1978년 설립한 화승 R&A는 웨더스트립 및 호스류 등 자동차 부품을 개발 및 생산하는 기업이다. 화승 R&A는 자동차 도어 실(seal)의 장착 과정에서 발생하는 곡률부의 변형을 예측하기 위해 실제 제품의 장착 방법과 동일한 프로세스를 구현할 수 있는 효율적인 해석 기법을 고민했다. 화승 R&A와 한국이에스아이는 비주얼 프로세스(Visual Process)를 이용해 도어 실 장착 해석을 위한 모델 생성 자동화를 진행했다.

■ 자료 제공 : 화승 R&A, www.hsrna.com

자동차의 도어 실(seal)은 도어를 닫았을 때 물이나 먼지 등이 실내로 들어오지 못하도록 도어와 차체 사이에 설치되는 탄성 고무나 스폰지를 말하며, 도어를 여닫을 때의 충격이나 달리는 중 도어가 진동되는 것을 막는 구실도 한다. 차체와 도어 사이의 밀폐 성능을 유지하기 위해 도어 실의 장착 시 생성되는 실의 변형, 특히 차체 곡률부의 변형 예측이 도어 실을 개발 과정에서 매우 중요한 부분을 차지한다.

풀 자동차 모델의 경우 실의 장착 경로(path)가 매우 복잡하며, 해석 엔지니어는 모델링 과정에서 장착 경로에 따라 수백 개의 하중조건(loading condition)을 미리 계산해야 하는 어려움이 있다. 따라서 제품 개발 사이클 내에서 장착에 대한 검증은 실 제품을 이용할 수 밖에 없었으며, 이로 인해 시간과 비용에 대한 손실이 발생하였다.

화승 R&A는 이전부터 도어 실의 변형 예측을 위한 해석 기법을 도입하기 위해 노력해왔다. 그러나 모델링 과정에서 복잡한 장착 경로를 구현하기가 어려웠고, 수십 가지의 실 형상에 대한 각각의 해석 모델을 만드는 것은 현실적으로 불가능했다.

한편 해석은 장착된 형상을 초기 조건으로 모델링하고 도어 닫힘에 의한 밀폐성 여부만 판단하는 정도로만 이용되었기 때문에, 도어 실의 장착 과정에서 응력(stress)이나 변형을 고려하지 못하는 문제가 있었다.

이러한 문제를 해결하기 위해 화승 R&A와 한국이에스아이는 비주얼 프로세스(Visual Process)를 이용해 도어 실 장착 해석을 위한 모델 생성 자동화를 진행했다.

자동화 시스템 개발의 가장 큰 목적은 모델링 시간의 단축이다. 제품 개발 사이클 내에 해석 기법을 적용하기 위해서는 짧은 시간 내에 모델링이 수행되어야 하며, 여러 형상의 차체와 실 모델을 테스트할 수 있도록 다양한 형상의 모델에 대해서도 적용할 수 있는 유연성이 필요하다. 뿐만 아니라 실제 장착 과정의 재현과 범용성에 초점을 맞추어 개발되었기 때문에 해석 결과는 조립 공정에서의 작업과 동일하게 구현되었으며, 다양한 형상의 도어뿐만 아니라 트렁크 리드에도 적용이 가능하다.

전체 모델링 과정에서 약 90%가 자동화되었으며, 사용자가 할 일은 도어 실이 장착될 차체 플렌지와 실 단면의 메시 데이터를 준비하는 것뿐이다. 시스템은 최소한의 파라미터만을 입력받고 메시 생성에서부터 장착 경로 분석, 하중 조건 부여까지 모델링의 전 과정을 자동으로 수행한다. 또한 시스템의 사용은 비주얼 프로세스의 GUI를 통해 이루어지기 때문에 해석 엔지니어의 소프트웨어 사용 스킬과 상관없이 누구나 직관적으로 사용할 수 있다.

화승 R&A는 자동화 시스템을 이용하여 도어 실의 장착 및 도어 닫힘 해석을 제품 개발에 도입할 수 있게 되었다. 이전에 불가능했던 장착과정에서의 곡면부 변형 문제, 개발된 제품의 내구성 문제 등에 대한 원인 분석이 가능해졌고, 실제 장착 과정을 현실적으로 구현함으로써 장착 이후의 도어 닫힘 해석 결과의 신뢰성을 향상시켰다. 또한 자동화로 인한 모델링 및 해석 시간 단축으로 업무 효율성을 크게 높일 수 있었다.

화승 R&A의 이창수 매니저는 “인서트 스틸(Insert steel)을 포함한 제품의 장착해석을 통해 스틸에 의한 변형의 영향도 분석이 가능해졌다. 또한 디자인 초기단계에서 변형에 대한 인자별 영향을 분석하는데 매우 유용한 툴로 활용이 가능하다”고 전했다.

■ 메시 데이터 생성에서부터 해석 모델 구성까지 전체 모델링 과정의 90% 이상을 자동화 함으로써 시간과 노력, 원가절감 면에서 이득을 얻었다.

■ 시간적 비효율성으로 인해 시도하지 못했던 풀 모델에 대한 장착 해석을 할 수 있게 됨으로써 개발 과정에서 제품의 신뢰성을 크게 향상시켰다.

■ 개발된 제품이 사용되면서 발생되는 문제점에 대한 원인 분석이 가능해졌다.