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디지털 트윈: 예산과 일정에 맞춰 더 스마트한 제품 생성

고급 장비 설계의 위험이 증가함에 따라 디지털 트윈은 엔지니어가 예산을 초과하지 않으면서 정보에 입각한 설계 결정을 내릴 수 있도록 지원합니다.

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VR 헤드셋을 착용한 여성 엔지니어

장비 설계 산업에서 발맞추려면 혁신과 제품을 예산과 일정에 맞춰 시장에 출시하는 능력 사이의 미묘한 균형이 필요합니다.

일반적으로 새로운 설계의 문제는 시운전 중에 드러나며, 물리적 프로토타입이 간과된 부분과 오류를 밝혀줍니다.

실제로 시운전 중에 발견된 설계 문제는 많은 기업의 성공에 있어 새로운 설계가 중요하다는 점을 감안할 때 단순히 사업 비용으로 인식되는 경우가 많습니다.

그러나 장비 설계 업계에서는 일부 기업이 초기 설계에 더 많은 자원을 투자하여 개발 후반 단계에서 발생할 문제의 양을 대폭 줄이고 있습니다.

이 기술은 항공우주 및 자동차 분야에서 오랜 기간 검증된 관행이며, 여러 설계 전략에 대한 검토 결과, 초기 투자 비용을 5~10%만 늘려도 비용 초과를 50~100% 줄일 수 있는 것으로 나타났습니다.

추가 투자는 어디에 사용될까요? 장비 설계 업계에서 주목받고 있는 핵심 기술은 물리적 시스템의 가상 모델 기반 표현인 디지털 트윈의 사용입니다.

디지털 트윈은 통합 모델링 환경에서 전체 시스템의 동적 특성을 설명하여 구성요소 간 상호작용에 대한 구체적인 정보를 제공할 수 있습니다.

이 정보를 통해 엔지니어는 특히 제품에 새로운 미검증 설계가 포함된 경우 설계 문제를 발견할 수 있는 새로운 도구를 갖게 됩니다.

개념 단계에서 새로운 제품을 개발할 때 디지털 트윈은 엔지니어가 설계 작업을 수행할 수 있는 새로운 능력을 제공하는 데 큰 역할을 할 수 있습니다.

그림 1: 원활한 시운전 프로세스를 보장하기 위해 디지털 트윈 모델(오른쪽)을 사용하여 PLC 코드(왼쪽)를 테스트할 수 있으며, 공통 자동화 소프트웨어를 통해 새로운 프로세스를 사용할 수 있습니다. (확대하려면 클릭)

원활한 시운전 프로세스를 보장하기 위해 디지털 트윈 모델(오른쪽)을 사용하여 PLC 코드(왼쪽)를 테스트할 수 있으며, 이는 공통 자동화 소프트웨어로 새로운 프로세스를 사용할 수 있게 합니다.

개념 단계에서 새로운 제품을 개발할 때 디지털 트윈은 엔지니어가 설계와 함께 작업할 수 있는 새로운 능력을 제공하는 데 큰 역할을 할 수 있습니다. @maplesoft

디지털 트윈은 시뮬레이션 결과를 신속하게 제공하는 시스템 전반의 모델이기 때문에 엔지니어는 가상 시나리오를 쉽게 테스트하고 설계 파라미터를 변경하여 몇 분 안에 결과를 확인하며 트레이드오프를 탐색할 수 있습니다.

예를 들어, 엔지니어가 새로운 신속 복귀 장비용 모터의 크기를 조정하는 경우, 디지털 트윈은 모터가 경험하는 동적 부하에 대한 전체적인 그림을 제공하여 납품 후 구성요소 고장의 위험을 줄일 수 있습니다.

더 안전하고 효과적인 개념적 개발 단계 외에도 엔지니어가 디지털 트윈 기술을 사용하여 구현할 수 있는 다양한 이점이 있습니다.

  • 가상 시운전: 첫 번째 빌드 이전에 엔지니어는 듀티 사이클 중 액추에이터가 직면할 정상 상태 및 과도 부하를 예측할 수 있습니다. 올바른 성능을 보장하기 위해 엔지니어는 일반적인 자동화 소프트웨어를 사용하여 디지털 트윈에 대해 PLC 하드웨어를 테스트하거나, 하드웨어에 다운로드하기 전에 PLC 코드를 직접 테스트할 수 있으며, 그 결과 시스템 전반에 걸쳐 정확하게 조정된 제어를 얻을 수 있습니다.
  • 온라인 진단: 실제 장비와 병렬로 디지털 트윈을 실행하면 장비의 응답이 노화에 따라 모델에서 벗어날 때 문제가 발생할 수 있는 위치에 대한 귀중한 통찰력을 제공할 수 있습니다.
  • 가상 센서: 디지털 트윈의 동적 응답은 엄격한 물리적 법칙에 기반을 두고 있기 때문에, 특정 내부 계산 속성은 고장난 센서를 수리할 때까지 임시로 교체하거나 해당 센서의 사용을 완전히 제거하기 위해 제어 시스템에 입력으로 사용하기에 충분할 수 있습니다.
  • 예측정비: 엔지니어는 디지털 트윈을 통해 듀티 사이클의 변화로 인해 베어링, 기어 및 모터에 가해지는 동적 부하의 영향을 평가할 수 있습니다. 제안된 듀티 사이클을 통해 디지털 트윈을 실행하면 이러한 구성 요소에 가해지는 부하와 구성 요소 수명에 미치는 영향을 파악할 수 있습니다.
  • 영업 도구: 엔지니어링 부서 외부에서는 디지털 트윈을 판매 프로세스에 사용하여 고객 사양을 검증하고 각 고객에게 특화된 정확한 정보를 제공할 수 있습니다. 이 정보는 엔지니어의 전체 상담 없이도 다양한 페이로드 또는 작동 조건에서 장비의 성능과 작동을 검증하는 데 도움이 됩니다.

치열한 경쟁에 직면한 모든 산업과 마찬가지로 장비 설계 분야는 실패 없이 작동하는 고급 장비를 제작하는 능력을 키우고 있습니다.

새로운 제품이 현재의 엔지니어링 관행의 한계를 뛰어넘으면서 엔지니어의 직관과 현재의 기술이 한계에 부딪힐 때 엔지니어를 지원할 새로운 도구가 필요합니다.

디지털 트윈은 이러한 새로운 도구 중 하나이며, 디지털 트윈의 도입이 계속됨에 따라 자동화 산업에서 가능한 한계를 뛰어넘는 새로운 제품을 기대할 수 있습니다.

 

Published 2018년 5월 9일


Chad Schmitke
Chad Schmitke
Senior Product Director, Maplesoft
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