통합검색 > 통합검색 : 캐드앤그래픽스 - 엔지니어링IT 미디어

[포커스] 고부가가치 창출하는 3D 프린팅… 국내 제조업의 3D 프린팅 활용에 대한 인식 높여야

작성일 : 2023-07-03

제조서비스플랫폼 동향과 시사점

◆ 글로벌 제조업의 新트렌드인 공장없는 제조기업의 증가에 따라 제조 전문기업과의 연계 인프라 구축을 위한 제조서비스플랫폼 기업이 등장 ◆ ICT 기술을 활용한 제조서비스플랫폼 기업을 육성하여 한정된 경영 자원의 효율화를 통해 공장없는 제조기업이 활성화 될 수 있도록 지원할 필요가 있음 □ 공장없는 제조기업의 증가에 따라 제조 전문기업과의 연계 인프라 구축에 대한 시장수요에 대응하기 위해 제조서비스플랫폼 기업이 등장 ○ 소비자의 니즈가 다양해지고 생산이 분업화되면서 ‘공장없는 제조기업’이 글로벌 제조업의 新트렌드로 등장 - 공장없는 제조기업은 부품, 완제품 조립은 아웃소싱으로 조달하고 제품의 기획·설계 등 소프트파워 역량에 집중하여 새로운 부가가치 창출 - 부품의 모듈화 및 표준화, 3D프린팅 등 기술 보급, 제조 전문기업 인프라 확산 등으로 공장없는 제조방식이 점차 증가 ○ 공장없는 제조기업은 생산·제조 아웃소싱을 위한 제조 전문기업 활용이 필수적이며, 이러한 인프라 구축을 위해 제조서비스플랫폼* 기업 등장 * 공장없는 제조기업에게 제조전문기업 매칭-견적산출-납품-결제·배송까지 원스톱 지원하는 플랫폼 - 제조서비스플랫폼을 통해 대량생산 기반이 아닌 맞춤형 제품 제작을 위해 관련 제조 전문기업 조사, 관리 등에 소비하는 자원 절약 가능 상세 내용 : 첨부파일 참조 출처 : KDB미래전략연구소

작성일 : 2023-03-26

[인터뷰] 디엑스티 오민수 대표 - PLM 경험 바탕으로 디지털 전환 생태계 구축 지원

디엑스티(DXT) 오민수 대표 제조기업에서 가장 중요한 콘텐츠는 제품이며, 제품을 어떻게 하면 효율적으로 개발하고 생산할 수 있을까에 대한 답이 ‘디지털 전환(Digital Transformation, 이하 DX)’ 기술이다. 수많은 DX 기술 중심에는 PLM(제품수명주기관리)이 있으며, 디엑스티는 그동안 축적해 온 PLM 시니어들의 경험과 스마트 제조 솔루션을 새롭게 혁신시킬 주니어들이 만들어가는 클라우드 기반의 협업 플랫폼 솔루션 개발 기업이다. 오랜 PLM 경험을 바탕으로 제조기업의 디지털 전환을 촉진시킬 혁신적인 솔루션 생태계를 만들고 있는 기업, 디엑스티(DXT, Digital Transformation Technology)의 오민수 대표를 만나보았다. 제조 디지털 전환을 위한 지원기업으로 창업 도전 “Digital Transformation 즉, 디지털 전환은 개념적으로는 ICT 등 디지털 기술이 사회, 산업, 생활을 더욱 풍요롭게 만들어 사람들의 삶을 변화시킨다는 의미지만, 현존하는 틀이나 가치관의 근본적인 부분부터 바꿔 혁신시킨다는 의미에서는 ‘파괴적 변화’라는 개념이 더 적당하다”고 말하는 오민수 대표는 PLM 경력 30년의 베테랑 엔지니어다. 지멘스에서 PLM 팀장을 역임하며 국내기업의 디지털 전환에 힘써온 오민수 대표는 2021년 클라우드 기반의 DX 협업 플랫폼과 수요기업 맞춤형 DX 컨설팅 솔루션을 제공하기 위해 회사를 창업했다. “솔루션 채택의 공정성과 다양성, 형평성 등의 이유로 과거에는 컨설팅과 솔루션 제공기업의 역할이 분리되어 상호 간에 협업이 잘 이뤄지지 않았다”는 오민수 대표는 “디지털 전환의 가속화로 새로운 협업 프로그램들이 확대 적용되는 상황에서는 PI(Process Innovation), PoC(Proof of Concept) 모두가 필요해졌다. 다시 말해 시스템 중심의 시대가 도래하면서, 시스템으로 구현되지 않는 프로세스는 아무런 의미가 없어졌기 때문에 컨설팅 능력과 솔루션 제공 능력을 두루 갖추고 있어야 한다”고 강조했다. 디엑스티는 ‘DX 협력 플랫폼 개발’과 ‘DX 솔루션 공급’ 사업을 위해 ‘DX 컨설팅’, ‘PLM 서비스 유지보수’, ‘클라우드 솔루션 개발’ 등 3개의 조직을 운영하고 있다. ▲ DXT 솔루션 서비스 20년 이상 경력의 시니어·주니어 엔지니어들의 균형적인 조화 클라우드 기반의 전사 솔루션을 제공하는 기업인 디엑스티에는 3가지 미션이 있다. 첫 번째는 직원이 행복하고, 사람을 통해 창의적이고 혁신적인 비전을 만들어가는 기업이고, 두 번째는 자체적으로 ‘제조 DX Collaboration Platform’을 연구 개발하고, 그동안 축적해 온 경험을 지식으로 발전시키는 기업이다. 마지막 미션은 DX 분야의 사업 발굴을 통해 산업의 미래 발전 방향을 제시하는 기업이다. 이 3가지 미션은 모두 ‘사람’을 향해 있다. 오민수 대표는 “시니어 그룹의 지식화된 경험으로 주니어 그룹이 새로운 가치를 창조해 내고, 이러한 혁신 솔루션들이 고객의 성장·발전과 세상의 변화에 기여할 수 있도록 비즈니스를 전개하고 있다”며 “모든 변화의 시작과 완성은 결국 사람에게서 나오기 때문에 우리는 ‘사람’을 모든 비즈니스의 중심에 둔다”고 말한다. 기술 혁신은 세상을 더 빠른 속도로 변화시키고 있다 대량생산, 자동화, 유연화, 무인화, 그리고 디지털전환… 세상은 빠르게 변화하고 있다. 기술과 솔루션들이 하루가 다르게 진화하는 디지털전환의 시대에서는 추격자와 선도자 간의 차이도 없애고 있다. “4차 산업혁명의 시대에는 새로운 기술을 빠르게 적용할 수 있는 유연성과 속도가 중요하다”는 오민수 대표는 “소프트웨어 사용이 온프레미스(on-premise) 기반에서 사스(SaaS)라는 구독 서비스로 바뀌는 것처럼, 솔루션 비즈니스 역시 클라우드로의 변화가 빠르게 일어나고 있다”고 말한다. 디엑스티는 이러한 변화에 선제적으로 대응하기 위해 클라우드 기반의 엔지니어링 협업 플랫폼이라 할 수 있는 ‘TPLAT’을 자체 개발하였고, 고객은 TPLAT을 통해 클라우드 상에서 데이터를 쉽게 사용할 수 있게 되었다. 이 회사가 추진하는 솔루션 서비스 프로젝트는 자체 솔루션(TPLAT) 개발 , 상용 솔루션(PLM) 프로젝트, 클라우드 솔루션) 서비스 개발 3 가지로 구성된다. “우리가 하려는 궁극적인 이야기들은 디지털 트윈(Digital Twin), 가상 물리시스템(CPS)을 구현하는 솔루션을 제공하는 것”이라고 말하는 오민수 대표는, “합리적인 가격에 효율성을 높일 수 있는 글로벌 우수 솔루션들을 쉽게 이용할 방법을 찾아 연결해 준다면, 국내 제조산업의 디지털전환 촉진은 물론이고 중소기업들에도 더 많은 혜택이 돌아갈 수 있다”고 덧붙였다. 이것이 오민수 대표가 회사를 창업하게 된 배경이기도 하다. 오민수 대표는 한국산업지능화협회 PLM기술위원회 간사로도 활동하며 국내 PLM 저변 확대에 힘써왔다. “제조기업들의 디지털 전환을 이야기하면서 자동화, MES, 요즘에는 AI 기술까지도 다양하게 거론하고 있지만, 제조업에서 가장 중요한 콘텐츠는 ‘사람’과 ‘제품’이며, 디지털 전환의 핵심은 ‘제품’을 어떻게 효율적이고 혁신적으로 연구개발 및 생산할 수 있느냐에 초점을 맞추고 있다”고 말하는 오민수 대표는 “결국 디지털 전환의 과정은 PLM을 중심으로 펼쳐질 수밖에 없다”며 한국산업지능화협회와 PLM기술위원회가 PLM 저변 확대에 대한 방향을 제시해야 한다고 조언했다. 혁신적 솔루션 생태계 구현을 위한 선순환 구조 마련 디엑스티의 ‘사업적 목표’가 다양한 산업의 많은 기업이 효율적으로 디지털 전환의 꿈을 이룰 수 있도록 컨설팅과 솔루션을 제공하는 것이라면, ‘미션 목표’는 경험의 지식화와 함께 ‘많은 사람이 사용할 수 있도록 솔루션의 일반화’를 이뤄내는 것이다. “최고의 성과를 창출하는 베스트 프랙티스( Best Practice)를 만들기 위해서는 우선 많은 사람이 쓸 수 있는 솔루션이 만들어져야 한다.” 오민수 대표는 “이러한 솔루션 개발을 위해 우리 회사는 끊임없이 고민하고 도전하고 있다”면서, “혁신적 솔루션 생태계 구현을 위한 선순환 구조를 마련하는 것이 우리의 미션”이라고 말한다. 이를 통해 직원과 고객이 행복해지는 회사로 성장시키는 것이 궁극적인 목표라고 밝혔다. ▲ 디지털 트윈 컨설팅 영역

작성일 : 2023-01-10

[케이스 스터디] 현대중공업-메탈쓰리디, 조선 산업 위한 적층제조 기술 개발

선박엔진용 금속 3D 프린팅 프리챔버의 대량생산에 성공하다 메탈쓰리디와 현대중공업은 선박 엔진의 핵심부품인 프리챔버(pre-chamber)를 적층제조(Additive Manufacturing : AM) 기술로 대량생산하는 연구개발을 진행했다. 이는 대표적 전통 제조업인 조선 산업에서 금속 적층제조 기술 기반의 대량생산에 성공한 사례이다. 그림 1. 메탈쓰리디 3D 프린팅 공장 조선 산업에 3D 프린팅 대량생산 기술을 적용 대중들에게 3D 프린팅으로 잘 알려진 적층제조(Additive Manufacturing) 기술은 기존 전통 제조 기술로는 구현이 어려웠던 복잡한 형상의 부품 제작도 가능하여 성능 향상 및 제조비용 절감이 기대되는 기술이다. 적층제조 기술이 개발된 초기에는 설계 형상 검증이나 부품 조립성 확인을 위한 목업이나 시제품에 주로 활용되었으나, 최근에는 다양한 산업에서 실제 부품의 생산을 목적으로 적층제조 기술을 활용하기 위한 연구개발이 다양하게 진행되고 있다. 적층제조 기술은 전통 제조 기술과 비교했을 때 아직은 높은 제조 비용과 낮은 생산성으로 인해 다품종 소량생산에 적합한 의료 산업, 금형 산업, 항공우주 산업 등에만 제한적으로 적용되고 있는 실정이다. 이는 국내뿐만 아니라 해외도 비슷한 상황으로, 2014년에 전 세계적으로 적층제조 붐을 일으켰던 GE 항공의 항공기 엔진용 연료노즐이 개발된 이후로 항공우주 산업 이외의 다른 산업에서 적층제조 기술이 대량생산에 적용된 사례는 거의 없다.1 금속 3D 프린터 개발 및 3D 프린팅 서비스 기업인 메탈쓰리디와 조선 및 선박엔진 분야의 글로벌 기업으로 자리잡은 현대중공업은 2018년 4월에 ‘고성능 선박 시스템 제조 기술 개발을 위한 3D 프린팅 컨소시엄’을 구성했다.2 이후 4년 이상의 연구개발을 통해 선박 엔진의 핵심 부품인 프리챔버(그림 2)를 적층제조 기술을 이용하여 대량생산하는 데에 성공했다.3 그림 2. 3D 프린팅으로 생산한 프리챔버 산업용 3D 프린팅 부품 제작부터 실증까지 완료 프리챔버는 선박용 대형엔진 연소실에 사용되며 ‘예연소실’이라고도 불리며, 선박 엔진의 주연소실 위쪽에 있는 작은 연소실을 말한다. 연료가 프리챔버에 분사되고 그 일부가 연소하여 고온, 고압가스를 만든 다음 나머지 연료와 함께 주연소실로 분사되어 연소되는 방식으로 작동한다. 프리챔버로 인해서 연료의 연소에 앞서 뿜는 압력을 낮춤으로써 연료 펌프와 노즐의 구조를 간단하게 변경할 수 있다. 프리챔버 제작에는 여러 적층제조 공법 중 PBF(Powder Bed Fusion) 공법이 사용되었다. PBF 공법은 금속 분말을 한 층씩 도포한 후 레이저 열원을 사용하여 선택적으로 용융시켜 3차원 형상을 만드는 방식으로, 복잡하고 정밀한 형상이 요구되는 산업용 부품 제작이 가능한 장점이 있다. 이번에 개발된 3D 프린팅 프리챔버는 현대중공업이 글로벌 선박엔진 제조업체인 독일 MAN ENERGY SOLUTIONS(MAN-ES)와 기술협력을 통해 개발한 이중연료 추진 대형 엔진인 ME-GA 엔진(그림 3)에 장착되며,4 5 MAN-ES로부터 생산 승인을 획득한 후 실제 엔진에 장착하여 실증을 완료했다. 그림 3. 선박용 ME-GA 엔진5 3D 프린팅을 위한 설계부터 최적화, 평가기술까지 확보 3D 프린팅 특화설계(DfAM : Design for Additive Manufacturing)가 적용된 프리챔버는 <그림 2>에서 볼 수 있듯이 내부에 다수의 유로가 있는 복잡한 형상으로, 고온고압의 환경에서 사용되는 고기능성 부품이다. 이로 인해 MAN-ES는 유럽의 선진 3D 프린팅 제조사로부터 프리챔버를 수입할 것을 강력하게 주장하였으나, 메탈쓰리디와 현대중공업 엔진연구소는 수년 간의 연구를 통해 확보한 적층제조 공정 최적화 및 평가 기술(그림 4)을 바탕으로 MAN-ES의 요구 수준 이상의 품질을 확보하여 MAN-ES를 설득할 수 있었다. 3D 프린팅으로 프리챔버를 생산하는 과정은 Preprocessing → Machine Build → Powder Cleaning → heat treatment → post-processing → Quality Assessment 등으로 진행되었다. 프리챔버를 생산한 금속 3D 프린터는 300×300×300mm의 빌드 사이즈를 갖고 있으며, 한 번에 4개씩 프리챔버 제작을 진행했다. 현재 ME-GA 엔진에는 전량 국산 프리챔버가 사용되고 있다.6 그림 4. 3D 프린팅 공정 최적화 및 평가 예시(MDM : Material Development Module) 맺음말 금속 3D 프린팅으로 제작한 시제품이나 다품종 소량생산 부품들은 국방, 의료, 항공우주 등 여러 분야에서 적용되고 있지만, 3D 프린팅이 전통 제조 산업에서 대량생산에 적용된 것은 국내외를 통틀어 최초의 사례라고 할 수 있다.7 향후, 메탈쓰리디는 국내 금속 3D 프린터 업계를 선도하고자 중소형 3D 프린터 라인업 확대와 혁신적인 기술 개발로 해외 금속 3D 프린터 기업들과 차별화된 경쟁력을 유지할 계획이다. 또한, 현대중공업은 대형엔진 뿐만 아니라 힘센엔진 및 친환경 기자재 등 다양한 제품에 3D 프린팅 기술을 확대 적용하여 성능 향상 및 가격 경쟁력 우위를 강화해 나갈 예정이다. 참고자료 GE리포트, “3D 프린팅, 이제 하늘을 날다” 현대중공업 보도자료, “현대重, 3D 프린팅으로 선박 건조 경쟁력 높인다” 현대중공업 블로그, “세계 최초 3D 프린팅 선박엔진 프리챔버 양산기술 개발 발표” 매일경제신문, “현대重, 친환경선박 ‘심장’ 원천기술 확보” MAN-ES 홈페이지 일간조선해양, “세계 최초 프리챔버 3D 프린팅 양산” 경상일보, “세계 최초 3D 프린팅 선박용 엔진 부품 양산” 이성모 현대중공업 엔진연구소 가상제품개발연구실의 책임연구원으로, 3D 프린팅 공정 최적화 및 3D 프린팅 양산화 기술을 연구하고 있다. 현재 울산시 3D 프린팅 산업 발전위원회 위원을 맡고 있다. 손현진 한국생산기술연구원 & 메탈쓰리디의 책임연구원이다. 3D 프린팅 공정 최적화 기술 개발, 3D 프린팅 제품 제작 방안 설계 및 해석, R&D 기술 개발 등을 진행하고 있다. ■ 기사 내용은 PDF로도 제공됩니다.

작성일 : 2022-11-01

[포커스] 한국CDE학회, 포스트 코로나 시대의 산업 혁신을 위한 연구 및 산학협력 내용 공유

한국CDE학회가 지난 8월 24~26일 코트야드메리어트 서울보타닉파크에서 2022년도 하계학술대회를 진행했다. ‘포스트 코로나 시대의 CDE 기술 트렌드를 조망하다’라는 주제로 진행된 이번 학술대회에서는 포스트 코로나 시대를 대비해 능동적으로 환경 변화에 대응하는 솔루션으로서 CDE(Computational Design and Enigineering) 기술의 고도화 방향과 적용 사례를 폭넓게 모색하는 자리가 마련됐다. ■ 정수진 편집장 산업 디지털 전환을 위한 핵심 전략은 기술 융합과 데이터 이번 학술대회의 키노트 연설에서는 LS일렉트릭의 생기/소재연구센터장인 조욱동 상무가 ‘스마트팩토리의 실체적 여정과 등대공장 구축사례’를 소개했다. 등대공장(Lighthouse Factory)이란 사물인터넷(IoT), 인공지능(AI), 클라우드 등 4차 산업혁명의 핵심 기술을 활용해 제조업의 새로운 모델을 제시하는 공장을 가리킨다. 세계경제포럼(WEF)은 지난 2018년부터 전세계 공장 가운데 매년 두 차례 등대공장을 선정해 발표하고 있는데, LS일렉트릭의 청주공장은 2019년 포스코에 이어 우리나라에서는 두 번째로 작년 등대공장에 선정됐다. LS일렉트릭은 일찍부터 디지털 기업으로의 변화를 고민해 왔고, 2019년에는 디지털 전략 및 인프라를 마련하기 시작했다. 이후 디지털 제조 혁신 및 제품 경쟁력 강화를 위해 스마트 공장을 구축해 왔으며, 올해부터는 업계 최고 수준의 제조 및 제품 경쟁력 확보를 추진 중이다. 또한, LS일렉트릭의 스마트 공장 구축 사례를 기반으로 사업화도 모색하고 있다. 조욱동 상무는 “기업의 신속한 의사결정을 위해서는 실행력이 중시되고 있다. 그래서 디지털 전환은 기술 중심의 톱다운(top-down) 형태가 아니라, 기업의 효율적인 운영에 중점을 두고 진행해야 한다”고 짚었다. 무엇보다 시급한 것은 디지털 전환에 대한 전략적 방향을 설정하는 것이다. LS일렉트릭은 자동화 라인 구축, 제조 전산 시스템 구축, MES 적용 등의 노력이 한계점에 이르렀다는 인식을 바탕으로, LS일렉트릭이 가진 경쟁력과 디지털 기술을 융합해 데이터로 일하고 새로운 가치를 창출하는 스마트 엔터프라이즈 비전을 마련했다. 데이터 기반의 경영 개선 활동을 위한 전략을 먼저 마련하고, 이를 기반으로 ERP부터 협력사까지 시스템 연결, 데이터 운영, 추적, 제어를 가능하게 한다는 전략을 추진한 것이다. ▲ 키노트 연설에서는 LS일렉트릭의 스마트 공장 구현에 대한 내용이 소개됐다. 스마트 공장의 가치 증대에서 새로운 비즈니스 창출까지 LS일렉트릭이 정의한 스마트 공장은 제품의 기획부터 판매와 고객 전달까지 모든 것이 연결되고, 이 연결을 통해 최고의 가치를 제공할 수 있도록 하는 IT(정보기술)와 OT(운영기술)의 역할을 실현하는 것이다. 개발 계획부터 R&D까지의 연결, 다품종 대량생산 체계 구축, 생산 중 에너지/설비 효율 향상 등을 위해 LS일렉트릭은 자동화뿐 아니라 생산, 공정 운영, 제어, 통신 등 모든 것을 데이터로 연결하고, 데이터를 중심으로 의사소통과 의사결정을 할 수 있는 스마트 공장을 추진했다. 하드웨어, 데이터, 데이터 분석 결과를 하나의 플랫폼에서 제공하는 디지털 트윈도 중요한 요소이다. 조욱동 상무는 “초기에 2개 라인부터 스마트 공장 구현을 시작해 데이터를 연결하고 효과를 검토했다. 이후 데이터의 통합 연계 체계, 엔드 투 엔드 품질 방어 체계, 자율 생산 운영 체계, 스마트 설비 관리 체계 등 미래 공장의 운영 모델에 대한 전략을 수립했으며, 각 전략에 대한 과제를 수행하면서 우수 사례를 확보하고 패키지 상품화하는 과정을 진행 중에 있다”고 스마트 공장의 구현 과정을 소개했다. 또한, “스마트 공장은 대개 ROI가 곧바로 나오지 않지만, 임계점이 지나면 생각보다 큰 가치를 얻을 수 있는 특징이 있다. LS일렉트릭의 경우 스마트 공장 구축을 통해 직접 생산 비용 효과, 품질 비용 효과, 운영비용 효과 등을 얻었으며, 140억 가량의 원가를 절감한 것으로 분석하고 있다”고 전했다. 가시적인 비용 절감뿐 아니라 양질의 데이터가 더 많이 축적되고, 이를 더 빠르게 분석해 실시간 의사결정에 활용할 수 있게 된 것도 성과이다. LS일렉트릭은 오는 2025년까지 스스로 운전 가능한 자율형 공장을 완성한다는 목표를 세웠다. 자동화 기반이 마련된 공장에 스마트화 전략을 도입해, 궁극적으로 사람이 개입하지 않고 24시간 자율 운영할 수 있는 공장을 추구한다는 것이다. 이를 위해 조욱동 상무가 중요한 요소로 꼽은 것은 데이터에 기반한 변화 관리이다. LS일렉트릭이 생각하는 스마트 공장은 기존 사업영역의 도메인 지식을 이용하면서, 여기에 4차 산업혁명 기술을 더해 새로운 가치를 만드는 공장이다. LS일렉트릭은 그간 진행한 스마트 공장 활동을 자산화하고 다른 라인과 공장에 적용할 수 있는 전략을 마련하는 동시에, 이렇게 축적한 기술력과 노하우를 솔루션으로 만들어 새로운 비즈니스를 추진하는 방법도 고민하고 있다. 조욱동 상무는 “LS일렉트릭이 쌓아 온 OT/IT 엔지니어링의 전문성에 엣지 플랫폼, 디바이스 전문성, 인공지능/머신러닝 알고리즘 등을 결합하고, 이를 바탕으로 고객사 공장의 문제를 해결하는 디지털 생산 관리, 데이터 분석, ESG 솔루션 서비스를 제공하고자 한다”면서, “LS일렉트릭은 플랫폼이나 시스템 회사가 아니며, 내부에서 스마트 공장 운영과 커스텀화를 통해 얻은 경험을 제공하고자 한다”고 전했다. ▲ LS일렉트릭의 조욱동 상무는 스마트 공장의 구축 과정에서 쌓은 노하우를 더 많은 기업에 전달하는 방법을 고민 중이라고 소개했다. 디지털 전환을 위한 고민부터 인력양성까지 다양한 목소리를 듣다 디지털 전환은 다양한 산업과 규모의 기업에서 공통 과제로 자리잡고 있다. 한편으로 기업마다 다양한 환경과 과제를 안고 있어 이를 효과적으로 해결하는 것이 고민거리이기도 하다. ‘디지털 전환의 과제와 산학연 협동’을 주제로 진행된 패널토의에서는 산업계와 학계에서 디지털 전환과 스마트 공장의 과제와 실제적인 추진 방법 및 이 과정에서 산업계·학계·연구기관이 어떻게 시너지를 발휘할 수 있을지에 대한 논의가 진행됐다. LG전자의 송시용 상무는 “스마트 공장은 돈으로 살 수 없고 하루 아침에 완성되지 않는다는 교훈을 얻었다”면서, 올해 초 WEF 등대공장에 선정된 창원 LG 스마트파크의 사례를 소개했다. 냉장고, 오븐 등 주방가전제품의 수요가 기하급수적으로 늘면서 제품 개발에 대한 예측의 불확실성이 높아졌고, 대량 맞춤생산(매스 커스터마이제이션)에 대한 대응도 요구됐다. 송시용 상무는 “가전 공장은 공정에서 인력 중요도가 높아서 자동화부터가 쉽지 않은 과정이다. LG전자는 제품의 구조를 간소화하기 위해 설계 자동화 및 해석 기술로 빠르게 검증하고, 로봇과 자동화 기술로 라인을 구성하는 과정을 진행하고 있다”면서, 회사가 갖고 있는 자산을 최대한 활용하기 위해 자동화, 정보화, 지능화 솔루션을 접목하는 과정에 있다고 소개했다. 삼성SDI의 방선희 상무는 디스플레이에서 배터리까지 사업 영역을 넓히고 있는 삼성SDI의 디지털 전환 노력을 소개하면서, “지난 2000년부터 배터리 양산화를, 2011년부터는 전기자동차 배터리의 양산 준비를 시작했다. 오는 2030년에는 전기자동차 시장이 4~5배 성장할 것으로 보여, 이에 대비해 확장을 진행 중”이라고 전했다. 또한, “최근의 고민은 고도화된 자동화를 넘어 향후 10년을 바라보고 가상화와 지능화를 어떻게 이룰 것인가 하는 것”이라면서, “전기자동차 배터리의 본격 양산을 앞두고 가상화와 지능화 기술을 적용할 계획이다. 또한, 가상화 기술을 활용해 해외 공장의 원활한 셋업과 가동을 진행하고자 한다”고 밝혔다. 국내 클린룸 산업에서 높은 시장점유율을 갖고 있는 신성이엔지는 최근 공조사업에도 진출하면서 신 공장을 준공했다. 신성이엔지의 오동훈 전무는 “처음 디지털 전환을 시작할 때부터 전산화와 데이터 수집 작업을 진행했고 ICT(정보통신기술)를 접목해 디지털화를 일부 적용했다”고 소개했다. 또한, “모든 비즈니스 도메인의 가치사슬을 최적화하는 최종적인 ‘디지털 전환’까지는 아니지만 현재 부분적으로 최적화를 하고 있으며, 이를 종합적으로 연결하고 전사적으로 확대하는 노력을 지속하고 있다”고 전했다. ▲ 패널토의에서는 디지털 전환, 산학협력, 인력 양성 등에 대한 산업계와 학계의 고민과 노력을 공유했다. 자동차 내외장재 전문기업인 서연이화의 송창석 팀장은 “디지털 전환의 필요성은 공감하지만, 중견기업으로서 자원과 인력의 한계가 있는 것도 현실”이라면서, “특히 중견기업은 영업이익이나 수익성 측면에서 빠른 개선이 이뤄지지 않으면 도태될 수도 있다. 보기 좋은 디지털 전환보다 우리 회사에 맞는 디지털 전환이 필요하다고 느낀다”고 전했다. 디지털 전환을 위한 목표를 새롭게 고민하면서 지능화 제조혁신을 시작하고 있다고 소개한 송창석 팀장은 “대형 제조기업이 기술개발을 꾸준히 진행하면서 협력사에도 제공하고 있지만, 중견기업으로서는 솔루션에 대한 정보공유가 더 활발해지기를 기대한다”고 밝혔다. 와이어링, 하네스, ICU 박스 전자기기 등 자동차 부품을 생산하는 일화의 이상현 부장은 “와이어링이나 하네스의 경우에는 자동화율이 낮은 편이어서, 스마트 공장 및 빅데이터에 접근하면서 자동화보다는 시스템을 중심으로 고민하고 있다”고 소개했다. 정보화에 초점을 두고 15개국 70여 개의 공장을 관리하면서 기존 데이터를 최대한 축적하고 시각화하는 방법을 고민하고 있다는 설명이다. 이와 함께 일화는 제조 현장에 IT를 잘 접목해 사용할 수 있도록 하는 방법을 모색하고 있다. 이상현 부장은 데이터의 가시화와 확인을 위해 태블릿과 AR(증강현실)을 이용하는 것, 그리고 데이터 분석 결과를 이미지로 재학습시키는 방법 등을 고민하고 있다고 전했다. 또한, “스마트 공장은 회사마다 필요한 부분을 해결해서 좋은 결과를 내는 것이 중요하다고 본다”면서, 중견기업의 입장에서 인력 부족과 인력 유출에 대한 어려움도 있다고 전했다. 한국CDE학회장인 성균관대학교 노상도 교수는 “기업에서 겪는 다양한 문제를 연구자가 알기는 어렵기 때문에, 학교와 기업이 많이 교류하고 논의하는 것이 필요할 것”이라고 전했다. 활발한 교류를 통해 기업은 당면한 문제를 해결할 수 있는 가능성을 찾고, 연구자는 전공 지식을 솔루션으로 만들고 지원할 수 있는 범위를 가늠할 수 있을 것이라는 설명이다. 이와 함께 “데이터와 소프트웨어 등 디지털 기술을 갖춘 인력을 양성하기 위해서는 회사에 입사한 후 교육하는 것보다 학교에서 관련 지식을 익히는 것이 더 효율적이라고 본다. 이런 관점에서도 지속가능한 산학협력을 고민해야 할 것”이라고 짚었다. 또한 노상도 교수는 “한국CDE학회는 기술을 중심으로 엮여 있는 융복합 학회로서, 전체적인 부분을 조망할 수 있는 강점을 갖고 있다. 이를 바탕으로 향후 산학협력을 비롯해 다양한 활동에 참여하고 교류를 확대하고자 한다”고 전했다. 포스트 코로나 시대의 산업 경쟁력 위한 기술 연구 내용 소개 이외에도 이번 하계학술대회에서는 인공지능, 사물인터넷, 가상현실/증강현실, 스마트 공장, 디지털 매뉴팩처링 등 다양한 주제에 걸친 학술 프레젠테이션과 포스터 세션, 연구윤리 워크숍 등 프로그램이 진행됐다. 한국CDE학회는 “학회는 기계/자동차/조선/건축 등 다양한 산업 분야의 기술 연구 및 산학 협력 활동을 더욱 활발하게 진행하고 있다”면서, “이번 하계학술대회가 최신 연구성과 공유, 의견 교환과 함께 새로운 연구 주제를 도출하며, 포스트 코로나 시대 4차 산업혁명의 새로운 방향을 모색하는 기회가 될 것”이라고 전했다. 일반 세션 IoT/AI Application VR/AR/BIM Ship & Ocean Engineering Smart Systems/Factory/Car/City Digital Manufacturing 기획/특별 세션 Voronoi Diagram 기반 라이브러리 소개 및 응용문제 해법 티칭리스 협업 매니퓰레이션 기반 지능형 자율 제조 시스템 중견·중소 섬유산업 디지털 트랜스포메이션 설계 생산성 향상을 위한 지능형 상세설계 자동화 기술 개발 정형 건축물의 계획설계 지원 설계자동화 기술 개발 설계 품질 검토 자동화를 위한 지능형 설계 서비스 보급·활용 기술 개발 중견·중소 조선산업 디지털 트랜스포메이션 인공지능 기반의 건축설계 자동화 기술 개발 설명가능한 AI 기반 디지털 트윈 자율운영 서비스 기술 개발 DX 기반 생산 시스템 설계/검증 방법론 기사 내용은 PDF로도 제공됩니다.

작성일 : 2022-10-04

[포커스] 제조산업의 3D 프린팅 활용을 위한 인사이트와 사례

SIMTOS 2022 디지털 트윈 & 3D 프린팅 컨퍼런스, 제조 혁신을 위한 디지털 기술 트렌드와 사례 소개 (2) ‘SIMTOS 2022 디지털 트윈 & 3D 프린팅 컨퍼런스’가 2022년 5월 25~26일 일산 킨텍스에서 진행됐다. 디지털화를 중심으로 하는 제조산업의 혁신 요구가 거세어지는 가운데, 이번 행사에서는 디지털 트윈과 3D 프린팅 기술을 중심으로 제조 혁신을 위해 고민해야 하는 지점은 무엇이며, 산업계에서는 어떻게 돌파구를 마련하고 있는지에 대해 폭넓은 내용이 소개됐다. ■ 정수진 편집장 5월 26일 진행된 ‘3D 프린팅 컨퍼런스’에서는 디지털 전환 시대를 위한 제조기술로 주목받고 있는 3D 프린팅 및 적층제조(Additive Manufacturing) 기술의 혁신 방안과 사례를 소개했다. 한국생산기술연구원의 이상목 연구위원은 “앞으로의 제조는 대량생산뿐 아니라 고객에게 새로운 경험과 가치를 제공하기 위해 제조 과정에 소비자의 욕구를 반영하고, 판매 이후에도 플랫폼을 바탕으로 지속적인 서비스 및 제품 개발 정보를 획득할 수 있어야 한다는 인식이 높아지고 있다”고 소개했다. 이런 배경에서 제품 개발 방식의 전환에 대한 선언이라고 할 수 있는 ‘인더스트리 4.0’뿐 아니라 선진 각국에서 다양한 제조혁신 움직임을 진행하고 있다. 우리나라에서는 제조산업의 근간이 되는 주조, 금형, 용접, 소성가공, 표면처리, 열처리 등 6대 뿌리기술을 선정해 제조 생태계 강화를 뒷받침해 왔는데, 최근에는 14대 분야로 뿌리기술을 확장했다. 기존 6대 뿌리기술에 고분자 성형, 박층 성형, 적층가공, 절삭가공을 추가한 10개의 요소 공정기술 및 공정 설계 기술인 엔지니어링 설계와 제조 공정 소프트웨어, 생산 지능화 기술인 로봇 기술과 센서 기술이 뿌리기술로 지정된 것이다. 이상목 연구위원은 “이제는 제품뿐 아니라 소비자가 요구하는 가치를 제공하는 모든 영역으로 제조산업이 확장되고 있다”면서, ‘이를 위해서는 공정 설계와 요소공정 기술을 결합한 공정 지능화로 제품의 가치를 극대화할 수 있어야 한다. 기존의 대량생산 방식을 고도화하는 방식으로는 4차 산업혁명을 기대하기 어렵다”고 짚었다. 이런 관점에서 이상목 연구위원은 3D 프린팅의 가능성에 주목했다. 그는 “3D 프린팅을 적용하는 목적은 공정 최적화가 아니라, 대량생산 또는 대량 맞춤생산(매스 커스터마이제이션)을 탈피해 설계 단계에서 고객의 요구를 수용하고 부품의 특화성을 통해 고객의 가치를 높이는 데에 있어야 한다”고 전했다. ▲ 뿌리산업의 구조 변화와 스마트 제조기술 혁신 방안을 설명한 한국생산기술연구원 이상목 연구위원 3D프린팅연구조합의 강민철 이사는 최근 빠르게 성장하고 있는 금속 적층제조(AM) 기술의 시장 동향과 전망을 소개했다. 전세계 적층제조 시장은 2021년 기준150억 달러(약 19조원) 규모로 추산된다. 또한, 적층제조 관련 매출이 매년 20% 성장하면서, 향후 지속성장 가능한 제조 영역으로 꼽히고 있는 상황이다. 특히 적층제조를 위한 금속 분말 소재는 향후 플라스틱 소재와 맞먹을 정도로 성장할 전망인데, 강민철 이사는 “점차 많은 부품이 금속으로 만들어지고 있어 3D 프린팅/적층제조 관련 산업에서 금속 소재의 성장세가 두드러질 것”으로 보았다. 금속 적층제조는 가루나 와이어 형태의 금속 소재를 한층씩 사출하고 이를 녹여서 입체 형상을 만드는 방식으로, 덩어리 형태의 금속 소재를 깎는 절삭가공과 대비되는 개념으로 쓰인다. 강민철 이사는 금속 분말을 한 층씩 쌓고 선택적으로 레이저를 조사해 녹이는 PBF, 레이저를 사용하지 않고 소결하는 바인더 제팅(binder jetting), 분말보다 저렴한 와이어 소재와 전자빔/플라스마를 사용해 속도를 높인 DED, 더욱 복잡한 형상을 제조할 수 있는 5축 AM 등 다양한 금속 적층제조 기술의 발전상을 소개했다. 또한, “금속 적층제조의 강도 및 연신율이 최근에는 단조 가공과 맞먹는 수준으로 나오고 있으며, 응력을 해소하는 후공정을 통해 강도를 더욱 높일 수 있는 수준으로 기술이 발전하고 있다”고 전했다. ▲ 금속 적층제조 산업의 시장 동향 및 기술 전망을 짚은 3D프린팅연구조합 강민철 이사 전세계 자동차 업계에서는 커스터마이징 중심의 소량 생산이나 콘셉트 카, 지그와 픽스처 등 치공구, 서비스를 위한 예비 부품 제작 등에 3D 프린팅 기술을 활용하는 시도가 활발하다. 현대자동차 역시 선행기획 - 설계 - 개발 - 양산 준비 - 양산 등 자동차 개발 프로세스 전반에 걸쳐 3D 프린팅을 적용하고 있는 상황이다. 현대자동차의 온한우 책임연구원은 성능&중량&공정 최적화를 위한 선행 기술 개발, 시작차량 및 부품의 제작 시간 및 비용 절감, 시작 부품 제작을 위한 간이 사출금형 제작, 생산을 위한 치공구 제작 등 현대자동차가 3D 프린팅을 활용한 다양한 사례를 소개했다. 또한 온한우 책임연구원은 “코로나19 팬데믹이 이어지는 가운데 글로벌 공급망 리스크와 재고 예측 실패에 따른 생산 차질, 보호무역주의가 심해지는 데에 따른 물류비 상승과 운송일정 지연 등 어려움이 발생하고 있다. 이런 가운데 3D 프린팅은 공급망의 간소화와 다변화, 유연한 재고 관리, 물류비 절감, 보호무역에 따른 리스크 해소에 기여할 수 있을 것”이라면서, “공급망 혁신을 위해서는 3D 프린팅 제조 프로세스의 표준화와 함께 상용화를 위한 후처리 등 애플리케이션 개발이 필요하다”고 전했다. ▲ 자동차 산업의 3D 프린팅 동향과 활용 사례를 소개한 현대자동차 온한우 책임연구원 LG전자의 박인백 책임은 “3D 프린팅은 소량 및 고객맞춤형의 고부가가치 제품을 중심으로 강점을 나타내고 있는데, 한편으로 대량생산 체계가 자리잡은 제조기업 입장에서 이런 장점을 제대로 발휘하기 어렵다는 현실적인 고민을 안고 있었다”고 소개했다. 과거의 대량생산은 많은 수요에 효과적으로 대응하기 위한 체계였다. 그런데 개인 맞춤형 제품에 대한 요구가 늘어남에 따라 기존의 대량생산 라인에서 이에 대응하기 위해 급격하게 생산체계를 변경하는 데에는 리스크가 따른다는 설명이다. 박인백 책임은 “3D 프린팅의 특성을 죽이면서 양산 체계에 맞추는 것이 아니라, 3D 프린팅의 장점을 살리면서 돌파하는 노력이 필요하다”고 짚었다. LG전자의 경우 제품보다는 부품을 생산하는 데에 3D 프린팅을 적용하고 있다. 적층 가공에 따라 줄무늬가 생기는 표면 조도 문제는 발상을 바꿔 나무의 나이테와 같은 질감을 전처리로 구현하는 방식으로 해결했다. 한편, 고객 경험을 반영하기 위한 필드 테스트에 3D 프린팅으로 만든 목업을 활용하거나, 제품 판매 후 발견되는 개선사항을 업그레이드 부품에 반영하는 등에도 3D 프린팅이 유용하다는 것이 박인백 책임의 설명이다. ▲ 미래 제조 기술을 위한 3D 프린팅 전략을 짚은 LG전자 박인백 책임 프로토텍의 신상묵 대표는 기술 발전과 함께 꾸준히 활용도가 확산되고 있는 3D 프린팅의 최신 트렌드를 짚었다. 국내외에서 3D 프린팅은 프로토타입과 툴링&매뉴팩처링 용도로 많이 쓰이고 있다. 국내서는 특히 프로토타입을 위한 3D 프린팅 사용이 더 많다고 한다. 프로토타입 영역에서 3D 프린팅은 장비 및 소재의 다양화 및 성능 향상에 따라 많이 보편화되고, 디자인 프로세스 및 커뮤니케이션을 개선하는 효과를 가져오고 있다. 신상묵 대표는 “생산 영역에 3D 프린팅을 적용하는 과정에서는 여전히 극복해야 할 과제가 있지만, 장비 및 재료의 안정성, 정밀성, 반복성에 대한 검토가 꾸준히 진행되는 상황”이라면서, 3D 프린팅을 위한 생산 워크플로의 효율화도 필요하다고 짚었다. 이외에도 신상묵 대표는 “3D 프린팅은 재고를 확보할 필요 없이 디지털 파일을 기반으로 필요한 만큼 빠르게 생산해 납품할 수 있기 때문에 대안 공급망으로서 3D 프린팅의 역할에 대한 관심이 높아지고 있다”고 전했다. ▲ 3D 프린팅 분야의 최신 트렌드와 전망에 대해 소개한 프로토텍 신상묵 대표 같이 보기 : [포커스] 제조산업 디지털 전환을 위한 디지털 트윈의 최신 동향 ■ 기사 내용은 PDF로도 제공됩니다.

작성일 : 2022-07-01

[포커스] 자동차 개발부터 모빌리티 서비스까지 CAE의 역할 확대

CAE 컨퍼런스 2021 발표 내용 정리 (1) ‘CAE 컨퍼런스 2021’이 지난 11월 12일 수원컨벤션센터에서 진행됐다. ‘제3회 스마트공장구축 및 생산자동화전’의 부대행사로 열린 이번 CAE 컨퍼런스는 ‘디지털 트윈과 VPD를 위한 시뮬레이션’을 주제로, CAE 기술을 중심으로 제품 개발의 새로운 패러다임을 제시하고 있는 디지털 트윈(Digital Twin)과 VPD(Virtual Product Development : 가상 제품 개발)를 집중 조명했다. ■ 정수진 편집장 많은 산업분야에서와 마찬가지로, 자동차 업계에서도 치열한 경쟁 속에 디지털 트랜스포메이션이 중요한 화두로 떠오르고 있다. 현대자동차 디지털엔지니어링센터의 김철웅 버추얼개발허브실장은 “버추얼 차량 개발은 CAE와 많은 접점이 있으며, 디지털 트윈과 버추얼 차량 개발에서 CAE가 중요한 역할을 한다”고 전했다. 자동차 산업에서 디지털 트랜스포메이션에 주목하는 배경에는 ‘복잡성’이 있다. 20세기 초 ‘자동차 왕’ 헨리 포드가 대량생산 시대를 연 이후 자동차는 대표적인 대량생산 제품으로 꼽혀 왔는데, 앞으로는 다양한 사용 목적에 맞춘 다품종 소량생산이 자리잡게 될 것으로 전망된다. 그런데 이런 맞춤형 자동차는 수요가 한정되어 있으면서 개발이 복잡해서, 기존의 대량생산 체계에서는 대응하기가 어려웠다. 또 하나의 변화는 자율주행이다. 4~5단계의 자율주행이 몇 년 내 상용화될 것이라는 전망이 속속 나오고 있는데, 일반적으로 자동차가 안전성을 확보하기 위해서는 상황 시나리오에 대한 테스트를 진행한다. 하지만 자율주행 자동차가 마주할 수많은 상황에 대한 복잡성은 일일이 시나리오를 구축하고 테스트하는 개발 체계로 대응하기가 어렵다. 김철웅 실장은 “이런 복잡성 때문에 5년에서 10년 후에는 지금의 개발·생산 체계로 대응할 수 없을 것이라는 위기의식이 있다. 디지털 트랜스포메이션에 대응하지 않으면 생존이 어려울 것”이라고 전했다. ▲ 현대자동차 김철웅 버추얼개발허브실장은 “CAE가 가상 자동차 개발의 핵심축이자 모빌리티 기업의 의사결정 수단으로 자리잡고 있다”고 전했다. CAE는 버추얼 자동차 개발의 중요한 축이면서, 자동차 업계가 지향하는 ‘모빌리티 기업’으로 가는 과정에서 중요한 경영 의사결정 수단이 되고 있다. 이를 위해 CAE와 데이터와 만나서 디지털 트윈으로 발전하고 있는 상황이다. 자동차의 연구개발 단계에서 현대자동차는 디지털 트윈에 기반한 ‘버추얼 개러지(Virtual Garage)’로 디지털 트랜스포메이션을 추진하고 있다. 현재 현대자동차는 매년 20여 종의 신차를 개발하고 있는데, 자동차를 설계한 후 다양한 테스트를 위해 제작하게 되는 시제품(프로토타입)을 디지털 트윈으로 만들고 가상 공간에서 테스트를 진행하는 것이 버추얼 개러지의 개념이다. 버추얼 개러지는 기획 단계의 의사결정을 위한 정보부터 디자인 모델, CAD 설계 모델, CAE를 위한 유한요소 모델까지 다양한 디지털 데이터를 담는다. 한편, 복잡한 상세 모델로 수행하는 CAE는 정확한 해석에는 유리하지만 변화하는 시장 상황에 빠르게 대응하기가 어렵다. 차량의 모델이 다양해지면 그만큼 많은 설계가 나오는데, CAD 설계 이후 상세 모델로 CAE를 수행하게 되면 빠른 개발이 어렵기 때문이다. 그래서 개발 초기에 정밀도를 낮춘 콘셉트 모델을 활용해 CAE를 진행하고, 그 결과를 설계 방향을 설정하는데 활용하는 개념이 자리를 잡고 있다. CAE 결과가 개발 의사결정에 영향을 주는 패러다임 변화가 일고 있는 것이다. CAE와 접목한 디지털 트윈은 모빌리티 서비스를 제공하는 데에도 활용할 수 있다. 자동차의 실시간 운전 정보를 받아서 CAE 모델에 적용하면 사용 환경에 따른 자동차의 기대 수명을 예상하고 예측 정비가 가능하다는 것이다. 김철웅 실장은 “이전에는 CAE 모델이 개발 전에 성능을 예측하는데 쓰였지만, 데이터와 CAE 모델을 결합하면 자동차의 디지털 트윈을 만들어 양산 이후 단계에서도 활용이 가능할 것”이라고 전망했다. 같이 보기 : 디지털 트윈과 가상 제품 개발로 제조산업 패러다임을 바꾸는 CAE 같이 보기 : 가상 제품 개발로 공작기계 설계를 혁신하다 같이 보기 : 디지털 트윈과 클라우드가 CAE의 가능성을 넓힌다 같이 보기 : 자율주행, 배터리, 전기모터 개발을 전방위로 지원하는 CAE 같이 보기 : 생산 효율 향상과 친환경 제조산업에 기여하는 CAE

작성일 : 2021-11-30

금속적층제조를 위한 시뮬레이션의 활용 (1)

고부가가치 다물리 바이오닉 형상 구현 사례 : 우주발사체 MOV 하우징 개발 캐드앤그래픽스 2021년 5월호의 특집기획에서 ‘금속적층제조에서 시뮬레이션 도출 설계를 통한 부가가치 창출 방안’에 대해 소개했다. 이에 이어서 이번 호부터 3회에 걸쳐 금속적층제조를 위한 시뮬레이션의 활용에 대해 설명한다. 이번 호에서는 앤시스 통합 플랫폼을 통한 7톤급 우주발사체 ‘Main Oxidizer Valve(MOV) 밸브 하우징’의 DfAM 적용 사례에 대해 소개한다. ■ 유병주 | 태성에스엔이 금속적층제조(DfAM) 연구소 소장이다. 구조해석 분야의 오랜 경험과 통찰력을 바탕으로 금속적층제조 분야의 설계, 해석 및 3D 프린팅 소재, 제품에 대한 연구를 총괄하며 다양한 국책지원사업에 참여하고 있다. 홈페이지 | www.tsne.co.kr ■ 전효승 | 태성에스엔이 DfAM 연구소 선임연구원이다. 다양한 적층제조 관련 교육과 DfAM 및 제조 성공사례를 만들며 DfAM의 표준을 제시하고 있다. 홈페이지 | www.tsne.co.kr 1908년 포드 모델 T부터 시작되어 약 100년간 제조산업을 지배하고 있는 소품종 대량생산과 그로부터 파생된 여러 제조방법은 저렴한 가격으로 제품을 생산하여 공급함으로써 획기적인 소비시대를 열었다. 대량생산 방식에는 항상 같은 종류의 제품을 생산하므로 공장은 정하여 놓은 한 가지 작업만을 수행하는 단능적 기계장치가 순차적으로 배치되어 제조가 이루어지며, 이에 따라 작업자의 기능도 단능공적이다. 또한 제품의 모양도 이러한 제조방법에 생산 가능한 형상으로 한정되어 점점 바이오닉한 형상과 멀어져 왔다. ‘규격화된 중간재를 이용하라, 이를 가장 간단하고 효율적으로 가공하라(예 : 상하운동을 하는 프레스 금형), 가공이 가능한 형상으로 설계하라, 기존 가공이 불가능한 형상은 쪼개어 각자 생산한 후 다시 조립하라’가 대량생산이 설계자에게 가르치는 것들이다. 이러한 전통적 기계제조 방법에서 부가가치를 논하고 바이오닉 형상 구현을 논한다는 것은 앞뒤가 맞지 않다. 대량의 단능적 설비와 저렴한 인건비의 단능공을 많이 보유한 개발도상국으로 제조산업이 이전되는 것은 너무나 당연하다. 이러한 상황에서 우리는 북미와 유럽의 제조업체들이 다능적 설비를 이용하여 다품종 소량생산을 통한 고부가가치 제조산업에 눈을 돌리는 것을 주목해야 한다. 다능적 설비의 대표적인 예가 3D 프린팅 장비이며, 이미 한국에서도 세계 유수의 3D 프린팅 장비가 제법 많이 설치되고 있다. 하지만 이를 운용할 작업자와 설계자가 반드시 다능공(Multi Capacity Engineer)이 되어야 한다는 것을 간과하고 있다. 다능공이 다능적 설비를 정확하게 이해할 때 비로소 바이오닉 형상 구현에 따른 고부가가치 제품을 개발할 수 있다는 것을 앤시스 통합 플랫폼을 통한 7톤급 우주발사체 Main Oxidizer Valve(MOV) 밸브 하우징의 DfAM 적용사례를 통해 소개하고자 한다. 1. MOV 밸브 하우징의 DfAM 적용 사례 한국항공우주연구원은 1989년 설립 이래로 발사체에 대한 다양한 마일스톤을 세워왔으며, 최근에는 국내 독자 기술로 개발한 우주발사체인 누리호 및 차세대 발사체의 개발에 박차를 가하고 있다. 이러한 우주발사체를 궤도에 올리기 위해 추력을 발생시키는 부분이 엔진 부분이다. 우주발사체의 엔진은 연소기에 연료와 산화제(산소)를 같이 공급하여 연소를 진행하여 추력을 얻는 Gas-Generator Cycle의 원리를 이용한다. Main Oxidizer Valve(MOV)는 이러한 Gas-Generator Cycle에서 산소가 희박한 고고도에서도 원하는 비추력을 얻기 위해 연소기로의 산화제의 공급을 제어한다.(그림 1) 이때 주로 발사체에서는 액체 산화제(Liquid Oxygen : LOX)를 사용하기 때문에 MOV는 -183℃까지도 내려가는 극저온 환경에서 안정적이어야 한다. 더불어, 우주발사체가 발사되어 추진되는 동안에 엔진에서 발생하는 진동을 견뎌야 한다. 따라서 MOV는 이러한 극저온 및 진동에 대한 극한의 조건에 대한 신뢰성이 필수적이다. 그림 1. 발사체 엔진(왼쪽)에 위치한 Main Oxidizer Valve(왼쪽 하단) 및 엔진을 구성하는 Gas-Generator Cycle(오른쪽)