자동차 인스트루먼트 패널의 사출성형을 위한 밸브 게이트 위치 및 열림 시점 최적화

Abstract

사출성형 공정에서 사출압력은 사출성형 제품에 영향을 미치는 주요 공정 조건이다. 사출성형 제품의 질을 향상시키고, 에너지 소비를 줄이기 위해 사출압력을 최소화시켜야 한다. 본 연구에서는 자동차용 인스트루먼트 패널 모델의 사출압력을 제어하기 위해 밸브 게이트의 위치 및 열림 시점을 설계변수로 선정하고 최적설계를 수행하였다. 설계문제를 풀기 위해 상용 사출해석 프로그램인 MAPS-3D(mold analysis and plastic solution-3dimension)를 이용하여 충전해석을 실시하였고, 런너 생성 절차와 충전해석 절차를 자동화하기 위해 상용 프로세스 통합 및 설계 최적화(process integration and design optimization; PIDO) 프로그램인 PIAnO(process integration, automation and optimization)를 사용하였다. 본 연구에서 인스트루먼트 패널의 1회 충전해석 시간은 i7 2.8GHz CPU, 4GB RAM 사양의 컴퓨터에서 약 4시간 4분이 소요된다. 인스트루먼트 패널 모델의 최적설계를 수행하기 위해 긴 해석시간이 필요하므로 계산 비용을 줄일 수 있는 근사모델 기반 최적설계를 수행하였다. 충진 성능이 뛰어난 실험계획법(design of experiments; DOE)인 optimal Latin hypercube design (OLHD)을 이용하여 실험점을 추출하고 충전해석을 실시 하였으며, 추출한 실험점에서의 설계변수와 반응값의 관계를 크리깅(kriging)을 이용하여 근사모델(metamodel)을 생성하였다. 생성한 크리깅 모델을 이용하여 PIAnO에 탑재되어 있는 전역 최적화 기법인 마이크로 유전 알고리즘(micro genetic algorith; mGA)을 이용하여 최적설계를 수행하였다. 최적설계를 수행한 결과, 목적함수인 최대사출압력을 초기 대비 34.2% 감소시킬 수 있는 밸브 게이트 위치 및 열림 시점을 결정할 수 있었다. 이러한 최적설계 결과를 통해 본 논문에서 제안한 최적설계 기법의 유효성을 보였다.