글로벌 엔지니어링 시뮬레이션 선도 기업인 앤시스코리아(대표 문석환)는 3월 23일 항공우주 및 방위(Aerospace & Defense) 산업 분야의 디지털 전환을 위해, 제품 수명 주기의 모든 단계에서 모델링 및 시뮬레이션 작업을 연결하여 상호관계를 확인하고 결과를 검증하여 엔지니어링 생산성을 개선할 수 있는 DME(디지털 미션 엔지니어링) 및 DMO(디지털 미션 운영) 시뮬레이션 전략을 발표했다.
항공우주 및 방위(Aerospace & Defense) 산업 동향: Accenture에 따르면, 항공우주 및 방위(A&D) 산업분야 경영진의 97%가 디지털 방식으로 비즈니스를 혁신할 준비가 되어 있다고 응답하는 등 산업 전반에서 디지털 전환으로의 움직임이 가속화되고 있다. 특히 A&D 산업은 환경 규제, 연료비 상승, 배터리, 센서, 연결성의 발전 등의 사회적, 정치적, 기술적 변화가 디지털 전환의 주요 요인으로 작용하고 있다. 특히 글로벌 정세의 불확실성이 점차 높아지고, 최신 국방 기술을 적용하여 위협에 신속하게 대응해야 하는 상황에 놓임에 따라, 국방 관련 예산은 크게 증가하고 있다.
또한 여전히 항공기 중에는 MRO(항공기 정비, Maintenance, Repair and Operations) 담당 직원보다 더 오래된 항공기도 있으며, 새로운 기종의 항공기도 계속 도입되고 있다. 실제로 시장조사기관 ‘올리버 와이만(Oliver Wyman)’에 따르면 오는 2028년까지 MRO 시장이 50% 중가할 것으로 예상되고 있어, 항공기 운영 비용도 증가할 것이다. 이에 현재 항공우주 및 방위 산업은 엔지니어링 생산성, 연료 효율성, 자율/커넥티드 항공기, MRO 환경 등을 개선하는데 주력하고 있다. 이에 엔지니어링 비용을 낮추고 업무 효율성을 높일 수 있는 핵심 도구로 ‘시뮬레이션’이 주목받고 있다.
앤시스의 스티브 블레이마이어(Steve Bleymaier) 항공우주 및 방위(Aerospace & Defense) 부문 CTO는 “높은 신뢰성과 안전성을 갖춘 A&D 제품의 신속한 개발과 공급을 위해서는 시스템 설계와 공급망 관리가 무엇보다 중요하다. 특히 성능과 운영 및 유지보수 비용은 마일스톤 C(생산 및 배치 전 검토 단계)에서 90%가 결정된다. 이에 제품 개발 전체 라이프사이클(수명 주기 전반)에 걸친 디지털 엔지니어링 환경이 구현되어야 한다”라고 말하며, “이러한 제품 설계는 디지털 엔지니어링 환경이 확대되면서 초기 디지털 디자인 작업 수준을 넘어, 이제 디지털 제조, 디지털 공급망, 디지털 트윈까지 진행되고 있으며, 향후에는 디지털 지속 가능성(Digital Sustainment)에 초점이 맞춰질 것으로 예상된다. 이와 같은 디지털 엔지니어링 환경 변화는 필연적으로 데이터 구조, 계층 구조 및 볼륨 복잡성을 크게 증가시키고 있다. 그러나 대부분의 A&D 조직들은 이러한 혁신을 요구하는 상황에서도 단순한 점진적 변화로 대응하고 있다. 기존 툴을 대체하거나 보강할 새로운 툴을 찾고 있지만, 그 과정에서 정보 사일로(silo)가 심화되는 등 모든 데이터를 통합하는 데 어려움을 겪어 상황을 더욱 악화시킬 수 있다”라고 말했다.
이제 A&D 제품 설계를 위해서는 모델 기반(Model-based), 협업이 가능한(Collaborative), 애자일(민첩한, Agile). 추적 가능한(올바른 정보와 시간, 형식을 갖춘), 데브섹옵스(Dev(Sec)Ops, 개발과 운영 전체 단계에 보안을 고려) 등을 철저히 고려해야 한다.
앤시스는 고객이 제품 개발 관련 미션-회복탄력성 있는 시스템(mission-resilient systems)을 신속하게 구축하여 운영할 수 있도록 제품 수명 주기 전반에 걸쳐 DME(디지털 미션 엔지니어링) 및 DMO(디지털 미션 운영)을 지원한다. 정확한 멀티피직스 기반의 시뮬레이션 솔루션을 통해 육상, 해상, 공중 및 우주를 포함한 모든 운영 환경과의 상호 관계를 모델링하여 시스템 설계를 검증한다. 개별 구성 요소 또는 하위 시스템의 개별적인 성능뿐만 아니라, 이러한 구성 요소, 하위 시스템 및 전체 엔지니어링 시스템이 통합된 하나의 시스템으로 가상 임무 환경에서 어떻게 작동하는지를 시뮬레이션하고 분석할 수 있다. 특히 다중 물리 도구 및 솔버로 구성된 앤시스 솔루션은 탁월한 엔드투엔드 모델링 및 시뮬레이션을 달성할 수 있다.
앤시스 스티브 블레이마이어(Steve Bleymaier) CTO는 “제품개발 과정의 성공적인 디지털 혁신 이니셔티브(Digital Transformation Initiatives)를 위해서는 개방형 에코시스템, 팀 간의 미션 중심 정렬, 이러한 정렬을 촉진하고 유지하기 위한 연결된 디지털 스레드(open ecosystem approach, leveraging digital mission engineering, and developing connected digital threads) 등이 필수 구성 요소다”라고 말하며, “앤시스 DME를 통해 모든 요구 사항을 즉시 검증하며, 제품 설계 및 개발 기간 단축, 지속적인 엔지니어링 테스트를 통한 리스크 및 비용 감소, 더 나은 포트폴리오 투자에 대한 인사이트(faster portfolio investment insights)를 확보할 수 있어 경쟁 우위 확보가 가능하다. 이러한 차세대 디지털 엔지니어링 프로세스를 도입한 조직은 이미 결실을 맺고 있다”라고 강조했다.
앤시스의 시뮬레이션 솔루션은 실제로 A&D 산업에서 개발 초기 엔지니어링 품질을 75% 개선, 부품 조립 시간 80% 단축, 소프트웨어 개발 및 검증 시간을 50% 단축하는 등의 이점을 제공한다. 실제 제품을 개발, 테스트하는 대신 가상의 환경에서 디지털 방식을 활용하여 각 부품 및 시스템 개발 단계 초기에서 더 많은 리스크를 사전에 테스트, 검증함으로써 개별 부품, 시스템의 개발 단계에서 시간과 비용을 절약할 수 있어, 완성품 단계까지 전체 개발 주기를 고려했을 때는 더욱 큰 이점을 확인할 수 있다.
앤시스는 제품 제조 프로세스의 특정 부분이나 엔지니어링 전문가뿐만이 아닌 전 단계에서 모든 사용자가 사용할 수 있도록 확대 활용할 수 있도록 하는 '퍼베이시브 시뮬레이션(시뮬레이션 기술의 보편화, Pervasive Simulation)'비전을 통해, 최신 기술 개발을 예산에 맞추어 적시에 적용할 수 있도록 지원한다. 예를 들어 수동의 시제품 테스트 대신 시뮬레이션을 사용하면 수백만 달러와 수십만 시간의 작업 시간을 절약할 수 있으며, 이를 통해 뛰어난 성능은 물론 환경 친화적인 항공기 및 우주선 개발이 가능하다.
연료 효율적이고 환경 친화적인 항공기(Aircraft) 시뮬레이션
기업 및 규제 당국은 항공 및 방위 산업에 연료 효율성이 높은 항공기를 생산하도록 압력을 가하고 있다. 또한, 이산화탄소 및 질소산화물(NOx) 등의 배출을 제한하고 소음을 최소화하기 위한 새로운 규정 적용이 요구되고 있다. 이러한 A&D 업계의 친환경 트렌드는 단순히 규제 요건을 충족하고 지구를 보호하는 것만이 아니라 상당한 비용 절감 효과 또한 기대할 수 있다.
실제로 항공기 개발 시 어려움을 겪는 세 가지 분야, 공기역학, 경량화, 연료 효율성 측면에서의 시뮬레이션 활용 효과는 다음과 같았다.
엔지니어들이 연료 효율적이고 환경 친화적인 항공기를 설계하기 위해 앤시스의 퍼베이시브 엔지니어링 시뮬레이션(Ansys pervasive engineering simulation) 포트폴리오 내 Ansys CFD(전산 유체 역학, Computational Fluid Dynamics) 솔루션은 연소 및 배출 제어와 관련된 반응 화학뿐만 아니라 항공 및 유체 역학을 계산하여 역학을 최적화하고 추진 시스템을 개선할 수 있다. Ansys Maxwell 또한 새로운 전기 추진 시스템을 설계를 위한 솔루션이다. 재료 정보 관리 솔루션 Ansys Granta는 엔지니어가 항공기에 사용할 수 있는 수천 가지 소재 중에서 더 가볍고 고성능인 대체 소재를 찾는 데 도움을 준다. 마지막으로 Ansys Mechanical은 부품의 토폴로지를 최적화하는 동시에 Ansys Additive Suite를 활용해 적층 프린팅 방법을 파악할 수 있다. 이와 같이 시뮬레이션은 A&D 산업의 다양한 영역에서 연료 효율성 개선을 위한 핵심적인 기술로 활용되고 있다.
시뮬레이션을 통한 A&D 산업의 엔지니어링 생산성 향상
A&D 산업에 영향을 미치는 가장 큰 추세 중 하나는 복잡성이 증가함으로써 엔지니어링 생산성에 부담을 준다는 점이다. 예를 들어, 시스템의 제어 소프트웨어에서 고려해야 할 요소는 폭발적으로 증가하고 있으며, 전자, 안테나, 센서의 발전 또한 빠른 속도로 진행되어 개발자들은 이러한 변화를 추적하는 것만으로도 큰 부담이 되고 있다.
시뮬레이션 내 다양한 기능을 자동화하여 A&D 업계가 이러한 빠른 변화 트렌드에 맞추어 기술을 개발하는 데 데 도움이 될 수 있다. 또한, 플랫폼 내에서 엔지니어 간 정보를 효율적으로 공유하고, 개발 프로젝트를 관리함으로써 전체 프로세스를 더욱 시스템화하여 효율적인 협업이 가능하다.
예를 들어 한 팀이 항공우주 부품에 적합한 재료를 결정하는 데 몇 시간이 걸릴 수 있다. 하지만 Ansys Granta를 사용하면 물성 정보 및 프로세스를 시스템 상에서 관리함으로써 작업자 모두가 공유된, 공통의 정보를 활용하여 동일한 가이드라인 상에서 연구를 수행할 수 있다. 또한 수십 명의 프로그래머가 인증 가능한 제어 코드를 생성하려면 몇 달, 심지어 몇 년이 걸릴 수 있지만, Ansys SCADE를 활용해 동일한 코드를 자동으로 생성하여 프로젝트에 소요되는 시간과 비용을 상당히 절감할 수 있다.
시뮬레이션을 통한 유지보수, 수리 및 정비 최적화
모든 항공기를 계속 가동하기 위해 많은 비용이 소요되고 있다. 시뮬레이션은 이러한 비용을 낮추는 데 탁월한 툴이 될 수 있다. 예를 들어, 기존 MRO 직원은 비행 시간 100시간마다 사용량에 따라 항공기 유지보수 일정을 잡았으나, 시뮬레이션 데이터, 과거 데이터, 디지털 트윈 및 예측 정보를 사용하면 완벽한 항공기 작동상태 유지를 위해 소요되는 유지보수 소요시간과 횟수를 줄일 수 있으며, 실제 일정이 지연되거나 위험에 처하기 전에 문제를 신속하게 발견할 수 있다.
엔시스코리아는 국방부,육,해,공군 및 국내 KAI,한화에어로스페이스,현대로템등을 고객사로 하고 있다.
[디펜스투데이]
