제조 기업, Simcenter Amesim을 사용해 "시장에서 가장 에너지 효율적인 직조기" 개발

직조기 선구 업체

생산 기계 산업에서는 속도가 중요합니다. 재활용 종이, 첨단 직물 등 무엇을 생산하든 생산 속도는 높은 것이 좋지만 비용은 그렇지 않습니다. 21세기에 제조사는 새로운 환경 문제와 역사상 가장 심각한 경제 위기에 대처해야 합니다. 무엇을 제조하든 에너지 절약이 필수적입니다.

ESTOMAD (Energy Software Tools for Sustainable Machine Design) 컨소시엄은 2009년 LMS International (현 Siemens Digital Industries Software), Flanders’ Mechatronics Technology Centre, JOBS, EC Engineering, Institute of Industrial Technologies and Automation, FIDIA 및 루벤 가톨릭 대학교 (벨기에)의 참여로 2009년 구성됐습니다. 이 유럽 연구 프로젝트의 목표는 에너지 효율을 중요한 기계 설계 매개변수로 고려하는 기계 개발 프로세스를 만드는 것입니다.

Picanol은 ESTOMAD 프로젝트에 참여하는 산업 기업 중 하나입니다. 이 기업은 공기 분사 및 레이피어 기술에 기반한 첨단 직조기를 개발하고 제조합니다. Picanol은 75년간 직조기 업계에서 선구적 역할을 하며 세계적인 기업으로 자리매김 했습니다. 벨기에 이퍼르 (Ypres)에 위치한 본사와 더불어 아시아, 미국, 유럽 등지에 공장을 두고 있습니다. 현재 전 세계 2,600여 곳의 방직소에서 Picanol 제품을 사용하며, 총 13만 대의 직조기가 사용되고 있습니다.

에너지 효율 모색

엄격한 시장 규제와 치열한 경쟁 환경으로 생산 기계 산업은 기계 설계 프로세스를 향상시켜야 합니다. 제조사는 엄격한 공중 보건 요구사항을 준수하는 고성능 기계를 제공해야 합니다. 혁신은 언제 어디서든 빠르게 도입됩니다. 이러한 점을 고려하면 혁신적인 제품을 한층 빠르게 선보일 수 있으려면 초기 단계 시뮬레이션이 필수적입니다. 또한 업계는 최근 고객 기대치의 변화도 경험하고 있습니다.

Picanol의 연구 개발 매니저 Kristof Roelstraete는 “구매가나 성능에만 해당되는 것이 아닙니다. 점점 더 많은 고객이 총 소유 비용이 가장 좋은 기계를 선택하는 경향을 보이고 있습니다. 초기 투자 비용 뿐만 아니라 전체 기계 라이프사이클에 드는 유지관리 및 운영비까지 고려합니다” 라고 말합니다.

에너지 가격 인상으로 운영비 관리에 에너지 소비 절감은 필수가 됐습니다. 저희 제품은 직조기를 최저 비용으로 운영해 최상의 원단 품질을 제공해야 합니다. 저희는 경쟁력을 확보하기 위해 에너지 효율을 구현하는 데 주력합니다.

확장 가능한 최적화 지원

ESTOMAD 프로젝트 프레임워크 내에서 Picanol은 성능을 저하시키지 않고도 직조기의 에너지 효율성을 향상시킵니다. 가톨릭 대학교와의 긴밀한 협력을 통해 Picanol R&D 엔지니어는 직조기의 주 통력선 내 에너지 흐름 모델을 제작하는 작업부터 시작했습니다. 이는 복잡한 작업입니다. 모든 내부 에너지 이동을 정확히 예측하고 국소 에너지 누출을 보여줘야 합니다. 각 컴포넌트에 대한 에너지 거동을 상세히 표현하면서 전체 기계의 다중물리 환경과 통합돼야 합니다. ESTOMAD 컨소시엄은 Siemens Digital Industries Software의 Simcenter Amesim™ 소프트웨어를 산업용 기계에 대한 에너지 관리 연구를 수행할 메카트로닉 시스템 시뮬레이션 플랫폼으로 선택했습니다. 엔지니어는 Simcenter Amesim을 활용해 삽입 시스템부터 기어박스 및 메인 샤프트 모터에 이르는 다양한 직조기 하위 시스템의 에너지 흐름을 일관적으로 해석할 수 있습니다.

확장 가능한 에너지 흐름 최적화를 지원하기 위해 Simcenter Amesim GUI (graphical user interface)와 기계 컴포넌트 라이브러리는 엔지니어가 친환경 기계를 설계할 수 있도록 특별히 업그레이드 됐습니다. Picanol 엔지니어는 최초 단계부터 기계 설계를 최적화 해 에너지 효율성을 중요한 성능 요건으로 처리합니다.

개발 프로세스에서 한 단계 더 나아가 Simcenter Amesim은 Siemens Digital Industries Software의 Simcenter 3D 소프트웨어와 결합됩니다. 이를 통해 상세 역학 및 운동학 모델링이 필요한 복잡한 직조기 3D 메커니즘도 시뮬레이션하고 최적화할 수 있으며, Simcenter Amesim의 새로운 기능을 활용해 한층 친환경적인 설계를 제공합니다.

플랫폼 커스터마이제이션 툴인 Simcenter Amesim 서브모델 편집 툴을 사용해 모든 필요한 전력과 에너지 변수를 기본적으로 통합할 수 있으며, 이는 에너지 절감 목표와 관련 있는 특정 컴포넌트를 쉽고 빠르게 제작하고 평가할 수 있습니다. ESTOMAD 연구 프레임워크와 루벤 가톨릭 대학교의 특별 찬조로 Picanol 엔지니어는 Simcenter Amesim with the MATLAB® 환경을 매끄럽게 연결해 매개변수 식별을 수행할 수 있었습니다. Picanol-ESTOMAD 프로젝트는 Simcenter 모델과 직조기에서 측정한 수치 간 정확한 상관관계를 보여주며, 이는 미래 기계 개발 프로세스를 개선하는 데 도움이 될 중요한 연구 결과입니다.

모델 기반 시스템 엔지니어링 활용

방대한 Siemens Digital Industries Software 포트폴리오는 직조기 초기 단계 최적화 시 Picanol을 지원하며, 모든 중요한 성능, 내구성, 소음 및 진동 매개변수를 조화시키면서 에너지 소비를 최소화합니다.

Roelstraete는 “Siemens Digital Industries Software의 제품과 지원에 매우 감사 드립니다. 시장에서 가장 에너지 효율적인 직조기를 설계하는 데 도움이 됩니다. Simcenter Amesim과 같은 플랫폼은 고급 모델 기반 시스템 엔지니어링의 전제 조건인 완전한 다중물리 시스템을 설명하기 위해 연결되는 방대한 컴포넌트 라이브러리를 제공합니다.MATLAB이나 Python과 같은 스크립팅 프로그램으로 이를 구현하는 건 비현실적입니다."

에너지 절감과 에너지 관리에 주력하는 더 많은 프로젝트가 가까운 미래에 시작될 예정입니다. Picanol은 시장에서 가장 친환경적인 직조기를 설계함으로써 이러한 움직임을 주도할 수 있는 최적의 입지에 있습니다. Roelstraete는 또한 모델 기반 시스템 엔지니어링이 미래 생산 기계 산업의 표준 설계 절차가 될 것으로 전망합니다.