디젤엔진) 모델부터 많은 시뮬레이션을 통해 연구개발이 이루어졌다.   그림 2. 엔진 개발 트렌드 및 가상 제품 개발 적용 방안 1   그림 3. 엔진 개발 트렌드 및 가상 제품 개발 적용 방안 2   그림 4. 엔진 개발 트렌드 및 가상 제품 개발 적용 방안 3   기존 엔진 개발에 비교적 충분한 연구개발 시간이 주어진 것과 달리, 탄소 중립 연료 엔진 개발은 글로벌 환경규제에 대한 시한이 정해져 있으며 다양한 연료에 대한 제품 개발이 동시에 이루어져야 하므로 연구개발의 속도가 그 무엇보다 중요해진 상황이다. <그림 2~4>와 같이 디젤 엔진 라인업 구축에 12년이 걸린데 비해 Gas/DF 엔진의 구축은 6년이 소요되는 등 시뮬레이션 기반 설계 기술은 점진적으로 발전하고 있으나, 앞서 언급한 메탄올 엔진의 경우 개발기간이 단 1.5년에 불과했으며 향후 신규 제품에 대한 개발 기간은 더욱 단축이 필요할 것으로 보인다. 이러한 시장 환경의 빠른 변화에 대응하기 위해 VPD 기술은 한 번 더 큰 도약이 필요한 시점에 도달했다. 이를 위해서 기존의 시뮬레이션 기반 개념 설계 프로세스를 더욱 합리화하고, 시뮬레이션과 계측 데이터를 다각도로 활용하여 다기종설계에 대한 양산 품질 예측을 고도화해야 하며, 이를 통해 궁극적으로는 개념 설계와 양산단계의 문제 해결 부하를 동시에 줄여야 한다. 구체적으로는 기존의 개발 절차에서 탈피하여 VOC 및 품질 문제를 개발 프로세스에 적극 반영하고, 기존에 축적된 데이터베이스 및 경험으로부터 트렌드 등의 정보도 개발 프로세스에 융합되어야만 한다. 또한, 기존의 시스템화 한계, 동일 타입 기통별 특성, 초소량 다품종 등 설계 제약사항은 각각 표준화 로직을 시스템화하고 예측 확장 기술 및 핵심(core) 기술을 통해 해결해야 한다. 이렇게 시뮬레이션 주도 설계(simulation-driven design) 기술을 고도화하여 궁극적으로 시뮬레이션 결과의 시험 대체, 초소량 및 초다품종, 품질 문제 대응이 필요하며, 설계 검증 목적으로만 주로 활용되던 계측 결과도 데이터베이스 기반 모델 개발, 개념 설계 방향 정립 및 테스트 효율 증가 목적 등에 활용 가능한 데이터 주도 설계(data-driven design)의 개념으로 확장을 통해 VPD 기술에 대한 변화를 모색해야만 한다. 이러한 시뮬레이션 및 데이터 주도 설계(simulation & data driven design)는 궁극적으로는 설계 및 표준화에 대한 절차를 융합해 주는 역할을 목표로 해야만 한다.   그림 5. 개념 설계 및 양산 설계 단계의 가상 제품 개발 방법론 적용 사례 1   그림 6. 개념 설계 및 양산 설계 단계의 가상 제품 개발 방법론 적용 사례 2   디지털 엔지니어링과 VPD <그림 5~8>과 같이 이미 선박용 엔진의 각 개발 과정에서 이러한 VPD 기반 디지털 엔지니어링(digital engineering)의 다양한 접목이 시도되고 있다. 개념 설계 단계에서는 기존에는 계측 데이터에만 의존하여 수개월씩 소요되던 엔진 흡배기 포트 설계 기간을 최근에는 플랫폼화를 통한 해석 데이터 기반 설계로 1일 이내로 단축하였다. 또한, 위상 최적화를 통한 베이스프레임의 경량화 개념 설계나 기통과 무관한 엔진 블록 mother model의 위상 최적화를 통한 신속한 다기통 양산 설계 기술에도 디지털 엔지니어링이 활용되고 있다. 시제품 TAT(Type Approval Test) 및 양산 과정에도 역시 시뮬레이션과 데이터를 접목한 VPD 기술이 활발히 적용 중이다. 대표적으로 DF 엔진의 메탄슬립 저감을 위해 물리적 모델(physics model)이 아닌 테스트 기반 메타 모델을 통해 가상 최적화를 수행하여 최적 운전점을 도출하였다. 또한, 디젤 엔진의 성능에 영향을 끼치는 다양한 환경 조건(고도, 기온 등)을 고려하여 성능을 예측하기 위한 시뮬레이션 기반 성능 메타 모델 프로그램을 개발하여 엔진의 실시간 성능 견적이 가능토록 하였다. 그 이외에도 Digital Twin in SiLS 기반 온보드 가상 시운전 및 제어 파라미터 자가 튜닝을 통한 원격 커미셔닝에 인건비 및 시간을 대폭 절감하였다.   그림 7. 개념 설계 및 양산 설계 단계의 가상 제품 개발 방법론 적용 사례 3   그림 8. 개념 설계 및 양산 설계 단계의 가상 제품 개발 방법론 적용 사례 4   스마트 전환(Smart Transformation) 이와 같은 노력에도 불구하고, 여전히 박용엔진의 B2B(Business to Business) 특성 상 다품종 소량생산 방식의 한계로 인해 양산 설계의 모든 데이터를 개발 단계에서 확보하기 어려운 근본적인 문제가 존재한다. 이를 극복하기 위해서는 결국 A/S 단계의 풍부한 고객 데이터를 확보하여 개발 프로세스에 접목하는 과정이 필요하다. 현대중공업 엔진연구소에서는 <그림 9>와 같이 기존의 시뮬레이션 및 데이터 주도 설계를 통한 디지털 전환(digital transformation)과 더불어, 고객으로부터 수집된 A/S 정보를 제품 개발에 접목하는 아날로그 전환(analog transformation), 그리고 이 두 그룹을 연결한 스마트 전환(smart transformation)의 전략을 수립하여 선박용 엔진 시장에 적합한 가상 제품 개발 방법론의 방향으로 나아가고자 한다. 이를 위해 현대중공업에서는 SmartLab, Hi-BRAIN, SMART-LiGHT, Hi-EMS 등 연구개발부터 제품 인도 후까지 각 개발 단계별로 데이터 취득 플랫폼을 시스템화하여 방대한 기술 데이터를 확보하고 있으며, 이러한 빅데이터(big data)를 기반으로 궁극적으로는 기계의 자가 학습 및 AI(인공지능) 기반 제품 설계를 하는 스마트 엔진 5.0(Smart Engine 5.0)으로 나아갈 중장기 목표의 달성에 매진하고 있다.   그림 9. 현대중공업 엔진연구소의 스마트 전환 전략   맺음말 선박 추진 분야에서 내연기관은 미래에도 여전히 주도적 역할을 할 것으로 예상되고 있어, 바로 지금이 탈탄소 목표를 위해 대체 연료 엔진을 개발하고 친환경 시장을 선점할 수 있는 골든 타임으로 생각된다. 반면, 조선 해양 산업 분야 고객의 요구는 갈수록 다양화 및 세분화되고 있어, 기존의 제품 개발 프로세스로는 고객 맞춤형 제품의 적기 공급에 한계가 있다. 현대중공업 엔진연구소는 디젤 엔진과 Gas/DF 엔진 개발을 거쳐 축적된 해석 기술과 양산/개발 데이터의 디지털 전환 및 빅데이터 플랫폼 기반 사용자 경험을 제품 개발에 융합함으로써, 다양한 고객 수요에 부합하는 신속하고 신뢰성 있는 제품 개발 기술의 경쟁력을 확보할 계획이다.   ■ 이 글의 내용은 2022년 11월 18일 진행된 ‘CAE 컨퍼런스 2022’의 발표 내용을 정리한 것이다.   안성찬 현대중공업 엔진연구소의 상무로, 중속 발전/선박용 국산 HiMSEN 엔진 개발을 위한 내구, 방진 및 트라이볼로지 설계기술 개발을 주도했다. 최근에는 환경규제 대응을 위한 친환경 엔진 개발 및 신모델 개발 효율 극대화를 위한 가상제품개발 연구에 매진하고 있다. (홈페이지)     ■ 기사 내용은 PDF로도 제공됩니다.
작성일 : 2022-12-29
[포커스] 친환경 선박 엔진의 개발을 위한 CAE와 디지털 전환
CAE 컨퍼런스 2022 발표 내용 정리 (1)   ‘CAE 컨퍼런스 2022’가 지난 11월 18일 수원컨벤션센터에서 열렸다. ‘제4회 스마트공장구축 및 생산자동화전(SMATEC 2022)’과 함께 진행된 이번 CAE 컨퍼런스에서는 ‘디지털 트윈과 DX 그리고 미래 모빌리티’를 주제로, 다양한 산업분야에 적용되면서 디지털 전환의 핵심 요소로 자리잡고 있는 CAE 및 시뮬레이션 기술의 발전상과 적용 사례가 폭넓게 소개됐다. ■ 정수진 편집장   ▲ 현대중공업 안성찬 상무   ‘CAE 컨퍼런스 2022’ 기조연설에서 현대중공업의 안성찬 상무는 탄소중립 시대를 맞아 새로운 선박용 엔진의 개발 과제와 가상제품개발(VPD)의 역할에 대해 소개했다. 자동차나 건설장비 등에서는 전동화가 활발히 진행 중인데, 선박/해운 분야에서도 환경/가스 규제가 강화되면서 탈탄소화 목표를 위해 다양한 친환경 엔진 기술을 개발하고 있다. 안성찬 상무는 “현대중공업은 탄소중립연료에 대한 연구를 진행하면서 세계 최초로 메탄올 엔진을 개발했고, 2023년부터 선박에 탑재해 운용할 예정”이라고 소개했다. 선박은 초소량·초다품종이라는 특성을 갖고 있으며 양산 이전 단계에서 설계 변화의 폭이 크기 때문에 테스트 대신 시뮬레이션을 많이 활용하고 있다. 또한 제작 및 검증에 많은 비용이 든다는 점도 시뮬레이션의 필요성을 키우고 있다. 안성찬 상무는 MBSE, 시스템 모델 해석, 디지털 엔지니어링으로 개발 과정을 효율화하는 것이 중요하다면서, 합리적인 개발 방법론을 마련하고 개발기간을 줄이는 것이 시뮬레이션의 과제라고 전했다. 안성찬 상무는 위상 최적화를 활용한 엔진 블록 설계 사례를 소개하면서, “개발 초기의 컴포넌트 시뮬레이션에 그치지 않고, 시뮬레이션을 활용한 예측의 고도화 및 범용성 증대에 노력을 기울였다. 또한 시뮬레이션 데이터에 기반한 성능 예측 프로그램을 개발해, 성능 메타 모델 프로그램으로 엔진의 실시간 성능 견적이 가능해졌다”고 설명했다. 한편, 현대중공업은 연구개발, 설계, 조립, 시운전, 인도 이후 등의 단계별 시스템에서 데이터를 취득할 수 있도록 하는 디지털 전환을 진행하고 있다. 이는 디지털 전환을 위한 양질의 빅데이터를 구축하기 위한 과정이라는 것이 안성찬 상무의 설명이다.   같이 보기: [포커스] CAE 컨퍼런스 2022, 제조산업의 디지털 전환을 위한 CAE의 발전과 활용방안 소개 (1) 친환경 선박 엔진의 개발을 위한 CAE와 디지털 전환 (2) 하드웨어와 소프트웨어를 포괄하는 디지털 목업 (3) CAE가 주도하는 제품 개발 프로세스 구축 (4) 제품 개발 라이프사이클을 최적화하는 디지털 트윈 (5) 입자 기반 유체해석 기술의 발전 기대 (6) 다물리 연성 해석으로 제품 개발 역량 강화 (7) 시뮬레이션 기반의 디지털 트윈 플랫폼 개발 (8) 광학 시스템의 효과적인 개발 위한 시뮬레이션 (9) 실현 가능한 UAM 개발을 위한 기술 과제 (10) 배터리의 손상을 다중물리해석으로 검토
작성일 : 2022-12-01
[포커스] CAE 컨퍼런스 2022, 제조산업의 디지털 전환을 위한 CAE의 발전과 활용방안 소개
‘CAE 컨퍼런스 2022’가 지난 11월 18일 수원컨벤션센터에서 열렸다. ‘제4회 스마트공장구축 및 생산자동화전(SMATEC 2022)’과 함께 진행된 이번 CAE 컨퍼런스에서는 ‘디지털 트윈과 DX 그리고 미래 모빌리티’를 주제로, 다양한 산업분야에 적용되면서 디지털 전환의 핵심 요소로 자리잡고 있는 CAE 및 시뮬레이션 기술의 발전상과 적용 사례가 폭넓게 소개됐다. ■ 정수진 편집장     CAE 컨퍼런스 준비위원회 위원장인 오재응 한양대학교 명예교수는 개회사를 통해 CAE/시뮬레이션 분야에서 활발히 모색되고 있는 MBSE(모델 기반 시스템 엔지니어링)와 PHM(건전성 예측 및 관리) 등의 개념을 소개했다. 시스템의 복잡성이 커지는 가운데 MBSE를 위해서는 체계적인 정보교환 언어를 활용해 데이터를 교환하고 추적해야 할 필요성이 제기되고 있다. 이와 함께 설계기간 단축도 중요한 이슈가 되고 있어, PHM에 대한 관심도 높아지고 있다. 오재응 위원장은 “제조기업의 궁극적인 목표는 제품의 제작성과 신뢰성을 높이는 데에 있다. 이를 위해 CAE를 포함해 다양한 기법을 적용함으로써 생산을 효율화하려는 노력이 진행 중”이라면서, “이번 CAE 컨퍼런스가 제조 분야의 미래를 모색할 수 있는 기회가 되기를 바란다”고 밝혔다.   ▲ CAE 컨퍼런스 준비위원회 오재응 위원장   ‘CAE 컨퍼런스 2022’의 기조연설에서는 현대중공업의 안성찬 상무가 탄소중립 시대를 맞아 새로운 선박용 엔진의 개발 과제와 가상제품개발(VPD)의 역할에 대해 소개했다. LG전자 박귀근 연구위원은 기조연설을 통해 ‘디지털 전환을 위한 제어 시스템 디지털 목업 기술 개발’에 관한 내용을 소개했다. 이외에도 ▲현대모비스 최봉근 책임연구원의 ‘CAE 주도 제품 개발 프로세스의 혁신’ ▲지멘스 디지털 인더스트리 소프트웨어 신성원 전무의 ‘전기자동차 개발을 위한 디지털 트윈 활용’ ▲이에이트 류제형 솔루션사업부문장의 ‘LBM 기술이 접목된 CFD 소프트웨어가 주목받는 이유’ ▲헥사곤 매뉴팩처링 인텔리전스 임태균 퓨처모빌리티 팀장의 ‘다양한 산업분야에서 사용되는 다물리 현상에 대한 연성해석 사례’ ▲페이스 한우주 리드의 ‘시뮬레이션 기반 디지털 트윈 구축 서비스를 제공하는 웹기반 클라우드 SaaS Platform’ ▲앤시스 코리아 김진희 차장의 ‘통합 광학 솔루션을 활용한 카메라 시스템 설계 및 해석’ ▲서울대학교 이관중 교수의 ‘도심항공교통(UAM)의 현황과 미래 과제’ ▲건국대학교 김창완 교수의 ‘다중물리해석을 이용한 외부 하중에 대한 배터리 손상 및 열폭주 해석’ 등 다양한 발표가 진행됐다.   같이 보기: CAE 컨퍼런스 2022 발표 내용 정리 (1) 친환경 선박 엔진의 개발을 위한 CAE와 디지털 전환 (2) 하드웨어와 소프트웨어를 포괄하는 디지털 목업 (3) CAE가 주도하는 제품 개발 프로세스 구축 (4) 제품 개발 라이프사이클을 최적화하는 디지털 트윈 (5) 입자 기반 유체해석 기술의 발전 기대 (6) 다물리 연성 해석으로 제품 개발 역량 강화 (7) 시뮬레이션 기반의 디지털 트윈 플랫폼 개발 (8) 광학 시스템의 효과적인 개발 위한 시뮬레이션 (9) 실현 가능한 UAM 개발을 위한 기술 과제 (10) 배터리의 손상을 다중물리해석으로 검토     ■ 기사 내용은 PDF로도 제공됩니다.
작성일 : 2022-12-01
[포커스] 다쏘시스템코리아, “버추얼 트윈과 메타버스로 산업의 지속가능성 강화”
다쏘시스템코리아가 9월 6일 연례 사용자 이벤트인 ‘3D익스피리언스 콘퍼런스 코리아 2022’를 열었다. ‘버추얼 트윈을 통한 지속가능성의 가속화(Accelerate Sustainability with Virtual Twin)’를 주제로 진행된 이번 이벤트에서 다쏘시스템코리아는 제품과 공간, 인간, 자연까지 가상화한다는 자사의 버추얼 트윈과 함께, 이를 중심으로 하는 메타버스 및 지속가능성 전략 등을 폭넓게 소개했다. ■ 정수진 편집장     제조 환경의 변화에 대응하는 디지털 전환의 필요성 강조 다쏘시스템코리아에서 커스터머 솔루션 익스피리언스 세일즈를 이끌고 있는 정운성 본부장은 개회사를 통해 “환경은 실제 우리의 업무에 영향을 주는 중요한 문제가 되었다. 또한 제품에 대한 요구 사항이 갈 수록 다양해지고 복잡해지면서, 많은 부분에서 큰 폭의 변화에 직면하고 있다”고 짚었다. CAD를 활용한 3D 모델링, 해석 솔루션을 통한 시뮬레이션, 제품 정보 관리 시스템을 통한 데이터 관리 등 엔지니어링 소프트웨어의 사용은 이전부터 꾸준히 이뤄져 왔다. 하지만 개별 업무 영역에서 사용하는 데에서 나아가, 이제는 시장의 복잡한 요구와 환경 문제에 대응한 제품 개발 및 생산을 위해 더 진보적이고 혁신적인 방식이 요구된다는 것이다. 다쏘시스템이 내세우는 해결방법은 모델링, 시뮬레이션, 데이터 관리를 하나의 플랫폼 안에서 잘 구조화된 형태로 통합 운영하는 것이다. 이를 통해 복잡한 시장 요구에 대응하기 위한 기반을 갖출 수 있으며, 이는 디지털 전환의 중요한 요소로 꼽힌다. 정운성 본부장은 “다쏘시스템은 디지털 통합 운영을 바탕으로 연계, 추적성, 최적화를 고도화하고 있다. 이를 기반으로 경험과 노하우를 축적하고 가상공간에서 미래를 미리 경험하는 버추얼 트윈(virtual twin)을 제공하는 것이 다쏘시스템의 목표”라고 전했다.   ▲ 다쏘시스템코리아 정운성 본부장은 모델링, 시뮬레이션, 데이터를 중심축으로 하는 버추얼 트윈 개념을 소개했다.   버추얼 트윈과 메타버스를 위한 비전 제시 다쏘시스템이 내세우는 버추얼 트윈은 디지털 트윈의 더욱 포괄적이면서 완성된 개념으로 ▲3D 모델과 시스템-모듈-컴포넌트 간의 논리 관계를 정의하는 엔지니어링 모델 ▲시뮬레이션 모델 ▲물리 특성, 환경, 실행/운영 등에 대한 데이터로 구성된다. 이를 통해 다쏘시스템은 사물과 공간, 인간, 자연에 이르는 광범위한 버추얼 트윈 경험을 제공하겠다는 비전을 선보이고 있다. 다쏘시스템코리아의 인더스트리 컨설턴트 디렉터이자 지속가능성 리더인 양경란 대표는 다쏘시스템이 지향하는 ‘버추얼 트윈 기반의 인더스트리 메타버스와 지속가능한 혁신’에 대해 소개했다. 양경란 대표는 “버추얼 트윈은 물리적인 대상을 가상 공간에 그대로 구축하는 것뿐 아니라, 물리적 실체가 존재하기 이전에 3D 모델링과 시뮬레이션 등의 기술로 잠재적인 대상의 버추얼 트윈을 만들 수도 있다. 디지털 트윈과 가상 환경을 포괄하는 버추얼 트윈을 활용하면 가상으로 미래를 예측하거나 가상의 과거를 재현해 추적/복기하는 것도 가능하다”면서, “버추얼 트윈의 핵심 가치는 빠르게 변화하는 환경에서 더 빠르게 학습하고, 더 많은 탐색과 실험을 하고, 더 적은 환경 영향을 위한 이니셔티브를 제공하는 데에 있다”고 전했다. 다쏘시스템은 비즈니스의 대상을 디지털로 구현하는 버추얼 트윈을 중심으로 제조산업의 엔드투엔드 실행에 적용할 수 있는 ‘산업 메타버스(industry metaverse)’의 네 가지 유형을 정의했다. ▲버추얼 트윈을 활용한 가상 검증 및 테스트 ▲버추얼 트윈과 VR(가상현실), 디지털 휴먼을 결합한 가상 운영 및 체험 ▲버추얼 트윈과 증강현실(AR)/가상현실을 결합한 증강 운영 ▲버추얼 트윈과 인공지능(AI) 및 애널리틱스를 결합한 증강 분석과 의사결정이 그것이다. 가상 검증은 현실과 같은 디지털 모델과 물리/수학 모델을 기반으로 디지털 시뮬레이션을 실행하는 것이다. 이는 분자/소재, 부품/제품, 생산 공정 등 다양한 영역의 가상 시뮬레이션을 가능하게 한다. 가상 운영/체험은 버추얼 트윈에 휴먼 모델과 VR 기술을 더해 직원 관점의 작업과 고객 관점의 경험을 최적화할 수 있다. 예를 들면 작업자의 이동과 안전에 대한 시뮬레이션, 가상 휴먼 모델 기반의 인체공학 설계, VR 기반의 가상 제품 체험 등이 있다. 증강 운영은 버추얼 트윈에 AR 기술을 더해 가상 교육 및 고객 마케팅/서비스에 활용하는 것을 가능케 한다. AR을 기반으로 제품의 상세 정보를 제공하거나, 제품 서비스 및 자가정비를 위한 AR 기반의 디지털 매뉴얼 등이 대표 사례로 꼽힌다.증강분석 & 의사결정은 버추얼 트윈에 비즈니스 실행 데이터 분석 및 추천을 결합해 판단과 의사결정을 고도화하는 것이다. 3D 기반의 이슈 이력 관리와 분석, AI 기반의 대체품 추천 및 부품 표준화, 버추얼 트윈 기반의 프로세스 처리 분석 등이 가능하다. 한편, 원료 채취부터 포장/수송, 제조, 사용, 폐기/재활용까지 비즈니스 전체 주기에서 총체적인 친환경 영향에 대해 평가하는 LCA(Life Cycle Assessment : 환경전과정평가) 기법이 ISO 표준으로 정해지는 등, 제조산업 전반에서 친환경성을 구현하고 지속 관리해야 한다는 압력이 커지고 있다. 양경란 대표는 “제품의 설계 단계에서 환경 영향의 80%가 결정되는데 버추얼 트윈으로 이 과정을 개선할 수 있다. 버추얼 트윈과 BOM을 종합해 원재료 단계에서 환경 영향을 평가할 수도 있다” 면서, “버추얼 트윈을 활용하면 연구개발부터 설계, 생산, 운송, 활용, 폐기 단계에서 기존 비즈니스 방식보다 효과 및 효율을 높일 수 있으며, 친환경/친사회적인 비즈니스로 변화를 추진할 수 있다”고 전했다. 또한, “버추얼 트윈 중심의 산업 메타버스는 제조기업 디지털 전환의 궁극적인 모습이 될 것”이라고 전망했다.   ▲ 다쏘시스템코리아 양경란 대표는 산업 메타버스가 제조산업 디지털 전환의 궁극적인 모습이 될 것으로 전망했다.   제품 개발 혁신 기술과 사례 소개 이번 3D익스피리언스 콘퍼런스에서는 다쏘시스템의 설계 및 시뮬레이션 솔루션 브랜드인 카티아(CATIA)와 시뮬리아 (SIMULIA)를 중심으로 차세대 엔지니어링 구현, 미래 모빌리티 개발, 첨단산업 혁신, 지속가능한 산업 구현 등을 위한 엔지니어링 기술과 활용사례 등이 폭넓게 소개됐다. 기조 세션에서는 한국항 공우주산업(KAI)과 LG전자가 제품 개발을 위한 디지털 전환 및 시뮬레이션 주도의 개발 혁신 사례를 전했다. 한국항공우주산업의 디지털 엔지니어링 팀장인 주영신 수석은 “글로벌 항공기 개발/제조 트렌드는 전체 수명주기에 대해 디지털 엔지니어링을 채택하고, 의사결정에 필요한 정보를 제공할 수 있도록 디지털 모델의 개발/통합/사용을 실현하는 방향으로 나아가고 있다”고 소개했다. 이런 배경에는 항공기 개발의 복잡성이 큰 폭으로 늘어났다는 이유가 있다. 항공기 한 대에 쓰이는 부품 수가 백 만 단위에 이르며, 기구 부품과 컴포넌트뿐 아니라 전장, 소프트웨어 등의 사용이 확대되면서 단일 소스를 기반으로 이들 요소를 관리하는 것이 중요해졌다. 한국항공우주산업 또한 현재 진행 중인 차세대 전투기 개발 사업에서 기존의 IT 인프라로는 개발과 생산에 한계가 있다고 판단하고, 이를 해결하기 위해 다쏘시스템의 3D익스피리언스 플랫폼을 도입했다. 또한 디지털 목업(DMU)에 물리적 특성까지 고려한 시뮬레이션을 결합한 FDMU, 디자인 리뷰부터 정비성 분석까지 다양한 검토를 위한 가상현실, 기준정보 정의부터 생산을 위한 MBOM까지 디지털 스레드 환경을 구축하는 PLM, 2D 도면을 없애고 3D 모델을 기반으로 설계와 커뮤니케이션을 하기 위한 MBD(모델 기반 설계), 해석 일정·프로세스·결과를 관리하는 SLM(시뮬레이션 수명주기 관리) 등 다양한 기술을 적용했다. 주영신 수석은 “체계 개발부터 양산, 후속지원에 이르는 업무/데이터/시스템이 유기적으로 연계 및 통합되도록 시스템을 구성했다”면서, “디지털 기술이 빠르게 변화하고 있어서 단계마다 신기술을 적용해 개발을 진행하고 있는데, 이 과정에서 3D익스피리언스 플랫폼이 중요한 역할을 하고 있다”고 소개했다. 전자제품 산업에서는 소재부터 제품까지 다양한 스케일의 문제를 해결해야 하는 경향이 늘면서, 기구 및 회로 중심의 해석에서 전자기까지 포함한 멀티스케일 해석으로 시뮬레이션의 활용 양상이 변화하고 있다. LG전자 생산기술원의 김상국 팀장은 “시뮬레이션을 수행하는 데에 있어 모델의 복잡도가 증가하면서 해석 데이 터도 늘어나고 있어서, 시뮬레이션 데이터의 종류와 크기가 늘고 있다. 해석 결과를 빠르게 전달/분석하는 것도 주요한 과제 중 하나”라면서, “LG전자는 현실의 문제를 모델링해 가상으로 테스트하고, 시스템의 자동 설계를 전문가가 검증하는 시뮬레이션 기반의 제품 개발 혁신을 추진하고 있다”고 소개했다. LG전자는 다양한 요구에 대응할 수 있는 제품 개발을 위한 MBSE(모델 기반 시스템 엔지니어링), 멀티 스케일 및 멀티 도메인 시뮬레이션, 템플릿 기반의 설계/해석 자동화, 디자인 생성부터 소비자 선호도 반영까지 자동화하는 제너레이티브 설계(generative design), AI(인공지능) 기반의 PCB 설계 자동화 등을 진행하고 있다. 김상국 팀장은 “디지털화의 가장 큰 장점은 모델과 데이터가 프로세스화되고 공유된다는 점이다. 데이터와 시뮬레이션을 연계하면 지속적인 제품 개발/생산 고도화가 가능할 것으로 본다. 이를 위해 가상 제품 개발(VPD) 체계를 프로세스화 해 정착하는 과정이 필요하며, LG전자는 R&D부터 제조까지 디지털 트윈을 꾸준히 확대할 수 있도록 노력하고자 한다. 이 과정에서 SPDM(시뮬레이션 프로세스 및 데이터 관리)이 엔지니어링의 중요 인프라로서 데이터를 통합하는 포털이 될 것”이라고 전했다.     기사 내용은 PDF로도 제공됩니다.
작성일 : 2022-10-04
[인터뷰] 박귀영 현대자동차 디지털엔지니어링센터 상무
분야별 CAE 동향 인터뷰 가상제품개발(VPD)의 이해와 동향   현대자동차에서는 기존의 단순한 아날로그 정보들을 디지털로 변환하는 것을 넘어 현재 자동차산업 패러다임인 복잡성을 해소하기 위해 가상차량개발(Virtual Vehicle Dev.)을 위한 전략을 수립하고, 이를 위해 다양한 디지털 엔지니어링 방법론을 가지고 적용해 나가고 있다. 박귀영 상무는 현대자동차 해석담당 겸 차량해석실장, 버추얼차량개발실장 등을 거쳐 현재는 디지털엔지니어링센터장을 맡고 있다. 가상제품개발(VPD)이란 무엇인가. 기존의 제품개발이 실물 기반의 개발이었다면, 가상개발은 모델 기반의 개발로 정의할 수 있다. 이는 주로 실물을 활용하여 개발의 중요한 의사결정을 수행하던 것을, 모델을 활용하여 수행하는 체계로의 ‘개발 방식의 혁신’을 의미한다. 물론, 실물이나 모델만을 100% 활용하는 개발은 불가능하다. 즉, 가상제품개발(VPD, Virtual Product Development)은 실물과 모델을 동등한 지위로 하이브리드하게 운영하며, 효율적으로 개발의 완성도를 확보하는 방법이라고 할 수 있다. 간혹, 가상제품개발이 실물 시제품 제작 없이 개발하는 프로토리스(protoless)를 의미한다고 오해하는 경우가 있으나, 실물과 모델의 운영 비율은 제품의 특성과 가상개발의 성숙도에 따라 전략적으로 선택하는 것이지, 개발 방식 자체를 의미하는 것은 아니다.   가상제품개발을 하게 되면 어떠한 이점이 있는가. 모빌리티 개발에 있어 가상개발의 이점은 크게 두 가지이다. 첫째는 효율성이다. 실물 기반의 개발은 제작과 검증의 과정에서 많은 일정과 비용이 소요된다. 따라서, 모델 기반의 개발 적용으로, 개발일정의 단축과 개발비용의 절감을 기대할 수 있다. 둘째는 복잡성의 해소이다. 자율주행 시대를 맞아, 개발 단계에서 사전에 고려해야 하는 시나리오가 거의 무한대로 증가하는 등 개발의 복잡성은 급격히 심화되고 있다. 이러한 복잡성을 실물 개발로 모두 대응하는 것은 현실적으로 불가능에 가까우므로, 미래 모빌리티 환경 변화에 따른 가상개발의 도입은 선택이 아닌 필수라고 할 수 있다.   최근 차량 개발과 관련한 해석 분야의 트렌드는 어떻게 변화하고 있는가. 차량 개발에 있어 시뮬레이션 분야의 변화 트렌드는 크게 두 가지이다. 첫째, 시뮬레이션 영역이 확장되고 있다. 종래부터 충돌, 내구, NVH 등 차량의 핵심 기본성능 개발을 위해 CAD 형상 데이터를 기반으로 하는 3D CAE가 활용되어 왔다. 이에 더해, 최근에는 에너지관리, 자율주행 등 새로운 고객가치를 더하는 성능의 개발이 더욱 요구되고 있고, 이를 대응할 수 있는 기능 데이터 기반의 1D 시뮬레이션 활용이 확대되고 있다. 둘째, 시뮬레이션의 대상 범위가 확대되고 있다. 기존의 시뮬레이션은 주로 완성차 레벨로 성능을 예측하고 검증하는 목적으로 활용되었다. 그러나 V형 모델로 대표되는 시스템 엔지니어링의 확대에 따라, 완성차 성능을 시스템/부품 단위로 Target Cascading 하고, 순차적/다면적으로 강건하게 검증하는 방식에 활용하는 추세로 변화하고 있다.     가상제품개발을 위한 프로세스 혁신 전략과 방법론에 대해 소개한다면. 가상개발은 모델을 이용하는 개발이라고 정의할 수 있다. 그런데, 모델을 구성하기 위해서는 데이터가 필요하다. 그리고, 그 데이터가 원활하게 활용되려면, 이를 투명하게 관리하고 추적할 수 있는 IT 인프라도 필요하다. 즉, 가상개발을 통한 ‘개발 방식의 혁신’은 단독으로 추진될 수 있는 것이 아니라, 데이터 중심의 ‘일하는 방식의 혁신’과, 언제/어디서나 편하게 접근할 수 있는 ‘업무 환경의 혁신이 함께 추진되어야 한다. 이와 같은 세 가지 혁신 방향은 디지털 전환을 위한 핵심 구성 요소이다. 따라서, 가상개발을 단순히 시뮬레이션 기법이나 정합성 중심의 개발로 한정하여 접근하면 매우 느리거나 실패할 수밖에 없으며, 디지털 엔지니어링의 관점에서 포괄적이고 전략적으로 추진해야 한다.   모빌리티 생태계 변화에 따라 CAE 분야에서도 주목해야 하는 기술이나 향후 변화가 필요한 부분이 있다면 무엇이 있는가. 종래의 시뮬레이션은 주로 제품의 양산 이전에 성능이나 품질을 확보하는데 활용되었으므로, 고객이 모빌리티를 구매하는 시점에 최고의 상품성을 제공하는 것에 기여해 왔다. 그러나 모빌리티 생태계는, 단순히 좋은 상품성을 고객에게 제공하는 ‘제품’ 중심에서, 제품을 소유하고 있는 전 기간동안 고객이 최상의 가치를 지속적으로 누릴 수 있게 하는 ‘서비스’ 중심으로 급격히 변화하고 있다. 따라서, 양산 이후에도 개인화 된 고객별 활용 패턴을 잘 분석하고 예측하여, 항상 업데이트 된 차량의 상품성을 제공할 수 있는 기술이 필요하다. 이를 위해, 차량의 데이터를 실시간으로 모니터링하고 AI를 활용하여 분석하는 SVM(Smart Vehicle Monitoring) 기술이 시뮬레이션 모델과 결합하여 미래 가치를 예측하고 사전 대응하는 디지털 트윈 기술로 급격히 발전할 것으로 예상한다.   CAE 분야의 발전을 위한 제언이나 기타 하고 싶은 이야기가 있다면. 대부분의 산업 분야에서 가상개발의 적용이 쉽지 않은 대표적인 이유로 ‘CAE 정확도의 부족’을 얘기하곤 한다. 그러나, 물리적/수학적 가정, 수치해석의 정식화 과정, 산포 이슈 등의 사유로, CAE 결과는 이론적으로도 실제 현상과 절대 같을 수 없다. 또한, CAE는 모델 기반 개발 방식의 대표적인 기법으로서 가상제품개발의 중요한 구성 요소임은 틀림 없으나, 그 전부가 아님을 주지해야 한다. 따라서, 더 이상은 해묵은 정확도 이슈에 매몰되지 않고, CAE를 어떻게 ‘활용’하는 것이 가상제품개발에 가장 효율적인 것인지 고민하는 것이, CAE 분야의 발전에도 긍정적인 방향이라고 생각한다.   상세 내용은 PDF로 제공됩니다.
작성일 : 2022-03-04