Teamcenter와 NX를 활용하여 개념에서 생산에 이르기까지 전체 엔지니어링 프로세스를 디지털 방식으로 전환

모듈식 항공기 접근 방식 채택

A&D(항공우주 및 방위) 산업에서 파일럿 교육은 매우 길고 비용이 많이 드는 프로세스일 수 있으며, 여기에는 다양한 제조업체에서 만든 여러 다른 플랫폼이 사용될 수 있습니다. 이러한 플랫폼을 구현하는 항공기는 계속해서 속도, 크기, 가격이 증가하고 있습니다. 각 항공기에는 자체 유지보수 프로세스, 제조업체, 공급망, 도구 등이 있습니다. 이로 인해 운영 시 상당한 부담이 발생할 수 있으므로, 항공기 설계 및 조달에 있어서 보다 적응력이 뛰어나고 미래 지향적인 접근 방식이 필요하다는 점이 분명히 드러납니다.

영국의 군용 경량 제트기 개발업체인 AERALIS는 특정 임무 요구사항에 맞는 맞춤형 항공기를 개발하여 항공기 제작 방식을 혁신하기 시작했습니다. 이 회사는 현재 'Phoenix'라는 세계 최초의 모듈식 군용 제트기를 개발하고 있으며, 이를 통해 AERALIS는 경량 제트기 및 훈련용 제트기 조달의 수명 주기 비용 곡선을 줄일 수 있다고 확신하고 있습니다. CCF(Common Core Procelage, 공통 핵심 동체) 개념을 기반으로 이 모듈식 제트기를 제작함으로써 엔진과 날개 부착물을 다양화하고 임무 요구사항에 맞추어 다양한 성능 특성을 구현하도록 조정할 수 있습니다.

AERALIS의 획기적인 제품은 세 가지 핵심 요소로 구성된 AERSYSTEM으로 명명되었습니다. 첫 번째는 AERSIDE(AERALIS’ Smart Integrated Digital Enterprise)로, 항공기 수명 주기 전반에 걸쳐 데이터를 중앙 집중화하고 활용하여 설계에서 운영에 이르기까지 보다 원활한 협업과 최적화를 촉진합니다. 포괄적인 디지털 트윈에 중점을 둔 AERSIDE는 전 세계 공군 및 방위 조직의 훈련 효과, 작전 능력, 비용 효율을 향상하는 솔루션을 제공합니다. 두 번째는 AEROSA(AERALIS Open Systems Avionics)로, 전체 시스템을 재인증할 필요 없이 소프트웨어 시스템 구성요소를 교환할 수 있습니다. 이 솔루션을 사용하면 센서 로드아웃을 모듈화할 수 있으며 향후 새로운 기술을 더 간편하게 채택할 수 있습니다. AERSYSTEM의 마지막 구성요소는 AERCORE로, 공통 핵심 동체 시스템과 일련의 모듈 제품군을 결합하여 역할별 항공기 구성을 생성합니다.

AERALIS의 또 다른 제품은 유연한 군용 제트기 '서비스형 항공기'인 AERFLEX입니다. AERFLEX는 방위용 경량 항공 지원 서비스로, AERSYSTEM과 함께 사용할 경우 신뢰할 수 있는 서비스 파트너와 협력하여 필요에 따라 재구성 가능한 항공기를 제공할 수 있습니다. AERALIS의 디지털 프로그램 관리자인 Charlie Jones는 "AERFLEX는 Red Air, Surrogacy 및 Display Team 사양으로 서비스를 확장할 수 있는 옵션을 제공하고 유연성이 뛰어나며 상당한 비용을 절감하는 이점이 있습니다."라고 말합니다.

AERALIS는 첫 번째 사양인 Advanced Jet Trainer에 대한 상세 설계를 진행해 오고 있습니다. Phoenix를 개발하고 솔루션을 구축하는 지난 몇 년 동안, AERALIS 팀은 디지털 방식을 통해 항공기 개발 속도를 높이고 활용도를 최적화할 수 있음을 깨달았습니다. AERALIS는 Siemens Digital Industries Software와 파트너십을 맺고 Teamcenter® 소프트웨어 및 NX™ 소프트웨어와 같은 다양한 솔루션을 사용하여 이러한 목표를 달성합니다. Teamcenter와 NX는 소프트웨어, 하드웨어, 서비스로 구성된 Siemens Xcelerator 비즈니스 플랫폼의 일부입니다.

현재 항공우주 및 방위 산업에서는 다수의 매뉴얼을 활용하여 유지보수가 이루어지고 있으며, 플릿 최적화의 상당 부분을 운영자가 직접 수행하고 있습니다. 이로 인해 여러 곳에 흩어진 데이터가 발생하지만, 이러한 데이터는 프로세스 최적화에 제대로 활용되지 못하고 있습니다. AERALIS는 항공우주 및 방위 산업 분야에서 도구와 학습 방법이 성숙기에 접어들기 시작하는 기회를 보았지만, 많은 주요 기업이 레거시 시스템을 사용하고 있어 도입이 매우 느리고 제대로 이루어지지 않았습니다. Jones는 "우리는 스타트업이었기 때문에 백지 상태에서 시작할 수 있었습니다. 첫날부터 디지털 프로세스를 도입할 수 있었죠."라고 말합니다. AERALIS는 프로세스 초기부터 포괄적인 디지털 트윈을 갖추고 고객에게 이를 제공하여 비용 곡선을 줄이고 인도되는 항공기의 성능을 높일 수 있습니다. 이로 인해 AERALIS는 전체 프로그램에 걸쳐 진정한 엔드 투 엔드 디지털 엔지니어링을 통해 완전한 디지털화 엔지니어링이라는 AERALIS 비전을 제공할 수 있는 역량을 갖춘 디지털 파트너를 찾고 있었습니다. "AERALIS는 Teamcenter와 NX를 통합함으로써 설계 작업을 시작할 때부터 협업형 접근 방식을 도입할 수 있었습니다. 이제 우리는 유망해 보이는 MBSE, 안전 및 설계 최적화와 관련된 몇 가지 새로운 제품을 채택하는 것을 검토하기 시작했습니다."라고 Jones는 말합니다.

AERALIS는 자체 프로세스를 디지털 방식으로 혁신하면서 협력하는 파트너 및 공급업체가 아직 디지털 트랜스포메이션 프로세스를 구현하지 못했을 수 있음을 인식하고 있습니다. 예를 들어, AERALIS는 고객이 항공기를 최적화하고 비행 데이터를 전달하며 유지보수가 필요할 때 조언하도록 지원할 수 있지만 고객은 이러한 기술을 도입할 준비가 되어 있나요? 디지털 성숙도를 낮추는 데 이처럼 주저하는 현상을 극복하기 위해 Jones는 "Siemens와의 긴밀한 협력을 통해 전 세계 규제 기관 및 운영자에게 익숙한 프로세스를 구축하는 동시에 세계적 수준의 디지털 엔지니어링을 사용하고 처음부터 디지털 모델을 생성함으로써 존재하는 디지털 기회를 최대한 활용할 수 있었습니다."라고 말합니다.

AERALIS Phoenix 항공기의 공기 흐름 시뮬레이션 이미지 제공: AERALIS

Teamcenter를 활용하여 디지털 엔터프라이즈 확장

AERALIS는 다양한 Siemens 솔루션을 사용하여 디지털 엔터프라이즈를 확장하고 있으며, 특히 Teamcenter를 디지털 스레드 백본으로 활용하고 있습니다. AERALIS는 모듈식 제트기 제품군을 효율적이고 신속하게 설계, 개발, 제조, 인증할 수 있는 디지털 엔터프라이즈를 구축하고 있습니다. 그뿐만 아니라 생명 유지 장치를 통해 각 공기 시스템의 작동을 모니터링하는 에코시스템을 구축해야만 지속적인 감항성(airworthiness)을 보장할 수 있습니다. AERALIS는 Teamcenter가 도구 세트뿐만 아니라 AERSIDE와 완전히 통합하려는 목표와 주제별 전문 지식을 갖추고 있음을 파악하여 PLM(제품 라이프사이클 관리)을 디지털 스레드 백본으로 확립했습니다. 또한 Teamcenter를 활용하여 제품 변형 관리가 포함된 설계 및 엔지니어링 BOM(Bill-of-Materials)을 관리할 계획입니다.

AERALIS의 수석 PLM 및 설계 도구 엔지니어인 Callum Watson은 "Siemens는 지능적으로 협업하고 AERSIDE 여정을 촉진할 수 있도록 효과적으로 지원하려는 분명한 동기가 있었으며, 이는 우리의 요구사항에 대한 Teamcenter의 지속적인 지원과 구성을 통해 입증되었으며 디지털 스레드를 실제로 유연하게 만들었습니다."라고 말합니다. 현재 AERALIS의 엔지니어는 여러 주요 공급 업체, 계약자, 설계 파트너와 협력하여 Teamcenter 및 NX를 통해 항공기를 실시간으로 설계하고 있습니다. Hamble Aerostructures는 이러한 공통된 비전을 확인하고 NX를 채택하여 AERALIS 작업에 경쟁사 제품을 대체했습니다. Jones는 "여러 파트너와 협력하여 NX를 기반으로 항공기의 다양한 요소를 동시에 설계함으로써 효율을 향상했습니다."라고 말합니다.

Hamble Aerostructures와 설계 작업을 협업하려면 비용이 많이 들고 복잡할 수 있는 기존 CAD(Computer-Aided Design) 설정과 Teamcenter를 통합해야 하거나 완전히 새로운 접근 방식이 필요했습니다. AERALIS는 NX와 그 기능을 탐색할 수 있도록 소규모의 민첩한 설계팀과 함께 NX를 시험 사용해 볼 기회를 포착했습니다.
약 5개월 만에 AERALIS는 Teamcenter 사용법을 배우는 데 그치지 않고 팀이 설계 파트너와 협업하고 요구사항을 효율적으로 공유할 수 있는 환경을 갖추게 되었습니다.

AERALIS의 모듈식 트윈 엔진 버전 이미지 제공: AERALIS

NX를 사용한 CAD 프로세스 간소화

AERALIS 팀은 NX의 여러 다른 기능도 사용하여 CAD 엔지니어링 프로세스를 간소화합니다.

Watson은 "NX는 이미 항공우주 분야에서 자리를 잡은 검증된 CAD 도구지만, NX를 항공우주 산업의 요구사항에 맞게 더 원활하게 조정하기 위한 로드맵에 더 집중하고 있습니다" 라고 말합니다. "PLM 관리형 에코시스템에서 CAD를 활용할 수 있게 됨에 따라 국내외 설계 파트너와 협업형 설계 환경을 구축하는 동시에 구성 제어 및 상용 규칙 기반 액세스와 관련된 모범 사례를 유지할 수 있게 되었습니다. 또한 통합을 통해 부품, 어셈블리, BOM(Bills of Material)을
특히 요구사항 및 시스템 모델과 함께 디지털 스레드에 연결합니다."

이와 더불어 AERALIS는 NX를 활용하여 항공 구조, 프레임, 리브 및 스파의 모델링을 단순화함으로써 협업 설계 작업을 지원할 수 있습니다. 또한 WAVE 지오메트리 링커(Geometry Linker)를 사용하여 설계 파트너 간에 공유되는 지오메트리 인터페이스를 제어함으로써 단일 정보 소스를 보장하고 중복 없이 LH/RH 부품을 관리할 수 있습니다.

AERALIS가 사용하는 또 다른 중요한 도구는 어셈블리 배열로, 다중 구성, 다중 변형 제품을 설계할 때 매우 유용한 기능을 수행함이 입증되었습니다. 이를 통해 AERALIS의 CAD 엔지니어는 각각에 대한 여러 설계 솔루션을 조립하고 어셈블리 탐색기에서 솔루션을 빠르게 전환할 수 있습니다. AERALIS 팀은 다양한 발전 설비 솔루션과 그 구조, 단일 또는 트윈 구성, 심지어 랜딩 기어의 다양한 압축 하중에 이르기까지 아이디어를 동일한 환경에서 신속하게 모델링하고 해석할 수 있습니다.

또한 CheckMate는 설계 파트너 간에 모델링 표준을 적용하고, 검사를 자동화하고, 더 높은 수준의 작업을 위한 인적 자원을 확보하는 데 중요한 역할을 했습니다. 추출 경로를 통해 사용자 친화적인 제품을 설계하는 데 중요한 시스템 설치 및 유지보수 접근성을 더 정확하게 이해할 수 있습니다. Human Modeling(휴먼 모델링) 기능은 인체 측정 방식으로 연결된 모델을 구현하여 시뮬레이션하고 테스트 파일럿을 입력하며 조종석 설계를 지원함으로써 설계 반복의 효율을 향상합니다. HD3D 도구, 특히 시각적 보고 및 요구사항 검증을 통해 설계 사양을 쉽게 해석하고 검증할 수 있습니다. NX의 또 다른 도구인 간섭/간격 체크를 기반으로 시스템 설계 안전 거리를 평가하여 AERALIS 팀에 안전 표준을 제시합니다. NX 결합/PMI 기능은 다운스트림 프로세스를 지원하여 제조 및 공동 설계 작업의 효율을 향상합니다. 전반적으로 이러한 기능을 통해 AERALIS는 설계 워크플로를 최적화하여 정확성을 높이고 협업을 강화하며 표준 준수를 보장할 수 있습니다.

AERALIS 고등 제트 훈련기. 이미지 제공: AERALIS

지속 가능성과 디지털 접근 방식 전망

AERALIS는 개방형 시스템 항공 전자 아키텍처를 추진하고자 효율적인 프로세스와 지속 가능성이라는 이점이 있는 Siemens 솔루션을 사용해 왔으며 앞으로도 계속 사용할 것입니다. "우리는 새로운 기술을 훨씬 더 빠르게 채택할 수 있으며 새로운 하드웨어와 새로운 소프트웨어를 모두 훨씬 더 빠르게 적용할 수 있습니다. 이는 처음부터 개방형 시스템 아키텍처를 기반으로 항공기를 제작하는 방식 덕분입니다."라고 Jones는 말합니다. "일부 소프트웨어를 업데이트해야 하거나 새로운 하드웨어가 등장하는 경우 훨씬 더 빠르게 도입할 수 있으며 일반적으로 환경이 비행에 미치는 영향을 크게 줄일 수 있습니다."

AERALIS는 Siemens Xcelerator 솔루션을 계속 사용하여 Phoenix 및 향후 제품을 개발할 계획입니다. 앞으로 AERALIS는 궁극적으로 모든 범위의 유인 및 무인 항공기 제품을 개발할 것입니다. 이들은 Opcenter, HEEDS 및 기타 Siemens 솔루션을 비롯해 Siemens Xcelerator 비즈니스 플랫폼 내에서 디지털 백본을 추진하는 데 유용한 다양한 솔루션을 계속 도입할 것입니다. Jones는 "AERALIS는 단일 정보 소스를 갖춘 디지털 스레드 구축이라는 Siemens의 목표에 부합하는 강력한 비전을 추구합니다. AERALIS와 Siemens는 이러한 비전을 실현하기 위해 계속 협력해 나갈 것입니다."라고 말합니다.