[논문]CATIA를 활용한 철도차량 차체 지식기반 형상설계

황호연; 이재영; 양도철; 권태수; 정현승

CATIA를 활용한 철도차량 차체 지식기반 형상설계
Knowledge based configuration design of a train vehicle body using CATIA 원문보기

황호연 (세종대학교 항공우주공학과) , 이재영 (세종대학교 항공우주공학과) , 양도철 (한국철도기술연구원) , 권태수 (한국철도기술연구원) , 정현승 (한국철도기술연구원)

In this paper, a research for the knowledge based configuration design software development of a train vehicle has been presented. Parametric design and knowledge based design concepts have been introduced for rapid design changes and analyses using a commercial CAD software, $CATIA^{/circledR}$ Knowledgeware module. Positions and dimensions of door, small window, large window, and number of seats were used as design parameters. It is crucial for train vehicle design because it enables rapid conceptual design by instant configuration changes. The results of this research can be used as one sub module of the multidisciplinary train vehicle design software and provide a basic data for rolling stock behavior and driver cab ergonomics of a train vehicle.

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문제 정의

본 소프트웨어는 추후 철도차량 통합설계 소프트웨어 개발 시 하나의 세부 모듈로 사용될 수 있고 철도차량의 거동이나 운전석 인체공학 설계의 기초 자료를 제공하는 목표도 가지고 있다.
본 연구에서는 철도차량 차체 설계 과정에서 신속한 개념설계가 가능하고 개발의 위험도를 최소 화 할 수 있도록 하는데 필수적인 철도차량 차체의 지식기반 (knowledge based) 형상설계 소프트 웨어를 개발하였다 . 즉 , 다양한 설계 구속 조건하에서 철도차량 차체 설계를 위하여 parametric design 개념과 knowledge based design 개념을 도입하여 철도차량 차체의 설계 변경에 따른 형 상구현을 빠르게 수행할 수 있는 소프트웨어를 CATIA knowledgeware⁵⁾모듈을 기반으로 프로 그래밍 하였다.

제안 방법

IGES 형식의 파일을 CATIA 로 읽어 들여 저장한 CATPart 파일의 경우 CATIA 에서는 각각을 독립적인 면으로만 인식을 하기 때문에 Parametric Design 을 수행하기 위해서는 재구성이 필요하다 . Parametric Design 을 용이하게 하기위해서 여러 개의 PartBody 객체를 형성한 후 필요한 부분만 Add 또는 Remove 명령을 실행하여 하나의 Solid 객체로 구성하였다 .
. 그림 4 와같이경량전철에대해작은창문 , 긴창문 , 출입문그리고좌 석배치에관한사항을간략화하여 parametricdesign 을수행하였다 .
. 본 연구에서는 그림 2, 3 과 같이 제공된 Solidworks 파일 전부를 IGES로 변환 후 CATIA 파일형식인 CATPart 로 저장하였다.
본 연구에서는 철도차량 차체 설계 과정에서 신속한 개념설계가 가능하고 개발의 위험도를 최소 화 할 수 있도록 하는데 필수적인 철도차량 차체의 지식기반 (knowledge based) 형상설계 소프트 웨어를 개발하였다 . 즉 , 다양한 설계 구속 조건하에서 철도차량 차체 설계를 위하여 parametric design 개념과 knowledge based design 개념을 도입하여 철도차량 차체의 설계 변경에 따른 형 상구현을 빠르게 수행할 수 있는 소프트웨어를 CATIA knowledgeware⁵⁾모듈을 기반으로 프로 그래밍 하였다.
철도기술연구원에서 설계한 경량전철은 Solidworks^®로 설계되어 있어 본 연구를 위하여 이를 CATIA 파일로의 변환하는 작업을 먼저 수행하였다 . 직접적인 파일의 변환이 어려워 중간단계로 IGES(Initial Graphics Exchange Specification) 파일형식을 사용하였다 .

이론/모형

로 설계되어 있어 본 연구를 위하여 이를 CATIA 파일로의 변환하는 작업을 먼저 수행하였다 . 직접적인 파일의 변환이 어려워 중간단계로 IGES(Initial Graphics Exchange Specification) 파일형식을 사용하였다 . IGES 는 일종의 CAD 소프트웨어간의 데이터 변환을 위한 중립적인 파일이기 때문에 , CATIA 에서 읽어 들일 경우 history 등 필요한 정보가 충분하지 않은 graphic 파일로 변환되므로 필요시 CATIA Part 파일 로의 재작업이 요구된다.

성능/효과

CATIA 에서 지원하는 Design Table 에는 두 가지 방법으로 변수를 연동 할 수 있는데 첫 번째 방법은 엑셀 파일에 변수들을 기입하고 형상에 추가 하는 방법이고 , 다른 한 방법은 형상에 연결 되어 있는 변수들을 엑셀파일로 생성하여 엑셀 파일에 변수 값들은 변경 , 저장하는 방법이다 . 첫 번째 방법은 형상에 연동될 변수에 대한 정의가 완벽히 정의된 후에 사용되는 것이 유용하고 두, 번째 방법은 Prototype 에 대한 정의가 내려져 있지 않고 설계변수를 어떤 것을 두어야 할 것인가 에 대하여 불확실 할 때 사용되는 것이 유리하다.

후속연구

현재 구현된 내용은 CATIA 의 Knowledgeware 를 사용하여 구현하였으나 본 프로그램이 고가이 므로 추후 CATIA 의 API(Application Program Interface) 인 CAA(Component Application Architecture) 를 사용하여 Knowledgeware 없이 CATIA 의 기본 모듈에서도 작동할 수 있도록 구현할 예정이다 . 설계변수들도 단순한 기하학적인 변수들 외에도 차체의 두께 , 프레임 등의 두께 등 구조해석과 관련된 변수와도 연계하여 구조해석 , 충돌 해석의 결과를 쉽게 형상에 반영할 수 있도록 할 예정이다.
현재 구현된 내용은 CATIA 의 Knowledgeware 를 사용하여 구현하였으나 본 프로그램이 고가이 므로 추후 CATIA 의 API(Application Program Interface) 인 CAA(Component Application Architecture) 를 사용하여 Knowledgeware 없이 CATIA 의 기본 모듈에서도 작동할 수 있도록 구현할 예정이다 . 설계변수들도 단순한 기하학적인 변수들 외에도 차체의 두께 , 프레임 등의 두께 등 구조해석과 관련된 변수와도 연계하여 구조해석 , 충돌 해석의 결과를 쉽게 형상에 반영할 수 있도록 할 예정이다.

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