엔지니어링 컨설팅 기업, Simcenter를 사용해 시뮬레이션 프리프로세싱 시간을 절반으로 줄이고 프로젝트 소요 시간을 30% 향상시키다

마감일 미준수 및 비용 초과

DAA (Design Automation Associates, Inc.)는 항공 우주, 자동차, 산업 기계, 소비자 제품 및 조선 등 다양한 산업 고객에 기계 공학 및 분석 자동화 소프트웨어 컨설팅 서비스를 제공합니다. 1995년, 3명의 전 United Technologies 엔지니어가 설립한 DAA는 대규모 및 소규모 엔지니어링 프로젝트를 모두 지원하는 보유 직원 수 20명인 기업으로 성장했습니다.

DAA는 적시에 최저 비용으로 프로젝트를 제공해 오며 평판을 쌓았습니다. 그러나 최근 미국 미시간주 소재 정밀 제조사 CIGNYS의 프로젝트를 진행하는 과정에서 평판이 저하될 위기에 처했습니다. CIGNYS 부사장 Jeff Shelagowski는 “DAA는 CIGNYS가 신뢰하는 서비스 제공사지만, 최근 군사 프로그램의 해석 문제가 발생해 납기일을 준수하지 못했으며, 프로젝트 비용 초과가 발생했습니다" 라고 말합니다.

이 프로젝트는 DAA가 CIGNYS가 개발한 새로운 군용 모빌라이저에 대한 응력 해석을 수행하는 것이었습니다. 모빌라이저가 낙하산에 의해 지상에 떨어질 경우, 이로 인해 발생하는 응력과 휨을 견딜 수 있을지를 파악하는 것이 과제였습니다. DAA답지 않게 이 프로젝트에는 상당한 시간과 초과 비용이 들어갔습니다.

DAA 사장 겸 CEO John Lambert는 "CIGNYS와 고객사는 DAA로부터 일일 보고를 받아 전 과정을 투명하게 파악하고 있어 우리가 경험한 소프트웨어 문제를 알고 있었고 또 전폭적인 지지를 해 줬으며, 저희로서는 고객을 실망시켰다는 생각을 금할 수가 없었습니다"라고 말합니다. "여러 해석가를 동원해 밤낮없이 매달려 문제를 해결했으나 비용 초과가 발생했고 문제를 예측하고 억제하는 우리의 능력에도 의구심이 생겼습니다." CIGNYS 관련 프로젝트에 참여하지 않는 엔지니어까지 동원해야 했던 점도 DAA의 인력 가용성에 부정적 영향을 미쳤습니다.

CIGNYS는 이번 프로젝트에 대한 미흡함은 갖고 있지만, DAA와의 관계는 여전히 건재합니다. 이에 CIGNYS는 DAA에 비슷한 모빌라이저 프로젝트를 다시 한번 진행하면서 평판을 회복할 수 있는 기회를 제공했습니다. DAA는 이 기회를 놓치지 않고 잠재적 문제를 완화할 수 있는 솔루션을 개발했습니다.

과도한 시뮬레이션 프리프로세싱 시간

프로젝트 초과 비용이 발생한 원인을 조사하면서 DAA는 시뮬레이션을 실행하기 위해 해석 모델을 만드는데 너무 많은 시간이 소요됐다는 점을 파악했습니다. 시뮬레시이션 프리프로세싱은 전체 시뮬레이션 프로세스 중 가장 시간이 많이 걸리는 부분입니다. 해석자들은 지오메트리에서 불필요한 디테일과 형상을 수정 또는 제거하고 각 지오메트리 구성요소에 메시를 만든 후 각 구성요소 간 연결을 생성하고 하중과 경계 조건을 추가합니다.

DAA는 해석 모델링 단계가 예상보다 오래 걸렸다는 점을 파악했습니다. 예를 들어 첫 번째 모빌라이저에 사용할 지오메트리의 상당량은 박막 섹션으로 구성돼 있는데, 이는 해석 모델이 2D 메시를 필요로 한다는 뜻입니다. DAA 엔지니어는 메시에 필요한 표면을 만들기 위해 솔리드 지오메트리의 중간 표면을 만들어야 했습니다. 이를 통해 최대 100개에 이르는 표면이 나왔고, 이를 일일이 자르고 확장해 솔버에서 실행될 수 있게 메시를 연결하는 작업이 설상가상으로 이어졌습니다. 이 프로세스를 완료하는 데만 12시간이 걸렸습니다.

DAA의 기존 CAE 도구를 사용해 첫 번째 모빌라이저 프로젝트의 전체 프리프로세싱 단계를 마무리하는데 무려 63시간이 소요됐습니다. 이는 설계 변경을 처리하는데 드는 시간은 그나마 제외한 시간입니다. CIGNYS가 DAA에 지오메트리 변경에 따른 성능 변화 가능성을 평가해 달라고 요청했을 때 DAA 엔지니어는 변경 결과를 시뮬레이션하고 평가하기도 전에 설계 변경을 나타내기 위한 해석 모델을 완전히 다시 만드는 데 상당 시간을 쏟아부어야 했습니다.

이 프로세스는 뮬레이션용 모델을 준비하는 데만 이미 허용 가능한 수준 이상의 시간과 자원이 들어가는 결과로 이어지고 말았습니다. CIGNYS가 더 나은 제품을 만드는 데 도움이 될 결과를 평가하고 설계 변경을 고려하는데 소요된 시간이었습니다.

Simcenter 3D로 해석 모델링 시간 2배 단축

DAA는 시뮬레이션 프로세스를 제어하고 이전 프로젝트에서 발생한 문제를 반복하지 않기 위해 Siemens PLM Software의 Simcenter™ 소프트웨어를 시뮬레이션 프리프로세싱 및 실제 구조 해석 솔루션에 사용하기로 결정했습니다. DAA는 Simcenter 3D의 강력한 지오메트리 엔진이 해석 모델링 프로세스의 디피처링, 중간면, 연결 단계를 향상시키는 방법을 확인했습니다.

Siemens의 GTAC(Global Technical Access Center)를 통해 DAA 엔지니어는 Simcenter 사용법에 대해 빠르게 배울 수 있었습니다. 실제로 DAA는 Simcenter 3D를 사용하면서 상당한 시간을 절약했습니다. DAA 기계 엔지니어 Brian Carrigan은 “Simcenter 3D 툴을 사용하면 명령 하나로 특정 크기 이하의 구멍과 반지름을 삭제할 수 있습니다"라고 말합니다. "이는 프리프로세싱 시간을 크게 줄여줍니다."

또한 DAA는 다른 해석 프리프로세서를 사용했을 때 12시간 걸렸던 중간면 처리 프로세스를 Simcenter 3D를 사용해 단 1 시간으로 단축 할 수 있었습니다. DAA 엔지니어는 기존 툴을 사용할 때처럼 중간면을 확장하거나 다듬을 필요가 없어 이러한 시간 절감 효과를 달성할 수 있었습니다. Simcenter 3D에 내장된 구조 해석 솔버인 NX™ Nastran® 소프트웨어를 사용하면 지정된 공차 내에서 모든 노드에 대해 모서리와 표면을 서로 붙일 수 있습니다. DAA는 Simcenter 3D의 강력한 지오메트리 프리프로세싱 기능과 NX Nastran만의 연결 방식을 통합해 중간면 처리에 소요되는 시간을 92% 단축했습니다.

Simcenter 3D를 사용하면 초기 시뮬레이션 프리프로세싱 작업이 기존 시뮬레이션 툴을 사용할 때에 비해 두 배 빠릅니다. Simcenter 3D는 해석 모델이 지오메트리에 연결되어 있어 설계 변경이 있어도 전체 프로세스 속도가 단축됩니다. 엔지니어가 형상 변경이 성능에 미치는 영향을 알아보고 싶은 경우, 기본 형상을 변경한 후 Simcenter 3D를 사용해 최소한의 작업자 개입으로 기존 유한요소해석 (FEA)를 업데이트 할 수 있습니다. 이를 통해 DAA 엔지니어는 CIGNYS 설계 팀과의 협업 시간을 늘리고 해석 모델링을 수행하는 대신 한층 스마트한 엔지니어링 결정을 내릴 수 있는 신속한 설계 해석 반복을 할 수 있게 됐습니다.

고객 만족도 증가

DAA는 현재 프로젝트에 소요되는 해석 시간을 크게 단축할 수 있었을 뿐만 아니라 CIGNYS의 향후 프로젝트에서도 비슷한 절감 효과를 낼 수 있는 가능성을 확인했습니다. 무엇보다 Simcenter를 사용함으로써 DAA와 고객사 간 관계를 한층 공고히 할 수 있었습니다. Shelagowski는 "DAA는 실질적이며 가시적인 방식으로 CIGNYS에 미래 프로젝트에서 거둘 수 있는 비용 절감 효과와 신뢰성 및 예측가능성이 떨어지는 솔버 거동에 대한 노출 감소 가능성을 보여줬습니다" 라고 말합니다. "Simcenter의 이러한 기능은 우리가 경험한 문제를 직접적으로, 효과적으로 해결했습니다."

이 프로젝트를 통해 DAA는 Simcenter 3D가 다른 고객사의 미래 엔지니어링 프로젝트에 제공할 수 있는 이점도 확인할 수 있었습니다. Lambert는 "성공적인 프로젝트의 핵심에는 신뢰할 수 있는 초기 일정과 비용 추산이 있습니다" 라고 말합니다. "불확실성을 늘리고 유연성을 제한하는 요소는 프로젝트와 관련 조직의 비즈니스 성과 모두를 저해합니다. DAA는 Simcenter를 사용해 불확실성을 줄이고 유연성을 향상시키는 중요한 진전을 이뤘습니다."