시뮬레이션의 진화

Mark Hindsbo, Vice President and General Manager, ANSYS

앞으로 다가올 미래에 제품을 생산하기 위해선 엔지니어링 시뮬레이션 역시 변화해야 합니다. 엔지니어링 시뮬레이션은 제품의 전체 수명주기에 걸쳐 모든 엔지니어가 모든 제품에 활용 가능한 솔루션으로 진화할 것입니다. 이러한 진화가 없다면, 4차 산업혁명으로 만들어진 기회들을 충분히 활용할 수 없을 것입니다. 또한 이러한 변화에 적극적으로 대처하지 못한다면 혁신에 뒤처질 수밖에 없습니다.

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Simulation Redefined

"엔지니어링 시뮬레이션은 제품의 혁신과 성능 향상을 도와 기업의 성장을 이끌며, 사용자에게 다양한 혜택을 제공하는 등의 긍정적인 기능을 하며 점점 더 다양한 분야에서 다양한 역할을 하고 있습니다."

pervasive engineering simulation 

ANSYS는 거의 반세기 가까이 엔지니어링 시뮬레이션을 통해 고객의 비용절감은 물론 제품개발기간을 단축하는 혁신 활동을 돕는 중요한 역할을하고 있습니다. 자동차, 항공기, 기차는 물론 전자 제품, 산업 장비, 헬스케어 솔루션까지 ANSYS 소프트웨어는 다양한 산업의 혁신을 주도한 제품의 개발에 도움을 주었습니다.

이러한 고객의 성과가 놀랍기도 하지만, 이것은 단지 시뮬레이션이 가져다주는 놀라운 가치의 시작에 불과합니다. 오늘날의 시뮬레이션은 새로운 시대로 들어서고 있으며, 다음의 세 가지 근본적인 변화에 주목해야 합니다.

  • 시뮬레이션은 가장 복잡한 제품들의 설계에만 제한적으로 적용되는 것으로 생각되었지만, 이제는 모든 제품의 설계에있어 핵심적인 기술입니다.
  • 이전의 제품 시뮬레이션에서는 하나의 물리적 특성, 하나의 부품, 하나의 디자인 등 단일 특성만을 다루었지만, 이제는 여러 가지 물리적 분야 및 디지털 분야와의 상호 작용을 통해 시스템 레벨의 다양한 설계 영역을 다룰 수 있습니다.
  • 흥미롭게도, 시뮬레이션은 설계 검증뿐만 아니라 초기 개념설계부터 제조, 운영 및 유지 관리까지 전 영역에서 활용되고 있습니다.

다시 말해, 엔지니어링 시뮬레이션은 제품의 혁신과 성능 향상에 긍정적인 영향을 미치고, 최고 수준의 성장을 이끌며, 사용자에게 다양한 혜택을 제공하는 등 긍정적인 기능으로 인해 점점 더 다양한 분야에서 다양한 역할을 하고 있습니다.

이러한 움직임은 ANSYS의 엔지니어링 시뮬레이션 소프트웨어 개발 방식뿐만 아니라 전 세계 모든 업종의 고객들이 ANSYS 솔루션을 활용하는 방식까지 새롭게 바꾸고 있기 때문에, 이러한 각각의 변화에 대해 보다 자세히 다뤄볼 가치가 있습니다.

ANSYS Discovery Live helmets

ANSYS Discovery Live

단순한 제품? 과연 그러한 제품이 있을까요?

1970년에 등장한 엔지니어링 시뮬레이션은 놀라운 신기술로 여겨졌지만, 이를 사용하기 위해선 대기업에서만 가능한 컴퓨팅 리소스와 수준 높은 기술을 보유한 엔지니어링 전문가들이 필요했습니다. 이러한 이유 때문에 시뮬레이션은 산업용 기계나 자동차, 항공기 등 가장 복잡하고 비용이 많이 드는 엔지니어링 제품에만 적용되었습니다.

2018년 현재,더 이상 단순한 제품은 존재하지 않습니다. 오늘날 제품 개발은 4차 산업혁명에 기반을 둔 높은 수준의 연결성 및 자동화 기술과 복합 재료, 3차원 적층 제조 기술과 같은 장점들을 최대한 활용하기 위해 최대한의 노력을 기울이고 있습니다. 그 결과 스마트하고, 높은 내구성과 품질의 새로운 제품들을 생산할 수 있게 되었습니다.

ANSYS Discovery Live

이러한 거시적인 엔지니어링 트렌드가 제품개발의 전자화 기술과 자율성 확대가 자동차와 같은 제품을 개발하는데 지장을 주지는 않을까 생각할 수도 있습니다. 하지만, 디지털 혁명은 모든 산업과 모든 제품에서 발생하고 있습니다. 이러한 새로운 세계에서는 시뮬레이션이 필수적입니다. 모든 제품 옵션들을 엔지니어링을 활용하여 디지털 방식으로 시뮬레이션한다면, 해당 분야의 선두 업체들과 같은 혁신을 이루는 데 필요한 통찰력을 얻을 수 있습니다.

Skittles® 캔디를 생산하는 Mars와 같은 고객사들은 ANSYS 소프트웨어를 도입하여 터빈 제조업체들과 동일한 시뮬레이션 기술을 활용, 생산 공정을 최적화하고 있습니다. 그리고 스타트업 기업인 Nebia에서는 로켓 배기 기관을 제어하는 것과 동일한 계산식을 사용하여 샤워헤드의 물 소비량을 70%나 절약했습니다. 너무 작거나, 단순하거나 또는 가격이 낮은 제품이라고 해서 시뮬레이션의 이점을 활용하지 못할 것은 없습니다.

smart connected products

복잡한 세계를 위한 복잡한 해석

제품 설계에 대한 스마트화 및 효율성 증대 요구가 점점 더 극대화됨에 따라 이제는 어떤 단일 성능 특성이나 격리된 일부만 바라볼 수 없게 되었습니다. 과거의 엔지니어링 시뮬레이션 팀은 어떤 하나의 핵심 물리적 요소만 격리시켜서 해결하려는 경우가 많았습니다. 예를 들어, Fomula 1 자동차 제조업체들은 속도와 성능에 중대한 영향을 주는 자동차의 공기역학을 개선하기 위해 노력했습니다.

이제는 시뮬레이션 소프트웨어, 하드웨어 및 처리 속도가 향상되어, 엔지니어가 여러 물리적 요소를 한 번에 연구하고 전체적인 제품 성능을 평가하는 것이 더 쉬워졌습니다. Fomula 1을 다시 예로 들어 설명하면, 자동차의 전반적인 속도와 성능은 공기역학에만 의존하는 것이 아니기 때문에 여러 물리적 요소를 한번에 해석하는 것이 매우 중요합니다. 연소효율, 타이어 마모 성능, 전자 부품의 안전성 등 이 모든 요소들이 전체 성능에 영향을 미칩니다. 어느 한 부분에서 최적화를 수행하면 반대 급부로 다른 부분의 성능이 저하될 수도 있기 때문에, 영향을 받는 모든 요소를 함께 시뮬레이션하는 것이 중요합니다. ANSYS솔루션을 사용하는 전 세계의 상위 100대 기업 고객 중 96곳은 ANSYS 플랫폼에 적용된 세 가지 이상의 물리적 솔루션을 사용하고 있습니다.

또한, 기존의 설계 프로세스를 완전히 뒤집을 수 있을 정도로 매우 많은 설계 옵션들을 평가할 수 있도록 컴퓨팅 성능 및 시뮬레이션 소프트웨어가 개선되었습니다. 엔지니어들은 특정 설계안을 검증하기 위한 용도뿐만 아니라, 초기 개념 설계 단계에서 최적의 것을 찾아내기 위해 수천 가지의 가능한 설계안을 분석하는 용도로도 시뮬레이션을 활용하고 있습니다. 이런 현상은 엔지니어가 특정 부품의 구조적 기준을 설정하고 반복된 시뮬레이션을 통해 최적의 설계를 찾아내야 하는 토폴로지 최적화 과정에서 가장 두드러지게 나타납니다.

대부분의 설계 옵션이 지정된 다음에 시뮬레이션을 적용하는 대신, 요구 사항에서 시작하여 시뮬레이션을 통해 설계를 만들어내는 방식이 점점 더 증가할 것입니다. 이러한 방식은 현대의 제품 설계에 내재된 복잡성을 완화하고, 빠른 혁신과 기회를 활용하여 성공을 달성할 수 있는 유일한 방법입니다.

 

"디지털 혁명은 모든 산업과 모든 제품에서 일어나고 있습니다."

ANSYS Discovery Live

"엔지니어링 시뮬레이션의 활용은 일부 전문가들의 경쟁력 있는 소유물에 머무르지 않고, 점차 모든 엔지니어들에게 반드시 필요한 핵심 요소로 자리 잡을 것입니다."

제품 수명주기 전반에 걸친 활용

오늘날 가장 중요한 변화 중 하나는 제품 수명주기의 모든 단계에서 시뮬레이션이 더욱 꾸준하게, 보편적으로 사용되고 있다는 점입니다. 초기 기본 설계와 물리적 테스트 사이에 행하는 특별한 절차로 여겨지던 시뮬레이션이 이제는 초기 개념 설계 단계부터 제품 수명이 다할때까지 전반적인 과정에 걸쳐 중대한 전략적 가치와 수익을 가져올 수 있는 것으로 인정받고 있습니다.

하지만 아직도 대부분의 제품개발에 대한 의사결정은 과거 경험에 근거한 판단에 의해 이뤄지고 있으며, 시뮬레이션은 주로 엔지니어링 팀의 전문가들만 사용하고 있습니다. 나머지 사람들은 여전히 Microsoft® Excel이라는 가장 보편적인 엔지니어링 툴에 의존하고 있습니다. 시뮬레이션 기술이 Excel만큼 쉽고 빠르게 사용할 수 있도록 발전함에 따라, 모든 엔지니어가 설계 과정의 어느 단계에서든 시뮬레이션을 통해 통찰력을 얻고, 이를 활용할 수 있는 완전히 새로운 혁신의 시대가 열리게 되었습니다. 설계자는 초기 개념설계 단계부터 디지털 정보를 활용하여 초기 개념을 테스트함으로써 까다로운 고객 요구를 만족시킬 수 있을 뿐만 아니라, 초기 제품 설계 단계에서의 통찰력을 확보하여 높은 수익을 달성할 수도 있습니다.

Excel에서 수백만 행의 데이터가 실시간으로 업데이트, 계산 및 기록되고, Google을 통해 수십억 개의 웹 사이트에 즉시 액세스할 수 있는 지금, 이 세상에서 모든 엔지니어가 시뮬레이션을 동등하게 사용할 수 없다는 것은 있을 수 없는 일입니다. ANSYS는 Discovery Live 와 다양한 제품군을 통해 이를 현실로 만들기 위해 노력하고 있습니다. 머지않아 모든 엔지니어가 자연스럽게 그리고 보편적으로 시뮬레이션을 사용하고, 이를 통해 혁신을 실현할 수 있게 될 것입니다.

piston

또한 시뮬레이션은 생산 효율성, 비용 효율성 및 유연성 향상을 위해 제조 과정에 적용되는 경우가 증가하고 있습니다. 3차원 적층 제조 기술 또는 3D프린팅으로 가능해진 고객 맞춤형 제품의 대량 생산에 따라, 시뮬레이션은 완성된 제품이 최적의 형태를 가지면서도 시간이 지나도 높은 일관성을 갖도록 정확하고, 효율적인 비용으로 제작되도록 보장합니다.

3차원 적층 제조 기술은 우리가 상상할 수 있는 거의 모든 형태를 제작할 수 있게 해주지만, 과연 최적화된 설계일까요? 과연 사람이 최적화된 형태를 상상하는 것이 가능하긴 할까요? 또한 고객 맞춤형 제품을 대량으로 생산할 때 발생 가능한 모든 변형으로부터 제품의 무결성과 성능을 유지할 수 있도록 하려면 어떻게 해야 할까요? 시뮬레이션은 기업들이 필요할 때 해석을 쉽게 수행할 수 있도록 해주며, 이러한 질문에 고유하며, 신뢰성 있는 답변으로 고품질의 제품을 제공할 수 있도록 도와줌으로써 대규모의 3D 프린팅 생산에 대한 가능성을 여는데 아주 중요한 열쇠가 됩니다.

제품이 설계 및 제조 단계에서 운영 단계로 이동함에 따라, 시뮬레이션은 현장에서 최상의 결과를 제공하는 데 결정적 역할을 지속할 수 있습니다. 제품 분석가는 제품의 작동 환경에 대한 데이터 수집하기 위해 원격 센서를 사용함으로써 해당 제품의 디지털 트윈 즉, 디지털 방식으로 구현된 복제본을 만들고, 동일한 물리적 조건 및 다양한 환경 조건을 디지털 모델에 적용합니다. 디지털 트윈의 특정한 부분에 시뮬레이션을 적용하면 실제 센서가 없거나 또는 실제 센서로는 측정 불가능한 환경에서 가상 센서의 형태로 중요한 통찰력을 얻을 수 있습니다. 시뮬레이션은 또한 최적 성능에 대한 가상 연구를 실행하고 중요한 오류 또는 유지 관리를 위한 요구 사항을 예측할 수 있습니다.

디지털 트윈은 아직 걸음마 단계입니다. 하지만 4차 산업혁명의 성장에 따라, 점점 더 보편화되고 있으며, 필요에 따라 언제든지 클라우드 환경으로 쉽게 실행할 수 있게 될 것입니다. 시뮬레이션은 점점 더 인공 지능 및 머신 러닝 알고리즘과 함께 동작하면서, 디지털 트윈이 제품 설계 및 운영에 포함되는 범 생산 환경으로 진화할 것입니다.

"흥미롭게도, 시뮬레이션은 설계 검증뿐만 아니라 초기 개념 설계부터 제조, 운영 및 유지 관리까지전 영역에서 활용되고 있습니다."

공학 해석 기술의 보편화(PERVASIVE ENGINEERING SIMULATION): 새로운 필수 요소

모든 기업들이 모든 제품에 시뮬레이션을 적용하거나, 다중물리 효과를 연구하거나, 전체 제품 수명주기 전반에 시뮬레이션을 활용하고 있는 것은 아니지만, 이러한 세 가지 동향은 미래를 나타내는 신호입니다. 선두 기업들은 이미 이러한 모범 사례들을 적용하고 있습니다. 머지않아 엔지니어링 시뮬레이션은 소수 전문가들의 경쟁력 있는 소유물에 머무르지 않고, 모든 엔지니어들에게 반드시 필요한 핵심 요소로 자리 잡을 것입니다.

시뮬레이션 소프트웨어가 지속적으로 향상됨에 따라 다양한 사용자들이 이러한 모범 사례를 쉽게 적용할 수 있을 것입니다. 귀하가 현재까지 제품 개발 기능 또는 특정 설계에서만 시뮬레이션을 사용하고 있다면 전략적, 재정적 이점을 제공할 수 있는 ANSYS 소프트웨어의 잠재력을 완전히 활용하지 못하고 있는 것입니다.

약 50년 전 엔지니어링 시뮬레이션 소프트웨어가 처음 도입되었을 때, 조기에 이를 채택한 기업들은 이 소프트웨어가 가진 잠재력을 인식하고 다른 기업들보다 더욱 빠르게 앞서 나갈 수 있었습니다.곧 시뮬레이션은 모든 엔지니어들이 일상적으로 매일 쉽게 사용하는 툴이 될 것입니다.

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