지난 해 캐드 분야에서는 어떠한 기술들이 주목을 받았고 어떠한 트렌드를 눈여겨 보아야 할까.

제너레이티브 디자인, AI, 증강현실, IoT, 클라우드 등 새로운 기술과 더불어 기본이라고 할 수 있는 MBD(모델 기반 정의), 2D 설계 등도 여전히 주목을 받았다. 이 글에서는 이 중에서 몇 가지 주목할 만한 트렌드에 대해 살펴보고자 한다.

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1. 클라우드 기반 제너레이티브 디자인의 확대

제너레이티브 디자인(Generative Design : 생성 설계) 기술이 업계의 주요 화두다. 기업이 경쟁력을 유지하기 위해서는 혁신이 필요하며, 경쟁업체를 이기기 위해서는 설계 프로세스에 대해 다르게 생각해야 하고 더 적은 리소스로 최적의 결과를 내야 한다. 제너레이티브 디자인은 이러한 상황에서 도움이 되는 기술이다.

제너레이티브 기술에 대한 고객들의 관심이 높아지면서 기술을 채택을 하는 업체들도 늘어나고 있다. 또한 고성능 컴퓨팅을 활용하기 위해 클라우드로 확장하려는 의지 또한 커지고 있다.

다양한 매개변수에 걸친 제품 설계. 이러한 차세대 설계 도구를 통해 제품 개발 팀은 무게, 강도, 모양, 재료 및 비용을 최적화하기 위해 더 많은 반복 작업을 동시에 탐색할 수 있다.

건축가들은 창의성을 유지함으로써 과거의 경험을 쌓아가는 제너레이티브 엔지니어링 접근 방식으로 매장 개선, 공간 배치 등을 할 수 있다. 이러한 기술은 이론적으로 건축가의 효율성을 대폭 향상시킬 수 있으며 잠재적으로 건축 작업 자체를 변화시킬 수 있다.

몇 년 전에 대규모 벤더와 신생 기업이 이 분야에 투자하기 시작했다. 현재 이 기술에 관심을 가지고 관련 제품을 내놓고 있는 업체는 오토데스크를 비롯하여 알테어, 앤시스, MSC 소프트웨어, 다쏘시스템, ESI 그룹, 벤틀리 시스템즈, Desktop Metal, nTopology, PTC 등이 있다.

이러한 업체들의 결과는 눈에 띄지만 아직 돌파구는 없다. 이것은 필드의 복잡한 측면 때문이다. 그러나 이러한 기술이 지배적이 되는 것은 결국 시간 문제가 될 것이다.

마켓인사이트리포트(Market Insights Reports)는 세계 제너레이티브 디자인 시장은 2018 년 2 억 4,800 만 달러에서 2025 년 말 10 억 8 천만 달러로 CAGR 23.95 %로 성장할 것으로 전망했다.

마켓인텔리전스데이터(MarketIntelligenceData)에 따르면 제너레이티브 디자인 사장은 2020년에서 25년동안 15% 이상의 성장을 할 것으로 예상하고 있다.

복잡한 디자인의 고급 제조에 대한 수요가 증가하고 자동차의 성능을 향상시키면서 크기를 줄여야 하는 필요성으로 인해 자동차 제조업체는 R&D 투자를 늘리고 제너레이티브 디자인을 채택하고 있다. 현대자동차, 에어버스, 블랙앤데커 등 많은 대기업들이 엔지니어링 산업의 미래를 형성하는 트렌드로 제너레이티브 디자인을 수용하고 있다. 이를 통해 엔지니어는 CAD 소프트웨어에서 주어진 제약 조건에 대한 최상의 솔루션을 자연스럽게 찾으면서 엔지니어의 상상력을 강화시켜 나가고 있다..

오토데스크코리아 김동현 대표는 “제너레이티브 디자인은 설계를 위해 AI와 클라우드 컴퓨팅을 결합시킨 기술로 프로젝트 목표, 설계 변수, 입력 요소에 따라 데이터 기반의 다양한 설계 옵션을 빠르게 만들어낸다. 이를 통해 건축가·엔지니어·발주처 등 프로젝트 관계자들은 데이터 기반의 최적화된 결과를 신속하게 결정할 수 있다. 이는 코로나19 및 포스트 코로나에 대응하는 혁신 기술로도 활용할 수 있는데, 사회적 거리두기 시 실내 공간 및 자리 배치에도 사용할 수 있다”고 밝혔다.

 

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제너레이티브 디자인을 활용해 개발한 엘리베이트(Elevate) 콘셉트카(이미지 제공 : 현대자동차)

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2. 기계학습, 인공지능, 통합에서 도움을 받는 설계

설계 분야에서는 인공지능(AI) 및 기계학습(ML) 기술이 더 많이 채택되고 있고, 고급 해석을 기반으로 설계 기능 및 워크플로우를 개발할 때 이를 고려하고 있다. 또한 사용자가 건설 모듈의 오프 사이트 조립을 수행하고 설계를 최적화하기 위한 설계 대안을 탐색함에 따라 모듈식 설계 및 알고리즘 지원 설계의 사용이 여러 배로 증가할 것으로 예상된다.

캐드 기술의 사용을 아이디어를 포착하는 수동적인 솔루션에서 집단 학습을 기반으로 하는 도움과 제안을 제공하는 반응형 도구로 전환해야 할 필요성은 인공지능과 기계학습의 응용을 전면에 내세우고 있다. 엔지니어가 최상의 솔루션을 결정하기 위해 토폴로지 최적화와 같은 것 이상으로 프로세스를 수행하고 있다

 

3. MBD(모델 기반 정의)를 기반으로 모델 기반 엔터프라이즈로의 진화

지난 해에는 모델 기반 정의(Model-Based Definition)를 통해 실시간 시뮬레이션, 제너레이티브 디자인, 증강현실(AR), 사물인터넷(IoT) 등을 이용하여 더 많은 작업을 수행하려는 설계자들이 많이 생겨나기 시작했다. 이러한 흐름은 모델 기반 정의에서 더 나아가 PLM을 기반으로 한 MBSE(모델기반 시스템 엔지니어링), 모델 기반 엔터프라이즈로의 진화를 예측할 수 있을 것이다.

그동안 설계를 설명하는데 도움이 되는 3D 주석은 오랫동안 사용되어 왔으나 실제 채택률은 높지 않았다. 이러한 이유 중 하나는 설계를 설명하는 주석을 추가하는 작업에 집중하기 때문이었다. 기존 2D 도면을 주석이 있는 3D 모델로 대체하는 아이디어가 초점이 되었고 가치 제안은 쉽지 않았다.

그동안에는 데이터가 축적되지 않은 것이 문제였다면, 이제는 가지고 있는 데이터를 가지고 무엇을 할 수 있을까에 대한 관심이 높아지기 시작했다. 창조에서 소비로의 전환이 이루어지고 있는 것이다.

많은 사람들이 디지털 트윈을 구축하는데 투자함에 따라 다음 단계는 기업 전체에서 데이터를 가지고 활용하는 것이 계속 해서 추진력을 얻을 것이다.

변화는 수동 입력에 의존하지 않고 데이터를 소비하는 시스템의 능력에서 비롯되어야 하며, 정보는 그들이 필요로 하는 방식으로 제공된다. 모델 기반 기업으로의 전환은 실제로 디지털 트윈을 기반으로 투자 수익을 제공하고 있다는 점에서 눈여겨 볼 만하다.

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4. 디지털 트윈과 IoT 설계

몰입형 시각화(immersive visualization) 및 가시성(visibility) 분석에 대한 요구 사항이 폭발적으로 증가하고 있다.

BIM(건설 정보 모델링)은 2D 기반의 추가 정보 및 시각화를 제공하기 위해 몇 년 동안 사용되어 왔다. 모델 기반으로 디지털 트윈을 구현하는 프로젝트는 점점 더 많아지고 있다. 디지털 트윈은 완전히 작동하는 디지털 모델이 개발되는 고급 설계 환경에서 점점 더 광범위하게 응용될 것이며, 기존 접근 방식에 비해 더욱 발전된 접근 방식으로 프로젝트 단계까지 다양한 설계 선택을 분석하여 개선할 수 있다. 혁신은 명확하게 정의된 단계를 나타내는 정적 설계뿐만 아니라 시간이 지남에 따라 건설 및 운영으로 진화하는 모델을 가져가고 있다.

PTC는 IoT가 기업 전체에 확산될 것으로 예상하고, 제품 디자이너에게 현실이 되고 있다고 밝히고 있다. 처음부터 제품에 내장된 스마트하고 연결된 기능과 디자이너는 해당 데이터에서 통찰력을 가져와 이를 반복하여 사용하기 시작했다.

작업 현장에서 AI 및 기계 학습을 활용하는 등 연결된 기계 및 데이터 분석의 발전은 혁신을 촉진하고 스마트 제조 혁신을 가속화하고 있다. 스마트 제조 시장은 예측 유지 보수 및 보증 관리를 위한 정교하고 일관된 분석 모델로 인해 생산 효율성, 제품 품질 및 비용면에서 가시적 인 결과를 제공하는 동시에 무인 비접촉식 운송 기계의 채택을 장려할 것이다.

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5. 2D는 관련성 유지, 효율성 향상에 초점

현재 3D 모델에서 연관 2D 문서를 생성할 수 있지만 2D 문서를 직접 생성해야 하는 필요성은 여전히 강력하다. 르네상스가 2D 캐드 워크플로우에서 진행 중이라는 것이 캐드 공급업체들의 전언이다.

2D 캐드는 수십 년 동안 유지되고 있지만 2D 문서를 만드는 과정은 바뀌고 있다. 2D 드래프터의 대부분의 시간을 소비하는 반복적인 작업을 위해 향상된 소프트웨어 사용성과 자동화 기능이 제공되고 있으며, 생산성 향상과 비용 절감을 추구하는 것은 설계 패러다임에 관계없이 시장을 주도할 것으로 보고 있다.

3D 캐드와 BIM 솔루션의 등장으로 많은 사람들이 2D 도면이 사라질 것이라고 했지만 20 년 후에도 여전히 수십억 개의 DWG 도면이 순환되고 있다. 새로운 3D 기술은 모델의 복잡성과 모델의 정보 양을 상당히 증가 시켰다. 디지털 트윈은 고급 설계 환경에서 점점 더 광범위하게 응용될 것이다.

오토데스크의 경우 2D 캐드를 강점으로 시장에서 높은 점유율을 유지하고 있고, 지더블유캐드(ZWCAD), 지스타캐드(GSTARCAD), 캐디안(Cadian), 브릭스캐드(BricsCAD), 드래프트사이트까지 다양한 캐드 솔루션이 시장에서 입지를 강화하기 위해 마케팅을 하고 있다.

도면은 더 높은 수준의 세부 사항과 포괄적인 방식으로 이러한 프로젝트를 문서화하는 데 여전히 널리 사용되고 있다. 복잡성이 증가할수록 도면이 필요하다. 클라우드가 애플리케이션 간의 심층 통합과 사용자 간의 더 나은 협업을 가능하게 하기 때문에 이러한 추세는 SaaS 변환과 함께 더욱 확대될 것으로 보인다.

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6. 클라우드 흐름은 맞지만 한국 시장 갈 길 멀어

클라우드(Cloud) CAD는 공급 업체를 위한 티핑 포인트에 도달하고 있지만 사용자는 아니다.

최근 주목할만한 CAD 업계의 흐름 중 하나는 SaaS(Software-as-a-Service) 제공 모델로의 이동이었다. PTC가 온쉐이프(Onshape)를 인수한 것이 변곡점이라고 할 수 있으며, 최근 아레나 솔루션즈(Arena Solutions)의 인수 등으로 그 흐름은 더욱 빨라질 전망이다.

오토데스크를 비롯, 많은 업계 리더가 SaaS 전환을 가속화하고 있으며, 경쟁 환경 외에 클라우드 솔루션에 대한 수요는 성숙해지고 있다. 이러한 추세는 특히 협업 측면에서 이점을 누릴 수 있는 대기업들 사이에서 매우 강력하다. 특히 코로나 상황에서 클라우드로의 전환은 벤더들의 비즈니스에서 유리한 고지를 차지하는데 일조했다.

많은 IT 관리자가 SaaS 솔루션을 선호하고 있고, SaaS 회사가 비 SaaS 소프트웨어 회사보다 매출이 빠르게 성장하고 있지만 여전히 SaaS 솔루션은 현재 15% 정도의 시장 점유율을 나타내고 있으며 기존 데스크톱 소프트웨어의 시장 점유율은 85 %이다.

CAD 공급 업체는 더 이상 클라우드로 마이그레이션 할 때까지 기다릴 수 없지만 클라우드 사용자 수가 기존의 수를 능가하는 데 10 년 이상 걸릴 가능성이 높다는 사실도 알고 있다.

이러한 세계적인 추세 속에서 정작 한국 제조기업들의 클라우드로의 전환은 더딘 편이다. 제조현장 보다는 비대면 교육 현장에서 성과를 보이고 있다. 다쏘시스템에서는 선문대 등을 대표적인 성공 사례로 꼽고 있다.

따라서 향후 몇 년 동안 우리 업계가 직면하고 있는 과제는 데스크톱 및 클라우드용 제품을 동시에 유지 관리하는 것이다. 가장 성공적인 기업은 이러한 하이브리드 에코 시스템의 복잡성을 관리하여 변화를 원활하게 수행할 수 있는 기업이 될 것이다.

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7. 기계 및 전기 시스템의 통합

지멘스는 기계 및 전기 시스템 통합에 지속적으로 집중할 것으로 기대되며, 멘토의 인수를 통해 이를 현실화 하고 있다. 혁신의 기반으로 전자 및 소프트웨어 사용이 계속 증가함에 따라 기계 및 전기 시스템의 통합이 점점 더 중요해지고 있다.

MCAD 및 ECAD는 고유한 요구 사항이 있는 전문 도메인이며, 현실은 각 도메인에 전문성이 있다. 단일 설계 도구를 사용하는 데 필요한 절충안이 각 팀을 제한하게 될 것이고, 분야 간의 긴밀한 통합은 기업이 필요로 하는 투자 회수를 제공할 것이다. 데이터 변환으로 인해 발생할 수 있는 오류를 줄이고 많은 반복주기와 트레이드 오프를 수반하는 병렬 프로세스를 지원하면 시스템 간의 긴밀한 유대가 형성될 것이다.

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8. BIM 표준화 노력과 새로운 플랫폼 옵션의 대두

BIM은 혁신으로서 이미 틈을 넘었고 설계 팀은 이미 이 접근 방식을 채택했다. 계약자, 건물 소유주 및 개발자는 BIM의 이점을 더 많이 인식하고 있으며 민간 부문에서도 BIM 기반 워크 플로우를 요구하기 시작했다. 문제는 건물 프로젝트를 전통적인 접근 방식이나 BIM에 따라 수행하는 것이 합리적이냐가 아니라 가장 효율적인 BIM 프로세스에 따라 수행하는 방법이다.

BIM을 구현하는 방법에는 두 가지가 있다.

• 건설 정보 모델링 - 설계 단계에서는 도면, 렌더링, 수량 산출 등을 자동으로 생성하여 건축 설계 워크플로우를 간소화하기 위해 지능형 건물 모델을 구축해야 한다.

• 건설 정보 관리 - 설계 데이터를 디지털의 재사용 가능한 형식으로 건설 프로젝트의 이해 관계자와 공유하기 위해 표준화가 필수적이다.

BIM의 주요 목표는 서로 정보를 공유하는 것이므로 데이터 형식 및 데이터 분류에 대한 합의 없이는 이러한 일이 발생할 수 없으므로 표준화는 필수이다. 점점 더 많은 분류 표준이나 산업에서 빌딩 스마트(Building Smart)의 역할이 증가함에 따라 디지털 정보를 체계적인 방식으로 전달하는 능력이 갈 길이라는 것을 분명히 보여준다.

또한 플랫폼 영역의 변화를 예측한다. 많은 공급 업체가 BIM 프로젝트의 백본을 제공할 수 있도록 플랫폼을 개발하고 있다. 크고 작은 벤더의 다양한 플랫폼 이니셔티브가 있으며, 이러한 추세는 캐드, BIM 산업에서 매우 강력할 것이다.

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8. 협업 촉진 도구의 중요성 증가

설계 측면에서 증강현실(AR)이 협업의 수단으로 자리 잡고 있다. 증강현실의 유용성은 많이 입증되었다. 문제는 기존의 접근 방식이나 BIM을 따르는 건물 프로젝트를 수행하는 것이 합리적일지 여부가 아니라 가장 효율적인 BIM 프로세스에 따라 수행하는 방법이다.

사람들의 생산성을 높이기 위해 설계 엔지니어는 공장이나 자신의 세계에서도 이제 막 시작되는 단계에 있다. 이를 사용하여 언제든지 최소한의 마찰로 모든 사람과 대규모로 설계 개념을 전달할 수 있다.

비용 증가로 인해 다른 국가에서 제조들이 이루어지고 있고 이러한 변화는 팀 간의 커뮤니케이션 속도를 높이는 클라우드 기반 제품 개발 도구를 통해 자발적인 협업에 대한 수요를 크게 증가시킬 것이다.

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9. 보안과 클라우드의 관심 확대

기업은 보안을 제한하기 위해 새로운 접근 방식을 시도하고 있다. 사이버 보안에 대한 두려움은 계속되고 있으며 대기업은 자체 보안 팀을 고용할 수 있고 고용할 수 있지만 공급 업체를 찾아야 한다.

랜섬웨어 및 바이러스의 위협이 증가함에 따라 더 많은 경영진이 데스크톱에 설치된 보안 소프트웨어보다 클라우드 기반 솔루션에 대한 지적 재산(IP) 보안을 신뢰하게 될 것이다. 아직까지 클라우드에 대한 사용 확대는 크게 늘어나고 있지 않지만 코로나19로 인한 최근 환경의 변화는 이러한 변화를 가속화시킬 것이다.

인터넷 뱅킹을 이용하는 것에 대해 불안감을 느끼지 않듯이 제조와 관련된 데이터도 클라우드 서비스와 블록체인을 이용하는 것이 당연해지는 날이 가까워지고 있다.