개요
오늘날 우리는 일상생활에서 많은 도구들을 사용합니다. 또한, 수많은 기계적 장치를 이용하여 일상생활을 매우 편리하게 살아가고 있습니다. 이러한 특별한 혜택을 누릴 수 있게 된 원동력은 무엇일까요? 그 해답은 산업구조의 고도화와 제조업 기술의 발달에서 찾아볼 수 있습니다. 그 중심에 CAD, CAE, CAM 기술이 있습니다.
CAD의 정의
CAD(Computer Aided Design)은 컴퓨터 지원 설계의 약자로서, 기존에 수작업으로 진행하던 설계업무를 컴퓨터를 사용하여 진행하는 것입니다. 컴퓨터를 이용해 신속하게 설계할 수 있고 수정도 용이하므로 효율적입니다. 또한 작업 중 실수를 하게 되면 도면만 수정하면 되므로 쉽게 수정할 수 있고, 데이터 복구 또한 신속하게 처리할 수 있으므로 비용 단축은 물론 생산성을 크게 향상시킬 수 있습니다. 캐드는 2D 캐드와 3D 캐드가 있는 데, 2D 캐드는 정면평면측면에서 본 모양을 나타낼 수 있지만 물체의 부피 즉, 체적을 나타내진 못하는 단점이 있습니다. 하지만 컴퓨터 기술의 발달로 탄생한 3D캐드는 3 차원 공간에서 물체의 체적 까지도 나타낼 수 있습니다. 사용 목적에 따라 여러가지 CAD 프로그램이 존재하지만 대표적으로 2 차원 캐드 프로그램은 AutoCAD 가 있고, 3차원 캐드 프로그램은 Solid works 가 있습니다. 최근에는 클라우드 컴퓨팅 기술을 활용한 Onshape 라는 무료 3D CAD 프로그램도 활발히 이용되고 있습니다.
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기존에는 직접 도면을 손으로 그렸다. 3차원 CAD 모델링
CAE의 정의
CAE(Computer Aided Engineering)은 컴퓨터 지원 공학의 약자로 CAD 로 만들어진 2 차원 혹은 3 차원 모델링 데이터를 이용하여 실제 제품을 만들기 전 컴퓨터 시뮬레이션을 통해 사전검토하는 것을 의미합니다. 시뮬레이션에 종류에는 물체에 작용하는 힘에 대한 해석, 즉 물체가 열에 의해 어떻게 변형되는 지 혹은 하중에 의해 어떻게 변형되는지, 유체(공기)가 어떤 영향을 미치는 지에 대해 시뮬레이션 하는 것입니다. 시뮬레이션을 통해 궁극적으로 제품의 기능 및 성능(내구성) 평가를 수 행하여 최적 설계 및 도면 작성을 하는 것에 그 목적이 있습니다. 이를 통해 제품의 테스트 기간 및 비용을 대폭 감소시킬 수 있고, 결과적으로 CAE 는 공학 해석, 비용 해석, 제품 계획, 공정 관리 등 제품 개발의 모든 과정을 통합하는 개념입니다.
최근 CAE 의 적용이 확산되고 있는 배경에는 개발 품목이 다양화 및 고도화되고 개발기간의 단축에 대한 요구가 높아짐에 따라 숙련된 기술자의 부족, 잦은 설계 변경 등에 의한 문제점을 최소화할 수 있는 엔지니어링 환경을 구현하고자 하는 데 있습니다.
CAE를 적용한 우주 왕복선의 유체해석
CAM의 정의
CAM(Computer Aided Manufacturing)은 컴퓨터 지원 제조의 약자로 제조 업무 활동을 지원하기 위해 컴퓨터를 사용하는 것으로서 제품 생산을 위해 CAD 에서 만들어진 형상 데이터를 입력 데이터로 하여 가공을 위한 NC 프로그램 작성 등의 생산 준비 전반을 컴퓨터에서 하는 것입니다. CAM 의 정의를 확장 시켜보면 가공뿐만 아니라 공정설계, 생산관리, MRP(Material Requirements Planning : 원재료에서 제품을 완성하는 데 필요한 자재의 흐름을 관리하여 제 조 활동의 최적화를 이루려는 계획), 작업기술결정(절삭양식 및 순서, 절삭조건, NC 프로그래밍), 가공, 검색, 조립(산업용 로봇) 등의 제품 제조 전 과정에서 컴퓨터의 지원을 받는 기술의 총칭으로 정의될 수 있습니다.
CAD, CAE, CAM의 연계
CAD 는 컴퓨터를 이용한 설계를 의미하고, 설계의 기본개념부터 최종마무리단계인 해석까지 컴퓨터를 통해 일련의 과정을 진행하는 것을 의미합니다. CAM 은 CAD 데이터를 이용하여 제조하는 것을 의미하며, 제품의 가공, 생산, 품질관리, 경영에 이르기까지 전 과정에 컴퓨터를 활용하는 것입니다. CAE 는 CAD 로 작성된 모델을 바탕으로, 컴퓨터 내에서 시뮬레이션(응력,열해석, 유체해석,강도해석)하는 것을 의미하며 제품생산 이전에 제품의 특성을 예측하고 수정 및 보완을 할 수 있도록 합니다. CAD/CAM/CAE은 하나의 개별적인 개념이 아니라, 서로 상호 보완 작용을 하는 제품 설계에서 생산에 이르기까지 과정을 컴퓨터를 이용하여 지원을 받는 것을 말합니다. 우리가 일상속에서 유용하게 사용하는 제품 대부분은 언급된 기술들의 상호 작용으로 탄생한 제품입니다.
