ZF Wind Power, PTC MathCAD를 사용해 긴 수명의 기어박스 생산

2015/09/21

넓은 들판에 우뚝 서 있는 풍력 터빈(발전기)을 보면 바람의 힘으로 회전 운동이 일어나고 이렇게 발생한 동력으로 발전기를 가동하는 원리를 쉽게 알 수 있습니다. 그러나 문제는 회전 속도입니다. 풍차의 회전 속도는 약 15rpm에 불과하지만 규격 발전기가 유용한 60 사이클의 AC 전력을 출력하려면 1,000rpm 이상의 회전 속도가 필요합니다.
해법은 무엇일까요? 대부분 풍력 터빈의 하우징(housing), 즉 나셀(nacelle)에는 정교한 기어박스가 설치되어 있습니다. 기어박스의 기본 구성 원리는 대형 기어에 의해 제어되는 소형 기어로 발전기에 더 빠른 회전 속도를 전달하는 것입니다.

그러나 실제 운용은 그렇게 단순하지 않습니다. 기어박스는 토크, 진동, 기타 환경적 마모가 심해 다른 시스템 부품보다 수명이 짧은 편입니다. 따라서 기어박스는 안정성과 장기적인 수명, 전반적인 효율성을 보장하는 체계적이고 혁신적인 엔지니어링이 필요합니다.

PTC 고객인 ZF 윈드 파워(ZF Wind Power)는 이처럼 중요한 장치의 설계, 제조, 공급을 담당하는 전문 업체입니다. 벨기에 앤트워프에 있는 ZF 윈드 파워는 모든 종류의 산업용 변속기를 개발 및 제조해온 100년의 역사를 자랑합니다. 엔지니어 팀을 중심으로 풍력 에너지 생산업체를 위한 몇 가지 초압축 솔루션을 합리적인 가격으로 제공하는 것이 목표입니다.
이 팀의 성공 비결 중 하나는 PTC Mathcad, PTC Creo, PTC Windchill을 포함한 PTC 제품입니다. 엔지니어와 과학자는 PTC MathCAD를 사용해 주요 엔지니어링 계산을 풀이하고 분석 및 공유합니다.

 수석 기술 엔지니어 버트 베이링크스(Bert Beirinckx)는 "기어 개발에 PTC MathCAD를 유용하게 활용하고 있습니다. 반복적으로 사용해야 할 복잡한 계산이 정말 많은데 PTC MathCAD는 이러한 계산을 효율적으로 처리합니다."라고 말씀하셨습니다.
 
소수의 PTC MathCAD 전문 사용자가 표준 수식과 계산을 프로그래밍하면 팀의 약 90%는 해당 '워크시트'를 그대로 사용하면 되기 때문에 이미 해결된 문제를 풀이하는 데 시간을 낭비할 필요 없이 설계 문제에 집중할 수 있습니다. 기본 수식을 잘 모르는 일반 엔지니어도 수식에 간단히 숫자만 대입하면 됩니다. 베이링크스가 PTC MathCAD에 열광하는 이유도 그 때문입니다. 베이링크스가 손꼽는 PTC MathCAD의 두 가지 중요한 기능은 바로 실제 수학 기호와 단위 처리입니다.

실제 수학 기호
Microsoft Excel 스프레드시트 또는 Visual Basic 스크립트와 달리 PTC MathCAD는 수학 교과서와 같은 기호로 방정식을 표시합니다. 따라서 수식에 결함이 있는 것으로 의심되면 바로 문제를 검토할 수 있습니다. 베이링크스는 "다른 널리 사용되는 계산 방식에 비해 PTC Mathcad 시트는 정말 편리하게 읽을 수 있습니다. 예를 들어 Visual Basic에서는 수식이 전개되는 과정을 금방 파악할 수 없습니다. 쉼표와 괄호를 세는 데만 30분이 걸립니다. '괄호 하나가 닫혔으니 괄호는 셋이고 쉼표는 둘, 다시 괄호 하나가 열리고...' 이처럼 하나씩 확인하려면 정말 힘이 듭니다."라고 강조합니다.
 
무엇보다 좋은 점은 조직 내 누구든지 표준 수식에서 문제를 발견하면 PTC Mathcad 시트를 사용해 쉽게 문제를 수정하고 나머지 팀원에게 배포할 수 있다는 것입니다.
 
단위 인식
PTC Mathcad에는 단위를 이해할 수 있는 고유한 기능뿐 아니라 하나의 방정식에 영국 단위계와 국제 단위계(SI) 등 단위 체계가 혼합된 상태로 올바른 결과를 산출할 수 있는 기능이 포함되어 있습니다. 그는 단위 인식 기능이 수식의 유효성을 확인하는 데도 도움이 된다고 말합니다. "단위가 더해지지 않거나 기대한 단위값이 나오지 않으면 수식에 잘못된 부분이 있다는 뜻입니다."
 
단위 인식은 다른 응용 프로그램에서는 찾아볼 수 없는 기능이라고 그는 말합니다. PTC MathCAD의 이러한 단위 인식과 수학 기호의 편리함에 대해 "PTC Mathcad 기능에는 여러 게임체인저가 있는데, 이 기능이 바로 그중 하나"라며, PTC MathCAD에 대한 신뢰를 보여주었습니다.
 
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