CFdesign 2011 Design Comparison & Critical Value Feedback

여러 설계안을 한 화면 상에서 비교하여,최적의 설계안을 선택 할 수 있도록 지원하는 기능 소개 동영상 입니다. 설계자 중심, 제품 개발 초기부터 해석을 적용,  디자인 툴로써의 해석 솔루션이란 개념에 부합하는 기능 같습니다.

Upfront CFD 적용 사례 : 파커하니핀(Parker Hannifin)

기존 제품 개발 과정의 극적인 개선뿐만 아니라, 이전에 인지 불가능 한 것에 대한 깨달음.

Upfront CFD 적용의 장점들 즉, 제품 적기 출하, 시제품 제작 최소화, 제품 초기 설계 단계에서의 품질 확보 등은 분명 한 것처럼 보인다. 그러나 Bruno Fairy 가 잘 알고 있듯이 여전히 증명될 필요가 있다.

Fairy씨는 영국의Warwick에 있는 Parker Hannifin Hydraulic Controls Division에 근무하는 해석 엔지니어이다. 하지만 아마도 Fairy의 파커하니핀에서의 가장 영향력 있는 임무는 CAE툴 사용에 대한 글로벌한 지원일 것이다.

파커하니핀은 자동차,항공,일반 산업 시장등 다양한 업종에 모션 콘트롤 시스템과 정밀 엔지니어링 솔루션을 공급하는 업계 선두의 기업이며, 매출은 10억 달러가 넘는다. 파커하니핀은 53년 연속으로 주주들에 대한 배당을 늘려 왔으며, 이는 미국 S&P 500 지수 기업중 장기 배당 증가 순위에서 5위내에 들어가는 기록이다.

파커하니핀의 경영자들은 이익은 점점 줄어드는 경제 환경에서 살아 남기 위해선 설계(Design) 에 대한 투자를 예산과 작업 계획에 반영 하는 것만으로는 충분하지 않다는 것을 깨달았다. 실질적인 경쟁 우위를 점하기 위해선, 전통적인 비용/시간 절약외에 추가적인 가치를  찾고 실현하여 증명하는 것이 필요 했다.

초기에 문제 해결.

Bruno Fairy 에게, 가치 추가란 가상개발기술(virtual development technologics) - CFdesign 같은 Upfront CFD 소프트웨어 - 을 제품 개발 과정에 적용하는 것을 의미한다. CFdesign은 파커하니핀과 같은 기업들에게 주요한 시간과 자원의 집행 이전에 설계(Design)가 어떻게 수행되어야 하는지 확실한 그림을 제공 함으로써, 제품의 시장 출하 시기를 앞당기고, 더많은 설계안 검토가 가능케 하며, 신뢰성을 확보 할 수 있도록 돕는다.

"신뢰성 확보는 우리가 고객을 위해 하는 모든 일에서 핵심 사항 입니다. 기계가 제대로 작동하지 않는 바람에 작업자가 일을 중단 한다면, 엄청난 금전적 손실이 발생 합니다. 우리가 신뢰 할 수 있는 시스템을 공급 한다면 모든 사람들에게 이득이 될 것 입니다.즉 파커하니핀 제품은 우수 하다는 명성과 함께 고객과 더 나은 관계를 형성 유지하고, 고객은 고장시간의 감소로 더 많은 이득을 얻을 것 입니다." 라고 Fairy 는 말한다.

신뢰성 확보는 모든 제조업체의 본명한 목표처럼 보인다. 하지만 접근방법의 실질적인 중요성은 시스템과 구성요소의 문제 해결을 위한 비용을 고려 할때에만 분명 해 진다.비용은 제품 개발 과정상 뒤로 갈 수록 (설계단계 < 시험단계 <생산단계 <납품후 AS ) 증가한다.

"설계 단계에서 결함을 해결하면 비용은 얼마 들지 않습니다. 하지만 제품 개발 과정의 뒤로 갈수록 문제 해결 비용은 연쇄적으로 빨리 상승 합니다.  원가 효율적인 제품이나 시스템을 만들기 원한다면 가능한한 제품 설계 초기 단계에서 문제를 확인하고 해결하는 것이 필요합니다."

밸브 내부의 압력 분포

시제품 의존도 감소

Parker's Hydraulic Controls Division-Warwick 은 방위산업 분야에서 업계 최고의 복잡한 유압 장비를 설계하고 제조한다. 현장에서의 최대의 신뢰성 확보는 만약에 과압 상태라면 장비는 어떻게 될까? 와 같은 가정에 대한 해답을  포함한다. 이러한 조건의 환경을 만들고 시제품을 테스트 하는 것은  시간과 비용이 많이 소비 될 뿐만 아니라 상당히 위험하다. 그러나 최근까지 파커하니핀은 시제품을 만들고 테스트 하는 것 외에는 다른 방법이 없었다.

"자동차 제조사나 항공기 설계자를 생각해 봅시다. 그들은 자동차가 충돌 했을때, 또는 비행기의 랜딩기어가 파손 됐을때 무슨 일이 일어날지를 알아야 합니다.  현실 상황에서 자동차나 항공기가 어떻게 기능 하는지 보기 위해선 시제품을 제작하여 테스트 하는 것만이 최근까지설계자들이  신뢰성이 확보된 설계를 할 수 있는 유일한 방법이었습니다. CFdesign 소프트웨어는 우리가  가상 제품 개발 (Virtual Product Development) - 최대한 제품 설계 초기 단계에서예상치 못한 뜻밖의 일들을 줄이기 위해 CAD 모델을 해석하고 시뮬레이션 -을 가능토록 합니다."

ROI 방법론

Fairy 는 경험에 의해서 upfront CFD의 이점을 알고 있었지만, 파커 디비전이  CFdesign에 시간과 자금을 투자 하는 것에 안전함을 느끼기전에 ROI 방법론과 테스트 케이스에 의해서 이점을 증명 해야만 했다. 그는 upfront CFD 가치를 보여주기 위해 ROI 방법론을 정의하는 것은 비교적 수월하다고 말한다.

"당신은 당신의 계약이 얼마나 가치있는지 알고 있습니다. 그리고  프로젝트의 하루 또는 일년의 비용이 얼마나 되는지 산출 할 수 있습니다.또한 설계,제조,시험,시제품 제작에 소요되는 노동 비율과 각 카테고리 별로 얼마나 많은 시간이 걸리는지 대략적으로 알 수 있습니다.

이것은 초기에 CFdesign을 채택하는 것의 재정적 이점을 명확하게 보여줍니다.

당연히 당신은 사용하는 소프트웨어의 비용도 포함  시킬 필요가 있습니다.소프트웨어 비용을 년간 사용 시간으로 나누면 시간당 비용을 얻을수 있습니다.프로젝트에 사용된 시간을 계산에 넣으면 소프트웨어 사용 비용을 알 수 있습니다. 또한 제품의 최종 버전을 얻기전에 몇번의디자인 사이클을 거친다고 가정 해야 합니다. 물론 매번 아무런 준비없이 하는 것보단 당신이 알고 있는 것에서 만들어 가기 때문에 각각의 사이클은 첫번째 사이클보단 비용이 적게덜 것 입니다."

극적이고, 반박할 수 없는 증거

Fairy 의 ROI 방법론에 의하여 측정된 CFdesign을 사용한 trial project의 결과는 극적이었고 반박할 수 없을 정도 였다.

예로, Parker's Dominick Hunter Division 의 설계자들은 제품의 경쟁력을 증가시키고, 그를 통해서 마켓쉐어를 늘리기 위해 제품 다양성을 합리화 할  필요가 있었다. 설계팀은 전통적인 방법을 넘어 virtual product 방법을 적용 하여 80%의 개발 비용 절감 및 50%의 개발기간 단축 효과를 실증 할 수 있었다.

또 다른 예로,예전 프로젝트에 대한 Fairy 의 ROI 비교에 의하면 그 당시엔 virtual product development 방법을 적용 할 수 없어 전통적인 방법을 적용 함으로써 90% 개발 비용과 80%의 개발 시간이 낭비된 것으로 나타났다  오늘날의 경제 상황에서는 이러한 수치는 결코 무시 할 수 없고, frontloading CFD의 실질적인 이점을 보여주는 명백한 증거를 제공 한다.

밸브 내부의 유동 패턴

기존 미해결 과제의 해결

ROI 방법론으로 측정 불가는한 무형 것으로,  다른 어떤 방법으로도 풀리지 않은 문제를 해결할 수 있는 기능을 들 수 있다.

Fairy 는 휠로더 스풀 디자인 프로젝트를 한 예로 들었다. CFdesign을 적용 하기 전에는 설계팀은 18개월의 노력에도 불구하고 불안정성 문제를 완전히 해결 할 수 없었다.

"그 불안정성은 메니폴더 또는 밸브 내부의 캐비테이션과 연관 된 것으로 생각 되었으며, 전통적인 테스트 방법으로는 쉽게 볼 수 없는 것이었습니다. 상당한 전문 지식과 과거의 유사한 경험으로도 문제의 원인을 정확히 찾아 내기가 어려웠습니다.

이러한 상황에서, 설계팀은 설계하고, 시제품을 제작하고, 고객시스템에 시제품을 조립하고, 시스템의  거동을 측정하고, 결과를 해석하고, 그런 후에 재설계를 했습니다. 여타 복잡한 유압 시스템과 마찬가지로,  밸브와 메니폴드의 불안정성을 야기하는 경우는 많지 않았습니다. 설계팀은 애썼지만, 정말로 문제가 어디에 있는지 정확히 알 수 가 없었습니다. 이 문제를 시각화 하기는 불가능 했습니다.."

파커하니핀이 CFdesign 소프트웨어에 투자한 후에 설계-제작-테스트 방식은 결국 가상접근방법(virtual approach)로 대치 되었다.

"4주간의 교육 참석 기간내에, 설계팀은 모델을 개발하고, 해석하고, 타당한 이유를 알 수 있었습니다. 우리는 CAD에서 솔루션을 설계하고, 더나은 결과를 산출하는지 살피기 위해 CFdesign에서 시뮬레이션 하였습니다. 그리고 난 다음에 마침내 시제품을 만들었고, 고객과 함께 현장에서 테스트를 시행했고, 솔루션은 제대로 작동 되었습니다. 고객으로부터의 피드백은 자신이 조작해 본 휠로더중 최고라는 것이 었습니다."

이 경우에서는, 시물레이션은 파커의 엔지니어들이 일을 줄곧 바르게 해왔었다는 것을 보여 주었다. 그들은 문제를 풀기 위해서 제품 내부에서 무슨 일이 일어 나는지에 대한 더 깊은 고찰이 필요할 뿐이었다.

ROI 의 두가닥(부분)

Fairy 의 경험은 CFdesign 같은 가상 시뮬레이션로 부터 얻을 수 있는 ROI 에는 두가지 주요 가닥이 있음을 보여준다. 하나는 기존 프로세스의 엄청난 개선에서 나오는 것이고, 또 다른 하나는 이전엔 풀리지 않던 문제의 근원과 새로운 능률에 대한 가능성을 시각화 하는 능력에서 나온다.

기존 프로세스의 개선에 대한 ROI 증명이 비록 더 쉽지만, 단품과 파트와 어셈블리의 내부 작동에 대한 새로운 고찰을 할 수 있는 능력은, 파커 디비전이 미래에 사용될 지식 데이터베이스를 구축할 수 있게 함으로써 결국에는 더 가치 있는 것이 될 것이다.

원본은 여기를 참조 하시길..

CFD 논쟁 : FVM 이냐? FEM이냐?

유동해석 분야에서는 유동현상을 해석하기 위해 필요한 메쉬 작성과 관련하여 FVM(finite-volume method) 과 FEM(finite-element method) , 둘중 어느 것이 효율적인가에 대한 논쟁이 계속되고 있습니다. 이에 대한 Rita Schnipke(BRNI공동창업자)의 언급을 옮겨 봅니다.
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Figure 1 – “stair step” approximation for a curved surface

FVM 방식은 finite-difference method(FDM) 방식의 변형이다. 초기의 CFD 개발자들은 구조화된(벽돌 모양의)  메쉬 생성을 위해 FDM 방식을 사용했다.이 방식은 유동 영역의 볼륨의 중심점(vertex) 이나 마디(node)를 잘 연결짓는 적절한 격자 구조를 제공했다.

From FDM To FVM

FVM  방식은 FDM 방식에서 사용되던 수학적 표현 대신 노드(node)와 노드(node) 사이의 종속된 변화 유동(flux)을 고려 하였다. 유동체는 해석 영역내에서 흐르는 것이므로, 이러한 방식은 유동체의 물리현상을 자연스럽고 직관적으로 표현한다. 그러나 FVM 방식에서는 존속가능한 해답을 얻기 위해선 유동이 정확히 평형을 유지해야만 한다. FVM 방식은 해석의 목표를 노드에서의 해답 찾기에서 균형잡힌 유동의 해답찾기로 변환한다.

초기의 FVM 알고리즘은 유동을 개발자들이 쉽게 이해하고 CFD 컴퓨터 프로그램에 적용하기 쉽다는 이유로 벽돌모양의 해석 영역 표현에 의지했다.일부 FVM cfd code는 여전히 이러한 구조화된 격자 표현에 의지한다.

하지만 FVM 방식은 벽돌 모양 이외의 다른 형상을 표현하는데 문제가 있다. 유기체 또는 복잡한 형상에서는 해석대상체를 정확하게 표현하기가 힘들다.

Stair steps and computer resources

그림1은 곡면에 대한 벽돌모양의 격자 표현 방식을 보여주고 있다. 빨간색 원 주변으로 고전적인 계단 효과를 볼 수 있다. 당신이 생각 하듯이, 곡면 형태의 벽몀을 계단 형태로 표현하는데에는 고유이 부정확성이 존재한다.

벽돌모양의 격자 생성의 또다른 하나의 문제는 미세한 격자 생성에 필요한 컴퓨터 리소스의 용량에 대한 것이다. 그림2는 2차원 계단면 표현에 필요한 미세 격자 생성을 보여준다. 박형 주변의 미세한 격자는 경계면까지 확장 되어야만 함을 나타내고 있다. 삼차원 형상에서 벽돌모양의 격자는 삼차원 각 축 방향으로 동일한 수의 요소를 유지해야 하기 때문에 미세 격자는 급경사면 후면의 꽤 먼 곳까지 확장 되어야 한다.

Figure 2. Structured mesh on a two-dimensional cascade (http://www.iafr.eu/TESI/4.htm)

그럼, FVM 개발자들은 비구조화된 메쉬를 사용하면 어떨까?

일부는 그렇게 한다.하지만 FVM을 완전히 비구조화된 메쉬로 변경하는 것은 엄청난 노력이 필요하다. 설령 그렇게 하더라도, 비구조화된 메쉬의 특성에 의해서 수학적 불안정성이 많이 나타난다. 또한 각 노드에 종속된 유동의 진로를 추적하고 기록하기 위해서는 엄청난 컴퓨터 리소스가 필요로 한다.

The FEM for CFD

1980년대 초반에, CFD 개발자들은 finite-element method(FEM)에 관심을 갖기 시작했다. 구조해석 분야에서 FEM  방식을 채택한 초기의 개발자들은 대부분 성공을 거두었다. 사실, FEM 방식은 구조해석 분야에서 수십년간 표준으로 자리 잡고 있다.

그러나 FEM 방식을 CFD 영역까지 확장 적용하는 것은 쉽지가 않았다. 초기의 FEM 채택 개발자들은 FVM 방식에서 배운 교훈을  그대로 적용하기는 어렵다는 것을 알았다. 그때까지 FVM 방식의 알고리즘은 어려운 CFD 문제를 효율적으로 풀 수 있도록 잘 조율되어 있었으나 비효율적 메쉬 생성이란 결과를 낳았다. CFD 의 지배 방정식들은 연계되고(coupled) 비선형적(non-linear)이기 때문에 , 근사화(approximations) 가 꼭 필요하다. 초기의 FEM 채택 개발자들은 근사법에 익숙치 않았거나, 근사법이 너무 비수학적이라는 기초에 근거하고 있었다.

나(Rita Schnipke)는 1990년대 중반 전력산업계를 위한 FVM code 개발이라는 산학연구를 진행하던 버지니아 대학의 연구 그룹 초기 멤버였다.우리는 유동체의 속도와 압력에 대한 편미분 방정식(PEDs) 분할을 위해 가중 적분법 접근법(basic-weighted integral approach)을 사용 하기로 했다.우리는 이 접근법을 FVM의 전체 솔루션 알고리즘과 다른 수학적 근사화(풍상차분법과 같은)에 결합 하였다.

이러한 기술적 결합은 FVM 방식의 최고의 연산 효율을 위해 만들어졌지만, 실물세계의 까다로운 형상을 더 정확하고, 강건하고,효율적으로 모델링 할 수 있게 하였다. 이 솔루션은 FVM과 FEM 양쪽 방식이 결합된 것이지만, 기본 토대는 FEM 방식이다. 그래서 우리는 이것을 FEM-based CFD 라고 불렀다.

Best of both worlds, but mostly FEM

FEM-based CFD 는 터보기계,연소,고속외기류와 기타 다수의 어려운 CFD 문제에 대하여 성공적으로 증명 되었다. FEM-based CFD은 CFdesign 소프트웨어에 사용된 코드이 기초가 되었다.


CFD 사용자 관점에서 보면, FEM 방식의 접근엔 중요한 몇가지 장점들이 있다.
 -CFD 솔루션에 좀 더 쉽게 접근 할 수 있다.
 -복잡한 형상의 메쉬가  쉽고, 정확하다.
 -CAD와 다른 CAE 툴과의 연계가 쉽다.

FVM 방식의 주요 장점은 CFD 개발자들에게 이 방식이 일찍이 채택된 이유로 이 방식을 위해 발전된 진보한 물리학에 있다. 그러나  유동해석 분야에서 새롭고 발전된 FEM 방식의 빠른 진보에 의하여 그 장점이 퇴색되고 있다.

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**원문은  여기 를 참조 하세요..

CFdesign 2011 Winter Update Cuts Simulation Time in Half

 정기 업데이트가 발표되었네요.. 주 내용은
   1.솔버 속도 향상 :2배 빨라졌다.
   2.cad integration이 강화되었다..  머 이정도 같습니다. 자세한 것은 하기 링크 참조..


CFdesign 2011 Winter Update Cuts Simulation Time in Half

Turn your design process upside down

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The human side of upfront CFD, 1 of 2 | Upfront CFD

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Upfront CFD Helps Uncover Rare Flow Problem in Valve Design | Product Design and Development

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Blue Ridge Numerics’ CFdesign 2010 Received NASA Tech Briefs Product of the Year Award

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Defining Upfront CFD According To Blue Ridge Numerics

Defining Upfront CFD According To Blue Ridge Numerics

CFdesign 2010 : CAD 데이터 중심의 Multi scenario Design Study 환경을 최초로 전자 산업에 제공

-Upfront CFD CFdesign 2010은 디자인 OK / NG 및 What - If 연구를 통하여 구조 및 열에 대한 엔지니어링 업무 목표 달성 지원

미국 버지니아 주 샬로츠빌 - 2010 년 2 월 23 일: upfront CFD 소프트웨어의 세계적 선두 기업인 Blue Ridge Numerics 사는 전자 산업의 기능을 탑재한 CFdesign 2010을 발표했습니다. 이 제품은 광범위한 CAD 통합 설계 연구 환경 구축을 통해, OK / NG 및 what - if 엔지니어링 시나리오 설정을 가능하게 하고, 효율적인 워크플로우를 제공하는 최초의 전자 산업 CFD 솔루션입니다.

이번 업데이트에서는 디자인 시뮬레이션 및 레이아웃, 핵심 구성 요소는 물론 전체 시스템에 대한 성능 등 설계자의 요구를 충족하는 유체 흐름과 열전달에 대한 통합 환경을 제공합니다. 처음 사용하는 사용자, 간헐적으로 사용하는 사용자, 그리고 고급 사용자까지, 일상적으로 사용하는 CAD 시스템을 이용하여 품질 개선과 혁신을 위한 모든 아이디어를 검토할 수 있고,OK / NG의 평가 입각한 의사 결정을 할 수 있습니다.

CFdesign 2010은 의사 결정 과정을 간소화하고 프로세스를 개선합니다. 그것은 전자 기기의 냉각과 발열에 대한 1개 또는 여러 개의 시나리오를 생성, 관리할 수 있는 유연하고 가벼운 환경을 제공합니다. 새로운 Decision Center는 디자인, 중요한 특정 값을 비교 가능토록 하여 프로세스 성능을 확보 할 수 있도록 대쉬보드 타입의 사용하기 편한 인터페이스를 제공합니다. 또한 디자인 정보에 대한 의견은 표준 엔지니어링 용어로 표시되므로 CFD 전문가가 아니어도, 분석을 여러 번 반복하지 않고 환기구 위치 및 유동경로, 분기점 온도, 방열판의 디자인, 팬 성능 및 레이아웃과 같은 중요한 정보를 한번의 분석으로 얻을 수있습니다. 유연한 워크플로우는 여러 설계 기준을 충족하고 미래의 혁신을 견인하는 기회를 가져다 줄 것입니다.

"해석/분석 업무는 제품 개발 과정에 필수적인 요소로 점점 중요하게 받아들여지고 있습니다. 설계자는 물리적 프로토 타입을 이용한 검증 이전에 설계 제품의 성능에 대한 확신을 가질 수 있어야 합니다. CFdesign 2010 이러한 경향에 대한 중요한 움직임이 될 것입니다. " 또한 "CFdesign 2010은 CAD 환경에 익숙한 CFD 전문가가 아닌 설계자에게 1개 또는 여러 시나리오에 의한 디자인 검토 기능을 통해 유체 유동 성능을 평가해 볼 있는 툴을 제공합니다. 이 새로운 디자인 검토 환경이 설계자가 제품 개발 초기 단계에서 다양한 설계안 비교, 제품 성능 평가를 가능케 하고, 그 결과 전반적인 제품 품질 향상과 혁신을 이끌어주고 있습니다 " 라고 CPDA 사의 연구 담당 이사 Keith Meintjes 씨는 말했습니다..

"전통적으로 CAD에 내장된 CFD 제품은 단일 시나리오 해석에 마추어 개발되고 있기 때문에 multi-scenario design study 기능을 지원하지 않으므로 여러 시나리오 에 대한 검토를 하려면 시간이 오래 걸리며, 비효율적이며, 어떠한 경우에는 불가능한 경우도 있었습니다. 그 결과 대부분의 기업에서는 CFD에 투자해서 얻는 것이 없었던 것입니다. CFdesign 2010은 지금까지 모든 CFD 제품들이 약속 했으나 지금까지 실현 못한 것을 가능케 합니다. 설계자가 자신이 사용하는 cad 패키지내에서 다양한 시나리오를 만들고, 비교하고, 개발 초기 단계에서 합격 여부 판정과 품질 혁신의 목표를 충족하는 제품 디자인의 중요한 의사 결정 지원이 가능하게 하는 것이 CFdesign 2010입니다 "라고 BRNI 제품 관리자 Derrek Cooper는 말했습니다.

Blue Ridge Numerics 회사 소개
Blue Ridge Numerics, Inc. 사는 열 유체 해석 글로벌 시장에서 가장 성장하고 있는 기업이며, 북미 지역에서 빠르게 성장하는 기술 기업 리스트에 항상 올라 있습니다. Upfront CFD 소프트웨어인 CFdesign은 디자인 개발의 초기 단계에서의 유체 및 열전달의 탁월한 시뮬레이션 기능을 제공합니다. 본 제품은 제품 품질 향상, 타임 투 마켓을 단축하고, 제품의 라이프 사이클 전체를 통해서 이익 향상에 크게 기여하고있다. 자세한 정보는 CFdesign의 사이트를 참조하십시오. http://www.cfdesign.com

연락처
AMDT : CFdesign 한국 총판

TEL : 070-4010-8000