계장기술(PROCON)

기획특집 설계해석을 위한 3DEXPERIENCE 플랫폼

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작성자 최고관리자 댓글 0건 조회 104회 작성일 24-05-14 15:27

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1. 배경 및 개요

4차 산업혁명 시대가 무르익어 가며 정부와 지자체 및 기업들은 글로벌 경쟁력을 갖추고, 시장에서의 경쟁력 강화를 위해 다양한 기술에 집중 투자하고 있다. 특히 디지털 공간에서 특화된 기술을 접목하고, 상품의 제조에서부터 고객에 전달될 때까지 활용되는 디지털 혁신의 전반적인 기술을 대표하는 것이 디지털 트윈(혹은 버추얼 트윈)이다.

제조업에서 ‘디지털 트윈’이란 물리적 형상을 3D 가상 모델인 트윈(쌍둥이) 구현을 기반으로 하고, 실제 물리적인 거동 및 데이터를 디지털 공간 내에서 충분히 모방하여 나타낼 수 있도록 한다. 글로벌 컨설팅 기관인 가트너(Gartner)에서는 디지털 트윈 모델을 “현실 세계에 존재하는 실제 개체 또는 시스템의 디지털 복제본”으로 정의하고 있는데, 이는 서두에 언급된 디지털 트윈의 정의와 같은 맥락이다.

디지털 트윈에서 한걸음 더 발전된 기술이 ‘버추얼 트윈(Virtual twin)’이다. ‘버추얼 트윈’과 ‘디지털 트윈’의 큰 차이는 3D 모델 혹은 제품을 유사하게 구현하는 것을 넘어 제품을 둘러싼 환경과 조건에 대한 경험들을 동일하게 구현하는 것으로, 제조업 단에서의 큰 차이로 볼 수 있다. 구성되어 있는 제조 라인 혹은 공장 전체에 대해 통찰력을 갖고 활용할 수 있지만, 구축되지 않은 혹은 제안되지 않은 제조 환경에 대해서도 합리적 의사결정을 내릴 수 있도록 도와주는 것이 버추얼 트윈의 핵심 가치이다.

핵심 가치를 이끌어 내기 위해서는 현실 세계의 시뮬레이션에 그치지 않고, 디자인·설계 제작 등 제품 전 과정의 라이프사이클에 따라 유기적인 시스템으로의 발전이 가능하다. 이는 다양한 부서의 이해관계자가 하나의 통합된 플랫폼 환경에서 디지털 연결이 이루어지고, 협업 강화를 통해 효율적인 업무 및 의사결정을 반복적으로 이끌어 갈 수 있으며, 3DEXPERIENCE 플랫폼을 통해 구체적으로 구현될 수 있다.

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요약해 보면 버추얼 트윈을 디지털 공간에서 구현하기 위해 3DEXPERIENCE 플랫폼을 활용하고, 물리적 거동을 가지는 개체와 개체를 둘러싼 전체 환경을 모델링, 시뮬레이션함으로써 정교한 경험을 반복적으로 이해관계자에게 협업의 방식으로 제공하는 기술, 나아가 생태계라고 설명할 수 있다.

다쏘시스템이 제공하는 3DEXPERIENCE 플랫폼(버추얼 트윈 분야별 활용)은 그림 2와 같이 나열할 수 있다.

전통적 자동차/기계 분야에서 3DEXPERIENCE 플랫폼 활용도는 검증되었고, (비용적인 문제로) 프로토타입을 만들기 어려운 방산, 항공 및 도시를 대상한 3DEXPERIENCE 플랫폼의 적용은 큰 의미가 있으며, (윤리적인 문제로) 사람을 대상으로 한 시험이 어려운 생명과학 분야에서의 3DEXPERIENCE 플랫폼 활용도는 점차 커질 것으로 판단된다

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2. 3DEXPERIENCE 플랫폼

앞에서 서술한 바와 같이 3DEXPERIENCE 플랫폼은 버추얼 트윈을 실현하는 기술이며, 디지털 공간 내 비즈니스 시장이 커짐에 따라 그 수요와 중요성은 점차 높아질 것이다. 기업에 필요한 모든 활동을 디지털 환경에서 반복적으로 실행하고, 비즈니스 실행의 기본 토대로 3DEXPERIENCE 플랫폼을 활용할 수 있다. 나아가 기업의 핵심 자산인 제품, 설비, 노하우 및 프로세스를 포함한 3D 모델과 디지털 정보를 관리하고, 협업을 통한 즉각적인 의사결정을 가능케 함으로 제조 단계의 개발 기간 단축, 비용 절감, 품질 향상 및 효율적인 수명 관리를 통해 고객 만족의 가치를 제공할 수 있다.

3DEXPERIENCE 플랫폼을 사용하면 디지털 공간에서의 협업과 소통의 효율성이 증가된다. 그림 4와 같이 메일 발송/수신 없이 담당자 혹은 업무 관계자에게 원클릭으로 해당 내용을 전달할 수 있고, 엑셀 내 가독성이 떨어지는 방식의 데이터 전달이 아닌 대시보드(Dash-Board)를 통한 동적 데이터로의 전달이 용이함으로 직관적인 데이터 분석이 가능하다. 업무 상의 브레인스토밍, 프로젝트 진행 관리, 검색을 포함한 플랫폼 상에서 여러 이종 업무를 접목하고, 업무 효율을 극대화할 수 있다.

3DEXPERIENCE 플랫폼을 활용한 제품 개발 단계에서의 협업 사례는 매우 다양하다. 개발 단계에서는 단일 정보 소스에 대한 접근이 가능하므로 설계 및 제품 관련 데이터 관리가 투명하고 유연하며, 협업 관계자 모두가 동일한 GUI를 사용함으로 여러 가지 업무적인 Loss를 줄일 수 있다.

3DEXPERIENCE를 활용하기 위해서는 그림 5와 같이 기 획득된 계정을 통해 로그인하고, Space와 연계된 Role을 선택하여 웹-브라우저 및 네이티브 앱에 접근할 수 있다.

웹-브라우저(WebApp)를 통해 개발 제품의 3D 형상 View는 물론 해당 제품의 상세 스펙 및 관련 Raw-Data에 대한 내용, 담당자 확인 및 메시지 전송 등과 같은 필요 기능을 한 눈에 확인할 수 있다. 네이티브 App*를 활용하면 모델링의 다양한 기능을 Depth 있게 접근하고, 무거운 데이터 핸들링과 공유에 유리하다. (*별도 설치를 필요로 하는 어플리케이션)

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3. 시뮬레이션 민주화

지금까지 3DEXPERIENCE 플랫폼(디지털 공간 내에서 협업에 필요한)의 일반적인 내용을 기술하였다. 이제 한 걸음 더 들어가 제조업, 특히 R&D 과정에서 설계와 해석 사이의 플랫폼 적용에 대해 기술한다.

일반적인 설계해석의 절차를 보면 설계자가 3D 모델링을 하고, 모델링 된 파트 혹은 어셈블리 부품의 성능을 판단하기 위해 해석(시뮬레이션) 및 실험을 진행한다. 실험은 본고의 성격과는 다르므로 언급하지 않겠다. 해석의 경우는 전처리-솔빙-후처리의 3단계를 거친다. 전통적인 설계해석 방식은 Design – Geometry Clean up 등의 복잡한 절차를 필요로 한다. 절차를 거치더라도 해석 후처리 결과를 통해 해당 부품의 성능이 Fail이 나는 경우가 많으며, Design 변경이 수반된다. Fail 횟수가 늘어남에 따라 개발 비용 및 시간은 급수적으로 증가한다. 이에 대한 해결책이 필요하다는 것을 산업계에서도 느껴왔고, 대응책으로 ‘시뮬레이션 민주화’라는 슬로건이 나왔다. 이에 따라 정형화 혹은 간략화되어 있는 해석의 경우, 대응할 수 있는 역량이 요구된다.
3DEXPERIENCE 플랫폼이 제공하는 설계해석 통합 방식을 적용하여 해석 문턱을 낮췄다. 설계자가 간편하게 해석에 접근할 수 있다면 전통적인 설계해석 방식에서 자주 발생되던 여러 가지 문제를 해결할 수 있다. 이후 관련 사례를 통해서도 살펴볼 수 있다.

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4. 플랫폼을 활용한
설계해석 및 협업 사례

첫 번째는 BIW Roof 진동 저감을 위해 적절한 Frame 위치를 탐색하고, 그 위치를 선정하기 위한 사례이다. 전통적인 설계해석 방식에서는 적절한 Frame 위치를 찾기 위해 개선안 1, 개선안 2 등의 3D 모델링을 설계자가 일일이 Drawing 하고, 이를 해석 전문가에게 요청한다. 그 후 성능 Pass 결과를 충족하는 개선안의 경우에만 설계 채택이 되는 방식으로 진행하였다. 이를 위해서 3DEXPERIENCE 플랫폼에서는 Frame 위치에 대한 Spec. 치수를 플랫폼 상에서 링크하고, 사용자가 지정한 설계 공간(Design Space) 상에서 Sampling 기법을 통해 사용자가 적절한 위치를 선택할 수 있게 도와주며, 이러한 일련의 과정은 Spec. 치수(Parameters)에 링크되어 플랫폼 내에서 자동으로 Frame의 위치를 바꿔가며 탐색한다.

두 번째는 3DEXPERIENCE 플랫폼 내에서 설계자와 해석자의 협업 실제 사례를 시계열로 정리(그림 8 참조)했다. 먼저 진동 취약부를 체크하고, 관련 내용을 담당자들에게 전달/요청한다. 이후 개선된 설계안을 설계자가 클라우드 상에서 제출하면 변경된 모델링을 기준으로 하여(진동해석을 실시하고, 개선 전과 후의 에너지 양을 비교하여) 취약부의 개선 여부를 판단한다. 이를 통해 관련 담당자들은 플랫폼 동일 환경에서 해당 이슈를 확인하고, 개선안에 따른 성능 평가를 효율적으로 진행하고 판단한다. 해당 내용은 제조 R&D 절차의 일부에 해당하는 내용을 서술한 것으로, 3DEXPERIENCE 플랫폼을 활용하면 R&D 전반의 고객 요구 사항 접수 관리 및 프로젝트 진척도와 같은(다양한 R&D 절차에 대한) 협업 환경 구축이 용이하다.

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5. 결 론

3DEXPERIENCE 플랫폼은 다양한 이점이 있다. 동일한 사용자 그룹 환경 내에서 협업하며, 공통 데이터 모델에 대한 모델링 및 시뮬레이션을 반복할 수 있다. 이를 통해 제품 및 서비스를 개발하는 설계자, 분석가, 의사 결정자의 업무 효율을 높이고, 부서 간 협업을 통해 엔지니어링 혁신을 가속화할 수 있다.

infoit@alten-korea.com 

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