조립 설계(DFA) 마스터하기: 핵심 원칙과 모범 사례

'제조 및 조립을 위한 설계'(DFMA)와 '조립을 위한 설계'(DFA)라는 용어는 제품 개발의 개념 및 설계 단계를 주어진 제조 방법에 맞게 조정하고, 생산과 조립의 용이성과 비용 효율성을 보장하는 방식으로 조정하려는 일련의 관행과 원칙을 지칭합니다.

DFA 프레임워크는 수십 년에 걸쳐 여러 형태를 취해왔으며, 1970년대부터 본격적으로 시작되었습니다. 선구적인 발전 중 하나는 히타치(Hitachi)의 조립 평가 방법(AEM)으로, 포인트 감점 기준을 사용해 특정 제품의 조립 용이성(특히 자동 조립)을 평가했습니다. 오늘날 우리가 아는 '조립을 위한 설계' 개념은 1977년에 명명되어, 주어진 제품이 자동 조립에 적합한 후보인지, 이상적인 조립 시스템과 자동화 정도는 무엇인지 결정하기 위한 기준과 전략을 제시했습니다.

부품을 조립을 위해 설계하는 것은 그 기능성, 품질, 일관성을 개선하는 것과 일치할 수 있습니다. 또한 조립을 위한 설계 원칙을 준수하면 필요한 생산 장비와 부품 재고를 줄일 수 있습니다(많은 경우 이 2차적 이점이 조립 비용 절감보다 더 중요한 판매 포인트가 됩니다). DFA 가이드라인을 따르는 것은 제품 주기 초기에 잠재적 설계 문제를 조명하는 데도 도움이 되어 프로토타이핑 프로세스를 간소화하고 생산 비용을 더욱 줄일 수 있습니다.

제품 개발 프로세스에 DFA 원칙을 통합하기 시작하는 방법에 대한 빠른 입문서를 소개합니다:

부품 수 최소화

DFA의 제1원칙? 부품의 생존 가능성에 영향을 주지 않는 한 가능한 한 부품을 결합하세요. 부품 수를 줄이면 최종 조립이 더 빨라질 수 있습니다.

하지만 부품 수 최소화가 부품에서 기능을 제거하는 것과 같은 건 아닙니다. 전혀 그렇지 않습니다. 사실 이 관행은 필요한 패스너 수를 줄이고 불필요한 인건비를 없애는 데 도움이 될 수 있습니다.

부품 설계에 패스너 내장하기

부품 수를 줄이는 구체적인 방법 중 하나는 패스너를 부품 자체에 직접 통합하는 것입니다(나사, 볼트, 기타 추가 컴포넌트 필요 없음). 스냅핏(Snap-fits)과 리빙 힌지(Living Hinges)는 추가 도구나 특수 장비 없이 제작할 수 있는 조립을 위한 설계 패스너의 두 가지 일반적인 템플릿입니다. 나사와 패스너가 특정 부품과 애플리케이션에 필수적일 수 있지만, 일반적으로 가능하면 제거해야 합니다.

대칭성에 주의하기

조립 시 대칭성과 관련한 일반적인 가이드라인: 부품은 조립 과정에서 쉽게 정향(Orient)할 수 있도록 대칭적이어야 하거나, 쉽게 골라내고 정향할 수 있도록 눈에 띄게 비대칭적이어야 합니다.

왼손잡이/오른손잡이 부품 설계는 피하세요(이는 본질적으로 툴링 니즈를 두 배로 늘릴 수 있음). 부품 기능에 달리 방해가 되지 않더라도 쓸모없거나 불필요한 특징이 생기더라도 말이죠.

부품을 잘못 설치할 수 없도록 만들기

서로 다른 컴포넌트가 잘못 결합되는 것을 방지하는 셀프 얼라이닝(Self-aligning) 특징을 부품 사이에 포함하는 것도 조립 프로세스 효율을 높이는 또 다른 방법입니다.

패스너는 상당한 조립 노동을 요구하는 것으로 악명이 높습니다. 따라서 각 부품의 정향을 쉽게 결정할 수 있도록 보장하는 것이 조립을 빠르고 비용 효과적으로 유지하는 데 필수적입니다. 둥근 부품에 노치(Notch) 하나만 있어도 프로세스를 크게 간소화할 수 있습니다.

공차 최적화

현대 가공 및 툴링 장비는 믿을 수 없을 정도로 타이트한 공차를 달성할 수 있습니다. 하지만 모든 제품이 그런 엄격한 표준의 혜택을 보는 건 아닙니다. 그렇게 정밀한 공차로 부품과 툴을 가공하는 비용은 믿을 수 없을 정도로 비싸고 시간이 많이 들어, 비용이나 효율성 이점을 무효화할 수 있습니다.

여러 부품이 극도로 타이트한 공차로 가공된 어셈블리는 하나 이상의 컴포넌트가 사양에서 벗어나면 성능 문제 위험도 증가시킵니다. 공차를 조금 느슨하게 허용하면 종종 비용을 절감하고 동시에 설계의 회복탄력성을 개선할 수 있습니다.

COTS 부품 사용해 설계하기

상용 기성품(COTS) 부품은 이름에서 알 수 있듯 직접 제조하는 대신 공급업체에서 구매할 수 있는 부품입니다. 일반적인 COTS 부품에는 인클로저, 스프링, 기어, 핀, 센서 등이 포함됩니다. 이 부품들은 상당히 표준화되어 있으며, 대부분의 조립 작업자와 자동 조립 솔루션은 이를 사용하고 조립하는 데 필요한 것을 이해합니다.

맞춤 가공과 제작 니즈를 최소화하면 설계 프로세스를 간소화하는 동시에 적절한 재고와 원자재 또는 컴포넌트 조달 장벽을 줄일 수 있습니다. 이 이점은 향후 수요 급증이 예상되는 부품에 특히 가치가 있습니다.

어셈블리 전반에 동일한 도구 사용하기

전체 어셈블리에 단일 도구를 사용하거나, 더 나아가 전체 제품 라인에 단일 도구를 사용하면 조립과 분해의 에너지, 노동, 비용 효율성을 모두 개선할 수 있습니다.

어셈블리가 다른 섹션에서 다른 나사나 패스너 유형을 사용하면 각 추가 패스너 유형마다 조립 과정에서 추가 도구가 필요합니다. 소켓 헤드와 헥스 헤드를 섞지 마세요. 둘 중 하나로 충분할 때 말입니다.

부품이 DFA 가이드라인을 충족하도록 보장하는 확실한 방법

오늘날 주문형 세상에서 제조 및 조립을 위한 설계 원칙의 효과적 적용은 필수적입니다. 하지만 DFMA 가이드라인이 제공하는 모든 혜택을 누리려면 설계 소프트웨어 선택과 사용, 애플리케이션 기술 요구사항, 환경 고려사항, 자재 선택과 조달, 예산 제한, 타이트한 타임라인 등 많은 요소를 저글링해야 합니다.

광범위한 설계 및 엔지니어링 전문성을 갖춘 주문형 제조업체와 파트너십을 맺는 것이 오늘날의 경쟁 시장에서 앞서나가는 열쇠입니다. 그게 바로 패스트 래디우스(Fast Radius)가 나서는 지점입니다. 우리는 새로운 것을 가능하게 하고, 최신 최고 기술을 활용해 검증된 레거시 컴포넌트를 개선된 효율성으로 리메이크하는 데 자부심을 느낍니다. 또한 부품을 생산 위해 개발하고 준비하는 데 도움이 되는 다양한 제품 자문 서비스도 제공합니다. 오늘 문의해 자세히 알아보세요.