Mechanical Design의 특징 ( CATIA V5)

CATIA V5의 Mechanical Design은 기본적으로 Sketch Base로 모델링 하게 끔 하도록 만든 CAD Solution입니다.  아래 그림 두 장을   보면 한 평면에 SKETCH를 만들었고 그 SKETCH를 이용하여 SHAFT 또는 PAD 형상을 만들었습니다.SKETCH로  프로파일을 먼저 만들고 형상을 만드는 방식의 CAD 소프트웨어 입니다.

일반적인 타  CAD system 에서는 좌표 축 시스템을  매우 강조합니다.  

하지만 CATIA에서는 좌표축 시스템을 타 CAD 시스템보다 많이 강조하지는 않습니다. 기본  좌표축에 있는 평면들을 이용해서 스케치를 그리고 그 스케치로 모델링을 시작하면 됩니다.

CATIA는 스펙트리를 위주로 모델링 하도록 만든 도구 이면서 DATA 내부의 각 Element들 간의 관계와 연결성을 맺으면서 모델링 하는 매우 유용하게 적용할 수 있는 CAD 도구입니다.

전문 용어로는 Historical Modeling 이라고도 합니다.

사실 기계,자동차 및 부품 설계 담당 설계자 분들이 주로 사용하시는 기능들이 Part Design, Sketcher, Assembly, Drafting, Generative Surface Design (이하 GSD란 약어로 사용하는 경우가 많이  있습니다.)인데 그 밖의 기능 중에는 elelement 관계성을 맺지 않고 사용하는 기능들도 많이 있습니다.

FreeStyle Shaper 같은 제품이 대표적인 제품인데 자유곡면을 얼마나 잘 표현하느냐를 목적으로하는 기능이기 때문에 생성되는 요소간에 관계 요구부분이크게 필요하지 않기 때문이지요.

요소 간의 관계란 이런 걸 의미합니다.  아래 그림에서 윗 그림은 Sketch를 이용해서 Pad를 하였습니다.

여기서 스케치의 형상을 사각에서 원형으로 바꾸게 됩니다.

그러면 그에 의한 육면체 형상에서 원기둥 형상으로 바뀌게  됩니다. 이것을 요소 간의 관계로 표현합니다.

실제 CATIA의 Part Design Workbench 내부나 WireFrame & Surface  Workbench 내부에 들어가서 실제 작업을하게 되면 대부분의 기능이 element와 Feature 들이 Parent/children (부모/자식)의 관계를 맺고 작업을 하도록 되어 있습니다.

실제 부모/자식 관계를 맺지 않는 기능은 Part Design과 Generative Shape Design 기능 중에 한 두 개에 지나지 않습니다.   물론 여러분들이 Wireframe& Surface Workbench나 GSD(Generative shape Design)Workbench에서 부모/자식 연관성을 끊고 작업하겠다고 강력하게 의지 표명을 하지 않는 한 말이죠.

아래의 그림 2개는  똑 같은 결과물의 DATA이지만 스펙트리를 보시면 다르다는 것을 볼 수 있습니다.

또한 CATIA는 Parametric 모델링 방식의 CAD입니다. 사실 요즘 나오는 대부분의 CAD가 Parametric 모델링이 지원되기 때문에 CATIA가 Parametric 모델링이 지원된다고 하는 것에 대해서는 타CAD 소프트웨어에 대비하여 큰 장점은 못 느낍니다.

그리고 수식을 이용한 Modeling도 타 CAD에서 지원이 됩니다.

그림에서 보시는 처럼 BOX가 한 개 있습니다.

그런데 박스의 가로와 세로의 비율은 1:2 로 만들고 싶고 박스의 가로와 높이의 비는 1:3 로 맞추고 싶습니다.  

상기 그림 두개중 아래의 모델은 윗 모델을 수정변경한 것으로 가로대비 세로 및 높이의 비가 일정하도록 만들어져 있습니다. 배율을 확대하면 사용자가보는 모양이 거기서 거기이기 때문에 변하지 않는 원통을 옆에 별도로 만들어서 비교해 보았습니다

이러한 파라미터, 관계식, 표 등을 이용한 기능 및 방식을 지원하는 제품이 Knowledgeware라고 하는 제품 군들 입니다.

CATIA V5의 기본구조

CATIA V5의 기본구조

CATIA를 구동하면 기본적으로 아래와 같은 창이 나옵니다.  물론 여러분이 CATIA를 실행한 것과 제가

실행한 것은 모습이 같지 않을 수 있습니다.  ICON의 위치나 배열을 제 마음대로배치 하였으니까요.

상기 그림을 보면 여러분은 다른 Windows office 프로그램들과 유사한 점과 다른점들을 찾을 수 있습니다.

상단에 메뉴 바가 있는 것하며 주변에 아이콘들이 배치되어있는 것하며  … 그러고 보니 우측 최 상단 에 windows 확대,축소,종료 ICON이 있는것 외에는 실제로 별로 같은 점이 없네요.

화면을 보시면 가장 상단에 메뉴 바와 가장 하단에 상태 바를제외한 상하좌우에 ICON들이 존재합니다. 우선 ICON들을 내 마음대로 바꿀 수 있다는 거지요..  오피스 프로그램도 사실 그러네요 유사한 형태들로 구성되어 있지요. 이 형태가 유사한 이유는 대부분의 소프트웨어들이 마이크로소프트에서 제공하는 개발용 프로그램들로 제작되어 있기 때문입니다.

가운데 화면에Geometry 형상을 볼 수 있는 화면이 나타나고 (Geometry영역이라고 부르고 ,현재 사각 박스형상의 물체가 있습니다.) 그 화면의 좌측상부에 “Specification Tree” (간단히 “스펙트리”라고 부릅니다. )

우측하단에는 현재 활성화 되어 있는 3차원문서의 실제 Geometry형상의 XYZ방향을 알려주는 축이 보입니다. 우측 상단에는 역시 똑같이 XYZ방향을 가리키고 있지만 조금 모양이 독특하게 생긴 녀석이 보이는 데 이를 Compass(컴퍼스)라고 칭합니다.  컴퍼스는 필요에 따라 Part문서에서는문서에 포함된 내부 Geometry요소들을, Product 문서에서는문서에 포함된 하위 부품이나 조립부품 들을 옮기고 회전시키는 용도로 사용합니다.

가장 하단에 있는 상태 바에서는 좌측 편에는 Geometry 영역 또는 스펙트리 영역에서 특정 Element나 Feature등을 선택한다든지 아니면 ICON등을 선택했을 때의 선택된정보에 대해서 알려주는 역할하고 우측편의 입력 창으로는 단축 명령을 실행하거나 검색명령 등을 사용할 수 있는 기능을 제공 합니다.

CATIA는 사용자들에게 3 button Mouse를 사용하도록 권장합니다만보통 시중에 나오는 Wheel 마우스의 중간 Wheel 버튼을클릭하여 가운데 button을 대신합니다.

편의상 왼쪽 버튼부터 1번 2번 3번의 순서로 MB1, MB2,MB3 라고 표현합니다. Mouse Button 몇 번이라는 의미이지요.

MB1은 선택용으로 사용합니다. 스펙트리에서 ITEM을 지정할 수도 있고 중앙 화면에서 직접 눈에 보이는 형상으로 지정할 수도 있습니다.

MB1은 선택용으로 사용합니다. 스펙트리에서 ITEM을 지정할 수도 있고 중앙 화면에서 직접 눈에 보이는 형상으로 지정할 수도 있습니다.

MB2는 내가 선택한 Geometry의 회전중심을 지정할 때

MB3은 Mouse Point가 놓인 위치에 있는 Element든 Feature든 해당 ITEM에 관련된 Menu를 보여주고 선택할 수 있도록 합니다. 이 메뉴를 Context 메뉴라고 표현하지요. (아래그림 참조 )

그리고 MB2를 누른 상태에서 마우스를 움직이면 PAN(이동) 기능, MB2는 누르고 있는 상태에서 MB1 또는 MB3 를 추가로 누르고 움직이면 ROTATE(회전), MB2를 누른 상태에서 MB1 이나 MB3를 눌렀다 떼고 마우스를 상하로 움직이면 ZOOM IN/ZOOM OUT기능이 됩니다.

회전의 경우 대부분의 다른 CAD 소프트웨어들은 마우스를 반시계 방향으로 돌리면 물체는 시계방향으로 돌게 됩니다.이는 마우스를 상단으로 움직이면 물체는 상단으로 회전하고 다시 마우스를 우측으로 옮기면 그 상태에서 물체는우측으로 회전하고 다시 마우스를 아래쪽으로 옮기면 물체는 아래쪽으로 회전하고 다시 마우스를 좌측으로 옮겨 시작적으로 돌아가면 물체는 마지막 위치에서좌측으로 회전하는데 이를 연속적으로 돌리면 실제 우리가 생각하는 회전방향과 반대로 돌아가게 되어있습니다. 논리적으로 가만히  생각해도 틀린 것은 아니지요.

하지만 사용자가 마우스를 시계방향으로 회전시키면 물체는 시계방향으로돌아가게 하고 싶은 것이 보통 사람들의 바램이므로 CATIA에서는 가상의 공을 삽입하여 공의 가장자리를 당기게 함으로써 우리가 생각하는 방향으로 돌아가게 만들었습니다.  정성이 갸륵하지요. 아이디어도 좋구요. 요즘 나오는 프로그램들이 이 방식을 따라 하는 게 유행이 되고 있습니다.

CATIA에서는 여러 가지 입력 장치를 지원하고 있습니다. 그 중 Tablet pen을 사용하는 사람들은 Panning, Rotate, Zoonin/out을 어떻게 해야 할까요.

CATIA에서는Option으로 Tablet사용자들을 위하여 그 기능을 쉽게 사용할 수 있도록 제공하고있습니다.

Tools->Options에서 Options Tree의 Devices and Virtual Reality 항목의 Tablet Support Tab에서 Transformation Pad의Active Transformation Pad 항목의 check box를켜두시면 됩니다

이로써 여러분은 좌 우 상 하 중 한곳에 PAN, ROTATE, ZOOM기능을 사용할 수 있는 기능도구를 추가로 가질 수 있게 됩니다. 마우스로도 사용가능하나 마우스 사용자는 먼저 마우스의 활용도부터 먼저 익혀 사용하시기를 추천 합니다.

CATIA는 많은 종류의 문서를 가지고 있으나 Mechanical Design 분야에서는문서에서는 아래 3가지의 문서가 가장 많이 사용되고 있습니다.

Product문서(*.CATProduct ), Part문서(*.CATPart), Drawing문서(*.CATDrawing) 그외 Material문서(*.CATMaterial),CATALOG문서(*.Catalog),그리고 문서양식으로 사용되지는 않지만 *.CGR 파일등이 사용됩니다.  

CATIA에서 가장 기본이 되는 문서는 Product문서입니다.  Product 문서는 조립품이나 부분조립품 등을 위하여 주로 사용되는 문서입니다만. 면밀히 들어가면 CATIA 내의 매우 많은 제품군들이 이 Product 문서를 사용하도록 요구되고 있습니다.

CATIA 도데체 어떤 프로그램인가요?

이 글은  제가 옛날에 배고파 굶고 있을 때(?) 책이라도 써볼려고 적어 놓았던 원고 입니다.   

시점을 좀 놓친 것도 같고  요즘은 바빠서 원고를 써 내려갈 시간도 없고 할 것 같아서 제가 운영하는 인터넷 카페에 조금씩 편집하면서 올린 글입니다 만.  조금씩 블로그로 옮기도록 하겠습니다.

글은  V5기준으로 작성되었습니다.    

CATIA 가 도데체 어떤 프로그램인가요?

CATIA가 도대체 뭐 하는 소프트웨어 일까요? 이 이야기를 하기전에어디선가 들었던 이야기로 시작해 보겠습니다. 옛날 이야기 중에 임금님이 맹인들을 데려다 놓고 코끼리를만지게 하여 어떤 동물인지 맞춰보라 했다는 이야기를 알고 계실 것 입니다.

실화였는지 가상의 이야기였는지는 잘 모르겠지만 실제 코끼리를만진 맹인들은 자신들이 만져본 부분 만 이해하고는 이렇니 저렇니 라고 주장 하더라는 내용이지요.

많은 사람들이 CATIA는 CAD 또는CAD/CAM 소프트웨어 라고 들 이야기 합니다. 사실CAD 소프트웨어도 기계 부문용 CAD 전기 부문용CAD건축 부문용 CAD 조선/PLANT 부분용 CAD등 목적에 따라 다르게 구현되어 있으며 대개 별개로 사용됩니다.

CATIA를 만든 회사는 욕심이 많아서(?) 모든 산업 군에서 사용되는모든 프로세스를 지원할 수 있는 소프트웨어를 만들고 싶어 합니다.  그래서 아주 다양한 분야의 프로세스를CATIA내에서 사용 할 수 있도록 만들었습니다. CATIA외에도 DELMIA, ENOVIA, 3DVIA, SIMULIA라는 BRAND 명으로출시한 소프트웨어들을 같이 엮어 사용하게 되면 수많은 제조업의 상당히 많은 부분을 프로세스를 담당 할 수 있습니다. 이 모든 내용을 모두 알 필요는 없으므로 CATIA만을언급하도록 하겠습니다.

그럼 CATIA는 어떤 부분들을 지원하는지를 조금 간략히 열거해 보겠습니다. (사실 저도 지식이 좀 짧아 모든 부분에 대한 내용을 다 알지 못합니다. )

여러분들의 지식으로 가장 많이 알고 또 잘 알고계신 분야가 Mechanical Design(기계설계) 분야 입니다. 이 부분은 이 책을 읽으시는 분이라면 아주 잘 아시는 영역이 될 것입니다.  기계, 자동차, 항공기, 소비재 등의 제품을 모델링하고 설계하고 도면 등의 출력물을만들어 내는 역할 등을 하는 분야입니다.

그 다음이 STYLINGSHAPE 분야를 지원합니다. 이 부분은 미적 아름다움을 원하는 소비자 고객들에게 제품의 외관을 예쁘고 멋있게 만들기 위한 외형 곡면을 제작하는 분야입니다. 항공기의 외관형상(물론 항공기를 뜨게 하는 양력등 공기역학 같은공학적 부분을 먼저 감안해야 하겠지만), 자동차외관 및 실내, 전자제품케이스, 화장품 용기 등등 공학적인 분야보다도 아름다움을 추구하는 분야에 관련된 TOOL입니다.

다음은 해석 분야를 지원합니다.  CATIA V5에서의 해석분야는 선형정적해석분야와 진동분야만 지원합니다. 해석 분야쪽은 제작사에서 이미 전세계 비선형 해석분야의 양대 산맥중 의 하나였던 Abaqus를 인수하여 SIMULIA라는브랜드를 만들어 마케팅을 하고 있기 때문에 선형해석분야는 2개의BRAND에 중복되어(일부는  중복됩니다만) 판매되는 제품 군 입니다. 이렇게 양쪽부분을 공유하는 제품 군이 다수 존재합니다.

다음은 기계 가공 분야입니다. 여러분들이 주로 알고 계시는 CAM (Computer Aided Manufacturing)이라는 분야이죠

CATIA는 선반가공 2.5축, 3축, 4축, 5축을 모두 지원합니다.

자동차분야는 금형 제작을 많이 하기 때문에 3축 CAM을 많이 사용하고 항공기분야의 경우 부품을 직접 가공하는경우가 많기 때문에 4축 이상의 CAM을 주로사용합니다.

다음은 디지털Mock-Up분야 입니다.

디지털 Mock-Up이란다수의 부품들이 모여서 생성되는 제품들 예를 들어 자동차, 항공기, 공작기계등등 많은 수의 부품들이 조립이 되면 이 제품들이 간섭이 되었는지 제대로 밀착이 되었는지 들을 파악하기 위하여 전체적인 검토를 하기 위한 방법입니다. 십여 년 전에는 나무나 상대적으로 값싼수지 등을 이용하여 Physical Mock-Up이라 불리우는 목형(주로나무를 조각해서 만들었기 때문에 이렇게 불리지요.) 을 깎아서 실제 상황에 버금가도록 제작하여 예로써자동차 엔진 룸 내부 부품끼리의 간섭이 발생하는지 여유간격이 있는지 등을 검토했었습니다. 실제 Mock-Up을 만들게 되면 비용도 많이 들고 시간도 많이 들게 되겠지요. 이것이 3차원형상 모델이 가능해 지면서 Digital화 되었고Digital Mock-Up 이라는 형태로 소프트웨어가 개발이 되었습니다.  애석한 일이 있다면 Mock-Up을 만들던 기능사들의 손재주 기술이 대부분 사라지고 있다는 점입니다.

다음은 Human 모델링및 분석 부분입니다.

자동차나 항공기의 계기판에 붙은 여러 가지 스위치나 조작장치들은사람이 앉은 상태에서 손이 뻗치는 한도 내에 들어 와야 하며 조종석/운전석의 속도계 방향계 등은 다른사물에 의하여 가려지게 되면 조종 및 운전에 방해가 되지요.  이러한 부분을 고려하기 위하여 전 세계의 인종 예를 들어 한국인, 미국인의 체형을 평균과 표준편차를 적용한 마네킹을 탑재하여 실제 마네킹의 기준으로 손이 닿는 위치 시야 등을검토하기 위한 인체공학을 접목한 부분입니다. 이 역시 DELMIA라는 BRAND 와일부를 공유하고 있는 분야입니다.  CATIA에있어서는 Human 마네킹을 정적인 상태 (주로 운전석에앉아있는 상태)를 위주로 검토한다면, DELMIA제품은 CATIA의 HUMAN 기능에다 생산시설(공장, 서비스 센터)에서실제 움직이는 작업 시뮬레이션을 고려하는 것까지 구현할 수 있는 기능이 추가되어 있습니다. 이걸로 작업의강도 작업 시 작업자의 자세의 편안함. 실제 작업을 할 때 생산속도들을 파악할 수가 있게 되지요. 노동 조합측에서 알게 되면 이 소프트웨어를 많이 싫어할 것 같네요.

다음은 Knowledge 분야입니다.

이 부분은 개념적으로CATIA의 모델링 DATA 내에다가 지식을 집어넣는 기능입니다. 가장 간단한 예로는 내가 이러한 형상을 만들기 위해서는 어떤 자료를 참조해서 넣었는지 각 형상요소 에다가 그러한형상으로 만들게 된 계기가 된 기술자료 들과 hyper link를 연결하게 하여 그 DATA를 만든 배경을 즉시 연결시킨다던가 각 치수에 따른 수식을 만든다던가 조건에 따른 특정 형상이 나타나게또는 사라지게 만들 수 있도록 해줍니다.

다음은 Equipment와 system 분야입니다.

지방의 석유화학공단에 가보시면 외관상으로만 봐도 대형 구조물들에 각종 배관들이 연결되어서 이 여러 개의 시스템이 복합적으로 꾸며져 있는 것을 쉽게 볼 수 있습니다. 이러한설계를 하고자 할 때 에는 표준품 배관을 얼마나 사용하며 어떻게 연결되어 있고 어떤 자재가 들어가는지에 대한 정보가 결과물이 중요한 요소가 됩니다. 그냥 설계상의 기능이나 형상들도 중요하지만 실제PLANT 구축을할 때 설계 이후의 자재 DB를 모아서 어떻게 발주를 줄 것인가가 큰 관심사가 됩니다.  대부분 대형공사이기 때문에 잘못 파악하면실제 완성 후 자재가 남을 수 도 있고 제때 발주를 내지 못하여 공사가 지연될 수 있는데 이때는 큰 손실을 보게 되는 것이지요. 그리고 다 지은 후에도 어떻게 유지보수를 할 것인지에 대한 매우 중요한 고려를 해야 하기 때문에 그에 맞는기능을 지원해야 합니다.

Equipment와 system 분야는 이러한 부분을 지원하기 위한 각종 기능들을지원하기 위한 분야입니다.  PIPINGDesign 분야Tubing Design분야,Wiring Harness 분야, 도관 분야 HVAC(공조)분야, 조선을 위한 선체 구조 분야 등이 있습니다. 이 부분에 대한 자세한 사항을 알고 싶으시면 Dassault Sytemese의홈페이지에(www.3ds.com) 들어가 보시기 바랍니다.

그리고 마지막으로 Infrastructure 입니다.

Infrastructure 분야에는 CAITA를 구동하기 위해 기본이 되는 필수 부분과보는 이로 하여금 실사형태의 사진처럼 만들게 해주는Rendering, Photo 등의 기능을 제공해주며라이브러리를 구축하게 한다든지 CATIA내부에서 제공해주는 재질에 대한 추가적인 관리를 하게 해주는기능들을 제공해 주고 있습니다.