지멘스 PLM 소프트웨어 코리아 백영렬 부사장이 ‘예측 엔지니어링 분석(Predictive Engineering Analytics)’이 가져다 주는 혁신에 대해 설명하고 있다.
인더스트리 4.0이나 IIoT(Industrial Internet of Things 산업용 사물 인터넷)와 같은 새로운 제조 트렌드가 확산되는 것과 맞물려, 시뮬레이션 및 분석 솔루션의 중요성이 그 어느 때보다 강조되고 있다. 이것은 지멘스를 비롯한 글로벌 자동화 기업들의 디지털 트윈 전략과 맥을 같이 하는 것으로, 이러한 분위기에서 지멘스 PLM 소프트웨어가 7월 10일과 11일 양일 간, 인터컨티넨탈호텔 에서 ‘STAR Korean Conference 2017’을 개최했다.
지멘스는 지난해 CD-adapco(씨디어댑코)를 인수하면서, CFD와 같은 선진 엔지니어링 시뮬레이션 툴을 자사의 포트폴리오에 보강하는 한편, 디지털 트윈 제품 생산을 위한 모델 기반 시뮬레이션에 대한 핵심 경쟁력을 강화, 관련업계의 관심을 집중 시킨 바 있다. 씨디어댑코는 글로벌 엔지니어링 시뮬레이션 기업으로서, CFD(전산 유체 역학), CSD(전산 고체 역학), 열전달(heat transfer), 입자 동역학(particle dynamics), 리액턴스 플로우(reactant flow), 전기화학(electrochemistry), 음향학(acoustics), 유동학(rheology) 등 다양한 분야의 소프트웨어솔루션을 보유하고 있다.
이날 집중적으로 소개된 STAR-CCM+는 시뮬레이션 및 분석에 특화된 다중 물리 CFD 소프트웨어로, 지멘스 PLM은 이날, 자사가 지향하는 ‘예측 엔지니어링 분석(Predictive Engineering Analytics)’이 가져다 주는 혁신과, 다중물리 설계 탐색을 설계 초기부터 적용하게 되면 비용 절감과 기업의 경쟁력을 높일 수 있다는 점을 강조하는데 무게중심을 둔 행사를 진행한 것이 특징.
취재 최교식 기자 cks@engnews.co.kr
‘STAR Korean Conference 2017’은 한국뿐만 아니라, 세계 각지의 다양한 산업 전문가 및 학계 저명한 인사들을 대상으로 진행하는 종합 시뮬레이션 관련 전문 행사로서, 이번 행사는 지멘스 PLM 소프트웨어 코리아 및 씨디어댑터와의 조직 통합 이후 처음으로 국내 고객을 대상으로 진행이 됐다는 점에서 관심을 끌었다. 이번 행사에서는 지멘스 PLM 소프트웨어의 향후 사업방향과 STAR-CCM+의 기술 로드맵 및 HEEDS 소프트웨어가 중점적으로 소개됐다.
또, 지멘스 심센터(Simcenter) 내의 STAR-CCM+의 자동차, 철도, 유체기계, 전기, 전자, 가전, 중공업, 조선해양, 국방, 항공, 화학공정, 건축, 환경, 플랜트, 원자력, 에너지, 배터리, 생산, 생명공학 등 다양한 산업 분야에서의 실제 사례 들과 다중물리 설계 탐색(MDX: Multidisciplinary Design eXploration)에 대한 소개와 연구 사례가 소개됐다.
지멘스, STAR-CCM+로 디지털 트윈 제품 생산을 위한 모델기반 시뮬레이션 경쟁력 강화
기조연설을 담당한 지멘스 PLM 소프트웨어의 백영렬 부사장은 지난해 씨디어댑코가 지멘스 PLM 소프트웨어로 통합되면서, 지멘스 PLM은 보다 폭넓은 기술과 솔루션을 고객들에게 제공할 수 있게 됐다고 말하고, ‘예측 엔지니어링 분석(Predictive Engineering Analytics)’은 설계자들이 보다 신속하게 최상의 설계 작업을 할 수 있도록 도와준다고 설명했다.
백 부사장은 과거의 메카 니컬 디바이스는 2010년 이후, 메카니컬과 전기, 컨트롤이 통합된 스마트 디바이스로 변화하고 있으며, 제조공정의 초정밀 가공이 가능해지고, 과거의 소품종대량생산방식이 다품종대량생산방식으로 변화하면서, 설계자들은 설계 변수를 고려해야만 하게 됐고, 시스템과 디바이스가 연결되고 있는 것이 현재 설계를 둘러싼 주변상황이며, 이러한 트렌드 들은 모두 디지털과 관련이 있다고 말했다.
이날 지멘스 PLM이 강조한 내용 가운데 하나는, 현재 시뮬 레이션이 설계초반의 개념단계 에서 사용되지 못하고 최종 단계인 밸리데이션 단계에서만 사용되고 있는데, 개발의 모든 단계에서 리얼리스틱 시뮬레이션 설계를 이용해야만 비용과 납기, 품질이라는 기업의 목표를 달성할 수 있다는 것. 또 데이터들을 효율적으로 이용해서 좋은 인사이트를 얻어야 하는데, 이런 데이터들은 중앙에서 관리를 못하는 것이 문제로, 데이터를 효율적으로 관리할 수 있는 시스템도 중요하다고 설명했다.
현재 엔지니어링 프로세스를 보면 1D 시뮬레이션과 3D 시뮬레이션, 테스트, CFD 시뮬레이션, 히스토리컬 데이터가 각기 이루어지고 있는데, 이것들을 모두 유기적으로 통합해서 시스템 레벨로 제품개발을 하게 되면 지금보다 훨씬 좋은 결과를 얻을 수 있다는 것도 지멘스 PLM이 강조한 내용 가운데 하나. 즉, 3D만 가지고 해결되지 않는 것이 많기 때문에, 전체를 통합해서 시스템 레벨의 분석과 예측을 하여 설계 단에서 일어나는 현상을 엔지니어링에 반영하는 시스템 드라이븐 프로덕트 디벨롭먼트(System-driven Product Development: SDPD)가 지멘스 PLM의 비전이다.
예측 엔지니어링 분석을 가능하게 하는 지멘스 PLM의 시뮬레이션 제품을 총괄하는 브랜드 ‘Simcenter’
디지털 트윈과 설계탐색을 합한 예측 엔지니어링 분석
한편, 제품 전체 라이프사이클에 걸쳐 디지털 트윈(Digital Twin)을 전달하는 것이 지멘스 PLM 전략의 일부분으로, 지멘스에서는 제품의 성능뿐 아니라, 지오메트릭이나 버추얼 등 다양한 분야에서 디지털 트윈을 제공하고 있다.
STAR-CCM+12.02 버전에는 제품 개발 조직에서 제품의 형체와 성능 특성을 갖는 정밀한 가상모델인 디지털 트윈을 사용해, 제품이 실제 세계에서 어떻게 작동하는지 디지털 방식 으로 시뮬레이션하기 위한 능력을 향상시킬 수 있는 새로운 기능들이 포함되어 있다. 따라서 STAR-CCM+를 이용해 실제 생산단계에 들어가기 전에 모델링 단계에서 디지털 요소와 생산요소를 심리스하게 연결하여 각각 다양한 요소를 시뮬레 이션 해봄으로써, 시간과 비용을 절감시키는 이점을 얻을 수 있다.
또 제품에서 일어나는 유기적인 현상을 다중물리 설계 탐색을 이용해 설계하면 보다 좋은 결과를 얻을 수 있다고 설명했다.
대부분의 기업들이 검증(Validate)과 문제해결(Trouble Shoot), 설계(Design) 단계에만 시뮬레이션을 사용하고 있는데, 가상공간에서 최상의 설계조건을 찾아내는 단계인 자동화 (Automate) 단계와 디지털 트윈 및 설계탐색을 합한 개념인 예측 엔지니어링(Predictive Engineering) 단계에 모두 시뮬레이션을 사용하게 되면 경쟁사보다 빠른 시간 안에 밸리드 디자인을 할 수 있다는 것이 지멘스 PLM의 설명.
특히 지멘스 PLM에서는 설계단계에서 얻어진 모든 데이터 들이 팀센터(Teamcenter)라는 하나의 플랫폼에서 관리된다는 점이 강조됐다.
또 개념설계-시스템 디자인-서브시스템 디자인-부품 디 자인-부품 검증-서브시스템 검증-시스템 확인 및 검증으로 이루어지는 제품개발 V 사이클의 설계단계와 실증실험단계 에서 예측 엔지니어링을 사용하면 큰 효과를 얻을 수 있으며, 특히 1D 시뮬레이션이나 설계탐색에서 예측 엔지니어링을 사용하면 큰 위력을 발휘할 수 있다고 말했다.
이와 함께 전기차의 주행거리와 배터리 수명을 늘리는데 예측 엔지니어링 분석이 사용된 사례가 소개됐다.
이날 지멘스 PLM은 예측 엔지니어링 분석이 디자인 혁신을 가져올 수 있다는 확신에서 지난해 Simcenter(씸센터)를 출시했다고 발표했다. 씸센터는 지멘스 PLM의 시뮬레이션 제품을 총괄하는 브랜드로서, 1D 시뮬레이션과 3D 시뮬레이션, CFD 시뮬레이션, 테스트 솔루션, 설계 탐색을 모두 망라하고 있다. 다양한 라이센스 예제와 손쉬운 UI가 제공된다.
지멘스 PLM 소프트웨어의 제품관리 부사장인 Deryl Snyder 씨가 STAR-CCM+ v12 제품전략과 로드맵을 주제로 한 발표를 진행했다.
STAR-CCM+v12.04의 자동화된 제품 설계 탐색과 설계 최적화를 가능하게 하는 새로운 기능 소개
이어서 서울대학교 이수갑 교수가 공력음향학과 산업적 응용, 지멘스 PLM 소프트웨어의 제품관리 부사장인 Deryl Snyder 씨가 STAR-CCM+ v12 제품전략과 로드맵을 주제로 한 발표를 각각 진행했다.
Snyder 부사장은 대부분의 기업들이 검증과 트러블 슈트, 설계 단계에서만 시뮬레이션을 사용하고 있는데, 자동화와 탐색 단계에까지 시뮬레이션을 사용하면 보다 좋은 결과를 얻을 수 있다는 것을 다시 한 번 강조하고, STAR-CCM+는 단일 통합 유저 인터페이스와 유연하고 강건한 모델링, 다중물리 능력, 효율적인 확장, 시뮬레이션 워크플로우 자동화, 통찰력 있는 데이터 분석, 지능적인 탐색 및 시뮬 레이션 관리라는 특징을 가진 솔루션이라고 강조했다.
이 발표에서는 특히, STAR-CCM+v12.04의 자동화된 제품 설계 탐색과 설계 최적화를 가능하게 하는 새로운 기능이 소개됐다.
디자인 매니저(Design Manager)와 STAR-Inovate 가 그것으로, STAR-CCM+ v12.04는 디자인 매니저를 도입해 CFD 시뮬레이션에서 여러 가지 설계 옵션을 쉽게 탐색할 수 있게 됐다. 디자인 매니 저를 통해 STAR-CCM+에서 직접 프로세스 관리 및 성능 평가 등의 설계군을 설정하고 자동으로 평가할 수 있다. 디자인 매니저는 STAR-CCM+의 올인원(all-in-one) 플랫폼, 자동화된 격자, 파이프라인 방식의 워크플로우 및 정확한 물리학을 활용해 기존의 방식으로 CFD 시뮬레이션 사용을 어렵게 했던 복잡성을 극복할 수 있다. STAR-CCM+ v12.04의 모든 인스턴스에는 형상 및 작업 조건의 변화를 검사하여 설계의 체계적인 탐색을 자동화하는 디자인 매니저가 포함되어 있다.
또한 새로운 버전에는 씨디어댑코의 검증된 HEEDS 소프트웨어의 설계 최적화 기술 에 기반한 STAR-Innovate 소프트웨어가 추가됐다.
STAR-Innovate 추가 모듈을 통해 사용자는 한 단계 더 나아가 HEEDS 소프트웨어 에 적용된 검증된 기술을 사용 하여 설계 공간을 지능적으로 검색하는 단일 및 다중 목적의 최적화된 연구를 수행할 수 있다. 또한 이 추가 모듈은 확률 분석(stochastic analysis) 을 제공하여 엔지니어가 임계 치수의 제조 허용 오차 또는 경계 조건 값의 변동과 같은 입력 매개 변수의 작은 변화에 대한 시뮬레이션 예측의 민감도를 결정하는 데 도움을 준다.
STAR-CCM+는 업계에서 유일하게 HEEDS와 같은 강력한 최적화 도구에 기반해, 엔지니어가 설계 탐색 연구를 원활하게 수행 할 수 있게 돕는 다중 물리 CFD 솔루션으로, 이를 통해 엔지니어는 시뮬레이션 설정 및 모니터링에 더 적은 시간을 할애하고, 더 많은 시간을 설계 결과 평가에 할애함 으로써, 더 우수한 설계를 만들어 낼 수 있다.
올해 10월 STAR-CCM+12.06 버전이 나올 예정.
새로운 STAR-CCM+ 12.06 버전, STAR-ICE라는 새로운 애드온 추가
새로운 12.06 버전에서는 STAR-ICE 라는 새로운 애드온이 추가될 계획으로, 이것은 내연기관의 시뮬레이션 솔루션을 강화하기 위한 일환이다. STAR-ICE 애드온을 통해 STAR-CCM의 인실린더 (in-cylinder) 시뮬레이션 기능을 강화해 나가겠다는 것이 지멘스 PLM의 전략 으로, 이는 육상교통 시장, 그 중에서도 내연기관 시뮬레이션 솔루션 분야에 서의 씨디어댑코의 성공을 굳히기 위한 행보에 해당한다.
또 자동화가 강화되는 것도 새로운 버전의 특징 가운데 하나로, 자동으로 부품과 표면에 미리 정의된 이름으로 프로세스가 지오메트리로 주입되게 하는 것이 그러한 예 가운데 하나.
한편, 이번 행사에서 지멘스는 드론 배송사례를 통한 후처리 기술 데모시연과 STAR-Innovate를 이용한 파이프 Blockage의 설계 탐색 데모시연, Admixtus와 Optimate+를 이용한 교반기 최적 설계 데모시연 등을 진행하면서, 참관객들에게 볼거리를 제공했다.
지멘스 부스에서 행해진 드론 배송사례를 통한 후처리 기술 데모시연.