[고객 성공 사례] Simcenter Amesim과 Simcenter Engineering로 연료 시스템 설계 주기를 1년 단축하다!

 

       도전

• -  개발 주기, 비용 및 위험 감소

• -  시스템 통합 개선

• -  테스트 전에 비행 시뮬레이터의 충실도 향상

• -  도구 및 모델 일관성 증진

• -  배송 지연 벌금 방지

       성공의 열쇠

• -  유압 및 연료 시스템의 동작 예측

• -  하이브리드 시뮬레이션 사용 실제 구성 요소와 가상 구성 요소 혼합

• -  엔지니어링 프로세스 전반에 걸쳐 고유한 모델 사용

• -  시스템 설계 및 통합 전문가 간의 협업 구축

       결과

• -  연료 시스템 설계 주기 1년 단축 및 통합 기간 9개월 단축

• -  향상된 모델 관리 및 추적성

• -  유압 시스템 최적화 주기 3배 단축

• -  유압 시스템 프로토타입 비용 4배 절감

원하는 성능을 달성하기 위한 단계별 실시간 방법론을 정의하는 것을 목표로 Simcenter 엔지니어링 및 컨설팅 팀과 3개월 동안 공동 작업한 후, 연료 전문가들은 확신을 갖게 되었고 이 접근 방식을 모든 연료 모델로 확장하기로 결정했습니다.

            -  Franck Nicolas, 시뮬레이션 및 도구 책임자 Airbus 헬리콥터 -

1993년, 에어버스, 레오나르도 헬리콥터, 포커 에어로스트럭처의 합작 회사인 NHIndustries는 중군용 헬리콥터인 NH90을 설계하기 시작했습니다.

오늘날 경쟁이 치열 해져서 헬리콥터 제조업체는 일반적으로 가장 정교한 모델을 개발하는 데 4 년을 넘지 않습니다.

기술 변화의 속도가 현저히 빨라졌습니다. 결과적으로 제조업체는 점점 더 복잡해지는 시스템을 설계할 때 올바른 선택을 해야 합니다. 그들은 설계 주기 전반에 걸쳐 협업 모델링 접근 방식을 적용하여 개발 프로세스 초기에 시스템 통합을 검증해야 합니다.

또한 회전익기 제조업체는 고객에게 신뢰할 수 있는 파일럿 교육 솔루션을 제공해야 합니다. 그러나 비행 시뮬레이터는 종종 첫 번째 헬리콥터가 생산되기 전에 인도 되어야 합니다. 포괄적 인 고 충실도 공기 역학 및 시스템 모델링을 갖춘 현재 표준 인 레벨 D 풀 플라이트 시뮬레이터 (FFS)는 점점 더 많이 요구되고 있으며, 가장 최근에는 새로운 중형 트윈 엔진 헬리콥터 인 에어 버스 헬리콥터 H160에 대한 요구가 증가하고 있습니다.

** 고유한 Simcenter Amesim 모델은 시스템 설계, 제어 검증, 시뮬레이터 및 테스트 장비에 맞게 조정할 수 있습니다.

시뮬레이션에 대한 투자

Airbus Group의 일부인 Airbus Helicopters는 H160과 같은 고성능의 비용 효율적이며 안전하고 편안한 헬리콥터로 유명한 유럽 최고의 완전 통합 항공 회사입니다.

리더십 위치를 유지하기 위해 회사는 신속한 프로토타이핑, 데스크톱 시뮬레이션, 실시간 파일럿 인 더 루프 시뮬레이션, 테스트 장비 개발 및 교육 솔루션과 같은 개발 주기에 따른 많은 요구 사항을 충족하기 위해 가상 테스트에 투자했습니다. Airbus Helicopters의 시뮬레이션 정책은 가능한 경우 V- 사이클 전반에 걸쳐 각 구성 요소에 고유 한 모델을 사용해야 한다고 규정합니다. 이 시뮬레이션 접근 방식을 물리적 시스템 모델링에 적용하기 위해 Airbus Helicopters는 예측 가능성이 높고 모델을 실시간 환경에 쉽게 통합하는 데 사용할 수 있는 도구가 필요했습니다. 이 회사는 제품 라이프사이클 관리(PLM) 전문 업체인 지멘스 디지털 인더스트리 소프트웨어(Siemens Digital Industries Software)의 Simcenter Amesim™ 소프트웨어에서 이러한 툴을 발견했습니다.

유압 시스템 프로토타입 비용 절감

Airbus Helicopters는 2007년부터 유압 및 공조 시스템 시뮬레이션에 Simcenter Amesim을 사용해 왔습니다. 2009년에 회사는 Simcenter Amesim의 사용을 열유압식 구성품 및 시스템 모델링으로 확장했습니다.

Simcenter Amesim을 채택하기 전에는 Airbus Helicopters의 유압 및 비행 제어 부서 전문가들이 유압 시스템의 준정적 표현만 얻을 수 있었습니다. 대부분의 매개 변수는 프로토 타입 테스트 단계에서 결정되었습니다. 또한 이러한 유압 모델은 더 광범위한 공동 시뮬레이션 환경과 호환되지 않았습니다. 실시간 시뮬레이션에서 유압 회로의 동작을 고려하기 위해 Airbus Helicopters는 이전에 유압 전문가가 공급업체를 위해 준비한 사양을 사용하여 다른 모델을 구축했습니다. 그러나 이러한 시뮬레이션은 예측이 아니었고 유압 엔지니어의 참여가 필요했습니다. Simcenter Amesim을 사용하여 유압 설계 엔지니어는 준정적 세계에서 동적 세계로 이동할 수 있었습니다. 이제 펌프, 액추에이터 및 탱크와 같은 유압 시스템 및 하위 시스템을 모델링할 수 있을 뿐만 아니라 동일한 모델을 사용하여 열, 기계 또는 전기 시스템과 상호 작용할 때 시스템의 동작에 대한 통찰력을 얻을 수도 있습니다. "유압 시스템 설계에 Simcenter Amesim을 사용함으로써 최적화 시간을 3배, 프로토타입 비용을 4배 단축한 것으로 추정합니다"라고 Airbus Helicopters Research and Development의 유압 및 비행 제어 부서의 전 분석 및 시뮬레이션 전문가인 Thibaut Marger는 설명합니다. "우리가 제조하는 첫 번째 프로토타입은 Simcenter Amesim 모델을 미세 조정하는 것입니다. 시스템 최적화는 가상으로 수행됩니다. 이를 통해 성능 최적화에 매우 가까운 새로운 프로토타입이 만들어집니다."

** 파일럿 프로젝트는 다음 헬리콥터 모델의 연료 시스템 테스트 주기를 160배 단축하기 위해 시뮬레이션 접근 방식을 검증하는 것을 목표로 합니다.

최고 수준의 서비스 제공

Siemens Digital Industries Software는 또한 Airbus Helicopters가 시스템 엔지니어링은 물론 테스트 장비 및 전체 비행 시뮬레이터 설계를 지원하는 실시간 시뮬레이션을 수행할 솔루션을 찾도록 도왔습니다. 방법론 개발 경험 덕분에 Simcenter 엔지니어링 및 컨설팅 서비스는 Airbus 헬리콥터에 Simcenter Amesim을 사용하여 구축된 유압 회로 플랜트 모델을 실시간 호환 모델로 변환할 수 있는 동급 최고의 지원을 제공했습니다. 이 모델은 에어 버스 헬리콥터 H175 개발을위한 에어 버스 헬리콥터의 고유 한 실시간 시뮬레이션 플랫폼에 사용되었습니다. 첫째, Simcenter 엔지니어링 및 컨설팅은 기존 유압 모델에 필요한 컴퓨터 처리 장치(CPU) 시간을 분석하고 Airbus Helicopters가 유압 펌프 파손, 액추에이터 누출 또는 부주의한 백업 펌프 작동과 같은 잠재적인 오작동을 고려하여 모델을 최적화할 수 있도록 지원했습니다. 다음으로, 회사는 많은 시나리오에서 시스템의 열 동적 동작을 이해할 수 있도록 고유한 모델을 사용했습니다. 마지막으로, 실시간 고정 스텝 솔버 주파수와 호환되는 현상만 유지하기 위해 모델을 축소했습니다.

여러 표준 Simcenter Amesim 라이브러리, 기능 및 도구를 사용하여 이 프로젝트를 실현할 수 있었습니다. 여기에는 Simcenter Amesim Hydraulics 라이브러리, Simcenter Amesim 유압 부품 설계 라이브러리, Simcenter Amesim 신호, 제어 라이브러리 및 Simcenter Amesim 기계 라이브러리, 슈퍼 구성 요소 기능, 활동 지수, 선형 분석 성능 분석기 도구 등이 포함됩니다.

비행 테스트 시간을 절반으로 단축

유압 시스템 설계 및 검증에 Simcenter Amesim을 성공적으로 사용한 후, 이 회사는 이 시뮬레이션 접근 방식을 연료 시스템으로 확장하기 위한 벤치마크 프로젝트를 시작하기로 결정했습니다. 연료 시스템을 H160에 통합하는 것은 주로 집중적인 테스트 리그 세션과 비행 테스트에서 검증되었습니다. H160이 거의 서비스를 시작했지만 이 파일럿 프로젝트의 목표는 미래 헬리콥터 모델에 대한 이 시뮬레이션 접근 방식을 검증하고 Airbus Helicopters가 연료 시스템 테스트 주기를 단축할 수 있도록 하는 것이었습니다.

또한 설계 프로세스를 개선할 여지가 있었습니다: 이전에는 연료 전문가가 개발한 물리적 모델 외에도 통합 전문가가 개발한 실시간 모델을 개발하여 연료 시스템의 거시적 동작에 대한 정보를 다른 구성 요소에 제공했습니다. 두 그룹 간의 지속적인 협업 없이는 밸브 및 파이프 크기 조정, 복잡한 모양의 연료 탱크 설계, 헬리콥터의 자세와 가속도에 의존하는 연료 이송 분석, 온도 또는 압력과 같은 환경 조건에 의존하는 물리적 유체 특성 분석과 같은 복잡한 엔지니어링 문제를 효율적으로 해결하기가 어려웠습니다.

또한 연료 게이지의 위치를 검증하여 각 탱크에 남아 있는 연료를 정확하게 추정하고(다양한 임무 유형 및 헬리콥터 자세의 함수로) 연료 시스템과 항공 전자 장치의 통합을 용이하게 하여 승무원에게 남은 임무 시간을 안정적으로 알릴 수 있도록 하는 것도 중요했습니다.

"Simcenter Amesim의 열, 유압, 기계 및 연료 장비 기능을 사용하여 연료 시스템의 동작을 정확하게 예측할 수 있는 모델을 만들 수 있습니다"라고 Airbus Helicopters의 시뮬레이션 엔지니어인 Stéphane Amerio는 말합니다. "실제 테스트 벤치에서 이 분석을 수행하는 것은 너무 비싸고 위험합니다."

"시뮬레이션 모델을 미세 조정하고 작업 방식을 지속적으로 개선하기 위해 설계 사무실에 정보를 제공합니다."라고 Airbus Helicopters의 비행 테스트 엔지니어 인 Nicolas Certain은 말합니다. "시뮬레이션을 통해 테스트 주기를 단축할 수 있을 뿐만 아니라 비행 성능과 관련된 주요 문제에 집중할 수 있습니다."

"Simcenter Amesim을 통해 통합 전문가는 조직 내에서 공유할 수 있는 쉽게 이해할 수 있는 모델을 만들 수 있었습니다"라고 Airbus Helicopters의 시뮬레이션 및 도구 책임자인 Franck Nicolas는 설명합니다. "이 고유한 모델은 우리의 분석 목표에 맞게 조정할 수 있으며 시스템 설계, 제어 검증, 시뮬레이터 및 테스트 장비에 사용할 수 있습니다."

고객의 요구에 적응

이 벤치마크 프로젝트를 통해 Airbus Helicopters는 예측 모델을 구축하고 시뮬레이션과 테스트 결과를 비교하여 검증할 수 있었습니다.

"이 새로운 접근 방식은 설계 단계에서 새롭고 혁신적인 개념에 사용되고 있으며 연료 시스템 설계 및 통합 단계를 12 개월이나  단축 할 수 있었습니다."라고 Franck Nicolas는 말합니다. "원하는 성능을 달성하기 위한 단계별 실시간 방법론을 정의하는 것을 목표로 Simcenter 엔지니어링 및 컨설팅 팀과 공동 작업한 끝에 연료 시뮬레이션 전문가들은 확신을 갖게 되었고 이 접근 방식을 모든 실시간 연료 모델로 확장하기로 결정했습니다."

이 프로젝트를 통해 Airbus Helicopters는 시뮬레이션 프로세스를 개선할 수 있는 새로운 기회를 식별했습니다. 동일한 모델이 설계 주기 전반에 걸쳐 재사용되고 개선되기 때문에 개발 전문가는 이제 시스템의 성능뿐만 아니라 다른 시스템과 상호 작용하는 방식에도 관심이 있습니다. 이를 통해 다양한 조건과 모드에서 시스템 성능을 평가할 수 있을 뿐만 아니라 헬리콥터에 통합되기 전에 시스템에서 바람직하지 않은 동작을 예측할 수 있습니다.

"문제를 예측할 수 있다는 것은 비용과 위험 감소의 중요한 원천입니다"라고 엔지니어링 부서의 시뮬레이션 부서 내 시뮬레이션 전문가 인 Nicolas Damiani는 말합니다. 에어 버스 헬리콥터 연구 개발에서. "이 접근 방식을 통해 개발 주기와 배송 시간을 마스터할 수 있을 뿐만 아니라 이러한 프로그램에서 일반적으로 직면하는 연료 개발 및 통합 활동과 관련된 위험 노출을 줄일 수 있습니다."

에어 버스 헬리콥터는이 프로세스를 다른 시스템으로 확장 할 가능성을 연구하고 있으며,이 접근법은 다른 에어 버스 법인의 관심을 끌고 있습니다.

"Simcenter Amesim의 사용은 설계 주기 초기에 사양 및 설계 오류를 감지하는 것을 목표로 하는 광범위한 모델 및 시뮬레이션 기반 시스템 엔지니어링 접근 방식의 일부입니다"라고 Airbus Helicopters의 모델 기반 시스템 엔지니어링(MBSE) 방법 및 툴 스트림 리더인 Pascal Paper는 말합니다. "모델 기반 시스템 엔지니어링은 Airbus 법인 내에서 요구 사항 검증, 지식 자본화 및 다분야 협업을 가능하게 하는 핵심 요소입니다."

Simcenter Amesim을 통해 통합 전문가는 조직 내에서 공유할 수 있는 이해하기 쉬운 모델을 만들 수 있었습니다. 고유한 모델은 분석 목표에 맞게 조정할 수 있으며 시스템 설계, 제어 검증, 시뮬레이터 및 테스트 장비에 사용할 수 있습니다.

            -  Franck Nicolas, 시뮬레이션 및 도구 책임자 Airbus 헬리콥터 -

[출처] https://resources.sw.siemens.com/en-US/case-study-airbus-helicopters