MAVEN

적용사례

산업군별사례
[홈/라이프스타일] [LG화학] 3D캐드와 CAE를 통해 제품 개발 혁신
도입제품: SOLIDWORKS[2012-03-08]

 

3D캐드와 CAE를 통해 제품 개발 혁신

 

LG화학 산업재테크센터 창호재팀


국내 창호재 업계의 기술을 선도해 나가고 있는 LG화학 산업재테크센터 창호재팀은 SOLIDWORKS(솔리드웍스)와 CAE를 통해 창호재 제품 개발에 혁신을 가져와 국내외 높은 기술력을 인정받고 있다.

 

LG화학 창호재팀
 LG화학은 고객을 위한 가치창조와 인간 존중의 경영이라는 이념 하에 산업재, 석유화학 및 정보전자 소재 분야를 선도하고 있다. LG화학은 LG그룹의 모기업으로 1947년 락희화학 공업사로 출발, 1995년 럭키에서 현재의 이름으로 상호를 변경하였다. 주요 사업은 디스플레이, 에너지 저장, 반도체, 기록소재 등 정보전자 산업의 기초소재를 공급하는 정보전자 분야와 범용 플라스틱의 특화 제품 및 엔지니어링 플라스틱 제품과 특수 에폭시수지 등 고기능 신소재 등의 개발사업인 석유화학 분야, 건축 자재와 장식재 및 첨단 산업용 소재를 생산하는 산업재 등이 있다.특히 LG화학 산업재 사업본부는 인테리어 건축자재 관련 분야 1위로 항상 시장을 리드하면서 수많은 히트 상품과 소비자에게 유익하고 편리한 가치를 제공하여 왔다.


도전과제
 LG화학 산업재 산하 산업재테크센터 창호재팀은 국내 창호기술의 선두주자로서 국내 창호 제품의 트렌드와 기술을 선도해 가고 있다. 하지만 갈수록 치열해지는 국내외 창호시장에서 경쟁업체의 끊임없는 도전과 중소업체들의 거센 틈새 시장 공략에서 생존해야되는 상황에 직면에 있다.


다양한 요구에 대응
 창호는 일반 소비자가 느끼는 이상으로 다양한 분야의 기술이 접목된 종합적인 제품이다. 창호의 5대 성능인 기밀성, 수밀성, 단열성, 내풍압성, 방음성 등에서 볼 수 있듯이 다양한 외부 환경의 작용에 대응할 수 있어야 하기 때문이다. 내풍압성과 가시공성을 위해상당한 구조적 강도와 강성을 유지해야 하고, 기밀성과 수밀성을 위해 섬세하고 치밀한설계 기법을 적용해야 하며, 단열성을 위해 소재의 선택과 배치도 고려해야 한다. 또한소비자의 취향에 맞는 디자인적 요소도 매우 중요하며, 다양한 작동 및 성능 요구에 부흥하기 위한 기구적인 작동 도구들도 있어야 한다.


개발비용과 개발 시간 단축과제
 이러한 다양한 요구 조건을 만족시키기 위해서는 수많은 설계안과 시제품 제작, 시험,품평 등을 반복하는 시행착오를 감수해야만 하는 실정이다. 특히 국내 주택용 창호 시장을 주도하고 있는 PVC 제품의 경우 아무리 간단한 제품군을 위해서라도 수억에서 많게는 수 십억의 금형 투자가 이루어져야 하기 때문에 제품화를 결정하기 쉽지 않다. LG화학의 경우 우수한 개발 인력과 노하우를 통해 그동안 시장 점유률을 공고히 해왔지만 지속적인 우위를 위해 개발에 있어서 새로운 방안을 고민할 시점에 왔음을 알게 되었다.종래의 창호시스템을 개발할 때 창호의 기본 성능과 추가적인 성능은 많은 시험과 시행착오를 통해 이루어져 왔던 것이 사실이다. 또한 창호는 입면 디자인이 중요한 제품이기 때문에 실제 목업을 제작해 봐야 가시공성 및 외관을 판단할 수 있다고 여겨졌다. 따라서 이러한 제품 개발 절차는 당연히 개발 비용의 상승을 유발했으며 개발 기간도 많이 소요되었다.

3D 캐드를 통한 설계 혁신
 이러한 도전과제에 대해 테크센터의 창호재팀은 우선 창호의 특성상 2D만으로 모든 설계가 가능하다고 여겨졌던 기존의 고정 관념을 탈피하고 생산성 향상과 시인성의 증대 및 CAE 솔루션과의 연계성을 위해 3D CAD의 도입을 우선 고려하게 되었다. 여러 솔루션을두고 벤치마크 테스트를 한 결과 SOLIDWORKS로 결정하게 되었다. SOLIDWORKS는 막강한 3D엔진을 통해 사용자 위주의 인터페이스와 그래픽 성능, 특히 CAE 솔루션과의 뛰어난 호환성이 큰 장점으로 작용하였다. 설계자 중심의 솔루션을 추구했던 테크센터의 창호재팀으로써는 하이엔드급보다는 비전문가의 접근이 용이한 미들엔드급 CAD를 검토하게 되었다.3D CAD로의 전환 작업을 조직의 여건상 단기간에 이루기는 힘들기 때문에 점차적으로자연스럽게 확산시키는 것을 목표로 하고, 우선 CAE나 H/W 개발자 위주로 보급을 하였다.


 

현업 적용 사례
 창호는 가공성과 시공성, 조립성 등이 아주 중요한 요소이다. 보통 창호의 2차원 입면이 제일 중요한 요소이지만, 강한 구조 성능을 확보해야 하는 제품의 경우에 수직바와 수평바가 결합되는 부위에서의 조립 구조는 의외로 복잡한 부분이다. 또한 조립 절차와 조립부에서의 구조 강도 등의 평가도 필요하다. 테크센터 창호재팀은 기존에는 2D CAD만을 사용했기 때문에 이러한 조립부에서의 사전 평가를 하는데 한계가 많았다. 그러나 SOLIDWORKS를사용한 이후 조립 구조는 적합한지, 조립 절차는 어떻게 하는 것이 적절한지, 외관에 미치는 영향은 무엇인지 등을 다각도로 검토, 분석, 보완할 수 있도록 해 주었다.

 창호는 보통 정면에서 보는 입면이 디자인적 요소의 전부라고 생각할 수 있다. 하지만, 실내의 중요 인테리어 요소로 점차강조되고 있는 현 추세에서 지금까지는 주로 제품 개발 시마다목형을 제작해서 평가를 받아 왔던 게 사실이다. 많은 분야에서 가상의 3D 제품 평가를 성공적으로 수행하고 있다는 점을감안하면 창호에서도 현실감 있는 3차원 모델링을 통한 입면의품평도 가능하리라 판단했고, SOLIDWORKS의 도입을 통해 이를시도해 가고 있다. 초기 개념단계에서부터 창호의 입면뿐 아니라 다양한 시각에서 바라봄으로써 실제 제품의 디자인적 요소를 보다 빠르고, 다양하고, 적은 비용으로 평가를 해 볼 수 있게 된 것이다. 부가적으로 디자인 품평을 위한 3차원 모델은 이해도가 뛰어나기 때문에 보고용으로도유용하게 활용하기도 한다.또한, 다양한 해석 도구를 활용하기 위해서는해석 전에 3차원 CAD를 이용해 모델링을할 필요가 있어 전적으로 SOLIDWORKS를 이용하고 있는 실정이다.

 

CAE를 통한 제품 연구 개발
 테크센터의 창호재팀은 3D CAD 솔루션의 도입과 거의 동시에 창호의 제품 개발 대응력을 높이기 위해 CAE의 도입을 적극적으로 추진하게 되었다. 그 동안에도 구조 및 단열해석 측면은 어느 정도 활용이 되고 있었지만 본격적인 적용을 위한 시스템을 계획하게 된 것이다. 구조 해석을 위해서 SOLIDWORKS와 완벽히 호환되는 SOLIDWORKS Simulation를 도입하였다. 이 솔루션도 설계자를 위한 배려로 쉽게 접근이 가능하다는 점과 호환성을 높이 고려한 결과이다. 고기능을 위한 하드웨어의 설계와 사전 검증을 위해 SOLIDWORKS Motion도 도입을 하게 되었다. 단열 성능을 사전에 예측하기 위해 단열 전용 소프트웨어뿐 아니라 에너지 부하 계산을 위해 Trnsys를, 기밀성능과 환기 성능 예측을 위해 Airpak과 같은 유동 전문 해석 도구까지 다양한 사전 검증 솔루션을 시스템화하게 되었다.테크센터의 창호재팀의 검증 솔루션 시스템 구축은 국내 창호업계에서는 거의 유일하고 규모면에서도 세계 유수의 창호업계에 뒤지지 않는다고 자부할 수 있는 수준이다.

 

SOLIDWORKS 도입 효과
테크센터 창호재팀은 3D CAD의 도입으로 입면에 대한 품평이 가능해졌고, 2차원 도면만으로 확인이 힘들어서 목업을 제작해 봐야 알 수 있었던 조립성, 가공성 등에 대한 평가를 할 수 있게 되었다. 특히, SOLIDWORKS와 연계된 해석 도구들의 접목은 많은 개발비용을 절감할 수 있도록 해 주었다.


 

향후 계획
LG화학은 현재까지의 CAD/CAE 구축 경험을 통해 그 필요성과 중요성을 인식하고 지속적으로 이 분야에 대한 투자와 시스템을 구축할 예정이다. 이는 LG화학의 스피드 경영과 맥을 같이하여 개발 기간의 단축과 제품 완성도를 높이는 두 마리의 토끼를 잡기 위한 최선의 방법이기 때문이다. 지속적인 구축을 통해 향후에는 3D CAD로의 완전한 전환을 이룰 것이며, 설계에서부터 CAE의 유기적 개입을 통해 사전에 예상되는 문제점을 보완해 가는 시스템을 구축할 예정이다.한편 CAE는 설계자를 위한 미들엔드급을 확산시키고 난이도 높은 문제를 위해 하이엔드급 도구도 별도로 구축해 나갈 계획이며, 구조, 단열, 에너지 해석뿐만 아니라유동, 기밀, 수밀 성능에 대한 해석 기법의 개발과 노하우를 지속적으로 확보해 나가고, 소규모의 PLM을 구축하여 도면이나 자료의 체계적 관리도 해 나갈 예정이다.


LG화학은 지난 해 창호사업 30주년을 기념하는 행사를 갖고 오는 2010년 매출 1조원 달성이라는 비전을 발표했다. LG화학은 현재 창호사업이 매출 6천700억원 규모로 성장했고 지난 해는 국내410만 가구에 제품을 공급한 것으로 추정된다고 밝혔다. LG화학은 앞으로 커튼월, 유리, 서비스 등으로 사업 영역을 확대하고, 중국에 이어 러시아와 중동 등으로 해외거점을 늘려나갈 방침이다.

 

 

 

다음