기계설계는 단순히 부품의 형태를 정의하는 작업이 아닙니다. 설계 결과물이 실제로 제작되어 조립되고, 최종 제품으로 이어지기까지의 전 과정과 긴밀하게 연결되어 있습니다. 이때 설계자가 생산공정을 이해하지 못하면, 불필요한 가공비 발생, 공정 불가, 납기 지연 등의 문제로 이어질 수 있습니다. 이번 글에서는 설계와 생산공정이 어떻게 연결되어 있는지, 그리고 생산성을 높이기 위한 설계 전략은 무엇인지 실무 중심으로 정리해보았습니다.
1. 설계자는 왜 생산공정을 알아야 하나요?
1) 가공 불가한 도면 방지
- 설계만 보고 만들 수 없는 구조를 피하기 위해 - 공구 접근이 불가능하거나 가공 장비에 맞지 않는 형상 제거
2) 원가 절감 설계 가능
- 불필요한 복잡 구조나 과도한 공차를 줄여 비용 절감 - 표준 부품 활용, 최소 가공 횟수로 생산성 향상
3) 조립성, 유지보수성 확보
- 설계 초기부터 조립 동선, 작업성, 추후 정비까지 고려해야 함 - 생산성과 사용성을 함께 만족하는 설계 완성
2. 주요 생산공정과 설계 고려사항
1) 절삭가공(CNC, 밀링, 선반)
- 설계 고려: 공구 접근성, 가공 가능 각도, 고정 방법 - 피할 것: 깊은 언더컷, 복잡한 내부 구조
2) 판금 가공(Laser, Bend, NCT)
- 설계 고려: 전개도 형상, 최소 곡률 반경, 절단 경계 - 피할 것: 극단적인 곡선 절단, 이음매 미고려
3) 사출 성형(플라스틱 부품)
- 설계 고려: 언더컷 방지, 사출 방향 기준 형상 설계 - 피할 것: 수축, 휨 발생 부위 미처리, 금형 설계 미반영
4) 주조(알루미늄, 철 등 금속 주물)
- 설계 고려: 경사면 설계, 모서리 둥글게(R) 처리 - 피할 것: 두께 급변 구조, 냉각 불균형
5) 용접 및 조립
- 설계 고려: 위치 정렬 구조, 용접 길이 및 순서 고려 - 피할 것: 조립 시각 차이, 뒤틀림 유발 구조
3. 설계자가 알아야 할 생산연계 개념
1) DFM(Design for Manufacturability)
- ‘제조를 고려한 설계’ - 가공 시간을 줄이고, 오류를 줄이는 설계 전략 - 예: 표준 부품 사용, 대칭 구조, 최소 공정 구성
2) DFA(Design for Assembly)
- ‘조립을 고려한 설계’ - 부품 수 감소, 조립 방향 표준화, 도구 접근성 개선
3) Tolerance Stack-up 분석
- 조립 오차의 누적 계산 - 치수 공차가 적절한지, 기능 간섭 여부 판단
4) 생산성 vs 정밀도의 균형
- 고정밀 가공이 필요한 곳과 그렇지 않은 곳을 구분하여 효율 설계 - 치수 공차를 기능 단위로 분리하여 설정
4. 설계와 생산의 소통이 필요한 시점
1) 신제품 개발 초기
- 양산 전에 반드시 가공 부서와 사전 협의 - 금형, 치공구 설계 전에 피드백 필수
2) 반복 불량 발생 시
- 가공 불량, 조립 오류가 반복되면 설계 재검토 필요 - 도면, 공차, 재질부터 생산조건까지 전수점검
3) 공정 변경 또는 외주 변경 시
- 기존 생산 방식과 새로운 공정 간 간극 확인 - 사전 테스트 및 사양 변경 회의 진행
마무리하며
기계설계는 단순한 형상 정의가 아닌, **생산이라는 현실 세계와 연결된 기술**입니다. 아무리 멋진 설계도 만들 수 없다면 무의미하고, 너무 복잡하면 원가만 높아집니다. 설계자는 생산 현장의 소리를 듣고, 공정 특성을 이해하며, 협업을 통해 더 좋은 설계를 만들어내야 합니다. 생산성과 품질을 동시에 고려한 설계가 바로 현장에서 통하는 설계입니다.
자주 묻는 질문(FAQ)
1. 설계자가 가공 현장에 꼭 가봐야 하나요?
가능하다면 반드시 가보는 것이 좋습니다. 공구 접근, 고정 방식, 공차 영향 등을 눈으로 보면 설계 방식이 달라집니다.
2. DFM은 어떻게 배울 수 있나요?
기본적인 DFM 지침은 산업별로 정리된 가이드가 많으며, 설계자용 DFM 책자, 온라인 강의 등을 참고하면 실무에 큰 도움이 됩니다.
3. 생산성을 고려한 설계는 시간이 더 오래 걸리지 않나요?
초기 설계 단계에서 조금 더 고민하더라도, 후공정 불량과 비용을 줄여 결과적으로 훨씬 효율적입니다.