디지털 변환과 항공우주 전자 설계

고급 항공 전자 장비와 우주 시스템에 대한 수요가 급증하고 있으며, 글로벌 항공우주 전자 시장은 2030년 말까지 2060억 달러에 이를 것으로 예측되고 있습니다. 그러나 이러한 성장은 난이도의 급격한 증가 없이는 오지 않습니다. 현대의 항공기와 우주선은 우리가 이전에 "전형적인" 차량으로 여겼던 것이 아닙니다. 그것들은 완전히 다른 것이 되었습니다. 이제 그것들은 센서, 프로세서, 통신 시스템의 복잡하게 연결된 네트워크와 같습니다. 이 모든 것은 성능과 기능성의 증가하는 수준을 요구합니다. 

디지털 변환은 이러한 개발의 대부분을 뒷받침하며, 전통적이고 종종 분리된 디자인 워크플로에서 통합되고 데이터 중심의 프로세스로의 근본적인 전환을 시사합니다. 이것은 디지털 도구와 기술의 힘을 활용하여 팀이 디자인의 복잡성을 관리하고, 제약 없이 협업하며, 초기 개념부터 최종 생산에 이르기까지 심지어는 현장 유지보수에 이르기까지 전체 디자인 수명주기를 가속화하는 인간-기술 증강입니다. 

그러나 항공우주 산업은 매우 엄격한 요구 사항과 함께 철저한 문서화와 검증을 요구하는 엄격한 인증 과정을 직면하고 있습니다. 신뢰성은 물론 중요한데, 실패는 때때로 치명적인 결과를 초래하기 때문입니다; 시스템은 극한 환경에서도 완벽하게 작동해야 합니다—우주의 차가운 진공부터 로켓 발사의 강렬한 열과 진동에 이르기까지—그러므로, 요구 사항은 처음부터 다뤄져야 합니다. 

항공우주에서 디지털 변환을 주도하는 주요 요인들

여러 강력한 힘이 합쳐져 항공우주 전자 설계에서 디지털 변환의 빠른 채택을 주도하고 있습니다.

시장 출시 시간 단축에 대한 요구

항공우주 산업은 매우 경쟁적이며, 회사들은 경쟁사보다 새로운 기술을 개발하고 배치하기 위해 끊임없이 노력하고 있습니다. 시장 출시 시간을 줄이려는 압박은 고객 요구의 변화, 신흥 시장 기회의 등장, 기술 발전을 앞서 나가야 할 필요성과 같은 요인에 의해 강화됩니다. 디지털 변환은 작업을 자동화하고 협업을 촉진하며 신속한 프로토타이핑을 가능하게 함으로써 설계 및 개발 주기를 가속화하여 항공우주 회사가 새로운 제품과 기능을 시장에 더 빠르고 효율적으로 출시할 수 있게 합니다.

시스템 복잡성 증가

현대의 항공기와 우주선은 다양한 센서, 데이터 처리 장치, 통신 시스템, 제어 인터페이스를 갖추고 있습니다. 상용 항공기의 정교한 비행 제어 시스템, 항법 시스템, 통신 스위트, 기내 엔터테인먼트 시스템이나 위성의 복잡한 유도, 제어 및 과학적 탑재물을 생각해 보십시오. 각 하위 시스템은 수천 개의 전자 부품을 포함하며, 복잡한 상호 연결과 정밀한 타이밍이 필요합니다. 이러한 복잡성을 관리하고, 원활한 통합을 보장하며, 시스템 간의 충돌을 피하는 것은 전통적인 설계 방법으로는 해결하기 어려운 큰 도전입니다. 디지털 도구는 설계 과정 초기에 이러한 상호 작용을 모델링, 시뮬레이션하고 검증하는 틀을 제공합니다.

신뢰성 및 안전성에 대한 강조

항공우주 전자 분야에서 신뢰성과 안전성은 협상할 수 없는 요구 사항입니다. 실패는 생명을 위협하는 결과를 초래할 수 있으므로, 엄격한 설계 검증 및 검증이 필수적입니다. 디지털 도구는 고급 시뮬레이션 기능을 제공하여 신뢰성과 안전성을 향상시킵니다. 이를 통해 엔지니어는 다양한 조건에서 설계를 테스트하고 물리적 프로토타입이 제작되기 전에 잠재적 약점을 식별할 수 있습니다. 이러한 좌측 이동 접근 방식은 설계 주기 초기에 오류를 발견함으로써 프로젝트 후반에 발생할 수 있는 비용이 많이 드는 재작업과 지연의 위험을 줄입니다. 뿐만 아니라, 디지털 추적성 및 데이터 관리는 모든 설계 결정과 변경 사항이 문서화되어 철저한 검토와 감사를 용이하게 합니다.

모델 기반 시스템 엔지니어링(MBSE)의 부상

MBSE는 문서가 아닌 모델을 정보 교환의 주요 수단으로 사용하는 공식화된 방법론으로, 디지털 변환의 핵심 촉진제입니다. 이는 전체 프로젝트에 대한 전체적이고 시스템 수준의 관점을 제공하며, 요구 사항 정의 및 개념 설계부터 상세 구현, 검증 및 유효성 검사에 이르기까지 모든 설계 측면을 통합합니다. 시스템의 단일 통합 모델을 생성함으로써 MBSE는 더 나은 의사소통을 촉진하고, 모호성을 줄이며, 설계 결함의 조기 탐지를 용이하게 합니다. 이를 통해 엔지니어는 다양한 설계 옵션을 탐색하고, 시스템 성능에 미치는 영향을 평가하며, 정보에 입각한 결정을 내릴 수 있습니다.

데이터 기반 설계 및 분석

디지털 변환은 시뮬레이션, 테스트 및 심지어 운영 시스템에서 얻은 방대한 양의 데이터를 활용하여 설계를 최적화하는 데이터 기반 설계로의 전환을 가능하게 합니다. 프로토타입 및 현장 시스템에서의 센서 데이터는 강력한 시뮬레이션 결과와 결합되어 시스템 동작에 대한 귀중한 통찰력을 제공합니다. 데이터 분석 및 기계 학습 기술은 이 데이터에 적용되어 성능 병목 현상을 식별하고, 잠재적인 실패를 예측하며, 최적의 성능, 효율성 및 신뢰성을 달성하기 위해 설계를 정제할 수 있습니다. 이 지속적인 피드백 루프는 반복적인 개선과 시스템의 능력에 대한 더 깊은 이해를 가능하게 합니다.

디지털 변환을 가능하게 하는 핵심 기술들

여러 핵심 기술들이 협력하여 항공우주 전자 설계의 디지털 변환을 가능하게 합니다.

고급 PCB 설계 및 개발 도구

이 변환의 핵심에는 Altium Designer와 같은 고급 PCB 설계 및 시뮬레이션 도구와 Altium 365와 같은 개발 플랫폼이 있어, 엔지니어들이 전통적이고 단편적인 설계 프로세스를 넘어 통합되고 협업적인 환경으로 나아갈 수 있게 합니다. 

디지털 변환을 촉진하는 주요 기능들은 다음과 같습니다:

• 3D PCB 설계 및 시각화: PCB, 구성 요소, 그리고 케이스의 정확한 표현을 가능하게 하여 기계적 간섭을 탐지하고 적절한 맞춤을 보장합니다. 이 3D 기능은 공간이 종종 제한적인 복잡한 항공우주 설계에 있어 필수적입니다.
• ECAD/MCAD 협업: 전자 및 기계 설계 워크플로우를 통합하여 엔지니어들이 효과적으로 협업하고 PCB가 전체 기계 조립체 내에 완벽하게 맞도록 보장함으로써, 전기 및 기계 팀 간의 의사소통 미스로 인한 비용이 많이 드는 재작업과 지연을 제거합니다.
• 데이터 관리 및 버전 제어: 견고한 데이터 관리 기능을 제공하여 모든 설계 데이터가 적절하게 추적, 버전 관리 및 제어되도록 합니다. 이는 설계 무결성을 유지하고 항공우주 산업의 엄격한 문서 요구 사항을 충족하는 데 필수적입니다.
• 클라우드 연결 도구: 파일과 데이터를 클라우드에 위치시킬 수 있는 기능은 분산된 인력의 어려움을 완화시켜 원격 협업을 가능하게 합니다.

디지털 트윈

디지털 트윈은 물리적 자산, 시스템 또는 프로세스의 가상 표현입니다. 항공우주 전자 분야에서는 전체 항공기, 특정 하위 시스템 또는 개별 구성 요소에 대한 디지털 트윈을 생성할 수 있습니다. 이러한 디지털 트윈은 시뮬레이션, 테스트 및 실제 운영에서 얻은 데이터로 구성되어 엔지니어가 가상 환경에서 성능을 모니터링하고, 실패를 예측하며, 설계를 최적화할 수 있도록 합니다. 다양한 목적으로 사용될 수 있으며, 여기에는 다음이 포함됩니다:

• 물리적 프로토타입을 제작하기 전에 가상 환경에서 설계 변경 및 수정 사항을 테스트합니다.
• 발생 가능한 실패를 사전에 식별하여 예방적 유지보수를 가능하게 하고 다운타임을 줄입니다.
• 실제 운영 데이터를 분석하여 개선 영역을 식별하고 시스템 성능을 최적화합니다.

클라우드 컴퓨팅 및 협업 플랫폼

클라우드 컴퓨팅은 데이터 집약적인 디지털 변환 프로세스를 지원하는 데 필요한 인프라와 자원을 제공합니다. 클라우드 기반 플랫폼은 여러 가지 장점을 제공합니다:

• 확장성: 필요에 따라 컴퓨팅 자원을 쉽게 확장하거나 축소하여 복잡한 시뮬레이션과 분석의 요구를 수용합니다.
• 데이터 저장 및 공유: 모든 설계 데이터를 중앙 저장소에 제공하여 분산된 팀이 접근할 수 있게 하고 협업을 촉진합니다.
• 협업 도구: 실시간 공동 설계, 버전 관리, 프로젝트 관리와 같은 기능을 제공하여 위치에 관계없이 팀이 효율적으로 함께 작업할 수 있도록 합니다.

부가 제조

부가 제조, 또는 3D 프린팅은 신속한 물리적 프로토타입 생성을 가능하게 하며, 경우에 따라 생산 준비가 완료된 구성 요소까지도 만들 수 있습니다. 이 기술은 엔지니어가 설계를 빠르게 반복하고, 다양한 구성을 테스트하며, 전통적인 방법으로는 제조하기 어렵거나 불가능한 복잡한 기하학적 형태를 생성할 수 있게 합니다. 3D 프린팅은 특히 빠른 프로토타이핑, 맞춤형 구성 요소 및 소량의 전문 부품 제조에 매우 유용합니다. 

미래 추세 및 기회

항공우주 전자 설계의 디지털 변환은 진행 중인 과정으로, 지평선에는 여러 흥미로운 추세와 기회가 있습니다.

우주 2.0의 부상 및 새로운 우주 회사들

사설 우주 회사의 등장, 종종 "Space 2.0" 또는 "New Space"로 언급되는 이들은 항공우주 산업을 극적으로 변화시키고 있습니다. 이러한 회사들은 민첩한 개발 프로세스, 혁신에 대한 초점, 새로운 기술 채택에 대한 의지로 특징지어집니다. 디지털 변환은 이 새로운 우주 경쟁을 가능하게 하는 핵심 요소로, 회사들이 새로운 우주선과 발사체를 설계, 프로토타입 제작, 테스트하고; 설계를 최적화하고 비싼 물리적 테스트의 필요성을 최소화하며; 더 큰 효율성으로 새로운 개념과 기술을 탐색할 수 있게 합니다.

자율 시스템 및 도심 항공 이동성

자율 항공기와 도심 항공 이동성 차량에 대한 수요가급증하고 있습니다. 이러한 고급 시스템은 정교한 전자 장치와 소프트웨어를 필요로 하며, 디지털 변환은 그 개발에 필수적입니다. 디지털 도구가 중요한 역할을 하고 있는 주요 분야는 다음과 같습니다:

• 센서 융합: 여러 센서(예: 카메라, 라이다, 레이더 등)에서 데이터를 통합하여 환경에 대한 포괄적인 이해를 생성합니다.
• 제어 시스템: 자율 비행을 위한 견고하고 신뢰할 수 있는 제어 시스템 개발.
• 통신 시스템: 차량과 지상 제어 사이의 안전하고 신뢰할 수 있는 통신을 보장합니다.
• 안전-중요 시스템:자율 비행의 엄격한 요구 사항을 충족하는 안전-중요 시스템을 설계하고 검증합니다.

우주 사물 인터넷(IoST)

"우주 사물 인터넷"은 지상의 정보와 상호 연결된 위성 및 기타 우주 자산의 정보를 융합하는 사이버-물리 시스템을 말하며, 항공우주 전자 설계에 여러 가지 도전을 제시합니다:

• 데이터 관리: IoST 장치에서 생성되는 방대한 양의 데이터를 처리합니다.
• 통신 프로토콜: 우주 자산이 종종 경험하는 상당한 지연 시간과 제한된 대역폭을 도울 수 있는 표준화된 통신 프로토콜을 개발합니다.
• 보안: IoST 네트워크의 보안을 확보하고 사이버 공격으로부터 보호하여 임무 중요 시스템이 침투당하는 것을 방지합니다.
• 혹독한 환경: 우주에서 사용되는 구성 요소는 방사선 경화가 되어야 하며; 이는 구성 요소의 비용을 증가시키고 최첨단 전자 제품의 사용 가능성을 제한합니다. 시스템은 또한 극한의 온도와 진공 상태를 견딜 수 있어야 합니다. 

항공우주 전자 설계 재편성

디지털 변환은 항공우주 전자 설계를 근본적으로 재편하고 있습니다. 이 분야에서 생존하고 번영하기 위해서는 전통적인, 분리된 설계 프로세스에서 통합된, 데이터 기반 접근 방식으로 전환해야 합니다. 따라서 모델 기반 시스템 엔지니어링을 적극적으로 수용하고, 데이터 분석의 힘을 활용하며, 설계, 시뮬레이션, 협업을 위한 고급 도구를 채택하는 것을 잊지 마십시오. 그리고 디지털 변환의 여정은 계속되고 있으며, 결코 정체되지 않는다는 것을 잊지 마십시오. 미래는 흥미로운 가능성을 지니고 있지만, 항공우주 회사와 전자 부품 설계자 및 제조업체는 지속적인 학습과 적응의 문화를 받아들여야 합니다.

이를 통해 항공우주 산업은 디지털 변환의 전체 잠재력을 해제하고, 더 안전하고, 더 효율적이며, 더 능력 있는 비행 및 우주 탐사의 새로운 시대를 열 수 있습니다.

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