[인더스트리뉴스 최정훈 기자] 품질은 물론 기후변화에 적절히 대응할 수 있는 선박을 개발해야 하는 조선업체들을 위해 지멘스가 디지털 설계엔지니어링 솔루션을 선보였다.

지멘스는 최근 ‘차세대 조선 산업 경쟁력 확보를 위한 지멘스 혁신 세미나’를 온라인으로 개최했다. 이번 행사에서 지멘스 디지털 인더스트리 소프트웨어 김태국 부사장은 최근 선박 시장을 진단해 보고 미래 향후 흐름에 대해 전망했다.

세계적으로 조선업체 수가 지속 감소하고 있다. 경쟁이 격화되면서 중소조선소들은 도태되거나 대형조선소에 M&A되는 모양새다. 특히, 조선해양 산업은 설계, 가공, 용접 등 전문인력 확보가 관건인데, 숙련공들이 발길을 돌리면서 기술력 및 지적재산 확보에도 애를 먹고 있다.

노령화 되는 고숙련 전문가들의 지식을 자산화하고, 새로운 유입자들이 어렵지 않게 기술을 활용할 수 있어야 한다는 제언이다. 김 부사장은 “시뮬레이션 기술 등을 통해 생산 공정의 자동화를 지원하는 디지털 기반의 선박생산이 시급하다. 효율적인 제품라이프 사이클 관리를 통해 선박 설계 및 생산기술을 계속해서 축적하고, 재활용하는 메커니즘이 마련돼야 한다”고 강조했다. 

선박 및 해양플랜트는 빠르게 기술집약적으로 변모하고 있다. 부상하고 있는 해상풍력터빈설치선의 경우, 한 번에 여러 개 터빈을 싣고 장시간 운항 및 작업을 수행할 수 있도록 견고하고 안정적인 기능을 갖춰야 한다. 최근 기존선 측면에서는 환경규제로 스크러버(배기가스저감장치)를 설치하거나, 이중연료추진기, 또는 하이브리드 추긴기 등 선주들의 개조 니즈가 높아진다는 것을 감안해 신속하고 유연한 설계엔지니어링 프로세스가 불가피해 졌다. 자율운항 등 신기술이 선박 안으로 계속해서 밀려 들려올 전망이다. 

김 부사장은 “견적부터 계약, 요구사항 관리, 설계, 생산, 예산 비용·위험관리, 리소스 관리 등이 유기적으로 연결돼야 하며, 프로젝트 실적 데이터의 축적 및 재활용을 통해 견적의 정확도를 제고할 필요가 있다”고 언급했다. 친환경 기조가 강화되면서 노후선에 대한 MRO 수요도 증가하고 있다. 이에 주요 조선소는 사업 포트폴리오 추가를 타진하고 있다. 최근 선주들은 운영 정비 유지 예산 낮추기 위해 기존의 정기적인 정비 대신 데이터 기반의 예지정비에 관심을 쏟고 있다. 이와 관련해 김 부사장은 선박 인도 이후 운영서비스 기간의 수명주기관리 체계 구축, 실시간 예지보전 솔루션으로 대응이 필요하다고 분석했다. 

김 부사장은 “선박 에너지 효율을 높이기 위해 시뮬레이션 기반 선박 설계, 운영 중 에너지 모니터링, 비효율 제거 등이 수반돼야 한다. 또한, 선박 설계 및 생산 효율화를 위해 3D 기반의 설계-생산-운영의 디지털스레드(Thread) 구현, 설계-생산-자재 Closed Loop Mfg 등이 필요하다”고 언급했다. 높아진 선주들의 기대치에 부합하기 위해서는 IPPE 구현으로 프로그램 위험을 적극적으로 관리하고, PM/CBM 등 혁신적인 운영효율 체제를 도입해야 한다고 덧붙였다.

설계 공정부터 효율 높여야

김현준 프로는 선박 성능해석 위한 심센터(Simcenter) 솔루션 통해 건조비용(CAPEX)뿐만 아니라 운영비용(OPEX)을 모두 줄일 수 있는 방안에 대해 설명했다. 

화두가 된 환경규제가 선주들의 발걸음을 부추기고 있다. 선주들은 연료유를 다각화하거나 에너지 효율을 높이기 위한 솔루션 발굴에 잰걸음을 걷고 있는 가운데, 조선업체들은 이제 선주들의 운영비용 감축에 어떻게 기여할 수 있는지 어필해야 하는 상황이다.

하지만 기존 설계방식으로는 이를 충족시키기 어렵다는 시각이다. 선박 설계는 빌드(Build), 테스트(TEST), 탐색(Explore), 평가(Assess)로 이어지는데 이 과정에서 각각 선체 비율, 추진기 규모 선정, 흘수 등 라인 결정, 바디플랜 확정, 각 파트 및 상세한 구조 설계, 무게 추정, 배수량 적재량, 트림안정성 관계, 데미지 안정성 그리고 비용평가 등의 복잡난해한 작업이 포함된다. 모든 작업들이 최종 목표를 달성할 때까지 상세설계를 반복할 수밖에 없어 상당히 비효율적이다. 김 프로는 “대부분의 개발 시간이 고객의 운영비용 및 인증 요구 사항을 충족하면서 생산비용을 최소화하는 선체 설계를 구현하기 위해 나선형의 반복되는 프로세스가 되풀이 된다”고 봤다.

현장에서는 시뮬레이션 기술이 괄목할 만큼 향상이 됐다지만, 여전히 수동적인 모습들이 다분하다. 대부분 전화를 통해 타 부서와 정보 공유 및 협업을 이어가고, CAD설계 파일을 메일 등으로 주고 받는다. 이 같은 방식은 초기 설계단계에서 자원과 비용을 과도하게 쏟게 해 생산성을 떨어뜨린다. 시간과 자원을 투입한 만큼 성능이 좋아진다는 보장도 없다. 기존 CAD 모델을 수정 반복하는 방식으로는 더욱 복잡다단해지는 선박의 최적 성능을 찾기 점점 더 버거워진다. 김 프로는 “기존 방식은 설계 대부분 시간을 모델을 만들어 첫 번째 모델 테스트에 상당 시간을 쏟게 한다. 설계보다는 탐색, 평가 부분이 중요한데 초기 설계 상에서 적은 시간이 투입되도록 유도하는 것이 중요하다"고 언급했다.

선박 길이, 폭, 각동 요소가 변하면서 성능 안정성에 어떤 영향을 미치는지 시각적으로 판단해 볼 수 있는 솔루션의 가치가 빛을 발하는 배경이다. 김 프로는 다중 파라메트릭 설계 변경에 따라 성능이 어떻게 변화되는지 신속하게 예측할 수 있어야 한다고 강조했다.

지멘스의 심센터(Simcenter)는 NX를 통한 갑판구조 및 하중을 디자인, STAR-CCM+ 실제 조건에서 작동되는 제품 및 설계의 시뮬레이션을 지원하는 다중물리CFD(computational fluid dynamics; 전산 유체 역학) 솔루션이다. 마스트모델에서는 Hull 디자인(Hull Design), 무게평가(Weight Assessment), 구조 상세설계(Structural Design), 내부 유공압시스템(Marine Systems), 일반배치도(General Arrangement) 등 관련 작업을 시뮬레이션으로 수행할 수 있다. 이후 해석이 필요한 선박 설계 모델을 추출해 저항(Resistance), 만재배수량 시 선박안정성 해석과 실제 추진됐을 때 해석을 수행할 수 있다. 

이렇게 만들어진 해석 프로세스는 지멘스의 HEEDS을 통해 설계 공간을 지능적으로 검색하는 단일 및 다중 목적으로 통합된다. 확률 분석(stochastic analysis)을 제공해 엔지니어가 임계 치수의 제조 허용 오차 또는 경계 조건 값의 변동과 같은 입력 매개 변수의 작은 변화에 대한 시뮬레이션 예측의 민감도를 결정하는 데 도움을 준다.

한편, 지멘스 디지털 인더스트리 소프트웨어(Siemens Digital Industries Software)는 최근 스페인에 본사를 둔 엔지니어링 및 기술 분야의 다국적 선도 기업인 SENER와 FORAN 소프트웨어 사업 인수를 위한 계약을 체결했다. 지멘스의 FORAN 인수 계약 조건은 공개되지 않았으나 인수절차는 연내 마무리될 예정으로 알려졌다. 

SENER Engineering은 인프라, 에너지 및 조선해양 분야에서 세계적인 레퍼런스 기업이다. SENER 그룹은 선박과 해상 선박의 유형에 따라 설계, 엔지니어링, 컨설팅 서비스를 제공하는 기존의 조선 및 해양 엔지니어링 사업을 유지 및 강화할 계획이다.

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