Siemens의 디지털 엔지니어링 프로세스 IPE

고객들의 기계에 대한 개별적인 요건이 커지면서 점점 복잡해지고 인텔리전트 기능들이 탑재되고 있다. 동시에 기계 제조사들의 시간과 경쟁적 압박도 커지고 있다. Siemens가 IPE(Intelligent Performance Engineering)를 통해 이러한 과제를 경제적으로 해결하고 있다.

라훌 가르크(Rahul Garg): Siemens Digital Industries Software Industrial Machinery and Mid-Market Program 부사장

핵심 내용

  • 기계 제조사에 대한 고객들의 요건이 까다로워지고, 납기에 대한 압박도 계속 커지고 있다.
  • Siemens는 디지털 엔지니어링 프로세스인 IPE (Intelligent Performance Engineering)를 통해 이를 지원하고 있다.
  • 개발 시간이 초기 단계부터 단축되고, 문제는 비용 효율적으로 해결하고 있다.

개별화된 기계의 수요가 갈수록 증가하면서, 기계 제조사들도 이에 대응하고 있다. 하지만 이러한 개별 과정은 복잡한 개발 과정을 동반한다. 이에 Siemens의 IPE(Intelligent Performance Engineering)는 기계 제조사들의 엔지니어링 기술을 지원하고 있다.

디지털 기술을 구현한다

기업이 새로운 기계를 도입하고 경쟁력을 유지하기 위해, 인더스트리 4.0 환경으로 전환해야 하는데 결정적인 역할을 하는 것은 기술이다. 하지만 기업을 변화하게 하는 일련의 요소들이 있다. 고객이 요구하는 명세서와 요건들이 이에 속한다. 이를 위해 매일 증가하는 응용 사례들의 성능 요건을 충족해야 하고, 이를 뛰어넘는 폭넓은 지원이 필요하다.

이런 요소들로 인해 고객에게 빠르고 비용 합리적으로 서비스를 제공하면서, 글로벌 경쟁에서 두각을 나타낼 수 있어야 한다. 원칙적으로 이런 목적들이 중요하지만, 디지털화를 통해 고객의 요건을 충족하고, 기업이 자문할 수 있도록 만드는 것은 바로 역동적인 기술이다. 그리고 유연성과 복잡성에 대한 요건을 충족하기 위해서는 기술의 한계를 돌파해야 한다. 하지만 기계 거동을 파악하지 않고, 데이터를 피드백할 수 없다면 이러한 목적을 달성할 수 없다.

이와 관련하여 디지털 스레드는 일관성과 높은 성능을 보장하기 때문에, 혁신적인 기계 컨셉트를 제공할 수 있다. 이 제품은 개별화와 글로벌 경쟁 그리고 시뮬레이션과 같은 몇 가지 중요한 매개변수를 제공한다. 또한 IPE를 실제로 적용하면 안전성과 신뢰성 그리고 경제성이 보장된다. IPE는 디지털 스레드와 연동하여 기계 신뢰성과 성능에 대한 고객의 요건 그리고 설계 평가, 검사, 테스트에 대한 요구 사항 사이에서 균형을 유지하기 위해 필수적이다.

시뮬레이션으로 성능을 측정한다

기계 제조업체는 빠른 사이클 속도와 높은 운영 안정성 그리고 촉박한 납기로 기계를 완성해야 하기 때문에 다양한 물리적 프로토 타입을 이용하는 기존 테스트와 달리 시뮬레이션을 수행할 수 있다. 이를 통해 IPE, 시뮬레이션 및 테스트의 상호 작용은 현대 기계 공학의 핵심 요소들을 고려할 수 있다.

새로운 시스템을 설계하거나 기존 시스템을 변경하는 경우, 고객에게 전달하기 전에 기계를 먼저 설계와 테스트를 진행하는데 이는 매우 중요한 과정이다. 즉, OEM (Original Equipment Manufacturer)은 다양한 디지털 시뮬레이션과 분석 도구를 통해 다양한 설계 변형이 구성 요소와 장치 또는 기계의 성능이나 고장 거동에 어떻게 영향을 미치는지, 이에 대한 데이터를 얻을 수 있다. 그리고 제품 개발 과정에서 기계 구성에 대한 문제를 제기하고, 훨씬 비용 효율적으로 해결할 수 있다.

기존 방법에서는 ​​설계와 시뮬레이션 프로세스 간에 수동 전송이 있었다. 엔지니어는 설계 수준에서 시뮬레이션을 실행하여 기본적인 평가와 결정적인 설계 분석을 얻을 수 있고, 이는 재차 추가 시뮬레이션으로 이어진다. 기업들은 사이클 속도가 빨라지고 납기가 짧아짐에 따라 초기 단계부터 시뮬레이션을 수행해야 한다는 압박을 받고 있다. 여러 가지 물리적인 프로토 타입을 테스트하고, 시뮬레이션과 테스트가 효율적으로 함께 작동하는 것이 목표이다.

빠듯한 납기에도 불구하고 높은 안전성을 가진 기계를 설계하기 위해 디지털 모델로 시뮬레이션을 수행한다.

기계 데이터를 분석하고 통합한다

시뮬레이션을 수행하려면 다양한 속성을 확인하기 위해 여러 도구를 사용하는 일정량의 수작업이 필요하다. 기본 시뮬레이션은 전자기 간섭이나 열 및 구조적 하중 또는 진동과 같은 여러 가지 문제에서 상호 종속성을 일관되게 매핑할 수 없었다. 이러한 상황은 보다 지능적인 시스템에서 더욱 심화되고, 케이블이나 전자 장치 그리고 소프트웨어의 복잡성이 증가시켰다. 설계자는 설계 안전성을 검증하기 위해 기본 분석을 수행할 수 있지만, 기본적인 분석으로 기술적 절충이 성능에 미치는 영향을 조사할 수 없었다. 또한 컨셉트를 너무 과도하게 설정하여(오버 엔지니어링) 그로 인해 많은 테스트를 실행해야 했다. 따라서 추가 비용이 발생하거나 기계 중량이 증가하고, 안전 요건을 충족하기 위해 기계 성능이 저하될 수 있다. 따라서 분석가는 복잡한 프로세스에 대해 시뮬레이션 도구의 정교함과 설계 도구의 통합 부족을 관리해야 하고, 프로세스가 지연되면 시간이 경과하여 쓸모없는 설계를 분석해야 한다.

이에 대해 디지털 트윈을 포함하는 디지털화 프로세스는 최적의 통합 수준이 필요하다. 포괄적인 디지털 트윈은 구성 요소와 시스템의 다양한 속성에 대한 정확한 시뮬레이션을 향상시킨다. 이는 보다 안정적이고 지능적인 기계를 신속하게 제공하기 위한 전제 조건을 형성한다. 또한 디지털 스레드를 통해 설계, 분석, 생산, 테스트 및 고객 서비스에서 엔지니어링 팀 간의 정보 교환이 수월해진다. 각 팀은 이러한 방식으로 기술을 평가하고 제품 변형을 효율적으로 제한할 수 있다. OEM은 설계자와 분석가 그리고 ‘실시간’ 수집 데이터 간의 통합이 개선됨에 따라 IPE를 통해 설계 시간을 단축하는 동시에 기계의 성능을 향상시키고 안전성과 신뢰성 그리고 비용 효율성을 유지할 수 있다.

제품이 추후에 어떻게 거동할지 확인한다.

IPE는 전체 수명 기간의 제품 거동을 예측할 수 있는 정확한 모델을 생성하여 신뢰성을 높이고 위험을 평가한다. 오늘날 시장에 대한 IPE의 접근 방식은 A에서 Z까지 산업용 기계를 파악하고 기계 및 플랜트 제조업체의 요건과 문제를 이해하는 데 있다. 이러한 질문에 대해 도출되는 데이터는 다음의 중점 사항 별로 설명할 수 있다.

• 고객은 다중 물리적 시뮬레이션을 통해 한 지붕 아래에서 다양한 속성을 조정할 수 있다. 예를 들어, 열과 기계적 응력 분석을 조합한 해석, 즉 다음과 같은 질문을 고려해야 한다. 온도가 상승하면 어떻게 되는가? 그리고 제품 안정성에 어떤 영향을 미치는가? 다중 물리 시뮬레이션의 각 측면은 함께 구현하여 개별적으로 요구되는 여러 가지 요건을 동시에 충족한다. 물리적 영역을 통해 성능을 조정할 수 있는 장점이 있다.

• 폐루프 검증은 테스트 범위를 확장한다. 테스트 벤치는 기계 프로토타입과 작동 중인 기계와 마찬가지로 테스트 환경의 역할을 할 수 있다. 기계를 테스트 분석의 일부로 실시간 피드백 형태로 사용하면 훨씬 더 많은 정보를 얻을 수 있다.

복잡성을 경쟁 우위로 사용한다.

산업 플랜트의 복잡성 증가와 짧은 납기에 대한 고객의 요건을 감안하여 산업계의 OEM은 효과적이고 신뢰할 수 있는 시뮬레이션을 구축해야 한다. 이를 바탕으로 산업용 기계를 개발한다는 것은 경쟁업체보다 생산성, 정확성 및 효율성 간에 최적의 균형을 디지털 방식으로 빠르게 찾는 것을 의미한다. Siemens Digital Industries Software는 기업이 엔지니어링과 제조 그리고 전자 설계 영역에서 미래의 요건을 충족하는 ‘디지털 공장’으로 변화를 촉진한다. ‘Xcelerator’를 사용하면 소프트웨어, 서비스 및 응용 프로그램을 개발하고 기업의 디지털화를 가속화하기 위해 플랫폼을 포함하는 광범위한 포트폴리오를 사용할 수 있다. 이는 복잡성을 경쟁 우위로 사용하기 위한 전제 조건이 되며, 강력한 산업 네트워크의 효과를 촉진한다.

MM 주제 관련 정보

‘IPE’란 무엇인가?

IPE (Intelligent Performance Engineering)는 기계 제조업체가 차세대 기계 제조의 복잡성에 대처하기 위해 비용과 위험을 줄이는 데 도움이 되는 디지털 스레드이다. 디지털 프로세스는 동일한 디지털 환경 내에서 각 팀을 연결하여 디자이너와 엔지니어가 함께 효율적으로 작업할 수 있다. 설계와 시뮬레이션 그리고 검증이 동시에 실행되어 출시 시간과 개발 비용을 줄일 수 있다.