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CATIA API를 활용한 프레스금형 트림스틸 설계 자동화 S/W 모듈 개발
Development of A Software Tool for Automatic Trim Steel Design of Press Die Using CATIA API 원문보기

한국산학기술학회논문지 = Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society, v.18 no.3, 2017년, pp.72 - 77  

김강연 (울산과학대학교 기계공학부)

초록
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본 논문은 자동차 프레스 절단 금형의 설계 자동화를 위한 설계 지원 툴 개발에 관한 연구을 다룬다. 현업에서 진행하는 자동차 패널 절단 공정 금형설계 프로세스를 분석하고 패턴을 가지는 반복 작업들을 그룹화 하여 자동화 모듈을 개발하였다. 제안하는 시스템은 절단금형 스틸파트를 자동 생성하는 템플릿 모델과 자동 생성된 절단금형 스틸파트를 자동 배치하는 UI 기능의 두 가지 모듈로 구성 하였다. 템플릿 모델은 트림스틸 설계에 활용되는 유형들을 고려하여 4가지 종류로 개발하였으며, 자동생성시 오류발생을 제로화 하기 위해 벡터 내적과 외적을 활용하여 설계기준이 되는 점, 선, 곡선, 면, 곡면의 방향을 체크 하고 바로잡는 방향성 제어 관계식 룰을 구현 하였다. 개발한 시스템을 대표 상용 CAD시스템 중 하나인 CATIA V5의 확장 메뉴형태로 탑재하기 위하여 CATIA Knowledgeware, CATIA SDK, Visual C++를 사용하여 개발하였다. 제안하는 시스템을 다양한 자동차 외관 패널에 적용한 결과 전통적인 방법에 비해 약 74%의 시간감축 효과를 얻을 수 있었다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

This paper focuses on the development of a supporting S/W tool for the automated design of an automotive press trim die. To define the die design process based on automation, we analyze the press die design process of the current industry and group repetitive works in the 3D modeling process. The pr...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 오늘날 자동차 외관 프레스 금형공정은 원자재(철판)를 패널모양으로 성형하는 굽힘 공정, 필요 없는 철판부분을 잘라내는 절단 공정, 플랜지 접기 및 홀가공을 하는 상세가공 공정, 이전 공정에서 완성하지 못한 형상을 보완하는 마무리 공정의 4단계가 일반적이다. 본 연구에서는 자동차 프레스 금형설계 중 절단공정의 상형 금형에 초점을 맞추어 CATIA V5 CAD 시스템에 이식 가능한 설계자동화 모듈을 개발하고 자한다. 이를 위해, 절단공정 금형설계 프로세스를 분석하고 패턴을 가지는 반복 작업들을 그룹화 하여 자동화 모듈을 개발한다.
  • 본 연구에서는 절단공정의 트림스틸 설계에 초점을 맞추어 현업에서 이루어지는 설계 프로세스를 분석하여 반복작업 또는 패턴이 있는 설계과정을 모듈화 하고 설계자의 개입을 최소화 할 수 있는 방안에 관해 사례연구를 수행하여 다음과 같은 개발결과물과 실험결과를 얻었다.

가설 설정

  • 국내 대표 자동차 제조사인 H사와 K사는 글로벌 좌표계 원점이 금형의 중심으로 설계한다. 본 연구에서는 금형의 중심에 글로벌좌표계 원점이 있다는 가정 하에 템플릿 모델의 입력데이터인 die layout의 scrap cutter curve, trim curve, part base plan의 방향성 및 기준점을 다음과 같이 정의하였다. (Fig 1.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
3차원 설계기술은 어떻게 제품개발비용을 최소화 하는가? 3차원 설계기술은 실물과 같은 3차원 모델을 통해 제작이전 초기 개발단계에서 문제점을 빠르게 파악하여 개선함으로써 제품개발비용을 최소화 한다. 자동차 제조 산업의 대표적인 핵심기술 중 하나인 프레스 금형기술은 이러한 3차원 설계로의 전환을 이끈 대표적인 분야이다.
설계불량 방지를 위해서는 무엇이 필요한가? 이러한 작업자의 직관적인 판단과 단순 반복 작업은 확률적으로 설계불량을 야기한다. 통상 설계불량은 제작 불량에 비해 고비용을 동반하므로 설계데이터의 오류를 점검하고 수정하는 표준화된 방법론을 개발하고 이를 프로그램밍화 하여 자동 또는 반자동으로 설계오류 및 품질저하를 방지할 필요성이 있다[2, 3].
기업이 시장에서 살아남기 위해 개발 프로세스의 혁신이 필요하게 된 이유는 무엇인가? 하지만 급속한 IT기술의 발전과 더불어 제품 디자인의 다양화와 고급화에 대한 사회적 요구가 증가함에 따라 제품 개발기간의 단축을 요구한다. 이에 따라 기업이 시장에서 살아남기 위해서는 단순히 설계 데이터의 3차원화를 넘어서서 개발 프로세스의 혁신을 강요받고 있다 [1].
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참고문헌 (15)

  1. S. Danjou, P. Koehler, "Challenges for Design Management," Computer-Aided Design & Applications, vol. 4, pp. 109-116, 2007. DOI: https://doi.org/10.1080/16864360.2007.10738531 

  2. Kye-Kwang Choi, Sei-Hwan Kim, "A Study on the Automation of Manufacturing and Production Process for Press Die", J. of the KAIS, vol. 11, no. 11, pp. 4108-4114, 2010. DOI: https://doi.org/10.5762/kais.2010.11.11.4108 

  3. Ho-Young You, "Development of A Software Tool for Supporting Metal Mold Design Based on The Pro/E CAD System," J. of the KAIS, vol. 13, no. 3, pp. 1014-1020, 2012. DOI: https://doi.org/10.5762/kais.2012.13.3.1014 

  4. V. Naranje, S. Kumar, "AI Applications to Metal Stamping Die Design - A Review," International Journal of Mechanical, Aerospace, Industrial, Mechatronics and Manufacturing Engineering, vol. 4, no. 8, pp. 721-727, 2010. 

  5. S. H. Lee, K.-S. Lee, K.-B. Kim, C.-J Kim, J-W. Jang, S. C. Kim, S. Y. Kim, Y. M. Huh, J. S. Yang, "An Unigraphics-Based CAD System for Injection Mold Design," Proc. of KSME, pp. 257-262, Juen 2001. 

  6. V. Naranje, S. Kumar, "Expert Systems with Applications," Expert Systems with Applications, vol. 41, pp. 1419-1431, 2014. DOI: https://doi.org/10.1016/j.eswa.2013.08.041 

  7. Dassault systems CATIA V5R20 Online Documents, Dassault Systems, 2009, Available From: http://catiadoc.free.fr/online/CATIA_P3_default.htm 

  8. YongMin Kim, Sang Hun Lee, Kunwoo Lee, "Development of Offset and Ruled Surface Modeling Methods for Three-Dimensional Die Design," Proc. of KSAE, pp. 1963-1967, June 2006. 

  9. Dong-Jin Yoo, "Offsetting of Triangular Net Using Distance Field," J. of the KSPE, vol. 24, no. 9, pp. 148-156, 2007. 

  10. Byounghyun Yoo, S. H. Han, "Boolean Operation of Non-manifold Model with the Data Structure of Selective Storage," J. of Society of CAD/CAM Engineers, vol. 5, no. 4, pp. 293-300, 2000. 

  11. S. H. Lee, S. L. Lim, K.-S. Lee, "Development of Injection Mold Design System for Pseudo-Solid Part Models," J. of Society of CAD/CAM Engineers, vol. 10, no. 3, pp. 151-161, 2005. 

  12. J. S. Shin, Y. J. Kim, Y. M. Huh, G. S. Yoon., "Development of The Die & Mould-Design System for The Productivity Increase of Die & Mould," Trans. of Material Processing, vol. 14, no. 3, pp. 230-244, 2005. 

  13. Roh Young-Hwan, Comparative Study on the Automatic Press Die Design Supporting System, pp. 1-69, Ajou University Master Degree Dissertation, 2014. 

  14. Joo Sam Park, Jae Hyun Kim, Jumg Whan Park, "A Study on the 3D Injection Mold Design Using CATIA API," J. of KSPE, vol. 20, no. 12, December, 2003. 

  15. Gang Yeon Kim, Design Automation for Press Die of Trim Process CATIA V5, YouTube, 2017, Available From: https://youtu.be/cKGsYcuYob8 

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