렉스로스 하이드로다인(Rexroth Hydraudyne)

유압 실린더 설계의 속도와 정확성 향상

렉스로스 로고렉스로스 하이드로다인(Rexroth Hydraudyne)은 자동차 기술에서 광대역 네트워크에 이르기까지 다양한 산업 부문에서 활동하는 독일 기업인 보쉬 그룹(Bosch Group)의 한 사업부입니다. 네덜란드에 본사를 둔 렉스로스 하이드로다인은 전 세계 기업에 대형 특수 유압 실린더를 제공합니다. 이러한 실린더는 모든 종류의 메커니즘을 구동하고 제어하는 데 쓰입니다. 대표적인 사례로, 로데르담에서 남쪽으로 약 16km 떨어진 하르텔 운하의 방조벽(내륙의 수로와 바다 사이에 설치되는 문)에 유압 실린더가 사용되었습니다.

렉스로스 하이드로다인의 엔지니어들은 PTC Mathcad를 사용하여 대형 산업 유압 실린더를 설계합니다. PTC Mathcad는 모든 산업 분야의 엔지니어들이 제품 설계 단계에서 다양한 데이터 소스로 드로잉을 생성하고 모든 수식과 계산을 문서화할 수 있는 시각적 설계 환경입니다. 모든 실린더는 맞춤식으로 제작되나, 각 실린더에 들어가는 계산은 신뢰성 극대화를 위해 고도로 표준화되고 최적화되어 있습니다. 렉스로스 하이드로다인은 PTC Mathcad를 10년간 사용한 결과 생산 비용이 크게 절감되고 업계 파트너와의 협업 효과도 향상되었습니다.

렉스로스 하이드로다인 내부의 연구개발 부서는 모든 실린더의 엔지니어링을 책임지고 있습니다. 엔지니어링 매니저 마크 물리나르(Marc Moolenaar)는 이렇게 말합니다. "두 번째 기회란 없습니다. 대부분의 경우 각 작업별로 하나의 실린더만을 만들기 때문에 프로토타입을 먼저 테스트할 수 없습니다. 우리는 진정한 '주문형 엔지니어링' 조직입니다. 애초에 모든 작업이 한치의 오차도 없어야 하지요. 이 말은 정밀 계산이 엄청나게 많다는 뜻입니다."

전 세계 150만 명 이상의 엔지니어가 사용하는 PTC Mathcad는 표준 수학 기호를 지원하는 것은 물론이고 간편하게 재계산하고, 보고, 표시하고, 심지어 웹에 게시할 수도 있는 추가적인 기능을 제공하므로 수식 작업이 좀 더 쉬워집니다. 엔지니어는 PTC Mathcad를 사용하여 계산에 들어가는 원리에 대해 의견을 나눌 수 있어 쉽게 설계 품질을 보증 및 검증할 수 있을 뿐 아니라 자주 수행하는 계산 루틴을 재사용할 수도 있습니다.

물리나르는 또한 이렇게 말합니다. "대부분의 경우 유압 실린더는 더 큰 개체를 구성하는 하나의 부품에 지나지 않습니다. 많은 회사들이 동시에 함께 작업을 하지요. 당연히 모든 사람이 우리의 설계 데이터를 봅니다. 그리고 고객이 우리의 계산을 재확인하는 일도 굉장히 자주 있습니다. 예를 들어 우리가 적절한 절차와 표준, 안전역(safety margin)을 지켰는지 확인합니다. 따라서 계산과 설명은 불가분의 관계에 있습니다. PTC Mathcad를 사용하면 매번 적절한 문서를 제공할 수 있습니다. PTC Mathcad는 업계 파트너와의 커뮤니케이션 [프로세스]에서 중요한 역할을 합니다. 계산을 일관된 방식으로 정확하게 표현하면 고객은 좀 더 쉽게 우리가 하는 일을 파악할 수 있습니다. 고객은 보는 그대로를 얻는 것이지요. 이것은 굉장히 중요한 장점입니다."

PTC Mathcad를 사용하기 전의 상황

렉스로스 하이드로다인은 1993년부터 PTC Mathcad를 꾸준히 사용해 오고 있습니다. 회사의 설계 엔지니어 16명 가운데 3분의 2가 매일같이 PTC Mathcad를 사용합니다. PTC Mathcad를 사용하기 전에는 한 공급업체의 맞춤 소프트웨어를 사용해 계산을 했습니다. 신뢰할 만한 소프트웨어이긴 했지만 유연성이 떨어지는 단점이 있었습니다. 새로운 실린더 유형, 새로운 엔지니어링 표준 혹은 새로운 응용 프로그램이 등장하면 늘 소프트웨어를 새로 변경해야 했고 이로 인해 아까운 시간과 노동력이 소비되었습니다. 그래서 엔지니어들은 좀 더 유연한 솔루션이 필요했고 PTC Mathcad에서 그 유연성을 찾았습니다.

수석 설계 엔지니어 키스 반 드 그린트(Kees van de Grint)는 PTC Mathcad를 "쉽게 익힐 수 있는 프로그램"으로 평가합니다. "거의 모든 작업을 할 수 있고 각자의 요구에 따라 계산을 설계할 수 있는 자유를 줍니다. 종이에 수식을 계산하듯이 빈 화면에서 계산을 시작하기만 하면 됩니다."

엔지니어들은 PTC Mathcad의 자체 문서화 인터페이스를 통해 수식과 텍스트, 대화식 그래픽을 단일 워크시트로 결합할 수 있습니다. 대부분의 계산 패키지나 스프레드시트, 프로그래밍 언어와 달리 PTC Mathcad의 "화이트보드" 인터페이스는 키 입력이나 메뉴 팔레트 클릭을 통한 일반적인 수학 표기법을 인식하고 표시하기 때문에 프로그래밍이 필요하지 않습니다. 엔지니어는 "살아 있는" 인터페이스를 통해 변수나 숫자를 변경하고 결과를 비롯하여 2D, 3D 그래픽까지 즉시 재계산할 수 있습니다.

그린트는 "이런 자유를 누릴 수 있다니 굉장한 일이긴 하지만 균일한 접근 방식과 일관된 표기 방식을 원한다면 부서 내에서 체계를 세워야 합니다."라고 덧붙입니다. 이런 맥락에서 그는 3년 전 엔지니어링 안내서를 작성하기 시작했습니다. PTC Mathcad 내의 전자 라이브러리와 비슷한 형식을 띠고 있는 이 안내서는 정보를 쉽게 체계화할 수 있게 해 줍니다. 가장 중요한 계산 방법은 설명 및 인용 출처를 나타내는 표준 텍스트와 함께 배치됩니다. 사용자는 적절한 구문, 심지어는 전체 계산을 복사하기만 하면 됩니다. 재료와 특정 상황에 대한 몇 가지 추가 정보를 입력하면 나머지 계산은 PTC Mathcad에서 자동으로 수행되므로 전체적인 그림을 즉시 확인할 수 있습니다.

결과

그린트는 다음과 같이 말합니다. "통합 CAD 시스템인 Intergraph SmartSketch에서 생성된 드로잉조차도 계산된 측정값에 맞게 자동으로 조정됩니다. 디지털 엔지니어링 안내서를 만들고 나서는 엔지니어링 부서의 생산성이 향상되었습니다. 게다가 엔지니어링 안내서에는 시행착오를 거쳐 검증된 수식만 실려 있으므로 결과를 훨씬 더 신뢰할 수 있게 되었습니다." PTC Mathcad의 디지털 엔지니어링 안내서는 현재 165가지 핵심 계산과 5가지 템플릿으로 구성되어 있습니다.

사용자가 제공된 양식에 데이터를 입력할 수 있게 되면서 오류 가능성 또한 크게 줄었습니다. 인치, 밀리미터, 미터 등 엔지니어가 어떤 단위를 사용하든, 수작업으로 처리 시 오류가 쉽게 발생하는 측정값 환산 프로세스를 PTC Mathcad가 자동으로 처리합니다. "글로벌 시장에서 작업할 때 이 기능이 얼마나 편리한지 모릅니다. 게다가 단위를 확인하면 수식에 오류가 있는지를 빠르게 확인할 수 있습니다."라고 그린트는 말합니다.

경쟁력

유압 실린더를 설계할 때는 셸을 정확하게 계산하는 것이 무엇보다 중요합니다. 특히 유압 실린더는 엄청난 힘과 압력을 감당해야 하기 때문에 실린더 중에서도 가장 고가의 부품에 속합니다. 엔지니어가 셸에 적합한 최적의 두께를 좀 더 정밀하게 계산할수록 필요한 재료는 줄어들 것이고, 이렇게 되면 비용과 수익에 큰 차이를 가져올 수 있습니다. "이것이 바로 우리 제품이 경쟁력이 있는 이유입니다."라고 그린트가 말합니다.

여기에 물리나르 또한 이렇게 덧붙입니다. "덕분에 우리는 안내서에 굉장히 세부적인 계산을 포함시킬 수 있었습니다. 이러한 수식 가운데 일부에는 굉장히 많은 시간과 노력이 들어갔습니다. 하지만 일단 안내서에 실린 수식은 늘 같은 방식으로 사용할 수 있습니다."

물론 물리나르가 그러한 수식이 노출되지 않길 원하는 때도 있습니다. 물리나르는 미소를 지으며 이렇게 말합니다. "PTC Mathcad에는 자신의 수식 중 일부를 다른 사람이 이용하지 못하게 하는 기능도 있습니다. 내부의 영업 비결을 타인에게 공짜로 넘겨줄 수는 없으니까요. 예를 들어 다른 장착 원리나 다른 구성 유형을 활용한 대안 설계를 고려하는 일이 자주 있습니다. 물론 엄밀히 말하자면 우리의 일은 아니지만 가끔은 개입하는 것이 이득이 될 수가 있습니다. 어떤 경우에는 아주 약간만 다른 추정값을 사용했는데 유압 실린더의 값이 크게 내려가기도 합니다. 예를 들어 훨씬 적은 콘크리트로 관리할 수가 있는 것이지요. 이런 상황에서는 굉장히 잘 짜여진 계산이 필요합니다. 그렇지 않을 경우 그런 획기적인 결과를 얻지 못할 테니까요."

PTC Mathcad는 프로젝트의 범위를 변경하는 데도 도움이 됩니다. "PTC Mathcad는 계산을 생성하는 데 있어 굉장한 유연성을 발휘합니다. 덕분에 고객에게 각 설계의 세부적인 고려 사항을 보여줄 수 있고, 엄격하고 검증된 설계 규칙을 사용하여 불필요한 리스크를 피할 수 있습니다. 이러한 모든 요소에 힘입어 고객이 원하는 결과를 만들 수 있게 됩니다."라고 그린트는 말합니다.

보쉬 렉스로스 소개

보쉬 렉스로스(Bosch Rexroth AG)는 약 25,500명의 임직원을 두고 2002년 36억 2천만 유로의 매출을 달성한 로버트 보쉬(Robert Bosch GmbH)의 전액 출자 자회사입니다. 보쉬 렉스로스는 보쉬 오토메이션스테크닉(Bosch Automationstechnik)과 만네스만 렉스로스(Mannesmann Rexroth)의 합병으로 2001년 5월 창립되었으며, 보쉬 오토메이션(Bosch Automation), 브루이닝하우스 하이드로마틱(Brueninghaus Hydromatik), 인드라마트(Indramat), 로흐만 + 슈톨터포흐트(Lohmann + Stolterfoht), 메크만(Mecman), 레푸(Refu), 렉스로스 하이드롤릭스(Rexroth Hydraulics) 및 스타(Star)의 이전 브랜드에 대한 제품과 서비스를 포함합니다. 렉스로스는 역학, 수력학, 기력학, 전자공학 분야의 모든 관련 구동, 제어, 동작 기술을 비롯한 관련 서비스를 80여 국가에 제공하고 있습니다.