작은 변화로 항공기 프로그램을 재구성하는 방법
243킬로그램은 수만 킬로그램에 달하는 항공기에서 특별히 큰 숫자는 아니지만, 회의에서 발표되고 아무도 그것이 어디에서 왔는지 즉시 설명할 수 없을 때, 숙련된 엔지니어들은 식은땀을 흘릴 수 있습니다.
무게는 공장 바닥에 앉아 비행기에 싣기를 기다리는 것이 아니었습니다. 공급업체의 실수로 인한 것이 아니었습니다. 같은 부품을 실수로 두 번 설치한 엔지니어는 없었습니다. 항공기는 컴퓨터 시뮬레이션을 하는 동안 무게가 증가했습니다.
공급업체로부터 새로운 정보가 도착했고, 한 팀의 수정된 분석으로 가정이 바뀌었습니다. 여러 엔지니어가 모델을 업데이트했는데, 이를 위해 몇 가지 설계 결정을 다시 검토해야 했습니다. 개별적으로 각 단계는 합리적이었습니다. 그들은 모두 항공기를 바꿨습니다. 항공기에 243킬로그램을 추가하는 것은 쉽기 때문에 실제 작업이 시작된 것은 바로 그때였습니다. 그 의미를 이해하는 데는 몇 달이 걸릴 수 있습니다.
대부분의 사람들은 항공기 개발에 대해 생각할 때 엔지니어들이 어려운 물리학과 씨름하는 모습을 상상합니다. 그들은 효율성을 추구하는 공기역학자, 체중 증가에 맞서 싸우는 구조 엔지니어, 프로토타입을 한계까지 밀어붙이는 테스트 파일럿을 상상합니다. 하지만 현대 항공기 프로그램 전반에서 엔지니어들과 시간을 보낸 후 업계의 가장 큰 과제는 완전히 다른 곳에 있다는 확신이 들었습니다.
진정한 도전 과제는 변화의 결과를 이해하는 것입니다.
이 깨달음은 저를 엠마와 그녀의 동료들에게 이끌었습니다.
엠마는 대부분의 직업 생활을 승객들이 절대 물어볼 생각도 하지 않는 질문에 답하기 위해 노력했습니다. 승객들은 객실, 창문, 날개 모양을 발견합니다. 엠마는 적재 경로, 인증 증거, 한 팀이 내린 결정이 다른 팀의 작업에 조용히 영향을 미칠 수 있는 불편한 가능성에 대해 걱정했습니다. 구조 엔지니어로서 엠마의 책임은 단순히 항공기를 이해하는 것이 아니었습니다. 수천 건의 엔지니어링 결정이 어떻게 서로 연결되어 있는지 이해하는 것이었습니다.
그녀는 항공기 프로그램 개발에는 항상 변화가 필요하다는 것을 알고 있었습니다. 항공사는 새로운 기능을 요청했습니다. 공급업체는 기회를 파악했습니다. 제조 팀은 보다 효율적인 생산 방법을 발견했습니다. 인증 당국은 새로운 질문을 던졌습니다. 프로그램이 성숙함에 따라 무게 추정치가 진화했습니다. 이 중 누구도 놀라지 않았습니다.
사람들을 놀라게 한 것은 파급 효과를 이해하는 것이 얼마나 어려울 수 있는지였습니다.
추가 무게로 인해 엔지니어들은 결국 항공기 일부에 대한 하중 가정을 다시 검토하게 되었습니다. 이러한 수정된 하중은 구조적 여유에 대한 새로운 질문을 불러일으켰습니다. 인증 증거를 중심으로 새로운 논의가 등장했습니다. 팀들은 몇 달 전에 수행된 분석을 통해 의존성을 추적하기 시작했습니다. 아무도 항공기에서 결함을 발견하지 못했습니다. 아무도 항공기의 안전성을 의심하지 않았습니다. 하지만 수백 시간의 엔지니어링 노력이 갑자기 기만적으로 간단한 질문에 답하는 방향으로 향했습니다: 항공기가 243킬로그램이 증가했을 때 또 어떤 변화가 있었을까요?
몇 주 동안 추가 무게는 반갑지 않은 여행 동반자가 되었습니다. 질량 속성과는 무관한 대화에 등장했습니다. 인증 검토, 구조 평가 및 계획 회의에서 드러났습니다. 서로 만나본 적이 없던 엔지니어들은 갑자기 완전히 다른 관점에서 같은 변화를 논의하게 되었습니다.
엠마를 매료시킨 것은 원래 문제가 무게 자체에 관한 것이 얼마나 빨리 끝났는지였습니다. 수정된 질량 분포는 특정 작동 조건에서 하중 가정을 변경했습니다. 그 부분은 예상된 일이었습니다. 항공기 프로그램은 변화에 대처하도록 설계되었습니다. 문제는 이러한 가정에 의존하는 모든 분석이 여전히 현실을 나타내는지 여부였습니다.
처음에는 아무도 자신 있게 대답할 수 없었습니다.
부하 팀은 수정된 조건이 기존 봉투를 통해 어떻게 전파되는지 이해해야 했습니다. 구조 전문가들은 이전에 계산된 마진이 유효한지 알고 싶었습니다. 공기 탄성 공학자들은 프로그램의 다른 곳에서 잠재적인 효과를 조사하고 있었습니다. 인증 전문가들은 이미 여러 단계 앞서 생각하고 있었으며, 결국 규제 당국에 제시할 증거를 뒷받침하는 가정을 결정하려고 노력하고 있었습니다.
엠마는 스레드를 따라갈수록 패턴을 더 많이 발견했습니다. 어느 팀도 전문성이 부족해서 어려움을 겪고 있지 않았습니다. 모든 팀이 답의 일부를 가지고 있었지만, 모든 팀이 답의 전부를 가지고 있는 팀은 없었습니다. 어느 날 오후, 엠마는 세 가지 다른 분야의 동료들과 함께 앉아 각기 다른 방식으로 표현된 동일한 항공기의 변형을 바라보고 있었습니다. 한 부하 엔지니어가 시스템 수준의 동작을 검토하고 있었습니다. 스트레스 분석가는 구조적 세부 사항에 집중하고 있었습니다. 한 인증 전문가가 이전 제출된 서류의 의존성을 추적하고 있었습니다. 세 사람 모두 같은 질문에 답하려고 노력했습니다. 세 사람 모두 다른 증거를 사용하고 있었습니다.
그 순간 그녀는 프로그램의 가장 큰 도전 과제가 복잡성이 아니라는 것을 깨달았습니다.
그것은 연속성이었다.
대부분의 사람들은 항공기 프로그램 개발을 일련의 분석으로 상상합니다. 엠마는 항공기 프로그램을 핸드오프의 연속으로 보기 시작했습니다. 정보는 한 전문가에서 다른 전문가로 전달되었습니다. 한 활동에서 생성된 가정은 다른 활동에 대한 입력이 되었습니다. 한 모델에서 생성된 답변은 다른 모델에 대한 요구 사항으로 발전했습니다. 각 단계는 개별적으로 논리적이었습니다. 위험은 그들 사이의 공간에서 나타났습니다.
더 많은 엔지니어를 인터뷰할수록 이러한 관찰은 더 흔해졌습니다. 한 베테랑 구조 전문가는 항공기 프로그램이 어려운 계산 하나 때문에 시간을 낭비하는 경우가 거의 없다고 말했습니다. 수백 개의 작은 의존성이 몇 년에 걸쳐 정렬되어야 하기 때문에 시간을 낭비합니다. 한 젊은 엔지니어는 자신의 직업을 모델 간의 신뢰를 유지하는 것이라고 설명했습니다. 또 다른 엔지니어는 답의 영향을 받을 다른 사람을 찾는 것보다 방정식을 푸는 데 더 많은 시간을 할애했다고 농담했습니다.
아이러니하게도 항공우주 엔지니어들은 시뮬레이션에 매우 능숙해졌습니다. 프로토타입이 비행하기 훨씬 전에 엔지니어는 수천 가지 작동 조건에서 구조적 거동을 예측할 수 있습니다. 엔지니어는 돌풍 하중, 기동 하중, 비상 시나리오 및 피로 수명을 평가할 수 있습니다. 전체 항공기는 지상을 떠나기 전에 디지털 수명을 다합니다.
하지만 이러한 분석이 개선될수록 그들 간의 연결은 더욱 중요해집니다.
조사 과정에서 한 가지 사례가 반복적으로 드러났습니다. 엔지니어들은 비선형 구조적 행동과 인증 지향적 안전 여유 평가 사이를 오가는 경우가 많았습니다. 과거에는 이러한 활동을 조정하려면 상당한 노력이 필요했습니다. 팀은 최고의 충실도 인사이트를 제공하는 분석이 규정 준수를 입증하는 데 필요한 워크플로우도 지원할 수 있다는 자신감이 필요했습니다.
바로 여기서 엠마 팀이 그들의 작업 방식을 바꾸기 시작했습니다. 구조 평가, 인증, 부하 개발 및 공기 탄성을 수작업을 통해 연결된 별개의 활동으로 취급하는 대신, 이를 동일한 엔지니어링 대화의 일부로 취급하기 시작했습니다. 엔지니어들은 단절된 활동 간의 정보를 번역하는 데 더 적은 시간을 할애하고, 자신이 보고 있는 것의 의미를 이해하는 데 더 많은 시간을 할애할 수 있었습니다. 안전 여유 프로세스 내에서 Simcenter Nastran SOL106 결과를 직접 사용할 수 있는 새로운 기능은 이러한 격차를 줄이는 데 도움이 되었으며, 엔지니어들은 비선형 행동을 통합하면서도 많은 부하 사례에서 확장 가능한 평가 워크플로우를 유지할 수 있게 되었습니다.
외부인에게는 그것이 기술적인 향상으로 들릴 수 있습니다.
엠마의 팀에게는 다른 무언가를 상징했습니다.
논쟁의 수가 줄어듭니다.
유인물의 수가 줄어듭니다.
가정이 생성된 분석에서 분리될 기회가 줄어듭니다.
거리 싸움
그들은 프로세스 개선의 이점을 보았기 때문에 거리와의 싸움을 선택했습니다: 학문 간의 거리, 가정과 결과 간의 거리, 그리고 무언가를 변화시키는 엔지니어와 나중에 그 변화의 의미를 이해해야 하는 엔지니어 간의 거리.
소프트웨어가 도와줄 수 있는 방법
여기서 더 넓은 Simcenter 포트폴리오가 이야기에 등장합니다. 외부에서 보면 Simcenter는 다양한 엔지니어링 분야에 서비스를 제공하는 전문 애플리케이션의 모음처럼 보일 수 있습니다. 하지만 항공기 프로그램 내부에서 보면 점점 더 연결된 엔지니어링 환경으로 기능하고 있습니다. 그 가치는 단일 분석이 아닙니다. 가치는 이를 연결하는 스레드입니다.
프로그램의 다른 부분에서는 엔지니어들이 다른 도전에 직면했습니다. 항공기 모델은 지속적으로 발전합니다. 모든 변화는 종종 항공기의 구조적 동작을 가장 중요하게 나타내는 글로벌 유한 요소 모델에 반영되어야 합니다. 이 모델을 유지하려면 특히 팀이 이미 존재하는 작업을 재건해야 할 때 엄청난 엔지니어링 노력이 필요할 수 있습니다.
결합형 에어프레임 메시를 위한 향상된 자동화는 다른 접근 방식을 제공했습니다. 엔지니어는 기존 메시 정보를 보존하면서도 광범위한 메시 기능과 제어의 이점을 누릴 수 있어 설계가 불가피하게 변경될 때 대응하기가 더 쉬워졌습니다.
다시 말하지만, 개선은 단순히 기술적인 문제만은 아니었습니다.
변화와 이해 사이의 거리를 단축시켰습니다.
투쟁은 여러 부서로 확장됩니다
프로그램 내내 동일한 주제가 계속해서 등장했습니다. 항공 탄성 전문가들은 실용적이지 않은 수의 계산 비용이 드는 CFD 솔루션을 생성하지 않고 비행 엔벨로프를 평가하는 과제에 대해 이야기했습니다. Simcenter Zona 내의 새로운 보간 기능은 주요 시나리오에 통합된 Simcenter Femap을 통해 엔지니어들이 운영 조건 간에 CFD 배경 흐름 데이터를 보간할 수 있게 하여 비행 엔벨로프의 커버리지를 개선하는 동시에 추가 CFD 계산의 필요성을 줄임으로써 이 문제를 해결하는 데 도움이 되었습니다.
인증 전문가들은 관련된 어려움을 설명했습니다. 인증에 필요한 트림 케이스를 생성, 관리 및 유지 관리하는 것 자체가 프로젝트가 될 수 있습니다. 트림 분석을 인증 요구 사항과 보다 직접적으로 연결하는 새로운 워크플로우는 해당 프로세스를 간소화하고 규정과 엔지니어링 활동 간의 추적 가능성을 개선하는 데 도움이 되었습니다.
아마도 가장 눈에 띄는 대화는 분야 간 정보 전송을 담당하는 엔지니어들로부터 이루어졌을 것입니다. 최신 항공기 프로그램은 글로벌 모델과 로컬 모델 간의 지속적인 데이터 교환에 의존합니다. 구조적 세부 사항은 훨씬 더 큰 시뮬레이션에서 파생된 부하에 따라 달라질 수 있습니다. 이러한 전송 과정에서 발생하는 불확실성은 후속 작업을 추가로 생성합니다.
Simcenter Nastran에서 동적 분석에서 모니터 지점의 통합된 힘과 모멘트를 지원하는 새로운 기능은 부하 추출 및 전송을 단순화하는 데 도움이 되었으며, 엔지니어링 팀은 Simcenter 3D를 사용하여 모달 주파수 및 일시적 응답 분석을 통해 직접 자유 물체 및 VMT 다이어그램을 생성할 수 있게 되었습니다. 전문화된 기술 기능처럼 들리는 것은 궁극적으로 팀 간의 모호성을 줄이는 매우 인간적인 목표를 달성하는 데 도움이 됩니다.
어느 날 늦은 저녁, 또 다른 검토 세션이 예정된 완료 시간을 초과한 후, 저는 엠마에게 항공기 개발이 점점 더 복잡해지고 있는지 물었습니다.
"아니요," 그녀가 말했다. "항공기들이 점점 더 연결되고 있어요."
처음에는 그 구분이 미묘해 보였지만, 오래 생각할수록 더 중요해졌습니다.
복잡성은 종종 피할 수 없는 일입니다. 현대 항공기는 까다로운 성능, 안전 및 인증 요건을 충족해야 합니다. 엔지니어는 항상 어려운 물리학과 어려운 결정에 직면하게 됩니다.
연결은 다릅니다.
연결은 엔지니어가 변화의 결과를 얼마나 빨리 이해하는지를 결정합니다. 이는 정보가 학문 간에 얼마나 효과적으로 이동하는지를 결정합니다. 수정된 가정이 간단한 업데이트를 유발하는지 아니면 몇 달 동안의 불확실성을 유발하는지를 결정합니다.
그 깨달음은 결국 제가 원래의 미스터리를 바라보는 방식을 바꾸어 놓았습니다.
이야기는 243킬로그램으로 시작되었다.
결국, 나는 더 이상 무게가 별로 중요하지 않다고 생각했다.
중요한 것은 그 243킬로그램이 거의 모든 현대 항공우주 프로그램 내부에 숨겨진 무언가를 드러냈다는 점입니다. 항공기는 더 이상 복잡성을 모델링하는 우리의 능력에 의해 주로 제한되지 않습니다. 항공기는 수천 가지 상호 연결된 활동에 걸쳐 지식을 조정하는 우리의 능력에 의해 점점 더 제한받고 있습니다.
그런 의미에서 항공기 개발의 숨겨진 이야기는 사실 항공기에 관한 것이 아닙니다.
엔지니어 간, 분야 간, 그리고 만나지 못할 수도 있는 사람들이 몇 달 간격으로 내린 결정들 간의 관계에 관한 이야기입니다.
그리고 이러한 관계들은 항공기 자체만큼이나 관리하기 어려울 수 있다는 것이 밝혀졌습니다.
