초록 ▼

Ⅰ. 제목
공작기계 상세설계 해석 및 지식기반 기술 개발
Ⅱ. 연구개발의 목적 및 필요성
우리나라의 공작기계 산업의 양적 성장과 생산기술에 비해 설계 기술이 미흡하다. 고유 설계 기술 확보를 위하여서는 설계자료 및 설계지식, 설계경험 등을 전산 지식화한 지능형 설계 시스템이 요구된다. 본 연구에서는, 공작 기계 중 머시닝센터의 설계를 위한 설계지원 소프트웨어 시스템 - 기본설계에서 구성 모듈별 상세설계에 이르기까지 일관된 설계지원과, 전용 해석기능과 모델링 기능을 가진 지능형 설계 소프트웨어의 개발이 목표이

Ⅰ. 제목
공작기계 상세설계 해석 및 지식기반 기술 개발
Ⅱ. 연구개발의 목적 및 필요성
우리나라의 공작기계 산업의 양적 성장과 생산기술에 비해 설계 기술이 미흡하다. 고유 설계 기술 확보를 위하여서는 설계자료 및 설계지식, 설계경험 등을 전산 지식화한 지능형 설계 시스템이 요구된다. 본 연구에서는, 공작 기계 중 머시닝센터의 설계를 위한 설계지원 소프트웨어 시스템 - 기본설계에서 구성 모듈별 상세설계에 이르기까지 일관된 설계지원과, 전용 해석기능과 모델링 기능을 가진 지능형 설계 소프트웨어의 개발이 목표이다.
Ⅲ. 연구개발의 내용 및 범위
과제 제목은 단위과제 제목이나, 실제 연구 내용은 지식기반 기술을 포함, 설계 시스템의 전반에 걸친, 1단계 연구의 확장 및 마무리라고 볼 수 있다. 1단계에서는 지식기반 설계 시스템의 구성요소 들이 개발되고 이들을 통합하여 머시닝 센터의 기본설계를 위한 시스템이 구현되었고, 2단계에서는 상세설계 기능의 개발과 더불어 일단계에서 개발한 기본설계 기능의 검증/개선이 이루어 졌다.
1) Modeling Kernel 교체
사용자 편의성과 기능의 확장이 필요하고 상용 CAD 시스템을 사용하는 도면 작성 단계에 형상정보 전달 용이성을 고려하여 Parasolid로 Modeling Kernel 교체
2) 구조형태 기본설계 기능 보완
GUI를 대폭적으로 수정하였으며, 적용 타입 확대를 위해 구조형태 설계 모듈을 다시 coding
3) 이송계 상세 설계화
설계 상세화를 위해 이송계 설계 process를 새로이 재편하였고 부품 레벨 설계 기능 구현. 구조형태계와의 조화를 위하여 형상설계 기능 보완
4) 지지계 상세설계
주요 구조물의 외형형태와 내부 보강재를 설계 모듈 추가. 상용 FEM에서 용이하게 입력하여 해석할 수 있도록 형상 설계 결과 출력.
5) 지식관리자 기능
설계작업의 의사결정에 활용되는 설계지식들을 지식베이스를 이용하여 효율적으로 관리함으로서 설계지식의 축적 및 효율적이고 일관된 설계지원 가능
Ⅳ. 연구개발결과
펜티엄급 PC, Windows 98 상에서 Visual C++ 로 언어로 개발
전용CAE기능, 정형화된 설계 프로세스, 다양한 지식처리를 위한 Hybrid 형 추론엔진, 전용Modeller, 설계 이력관리와 지식관리기능을 포함한 데이터베이스 등 지적설계시스템 frame 개발
공작기계중 머시닝센터의 구조형태계, 주축계의 기본설계 기능, 이송계, 지지계의 상세설계 기능 구현
참여기업 (현대자동차 공작기계사업부)에 install하여 개발설계에 활용
Ⅴ. 연구개발결과의 활용계획
고유 모델 공작기계의 신뢰성 있는 설계를 위한 도구로서 활용
설계 시스템을 module화 함으로써 여타 기계류 설계에 원용 가능
설계과정의 정형화와 지식처리의 시스템화를 통하여 기술축적 및 발전을 위한 frame 제공
고유설계 능력 배양에 의한 제조업의 수출 경쟁력 제고

Abstract ▼

I. Title of the Project
Development of Knowledge-Based System Technology for Machine Tool Embodiment Design and Analysis
II. Goal and Significance of the Project
An intelligent software system which can support efficiently and systematically the machine tool design by utilizing design kn

I. Title of the Project
Development of Knowledge-Based System Technology for Machine Tool Embodiment Design and Analysis
II. Goal and Significance of the Project
An intelligent software system which can support efficiently and systematically the machine tool design by utilizing design knowledge has been developed and introduced in this report. The process of embodiment design of machining center was modeled and embedded in the system. A hybrid typed inference engine has been introduced so that the system can effectively deal with knowledge represented in diversified forms. The system was developed on the basis of object-oriented programming, and has seven subsystems including configuration design, design of essential modules like spindle unit, feed drive and support structure, and design history management. These subsystems have been coded implemented and integrated through database and graphic user interface on Personal Computer.
III. Scope and Contents of the Project
This is expansion and completion of previous stage of research of the Development of Knowledge based design system for machine tools. The scope and contents of this research are as follows:
Replacement of Modeling kernel The modeling kernel embedded in the design system has been replaced by the commercial one called Parasolid for the flexibility and expandability.
Improvement of the module for configuration design Based upon the feed back from the design engineers, GUI has been greatly improved and the module has been expanded for more type of structure
Development of module for detailed design of feed drive unit
Development of module for detailed design of support structure
Development of Knowledge manager
IV. Results and Recommendations
The results of this research are summarized as follows: The entire procedure of embodiment design of machining center has been analyzed, established and represented. A hybrid knowledge representation is introduced so that the system can easily deal with the diversified and complicated design knowledge. The EDB and knowledge base for embodiment design system are constructed. Unit embodiment design expert systems including configuration design system, feed drive component design system, support component design system, and spindle component design system are developed. Also, an integrated embodiment design expert system for machine tool is developed. The results of this research are expected to serve as an assistant to develop and design those complex or particular machine tools such as multi-axes machining center. Also, the outcome of this research will encourage the application of intelligent design systems, and thus facilitate the advance and progress of design technology for domestic machine tool maker.

목차 Contents

• 제1장 서론
  제1절 연구의 배경
  제2절 지능형 공작기계 설계 시스템의 개념
  1. 지능형 설계 시스템의 구성
  2. 지능형 설계 시스템의 구성
  가. 지식 베이스
  나. 지식 관리자
  다. 설계 관리자 (추론엔진)
  라. 솔리드 모델러
  마. 사용자 인터페이스
  바. 설계이력 관리자
  사. 해석 모듈 (Analysis Software)
  제3절 일단계 실적
  1. 개발환경 구축, CAE 및 지식베이스Frame work 및 I-CAD Shell 기본기능 개발
  2. 설계 DB, I-CAD Shell, 구조형태계 설계 전문가 시스템 완성
  3. 공작기계 구조형태계, 주축계, 이송계 전문가 시스템 완성 및 System Integration
  제4절 연구의 목표와 범위
  1.이단계 사업 당초 계획
  2. 기간 단축으로 인한 계획 수정
  가. Modeling Kernel 교체
  나. 구조형태 기본설계 기능 보완
  다. 이송계 상세 설계화
  라. 지지계 상세설계
  마. 지식관리자 기능
  제2장 지능형 설계 시스템 지원기술
  제1절 형상 모델러
  1. 모델러 변경
  가. 기능 및 신뢰성 부족
  -. 기능 미비
  -. 잦은 버그 출현
  -. 호환성 결여
  나. 사용상의 문제점
  -. 모델러 사용자 교육 미비
  -. 사용자 편의의 불편함:
  2. 파라솔리드 커널
  가. 파라솔리드 인터페이스
  나. 솔리드 모델링
  다. 렌더링, 출력 및 질의
  -. 렌더링
  -. 출력 및 문서
  -. 질의
  라. 외부 데이터의 파트 연결
  3. 파라솔리드 모델러의 장점
  가. 강력하고 안정적인 기능
  1) 직접 모델링
  2) 능률적인 패키징 옵션
  3) 극한 모델링
  4) 다양하고 풍부한 첨단의 Hybrid Modeling
  5) 사용하기 편리하고 신속한 Drafting기능
  6) 대단위 조립부품을 쉽게 처리하는 Assembly Modeling
  7) 고도의 프로세스 자동화기능
  8) PDM시스템과의 최적통합
  나. 다양한 분야에서 성능 검증
  1) 산업체 선도적인 솔리드 모델링 커널
  2) 광범위한 응용사례
  3) 산업체간 호환성
  4. PK를 이용한 공작기계 설계용 모델러
  가. 모델링 함수
  1) 솔리드 생성
  2) 플레이트의 생성
  3) 파트의 변형
  나 공작기계 설계용 모델러 개발
  1) 구조형태계 개념설계
  2) 주축계 / 이송계 개념설계 - Primitive로부터 Assembly형상 Display
  3) 지지계 설계
  4) 설계 변경
  제2절 데이터베이스(Database)
  1. 설계 프로세스 관리
  2. 구성 관리
  3. 표준부품 관리
  제3절 지식관리
  1. 지식 관리자
  가. 지식 관리자의 필요성
  나. 설계지식
  다. 지식 관리자에 의한 지식관리
  2. 쉘 명령어
  제4절 지식추론
  1. 지능형 설계 시스템과 추론엔진
  가. 수식의 추론
  1) 제약 네트워크의 역할
  2) 제약 네트워크에 의한 제약 충족
  3) SA(Simulated Annealing)의 역할
  4) 제약 부족을 고려한 제약 충족 방식
  나. 다중변수 추론과 테이블 데이터를 고려한 제약 충족
  1) 다중변수 추론
  2) 테이블 변수추론
  다. 프로덕션 룰 추론
  라. 추론엔진의 구성
  2. 공작기계 설계를 위한 지식추론
  가. 공작기계 설계
  나. 설계의 변경
  제3장 설계 시스템 개발
  제1절 구조형태 설계 보완
  1. 개 요
  2. 설계공정 분석
  3. 설계지식 체계화
  4. 형상 모델링
  5. 설계 해석
  가. 입력데이터
  나. 출력 데이터
  다??석
  3. 설계지식 체계화
  R2-2-1: 볼스크루 설계지식
  -. 볼스크루 선정
  1) 리드 정밀도에 따른 오차 범위 <_이송계 허용 오차
  2) 볼스크루 샤프트의 길이 >_스트로크
  3) 좌굴 하중 >_Normal 및 lateral 하중
  4) 정격 하중 >_최대 하중
  5) 허용 축방향 하중 >_최대 축방향 하중
  6) 허용 회전수 >_급이송 회전수
  7) DN값 >_70000
  8) 예상 수명 >_기대 수명
  -. 베어링 배열 선택
  -. 볼스크루 선정을 위한 계산 수식
  1) 길이 한계
  2) 좌굴 하중
  2) 허용 회전수
  3) DN 값
  4) 수명
  R2-2-2 : 지지 베어링 설계지식
  -. 지지 베어링 선정
  1) 베어링 내경 >_볼스크루 샤프트의 외경
  2) 예상 수명 >_기대 수명
  3) 허용 축방향 하중 >_최대 축방향 하중
  4) 허용 회전수 >_급이송 회전수
  -. 지지 베어링 선정을 위한 수식
  1) 수명
  R2-2-3 : 안내면 설계지식
  -. 안내면 타입 결정
  -. LM가이드 선정
  1) LM정도별 오차 >_이송계 허용 오차
  2) 예상 수명 >_기대 수명
  3) 최대 길이 >_ 레일 길이
  -. LM 가이드 선정을 위한 수식
  1) 수명
  -. 습동 안내면 설계
  1) 습동 안내면의 타입결정
  2) P-V 선도
  R2-2-3 : 서보모터 설계지식
  -. 이송계 서보모터 선정
  i) 서보모터의 관성 모멘트 조건
  ii) 서보모터의 최대 토크 조건
  iii) 서보모터의 공칭 토크 조건
  iv) 서보모터의 제한 토크 조건
  -. 서보모터 축에 작용하는 관성 모멘트 계산
  -. 서보모터 축에 작용하는 부하 토크 계산
  4. 형상 모델링
  가. 볼스크루(ball screw)
  나. 지지 베어링(support bearing)
  다. LM 안내면
  라. 습동 안내면
  마. 서보모터와 커플링
  5. 설계해석
  가. 습동 안