새로운 수소 밸브 개발 시 반복 작업 감소

OMB Saleri S.p.A. (OMB)는 1980년 주거용 가스 및 수도 응용 분야를 위한 소형 금속 부품과 밸브를 개발하기 시작했습니다. 가스 안전 및 고압 응용 분야에서 얻은 경험을 통해 자동차, 항공우주 모듈 또는 방위 프로젝트와 같은 다른 시장 부문으로 생산 범위를 확장할 수 있었습니다. 가스 안전 부문에서는 가스 저장 및 재료 처리를 위한 선박 작업을 담당합니다.

OMB는 30년 이상 CNG(압축 천연가스)와 수소(H2) 성분을 사용하여 세계에서 가장 진보되고 혁신적인 OEM(주문자 상표 부착 방식 제조업체) 중 하나로 자리매김했습니다.

산업 전반에 걸쳐 다양한 응용이 가능해지면서 H2는 전 세계적으로 빠르게 주목을 받고 있습니다. 수소는 사용 시 이산화탄소(CO2)를 배출하지 않습니다. 따라서 대기 오염 물질이 적게 생성됩니다. 이는 탄소 배출량 감소가 시급하면서도 달성하기 어려운 산업 프로세스와 경제 부문을 탈탄소화하는 솔루션을 제공합니다. H2는 유럽의 청정 에너지로의 전환을 위한 핵심 우선 순위입니다.

이와 관련해서 자동차 연료 전지 시장에서는 석유, 가스와 같은 기존 연료 대신 H2 사용이 확산되고 있습니다. OMB와 같은 회사는 이러한 요구에 부응하고 안정적인 컴포넌트를 제공하기 위해 새로운 기술을 개발해 왔습니다.

OMB는 주유소에서 고압 탱크, 압력 조절기 및 마지막으로 연료 전지에 이르는 H2 흐름 경로를 관리할 수 있는 완전한 제품군을 보유하고 있습니다. 이 밸브는 일반적으로 경차와 트럭에 사용됩니다. OMB의 목표는 H2 저장에 사용되는 700bar 이상을 견딜 수 있는 안정적인 밸브를 제공하는 것입니다.

OMB 저압 팀은 프로젝트 관리자이자 재료 엔지니어인 Fatima Patricia Amores가 주도하고 있습니다. OMB의 제품 엔지니어인 Marco Bosio는 연료 전지의 저압측인 수소에 사용되는 밸브를 개발하는 데 주력해 왔습니다. 고객은 연료 전지의 양극 측면에 대한 회사의 지식을 통해 음극 측면도 구축할 수 있습니다. 따라서 연료 전지 스택 팩의 음극측에 밸브를 제공할 수도 있습니다.

OMB는 도전적인 프로젝트에 맞설 의지가 있으며 처음부터 밸브를 개발하는 데 익숙합니다. 이들 제품의 대부분은 자동차 시장의 격차를 메우는 혁신적인 솔루션입니다. 따라서 설계 수정을 통해 밸브의 기능을 개선하고 고객의 기대에 부응하는 설계를 구현하는 방법을 파악할 수 있는 우수한 소프트웨어가 필요합니다.

시뮬레이션은 비례 밸브의 동적 응답, 양극 배수 밸브의 흐름 속도 조정, 최악의 허용 오차 조건에서 온탱크 밸브 동작 예측과 같은 문제를 해결해야 합니다.

OMB는 첫 번째 시뮬레이션에 Simcenter™ Amesim™ 소프트웨어를 사용했습니다. Simcenter Amesim은 소프트웨어, 하드웨어 및 서비스로 구성된 Siemens Xcelerator 비즈니스 플랫폼의 일부입니다. 압력 제어 밸브에 중점을 두고 밀봉 패드의 기계적 변형, 흐름 속도 및 자기력을 시뮬레이션했습니다. 특정 설계가 밸브에 어떤 영향을 미치는지 더 잘 이해하기 위해 정지된 상태에서 시뮬레이션을 수행했습니다. 이 첫 번째 연구를 바탕으로 밸브를 시뮬레이션하고 압력 변화에 대처하는 데 필요한 시간을 평가하기 위해 Simcenter Amesim 모델을 만들었습니다.

다양한 코일 제어 전략이 압력 제어에 어떤 영향을 미치는지, 출구 압력을 얼마나 잘 조절할 수 있는지 연구했습니다.

Simcenter Amesim에서 예측한 출력과 밸브에서 나오는 출력 간의 상관 관계를 파악하기 위한 테스트 계획이 논의되고 합의되었습니다. "현재 설계는 검증되었으며 밸브는 생산 중입니다."라고 Bosio는 말합니다.

복잡한 시스템의 컴포넌트를 설계할 때 항상 테스트와 3D 시뮬레이션에 의존할 수는 없습니다. 따라서 시스템의 역동적인 발전을 신속하게 구현해야 하는 작업자에게는 시스템 시뮬레이션이 필수적입니다.

이 경우 Simcenter Amesim을 사용하여 설계 반복을 줄이고 시간이 많이 소요되는 테스트를 피할 수 있었습니다.

"Simcenter Amesim을 사용하면 프로토타입 단계에서 반복 시간을 줄일 수 있습니다. 즉, 평균적으로 프로젝트 시간을 6주 단축할 수 있습니다."라고 Bosio는 말합니다.

"이제 신제품이 개발되면 새로운 설계의 타당성을 검증하기 위해 최소한 한 번의 시뮬레이션을 예측합니다. 안전 응용 분야와 관련된 밸브의 경우 일반적으로 일부 오류 모드도 시뮬레이션합니다." Bosio에 따르면 OMB가 시뮬레이션 도구를 사용하여 성공하는 데 기여한 세 가지 주요 요소가 있습니다.

먼저 Simcenter Amesim은 주요 기업에서 사용되는 소프트웨어입니다. 또한 그래픽 사용자 인터페이스(UI)는 직관적이며 요소에 대한 자세한 설명이 포함되어 있습니다.

Amores는 "주요 기업에서 널리 사용되는 소프트웨어이므로 효과적으로 협업하고 네트워크를 구축하며 모듈을 더 큰 시스템에 통합할 수 있습니다. 게다가 직관적인 그래픽과 빠른 학습 곡선도 갖추고 있습니다."라고 설명합니다. OMB의 기술 이사인 Renato Santulli는 다음과 같이 덧붙입니다. "시뮬레이션된 각 요소에는 이론 및 학술 문헌에 대한 명확한 참조와 함께 자세한 설명이 제공됩니다. 또한 각 요소의 기본 방정식은 C 언어로 명확하게 구현되어 시뮬레이션 대상을 보다 정확하게 이해하는 데 관심이 있는 모두를 만족시킵니다."

시뮬레이션이 없다면 OMB는 보다 혁신적이거나 시간이 많이 소요되는 테스트 시퀀스가 필요할 것입니다. 실패할 경우 설계를 검토해야 하고 이는 프로젝트 주요 단계에 영향을 미칠 것입니다. Bosio는 다음과 같이 말합니다. "Simcenter Amesim은 신제품을 신속하게 개발하는 데 큰 도움이 되었습니다. 시뮬레이션 전에는 밸브를 완성하는 데 몇 년이 걸렸을 것입니다."

또한 귀중한 파트너인 BSim의 도움을 받아 Simcenter Amesim을 효율적으로 사용하도록 교육하고 특정 용도에 가장 적합한 솔루션을 찾기 위해 새로운 라이브러리를 조사할 수 있었습니다.

"훌륭한 지원 팀과 함께 지속적으로 개발되고 있는 우수한 소프트웨어입니다. 신제품을 개발할 때 빠르고 정확한 답변을 받는 것은 매우 중요합니다. 이것이 바로 OMB가 Siemens와 BSim 간의 협력을 높이 평가하는 이유입니다."라고 Bosio는 끝을 맺습니다.

OMB와 BSim은 현재 물(H2O), H2 및 질소(N2)의 혼합물이 일정 부피에 도달하고 응축된 후 재순환하는 양극 수분 분리기를 시뮬레이션하는 방법을 조사하고 있습니다. 이 경우 Simcenter Amesim이 H2에 대해 협력할 훌륭한 파트너가 될 것으로 기대하고 있습니다.

오늘날 기술적 가치를 지닌 혁신적인 제품은 경제적 보상으로 돌아옵니다. 따라서 OMB는 H2 시장을 위한 강력한 가치 사슬을 만들고 자동차 품질 표준에 도달하기 위해 전 세계 기업과 협력하려고 합니다.

시뮬레이션을 통해 고객 요청에 부응하고 시장의 기대에 더 근접한 제품을 설계할 수 있습니다. 또한 시뮬레이션의 예측 특성은 개발 프로세스를 구상하는 방법에 영향을 미칩니다. 오랜 테스트를 기다리지 않고 다양한 설계를 비교할 수 있으며 이를 통해 회사의 노하우가 향상됩니다.

혁신을 주도하는 선구자라는 OMB의 모토는 기술 혁신을 적극적으로 환영하려는 회사의 태도를 보여주는 좋은 방법입니다. OMB는 아이디어를 촉진하는 역할을 합니다. 연륜이 있는 공동 작업자의 경험과 젊은 엔지니어의 혁신이 조화를 이룹니다. 따라서 수년간의 업무 경험을 통해 얻은 지식은 새로운 관점으로 엔지니어링 문제에 직면한 사람들에 의해 최적화됩니다.

앞으로 회사는 '밀레니얼 세대' 엔지니어의 고유한 기술 콘텐츠에 의존하고자 합니다. 목표는 제품을 지속적으로 개선하여 더욱 혁신하는 것입니다.