기구설계가 중요한 실무적 이유

제품 개발 과정에서 많은 사람들이 ‘기구설계’라는 단어를 낯설게 느낄 수 있습니다. 특히 시제품 단계에서 프로젝트를 마무리하려는 경우, 이 과정이 불필요하다고 생각할 수 있습니다. 그러나 양산과 성공적인 시장 진입을 위해서는 이 설계 단계가 필수적입니다. 이 과정은 최종 생산에서 품질, 효율성, 비용 절감을 결정짓는 중요한 역할을 합니다. 이번 글에서는 기구설계가 제품 개발에서 왜 중요한지, 실무적인 관점에서 구체적인 예시를 들어 설명하겠습니다.

기구설계가 중요한 실무적 이유

사출공정을 고려하여 불량률을 축소

설계 작업은 시제품 제작보다 양산 과정과 밀접하게 연관됩니다. 특히 금형 사출을 통한 생산에서는 매우 중요한 역할을 합니다. 사출 성형 단계에서 제품이 효율적으로 생산될 수 있도록 설계하는 것이 핵심입니다.

사출 성형이란, 액체 상태의 수지를 금형이라는 틀에 주입하여 식힌 후, 그 틀의 형태에 맞게 고체화된 제품을 만들어내는 공정입니다. 이때 제품의 두께가 너무 두껍거나 얇으면 다양한 문제가 발생할 수 있습니다. 두꺼운 부품은 뒤틀림 현상이 발생할 수 있고, 얇은 부품은 휨 현상이 발생할 수 있습니다. 이러한 문제를 방지하기 위해 리브와 같은 지지대 구조를 추가하는 것이 필요합니다. 리브는 사출 성형 시 제품의 변형을 최소화하고, 전체 구조를 견고하게 만들어 줍니다.

설계를 고려하지 않고 생산을 진행하면, 생산된 부품이 변형되거나 품질이 떨어져 결국 폐기처분해야 하는 상황이 발생할 수 있습니다. 이는 비용 낭비와 생산 지연으로 이어지며, 제품의 시장 출시에도 악영향을 미칠 수 있습니다.

이 이미지는 대체 속성이 비어있습니다. 그 파일 이름은 SE-b7c0bef0-5cb2-4a84-9e1d-331277e46191.jpg입니다
리브 사진 ⓒ한국전자기술

 

효율적인 금형 사용

금형은 대량 생산에 사용되는 틀로, 기구설계 단계에서 중요한 고려 요소 중 하나입니다. 금형을 효율적으로 설계하면 생산 비용과 시간을 절감할 수 있습니다. 하나의 금형에서 하나의 부품만 사출할 수도 있지만, 여러 개의 부품을 동시에 사출할 수 있도록 설계할 수도 있습니다.

여기서 ‘캐비티’라는 용어가 등장합니다. 캐비티란 금형 내에 부품의 모양으로 움푹 패인 공간을 의미합니다. 예를 들어, 1×1 캐비티 금형은 한 번에 두 개의 부품을 사출할 수 있으며, 1×4 캐비티 금형은 한 번에 네 개의 부품을 사출할 수 있습니다. 캐비티가 많을수록 한 번에 더 많은 부품을 생산할 수 있으므로 사출 비용과 리드타임을 절감할 수 있습니다.

효율적인 금형 사용을 위해 설계 단계에서 캐비티 수와 배치를 최적화하는 것이 중요합니다. 캐비티 수가 적으면 금형 제작 비용이 줄어들지만, 생산 속도가 느려질 수 있습니다. 반대로 캐비티 수를 늘리면 한 번에 더 많은 부품을 생산할 수 있어 생산 속도가 빨라지고, 이에 따라 제품의 시장 출시 시간도 단축됩니다.

 

조립성을 좌우하는 설계

제품 조립 과정에서 ‘파팅’이라는 작업이 필요합니다. 파팅은 제품의 부품을 구분하고 조립 가능한 형태로 나누는 작업을 의미합니다. 이 과정 역시 설계를 통해 이루어지며, 조립성을 높이는 설계는 생산 단가를 낮추는 데 기여합니다.

조립성이 높은 파팅은 조립 공정을 단순화하고, 조립 시간과 비용을 줄일 수 있습니다. 예를 들어, 복잡한 부품을 여러 조각으로 분할하여 조립하도록 설계할 수도 있고, 반대로 단일 부품으로 설계해 통가공을 통해 생산할 수도 있습니다. 통가공이란, 부품을 분할하지 않고 하나의 덩어리로 가공하는 방식입니다. 이 경우 조립 공정이 필요 없으므로, 생산 단가와 시간이 크게 줄어들 수 있습니다.

 

실제 사례를 통한 이해

설계가 제품 개발에 얼마나 중요한지를 이해하기 위해 실제 사례를 살펴보겠습니다. 예를 들어, 휴대용 전자기기 케이스를 생산한다고 가정해보겠습니다. 이 케이스는 복잡한 내부 구조와 외관을 가지고 있으며, 제품의 보호 기능을 수행해야 합니다. 설계 단계에서 사출 성형을 고려하지 않고 두껍거나 얇은 부품으로 설계한다면, 사출 시 부품이 뒤틀리거나 휘어질 수 있습니다. 이러한 부품은 결국 사용할 수 없게 되고, 전체 제품의 품질이 저하됩니다.

또한, 케이스의 내부 구조를 효율적으로 설계하여 금형을 사용할 경우, 한 번에 여러 부품을 생산할 수 있는 1×4 캐비티 금형을 설계할 수 있습니다. 이를 통해 생산 비용과 시간을 크게 절감할 수 있습니다. 이와 같은 설계의 중요성은 제품 개발의 초기 단계에서부터 반드시 고려되어야 하며, 이 작업 없이 제품을 생산할 경우, 제품의 양산성과 시장 경쟁력에 큰 타격을 받을 수 있습니다.

 

설계를 통해 생산 단가를 줄일 수 있는 다른 방법에는 무엇이 있을까요?

기구설계를 통해 생산 단가를 줄이는 방법은 여러 가지가 있습니다. 이 단계에서의 전략적 선택은 제품의 최종 가격 경쟁력에 큰 영향을 미치며, 효율적인 설계를 통해 비용을 절감할 수 있습니다. 아래에 몇 가지 구체적인 방법을 설명하겠습니다.

 

1. 재료 최적화

재료의 사용량을 최소화하면서도 제품의 기능과 내구성을 유지하는 것은 매우 중요한 기구설계 전략입니다. 이를 위해 제품의 두께나 밀도를 조절하거나, 특정 부위에만 강화 재료를 사용하는 방식으로 설계를 최적화할 수 있습니다. 예를 들어, 제품의 외곽 부분에만 고강도 재료를 사용하고, 내부 구조는 상대적으로 가벼운 재료를 사용하는 방식으로 재료비를 절감할 수 있습니다. 또한, 리브나 보강재를 적절히 배치해 최소한의 재료로 최대한의 강도를 확보하는 방법도 있습니다.

2. 생산 공정 단순화

설계를 통해 생산 공정을 단순화하면, 생산 시간과 비용을 크게 줄일 수 있습니다. 예를 들어, 제품의 부품 수를 줄이거나, 부품 간의 결합 방식을 단순화하는 것이 방법이 될 수 있습니다. 나사나 접착제를 사용하는 대신, 스냅-핏(snap-fit) 방식의 결합 설계를 채택함으로써 조립 공정을 단축할 수 있습니다. 이러한 방식은 조립 시간을 단축하고, 조립 오류를 줄여 품질 관리 비용을 절감할 수 있습니다.

3. 모듈화 설계

모듈화 설계는 여러 제품에 공통으로 사용되는 부품을 설계하여 생산 비용을 줄이는 방법입니다. 동일한 부품을 여러 제품에 사용하면 대량 생산을 통해 단가를 낮출 수 있으며, 재고 관리와 생산 계획에서도 유리해집니다. 예를 들어, 전자제품의 케이스나 내부 프레임을 모듈화하여 여러 모델에서 공통으로 사용하도록 설계하면, 금형 제작 비용과 생산 시간을 절감할 수 있습니다.

4. 표준 부품 사용

표준화된 부품을 사용하는 것은 기구설계 단계에서 생산 비용을 절감하는 또 다른 방법입니다. 맞춤형 부품을 제작하는 대신, 시장에서 쉽게 구할 수 있는 표준 부품을 활용하면, 부품 구매 비용을 줄일 수 있을 뿐만 아니라, 공급망의 안정성을 높일 수 있습니다. 예를 들어, 표준 나사, 힌지, 클램프 등을 사용하는 것은 부품 비용을 줄이고, 조립 과정을 표준화하여 생산 효율을 높이는 데 기여할 수 있습니다.

5. 자동화 가능성 고려

설계 단계에서 생산 공정의 자동화 가능성을 고려하면, 장기적으로 생산 단가를 크게 절감할 수 있습니다. 자동화는 인건비를 줄이고, 생산 속도를 높이며, 일관된 품질을 유지하는 데 도움이 됩니다. 이를 위해 제품 설계 시 로봇이나 자동화 장비에 적합한 부품 형태와 조립 방식을 선택하는 것이 중요합니다. 예를 들어, 단순한 형태의 부품과 조립이 용이한 구조를 설계함으로써, 자동화된 생산 라인에 적합하도록 할 수 있습니다.

6. 금형 수명 연장

설계에서 금형의 수명을 연장하는 것도 비용 절감의 중요한 요소입니다. 금형은 초기 제작 비용이 높기 때문에, 이를 오랫동안 사용 가능하게 하는 것이 매우 중요합니다. 이를 위해서는 금형의 마모를 최소화할 수 있는 설계를 고려해야 합니다. 예를 들어, 금형의 특정 부위에 마모가 집중되지 않도록 균형 잡힌 설계를 하거나, 금형의 유지 보수를 용이하게 하는 설계가 필요합니다. 금형 수명이 연장되면, 금형 교체 비용과 생산 중단 시간을 줄일 수 있습니다.

7. 물류 및 포장 효율화

설계 단계에서 제품의 포장과 물류를 고려하는 것도 비용 절감에 도움이 됩니다. 제품의 크기와 형태를 최적화하여 운송 효율을 높이고, 포장재의 사용량을 줄일 수 있습니다. 예를 들어, 제품을 설계할 때 운송 중 파손을 방지하면서도 최소한의 포장재로 보호할 수 있는 구조를 고려한다면, 포장 비용과 물류비를 절감할 수 있습니다.

이처럼 설계는 단순히 제품의 외형을 만드는 작업이 아니라, 전체적인 생산 비용을 좌우하는 중요한 단계입니다. 재료 선택, 생산 공정, 조립 방식, 그리고 물류까지 모든 요소를 고려한 설계는 최종적으로 생산 단가를 크게 줄일 수 있습니다.

 

결론적으로, 기구설계는 단순한 시제품 제작을 넘어 제품의 성공적인 양산과 시장 출시를 위해 필수적인 단계입니다. 이 과정을 통해 사출 공정에서의 불량률을 줄이고, 금형을 효율적으로 사용하며, 조립성을 높임으로써 생산 단가를 절감할 수 있습니다. 설계가 잘 되어 있는 제품은 시장에서 높은 품질과 경쟁력을 갖추게 되며, 이는 결국 제품의 성공으로 이어지게 됩니다.

 

 

공유하기

다른 포스트