멘토는 지난 연말 플로마스터(Flowmaster)를 인수하고 신속히 플로EFD(FloEFD)에 통합시켰다. 즉 1D-3D 전자유체역학(CFD) 통합 솔루션을 업계 최초로 선보인 것이다. 멘토의 솔루션을 통해 3D뿐만 아니라 매우 복잡한 시스템에 대한 1D 분석이 동시에 요구되는 애플리케이션의 신속하고 비용 효율적인 시뮬레이션 및 개발이 가능해진다.

최근 멘토는 1D-3D CFD 통합 솔루션을 선보였다. 솔루션은 3D 유체역학과 열전달 분석을 위한 플로EFD와 1D의 플로마스터 솔루션을 기반으로 한다. 플로마스터는 멘토의 MAD(Mechanical Analysis Division)가 지난 연말 인수한 열유동 해석을 위한 솔루션이자 회사명이다.
 
멘토 그래픽스 시스템디자인 부문 존 아이작(John Isaac) 이사는 “왜 1D와 3D 툴의 통합이 필요할까. CFD는 그동안 3D 형상을 그대로 가져와 해석하는 것이 일반적이었지만, 복잡한 시스템 디자인의 경우 3D CFD는 모델의 크기에 따라 시간이 너무 많이 소요되는 문제가 있었다”며 “예를 들어 여수산업단지에서 서울까지의 송유관과 펌프에 대해 해석하려면 효율적 분석을 위해서는 1D가 주가 되고 중간 중간의 공급 펌프나 저장장치들을 3D로 해석해야만 한다”고 말했다.

포르쉐가 이용하는 툴
설계 프로세스에서 가상 프로토타입, 즉 HW 테스트가 아닌 SW상에서 디자인을 해석하거나 시뮬레이션 하는 것은 매우 중요하다. 가상 프로토타입이 없다면 물리적 설계, 제작, 테스트의 과정을 모두 거쳐야 하며, 문제가 발견된다면 재해석 후 수정할 수 있어야만 한다. 이와 관련 멘토 그래픽스의 MAD사업부는 CFD와 관련된 제품을 개발하는 고객들의 비즈니스 및 제품개발 목표의 효율적 달성을 위해 함께 고민하고 있다. 제품 개발 시 예전보다 낮은 비용, 높은 성능의 제품을 적기에 시장에 출시할 수 있도록 최적화된 솔루션과 컨설팅을 제공한다.


 
아이작 이사는 “5~10년 전만해도 CFD는 전문가들의 전유물이었다. 그러나 패러다임이 변했고 이제 일반적인 기계 설계 엔지니어들도 CFD를 하게 됐다”며 “멘토는  전문가뿐만 아니라 엔지니어들에게도 정확하고 효율적인 분석 툴을 제공하며 이를 통해 다양한 제품 개발과정을 최적화할 수 있도록 돕고 있다”고 말했다.

예를 들어 IC패키지, PCB, 시스템 등 전자부문의 열해석 부문에서 시장을 리드하고 있는 FloTHERM, 전자부품 및 시스템의 열 광학 테스트 솔루션  T3Ster,  공기의 흐름, 열 분산, 오염 등과 관련한 빌딩 공조 애플리케이션에 최적화된 FloVENT 등이 멘토의 대표적 CFD 툴이다. 플로EFD는 멘토의 3D 유체역학, 열전달 CFD에 대한 솔루션이다. 복잡한 컴포넌트에서 종류에 상관없이 유체역학에 관련한 이슈를 해결할 수 있게 한다. 플로EFD의 중요한 셀링 포인트는 MCAD에 임베디드됐다는 점과 임베디드 됨에 따라 사용자 입장에서 사용자 인터페이스(User Interface, UI)를 변경할 필요 없이 친숙한 환경에서 작업할 수 있다는 점이다. 또 네이티브 지오 메트리(native geometry)를 그대로 사용할 수 있다. 호환성도 강점이다. 이 솔루션은 카티아, 코엔지니어 등에서 모두 구동되고 스탠드얼론(stand-alone)으로도 사용할 수 있다.


 
시뮬레이션은 디자인 프로세스 전반에 걸쳐 업프론트(upfront) 시뮬레이션 할 수 있다. 설계 초기 단계에서 시뮬레이션 할 수 있기 때문에 이후의 디자인 변경을 줄일 수 있다. 또 MCAD에 임베디드 돼 지오메트리를 추가 변경할 필요 없이 모델 그대로를 가져와 사용할 수 있다. 결과적으로 시뮬레이션 시간을 65~75% 정도 단축시킨다. 여러 가지 다양한 파라미터를 사용할 수 있고, What-If 분석도 가능하다.
 
메커니컬 해석부문 에릭 버젤(Erich Buergel) 총괄매니저는 “자동차 산업의 대표적 고객을 든다면 포르쉐를 들 수 있다. 카티아를 이용하는 포르쉐, 그리고 다양한 기업에 컨설팅을 제공하는 포르쉐엔지니어링은 파워트레인, 공조 시스템 등의 프로젝트에서 플로EFD를 사용해 디자인 초기 단계에서부터 시뮬레이션을 수행하고 있다”며 ”물론 이들은 전문가를 위한 하이엔드 제품과 터뷸런스 모델 등 전통적인 CFD를 수행하기도 하지만, 동시에 플로EFD를 통해 카티아 기반의 개발도 진행하고 있다“고 말했다.

아우디는 LED 헤드라이트 개발에서 플로EFD를 활용하고 있다. 아우디는 멘토의 솔루션을 이용해 오전에 디자인하고 오후에 시뮬레이션하며, 다시 신속히 다음날 오전에 디자인을 변경한다. 헤드라이트에서 플로EFD 사용하는 것은 지오메트리가 너무 복잡해 전통적인 CFD 방식으로는 몇 주의 시간이 걸리기 때문이다.

플로마스터는 회사명인 동시에 소프트웨어 제품명으로 시스템을 위한 유체역학과 열전달을 담당하는 범용 목적의 1D 시뮬레이션 소프트웨어로 시장의 리딩 솔루션이다. 플로마스터는 다목적, 과도상태의 데이터를 산출할 수 있는 오픈 아키텍처 솔루션으로 컴포넌트 정보 등 다양한 언더라인 데이터베이스를 포함하고 있는 것이 특징이다. 플로마스터의 타깃은 유체역학이나 파이프플로우 모델 설계 및 분석이 필요한 엔지니어들이다. 2D나 3D로 할 수 없는, 유체역학이나 파이프 플로우 관련 매우 복잡한 시스템 분석의 경우 1D를 통해 시스템을 연결해 시뮬레이션 할 수 있게 한다.

1D 통합의 요구
버젤 총괄매니저는 “플로마스터는 자동차는 물론 우주항공, 해양산업, 플랜트, 산업기계 등의 다양한 업계서 사용된다. 예를 들어 피아트, 미쓰비시, 제트엔진 관련 에어버스, 보잉, 플랜트 관련 GE와 같은 회사가 이 제품을 이용하고 있고 멘토는 이 부분을 거의 독점하고 있다”고 소개했다.
1D와 3D는 서로 보완적 관계다. 그리고 최근의 엔지니어들은 이 모두를 필요로 한다. 버젤 총괄매니저는 “시스템 차원에서도 시뮬레이션 할 필요가 있지만 동시에 매우 디테일하게 컴퍼넌트 차원에서도 1D, 3D로 시뮬레이션 할 필요가 있고 시장의 요구가 있다”며 “이것이 플로마스터를 인수한 이유”라고 설명했다.



정확하고 빠른 CFD 분석, 1D가 요구되는 엔지니어링 시스템으로는 자동차의 냉각 시스템, 항공 환경제어 시스템, 항공전자 냉각 시스템, 파이프 시스템 등을 들 수 있다. 3D 해석은 매우 복잡하지만 연산 집약적이고 오랜 기간이 걸린다. 따라서 메트릭스가 복잡하고 디테일하면 3D만으로 해결할 수 없는 경우가 발생한다. 때문에 멘토는 3D와 1D를 병행한다. 반면 1D로만 시뮬레이션하면 시간을 줄일 수는 있지만 이같은 컴포넌트를 특징짓고 설명하기 위해 대량, 양질의 데이터가 필요하다는 단점이 있다.

예를 들어, 3D와 1D CFD를 이용해 자동차 엔진을 새로운 엔진으로 대체할 수 있다. 기존 엔진을 새로운 엔진으로 대체하기 위해서는 정확한 데이터(엔진의 행동을 볼 수 있는) 값이 필요하다. 3D 워터재킷을 컴포넌트 모델로 보여줄 수 있는 MCAD 지오메트리 정보를 불러와 이것을 통해 3D로 컴포넌트를 해석할 수 있다. 플로EFD는 네이티브 지오메트리를 그대로 사용해 시간을 줄인다. 또 파라미터 스터디를 쉽게 할 수 있다. 이 과정을 통해 솔루션 필드를 찾아낼 수 있다. 결과 값에 플로마스터를 자동으로 인포트 할 수 있고, 따라서 엔진 모델에 대한 정확한 정보를 얻을 수 있다. 시뮬레이션을 통해 정확한 데이터를 얻어낼 수 있기 때문에 온도 예측에 정확성이 개선된다.

아이작 이사는 “멘토는 플로마스터를 인수하고 6개월 동안 통합 작업을 수행해 업계 최초의 1D-3D 범용 네이티브 CFD 솔루션을 개발했다”며 “플로EFD의 장점은 완벽하게 CAD에 임베디드 돼 있고 재사용이 가능하며 플로마스터가 DB와 관계가 있기 때문에 컴포넌트에 수정이 발생하면 DB에 저장되고 재사용할 수 있다”고 말했다.

AEM_Automotive Electronics Magazine