미래를 개선하기 위한 복잡한

도전과제들을 해결하기 위한 시뮬레이션 기술

Dan Headrick
3 January 2019

기업은 수익 증대, 생산성 향상 및 리소스 보존을 위해서 뿐만 아니라 점점 더 복잡해지고 있는 도전과제들에 대한 대응을 빠르게 하기 위해 지속가능성을 추구합니다. 많은 기업들이 실제 제품 출시 이전에 보다 빠르고 최적화된 결과를 얻기 위해 가상환경에서의 컴퓨터 시뮬레이션 기술을 활용하고 있습니다.

프랑스 북서 해안선에 위치한 브레스트 항구에서, 연구원들은 최근 움직이는 해류의 물결막 조수차를 이용한 터빈의 첫번째 실험을 수행했습니다. 이 움직임은 특정 전기 기술을 이용하여 사용 가능한 에너지로 바뀝니다.

 이 재생 에너지 기술을 개발하고 있는 프랑스 기업인 EEL Energy는 조력 에너지가 태양이나 풍력 에너지보다 더 효율적이며, 오염이나 낭비를 일으키지 않고, 시각적으로나 소음적인 측면의 영향력이 적어 야생 생물에게 어떠한 해도 끼치지 않으며, 선박들의 항해를 방해하지 않는다고 말합니다. 엔지니어들은 컴퓨터 시뮬레이션을 통해 모든 복잡한 상황을 파악할 수 있습니다.

 EEL Energy의 과학자 Astrid Deporte는 "디지털 시뮬레이션 덕분에 오류를 방지하고 제한된 테스트 비용 내에서 최적화를 수행할 수 있습니다."라고 말합니다. "모든 것은 디자인과 시뮬레이션 사이에서 상호 의존적이며, 이를 통해 제품의 부분 디자인별 최적화가 아니라 하나의 글로벌 디자인을 빠르게 최적화할 수 있습니다.”

EEL Energy는 실제로 조력 터빈을 제작하기 전에 시뮬레이션 기술을 사용하여 가상으로 물결막이 성능이나 실용성, 비용효율성 측면에서 수용할 만한지 테스트해 볼 수 있습니다. 이를 통해, 컴퓨터 상에서 여러가지 지속가능성 관련 목표치를 만족시키기 위해 단 하나의 물리적 프로토타입을 제작하고 테스트해 볼 수 있는 시간안에 잠재적으로 수천가지의 가상 프로토타입을 테스트해볼 수 있습니다.

“시뮬레이션은 에러 발생을 피하면서도 제한된 비용 내에 최적화를 수행할 수 있도록 도와주는 고마운 기술입니다.”

ASTRID DEPORTE
EEL ENERGY의 과학자

"시뮬레이션을 통해 더 낮은 비용과 짧은 시간에 많은 '가상' 테스트를 수행할 수 있습니다."라고 Deporte는 말했습니다. "이는 조력 터빈의 안정성을 개선하고 위험을 분석하는 동시에, 특히 테스트를 위한 비용을 최소화할 수 있도록 해줍니다."

시뮬레이션은 제품 기획 속도를 높이고, 비용을 절감하며, 더욱 정확한 의사 결정을 지원합니다. 연구자들은 재료를 적게 사용하면서도 제조가능한 디자인을 설계하여 테스트 및 검증해보고, 신속하게 최적화할 수 있습니다. 또한 제조 작업자들을 보호하기 위한 안전항목이나 제품의 사용 기간을 늘려주는 유지관리 측면, 사용되는 재료의 총량을 최소화하거나 위험 물질에 대한 대안 재료를 찾고, 재활용을 용이하게 하는 등의 요소를 분석하여 환경에 미치는 영향 최소화 등 다양한 측면을 고려한 설계를 단시간에 해낼 수 있도록 도와줍니다.

사악한 도전과제

UN 세계환경발전위원회에서 설명한 바와 같이 지속가능성은 단순해 보입니다. 즉, 미래를 희생하지 않고 현재의 요구를 충족시키는 것입니다. 하지만 지속가능성을 달성하는 것은 결코 간단하지 않습니다. 사실, 지속 가능성의 복잡성은 John C. Camillus 피츠버그대학 전략경영학과 교수가 “사악한” 도전 과제라고 부르기까지 하는 데서 이해될 수 있습니다. 변화는 지속적으로 일어나고, 전례 없는 도전과제들이 생겨나며, 해결책을 찾는 일은 결코 끝나지 않기 때문에 이렇게 불립니다.

EEL Energy는 해류에서 "헤엄치는"하는 파동막을 디자인했습니다. 막이 움직이면, 전문화된 전자 기기를 통해 움직임이 사용 가능한 에너지로바꿉니다. (이미지 © EEL Energy)

지속가능성은 이제 훌륭한 거버넌스 또는 수익성 및 생산성과 동의어가 되었기 때문에 크고 작은 조직들에게 공통 주제가 되었습니다. 그러나, 올바른 지속가능성을 실현하기 위해서, 정부와 기업들은 시간이 지남에 따라 급변하는 변수들과 프로세스들을 평가하고 관리하고 예측하기에 고군분투하고 있습니다.

또한 지속가능성을 실제 실천하는 것은 고려해야 할 요소의 수를 증가시키기 때문에 복잡성을 더욱 증가시킵니다.

"이전에는 시스템이 한 가지 주요 요소(일반적으로 일부 통화 지표)에 따라 관리 및 설계되어 왔습니다. “오늘날에는 소위 3가지 기본으로 여겨지는 사람과 이익, 지구가 균형을 이룰 수 있도록 기업들이 제품과 서비스를 개발하는데 보다 복잡하고 비선형적인 메트릭스를 채택하는 추세입니다.”라고 바로셀로나에 위치한 Complexity Labs (시스템 사고 및 복잡도 이론을 다루는 e-러닝 웹사이트)는 자사 홈페이지에 설명하고 있습니다.

엔지니어는 컴퓨터를 사용하여 시스템 동작을 재현하여 수학 모델을 기반으로 결과를 시뮬레이션 하여 제품 설계를 최적화할 수 있습니다.

컴퓨터 보조 엔지니어링(CAE)이라고도 하는 컴퓨터 시뮬레이션은 비행 시뮬레이터에 사용되었던 1950년대부터 존재해 왔습니다.

US$134.5억

MarketsandMarkets는 세계 시뮬레이션 소프트웨어 시장이 2017년의 62억 6천만 달러에서 2022년에는 134억 5천만 달러로 5년 만에 두 배 이상 성장할 것으로 전망하고 있습니다

오늘날, 시뮬레이션이 새로운 것은 엄청난 양의 데이터와 그 정교한 기술력 떄문입니다. 이는 인도에 소재한 B2B 시장 조사 및 분석 회사인 MarketandMarkets가 세계 시뮬레이션 소프트웨어 시장이 2017년 62억 달러에서 2022년까지 134.5억 달러로 5년 만에 두 배 이상 성장할 것이라고 예측하는지 설명하는 데 도움이 됩니다.

시뮬레이션은 매우 생산적인 기술입니다. 시뮬레이션은 컴퓨터가 작동하는 세계 어디에서나 올바른 소프트웨어를 통해 연중무휴 24x7로 수행 가능합니다. 기존의 설계 방식은 속도가 느리고, 비싸고 정교한 테스트 장비를 사용하기에 종종 어려울 때도 많았습니다.

시뮬레이션 솔루션

"오늘날 아무도 시뮬레이션 없이 어떤 것도 설계하지 않습니다."라고 신시내티 대학(UC)의 항공우주 엔지니어링 및 엔지니어링 기계학 교수인 Shaaban Abdallah가 말했습니다. Abdallah는 로스앤젤레스와 샌프란시스코를 연결하는 900마일(1448km) 길이의 튜브 속을 승객을 태운 캡슐형 자동차가 시속 700마일(1127km)까지 질주할 수 있는 시스템인 하이퍼룹(Hyperloop)을 설계하는 경진대회인 SpaceX 대회에 참가중인 UC 학생팀의 지도교수입니다. “이것은 다른 수준의 복잡성입니다."

Hyperloop UC 팀장인 Heath Palmer는 Hyperloop 디자인의 시뮬레이션 결과치를 리뷰 중이다. (이미지© Jorge Betancourt)

하이퍼룹에는 자석 가속기와 압축 공기 베어링이 통합되어 있어 일반적으로 휠 사용을 방해하는 마찰력을 제거합니다. 이 방식은 바퀴를 회전하는 대신 문제의 역학을 바꾸고 있습니다. 시뮬레이션은 이 문제를 해결하는 데 도움이 될 수 있습니다.

이 설계는 또한 지진이나 정전 및 승객 변동과 같은 운영 유지보수와 측정하기 어려운 변수들을 예측합니다. 안전하고, 안정적이며, 경제적이고, 자체 추진력이 뛰어난 디자인이여야 합니다. 간단히 말해서, 복잡합니다.

하지만 하이퍼룹 UC 팀이 배운 아이러니 중 하나는 이러한 복잡성이 실제 시뮬레이션을 개선한다는 것입니다. 오픈 소스 설계 프로젝트이기 때문에, 전 세계 엔지니어 및 데이터 분석가가 하이퍼룹 설계에 기여할 수 있습니다. 또한 이러한 환경에서는 이전의 디자인들과 복잡한 시뮬레이션 결과와 문제들을 통해 향후 시행할 시뮬레이션을 개선하고 훨씬 더 어려운 문제를 해결할 수 있습니다. 이는 새로운 아이디어, 즉 하이퍼룹과 관련이 없는 아이디어에도 불을 붙일 수 있습니다.

"이제 시뮬레이션을 통해 더 많은 반복적 설계 변경 작업을 수행하고 결과를 표시할 수 있습니다. 이로 인해 자원이 부족한 사람들 또한 복잡한 설계를 사용할 수 있게 되었습니다."라고 하이퍼룹 UC 팀의 구조 분석 시뮬레이션을 담당하고 있는 Jorge Betancourt는 말합니다. “시뮬레이션을 통해 모든 다른 팀들 또한 자신들의 아이디어가 우수하다는 것을 증명할 수 있습니다.” ◆

세계에서 가장 지속가능한 기업

2018년, 다쏘시스템은 Corporate Knights Global 선정 세계에서 가장 지속 가능한 기업 100에서 1위로 선정됐습니다. 7년 연속 상위권에 올랐습니다만, 각 회사 제품의 지속가능성 평가 지표가 새로 추가되면서 1위를 차지하였습니다. 제품과 자연, 삶을 조화롭게 하고, 개선시키는 시뮬레이션 기술을 포함한 3DEXPERIENCE 플랫폼이 추구하는 가상 세계는 지속 가능한 혁신의 중심에 있으며, 다양한 선도기업들의 사례를 통해 그 힘을 인정받고 있습니다.

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