비즈니스를 살리는 시뮬레이션 기반 설계와 최적화

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이 사례는 OptiStruct를 사용할 때 시뮬레이션 중심의 설계로 작업을 전환함으로써
프로젝트에 어떤 영향을 미칠 수 있는지에 대한 통찰력을 제공하며,
최적화를 사용하는 엔지니어링 분석가가 어떤 이점을 얻을 수 있는지 설명합니다.


몇 년 전 OptiStruct는 난방, 환기 및 에어컨(HVAC) 장치 제조업체에서 진행 중인 백만 달러 비용 절감 프로젝트를 되살린 적이 있습니다.

해당 회사는 HVAC 구조 부품의 질량 감소를 하면서 엄격한 안전 계수 요구 사항까지 유지해야 했었고, 동시에 전체 비용 절감이라는 문제에도 직면하게 되었습니다.

프로젝트 팀은 이러한 문제을 해결할뿐만 아니라 비즈니스 사례를 확장하는 근본적인 구성 요소를 재설계하기 위해 OptiStruct를 선택했습니다.

상황 : 프로젝트 팀의 핵심 경로 장애물

HVAC 장치는 최소 수년 동안 지속되는 제품 수명을 가지고 있습니다. 이 모델은 오래 전에 출시 되었지만, 지속적인 엔지니어링 작업은 여전히 효율성을 계속해서 개선하고 비용을 줄이는 데 전념했습니다. 프로젝트 팀은 매년 소집되어 HVAC 단위 비용의 일정 비율을 약속했습니다.

이 HVAC 장치를 담당한 엔지니어들은 플라스틱 구조 부품을 재설계함으로써 연간 수십만 달러의 비용을 절감할 수 있을 것으로 기대했습니다. 부품은 대량으로 생산했기 때문에 부품당 소량의 플라스틱이라도 절약할 수 있는 방법을 찾으면 제조업체는 연간 생산 비용을 절약할 수 있었습니다.

프로젝트가 시작되었지만, 연구팀은 이전과 같은 하중을 견딜 수 있는 질량 감소 설계를 하기 위해 고군분투하고 있었습니다. 이들은 안전과 관련된 타협은 있을 수 없는 일이라고 생각했습니다.

또한 프로젝트의 비즈니스 사례에는 어떤 플라스틱 재료를 선택해야하는지 또는 최종적으로 재설계된 부품을 생산할 공급 업체의 자격 여부와 같은 다른 위험도 있었습니다. 각각은 비즈니스 사례의 규모를 늘리거나 줄일 수 있는 질문을 제기했습니다.

그러나 엔지니어들이 새로운 설계를 검증하기 전에는 이 질문들 중 어느 것도 고려할 가치가 없었습니다. 이로 인해 재설계 작업이 프로젝트의 중요한 경로에 정확히 배치되어 프로젝트 팀은 올해의 비용 절감 목표를 달성하지 못하거나, 실행 가능한 설계를 찾아 다음 프로젝트 단계로 넘어가지 못하게 되었습니다.

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결과 : 최적화의 복합적인 이점

프로젝트 팀은 설계자가 완전히 완성된 CAD 모델을 생성하여 유한 요소 해석 (FEA) 테스트를 위해 엔지니어에게 넘겨주고 허용 가능한 결과를 얻을 때까지 반복하는 방식으로 했습니다. 대신 다른 소프트웨어 공급업체가 이 기능을 제공하지 않았기 때문에 알테어의 소프트웨어 솔루션과 함께 시뮬레이션 중심 설계 워크플로우를 새롭게 채택했습니다.

여기서 설계자는 HVAC 장치의 다른 구성 요소에 대한 구조 장착 지점만 포함하는 단순화된 CAD 모델만 생산했습니다. 이 모델에는 쉘과 유사한 구조 장착 지점만 포함되어 있습니다. 쉘을 채우는 것은 설계 공간으로, 최종 설계를 찾을 수 있는 견고하고 기능이 없는 블록이었습니다.

엔지니어는 이 모델을 HyperMesh로 가져와 이전과 동일한 하중 및 경계 조건을 적용했습니다. 그런 다음 OptiStruct에서 주어진 하중 감소 제약 조건을 충족하면서도 구성 요소의 강도를 극대화하는 설계를 스스로 찾는 작업을 수행했습니다. 또한 설계가 대량 생산될 수 있도록 제조 가능성의 제약 조건이 추가했습니다.

결과는 놀라웠습니다.

OptiStruct는 프로젝트 팀의 안전 계수 목표를 초과하는 설계를 발견하여 훨씬 더 큰 하중 감소 제약으로 최적화를 다시 실행했습니다. 시뮬레이션 기반 설계 워크플로우를 완료한 후 설계자는 OptiStruct의 출력을 새로운 세부 CAD 모델을 만들기 위한 가이드로 사용했습니다. 엔지니어들은 이 중요한 경로 질문에 대한 답을 너무 빨리 찾았다는 사실에 놀랐습니다.

이제 프로젝트는 정상 궤도에 다시 올라섰고, 연간 100만 달러 이상의 재료 비용을 절감할 수 있는 비즈니스 사례로 확대되었습니다. OptiStruct를 사용함으로써 얻을 수 있는 지속가능성 이점도 상당했습니다. 공급망에서 나오는 플라스틱 원료의 양은 엄청났습니다. 몇 달 후, 프로젝트 팀은 제조업체의 최고 경영자들로부터 이러한 성과와 회사에서의 시뮬레이션 중심 설계의 선구자로서 인정을 받았습니다.

최적화 기회를 찾는 방법: 올바른 측정 항목 찾기

OptiStruct는 어떻게 엔지니어링 툴에서 혁신적인 비즈니스 영향을 제공하는 도구로 도약했을까요? 모든 애플리케이션이 엔지니어링 그룹 외부에 영향을 미칠 수 있는 것은 아닙니다. 이 HVAC 비용 절감 애플리케이션의 핵심은 OptiStruct가 대량 감소라고 평가한 메트릭이었습니다.

이 메트릭은 프로젝트의 중요 경로 작업과 직접 연결됩니다. 시뮬레이션 중심의 새로운 설계 워크플로우를 통해 시간을 절약하는 것도 도움이 되었지만, 재설계가 가능한지 여부에 대한 답을 더 빨리 찾는 것만으로는 프로젝트를 정상으로 되돌리기에 충분하지 않았을 것입니다.

프로젝트마다 다른 최적화 애플리케이션이 필요합니다. 신제품 개발 프로젝트는 주로 시간 싸움이며, 제조업체는 제품 출시 경쟁에서 가능한 한 설계 주기를 줄이고자 합니다.

시뮬레이션 기반 설계는 설계, 엔지니어링 및 생산 팀 간의 추측을 제거하여 몇 개월의 개발 시간을 절약할 수 있습니다. 최적화는 본질적으로 여러 분야에 걸쳐 이루어지므로 엔지니어링 분석가와 프로젝트 리더와 함께 작업할 수 있는 기회를 제공하면 기대 이상으로 효과를 낼 수 있습니다. 그리고 OptiStruct의 많은 애플리케이션을 적절한 비즈니스 사례 메트릭에 맞게 조정하면 OptiStruct의 가치는 더욱 크게 나타날 것입니다.

감사합니다.
한국알테어

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