자동차 산업에서 3DEXPERIENCE CATIA의 활용
3DEXPERIENCE CATIA는 플랫폼 기반의 차세대 CAD로서, 버추얼 트윈(virtual twin)을 구축하고 활용하기 위해 필수적인 다쏘시스템의 솔루션이다. 최근 급변하는 자동차 산업의 시장 환경 변화는 지속적인 기업 성장의 도전 요소이며, 이에 따른 기업의 대응 전략 및 제품 개발 방향의 변화가 요구된다.
이번 호에서는 자동차 산업에서 당면한 과제를 살펴보고, 이를 해결하기 위한 3DEXPERIENCE CATIA의 신기술에 대해서 살펴본다.
자동차 산업의 당면 과제
전기/커넥티드/자율주행차
친환경차의 시장 비중이 확대됨에 따라 신규 플레이어와의 경쟁이 심화되고, 전장 및 소프트웨어의 고도화에 따른 개발 복잡성이 증가하고 있다. 이에 대응하기 위해서는 시스템간 통합 및 추적성이 요구된다.
새로운 고객 경험
새로운 비즈니스 모델 및 신규 시장/고객 세그먼트의 확장이 발생하고 있다. 또한 비대면 고객 서비스 및 채널이 증가하고 있다. 고객 경험에 대한 선행 검증이 요구된다.
품질/비용/규제
자동차 환경 규제 기준이 지속적으로 강화되고 있다. 전세계적으로 리콜 수가 급증하였으며 생존을 위한 수익성 확보가 필요하다.
디지털 전환(digital transformation)
디지털 역량에 대한 강화가 요구되며, 데이터 기반 의사결정에 대한 필요성이 증가하고 있다. 조직의 유연한 개발 환경 및 업무 효율 향상을 위해 클라우드의 도입이 가속화되고 있다. 따라서 미래지향적인 제품 개발을 위해서 현재의 엔지니어링 환경의 혁신적인 변화가 요구되고 있으며, 카티아 또한 이러한 시장 요구사항의 해결을 위해 발맞추어 발전해오고 있다.
3DEXPERIENCE는 글로벌 OEM과의 경험을 통해 자동차 산업에 특화된 베스트 프랙티스를 축적하였으며, 이를 통해 프로세스 기반의 솔루션을 제공한다. 많은 OEM 및 공급사(supplier)에서 3DEXPERIENCE를 활용하고 있으며, 데 팍토(de facto, 사실상) 표준으로서 입지를 공고히 하고 있다. 특히 주목할 점은 많은 OEM 및 부품사에서 클라우드로의 전환을 통해 미래 기술의 기반을 마련하고 있다는 것이다.
카티아 모델링 기술의 발전 방향
과거 3D CAD 솔루션의 기능과 사용성은 스펙에 따라 정확히 모델링할 수 있고 설계 효율을 높이기 위한 템플릿(template) 기반 설계를 지원하는 정도에 그쳤다. 하지만, 현재는 설계자가 미쳐 고려하지 못했던 부분도 지원해 주기 위해 생성형 설계(generative design)라는 개념이 등장하여 급부상하고 있다. 이는 모델링과 시뮬레이션을 접목시킨 MODSIM(모드심)이라는 새로운 방법론 및 기능으로 발전했다. 곧 다가올 미래에는 설계자의 개발 의도를 파악하여 사전에 가이드를 제공하는 생성형
AI(generative AI) 기술이 본격적으로 상용화될 예정이다.
이러한 기술 변화에 따른 차세대 CAD의 핵심 요소를 세 가지로 분석하면 다음과 같다.
플랫폼 기반 설계 협업 효율성 향상
기존의 CAD는 데이터가 파일 형태로 저장되고, PLM(제품 수명주기 관리) 혹은 PDM(제품 데이터 관리)과 연계하여 관리되는 형태가 일반적이었다. 그러나 3DEXPERIENCE CATIA는 데이터를 서버에 중앙집중 관리하는 플랫폼 형태로 변화하였다. 플랫폼은 모든 유저를 단일 데이터에 디지털로 연결시켜주는 역할을 하기 때문에, 파일이라는 개념을 없애고 모든 데이터를 서버에 관리함으로써 모든 유저가 동일한 최신 모델을 참조할 수 있도록 한다. 또한 데이터 관리 체계가 단순화되어 설계자가 주의해서 관리해야 할 요소(링크, 파일 경로, 품번, 버전 관리 등)가 줄어들고, 휴먼 에러를 대폭 감소시킬 수 있다. 협업 측면에서는 설계 전체 기간을 크게 단축시킬 수 있다는 중요한 장점이 있다. ‘실시간 동시 협업 설계’라는 기존에 상상하지 못했던 작업 방식이 가능해지며, 빠르게 설계 완성도를 높일 수 있다.
생성형 설계 / MODSIM
설계 작업을 할 때, 우리는 대개 이전에 보통 해 오던 방식이나 형상으로 설계하는 것에 익숙하다. 하지만 앞으로 CAD가 나아가는 방향은 설계자가 직접 일일이 피처 기반의 모델링을 하지 않아도, 주어진 조건 내 최적의 형상을 자동으로 만들어주는 방향성으로 나아가고 있다. 그렇기 때문에 기존에는 “이 형상이 설계 조건에 부합한가”를 질문하였다면, 앞으로는 “이 설계 조건에 가장 적합한 형상은 무엇인가”를 질문하게 될 것이다.
MODSIM의 대표적인 방법인 형상 최적화는 다음과 같은 방식으로 진행된다.
| ① 설계자가 기능적인 요구사항을 정의한다. 주변 부품과의 인터페이스나 디자인 영역 등을 정의하고 하중, 경계조건을 설정한다. 다양한 구속 조건 및 KPI를 설정해주고 나면, 카티아에 자동으로 조건에 부합하는 콘셉트 형상이 생성된다. ② 이 형상이 기능적인 요건을 만족하는지 구조해석을 통해서 검증한다. 가장 최적의 형상이 나올 때까지 ①과 ②의 과정을 반복한다. ③ 최종적으로 각각의 제조 방법에 맞는 형상으로 상세설계를 수행한다. |
이러한 과정은 중량 관리 또는 환경 규제 대응을 위한 전과정평가(LCA : Life Cycle Assessment)까지도 연계하여 활용 가능하다.
AI를 활용한 엔지니어링 혁신
자동차 산업에서의 설계 AI는 단순히 챗지피티(ChatGPT)와 같이 기존에 있던 도구를 접목시킨 형태로 만족되어서는 안된다. 카티아는 각 산업군의 당면과제를 해결하고 새로운 차원의 효율을 높일 수 있도록 하는 산업 특화 생성형 AI 솔루션을 상용화하기 위해 준비 중에 있다. 기존에 없던 ‘Text-to-3D’ 기반의 설계 자동화가 대표적이다.
AI의 구현은 당연하게도 기술 자체만이 중요한 것은 아니다. 모델 버전 관리와 데이터 무결성 보장이 필수이므로, 데이터 거버넌스의 측면의 통합이 먼저 선행될 때 실현 가능하다. 카티아는 플랫폼의 단일 데이터를 활용하므로 이러한 이점을 극대화시킬 수 있다.
또한 설계 의도 및 노하우가 반영되어야 하고 실제 제품의 성능 조건과 품질을 만족해야 하기 때문에, 인풋 데이터에 대한 다양한 고려가 필요하다. 이를 위해선 정형/비정형 데이터에 대한 학습이 중요시된다. 3DEXPERIENCE CATIA는 전체 제품 수명주기 전반에 걸친 플랫폼 기반의 협업 환경 위에서 구동된다. 따라서 전체 데이터 구조를 이해하고 분석하는데 특화되어 있다.
3DEXPERIENCE CATIA는 자동차 산업의 지속 가능한 경쟁력 확보에 필수 역할을 수행하고 있다. 이는 단순한 기능 향상을 넘어서 업계 전반의 디지털 변환을 촉진하고, 고도화된 엔지니어링 솔루션을 제공함으로써 혁신의 매개체로 작용하고 있다. 이를 통해 자동차 산업이 시장 요구와 환경 규제에 효과적으로 대응하도록 지원한다.
우리의 엔지니어링 프로세스를 최적화할 수 있는 단 하나의 방법은 디지털로 생각하고, 연결된 작업을 하며 통합된 단일 환경의 데이터를 활용하는 것입니다. BMW 그룹에 있어서 3DEXPERIENCE는 이러한 접근을 지원하고 우리의 프로세스에서 더 높은 수준의 품질을 달성하는 데 도움이 될 것입니다.
Julien Hohenstein 부사장, BMW 그룹 R&D¹
[저자소개]
최윤정
다쏘시스템코리아의 인더스트리 프로세스 컨설턴트로 디자인&엔지니어링 팀에서 3DEXPERIENCE CATIA 제품을 담당하고 있다. 자동차 산업을 위한 고급 서피스 모델링 및 가상 검증 영역에 관심을 가지고 있으며, 자동차 OEM 및 부품사와 프로젝트를 수행하며 현업의 어려움을 파악하고 3DEXPERIENCE CATIA 기반의 솔루션을 제안하고 있다.
출처: 캐드앤그래픽스(https://go.3ds.com/OaG)
[기술 칼럼] 산업 디지털 전환을 위한 버추얼 트윈
- 1편 1D 시뮬레이션을 위한 카티아 다이몰라: https://go.3ds.com/fA2
- 2편 자동차 산업에서 3DEXPERIENCE CATIA의 활용: https://go.3ds.com/5Jn