인공 지능을 활용한 Autodesk 제너레이티브 디자인 설계

SHR (Stewart-Haas Racing 팀은 Autodesk의 제너레이티브 디자인(generative design)을 활용하여 32% 정도 가볍고, 50% 정도 강한 브레이크 페달을 만들었다.

SHR 팀의 목표는 챔피언십에서 우승하는 것이다. SHR 팀은 레이서인 콜 커스터(Cole Custer)에게 첨단으로 무장한 경주용 자동차를 제공해야 했다. 이를 위해 NASCAR 경주에서 사용되는 레이싱카에 고성능 부품을 탑재하기 위해 인공지능(AI) 설계에 눈을 돌렸다. SHR 팀은 무엇보다 안전을 최우선으로 하고, No. 41 포드 머스탱의 중요한 부품 가운데 하나인 브레이크 페달의 경량화에 착수했다. 

Fusion 360의 제너레이티브 디자인을 챔피언십 차량의 브레이크 페달에 적용하여 팀은 무게를 32% 줄이고 강성을 50% 높이는 것을 실현했다.

전통적인 제조 방법을 배제하다

레이싱 경주에서 안전과 성능 그리고 경량화를 위한 새로운 설계와 제조 혁신이 승리를 유지하는 데 중요한 역할을 한다. SHR 팀은 소프트웨어 선도 기업 Autodesk와의 파트너십을 지속하면서, 레이싱 자동차의 주요 부품인 브레이크 페달을 새롭게 설계하였다. 하지만 전통적인 제조 방법은 획기적인 발전을 제공하지 못했다. SHR의 엔지니어링 통합 관리자인 Walter Mitchell는 “우리는 무게 절감을 위해 브레이크 페달 프로젝트를 시작하였습니다. 기존의 페달 설계 프로세스는 전통적인 방법을 통해 설계 제조되기 때문에 여러 차례 수정을 반복하였지만 추가적인 중량 절감을 실현할 수 없었습니다”라고 설명했다.  

제너레이티브 디자인이 가속 페달을 밟다

“우리는 레이싱 트랙에서 정상적인 제동 작동을 시뮬레이션하기 위해, 자체 설계된 테스트 장비에서 페달을 테스트하였습니다.”(Walter Mitchell)

브레이크 페달은 안전과 관련된 중요한 차제 구성 요소이다. 하지만 SHR 팀은 레이싱 자동차를 더욱 경량화하기 위해 새로운 방법을 찾아야 했다. 이를 위해 인공지능(AI) 설계를 시도하였고, Autodesk의 Fusion 360에 포함된 제너레이티브 디자인 기술을 이용하여 여러 설계 옵션을 도출하고, 시뮬레이션 테스트를 위해 가장 적합한 결과물을 선택했다. Renishaw의 Ren 500Q 금속 3D 프린터를 통해 부하 테스트용 브레이크 페달을 적층 제조하였다.

“우리는 레이싱 트랙에서 정상적인 제동 작동을 시뮬레이션하기 위해, 자체 설계된 테스트 장비에서 페달을 테스트하였습니다.”(Walter Mitchell) 그는 이어 150파운드의 정상적인 제동 조건과 350파운드의 패닉 제동 하중에서 운전자 입력 하중을 시뮬레이션하기 위해 고정 장치에 페달을 설치하였다. 이러한 제동 작동은 3,000 바퀴의 제동을 나타내는 6,000번의 작동 주기로 수행된다. 그리고 페달은 그 모든 하중과 사이클을 완벽하게 잘 견뎠다.

레이싱에서 승리하다

Fusion 360의 제너레이티브 디자인으로 개발된 새로운 브레이크 페달은 무게를 32 % 줄이고, 강도를 50% 증가시키는 결과가 나왔다. “오토데스크 제너레이티브 디자인과 레니쇼의 금속 프린터를 활용하여 이전에는 불가능했던 성능 향상과 빠른 속도로 랩 타임을 단축할 수 있었습니다.”(Walter Mitchell)

초기 설계에서 시뮬레이션과 페달의 적층 제조 그리고 테스트 및 최종 부품 생산에 이르기까지 이 프로젝트를 완료하는 데 2달 밖에 걸리지 않았다. 그리고 레이스가 시작하기 2주 전에 브레이크 페달을 납품할 수 있었다. 속도가 최고 승부수인 레이싱 스포츠에서 인공지능 설계와 같은 새로운 기술을 통해, SHR 팀이 결승선을 제일 먼저 통과하는 데 큰 도움이 되었다. 

최근 Autodesk는 자동차 부품을 비롯하여 산업용 기계, 중장비 등 다양한 분야에도 인공지능(AI)을 활용한 제너레이티브 디자인을 적용할 수 있도록 eBook을 출간하였다. 이로써 새로운 접근 방식을 고민하는 모든 연구원과 엔지니어에게 새로운 아이디어 적용 사례를 제공할 수 있게 되었다.

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