[인더스트리뉴스 최정훈 기자] 지멘스가 유연하고 신속한 선박 설계 솔루션으로 제조지출(CAPEX)뿐만 아니라 운영비용(OPEX)도 동시에 낮출 수 있는 방안을 소개했다. 지멘스 김현준 연구원은 '시뮬레이션 기반 선박 개발 방법론(Simulation Driven Ship Design)'을 주제로 웨비나 발표를 진행했다. 

지멘스에 따르면 세계 조선소는 2009년 943개 사에서 2018년 330개 사로 65% 줄어든 것으로 조사됐다. 문을 닫은 조선소 수는 각국에서 골고루 나타났는데 이는 장시간 지속해서 업계 경쟁이 격화되는 양상에서 기인했다는 분석이다.

선주들은 연료유를 다각화하거나 에너지 효율을 줄이기 위한 솔루션을 탐색하고 있다.

최근 조선소들은 선박을 싸게 잘 만드는 역량만으로는 영업하기 어려운 환경이라고 입을 모은다. 최근 대내외적으로 강화되는 환경규제로 선주들은 연료유를 다각화하거나 에너지 효율을 줄이기 위한 해법을 발굴하는데 쌍심지를 켜고 있다. 건조비용 뿐 아니라 운영비용 리스크도 덜 수 있는 선박임을 어필해야 고객의 주목을 잡아둘 수 있게 된 것이다. 

연료유를 다양화 하려면 장시간 기술개발이 요구되므로  현실적인 상책은 에너지 효율을 높이는 선박을 건조하는 것이다. 김 연구원은 “선주들은 최소 20~30년 환경규제에 대응 가능한 솔루션을 원하고 있다. 최근 스크러버(배기가스저감장치)를 설치하는 등 개조 니즈가 높아지는 가운데, 전체적인 선박 성능을 유지하면서 신속하고 유연하게 환경규제를 대응할 수 있는 설계 프로세스가 중요시 해 졌다”고 설명했다.

하지만 현재 설계 방식으로는 제조지출과 운영비용 두 짐을 진 선주들의 부담을 덜어준다는 것이 쉽지 않다. 선박 설계는 빌드(Build), 테스트(TEST), 탐색(Explore), 평가(Assess)로 이어지는데 이 과정에서 각각 선체 비율, 초기 추진 관련 규모 선정, 흘수 등 라인 결정, 바디플랜 결정, 각 파트 및 상세한 구조 설계, 무게 추정, 배수량 적재량, 트림안정성 관계, 데미지 안정성 그리고 비용평가 등의 복잡난해한 작업이 수반된다. 

김 연구원은 “모든 작업들이 최종 목표를 달성할 때까지 상세설계를 반복할 수밖에 없어 상당히 비효율적이다. 자동차, 항공산업과 견주어 보면 더욱 그렇게 느껴진다”며, “대부분의 개발 시간이 고객의 운영비용 및 인증 요구 사항을 충족하면서 제조지출를 최소화하는 선체 설계를 구현하기 위해 나선형의 반복되는 프로세스가 되풀이 된다”고 진단했다.

더욱이 투입된 시간에 비해 최적화된 설계를 도출하지 못한 경우가 적지 않다. 매해석마다 물리조건과 물리해석을 일일이 제시해야 하고, 해석결과 또한 수동으로 뽑아내야 했다. 설계를 변경해도 확실히 효과가 있을지도 의문이다. 캐드모델 수정을 반복해도 최상의 결과를 장담할 수 없는 것이다. 

또한 작금의 설계 방식은 각 단계 마다 사용하는 솔루션이 다르고, 프로세스 상 정보 교환이 어렵다는 맹점을 안고 있다. 이에 예측 결과가 설계와 유리될 가능성이 적지 않고 비용압박 리스크가 증가하게 된다. 시뮬레이션 기술이 괄목하게 향상이 됐다지만, 여전히 수동적인 접근법에 의존하고 있다. 현장을 들여다보면 캐드 파일을 전화로 주고받고 다른 팀과 유선으로 업무를 처리한다. 이 같은 방식은 초기 설계 단계 비중을 과도하게 증대시켜 비용을 상승시키고 생산성을 떨어뜨린다.

김 연구원은 “전체적인 선박 성능을 유지하면서 신속하고 유연하게 환경규제를 대응할 수 있는 설계 프로세스가 중요해졌다”고 말했다.

김 연구원은 “탐색, 평가 부분이 중요한데 기존 방식은 설계 대부분 시간을 모델을 만들어 첫 번째 모델 테스트에 상당 시간을 쏟게 한다. 초기 설계 상에서 적은 시간이 투입되도록 유도하는 것이 중요하다"고 밝혔다. 김 연구원은 선체, 배수량 등 내부 영항과 더불어 조류, 파도, 바람 등 외력 영향 즉, 선박에 미치는 모든 물리현상을 포함하는 시뮬레이션 도구가 나선형의 반복 고리를 끊을 수 있는 솔루션이라고 강조했다. 실제 선박이 동작하는것과 일치하려면, 다중 파라메트릭 설계 변경에 따라 성능이 어떻게 변화되는지 신속하게 예측할 수 있어야 한다는 것이다.

지멘스의 심센터(Simcenter) STAR-CCM+는 실제 조건에서 작동되는 제품 및 설계의 시뮬레이션을 지원하는 다중물리 CFD(computational fluid dynamics; 전산 유체 역학) 솔루션이다. 마스트모델에서는 Hull 디자인(Hull Design), 무게 평가(Weight Assessment), 구조상세설계(Structural Design), 내부 유공압시스템(Marine Systems), 일반배치도(General Arrangement) 등 관련 작업을 시뮬레이션으로 수행할 수 있다. 이후 해석이 필요한 선박 설계 모델을 추출해 낸다. 만재배수량 시 선박안정성 해석과 실제 추진됐을 때 저항 해석 등도 진행할 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.

선박 안정성에는 타협이 없다. 충분히 화물을 싣으면서도 안정성을 유지해야 하는데 선박 길이, 폭, 각동 요소가 변하면서 성능 안정성에 어떤 영향을 미치는지 시각적으로 판단해 볼 수 있다. 김 연구원은 “이를 통해 제조지출 즉, 건조 비용(STeel Weight)을 산출할 수 있다. 각 설계에 대한 각 변수들에 따라 제조비용, 운영비용을 줄일 수 있는지 종합적인 인사이트를 얻게 되는 것이다. 실제 500개 해석을 4일 만에 소화할 만큼 괄목할 생산성을 자랑한다”고 밝혔다. 
 

[최정훈 기자 (news@industrynews.co.kr)]

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