Siemens 솔루션을 통한 요트 성능의 미세한 조정

올림픽 경기에서의 경쟁

미국요트협회인 US Sailing은 요트 종목을 관장하는 미국의 국가 기구로, 미국 국가대표팀(Team USA)의 선수를 선발하고 지원하는 역할을 맡고 있습니다. 이 선수들은 대부분 또는 전원이 미국 세일링 국가대표팀(US Sailing Team) 출신이며, 이 팀은 매년 선발되어 올림픽의 4년 주기 동안 전 세계에서 열리는 주요 경기에 출전합니다. 이 팀이 2024년 파리 올림픽을 준비하고 있습니다.

올림픽 출전 선수들은 US Sailing과 후원사를 통해 재정, 물류, 코칭, 기술, 피트니스, 마케팅, 커뮤니케이션과 관련한 지원을 받습니다. Siemens는 2019년에 US Sailing의 후원사가 되었으며, 올림픽 세일링 보트의 조정과 설정을 이해하고 최적화하는 데 도움이 되는 고급 모델링 및 시뮬레이션 기술을 제공했습니다. 솔루션에는 CAD(Computer-Aided Design)용 NX™ 소프트웨어와 CFD(전산 유체 역학)용 Simcenter™ STAR-CCM+ ™ 소프트웨어가 포함되며, 둘 모두 소프트웨어, 하드웨어 및 서비스로 구성된 Siemens Xcelerator 비즈니스 플랫폼에서 제공됩니다.

미국 올림픽 요트팀의 기술 책임자인 Riley Schutt는 "저는 2007년 무렵부터 Simcenter STAR-CCM+ 소프트웨어를 사용해 왔습니다."라고 말합니다. Schutt는 항공우주공학 및 유체역학 박사 학위를 취득했으며 America's Cup 경주팀에서 폭넓은 경험을 쌓았습니다. "저는 2017년에 US Sailing에 합류했습니다. 요트 경주에서 우승하도록 도와주는 사내 엔지니어링, 모델링 및 시뮬레이션 기능을 개발하고 싶었고, 그것이 제 동기였습니다."

Schutt는 US Sailing의 정규직 직원으로, 몇몇 프로젝트에서 우선 계약자, 인턴 및 자원 봉사 엔지니어와 함께 일합니다. "요트 선수의 기본 역할은 배를 조종하는 것이지만, 몇몇은 엔지니어링 배경을 갖고 있어서 이들에게 Siemens 도구를 제공합니다."라고 Schutt는 설명합니다.

사진 출처: Sailing Energy

자기주도 학습으로 빠르게 숙달

자원봉사자, 계약 엔지니어, 요트 선수 등으로 구성된 팀을 위해 US Sailing은 다양한 자기 주도 학습 도구를 갖춘 e-러닝 포털인 Siemens Xcelerator Academy를 활용합니다. 이를 통해 Siemens 솔루션 사용을 빠르게 숙달할 수 있습니다. "워크플로 및 팀 구조 면에서 Siemens Xcelerator Academy는 팀원들이 도구를 빠르게 익히고 프로젝트에 기여할 수 있게 하는 훌륭한 리소스였습니다."라고 Schutt는 평가합니다.

사진 출처: Sailing Energy

컴퓨터 지원 설계를 위한 NX

US Sailing은 모든 올림픽 경기 종목에 대한 디지털 트윈 모델을 만든다는 장기 프로젝트를 수행하고 있습니다. Schutt는 "올해 초부터 NX를 주요 CAD 도구로 사용하기 시작했습니다."라고 말했습니다. "몇몇 종목의 경우, NX에서 만든 모델과 다른 소스에서 가져온 모델을 결합한 CAD 모델이 존재합니다."

NX의 설계 기능은 US Sailing이 성능 향상에 집중할 수 있게 지원합니다. 고급 곡면 설계 기능을 통해 복합 곡선 선체 형상과 같은 복잡한 지오메트리를 빠르게 모델링할 수 있습니다. 팀은 리버스 엔지니어링 도구를 사용하여 스캔한 데이터를 활용하여 컴포넌트를 신속하게 모델링할 수 있습니다. US Sailing은 NX 적층 제조를 통해 자체 3D 프린터 또는 탄소 섬유 적층 기계를 사용하여 장착 브래킷과 같은 컴포넌트를 신속하게 설계하고 생산할 수 있습니다.

CFD를 사용하여 감각에 수치 추가

올림픽 요트 종목 10가지는 모두 제조된 장비를 거의 동일하게 유지하고 엔지니어링 최적화 작업을 엄격하게 제한하는 종목 규칙으로 규제됩니다. Schutt는 "보트를 재설계할 여유가 별로 없습니다."라고 설명합니다. "우리의 목표는 사전 설계된 올림픽 장비를 이해하는 것입니다. 일부 종목에서 파트를 최적화할 여지가 있지만, Siemens 포트폴리오를 주로 요트 선수와 코치가 다양한 보트 파트 및 설정의 세부 사항을 이해하게 도와주는 교육 도구로 활용하고 있습니다. 이들은 모두 세계적인 전문 요트 선수이고, 무엇이 적절한지에 대해서는 이들의 감각이 대부분 맞습니다. 하지만 유체 흐름 물리학을 이해하면 그 감각에 수치를 더할 수 있어서 훈련에 큰 도움이 됩니다. 이를 통해 선수들은 검증을 마쳤다는 확신을 갖게 됩니다."

Simcenter STAR-CCM+의 장기 사용자로서 Schutt는 이 소프트웨어가 다른 CFD 코드보다 우수하다고 단언합니다. 그는 "저만 아니라 다른 많은 사람들도 경주용 요트 시뮬레이션에 사용했습니다."라고 말합니다. "검증된 실적이 있습니다. 고급 메싱 기능이 있고 구조 변형 및 변환을 시뮬레이션할 수 있습니다. 모든 작업을 STAR-CCM+에서 수행할 수 있으며 다른 소프트웨어를 사용할 필요가 없습니다. 올바른 답을 얻는다고 확신할 수 있습니다."

사진 출처: Allison Chenard, 미국 세일링 국가대표팀

보트 설정 미세 조정

Nacra 17은 2016년 올림픽부터 올림픽 다중선체 장비로 사용된 퍼포먼스 카타마란입니다. Nacra 17은 도쿄 올림픽을 위해 세일링 수중익으로 개조되어 매우 역동적인 플랫폼이 되었습니다. "Nacra의 경우 보트 설정에 많은 요소가 관련됩니다."라고 Schutt는 설명합니다. "보트가 항해할 때 수면 아래에 있는 4개의 수중익이 작동하는데, 이 수중익의 각도를 설정하여 속도를 조절하는 여러 가지 방법이 있습니다. STAR-CCM+ CFD 시뮬레이션을 사용하면 개별 컴포넌트에 대한 항력과 양력을 파악할 수 있고, 변경 사항이 있을 때 어떤 차이가 생기는지 훨씬 더 자세히 이해할 수 있습니다."

클라우드의 고성능 컴퓨팅

US Sailing의 또 다른 후원사로는 클라우드에서 주문형 HPC(고성능 컴퓨팅)를 제공하는 Nimbix가 있습니다. Schutt는 "더 큰 규모의 CFD 시뮬레이션을 위한 소프트웨어와 하드웨어가 필요하다는 점을 깨닫고 Siemens 및 Nimbix와 거의 비슷한 시기에 계약을 체결했습니다."라고 말합니다. "미국 세일링 국가대표팀의 구성원은 대부분 원격으로 작업하기 때문에 온프레미스 클러스터를 구축하는 것은 적절하지 않았습니다. 클라우드 HPC는 원격으로 작동하도록 설계되었으므로 집에서, 요트 경기 중에 또는 훈련 중에도 액세스할 수 있습니다. 이를 통해 IT 오버헤드가 감소하며 소규모 엔지니어링 팀도 그 기능을 활용할 수 있습니다. 자체 하드웨어를 사용했다면 훨씬 작은 규모의 시뮬레이션을 실행했을 것입니다."

사진 출처: Allison Chenard, 미국 세일링 국가대표팀

미래에 대응

도쿄 올림픽에서 올림픽 사상 최초로 수중익 보트가 정식 경기 종목으로 채택되었습니다. "2024년에는 수중익 종목이 5개가 됩니다."라고 Schutt는 말했습니다. "수중익은 아직 올림픽 세계에서 완전히 파악되지 않은 영역이라서 더 흥미롭습니다. 우리는 2024년에 도달하려는 목표를 향해 이제 막 출발했을 뿐입니다. 코치와 선수들에게 더 많은 데이터와 인사이트를 제공할수록 더 빨리 나아갈 수 있을 것입니다."

사진 출처: Sailing Energy

사진 출처: Sailing Energy