쉽파이브 디자인 & 조선의 또 다른 긴 하루입니다.1. 설계 엔지니어링 팀은 성공적인 해양 공급 선박의 구형 배치를 개조하여 최신 혁신 기술을 개발하기 위해 수많은 반복 작업을 거쳤습니다.
새로운 추진 및 조향 장치로의 유입을 개선하기 위해 보다 에너지 효율적인 방위각 포드 드라이브를 설치하고 스키그의 길이를 변경한 후 새로운 빌지 용골 설계가 필요했습니다. 고가의 모델 테스트 결과 선박이 급선회할 때 바람직하지 않은 롤 모션을 보이는 것으로 나타났고, 팀은 점점 좌절감을 느끼고 있었습니다.
이들은 모든 설계 매개변수 간의 상충되는 요구 사항을 통합할 수 있는 솔루션을 염두에 두고 있었습니다. 롤 모션을 정상으로 되돌릴 수 있는 새로운 설계가 추진 성능을 저하시키지 않는다는 CFD 분석가의 최종 확인이 필요했습니다.
나쁜 소식. CFD 부서의 한 동료는 최신 설계의 경우 급선회 동작 시 높은 드리프트 각도에서 빌지 킬에서 눈에 띄는 와류가 발생한다고 보고했습니다. 포드에 대한 유입 평면의 웨이크 수치가 허용 임계값 아래로 떨어집니다. “CFD의 유동장 데이터가 없었다면 이 문제를 포착하지 못했을 것입니다.”라고 팀의 한 엔지니어는 덧붙입니다.
“지금 설계를 수정하지 않으면 큰 불이익을 받을 위기에 처해 있습니다.”라고 그는 말합니다. 침묵과 절망이 방 안을 가득 채웁니다. “최종 디자인을 완성하기까지 3개월이 더 남았습니다. 새로운 디자인 반복 과정을 거치는 속도를 높이지 않으면 디자인 수정을 한 번 더 검토할 수밖에 없을지도 모릅니다.”라고 다른 동료가 말합니다.
축소 주문 모델링(ROM)과 실행 가능한 디지털 트윈(xDT)을 입력합니다.
시뮬레이션 팀의 한 구성원이 의견을 제시합니다: “주요 설계 변형에 대해서만 올바른 응답 추세를 제공하는 빠른 시간 시뮬레이션 모델을 사용할 수 있다면 어떨까요?”라고 묻습니다. 그는 계속해서 설명합니다: “문제의 가장 중요한 물리학을 다루는 ROM을 정의할 수 있습니다. 이것은 일종의 계수 기반 방정식 체계가 될 것이며, 계수는 각 설계의 고유한 유체역학적 특성을 나타냅니다. 이러한 계수의 데이터베이스를 확보하면 몇 분 안에 전체 설계 범위를 해결할 수 있습니다.”
수석 설계 엔지니어가 한숨을 쉬며 대답합니다: “예산이 남아 있지 않고 견인 탱크의 빈 슬롯을 기다릴 시간도 없습니다. 그렇게 해서 계수를 구하는 거죠?”
“그렇지 않습니다. 기존 시뮬레이션 도구를 사용하고 클라우드에서 리소스를 사용하면서 동적으로 요청하고 비용을 지불할 수 있습니다. 대기 시간이 없습니다. 말하자마자 시작할 수 있습니다!”
“확신이 서지 않습니다. 시뮬레이션 결과가 정확한지 어떻게 알 수 있나요?”
시뮬레이션 엔지니어는 확신합니다: “우리는 이미 해상 시험에서 얻은 과거 데이터와 실패한 설계에 대한 모델 테스트를 비교하여 흐름 시뮬레이션을 검증했습니다. 따라서 도구는 신뢰할 수 있습니다.”
“좋은 지적입니다. 실제 선박이 건조되면 시뮬레이션 인프라를 연결할 수 있는 물리적 자산이 될 것이고, 실제 시스템과 디지털 트윈은 선박이 운항하는 동안 서로 피드백을 주고받으며 앞으로 나아갈 것입니다. 이를 통해 선박 성능을 개선하고 선박을 에뮬레이트하는 수치 도구를 개선하는 데 도움이 될 것입니다.” 수석 설계 엔지니어는 이 솔루션의 부가가치를 깨닫기 시작했습니다. “이 경로를 통해 당면한 문제에서 벗어날 수 있을 뿐만 아니라 설명하신 대로 앞으로 이 디지털 트윈 개념을 도입할 수도 있습니다.”
“사실, 그것은 실행 파일 디지털 트윈. 우리는 분할과 정복을 통해 가장 중요한 도메인 문제를 파악하고 이를 위한 캡슐화된 모델을 개발해야 합니다. 좋은 소식은 이러한 캡슐화된 모델을 기반으로 배포 가능한 애플리케이션을 확보하면 엔지니어링 툴에 대한 교육이나 전문가가 아닌 엔지니어도 이러한 소프트웨어 패키지를 활용할 수 있어 조선소로서 더 빠르게 움직일 수 있다는 점입니다. 아시다시피 우리 시뮬레이션 그룹은 규모가 작습니다.”
xDT란 무엇인가요?
디지털 트윈의 가치 제안은 디지털 모델과 물리적 자산의 연결성에 달려 있습니다. 물리적 자산을 운영하여 얻은 측정값은 디지털 트윈을 검증, 검증 및 개선하는 데 사용되며, 측정할 수 없는 부분은 디지털 트윈을 사용하여 계산 및 분석할 수 있습니다. 설계 시작부터 물리적 자산의 폐기에 이르기까지 양방향 데이터 흐름과 개선이 이루어집니다. 반 데어 아우베러와 하트만(2022) 는 xDT에 대한 주요 참조를 나타냅니다. 이들에 따르면 xDT는 다음과 같이 정의할 수 있습니다:
“특정 컨텍스트에서 특정 동작 집합을 모델링하기 위해 디지털 트윈에서 전용 캡슐화를 추출하여 인스턴스화된 독립형 모델과 같은 독립 실행형 표현을 제공하는 것을 실행형 디지털 트윈이라고 합니다.”
ShipFive Design & Shipbuilding 팀이 ROM을 사용하여 설계 문제를 해결하고 미래를 위한 xDT를 구축하는 방법
문제 해결 개념은 그림 3에 나와 있습니다. ShipFive 조선은 필요한 ROM 기반 워크플로와 장기적인 xDT 솔루션의 추가를 용이하게 하는 엔터프라이즈 규모의 Siemens 디지털 스레드를 배포했습니다. Siemens NX 지오메트리를 사용하여 이미 파라미터화된 모델에서 빌지 용골에 대한 수정을 쉽게 수행할 수 있습니다. HEEDS 워크플로는 모든 Simcenter 도구 간의 정보 및 데이터 교환을 조율합니다.
그런 다음 새로운 지오메트리가 Simcenter STAR-CCM+의 가상 견인 탱크 파이프라인을 통해 휘저어지며, 여기서 스테디 드리프트, 요, 평면 운동 메커니즘(PMM), 롤 붕괴 및 강제 롤 진동 테스트의 매트릭스가 구성됩니다. 설계 엔지니어링 모델 작성 프로세스가 완료됩니다. 선박의 힘과 모멘트에 대한 결과 데이터베이스는 특정 유동장 정보와 함께 머신러닝(ML) 데이터 분석 블록에 공급되어 계수 기반 ROM을 채웁니다. 이러한 데이터는 사내 또는 Simcenter Amesim ROM 빌더와 같은 Simcenter 솔루션에 편리하게 연결할 수 있습니다. 모델 실행 활성화 단계입니다. 개념 설계의 문제 해결 반복의 주요 목표인 허용 가능한 롤 모션 특성을 보장하는 단계에 결함이 있는 설계가 들어가지 않도록 Simcenter Amesim 해양 라이브러리를 사용하여 선박의 유체 역학 성능을 먼저 확인합니다. 이러한 연구는 배포 플랫폼(노트북 또는 태블릿)에서 디자인 팀 회의에서 실행됩니다.
1 가상의 조선소