[케이스 스터디] 제일기공, 솔리드웍스 솔루션을 통해 제품 개발 및 성능 향상
3D 설계-시뮬레이션 통합으로 2차전지 믹싱 시스템의 개발 가속화 및 품질 향상
제일기공은 1981년 제약, 식품 회사의 제조 설비설계 및 제작을 시작으로, 1999년부터 2차 전지 제조 설비 개발과 공사를 수주하였다. 최근에는 자동차용 대용량 연료전지 설비의 개발, 제작에 주력하면서 혁신 노력을 기울이고 있다.
제일기공에서는 외주에 의존하던 해석 연구를 솔리드웍스 솔루션을 도입하여 직접 수행할 수 있었다. 설계 업무와 해석 연구를 통합함으로써 설계 주기를 단축하고, 2차 전지 원료를 혼합·저장·이송하는 믹싱 시스템의 성능을 지속적으로 개선하였다. ■ 자료 제공 : 다쏘시스템코리아
과제 : 초기 설계 중에 구조/유동 해석 연구를 통합하여 설계 주기를 단축하고 믹싱 시스템 성능을 개선한다.
솔루션 : SOLIDWORKS 설계, SOLIDWORKS Simulation Professional 해석, SOLIDWORKS Flow Simulation 해석 소프트웨어
효과
제품 개발 가속화, 생산성 향상 기여
검증된 설계, 주요 불안 요소 해결
뛰어난 품질, 고객의 신뢰도 향상
1981년도에 설립한 제일기공은 설립 당시, 식품이나 제약에서 사용되는 원료를 혼합하거나 분산, 건조, 멸균하기 위한 설비 제작과 엔지니어링을 제공하는 것으로 사업을 시작했다.
지금은 화학물질이나 화약, 추진제 등을 다루고 있는데, 특히 최근에는 주로 2차전지 원료를 혼합하는 PD믹서(Planetary Disperser Mixer)와 더불어 혼합된 슬러리를 저장하고 이송하는 믹싱 시스템을 주로 제공하고 있다. 2019년도 매출은 346억 원이었으며 90여 명의 인원이 일하고 있는 탄탄한 강소 기업이다.
그림 1. 솔리드웍스 비주얼라이즈 스탠더드(SOLIDWORKS Visualize Standard)를 이용해 렌더링한 PD믹서
제일기공의 믹싱 시스템은 국내에서 배터리를 생산하는 삼성SDI, LG화학은 물론 스웨덴의 노스볼트(Northvolt)에도 납품되고 있다. 또한, 제일기공은 방산 분야 믹서를 국내에서 직접 제작 가능한 기업으로 한화, 풍산, LIG넥스원 등에 납품하고 있다. 이 회사의 모태 산업인 제약 분야에서는 종근당, 한국콜마, 동국제약 등 다수의 기업이 고객이다.
솔리드웍스 솔루션을 도입하기 전, 제품 개발 후 설계를 검증하기 위한 해석 연구 수행은 외부 컨설턴트에 의존했다. 제일기공에서 영업을 총괄하고 있는 이영진 이사는 “이런 접근 방식은 제품 개발 주기를 지연시키고 제일기공의 제품 품질에 대한 통제를 위협했다. 솔리드웍스 솔루션을 도입한 가장 큰 이유는 제품 개발 주기 초반에 구조/유동 해석을 수행해야 한다는 점 때문이었다”고 설명했다.
또한 그는 “믹싱 시스템 제품 설계가 의도대로 작동하는지 확인하려면 응력 해석과 변형 해석은 물론 유동 해석까지 필요하다. 예전에는 외부 컨설턴트에게 해석 연구 수행을 맡겼지만, 이러한 해석의 목적은 최종 설계를 검증하는 것이었다”면서, “제일기공의 주된 목표는 제품 품질을 개선하는 것이다. 믹싱 시스템 업계의 경쟁에서 우위를 점하려면 뛰어난 품질이 가장 중요하기 때문이다. 초기 설계에서 이러한 해석을 수행하면 설계 주기를 단축하는 동시에 믹싱 시스템 제품 품질을 개선할 수 있을 것으로 생각했다”고 전했다.
제일기공은 시중에 나온 3D 설계 및 솔루션 프로그램을 평가한 후 솔리드웍스 솔루션을 선택해 솔리드웍스 설계, 솔리드웍스 시뮬레이션 프로페셔널(SOLIDWORKS Simulation Professional) 해석과 솔리드웍스 플로 시뮬레이션(SOLIDWORKS Flow Simulation) 해석 소프트웨어를 구축했다. 제일기공은 솔리드웍스가 사용이 쉬우면서, 3D 모델링 환경 내부에서 직접 개발 주기 초반에 시뮬레이션 도구를 활용할 중요한 요건인 통합된 해석 기능을 제공한다는 점 때문에 솔리드웍스를 선택했다.
이영진 이사는 “솔리드웍스 솔루션을 통해 믹싱 시스템 강도와 성능을 평가하기 위해 선형 정적 응력과 변형 해석을 시행할 역량을 갖추고, 믹싱 시스템 효율을 평가하기 위해 유동 해석을 시행할 역량을 확보하는 두 마리 토끼를 잡을 수 있게 되었다. 그리고 제품의 성능을 개선할 수 있었다”고 전했다.
그림 2. 제일기공은 솔리드웍스 시뮬레이션 프로페셔널 해석을 사용해 설계를 검증하고, 주요 불안 요소를 해결했다.
제품 개발 가속화로 생산성 향상에 기여
제일기공은 솔리드웍스 설계, 솔리드웍스 시뮬레이션 프로페셔널 해석과 솔리드웍스 플로 시뮬레이션 해석 소프트웨어를 구축한 이후 제품 개발을 가속화할 수 있었고, 이는 생산성 향상에도 기여했다.
제일기공의 설계 엔지니어는 “예전에는 3D 모델링 설계 후 외부 컨설턴트에게 해석 수행을 맡겨 설계 검증을 진행하는 순서였다. 문제는 모델링에 변경 사항이 발생하면 변경된 사항에 대한 설계 검증을 재수행해야 했다. 하지만 솔리드웍스 솔루션을 도입하고 3D 모델링 환경 내부에서 구조/유동 해석을 수행할 수 있는 통합된 환경 때문에 사내에서 직접, 또 사후가 아니라 설계 중에 설계 검증을 시행할 수 있었다”고 설명했다.
특히 솔리드웍스로 3D 모델링을 설계할 때 변경 사항이 발생하면 구조/유동 해석에서 해당 내용이 즉각 업데이트되는 부분과 3D 모델링 설계 시 작성한 설계 변수를 이용해 구조/유동 해석에서 최적화 해석을 진행할 수 있다는 부분은 통합된 환경에서 해석을 수행할 수 있는 가장 큰 장점이었다. 이 외에도 3D 모델링 프로그램과 해석 프로그램을 별도로 사용하는 경우 파일 변환 문제가 빈번하게 발생하는데, 솔리드웍스 솔루션은 3D 모델링 설계 작업 공간과 구조/유동 해석 작업 공간이 하나의 창에서 모두 이루어지기 때문에 파일 변환 문제에 대한 고민도 줄일 수 있었다.
솔리드웍스 솔루션을 활용하면서 제일기공에서는 해석 결과를 포함한 완전한 제품을 빠른 시일 내에 만드는 동시에, 수시로 발생하는 변경 사항에 대해 빠른 피드백이 가능하게 되었다. 이로 인해 제품 개발은 더욱 가속화될 수 있었으며 생산성 향상에 기여할 수 있었다.
검증된 설계로 주요 불안 요소 해결
제일기공은 솔리드웍스 설계, 솔리드웍스 시뮬레이션 프로페셔널 해석과 솔리드웍스 플로 시뮬레이션 해석 소프트웨어를 사용해 새로운 믹싱 시스템 설계의 성능을 개선할 뿐만 아니라, 다수의 기존 설계를 검증해 성능을 향상시키고 주요 불안 요소를 해결하기도 했다.
제일기공의 주요 제품 중 하나인 PD믹서(Planetary Disperser Mixer)는 블레이드의 유성 운동에 의한 혼합 효과와 고속 전단 날개의 분상 효과에 의해 분체 덩어리가 으깨어지는 작용으로 분체와 용제를 혼합한다. 저점도부터 고점도까지 교반, 혼합, 분산이 가능하지만 고점도의 경우 점성이 아주 높아 Planetary Blade에 무리가 가는 경우가 있었다.
제일기공은 솔리드웍스 솔루션으로 구조 해석을 시행했고, 그 결과 높은 하중이 발생하는 부분을 파악해 일부 영역에는 재료를 더하고 다른 영역에는 재료를 덜어내 불안 요소를 해결했다.
그림 3. 제일기공은 솔리드웍스 플로 시뮬레이션 해석을 사용해 믹싱 시스템 설계가 의도대로 작동하는지 확인하고, 검증된 정보의 양을 적극 활용해 제품에 대한 고객의 신뢰도를 높였다.
제일기공의 엔지니어는 “구조 해석을 시행하는데 사용한 솔리드웍스 시뮬레이션 프로페셔널에서는 해석을 진행하기 위한 필수 요소이자 항상 많은 시간이 요구되는 모델 단순화 작업을 손쉽게 해 주는 ‘메시용 모델 단순화’ 기능을 제공한다. 이 기능은 자동 인식된 구멍이나 필렛을 단순화해 해석 모델 단순화 작업 시간을 줄이는데 많은 도움이 되었다”면서, “또한 볼트/핀/스프링과 같은 다양한 부품을 직접 모델링해 해석을 진행하는 경우 해당 부품으로 인해 메시 생성에 오류가 발생할 수 있는데, 다양한 ‘커넥터’ 기능으로 이런 부품들을 직접 모델링하지 않고 부품에 의한 영향을 적용해 해석을 진행할 수 있었다”라고 설명했다.
이어서 “유동 해석을 시행해 점성이 아주 높은 고점도에서 Planetary Blade의 설계와 각속도에 따른 유동 흐름을 확인해, 설계를 평가하고 최적화하는데 필요한 정보를 얻을 수 있었다. 유동 해석을 시행하는데 사용한 솔리드웍스 플로 시뮬레이션의 ‘마법사’ 기능은 순서대로 단계를 진행하면 하나의 프로젝트가 작성되기 때문에, 해석을 전문으로 배우지 않은 엔지니어들도 쉽게 접근해 유동 해석을 진행할 수 있었다. 또한 일반적으로 동일한 해석 환경에서 특정 조건만 변경해가며 해석 결과 경향을 확인하는 작업이 많이 이루어지는데, ‘프로젝트 복제’ 기능으로 기존에 작성된 프로젝트를 복제해 변경되는 특정 조건만 편집할 수 있어 다양한 조건 변경에 대해 빠르게 유동 해석 결과를 확인할 수 있었다. 이처럼 솔리드웍스 솔루션은 설계 시각화와 시뮬레이션 기능을 향상시키면서 믹싱 시스템을 개선하는데 필요한 정보를 제공한다”고 전했다.
품질과 함께 고객의 신뢰도 향상
솔리드웍스 설계, 솔리드웍스 시뮬레이션 프로페셔널 해석과 솔리드웍스 플로 시뮬레이션 해석 소프트웨어를 도입한 후 제일기공의 엔지니어는 믹싱 시스템의 설계가 의도대로 작동하는지 확인할 수 있을 뿐 아니라, 믹싱 시스템 제조업체 제품에 대한 고객의 신뢰도를 높일 수 있었다. 제일기공은 솔리드웍스에서 생성되는 3D 해석 결과를 고객과 공유하며 설계 작동을 시연하고 전달한다.
이영진 이사는 “우리의 고객은 솔리드웍스 구조/유동 해석 보고서에 포함된 방대하고 검증된 정보의 양을 적극 활용하고 있다. 또한 해석 결과를 이드로잉스(eDrawings) 파일로 내보내는 기능은 해석 제품이 없는 고객들에게도 3D 모델링과 함께 구조/유동 해석 결과를 공유할 수 있는 좋은 기능”이라면서, “3D 해석 결과를 고객과 공유하면 제품에 대한 고객의 신뢰도를 높이고, 매우 중요한 분야에서도 우리 믹싱 시스템을 사용할 수 있다는 것을 보여줄 수 있다”고 소개했다.
“솔리드웍스의 설계·해석 솔루션을 도입한 가장 큰 이유는 제품 설계가 의도대로 작동하는지 확인하기 위해 제품 개발 주기 초반에 구조 및 유동 해석을 수행해야 한다는 점이었다. 이전에는 외부 컨설턴트에게 해석 수행을 맡겼는데, 3D 설계와 연계해 제품 개발 초기에 직접 해석을 수행하면서 설계 주기를 단축하고, 제품 품질의 개선 및 고객의 신뢰도까지 높일 수 있게 되었다.”
- 제일기공 이영진 이사
기사 내용은 PDF로도 제공됩니다.
작성일 : 2021-03-03
