기계설계분야 S/W 기술동향조사 및 S/W 기술동향조사 육성을 위한 기술대책 연구

국문 초록 (Abstract)

1. 연구의 필요성 및 목표컴퓨터의 출현으로 공학의 어려운 문제해결에 컴퓨터를 이용하고자 하는 노력은 당연한 귀결이며 추세로 되어 왔다. 특히 기계공학분야 및 기계산업에서 컴퓨터의 응용은 현대에는 필수화 되어 있다. 이러한 이용의 산물을 컴퓨터 용어로는 S/W라 부르는데 이 S/W는 그 이용 차원에서 뿐만 아니라 하나의 고부가가치 상품으로서 중요성이 나날이 커지고 있다. 이러한 S/W 중에서 현재 가장 많이 이용하고 있으며 약간 대중화 되어 있는 S/W가 CAD(Computer Aided Design) 프로그램이라고 불리우는 기계설계시 도변작성 S/W이다. 이 CAD S/W는 복잡한 기계설계 도면을 제도할 때 제도사들이 일일이 많은 시간을 소모하며 손으로 하던 것을 빠른 시간내에 자동으로 이루어지게 하고 있는데, 1960년대초 미국 MIT의 이반 서더랜드(Ivan Sutherland)박사가 Sketchpad시스템을 발명한 이래 비약적인 발전을 거듭하여 현재는 다양한 CAD 시스템이 상품화되어 하나의 CAD산업을 형성하고 있다. 이와 같은 CAD S/W의 출현은 제품개발의 경쟁에서 촌음을 다투는 현대에는, 생산성 향상이라는 측면에서 보면 가히 하나의 작은 혁명적 사건이라고 볼 수 있다고 하겠다. 이런 CAD S/W와 함께 항상 같이 생각하게 하는 것이 CAM(Computer Aided Manufacturing) S/W이다. 이 CAM S/W는 CAD S/W로 Computer 내 에 형상화한 기하형상 모양을 그 표변에 있는 여러 점들의 좌표로 표현한 후 NC(Numerically---Cotrolled) 공작기계를 이용하여 기하형상 모양과 똑같은 실물을 자동으로 깎을 수 있도록 하는 Computer S/W 인데，CAD와 CAM은 그 작업성격상 동시에 일어나기 때문에 종종같이 붙어 다녀 CAD/CAM이라고 불리운다. 이 CAD/CAM 시스템은 CAD 시스템이 한단계 더 발전된 형태라고 볼 수 있다. 그러나 이와 같이 Sketchpad에서 시작된 CAD/CAM 시스템을 가히 기계공학에서 혁명적인 사건이지만 기계공학의 문제중 극히 작은 일부의 문제만 해결할 수 있을 뿐이다. 따라서 다른 많은 기계공학의 문제들, 그중 특히 기계설계의 핵심인 각종 핵석 문제들, 예를 들어 구조해석, 열유체해석, 진동해석 등의 난해한 문제들은 기존의 CAD/CAM 시스템으로는 해결되지 않는다. 이와 같은 문제틀을 해결하기 위해서는 다른 노력들이 필요한데 수치해석과 같은 방법의 개발이 그 일환이다. 수치해석 뿐만 아니라 이를 표현하는 컴퓨터 언어의 개발도 필수적이다.Sketchpad가 출현한 거의 비슷한 시기인 1960년대 이와 같이 해석문제를 컴퓨터로 해결하려는 노력이 역시 미국 NASA에 의하여 시도되었다. NASA는 최초의 구조해석 S/W의 개발을 미국의 MSC(MacNeal Schwendler Corporation)사에 의뢰하여 원시적인 기계구조 해석 프로그램인 NASTRAN을 탄생시켰다. 우리는 이와 같이 해석전용 S/W를 CAD/CAM S/W와 달리 CAE S/W로 불러 왔는데 특히 기계공학용 CAE S/W를 MCAE S/W(Mechanical Computer Aided Engieering software) 로 부른다. NASTRAN이래 MCAE S/W도 많은 발전을 해왔다. 아직도 그 기능면에서나 능력면에서 완벽하지 않지만은 미국에서 상품화에 성공하여 현재에는 CADjCAM S/W에 비교는 되지 않지만은 상당한 MCAE S띠f들이 전세계에 걸쳐 보급되고 있다. 예를 들어 NASTRAN을 위 시하여 ANSYS, ADAMS, FIDAP,NISA, I-DEAS, ABAQUS 등이 그 좋은 예 이다.이와 같이 제각기 개발되어 발전되어 온 CAD/CAM S/W와 MCAE S/W는 현재에는 그 기능이 확장됨에 따라 서로 중복되는 기능도 생기게 되었는데 CAD/CAM S/W는 일부 간단한 해석기능이 보강되고, MCAE S/W는 일부 Graphic 기능(pre/postproce&Sing기능)이 보강됨으로써 궁극적으로는 하나의 통합된 기능으로 발전 가능성을 보여주고 있다. 그래서 궁극적으로는 개념설계(해석), 도면작성, 기계가공의 3박자 기능을 갖춘 명실공히 기계설계 (Mechanical Design) S/W 출현이 가능할 것이다.이와 같은 S/W를 현재에는 CADD S/W 또는 CAD/G때/CAE S/W로 일시적으로 부르고 있다. 이 CAD/CAM/C뾰 S/W는 제품생산시 고유모델설계 및 생산에 필요한 연구개발(R&D) 에 필수화 되어 있다.우리나라의 경우에 있어서도 지금까지 자체의 연구개발(R&D)에 의한 제품개발, 생산이 아닌 값싼 노동력에 의존한 외국의 투자나 모방에 의한 제품생산을 하여 왔는데 이에 따라 제품개발에 반드시 선행되어야 할 설계도면 등을 비싼 royalty를 지불하여 구입 사용하므로써 노동단가가 비싸지고 있는 현재에는 그 한계에 왔다고 볼 수 있다.따라서 제품의 연구개발(R&D) 에 필요한 CAD/CAM/CAE 시스템 수요가 우리나라도 나날이 커지고 있는데 미국의 CAD/CAM/CAE S/W제품들이 국내시장을 거의 장악하고 있는 실정이다. 전세계적으로 CAD/CAM/CAE SηN시장은 미국이 석권하고 있고 유럽과 일본이 따라가려고 노력하고 있다. 현재 국내에는 외국(주로 미국)에서 개발된 S/W들을 공급하는 업체가 중소업체를 망라하여 100여개가 있다. 이들은 외국제품을 단순 공급하는 대리점 역할 밖에는 못하고 있는 실정이다. 설흑 자체개발할 의도나 계획이 있다 하더라도 전문 기술력이나 또 기존의 외국 S/W에 대한 국내 USER들의 신뢰성 등 문제 때문에 선뜻 실천에 옮기지 못하고 있다. 앞으로 CAD/CAM/CAE S/W는 기업의 자체 제품기술개발(R&D) 에 필수적이기 때문에 기존의 외국 S/W를 잘 사용하는 것도 중요하지만은 우리자체의 S/W개발 및 상품화가 요구된다 하겠다. 이와 같은 기계설계분야의 S/W기술개발은 거대한 자본이나, 토지, 인적조직이 필요한 것이 아니고 그 전문기술력이 중요하기때문에 전문기업형 기술로의 개발이 적당하다고 본다. 그러나 우리나라의 기업들 특히 외국의 기계설계분야 S/W들을 수입판매하고 있는 중소기업들은 그 전문성이나 기술개발 능력 측면에서 의욕에 비해 낙후해있다고 볼 수 있다. 따라서 이와 같은 기업들에게 기술개발을 위한 기술개발동향 등 전문적인 기술정보 및 guideline을 제시하고, 국가적인 지원방안 수립에 기초자료를 제공하는 기본연구가 필요하다. 그래서, 본 연구에서는 MCAE S/W 기술을 중심으로 기계설계분야 S/W 기술동향을 조사하고, 기계 설계분야 S/W 기술 국내 관련 전문기업 지원을 위한 기술대책방안을 제시하는 것을 연구목표로 하였다.2. 주요연구내용 및 범위기계설계 분야 S/W 기술동향 및 국내 전문기업 육성방안을 논하기 위하여 기계설계 S/W 기술개요에 대하여 분석하였으며 이 분석을 통하여 기존의 기계설계 SηN기술개념 정리 및 향후 기술개발 방향 등을 전망하였으며, 특히 MCAE S/W 기술에 대하여는 전문기술 분야에 따른 MCAE S/W 기술 개요를 논하였다, 아울러 최근의 현안문제인 동시설계 (CE : Concurrent Engineering 또는 동시공학)의 개념에 대하여 분석하여 보았다.제 3 장에서는 기계설계분야 S/W기술의 기술동향을 조사 분석하였다. 이 조사를 통하여 국내외 판매현황 및 시장규모를 알아보고 이를 근거로 기술수요를 예측함으로써 기계설계 S/W기술의 심층적인 현황을 분석하였다. 특히, 국내외 기술개발현황을 개발되어 상품화된 S/W제품들을 중심으로 심층적으로 조사 분석하였으며, 아울러 기계 설계 S/W 제품의 현장적용 사례 조사를 통하여 기계설계 S/W의 응용기술 현황도 조사 하였다.제 4 장에서는 기계설계 S/W기술의 국내개발 필요성 및 문제점들을 도출해 보고 국내 전문기업 육성 방안을 제시하였다. 아울러 국내기업에서의 기술개발 대책으로서 기본모델을 제시하였다.