광학 제품 설계 과정동안 빠르고 스마트하게 실패하는 방법

제품 개발 과정을 정확하게 해야 하는 6가지
- 어려운 마감일이 있을 때

어떤 마감일은 임의로 보일 수도 있다. 하지만 한해의 특정 시간대 제품의 성공 여부가 진열대에 있느냐가 달려있다면 그것은 놓칠 수 없는 마감일이다. 예를 들어 1월에는 건강 장비 판매가 새해 결심으로 절정에 달하고, 9월에는 학교에서 물건을 사는 시기라 컴퓨터 판매가 증가하고, 휴일에는 가전제품 판매가 급증한다. 사업 분야에 따라 사업을 일으키거나 무너뜨릴 수 있는 특정한 시기가 종종 있다. 소매업자들은 수요를 충족시킬 수 있는 능력을 바탕으로 공급한다. 크리스마스 소원 목록에 있던 VR 헤드셋을 4월에 받은것 과는 다른 문제이다.

- 일회성의 고집약적 항목을 개발할 때

허블 우주 망원경은이 일회성 고가 장비를 개발했지만 출격 후 실패한 유명한 사례이다. 엔지니어링 팀이 복잡하고 값 비싼 제품을 설계하고 하나만 생산하게 되면 생산 실행 중에 설계를 조정할 기회가 없기 때문이다.

- 많은 소비자들이 제품을 간절히 기다리고 있을 때

권력은 실제로 사람들의 것이다. 만약 허블 망원경이 동일한 유형의 문제가 잘 알려진 브랜드의 소비자 제품 출시에 많은 영향을 미쳤다고 상상해보자. 소비자는 즉시 환불을 요구하고 다음 제품 출시에도 소비에 대해 고민하게 될 것이다.
예를 들자면 Apple 지도가 9월에 출시되었을 때, 사용자들은 즉시 오류, 잘못된 길 찾기 및 지형 왜곡을 지적했다. 언론은 신속하게 이를 잘못된 출시라 보도했다.
비판적인 언론의 급증으로 결국 애플 CEO인 팀 쿡(Tim Cook)은 공개 사과까지 해야만 했다.

- 가격 인하 압력이 있을 때

일부 기업들은 매년 또는 분기별로 제품 가격을 지속적으로 낮추거나 경쟁사보다 저렴한 신제품을 출시해야 한다는 압력을 받고 있다. Lidar는 개발 중에 실패하는 것을 보다 빠르고 현명하게 받아 들여야 하는 기술의 좋은 예시이다. Lidar는 치열한 자율주행 자동차 시장에서 빠르게 도입이 되고 있다. 실제로 Wired는 Lidar를 보며 “아마도 자율주행 자동차를 시장에 도입하려는 경쟁에서 가장 중요한 하드웨어 일 것”이라고 덧붙였다.
지금까지 Lidar 시스템은 매우 비용이 많이 들고 업계에서 요구하는 만큼의 내구성을 가지고 있지 않았다. 이로 인해 움직일 수 있는 부품이 없는 새로운 솔리드 상태 시스템의 개발로 이어졌다. 그 결과로 시장의 18.5% 성장률과 100달러짜리 주류 시장 진출에 기여하고 있다.

- 프로젝트 자금을 조달하기 전에 투자자가 재평가를 원할 때

AR/VR 공간은 투자자들이 제조 단계에서 달러를 지불하기 전에 소프트웨어에서 무언가가 광범위하게 모델링되고 엄격하게 테스트되었는지 알고 싶어 할 때의 좋은 예시이다.
Venture Reality Fund는 2017년 한해만 해도 전 세계에 대한 투자 규모가 23억 달러에 달해 450개 이상의 기업이 AR/VR 생태계를 위한 인프라, 툴, 플랫폼 및 애플리케이션을 개발했다고 보고했다. 수백 개의 기업이 투자자의 관심을 끌기 위해 경쟁하는 가운데 엄격하게 테스트된 가상 프로토타입을 사용하는 것은 자금이 풍부한 프로젝트를 진행하는 것과 단지 다른 아이디어 사이의 차이를 의미한다. 자동차용 헤드 업 디스플레이를 포함한 다른 업계도 자금 확보 압력을 받고 있다.

- 제품 안전성이 염려될 때

의료, 군, 환경과 같은 안전 유의 장치는 처음부터 제대로 작동해야한다. 만약 제품이 실수로 사람들을 다치게 한다면 회복하기가 어렵기 때문이다.
불가피한 소송을 넘어 명성은 영원히 상실될 것이다. 안전이 가장 중요한 경우에는 팀에서 사용 시나리오를 꼼꼼하게 테스트했음을 입증해야 한다. 예를 들어, 레이저를 눈에 맞추는 장치를 개발할 때, 그것을 어떻게 철저하게 모델링했고 매번 어떻게 작동되었는지를 보여줄 수 있다면 FDA의 승인을 받을 것이다.

더 나은 설계 유효 도구를 찾아야 한다는 압박

대부분의 회사들은 앞서 언급한 여섯 가지 시나리오 중 한 가지 또는 그 이상을 다루고 있다. 이러한 압박을 넘어 다른 내부 문제들도 알맞은 시간에 시장에 진입하는데 방해가 될 수 있다. 종종 기업은 고립된 엔지니어링 팀을 보유하고 있다. 광학 엔지니어들은 자신들의 디자인 소프트웨어에서 광학을 디자인한다. 기계 엔지니어는 광학 장치를 내장하는 구성 요소를 별도의 CAD 플랫폼에 설계한다.
이러한 고립된 설계 방식은 사물의 속도를 늦추고 잘못된 의사소통에 기여할 수 있다.
또한, 일부 전문가들은 1.9 STEM 직업 목록 당 오직 한명의 자격이 있는 개인이 있다고 믿고 있는데 이는 공학적 재능이 부족하다는 것을 의미한다. 팀들이 개발 이정표를 향해 노력하는 동시에 인재 채용 격차를 해소하기 위해 노력하기 때문에 오픈 헤드 카운트가 예정보다 늦어질 수 있다. 동일한 언어를 사용하고 더 나은 검증 도구를 엔지니어에게 제공하여 제품 개발 프로세스를 방해할 수 있는 외부 및 내부 요인을 극복할 수 있는 소프트웨어가 필요하다. 엔지니어링 관리자는 강력한 제품 시뮬레이션을 촉진하는 기술을 통합하여 엔지니어링 팀의 워크 플로우를 간소화할 것이다.

광학 패키지의 쉬운 검증
효과적인 가상 프로토 타이핑은 물리적 프로토타입을 만들기 전에 전체 설계를 검증하는 것이다. 제품의 성패를 좌우할 수 있는 광학 제품 개발의 표준이다.
그러나 모든 가상 프로토 타이핑이 동일하게 만들어 지는 것은 아니다. 광학 공학자의 주요 초점은 렌즈 디자인이고 기계 공학자는 기계적 디자인에 초점을 맞추는 것이다. 설계의 두 측면을 쉽게 통합할 수 없는 것이 실패의 원인이 될 수 있다.

그러나 최신 가상 프로토 타이핑을 사용하는 회사는 전체 광학 제품을 쉽게 검증할 수 있다.
그 결과, 제품 개발 시간이 크게 단축된다. 가상 프로토 타이핑을 주장하는 많은 소프트웨어 공급 업체는 완전한 패키지를 제공하지 않는다. 렌즈 시스템의 가상 프로토 타입만 제공하기 때문이다. 제품에 대한 소비자의 높은 기대, 투자자의 권유, 제품 안전 보장과 같은 압력에 직면했을 때 광학적 디자인과 기계적 디자인의 가상 프로토 타입을 따로 만드는 것만으로는 충분하지 않다.

실패가 되기 전 찾아내는 오류
Zemax Virtual 프로토타이핑은 엔지니어링 팀이 물리적 프로토 타입을 만들기 전에 전체 광학 제품에서 광학적 성능을 시뮬레이션 할 수 있게 해주는 유일한 솔루션이다.
광학적 설계와 기계적 설계 모두에서 문제가 어디에서 발생하는지 쉽게 평가할 수 있다. Zemax Virtual 프로토타이핑은 디자인을 단순화하거나 다른 재료를 사용하거나 한 표면을 만들기 위한 방법 등 최적화에 초점을 맞춘다.
전체 제품을 완벽하게 파악하는 것은 장애가 발생한 물리적 프로토 타입이나 일회성 맞춤 제작 부품에 드는 비용 없이 오류가 발생하기 전에 오류를 찾을 수 있는 현명한 방법이다.
Zemax Virtual 프로토타이핑은 Optic Studio와 LensMechanix를 엔지니어링 팀의 워크 플로우에 통합하여 전체 제품 설계에 대한 신뢰성을 높인다.
Optic Studio는 광학 엔지니어가 광학 시스템을 설계하는데 필요한 모든 것을 제공하며 정확한 결과를 더 빨리 제공하는 강력한 광선 추적 도구이다.
LensMechanix를 통한 기계 엔지니어는 자신의 작업이 자신이 선호하는 CAD 플랫폼에서 광학적 성능에 직접 영향을 미치는지 확인할 수 있다. 그들은 함께 설계 속도와 기계적 제품 디자인의 정확성을 향상시킨다.
Zemax Virtual Prototyping으로 잠재적 설계 문제 파악하기
Zemax Virtual Prototyping을 사용하면 광학 제품 설계 팀에서 잠재적인 설계 문제를 조기에 보다 신속하게 파악하여 오류를 방지할 수 있다.

1. 안전성은 눈 수술 중에 고성능 레이저를 사용할 때 매우 중요하다. 레이저와 광섬유 디자인에서 소스는 일관성 있는 레이저 빔이거나 수신기는 광섬유이다. 어떤 디자인에서는 둘 다 사실이다. Zemax Virtual Prototyping에는 레이저 및 광섬유 디자인 설계 분석 및 최적화하기 위해 특별히 제작된 강력한 도구가 포함되어 있어 작동하고 규제 승인을 받는다.

2. 투자자의 자금 지원은 자율적인 차량 시장에서 이루어지고 있다. 자율 주행 차의 주요 부품은 광학 기기인데 제대로 작동하지 않으면 차량이 볼 수 없기 때문에 재앙을 불러 올 수 있다. 카메라나 센서와 같은 광학 시스템의 의도된 동작을 설계하는 것은 간단할 수 있지만 빛의 이탈로 인한 오류를 수신할 수 있다. 예를 들어, 광학 시스템에 비추는 시야 밖의 햇빛은 거짓 신호로 간주될 수 있다. 실제 프로토 타입 테스트에서 차량 주변에서 발생할 수 있는 길 잃은 빛이 깜박이는 모든 가능한 원인을 고려하기는 어렵다. Zemax Virtual 프로토타이핑을 사용하면 교통 체증, 신호, 자전거 및 동물의 신호를 보다 쉽게 프로토타입 할 수 있다.

3. 휴대 전화 시장에서는 소비자의 수요가 높은 경우가 많은데 이는 휴대 전화를 잠금 해제하기 위해 도트 프로젝트 3D 광학 얼굴 인식을 사용하는 휴대전화가 출시되었기 떄문 이다. 점 투영 시스템을 시뮬레이션 하는 것은 수백 개의 격자 같은 점을 생성하기 위해서는 구별되는 광학 요소가 필요하기 때문에 어렵다. Zemax Virtual Prototyping은 여러 가지 구별되는 표면 유형과 빔 전파 도구를 사용하여 이러한 복잡한 광학 요소의 효과를 시뮬레이션할 수 있다. 가상 프로토 타입과 비용이 많이 들고 시간이 많이 소요되는 물리적 프로토 타입을 비교하여 초기에 그리고 종종 가상 프로토 타입을 통해 실패하면 기업은 소비자의 요구를 더 빨리 충족할 수 있다.

미래 바라보기

광학 설계 소프트웨어가 현재 그러하듯이 효과적인 가상 프로토 타이핑은 업계에서 표준화되고 있다. 니콜슨(Nicholson)은 “기기가 어떻게 작동하는지 알아보기 위해 다양한 광원에 노출되는 등 완벽한 프로토 타이핑 없이 제품을 출시하는 것은 상상할 수 없다. 지금은 혼란스러워 보이지만 수십 년 동안 사용해 온 것과 같은 기술을 사용하기에는 충분하지 않다. 앞으로 가상 프로토 타이핑를 거치지 않는 회사에는 문제가 생길지도 모른다.”라고 말했다.
Zemax Virtual Prototyping은 광학 제품을 제 시간에 출시하기위해 관리 수준에서 문제를 해결할 수 있도록 하는 솔루션이다. 제품 개발의 광학적 및 기계적 설계 단계에 걸쳐 Zemax 소프트웨어를 채택함으로써 설계 반복을 줄이고 물리적 프로토 타입 수를 최소화하며 출시 시간을 단축하고 개발 비용을 절감할 수 있다.                     

자료제공 : Zemax