[포커스] 한국알테어, 디지털 트윈의 완성도 높여 제품 개발 혁신 확산시킨다
한국알테어는 9월 14일 연례 사용자 이벤트인 ‘ATC 2018’을 진행했다. ‘제품개발과 디지털 트윈’을 주제로 한 이번 ATC 2018에서 한국알테어는 시뮬레이션과 시스템, 사물인터넷(IoT) 등을 아우르면서 더욱 완성도 높은 디지털 트윈 비전을 제시했으며, 손쉽게 활용할 수 있는 툴과 서비스로 디지털 트윈을 확산시킬 것이라고 밝혔다.
시뮬레이션-시스템-IoT 결합한 유니파이드 트윈 비전 제시
ATC 2018의 기조연설에서 알테어의 짐 스캐파 회장은 “알테어는 제품 라이프사이클 전반에 걸쳐 시뮬레이션과 머신러닝, 최적화 기술을 제공함으로써 디자인 및 의사결정 과정을 변화시키고자 한다”면서 ‘시뮬레이션 주도의 혁신’을 강조했다.
알테어는 멀티피직스 솔버 및 최적화 제품군인 하이퍼웍스(HyperWorks), 시뮬레이션 중심의 제품 개발을 위한 솔리드씽킹(solidThinking), IoT 및 애널리틱스 제품군인 스마트웍스(SmartWorks), HPC 활용을 위한 PBS웍스(PBS Works) 등의 포트폴리오를 통해 시뮬레이션 요구를 위한 포괄적인 플랫폼을 제공하고 있다.
스캐파 회장은 “디지털 트윈(Digital Twin)은 알테어에게 매우 중요한 개념이다. 디지털 트윈 시장이 빠르게 성장하고 있으며 2025년에는 그 경제적 가치가 11조 달러까지 늘 것으로 전망된다”면서, 유연한 IoT 플랫폼 기반으로 정밀한 시뮬레이션 모델과 시스템 모델을 결합한 ‘유니파이드 트윈(Unified Twin)’ 개념을 제시했다. 또한, 마이크로소프트 애저(Azure) 기반의 클라우드 협업 개발 솔루션인 알테어 365(Altair 365)와 제품 개발 및 운영 의사결정에 도움을 주는 머신러닝 등 다양한 기술 개발 내용을 소개했다.
알테어가 집중하고 있는 기술 핵심은 모델 기반 제품 개발, 일렉트로닉스 디자인, 사물인터넷과 디지털 트윈, 적층제조, 클라우드 등이다. 이를 위해 기술 개발과 함께 인수도 꾸준히 진행해 왔는데, EDA 분야의 복잡한 디자인 워크로드를 위한 고성능 작업 스케줄러 런타임(Runtime), GPU 컴퓨팅 기반의 CFD 솔버. 나노플루이드X(nanoFluidX)와 울트라플루이드X(ultraFluidX), 복합재의 설계/해석/검증을 위한 에사콤프(ESAComp), 일렉트로닉스의 열해석을 위한 일렉트로플로(ElectroFlo) 등이 최근 알테어가 인수한 주요 CAE 업체이다.
▲ 알테어의 짐 스캐파 회장은 IoT 플랫폼 위에 시뮬레이션 모델과 시스템 모델을 결합한 ‘유니파이드 트윈’을 소개했다.
GPU 기반의 신규 CFD 소프트웨어 소개
울트라플루이드X는 자동차 공력 해석을 위해 개발된 특화 CFD툴로, 기존 알테어의 범용 CFD 솔버인 아큐솔브(AcuSolve)와 다른 역할을 할 것으로 보인다.
일반적으로 자동차의 지오메트리는 상당히 복잡해서 전처리(pre-processing)에도 많은 시간이 필요하다. 울트라플루이드X는 LBM(Lattice Boltzmann Method) 기법을 기반으로 하고 있어 FVM이나 FEM 등 기존 기법의 전처리 과정을 크게 줄여준다. LBM은 복잡한 수식을 푸는 과정이 어려운데, 울트라플루이드X는 GPU 컴퓨팅 기반의 병렬계산을 적용해 계산속도를 높였다. 또한 하이퍼웍스 VWT(HyperWorks Virtual Wind Tunnel)과 연계해 풍동시험을 위한 터널 모델을 자동 세팅할 수 있고, 연비인증 테스트(WLTP)를 위한 모드를 제공한다.
한국알테어는 “40% 스케일의 자동차 모델로 테스트한 결과 총 해석 시간이 5.5시간으로 축소 모델의 시험 결과와 비교해 크게 단축되었으며, 해석 결과도 일치함을 보였다”고 소개했다.
나노플루이드X는 입자해석 기법인 SPH(Smoothed Particle Hydrodynamics)를 기반으로 메시 없이 해석이 가능하다. 울트라플루이드X와 마찬가지로 GPU 컴퓨팅을 적용해 해석 시간을 줄였으며, 기어박스/엔진의 오일 유동 해석이나 탱크 내의 슬로싱(sloshing)/필링(filling)/드레이닝(draining) 해석 등에 활용할 수 있다.
▲ 울트라플루이드X는 LBM 기법과 GPU 컴퓨팅을 활용해 자동차의 공력해석을 할 수 있는 CFD 소프트웨어이다.
시뮬레이션 중심의 설계, 더욱 빠르고 간편하게
시뮬레이션 중심 설계(Simulation Driven Design)는 빠르게 성장하고 있는 영역이다. 알테어는 수학 계산을 위한 컴포즈(Altair Compose), 시스템 시뮬레이션을 위한 액티베이트(Altair Activate), 임베디드 시스템 개발을 위한 임베드(Altair Embed) 등 모델 기반 설계(Model Based Design : MBD) 소프트웨어를 선보였는데, 이들 툴은 베이식 에디션을 무료로 제공하는 것이 특징이다.
솔리드씽킹 인스파이어(solidThinking Inspire)는 아이디어에서 매뉴팩처링, 3D 프린팅까지 라인업을 넓히면서 시뮬레이션 중심 설계를 업프론트에서 구현하기 위한 플랫폼으로 발전하고 있다. 인스파이어 스튜디오 어드밴스드(Inspire Studio Advanced)는 고품질의 렌더링이 가능한 인더스트리얼 디자인 솔루션이며, 심랩(SimLab)은 복잡한 형상 및 어셈블리 모델을 위한 멀티피직스 시뮬레이션 기능을 통합했다. 이외에 인스파이어는 주조, 사출, 3D 프린팅 등 제조 가능성을 손쉽게 검토할 수 있는 툴도 강화하고 있다. 또한 새롭게 선보인 솔리드씽킹 유니트(solidThinking Unit) 라이선스는 솔리드씽킹 전 제품을 사용할 수 있는 구독 방식의 라이선스 모델이다.
한국알테어 문성수 대표는 “디지털로 제품을 온전히 구현하는 것이 디지털 트윈의 변함 없는 본질이다. 알테어의 모든 활동들이 디지털 트윈을 지향한 것이며, 디지털 트윈은 알테어가 가장 잘 할 수 있는 영역”이라면서, “이번 ATC 2018에서는 해석 전문가가 아닌 일반 설계자가 인스파이어를 써서 최적의 제품설계를 만드는 현대자동차의 사례가 발표되었다. 앞으로 소량생산, 1인 개발자까지 디지털 트윈의 활용은 더욱 보편화될 것”이라고 전했다.
▲ 솔리드씽킹 인스파이어는 최적설계와 시뮬레이션, 생산성 검토까지 시뮬레이션 중심의 제품 개발을 위한 플랫폼으로 확장하고 있다.
자율주행자동차를 위한 가상 개발 트렌드
한편, ATC 2018에서는 자율주행과 가상 개발, 머신러닝을 결합한 작업 스케줄링 등의 기조연설을 포함해 최적화, CFD, 구조해석, 전/후처리, 동역학해석, EM, 매뉴팩처링 등 다양한 분야의 해석 기술과 사례가 선보였다.
현대자동차 박귀영 이사는 “CAE를 바라보는 기업의 시각이 크게 바뀌고 있다. 이제 CAE는 선택이 아니라 생존을 위한 필수로 자리잡았으며, CAE 체계를 갖추지 못한 기업은 생존할 수 없는 환경이 되고 있다”면서, 자율주행자동차를 중심으로 CAE 기반의 가상 개발 트렌드를 소개했다.
자동차의 자율주행 시스템은 자동화 수준에 따라 레벨 0에서 5까지 정의된다. 현재 개발되어 양산차에 탑재될 예정인 ADAS(첨단 운전자 보조 시스템)는 운전과 조향을 보조하는 자동화 기능으로 레벨 2 수준이라고 한다.
박귀영 이사는 “자동차 제조사의 입장에서 자율주행 시스템의 가장 큰 문제는 탑승한 사람의 안전”이라고 전했다. ADAS 및 자율주행자동차에서는 사고의 책임 주체가 운전자가 아닌 차량 또는 시스템 제조사가 될 수 있다. 차량 사고에 따른 상해의 유형이나 상해를 평가하는 기준도 달라지기 때문에, 다양한 사용조건에서 자율주행자동차의 안전성과 신뢰성을 확보하는 것이 제조사에게 중요한 이슈라는 설명이다.
안전한 자율주행자동차를 개발하기 위해서는 10억 번의 테스트가 필요할 것으로 예측되고 있다. 이렇게 수 많은 시나리오를 테스트하는 것은 물리적으로 불가능하기 때문에 가상 환경에 기반한 통합 안전 테스트는 필수로 여겨진다.
이상적인 자율주행자동차의 가상 개발 시스템은 가상 주행환경, 가상 위험 시나리오, 가상 상해 시나리오, 가상 인체 모델 등으로 구성된다. 궁극적으로는 실제 모델이 완전히 배제된다. 이 가운데 가상 주행환경은 차량과 인체, 도로 등 다양한 디지털 모델을 포함한다. 가상 인체모델은 실제 인체의 거동을 구현하기 위해 근육의 반응까지 세밀하게 고려해야 하는데, 이를 위한 상세 3D 모델은 데이터가 매우 크고 무겁다. 때문에, 현재는 인체의 특성을 반영한 간략화 모델로 검증을 진행하고 있는 상황이다.
박귀영 이사는 “현재 현대자동차에서는 가상 주행환경을 구축 중에 있으며, 향후 가상 개발의 범위를 넓히고자 한다. 완전한 가상 개발 시스템은 매우 복잡하고 다양한 분야가 얽혀있기 때문에 제조사 혼자서 구축하기 어렵다. 향후 여러 관계자의 협업이 필요한 부분”이라고 전했다.
▲ 현대자동차 박귀영 이사는 기조연설을 통해 “자율주행자동차의 안정성능을 확보하기 위해
주행환경과 위험 시나리오, 인체모델 등을 포함하는 가상 개발 시스템이 필요하다”고 소개했다.
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작성일 : 2018-10-04