산업용 설계 기업, NX를 사용해 개인 운송 기술 성능과 시판 가능성의 새로운 표준을 확립하다

편리하면서도 멋진 통근

도심에서 전기 외발 자전거로 다니려면 미묘한 무게 전달 기능이 갖춰져야 하며, 편안함과 성능이 갖춰지려면 섬세한 설계가 뒷받침돼야 합니다. Uniwheel이 외발 자전거 설계를 인체공학적이며 안정적인 설계로 변환하게 된 계기는 산업 디자인 관점에서 시작됐습니다.

런던에 본사를 둔 Uniwheel의 Steve Milton 부사장은 “시장에 나와있는 대부분의 전기 외발 자전거 설계는 단순합니다. 네모 페달이 달린 본체 내부에 전자 장치가 장착된 형태이죠" 라고 설명합니다. “사용자 피드백을 보니 상자형 모양때문에 다리 부상을 입었다는 내용이 있었습니다. 그래서 저희는 편안하면서도 안전하고 즐거운 사용자 경험을 제공하기로 했습니다.”

Uniwheel의 목표는 섬세한 설계를 거친 제품을 시장에 최초로 선보이는 것이었습니다. 이 목표는 Uniwheeld이 첫 컨셉트를 내놓은 지 7개월 만에 최초 제품을 출시하면서 달성됐습니다. PLM (Product Lifecycle Management) 전문 기업 Siemens Digital Industries Software의 NX ™ 소프트웨어가 전체 개발 프로젝트를 진행하고 성공을 거두는 데 핵심적 역할을 했습니다.

외발 자전거의 형태와 기능 간 균형을 이루다

설계팀은 첫 번째 컨셉트부터 NX를 사용해 통합 조명이 있는 외장 플라스틱 케이스 스타일과 페달 및 모터용 금속, 페달 겉면 그립과 같은 상세 사항 등의 요소의 기본 3D 모델을 생성했습니다. 주요 과제는 정교한 전자 장치와 소프트웨어, 제거 가능한 배터리 팩, 모터, 휠 하우징을 담은 본체를 만드는 것이었습니다. 케이블 하네스가 들어갈 적절한 공간을 찾는 것이 관건이었습니다. 본체를 인체공학적으로 만드는 데 주력한 상황에서 3D 커브는 큰 역할을했습니다. Carson Brown은 "NX는 훌륭한 스타일링 기능과 포괄적인 표면 기능을 갖고 있습니다" 라고 말합니다.

설계 프로세스 전반에 걸쳐 안전을 최우선 순위로 삼고 다양한 센서를 페달이나 핸들과 같은 다양한 위치에 포함시켜야 했습니다. 센서를 사용하면 페달에 발을 올리고 내릴 때, 디바이스를 지면에서 들어올릴 때 모터가 알아서 반응합니다. 모터가 한계에 이르는 것을 막는 차단 지점도 있습니다.

휠과 타이어 설계 시 상당한 아이디어가 투입됐으며, 지면과 닿는 표면에 안정성을 더하고 배터리 수명을 보존하기 위해 타이어 압력을 재정의했습니다. 또한 설계팀은 그립을 향상시키기 위해 NX를 사용해 물이 빠르게 흘러갈 수 있는 특정 트레드 패턴을 설계했습니다.

간섭 또는 충돌 문제가 없는지 확인하기 위해 NX 내에서 약 400가지 구성요소와 25개 툴링을 생성하고 평가했습니다. 3D 프린팅을 사용해 빠르게 프로토타입을 제작했으며, 여기에는 기계 방향에 따라 조명이 바뀌고 일광 수준에 따라 조정되며 사용자가 속도를 늦추면 더 밝아지는 양방향 조명이 들어갔습니다.

견고한 내충격성 플라스틱인 트라이탄 합성수지로 본체를 제작했으며, 충격을 흡수하기 위해 실리콘 고무로 오버몰딩 했습니다. 엔지니어들은 일상적으로 사용되는 외발 자전거 프로세스를 복제하기 위해 실제 마모 테스트를 수행하기 위한 테스트 장비를 고안했습니다. Uniwheel 설계자 Steve Godden은 “본체는 상당히 복잡하지만, 테스트 중에 발견한 문제는 외관 문제가 전부였으며 표면의 상세 사항을 쉽게 보고 수정할 수 있었습니다" 라고 말합니다. "우리는 NX를 사용해 탁월한 정밀도와 명료함을 얻었습니다."

예측가능성으로 압력 문제를 해결하다

툴링 작업을 위해 여러 글로벌 공급업체가 줄을 섰고, Uniwheel 설계자는 설계 의도를 명확히 전달할 수 있어야 했습니다. NX와 CAD 파일 직접 전송 기능을 사용해 툴링과 제조 프로세스에 대한 명확하고 건설적인 논의를 할 수 있게 됐습니다. 조명을 수정하는 과정에서 툴링이 단 한 번 수행됐습니다. Milton은 “NX는 처음부터 확신을 줬습니다" 라고 말합니다. "NX로 모든 것을 검증하면 공급업체로부터 받을 문의가 줄어들 것임을 알고 있었습니다."

Uniwheel 팀은 NX를 사용해 모든 설계 요소를 망라하는 방식을 최적화 해 전체 중량을 1kg 이상 줄여 총 무게를 10kg 이하로 만들었습니다. 이는 모터 케이스 특허 출원을 하는 성과로 이어졌습니다. 팀은 또한 본체에 나사 구멍이 드러나지 않도록 했으며, 전체 조립도 쉽게 만들었습니다. Uniwheel의 런던 연구개발부는 단 1시간 만에 완제품을 만들어 냅니다. 초기 아이디어가 나온 후 불과 7개월 만인 2015년 12월, 마침내 최초의 전기 외발 자전거 완제품이 출시됐습니다.

Uniwheel 설계팀에겐 NX의 신뢰성과 안정성이 매우 중요했습니다. 설계자 Mark Kennell은 “이번 경험을 통해 NX의 강력함과 우수한 예측가능성에 대해 알게 됐으며, 개발 소요 시간도 딱 우리가 원하던 수준이었습니다" 라고 말합니다.

Brown은 “저는 그간 하루에 두 차례 충돌이 발생하는 소프트웨어를 사용했었습니다. 이는 생산성에 심각한 지장을 줬으며, 특히 일정이 촉박할 때 정말 난감했습니다" 라고 말합니다. "그러나 NX를 사용하면 아무런 문제가 없습니다."

설계자 Eryk Sokolowski는 “NX는 업계 표준 제품이며, 저희는 스타트업 입니다. NX가 없었다면 아마 제대로 할 수 없었을 겁니다" 라고 말합니다.

영국 최초의 전기 외발 자전거

Uniwheel은 16인치 휠과 1,500 와트 모터가 장착돼 있으며, 사용자가 발을 내리면 자동으로 멈춥니다. 지면의 요철과 커브에 유연하게 대처할 수 있는 기능을 갖췄으나, 휠 하나에 의지해 편하게 다니려면 아무래도 연습이 필요합니다. Uniwheel의 디렉터 겸 CEO Steve Milton은 “가장 어려운 부분은 좌우 균형이 안정적으로 갖춰지지 않은 상황에서 11~12km/h로 이동하는 경우" 라고 설명합니다. "그러나 학습 곡선을 보면 고객의 긍정적 반응을 이끌어 내기에 충분하다는 점을 알 수 있습니다."

영국에서 설계 및 조립된 이 제품은 다리 하부에 들어맞도록 간소화 됐으며, 최대 90분까지 사용할 수 있습니다. 최대 약 19km/h까지 가능하며, 약 14km까지 달릴 수 있으나 완전히 충전하는데 1 시간이 걸립니다. 컬러풀한 범퍼로 제어가 쉽고 커스터마이제이션도 할 수 있으며, 자연스런 사용감으로 마모가 생긴 경우 교체할 수 있습니다. 페달도 교체 가능합니다.

보조 개인 운송 수단에 대한 수요가 증가하는 추세에 착안해 Uniwheel은 이미 추가 개발도 고려하고 있습니다. Milton은 “중량 대비 성능이 관건이므로 CAE용 NX를 사용해 기능을 확장할 계획입니다" 라고 말합니다.

그는 창업 첫 해를 이렇게 회상합니다. “신뢰할 수 있는 NX는 저희에게 매우 중요합니다. 저희는 스타트업이고, 야심찬 목표가 있었습니다. 설계부터 제조에 이르는 제품 프로세스를 경험해 보지 못한 젊은 설계자들로 구성된 팀이 있었죠. 그러나 NX가 있었기에 종이 한 장에 담긴 아이디어를 완제품으로 탄생시킬 수 있었습니다."