렌더링 이관에 따른 도면 작업

 

디자인 제도의 이해

디자인 제도는 제품 개발 과정에서 최종적으로 확정된 디자인안을 기구 설계로 이관하거나 모형으로 제작하기 위해 도면을 제작하는 것을 말한다. 특히 제도의 기본 원칙은 KS통칙에 의한 설계를 기반으로 진행되어야 상호 간의 그림과 문자로 표현된 의사 전달을 정확하게 할 수 있다.
기술의 발달에 따라 과거 수작업으로 진행되었던 시기에서 최근에는 컴퓨터 기술의 발달에 따라 CAD 프로그램의 다양화와 전문화가 이루어지고 있으며, 따라서 디자인 툴에서 사용되는 모든 데이터의 CAD 도면은 이제 디자인, 설계, 금형, 조립, 양산에 이르는 전 과정이 동시 공학으로 확대되어 가고 있는 현실이다.

 

 

1. CAD(Computer Aided Design)

CAD는 디자인을 하기 위한 도구로 컴퓨터를 활용하는 설계 시스템이다. 즉 연필, 붓, 물감 등의 도구들을 이용해 지면에 여러 가지 형상을 표현한 그림이나 설계 도면처럼 모니 터라는 종이 위에 마우스나 키보드, 스캐너, 디지타이저 등의 입력 장치를 이용하여 어떤 형상을 표현하는 것을 말한다. 따라서 CAD는 제품 설계뿐만 아니라 건축 계획, 도시 계획, 수송 계획, 광고 및 선전에 이르기까지 다양한 계획과 활동을 위해 디자이너가 컴퓨터를 이용하여 작업의 능률을 향상시키는 다양한 표현 방법에 사용되고 있다. 최근에는 컴퓨터를 활용한 도면 제작 기술로 그 뜻을 좁혀 말하고 있으며, 시뮬레이션, 광고, 애니메이션, 3D 모델링 등 다양한 분야에서 활용된다.

 

 

2. CATIA CAD

CATIA 기능을 기반으로 기존 CAE 프로그램과는 차별화된 많은 새로운 기능을 보여 주고 있다. CATIA의 다른 기능들과 같이 윈도 환경에 맞도록 완전히 새로 개발되어 사용자 편 리성과 안전성을 제공하고 있어 일반 사용자들도 쉽게 구조 해석을 수행할 수 있는 환경 을 제공한다. 특히 CATIA의 특징은 CATIA CAD Model과 완벽히 호환되고 geometry 기반 해석을 지원하므로, 실제 작업은 기존의 CAE 프로그램과는 다르게 경계 조건, 하중 등을 절점(node) 또는 요소(element)에 지정하지 않고 CAD 모델의 면이나 모서리에 지정하도록 되어 있다. 계산 시 자동으로 mesh가 생성되면서 면이나 모서리에 주어진 하중과 경계 조 건을 각 절점에 전달시킨다. 그러므로 해석 경험이 없는 사용자들도 CAD 작업을 하듯 해 석 과정을 수행할 수 있으며, 설계 변경이 되어도 경계 조건과 하중을 다시 지정할 필요 없이 계산만 다시 수행하면 결과를 확인할 수 있다. 또한 자동 mesh를 기반으로 하지만 전체 모델에 대한 또는 특정 면이나 모서리에 대한 Mesh 크기를 지정할 수 있도록 하여 좀 더 정확한 결과를 얻을 수 있도록 한다. 자동 Mesh에서는 사면체 요소와 삼각형 및 사 각형 요소를 제공하며, 정확도를 높이기 위해 MID-NODE가 있는 parabolic 요소 형태도 지원하고 있다. 또한 부분적인 반자동 Mesh 기능과 적응(adaptivity) 해석을 이용하여 주요 부분의 요소 사이의 결괏값 차이를 원하는 기준 이하로 요소의 크기를 자동으로 조절할 수 있다.

 

(1) CATIA 응용 도면 작업

CAD를 사용한 진행은 크게 3단계를 거쳐서 [그림 1-1] 과 같이 작업이 진행된다. wireframe modeling, surface modeling, solid modeling, engineering working mock-up을 제작하는 과정을 확인한다.

 

 

(가) Wireframe Modeling

디자인 도면으로 이관된 데이터를 중심으로 외형 작업을 점검한다. 이때 디자인 렌더링 도면은 대부분 Rhino, Alias 등 surface를 중심으로 작업된 도면 데이터만 호환이 가능하며, solid를 기반으로 하는 MAX 등의 도면은 작업에 번거로움을 준다.

 

 

 

(나) Surface Modeling

와이어 프레임 모델링은 모서리 선만을 정의하고 이것에 의해 둘러싸인 면을 정의 하지 않으며, 서피스 모델링은 면을 정의하고 이것을 둘러싸인 입체의 내부를 정의 하지 않는다. 반면에 솔리드 모델은 물체의 외부 형상은 물론 내부까지도 완벽하게 정의하는 모델링 방법이다. 솔리드 모델링은 와이어 프레임이나 서피스 모델링과는 달리 형상이 임의적으로 결정되므로 애매모호한 점이 없으며 형상을 더 충실하게 표현할 수 있기 때문에 응용 범위도 넓은 반면, 형상 정의가 복잡해지고 컴퓨터 처 리 시간이 길어지는 단점도 있다. 대부분의 솔리드 모델은 와이어 프레임 모델이나 서피스 모델링과는 구별되는 우수한 기능을 가지고 있다.
와이어 프레임 모델링으로 작업된 것을 3D 설계 프로그램에 맞게 정비하여 전반적 인 서피스 중심으로 재설계하는 과정을 준비한다. 이때 디자인의 외형을 재점검하 며, 필요시 디자인 부서와 서로 협의하는 과정은 필요하다. 외형적 디자인에 형태 변형이 있거나 혹은 금형이나 생산 시 조립 등을 고려되기 때문에 반드시 확인과 정은 필수적이라고 하겠다.

 

 

 

(다) Solid Modeling
서피스 모델링으로 작업된 것을 각종 기구 설계에 맞추어 조립 및 금형 제작, 가공 방법, 재료 등을 점검한다. 또한 제품이나 부품의 조립성 관계를 검토하여 살 두께, boss, rib 등 생산 및 금형 제작을 기반으로 설계를 하는 과정을 말하며, 디자인의 특성과 후가공 방법, 기구 설계 측면에서의 양산성 고려 등 사전 문제점을 검토하 는 아주 중요한 단계를 요구하는 과정이다. 특히 기업에서의 제품 개발 투자에 대 한 전반적인 디자인 부서와 설계 부서 등 관련 협의를 거쳐 전체적 양산에 따른 금형 관련 업체, 외주 가공 업체 등 결정할 요소를 구체화시키게 된다.

 

 

 

(라) Working Mock-up 제작
시제품 제작은 설계된 내용으로 차량을 제작하는 단계로서 실제 동일한 크기와 형 태로 만들어지며, 제작 과정에서 설계 도면을 검증하고 설계자 및 디자이너에게 피 드백하기 위해 수십 대가 제작되는 것이 보통이다. 시제품 제작 단계에서 사용되는 컴퓨터 활용 기술은 3D 소프트웨어를 사용하여 설계 부문에서 넘어온 3차원 CAD 데이터를 기준으로 각종 부품의 금형 및 지그(jig) 등을 제작하기 위해 NC 데이터 작성이 주류를 이루고 있으며, 시제품 제작의 부품을 신속히 제작하기 위해 [그림 1-6] , [그림 1-7] 과 같이 rapid proto typing 기술도 적극적으로 활용하고 있다. 최 근에는 정밀 가공이 가능하고 정확도가 높은 3축, 5축 고속 가공기를 사용하기도 한다.

 

[그림 1-6] Solid Modeling R/P Mock-up

 

 

또한 금형 등을 제작하기 전에 설계 데이터를 검증하기 위해 엔지니어링 워킹 모형 을 제작하여 제품을 생산 전에 점검하며 기타 법적인 문제 해결 등 데이터의 에러 를 확인함으로써 수정의 모순을 방지, 개발 일정을 앞당기는 데 도움이 되고 있다