14주차 : 프로토타입제작

제품 개발 및 설계 Chapter 12

공과대학 산업공학과 교수 박근상

Ergonomics Lab. of Konkuk University ergpark@konkuk.ac.kr

Product Design and Development 제품 개발론

1. 소개

2. 개발 프로세스와 조직화

3. 제품 계획

4. 고객 요구 사항 정의

5. 제품 사양

6. 개념 생성

7. 개념 선정

8. 개념 시험

9. 제품 구조

10. 산업디자인

11. 제조 감안 설계

12. 프로토 타입 제작

13. 제품 개발 경제성

14. 프로젝트 관리

제품 개발 과정

프로트타입의 제작은 제품개발의 전 과정에 걸쳐 실시된다

계획 개념 개발 시스템 수준의

설계

상세

설계 시험과 수정 생산 시작

프로트타입은 제품 전체에서 하나 이상의 관심 영역을 유사하게 만든 것

제품 개발 과정

경제적인 해석 수행

경쟁 제품의 사양 조사

모델과 프로토 타입을 제작하고 시험을 수행

소비자의

요구사항을

확인

목표사양

설정

제품개념

생성

제품개념

선정

최종사양

설정

하류의

개발계획

임무

명세서 제품개념시험

개발

계획

프로토타입의 예: Apple PowerBook Duo Trackball

물리적 vs. 해석적 프로토타입

물리적 프로토타입

제품에 유사하게 제작된 실제적인 인공물

제품과 같은 모양과 느낌을 주는 모델

즉시 아이디어를 테스트 할 수 있는 개념확정용 프로토타입

제품의 기능을 확인하는데 사용할 수 있는 실험적인 하드웨어

해석적 프로토타입

수학적 방법과 같은 실제적이지 않은 생산물

제품의 흥미있는 관점은 만들기보다는 분석

컴퓨터 시뮬레이션,

스프레드시트 내에서 코딩된 방정식 시스템

3차원 컴퓨터 모델

집중적 vs. 포괄적 Prototypes

집중적 프로토타입 하나 또는 몇가지 상품의 특

성을 분석하기 위해 사용

제품의 종합적인 성능을 조사하기 위하여 둘 또는 그 이상의 집중적 프로토타입을 함께 사용

일반적으로 보다 빨리 성능분석에 필요한 문제들의 답을 줄 수 있음

포괄적 프로토타입 상품의 특성 중 대부분을 충족

시킴

일반적으로 사용되는 프로토타입이라는 의미

제품에 반영되기 이전에 잔존한 임의의 설계결함을 확인하기 위한 목적으로 사용자에게 제공되고 테스트되어짐

프로토타입의 유형

포괄적 집중적

물리적

분석적

최종 프로토타입

베타 프로토타입

알파 프로토타입

볼 지원 프로토타입

트랙볼 회로의 시뮬레이션

볼지원 방정식 모델링

트렉볼 구조로 연결된 회로 시뮬레이션

일반적으로 가능성이 없음

프로토타입의 4가지 사용

학습 ◦ 실행 혹은 가능성의 물음에 답을 주는데 사용 ◦ e.g., 개념 모델의 입증(proof-of-concept model)

의견교환 ◦ 피드백을 위한 제품 표현(실연) ◦ e.g., 스타일 또는 기능의 3D 물리적 모델들 (physical m

odels of style or function)

통합 ◦ 시스템 모델 안에 서브 시스템들의 조합(combination of

sub-systems into system model) ◦ e.g., 알파 또는 베타 모델들

마일스톤(Milestones) ◦ 개발팀의 계획 목표를 제공 ◦ e.g., 최초로 분석할 수 있는 하드웨어(first testable har

dware)

보잉 777 비행기 테스트

Brakes Test

회전날개의 최소두께(Minimum rotor thickness)

최대 이륙 중량(Maximum takeoff weight)

최대 활주 속도(Maximum runway speed)

브레이크를 파열시켜?(Will the brakes ignite?)

Wing Test

최대 부하(Maximum loading)

언제 제동이 걸리지?(When will it break?)

어디서 제동이 걸리지?(Where will it break?)

포괄적 프로토타입

포괄적 프로토타입의 비용

높음 낮음

기 술 적 또 는 판 매 위 험 요 소

높음

낮음

하나의 프로토타입이 검증을 위해 만들어 질 경우

극소수의 포괄적 프로토타입의 제작이나

제작하지 않음

많은 포괄적 프로토타입의 제작 가끔 최초 시제품이 실제로 팔린다.

프로토타입 제작 전략

불확실성을 줄이기 위한 프로토타입의 제작

정의된 목적에 맞는 모델 제작

여러 형태로 고련된 프로토 타입

프로토타입 유형의 시의적절한 선택 ◦ 대부분의 초기 모델들은 개념을 검증하는데 사용

◦ 일부 포괄적인 모델들은 통합 테스트를 위해 사용

제품계획을 위한 프로토 타입 유형의 선택 ◦ “하드웨어의 수렁”은 피하라

신속한 프로트타입 제작 방법

제작 방법의 대부분은 빼버리기보다는 더해가며 진행.

CAD 모델을 기초로 하여 층(layer) 별로 부품들 (parts) 을 구축.

입체 석판인쇄 장치 (SLA:Stereo Lithography Apparatus)

레이저 절개 장치(SLS:Selective Laser Sintering)

3D 프린팅 라미네이트 제작(LOM:Laminated Object M

anufacturing) Others every year...

가상 프로토타입 제작

3D CAD 모델은 다양한 종류의 분석이 가능 ◦ 수정과 조립

◦ 제작

◦ 형태와 스타일

◦ 운동역학(Kinematics)

◦ 유한 요소 분석(Finite element analysis, 압력, 온도)

◦ 충돌테스트(Crash testing)

◦ more every year...

BMW 가상 충돌 테스트

From: Scientific American, March 1999

전통적인 프로토타입 제작 방법

CNC 기계가공 (CNC machining)

고무 몰딩(조형) + 우레탄 캐스팅(주물) (Rubber molding + urethane casting)

재료: 목재, 발포제, 플라스틱등

모델 제작시 특별한 기술이 요구됨

(Model making requires special skills)