개발단계에 있어서 필수적인 성계 프로세스인 CAD 및 CAE 시스템은 각각 개별적으로 발전되어 왔다. 더구나 제품개발에 있어서 부서나 기업간의 CAD 또는 CAE 시스템의 이질성이나 제품 데이터 표현방법의 차이로 인해 이를 통합하기 위한 부가적인 비용과 개발기간이 발생하기도 한다. 따라서 설계과정에서의 협업을 성공적으로 수행하기 위해서는 제품 개발 초기 단계에서부터 이질적인 CAD와 CAE 등의 관련 시스템을 유기적으로 통합 관리할 수 있어야 한다. 따라서 본 연구에서는 보다 효과적으로 통합관리하고 설계 및 해석도구들의 연계사용을 지원하기 위해 최적설계를 포함한 설계 및 해서시스템을 통합화하는 기법을 제안하고, 보강판 예제를 통해 CATIA를 이용한 CAD와 CAE간의 데이터 전환의 문제점을 극복하는 것을 보여줌으로서 이 기법의 타당성을 보여주고자 한다. 이와 아울러 최적화 과정을 수행함에 있어서 CAE 프로세스는 구조 최적화 과정에 있어서 하나의 필수적인 부분임을 확인할 수 있었다.
개발단계에 있어서 필수적인 성계 프로세스인 CAD 및 CAE 시스템은 각각 개별적으로 발전되어 왔다. 더구나 제품개발에 있어서 부서나 기업간의 CAD 또는 CAE 시스템의 이질성이나 제품 데이터 표현방법의 차이로 인해 이를 통합하기 위한 부가적인 비용과 개발기간이 발생하기도 한다. 따라서 설계과정에서의 협업을 성공적으로 수행하기 위해서는 제품 개발 초기 단계에서부터 이질적인 CAD와 CAE 등의 관련 시스템을 유기적으로 통합 관리할 수 있어야 한다. 따라서 본 연구에서는 보다 효과적으로 통합관리하고 설계 및 해석도구들의 연계사용을 지원하기 위해 최적설계를 포함한 설계 및 해서시스템을 통합화하는 기법을 제안하고, 보강판 예제를 통해 CATIA를 이용한 CAD와 CAE간의 데이터 전환의 문제점을 극복하는 것을 보여줌으로서 이 기법의 타당성을 보여주고자 한다. 이와 아울러 최적화 과정을 수행함에 있어서 CAE 프로세스는 구조 최적화 과정에 있어서 하나의 필수적인 부분임을 확인할 수 있었다.
In product development, CAD and CAE systems taking part in the design process were individually developed. Furthermore, in product development, different divisions and businesses often have heterogeneous CAD/CAE systems and methods for expressing product data, and addressing this heterogeneity creat...
In product development, CAD and CAE systems taking part in the design process were individually developed. Furthermore, in product development, different divisions and businesses often have heterogeneous CAD/CAE systems and methods for expressing product data, and addressing this heterogeneity creates additional costs and causes longer development periods. To ensure successful collaboration in the design process, it is therefore imperative that different CAD, CAE, and other related systems be managed in an organic and integrated manner from the initial stages of product development. Therefore, this study suggests an integrated CAD/CAE system including optimization in a more effective and integrated manner but also to support interfacing and the collective use of design and analysis tools. To validate the proposed method, a stiffened plate example is taken as an example. It is found that the proposed method could overcome the bottleneck of CAD and CAE such as transferability of data, though CATIA and ANSYS are used at the moment. Besides, carrying out an optimization process during the CAE process is another essential parts for the structural optimization process.
In product development, CAD and CAE systems taking part in the design process were individually developed. Furthermore, in product development, different divisions and businesses often have heterogeneous CAD/CAE systems and methods for expressing product data, and addressing this heterogeneity creates additional costs and causes longer development periods. To ensure successful collaboration in the design process, it is therefore imperative that different CAD, CAE, and other related systems be managed in an organic and integrated manner from the initial stages of product development. Therefore, this study suggests an integrated CAD/CAE system including optimization in a more effective and integrated manner but also to support interfacing and the collective use of design and analysis tools. To validate the proposed method, a stiffened plate example is taken as an example. It is found that the proposed method could overcome the bottleneck of CAD and CAE such as transferability of data, though CATIA and ANSYS are used at the moment. Besides, carrying out an optimization process during the CAE process is another essential parts for the structural optimization process.
* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.
문제 정의
이처럼 상용 CAD/CAE 시스템의 놀라운 발전에도 불구하고 CAD 및 CAE 관련 통합기술은 서로 상이한 시스템간의 데이터 교환 문제점 등으로 인해 아직도 활발한 연구가 수행되지 못하고 각각 개별적인 향상만 이루어지고 있을 뿐이다. 따라서 본 연구에서는 CAD/CAE 통합을 위한 하나의 방안으로 최적설계 관점에서 설계데이터를 해석에 직접 사용할 수 있도록 하는 인터페이스 및 해석 결과의 피드백을 위한 메커니즘을 연구하기로 한다.
따라서 시스템 간의 통합을 위해 데이터를 변환하기 위한 별도의 변환이 필요한데, 직접 변환을 수행하는 경우엔 각 시스템간의 데이터 교환을 위한 무수한 변환기의 개발이 필요하고, 중립 파일을 위한 경우도 아직까지는 완벽하게 데이터 교환이 이루어지지 않고 있다. 따라서, 본 연구에서는 CAD/CAE 및 최적 화의연계를 위해 CAD로부터 정의된 형상을 ANSYS에서 직접 입력 받아 해석을 수행하고, 최적화 과정 중에 발생하는 다수의 반복 작업 중 각 단계에서 CAD형상을 직접 변경하여 해석을 위해 재입력 되는 구조로 통합화된 시스템을 개발 하였다. 본 연구에서 제안한 기법의 타당성을 위해 보강판의 구조설계 예를 통해 그 시스템의 효율성을 입증할 수 있었다.
설계 및 해석의 통합을 위해 우선 제품 데이터 측면을 살펴보고자 한다. CAD/CAE 시스템은 서로 다른 제품 정의 데이터의 구조를 갖고 있기에 한 시스템의 제품 정의 데이터를 다른 시스템에 적합한 데이터 구조로 전달하기 위한 별도의 작업이 필요하게 된다.
기존의 최적 설계기법으로는 다분야에서 최적해를 찾기가 어렵기 때문에 시스템의 다양한 분야를 동시에 고려하여 최적값을 찾아내기에 적합한 MDO를 이용하기로 한다. 특히 프로세스 기반의 MDO를 본 연구에 적용하여 설계 및 해석 프로세스의 긴밀한 연계를 통해 보다 더 효율적으로 작업을 수행하려 한다. 프로세스 기반 MDO 기법기본설계의 수정 및 변형을 통해 이루어지는 제품설계 프로세스는 상세한 형상이 결정된 후에 해석을 수행하게 된다.
제안 방법
txt)로 저장된다. 그리고 이 파일들을 바탕으로 최적화를 수행한다. 그림 6에는 시스템입 .
따라서 본 연구에서는 최적화를 수행하기 위한 별도의 API 핸들러 (Handler)를 개발하였고, 프로세스 기반의 MDO을 적용하여 최적화 시 CAD, CAE 및 OPT 과정을 하나의 프로세스로 정의하여 최적화 반복과정에서 수정된 형상정보를 다시 프로세스의 처음단계인 CAD모델러로 돌아가 재입력하여 이 프로세스를 반복 수행한다(그림 5, 그림 7).
하지만 이렇게 CAD에서 정의된 형상 정보를 입력받을 경우 ANSYS는 CAD시스템으로부터 형상 정보를 입력받은 후 해석을 수행하는 것을 단 한번만 하게 되기 때문에 형상정보의 변경 및 수정작업을 통한 최적화된 해석을 수행하는 것이 불가능해진다. 또한 ANSYS에 내재된최적화 모듈을 이용하게 되면 반복 과정에서 나오는 CAD 형상 변경 정보를 CAD에 재입력하기가 어렵기 때문에 ANSYS 외부 최적화 알고리즘을 적용하려 한다.
본 연구에서 CAD, CAE 및 최적화 연계를 위해 사용한 기법은 CAD시스템인 CATIA로부터 형상을 정의하기 위한 모델링을 작업한 후에 해석을 위한 ANSYS프로그램 및 최적화를 통한 최적의 형상을 결정할 수 있도록 하였다. 특히나 최적화를 수행하는 동안 발생하는 반복과정에서 직접 CATIA 형상을 변경하여 ANSYS에 재입력 되는 피드백 메커니즘을 통한 직접 연결을 시도하였고 각각의 작업과정은 다음과 같다.
본 연구에서 제시하는 이 기법은 설계에 필요한 필수적인 CAD, CAE 및 최적화를 통합화 및 자동화하기 위한 개념으로서 전 설계 프로세스를 통합화 및 자동화를 구현함과 동시에, 프로세스 관리를 할 수 있느 workflow개념을 이용한 기법이라 할 수 있다. 그 기반은 그림 2와 같이 나타낼 수 있다.
Objective Function : 목적함수를 정의한다. 본 연구에서는 보강판의 체적부피인 Volume을 목적함수로 놓고 이것의 Minimum을 구한다.
작업을 할 수 있는 환경을 제공하고 있다. 본 연구에서도 범용 CAD시스템인 CATIA V5를 이용한 설계, 해석 및 최적화의 연계기술을 구축하였다. 대부분의 CAD는 자체 API (Application Programming Interface) (Table 1)를 제공하는데, 본 연구에서도 CATIA V5 Automation APKCAA V5 Automation, http://www.
여기서 설계치를 바꾸게 되면 자동으로 CATIA에서 형상 치수가 변경되도록 하였다.
0을 선택할 수 있도록 하였다. 최적화의 결과는 크게 그래픽 뷰(Graphic View) 및 텍스트 뷰 (Text View)로 나누어 최종결과를 확인할 수 있도록 하였다. 핸들러의 주요 기능은 다음과 같다.
특히나 최적화를 수행하는 동안 발생하는 반복과정에서 직접 CATIA 형상을 변경하여 ANSYS에 재입력 되는 피드백 메커니즘을 통한 직접 연결을 시도하였고 각각의 작업과정은 다음과 같다.
최적화를 수행하기 위한 문제 즉, 목적함수, 설계 변수 및 제약조건을 입력하는 과정을 수행한다. 해석을 위한 ANSYS버전을 선택할 수 있도록 구성하였는데, ANSYS 7.0, ANS'YS 7.1, ANSYS 8.1, ANSYS 9.0을 선택할 수 있도록 하였다. 최적화의 결과는 크게 그래픽 뷰(Graphic View) 및 텍스트 뷰 (Text View)로 나누어 최종결과를 확인할 수 있도록 하였다.
된다. 해석을 위한 입력 방식은 수많은 경우의 수가 발생하기 때문에, 사용자 편의를 위해서 UI방식과 텍스트 (Text, )방식의 2가지로 입력할 수 있도록 구성하였다.
대상 데이터
본 예제는 그림 3에 나타낸 바와 같이 가로, 세로가 각각 4000mm인 보강판의 Volume을 최소화하는 설계 최적화 예제이다. 보강판의 경계조건은 모두 단순 지지된 조건이며, 작용 하중은 판에 수직한 0.
제품 개발에 있어서 필수적인 CAD/CAE 통합을 위해서 CAD시스템에서 정의된 형상 모델을 입력받아 ANSYS에서해석을 수행하는 2)번의 경우를 채택하였고, 이 때 CAD 모델러는 CATIA이다. 하지만 이렇게 CAD에서 정의된 형상 정보를 입력받을 경우 ANSYS는 CAD시스템으로부터 형상 정보를 입력받은 후 해석을 수행하는 것을 단 한번만 하게 되기 때문에 형상정보의 변경 및 수정작업을 통한 최적화된 해석을 수행하는 것이 불가능해진다.
데이터처리
본 연구에서는 CAE해석을 위해 범용 해석 프로그램인 ANSYS를 사용하였다. ANSYS는 1970년 미국의 John Swanson박사가 핵 공장에서 문제를 풀기 위하여 개발한 프로그램이며, 구조, 진동, 열전달, 전자장등 해석을 수행할 수있고, 전 *후처리기 및 해석기(Pre/Posf Processor & Solver)가 통합된 환경을 제공한다.
이론/모형
본 연구에서도 범용 CAD시스템인 CATIA V5를 이용한 설계, 해석 및 최적화의 연계기술을 구축하였다. 대부분의 CAD는 자체 API (Application Programming Interface) (Table 1)를 제공하는데, 본 연구에서도 CATIA V5 Automation APKCAA V5 Automation, http://www.3ds.com) 기술을 활용하였다.
성능/효과
따라서, 본 연구에서는 CAD/CAE 및 최적 화의연계를 위해 CAD로부터 정의된 형상을 ANSYS에서 직접 입력 받아 해석을 수행하고, 최적화 과정 중에 발생하는 다수의 반복 작업 중 각 단계에서 CAD형상을 직접 변경하여 해석을 위해 재입력 되는 구조로 통합화된 시스템을 개발 하였다. 본 연구에서 제안한 기법의 타당성을 위해 보강판의 구조설계 예를 통해 그 시스템의 효율성을 입증할 수 있었다.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.