최적화된 힘의 균형을 디자인하다! CAE 솔루션 기업 알테어


아래 내용은 ‘월간디자인(DESIGN)’에 소개된 알테어 기사 내용입니다.


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솔리드씽킹 인스파이어로 작업한 티타늄 자전거 프레임

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전문가에게 의존하지 않고 스스로 기술을 익혀 물건을 만드는 ‘메이커’가 늘고 있다. DIY 생활용품 제작과 목공예를 즐기던 이들이 3D 프린터와 아두이노로 대표되는 오픈 소스 플랫폼을 접하고는 신세계를 발견한 뒤 머릿속으로만 그리던 조금은 복잡한 물건을 실제로 소량 생산할 수 있게 된 것이다. 이렇게 아이디어를 구현한 프로토타입을 킥스타터와 인디고고 등 크라우드펀딩 사이트에 올려 전 세계인을 대상으로 투자금을 조달받아 선주문 물량을 제작하고, 이 모든 과정이 자연스레 SNS 등을 통해 회자되면서 또 한 명의 ‘창업자’가 탄생하게 되는 것이다. 요즘 심심치 않게 들리는 성공 스토리다.

‘100년 만의 산업혁명’, ‘제조업의 새로운 패러다임’ 등으로 불리는 메이커 운동은 2000년대 중반 영미권을 중심으로 불거진 뒤 현재 그 어느 때보다 활발히 진행 중이다. 메이커 문화의 핵심에는 컴퓨터 기술의 발전과 3D 프린터의 등장이 있다. 범위를 좀 더 좁히자면 3D 프린터에 접목해 상승작용을 일으키는 엔지니어링 소프트웨어가 있다. 개인용 3D 프린터를 활용해 소품이나 액세서리를 만드는 수준에서 철강이나 알루미늄 등 매우 견고한 소재로 만드는 산업 기기와 부품에 이르기까지 용도와 규모별로 필요한 소프트웨어 또한 천차만별이다.

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산업 디자이너 스티브 맥구건(Steve McGugan)이 솔리드씽킹 이볼브로 작업한 소금 통과 후추 통

디자이너들은 과연 어디까지 넘볼 요량으로 이 흐름에 반응해야 할까? 디자이너와 엔지니어 간의 신경전은 오랜 관행이나 마찬가지였다. 하지만 디자인과 엔지니어링의 경계가 허물어지기 시작하면서 디자이너가 엔지니어링을 이해하고, 나아가 시작 단계부터 엔지니어링을 염두에 둔 아이디어가 가장 완성도 높은 결과물로 연결되는 시대가 도래한 것이다.

‘날개 없는 선풍기’로 유명한 제임스 다이슨은 디자인과 엔지니어링을 분리해서 생각하는 것 자체가 구식이라는 사고방식과 ‘기술이 곧 디자인’이라는 신념을 견지하는 디자이너다. 2011년 영국 런던 아람(ARAM) 갤러리에 초대되며 세계적인 관심을 받은 작가 노일훈은 유럽을 주무대로 활동하는 젊은 건축가이자 산업 디자이너로 역시 엔지니어링의 중요성을 잘 이해하고 제대로 활용할 줄 안다. 건축과 산업 디자인, 아트를 넘나드는 그의 최대 관심사는 자연의 원리와 힘의 균형이다. “우리 팔이 둥글둥글한 모양인 것도 공기압이 누르는 힘과 체내 혈액과 피부가 밖으로 팽창하는 힘의 균형이 만나 조화를 이루었기 때문이죠.” 그에게 중력과 물성의 법칙을 거스르는 구조는 곧 잘못된 디자인이다. 구조와 디자인이 만나 최적화된 지점을 찾아내는 것이 곧 그가 말하는 유기적 디자인의 핵심이다.

예를 들어 벤치를 만든다고 하자. 벤치라면 의당 사용자의 체중을 견딜 만큼 견고해야 한다. 동시에 불필요하게 많은 재료를 쓰고 싶지 않다. 이를 위해서는 만들고 앉아보고 무게를 재는 과정을 무수히 반복해야 한다. 탄소섬유, 플라스틱, 알루미늄 등 고강도의 소재를 즐겨 사용하는 노일훈에게 이러한 방식은 실험 충만한, 그러나 상당한 시간과 재료와 비용이 드는 만만치 않은 작업이었다. 또한 최고의 적정선이라고 결론 내린 지점에 대한 근거도 더욱 명확하길 바랐다. 그러던 중 2010년 작인 테이블 모양의 오브제 ‘익스페리먼트 세븐(Ex07)’의 디자인 과정에서 획기적인 시뮬레이션 프로그램을 사용하게 됐다. 소프트웨어가 대상의 구조를 계산한 다음, 어떤 부위가 약하고 어떤 방향으로 얼마큼 더 두꺼워야 하는지를 파악하자 제작 기간과 무게가 획기적으로 줄고 객관적・수치상으로 완벽한 균형점을 찾을 수 있었다.

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하이퍼웍스의 옵티스트럭트로 설계하고 솔리드씽킹 이볼브로 렌더링한 노일훈의 Ex07

이를 구현하는 데 사용한 제품은 알테어(Altair)의 하이퍼웍스 솔루션 시리즈의 옵티스트럭트(OptiStruct)라는 프로그램이다. 엔지니어링 소프트웨어가 디자이너의 새로운 무기이자 노하우로 통하는 요즘, 이 흐름을 발 빠르게 돕고 나선 알테어는 전 세계 5000개 이상 기업이 사용하는 세계 3대 엔지니어링 소프트웨어 기업으로 항공기, 트랙터, 엔진 등 대형 산업 장비를 렌더링하는 소프트웨어부터 주얼리, 패키징, 의류 등에 특화된 데이터 엔지니어링 기술까지 제공한다.

1985년 미국 미시간에서 당시 미국 포드자동차의 엔지니어 출신인 짐 스캐파(Jim Scapa)가 회사를 설립했을 때만 해도 컴퓨터 응용 공학 분야는 우주선을 제조할 때나 쓰는 특화된 첨단 기술이었다. 스캐파는 컴퓨터 응용 공학이 앞으로 더욱 다양하게 활용될 것이라 내다봤고 그의 예견대로 컴퓨터 응용 공학은 우주선에서 자동차, 건축과 산업 디자인에 이르기까지 폭넓게 사용되었다. 포드, 에어버스, IBM, 엑손모빌 등 자동차ㆍ항공ㆍ전자ㆍ에너지 기업은 물론 세계적인 건설사 아룹(Arup), SOM을 비롯해 자하 하디드도 주요 고객사 리스트에 이름을 올렸다.

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솔리드씽킹 이볼브로 작업한 디캔터와 헬멧

국내에는 2001년 한국알테어를 설립해 국내 유수의 자동차ㆍ중공업 회사를 주 고객으로 삼고 있다. 최근 몇 년 간은 대학 내 기계공학과, 항공운수과, 디자인학과를 대상으로 각 전공에 맞는 소프트웨어 실습과 경진 대회를 개최하며 국내 산업을 이끌 학생들에게 적극 투자해왔다. 특히 디자인과에 대한 지원을 확대하는 방침에 대해 한국알테어 문성수 대표는 “엔지니어가 아무리 제품을 잘 만든다 해도 디자이너만 하겠습니까. 디자이너가 엔지니어링을 배우는 게 빠르죠. 더 쉬운 엔지니어링 툴을 최고의 디자인 원안대로 구현해주는 것이 저희 역할입니다.”라고 말한다.

인류는 늘 가장 완벽에 가까운 황금 비율을 갈망해왔다. 르네상스 시대 최고의 수학자이자 철학자인 레오나르도 다빈치 또한 인간의 몸으로 대표되는 자연에서 해답을 찾았다. 인간의 갈비뼈, 새 둥지, 나뭇잎, 벌집 등 수천 년간 진화해온 자연적인 구조물은 21세기에 들어와 3D 프린팅을 위시한 제조업의 최전선에서 다시금 그 과학성을 인정받고 있다. 엔지니어링을 품은 디자인이 이끄는 제조업의 혁신은 그 어느 때보다도 자연의 진리를 근간으로 하는 새로운 디자인 혁명으로 그 의미를 확장해나가고 있다. Blog.solidthinking.kr

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건축가 루카 프라타리(Luca Frattari)가 솔리드씽킹 인스파이어로 작업한 교량 구조물 페가수스(Pegasus)

Interview

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“엔지니어링은 디자인 과정의 하나로 융합되어가고 있다.”

– 노일훈 건축가・디자이너 ilhoon.com


자연의 미학을 이해한 디자인은 곧 최적의 균형을 갖춘 디자인이다. 인간의 골격도 약한 부분이 있으면 세포가 달라붙어 강하게 만들어주듯 알테어의 ‘옵티스트럭트’는 단순 구조 계산에서 나아가 약한 부분을 실제로 더 두껍게 시뮬레이션해준다. 시간을 절약해줄 뿐만 아니라, 수동으로 한계가 있는 부분의 최적치를 정확하게 뽑아낸다. 그 결과 경제적으로도 미학적으로도 가장 완성도 높고 효율적으로 최적화된 디자인이 나오게 된다. 엔지니어링이 디자인 과정의 하나로 융합되는 추세다.

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“효율을 최우선의 가치로 삼았더니 실용적이면서 최적화된 디자인 결과물이 나왔다.”

– 브렛 쇼나드(Brett Chouinard) 알테어 COO


Q. 알테어는 컴퓨터 응용 공학에 특화된 회사다. 공학도가 아니면 다소 생소한 개념이다.

A. 우선 컴퓨터 응용 공학은 제품 디자인에서 설계와 분석, 성능 평가로 이어지는 일련의 과정을 컴퓨터가 구현해주는 혁신적인 시뮬레이션 기술로 꼽힌다. 전통적인 방식이라면 스케치한 대로 시제품을 만들고 현장 테스트를 거쳐야 하지만 컴퓨터 응용 공학을 활용하면 컴퓨터 속 가상 환경에서 필요한 성능을 미리 설정해두고 처음부터 동시에 디자인해나갈 수 있다.

Q. 알테어가 가장 주력하는 산업 분야는 무엇인가?

A. 초창기에는 항공기, 트랙터, 엔진과 같은 산업 장비를 디자인할 때 많이 활용했지만 최근에는 기술의 발달과 오픈 소스로 컨슈머 프로덕트에 대한 수요가 늘었다. 2008년에는 산업용 디자인 기술인 솔리드싱킹(SolidThinking)이라는 브랜드를 인수해 작가, 건축가, 산업 디자이너와의 접점을 늘리게 됐다. 도형의 크기보다 도형 간의 연결 상태에 초점을 두는 위상수학이라는 것이 있다. 위상수학 이론을 시뮬레이션 기술과 접목한 위상 최적화(topology optimization)라는 개념을 1980년대 중반에 시장에 소개한 것이 바로 알테어였다. 효율을 최우선의 궁극적 가치로 삼았더니 실용적이면서 최적화된 디자인의 결과물이 나왔다. 초창기 디즈니와 협업해 테마파크를 설계한 적이 있는데 그들은 우리가 구축한 내벽 구조 디자인에 매우 흡족해하면서 건물 골격을 그대로 노출시켜 하나의 관람 요소로 활용했다.

Q. 알테어의 프로그램이 구현하는 디자인적 핵심 원리는 무엇인가?

A. 기계나 부품, 건축 디자인을 공학적 측면에서 보면 대부분은 직각과 직선으로 이루어져 있다. 그리고 그 속은 대개 꽉 채워져 있다. 하지만 알테어는 곡선과 격자형 그물망 구조를 제안한다. 인간의 갈비뼈를 비롯한 자연적 구조물이 그렇듯 속이 비어 있는 구조는 외부 압력과 충격 완화에도 효과적이다. 이러한 알고리즘을 설계에 접목하면 이전보다 가벼우면서도 튼튼하고 독특한 구조를 이끌어낼 수 있다.

Q. 디자이너가 이해해야 하는 엔지니어링 수준은 어디까지일까?

A. 엔지니어링과 디자인은 사실 매우 밀접한 관계에 있다. 디자인을 전공한 학생들은 졸업 후 현장에서 일하면서 성향이 바뀌기 쉽다. 머릿속에서는 그림 같은 구상을 하지만 현실의 시스템적 제약으로 좌절하기 때문이다. 처음부터 현실에서의 구현을 염두에 두고 디자인한다면 원안에 최대한 가까운 결과물을 낼 수 있다. 알테어가 제공하는 솔루션은 결국 가장 효율적인 구조 디자인을 위해 물리학이라는 과학적 개념을 최대한 빠른 시점에 반영하는 것이다.

Q. 메이커 운동 열풍이 불고 있다. 메이커들이 알테어의 소프트웨어를 어떻게 활용할 수 있을까?

A. 미국에서는 2008년 즈음부터 적층 가공 기법 혹은 3D 프린팅이라는 개념이 만연했다. 이런 개념의 등장은 곧 제조업의 구조를 뒤흔들었다. 다양한 형태로 가시화된 제조업의 분화는 기존 디자인 영역의 경계를 흐트려 디자이너가 더욱 독창적인 결과물을 만들 수 있는 배경을 구축했다. 알테어는 각 목적에 특화된 소프트웨어 프로그램으로 이 흐름을 적극 응원하고자 한다.

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