구조 해석 혹은 유체 유동 해석을 위한 CAE(Computer Aided Engineering) 소프트웨어는 최근에 회사 내에서 해석 업무를 전담하는 해석 전문가들 뿐만 아니라 설계자들도 많이 사용하고 있고, 그 관심도가 예전에 비해서 상당히 증가되고 있다. 이에 부응하여 설계자나 엔지니어를 위한 CAE 소프트웨어들이 시장에 많이 출시되고 있다.
이번 호에서는 설계자 및 엔지니어를 위한 CAE 소프트웨어인 솔리드웍스 시뮬레이션(SOLIDWORKS Simulation) 제품군에 대해서
간단하게 소개하고, 동시병행 엔지니어링의 개념과 이점, 유체 유동 해석 소프트웨어인 솔리드웍스 플로우 시뮬레이션(SOLIDWORKS Flow Simulation) 제품의 주요 특징에 대해서 간단하게 살펴보기로 하자.
솔리드웍스 시뮬레이션(SOLIDWORKS Simulation) 제품군은 크게 4가지로 분류할 수 있다. 첫 번째 제품은 솔리드웍스 시뮬레이션(SOLIDWORKS Simulation)으로 선형 정적, 피로, 고유 진동수, 좌굴, 열전달, 압력 용기, 비선형, 동적 해석 등과 같은 구조 해석을 수행할 수 있다. 설계자가 설계 단계에서 제품 설계를 구조 해석적 관점에서 검증할 수 있도록 구성된 제품이다.
두 번째 제품은 유체에 대한 열 유동 해석을 수행할 수 있는 솔리드웍스 플로우 시뮬레이션(SOLIDWORKS Flow Simulation)
으로 다양한 유체에 대한 유동 해석을 수행하여 초기 설계 단계에서 문제점을 파악하고 이를 반영하여 제품의 성능을 향상시킬 수 있는 도구로 활용할 수 있다.
세 번째 제품은 솔리드웍스 플라스틱스(SOLIDWORKS Plastics)로 플라스틱 제품에 대한 사출 성형 해석을 수행할 수 있는 제품이다.
네 번째 제품은 솔리드웍스 서스테이너빌리티(SOLIDWORKS Sustainability) 로 제품이나 설계가 환경에 미치는 영향을 탄소 발
생량, 공기 산성화, 물 부영양화, 에너지 소모량과 같은 환경 영향 인자를 정성적으로 평가할 수 있도록 도와주는 제품이다.
솔리드웍스-솔리드웍스 시뮬레이션의 동시병행 엔지니어링 일반적으로 제품 개발 프로세스는 순차적인 프로세스이다. 제품개발 엔지니어는 제품의 개념 설계에서부터 제조까지 단계적으로 작업을 수행한다. 제품 설계, 제품 테스트/시뮬레이션, 설계 검토 등의
작업을 하나씩 차례대로 수행하는 것이다. 이러한 경우, 대부분 이전 단계가 완료되어야 다음 단계가 진행된다. 게다가 한 단계가 계획보다 오래 걸리는 경우, 전체 주기가 더 길어져 출시 기간이 늘어나게 된다. 이는 기업의 생산성은 물론 적시에 예산 범위 내에서 제품을 개발하여 공급하는 능력에 영향을 미치게 된다.
일반적으로 제품 설계는 설계자에 의해서 수행되고 설계에 대한 검증 즉 해석은 해석 전문가에 의해서 진행되는 경우가 많다. 이렇게 수행주체가 다른 경우 프로세스가 복잡해지고 두 주체 간의 커뮤니케이션에 문제가 발생할 수 있다. 해석 전문가는 제품 설계가 완료될 때까지 기다려야 하고, 제품 설계자는 해석 전문가에 의해서 설계가 검증될 때까지 기다려야 하는 경우가 발생한다.
제품 원가의 80%가 설계 단계에서 비롯된다는 것은 많이 알려져 있는 중요한 사실이다. 즉, 제품 개발 프로세스를 최적화할 방법을
알아내기 위해 시간을 투자하고 해석을 수행할 가치가 있다는 것을 의미한다. 제품 개발 프로세스에서 순차적인 프로세스 대신에 동시 병행 프로세스를 도입할 필요가 있다. 이를 통해서 설계자는 자신의 설계에 대한 검증을 설계와 동시에 수행할 수 있으며, 보다 나은 비즈니스 의사 결정을 위한 정보를 이른 시점에 획득할 수 있을 것이다. 이를 통해서 설계자들은 더 많은 시간을 제품 개발에 투자할 수 있고 설계 통찰력을 키울 수 있다.
솔리드웍스 플로우 시뮬레이션의 주요 해석 기능
솔리드웍스 플로우 시뮬레이션은 전산유체역학(CFD, Computational Fluid Dynamics) 기술을 이용하여 액체와 기체 유동에
대한 시뮬레이션과 가상 시나리오를 직관적으로 진행함으로써 유체 유동, 열 전달, 제품 내부 또는 주위에 작용하는 하중을 효과적으로 파악하여 초기 설계 단계에서 설계를 검증할 수 있는 제품이다. 초기 설계 단계에서 유체력에 대해 효율적으로 시뮬레이션하여 실제 제품에서 발생할 수 있는 문제점을 미리 파악하고 설계에 대한 통찰력을 획득하여 이를 제품 개발/설계에 반영함으로써 제품 개발 비용을 상당 부분 감소시킬 수 있다.
솔리드웍스 플로우 시뮬레이션은 솔리드웍스 3D CAD 소프트웨어와 통합되어 있기 때문에 설계자라면 누구나 쉽게 유체 유동 해석을 제품 개발 과정에 도입할 수 있다. 전산유체역학 기술의 장점을 최대한 활용하여 더 좋은 제품을 설계할 수 있는 도구로 활용할 수 있으며, 여러 가지 설계 시나리오를 비교하면서 더 나은 방향으로 수정하여 최고의 성능을 갖춘 제품을 설계할 수 있도록 구성되어 있다.
여러 산업 분야의 다양한 문제에 솔리드웍스 플로우 시뮬레이션 제품을 활용할 수 있다. 예를 들면 밸브 내부 물의 흐름을 시뮬레이
션하여 압력 강하, 속도, 난류 등을 측정하거나, 전자 단자함 속의 기류 조건을 테스트하여 냉각 과정을 최적화하거나, 자동차 주변의 공기 흐름을 확인해 볼 수 있다. 동시병행 엔지니어링을 제품 개발 과정에 도입하면 초기 단계에서 설계 결함을 감지할 수 있고, 다음 과정으로 진행하기 전에 설계 시나리오를 서로 비교해 볼 수 있다. 솔리드웍스 플로우 시뮬레이션의 여러 가지 최첨단 기술과 기능을 활용하면 유체 유동이 설계에 미치는 영향을 확실히 파악하여 설계에 대한 통찰력을 획득할 수 있고, 이를 설계에 반영하여 제품의 성능 및 품질을 향상시킬 수 있다.
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