제이에스코리아는 최근 급변하는 자동차 개발 환경에서 경쟁력을 갖추기 위해 램프 개발에 필요한 열/유동, 구조, 사출 해석의 자체 기술 보유라는 목표를 세우고 해석 솔루션을 도입, 적용하여 개발 기간 단축과 제품 개발 비용 감소 효과를 거두었다.

■ 최경화 국장 kwchoi@cadgraphics.co.kr

대구에 위치한 제이에스코리아(JS Korea, http://www.js-korea.co.kr)는 2003년 설립되었다. 현재 인원은 62명으로, ‘Joy’와 ’Smile’의 사전적 의미처럼 서로의 마음과 의지를 함께하는 이들이 ‘즐겁게 웃으며’ 일하는 자동차 램프 전문회사이다.

이 회사는 자동차의 핵심부품 중 하나인 램프의 제품설계, 광학설계 및 금형설계에서 시작 금형과 양산 금형 제작까지 모든 엔지니어링 서비스와 제품을 고객에게 제공하고 있다. 또한 차량 중 이륜차량에 대해서 개발, 설계, 해석, 금형 제작, 시제품 제작까지 통합된 램프 개발 프로세스를 자체적으로 하고 있으며, 일본, 인도 등의 해외 고객사를 보유하고 있다. 국내에서는 현대기아자동차의 협력사일 뿐만 아니라 자동차 램프 업체와 다양한 기술 교류를 통하여 신차 램프 개발에 간접적으로 참여하고 있다.

제이에스코리아 광학설계팀 정원석 대리는 “지속적인 연구개발과 품질 향상을 통해 세계 시장에서 우리의 경쟁력을 높이고 고객에게 최고 서비스를 제공하자”라는 것을 모토로 “국내외 수많은 사례로부터 얻은 다양한 경험과 최고의 기술력을 바탕으로 성공적인 프로젝트 수행을 해나가고 있다고” 밝혔다.

램프 설계를 위해서는 제품의 콘셉트부터 양산 단계에 이르기까지 전체 개발 기간에 걸쳐 설계 및 엔지니어링 컨설팅 지원이 필요하다. 또한 제품설계에 필요한 사출, 내열 및 진동 해석을 통하여 그 결과를 제품설계에 반영해야 한다.

이 회사에서는 카티아 V5, NX, 오토캐드, SPEOS, 파워밀, NC브레인, 시마트론E 등 다양한 솔루션을 이용하여 제품개발을 하고 있으며, 여기에 솔리드웍스와 해석 솔루션을 도입, 해석에 접목하여 효율화를 꾀하고 있다.

램프의 설계에 기본이 되는 해석은 총 4가지의 해석 베이스가 필요하다. 첫째는 광학(배광) 해석으로, 반사판과 렌즈의 조건에 따른 자동차 설계 규정에 맞는 배광 조건에 대해 검토하며, 두 번째는 배광의 효율을 검토하는 램프 열유동 해석, 세 번째는 램프 고정부의 구조적인 안전성과 진동의 영향을 분석하는 구조 진동 해석, 네 번째는 제품의 금형 제작 전 사출성을 검토하는 사출 해석이다.

정원석 대리는 “해석 솔루션을 도입하기 전에는 설계자의 경험 및 데이터베이스를 통해서 설계 프로세스가 이루어졌으며, 고객의 요구가 있는 경우에는 해석 외주를 통하여 진행하였다. 그러다 보니 제품 개발 일정이 오랜 시간 소요되고, 사출 후나 시제작품 완료 후 제품을 평가 수정하는 방식으로 인해 설계변경이 많이 발생하는 문제점이 있었다”라고 말한다.

이 회사는 최근 급변하는 자동차 기술 개발에 대응하기 위해 램프 개발에 필요한 해석 중 배광 해석을 제외한 열/유동, 구조, 사출 해석의 자체 기술 보유라는 목표를 세웠다.

이를 위해 열/유동 해석 및 이론적인 교육을 외부 기관을 통하여 수행하면서 1차적으로 해석에 대한 개념을 이해하였다. 그리고 자체 해석 능력 보유를 위하여 통합된 해석 솔루션을 검토하던 중, 교육 당시 적용한 다쏘시스템의 솔리드웍스 시뮬레이션(SOLIDWORKS Simulation) 모듈에 대해서 구체적인 검토를 실시하였다. 이 회사의 제품을 기준으로 각 해석들의 특성값과 목표치를 기준으로 램프 해석에 적합성을 검토한 결과, 솔리드웍스와 솔리드웍스 시뮬레이션 패키지 중, SOLIDWORKS Flow Simulation, SOLIDWORKS Simulation, SOLIDWORKS Plastics를 도입하게 되었다.

솔루션 도입과 함께 해석 프로세스도 변화하고 있다. 이 회사에서는 초기 설계 단계에서 램프의 최적 공간을 파악하기 위해 SOLIDWORKS Flow Simulation을 이용하여 열/유동 해석을 실시하고 있다. 이 부분은 램프의 효율을 결정하는 중요한 부분으로 렌즈, 하우징 반사판 등의 기준온도 이하를 분석하며, 램프 내부의 온도를 분석하여 공간에 따른 램프 내부의 온도 구배를 분석한다. 특히, LED 사양의 헤드 램프에서는 효율적인 방열 시스템을 구축하기 위해서 열/유동 해석을 통한 검증이 반드시 필요하다.

SOLIDWORKS Simulation은 진동 해석을 통한 램프의 내구성을 파악하는데 활용하고 있고, 강도 해석은 조립 마운팅 부분의 내구성과 보강 리브의 최소 개수 및 최적 위치를 선정하는데 활용하고 있다.

SOLIDWORKS Plastics는 제품 설계 완성 단계에서 성형 해석을 통해 제품 취출 시 수축, 웰드라인 및 변형이 예상되는 부분을 미리 파악하여 제품 데이터 수정을 통해 개선하고 있다. 

해석 솔루션의 도입으로 인한 효과는 우선적으로 자체적인 해석 능력을 갖출 수 있는 장점을 가지게 되었다는 것이다. 그리고 이에 따른 개발 기간의 단축과 해석을 통한 예측으로 제품 개발 비용이 감소하게 되었다.

해석 결과를 통해 금형 제작 전에 문제점을 미리 파악하여 개선할 수 있게 되었고, 제품 데이터 수정으로 개선이 어려운 부분은 사전에 해석 결과를 토대로 고객과의 협의가 가능해졌다. 이로써 업무의 효율성과 제품 품질이 향상되어 고객에 대한 신뢰성을 높였다.

특히 솔리드웍스 해석 모듈은 통합된 솔루션 개념으로 도입 초기 비용도 각각의 프로그램을 구입하는 비용보다 절감되었으며, 자체 해석 능력으로 외주 용역 비용의 감소 등 비용 절감을 하게 되었고 개발 기간 또한 단축되었다. 고객 요청시 바로 대응이 가능해지면서 협의 시간도 단축되었다. 이와 함께 기존의 시제품 제작 후 평가가 이루어지던 것을 제작 전 사전 검토로 변경하여 일정의 단축이 가능해졌다. 3차적으로 전 사원들의 해석에 대한 이해도 향상으로 설계시 제품을 고려한 설계가 가능해졌다.

이 회사에서는 제품 해석을 위해 SOLIDWORKS , Flow Simulation, Simulation, Plastics 등 다양한 제품을 도입했다. 도입에 따른 가장 큰 장점은 각각 나누어진 것이 아니고, 통합된 방식으로 애드인하여 사용할 수 있다는 것이다.

정원석 대리는 “동일한 GUI 환경에서 솔리드웍스부터 유동해석, 구조해석, 사출해석 등을 할 수 있다는 것이 큰 장점이다. 솔리드웍스 해석 툴은 사용자가 각각의 해석에 대한 지식만 갖춘다면, 해석 툴을 사용하는 것에 큰 부담 없이 쉽게 접근할 수 있는 인터페이스를 갖췄다”고 밝혔다.

먼저 CAD 툴인 솔리드웍스는 이 회사에서 사용하는 카티아(CATIA) 데이터를 받아들이는데 문제가 없으며, 특히, 자체적인 CAD 기능 및 타 CAD 툴 데이터와의 인터페이스가 우수하여 해석 모델 구성 작업에 큰 무리 없이 사용하고 있다. 열/유동 해석에 사용되는 Flow Simulation은 FVM BASE의 솔버를 통하여 전산유체 해석의 신뢰성을 가지며, 내부의 유동 해석에 필요한 유동코어를 쉽게 모델 구성할 수 있다는 것이 장점이다. 열전달 부분에서는 복사에 대한 개념도 다양한 방식으로 적용이 가능하여 램프의 열전달 해석에 적합하다고 판단하고 있다.

사출 해석용 PLASTICS는 이 회사에서 가장 많이 사용하는 해석 솔루션으로, 고객이 요구하는 충전시간, 압력 냉각 시간, 웰드라인, 씽크 마크 등의 다양한 결과를 쉽게 얻을 수 있게 한다, 또한 해석 조건 설정시 마법사 방식의 입력으로 설정 값 입력 시 사용하기에 매우 편리하다는 장점이 있다.

정원석 대리는 툴 사용과 관련, “설계자로 시작하여 현재는 해석을 전문적으로 하고 있다. 툴 사용 또한 편리해서 각 해석의 지식적인 부분을 습득하면서, 현업에 쉽게 적용하고 있다” 고 밝혔다.

이 회사에서는 DRL 램프 개발의 정부과제를 통해서 LED DRL & Fog Lamp 개발 시 해석을 적용하여, 시제품 제작까지 완벽하게 과제를 수행하였다. 배광 해석을 자체적으로 수행하였으며, 솔리드웍스 솔루션을 통하여 열/유동 해석 및 진동 해석, 사출 해석을 개발 단계에서 각각 적용하였다. 과제에 필요한 결과를 개발 당시 내부 체적 및 방열판을 설계할 때, Flow Simulation의 열유동 해석을 통해서 설계를 하고, Plastics의 성형 해석을 통해서 제품의 성형성을 파악하여 취약한 부분을 개선하였다.

현업에 가장 많이 사용하는 부분은 사출 해석이다. 사출 해석은 제품 설계 후 고객과 협의 시 필요한 부분으로, 개발된 제품의 사출성 해석을 통하여 우선 검토하여 취약부 및 사출의 흐름에 따른 충전시간, 충전 압력, 웰드라인 등을 검토하여 고객과 협의할 수 있는 기본 자료로 적용하고 있다.

이 회사는 설계엔지니어의 해석 수준을 구조해석 및 초기 사출 해석은 가능하도록 전사적으로 진행 중이며, 추후 각 분야별 해석 담당 엔지니어를 늘려서 전문성을 확보할 예정이다. 또한 각 분야에 필요한 해석 경계조건 및 재질 등의 자체 데이터베이스 구축에 집중할 계획이다. 이러한 전체적인 해석 프로세스가 각 분야별로 이루어진 후 다쏘시스템의 3D익스피리언스 플랫폼 등 관련 솔루션의 추가적인 구매를 통해 확장을 해 나갈 계획이다.