시뮬레이션 기반의 디지털 검증을 통한 3D 설계가 새로운 설계 트렌드! PTC코리아, ‘2018 코리아 CAD 서밋’ 개최하고 CAD 전략 발표 최교식 기자입력 2018-11-02 14:48:10

PTC는 IoT를 주도하고 있는 대표적인 제조 소프트웨어 기업에 해당한다.
최근 몇 년 전부터 전격적인 사업 전략의 선회와 관련업체의 인수합병을 통해, 제조 소프트웨어 기업 가운데 빠르게 IIoT 사업을 본격화하고 있는 PTC가, 이번에는 실시간 시뮬레이션 분야를 확대 강화하면서 관련업계의 주목을 받고 있다.
PTC코리아(지사장 박혜경)는 지난 10월 18일, 그랜드 인터컨티넨탈 파르나스 호텔에서 ‘2018 코리아 CAD 서밋’을 개최했다. 
타 경쟁사에 앞서 IIoT를 구현하기 위해 증강현실이라는 기술을 발 빠르게 자사 기술  포트폴리오에 추가한 PTC는, 여기에서 더 나아가 엔시스(Ansys) 사와의 전략적인 파트너십을 통해 리얼타임 시뮬레이션이라는 또 하나의 차별점을 추가했다. 시뮬레이션 기반의 디지털 검증을 통한 3D 설계라는 새로운 트렌드를 제시하고 있는 것.

 

PTC 코리아 박혜경 지사장은 “PTC는 CAD부터 제조, 운영, 서비스에 걸친, 제품의 라이프사이클 모두를 관리할 수 있는 전체적인 포트폴리오를 가지고 있는 명실상부한 소프트웨어 회사”라고 역설했다.


‘코리아 CAD 서밋’은 디지털 엔지니어링에 대한 최신 기술을 다루는 PTC의 연례 컨퍼런스로서, 올해는 스마트 커넥티드 설계의 혁신을 담은 시뮬레이션의 미래에 대한 주제로 개최됐다. 
컨퍼런스의 환영사를 통해 박혜경 PTC코리아 지사장은 “PTC는 지난 2010년부터 IoT 및 AR 비즈니스로 포트폴리오를 확장하면서 4차산업혁명에 따른 혁신과 변화를 꾀하고 있다”고 말하고, “PTC는 CAD부터 제조, 운영, 서비스에 걸친, 제품의 라이프사이클 모두를 관리할 수 있는 전체적인 포트폴리오를 가지고 있는 명실상부한 소프트웨어 회사”라고 역설했다.

 

디지털 세계와 물리적 세계를 연결하는 커넥션을 제공하는 것이 PTC의 전략
PTC의 전략은 제품 설계 툴인 CAD 솔루션과 제품 제조에 필요한 PLM 솔루션을 통해 디지털 세계와 물리적 세계를 연결하는 커넥션을 제공하는 것이다. 즉 CPS(Cyber Physical System)를 통해 디지털 트윈을 구현함으로써, IIoT와 인더스트리 4.0을 구현하는 것이 PTC의 전략이다. 이 디지털 트윈은 다른 제조 자동화업체들이 전개해 나가고 있는 인더스트리 4.0 전략과 유사하다. 이들 업체와 PTC가 차별화되는 점은 타 경쟁사들보다 앞서 IIoT를 구현하기 위해 증강현실이라는 기술을 발 빠르게 자사 기술  포트폴리오에 추가했다는 점이다.
물리적 세계에서 제품이 생산되고 나면, 제품이 운영이 되면서 생겨나는 여러 가지 데이터들을 IoT 기술을 활용해서 데이터를 추출하고, 분석을 통해 그 데이터로부터 나오는 여러 가지 인사이트(통찰력)를 얻을 수 있다. 이런 데이터를 통해서 단순하게 디지털 세계에서만 데이터를 보는 것이 아니라, 증강현실을 통해서 디지털 세계와 물리적 세계를 오버랩핑해서  혼합된 리얼리티를 확인할 수 있게 된다.
여기에서 더 나아가, PTC는 이번 컨퍼런스를 통해 리얼타임 시뮬레이션이라는 또 하나의 차별점을 추가했다. 시뮬레이션은 디지털 트윈을 구현하기 위한 필수적인 툴로서, 다른 경쟁사들 역시 시뮬레이션 역량 강화에 집중하고 있는 최근의 기술 트렌드다.

 

크레오와 ‘앤시스 디스커버리 라이브’ 통합 제공으로, 설계 엔지니어의 CAD와 시뮬레이션의 경계 없애 
최근 PTC의 행보 가운데 주목할 대목은 관련기업과의 전략적인 파트너십 체결이다. 
PTC는 최근, 대표적인 제조 자동화 기업인 로크웰 오토메이션(Rockwell Automation)을 비롯한 마이크로소프트(Microsoft), 엔시스(Ansys)와 전략적인 파트너십을 맺었다. 
이 가운데 엔시스는 리얼타임 시뮬레이션 분야의 선두업체로서, 엔시스의 시뮬레이션 제품인 ‘디스커버리 라이브(Discovery Live)’가 PTC의 크레오(CREO)와 통합 제공됨으로써, 설계자들이 설계를 하면서 직접 시뮬레이션을 해볼 수 있도록 됐다. 이를 통해 설계 엔지니어의 CAD와 시뮬레이션의 경계를 없앰으로써, 설계자들의 생산성 향상은 물론, 제품의 품질을 향상시키는데도 큰 기여를 할 수 있게 됐다. 

 

스마트 커넥티드 제품설계를 위한 4 가지의 PTC CAD 전략
PTC코리아의 김동근 상무는 ‘스마트 커넥티드 제품설계를 위한 PTC CAD 전략’을 주제로 한 발표를 통해, 물리적 세계와 디지털 세계가 융합이 되면서 설계 전략의 변화가 필요해졌다고 말했다. CAD는 당연히 중요한 디지털 수단 가운데 하나에 해당한다.   
현재, 디지털 정보들이 증강현실을 통해서 물리적 정보로 융합되고, 물리적 세계에서 나온 각종 센서 정보나 시장의 정보들이 IoT 정보를 통해서 디지털 정보를 강화시키는, 그리고 이런 것들이 일반적인 제조공법이 아닌 3D프린팅 같은 형태로 즉각적으로 다시 물리적 세계에 반영이 돼서 피드백이 될 수 있는 변화의 시기에 와 있다. 
이런 변화에 대응하기 위해 PTC는  4가지 영역을 보강하고 있다. 디지털 가속화와 증강현실, 3D 프린팅, IoT 정보와 융합된 디지털 트윈이 바로 그것.

 

PTC 코리아 김동근 상무는, 크레오는 센서와 같은 물리적인 정보를 IoT 플랫폼을 통해서 받아들일 수 있는 기능을 가진 업계 최초의 CAD라고 강조했다.

 

첫 번째는, 디지털 가속화(Digital Acceleration)다.
디지털정보를 통해 빠른 시간 안에 생산성 있게 설계하고, 이런 것들이 다시 시험이나 해석을 통해서 보강될 필요가 있다. 따라서 디지털 가속화를 위해 CAD 기업들은 생산성 향상을 위한 여러 가지 도구들을 보강해서 CAD 제품을 출시하고 있다.
이 설계의 생산성과 효율성 강화와 관련해 PTC는 생산성 향상, 모델기반 정의, Unite 기술의  3가지를 얘기하고 있다.  

 

ⓛ설계의 생산성 향상
생산성 향상의 가장 대표적인 예는 리본 메뉴(Ribbon Menu) 방식의 채택이다. 
기존의 메뉴 방식은 설계자가 처음에 자신이 설계하고자 하는 방향에 맞게 메뉴에 접근해서 그 메뉴를 통해서 형상을 크리에이트하는 것이다. 그런데 자기가 원하는 메뉴를 찾아나가는 이러한 기존의 풀다운 메뉴 형태에서 점점 대부분의 CAD들이 아이콘화로 변하고 있다. 직각적으로 아이콘을 클릭해서 자기 메뉴에 접근하는 방식을 택하고 있는데, 크레오는 클릭하는 방식에서 또 한 차례 더 나아가서 마이크로소프트의 리본메뉴 방식으로 진화하고, 각각의 탭(Tab)에 의해서 자기가 요구하는 기능들을 묶어놓고 메뉴를 서치할 수 있는 기능과, 바로바로 헬프를 볼 수 있고 그에 대한 교육을 받을 수 있는 온라인 헬프기능, 그리고 자유롭게 자기의 메뉴를 편집할 수 있는 기능으로 진화하고 있다.
이처럼 크레오 4.0, 5.0의 가장 큰 변화는 리본메뉴다. 메뉴에 접속하지 않고 자기가 원하는 형상을 찍으면 그에 필요한 메뉴들이 즉각 나온다. 만약 엣지를 찍으면 라운드를 할 지 모따기를 할 지, 형상을 찍으면 그 형상을 하이라이트할 지 오픈할 지, 액티베이트할 지 미니툴바라는 메뉴를 통해서 설계자는 번거롭게 메뉴를 왔다 갔다 하지 않고 바로바로 형상 설계할 수 있게 된 것이다.
또, 다른 CAD에는 없는 전치화면 기능 역시 주목할 만한 내용으로, 전치화면이 있다는 것은 모든 행위를 CAD 안에서 할 수 있다는 것을 의미한다. 형상을 클릭하고 홀을 만들고, 실제로 메뉴에 들어가지 않고 바로 설계를 해나갈 수 있는 것이다. 이것은 미래에는 모니터가 아닌 공간상에서 손으로 모든 설계를 해나갈 수 있는 기능으로 가기 위한 전초단계에 해당한다.


② 모델기반 정의
PTC의 설계의 생산성ㆍ효율성 강화를 위한 두 번째 기능은 모델기반 정의다. MBD(Model Based Definition : 모델 기반 정의),  MBE(Model Based Enterprise 모델 베이스 엔터프라이즈)는 무도면화, 3D 도면화를 의미한다. 이 무도면화, 3D 도면화는 해외에서는 활성화 되어있는데, 국내에서는 아직까지 도면이 기본이 돼서 모든 후속공정이 이루어지고 있다. 즉, 협업을 한다든지 제조를 한다든지 하는 작업들이 도면에 의해서 이루어지고 있는데, 이것은 많은 문제점을 가지고 있다.
가장 큰 문제점은, 2D 도면은 3D 모델로부터 생성이 되는데, 3D 설계 이후에 도면화하기 위해 3D 설계만큼의 도면작업 시간이 소비된다는 것이다.  또 2D 도면은 도면을 들고 다녀야 하기 때문에, 협업에 장벽이 있다. 또, 2D 도면은 직관적이지 않아서 도면을 갖고 판독하는 사람의 스킬에 의해 시제작의 오류를 발생시킨다. 
이러한 문제점 때문에 MBD가 10여 년 전부터 고객들에 의해 채택이 되고 있는데, 모바일 기술의 폭발적인 성장에 의해 3D적으로 모든 협업을 이룰 수 있게 되면서, 3D 시각화가 주류로 자리 잡고 있다. 또, MBE는 3D 모델을 통해서 바로바로 검사를 하고, 모델을 이용해서 금형을 설계하고 가공하는, 3D 기반으로 모든 활동을 할 수 있다는 개념이다.

 

③ Unite 기술
생산성 향상을 위한 세 번째 전략은 유나이트 기술이다. PTC는 크리오 3.0 버전부터 유나이트 기술을 채택하고 있다. PTC에 의하면, 현재 약 56%의 고객들이 멀티CAD 환경에 직면해 있다. 이런 이기종 CAD는 업무에 제약을 가져온다. 협업을 위해서 시스템도 많이 갖게 되고, 기본적으로 그 CAD를 중립포맷으로 바꿔오는 과정이 필요하고, 중립포맷으로 가져오면서 그 CAD가 변환되면서 그 CAD의 품질이 안 좋아지거나 다시 제작해야 하는 여러 가지 일이 발생한다.
PTC는 유나이트 기술을 통해 최적의 멀티CAD 협업과 통합을 실현하고 있다. 유나이트 기술은 3 가지 기능을 제공한다. 
우선, 모든 CAD의 임포트 기능이다. 주요 CAD를 모든 일반 3D CAD 형식으로 가져오는 기능으로,  솔리드웍스와 CATIA, NX, 인벤터, 솔리드엣지를 크레오 파일로 변환해서 가져올 수 있다. 두 번째는 주요 CAD를 오픈하는 기능이다. 솔리드웍스나 NX, 카티아, 인벤터의 원본형식을 그대로 읽어오는 기능이다. 세 번째는 이종 CAD, 데이터의 새 버전을 자동 업데이트하는 기능이다. 협업을 하기 위해서는 이기종 CAD를 내 CAD모델에 조립해서 설계검수를 하게 되는데, 이 모델은 변경이 된다. 설계 변경이 일어나면 기존에는 다시 중립포맷에서 바꿔서 조립을 다시 해서 내가 참조하는 면을 다시 바꿔주는 복잡한 과정을 거치는데, 크레오에 있는 유나이트 기술은 모델을 내가 작업한 공간에 놓기만 하면, 아이콘이 뜨면서 모델을 업데이트할 건지 물어보고, 업데이트하면 스스로 모든 형상들이 업데이트되고, 주요 경쟁 CAD를 다시 CAD 형식으로 바꿔줌으로써, 이기종 CAD간에 업무의 끊김없이 협업을 할 수 있게 만들어 준다. 크레오로 설계하는 부서에서 솔리드웍스, 카티아, NX를 갖고 설계하는 회사들과 협업을 할 때, 부품을 바로 열어서 조립하고, 협업하는 회사의 설계변경을 보고, 변경됐다는 것을 알리고, 바로 업데이트 버튼을 눌러서 자신의 설계를 다시 업데이트할 수 있을 뿐만 아니라,  업체가 원하는 형식으로 저장해서 그 파일을 업체로 전달해 줄 수도 있다.

 

디지털 가속화에 이은 PTC의 두 번째 CAD 전략은 증강현실이다. 
디지털로 설계된 모델을 증강현실을 이용해서 피지컬과 융합시켜서 여러 가지 업무를 수행할 수 있다. 문서로 정보를 받아들이는 양과 3D로 받아들이는 양, 증강현실과 실제 현실세상을 융합시켜서 받아들이는 정보의 양은 큰 차이가 있다. 
증강현실을 만드는 데이터는 설계자가 만드는 CAD모델이라고 할 수 있다. CAD 모델을 통해서 디지털정보가 증강현실로 바뀌게 되는데, 크레오 CAD는 자체적으로 증강현실 데이터를 만들어낼 수 있는 기능을 가지고 있다.
이날 PTC는 동영상을 통해 3D로 설계된 모델을 얼마나 빠르고 쉽게 증강현실로 퍼블리시하는 지를 소개했다. 증강현실을 배치할 곳을 정하고 퍼블리시 버튼만 누르면, 실제로 클라우드 공간에 퍼블리시가 된다. 퍼블리시가 완료되고 이 퍼블리시 된 것을 원하는 사람과 공유하기 위해서 바로 메일로 링크정보를 보낼 수 있다. 아이패드나 휴대폰을 통해서 디지털로 증강현실 정보와 실제제품을 비교하면서, 관련된 사람들이 디자인이 바뀌면 실제 제품에 어떤 영향을 줄지 비교를 할 수 있기 때문에, 서비스나 마케팅, 디자인리뷰 등에 활용할 수 있다.
PTC의 PLM 솔루션인 윈칠(Windchill) 11.1 버전에는 CAD로 설계된 증강현실을 바로 PLM에 올려서 많은 사람들이 증강현실로 협업을 할 수 있는 기능을 갖추고 있다.

 

PTC의 세 번째 CAD 전략은 3D 프린팅이다.
적층제조라고도 불리는 3D 프린팅은, 현재는 시제작용이나 항공기와 같이 다품종소량 생산에 적용이 되고 있는데, 3D 기술이 빠르게 발전하고 있어서 금속 프린팅까지 거의 실 적용 단계까지 와 있다. 설계에서 문제가 생긴 것을 보완 설계하고, 다시 제작해서 조립하고 테스트하게 되면 이 사이클은 대단히 길다. 그러나 만약 설계하는 것을 바로 3D 프린팅해서 시험하고, 시험내용을 보고 보완해서 다시 설계해서 다시 3D 프린팅해서 시험하게 되면, 제품개발 사이클을 훨씬 가속화시킬 수 있다. 그리고 이러한 것이 시제작용이 아니라 양산용도까지 갈 수 있다면 제조패러다임은 급속도로 바뀔 수 있다.      
일반적인 제품개발 프로세스의 큰 제약점은 설계자가 공법을 이해해야 한다는 것이다. 주물을 제작하는 주물의 공법이나 코어를 설계하는 방법들, 프레스물에 대한 공법을 이해하지 않으면 엉뚱한 설계가 된다. 그러나 3D 프린팅은 이러한 공법을 완전히 바꿀 수 있다. 우리가 상상할 수 없는 형태의 물건을 만들 수 있는 시대가 예고되고 있는 것이다.
또, 제품을 판매하고 나면 판매업체는 상당기간 동안 물건을 AS용으로 만들어놓게 된다. 그러나 3D 프린팅은 3D CAD 파일만 있으면 언제든지 다시 프린팅할 수 있기 때문에, 물건을 물리적으로 만들어내지 않고 CAD 파일 자체로 서비스를 대행할 수 있다는 것이 3D 프린팅의 또 다른 큰 장점이다. 
3D 프린팅을 위해 CAD는 설계해서 최적화하고, 평가하고, 다시 3D 프린팅이 되는지, 프린팅에 문제가 없는지 체크해서, 다시 설계 보완하는 과정을 해낼 수 있어야 한다. PTC는 크레오 3.0 이상 버전부터 이런 적층제조 관련된 솔루션들을 계속 내놓고 있다. 
한편, 3D 프린팅의 중요한 문제 가운데 하나는 얼마나 재료를 적게 쓰면서 내가 요구하는 강도를 확보할 수 있는가 하는 것(Lightweight Structure)이다. 또, 대부분의 3D 프린팅 메이커들은 프린팅을 트레이에 쌓아서 프린팅의 방식을 정할 수 있게 하는데, 대부분 중립포맷으로 바꿔야 된다. 그러나 크레오에서는 CAD에서 어셈블리로 내가 프린팅할 물건들을 트레이할 수 있는 기능(Tray Assemblies)을 가지고 있다. 그리고 크레오는 커넥티비티(Connectivity)라고 해서 약 80%의 3D 프린팅과 연결해서, 중간과정을 거치지 않고 CAD에서 바로 프린팅할 수 있는 기능을 확보하고 있다.
또, 2.5D나 3D로 셀 모양을 만들 수 있는 기능, 이러한 셀 모양을 실제로 형상을 갖고 하지 않고 이상화해서 해석을 할 수 있는 기능, 그리고 이런 것들을 CAD상에서 트레이로 프린팅할 수 있게 트레이할 수 있는 기능, 프린팅이 되는 과정을 컨트롤 할 수 있는 빌트 프로세스 기능을 제공하고 있다. 이 가운데 빌트 프로세스 기능은 메탈 프로세싱의 강자인 머트리얼라이즈(materialise) 사와 파트너십을 맺고 크레오에서 구현이 가능해진 기능이다.  크레오는 현재 나와 있는 거의 대부분의 메탈 프린팅과 같이 프린터의 중립포맷을 바꾸고 그 프린터에 맞게 변경해야 하는 것이 아니라, 직접 프린팅할 수 있는 기능을 확보하고 있다. 또, 메탈 프린팅은 플라스틱 프린팅과 달리 많은 지식과 경험이 필요하다. 그 가운데 가장 중요한 게 서포티  구성이다. 메탈 프린팅은 NC로 물건을 깎아서 만드는 것의 역방향이라고 할 수 있는데, 그렇게 됐을 때 어떤 힘들이 발생되고 그런 것들을 얼마나 잘 서포트할 수 있는지가 중요하게 된다. 따라서 PTC는 크리오 5.0에서 머트리얼라이즈의 서포트를 생성할 수 있는 기능을 강화했다.

 

PTC의 네 번째 CAD 전략은 IoT 정보와 융합된 디지털 트윈(Digital Twin)이다.
디지털 CAD 모델은 디지털 트윈을 만드는 과정이라고 볼 수 있다. 그런데 이런 정보는 단절이 되어 있다. 디지털 트윈은 물리적인 정보와 디지털 정보가 IoT라는 기술을 사용해서 융합됐을 때 그 효과를 발휘할 수 있다. 
R&D는 디지털 트윈을 활용해서 내가 설계한 제품이 물리적인 상태에서 어떤 특성을 갖고 있는지 높은 통찰을 얻을 수 있고, 이를 통해서 자신이 설계한 제품을 좀 더 높은 품질을 갖도록 할 수 있다.
현재 디지털 트윈은 제조 및 운영에 먼저 적용되고 있다. 제조설비들은 고가이기 때문에 이  설비의 운영은 중요할 수밖에 없다. 디지털트윈은 실시간 이상감지나 자동 예측 분석, 특정결과를 야기 시키는 주요 요인을 자동으로 파악해서, 예지보전을 할 수 있다. 또 서비스 측면에서는 원격으로 장비에 액세스해서 실시간으로 이상을 감지 진단함으로써, 서비스 필요 요인을 자동으로 파악하여 스마트한 예지보전을 할 수 있다. 새로운 서비스 모델을 창출해서 새로운 가치를 창출할 수 있는 것이다.

 

PTC의 디지털 트윈 아키텍처
디지털 트윈을 구축하기 위해서는 가장 먼저 디지털 정보를 생성할 수 있어야 하고, 이 디지털 정보가 공장이나 시험실에 나온 실제 물리적인 제품과 연결될 수 있어야 하며, 이런 연결을 통해서 무엇을 얻을 것인지가 정확해야 한다. 디지털 정보라는 것은 MBSE 정보가 될 수도 있고 CAD가 될 수도 있고 PLM이 될 수도 있고, 시뮬레이션 기반의 디지털 트윈이 될 수도 있는데, 이런 정보들이 공장이나 시험실에서 나온 각종 센서 정보와 연결이 되어 IoT 플랫폼을 통해서 CAD나 해석 쪽에 반영이 되어, 그 정보를 통해서 피지컬에서 이용할 수 있는 더 좋은 정보(버추얼 센서)를  통해 사전에 고장을 진단하고, 예지보전할 수 있는 클로즈 루프(closed-loop) 아키텍처를 운영할 수 있어야 한다.
PTC는 이날, 크레오는 센서와 같은 물리적인 정보를 IoT 플랫폼을 통해서 받아들일 수 있는 기능을 가진 업계 최초의 CAD라고 역설했다.
센서를 통해 물리적인 정보들을 받아들여서 내가 원하는 다른 정보를 다시 IoT 플랫폼에 줘서, 현재의 문제를 판단하고, 더 높은 통찰을 얻을 수 있는 기능을 크레오 자체에 가지고 있다는 설명이다. 
해석을 해서 얻는 결과는 가상의 인풋을 주지만, 디지털트윈은 실제 물리적인 정보를 바로 내 CAD로 반영할 수 있다는 것이 가장 큰 장점이다. 김 상무는 디지털트윈은 가트너가 3년 째 미래기술로 꼽고 있는데, 앞으로 우리 일상에서도 접하게 될 것이라고 말했다.
한편, 이번 행사에는 스마트 커넥티드 제품 설계에 관심 있는 엔지니어 및 크레오 사용자 200여명이 참석한 가운데, 3D 설계에 대한 최신 기술 정보를 공유했다.
이번 행사에서는 다양한 데모 부스를 통해 최신 3D 설계 기술을 시연하고, ▲스마트 커넥티드 제품 설계 전략 ▲크레오 5.0 기술 체험 ▲실시간 시뮬레이션 기반 설계 기술의 미래 ▲유동해석 솔루션의 효과 입증 사례 ▲위상 최적화를 통한 제품 혁신 가속화 ▲크레오 제품 로드맵에 대한 내용을 다뤘다. 
 

최교식 기자
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