한국멘토는 지난달 16일 1D와 3D를 통합한 CFD(Computational Fluid Dynamics, 전산유체역학) 솔루션을 발표했다. 이 솔루션은 범용 1D/3D 네이티브 CFD를 상업적으로 사용할 수 있다. 멘토 그래픽스에 따르면, 3D와 1D의 기능을 함께 사용할 수 있어서 열류 정체 현상이 발생하는 위치와 이유를 실시간으로 정확하게 식별할 수 있다. 멘토의 존 아이작 시스템 디자인 부문 시장개발 이사는 “설계 프로세스에서 가상 프로토타입을 디자이너에게 제공하는 것이 중요하다”며 “실제 물리적 프로토타입을 제작하기 전, 불필요한 프로토타입 과정을 줄이면 ▲시간 단축 ▲비용 절감 ▲설계수정이 줄어 정확성과 효율성을 향상시킬 수 있다”고 말했다. 또한 “전문가뿐만 아니라, 설계 엔지니어들이 사용이 용이해 제품의 경쟁력을 높일 수 있다”고 덧붙였다. 1D-3D CFD 솔루션은 1D 플로우마스터(Flowmaster)와 3D FloEFD를 기반으로 하고 있다. 멘토는 작년 12월 플로우마스터 인수 후, FloEFD와 플로우마스터의 통합 작업을 진행했다.

시뮬레이션 시간 최대 75% 단축
FloEFD는 3D 유체역학과 열전달 분석을 위한 통합 솔루션이다. 복잡한 컴포넌트 상에서 종류에 상관없이 유체역학 이슈를 해결할 수 있다. 또한 사용자는 UI를 변경할 필요가 없어, 기존 자신의 작업 환경 그대로 활용할 수 있다. 이밖에도 FloEFD는 서드파티 모듈이 필요 없으며, 스탠드얼론(stand-alone)으로 사용할 수 있다. 특히, 디자인 프로세스 전반에 걸쳐 앞단에서 시뮬레이션할 수 있다는 장점이 있다. 최신의 디자인 변경 사항이 반영돼 엔지니어가 디자인을 직접 조율할 수도 있다. FloEFD는 다양한 파라미터를 사용할 수 있으며, ‘What If’ 분석도 가능하다. 에릭 버젤 총괄 매니저는 “FloEFD는 CAD에 완벽하게 임베디드되어 지오메트리를 추가적으로 변경할 필요 없이 모델 그대로 가져와 구현할 수 있다”며 “그 결과 시뮬레이션 시간을 65~75% 정도 단축할 수 있다”고 설명했다. 실제로 포르쉐는 카디아 기반을 사용하지만 디자인 초기 단계에서 FloEFD를 활용하고 있다. 또한 포르쉐 자동차/엔지니어링 부문에서도 이 솔루션을 사용하고 있다. 골프 업체인 PING도 멘토와 마케팅 합의를 체결해 FloEFD를 활용해 제품을 제작한 바 있다.

1D와 3D는 상호보완 관계
플로우마스터는 1D 범용 목적의 시뮬레이션 소프트웨어로 과도 상태에서 계산을 산출할 수 있다. 오픈 아키텍처로 컴퍼넌트(요소, 부품) 정보 등이 담긴 데이터베이스를 통해 복잡한 시스템과 연결해 시뮬레이션할 수 있다.
약 10년 전, CFD는 전문가들의 전유물이었다. 멘토 메커니컬 해석 부문 에릭 버젤 총괄 매니저는 “멘토의 목표는 전문가뿐만 아니라 기계 엔지니어에게도 더욱 정확하고 효율적인 해석 툴을 제공하는 것”이라며 “1D-3D CFD 솔루션은 뛰어난 CFD 핵심 기술을 적용해 다양한 제품 개발 과정을 최적화할 수 있다”고 말했다. 플로우마스터는 ▲자동차 ▲우주항공산업 ▲플랜트업계 ▲산업기계 ▲해양 ▲발전소 등의 다양한 업계서 사용된다. 실제로 에어버스나 보잉 등의 항공산업과 플랜트 설계에서 사용되고 있다. 복잡한 유체역학, 파이퍼플로우를 모형/해석할 필요가 있는 엔지니어에게 이상적인 솔루션이다. 1D나 3D의 해석은 상호 보완적인 관계로 엔지니어는 2가지 모두를 필요로 한다. 에릭 버젤 총괄 매니저는 “시스템 차원에서 시뮬레이션할 필요도 있지만, 동시에 아주 자세한 컴포넌트 차원에서도 1D-2 D로 시뮬레이션할 필요가 있다”며 “이는 멘토가 플로우마스터를 인수한 이유이며, 시장의 요구를 적극 반영한 것”이라고 말했다. 실제 자동차 냉각 시스템이나 항공·환경제어 시스템, 항공전자, 복잡한 하이퍼 시스템(Hyper system) 등은 이제 1D로 해석할 수 있다. 한편, 모두 1D로 시뮬레이션하면 시간은 줄어들 수 있지만, 컴포넌트를 특징짓고 설명하기 위해서 대량 또는 양질의 데이터가 필요하다는 단점이 있다. 반대로 3D로 해석하면, 훨씬 복잡하지만 연산 집약적이다. 그 결과 시뮬레이션 시 시간이 오래 걸린다는 단점이 있다. 메트릭스가 복잡하고 상세하면 3D만으로 해결되지 않는 경우도 있다. 현재 멘토의 고객사인 아우디는 FloEFD 솔루션을 활용해 오전에 디자인하고 오후에 시뮬레이션, 다시 오전에 디자인 등의 변경을 지속적으로 실행하고 있다. 오토모티브에서 헤드라이트 부문은 지오메트리가 복잡해 전통적인 CFD를 사용하면 몇 주 이상의 시간이 걸린다. 존 아이작 시스템 디자인 부문 시장개발 이사는 “1D-3D CFD 솔루션은 복잡한 컴퍼넌트를 최적화하길 원하는 업계나 복잡한 컴퍼넌트 시스템을 최적화하길 원하는 시스템 공급업체도 사용할 수 있다”며 “컴포넌트 서플라이어 대상으로 마케팅을 펼칠 계획”이라고 말했다. 또한 “현재 빠른 성장을 보이는 오토모티브 LED 헤드라이트 부문을 비롯해 어레이, 텔라이트, 자동차 인테리어까지 다양한 부문에 활용할 수 있는 만큼 많은 시장의 요구가 있을 것”으로 내다봤다. 쫟



오늘날 자동차와 항공, 정유, 가스, 전력 및 에너지 분야의 시스템 엔지니어는 1D와 3D CFD 소프트웨어를 대부분 사용한다. 복잡한 시스템을 디자인하는데 사용되는 3D CFD는 정확도가 높지만, 사용된 모델의 크기에 따라 계산 시간이 너무 많이 소요될 수 있다. 또한 1D CFD는 시스템을 빠르게 계산하여 해석할 수 있지만, 정확한 분석을 위해서는 많은 컴포넌트 데이터를 분석해야 한다. 이처럼 지금까지는 열류 분석을 통한 디자인 작업의 정확도를 높이는 것이 쉽지 않았을 뿐만 아니라, 가설을 기반으로 분석 작업을 진행해 왔다. 유기적으로 결합된 1D-3D CFD는 시스템의 복잡한 컴포넌트에 대한 특성 해석은 3 D로 수행하고, 컴포넌트 데이터는 1D 시스템 레벨 시뮬레이션 분석이 가능하다. 이를 통해 컴포넌트의 정확도를 높일 뿐만 아니라 시스템 레벨의 분석에 소용되는 리소스 및 시간을 최소화할 수 있다. 시스템 엔지니어는 디자인 작업 시작에서부터 프로세스 전반에 걸쳐 활용되는 멘토의 가상 프로토타이핑을 활용한 열류 분석 방법을 활용해 다양한 변수를 검토해 시스템 및 컴포넌트를 최적으로 디자인할 수 있다.