Kärcher Cleans Up with Ansys Twin Builder
창의적 사고에서 제품 실현까지의 여정은 좋은 의도로 이루어집니다. 처음에는 유망해 보이는 많은 가능성이 결코 시장에 출시되지 않습니다. 제품 설계 및 개발의 아이디어 구상 및 반복 단계에서의 시뮬레이션을 통해 "다음 단계"에 도달하는 데 드는 시간, 노력 및 비용이 줄어듭니다. 시뮬레이션을 전체적으로 사용하면 기업은 혁신적이고 잘 설계된 제품을 소비자에게 효율적으로 제공할 수 있습니다.
실제 소비자 조건에서 다양한 배터리 셀의 전기화학적 열 흐름을 시뮬레이션함으로써 Kärcher는 배터리 팩의 셀 수를 20% 줄일 수 있는 셀 유형과 배터리 하우징 설계를 식별했습니다.
독일의 고압 세척 및 기타 장비 제조업체인 Kärcher는 혁신으로 전 세계적으로 알려져 있습니다. 이들의 선구적인 제품에는 최초의 현대식 압력 세척기, 최초의 창문용 진공 청소기 및 최초의 완전 자율 진공 로봇이 포함됩니다. Kärcher에서 시뮬레이션은 제품 실현, 즉 제품이 성능 및 품질 목표를 충족하는지 확인하는 엔드투엔드 프로세스를 촉진하는 데 도움이 됩니다. 신제품을 개발하든 기존 장비를 개선하든 시뮬레이션을 통해 제품 팀은 초기 개발 단계에서 더 좋고 실행 가능한 아이디어를 생성, 선택, 구현 및 검증하는 동시에 올바른 방향을 유지할 수 있습니다.
개념을 가상으로 비교하고 장단점을 이해할 수 있는 능력은 해당 프로세스의 필수적인 부분입니다. 여기에는 한 구성 요소의 변경 사항이 다른 구성 요소뿐만 아니라 시스템 전체에 어떤 영향을 미치는지 이해하는 것도 포함됩니다. 그러나 이는 적어도 상당한 계산 시간이나 비용 없이 기존의 유한 요소 해석(FEA) 또는 전산 유체 역학(CFD) 소프트웨어만으로는 결정하기 불가능한 경우가 많습니다.
이러한 장벽을 극복하기 위해 Kärcher 엔지니어는 Ansys Twin Builder를 디지털 엔지니어링 워크플로우의 기초로 사용하여 새로운 장치와 두 가지 기존 제품인 진공 청소기와 배터리 구동식 바닥 청소기를 최적화하는 동안 빠르고 정확한 개념 비교를 가능하게 했습니다.
Twin Builder는 다중 도메인 시스템 모델러의 강력한 기능과 광범위한 0D 애플리케이션별 라이브러리, 3D 물리 솔버 및 차수 감소 모델(ROM) 기능을 결합한 디지털 트윈 플랫폼입니다. Ansys Twin Builder는 전체 장치의 시뮬레이션을 가능하게 하여 디지털 엔지니어링의 가능성을 향상시킵니다. Modelica 기능을 Ansys Fluent와 결합함으로써 Kärcher 설계 팀은 이전에는 달성할 수 없었던 전체 제품에 대한 전체적인 관점을 확보하고 계산 시간을 며칠에서 몇 분으로 단축하고 값비싼 물리적 프로토타입 제작을 방지했습니다.
Ansys Twin Builder의 Modelica 기능을 Ansys Fluent와 결합함으로써 Kärcher 설계 팀은 이전에는 달성할 수 없었던 전체 제품(이 경우 전기 바닥 청소기)에 대한 전체적인 관점을 확보했습니다.
Insight into the Entire System, in Minutes, Not Days
표면적으로 전기 청소 장치는 단순해 보일 수 있고 더러운 바닥을 닦거나 쏟아진 시리얼을 진공 청소기로 청소하는 등 일상적인 작업을 수행할 수 있지만 실제로는 매우 정교한 제품입니다. 유체 펌프에만 크랭크샤프트, 입구 및 출구 밸브, 플런저, 조절기 및 안전 장치를 포함한 여러 부품이 있습니다. 공기 펌프, 전자 단자 및 제어 장치, 열 교환기, 스위치와 같은 기계 부품, 종종 고밀도 배터리 팩 등의 다른 구성 요소를 추가하면 설계 프로세스가 얼마나 복잡한지 쉽게 알 수 있습니다. 프런트 엔드에서의 올바른 결정은 더 나은 엔지니어링 결과와 더 큰 소비자 만족도로 이어질 수 있습니다.
기존 장치의 성능을 최적화하는 것조차 여기에서 조정하고 조정하는 것 이상의 힘든 프로세스입니다. 특히 새로운 기술이 출시되고 소비자 선호도가 변화함에 따라 더욱 그렇습니다. 엔지니어는 무슨 일이 일어나는지 확인하기 위해 손잡이를 돌리는 것뿐만 아니라 기존 제품이 어떻게 작동하는지 알아야 합니다. 대신, 부품 간의 상호 작용을 이해하고 한 구성 요소를 변경하면 다른 구성 요소도 변경해야 하는 이유를 이해해야 합니다. 이 정보가 없으면 제품을 다시 출시했지만 아무것도 개선되지 않았다는 사실을 발견하게 될 수도 있습니다.
시뮬레이션을 통해 더 가볍고 컴팩트한 배터리 팩 설계가 가능해졌으며 재료 요구 사항과 비용이 절감되었습니다.
Kärcher는 Twin Builder를 사용하기 전에는 기존 FEA 또는 CFD 소프트웨어를 사용하여 각 구성요소를 개별적으로 시뮬레이션했습니다. 이는 엔지니어가 다양한 조건에서 부품이 어떻게 작동하는지 이해하는 데 도움이 되었지만 시스템 전체에 대한 통찰력을 제공하지는 못했습니다. 개별 소프트웨어로 전체 장치를 모델링하는 것은 가능했지만 시간이 많이 걸렸습니다. 계산이 최대 3일까지 걸릴 수 있어 초기 설계 단계 개념을 비교하려는 엔지니어에게 바람직하지 않은 지연이 발생했습니다. 그러나 이 단계를 간과하고 전체 장치를 시뮬레이션하지 않은 경우 Kärcher는 엔지니어를 다시 가상 드로잉 보드로 보낼 수 있는 잠재적인 문제를 발견하기 전에 제품을 시장에 출시할 위험이 있었습니다.
Twin Builder의 다분야 기능을 Fluent와 결합하여 Kärcher가 요구하는 개념 증명 검사를 제공했습니다. 진공청소기 최적화 프로젝트의 경우, 믹스에 Twin Builder를 추가하면 계산 시간이 며칠에서 몇 분으로 단축됩니다. 결과 정확도는 FEA 또는 CFD 단독의 5%~6% 이내였으며, 이는 아이디어 구상 중 적절한 마진입니다.
Simulating a Smaller Battery Pack to Reduce Weight and Heat
Kärcher의 제품 최적화 우선순위 중 하나는 잘 알려진 바닥 청소기를 위한 새로운 배터리 팩 개발이었습니다. Kärcher는 소비자 시장에서의 입지를 확대하고 있으며 더 가볍고 유연한 제품에 대한 선호도를 충족하기 위해 엔지니어들은 70셀 배터리 팩의 크기를 줄이고 싶었습니다. 해당 임무의 일환으로 그들은 기존 팩만큼 많은 전력을 생산하지만 더 적은 수의 셀을 사용하여 새로운 유형의 배터리 셀을 통합하려고 했습니다.
정확성과 속도를 높이기 위해 엔지니어는 Twin Builder에서 충전식 배터리 팩을 모델링하고 Fluent에서 전체 청소 장치를 모델링했습니다. 두 엔지니어를 결합하여 Twin Builder에서 주요 배터리 팩 특성을 추출하고 계산 효율성을 높일 수 있었습니다. 실제로 Twin Builder에서 배터리 팩을 시뮬레이션하는 데는 2분도 채 걸리지 않았습니다. 전체 청소 장치 시뮬레이션 시뮬레이션은 4시간 만에 완료되었습니다.
배터리 팩 시뮬레이션을 갖춘 바닥 청소기
열 축적 문제는 배터리 팩 설계에서 항상 문제가 됩니다. 열로 인해 배터리에 스트레스가 가해지고, 로딩 시간이 길어지며, 고장 위험이 증가합니다. 이는 특히 긴 배터리 수명이 고객 만족을 보장하는 소비자 제품에서는 용납되지 않습니다.
실제 소비자 조건에서 다양한 배터리 셀의 전기화학적 열 흐름을 시뮬레이션함으로써 Kärcher는 배터리 팩의 셀 수를 20% 줄일 수 있는 셀 유형과 배터리 하우징 설계를 식별했습니다. 이로 인해 열 발생이 줄어들었을 뿐만 아니라 더 가볍고 컴팩트한 디자인이 가능해졌으며 재료 요구사항과 비용도 낮아졌습니다.
Replicating Real-Life Operating Conditions
결국 Kärcher는 복잡한 시스템의 구성 요소 중심 모델링을 가능하게 하는 Twin Builder 및 Modelica를 사용하여 전체 배터리 팩을 시뮬레이션했습니다. 엔지니어들은 또한 전체 청소 장치 내부의 공기 흐름을 시뮬레이션하기 위해 Fluent를 적용했습니다. 이러한 시뮬레이션의 양방향 결합은 실제 설치 상황에서 다양한 배터리 셀이나 배터리 팩 하우징 재료 등을 고려하는 데 필요한 추가적인 유연성을 엔지니어에게 제공했습니다. 이러한 상세한 시스템 시뮬레이션에 포함된 계산 복잡성으로 인해 CFD 소프트웨어만으로는 관리가 불가능했습니다.
Twin Builder를 사용하여 Kärcher는 이전에는 불가능했던 규모와 규모로 시스템 수준에서 시뮬레이션을 완료했습니다.
Kärcher Cleans Up with Ansys Twin Builder
창의적 사고에서 제품 실현까지의 여정은 좋은 의도로 이루어집니다. 처음에는 유망해 보이는 많은 가능성이 결코 시장에 출시되지 않습니다. 제품 설계 및 개발의 아이디어 구상 및 반복 단계에서의 시뮬레이션을 통해 "다음 단계"에 도달하는 데 드는 시간, 노력 및 비용이 줄어듭니다. 시뮬레이션을 전체적으로 사용하면 기업은 혁신적이고 잘 설계된 제품을 소비자에게 효율적으로 제공할 수 있습니다.
실제 소비자 조건에서 다양한 배터리 셀의 전기화학적 열 흐름을 시뮬레이션함으로써 Kärcher는 배터리 팩의 셀 수를 20% 줄일 수 있는 셀 유형과 배터리 하우징 설계를 식별했습니다.
독일의 고압 세척 및 기타 장비 제조업체인 Kärcher는 혁신으로 전 세계적으로 알려져 있습니다. 이들의 선구적인 제품에는 최초의 현대식 압력 세척기, 최초의 창문용 진공 청소기 및 최초의 완전 자율 진공 로봇이 포함됩니다. Kärcher에서 시뮬레이션은 제품 실현, 즉 제품이 성능 및 품질 목표를 충족하는지 확인하는 엔드투엔드 프로세스를 촉진하는 데 도움이 됩니다. 신제품을 개발하든 기존 장비를 개선하든 시뮬레이션을 통해 제품 팀은 초기 개발 단계에서 더 좋고 실행 가능한 아이디어를 생성, 선택, 구현 및 검증하는 동시에 올바른 방향을 유지할 수 있습니다.
개념을 가상으로 비교하고 장단점을 이해할 수 있는 능력은 해당 프로세스의 필수적인 부분입니다. 여기에는 한 구성 요소의 변경 사항이 다른 구성 요소뿐만 아니라 시스템 전체에 어떤 영향을 미치는지 이해하는 것도 포함됩니다. 그러나 이는 적어도 상당한 계산 시간이나 비용 없이 기존의 유한 요소 해석(FEA) 또는 전산 유체 역학(CFD) 소프트웨어만으로는 결정하기 불가능한 경우가 많습니다.
이러한 장벽을 극복하기 위해 Kärcher 엔지니어는 Ansys Twin Builder를 디지털 엔지니어링 워크플로우의 기초로 사용하여 새로운 장치와 두 가지 기존 제품인 진공 청소기와 배터리 구동식 바닥 청소기를 최적화하는 동안 빠르고 정확한 개념 비교를 가능하게 했습니다.
Twin Builder는 다중 도메인 시스템 모델러의 강력한 기능과 광범위한 0D 애플리케이션별 라이브러리, 3D 물리 솔버 및 차수 감소 모델(ROM) 기능을 결합한 디지털 트윈 플랫폼입니다. Ansys Twin Builder는 전체 장치의 시뮬레이션을 가능하게 하여 디지털 엔지니어링의 가능성을 향상시킵니다. Modelica 기능을 Ansys Fluent와 결합함으로써 Kärcher 설계 팀은 이전에는 달성할 수 없었던 전체 제품에 대한 전체적인 관점을 확보하고 계산 시간을 며칠에서 몇 분으로 단축하고 값비싼 물리적 프로토타입 제작을 방지했습니다.
Ansys Twin Builder의 Modelica 기능을 Ansys Fluent와 결합함으로써 Kärcher 설계 팀은 이전에는 달성할 수 없었던 전체 제품(이 경우 전기 바닥 청소기)에 대한 전체적인 관점을 확보했습니다.
Insight into the Entire System, in Minutes, Not Days
표면적으로 전기 청소 장치는 단순해 보일 수 있고 더러운 바닥을 닦거나 쏟아진 시리얼을 진공 청소기로 청소하는 등 일상적인 작업을 수행할 수 있지만 실제로는 매우 정교한 제품입니다. 유체 펌프에만 크랭크샤프트, 입구 및 출구 밸브, 플런저, 조절기 및 안전 장치를 포함한 여러 부품이 있습니다. 공기 펌프, 전자 단자 및 제어 장치, 열 교환기, 스위치와 같은 기계 부품, 종종 고밀도 배터리 팩 등의 다른 구성 요소를 추가하면 설계 프로세스가 얼마나 복잡한지 쉽게 알 수 있습니다. 프런트 엔드에서의 올바른 결정은 더 나은 엔지니어링 결과와 더 큰 소비자 만족도로 이어질 수 있습니다.
기존 장치의 성능을 최적화하는 것조차 여기에서 조정하고 조정하는 것 이상의 힘든 프로세스입니다. 특히 새로운 기술이 출시되고 소비자 선호도가 변화함에 따라 더욱 그렇습니다. 엔지니어는 무슨 일이 일어나는지 확인하기 위해 손잡이를 돌리는 것뿐만 아니라 기존 제품이 어떻게 작동하는지 알아야 합니다. 대신, 부품 간의 상호 작용을 이해하고 한 구성 요소를 변경하면 다른 구성 요소도 변경해야 하는 이유를 이해해야 합니다. 이 정보가 없으면 제품을 다시 출시했지만 아무것도 개선되지 않았다는 사실을 발견하게 될 수도 있습니다.
시뮬레이션을 통해 더 가볍고 컴팩트한 배터리 팩 설계가 가능해졌으며 재료 요구 사항과 비용이 절감되었습니다.
Kärcher는 Twin Builder를 사용하기 전에는 기존 FEA 또는 CFD 소프트웨어를 사용하여 각 구성요소를 개별적으로 시뮬레이션했습니다. 이는 엔지니어가 다양한 조건에서 부품이 어떻게 작동하는지 이해하는 데 도움이 되었지만 시스템 전체에 대한 통찰력을 제공하지는 못했습니다. 개별 소프트웨어로 전체 장치를 모델링하는 것은 가능했지만 시간이 많이 걸렸습니다. 계산이 최대 3일까지 걸릴 수 있어 초기 설계 단계 개념을 비교하려는 엔지니어에게 바람직하지 않은 지연이 발생했습니다. 그러나 이 단계를 간과하고 전체 장치를 시뮬레이션하지 않은 경우 Kärcher는 엔지니어를 다시 가상 드로잉 보드로 보낼 수 있는 잠재적인 문제를 발견하기 전에 제품을 시장에 출시할 위험이 있었습니다.
Twin Builder의 다분야 기능을 Fluent와 결합하여 Kärcher가 요구하는 개념 증명 검사를 제공했습니다. 진공청소기 최적화 프로젝트의 경우, 믹스에 Twin Builder를 추가하면 계산 시간이 며칠에서 몇 분으로 단축됩니다. 결과 정확도는 FEA 또는 CFD 단독의 5%~6% 이내였으며, 이는 아이디어 구상 중 적절한 마진입니다.
Simulating a Smaller Battery Pack to Reduce Weight and Heat
Kärcher의 제품 최적화 우선순위 중 하나는 잘 알려진 바닥 청소기를 위한 새로운 배터리 팩 개발이었습니다. Kärcher는 소비자 시장에서의 입지를 확대하고 있으며 더 가볍고 유연한 제품에 대한 선호도를 충족하기 위해 엔지니어들은 70셀 배터리 팩의 크기를 줄이고 싶었습니다. 해당 임무의 일환으로 그들은 기존 팩만큼 많은 전력을 생산하지만 더 적은 수의 셀을 사용하여 새로운 유형의 배터리 셀을 통합하려고 했습니다.
정확성과 속도를 높이기 위해 엔지니어는 Twin Builder에서 충전식 배터리 팩을 모델링하고 Fluent에서 전체 청소 장치를 모델링했습니다. 두 엔지니어를 결합하여 Twin Builder에서 주요 배터리 팩 특성을 추출하고 계산 효율성을 높일 수 있었습니다. 실제로 Twin Builder에서 배터리 팩을 시뮬레이션하는 데는 2분도 채 걸리지 않았습니다. 전체 청소 장치 시뮬레이션 시뮬레이션은 4시간 만에 완료되었습니다.
배터리 팩 시뮬레이션을 갖춘 바닥 청소기
열 축적 문제는 배터리 팩 설계에서 항상 문제가 됩니다. 열로 인해 배터리에 스트레스가 가해지고, 로딩 시간이 길어지며, 고장 위험이 증가합니다. 이는 특히 긴 배터리 수명이 고객 만족을 보장하는 소비자 제품에서는 용납되지 않습니다.
실제 소비자 조건에서 다양한 배터리 셀의 전기화학적 열 흐름을 시뮬레이션함으로써 Kärcher는 배터리 팩의 셀 수를 20% 줄일 수 있는 셀 유형과 배터리 하우징 설계를 식별했습니다. 이로 인해 열 발생이 줄어들었을 뿐만 아니라 더 가볍고 컴팩트한 디자인이 가능해졌으며 재료 요구사항과 비용도 낮아졌습니다.
Replicating Real-Life Operating Conditions
결국 Kärcher는 복잡한 시스템의 구성 요소 중심 모델링을 가능하게 하는 Twin Builder 및 Modelica를 사용하여 전체 배터리 팩을 시뮬레이션했습니다. 엔지니어들은 또한 전체 청소 장치 내부의 공기 흐름을 시뮬레이션하기 위해 Fluent를 적용했습니다. 이러한 시뮬레이션의 양방향 결합은 실제 설치 상황에서 다양한 배터리 셀이나 배터리 팩 하우징 재료 등을 고려하는 데 필요한 추가적인 유연성을 엔지니어에게 제공했습니다. 이러한 상세한 시스템 시뮬레이션에 포함된 계산 복잡성으로 인해 CFD 소프트웨어만으로는 관리가 불가능했습니다.
Twin Builder를 사용하여 Kärcher는 이전에는 불가능했던 규모와 규모로 시스템 수준에서 시뮬레이션을 완료했습니다.