디지털트윈(DW) 기술을 활용한 전기차(EV) 파워트레인 설계-검증의 중요성

10년 후 자동차 시장은 어떤 모습일까? 그리고 어떻게 준비해야 할까? 이것은 산업 컨설턴트로 일하면서 만나는 파워트레인 공장 직원들 대다수가 마음 속에 품고 있는 질문 중 하나다.

자동차 산업이 변화의 한 가운데에 있는 이 시기에는 답하기 쉽지 않은 질문이다. 지역 배기가스 배출 규제와 가솔린/디젤자동차 생산을 점차 줄이는 제조업체들은 전기차(EV)에 초점을 맞추고 있다.

기존의 자동차 제조업체는 가스 연소 엔진의 개발을 포기하기 시작했다. 신흥 EV 제조업체들은 시장 점유율을 놓고 경쟁하고 있습니다. 아울러 모든 업체들은 자율적인 커넥티드카, 다른 한편으로는 새로 맞춤화된 미래차 기술을 개발하며 파워트레인과 EV 드라이브트레인을 최적화하는 데 집중하고 있다.

새로운 파워트레인 비즈니스의 유일한 상수는 변화
향후 몇 년 동안 업계의 승자는 새로운 기술을 이용하기 위해 제조라인과 프로세스를 신속하게 전환하고 시장 수요에 맞춰 빠르게 확장할 수 있는 업체들이 될 것이다.

CAD(Computer-Aided Design), PLM(Product Lifecycle Management) 및 자동화 플랫폼은 제조 계획 및 설계를 간소화하는 데 큰 도움이 되었다.

이러한 시스템은 스마트 장비, 센서, MES 및 IoT 분석 솔루션과 함께 상황에 맞는 정보를 제공하면서 운영효율성을 최적화하고 지속적인 개선을 유도하는데 기여해왔다.

허나 기존의 많은 시스템은 한 가지 중요한 측면에서는 부족하다. 실제 구축하기 전에 제품 설계 또는 라인구성 선택이 미치는 영향을 테스트하고 평가할 수 없기 때문이다.

가령 EV 파워트레인 라인에 새로운 스테이션이나 프로세스를 추가하거나 원래 시간당 30개의 작업을 실행하도록 구성된 라인을 45개를 실행하는 라인으로 확장하면 실제로 어떻게 될까? 어떤 선택이 전반적인 성능을 개선할? 라인을 재조정하는 가장 좋은 방법은 무엇일까?

상당한 자본투자가 이루어지기 전에 생산 중이나 설계 프로세스 중에 물류, 품질검수, 인력 문제를 신속하게 해결할 수 있는 능력은 제조 민첩성과 비즈니스 성공 여부에 매우 중요한 변수로 작용한다.

디지털트윈(DW)이 라이프사이클을 변화시키는 방법
동적 디지털트윈 소프트웨어가 발전함에 따라 기존 파워트레인 및 새로운 EV 드라이브트레인 제조업체들은 가상으로 구현된 환경에서 해결책을 찾고 있으며 제조 라이프사이클을 효과적으로 관리하는 방법을 모색하고 있다.

디지털트윈은 CAD 및 PLM 시스템에 직접 연결하여 구현한 물리적 제조 시스템의 디지털 모델인 동시에 시스템의 작동 로직이다. 이를 통해 실제 제어 시스템을 사용하는 제조라인을 가상으로 정확하게 구현할 수 있다.

디지털트윈을 사용하면 파워트레인 또는 드라이브트레인 라인의 설계를 가상 세계에서 프로토타입으로 제작할 수 있다. 제작 또는 시운전하기 전에 성능을 테스트, 디버그 및 검증할 수도 있다.

그 다음 시스템의 라이프사이클 전체에 걸쳐 라인을 에뮬레이션하여 성능을 모델링하고 새로운 제품과 구성을 테스트할 수 있다. 

디지털트윈은 현실세계에서 센서와 자동화에 의해 캡처된 사용 데이터를 이용하여 현재의 작동과 잠재적인 병목현상에 대한 인사이트를 제공한다. 간단히 말해, 동적 디지털트윈은 시스템 설계 선택의 영향을 명확하게 보여줌으로써 혁신과 관련된 리스크를 현저히 줄일 수 있는 혁신기술이다.

EV 드라이브트레인 및 배터리 모듈/팩 제조업체들은 디지털트윈을 통해 제조 라이프사이클을 새로운 방식으로 해결하고 기술 및 시장 변화에 보조를 맞추는 민첩한 환경을 구현할 수 있다.

글: 빌 세이버(Bill Sarver) / 오토모티브 부문 시니어 컨설턴트 / 로크웰오토메이션