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컴퓨터 지원 엔지니어링(CAE)

컴퓨터 지원 엔지니어링은 산업 전반에 걸쳐 컴퓨터 소프트웨어를 사용하여 제품 성능을 시뮬레이션하여 설계를 개선하거나 엔지니어링 문제 해결을 지원하는 것입니다. 여기에는 제품, 프로세스 및 제조 도구의 시뮬레이션, 검증 및 최적화가 포함됩니다.

컴퓨터 지원 공학이란 무엇입니까?

CAE(Computer-Aided Engineering)는 광범위한 산업 분야에서 컴퓨터 소프트웨어를 사용하여 물리 기반 성능을 시뮬레이션하여 제품 설계를 개선하거나 엔지니어링 문제 해결을 지원하는 것입니다. 여기에는 제품, 프로세스 및 제조 도구의 시뮬레이션, 검증 및 최적화가 포함됩니다.

일반적인 CAE 프로세스는 전처리, 해석 및 후처리 단계로 구성됩니다. 전처리 단계에서 엔지니어는 형상(또는 시스템 표현)과 설계의 물리적 특성, 그리고 환경을 적용된 하중 또는 구속조건의 형태로 모델링합니다. 다음으로, 기본 물리학의 적절한 수학적 공식을 사용하여 모델을 해결합니다. 후처리 단계에서는 검토를 위해 결과가 엔지니어에게 제공됩니다.

관련 제품: Simcenter 3D | Simcenter Nastran | Simcenter Femap | Simcenter MAGNET | Simcenter E-Machine Design | Simcenter STAR-CCM+ | NX용 Simcenter FLOEFD | Simcenter Flotherm XT | Simcenter Madymo | Simcenter Amesim

An engineer using the Simcenter 3D software for computer-aided engineering (CAE).

혜택 알아보기

컴퓨터 지원 엔지니어링은 일상 제품의 엔지니어링 설계 및 분석을 지원하기 위해 실험 및 분석 방법을 대체하거나 보완하는 데 자주 사용되는 잘 정립된 방법론입니다. 프로토타이핑 및 실험과 비교할 때 CAE 시뮬레이션은 다음과 같은 이점을 제공합니다.

성능 향상

컴퓨터 지원 엔지니어링을 사용하면 제품 성능 향상을 위한 엔지니어링 가능성을 신속하게 분석하고 탐색할 수 있습니다.

시간 단축

컴퓨터 지원 엔지니어링은 구축 및 테스트 방법에 비해 최적화된 제품 설계를 더 빠르게 시장에 출시하는 데 도움이 됩니다.

비용 감소

컴퓨터 지원 엔지니어링을 활용하면 기존의 물리적 프로토타입 기반 테스트 프로세스에 비해 제품 개발 비용을 크게 절감할 수 있습니다.

컴퓨터 지원 공학의 유형

컴퓨터 지원 엔지니어링은 다음과 같은 하위 도메인으로 구성된 광범위하게 정의된 영역입니다.

Simcenter 3D 소프트웨어로 구현된 기계 장비의 CFD 시뮬레이션

Finite element analysis

유한 요소 해석(FEA)은 구조적, 음향적, 전자기 또는 열 성능을 위한 제품 및 어셈블리의 가상 모델링 및 시뮬레이션입니다. FEA는 유한 요소법(FEM)의 실제 적용입니다.

다중 물리 전산 유체 역학 시뮬레이션 소프트웨어 스크린샷.

Computational fluid dynamics

전산 유체 역학(CFD) 시뮬레이션은 유체의 움직임을 설명하는 데 사용되는 Navier-Stokes 방정식을 기반으로 합니다.

Simcenter 3D 소프트웨어에서 사용한 불도저의 3D 모델.

Multibody dynamics | Motion

윙 플랩 또는 랜딩 기어, 슬라이딩 선루프 또는 서스펜션, 복사기 및 기타 메커니즘과 같은 복잡한 기계 시스템 엔지니어링 성능을 파악하기는 매우 어렵습니다. Multibody dynamics는 기계 시스템의 반력, 토크 등을 계산합니다.

Simcenter Amesim 소프트웨어 이미지

Systems simulation

시스템 시뮬레이션은 복잡한 시스템(또는 하위 시스템)의 특성 변경이 시스템 전체에 미치는 영향을 실험하고 연구하는 프로세스입니다.

가상 검증 및 예측 엔지니어링

CAE와 결합된 CAD(Computer-Aided Design)를 사용하면 실제 프로토타입을 제작하고 테스트할 필요 없이 설계 성능을 가상으로 검증할 수 있습니다. 제조 프로세스가 점점 더 복잡해짐에 따라 가상 검증은 기업이 상당한 자본을 투자하기 전에 시스템을 계획, 설계 및 구현하는 데 도움이 될 수 있습니다.

CAE를 설계 공간 탐색 및 인공 지능(AI)과 결합함으로써 CAE의 미래는 예측 엔지니어링이 될 수 있습니다. 즉, 엔지니어는 CAE를 사용하여 제품 요구 사항, 예상 하중 조건 및 작동 환경을 기반으로 부품을 설계할 수 있으므로 시뮬레이션은 단순히 사람이 만든 설계를 확인하고 검증하는 것이 아니라 설계를 주도하고 생성하는 데 도움이 될 수 있습니다.

CAE 소프트웨어 무료 체험하기

트랙터 설계의 시뮬레이션 모델을 나타내는 Simcenter 3D 소프트웨어 비주얼.

Simcenter 3D trial

  • CAD 형상을 시뮬레이션에 사용할 수 있는 형상으로 빠르게 변환할 수 있습니다.
  • 구조 해석을 위해 모델을 효율적으로 메쉬하고 해석하여 설계 성능에 대한 통찰력을 얻을 수 있습니다.
  • Simcenter 3D 소프트웨어로 시뮬레이션 모델을 신속하게 업데이트하여 설계 변경 사항을 적용함으로써 몇 초 만에 다시 시뮬레이션할 수 있습니다.

자주 묻는 질문

컴퓨터 지원 엔지니어링은 정확합니까?

컴퓨터 지원 엔지니어링은 수십 년 동안 제품 엔지니어링에 성공적으로 사용되어 왔습니다. 이와 함께 충실도가 높은 모델링 접근 방식과 충분히 정확한 결과를 더 빨리 얻을 수 있는 보다 실용적인 접근 방식이 지속적으로 개발되었습니다. 오늘날 엔지니어는 최소한의 계산 노력으로 엔지니어링 질문에 답하기 위해 요구 사항에 가장 적합한 정확도 수준을 선택할 수 있으며 선택해야 합니다. 정확도 수준은 몇 퍼센트 또는 그 이하의 실제 동작을 예측할 수 있는 충실도가 높은 모델링 기술부터 빠른 추세 예측을 가능하게 하는 빠른 방법에 이르기까지 다양합니다.

오늘날 이를 기반으로 CAE 툴에 대한 인증 및 검증 프로세스가 잘 구축되어 있습니다. 이는 CAE의 발전, 디지털 트윈에 대한 신뢰성과 신뢰, 새로운 영역에서의 확립에 중요한 요소로 남을 것입니다. 예측 시뮬레이션은 값비싼 측정 및 프로토타이핑의 필요성을 지속적으로 줄여주지만, 실험을 통한 엄격한 CAE 방법과 모범 사례 검증은 계속 필요합니다.

CAE를 배우는 것이 어렵습니까?

CAE를 배우려면 시간, 헌신, 철저한 연구 및 연습이 필요합니다. 해당 영역의 기본 물리학을 이해하고, 수치적 방법과 그 한계를 이해하고, 실제 CAE 소프트웨어 도구의 실제 사용법을 연습하는 것이 중요합니다. 최신 CAE 소프트웨어의 자동화, 컴퓨팅 성능 향상 및 사용자 인터페이스의 지속적인 개선 덕분에 모든 사용자 수준에서 고충실도 CAE에 대한 장벽이 더욱 낮아져 결과 탐색 및 시뮬레이션 기반 의사 결정으로 범위가 전환될 것입니다.  또한 결과를 판단하고 CAE 결과를 기반으로 의미 있는 엔지니어링 결정을 내리기 위해 발생하는 기본적인 물리적 역학을 이해하는 것이 중요합니다.

CAE의 응용 분야는 무엇입니까?

CAE 소프트웨어는 다양한 종류의 물리학이 제품 설계 또는 시스템의 성능에 어떤 영향을 미치는지 이해하거나 예측해야 할 필요가 있을 때마다 광범위한 엔지니어링 응용 분야에서 사용됩니다. 산업 제품 개발에서 컴퓨터 지원 엔지니어링은 이제 복잡한 형상에서 다중 물리 동작을 시뮬레이션하는 것으로 발전하여 기업이 프로토타입을 제작하기 전에 제품 설계를 가상으로 완전히 이해하고 최적화할 수 있도록 합니다.

컴퓨터 지원 엔지니어링이 널리 사용되는 산업은 다음과 같습니다.

  • 항공우주
  • 자동차
  • 소비재
  • 선박 설계, 추진 시스템, 엔진 설계)
  • 전자
  • 에너지(원자력, 석유 및 가스, 발전)
  • 건물 서비스
  • 생명 과학
  • 터보 기계류
  • 스포츠
  • 구조, 진동, 전자기학, 소리, 열 및 유체 흐름과 관련된 기타 일반 응용 분야

CAD와 CAE의 차이점은 무엇입니까?

CAD는 수동 초안 및 제품 프로토타입의 대안으로 물리적 물체의 2차원 또는 3차원(2D 또는 3D) 그래픽 표현을 생성, 수정, 분석 및 문서화하기 위해 컴퓨터 프로그램을 사용하는 것입니다. CAD는 부품이나 제품의 형상에만 초점을 맞춥니다.

컴퓨터 지원 엔지니어링은 실제로 개발 프로세스의 다음 단계이며, 이를 통해 엔지니어는 CAD에 정의된 부품 또는 제품을 시뮬레이션하여 설계가 요구 사항을 충족하기 위해 예상대로 수행되는지 이해할 수 있습니다. CAD 데이터는 CAE 프로세스에 제공되며, CAE 도구를 사용하는 엔지니어는 CAD에 정의된 형상을 기반으로 시뮬레이션 모델을 생성합니다. 그런 다음 시뮬레이션 결과를 통해 엔지니어에게 설계가 요구 사항을 충족하는지 또는 실패하는지 알려주고 성능을 개선하기 위해 설계를 변경할 수 있는 아이디어를 제시합니다.

CAD와 CAE는 엔지니어링 팀이 실제 프로토타입 제작에 의존하는 물리적 테스트 방법보다 더 짧은 시간에 혁신적인 신제품을 더 빠르게 개발할 수 있도록 하는 반복적인 프로세스입니다.

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