첫 유럽 화성 탐사 임무를 위한 차세대 우주 과학 계기를 개발한 영국 팀

Leicester 대학 고객 사례

임무 수행에 필수적인 성능

하드웨어 하나를 우주로 쏘아올리는 데에는 1kg당 $30,000가 넘는 비용이 들어가며, 일단 지구를 떠난 뒤에는 문제를 해결할 수 있는 기회가 거의 없습니다. 성능 기준에 부합하기 위해 Leicester 대학 우주 연구 센터(Space Research Centre 또는 Centre라고도 함) 소속의 과학자와 엔지니어들은NX™ 소프트웨어 및 Teamcenter® 소프트웨어를 활용하여 엄격한 표준에 맞게 장비를 설계하고, 시뮬레이션하고, 제조하고 있습니다.

Centre는 NASA(National Aeronautics and Space Administration) 및 유럽 우주 기구와 같은 파트너와 긴밀히 협력하며 50년 동안 우주 연구에 몸담아 왔습니다. Centre는 센서, 망원경, 분광계 및 기타 과학기구와 관련 기계 구조, 전자 및 발전 시스템을 개발합니다. 프로젝트 포트폴리오에는 지구와 태양계 및 그 너머에 있는 다른 행성뿐 아니라 우주의 다른 별 및 은하계를 연구하기 위한 다양한 임무가 포함되어 있습니다. 실험실, 현장 제조 시설 등을 비롯한 광범위한 시설을 갖춘 Centre는 생명 공학, 모조품 기술, 미술 역사, 의학 등 여러 분야에 걸친 연구도 진행하고 있습니다. 직원과 학생들은 Siemens PLM Software에서 제공하는 NX와 Teamcenter를 활용하여 2018년에 결실을 맺을 것으로 예상되는 첫 유럽 화성 탐사 임무와 같은 프로젝트에 대한 라이프사이클의 기반을 다지고 있습니다.

우주 연구 센터를 관리하는 John Pye박사는 다음과 같이 말합니다. “우주로 장비를 보내려면 광범위한 개발 프로그램이 필요합니다. 하드웨어의 경우 요구 사항에 따라 작동하는지 검증되어야 할 뿐 아니라 엄격한 추적성 및 품질 검사도 이루어져야 합니다. 게다가 이 모든 작업을 엄격한 비용 및 일정 구속조건에 따라 진행해야 합니다.”

이 기계 설계 및 해석 팀은 15년 전에 NX의 구버전인 NX I-deas를 사용하기 시작했습니다. 우주 연구 센터의 CAD(Computer-Aided Design) 관리자이자 기계 엔지니어인 Piyal Samara-Ratna는 이 단체가 주로 3D 모델링 도구를 사용하여 단순한 구성을 개발한 뒤 이러한 구성을 열 및 구조 테스트에 사용했었다고 말합니다.

“세부적인 설계 중 대부분은 순전히 2D로 진행한 뒤 타사 소프트웨어 또는 수동 도구를 사용하여 장비를 제조했습니다. 이 방법은 같은 정보를 반복하여 오류 발생 가능성을 높였고 좋은 성능을 내지 못하는 문제점이 있었습니다.”

설계에서 생산까지의 프로세스 혁신

막 I-deas에서 NX로 전환하고 Teamcenter를 도입한 Centre는 워크플로를 완전히 바꿨습니다. “NX 모델링 도구로 인해 복잡한 2D 도면 제작에 신경을 써야 할 필요성이 사라졌습니다. 저희는 파라메트릭 모델링 기술과 WAVE 연결을 광범위하게 활용하여 지오메트리를 만듭니다. 치수를 변경하면 전체 어셈블리가 이에 반응하므로 변화하는 요구 사항에 빠르게 적응할 수 있습니다.”

Centre는 NX CAM을 사용하여 세 대의 4축 Tryax 밀링 기계와 한 대의 CNC(Computer Numerical Control) 선반을 돌리고 있습니다. 이러한 기계에는 엔지니어가 바로 보내 Teamcenter로 관리되는 모델을 사용할 수 있습니다. 시제품을 제작하고 실물을 보여 주기 위한 용도로 사용되는 3D 프린터도 있습니다. “저희는 원래 시제품 제작 도구를 사용하여 컨퍼런스 모델을 만들었지만 이제는 같은 도구를 설계 활동에 점점 더 많이 사용하고 있습니다. 이는 툴 액세스 및 화면 조회로는 부족하다는 사실을 이해해야 하는 통합 활동에서 특히 그렇습니다."

설계에서 생산에 이르는 전체 주기는 Teamcenter를 통해 관리됩니다. 이 도구는 제조 프로세스를 통해 생성되는 공구 경로 등의 정보를 수집하는 데 사용됩니다. 직원들은 요청 날짜 및 수량을 지정할 수 있습니다. 제조 팀은 추적성 정보 등의 기타 데이터를 추가합니다. 승인 팀은 검증 프로세스를 자세히 설명하는 제조 후 검사 보고서를 추가합니다. 데이터를 보호하고 적용된 프로세스를 요약하기 위해 상태 기능이 사용됩니다(예: 작업을 내부에서 수행했는지, 외부 업체에 맡겼는지 여부). 전체 워크플로를 적절하게 감사할 수도 있습니다.

개념에서 발사장까지

우주 연구 센터에 있는 MIXS(Mercury Imaging X-ray Telescope) 계기의 상임 기계 엔지니어인 Ivor McDonnell은 NX가 정말 강력하다고 말합니다. MIXS는 유럽 우주 기구의 수성 탐사 임무인 Bepi Colombo에 따라 2015년에 발사될 예정입니다. McDonnell은 다음과 같이 말합니다. “NX를 활용하면 다양한 설계 및 제조 단계 사이를 원활하게 전환할 수 있으며 전체 주기가 통합됩니다. 저희는 모든 측면에서 MIXS 프로젝트에 활발하게 참여하고 있으며 발사 하중을 시뮬레이션하기 위해 NX와 NX Nastran®을 통해 진동 테스트 등의 모든 주요 테스트 활동을 지원하고 있습니다. NX 도구를 활용하면 실제 설계 환경과의 연관성이 높아집니다.”

2018년에 허블 우주 망원경을 대체할 예정인 JWST(James Webb Space Telescope) 관련 프로젝트도 NX 및 Teamcenter를 사용하여 이익을 보았습니다. 이 망원경의 주 반사경은 넓이가 있어서 허블 반사경보다 6배가 더 크며, 보호를 위해 테니스 코트만한 차광막이 설치되어 있습니다. 이 야심 찬 프로젝트는 네 개의 과학 계기 중 하나인 MIRI(Mid Infrared Instrument)를 개발하고 있는 국제 협회의 기계 엔지니어링 팀인 Leicester 대학이 이끌고 있습니다. 우주 연구 센터에 있는 MIRI의 선임 기계 엔지니어인 Jon Sykes는 다음과 같이 말합니다. “NX는 툴 액세스를 비롯해서 할당된 공간과 계기의 모든 기계적 측면을 살펴보고, 계기를 NASA로 운송하는 데 사용될 지상 지원 장비를 설계하는 데 매우 유용했습니다. 이는 일반적인 시스템보다 비용이 훨씬 덜 들어가는 혁신적인 솔루션으로, 저희는 시제품 모델을 NASA로 배송하여 성공적인 테스트를 마쳤습니다. “

협업 증진을 통한 주기 단축

Samara-Ratna는 “NX와 Teamcenter를 통해 훨씬 더 많은 것을 이룰 수 있다“고 말합니다. “두 도구를 함께 사용하면 다양한 분야의 전문가가 협력하고, 상호 작용하고, 설계 문제에 대해 토론할 수 있는 통합된 환경이 만들어집니다. Teamcenter를 통해 모든 정보를 얻고 프로젝트를 관리할 수 있습니다. 예를 들어, 화성 탐사 로봇을 위해 저희가 설계한 계기는 Teamcenter 내에서 완전히 관리가 이루어지고 있습니다. 저희는 이 도구를 통해 유연성과 보안성이라는 두 마리 토끼를 모두 잡았습니다. 실수가 시스템을 통해 전파될 수 없으므로 누군가가 나쁜 영향을 미칠 수 있는 변경사항을 적용할 위험이 없습니다. 저희 전자 엔지니어들은 완전한 3D 전자 기판을 저희 모델로 내보낼 수 있습니다. 또한 전기 설계와 기계 설계가 통합되어 효율성이 증진되고 재설계 시간이 줄어들었습니다. 그 결과 개념에서 최종 제품까지 걸리는 시간이 훨씬 더 줄어들었습니다.”

Samara-Ratna는 계속해서 협업의 장점에 대해 설명합니다. “저희는 규모에 관계없이 각자 자체 소프트웨어를 사용하는 다양한 기관과 협업하고 있습니다. NX는 다양한 데이터 형식을 처리할 수 있으며 동기식 기술은 마치 저희가 설계한 것처럼 모델을 조작할 수 있게 해줍니다.”

연구가 현실이 될 때까지

Samara-Ratna는 Centre의 공급업체인 TEAM Engineering이 큰 도움이 되었다는 사실을 강조합니다. “TEAM Engineering의 전문가들은 단순히 교육과 소프트웨어를 제공해 주는 사람들이 아닙니다. 그들은 특히 기술 활용 면에서 저희가 보유하고 있는 도구를 최대한 활용할 수 있도록 도움을 주는 파트너입니다. 이들 덕분에 저희는 English Heritage와 함께 역사적 유물이 있을지 모를 14세기 무덤을 조사하게 되었습니다. 또 저희는 고성능 엔지니어링 분야에서 부가적인 가공을 사용할 수 있도록 이 업계의 다른 기업들과 협력하고 있습니다.”

Samara-Ratna는 다음과 같이 결론을 내립니다. “NX 제품 개발 솔루션은 저희가 하는 일에 절대적으로 필요하며, 이제 저희에게 없어서는 안 될 요소입니다. 저희는 NX의 도구를 더 많은 학생들에게 제공하고 있으며, 그 활용 영역을 엔지니어링 환경에서 프로젝트 관리로 확장하고 있습니다.”