[alsim paint shop] Tailgate Drainage Validation with alsim Paint Shop for Audi

자동차 생산과정에서 도장 공정은 많은 비용이 발생하고 어려운 공정 중 하나이다. 이 공정을 최적화하기 위해 alsim paint shop 소프트웨어를 사용할 수 있다. alsim paint shop은 도장 공정 중 주요 공정 E-coating, Air bubble, Draining, sealing. Oven(backing), spray, rinse, waxing에 대한 시뮬레이션 모듈을 제공하고 있으며, 이를 통해 도장 공정을 최적화할 수 있습니다.

alsim paint shop의 Dip Paint는 자동차 도장 공정 중 발생하는 Air bubble, Puddle, Drainage를 예측하는 소프트웨어로 이번 호에서는 자동차 테일게이트의 배수 능력에 대해 실험데이터와 Dip paint로 해석한 결과를 비교한 내용을 소개하겠습니다. 본 자료는 ESS의 Case study 자료를 가져왔으며, 자료 원문은 아래 링크를 통해 확인할 수 있습니다.

원문 : https://www.essteyr.com/case-solutions/tailgate-drainage-validation-audi/

1) 실험 설계 (Test Design)

실험을 설계하기 전에 Audi의 요구 사양을 분석했습니다. Audi는 실제 실험 결과와 시뮬레이션 결과 간의 총 배수량 오차가 100ml 이하여야 한다는 기준을 제시했습니다.

실험은 총 6가지 시나리오로 구성되었습니다. 테일게이트의 배수 구멍(Hole)들을 3가지의 서로 다른 세트 구성으로 분류했으며, 각 구멍 구성에 대해 테일게이트의 배치 각도를 0°(수평)와 15°(회전)의 두 가지 위치로 나누어 테스트를 진행했습니다.

2) 실험 설정 (Experimental Setup)

실험을 위해 특수 고정 장치(Rig)가 제작되었습니다. 이 장치는 수십 킬로그램에 달하는 구조물의 하중을 견디면서도 각도를 15°까지 정밀하게 회전할 수 있도록 설계되었습니다.

배수 구멍을 손으로 직접 열 경우 타이밍의 불일치로 인해 오차가 발생할 수 있으므로, 제어 장치와 연결된 전자석을 사용했습니다. 이 시스템은 전류를 차단함으로써 특정 구멍 세트를 완벽하게 동시에 개방할 수 있도록 해주었습니다.

테일게이트 내부에는 Audi가 제공한 시뮬레이션 모델에 정의된 양과 정확히 일치하는 부피의 물을 채워 넣었습니다.

Fig 1. Experimental Rig

Fig 2. Setup with electromagnets on the tailgate

3) 시뮬레이션 설정 (Simulation Setup)

Audi로부터 NASTRAN 형식의 테일게이트 CAD 모델을 제공 받아 소프트웨어로 가져왔습니다.

실험 환경과 동일하게 테일게이트의 위치(각도)를 설정하고 배수 구멍들을 닫은 상태에서 내부를 채운 뒤, 구멍을 열어 물이 빠져나가는 과정을 시뮬레이션했습니다.

Fig 3. Simulation image at 15° rotated hanging position

4) 결과 (Results)

실험 데이터와 alsim Paint Shop 시뮬레이션 결과를 비교한 결과, 모든 테스트 시나리오에서 Audi가 요구한 100ml 이내의 오차 기준을 여유롭게 통과했습니다.

전체 배수량의 오차가 100ml 미만이었을 뿐만 아니라, 시간에 따른 배수 흐름을 비교했을 때도 매우 뛰어난 정확도를 보여주었습니다. 매 0.1초 단위로 측정된 결과에서도 실험 데이터와 시뮬레이션 값의 차이는 최대 60ml를 넘지 않았습니다. 결론적으로 alsim Paint Shop은 실제 실험 결과와 거의 완벽하게 일치하는 수준으로 배수 과정을 정확하게 예측할 수 있음을 성공적으로 입증했습니다.

0° horizontal hanging position

Fig 4. Result comparison over time for one stage – 0° horizontal hanging position

Fig 5. Difference in Drained Volume over time for one stage – 0° horizontal hanging position

15° rotated hanging position

Fig 6. Result comparison over time for one stage – 15° rotated hanging position

Fig 7. Difference in Drained Volume over time for one stage – – 15° rotated hanging position