방위산업 디지털 트렌스포메이션의 글로벌 리더

다쏘시스템은 제품수명주기관리 플랫폼 등 전세계적으로 진행되고 있는 산업계 디지털 전환에 있어 글로벌 선도기업이다. 전세계 항공우주 및 자동차 분야에서는 다쏘시스템의 소프트웨어를 쓰지 않는 기업이 거의 없을 정도로 독보적인 시장 위치를 점유하고 있고, 현재는 생명공학, 도시건설 및 관리, 에너지 등의 분야로도 그 시장을 지속적으로 넓혀가고 있다.

한국에서도 KAI, DSME, 한화, 두산인프라코어 등 약 22,000개의 회사에서 다쏘시스템의 소프트웨어를 다양한 분야에서 활용하고 있고, 세계 유수 항공우주, 방산, 자동차 기업들에서 다쏘시스템의 디지털트윈 기반의 플랫폼 도입으로 개발기간 단축 및 비용절감 효과를 보고 있어 한국에서도 플랫폼 도입에 관심을 갖는 기업들이 늘어나고 있다. 특히, 한국형전투기 (KF-X) 체계개발 제작업체인 한국항공우주산업 (KAI)은 설계단계 과정에서 최신 IT 기술인 3D 디지털 설계 ( 3D EXPERIENCE ) 플랫폼 기술을 도입하여 기본 설계 및 체계 설계 , 항공기 설계 해석 , 시험비행 과정, 생산공정 등의 전 분야에 걸쳐 적용하였다. 3D 디지털 설계 기술은 프랑스 다쏘시스템사가 제공한 것이다.

2021년 신년호에서는 다쏘시스템과 최첨단 디지털트윈 기반의 설계 및 시뮬레이션 솔루션에 대해서 소개하며, 2월호에서는 관계자들의 인터뷰를 통해서 구체적인 내용을 다룬다.

이것을 프랑스의 다쏘시스템이 지난 40여년 동안 항공우주 산업의 혁신에 기여해왔다. 다쏘시스템은 디지털 설계 개척부터 태양열 항공기 개발에 이르기까지 오늘날 항공 산업의 모습을 구축하는데 상당히 큰 역할을 해왔다.

더 나아가 이제는 무인 항공기에서부터 초음속 여객기, 수직 이착륙이 가능한 전기 항공기 등 새로운 모빌리티 개발에 기여하고 있다.

비행기 조종석까지 가상에서 경험할 수 있어 항공 제조업체들이 항공사 같은 고객에게 항공기 컨셉과 아이디어를 판매할 때 유용하게 활용할 수 있다.

이러한 항공우주 및 국방산업의 디지털 혁신을 위해 다쏘시스템에서는 3DEXPERIENCE Platform기반의 산업군별 특화 솔루션을 제공하고 있다.

이 중 항공우주 및 국방산업 특화솔루션은 총 8개 (Program Excellence, Winning Concept, Co-Design To Target, Cleared To Operate, Ready For Rate, Build To Operate, Keep Them Operating, Passenger Experience) 로 구성되어 있으며 제품개발 전반에 걸쳐 개념설계부터 설계/시험/생산/서비스에 이르는 각 역할별로 필요한 솔루션을 제공한다.

특히, ‘코디자인 투 타겟(Co-Design To Target)’은 기본설계부터 상세설계단계까지 각 설계영역별로 동시공학 설계 및 협업이 용이한 환경을 제공하여 기존대비 비용과 시간을 40~60% 절감할 수 있도록 하여 국내외 많은 항공우주 및 국방산업에서 활용되고 있다.

소규모 OEM과 스타트업의 제품 혁신을 위해 기존 8개의 특화 솔루션을 기반으로 고안된 ‘리인벤트 더 스카이(Reinvent the Sky)’ 솔루션은 안전성을 갖춘 표준 기반의 단일 환경에서 디지털 설계 및 시뮬레이션 애플리케이션을 제공한다.

항공우주 및 국방 산업에 특화된 솔루션으로서 우주발사선과 위성 추진 시스템 뿐만 아니라 경비행기, 무인항공기, 전기 수직 이착륙기 등 다양한 파격적인 솔루션을 개발할 수 있도록 컨셉부터 제조, 인증까지 전 제품 개발 과정을 지원한다. 기업은 컨셉에서 인증에 이르는 제품 라이프사이클을 가속하고 프로토타입을 통해 제품을 가장 먼저 출시함으로써 상당한 이점을 얻을 수 있다.

리인벤트 더 스카이 솔루션의 주요 혜택은 개발기간 단축, 품질 향상, 효율성 개선이다. 클라우드 기반의 단일 플랫폼을 활용하여 적은 리소스로 컨셉에서 프로토 타입까지의 소요 시간을 단축할 수 있다.

개념 정의 단계에서 엔지니어는 아이디어를 개념 설계에 고스란히 반영할 수 있으며, 강력한 상관관계 분석 방식을 통해 수천 가지 버전의 설계를 시뮬레이션하여 사양에 가장 부합하는 설계를 찾을 수 있다.

실제 프로토타입을 제작해 물리적인 시험을 시행하는 것 대신, 가상 환경에서 디지털 트윈 기술을 통해 시뮬레이션을 하면 프로토타입 개발에 소요되는 시간과 비용을 획기적으로 줄일 수 있다.

이 플랫폼에선 엔지니어링에서 테스트 및 제조에 이르는 전체 가치 흐름의 디지털 연속성을 보장하고 설계 프로세스의 비효율성을 제거하여, 비즈니스의 효율성과 유연성을 개선하고 제품의 품질을 높일 수 있다.

통합 디지털 가치 흐름(개념, 세부 엔지니어링, 제조 계획)을 추구하면 재작업하거나 수정 작업을 관리하지 않고도 모든 엔지니어링 프로세스에서 동일한 정보를 공유할 수 있다.

또한, 데이터를 정리, 변환 또는 재작업 할 필요없다. 모든 업무와 파일은 클라우드에 저장, 기록되며 완벽하게 추적이 가능하여 작업자 간 효율적인 협업 환경을 구축할 수 있다.

글로벌 항공기 제조사 붐수퍼소닉(Boom Supersonic)은 마하 2.2의 초음속 여객기 ‘오버처(Overture)’ 개발을 가속화하고 가격 부담을 낮추도록 다쏘시스템의 리인벤트 더 스카이 솔루션을 도입했다.

오버처는 뉴욕과 런던을 단 3시간 15분, 도쿄와 샌프란시스코를 단 5시간 30분 만에 비행하는 역사상 가장 빠른 상업용 여객기가 되어 장거리 비행에 혁명을 일으킬 것으로 기대된다.

버티컬 에어로스페이스가 개발한 ‘세라프(Seraph)’는 승객 3명에 해당하는 250kg까지 수용 가능하며, 시간 당 최대 80km의 속도로 비행할 수 있는 전기 수직이착륙 항공기이다.

현재 예산 계획으로 미루어 볼 때 이러한 투자 증가는 2024년 또는 그 이후까지 지속될 것으로 예상된다. 방위 산업은 전통적인 맞춤식 개발 모델을 개선하기 위해 노력하고 있다. 방위 기업은 3D익스피리언스 플랫폼을 통해 개발 프로세스를 혁신하고 신기술을 통합하며 린 프로세스를 구현함으로써 컨셉부터 이륙에 이르는 프로그램 진행 속도를 최대 50% 높여 비용 효율적으로 적시에 제품을 납품할 수 있다.

세계 최대 방산업체 록히드마틴은 다쏘시스템의 3D익스피리언스 플랫폼을 도입해 디지털 엔지니어링 혁신을 가속화하고 있다. 설계 영역을 넘어 차세대 항공기 및 헬리콥터 제조 과정의 디지털화에 나서고 있다.

이 외에도 다쏘시스템은 보잉, NAVAL그룹, GE, 사프란, 벨 헬리콥터 등 다양한 방위 기업을 고객으로 두고 있다.

에어버스는 항공업계가 직면한 다양한 어려움을 극복하기 위해 항공기 제품개발에서 생산, 운영에 이르는 모든 과정에서 디지털 혁신을 하기 위한 플랫폼 전략(DDMS: Digital Design, Manufacturing and Services)을 수립했다.

다쏘시스템은 통합된 사용자 경험을 위한 단일화된 데이터 모델로 디자인부터 엔지니어링, 시뮬레이션, 제조, 운영까지 디지털 연속성을 지원하는 자사의 3D익스피리언스 플랫폼을 제공하여 모든 에어버스 사업부와 제품군에 적용하기로 하였다.

모든 데이터가 3D익스피리언스 플랫폼 안에 담겨있기 때문에 설계, 제조, 생산, 서비스에 이르는 모든 디지털 연속성을 갖추고, 서로간의 협업이 쉬워지며, 정밀한 분석을 할 수 있다.

10여년 전, 에어버스는 A350 차세대 여객기 개발 프로젝트 당시 다쏘시스템과의 협업을 통해 비약적인 발전을 이루어 낸 바 있다. 과거의 항공기 이용객들은 제시간 안에 안전하게 목적지에 도착하는 것만으로도 만족했다.

에어버스는 바로 이 부분에 주목해 A350 프로젝트를 하면서 탑승객 경험에 중점을 두었다.

예를 들어 에어버스 A350은 탄소섬유복합소재를 사용한 최초의 비행기다. 기체의 50% 이상이 해당 소재로 만들어졌다. 바로 탄소섬유로 제작된 기체와 날개 구조가 조용하고 쾌적한 비행을 가능하게 하는 요인이다. 경량 소재인 탄소섬유를 광범위하게 사용해 연료 효율성이 크게 개선되었고, 더 조용하면서도 공기 역학적 효율이 우수하도록 해 새로운 항공 여행을 경험하게 했다.

외부 소음을 50% 줄이고, 더 많은 산소를 공급해 기내 기압을 6,000 피트 수준으로 맞춰 승객의 피로를 낮출 수 있게 하고, LED 무드등을 비롯한 기내 와이파이 연결 등을 통해 승객 편의를 향상시켰다.

에어버스는 이러한 혁신을 위해 기존과는 전혀 다른 방법과 도구인 다쏘시스템의 3D익스피리언스 플랫폼을 활용했다.

매일 최대 4,000명의 엔지니어가 플랫폼에 접속해 단일화된 환경에서 원활한 의사소통과 협업을 진행했다.

다쏘시스템의 협업 솔루션인 에노비아를 사용해 내외부 직원 간 빠른 정보의 동기화를 이루었고 항공기 구조, 설비 시스템, 튜빙, 복합재료 부품, 전기 시스템의 설계 시에는 카티아를 사용해 3D환경에서 완벽하게 설계할 수 있었으며 플랫폼상에서 시뮬리아를 통한 가상 설계검증 활동을 수행하여 검증에 소요되는 시간을 줄이고 제작 이후 발생되는 불필요한 변경도 감소시킬 수 있었다.

이제 에어버스는 DDMS를 통해 제품개발기간을 단축하고, 새로운 패러다임의 업무방식을 적용하고 있으며, 디지털 트랜스포메이션 역량을 한층 더 강화하고 있다. 모든 제품, 산업 시스템 및 항공 서비스 등 항공우주산업 전반의 모든 관련자와의 협업을 도모하고 하나의 부서를 위한 프로젝트가 아니라, 에어버스 모든 부서의 전략적인 프로그램으로 에어버스가 새로운 항공 에코시스템을 구축하는 결정적인 계기가 될 것으로 예상된다.

프랑스 NAVAL 그룹은 유럽 해군 산업 분야에서 선두를 달리는 기업이며, 수상 함정과 잠수함의 설계, 제조, 정비를 전문으로 하고 있다. NAVAL 그룹의 핵심 과제는 제품의 기능을 개선하면서 글로벌 경쟁력을 강화하는 것이며, 이러한 비즈니스 목표를 달성하기 위해 디지털기반의 프로세스 혁신을 전략의 핵심으로 삼고 있다.

이러한 혁신의 일환으로 최근 선박의 테스트, 검사 및 인증을 시행하는 BV(Bureau Veritas)와 파트너쉽을 맺고, 양사간의 “3D 모델 기반의 선급 인증 프로세스”를 통해 엔지니어링 비용을 절감하고 함정 개발 리드 타임을 단축하고 있다.

양사는 승인 과정에서의 설계 결과 리뷰는 승인 프로세스에서 상당히 중요한 비중을 차지하며, 필요한 2D 도면 모음을 검토하는 이전의 방식에서 탈피하여, 선박의 3D 모델을 기반으로 하는 승인 방식을 선급 인증프로세스를 도입하기로 하였다.

이전의 승인 과정에서는 3D 모델과 2D 도면 간의 차이를 관리하는 일에 많은 시간을 투입되었고, 또한 이해에 어려움이 많아서 BV와 NAVAL Group사이에 오해와 많은 분쟁 시간이 소요되었다.

다쏘시스템의 3DEXPERIENCE 플랫폼을 기반으로 3D 모델 선급 인증 프로세스 협업 체게를 개발하여, 양사간의 3D 정보를 실시간으로 교환하며 협업 효과를 개선하고, 설계 승인을 받기까지의 시행착오를 줄이며, 3D 모델에서 계산 모델을 자동으로 생성하는 데 단일 디지털 모델을 활용함으로써 시간과 비용을 줄일 수 있었다.

향후 환경 규제 및 디지털 기술의 요구가 급변하는 상황에서 3DEXPERIENCE 플랫폼을 통해 실시간 엔지니어링 협업 영역을 확대해 나갈 수 있을 것으로 기대된다.

배기가스를 전혀 배출하지 않는 무배출(zeroemission) 항공기로 920kW의 배터리를 1회 충전하면 1,046km까지 주행이 가능하며, 시속 450km로 3,000m 상공에서 비행한다. 일반적인 항공기의 경우 시간당 약 1,000달러 정도의 운영 비용이 소요되는 것에 반해, 앨리스는 시간당 200달러가 소요돼 매우 경제적이다. 또한, 전기로 운행되기 때문에 기내 소음과 진동이 일반 항공기에 비해서 상당히 낮다.

이비에이션은 혁신적인 항공기를 제작하기 위해 세계적인 항공업체 에어버스, 보잉에서 사용하는 다쏘시스템의 클라우드 기반 3D익스피리언스 플랫폼을 앨리스 제작 초기 단계부터 도입했다.

애초에 전기비행기로 제작할 목적으로 전체적인 접근 방식을 갖고 개발에 착수했다. 설계, 시뮬레이션, 제작까지 하나의 플랫폼에서 수행했다. 설계 과정에서 플랫폼에서 제공하는 공기역학적 설계, 구조 및 서브시스템 통함, 제어 소프트웨어, 열 관리 및 추진 시스템 기능을 활용했다.

항공기 제조는 매우 복잡하고 다수의 이해관계자가 얽혀 있다. 이비에이션은 전세계 각지에서 부품들을 생산하면 하나의 공장으로 배송해 조립하는 방식으로 항공기를 제작했다. 이를 빠른 시일 내에 매끄럽게 진행하려면 하나의 정확한 데이터 소스가 필요했다. 따라서 클라우드 기반의 3D익스피리언스 플랫폼은 모든 이해관계자가 큰 그림을 함께 그릴 수 있도록 실시간 데이터 공유를 지원함으로써 협업을 증진시켰다.

작업자가 일일이 파일을 공유할 필요 없이 모든 이해 관계자는 실시간으로 업데이트되는 파일을 토대로 작업할 수 있었다. 따라서 파일을 공유하는 과정과 확인, 수정, 재 공유 과정에 드는 시간을 획기적으로 단축할 수 있었다.

예를 들어, 앨리스 제작 과정에서 좌석을 항공기 바닥에 고정시키는 시트 트랙 제작에 문제가 생겼었다.

시트 트랙에 필요한 고정장치의 물량이 부족해져 재고가 있는 부품으로 대체한 후 프랑스에서 제작되고 있는 모델을 업데이트 해야 했다.

불과 30초 만에 프랑스 공장의 작업자들은 수정된 부품을 확인할 수 있었으며, 전체 모델이 새로 변경되어 모든 이해관계자가 업데이트된 모델을 확인할 수 있게 되었다. 따라서 구성 관리 측면에서 많은 수고를 덜 수 있게 되었다.

결과적으로 3D익스피리언스 플랫폼 도입을 통해 협업과 데이터 보안이 개선되었고, 전 세계 언제 어디서나 원격 데이터 공유가 가능해졌다. 전 세계에 흩어져 있는 수많은 엔지니어들과 164개의 협력 업체는 동일한 데이터 세트로 작업할 수 있게 되었다.

따라서 개발에 소요되는 비용과 기간이 획기적으로 단축되었다. 스타트업에게 초기 개발 기간을 단축하는 것은 매우 중요하다. 혁신적인 아이디어를 하루 빨리 실현하고 시장에 제품을 공개해야 시장 경쟁력을 갖출 수 있기 때문이다.

이비에이션은 궁극적으로 배기가스를 배출하지 않는 100% 전기 항공기를 선보여 승객들이 교통체증을 피하고 훨씬 수월하게 지역 간에 이동할 수 있는 더 나은 이동 경험을 제공할 계획이다. 앨리스는 2022년부터 상용화될 예정이다.