PLM: 연결된 제조의 미래를 강화하다

클라우드 버전, 시뮬레이션, AR/VR, 적층 제조 기능 추가… 제조업의 IIoT 미래를 겨냥하다

오늘날의 부품 설계 및 제조 공정에는 복잡성이 만연해 있습니다. 최신 제품 수명 주기 관리(PLM) 소프트웨어에서는 제조업체에게 더 많은 선택권을 제공하며, 증강 현실(AR)과 가상 현실(VR) 등 제조 공정을 시각화하는 기술이 추가되었습니다. 이러한 기능은 설계 복잡성 증가를 산업용 사물인터넷(IIoT)과 인더스트리 4.0 환경에서 관리하고, 점점 더 복잡해지는 제품 개발을 초기 단계에서 검증하여 시간과 제조 비용을 절감하도록 돕습니다.

제조업체의 PLM 포트폴리오에는 제품 데이터 관리(PDM) 애플리케이션과 디지털 설계, 제조, 시각화를 위한 CAD/CAM/CAE 전체 스펙트럼이 포함됩니다. 지멘스 PLM 소프트웨어(플라노, TX), 다쏘시스템(파리), PTC(니덤, MA) 등 주요 개발사는 모든 PLM 도구를 제공하지만, 아라스(Aras Corp., 앤도버, MA) 등 일부는 광범위한 CAD 통합 및 지원을 포함한 PDM 특화 도구를 제공하며 전통적인 독립형 CAD/CAM/CAE 시스템은 갖추지 않았습니다. 많은 PLM 솔루션이 클라우드 전용 버전을 제공하거나, 아라스처럼 온프레미스와 클라우드 기반 솔루션을 모두 제공합니다. PLM에는 제조업체가 플랜트 장비를 배치하고 공장 공정을 최종 설계 전에 테스트할 수 있게 하는 중요한 디지털 제조 도구도 포함됩니다. 최근 개발자들은 적층 제조(AM) 분야로 영역을 확장하는 모듈이나 별도 애플리케이션을 추가하고 있습니다.

제조 공정 시각화

제품 개발 프로세스를 가속화하고 더 빠르고 정확한 정보로 개선하는 것은 IIoT로 나아가며 PLM의 중요한 목표입니다. PTC의 PLM 솔루션 관리 부사장 프랑수아 라미(Francois Lamy)에 따르면 설계 검토에서의 증강 현실이 변화를 만들고 있습니다.

"팀이 전 세계적으로 분산됨에 따라 모든 관계자가 적시에 제품 설계를 검토하고, 검토에 필요한 모든 정보를 수집하며, 향후 조치를 위한 피드백을 취합하기가 어려울 수 있습니다." 라미는 말했습니다. "증강 현실(AR)을 사용하면 팀원들이 세계 어디서든 제품 설계를 시각화하고 상호작용하며 피드백을 제공할 수 있습니다. AR을 통해 이해관계자는 제품의 3D 모델과 상호작용할 수 있는데, 예를 들어 모델 주위를 걸어다니며 모델의 다양한 상태를 보거나 모델 내부로 들어갈 수도 있습니다."

PTC는 씽웍스(ThingWorx) IoT 애플리케이션(2013년 인수)과 뷰포리아(Vuforia) AR 플랫폼(2015년 인수)을 인수하며 인더스트리 4.0 시대에 맞춘 AR 지원 PLM 포트폴리오를 꾸준히 구축해 왔습니다.

"고객 기대를 충족하려면 제조업체는 현장에 있는 제품의 데이터를 이해하고 활용하도록 제품 개발 프로세스를 혁신해야 합니다." 라미는 말했습니다. "CAD 도면에 제품 정보를 기록하는 것만으로는 제품이 복잡해지는 상황에서 더 이상 충분하지 않습니다. 제조업체는 제품 개발 프로세스를 더 체계적으로 관리해야 합니다."

포괄적인 PLM 시스템은 IoT 역량을 활용하는 강력한 기반이 된다고 그는 덧붙였습니다. "모든 제품 정보를 단일 뷰의 디지털 제품 정의로 통합함으로써, 조직은 이해관계자 모두가 가장 정확하고 최신의 제품 정보에 접근하도록 보장할 수 있습니다. PLM 시스템을 통해 모든 정보는 단일 자재 명세서(BOM) 목록 형식으로 간소화됩니다."

다쏘시스템 에노비아(Enovia) 브랜드 마케팅 부사장 가스 콜맨(Garth Coleman)은 고객들이 시스템 복잡성 증가, 맞춤형 솔루션 요구, 고객에게 더 빠른 납품 필요성에 대처할 솔루션을 찾고 있다고 덧붙였습니다. "동시에 혁신을 가속화하고 비용을 낮춰야 합니다. 그 결과 기업들은 기업을 디지털로 전환하는 제품 혁신 플랫폼 구축을 모색하고 있습니다."

"클라우드 레디 솔루션을 배포하여 가치를 실현하려는 기업들의 관심이 큽니다." 콜맨은 말했습니다. "클라우드 레디 솔루션을 사용하면 기업은 내부 및 외부 이해관계자가 언제 어디서나 협업에 참여할 수 있도록 기업을 개방할 수 있으며, 유연성과 확장성을 통해 성장에 맞춰 확장할 수 있습니다."

적층 제조(AM) 등 기술을 통한 가치 추가에 대한 관심이 높다고 콜맨은 말했습니다. "위치타에 있는 우리의 3D익스피리언스 센터(WSU[위치타 주립대]와 NIAR[국립항공연구소] 협력)는 작년에 문을 열었으며, 모든 산업의 기업들이 디지털 전환의 일환으로 최신 기술을 어떻게 통합하고 활용할 수 있는지 보기 위해 방문하고 있습니다. 이 협력의 예로 하이브리드 MRAM[다중 로봇 제조 첨단 제조] 셀이 VR/AR, IoT, 머신러닝 등 다양한 기술을 유연하게 통합하여 최대 생산 민첩성을 갖춘 미래의 공장을 구축하는 데 어떻게 도움이 되는지 연구하고 학습하는 것이 있습니다."

복잡성 해체

복잡한 제품과 시스템은 오늘날 가장 똑똑한 엔지니어에게도 도전 과제이며, 산업계는 IIoT용 제품에 내재된 높은 수준의 소프트웨어로 인해 증가하는 복잡성을 헤쳐 나갈 더 창의적인 솔루션을 필요로 합니다.

"전통적으로 CAD 측면에 지나치게 중점을 두어 왔습니다." 아라스의 전략 담당 수석 부사장 마크 린드(Marc Lind)는 지적했습니다. "우리는 PLM 관점에서 시작하여 정교한 제품을 개발하기 위한 크로스 플랫폼 역량을 가능하게 합니다. 요즘은 스마트 커넥티드 제품, 즉 시스템의 시스템이 핵심입니다."

이러한 커넥티드 제품은 자동차 부품이나 항공우주 부품의 소프트웨어와 전자장치일 수 있으며, 아라스 이노베이터(Aras Innovator)처럼 크로스 플랫폼 호환성을 처리할 수 있는 PLM 시스템이 필요하다고 그는 덧붙였습니다. "전자장치 측면, 자동차의 와이어 하네싱은 다른 측면과 동등하거나 더 중요합니다." 연결성이 핵심이라고 린드는 말했습니다. "지멘스의 움직임을 보면 저작 환경 깊숙이 들어가 있습니다. 우리는 프로세스 수준에 초점을 맞추고, 크로스 펑셔널·크로스 디시플린 역량을 가능하게 하며, 필드 서비스까지 확장합니다."

"우리는 CAD에 구애받지 않습니다(CAD-agnostic)." 린드는 덧붙였습니다. "기업은 다양한 CAD 도구를 보유하고 있으며, 그것들을 하나로 모아 디지털 트윈을 통해 공장과 운영으로 이동할 수 있다는 관점에서 시작합니다."

스마트 커넥티드 제품으로 인해 복잡성이 기하급수적으로 증가하고 있다고 린드는 말했습니다. "제품들은 이에 대처할 준비가 되어 있지 않습니다. 이는 전반적으로 대기업과 중소기업 모두 파괴적 혁신(disruption)에 직면해 있음을 의미합니다."

1월, 아라스는 인포스펙트럼(Infospectrum)으로부터 임프레사(Impresa) 유지보수·수리·정비(MRO) 소프트웨어 사업을 인수했다고 발표했습니다. 아라스는 이것이 제조업체가 복잡한 제품의 개발과 유지보수를 디지털로 전환하는 데 도움이 되는 보완적인 MRO 역량 제품군을 제공할 것이라고 밝혔습니다. 이 거래로 아라스는 단일 플랫폼에서 PLM과 MRO를 제공하고 디지털 스레드를 현장까지 확장할 수 있게 되었습니다.

아라스는 최근 독일 자동차 제조사 BMW 그룹이 테스트 데이터 관리의 백본으로 아라스 PLM 플랫폼을 구현한다고 발표했습니다. 이 시스템은 차량 테스트 및 테스트 결과의 계획, 일정, 실행, 문서화를 개발의 다양한 단계에서 지원합니다. 아라스 시스템은 추적 가능한 결과를 가능하게 하며 양산 차량 개발에 중요한 역할을 할 것이라고 아라스는 설명했습니다.

EDA, 생성적 설계, 적층 제조 추가

지난 몇 년간 지멘스 PLM은 전자 설계 자동화(EDA) 시뮬레이션 포트폴리오의 폭을 크게 확대했습니다. 2016년 11월 전자 CAD/CAM 개발사 멘토 그래픽스(Mentor Graphics)를 45억 달러에 인수했고, 최근에는 솔리도 디자인 오토메이션(Solido Design Automation Inc., 서스캐처원, SK)을 비공개 금액에 인수했습니다. 지멘스는 지난가을 심센터(Simcenter) CAE 시뮬레이션 소프트웨어 포트폴리오 업데이트를 출시했으며, 거의 동시에 적층 제조 모듈을 포함한 새로운 NX 12 CAD/CAM 업데이트도 발표했습니다.

"고객들로부터 몇 가지 핵심 메시지를 듣고 있습니다. 첫째, 제품에 내장되는 전자장치와 소프트웨어의 확장이 그 어느 때보다 빠르게 진행되고 있으며, 스스로를 기계 엔지니어링 기업으로 여겼던 회사들이 이제는 통합 시스템이 지배하는 세계에서 경쟁해야 한다는 사실을 깨닫고 있습니다." 지멘스 NX 제품 마케팅 수석 디렉터 폴 브라운(Paul Brown)은 말했습니다. "PLM 도구 공급자로서 우리는 그러한 요구를 충족해야 합니다."

제조업체들은 AM 활용을 확대하고 있다고 브라운은 덧붙였습니다. 기업들은 성능 향상, 부품 수 감소, 경량화를 위해 제품을 진화시키려 합니다. "이는 단순한 제조 문제가 아닙니다. 설계부터 기계까지 전체 수명 주기를 통해 해결해야 할 문제입니다."

최신 NX 도구는 지멘스의 컨버전트 모델링(convergent modeling)을 활용한다고 브라운은 설명했습니다. 새로운 NX 12에는 컨버전트 모델링과 위상 최적화 같은 기술 활용을 바탕으로 생성적 설계 분야의 역량을 확장하는 새로운 도구가 포함되어 있습니다.

"NX 제품군에서는 기업이 새로운 모델링 기법을 사용해 이전보다 빠르게 복잡한 설계를 생성할 수 있게 하는 컨버전트 모델링 기술과 같은 새로운 솔루션을 지속적으로 제공하고 있습니다. 컨버전트 모델링은 리버스 엔지니어링 접근 방식을 사용하는 기업이 데이터를 다운스트림 애플리케이션에서 사용할 수 있는 형태로 변환하는 데 소요되는 시간을 단축하는 데도 도움이 됩니다." 브라운은 말했습니다.

"생성적 모델링 기법은 고객들에게 받아들여지고 기대되는 것이 되었습니다. 시스템이 반복 가능한 설계 문제 해결책을 제안하도록 돕는 것입니다. 데스크톱에서 끊임없이 증가하는 컴퓨팅 파워를 사용해 더 많은 설계 대안을 탐색함으로써 엔지니어는 설계 문제에 대한 새로운 솔루션을 채택할 수 있습니다."

AM의 활용 증가로 엔지니어들은 설계에서 새로운 솔루션을 모색할 수 있게 되었다고 브라운은 말했습니다. 격자 구조를 이용한 경량화나 부품 수를 줄이고 더 적은 재료와 조립 시간으로 제품 목표를 달성하는 새로운 형태 등이 그 예입니다. "이러한 접근 방식은 설계에서 생성적 기법의 활용과 연결됩니다."

지멘스는 AM에 지속적으로 투자하고 있습니다. "다중 재료 및 텍스처와 같은 새로운 신기술을 고려한 제조 지원 측면과 격자 및 서포트 구조와 같은 설계 기능 측면 모두에서 투자하고 있습니다." 브라운은 말했습니다.

NX는 HP 멀티 제트 퓨전(Multi Jet Fusion)용 새로운 모듈인 NX AM을 포함하여 NX의 새로운 AM 솔루션을 확장합니다. 이는 HP의 인증을 받았으며 머티리얼라이즈(Materialise)가 구동하여 HP 젯 퓨전 4200 3D 프린터용 프린트 작업을 준비한다고 지멘스는 밝혔습니다. NX 모듈은 고객이 멀티 제트 퓨전 프린팅 솔루션을 위해 단일 소프트웨어 환경에서 부품을 개발하고 관리하며, 비용과 시간이 많이 드는 데이터 변환과 서드파티 도구를 피하고, 전반적인 설계-완제품 워크플로 효율을 개선할 수 있게 한다고 합니다.

또한 지멘스는 심센터 3D에서 AM 공정 시뮬레이션 애플리케이션을 개발하고 있는데, 이는 제조업체가 AM을 산업화하여 구성 요소를 '첫 시도부터 올바르게' 프린트하는 데 도움을 주는 중요한 도구라고 회사 측은 설명했습니다. 이러한 시뮬레이션 애플리케이션은 지멘스의 엔드투엔드 AM 솔루션의 필수적인 부분입니다.

"적층 제조 및 첨단 로보틱스와 같은 변혁적 기술은 모든 규모의 제조업체에게 경쟁 우위를 확보할 엄청난 잠재력을 제공합니다." 지멘스 PLM 소프트웨어의 제조 엔지니어링 소프트웨어 수석 부사장 즈비 포이어(Zvi Feuer)는 성명에서 말했습니다. "NX는 부품 제조업체가 이러한 강력한 기술을 활용할 수 있는 통합 솔루션을 제공하여 전반적인 비즈니스 성과를 개선하고 진정한 디지털 머신 숍을 구축하는 데 도움을 줍니다."

모든 것을 작동하게 만들기

PLM의 주요 과제는 PLM이 탄생한 엔지니어링 조직을 넘어 이를 확장하는 방법이라고 오토데스크(Autodesk Inc., 샌라파엘, CA)의 제조 및 생산 산업 전략 디렉터 밥 얀시(Bob Yancey)는 지적했습니다. "제품 개발은 엔지니어링을 넘어섭니다. 설계부터 제조 생산까지 데이터 흐름을 연결하는 것이 PLM의 온전한 가치를 이끌어내는 데 필수적입니다." 얀시는 말했습니다. "PLM은 개인과 비즈니스 시스템이 정확하고 시기적절한 제품 개발 정보를 받도록 보장하여, 사람들이 더 빠르고 나은 결정을 내릴 수 있도록 돕습니다."

수명 주기 전반에 걸친 데이터 충실도와 프로세스 성능 개선은 전체 출시 기간을 크게 단축할 수 있으며, 오토데스크 고객들은 50% 이상의 개선을 보고하고 있습니다. 예를 들어, 오토데스크 퓨전 라이프사이클(Fusion Lifecycle) 고객인 메사 랩스(Mesa Labs)의 변경 프로세스는 오토데스크 클라우드 PLM 구현 후 2주에서 2일로 단축되었다고 얀시는 말했습니다. "이는 80% 개선으로, 제품 데이터를 ERP 시스템과 연결하여 달성했습니다. PLM 도입 전, 오토데스크 고객들은 제조 오류의 최대 90%가 누락되거나 부정확한 정보로 인해 발생하여 품질 문제와 높은 스크랩 비율을 초래했다고 보고했습니다."

또 다른 고객인 노바센트릭스(Novacentrix, 광자 경화 솔루션 개발사)는 퓨전 라이프사이클 구현 후 폐기물이 84% 감소했다고 얀시는 말했습니다. 홀리데이 로지 및 주택 제조업체 윌러비(Willerby)는 NCR(불만 보고서)이 월 54건에서 6건으로 줄었고, BOM 정확도가 99%를 넘어 전년 대비 20% 개선되었습니다.

"실수는 계속 발생하고 변경도 필요하겠지만, PLM을 통해 제조, 제품 개발, 엔터프라이즈 비즈니스 시스템 간의 루프를 닫으면 기업의 학습 능력이 향상됩니다." 얀시는 말했습니다. "이 학습은 집계된 데이터[사실 vs 미신]에 기반하며, 지속적인 개선 환경을 조성하고 최고 수준의 실행을 보장합니다."

오토데스크는 설계를 다운스트림 제조 공정과 연결하는 데 초점을 맞추고 있다고 얀시는 말했습니다. 제품 시뮬레이션과 제조 시뮬레이션 모두 설계를 제조와 연결하는 일부입니다. "오토데스크는 설계, 시뮬레이션, 제조, 데이터 관리 솔루션의 광범위한 포트폴리오를 보유하고 있으며, 클라우드 기반 솔루션을 사용하여 분산된 제품 개발 공급망 전반에서 설계를 제조와 더 잘 연결하는 데 선도적 역할을 해왔습니다. 클라우드는 게임 체인저가 되어 모든 규모의 제조업체가 PLM을 이용할 수 있게 했고, 기술 및 자원 장벽을 제거했으며, 웹 브라우저를 통해 전 세계 어디서나 안전하고 연결된 실시간 협업을 제공합니다."

AM, 인더스트리 4.0, IoT, 머신러닝, 인공지능과 같은 신기술의 등장으로 PLM의 본질과 제공해야 할 가치가 변하고 있다고 얀시는 말했습니다. "PLM은 단순히 데이터를 보관하는 것을 넘어 데이터를 분석하고, 데이터로부터 학습하며, 방대한 제품 개발 프로세스 정보에서 예측 트렌드를 도출하여 활용하는 방향으로 나아가야 합니다."

PLM은 처음에 주로 제품 데이터 관리에 초점을 맞췄지만, AR 사용으로 그 역할이 확대되고 있다고 PTC 윈칠(Windchill) PLM 소프트웨어 사용자이자 항공우주 부품 제조사인 엘리트 에어로스페이스 그룹(EAG, 어바인, CA)의 PLM 디렉터 스튜어트 와일러(Stuart Weiler)는 말했습니다. 와일러는 최근 "PLM, 증강 현실이 절삭 날을 세우다"라는 기사(Manufacturing Engineering, 2017년 3월)에서 이 주제를 다뤘습니다.

"원래는 PDM에 불과했습니다." 와일러는 말했습니다. "시간이 지나면서 PLM은 '단일 진실의 원천(Single Source of Truth)'이 되었습니다. 하지만 여전히 필요한 방식으로 통합되지는 않습니다."

더 많은 제조업체가 STEP 242 같은 최신 개방 표준을 사용함에 따라 PLM 통합이 쉬워지고 있다고 그는 말했습니다. "앞으로 많은 사람들이 이를 사용할 것입니다. STEP 242가 표준으로 자리잡고 있습니다. 대부분의 CAD 시스템이 이와 잘 호환될 것입니다."

AR 같은 새로운 도구는 전 세계에 흩어진 글로벌 운영 현장의 사용자에게 큰 혜택이 됩니다. "모두가 정보에 접근해야 합니다." 와일러는 말했습니다. "PTC에는 씽웍스 내비게이트(ThingWorx Navigate)가 있는데, PLM을 몰라도 됩니다. 어디서든 접근할 수 있고, 이것이 우리가 필요한 추세입니다."

내비게이트 최신 버전 1.6은 "IoT용 대시보드 같은 것을 제공합니다. 이를 매시업(mashup)이라고 부릅니다." 와일러는 덧붙였습니다. 이 소프트웨어는 시스템의 모든 것을 한눈에 볼 수 있는 '단일 창(single pane of glass)'과 같으며, EAG는 방금 AR 기능 일부를 사용하기 시작했습니다.

"약간 증강 현실을 사용하고 있습니다." 그는 말했습니다. "우리의 목표는 공장 현장에서 이를 활용하는 것입니다."