센서, 소프트웨어, 자율 기술을 결합한 디지털 리얼리티 솔루션 분야의 글로벌 리더, 헥사곤 매뉴팩처링 인텔리전스(Hexagon Manufacturing Intelligence)가 영남대학교의 박지혁 교수 연구팀이 해양수산과학기술진흥원의 재정지원을 받아 수행한 ‘6,000톤급 자율운항선박을 위한 자동계류장치 설계 및 구조 최적화에 대한 연구’에 자사 동역학 시뮬레이션 솔루션 ‘아담스(Adams)’를 지원했다고 밝혔다. 연구팀은 아담스를 통해 다양한 해양 환경과 유사한 조건을 소프트웨어로 구현해 계류조건과 상태를 파악하고 하드웨어 설계를 검증하고 최적화하는 데에 시간과 자원을 크게 절약할 수 있었다.
영남대학교 박지혁 교수 연구팀은 효율적인 진공흡착패드 방식의 자동계류장치를 설계하고, 계류장치가 가해주어야 하는 계류력을 도출했다. 다양한 변수가 존재하는 해상 환경에서 선박의 움직임을 실제와 근접하게 구현하여 계류력을 도출하고, 하드웨어를 설계하는 작업에 디지털 시뮬레이션을 활용하지 않을 시, 많은 자원과 시간이 소요된다. 그러나 이번 연구는 아담스의 광범위한 해석 역량과 고성능 컴퓨팅 환경(HPC)을 활용해 대형 모델을 실제로 제작하고 기후 환경 조건을 기다릴 필요 없이, 디지털로 시뮬레이션해 6,000톤급 중형 자율운항선박의 자동계류장치 성능 검증에 필요한 다양한 조건 값을 반영해 최적의 결과를 도출했다. 연구의 중심축이 된 ‘아담스’는 시스템 단위의 설계 검증을 지원하고, 엔지니어링 효율성 확보해 제품 개발 비용을 절감시키며, 동작, 구조, 작동 및 제어를 비롯한 여러 분야 간 복잡한 상호 작용을 평가하고 관리하여 최적의 성능을 구현하는 제품 설계를 지원한다.
최근 글로벌 조선업의 슈퍼사이클을 맞이한 가운데 자율운항선박 기술 개발 촉진 및 상용화를 위한 자율운항선박법이 국회 본회의를 통과해 국내 조선업계는 자율운항선박이 기존 패러다임을 바꿔 신성장 동력원이 될 기대를 하고 있다. 실제로 글로벌 리서치 기관 마켓스앤마켓스(MnM)에 따르면 세계 자율운항선박 시장규모가 2019년 71억달러(9조3000억원)에서 2030년 143억달러(18조7400억원)로 2배가량 성장할 것으로 예상된다.
구체적 예시를 들면, 자율항법 기술이 적용된 자율운항 선박의 필요성이 증가함에 따라 계류방식도 자동화가 가능한 방식으로 변경될 필요가 있다. 해양을 운항하는 6000톤급 이상의 선박이 부두에 정박하기 위해 계류 로프를 기반으로 하는 계류 방법이 주로 사용되고 있다. 이러한 기존의 방식 대신 자동계류시스템을 도입할 경우, 인력 개입을 최소화 및 무인화하고, 위험 요소를 크게 감소시킬 수 있다. 이미 스위스의 카보텍(Cavotec), 스웨덴의 트렐레보그(Trelleborg) 등의 많은 기업들은 자율운항선박이 무인화 개념으로 구현되는 시스템을 고려해 로봇팔 기반의 계류장치를 개발하고 있다.
이번 연구를 통해 국내에서도 기술을 검증한 박지혁 영남대학교 교수는 “하드웨어 설계를 위해서는 계류조건을 파악하는 것이 중요한데, 계류조건을 연구하기 위해 동역학 해석 프로그램인 헥사곤의 아담스를 사용했다”며 “아담스를 통해 도출한 계류력을 기반으로 적합한 메커니즘을 설계하고, 주요 구조인 링크의 단면적에 대한 최적 설계를 수행했다”고 말했다.
성브라이언 한국 헥사곤 매뉴팩처링 인텔리전스 사장은 “지난 몇 년간 자동차 업계가 자율주행으로 연구 및 투자가 활발했던 만큼, 선박 분야에도 자율운항 기술 개발 및 실증이 활성화될 것으로 기대된다”며 “한국 기업들이 조선업계의 선도적 기술을 지속적으로 개발해 나갈 수 있도록 헥사곤은 소프트웨어를 통한 디지털 리얼리티 구현, 엔지니어링 설계에 생성형 AI 적용 등 연구 개발에서 생산과 사후관리까지 디지털 혁신을 적용할 수 있도록 적극 지원하겠다”고 말했다.