열역학 고려한 제품 개발과 CAE

열역학적 고려가 필요한 제품 개발 과정 중에 CAE 해석을 진행합니다.

열역학적 고려가 필요하다는 의미는 제품에 발열이 있다는 의미입니다.

발열이 적당한 수준이 아니라 상황에 따라 높게 올라가서 비정상적 동작이 발생할 수도 있다는 의미입니다. 그렇다면 사전에 열 관련 리스크를 검토해야 합니다. 사전에 검토해서 리스크를 낮추어야 제품 출시 후에도 문제가 없을 것입니다. 이전 포스팅에 작성하여 간략히 언급하였습니다. 제품 개발 과정 중에 열역학적 고려를 언제 어떻게 하는가를 정리하였습니다. 간단히 다시 언급해보겠습니다. 기구 엔지니어가 본인이 갖고 있는 지식을 이용하여 기구 설계를 합니다. 열 관련 중요 부분에는 엔지니어 본인의 지식으로 미리 설계에 반영을 합니다. 이 부분은 개인의 지식에 의존하기 때문에 문제가 발생할 수 있습니다. 이러한 리스크는 설계 리뷰로 보완할 수 있습니다. 설계가 대략 마무리 후 해석 CAE를 의뢰합니다. 의뢰한 CAE로 열 관련 문제를 한번 더 검증할 수 있습니다. 이후에 제품이 나오면 실측을 합니다. 그래서 최종적으로 검증을 합니다. 이 과정을 거치면서 열 관련 신뢰도가 있는 제품을 출시하게 됩니다. 설계가 어느 정도 마무리된 후에 해석 CAE를 의뢰하고 문제 해결하는 과정을 자세히 다루겠습니다. 설계가 어느 정도 마무리되었다는 것은 시제품을 만들 수 있는 단계라는 의미입니다. 제품 개발을 해보시면 아시겠지만 이 단계에서 제품 출시까지 많은 변경이 있습니다. 단정적인 것은 아니지만 많은 변경이 있을 가능성이 큽니다. 그만큼 문제가 발생했을 때 변경할 여지가 크기 때문에 많은 문제점을 이 단계부터 검토하는 것이 좋습니다. 이 단계에서 해석 엔지니어에게 의뢰를 합니다. CAD 파일을 전달합니다. 회사에 따라서 CAD ID를 전달해서 전체 형상을 전달합니다. 혹은 CAD 파일을 메일로 주는 경우도 있습니다. 이렇게 형상을 전달합니다. 해석 엔지니어도 제품 개발에 크게 관여를 합니다. 따라서 어느 위치가 중요하고 발열부인지는 이미 숙지하고 있습니다. 때에 따라서 설계를 담당한 기구 엔지니어에게 문의를 합니다. 기존 형상과 다른 경우 변경된 사양에 대해 문의하기 위해 연락을 합니다. 그러한 사양에 대해 충분히 협의가 되면 해석 엔지니어가 해석을 시작합니다. 제품 크기와 조건에 따라서 며칠 혹은 몇 주가 소요될 수도 있습니다. 1차적으로 해석이 완료되면 해석 엔지니어가 결과를 리뷰합니다. 해석 결과가 신뢰가 있는지를 확인합니다. 해석이라는 것은 실측 데이터로 충분한 보정이 없으면 오차가 클 수 있습니다. 회사에 따라서 많은 실측 데이터를 보유하고 있어서 보정을 많이 했다면 해석이 충분한 신뢰도를 갖고 있습니다. 하지만 업력이 얼마 되지 않는 회사라면 신뢰할 데이터를 많이 갖고 있지 않습니다. 이러한 경우 해석 결과를 온전히 믿을 수 없습니다. 따라서 많이 튀는 해석 값을 가질 수 있습니다. 결과를 해석 엔지니어가 1차적으로 분석을 합니다. 이 정도 값이면 신뢰할 수 있는지 잘못된 것인지 확인을 하는 과정입니다. 어느 정도 신뢰도를 갖는다는 판단이 서면 기구 엔지니어와 회의를 합니다. 의뢰한 형상에 대한 열역학적 해석 값을 전달합니다. 그 해석 값으로 문제가 될만한 부분을 선별합니다. 특정 부위는 해석 결과 온도가 많이 올라간다. 제품 특성에 따라 특정 부위는 이 온도 이상 올라가면 안 된다라는 지식은 모두가 공유하고 있습니다. 따라서 해석 값이 나오면 대부분 엔지니어들은 문제인지 단번에 알 수 있습니다. 이제 모두가 문제라고 인식을 했다고 가정하겠습니다. 어떻게 설계를 변경할지를 의논하게 됩니다. 해석 엔지니어가 의견을 제시할 수도 있고 기구 엔지니어가 의견을 제시할 수 있습니다. 각 엔지니어가 제품을 보는 관점이 다르기 때문에 생산적인 아이디어가 나올 수 있습니다. 해석 엔지니어는 열역학적 관점에서 제품을 많이 다루어봤기 때문에 어느 위치를 어떻게 개선하면 온도가 효과적으로 떨어지는지를 압니다. 기구 엔지니어는 그 제품을 직접 설계를 하였기 때문에 공간적 제약에 대한 것을 알고 있습니다. 예를 들어 해석 엔지니어가 특정 방식으로 변경을 제안하였습니다. 그러면 기구 엔지니어는 그것이 가능한지 대략적으로 알 수 있습니다. 그 위치에는 다른 부품이 있어 불가능하다 혹은 부품 동작 구간이라 멈춘 상태에서는 문제가 없다 하지만 사용자가 동작을 할 경우 간섭이 발생한다 이런 식의 의견을 조율할 수 있습니다. 해석 엔지니어가 제시하는 아이디어의 핵심을 파악해야 합니다. 그러면 기구 엔지니어는 그 핵심 아이디어는 살리면서 변형된 형태의 설계를 적용할 수 있습니다. 이런 방식으로 의견을 주고받습니다. 이런 의견을 주고받으면서 빨리 끝나지 않는 이유가 있습니다. 여러 가지 제약이 있기 때문입니다. 가장 큰 이유는 비용 측면입니다. 즉 저렴한 재료비를 유지해야 제품의 경쟁력이 있기 때문입니다. 비싼 재료비를 사용한다면 문제는 쉽게 해결할 수 있습니다. 다만 엔지니어들도 제품 경제력을 고려하기 때문에 쉽게 결정할 수 없는 것입니다. 열 관련 문제는 내부에 큰 공간을 확보한다면 쉽게 해결할 수도 있습니다. 이것도 제품 경쟁력과 관련된 부분이 있습니다. 소비자가 사용하는 제품은 작은 것이 유리합니다. 물론 모든 제품이 그런 것은 아니지만 작은 제품이 선호되는 편입니다. 그런 측면에서 제품 크기도 한없이 키울 수는 없는 것입니다. 제품 개발단계에서 해석 엔지니어들과 어떻게 협의하고 어떻게 문제 해결을 하는지 알아보았습니다.