엔지니어링을 변화시키는 Holo-Light 증강 현실

증강 현실이 엔지니어링의 작업 프로세스를 새롭게 정의한다. 하지만 업계의 많은 이들은 구체적인 이점에서 회의적인 시각이다. 구체적인 사례를 통해 어떤 이점이 있고 어떤 과제에 직면하게 되는지 살펴보자.

플로리안 하스핑거(Florian Haspinger): Holo-Light GmbH 공동 설립자 겸 CEO

핵심 내용

  • 엔지니어들은 엔지니어링 프로세스에서 하이폴리곤을 포함한 3D CAD 데이터와 적합한 AR 글래스 같은 전제 조건이 있다면 증강 현실을 이용할 수 있다.
  • 한 자동차 제조사는 AR 지원을 통해 이전 프로젝트에 비해 최대 15개월 정도 빠르게 컨셉트를 공개할 수 있었다.
  • 한 조선 해양업체는 AR 입력 장치를 사용하여 제조 공정에서 부품을 배치하고 생산을 가속화하였다.
  • 디지털 트윈과 조합하여 ‘what-if(상황 별 가상)’ 시나리오를 실행할 수 있다.

미래에는 설계자와 엔지니어 그리고 산업 디자이너들이 어떤 방식으로 작업을 진행할 수 있을까? 기술적인 작업 프로세스에 증강 현실(AR)을 통합하는 기업들이 늘고 있다. 다양한 프로세스와 마찬가지로 이 기술의 성공과 실패를 결정하는 것은 사용자인 직원들이다. AR을 일상적으로 사용하려면 직원들이 자신의 입장에서 지원을 어떻게 합리적으로 받을 수 있는지 알아야 한다. 엔지니어는 AR 업체인 Holo-Light의 ARS(Augmented Reality Engineering Space)로 3D CAD 데이터를 실제 환경에 홀로그램으로 시각화하고 조작하여 편집할 수 있다.

다음은 사용자가 어떤 응용 시나리오가 형성되고, AR이 기초 기술로서 어떤 과제를 제시하여 어떤 장점을 달성할 수 있는지 보여주는 사례들이다.

프로토타입 개발의 데이터 집약적 콘텐츠

사용자는 AR이 하이폴리곤을 포함하는 3D CAD 데이터를 실시간으로 고품질로 시각화해야 합리적으로 사용할 수 있다(사례, 디테일이 풍부한 모터, 수백 만개의 폴리곤이 있는 완성 차). 그런데 독립적인 AR 데이터 글래스는 1백만 개 미만의 폴리곤만 매끄럽게 만들 수 있다. 이런 제한된 컴퓨팅 성능으로 인해 CAD 모델의 폴리곤을 축소하여 준비해야 하는 경우가 있다. 이는 3D 모델의 품질을 제한하게 되며, AR로 시각화하는 것이 엔지니어링 프로세스에 큰 의미가 없을 수 있다. 예를 들어, 증강 현실을 사용하는 것이 새로운 차량 모델의 구상과 테스트 단계에서 3D 모델 품질이 불량하다면 부가가치가 없을 뿐만 아니라 일을 제대로 진행할 수조차 없게 된다. 프로토타입 제작은 시간과 자원이 많이 드는 일이다. 소량 시리즈 프로토타입의 경우, 대량 제품 제작과 동일한 프로세스를 사용해야 하기 때문에, 프로토타입 제작 비용과 시간을 감당하기 어렵다. 그런 이유로 독일의 한 자동차 회사의 기술 통합 분과는 새로운 제작 기술이 구현 가능성이 있는지, 빠르고 비용 효율적으로 검토하기 위해 Remote Rendering을 적용한 Augmented Reality Engineering Space(Ares Pro)를 사용하고 있다.

AR을 이용한 파이프 라인을 지정된 목표 위치에서 시각화하고 조작할 수 있다.

대형 시스템을 정확하게 묘사하는 데에 오랜 시간이 걸리지 않는다

엔지니어는 데이터 집약적인 CAD 데이터를 드래그&드롭 방식으로 소프트웨어에 로드한다. 이때 통합된 원격 렌더링 기술로 응용 로직 또는 콘텐츠 렌더링과 같은 까다로운 작업 프로세스를 아웃소싱할 수 있다. 컴퓨팅 성능은 헤드 마운트 디스플레이 자체에서 나올 필요가 없고, 자체 제어되는 강력한 로컬 서버(또는 클라우드)에서 제공한다. 따라서 세부 사항이 많은 개별 구성 요소 또는 전체 생산 시스템을 원본 그대로 표시하는 데에 오래 기다리지 않는다.

엔지니어는 정확한 축척의 시각화와 CAD 프로그램으로 사전에 작성한 컨셉트 및 프로토타입과의 상호 작용을 바탕으로 복잡한 시스템에서 중요한 조립 지점의 접근성과 장착 옵션 그리고 가시성을 이해할 수 있다. 무엇보다 홀로그래픽 3D 모델로 실제 형상을 중첩시켜 다양한 변형 컨셉트를 몇 분 만에 유연하게 평가할 수 있다. 또한 AR로 함께 설계를 검토하는 것은 일치하지 않는 세부 사항이나 간과하기 쉬운 설계 오류를 제품의 생성 프로세스 초기에 일찍 감지할 수도 있다. 따라서 위에서 언급한 자동차 제조사는 AR 지원이 없는 프로젝트에 비해 최대 15개월 정도 빠르게 컨셉트를 공개할 수 있었다.

가상 컨텐츠와의 정확한 상호 작용은 많은 기업들이 요구하는 사항이다. 하지만 지금까지 증강 현실 솔루션을 위한 최적의 운영 방식을 찾은 제조업체는 별로 없다. Microsoft의 AR 글래스 Hololens 2는 추가의 입력 장치 없이 작동하고, 제스처와 손가락 움직임에 의존한다. 이런 방식은 직관적이지만 정밀한 작업이나 측정에는 충분하지 않다. 따라서 새로운 수준의 정밀성을 위해 Holo-Light의 입력 장치 스타일러스 XR를 사용하고 있다. 펜 형태의 이 장치는 인공 지능을 사용하는 트래킹 덕분에 AR 환경에서 1 ~ 3mm의 정확도로 움직임을 파악할 수 있다.

Thyssenkrupp Marine Systems: 장착 오류 가능성을 제거하다

Thyssenkrupp Marine Systems도 이 AR 펜을 사용하고 있다. 이 조선해양업체는 잠수함 제조 과정에서 부품의 측정과 품질 검사를 디지털 방식으로 수행한다. 이 업체는 수 천 개의 부품을 정렬하고 용접하여 검사한다. 지금까지 엔지니어들은 볼트와 너트의 위치와 정렬을 대부분 아날로그 2D 종이 계획서를 이용하여 결정하였다. 이제 이 작업 공정이 AR 소프트웨어와 하드웨어를 조합하여 훨씬 짧아지고 간단해졌다. 엔지니어가 사무실에서 3D 모델을 Ares 소프트웨어에 로드하면, 소프트웨어가 볼트와 나사의 기본 위치를 조회하기 위한 좌표를 정의하고, 데이터 글래스 Hololens 2에 업로드한다. 물론 좌표는 스타일러스 XR로 선택할 수 있다. 가상의 부품이 표시 지점을 지정하고 올바른 위치에 배치하기 위해 시각적으로 피드백 한다. 엔지니어가 잠수함에는 가상 3D 모델과 실제 환경을 중첩시킨 후 AR 입력 장치로 나사를 조립해야 하는 위치를 표시한다. 조립 후 엔지니어는 AR 글래스와 소프트웨어를 통해 나사를 조립해야 하는 위치와 실제로 조립된 위치를 비교하고, 이를 통해 오류를 찾을 수 있어, 잘못 장착할 가능성이 거의 없다. 따라서 비용과 시간이 절감되고, 품질 개선과 생산 속도는 향상된다.

BASF는 공장 계획과 현실을 결합하였다

증강 현실의 또 다른 장점은 공장 계획에서 나타난다. 생산 현장이 끊임없이 변하고 있지만, 시스템에 저장된 데이터는 시간이 지나면 쓸모가 없어진다. 현장에 있는 정보만이 최신 상태를 유지한다. 따라서 디지털로 저장된 계획과 실제 구현되는 현실에 차이가 있다. 결과적으로 설계 오류로 인한 다운타임이 초래되고, 잘못된 계획은 비용을 증가시키게 된다. BASF는 디지털 세계와 현실 세계를 하나로 통합할 수 있는 솔루션을 찾았다. 이 회사는 생산 현장에서 구성 요소를 시각화하고 편집할 수 있는 도구가 필요했으며, 이어지는 계획을 위해 데이터 피드백도 필요했다. 현재 BASF 엔지니어들은 독일 서부 루드비히스하펜에 위치한 중간 생성물 공장 확장을 위해, AR 소프트웨어 Ares를 Hololens와 조합하였다. 이제 엔지니어들은 Augmented Reality Engineering Space를 사용하여 계획된 파이프라인과 어셈블리를 원하는 목적지로 가져올 수 있다. 또한 디지털 트윈을 통해 계획과 현실이 일치하는지 확인할 수 있으며, ‘what-if(상황 별 가상)’ 시나리오를 통해 계획된 공장 시스템을 잘 이해할 수 있게 되었다.

Ares와 같은 증강 현실 소프트웨어는 기술적 작업 프로세스를 최적화하는 데에 도움이 된다.

엔지니어를 위한 AR 소프트웨어 패키지

Ares 소프트웨어 패키지를 사용하면 협업 공간에서 복잡한 3D 모델을 장소에 구애받지 않고 어느 곳에서든 원활하게 편집할 수 있다. 엔지니어는 증강 현실 환경에서 CAD 데이터를 시각화하고 평가하고 조작할 수 있다.