산업현장에서 CAE는 어떻게 활용 될까요?

알테어는 CAE의 저변 확대를 위해 “알테어가 전하는 재밌는 CAE 이야기”를 연재합니다. CAE 관계자 분들의 많은 성원 부탁드리며, 페이스북, 트위터 등 다양한 SNS를 통해 유익하고 재미난 이야기를 적극적으로 홍보해 주시길 바랍니다.

알테어가 전하는 재밌는 CAE 이야기(8)

CAE(computer aided engineering)의 목표는 제품의 제반 성능을 설계 초기 단계에 정량적으로 예측, 설계에 적용하여 최적설계를 달성하는 것입니다. 말대로 진행 된다면 시험도 필요없고 개발기간도 획기적으로 단축 할 수 있습니다. 디자인(art)까지 통합 된다면 제품개발이 가상(virtual)환경 하에서 완벽하게 이루어진다는 것을 의미하는데 이런 일이 실제로 가능한 할까요? CAE의 역할론은 잘 알려져 있지만 이것이 기대 만큼의 효과를 발휘 할 수 있는지 궁금한 대목이 아닐 수 없습니다.
결론부터 얘기하자면 ‘아니오’ 입니다. CAE가 효과를 발휘하기 위해서는 선결 되어야 할 몇가지 조건이 있는데 그 중 가장 중요한 요건은 대상제품에 대한 충분한 지식과 개발경험 입니다. 무협지에는 항상 검술의 고수가 등장 합니다. 여기서 검(劍)은 CAE 도구, 고수는 CAE도구를 사용하는 사람에 해당하며 아무리 훌륭한 ‘명검’이라도 사용자가 내공, 검술, 경험을 모두 겸비하지 않으면 칼은 위력을 발휘할 수 없을 것 입니다.

해석 시험결과 일체화(test correlation) 과정

해석자(CAE도구를 사용하는 사람)가 제품개발 적용과정에서 자주 부딪치는 난제는 CAE결과가 시험치와 잘 일치하지 않는다는 것으로 CAE의 신뢰성에 관한 문제입니다. 제품은 항상 진실과 신뢰에 바탕을 두고 개발 되어야 하는데 신뢰성의 문제는 큰 문제가 아닐 수 없습니다. 여기서 도입되는 방법이 ‘상대평가’ 개념으로 해석결과와 시험결과의 오차를 최소화하는 방법, 즉 시험 일치화(test correlation) 작업 입니다. 이 과정에서 복잡한 해석기법은 단순하고 간단한 방법으로 전환 됩니다. 복잡하고 어려운 해석은 많은 노력과 시간이 소요되므로 효과적으로 설계를 지원할 수 없기 때문입니다.

설계의 최종 결과물은 도면이며 각각의 도면에는 설계 사양이 기재됩니다. 예를 들어, 어떤 하중조건에서 변위는 얼마 이하일 것, 고유진동수는 얼마 이상일 것 등입니다. 이런 사양은 오랜 경험과 시험 등을 거쳐서 사양화 된 것으로 개발기간을 단축하고 설계품질을 높이는 중요한 역할을 합니다. CAE에도 이런 규격화된 해석 사양이 필요 합니다. 산업별로 차이는 있겠지만 외국의 선진 제조업체에는 해석 사양의 규격화가 잘 이루어져 있습니다. 규격(기준)을 만드는데는 많은 시간과 노력이 필요하지만 신속한 결정이 이루어져야 하는 개발 현장에서는 큰 위력을 발휘하게 됩니다. 하지만 규격화가 곤란한 경우도 있습니다. 우주선이나 규모가 큰 로켓 등은 시제품을 만들어 시험을 하는 것이 불가능 합니다. 이런 경우에는 절대평가, 즉 시험없이 CAE 만으로 성능을 계산해서 설계에 반영하게 됩니다. 달리 다른 방법이 없기 때문 입니다.

CAE 적용 프로세스

CAE 적용 프로세스는 각 기업이 처한 환경에 따라 차이가 나며 기업 문화도 큰 영향을 미치게 됩니다. 일반적으로 제품기획 단계에 해석종류, 하중조건 그리고 결과판정 기준이 정밀하게 검토되고, 해석 시험 일체화 과정 등을 통해서 해석기준(표준)이 작성됩니다. 이런 작업은 CAE 리서치 그룹에서 이루어지며 작성된 해석기준은 문서화 되어 설계지원을 하는 CAE 그룹으로 전달되고 현업에서는 이 기준에 의해 신속하게 설계 타당성 검토가 이루어지게 됩니다. CAE 적용 그룹에서는 표준화 된 간단한 해석기법이 사용 되지만 계산해야 할 조건들이 많을 경우, 소요시간과 노력을 줄이기 위해서 해석과정을 자동화 시키는 것도 드문 일은 아닙니다. 이런 프로세스를 통해서 복잡한 CAE 과정이 단순화 되고 결과에 대한 신뢰성도 확보하게 되는 것 입니다.

CAE가 꼭 필요 할까요?

서두에도 언급 되었지만 해석과 시험결과의 오차는 항상 개발 과정에서 문제가 됩니다. 제품 개발을 책임져야 하는 설계 입장에서는 어느 장단에 춤을 춰야 할지 알 수 없기 때문입니다. 하지만 해외의 선진 기업에서는 이런 혼란이 별로 없습니다. 시험은 시험대로 시험기준이 존재하고 CAE 부분도 나름의 해석기준이 존재하기 때문 입니다. 비교대상이 아니라 두가지를 모두 만족해야 하고 전자에서 문제가 되었던 해석 시험 일체화 문제는 리서치 그룹에서 해결 하기 때문입니다.
그러면 CAE지원 시스템을 제대로 갖추지 못하면 어떤 문제가 발생 할까요? 원가, 품질, 경량화, 개발기간 단축 그리고 다품종 소량생산 시스템이 요구하는 개발 순발력 확보도 힘들어 질 것 입니다. 궁극적으로 우수 인력과 CAE의 조합이 개발 경쟁력의 핵심이 되지 않을까요? 설계, 시험, CAE가 통합되는 과정도 예상 할 수 있습니다.

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