제너레이티브 설계 사례

Jacobs Engineering

Jacobs Engineering은 PTC의 Generative Design 솔루션을 사용하여 NASA를위한 차세대 우주복을 설계하고 있습니다.

"Jacobs는 Generative Design을 사용하면 설계 시간이 20% 단축되고 매우 가벼운 부품을 생산하여 상당한 연료 절감 효과를 얻을 수 있을 것으로 기대합니다."

 

Jacobs 엔지니어링 PLSS

배경 : Jacobs는 NASA를 위해 개발중인 휴대용 생명 유지 시스템 (PLSS)에서 구조 컴포넌트의 질량을 감소시키고자 함.

 

Jacobs engineering PLSS O2 TANKk BRACKET

부품 설명: O2 탱크의 한쪽 끝을 PLSS 서브 프레임에 고정하는 브래킷

명시된 고객 목표: 강도를 최적화하는 동시에 질량을 최소화하고 안전계수를 항복 강도1.5배, 극한 강도 2.0배 유지

첫 번째 비즈니스 케이스 드라이버 : 질량 감소로 발사중 연료 절약

두 번째 비즈니스 케이스 드라이버 : 구조 설계자의 설계 생산성 향상 PLSS의 빈번한 변경은 신속한 설계 반복 필요 의미

하중 케이스 : 모든 세로 방향에서 18.5g을 견뎌야합니다

선호 재료 :티타늄 ( 950 MPa 극한 강도, 860 MPa 항복 강도)

문제 설정 : Creo 7에서 PLSS 내의 사용 가능한 볼륨에서 설계 공간 생성. GTO에 적용된 하중 및 구속 조건, 목표 질량을 0.3lbm으로 설정. 생성 결과에서 BREP를 생성

	Original	Generative
Weight	0.387 lb	0.306 lb
Safety Factor	6.8	3.1

Jacobs engineering – PLSS CO2 SENSOR BRACKET

부품 설명 : 2 개의 CO2 센서를 PLSS 서브 프레임에 고정하는 브래킷

명시된 고객 목표 : 강도를 최적화하는 동시에 질량을 최소화하고 안전계수를 항복 강도1.5배, 극한 강도 2.0배 유지

첫 번째 비즈니스 케이스 드라이버 : 질량 감소로 발사중 연료 절약

두 번째 비즈니스 케이스 드라이버 : 구조 설계자의 설계 생산성 향상 PLSS의 빈번한 변경은 신속한 설계 반복 필요 의미

하중 케이스 : 모든 세로 방향에서 18.5g을 견뎌야합니다.

선호 재료 : 티타늄 ( 950 MPa 극한 강도, 860 MPa 항복 강도)

 

문제 설정 : Creo 7에서 PLSS 내의 사용 가능한 볼륨에서 설계 공간 생성. GENERATE에 적용된 하중 및 구속 조건, 목표 질량을 1.10lbm으로 설정

 

	Original	Generative
Weight	1.22 lb	1.01 lb
Max Stress	66.1 MPa	18.3 Mpa

추가 설계 변형 :

Volvo Group

Volvo Group은 PTC의 제너레이티브 설계 솔루션을 활용하여 장거리 화물 운송 업체의 효율성을 높이기 위해 노력하고 있습니다.

"제너레이티브 설계는 공격적인 질량 감소를 통해 연비를 개선하고자하는 운송 산업을 절대적으로 변화시킬 잠재력이 있습니다."

 

배경 : Volvo Group은 SuperTruck Ⅰ에서 화물 효율성을 50 % 향상시키고 SuperTruck Ⅱ에서는 120 %까지 증가시키는 트럭을 만들기 위해 미국 에너지 부가 5 년 동안 도전한 SuperTruck 프로젝트에 참여하고 있습니다. 후자의 경우 전체 차량의 무게를 2500kg 더 줄여야 했습니다. 프론트 액슬 전방의 중량 절감이 특히 중요하기 때문에 엔진 전방 근처의 여러 구조 컴포넌트를 고려했습니다.

 

이 보고서는 미국 정부 기관이 후원하는 작업에 대한 설명으로 작성되었습니다. 미국 정부 나 그 기관 또는 그 직원은 공개 된 정보, 장치, 제품 또는 프로세스의 정확성, 완전성 또는 유용성에 대해 명시적이든 묵시적이든 어떠한 보증도하지 않으며 법적 책임이나 책임을지지 않습니다.  그 사용이 개인 소유의 권리를 침해하지 않을 것임을 나타냅니다. 여기에서 특정 상업용 제품, 프로세스 또는 서비스를 상표명, 상표, 제조업체 또는 기타 방식으로 언급한다고 해서 반드시 미국 정부 또는 그 기관의지지, 권장 또는 선호를 구성하거나 암시하는 것은 아닙니다. 여기에 표현 된 저자의 견해와 의견은 반드시 미국 정부 또는 그 기관의 견해를 진술하거나 반영하는 것은 아닙니다.

 

Volvo group – SUPER TRUCK

부품 설명 : 전방 엔진 마운트

명시된 고객 목표 : 부품이 프론트 액슬의 앞쪽에 있기 때문에 차량의 다른 부품보다 질량 감소가 더 중요. 17 년 전에 설계되었으며 아직 생산중인 원래 주철 부품.

첫 번째 비즈니스 케이스 드라이버 : 동일하거나 더 나은 강도를 달성하면서 원래 설계의 질량을 감소시킴. 또한 1 년 동안의 유료 협업 프로젝트에서 Penn State University에서 설계한 두 번째 버전 개선 요망

두 번째 비즈니스 케이스 드라이버 :구조 설계자의 설계 생산성 향상 엔진의 빈번한 변경은 신속한 설계 반복 의미

하중 게이스 : Volvo에서 제공

선호 재료 : Cast aluminum

 

 

문제 설정 : Creo 7에서는 모든 장착 지점과 주변 컴포넌트를 포함하여 엔진내의 사용 가능한 볼륨에서 설계 공간 생성.이 중 일부는 열 전달을 방지하기 위해 에어갭 필요. GENERATE에 적용된 하중 및 제약 조건, 약 10-12lbm을 목표로 다양한 질량 목표 설정

 

설계 변형 예 :

최종 결과 : 부품이 인베스트먼트 캐스트가 될 것이기 때문에 더 적은 수의 더 큰 빔과 스트럿이 생성되도록하는 다양한 요소 분해 ; 여러 매개변수 피처와 결합된 결과 (장착 위치, 팬 링 장착 용 보스 등)

 

Variant	Material	Weight (kg)	Max Disp (mm)	Max Stress (MPa)	Comments
Original Design	Iron (cast)	20.36	3.5	1393	Stress is 4.3x yield
PSU Design	Iron (cast)	11.86	2.6	1255	Stress is 3.9x yield
Generative Design	Al 356 (cast)	5.00	0.85	250	Stress is 1.5x yield

 

부품 설명 : 팬 모터 마운트

명시된 고객 목표 : 현재의 벨트 구동 팬 클러치는 새로운 완전 가변 전기 모터로 교체되어 새로운 마운트 필요. 예비 설계는 3 피스 서브 어셈블리. 목표는 단일 부품으로 단순화

첫 번째 비즈니스 케이스 드라이버 : 복잡성과 패스너 수를 줄이면서 예비 서브 어셈블리의 질량과 강성을 개선하여 새로운 부품 설계

두 번째 비즈니스 케이스 드라이버 : 구조 설계자의 설계 생산성 향상 엔진의 빈번한 변경은 신속한 설계 반복 의미

하중 케이스 : Volvo에서 제공

선호 재료 : Machined aluminum

 

문제 설정 : Creo 7 에서는 모든 마운팅 지점과 인접 컴포넌트는 물론 모터 자체를 포함하여 엔진내 사용 가능한 볼륨에서 설계 공간 생성. GENERATE에 적용된 하중 및 제약 조건, 다양한 질량 목표 설정, 약 1kg 목표

 

 

설계 변형 예 :

 

 

최종 결과 : 가공에 최적화되어 있으며, 목표 안전 계수를 초과하며, 3피스 원래 설계에 비해 질량 감소

 

 

Variant	Material	Weight (kg)	Max Stress (MPa)	Comments
Original Design	AL6061	2.45	153 MPa	Stress is 0.55x yield
Generative Design	AL6061	1.06	101 MPa	Stress is 0.38x yield

 

 

“프론트 엔진 마운트, 팬 마운트 및 브리지 브래킷 (표시되지 않음)의 제너레이티브 설계로 34kg의 순 중량이 절감되었으며, 이는 전체 차량 목표 중량 2500kg 감소의 1.34 %를 차지합니다. 플랫폼이 처음 만들어 졌을때 제너레이티브 설계가 있었다면 ...”

 

Kevin McClintock

Design Consultant

Volvo Group North America