철도차량 설계를 위한 CATIA 적용사례

한국철도차량㈜ 의왕 기술연구소

목목 차차

I. 일 반

II. 적용 사례 및 효과 분석

III. 향후 계획

일일 반반

1. 회사 소개

2. 주요 생산 제품

3. 철도차량 사업 특징

1. 회사 소개

z 철차 부문의 과잉 중복 투자 해소 및 국제 경쟁력 강화를

위해 정부 차원의 구조조정 추진

z 철차 부문의 과잉 중복 투자 해소 및 국제 경쟁력 강화를

위해 정부 차원의 구조조정 추진

z 기존의 철도차량 3사를 통합

대우중공업, 한진중공업, 현대정공

z 기존의 철도차량 3사를 통합

대우중공업, 한진중공업, 현대정공

z ‘99. 7. 1 한국철도차량㈜ 출범

자본금 2,000억원종업원수 2,500여명

위치 창원 (본사, 생산1공장)의왕 (중앙연구소, 생산2공장)부산 (생산3공장)서울 (Step부문)

z ‘99. 7. 1 한국철도차량㈜ 출범

자본금 2,000억원종업원수 2,500여명

위치 창원 (본사, 생산1공장)의왕 (중앙연구소, 생산2공장)부산 (생산3공장)서울 (Step부문)

수주 제품

2. 주요 생산 제품

개발 차량 시스템/핵심요소 부품

각종 전동차

각종 디젤동차

객 차

전기 기관차

디젤 기관차

화 차

한국형 고속전철

경 전 철

틸팅 동차

자기부상 열차

2층 객차

PRT등 미래교통수단

열차제어 시스템

신호 시스템

철도종합 시스템 E/G

Traction Motor

추진제어장치

SIV(보조전원장치)

3. 철도차량 사업 특징

수주생산

짧은 Delivery Time

까다로운 수요자요구

설계기간 불충분

제품의 사양:유동적

Proto Type에 의한 충분한

검증기간 확보 어려움

-설계 오류 다발

-수요자에 의한 설계변경

과다 발생

제작 단계

-가수작업으로 제작공수

과다 투입

-가수작업에 따른 L/T 지연

제작 COST

상 승

3D Model

생 산

3D Model

CAM Data

자체 생산

▶ 부품 조달업계 특성

- 품질 및 기술력이 타 업종 대비 비교적 낙후 3D 적용 필수

- 소량 납품 체계로 영세 중소 기업이 대부분임 3D 적용 어려움

한국 철도차량(주) 협력 업체

IndirectDirect

적용사례적용사례 및및 효과분석효과분석

1. 3D CAD 도입 배경

2. 적용 부문

3. 적용 사례 3.1 전두부 Styling 설계의 CATIA 활용 사례 3.2 Structure 단품 적용 사례 3.3 Piping CAM 적용 사례

4. 적용 효과 분석

1. 3D CAD 도입배경

▶ 사업특성상 야기되는 납기지연, 과다 설계변경에 대한 근본적 해결

- 간섭 에러 최소화

- 수요자 요구에 의한 설변에 유동적 대응

- 납기 단축을 위한 CAM 적용

▶ 무한 경쟁 체제하에서의 기술 우위 확보를 위한 Tool

▶ 2D 설계에 의한 고급차량 설계/제작 한계성 극복

▶ Repeat Order를 겨냥한 모듈화 D/B 구축 및 활용

- 유선형 전두부 설계 및 제작 기술 확보

2. 적용 부문

구 분

차 체

의 장

배 관

전두부

대 차 후레임

전 기

상 하 기 기

모델링

●

◆

●

●

×

간섭체크 단품도 작성

응 용 부 분

●

◆

●

●

×

●

◆

●

●

×

CAM 적용

◆

◆

●

◆

×

비 고

◆ : 일부 Part 적용

● : Full 적용

■ : Shape Modeling

Mask 는 CAM 100%적용

● ● ● ● 구조해석에 연계

× ×■ ●

-M/C Key-in

자가품 BOM

- 배관 CAM Data

CNC 장비

Mold Tooling Data

- FRP Mold 가공 - 전두부 Mask - FRP Interior - Driving Desk

Nesting전개도

CAM Data

- CNC Laser Cutting - CNC Plasma Cutting

3D Digital Mock-Up

-자가품 -협력업체 (Internet)

3. 적용 사례

전두부 Styling

CNC 장비 Bending M/C

Structure 단품 Piping 적용

IndirectDirect

3.1 전두부 Styling 설계의 CATIA 활용 사례

3.1.1 선진국의 철도차량 수준

3D

적용전

3D

적용후

3.1.2 국내 철도차량 수준

Point CST Data

사례 1 : 인천시 지하철 1호선 97’

3.1.3 전두부 설계에서의 CATIA 활용 Process

조 감 도 Dead Mock-Up Digitizing

Assembly Digital Manufacturing Detail Design

CNC Data 추출

사례 2 : 철도청 과천선 Project ‘98

조 감 도 Digital Design Dead Mock-Up

Assembly Digital Manufacturing Detail Design

3.2 Structure 단품 적용 사례

Assembly Downstream & Detailing

3.2 Structure 단품 적용 사례

Developing Nesting

3.3 Piping CAM 적용 사례

Detail Design

Package & Assembly

3.3 Piping CAM 적용 사례

4. 적용 효과 분석

적 용 전

인천시 1호선

300

30

철도청 과천선

30

100

서울시 7/8호선

100 100

200

100

300

%

Project

제작 Cost

설계 M/H

적 용 후

4.1 전두부 설계 효과 분석

4.2 CAM(Piping) 적용 효과

적 용 전

2,376

적 용 후

150

적용전 대비

93% 감소

2,000

1,000

도면매수/Prj

2,000

1,000

3,000

4,000

5,000

M/H

년도‘97

5,260

‘98

5,202

‘99

1,410

‘98 대비

73% 감소

4.3 년도별 비가동 Loss 저감 추이(설계 변경분)

향후향후 계획계획

1. 통합 정보시스템 구축현황

2. 3D DMU 계획

3. Module 化 계획

4. 향후 발전 계획

일정/생산/품질종합관리

사내전자결재

고객고객

협력업체협력업체

디 스 켓 보 관 함

해외해외, , A/SA/S

RollingStock

SERVER

전자발주BOM

System

자료관리

도면관리

생산생산//품질품질 관리관리

연구소연구소

영업영업

의왕 HOST(ES9000)

1. 통합 정보 시스템 구축 현황(Infra)

93.06

94.11

96.04

95.06

향후개발

92.04

94.06

95.03

95.06

96.07

92.04

CIM MASTER PLAN 수립

93.06

94.11

96.04

95.06

향후개발

92.04

94.06

95.03

95.06

96.07

93.06

설계 BOM 시스템 개발

93.06

94.11

96.04

95.06

향후개발

92.04

94.06

95.03

95.06

96.07

94.06

LAN 구축 및 장비도입

93.06

94.11

96.04

95.06

향후개발

92.04

94.06

95.03

95.06

96.07

94.11

MRP, 자재구매, 생산BOM 관리 개발

93.06

94.11

96.04

95.06

향후개발

92.04

94.06

95.03

95.06

96.07

95.03

생산부문 시스템 개발 운용

93.06

94.11

96.04

95.06

향후개발

92.04

94.06

95.03

95.06

96.07

95.06

프로젝트 관리시스템 개발

93.06

94.11

96.04

95.06

향후개발

92.04

94.06

95.03

96.07

생산계획관리시스템 개발

95.0695.06

93.06

94.11

96.04

95.06

향후개발

92.04

94.06

95.03

95.06

96.07

96.04

품질관리시스템 개발

93.06

94.11

96.04

95.06

향후개발

92.04

94.06

95.03

95.06

96.0796.07

C/S 관리시스템 개발

93.06

94.11

96.04

95.06

향후개발

92.04

94.06

95.03

95.06

96.07

향후개발

원가관리시스템

수주 출하 관리시스템

설비 MONITORING

Digital Mock UpPhysical Mock Up

운전실

33DDDigitalDigital

2. 3D DMU 표준화

Digital Mock UpPhysical Mock Up

운전실 상하

33DDDigitalDigital

2. 3D DMU 표준화

Digital Mock UpPhysical Mock Up

운전실 상하 부속실

33DDDigitalDigital

2. 3D DMU 표준화

Digital Mock-Up→ CAE

Physical / DigitalMock-Up

Digital Mock-Up Effects Digital Mock-Up을 CAE와 연계 활용

Digital Mock-Up→ CAE

Physical / DigitalMock-Up

Digital Mock-Up Effects Digital Mock-Up을 CAE와 연계 활용

Digital Mock-Up→ CAE

Physical / DigitalMock-Up

Digital Mock-Up Effects

1998년 70% → 2000년 90%

0%

20%

40%

60%

80%

100%

1992

1993

1994

1995

1996

1997

1998

1999

2000

2001

DigitalMock Up

PhysicalMock Up

70%

Digital Mock-Up→ CAE

Physical / DigitalMock-Up

Digital Mock-Up Effects Concurrent Engineering

◈설계 Lead Time 단축효과 → 30%

◈동시설계, Integration → Concurrent Engineering

배관 및 덕트 취부, 상하 전장품 취부 및 결선, 실내 설비품 취부

운전실, Side Post, Window Panel, Door Panel, Upper/Lower Panel취부

3. Module化 계획

Module 化 이전

배관 및 덕트 취부, 상하 전장품 취부 및 결선, 실내 설비품 취부

운전실, Side Post, Window Panel, Door Panel, Upper/Lower Panel취부

수요자 요구사양및 요구조건

전장품, 제동장치기타 주요장치 공급자 설계

프로젝트별개별 설계

3. Module化 계획

Module 化 이전

BB형형AA형형

BB형형AA형형운전실운전실모듈모듈

3 BLOCK 化 (배관 및 덕트, 기기장치 Module化)

Side 공통 Module化 및 선택A,B,C… 형

SIDESIDE모듈모듈

Module 化 이후

BB형형AA형형

BB형형AA형형운전실운전실모듈모듈

3 BLOCK 化 (배관 및 덕트, 기기장치 Module化)

Side 공통 Module化 및 선택A,B,C… 형

SIDESIDE모듈모듈제품표준화에 의한

모듈사전 설계 검증

차량과 표준인터페이스사양의거 주요장치

공급자에게 설계요구

선택된 OPTION조합 설계

Module 化 이후

설계자 확충

시스템

Env.

장비 교체

CATIA 증설

설계

Proc.

설계 매뉴얼 작성

DMU Process 개선

모듈화부품 D/B 구축

모듈화 디자인

교 육

보 완 부 문

C

A

D

- 중량제어

- 간섭, 간극, 장/탈착성

- Part Catalogue

- CAE Interface

C

A

M

- Mold 가공

- 판재 절단

- 배관 벤딩

- 공정 설계

- JIG/Fix. 설계

- Robot Welding

- Wiring Harness

추 가 적 용 부 문

4. 향후 발전 계획

제조 원가50% 절감

제작 L/T50% 절감

CAD/CAM 부문에서 업계 선도

5년 이내

설계 변경80% 절감

VPMVPM

감감 사사 합합 니니 다다