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설계 시뮬레이션

설계 시뮬레이션은 제조업체가 제품 개발 시 해당 제품의 의도한 기능, 그리고 제품의 제조 가능성을 확인 및 검증할 수 있도록 도와줍니다. "시뮬레이션"이라는 단어는 종종 CAE의 총칭으로 사용됩니다. 여러 가지 설계 시뮬레이션 방식이 많은 업계에서 제품 개발의 표준 컴포넌트가 되었으며, 사용자가 저렴하고 빠른 컴퓨터와 경제적이고 사용하기 쉬운 설계 시뮬레이션 소프트웨어를 통해 신기술과 새로운 애플리케이션을 해결할 수 있으므로 그 중요성이 계속 증가하고 있습니다.

시뮬레이션 모델은 실제 관심 영역에서 시스템의 동작을 나타내는 수학 방정식 집합입니다. 계산의 복잡도는 데이터의 가용성에 따라 달라지며 애플리케이션의 기능 및 설계 단계에 따라서도 다릅니다.

개발 초기 단계에서는 일반적으로 보다 단순한 시스템 표현이 해석 가정에 사용되며 개념 수준의 여러 실제적인 측면의 상호작용을 검증합니다. 개발 후반 단계에서는 일반적으로 매우 복잡한 애플리케이션 전용 모델이 검증 및 개선에 사용됩니다. 애플리케이션에는 구조적 동작, 음향, 시스템 동역학, 내충돌성, 열 해석 및 유체 해석, 응력 해석, 연료 소비율, 제어장치 개발 등의 다양한 부분이 포함될 수 있습니다.

가상 테스트 및 검증을 위한 설계 시뮬레이션

개발 비용 절감 및 경쟁사보다 빨리 혁신적인 제품을 시장에 출시

설계 시뮬레이션에는 다양한 운용 및 환경 조건에서 가상으로 제품 동작을 테스트하는 광범위한 해석이 포함될 수 있습니다. 시행착오 방식과는 대조적으로, 스마트 시뮬레이션 프로세스를 사용하면 개발 주기의 다양한 단계에서 선택한 설계에 대한 표적 구현이 가능합니다. 이를 통해 비용이 많이 드는 실제 시제품에 대한 반복적이고 시간이 많이 소요되는 테스트에 대한 필요성이 크게 줄어들게 되며, 따라서 총 개발 시간이 단축됩니다.

효과적인 설계 시뮬레이션 프로세스는 기업이 개발 비용을 절감하고 경쟁사보다 빨리 혁신적인 제품을 시장에 출시하는 데 도움을 줍니다.

제조 가능성을 위한 설계 시뮬레이션

다양한 운영 및 환경 조건에서 가상으로 제품의 동작 테스트

제조 프로세스의 시뮬레이션은 일반적으로 "프로세스 시뮬레이션" 또는 "가상 제조"라고 합니다. 여기에는 포밍, 가공 및 기타 설계의 제조 가능성을 결정하기 위한 프로세스의 시뮬레이션과 더불어 제조 방법에 따른 설계 변경의 영향에 대한 시뮬레이션도 포함됩니다. 이는 기본적인 기술(FE 모델링)은 동일하지만 기존 응력 엔지니어링보다 제조 엔지니어링에 가깝습니다. 제품을 설계하면서 제조 프로세스의 시뮬레이션을 확인하는 게 가능할 경우 성능, 비용, 품질에 맞춰 최적화된 제품뿐만 아니라 최적화된 제조 프로세스도 구현할 수 있습니다.

시뮬레이션 모델 대 실제 시제품

제조업체는 시뮬레이션을 통해 단일 시제품 제작이라는 최종적인 목표에 한층 더 가까워질 수 있습니다.

시뮬레이션 모델은 제품 개발 프로세스에 실제 시제품보다 더 많은 유연성을 제공합니다. 종종, 버튼 클릭 몇 번 만으로 설계 대안을 생성할 수 있으며 이를 테스트하는 데는 복잡한 설정이 필요하지 않습니다. 설계 시뮬레이션은 물리적 테스트를 통해서는 얻기 힘든 해석 결과를 제공할 수 있습니다. 시뮬레이션 모델을 사용하면 측정 장비를 물리적으로 이용할 수 없는 생산 위치에서 가상으로 테스트를 진행하고, 센서가 없는 경우 실제 크기를 출력할 수 있으며, 제조 프로세스를 파악하기 위해 작업 현장을 가상으로 살펴볼 수 있습니다.

테스트한 개체(제품)가 손상될 위험이 없기 때문에 다른 경계 조건을 적용할 때만 추가 운영 조건을 시뮬레이션하면 됩니다. 설계 시뮬레이션은 물리적 테스트보다 운영 범위가 더 넓으며, 실제 환경에서는 만들어내기 어려운 조건을 가상으로 모델링하고 테스트할 수 있습니다. 재료를 낭비할 위험이 없으므로 새로운 제조 프로세스를 시뮬레이션하는 것은 구체적인 제조 방법을 적용하기 위한 제품 정의를 처리하는 일이 관건입니다.

실제 테스트는 제품 개발에서 항상 매우 중요한 단계로 남아 있겠지만 제조업체는 시뮬레이션 모델을 통해 하나의 시제품 즉, 완제품만 만든다는 최종적인 목표에 한층 더 가까워질 수 있습니다.

설계 시뮬레이션의 장점

반복되는 실제 시제품 테스트를 방지하고 품질을 개선하여 제품 개발 비용 및 시간 절감

  • 기능적 성능 및 제조에 미치는 영향을 고려한 설계 결정

  • 개념 개발 도중 여러 가지 기능적 측면의 균형 유지

  • 불필요한 재료와 무게를 없애 비용 절감 및 설계 효율성 증대

  • 개발 프로세스의 초기 단계에서 성능 및 제조 가능성에 대한 심층 분석 제공

  • 검증 및 제품 개선을 위해 세부적인 특성별 모델 활용

  • 시뮬레이션 모델을 통해 실제 시제품에서는 측정하기 어렵거나 불가능한 결과 제공

  • 극한의 운영 조건에서 시뮬레이션 모델을 가상으로 테스트