치수최적설계의 이해와 실무 활용 방안

여러분들이 현업에서 많은 실무적인 시스템이나 부품 레벨의 많은 문제들을 다루고 계실텐데요. 이런 문제들을 염두에 두시면서 '치수최적설계의 이해와 실무 활용 방안' 강의를 들으시면 많은 도움이 되실 것 같습니다.

CONTENTS

1. 치수최적설계 개념
2. 치수 최적설계의 이해 및 올바른 사용법
3. 치수최적설계 적용사례
4. 향후 개발 계획

1. 치수최적설계 개념

최적설계의 정의

먼저 설계 변수라고 하는 임의로 바꿔볼 수 있는 것들을 바꿔보면서 여러분들이 고민하고 있는 시스템이나 부품의 성능을 가장 최고로 이끌어내는 것을 최적설계의 정의라고 할 수 있습니다. 

최적설계의 3요소

* 설계 변수 : 임의로 바꿔보고자 하는 값
* 구속 조건 : 만족시키고자 하는 값
* 목적 함수 : 줄이거나 키우고 싶은 값 

실무적으로는 비용이나 재료비를 따져서 시스템의 부피 같은 것들을 목적함수로 활용해볼 수가 있습니다. 아래 그림을 보면 왼쪽에 있는 사람이 눈을 가리고 있습니다. 깃발이 꽂혀있는 곳이 최적해라고 불리는 최적점입니다. 이 최적점을 찾아가야 하는데 눈을 가린 사람이 어떻게 가야 하는지에 대한 연구가 최적설계라고 볼 수 있습니다. 이 사람이 앞뒤좌우로 움직이면서 팬스로 표현되어 있는 구속조건의 안쪽의 가용 영역 안에서 최적점을 찾아가야 하는데요. 

보통 실무에서 여러분들이 고민하고 있는 부품에 대해서 자세히 이해하고 있는 상태라면, 눈을 가린게 아니라 눈을 뜬 상태에서 최적점을 찾아간다고 보시면 되겠죠. 그런데 실제 상황은 그렇지 않은 경우가 굉장히 많습니다. 다루고 있는 부품이나 시스템이 굉장히 복잡한 경우도 있구요. 엔지니어링 스펙이 굉장히 자주 바뀌고 그것에 대해서 빈번하게 대응을 해줘야 하기 때문에 그런 경우에는 여러분들이 눈을 감고 설계를 하는 것과 다름이 없다고 생각 합니다. 이런 경우에는 최적 설계 알고리즘을 활용을 해서 깃발이 꽂혀있는 최적해를 찾아갈 수 있습니다. 

현재 치수최적설계의 설계 변수는 치수를 설계 변수로 보는 것입니다. 수치화된 파라미터를 치수라고 봤을 때, 현재 NFX에서는 총 두가지, 재료와 특성 갈래의 최적설계 설계변수를 해볼 수가 있습니다. 재료는 탄성계수, 질량밀도 등이 있고 특성은 다음과 같은 두께나 복합 재료의 플레이 두께나 각도 그리고 강성과 감쇠 등을 고려해보실 수 있습니다. 

여러분들이 가지고 있는 문제를 NFX를 통해서 CAE 모델을 만들게 되면 자동으로 다음과 같은 설계변수 후보군을 보실 수가 있습니다. 이 후보군 중에서 드래그 앤 드랍을 통해서 여러분들의 설계변수를 설정해보실 수 있습니다. 

만약 여러분들이 자동차의 배기계를 설계한다고 하시면, 먼저 자동차 배기계를 CAE 모델로 모델링을 하시고요. 각각의 ISOLATOR나 FLEX COUPING 부분의 강성 등을 자유도 별로 그것의 강성을 설계 변수로 지정을 해보실 수 있습니다. 

앞서 말씀드린 최적설계의 3요소 중에 설계 변수와 구속 조건과 목적 함수가 있었는데요. 목적 함수와 구속 조건을 합쳐서 설계 응답이라고 얘길 합니다. 설계 응답은 결국 시스템의 성능을 결정 짓는 판단 기준이 되고요. 여러분이 설계 변수를 바꿔 봤을 때 그 설계 변수가 바뀜에 따라서 설계 응답도 디펜던트하게 바뀌게 됩니다. 여러분들이 해석 모델을 만들었을 때 그것에 대한 해석 결과가 결국에 설계 응답이라고...

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