캐드앤그래픽스 CNG TV 지식방송 지상 중계   지난 4월 15일 CNG TV는 ‘배터리 산업 동향과 설계 및 시뮬레이션 기술’을 주제로 다뤘다. 배터리 산업은 탄소중립과 지속 가능한 에너지 전환의 필요성에 따라 높은 성장세를 보이고 있어 주목받고 있다. 또한 급증하는 전기차 수요와 환경 문제에 대한 관심, 원가 절감 등 차세대 배터리 개발을 위한 배터리 최적화 설계와 시뮬레이션 기술에도 관심이 집중되고 있다. 자세한 내용은 다시 보기를 통해 확인할 수 있다. ■ 박경수 기자   ▲ 왼쪽부터 디지털지식연구소 조형식 대표, 중앙대학교 문장혁 교수, 모아소프트 장윤혁 부장    중앙대학교 에너지시스템공학부 문장혁 교수는 ‘다물리, 다차원 모델링을 통한 리튬이차전지의 전기화학-기계적 분석’을 주제로 발표했다. 리튬이차전지의 기계적인 해석을 시작으로 리튬금속전지, 전고체전지 등 배터리 해석을 위한 다물리와 기계적인 모델링, 그리고 멀티스케일 시뮬레이션 등에 대해서 설명한 문장혁 교수는 “리튬이차전지를 해석하려면 기계적인 이슈를 살펴봐야 하는데, 학교로 오게 되면서 다양한 배터리 과제를 수행하다 보니 리튬금속전지는 물론 전고체전지까지 다양한 배터리 해석들을 진행하고 있다”고 말했다. 그는 또 “배터리를 제조한다면 멀티스케일 시뮬레이션을 해야 하는데, 소재 수준에서부터 셀을 만들고, 셀을 어셈블리해서 팩까지 만들어야 하는 다양한 스케일의 공정들이 있다”며, “배터리 산업이 발전하면 각 스케일에 맞는 설계가 우선되어야 하는데, 기존에 소재를 다루어 왔던 사람들은 컴퓨터를 통한 설계가 익숙하지 않기 때문에 설계적 이슈 설명에 많은 시간과 노력이 필요했다”고 이야기했다.   ▲ 중앙대학교 에너지시스템공학부 문장혁 교수   모아소프트 DT사업부 장윤혁 부장은 ‘배터리 산업 동향과 설계 및 시뮬레이션 기술’을 주제로, 현재 사용하는 기기들로부터 전기화했을 때 어떤 부분을 어떻게 고려해야 하는지에 대해 소개했다. 또한 그에 따른 배터리 관련 규정에 어떤 식으로 대응할 지, 배터리의 성능이나 배터리 스펙을 어떤 규정에 맞춰야할 지 등 배터리 산업에서 고려해야 할 사항을 설명했다. 배터리 안전 기능에 대해 장윤혁 부장은 “배터리의 수명을 디지털 트윈을 통해 체크하고, 테스트 데이터로 수명을 예측하고 있다”며, “안전한 기능 판단 후 BMS(배터리 관리 시스템) 코딩을 통해 모델을 구현하고, 시뮬레이션을 통해 시스템을 검토하고 있다”고 말했다. 그는 또 “고밀도 기술 혁신과 메트릭을 활용해 고장 정의하는 것이 중요하다”며, “소프트웨어로 3D 시뮬레이션을 통한 체크가 필요하다”고 설명했다. 한편 배터리 분야에서도 인공지능(AI)가 적극적으로 도입되면서 에너지 관련해 큰 가능성이 열릴 것으로 전망되고 있다. 특히 배터리는 화학 소재와 기계, 전기 등 다양한 산업 분야를 아우르는 종합적인 전문지식이 요구되고 있어 배터리 전문가에 대한 수요도 크게 늘어날 것으로 보인다.   ▲ 모아소프트 장윤혁 부장     ■ 기사 내용은 PDF로도 제공됩니다.

멀티피직스 해석, 안전 시뮬레이션, Simcenter 3D   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 / 스페이스솔루션, 02-2027-5930, www.spacesolution.kr   Simcenter 3D는 구조, 음향, 유동, 열, 모션, 전자기장, 재료 및 복합소재 해석을 지원하고, 최적화 및 다중 물리 시뮬레이션을 포함하는 시뮬레이션 솔루션이다.  솔버 및 전/후처리 기능은 시뮬레이션 기반의 통찰력을 시간 내에 얻기 위해 필요한 모든 도구를 제공한다. 또한, 1D/3D를 연동한 시뮬레이션 및 시험/시뮬레이션을 연계한 Hybrid 모델링 기능 덕분에 Simcenter 3D는 이전보다 현실적인 시뮬레이션 성능을 제공할 뿐만 아니라, 데이터 관리 기능을 갖춘 확장 가능한 개방형 CAE 통합 환경이다.  Simcenter 3D는 고성능의 지오메트리 편집, 연상 시뮬레이션 모델링 및 다분야 솔루션을 업계 전문 기술과 통합하여 시뮬레이션 프로세스 속도를 단축한다. Simcenter 3D는 모든 CAD 데이터와 함께 사용할 수 있는 독립형 시뮬레이션 환경을 제공하며, NX와 통합되어 원활한 CAD/CAE 경험을 제공한다. 1. 주요 기능 (1) CAE 전처리(Pre-Processing) 기능 CAD/CAE 단일 사용자 환경에서 설계자부터 전문 해석자까지 사용 가능한 CAE 전/후처리 도구를 제공하고, 높은 수준의 CAD 수정/편집 기능을 이용하여 더욱 효율적이고 빠르게 3D 시뮬레이션 모델을 생성할 수 있다. ■ 설계 검증을 위한 CAE/CAE 통합 사용자 환경지원 ■ 다분야, 다물리 해석을 위한 플랫폼 제공 ■ 동기화 기술로 직관적이고 빠른 CAD 수정 ■ CAD 형상 연계 유한요소 생성 ■ 복잡한 모델을 위한 유한요소 Assembly 구조 지원 ■ Simcenter Nastran 외 3rd Party Solver 지원 ■ 설계 검증 프로세스 구축 및 자동화 가능 (2) 구조 해석 Nastran Solver를 이용하여 정적, 모드, 좌굴 해석 등의 선형 구조 해석을 지원하고, 미소변형 및 거동하는 대형 제품의 구조 해석을 빠르게 수행하는 SMP, DMP 방식의 병렬계산을 지원한다. 기하 비선형, 접촉, 소성, 크립, 초탄성 거동 등 모든 비선형 모델을 지원할 뿐만 아니라, 대부분의 선형 비선형 문제를 순차적으로 수행할 수 있는 Multistep 솔루션을 제공한다.  특히 가스터빈, 펌프 등의 회전 시스템이 작동할 때 회전 RPM/Unbalance/Gyroscope 효과에 의해 공진주파수가 변화하여 진동을 유발하는 형상에 대해 예측하고 개선하는 Rotor Dynamics 솔루션과 3D Printing 형상의 제작 과정에서 열변형 등의 문제를 사전에 예측하여 변형된 보상 형상을 CAM에 내보냄으로써 실제로 출력하고자 하는 형상을 trial-and-error를 최소화하는 Additive Manufacturing 솔루션을 제공한다. (3) 음향 분석 음향 해석은 보다 조용한 제품, 소음 규제 준수, 음장 예측 작업 등 당면 과제를 해결하는 데에 도움이 될 수 있다. Simcenter 3D는 통합 솔루션 내에서 내부 및 외부 음향 해석을 제공하여 초기 설계 단계에서 정보에 기반한 의사 결정을 지원하여, 제품의 음향 성능을 최적화하도록 한다. 확장 가능한 통합 모델링 환경에는 효율적인 솔버와 해석이 용이한 시각화 기능이 통합되어 있어서 제품의 음향 성능을 신속하게 파악할 수 있다. ■ 경계요소법(BEM), 유한요소법(FEM), 기하 음향학(RAY) 기반의 음향해석 지원 ■ AML(Automatically Matched Layer)을 이용한 무한 방사조건 지원 ■ FEM AO(Adaptive Order)를 이용한 계산속도 향상 ■ 다양한 시뮬레이션을 이용한 소음해석 프로세스 → MBD/EM/CFD to NVH (4) NVH & FE-TEST Correlation 시스템 수준의 FE 및 테스트 결합 Hybrid 모델을 만들고 실질적 하중 조건 규명(TPA)과 소음 및 진동 반응을 시뮬레이션 하는데 필요한 도구가 결합되어 있다. 소음 및 진동 성능을 탐색하고 가장 중요한 원인을 정확히 파악하기 위한 여러 가지 시각화 및 해석 도구가 여기에 포함된다. 사용자에게 익숙한 도구를 통해 엔지니어는 설계를 신속하게 수정하고 소음 및 진동 성능의 영향을 몇 분 안에 평가할 수 있다.  Simcenter 3D는 시뮬레이션 모델의 신뢰성을 향상시킬 목적으로 측정된 동특성과 예측 모델 사이의 상관관계를 규명하고, Nastran SOL200 기반의 민감도 해석을 통해 시뮬레이션 모델의 신뢰성 향상 및 모델링 표준화를 지원하는 FE-TEST Correlation을 지원한다. (5) 모션 해석 복사기, 슬라이딩 선루프 또는 윙플랩 같은 복잡한 기계 시스템의 작동 환경을 이해하는 것은 어려울 수 있다. 모션 시뮬레이션은 기계 시스템의 반력, 토크, 속도, 가속도 등을 계산한다. CAD 형상 및 어셈블리 구속조건을 정확한 모션 모델로 즉시 변환하거나 처음부터 직접 모션 모델을 만들 수 있으며, 내장된 모션 솔버와 후처리 기능을 통해 제품의 다양한 거동을 연구할 수 있다. (6) 내구 해석 내구성 엔지니어에게 가장 어려운 작업은 가장 효율적인 방식으로 오류 방지 구성요소와 시스템을 설계하는 작업이라는 데에는 이견이 없다. 피로 강도가 충분하지 않은 시스템 부품은 영구적인 구조적 손상과 생명에 위협이 될 수 있는 상황을 초래할 수 있다. 실수는 제품 리콜을 초래해 제품뿐만 아니라 전체 브랜드 이미지에 부정적인 영향을 미칠 수 있다.  개발 사이클이 짧아지고 품질 요구사항이 계속 증가하면서 테스트 기반 내구성 방식은 그 한계를 드러내고 있다. 시뮬레이션 방법으로 내구성 성능을 평가하고 향상시키는 것이 유일하게 유효한 대안이다. Simcenter는 실제 하중 조건을 빠르고 정확하게 고려해 피로 수명 예측 해석을 수행할 수 있는 최첨단 해석 방법에 대한 액세스를 제공한다. (7) 열해석 Simcenter 3D Thermal은 열 전달 솔루션을 제공하고 복잡한 제품 및 대형 어셈블리에 대한 전도, 대류 및 복사 현상을 시뮬레이션할 수 있는 기본 기능 뿐만 아니라 정교한 복사 분석, 고급 광학 특성, 복사 및 전기가열 모델, 1차원 유압 네트워크 모델링 및 위상 변화, 탄화(Charring) 및 삭마(Ablation)와 같은 고급 재료모델을 위한 광범위한 방법을 제공한다. 사용자는 Simcenter 3D 통합 환경을 활용하여 신속한 설계변경 및 열 성능에 대한 신속한 피드백을 얻을 수 있고, 설계 및 엔지니어링 프로세스와 쉽게 통합되는 Simcenter 3D 열 해석 솔루션은 설계자와 해석자의 공동작업을 용이하게 하여 제품 개발의 생산성 향상을 지원한다. ■ 분리, 불일치 요소면, 형상의 자동 연결 ■ 모델링 자동화를 위한 유저 서브루틴, 유저 플러그인, 수식 및 API를 지원 ■ 통합된 환경에서 복합 열전달, 열-유동, 열-구조 등 연성해석 수행 가능 ■ ECAD와 연계로 반복작업과 모델링 에러 개선 (8) 유동해석 Simcenter 3D Flow는 복잡한 부품 및 어셈블리의 유체 유동을 모델링하고 시뮬레이션하기 위한 정교한 도구를 제공하는 CFD 솔루션이다. 잘 확립된 Control-Volume 공식의 성능과 정확성을 Cell-Vertex 공식과 결합하여 Navier-Stokes 방정식으로 설명된 유체 운동을 이산화하고 효율적으로 해결한다. 압축성(Compressible) 유체 및 고속(High Speed) 유동, non-Newtonian 유체, 무거운 입자추적(tracking of heavy Particles) 및 다중회전 기준 프레임(multiple rotating frames of reference)을 포함하는 내부 또는 외부 유체의 유동 시뮬레이션을 지원한다. ■ 단일 환경에서 Multi-Physics 시뮬레이션 기능 지원, 열-구조-유동 연성해석 ■ ECAD와 연동하여 전자장치의 냉각을 위한 최적화된 열-유동 해석 도구를 제공 (9) Material Engineering 오늘날 다양한 분야에서 첨단 소재를 사용함으로써 제품을 혁신하고 있으며, 이러한 이유로 새로운 소재들이 시장에 빠른 속도로 도입되고 있다. 첨단 소재를 제품에 적용할 때 균열은 매우 중요한 고려 사항이지만, 첨단 소재의 마이크로(micro) 및 메조(meso) 균열은 기존의 유한 요소법으로 모델링 및 해석하기가 어렵다.  하지만 Simcenter 3D는 완전한 대표 체적요소(RVE : Representative Volume Element) 분리, 소재 내부의 균열 또는 응집 영역(cohesive zones) 등 마이크로 레벨의 재료 특성을 고려할 수 있으며, 이를 통해 매크로(macro) 구조 모델과 마이크로 구조 모델이 전체 격자가 분리된 상태에서 균열이 소재를 통해 전파되는 현상을 해석할 수 있다.  (10) 저주파 전자기장 해석 Simcenter 3D LFEM은 모터, 변압기, 스피커 등의 전기기기에 대한 성능, 열에 의한 에너지 손실과 같은 전자기적 특성을 예측하는 솔루션을 제공한다. 3D CAD 모델로부터 전자기장 해석 모델을 구축하여 정교한 자성 재료 정의하고 속성, 경계 조건 및 통합 1D 회로 모델링 도구를 사용하는 부하를 정의할 수 있으며, 결과의 정교한 후처리를 수행하는 전자기장 해석 전과정을 지원한다. ■ 전자기장 해석에 필요한 고급 재료물성 지원 ■ 6자유도 운동을 고려한 전자기장 해석 ■ 해석 시간을 절감하는 고급 격자생성 기능 및 경계조건 지원(Smart Meshing & BC) ■ 전자기-열 연성해석 ■ 전자기장 해석결과로부터 열/유동/소음진동 해석을 진행하는 프로세스 제공 (11) 고주파 전자기장 해석 Simcenter 3D HFEM은 항공우주 산업의 전자기 호환성(EMC) 관련 인증의 핵심 주제인 번개(IEL) 및 고강도 복사장(HIRF)의 간접 효과를 검증하는 시뮬레이션을 지원한다. 또한 자동차 산업에서 ADAS(Advanced Driver Assistance System) 및 센서뿐만 아니라 EV 파워 트레인의 EMC 및 전자기 간섭(EMI) 성능을 검증하고 개선하는 고주파 시뮬레이션을 지원한다. Simcenter 3D에 탑재된 Simcenter 고주파수 EM 솔버는 Maxwell의 전자기 방정식을 풀기 위한 적분방(MoM 및 MLFMA)을 기반으로 하는 전파 솔버를 지원한다. 또한 UTD 및 IPO를 기반으로 점근법(asymptotic methods)을 사용할 수 있고, 2.5D 및 전체 3D 필드 문제를 효율적으로 해결하기 위해 다양한 솔버가 통합되었다. 솔버 가속 옵션(MLFMA, DDM, 다중 경계 조건 MoM기반 알고리즘)이 내장되어 대규모 시스템의 계산 시간을 단축한다. (12) 안전 시뮬레이션  Simcenter 3D Safety(Madymo)는 자동차 안전 시뮬레이션에 광범위하게 사용되고 있으며, 엔지니어가 고급 통합 안전 시스템을 생성하는 데에 필요한 기능을 제공한다. Simcenter 3D Safety는 탑승자 및 보행자 안전 개발을 위한 전용 사용자 환경을 제공하며, 빠르고 정확한 솔버는 광범위한 DOE 및 최적화 연구를 가능하게 한다.  Simcenter 3D Safety는 다물체 동역학(MBD), 유한요소(FE) 및 전산유체역학(CFD) 기술을 단일 솔버에 통합하여, 엔지니어에게 정확성과 속도 간의 적절한 균형을 유지하면서 안전 시스템을 모델링할 수 있는 유연성을 제공한다. 또한 활성 인체 모델은 모든 뼈, 근육 및 연부조직 재료로 인체를 모델링할 수 있어, 충돌 안전 시뮬레이션 시 차량 탑승자 및 보행자의 골격, 근육, 관절 등의 상세 상해정도 분석 및 평가를 지원한다. (13) 타이어 시뮬레이션 Simcenter 3D Tire는 차량의 동적 시뮬레이션을 위해 타이어의 거동을 모델링하는 플랫폼과 서비스를 제공한다. Simcenter 3D Tire를 통해 차량 제조 업체와 공급 업체는 실질적인 타이어 특성을 고려할 수 있고, 모든 동역학 시뮬레이션 툴 및 연산 시스템과 연동될 수 있는 타이어 모델을 변수화 및 표준화하기 위해 필요한 타이어 테스트를 최소화할 수 있다.  MF-Tyre는 모든 주요 차량 동적 시뮬레이션 툴에서 사용할 수 있는 Pacejka Magic Formula 기반 타이어 모델이다. MF-Swift는 승차감, 도로 하중 및 진동 분석을 위한 MF-Tyre의 확장 모듈이다. MF-Swift는 MF-Tyre 기능에 일반적인 3D 장애물 포위(obstacle enveloping) 및 타이어 벨트 동역학을 추가 지원한다. 이러한 접근 방식을 통해 모든 관련 차량 동적 시뮬레이션을 수행할 수 있는 올인원(all-in-one) 타이어 모델의 생성을 지원한다.      좀더 자세한 내용은 'CAE가이드 V1'에서 확인할 수 있습니다. 상세 기사 보러 가기 

오픈소스 유동해석 소프트웨어, OpenFOAM   주요 CAE 소프트웨어 소개   ■ 개발 : The OpenFOAM Foundation, www.openfoam.org / OpenCFD Ltd, www.openfoam.com ■ 자료 제공 : 넥스트폼, 070-8796-3019, www.nextfoam.co.kr 오픈폼(OpenFOAM : Open Field Operation and Manipulation)은 GNU GPLv3를 라이선스를 사용하는 오픈소스 전산유체역학 프로그램이다. 누구나 자유롭게 다운로드 받아 사용할 수 있으며 수정 및 재배포가 가능하다. 그래서 전 세계의 수많은 연구자들에 의해 계속 개발되고 있으며, 개발자가 한정되어 있는 일반 상용 프로그램에 비해 매우 빠른 속도로 새로운 기능들이 개발되고 있다.  오픈폼은 ‘CFD Tool box’라는 구조에서 다른 프로그램들과 구분된다. 일반적인 프로그램은 유체 해석을 위한 완결된 애플리케이션(솔버)을 제공하는 것이 목적이지만 오픈폼은 자신에게 맞는 애플리케이션을 만들기 위해 필요한 각종 기반 코드들을 제공한다. 전산유체역학의 적용 분야와 물리 현상들이 매우 다양하기 때문에 이와 같은 구조는 특정 문제에 효과적인 솔버 개발에 유리하다. 이렇게 개발된 다양한 물리현상에 대한 솔버들도 정식으로 배포된 오픈폼에 포함되어 있으며(Standard application), 각 개인들이 공개한 솔버들도 많이 있어 모두 사용이 가능하다.(User application) 1. 제품의 주요 특징 (1) 배포 1989년 영국 Imperial College에서 FOAM이라는 이름으로 개발이 시작된 OpenFOAM은 2004년 오픈 소스로 처음 배포되었다. 현재(2021)는 세 개의 기관에서 버전을 관리하는 동시에 개발 및 배포를 진행하고 있다. 보통 6~12개월 주기로 업데이트 된 버전이 배포가 된다. ■ The OpenFOAM Foundation(www.openfoam.org) ■ OpenCFD Ltd(www.openfoam.com) ■ FOAM-Extend Project(sourceforge.net/projects/openfoam-extend) (2) 장점 ■ CFD 해석을 위한 다양한 기반 코드들이 제공되기 때문에 자신만의 솔버를 쉽게 만들 수 있다. ■ 비압축성, 압축성, 열전달, 다상유동, 반응유동, 입자유동, 전자기장, 희박기체, 구조역학 등의 다양한 물리현상에 대한 해석 모델과 솔버를 제공한다  ■ 코드가 공개되어 있어 기능 추가, 다물리 연성해석, 해석 프로세스 자동화 및 다른 응용 프로그램과의 연동이 가능하며, 기계학습, 인공지능, 디지털 트윈 등의 4차산업 기술과의 융합이 용이하다. ■ 대규모, 대용량 해석에서 HPC 사용을 위한 라이선스 비용 부담이 없다. ■ 상용 전처리, 후처리 프로그램과의 호환성이 뛰어나다. ■ 대규모, 대용량 계산에 필요한 라이선스 비용이 없으며 이를 대규모 전산장비 구축에 사용하면 해석 업무의 효율성을 획기적으로 높일 수 있다. 3. 주요 기능 ■ 옥트리 기반의 3차원 비정렬격자 생성(snappyHexMesh, cfMesh 등) ■ 타 프로그램의 격자 변환 기능 ■ 비압축성, 압축성, 열전달, 다상유동, 반응유동, 입자유동 등에 대한 다양한 표준 솔버 제공 ■ Paraview, Tecplot, Fieldview 등을 이용한 후처리 가능     좀더 자세한 내용은 'CAE가이드 V1'에서 확인할 수 있습니다. 상세 기사 보러 가기 

  주요 CAE 소프트웨어 소개    ■ 개발 : Altair Co., www.altair.co.kr ■ 자료 제공 : 씨투이에스코리아, 02-2063-0113, www.c2eskorea.com 미국 Altair 제품인 HyperWorks는 CAE 분야의 전세계 표준 툴로 인정받고 있다. 전/후처리기로 HyperMesh와 HyperView가 있으며 구조, 기계, 열, 전자기 및 유체의 다물리학 시뮬레이션의 고급기능이 적용된 시뮬레이션 툴로 이루어져 있어 통합솔루션을 제공하는 장점을 가지고 있다.   1. 제품의 주요 특징 HyperWorks는 모든 제품 개발 단계에서의 적용 가능한 솔루션이다. 제품개발에 필요한 다양한 물리적 해석 및 최적화 제품을 제공하며, 유닛 시스템으로 전체 제품군 및 Altair Partner Alliance 솔루션을 사용할 수 있어 시스템의 통합운용을 제공한다.   2. 주요 기능  ■ 구조 해석, 충돌/충격 해석, 유동 해석, 다물체동역학 솔버, 다중스케일 재료 모델 개발 및 시뮬레이션 도구, 복합재료의 분석 및 설계툴, 박판 성형 시뮬레이션, 저주파 전자기 및 열 해석 솔루션, 통합 파라미터 스터디 툴, 해석 결과 분석을 위한 후처리 툴 등   3. 도입 효과 HyperWorks는 Unit System 모듈 방식으로 제품 설계, 모델링, 시각화부터 다양한 분야의 해석에 필요한 시뮬레이션 툴 사용이 가능하여 해석 소프트웨어 초기 도입 비용을 획기적으로 줄일 수 있다. HyperWorks 솔루션을 기반으로 해석 자동화(Automation)와 최적화(Optimization)를 구현하며 제품 개발을 가속화할 수 있다. 4. 주요 고객 사이트 한국화학연구원, 한국탄소산업진흥원, 도레이첨단소재, 한국카본, 유일고무, 대솔오시스, 데크항공, 대유에이텍, 대유에이피, 본시스템즈, 경북테크노파크 등     좀더 자세한 내용은 'CAE가이드 V1'에서 확인할 수 있습니다. 상세 기사 보러 가기   

대한기계학회 가상제품개발연구회는 6월 23일 서울 포스코타워-역삼 이벤트홀에서 산업체 담당자 200여 명이 참석한 가운데 ‘디지털 전환으로의 여정(Journey to the Digital Transformation (from DE to DX)’ 2023 춘계 세미나를 성황리에 개최했다. 앤시스코리아와 공동 주최한 대한기계학회 가상제품개발연구회 2023 춘계 세미나는 기업의 제품개발 및 생산기술 관점에서 성공적인 디지털 트랜스포메이션(전환)을 위해 시뮬레이션 기술을 활용하여 제품 기획과 개발 및 출시의 전 단계에서 성능과 안전성 등을 정확하게 평가할 수 있는 다양한 방법론을 소개하여 참석자들의 큰 호응을 얻었다. 다양한 분야의 전문가와 함께 최신 국내외 업계 동향과 성공 사례, 기술 트렌드 등을 공유하는 자리도 마련되었다. 가상제품개발연구회는 2020년 하반기 발족하였으며, 많은 기업들이 디지털 전환(DX)의 필요성을 절감하며 노력을 기울이고 있으나 시뮬레이션 기술 위주의 디지털 엔지니어링(DE) 기반 구축에 어려움을 느끼고 있는 상황에서 방향 제시와 아이디어를 함께 고민해 오고 있다. 이날 세미나에서는 삼성전자 DS부문 CTO 설비기술연구소 시뮬레이션랩장 김성협 마스터가 ‘반도체 제조에서의 디지털 트윈(Digital Twin) 전략’을 주제로 디지털 트윈 목표에 맞춘 정밀하게 작성한 시나리오의 완성도, 풍부한 가상 FAB 데이터베이스, 운영 효율 및 실시간성(Real-time) 확보 방안을 발표했다. 김성협 마스터는 “반도체 산업에서 구현되고 있는 디지털 트윈을 구체화한다면, 대상이 되는 실제(Physics)와 가상(Cyber)의 FAB, 그리고 이 둘을 연결하는 양 방향의 정보 흐름을 추가한 4가지 요소로 구성된다. 이는 실제 FAB, 필요한 제반 사항을 분석하기 위한 시나리오 DB로 구축된 가상 FAB, 실제 현상을 감지하는 센서와 이 정보를 전환하여 전송하는 IoT 기기, 가상 FAB에서 목적에 맞게 계산된 분석 결과를 실제 FAB에 구현하는 엑츄에이터(Actuator) 등이다”라고 말하며, “디지털트윈의 성공을 위해서는 정확히 무엇을 할 것인지를 정밀하게 시나리오를 작성하고, 가상 FAB 데이터베이스를 다량 확보하여, 운영 효율 및 실시간성 확보를 위한 정확한 시뮬레이션 수행이 필수적이다”라고 강조했다. 또한 HD한국조선해양 디지털융합센터장 류승협 상무는 ‘자율운항선박을 위한 디지털트윈 전략’을 주제로 자사의 선박 가상 시운전 기술을 소개하면서, 가상 물리 모델의 온라인화와 선박 데이터 연결을 통해 선원 훈련 및 선박 운영까지 확장하는 디지털트윈 생태계를 제시했다. 류승협 상무는 “세계적인 탈탄소화 및 디지털 혁신의 선박 시장 경쟁 흐름에서 HD현대그룹은 세계 최초의 자율운항 태평양 횡단과 디젤·LNG·배터리 복합 동력원 기반의 울산 태화호 DC 전기추진여객선의 성공적 건조 등 차세대 선박 시장을 대비하고 있다. 이 과정에서 초도 기술의 실증 방법으로 HD한국조선해양의 선박 가상 시운전 기술이 적용되었다. 또한 선박데이터 기반 설계, 훈련, 운영 전반의 디지털트윈 생태계를 구축하여 비즈니스 경쟁력을 확보하였다”라고 말하며, “전세계 조선·해양 산업계에서 기업 내부를 넘어서 추진되고 있는 ‘모델 기반 엔지니어링 오픈 생태계’를 기반으로 선박 연료 다변화 및 추진체계 다양화 시장 요구에 부응할 수 있는 환경을 구축해야 할 시점이다”라고 밝혔다. 이날 세미나에서는 앤시스코리아 사업 개발팀의 임석용 이사가 ‘버추얼트윈 기반 디지털 혁신 전략’을 주제로 한 발표를 통해, 가상 공간에 제품을 똑같이 구현하는 ‘디지털 트윈’ 단계를 넘어, 충돌 테스트처럼 각종 동작과 물성 변화까지 현실처럼 구현할 수 있는 기술인 ‘버추얼 트윈(Virtual Twin)’이 반도체, 로봇, 자동차, 철도, 자율주행, 의료, 조선, 항공, 국방 및 우주까지 적용범위가 크게 확대되고 있는 상황에서, 각 산업분야의 다양한 활용사례를 통해 버추얼트윈의 도입 및 활용 상황, 실제 효과 등을 구체적으로 소개했다. 앤시스코리아 임석용 이사는 “지난 1970년대에 CAE는 대기업이나 연구기관에서 주로 사용되었고, 1990년대 CAD 보급과 함께 더욱 접근성이 좋아졌다. 이러한 CAE는 2010년대 초부터 현재까지 다양한 기술의 융합과 상호 연결성이 강조되는 4차산업혁명의 시기에 매우 중요한 기술로 인식되고 있다”라고 말하며, “앤시스는 엔지니어링 시뮬레이션 분야의 글로벌 리더 기업으로서, 지난 1970년 설립 이후 현재까지 다물리 시뮬레이션 솔루션과 이를 통한 버추얼 트윈(Virtual Twin) 구현 기술을 제공하고 있다. 이러한 버추얼 트윈은 제품 개발, 생산, 운용 및 유지보수에 필요한 모든 구성요소를 가상으로 구현하고, 이러한 가상 시제품을 이론적으로는 무한대로 생성, 시뮬레이션 할 수 있어, 궁극적으로는 재화나 서비스를 만들기 위해 필요한 자원을 줄이는 고효율과 저비용의 혁신을 돕는다”라고 강조했다. LG에너지솔루션 김용일 담당은 전기자동차용 배터리 제품개발을 위한 시뮬레이션 기술의 활용이라는 제목으로 발표했다. 전기자동차용 배터리 제품개발은 셀 소재 발굴을 위한 원자 단위 해석부터 전기적 성능을 예측하는 전기화학 모델링, 발열 및 냉각성능 평가를 위한 열유동해석, 모듈/팩의 구조적 신뢰성 검증을 위한 구조해석, 슬러리 믹싱과 슬롯코팅 거동 예측을 위한 점탄성 유체해석, 스마트 팩토리 구축을 위한 동역학 해석, 건식 전극 등 신공정 개발을 위한 분체해석까지 다양한 스케일의 시뮬레이션 기술을 활용하고 있다. 이번 발표에서는 LG에너지솔루션에서 활용하고 있는 성능 예측 및 가상검증기술들의 소개와 함께 향후 차세대 배터리 개발에 필요한 기술들이 소개되었다. 또한 부산대 백승훈 교수가 HlLs를 이용한 High Fidelity Simulation이라는 제목으로 발표했으며, 현대로템 조석제 책임연구원이 철도차량 특화된 가상제품개발과 실용화에 대해 소개했다. 발표 이후 이어진 패널토론 세션에는 삼성전자, 현대조선해양, LG에너지솔루션, LG전자 등에서 참석한 8명의 패널이 참여하여 각 분야에서 바라보는 DX (Digital Transformation)의 의미와 추진 방향, 가상제품개발 체계 구축을 위한 핵심 기술 의견 및 연구 현황과 계획, 기존 CAE의 변환 방향을 주제로 90분간 토론을 진행하여 많은 관심을 받았다..    

  주요 CAE 소프트웨어 소개   멀티피직스 해석 소프트웨어, CFD-ACE+   ■ 개발 : ESI, www.esi-group.com ■ 자료 제공 : 한국이에스아이, 02-3660-4500, www.esi-group.com ESI의 전산 유체 역학(Computational Fluid Dynamics : CFD) 솔루션은 컴퓨터를 이용하여 제품 형상과 이를 둘러싸는 기체 및 액체의 상호 작용을 시뮬레이션 하는 기술이다. CFD 해석은 주로 초기 시제품을 제작하는 설계 과정에서 수행되며, 컴퓨터 기술의 발달과 더불어 초고속 슈퍼 컴퓨터로 더욱 복잡하고 어려운 문제에서도 솔루션을 찾을 수 있다. ESI의 CFD 솔루션은 단순 유동 문제 뿐만 아니라 복잡한 물리현상이 동시에 수반되는 Multi-Physics 문제에 대한 진보된 솔루션을 제공한다. 예를 들어, 화학 반응과 유동 해석을 동시에 고려하거나, 분자 역학과 유한 요소를 결합하는 해석 등 다양한 물리 현상의 편미분 방정식을 결합하여 문제를 해결할 수 있다.  또한 오픈 소스 코드를 이용한 CFD 솔루션을 함께 제공하여, 비용적인 한계로 인하여 CFD 솔루션을 도입하기 어려운 고객에게 합리적인 솔루션을 제공하고 있다. 이는 합리적인 비용으로 개발 제품에 CFD 솔루션을 적용하여 조금 더 효과적인 제품 개발을 가능하게 한다.   1. 제품의 주요 기능 및 특징 CFD-ACE+는 범용 전산 열유체 해석 프로그램으로 유체 흐름을 수반하는 모든 문제를 모델링하고 해석할 수 있으며, 특히 여러가지 물리 현상을 복합적으로 수반하는 문제 해결에 있어 정밀한 솔루션을 제공한다. CFD-ACE+는 다양한 물리 현상에 대한 솔버를 탑재하고 있어, 필요에 따라 솔버를 선택하여 해결하고자 하는 문제에 맞는 다물리 현상을 해석할 수 있다.  2. 주요 적용 분야 ■ 자동차 내/외부 열유동 ■ 우주/항공/선박/운송수단 ■ 반도체/플라즈마/화학반응/전기전자 ■ 연료전지/배터리 ■ 생채화학/미소유체/마이크로펌프/다상유체     좀더 자세한 내용은 'CAE가이드 V1'에서 확인할 수 있습니다. 상세 기사 보러 가기 

CAE 컨퍼런스 2022 발표 내용 정리 (10)   ‘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   ▲ 건국대학교 김창완 교수   ‘CAE 컨퍼런스 2022’에서 건국대학교의 김창완 교수는 ‘다중물리해석을 이용한 외부 하중에 대한 배터리 손상 및 열폭주 해석’의 연구 내용에 대해 발표했다. 배터리는 복합재료의 구조물로 되어 있기 때문에, 이를 고려한 전기화학-열-비선형 구조의 연성 해석 기법이 필요하다는 것이 김창완 교수의 설명이다. 그는 “초기 연구는 전기화학 및 열유동 수치해석 기법에 집중됐으나, 이후 기계적 변형을 고려한 수치해석 기법에 대한 연구가 진행되었다. 이런 해석 기법은 현재 여러 상용 소프트웨어에서도 지원하고 있다”고 소개했다. 충돌과 같은 외부 하중으로 인해 생기는 배터리의 열폭주나 분리막 파손을 제대로 모사하기 위해서는 ▲재료 관점에서 음극재, 양극재, 분리막 등의 특성을 제대로 반영해야 하고 ▲비선형 기계-전기화학-열의 연성 해석 기법 적용해야 하며 ▲배터리 시험에 대한 국제 규정에 맞춘 해석 방법을 마련해야 한다는 것이 김창완 교수의 설명이다. 또한 김창완 교수는 기존 해석 모델의 한계를 극복할 수 있는 NDL(Nonlinear Mechanical Detailed Layered)  모델에 대해서도 소개했다. 이는 재료의 비선형성을 고려하고 전류 집전판과 분리막의 물성치를 적용한 인장시험 모델이다. 이를 활용해 시뮬레이션을 진행해 실제 실험 결과와 비슷한 파손 각도와 단면 형상을 얻을 수 있었다고 한다. 김창완 교수는 “NDL 모델은 배터리의 충돌뿐 아니라 과충전시 온도 분포의 불균일성 예측, 배터리 팩의 냉각 최적설계, 냉각 수로의 최적설계 등에도 활용할 수 있다”고 밝혔다.   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

CAE 컨퍼런스 2022 발표 내용 정리 (9)   ‘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   ▲ 서울대학교 이관중 교수   ‘CAE 컨퍼런스 2022’에서 서울대학교의 이관중 교수는 ‘도심항공교통(UAM)의 현황과 미래 과제’에 대해 짚었다. 자동차 형태의 비행체에 대한 구상은 1950년대부터 등장해 왔지만, 현재 활발히 논의되는 UAM의 형태가 구체화된 기점은 지난 2016년 우버(Uber)가 발표한 ‘엘리베이트(Elevate)’ 콘셉트라고 볼 수 있다. 이 콘셉트를 통해 우버는 상업적인 UAM 서비스의 가능성을 제시했는데, 주요한 내용으로는 헬리콥터 대비 낮은 비용, 온디맨드, 포인트-투-포인트 항공 서비스 등이 있다. 이관중 교수는 “UAM이 기존의 항공교통과 차이를 보이는 부분은 짧은 비행 거리와 낮은 비행 고도, 분산형 관제 시스템과 전기 추진 시스템 등”이라면서, “특히 2차전지 기술이 발전하면서 전기 추진이 가능하게 됐다. 이는 소음과 기체 비용을 줄이면서, 항공기의 구조를 단순화해 TCO(총소유비용)를 낮출 수 있다는 이점이 있다”고 설명했다. 한편 UAM이 현실화되기 위해서는 기술과 인프라, 안전/보안, 규제 등 다양한 요소가 충족되어야 할 것으로 보인다. 이 중 기술 이슈에 대해서 이관중 교수는 비행체의 소음 저감, 비행 거리를 늘릴 수 있는 배터리 기술, 경량화를 위한 신소재, 연간 1만 대 이상을 제작할 수 있는 생산성 등을 꼽았다.     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

CAE 컨퍼런스 2022 발표 내용 정리 (8)   ‘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   ▲ 앤시스 코리아 김진희 차장   ‘CAE 컨퍼런스 2022’에서 앤시스 코리아의 김진희 차장은 ‘통합 광학 솔루션을 활용한 카메라 시스템 설계 및 해석’에 대해 발표했다. 스마트폰 카메라, 자동차 카메라, 라이다 등 비전 센서의 활용이 확대되면서, 앤시스는 광학 시뮬레이션 및 포토닉스(photonics)의 무게 중심을 조명에서 하이테크 영역으로 넓히고 있다. 앤시스의 광학/포토닉스 솔루션 제품군은 나노 단위의 포토닉스 모델링을 위한 루메리컬(Ansys Lumerical), 렌즈 설계를 위한 지맥스(Zemax), 시스템 레벨의 광학 성능 검증을 위한 스페오스(Ansys Speos) 등이 있다. 루메리컬은 광학 및 전기적 열 효과의 상호작용을 포함해 포토닉스 해석을 할 수 있는 솔루션으로, 다양한 모듈을 애플리케이션에 맞춰 활용할 수 있다. 지맥스 옵틱스튜디오(Zemax OpticStudio)는 렌즈 시스템의 설계를 중심으로 렌즈 주변 구조물의 설계 최적화와 공차 분석 등을 할 수 있다. 스페오스는 시스템 레벨의 광학 해석 솔루션으로, 카메라가 커버할 수 있는 시야(FOV)를 리얼한 이미지로 구현한다. 또한 주변 환경 조건이나 날씨 조건 등을 구현해 카메라 및 휴먼 비전 이미지를 확인할 수 있다. 김진희 차장은 “광학 해석에서 중요한 이슈는 센서 레벨에서 시스템 레벨까지 시뮬레이션을 원활하게 연결하고, 예상치 못한 광학 현상에 대해 해석 단계에서 사전 검증하는 것이다. 광학과 구조/열 등의 분야를 연계해 실제 제품에 미치는 영향을 검토하는 멀티피직스 시뮬레이션도 고려사항”이라고 설명했다.     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