협동로봇 전문 기업 유니버설 로봇이 2023년 말 출시한 30kg의 가반하중(협동로봇이 들어 올릴 수 있는 최대 무게)의 협동로봇 ‘UR30’을 국내 시장에 선보였다. 유니버설 로봇 코리아는 2월 1일 UR30 론칭 기자간담회를 통해 자사의 협동로봇 비전과 2024년 협동로봇 산업의 전망 및 향후 계획을 소개했고, UR30의 소개 및 성능 시연을 진행했다. 이번에 공개된 UR30은 유니버설 로봇의 5세대 협동로봇 시리즈 중 두 번째 제품이다. 2022년 말 소개한 UR20보다 더 무거운 30kg의 가반하중을 지원하는 UR30은 컴팩트한 크기에 향상된 양력을 제공한다. 또한 ▲모션 제어를 통한 대형 페이로드의 효율적 배치 ▲그리퍼 동시 사용으로 머신텐딩 작업 혁신화 ▲고토크 스크류 드라이빙의 효과적인 지원 ▲추가 설비 없이 모든 규모의 작업 공간에 손쉽게 설치 가능한 점 등을 내세운다. 또한, UR30은 63.5kg의 무게로 작업 셀 사이를 자유롭게 이동할 수 있으면서 다양한 규모의 작업 공간에 손쉽게 설치할 수 있어 추가 설비 없이 사용 가능한 것이 특징이다. 그리고 안정 모드 기능을 통해 직선적이고 일관된 스크류 드라이빙을 제공해 산업 분야에서 유용하게 쓰일 수 있다. 유니버설 로봇은 UR30이 머신텐딩, 자재 취급, 고토크 스크류 구동 등 다양한 작업에 적합한 솔루션이라면서, “여러 개의 그리퍼를 한 번에 사용할 수 있으며 한 번의 움직임으로 완성된 제품을 제거하고, 더 많은 자재를 적재하여 전환 시간을 단축하며 생산성을 극대화하는데 적합하다”고 소개했다.     유니버설 로봇은 “협동로봇은 높은 범용성과 낮은 가격, 안전성 등의 강점을 바탕으로 최근 많은 관심을 받고 있다”면서, 속도와 안전성이 향상되면서 산업용 로봇과도 경쟁이 가능해졌다고 보고 있다. “산업용 로봇에 비해 규모와 무게가 적을 뿐 아니라 도입 및 설치 비용이 적게 들고, 다양한 업무에 활용할 수 있는 유연성 덕분에 산업군을 막론하고 자동화 구축의 핵심 요소로 자리잡고 있다”는 것이 유니버설 로봇의 설명이다. 유니버설 로봇은 한화오션(구 대우조선해양)이 선박의 배관 조정관을 용접하는 데 협동로봇을 활용하고 있으며, 현대삼호중공업이 인력난에 대응해 협동로봇을 도입했다고 국내 고객사례를 소개했다. 한편, 유니버설 로봇 코리아는 협동로봇 교육을 통한 차세대 인재 양성 및 시장 확대를 계속 추진할 계획을 밝혔다. 2023년의 경우 초등학생 대상의 여름방학 로봇 교육을 비롯해 울산대학교 공인인증 트레이닝센터 지정, 인하공업전문대학과 업무협약 체결 등을 통해 협동로봇 분야의 전문 인재 양성을 진행했다. 올해에도 유니버설 로봇은 협동로봇 교육을 강화할 계획이다. 유니버설 로봇 코리아의 이내형 대표는 “이번에 출시된 UR30은 시시각각 변화하는 산업군의 시장 수요를 충족할 뿐만 아니라 미리 예측하여 기업이 시장 수요에 효과적으로 적응하고 대응할 수 있도록 지원한다”면서, “협동로봇은 전 세계적으로 국가 차원의 미래 전략 산업으로 대두되며 빠르게 성장하고 있다. 유니버설 로봇은 18년간 쌓아온 발전의 정수를 담은 가장 혁신적인 협동로봇 UR30을 통해 산업을 재정의함으로써, 고객의 삶을 더 나은 방향으로 바꾸어 나갈 수 있도록 노력할 것”이라고 설명했다.

유니버설 로봇이 협동로봇 신제품인 ‘UR30’을 출시했다고 밝혔다. 30kg의 가반하중(협동로봇이 들어 올릴 수 있는 최대 무게)을 지원하는 UR30은 유니버설 로봇이 발표한 두 번째 차세대 협동로봇 시리즈로, 2022년 12월 공개한 가반하중 20kg의 고하중 협동로봇 UR20과 동일한 아키텍처를 기반으로 제작됐다.  무게가 63.5kg인 UR30은 다양성, 사용성, 좁은 작업 공간을 특징으로 내세운다. 작업 셀 사이를 자유롭게 이동할 수 있으면서도 다양한 규모의 작업 공간에 손쉽게 설치할 수 있어 추가 설비 없이 사용 가능하다. 컴팩트한 크기에도 불구하고 높은 양력을 제공하고, 모션 제어를 통해 대형 페이로드를 배치할 수 있다.   ▲ 이미지 출처 : 유니버설 로봇 웹사이트 캡처   UR30은 고하중 제품 자재 취급 및 팔레타이징을 비롯해 자재 취급, 머신텐딩, 고토크 스크류 드라이빙 등 다양한 작업에 적합한 솔루션이다. 30kg의 가반하중을 이용해 동시에 여러 개의 그리퍼를 사용할 수 있어 머신텐딩 작업에 유용하다. 또한, 기존 제품에 비해 더 크고 높은 토크의 공구를 처리할 수 있어 높은 토크 스크류 드라이빙을 효과적으로 지원한다. 안정 모드 기능을 통해 직선적이고 일관된 스크류 드라이빙을 제공해 자동차 산업군에서도 유용하다.  유니버설 로봇은 협동로봇으로 산업을 재정의한다는 비전을 내세우고 있는데, UR30은 한 번의 움직임으로 완성된 제품을 제거하고, 더 많은 자재를 적재하여 전환 시간을 단축하고, 생산성을 극대화하려는 의도가 집약된 제품이라는 것이 유니버설 로봇의 설명이다. UR30은 현재 사전 주문이 가능하며 2024년 1분기에 판매를 시작할 예정이다. 유니버설 로봇의 킴 포블슨 CEO는 “전 세계적으로 모든 산업군에서 생산 측면에 있어 더욱 민첩한 제조와 모듈화를 지향하는 추세이다. 협동로봇의 더 높은 가반하중과 유연성은 자동화에 있어 새로운 가능성을 시사한다”면서, “이동성은 생산 과정 내 모듈화와 민첩성을 달성하는 데 있어 매우 중요한 요소이며, UR30 협동로봇은 상당한 가반하중을 자랑하는 동시에 이러한 이동성까지 갖춘 제품”이라고 전했다.

유동 해석의 이해와 동향 김종암 서울대학교 항공우주공학과 교수   김종암 교수는 지난 20여 년간 유한체적법 및 고차 정확도 수치기법, 공력 최적설계 및 유동제어 기법 개발을 비롯하여 개발한 수치 기법들의 공학적 응용 및 코드개발에 이르는 폭넓은 연구를 수행하고 있다. 전산유체역학 분야의 선도 연구자로서, 한국전산유체공학회(KSCFE) 회장, 한국산업응용수학회(KSIAM) 회장을 역임했고, 현재 한국항공우주학회(KSAS) 수석부회장, 미국항공우주학회(AIAA) associate fellow를 맡고 있으며, AIAA fluid dynamics technical committee, 국제 전산유체역학 학회(ICCFD) scientific committee에 참여하는 등 국내외적으로 전산유체역학 분야의 학문적 발전에 크게 이바지하고 있다.    1. 유동 해석이란 무엇인가   ‘유동 해석’은 전산유체역학(CFD; Computational Fluid Dynamics)의 이론 및 방법을 적용하여 유동의 지배방정식을 계산하는 것을 약칭하는 표현이다.  CFD란 유체 현상을 편미분 방정식으로 표현한 지배 방정식(governing equations)을 차분화(discretization)하고, 이를 컴퓨터를 활용하여 수치적으로 계산함으로써 유동의 물리적 현상을 이해하고 분석하는 학문이다. 유체 현상을 표현하는 지배방정식은 유동에 대한 물리적, 수학적 난이도에 따라 potential, Euler, Navier-Stokes, Boltzmann 방정식 등 여럿이 있으나, 유동의 연속성과 점성/난류 효과를 고려할 수 있는 Navier-Stokes 방정식이 가장 대표적으로 많이 사용된다. 지배방정식을 선택한 후, 유동장을 유한한 개수의 격자로 분할한다. 이후 지배방정식의 차분화를 거쳐 각 격자에서의 압력, 밀도, 속도 등과 같은 물리량의 차분방정식을 얻을 수 있으며, 이를 컴퓨터를 활용하여 반복계산 함으로써 유동장에 대한 정보를 얻게 된다. 2. 유동해석은 주로 어떤 분야에서 응용되고 있는가.   CFD의 초창기에는 주로 2차원 날개 익형이나 3차원 날개 주위의 유동해석 등 항공 또는 기계공학 분야에서 주로 사용되어 왔으나, 컴퓨터의 발달과 더불어 1990년대 이후로는 대부분의 공학 및 광학 분야에서 필수적인 도구로 자리매김하고 있다.  현재 CFD는 항공, 우주, 자동차 및 기계, 해양, 환경, 전기전자, 핵물리, 생체의학 등 폭 넓은 학문 분야의 유동 현상을 규명하고, 더 나아가 각 산업 분야에서의 제품을 개발, 제작할 때에 핵심적인 역할을 수행한다. 더하여 CFD는 단상(single-phase) 유동 해석을 넘어서 다상(multi-phase) 유동, 다화학종(multi-species) 유동 및 연소(combustion/burning) 등과 결합하여 다물리-다학제 학문으로 확장되어 발전하고 있다. 컴퓨팅 하드웨어 및 소프트웨어의 발전은 현재 진행형이기 때문에, CFD의 역량과 활용 가능성은 미래에도 매우 넓다고 할 것이다. 3. 유동해석의 이점은 무엇인가.   CFD는 실험 중심의 유체역학의 대안으로써 많은 이점을 갖고 있다. 먼저 실험을 위한 모형 제작, 계측 장비 등 유동 현상을 관측하는 과정에서 많은 인적, 물적 자원을 요구하지 않는다는 장점이 있다. 장시간에 걸친 넓은 영역에서의 유동 현상을 모사하기 위해서는 CFD 또한 많은 컴퓨팅 파워와 시간을 요구할 수 있으나, 이는 풍동 시험을 통해 실험적으로 접근하는 것보다 훨씬 효율적인 경우가 많다.  또한 유동 현상을 관찰하는 과정에서 유동 조건, 형상 조건과 같은 실험 조건을 변경하기가 상대적으로 용이하기 때문에, 실험에 비해 쉽게 다양한 조건에서의 유동장에 대한 다양한 정보를 얻을 수 있다. 게다가 CFD를 통해 얻은 유동장의 수치 결과는 언제든 가시화가 가능하며, 이를 이용하여 유동의 자세한 특성을 파악할 수 있다는 장점도 있다.   4. 최근 유동해석 분야의 트렌드   최근의 유동 해석 연구는 복잡한 환경에서의 유동 현상을 반영하기 위한 정밀한 유동 모델링을 도입하여, 실험으로 구현하기 어려운 조건에서의 유동 현상을 분석하는 데에 초점을 맞추고 있다. 예를 들면, 아폴로 우주선, 소유즈 우주선, 우주왕복선, 최근 스페이스 X의 크루 드래곤까지 우주에서 지구로 진입하는 우주선은 초속 7km에서 12km로 가속합니다. 물체 표면 공기는 가열되어 8000 K 이상의 온도까지 치솟는데, 이 때 이를 구성하는 산소와 질소가 해리됨은 물론 산소와 질소 원자의 이온화까지 발생한다. 이처럼 공기를 구성하는 화학종이 변화하는 문제를 해석할 때 일반 기체 해석에서 사용하는 이상기체 상태방정식을 사용할 경우 정확도가 크게 저하되는 문제가 발생한다. 따라서 이러한 문제를 해결하기 위해서는 기체의 구성요소 간 화학반응을 고려할 필요가 있다.  우주 여행이 상업화되고 있고, 극초음속 무기 체계에 대한 관심도가 높아지고 있는 상황에서 극초음속 유동에 대한 연구는 CFD를 활용하여 많이 이루어지고 있으며, 보다 정확한 해석을 위하여 많은 연구가 이루어지고 있다. 또한, 다상 유동(multiphase flow)은 두 가지 이상의 상(phase)이 공존하는 유동 현상으로, 나노 단위에서부터 거시적으로는 우주에 이르기까지 어디에나 존재하는 자연 현상이다. 대표적인 다상 유동으로 공동(cavitation) 현상을 들 수 있는데, 이는 액체의 압력이 증기압력보다 낮아져 발생하는 상 변화 현상이다. 수중에서 고속으로 회전하는 프로펠러 근처에서 기포가 관찰되는 이유는 국소적으로 압력이 낮아져 액체 내부에서 기체인 공동이 발생했기 때문이다. 이러한 공동 현상은 주변 물체에 손상을 가하거나 성능 저하 등의 문제를 야기하기 때문에, 설계/개발 시 이에 대한 분석이 필요하다. 특히, 우주 발사체 터보펌프의 경우 일반적인 물과 달리 액체산소/액체수소와 같은 극저온 유체를 작동 유체로 사용하기 때문에, 터보펌프 내부의 정확한 공동 유동 해석을 위해서는 이상기체 기반이 아닌 실 매질 상태방정식을 적용해야 한다. 더불어, 공동 현상은 압력 변화로 유발되나, 열과 질량 전달이 발생하는 복잡한 물리 현상이므로, 이를 정확하게 예측하기 위한 해석 기술이 요구된다. 극저온 유체 설비가 필요한 발사체 공급계뿐만 아니라, 원자력발전소 내 원자로 사고 예측과 같이 실험적으로 접근이 어려운 다상 유동 분야에 대해 CFD가 활발하게 활용되고 있다. 유동해석은 항공/해양/운송과 같은 다양한 산업분야에 적용되고 있으며, 특히 제품의 성능을 향상시키기 위한 목적으로도 활용되고 있다. 이는 수학적으로 봤을 때 비행기의 양력 최대화, 선박의 항력 최소화 같은 제품의 성능과 관련된 수치를 최적화(optimization) 하는 문제이며, 이 과정에서 수치해석 기반의 유동해석과 유전자 알고리즘 또는 경사하강법 등의 최적화 알고리즘이 결합되어 활용되고 있다. 기존에는 설계 경험을 가진 설계자가 경험과 감에 의지해 최적의 형상을 제안하였다면, 이러한 설계 과정을 자동화하여 더욱 뛰어난 공력 성능을 가진 형상을 효율적으로 얻기 위해 최적설계가 사용된다. 설계변수와 제약조건이 많을수록 최적설계의 난이도가 높아지기 때문에 많은 설계변수와 제약조건을 효율적으로 다루기 위한 다양한 기법들이 연구되고 있다. 더불어 유동해석 측면에서만 최적설계를 하는 것을 넘어서, 다양한 분야와 결합하여 여러 목적을 동시에 달성하기 위한 최적설계인 다분야 최적설계(MDO)도 널리 적용되고 있다. 유동현상은 다른 물리현상과 영향을 주고받기 때문에, 그 영향의 정도와 개발 목적에 맞도록 다른 현상과 연계하여 분석할 수 있다. 예를 들어, 공력 성능이 뛰어나면서도 가볍고 튼튼한 시스템을 설계하는 경우에는 유체-구조 연성해석(fluid-structure interaction analysis)을 적용할 수 있다. 이러한 해석 기법을 최적 설계 과정에 적용하면 두 가지 물리현상에 대한 정밀한 분석을 바탕으로 요구되는 목적함수와 제약조건을 모두 만족시키는 최적설계를 수행할 수 있다. 컴퓨팅 성능의 발전과 함께 유동해석은 더욱 복잡한 유동 현상을 더욱 정밀하게 해석하는 쪽으로 나아가고 있다. 이를 위해, 기존 기법보다 높은 계산 정확도를 가지는 고차정확도 수치기법을 개발하는 연구, 인공지능을 도입하여 수많은 유동해석 결과들을 바탕으로 기존 유동 모델링을 개선하거나 새로운 유동 모델링을 수립하고자 하는 연구들이 수행되고 있다. 현재, 산업계에서 표준으로 사용되는 유한체적법 기반의 수치기법은 장시간의 비정상(unsteady) 해석을 필요로 하는 복잡하고 세밀한 유동 물리 현상에 대해서는 계산의 정확도 및 신뢰성 측면에서 명확한 한계를 가진다. 정밀기기 또는 자동차, 항공기, 선박 등에서 발생하는 유동 물리 현상을 정밀하게 분석하고, 차세대 운송시스템을 설계하는데 활용하기 위해서는 한 차원 높은 수준의 계산 정확도가 요구되는데, 고차정확도 수치기법이 이런 요구를 만족시킬 수 있다. 고차정확도 수치기법은 유한요소법을 기반으로 하여 기존 유한체적법에 비해 높은 정확도를 얻으면서 계산 시간은 줄일 수 있는 장점이 있어 차세대 전산유체해석 기법으로 널리 연구되고 있다. 현재 고차정확도 수치기법과 관련해서 기법의 정확도를 유지하면서 계산 속도를 더욱 향상시키기 위한 연구가 활발히 수행 중이다. 대표적으로 불연속 갤러킨(Discontinuous Galerkin) 기법, 플럭스 재구성(Flux Reconstruction) 기법과 같은 수치기법이 개발되고 있으며, 이외에도 대규모 분산 병렬 프로그래밍을 적용하거나, CPU-GPU 이종간 프로그래밍을 적용해 계산 성능을 향상시키기 위한 연구가 활발히 진행되고 있다. 2010년대 들어 컴퓨터 비전 분야에서 급부상하기 시작한 기계학습/딥러닝 기반의 인공지능은 현재 시점에서는 거의 모든 분야에서 활용되고 있다. 유동해석 분야에서도 기계학습을 활용하여 기존의 유동 모델링을 개선하거나 새로운 유동 모델링을 개발하는 연구들이 시도되고 있다. 기계학습을 이용한 유동 모델링 연구는 크게 고성능 유동해석 기법 개발, 저비용-고효율 공력 성능 추정 연구로 나뉜다. 난류모델이나 화학반응/다상유동 등 복잡한 유동을 위한 해석 기법을 기계학습을 통해 개선하는 연구가 활발히 수행 중이다. 또한 형상 변화에 따른 공력 성능 변화를 학습하여 고비용의 실험 및 유동 해석을 수행하지 않고도 복잡한 형상에서의 공력 성능을 빠르게 예측하려는 연구도 활발히 수행되고 있다.(그림 2)   5. 유동해석 분야 향후 전망 유동해석 분야 향후 전망은 현재 장시간 복잡한 유동 현상을 효율적으로 해석하기 위한 방안이 고차정확도 수치기법과 기계학습/딥러닝을 이용한 유동 모델링 연구에서 나올 것으로 보고 있다. 고차정확도 수치기법의 경우, 계산 효율성을 높이기 위한 많은 노력과 발전된 알고리즘으로 날개와 동체가 있는 일반적인 항공기 형상에서의 큰 와류 모사(Large Eddy Simulation; LES)를 하는 정도까지 이르렀고(그림 3), 조만간 더욱 복잡한 형상에도 적용이 가능할 것으로 보인다.  현재 NASA에서는 2030년까지 exaFLOPS 수준의 CFD 해석이 가능하게 될 것으로 보고, 이를 달성하기 위한 로드맵을 제안하였는데, 주로 비정상 와류를 포착할 수 있는 scale-resolving 해석에 초점을 두고 있다. 고차정확도 수치기법의 높은 계산 정확도와 효율성이라는 강점은 scale-resolving 해석에 큰 이점을 가지므로 이를 달성할 수 있는 후보로서 널리 연구되고 있으며, 현재의 산업 표준인 유한체적법 기반 수치기법을 대체하는 차세대 산업 표준으로서 자리매김할 것으로 예상한다. 이에 반해 기계학습을 이용한 유동 모델링 연구는 아직 초기 단계에 있다. 사진 인식이나 함수값 예측에 활용되는 기계학습 기법을 유동해석에 적용하는 수준이다. 하지만 기존의 유동 모델링 기법은 유동 현상의 난해함으로 인해 한계에 이르렀다고 판단되므로, 유동 모델링을 수립하는 새로운 패러다임으로써 수많은 해석/실험 데이터를 기반으로 기계학습을 활용하는 방법론은 점차적으로 주목 받을 것으로 예상된다. 특히 학계와 산업계에서 보유하고 있는 양질의 유동 해석 및 실험 데이터들이 빅데이터 수준으로 축적되어 있기 때문에 기계학습을 활용하기에 최적인 환경이며 앞으로 큰 발전을 기대할 수 있는 분야라고 할 수 있다.   6. CAE 분야의 발전을 위한 제언 – 국산 CAE 프로그램 개발에 대한 관심과 투자 필요   해외에서는 Fluent, PowerFLOW 등과 같은 유명 상용 프로그램들과 SU2, OpenFOAM, 등의 오픈 소스 코드들이 다수 개발되어 전세계적으로 사용되고 있고, 프로그램 사용자 커뮤니티가 구축되어 있어 프로그램의 개선 및 유지보수가 원활하게 이루어지고 있는 상황이다. 이와 달리 국내의 경우, 많은 대학교 및 연구소들이 수준 높은 CFD 해석 기술들과 이를 바탕으로 개발된 in-house 코드들을 보유하고 있음에도 불구하고, 상용 프로그램 수준으로 발전되지 못하고 자체 연구에만 적합한 형태로 남아 사용되고 있는 안타까운 실정이다. 이는 유동 해석 프로그램을 필요로 하는 연구소 및 산업체들이 국산 상용 해석 프로그램 개발에 투자하기보다는 바로 해석 결과를 제공해 줄 수 있는 해외 상용 프로그램을 선호하고 있기 때문이기도 하다. 이러한 흐름은 국산 상용 프로그램의 성장을 상대적으로 억제시키고 해외 상용 프로그램에 대한 의존성을 강화시켜, 결과적으로 국내 CAE 산업 또는 기술의 장기적 발전에도 부정적인 영향을 미칠 수 있다. 이를 해결하기 위해서는 어렵더라도 국산 상용 프로그램의 개발을 위한 노력과 투자가 지속적으로 이루어졌으면 하는 바람이다. 서울대가 경원테크와 협력하여 공동 개발하고 있는 유동 해석 프로그램인 ACTFlow(All-speed Compressible Turbulent Flow solver) [Lee et al. 2020]가 하나의 예가 될 수 있을 것이다. 십 수 년간의 오랜 연구를 통해 높은 수준의 유동 해석 기법을 보유하고 있었던 서울대가 다양한 CAE 프로그램의 개발/유통 경험이 있는 경원테크의 협력과 산업체 및 연구소들의 연구 프로젝트를 통한 투자를 바탕으로 연구/개발 목적으로 사용할 수 있는 유동 해석 프로그램을 개발할 수 있었다. 이는 산업계에서 표준으로 사용되는 유한체적접 기반의 유동 해석 프로그램으로 복잡한 형상을 쉽게 다룰 수 있는 비정렬 혼합격자계를 채택하고 있고 다양한 최신 수치 기법을 통해 아음속/천음속/초음속을 포함한 전마하수 유동을 정확하게 해석할 수 있어, 항공/우주, 조선/해양, 기계, 에너지 등 다양한 산업분야에 사용할 수 있는 프로그램으로 성장하였으며, 향후 다양한 연구 프로젝트에 사용될 것으로 기대되고 있다. CAE 프로그램을 필요로 하는 산업체 및 연구소가 당장의 편의성을 위해 상대적으로 큰 비용을 들여 해외 상용 프로그램을 구매하고 사용하는 것보다는 국내 CAE 산업의 성장에 기여할 수 있도록 국산 상용 프로그램 개발에 보다 적극적이고 꾸준한 관심과 투자가 이루어지면 좋을 것이다. 이는 CAE 분야의 성장 이외에도 추후 국산 CAE 프로그램이 고가의 해외 상용 프로그램들을 대체하게 됨에 따라 경제적 이득을 얻을 수 있는 효과적인 방법이라고 본다.   좀더 자세한 내용은 'CAE가이드 V1'에서 확인할 수 있습니다. 상세 기사 보러 가기   

항공기 결빙/제빙 해석   이번 호에서는 결빙 해석 전문 소프트웨어인 ANSYS FENSAP-ICE를 활용한 항공기 결빙/제빙 해석분야 및 해석 사례에 대하여 소개해보도록 하겠다.   ■ 김성용 | 태성에스엔이 기술2그룹 유동팀의 대리로, 항공방산 산업분야의 유동/결빙 해석에 대한 기술지원 및 교육, 프로젝트 진행 업무를 담당하고 있다. 이메일 | sykim@tsne.co.kr 홈페이지 | www.tsne.co.kr   비행 중 결빙 문제 <그림 1>에서 보는 것과 같이, 1994년 인디애나폴리스 국제공항에서 아메리칸 이글 ATR-72가 이륙한지 얼마 되지 않아 비극을 맞게 된다. 사고의 원인을 조사해 보니, 항공기 날개에 설치되어 있는 방빙(Anti-Icing) 시스템의 한계를 초과하면서 제거되지 못한 물방울들이 항공기 주익의 리딩 에지(Leading Edge)를 넘어 에어론쪽에 착빙되는 현상이 주된 추락의 원인이었다, 이러한 결빙 현상은 일정한 고도와 온도 조건이 되면 구름 속에 존재하는 물방울들이 비행하는 항공기에 착빙(Ice Accretion)되어 발생하는 현상이며 날개, 프로펠러, 엔진 흡입구에 생긴다. 결빙 현상에 의하여 항공기 주익 및 미익 형상을 변화시켜 양력/항력을 감소시키거나, 계측 센서의 오작동 또는 최악의 경우 엔진의 작동을 멈추어 항공기 안전에 큰 영향을 미치게 된다.    그림 1. 사고사례 및 결빙 현상 예시

메사추세츠공과대학(MIT)의 컴퓨터 과학&인공지능 연구소(CSAIL)는 복잡한 로보틱스 액추에이터를 자동으로 설계하고 3D 프린팅으로 제작하는 시스템 개발 내용을 소개했다. 액추에이터는 전기 신호에 따라 로보틱스 시스템을 기계젹으로 제어하는 장치이다. '사이언스 어드밴스(Science Advances)'에 실린 논문에서 연구팀은 두 가지 사례를 소개했다. 하나는 전기 신호에 따라 액추에이터가 각도를 바꾸면서 빈센트 반 고흐의 자화상과 뭉크의 '절규'가 번갈아 보이는 장치이다. 다른 하나는 전도성 유체의 흐름에 따라 자기장이 발생하면 접히는 액추에이터와 경첩을 가진 수련잎 모양의 장치이다.   ▲ 이미지: MIT Computer Science & Artificial Intelligence Lab   이들 장치는 서로 다른 색과 물성, 자성을 가진 세 가지 재료를 조합해 만들었다. 먼제 소프트웨어가 액추에이터 디자인을 수백만 개의 복셀(voxel)로 나누고, 위상 최적화(topology optimization) 시뮬레이션을 통해 각각의 복셀을 서로 다른 소재로 채웠다. 이후 커스텀 3D 프린터가 각각의 복셀 위치에 맞는 소재를 채우고 이를 적층하는 방식으로 제작했다. 로보틱스 액추에이터는 갈 수록 복잡해지고 있다. 용도에 따라 기능과 성능뿐 아니라 무게, 효율, 외형, 전력 소비 등을 최적화해야 한다. 이런 작업은 대개 전문가들이 손수 모든 파라미터를 계산하고 최적 디자인을 찾는 방식으로 이뤄지고 있다. 또한 새로운 3D 프린팅 기술로 하나의 제품에 여러 가지 재료를 사용할 수 있게 되면서 디자인의 복잡도가 더욱 높아지고 있다. 재료와 물성의 조합이 너무 많아서 모든 경우의 수를 평가하지 못하는 것이다.   ▲ 이미지: MIT Computer Science & Artificial Intelligence Lab   연구팀은 먼저 액츄에이터를 만드는데 필요한 색, 강성, 자성을 가진 세 가지 폴리머 재료를 사용자 정의하고, 모든 특성화 데이터를 속성 라이브러리에 연결했다. 그리고 550 만개의 복셀이 이미지와 일치하고 측정된 각도에 맞도록 시뮬레이션을 통해 재구성을 반복했다. 각각의 반복(iteration)에서 액추에이터의 모양을 계산하기 위해서는 물체와 상호 작용하는 빛의 경로를 시뮬레이션하는 레이 트레이싱(ray-tracing) 기술을 사용했다.  또한 연구팀은 드롭 온 디맨드(drop-on-demand) 기술을 사용한 커스텀 3D 프린터를 만들었다. 세 가지 재료를 담은 통이 연결된 프린터 헤드에는 개별 제어되는 수백 개의 노즐이 있어서, 복셀 위치에 맞춰 30 미크론 크기로 재료를 분사하고 기판에 내려앉은 재료는 굳어진다. 프린터는 이런 작업을 레이어마다 반복하면서 적층제조하게 된다. 연구팀은 이런 기법이 향후 비행기 날개와 같이 더 큰 구조물을 설계하는 데에도 쓰일 수 있을 것으로 전망하고 있다. 예를 들면, 날개를 더 작은 복셀형 블록으로 쪼개서 무게와 양력 등에 맞춘 최적의 디자인을 만들 수 있다는 것이다. 연구팀은 "최종 목표는 모든 문제에 대한 최적의 디자인을 얻고 3D 프린팅 재료를 고르고 생산하는 것까지 자동화하는 것"이라고 전했다.  

금속 3D 프린터로 생산된 유압 구성품이 A380과 함께 비행하다         립헬 에어로스페이스(Liebherr-Aerospace)는 항공 산업을 위한 시스템 공급업체이며, 50년 이상 비행 제어 및 작동 시스템, 착륙 기어, 대기 관리, 기어 및 기어 박스 등 항공 장비를 개발해 왔다. 립헬이 적층 제조 기법으로 생산한 새로운 밸브 블록은 전통적 제조방법으로 생산된 부품과 같은 성능을 제공하면서도 무게는 35% 더 가벼워졌고, 티타늄 합금으로 만들어졌다.   ■ 자료 제공 : EOS, www.eos.info     ■ 과제 : 전통적 제조기법으로 생산된 1차 제어 유압 구성품을 적층제조기법으로 생산된 파트로 교체하며, 비행에 필요한 모든 인증 요구사항을 충족시켜야 함 ■ 솔루션 : 더 적은 구성 파트와 효율적 프로세스 체인을 갖춘 경량화된 3D 프린팅 부품을 생산 ■ 결과 ● 경량화 : 기존 대비 35% 무게 절감 ● 간소화 : 구성 파트 수 10개 감소 ● 안정성 : 비행에 필요한 모든 인증 요구사항 충족 ● 효율성 : 전통적 제조기법으로 생산된 파트와 동일한 기능성     립헬 에어로스페이스(Liebherr-Aerospace)는 항공 산업을 위한 시스템 공급업체이며, 이 분야에서 50년 이상의 경험을 보유하고 있다. 립헬이 개발, 생산 및 서비스하는 항공 장비의 범위는 비행 제어 및 작동 시스템, 착륙 기어, 대기 관리, 기어 및 기어 박스 등이다. 3D 프린팅된 유압 밸브는 립헬과 에어버스(Airbus), 독일의 켐니츠(Chemnitz) 공과대학이 공동으로 개발하였으며 독일 연방 경제 에너지부에서 일부 자금 지원을 받았다.     3D 프린팅을 이용한 민간 항공 분야에서의 세계 초연   오늘날 비행의 꿈은 산업용 3D 프린팅 기술을 사용하여 항공기 부품을 생산하는 것이다. 모든 회사는 고객에게 새로운 혜택을 제공하고 잠재적 비용 절감, 지속 가능성 목표와 관련하여 시장에서 차별화를 할 수 있는 기회를 열고자 한다. EOS의 적층 제조 기술을 활용해 립헬은 목표 달성에 점차 가까워지고 있다. EOS의 금속 3D 프린팅 기술을 사용한 고압 유압 밸브 블록의 실현은 중요한 이정표가 되었다. 이 밸브 블록은 에어버스 A380 항공기를 이용한 비행에서 성공적으로 테스트되었다.     적층 제조 기술로 고압 유압 밸브 블록의 제조 공정 개선   생태론적 의식 증가, 연료 가격 상승, 대체 에너지원 부족에 대항하여 우주 항공 산업은 그 경쟁력을 유지하기 위해 새로운 기술을 찾아야 한다. 파우더 베드 기반의 산업용 3D 프린팅은 근본적인 변화, 혁신 요소를 촉진시킬 수 있다. 립헬은 6년 전부터 적층제조 프로그램을 시작했고, EOS의 금속 3D 프린팅 기술이 항공기 매니폴드에 적용 가능함을 입증했다. 에어버스 및 켐니츠 공과대학의 연구팀과 함께 립헬은 독일 연방 경제 에너지부로부터 예산을 받아 프로젝트를 시작했다. 목표는 기존의 1차 비행 구성품인 고압 유압 밸브 블록을 적층 제조된 파트로 대체하는 것이었다.   비행시 여러 구성요소가 함께 작동하며 안전한 비행을 보장한다. 스포일러 액추에이터(Spoiler Actuator)는 스포일러를 원하는 위치에 이동시켜 비행기의 양력을 감소시킨다. 이러한 종류의 1차 비행 제어 구성 요소는 생산 과정에서 최고 수준의 품질과 정밀도를 요구한다. 전통적 생산 방식에서 밸브블록은 단조된 원료에서 시작하여 기계 가공 - 절단 - 드릴링 - 최종 조립의 순서로 제작된다.   이 프로세스는 시간이 많이 소모되고 복잡하며 최적화 여지가 매우 적다. 그러나 금속 3D 프린팅 생산은 그 공정 수만으로도 가능한 개선의 여지를 보여주고 있다. 뿐만 아니라 적층 제조 3D 프린팅으로 생산된 새로운 파트는 더 가볍고, 자원 효율적이고, 환경 친화적이며 미래의 유망한 기술로서 가능성을 증명하고 있다.     ▲ 전통적 방식으로 생산된 밸브 블록(왼쪽)과 금속 3D 프린팅된 최적화된 밸브 블록(오른쪽)(출처 : Liebherr)     복잡한 형상의 고품질 티타늄 부품 생산 가능   립헬의 솔루션은 EOS의 고품질 산업용 3D 프린팅 기술을 사용하여 항공 산업에서 구현할 수 있는 설계 및 프로세스 체인을 개발하는 것이었다. 첫 번째로, 전통적 방식으로 생산된 파트를 분석했다. 유압 구조가 확인되었고 보조 단면이 제거되었다. 주요 부품의 위치는 지능적이면서 짧은 연결 라인을 최적화하기 위한 목적으로 설치 공간 및 인터페이스 요구사항을 고려하여 재검토되었다. 이는 새로운 파트의 디자인을 위한 기초가 되었다.   립헬 에어로스페이스 린덴베르크(Liebherr Aerospace Lindenberg GmbH)의 적층제조 연구 기술 수석 엔지니어인 알렉산더 알트만(Alexander Altmann)은 “산업용 3D 프린팅에서 복잡한 디자인은 더이상 문제가 되지 않는다. EOS M290 시스템에서는 부품을 30㎛~60㎛ 두께의 수 많은 얇은 층으로 구성되어 복잡한 형상을 구현할 수 있다. 기능적 요소들은 곡선 파이프를 이용하여 서로 직접 연결되었다. 따라서 가로놓인 여러 구멍을 연결하는 복잡한 파이프 시스템이 필요 없기 때문에 생산 시간을 절약할 수 있다”고 설명했다.   재료로 선정된 티타늄 합금은 여러 장점을 가지고 있어 특히나 항공기에 매우 적합하다. 이는 매우 가볍고 기계적으로 안정되어 있으며 내식성이 매우 우수하기 때문에, 비용 효율적일 뿐만 아니라 무게를 절감할 수 있다. 후처리 과정은 유압 채널을 위한 특별한 조치뿐만 아니라 응력 제거를 위한 열처리 등이 포함된다.   알트만 수석 엔지니어는 또한 “생산된 파트와 그 재료의 신뢰성, 안정성에는 조금의 의심도 있어서는 안 된다. EOS의 기술을 통해 립헬은 순차 생산(Serial production)의 다음 단계를 위한 필수조건인 최고 품질의 티타늄 부품을 생산할 수 있었다”고 설명했다.     A380 테스트 비행에서 성공적으로 시험   적층 제조를 통해 생산된 새로운 밸브 블록은 전통적 방식으로 생산된 부품과 동일한 성능을 가졌지만 35% 더 가볍고 더 적은 수의 파트로 구성되어 있다. 가로놓인 여러 개의 구멍을 연결하는 복잡한 파이프 시스템을 제거하면서, 새로운 밸브 블록에 10개의 기능적 요소를 통합하는 것이 가능해졌다. 알트만은 “더 가볍고 더 적은 구성 요소로 동일한 파트를 만드는 것이 적층 제조의 가장 핵심이었고, 이는 립헬 에어로스페이스에서 매우 중요한 단계”라고 말했다. 이 새로운 3D 프린팅 파트는 현재 A380 항공기 테스트 비행에서 성공적으로 시험 사용되었다.   산업용 3D 프린팅은 전통적인 밀링 공정에 비해 덜 복잡하고 매우 효율적이며 티타늄 폐기물을 최소화한다. 알트만 수석 엔지니어는 “현재 밸브 블록을 제조하는데 약 하루의 시간이 걸리며, 이를 EOS의 M400-4 금속 3D 프린터로 제작할 경우 그 시간을 75% 수준으로 줄일 수 있는 잠재력이 있다. 또한 3D 프린팅으로 더 가벼워진 밸브 블록은 연료 소비 감소와 CO2, NOx 배출 감소에도 기여할 것”이라고 전했다.   항공기 부품에 대한 요구사항이 점점 더 까다로워지고 있기 때문에 립헬은 절대적으로 신뢰할 수 있는 생산 공정 수립을 위해 더욱 더 적층 제조를 이해하고자 노력하고 있다. EOS는 립헬의 적층 제조 프로세스 기술 제공자이면서 동시에 품질 보증을 용이하게 하는 파트너이다. 립헬은 시험 단계부터 참여하면서 EOS 모니터링 스위트(EOS mornitoring suite)의 새로운 모듈인 EOSTATE Exposure OT 개발에 기여하였다. 알트만 수석 엔지니어는 “앞으로 EOSTATE Exposure OT 프로그램을 이용하여 산업용 3D 프린팅 프로세스에서 재료 결함을 신속하게 파악하고, 컴퓨터 단층 촬영과 같은 후속 품질 보증 프로세스의 필요성을 줄일 수 있다”고 전했다.     기사 상세 내용은 PDF로 제공됩니다.

    한국엠에스씨소프트웨어(www.mscsoftware.co.kr)는 지난 2월 23일 ‘2018 MSC 대학(원)생 시뮬레이션 경진대회(University Simulating Reality Contest)’의 최종 결선 대회를 진행하고 수상팀을 발표했다. 판교테크노밸리 스타트업캠퍼스 컨퍼런스홀에서 치러진 이번 대회는 치열한 경쟁을 뚫고 본선에 진출한 5개 팀이 현장에서 발표 및 시연을 하는 방식으로 진행됐으며, 현대자동차, 한국지엠, 한국항공우주산업 등 각 산업을 대표하는 기업의 CAE 전문가들의 심사를 거쳐 대상 1팀, 금상 1팀, 은상 1팀 및 동상 2팀이 선정됐다.    CAE 분야의 인재 발굴을 위해 개최된 이번 경진대회는 올해 5회째를 맞이했으며, 학생들의 자유로운 사고력을 고취시키기 위해 자유 주제로 진행되었다. 심사위원들은 “학생들이 주제를 자유롭게 선택한 만큼 다양한 분야에 대한 해석이 이루어져 흥미로운 결과를 가져왔다”고 평가했다.      동상 - 하이퍼루프 서스펜션 시스템의 최적화와 승객을 고려한 가감속 제어로직 개발   Subsonic Train 팀(건국대학교 강민영, 김도훈, 이정주, 정원국)   전달함수법을 이용하여 하이퍼루프 선체를 스프링-질량 시스템으로 모델링하였다. 목적함수는 객실에 전달되는 10 , 100Hz의 정현파 가진에 대한 RMS 값의 최소화로 설정하였다.   설계변수는 X축, Y축, Z축의 스프링상수와 감쇠계수로 설정하였으며, 설계제한조건은 객실로의 전달률이 10% 이하가 되게 하기 위하여 객실이 받는 가속도의 합이 1 이하가 되게 하였다.    ADAMS/View의 최적화 툴에서 제공하는 SQP 알고리즘을 사용하였으며, 최적화 결과 객실로 전달되는 가속도가 1 이하가 되는 것을 확인하였다. 선단에 흡기팬이 존재하는 하이퍼루프에 작용하는 속도별/흡기유량별 양력 및 항력을 계산하기 위해 SC/Tetra를 이용하여 CFD 해석을 진행하였고, 적절한 재가속 구간을 결정하여 이후 제어로직에 반영하였다.   제어로직은 시뮬링크(Simulink)를 통해 구성하였으며, 이후 ADAMS/View와 코시뮬레이션을 통해 주행 시뮬레이션을 한 결과 객실의 진동이 적어 승객을 고려한 주행이 가능한 것을 확인하였다.

앤시스코리아(www.ansys.com/ko-kr)는 설계자가 제품 개발 초기에 활용할 수 있는 신개념 CAE 소프트웨어인 ‘디스커버리 라이브(Discovery Live)’를 정식으로 발표하고, 국내 시장 공략에 나섰다. 앤시스코리아는 구조/유동/열 해석을 실시간으로 손쉽게 진행하는데 초점을 둔 디스커버리 라이브가 제품 개발 프로세스를 혁신할 수 있는 차세대 시뮬레이션 도구라는 점을 내세우면서 국내서도 사용자층을 넓힐 계획이다.   ■ 정수진 편집장 설계 아이디어의 쉽고 빠른 검증이 핵심 앤시스는 2017년 새로운 개념의 CAE 소프트웨어인 ‘디스커버리 라이브(Discovery Live)’를 발표하고, 한시적으로 프리뷰 버전을 공개해 누구나 체험해 볼 수 있도록 했다. 그리고 이번에 디스커버리 라이브의 정식 출시 및 새롭게 브랜딩한 디스커버리 제품군을 소개했다. 제품 개발에서 CAE 및 시뮬레이션의 중요성이 갈 수록 높아지고 있지만, CAE의 활용 효과를 높이기 위해 넘어서야 할 장벽이 없는 것은 아니다. 일반적인 CAE 프로세스에서는 해석을 진행하기 전에 지오메트리를 정리하고 메시를 생성하는 전처리(Pre-Processing) 작업에 많은 시간이 소모된다. 또한, 제품을 설계하고 개발하는 단계에서 중량, 단가, 생산성, 물류 등 다양한 요소를 고려해야 하는데, 이러한 조건을 만족하지 못해 설계를 변경하면 시간이 걸리는 전처리 작업을 반복해야 한다. 앤시스코리아 장천수 상무는 “디스커버리 라이브는 이를 해결하기 위한 고민에서 출발했다. 해석 비전문가를 위한 환경을 제공하는 동시에, 설계자와 해석자 사이에서 협업의 부담을 덜고 설계자의 아이디어를 실시간으로 확인 및 검증할 수 있는 환경을 만드는 것이 디스커버리 라이브의 핵심”이라고 소개했다. 설계 엔지니어가 제품 개발 초기에서 활용 가능 디스커버리 라이브는 제품 개발 초기의 설계 엔지니어를 타깃으로 한다. 앤시스가 밝힌 디스커버리 라이브의 핵심 장점은 ‘전통적인 CAE 프로세스의 혁신’이다. CAD에 익숙한 설계자가 시뮬레이션을 사용하는 것은 쉽지 않은 일이다. 시뮬레이션을 진행하고 그 결과를 판단하기 위해 전문 지식이 필요하고, 복잡한 전처리 과정이 필요하기 때문이다. 디스커버리 라이브는 이렇게 어려운 단계를 제거해 설계자와 같은 CAE 비전문가도 쉽게 시뮬레이션을 사용할 수 있도록 하는 것을 목표로 삼고 있다. 디스커버리 라이브는 직관적인 사용 환경에서 직접적 지오메트리 모델링(direct geometry modeling)과 밀접하게 결합하여 대화형 탐색을 제공하고, 해석을 위한 모델 수정이나 메시 생성 등 전처리 과정을 손쉽게 진행할 수 있다. 구조 해석에서 디스커버리 라이브는 부품 및 소형 어셈블리의 강도와 강성을 즉시 파악해 개선하며, 응력 분포의 즉각적인 시각화와 신속한 형상 수정을 통해 중량을 최적화한다. 또한, 여러 개의 시나리오를 간편하고 신속하게 탐색할 수 있다. 열 해석에서는 여러 크기의 부품 및 어셈블리 간의 대류 또는 전도로 인한 열 발산을 파악할 수 있다. 그리고 부품 및 어셈블리의 자연 빈도를 신속하게 계산하여 설계된 모드가 허용 가능한 최소한의 빈도 범위를 넘어서는지 바로 확인할 수 있다. 유체 해석에서는 유체가 구조 주위를 흐르는 경로를 시각화하거나 압력 강하, 항력 및 양력의 추세를 미리 파악하는 제품 외부 유체 흐름을 파악한다. 또한 파이프 안의 압력 강하 및 속도 용량 파악이나 흐름 분산, 열 혼합과 같은 제품 내부의 유체 흐름 정보를 살펴볼 수도 있다. ▲ 디스커버리 라이브는 구조/열/유동/모달 해석을 손쉽게 수행하고,  해석 결과의 시각화 및 설계 변경사항의 반영을 실시간으로 보여준다. GPU 기반 솔버로 실시간 시뮬레이션 지원 또한 디스커버리 라이브의 솔버는 100% GPU 기반으로 구동되어 해석 속도를 높인 것도 주목할 만하다. 앤시스코리아는 직접 시연을 통해 디스커버리 라이브의 실시간 해석 능력을 선보였다. 시연에서는 해석할 위치를 지정하고 특정 위치에 응력(force)을 입력하면, 몇 초만에 응력 결과를 계산해 보여주었다. 또한 간단한 스케치로 디자인을 변경한 후 클릭 몇 번만으로 해석 결과를 빠르게 재계산해 리얼타임으로 반영하는 시각화 기능도 시연했다. 장천수 상무는 “디스커버리 라이브는 워크스테이션이 아닌 노트북에서도 사용할 수 있을 정도로 가벼우면서, 타 소프트웨어를 뛰어넘는 실시간 시뮬레이션 속도를 구현했다”고 자신감을 내비쳤다. 디스커버리 라이브를 소개하기 위해 한국을 찾은 앤시스의 테자스 라오(Tejas Rao) 디스커버리 테크니컬 팀 매니저는 “시뮬레이션은 제품의 성능을 분석하는 핵심 기술이 되고 있으며, 특히 제품 개발 사이클 초기에 시뮬레이션을 실행할 때 효과가 가장 크다”면서, “디스커버리 라이브는 완전히 새로운 신기술을 탑재해 구조, 유체, 내/외부 열, 모달 해석 등을 간편하게 실시간으로 활용할 수 있도록 한다”고 밝혔다. 한편 “앤시스의 목표는 모든 기업의 모든 엔지니어들이 디스커버리 라이브를 표준 툴로 사용할 수 있게 하는 것”이라고 전한 라오 매니저는 “디스커버리 라이브는 설계자와 해석자의 원활한 협업을 통해 궁극적으로 기업의 제품 개발 효율을 높이는데 기여하고자 한다”면서, “연간 임대 형태의 라이선스로 제공되는 디스커버리 라이브는 기존 CAD 솔루션과 비교해도 가격 경쟁력을 갖추어 많은 설계자들이 사용할 수 있도록 할 계획”이라고 전했다. ▲ 앤시스 테자스 라오 디스커버리 테크니컬 팀 매니저는 “모든 엔지니어가 디스커버리 라이브를 표준 툴로  사용하는 것이 목표이다. 가격 또한 연간 임대 라이선스를 채택해 경쟁력을 갖추고자 노력했다”고 전했다. 개념설계에서 리파인까지, 디스커버리 제품군 새 단장 디스커버리 라이브의 발표와 함께 앤시스는 기존 제품 중 AIM과 스페이스클레임(SpaceClaim)을 디스커버리 제품군에 포함시켜 각각 ‘디스커버리 AIM’과 ‘디스커버리 스페이스클레임’으로 새롭게 브랜딩했다. 디스커버리 라이브는 개념 설계 단계에서 적은 노력으로 빠르게 제품을 검증하고, 디스커버리 AIM은 앤시스의 기존 솔버를 사용해 제품 개선(리파인) 작업을 쉽고 정확하게 진행할 수 있다. 디스커버리 스페이스클레임은 개념 모델링 및 3D 파트/어셈블리/도면 등의 디자인을 쉽고 빠르게 수행하는 역할을 한다. 라오 디렉터는 “개념설계와 개선 작업을 디스커버리 제품군으로 빠르게 진행한 이후에는 앤시스 메커니컬/플루언트/HFSS 등 앤시스의 주력 제품을 사용한 최종 검증 단계로 이어질 수 있다”면서, “정해진 시간 내에 복잡한 제품 검증을 해야 할 때 디스커버리를 초기 단계서 사용하면 검증에 드는 시간과 비용을 줄이면서 효율을 높일 수 있다”고 전했다. 기사 상세 내용은 PDF로 제공됩니다.

소용돌이 같은 유체 결과 및 재순환 구역과 속도에 대한 통찰력 제공 앤시스(www.ansys.com)는 엔지니어의 설계 작업 속도 및 효율성을 향상시키는 디스커버리 라이브(ANSYS Discovery Live)의 정식 버전을 출시했다고 밝혔다. 퍼베이시브 엔지니어링 시뮬레이션을 확장한 앤시스 디스커버리 라이브는 뛰어난 상호작용성과 즉각적인 피드백을 통해 엔지니어가 설계 프로세스 중 디지털 탐색의 초기 단계에서 더 많은 변수를 실험할 수 있게 돕는다. 이를 통해 전체 제품수명주기에서 가정(What If)할 수 있는 모든 문제점을 사전에 파악해 이를 효과적으로 개선할 수 있도록 한다. 실시간 시뮬레이션이 가능한 디스커버리 라이브는 직관적인 설계 환경에서 직접적 지오메트리 모델링과 밀접하게 결합하여 대화형 탐색과 신속한 제품 혁신을 제공한다. 이를 통해 모든 엔지니어는 과거 프로토타입을 설정, 실행 및 분석하는 데 몇 주에서 몇 달 정도 걸렸던 작업 시간을 획기적으로 단축할 수 있게 됐다. 앤시스는 최근 5개월간 디스커버리 라이브의 프리뷰 버전을 통해 제품의 주요 기능을 공개했다. 이를 통해 많은 전문가 및 설계자가 디스커버리 라이브를 통해 다양한 유형의 제품을 디자인하고, 초기 컨셉 개발 단계에서의 시뮬레이션의 역할 및 필요성을 확인할 수 있었다. 프리뷰 버전에 이어 새롭게 출시하는 디스커버리 라이브 정식 버전에서는 유체 및 구조, 열 해석 기능을 더욱 강화하고, 사용자가 손쉽게 사용할 수 있는 유저 인터페이스 및 디스플레이의 유형을 확장했다. 구조 해석에서 디스커버리 라이브는 부품 및 소형 어셈블리의 강도와 강성을 즉시 파악 해 개선하며, 응력 분포의 즉각적인 시각화와 신속한 형상 수정을 통해 중량을 최적화한다. 또한, 여러 개의 시나리오를 간편하고 신속하게 탐색할 수 있다. 열 해석에서는 여러 크기의 부품 및 어셈블리 간의 대류 또는 전도로 인한 열 발산을 파악할 수 있다. 그리고 부품 및 어셈블리의 자연 빈도를 신속하게 계산하여 설계된 모드가 허용 가능한 최소한의 빈도 범위를 넘어서는지 바로 확인할 수 있다. 디스커버리 라이브의 유체 파트는 크게 내부와 외부 유체 흐름 해석으로 나누어 볼 수 있다. 유체가 구조 주위를 흐르는 경로를 시각화하는 외부 유체 흐름은 재순환 구역을 탐색하고 흐름 방향을 변경하여 실험한다. 또한, 압력 강하, 항력 및 양력의 추세에 대한 분석을 미리 파악할 수 있다. 내부 유체 흐름은 파이프 안의 압력 강하 및 속도와 기타 포함된 용량을 관찰하며, 흐름 분산, 열 혼합과 같은 사항의 정보를 수집한다. 디스커버리 라이브는 NVIDIA GPU(그래픽 처리 장치) 및 CUDA 병렬 컴퓨팅을 기반으로 하며, 기존의 방법보다 수천 배 빠른 결과를 제공하는 슈퍼 컴퓨팅 기능을 제공한다. 또한, 네이티브 병렬 GPU 처리를 기반으로 간소화된 물리 설정 및 혁신적인 솔버 기술을 통해 구현되는 3D 결과를 바로 확인하는 즉각적인 시뮬레이션을 지원한다. 실시간 디지털 탐색을 통해 디스커버리 라이브는 개발 프로세스 중 가장 많은 비용과 노력을 필요로 하는 시제품 제작 과정을 디지털로 전환해 비용 및 시간을 획기적으로 단축한다. 또한, 디스커버리 라이브를 활용하면 엔지니어는 제품 출시 지연 및 재설계의 위험 없이 설계 과제를 실험하고 창의적으로 해결할 수 있는 유연성을 갖출 수 있다. 앤시스코리아 조용원 대표는 “학생부터 벤처 기업, 포뮬러 원 레이싱 팀에 이르기까지 수천 명의 사용자가 디스커버리 라이브 프리뷰 버전을 통해 이미 제품의 뛰어난 성능을 경험했다”며 “앤시스코리아는 거의 모든 분야에서 활용 가능한 디스커버리 라이브의 정식 버전 출시로 더욱 많은 산업 분야의 엔지니어가 자사 제품을 통해 설계 통찰력을 확보하고 혁신적인 제품을 더욱 빠르고 간편하게 개발할 수 있도록 지원할 것”이라고 말했다.