CATIA를 활용한 철도차량 차체 지식기반 형상설계

초록

현재 180km/h급 한국형 Tilting Train eXpress (TTX) 차량, 경량 전철, 고무 차륜 열차를 비롯하여 곡선 궤도가 많은 한국의 지형을 고려하여 현재 운용중인 열차 및 전철에 대한 문제점을 보완 개선하는 새로운 열차 개발에 관한 연구들이 진행되고 있다. 이러한 새로운 열차 개발 시 발생하는 위험을 줄이고 설계변경에 따른 형상의 변화를 쉽고 다양하게 구현하고 개발 시간을 단축하며 비용을 절감하기 위한 새로운 설계기법 연구의 필요성이 대두되고 있다. 철도차량 차체의 개념설계와 해석을 수행하고 그 결과를 바탕으로 철도차량 차체 설계의 경향을 한눈에 예측을 하려면 차량 차체의 형상을 빠르게 구현하는 CAD 프로그램의 개발이 필수적이다. 즉, 철도차량 차체의 개념설계는 고객의 요구조건과 시장분석 등을 반영한 설계요구조건에 따라 설계를 수행하게 되며 최우선적으로 철도차량 차체의 외형과 출입문 및 창문의 위치, 내부 좌석 배치 등의 형상설계가 이루어진다. 이후 하중조건에 따른 구조해석, 진동해석, 충돌해석 등이 이루어지고 이러한 해석결과를 반영하여 형상이 다시 변경되는 과정이 반복되게 된다. 이 때 이전 형상에 대한 지식을 재사용하여 설계가 이루어지는 지식기반설계(knowledge based design)를 사용하여 설계기간과 노력을 축소시켜 궁극적으로 설계비용의 대폭 감소로 이어지는 프로그램의 개발이 절실히 필요하다. 이러한 목표를 달성하기 위해 자동차 및 항공우주 분야에서는 CATIA를 기본 CAD프로그램으로 사용하고 추가 프로그래밍을 하는 방법이 많이 사용하고 있다. 본 연구에서는 철도차량 차체 설계 과정에서 신속한 개념설계가 가능하고 개발의 위험도를 최소화 할 수 있도록 하는데 필수적인 철도차량 차체의 지식기반(knowledge based) 형상설계 소프트웨어를 개발하였다. 즉, 다양한 설계 구속 조건하에서 철도차량 차체 설계를 위하여 parametric design 개념과 knowledge based design 개념을 도입하여 철도차량 차체의 설계 변경에 따른 형상구현을 빠르게 수행할 수 있는 소프트웨어를 CATIA knowledgeware 모듈을 기반으로 프로그래밍 하였다."