제너레이티브 디자인, 제조업의 지속가능성을 가속화할 수 있나?

지난 10년에 걸친 기록적인 더위에 이어 허리케인, 산불 및 기타 기후와 관련된 재난이 전 세계 헤드라인을 장식하면서, 지구 온난화에 대한 사람들의 우려가 높아지고 있다. UN은 기후 재앙을 피할 기회는 오직 2030년까지라고 경고했다. 이에 따라 환경 문제에 관한 소비자들의 걱정도 점차 늘어가는 동시에, 이 것이 구매 결정에도 영향을 미치게 되면서 제조업체들이 친환경에 눈을 돌리게 하는 동기를 제공하고 있다.

기술이 도움이 될 수 있다. 제너레이티브 디자인은 특히 향후 제조업에서 지속가능성을 가속화할 잠재력을 가지고 있다.

적을수록 좋다

제너레이티브 디자인은 인공지능을 사용하여 주어진 문제에 대한 해결방안을 신속하게 만들어내고 분석해, 반복적인 문제 해결에 필요한 시간을 크게 단축시켜준다. 지난 10년동안 기술은 제조 부문에서 꾸준히 견인력을 얻었다. 전산 처리 능력과 소프트웨어가 향상됐고, 이에 따라 더 많은 회사가 워크플로우에 제너레이티브 디자인을 적용할 것을 고려 중이다.

현재까지 제조에 있어 제너레이티브 디자인의 가장 일반적인 이용 사례는 부품 경량화이며, 적층 제조 공정을 통해 부품의 기능은 유지하면서 중량을 줄이는 방법을 찾아냈다. 예를 들어, GM은 제너레이티브 디자인을 사용하여 8개 부품으로 이루어진 안전벨트 브래킷을 한 개 부품으로 통합하는 동시에 40% 더 가볍고 20% 더 강하게 만들었다. 에어버스도 A320의 내부 파티션 패널을 재현하기 위해 제너레이티브 디자인을 사용, 표준 모델보다 훨씬 적은 재료를 사용하여 파티션을 만들어냈다.

경량화에는 여러 중요한 지속가능성 이점이 있다. 불필요한 용적을 제거하면 공급망 전반에 걸쳐 원자재 추출 및 가공에까지 에너지 사용, 탄소 배출을 비롯해 폐기물까지 줄일 수 있다. 제너레이티브 디자인은 제조 단계에서 공장 기계 사용 시간을 줄여 에너지를 절약시켜준다. 또 제품 사용 단계에서는 자동차, 항공기 등 이동 수단의 연료량까지 줄일 수 있다. 부품을 가벼울 뿐 아니라 더 강하게 만들면 수명 또한 연장되어 수리, 교체 및 예비 부품 재고의 필요성도 감소한다.

그러나 제너레이티브 디자인이 지닌 잠재적 환경 이익은 개별 부품 경량화를 넘어선다. 기술이 계속해서 진화하고 제조 라이프사이클 내에 기회가 발생함에 따라 새로운 이용 사례가 등장하게 될 것이다. 적층 제조 컨설팅 회사인 반스 글로벌 어드바이저(The Barnes Global Advisors)의 첼시 커밍스(Chelsea Cummings) 수석 고문은 “아직 생각조차 하지 못한 가능성이 남아 있다”고 말했다.

시스템 접근

중요한 한 가지 기회는 개별 부품을 넘어 좀 더 큰 규모의 시스템을 재설계 하는 데 있다. 즉 알고리즘 지능을 사용하여 부품 하나 대신 전체 제품을 재고한다는 의미일 수 있다. 커밍스 고문은 “제너레이티브 디자인을 사용하여 전체를 제작한 차량이 있다. 전체가 한 점으로, 여러 조립 부품을 한데 모은 것이 아니다”라고 말했다.

GM에서는 안전밸트 브래킷의 8개 부품을 한 개의 부품으로 줄이면서 가장 적은 질량으로 최적화했을 뿐 아니라, 여러 부품을 조립하는데 드는 공급망 비용과 폐기물까지 줄일 수 있었다.

이 논리는 다양한 디자인 제품에도 적용될 수 있다. 네덜란드 디자인 회사인 요리스 라만 랩(Joris Laaman Lab)는 제너레이티브 디자인 기술을 이용해 3D 프린팅을 통해 암스테르담 운하를 가로지르는 보행자용 다리를 만들었다. 해당 팀은 구조를 크게 단순화하여 한 점으로 프린팅했다(하지만 결국 디자이너들이 여러 조각으로 프린팅하기로 결정했다).

제너레이티브 디자인은 다리의 재료 팔레트를 단순화하는데 도움이 되었다. 다양하고 많은 재료를 사용하여 만드는 기존 교량과 달리, 요리스 라만 랩은 강철만 사용한다. MX3D의 CTO 팀 게우르트옌스(Tim Geurtjens)에 따르면 필요한 재료 수를 줄이면 재료 소모 감소에서부터 워크플로우 및 생산 공정 최적화에 이르기까지 여러 지속가능성 이익이 있다고 한다.

미국 공작기계공업회(AMT, the Association of Manufacturing Technology) 벤자민 모세(Benjamin Moses) 제조 기술 디렉터는 제조 공정의 친환경화에 주력하고 있다. 공장 배치에서부터 워크홀딩 솔루션 및 공구 경로에 이르기까지 모든 것이 회사의 환경발자국(environmental footprint)에 영향을 미칠 수 있다고 그는 말했다. 전체 작업을 설계 과제로 간주함으로써 제조 업체는 알고리즘 도구를 활용하여 보다 친환경적인 작업 방식을 확인할 수 있다.

모세 디렉터는 “제너레이티브 디자인을 활용하여 반복 설계 공정을 적용하면 제조에 있어 설계 제품의 전체 생태계를 변경할 수 있으며, 제조 설계가 이런 도구와 공정 생산을 위한 매일의 공정 방식을 실제로 발전시킬 수 있다”고 말했다.

친환경 재생 에너지

제너레이티브 디자인은 녹색경제(예를 들어, 재생가능 에너지 장비)로의 전환에 중요한 제품을 재고하는데 도움을 줄 수 있다. 커밍스 고문은 “나는 풍차 디자이너는 아니지만, 단단한 금속 시트에 제너레이티브 디자인을 적용하여 그 일부를 거미줄 같은 경량 구조로 바꾸기 위해 사용하는 것을 상상해볼 수 있다”고 말했다. 그는 또 “고용량과 저용량의 결합이 그런 적용에 완벽하게 적합할 거라 생각한다”고 덧붙였다. 이 같이 성능을 향상시키는 동시에 재생 가능 에너지 제품을 만드는 데 필요한 재료와 에너지 양을 줄이면 비용 면에서 우수하고 청정 전력망을 빠르게 만드는데 도움을 줄 수 있다.

소프트웨어 산업 대기업인 하니웰(Honeywell)은 제너레이티브 디자인을 사용해 화석 연료 사용 고객을 위한 성과를 개선했고, 이를 재생가능 에너지 분야에서 성장해 가기 위한 자원으로 사용할 수 있게 되었다. 하니웰의 소프트웨어·AI·기기장치의 글로벌 비즈니스 리더인 프라부 손더라얀(Prabhu Soundarrajan)은 “우리는 청정 연료로 전환하는데 열중하고 있다”고 하며, “이전 모든 프로젝트에서 교훈을 얻을 것”이라고 밝혔다.

인증할 수 없는 것을 인증하기

커밍스 고문은 제조 업체가 새로운 가능성을 상상하고 기존의 부품 별 조립에서 탈피하기 위해 제너레이티브 디자인을 사용해 지속가능성에 대한 상당한 이익을 얻을 수 있다고 강조했다. 그러나 그들은 여전히 제조업의 근본적인 한계를 수용하고 제너레이티브 디자인으로 생산한 제품의 성능이 의도대로 작동하고 관리 기관(예를 들어, 항공 우주 제품의 경우 미국연방항공청)으로부터 필요한 승인을 받을 수 있도록 경험적 데이터를 수집해야 한다. 그는 “이것은 새로운 기술이어서 사람들의 신뢰가 쌓여야 한다”고 말했다.

그러나 게우르트옌스 CTO는 기술이 성능 테스트 및 검증과 관련하여 새로운 문제를 야기할 수도 있지만 새로운 솔루션도 제공한다고 말했다.

양쪽의 의견 모두 암스테르담 다리 프로젝트 동안 다시 전면에 떠올랐다. 게우르트옌스는 “다리가 충분히 강하다는 것을 증명하고 다리를 인증하는 것은 꽤 복잡했다”고 하면서, “기술, 재료, 모양이 모두 새롭기 때문에 인증 회사들은 이를 잘 알지 못한다. 그들은 이러 이러한 크기에, 이러이러한 길이를 가진 강철기둥이 있으면 동적으로, 정적으로 등 어느 정도의 힘을 가할 수 있다’라는 것만 알고 있다. 하지만 세상은 더 이상 그렇게 움직이지 않는다. 새로운 기술이란 새로운 미학, 제조 및 인증 방식을 의미한다”고 전했다.

전통적으로 인증은 물질적 테스트에 기반을 두고 있다. 그러나 제너레이티브 디자인 및 관련 기술은 가능한 모든 결함을 신속하게 반복할 수 있도록 하여 새로운 종류의 제품을 검증하는 과정을 가속화하는데 도움을 줄 수 있다.

디지털 테스트는 물리적 테스트를 보조하거나 결국에는 대체할 수도 있다. 이는 요리스 라만 랩이 암스테르담 다리를 제작할 때 파트너 중 하나였던 글로벌 디자인 기업 에이럽(Arup)이 탐구중인 발상 내용이다. 게우르트옌스는 “(아럽의 엔지니어들이) 우리를 많이 도왔다. 그들이 없었다면, 모든 인증은 불가능했을 것이다”라고 밝혔다.

디지털 성능 검증의 잠재성은 게우르트옌스가 말한 제너레이티브 디자인의 주요 이점까지 거슬러 올라간다. 바로 새로운 방식으로 세상을 보는 능력이 그것이다. 게우르트옌스는 “우리는 이미 알고 있었던 것에서 벗어나 완전히 열린 비전으로 생각할 수 있다”라며, “우리에게 익숙한 일이 아니라 우리가 정말 원하는 일이 무엇인지를 생각하기 시작한 것이다”라고 전했다.