SAP 코리아는 동국시스템즈와 SAP 제조 실행 시스템(SAP MES) 사업 강화를 위한 업무협약(MOU)을 체결했다고 밝혔다. 양사는 이번 업무협약을 통해 ▲SAP 고객사의 SAP MES 클라우드 전환을 돕기 위한 시스템 구축 및 유지보수 ▲SAP 디지털 제조(SAP DM) 신규 고객 확보 ▲SAP 비즈니스 테크놀로지 플랫폼(SAP BTP), SAP DM 기반의 스마트 공장으로의 확장과 프로세스 통합 및 추가 서비스 개발 ▲데이터의 수직, 수평 통합을 통한 궁극적인 정보 통합의 실현 ▲실증을 통해 클라우드 전환 비즈니스 모델을 글로벌 비즈니스로 확대 및 단계적 로드맵 확보 등 다양한 분야에 걸쳐 상호 협력할 예정이다. 원자재에서 완제품까지 제조 전반적인 프로세스를 모니터링, 추적, 문서화, 제어하는 솔루션인 SAP DM은 의사결정자에게 생산 현장의 효율성을 높이고 생산을 최적화 및 현장에 대한 통찰력을 확보하는 데에 필요한 데이터를 제공한다. 특히, 불확실한 사업 환경 속에서 회복탄력성을 높여 제조업 기업의 지속적인 성장 발판을 마련하는 데에 도움을 준다. SAP 코리아의 신은영 대표는 “독일의 성공적인 인더스트리 4.0은 리소스 효율성을 극대화하는 접근방식이다. 이를 기반으로 하는 SAP 제조 솔루션은 가시성, 효율성, 속도 및 회복탄력성에 초점이 맞춰져 있다”면서, “동국시스템즈와 협력해 국내 제조업계가 클라우드 전환을 가속화하고 스마트 제조를 실현할 수 있도록 지원을 아끼지 않을 것”이라고 말했다. 동국시스템즈의 김오련 대표는 “불안정한 사업 환경 속에서 다수의 국내 제조업체들이 클라우드 전환을 통한 회복탄력성 확보에 힘을 쏟고 있다”라며, “이번 업무협약으로 국내 제조업체의 지속적인 성장 및 글로벌 시장 진출에 초석이 되길 기대하면서, 특히 SAP 파트너십 강화와 솔루션 역량으로 국내 제조업 선진화에도 기여하고자 한다”고 밝혔다.     한편, SAP 코리아는 고객사의 효율적이고 미래지향적 제조 환경을 구성하기 위한 SAP 스마트 팩토리 고객사 여정 프로그램(SAP Smart Factory Customer Journey Program)을 운영한다고 소개했다. 이 프로그램은 고객사의 스마트 공장에 대한 이해를 바탕으로 ▲SAP의 스마트 팩토리(Industry 4.Now) 실증 쇼케이스를 통한 적용 가능성 탐색 ▲계획, 실행, 품질, 물류에 걸친 제조 영역에 대한 통합적인 페인 포인트 고찰 및 과제화 탐색 ▲업종 트랜드 및 자사의 현황 분석 그리고 디자인씽킹을 통한 아이데이션 ▲SAP와 파트너사의 서비스를 조합한 해결 방안 제시 및 수행 등 총 4단계에 걸친 단계적 접근 방식을 제공한다.

현대 의학의 발전은 종종 과학 소설 같은 기술의 도입으로 인해 빠르게 진행되고 있다. 문영래 정형외과 병원의 문영래 원장은 “이러한 기술 중 하나인 3D 프린팅이 의료 분야, 특히 인공관절 치료에서 혁신적인 변화를 이끌고 있다”면서, 3D 프린팅 기술의 인공관절 분야 적용 사례를 소개했다.   ▲ 수술 플래닝 기반 맞춤형 의료기기 설계(이미지 제공 : 문영래 정형외과 병원)   2021년 7월, 대한민국 의료계는 어깨 인공관절 수술에 3D 프린팅 기술을 활용한 환자 맞춤형 견관절 치환술 가이드를 신의료 기술로 공식 등재하며, 이 분야에서 중대한 진전을 이루었다. 이 기술은 수술의 정확성과 안전성을 높이는 것으로 평가받고 있다. 애니메디솔루션에 의해 개발된 이 기술은 환자의 CT 영상 데이터를 사용하여 각 환자의 어깨 뼈 형태에 맞는 치환술 가이드를 제작한다. 이 맞춤형 가이드는 변형된 어깨 뼈를 정밀하게 복원하고 인공관절을 삽입하는 과정에서 수술 팀에게 높은 정확도를 제공한다. 또한 수술 시간 단축, 신경 및 뼈 손상 위험 최소화, 수술 후 인공관절 이탈 등의 부작용 감소와 같은 이점을 제공한다.   ▲ 환자 맞춤형 어깨관절 치환술 수술 가이드(PSI) 적용 프로세스(이미지 제공 : 문영래 정형외과 병원)   이 기술의 도입은 복잡한 질환 치료에 새로운 가능성을 열고 있다. 심각한 뼈 손상을 입은 환자나 변형된 뼈 구조를 가진 환자에게도 이제 새로운 치료 옵션을 제공할 수 있다. 또한 성장기에 있는 소아 및 청소년 환자에게는 미래의 성장을 고려한 맞춤형 교정 고정물을 제공함으로써, 더욱 정확하고 효과적인 치료가 가능해질 것으로 기대된다.   ▲ 환자 개인 데이터 기반 수술 계획 및 3D 프린팅 주문 및 설정(이미지 제공 : 문영래 정형외과 병원)   문영래 정형외과 병원의 성공 사례는 국내외 환자들에게 새로운 희망을 제공할 뿐만 아니라, 의료 분야에서 3D 프린팅 기술의 더 광범위한 활용 가능성을 열어줄 것으로 보인다. 4차 의료 산업 기술의 발달은 다양한 환자에게 최적의 치료를 보장하며 고령화 사회에 대한 신뢰할 수 있는 건강한 약속을 제시한다. 3D 프린팅 기술이 의료 분야에 가져온 혁신은 환자 중심의 맞춤형 치료를 통해 더욱 우수하고 안전한 의료 서비스를 제공하는 데 중요한 역할을 하고 있다. 이는 의료 분야의 기술 발달이 인류에게 어떻게 긍정적인 영향을 미칠 수 있는지를 보여주는 예이다.

다쏘시스템이 4월 22일~26일 독일 하노버에서 열리는 ‘2024 하노버 산업박람회(Hannover Messe 2024)’에 참가한다고 밝혔다. 다쏘시스템은 박람회에서 버추얼 트윈 기반 혁신과 로봇 기반 자동화 사례를 소개할 예정이다. 이번 하노버 산업박람회는 ‘지속가능한 산업 활성화’를 주제로 진행된다. 세부 주제는 인더스트리 4.0과 제조업-X, 산업용 에너지, 디지털화, 인공지능(AI), 머신러닝, 탄소중립 생산, 수소 연료 전지 등 산업의 고도와 기후 중립과의 상생을 모색하며 약 4000개의 글로벌 기업과 13만 명 이상이 참가할 전망이다. 박람회 기간 중 다쏘시스템은 오므론(OMRON)과 함께 생산성 향상을 위한 자율 모바일 로봇(AMR)과 3D익스피리언스 플랫폼을 통합한 엔드 투 엔드 디지털화의 이점에 대해 시연한다. 이 쇼케이스에서는 제조 분야 표준을 준수하는 데이터 교환을 지원하기 위한 디지털 트윈 협회(IDTA)의 관리 셸인 자산 관리 셸(AAS)을 소개한다. 이에 더해 유연한 생산 공장 현장 예시를 통해 다쏘시스템 3D익스피리언스 플랫폼과의 상호작용 과정을 선보인다. 다쏘시스템은 “3D익스피리언스 플랫폼을 통해 기업이 가치 사슬과 새로운 비즈니스 모델을 창출하고, 디지털 산업 환경의 표준화를 적극적으로 촉진시킬 수 있도록 지원하겠다는 의지를 선보일 것”이라고 밝혔다. 쇼케이스에서는 생산 공정 4개 스테이션을 포함해 이동식 자율 모바일 로봇이 설치된 모습을 직접 볼 수 있다. 특히 부스 내 버추얼 트윈 경험을 통해 ▲사전 판매 단계에서의 시스템 계획 ▲가상 커미셔닝(원활한 통합을 위해 워크플로를 가상으로 미리 시뮬레이션하고 실제 시운전 전에 다양한 시나리오를 테스트하는 프로세스) ▲버추얼 트윈 기반 자동화 운영 ▲애프터 세일즈 서비스 등 제품 제작의 전 단계부터 운영까지 프로세스를 간소화하고, 효율성을 높이며 유연성을 향상시키는 방법을 확인할 수 있다.     3D익스피리언스 플랫폼에서는 생산 라인을 3D로 미리 계획할 수 있다. 이를 통해 새로운 기계와 모바일 로봇을 레이아웃에 맞게 배치하고 전원 공급 및 보행 경로 등의 측면에서 최적의 위치에 배치 가능하다. 아울러 버추얼 트윈을 사용하면 로봇 시뮬레이션과 새로운 워크플로 설계를 통해 유연성과 효율성을 높일 수 있다. 원활한 통합을 위해 워크플로를 미리 시뮬레이션하면 실제 시운전 전에 다양한 시나리오를 테스트할 수 있다. 이를 통해 제어 프로세스의 오류와 병목 현상을 조기에 파악할 수 있으며, 기업은 설치 시간 단축과 효율적인 프로세스의 이점을 누릴 수 있다. 3D익스피리언스 플랫폼이 구현하는 버추얼 트윈은 모바일 로봇의 규모가 커질 수록 운영 모니터링 및 관리가 더욱 복잡해진 상황에서 제어 센터 역할을 한다. 이를 통해 주요 성과 지표 및 자재 정보등의 운영 데이터를 실시간으로 통합하여 종합적인 개요를 제공할 수 있다. 고객 요구 사항에 개별적으로 맞춤화된 버추얼 트윈을 활용하면 데이터 기반의 지속 가능하고 예측 가능한 유지보수가 가능하다. 인공지능과 머신러닝을 사용하여 센서 데이터를 분석하여 잠재적인 장애를 조기에 감지하고 수정하는 것은 물론, 다운타임을 최소화하기 위한 사전 예방적 계획 유지보수가 가능하다. 증강 현실 기술도 통합할 수 있다. 이를 통해 실제 환경을 제한 없이 완벽하게 살펴볼 수 있으며, 태블릿 PC나 스마트폰의 카메라 이미지에 추가적인 가상 정보를 투사할 수 있다. 이를 통해 정확한 진단이 가능한 것은 물론, 수리 시간을 단축할 수 있다. 다쏘시스템 코리아의 정운성 대표이사는 “버추얼 트윈을 로봇 자동화와 결합하면 모든 공정을 가상 공간에서 확인할 수 있어 최소한의 인력과 자원으로 생산성을 향상시키는 것은 물론 기업의 글로벌 경쟁력 제고에도 도움이 된다”면서, “참가자들은 세계 최대 산업기술전인 독일 하노버 산업박람회 2024에서 다쏘시스템의 버추얼 트윈 프로세스의 중요성과 가치를 더욱 생생하게 경험하게 될 것”이라고 전했다.

시뮤텐스 소프트웨어를 활용한 복합소재 해석 (1)   2019년 독일 KIT(카를스루에 공과대학교) 박사 출신의 졸업생 3명이 시뮤텐스(SIMUTENCE)라는 가상 복합재 해석 솔루션 회사를 설립하였다. 시뮤텐스는 상용 FEA(유한요소해석) 툴에 연결되는 맞춤형 시뮬레이션 방법을 포함한 설계 및 엔지니어링 서비스를 자동차, 항공우주 산업 뿐만 아니라 스포츠 용품/레크리에이션 분야까지 광범위하게 제공하고 있다. 이번 호부터 3회에 걸쳐 시뮤텐스 시뮬레이션 소프트웨어의 상세 기능, 모듈, 사례 등에 대해 소개한다.   ■ 자료 제공 : 씨투이에스코리아, www.c2eskorea.com   가상 프로세스 체인 시뮤텐스는 엔지니어링 컨설팅 및 시뮬레이션 작업을 제공하고, 아바쿠스(Abaqus) FEA 툴 등 맞춤형 플러그인을 개발 및 공급하며 금속 설계를 복합재로 변환하는 방법, 재료 및 프로세스 기술을 선택 및 최적화하는 방법을 포함한 통합 패키지를 개발 및 공급한다. 지난 2023년 3월에는 한국 및 아시아 지역의 독점 공급, 판매 및 교육, 기술지원 파트너로 씨투이에스코리아를 선정해, 국내 고객을 대상으로 솔루션을 제공하고 있다. 시뮤텐스는 다양한 열경화성 및 열가소성 복합재는 물론 하이브리드 금속/복합재 구조까지 시뮬레이션 기술을 지원하고 있다. 그리고 까다로운 엔지니어링 문제로 어려움을 겪고 있는 고객을 위해 FEA 구조 해석 시뮬레이션 소프트웨어인 아바쿠스 및 사출.압축.오버몰딩 성형 해석 시뮬레이션 소프트웨어인 몰드플로우(Moldflow)와 같은 프로세스 시뮬레이션 코드를 사용한다. 이러한 표준 도구가 적합하지 않거나 고객이 다른 유형의 엔지니어링 솔루션을 필요로 하는 경우, 특정 요구 사항을 충족하는 맞춤형 도구도 개발 가능하다. 시뮤텐스의 임무는 복합재 부품 설계자와 제조업체가 가상 프로세스 체인을 통해 경량 부품과 공정을 개발하고 최적화하도록 돕는 것이다. 따라서, 각 기업 및 현장에서 사용하는 맞춤형 가상 프로토타이핑 시뮬레이션 툴의 정확성과 신뢰성 때문에 물리적 테스트를 여러 번 반복하는 불편함과 비용과 시간과 인력을 줄일 수 있다.     일반적으로 초기 제품 개발 단계는 엔지니어링 목표를 정의한 다음, 모든 기능적 요구 사항을 충족하는 재료별 설계를 개발하는 것부터 시작한다. 다음으로 공정 시뮬레이션을 적용하여 제조 가능성을 확인하고, 적합한 가공 매개변수를 선택하고, 기존 제조 효과(예 : 성형 또는 충진으로 인한 섬유 배향)와 결함(예 : 주름, 드라이 스팟(dry spot), 충진 문제 등)을 예측한다. 프로세스 및 구조 시뮬레이션을 위한 고급 모델링 기술과 제조 효과를 후속 시뮬레이션 단계로 지속적으로 이전할 수 있도록 구축한 인터페이스는 상용 소프트웨어 아키텍처의 모델링 기능을 향상시킬 수 있다. 치수 정확도는 복합재 설계에서 중요한 문제가 될 수 있으므로, 변형 및 열역학적 분석(경화/결정화 동역학 포함)을 적용하여 치수 변화를 예측하고 잔류 응력을 평가한다. 마지막 단계는 설계가 하중 요구 사항을 충족하는지 확인하고 강성을 결정하며 파손 시점 및 시작 및 초기 파손 모드 분석을 제공하기 위해 구조 해석을 수행하는 것이다.   공정 시뮬레이션 전문성 섬유 강화 복합재의 구조적 거동은 제조 효과에 의해 뚜렷이 영향을 받으므로, 가상 프로세스 체인을 적용함으로써 구조적 성능에 대한 제조 효과를 고려할 수 있다. 이러한 가상 설계 루프는 정확성과 신뢰성으로 인해 여러 차례의 설계 및 물리적 부품 테스트를 제거하여 개발 시간과 리소스를 줄이는데 도움이 된다. 우리는 중립적인 교환 형식으로 운영하기 때문에 고객이 현재 사용하고 있는 다양한 소프트웨어 패키지에 연결할 수 있다. 시뮤텐스는 열성형(thermoforming) 시뮬레이션, 압축 성형 시트(SMC)의 충전 시뮬레이션, 매핑 및 균질화를 위한 인터페이스용 플러그인 기능을 아바쿠스 FEA 제품군에서 사용할 수 있도록 추가하였다. 복합재 시뮬레이션에 대한 전문 지식과 KIT의 스핀오프라는 배경을 통해 최첨단 시뮬레이션 방법을 지원할 수 있다는 점을 내세운다.     SimuFill 시뮤필(SimuFill)은 성형 프로세스 모델링을 위한 기존 소프트웨어 아키텍처(아바쿠스 및 몰드플로우 플러그인)를 개선하여 고급 압축 및 사출 성형 분석이 가능하다. 시뮤필을 통해 제공되는 몰드플로우 추가 기능으로 pvT 거동을 경화도의 함수로 모델링할 수 있으며, 사출 및 압축 성형용 열가소성 및 열경화성 수지에 대한 결정화 및 경화 역학을 각각 예측하는 것이 포함된다.     ■ 자세한 기사 내용은 PDF로 제공됩니다.

앤시스 워크벤치를 활용한 해석 성공사례   최근 전기자동차의 수요가 증가함에 따라 전기자동차의 성능을 보다 향상시키기 위한 연구가 활발히 진행되고 있다. 특히 모터 분야에서 헤어핀(hairpin) 코일의 적용으로 성능이 향상됨을 확인하였으며, 이미 여러 양산형 모델에도 적용되어 실사용 중에 있다. 그러나 헤어핀 코일은 복잡한 제조 공정 및 제작 기술이 필요하다는 단점이 있다. 이렇게 기존 생산 공정에서 발생할 수 있는 문제점을 해결하고 추가적인 성능 향상을 도출하기 위해 금속 3D 프린팅 기술을 적용하여 모터 코일을 제조하는 방법이 연구되고 있다.  이번 호에서는 앤시스에서 제공되는 맥스웰(Maxwell)과 앤시스 애디티브(Ansys Additive)를 활용한 시뮬레이션을 기반으로 헤어핀 코일의 DfAM(Design for Additive Manufacturing) 및 적층공정 해석을 수행하며 전체 제작 프로세스를 제시하고자 한다.    ■ 김선명 원에이엠 DfAM팀의 연구원으로, 적층제조 특화 설계를 담당하고 있다. 이메일 | smkim@oneam.co.kr 홈페이지 | www.oneam.co.kr   전기자동차용 헤어핀 모터 코일 헤어핀 코일이란 <그림 1>과 같이 헤어핀의 형상처럼 직사각형 단면의 도선을 구부려서 제작되는 모터 코일이다. 기존의 원형 도선의 권선 형태로부터 성능 개선을 위해 개발되었으며, 성능 향상이 입증되어 이미 상용 전기차량에 적용되어 실사용 중에 있다. 이러한 직사각형 단면의 헤어핀 코일을 사용하는 이유는 기존 원형 코일 대비 높은 점적률(fill-factor)을 갖기 때문이다. 점적률이란 <식 1>과 같이 모터고정자의 슬롯 면적 대비 구리 도선이 차지하는 면적의 비로 계산이 된다. 점적률이 높아지면 <그림 2>와 같이 도선 간 빈 공간 영역이 작아진다. 따라서 상대적으로 권선 저항이 낮아지게 되고 도선간 접촉 면적이 증가함에 따라 열전달 계수가 높아져, 방열 효과도 증가하는 효과가 있다. 이러한 헤어핀 코일의 적용으로 원형도선 대비 모터의 성능을 향상시킬 수 있다.   식 1   그림 1. 헤어핀 코일   그림 2. 원형 도선과 헤어핀 코일의 비교(출처 : MG Motor article : Why 1% efficiency improvement means so much, Hairpin Technology : Hubiz)   헤어핀 코일은 <그림 3>과 같은 공정을 통해 조립된다. 제일 먼저, 원재료인 사각형 단면의 코일을 헤어핀 형태로 성형한 후 모터 고정자의 슬롯에 조립한다. 그 다음 같은 상끼리 연결될 수 있도록 트위스팅(twisting) 공정을 거친 후, 서로 접촉하는 도선끼리 용접하는 과정을 거쳐 완성된다. 추가로 도선에 용접될 부분의 절연재를 제거하는 등의 공정이 필요하다. 이처럼 헤어핀 코일 모터는 복잡한 제작 절차와 제작 공정이 필요하며, 특히 고난도의 용접 기술이 요구된다. 무엇보다 제조 공정 중 제품에 문제가 발생한다면 문제가 되는 부분만 처리가 불가능하기 때문에, 제작 공정이 처음부터 수행되어야 한다.   그림 3. 헤어핀 코일의 조립 공정(출처 : Maximising E-Machine Efficiency with Hairpin Windings, by Shaoshen Xue-Motor Design Limited)   이러한 문제를 해결하기 위해 최근에는 금속 3D 프린터를 사용한 모터 코일의 금속 적층제조에 대한 연구가 진행되고 있다. 금속 적층제조는 다음과 같은 장점이 있다. 제작 공정 간소화 : 헤어핀 코일의 3D 프린팅 공정 적용 시 3D 프린팅 장비만 있다면 기존의 복잡한 제작 공정이 필요 없으므로, 제작 공정을 보다 간소화시킬 수 있다. 일체화 : 개별 파트로 나누어진 헤어핀 코일을 일체화하여 하나의 부품으로 제작이 가능하기 때문에, 용접을 최소화한 공정이 가능하여 제작 중 파트 불량률을 최소화할 수 있다.  설계 자유도 향상 : 헤어핀 코일 형상의 제약이 없으므로 형상 구현의 자유도가 높기 때문에, 성능 향상을 위한 설계가 용이하다.  금속 적층제조를 고려한 헤어핀 코일의 설계를 위해서 시뮬레이션을 기반으로 전자기 성능 분석, 열 특성 분석, 적층 공정 해석의 전체 설계 및 제작 프로세스를 진행한다. 이 글에서는 앤시스 맥스웰과 앤시스 애디티브를 활용한 시뮬레이션을 기반으로 헤어핀 코일의 DfAM 및 적층공정 해석을 수행하며, 전체 제작 프로세스를 제시하고자 한다.     ■ 자세한 기사 내용은 PDF로 제공됩니다.