제품 개발 및 설계 단계

 

 

 

[목차]

 

 

1.1 제품 설계

1.1.1 사용 요구조건의 설정 ESTABLISH END-USE REQUIREMENTS 

 

어느 부품 설계시나 제일 먼저 예상되는 최종 사용 요구조건에 대하여 세심하게 검토하여야 한다

최종사용 요구조건 설정시에 필요한 사항은 다음과 같다. 

1) 예상되는 구조적인 요구조건 (ANTICIPATED STRUCTURAL REQUIREMENTS) 

① 하중 - 제품에 작용하는 응력과 제품의 변형을 파악할 수 있다. 

② 하중의 속도 - 하중이 가해지는 속도 변화에 따라 각각 다른 거동(BEHAVIOUR)이 나타나므로 하중이 가해지는 속도의 빠르기를 조사하여야 한다. 

③ 하중의 작용기간 - 작은 하중에 의해 초기에 발생된 미소변형이라도 하중이 지속되는 경우 변형이 점점 더 심해져서 나중에는 사용할 수 없을 정도로 커질 수가 있다. 

④ 충격하중 - 짧은 시간동안 큰 하중이 작용하는 경우 조기에 파손이 일어나는 수가 있다. 그러므로 제품에 작용되는 충격하중의 특성을 파악하여야 한다. 

⑤ 진동 - 진동은 응력과 변형에 변화를 일으킨다. 이 응력과 변형들은 적지만 일정하게 반복을 하므로 제품의 파손을 일으킬 수 있다. 

⑥ 예상되는 남용 - 구조적인 요구조건을 만족하고 적절하게 잘 설계된 경우라도 남용을 하여 사용하므로서 파손이 일어날 수 있다. 

2) 예상되는 사용환경 (ANTICIPATED ENVIRONMENTS) 

3) 조립과 2차가공 검토 (ASSEMBLY AND SECONDARY OPERATIONS) 

① 조립  -조립을 쉽게 하거나 자동화 조립시의 취급을 잘하기 위하여 수리나 재생사용을 위한 분해를 쉽게 하기 위하여 부품을 최적화시켜야 하고, 기계적인 체결이나 용착 및 접착제 접착등의 조립에 사용되는 방법을 초기설계시에 검토하여야 할 필요가 있다. 

② 2차가공 - 수축자국이나 급격한 형상 변화등을 피하고 원하는 제품표면 상태를 얻기 위하여 도장이나 핫스탬핑(HOT STAMPING)등의 가장 좋은 표면 형상을 얻을 수 있는 2차 가동 공정도 초기에 검토되어야 한다. 

4) 가격한도 (COST LIMITS) 

① 이익을 내면서 판매할 수 있는 부품가의 설정 

② 연간 수량의 설정 

③ 추정 사이클 시간에 따른 경제적인 성형 방법 

④ 선정된 성형 방법에 따른 금형비 

⑤ 부품의 예상 수명 

5) 규정/표준에 적합성 검토 (REGULATIONS/STANDARDS COMPLIANCE) 

 

1.1.2 예비설계도면의 작성 ESTABLISH A PRELIMINARY DESIGN    

 

계획된 부품의 예비개념 스케치는 요구되는 성능을 얻기 위하여 어떤 부분은 수정할 수 없고 어떤 부분이 수정가능한가를 설계자가 결정하는데 도움을 준다. 

그러므로 이 예비 도면 스케치는 고정된 치수와 변경 가능한 치수 모두를 포함하여야 한다. 

 

1.1.3  원자재 선정

초기 개념 설정시부터 제품설계를 완성하기까지 설계자에게 상당히 많은 정보가 필요하고 매 과정마다 세심하게 주의하여 설계를 하여야 한다.

설계자는 설계하는 제품의 용도에 따른 최종 성능 요구조건을 알아야 한다.

원자재가 최종 성능 요구조건에 맞는지를 파악하기 위하여 설계자는 원자재 공급처에서 제공되는 원자재의 환경 특성과 물리적 특성에 관한 자료를 검토하여 결정하여야 한다.

1) 기계적 특성

① 항복 강도 

② 인장 강도 

③ 포아송의 비 

④ 크리프 탄성계수 

⑥ 피로한도 

⑦ 연신율 

⑧ 내식성 (부식 방지)

⑨ 경도 

⑩ 내화학성 

⑪ 연성 

⑫ 내마모성

 

1.1.4  필요한 경우 제품도를 수정 MODIFY THE DESIGN IF NECESSARY    

1) 원자재 재질 기계적 특성 검토

2) 가공, 성형성의 제한 (PROCESSING LIMITATIONS)

3) 조립방법 (ASSEMBLY METHODS)

 

재료의 강도 계산식은  특성자료에 의해 제품 두께와 같은 필요한 치수를 계산하기 위하여 사용되어야 한다. 

구조설계 계산에서 자세히 설명하였다. 특히 컴퓨터지원 설계(CAE)와 관련된 자료조사가 필요한 경우도 있다. 

유한요소법을 이용한 응력해석은 그 부근의 요소와 관련되어 별개로 조사되고 전체 구조는 계에 물리적으로 가해지는 조건에 의해 조사된다. 

동시에 수많은 방정식이 컴퓨터의 반복적인 계산능력에 의해 해를 얻는다. 

 

1.1.5 간이 사용시험 실시 

시험실이나 실제의 조건에서 선정된 부품의 요구조건을 반영한 시험이 실시되어야 한다. 때로는 간이 시험용으로 개발된 시험 장비로 양산시의 부품 품질관리 시험을 실시하는 경우도 있다. 제품의 성능 시험은 간이 생산제품이나 양산 제품에 대한 기능을 시험한다. 

 

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 1.2 시제품 테스트 시험 및 응력해석 결과 비교

 

부품을 사용시 재료에 응력을 발생시키는 힘이 작용하게 된다. 

과잉의 응력에 의하여 일어나는 파손을 방지하기 위하여는 그 응력이 추천되는 설계 한도를 넘지 않는 것이 필수적이다. 

유동해석에서와 같이 단순한 형상을 분석시에는 어려움이 별로 나타나지 않고 일반적으로 자주 일어나는 상황에 대해서도 이미 유도된 계산식을 사용하여 해결할 수 있다. 

그러나 복잡한 형상의 분석은 위와 같이 할 수 없으므로 유한요소법으로 해결하여야 한다. x, y, z좌표 축으로 형상을 나타내는 부품의 수학적 모델과 수지의 물성을 먼저 입력시킨다. 

그 후 하중 조건을 입력시키고 난후 특정 부위에서의 응력과 같은 특정 결과치를 요구한다. 

변형에 대한 수치, 비틀림 구조도나 응력 분포도 같은 사항도 조사될 수 있다. 이 방법에 의하여 응력이나 변형이 허용할 수 없을 정도로 높은 부위를 파악할 수 있고 적절하게 변경시킬 수 있다. 

이 과정중에 시제품을 만들어서 시험을 하므로서 설계자에게 다음과 같은 도움을 줄 수 있다. 

1) 부품의 요구조건이 설계한도를 넘지 않는다는 것을 확인하므로서 설계의 확신을 갖는다. 

2) 제품 성능에 관한 예비자료를 설정한다. 

3) 문제점이 발생 가능한 부위를 파악한다. 

4) 예비사용평가를 하고 소비자의 사용평가에 대한 결과를 얻는다. 

 

유익한 결과를 얻기 위하여는 시험시 다음과 같은 관점에 대하여 특별히 주의를 하여야 한다. 

① 부품의 요구조건에 대하여 적절히 분석하여야 한다. 

② 계획된 제품과 유사한 조건에서 시험하여야 한다. 

③ 실제적으로 유사한 사용 시험과 보관 시험 조건을 설정하여야 한다. 

④ 제품을 출하하기 전에 시험에 필요한 시간과 노력을 투자하여야 한다.

 

 

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출처 : 메카피아 http://www.mechapia.com/dictionary

 

 

 

 

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