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CAD embedded CAE simulation enables design for Six Sigma (DFSS)

David L. Vaughn, CD-adapco

항공사업의 모든 제조업자들은 제조공정이나 Six Sigma, 공정의 조합 등을 이용하여 제품의 질을 향상 시키는데 많은 관심을 가지고 있다. 그리고 불필요한 것들을 압축하고 제품의 질은 제조공정상에서 설계되어진다. 앞서가고 있는 회사의 경우는 좀 더 질 좋은 제품을 제공하고자 진취적인 공학을 찾고 있다. 제조를 책임지는 하나의 키와 단품 시스템의 효과적인 통합은 초기 디자인 설계단계에서 높은 CAE을 실시하는 것이다.

디자인 단계에서 제품의 질은 향상시키기 위해서 가장 많이 쓰는 방법은 DFSS(Design for Six Sigma)이다. 이 방법은 다른 구성체를 위해 다른 의미를 가지고 최적화를 하지만 보여지는 “ 큰 그림” 은 가지고 있다. DFSS는 최적효율, 강력한 제조 및 통합 공정을 통하여 소비자들이 요구하는 제품을 설계하기 위한 간단히 할 수가 있다. 최근의 제조는 CAD/PLM가 중심이 되고 있는 가운데 제조 능력을 예상하고 같은 CAD/PLM 자료를 가지고 꾸준한 제품의 질을 보장하기 위해서는 직접적으로 연관되어 있는 공학 해석은 절실히 필요하다. 이것은 측정의 질을 위해 DFSS의 통계적인 도구들의 좀 더 직접적인 사용이 필요하다.

CD-adapco는 수학적인 해석의 장점을 인지하고 있고 처음으로 CFD 해석을 CAD시장에 첨가하였다. STAR-CAD Series는 주요한 CAD시스템에 CFD기술을 직접적으로 연동을 시킨 제품이다. CAD시스템으로부터 CFD 수행과정(전처리, 격자생성, 분석)을 주요한 CAD시스템에 내장시킨 것이다.

제품의 특징은 제조와 자세한 설계를 위해 간단하게 배포되었다. 만약 제품에 대한 제한은초기 설계단계에서 이루어 진다면, 그들을 전형적으로 “경험법칙(rule-of-thumb)”을 고려한다. 이것은 주요한 단점을 초래하며, 기대하지 않은 지출을 발생하게 된다. 최근에는 CAD/PLM 공정에서 좀더 도움을 주고 있으나, 설계자와 공학분석자 사이에서 종종 일어나게 되는데 이러한 부분은 제품 디자인 싸이클상에서 제조공정의 제한이 직접적인 예방이 될 수가 있다. 분석자와 설계자는 최종 목표에 제조공정의 제한과 불필요한 반복은 필수적이다.
 

현재 CAD에 첨가된 해석은, 제조공정의 제한은 설계변수 연구시에 직접적으로 고려되어질 수 있다. 이러한 경우들은 최적화(MOD)에 의해 실행되어지는데 이러한 Six Sigma는 제품설계에 사용되어 진다.

CAD모델의 변수들의 직접적인 접근과 함께, 이 MOD같은 경우는 좀더 쉽게 설정이 가능하며, 제조공정의 제한은 최적화 문제의 형식에 포함되어져 있다. 이러한 결과는 제품설계의 무지 초기 단계로부터 제조공정에서 요구하는 흠집 없는 결과이다.

CAD에 분석이 내장된 DFSS의 이점은 제품의 초기 제조에서 분석되어진다라는 사실이다.

단품의 신뢰는 종합 Lifecycle 비용 계산에 대한 중요한 변수이며, 특히 항공분야에서는 더욱더 중요하다. 간단한 flap 충격 시스템에 대한 예제를 보자. CAD에 CFD 제품이 내장된 STAR-CAT5라는 제품을 사용하였으며, 정지한 물체의 외부유동해석은 좀더 빨리 그리고 좀더 쉽게 디자인 과정에서 flap충격에 대한 자료를 얻을 수 있다. 그러나 아마도 이 값은 CFD와 FEA그리고 다중 물체에 유동해석을 이용하여 최적 디자인을 한다면 flap 모션의 범위에 의하여 초기 유동의 고려와 제품의 수명의 좀 더 가치있는 결과를 얻을 수 있다. 전체적인 발동작용 그리고 flap 괘도 시스템은 초기 공학 설계하는 동안에 수명의 비용을 최적화 할 수 있다.

CAE관점에서 보면, 사용하기 쉽고, 질 좋은 결과, 효과적인 수치해석 알고리즘 등이 내장된 STAR-CADSeries는 많은 장점들을 공유하고 있다고 볼 수 있다. DFSS보다 좀더 직접적으로 초기단계에 영향을 줄 수가 있다. CD-adapco는 STAR-CADSeries는 CAD와 CAE사이에서 중요한 갭을 연결하는 매개체의 제품이다라고 이야기 한다. 아마도 제품의 질 증가와 공학설계와의 연계를 암시하고 있는 것으로 보인다. CD-adapco는 CAE 기술을 사용하고 CAE개발하는데 장벽이 없어지고 있다라고 이야기 하지만, 그것의 진실은 25년 이상 연구를 하고 있다는 것이다.

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