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지멘스 E&A의 RecurDyn과 MFBD 사용 사례
제품 공급 및 시스템 통합 업체로써 Siemens 에너지 & 오토메이션은 믿을 수 있고 비용 효율적인 전기 서비스를 필요로 하는 에너지 공급업체와 산업 클라이언트들에게 변압기에서 소비재가지 다양한 제품과 서비스 그리고 솔루션을 제공합니다. 2004년부터, 지멘스의 선행개발 부서는 차단기 메커니즘의 개발과 최적화를 위해 RecurDyn을 사용했습니다.
RecurDyn의 도움으로 엔지니어들은 물리적 프로토타입에 의존하지 않고 고 가속의 움직임을 적시에 목표한 방식으로 조사할 수 있습니다. 특히 RecurDyn / FFlex 모듈은 다중 유연체 동역학, MFBD라고 알려진 다중 바디 및 유한 요소 분석의 조합을 수행하는 데 사용됩니다.
저 전압 스위치의 개발에서는 가능성 있는 새로운 컨셉들을 고안하고 이들의 성과를 시뮬레이션과 테스트를 통해 평가합니다. 기계적인 개폐장치의 개발을 가속하기 위해 다양한 시뮬레이션 툴을 이용하여 많은 가상 테스트가 이루어졌습니다.
“선행개발과 시뮬레이션은 서로 긴밀하게 연결되어 있습니다. 선행개발에서 RecurDyn을 사용하는데 가장 큰 장점은 모델 생성, 개발 및 평가의 부분에 있습니다. RecurDyn은 결합된 MFBD 분석을 위한 툴입니다.”
선행개발 및 시뮬레이션 부문 디렉터 Dr. Michael Anheuser
Anheuser의 팀은 적극적으로 자기장 연구, 다물체 시뮬레이션, 구조 해석 및 전류 계산에 이르기까지 시뮬레이션 툴을 사용합니다. 그 중 시스템 시뮬레이션은 엔지니어로 하여금 많은 서브시스템들이 회로 차단기의 최적화된 구동을 위해 얼마나 잘 동작하고 있는가를 평가할 수 있게 합니다.
따라서 새로운 제품의 안정성뿐 아니라 잠재적인 성능, 리스크, 신뢰성까지도 빠르게 평가할 수 있습니다.
회로 차단기를 개발하는 지멘스의 한 선행부서는 2004년부터 RecurDyn을 이용하여 복잡한 기구요소를 설계하고 있습니다.
엔지니어들은 RecurDyn을 이용하여 시제품 제작 없이 빠른 시간안에 제품의 거동을 분석할 수 있었습니다. 특히, MFBD (Multi-Flexible Body Dynamics)로도 알려져 있는 RecurDyn/FFlex (FullFlex)툴킷은 강체와 유연체가 함께 포함된 해석을 수행하는데 사용되어 MFBD 분석을 위한 최적의 툴임을 다시한번 확인할 수 있었습니다.
제품 컨셉에서 현실화까지 – 가상 프로토타입을 통해 정상 궤도에 오르다.
지멘스는 업무에 맞게 장기적으로 활용할 수 있는 다물체 시스템을 위한 툴을 찾는 과정에서 기존 제품과 함께 새로운 제품도 고려하였는데 그중 RecurDyn은 광범위한 시뮬레이션 기능, 빠른 솔버, 사용자 편의 기능 및 모델 생성에 있어서의 확장성 등으로 인해 최적의 툴이라는 것이 명확해졌습니다.
“RecurDyn은 확실히 우리의 제품 개발에 있어 최고의 툴이었습니다. 또한, 우리는 펑션베이가 기술지원에 있어서 매우 뛰어나다는 것도 알게 되었습니다. 펑션베이는 빠르고 유연하게 우리의 문의에 답해주었으며 우리는 그들의 지원 덕분에 상당히 좋은 성과를 낼 수 있었습니다.”
선행개발 및 시뮬레이션 부문 디렉터 Dr. Michael Anheuser
스위치와 회로 차단기의 가상 모델은 지멘스의 CAD 툴로 설계되었고, 그 CAD 모델을 RecurDyn과 같은 CAE 툴에서 import 하였습니다. 이 방법으로 새로운 컨셉의 복잡한 동작들, 특정한 locking parameters가 스위치의 동작에 어떤 영향을 주는지 등을 조사하는데 사용할 수 있었습니다.
“시뮬레이션 덕분에 우리는 두 개의 매개변수가 서킷 메커니즘에 크게 영향을 준다는 것을 알 수 있었습니다. 몇몇 매개변수를 바꾸면서 우리는 최적의 설정을 얻을 수 있었고, 어셈블리 디자인에서 문제를 피하기 위한 주요 부위를 확인할 수 있었습니다.”
스위치는 한번 만들어지면 일반 허용오차로는 제품이 목표값을 벗어나서 동작할 수 있기 때문에 주요 설계변수를 확인하는 것은 최적화된 스위치 개발에 있어서 대단히 중요합니다”
지멘스 A&D 개발 엔지니어, Johannes Greiner
비록 신개발에 대한 책임은 선행개발 부서에 있지만, 기존의 스위치를 개선하는 작업을 위해서 설계 부서 및 다른 부서와의 협업은 매우 중요합니다. 예를 들어, 시뮬레이션 모델은 CAD 툴에서 생성된 형상에 의존하며, 이러한 형상을 효율적으로 로드하는 것은 설계 프로세스의 속도를 높일 수 있습니다.
시뮬레이션 덕분에 새로운 제품 아이디어들은 현재의 제품들과 신속하게 비교될 수 있으며 의도하지 않은 특성을 빠르게 찾아낼 수 있습니다. 잠금핀의 공차의 영향 역시 분석이 가능합니다.
주어진 허용 공차를 가지고도 4극 스위치가 최종 위치에 스위치를 위치시키는데 충분한 에너지가 있고 최대 성능을 이끌어 낼 수 있음을 확인할 수 있습니다.
또한, 유연체와 다물체 시스템을 함께 고려할 수 있는 RecurDyn MFBD 툴킷을 이용하여 잠금핀과 같은 여러 요소들의 영향이나 내구성과 수명과 같은 부분에 대한 영향을 분석할 수 있습니다.
투자 수익 – 시뮬레이션을 통해 재료를 50%까지 절감하다
개발 과정에서 엔지니어들은 새로운 재질, 기술, 인터페이스, 그리고 고객을 고려하면서 창의적이고 기술적으로 발전적이면서도 아직 실현되지 않는 새로운 컨셉을 개발해야 합니다.
“새로운 아이디어를 실행하기 위해서 우리는 과거 수년간의 경험에 의존하거나 생산중인 제품에 의존할 수 없습니다. 우리는 어셈블리 내에서 신속하게 상호작용을 묘사하고 올바른 개발 결정들을 내리기 위해 시뮬레이션에 의존합니다.”
“우리의 목적은 우리의 컨셉을 실체화하여 우리 제품의 비용과 성능을 이해하고 최적화하는 것입니다. 시뮬레이션 덕분에 우리는 물리적인 시제품들을 만들기 전의 개발 초기 단계에서 다양한 제품 컨셉을 시도하고 제품 성능에 대한 피드백을 받을 수 있습니다. 이를 통해 우리는 디자인 초기 단계에서부터 어떤 컨셉이 우리의 새 제품에 가장 잘 맞는 지를 결정할 수 있습니다.”
“이러한 선행 시뮬레이션은 개발과 관련된 반복작업을 크게 줄여주고, 결과적으로 이익을 증가시켜줍니다. 최악의 경우, 추가적인 반복 과정을 수행하게 되면, 우리 상품에서의 각각의 변화들로 인해 제품 각각의 서브시스템 사이의 인터페이스나 상호작용에 대한 재평가가 필요하기 때문에 약 6개월까지 개발 프로세스가 지연될 수 있습니다. 우리는 시뮬레이션 툴을 활용함으로써, 재료 비용을 최대 50%까지 줄일 수 있게 해준 수많은 예를 갖고 있습니다. 다물체 시뮬레이션을 통해 얻은 하중 결과는 구조해석 그룹의 시간과 재료비용, 그리고 관리비용을 절약시켜 줍니다. 우리는 우리 제품을 더욱 최적화하기 위하여, 앞으로도 RecurDyn MFBD 툴킷을 이용하여, 보다 동적인 조건에서 움직이는 어셈블리의 유연체 요소들을 시뮬레이션 하고자 합니다.”
선행개발 및 시뮬레이션 부문 디렉터 Dr. Michael Anheuser
User Feedback 사용자 피드백
“RecurDyn의 사용자 친화성 덕분에 RecurDyn을 회로 차단기 개발에 사용하면서 우리는 제품의 품질향상뿐만 아니라 시간도 절약할 수 있었습니다.”
지멘스 A&D 개발 엔지니어, Johannes Greiner
“우리는 소프트웨어가 100% 신뢰성있고 안정적이길 기대했습니다. RecurDyn은 우리의 높은 기대치를 충족시켰으며, 따라서 우리는 RecurDyn에 대한 의존도를 높여 우리의 다물체 시뮬레이션 모든 부분을 처리할 계획입니다.”
선행개발 및 시뮬레이션 부문 디렉터 Dr. Michael Anheuser
