성능 향상을 위한 자동차 부품 정밀 조정
Pratt & Miller에서는 PolyWorks® 솔루션을 활용하여 부품을 재설계하여 시간과 비용을 크게 절감했습니다.
Pratt & Miller Engineering은 1989년 Gary Pratt와 Jim Miller에 의해 설립되었습니다. 그들은 자동차 기반 프로그램을 개념 단계부터 현실화까지 수행할 수 있는 세계적 수준의 엔지니어링 회사를 만드는 것을 목표로 했습니다. 그 이후로 Pratt & Miller는 업계에서 인정받는 선도 기업으로 성장했으며, 자동차 산업뿐만 아니라 다양한 산업 분야의 고객들에게 최첨단 엔지니어링 솔루션과 소량 생산 솔루션을 제공하고 있습니다.
Pratt & Miller의 레이스 프로그램 관리 역량은 Corvette 팀과 Cadillac CTS-V 팀, 그리고 다양한 고객 차량 프로그램의 성과를 통해 입증되었습니다. 이들은 여러 차례 챔피언십을 석권했으며, 르망 24시간 레이스에서 클래스 우승 5회, 데이토나 24시 레이스에서 종합 우승을 기록한 바 있습니다. 2007년 8월, Pratt & Miller는 차량 부품을 CAD 소프트웨어로 리버스 엔지니어링하기 위해 PolyWorks 소프트웨어 제품군을 활용하는 내용으로 InnovMetric Software와 후원 계약을 체결했습니다.
과제
미시간주 뉴허드슨에 위치한 Pratt & Miller Engineering에서는 리버스 엔지니어링 응용 분야에서 포인트 클라우드 데이터를 활용함으로써, 자동차 설계 분야의 새로운 아이디어를 신속하고 효율적으로 개념에서 현실로 구현하는 데 성공하고 있습니다.
1989년 설립 이후 Pratt & Miller Engineering은 정교한 자동차 설계, 엔지니어링, 제작, 레이스 프로그램 관리 서비스를 폭넓게 개발해왔습니다. 이 회사는 차량 운동학 및 순응도 테스트, 세븐 포스트 주행 분석, 풀 스케일 및 축소 스케일 풍동 테스트 개발, 차량 동역학 및 평가 테스트 등의 서비스를 제공하고 있습니다.
회사의 테스트 및 평가 프로그램의 전반적인 효율성과 정확도를 높이는 데 핵심적인 요소는 컴퓨터로 생성된 모델을 활용해 설계 개념에 대한 엔지니어링적 통찰을 제공하는 것입니다. 이러한 모델을 만들기 위해서는 주로 곡면 형태의 차체 부품과 같은 특정 형상을 디지털화하고, 해당 치수 정보를 이용해 CAD 모델을 생성해야 합니다. 과거에는 Pratt & Miller의 기술자들이 개별 데이터 포인트를 사용해 모델을 구축하고, 그 데이터를 바탕으로 수작업으로 곡선을 생성해야 했습니다.
“그 과정은 매우 시간이 많이 소요되는 작업이었습니다.”라고 Pratt & Miller의 엔지니어인 Blair Sonnen은 말했습니다. “그리고 우리가 필요로 하는 정밀도와 정확도를 확보할 수 없었습니다. 만약 부품 성능을 개선하기 위해 재설계가 필요하면, 동일한 방식으로 또 다른 모델을 만들어야 했습니다. 이러한 과정에 소요되는 시간을 줄이고 정확도를 높이기 위해, 때때로 외부 업체를 고용해 스캐닝 방식으로 치수 데이터를 수집하거나, 우리가 수집한 개별 포인트 데이터로 곡면을 생성하기도 했지만, 이는 비용 효율적인 방법은 아니었습니다.”
솔루션
최근 Pratt & Miller는 자사의 폭넓은 엔지니어링 역량을 더욱 확장하기 위해 InnovMetric Software Inc.의 전 기능을 갖춘 3D 측정 소프트웨어인 PolyWorks®를 도입했습니다. PolyWorks는 치수 데이터를 수집하고 설계 의도와 비교하는 과정에서 많은 작업을 자동화하고 간소화할 수 있는 소프트웨어입니다. Pratt & Miller는 이 PolyWorks 소프트웨어를 활용해 General Motors와 함께 운영하는 GT-1 챔피언 Corvette Racing Team을 위한 리버스 엔지니어링 프로그램의 효율성을 향상시키고 있습니다.
"PolyWorks 소프트웨어는 우리 리버스 엔지니어링 프로그램에서 핵심적인 역할을 하고 있습니다. 이 소프트웨어 덕분에 모델을 빠르게 디지털화하고, 과거보다 훨씬 신속하게 설계 데이터를 분석 프로그램에 반영할 수 있게 되었습니다. 이를 통해 설계를 보다 빠르게 평가하고, 필요한 설계 변경 사항을 즉시 반영해 생산에 더 빨리 들어갈 수 있습니다."라고 Pratt & Miller의 부사장인 Gary Pratt는 말했습니다.
실제 작업에서는 설계 엔지니어들이 fascia와 같은 자동차 차체 부품의 클레이 모델을 제작합니다. 이후 이 모델은 PolyWorks 소프트웨어와 함께 사용되는 FARO Platinum Arm과 FARO Laser Line Probe를 이용해 스캔됩니다. 이 스캐닝 장비는 초당 최대 19,200포인트의 치수 데이터를 수집할 수 있습니다.
클레이 모델의 치수 스캔은 소프트웨어의 IMAlign 모듈을 사용하여 수행됩니다. 데이터 수집이 완료되면, Sonnen 씨는 해당 데이터를 자신의 워크스테이션으로 다운로드하여 PolyWorks|Modeler™ 소프트웨어를 사용해 부품의 정밀한 모델을 생성합니다. 이 소프트웨어는 3축 및 5축 밀링 작업과 공력 시뮬레이션을 위한 클래스 A 폴리곤 모델을 생성할 수 있습니다.
PolyWorks|Modeler 소프트웨어의 주요 기능 중 하나는 완전한 기능을 갖춘 정렬 도구입니다. Sonnen 씨는 “IMAlign 모듈을 다시 사용해 여러 스캔 경로를 베스트 핏 정렬로 맞추고, 정렬된 스캔 경로를 IMMerge 모듈로 내보내 폴리곤 메쉬를 생성합니다. 이 메쉬는 스캔된 부품의 형상을 시각적으로 정의해줍니다.”라고 설명했습니다.
그 단계에서 그는 여러 모델을 결합하는 반복 과정을 진행합니다. 결합된 모델은 IMEdit 모듈로 가져와 평면 및 곡률 기반의 홀-필링 절차를 통해 디지털화 과정에서 발생한 불완전한 형상을 수정합니다. 이후 모델은 커브 네트워크 생성과 자동 NURBS 곡면 피팅 단계로 넘어갑니다. 이러한 빠른 서피싱 방식 덕분에 최적화되고 실제로 활용 가능한 NURBS 곡면이 생성되며, 최종적으로 Pratt & Miller의 Unigraphics CAD 소프트웨어로 전달됩니다.
PolyWorks소프트웨어는 Pratt & Miller의 리버스 엔지니어링 프로그램에서 핵심적인 역할을 하고 있습니다.
PolyWorks|Modeler는 고밀도 포인트 클라우드 데이터로부터 정밀하고 매끄러운 폴리곤 모델과 NURBS 서페이스를 생성하기 위한 종합 소프트웨어입니다.
성과
Sonnen씨의 말에 따르면, 폴리웍스 소프트웨어는 폴리고날 모델링과 빠른 표면처리 분야에서 분석을 위한 모델 생성의 시간과 비용을 자동화가 덜된 방법에 비해 크게 줄여줍니다.
프랫 & 밀러 엔지니어들은 CAD 모델을 사용하여 가상 부품에 대한 성능 평가를 수행할 수 있으며, 여기에는 차량의 공기역학적 영향과 유동장 구조를 분석하는 고급 CFD 도구와 가상 트랙 시뮬레이션을 위한 회사의 독자적인 ADAMS(Automated Dynamic Analysis of Mechanical Systems) 모델이 포함됩니다. 이러한 평가를 바탕으로 부품 설계는 생산 도구가 생산되기 전에 점진적으로 개선될 수 있으며, 이는 시간과 비용의 상당한 절감과 차량 성능의 극적인 개선을 가져옵니다.
효과가 있는 것 같습니다. 코르벳 레이싱 팀은 아메리칸 르망 시리즈에서 연속 챔피언십을 차지했고, 데이토나 24시간 롤렉스와 르망 24시간 레이스에서 인상적인 성적을 거두었습니다. 그 과정에서 프랫 & 밀러는 자동차, 항공, 해양 산업의 원래 장비 제조업체에 널리 적용되는 성능 설계에 대한 엔지니어링 접근 방식을 개발했습니다.
