제조업체의 주된 목표는 가장 좋은 제품을 보다 짧은 시간에 보다 적은 비용으로 설계하는 것이다. 제조업체가 고객에게 제공하는 가치는 더 다양한 기능을 갖춘 고품질의 제품을 보다 저렴한 가격으로 제공하기 위해 분투하고 도전하는 데 있다. 시장의 압력에 보다 잘 대처하려는 노력의 일환으로 제조업체들은 컴퓨터를 이용한 설계(CAD)의 재조정을 통해 사업 목표를 좀 더 쉽게 달성하고자 한다. 현재 이러한 재조정의 가장 두드러진 경향은 2D CAD 설계 기법으로부터 3D 솔리드 모델링을 이용하는 설계 공정으로 전환하는 것이다. 무엇이 이처럼 2D에서 3D 설계로 적극적으로 전환하게 하고 있을까? 먼저 2D 설계 공정의 한계를 살펴보고 3D 솔리드 모델링 기술을 이용하여 제품을 개발했을 때 엔지니어링 생산성 향상 및 사업상의 이점에 대해서 개략적으로 살펴보겠다. Ⅰ. 서 문 2D 엔지니어링 도면은 직교 투영 및 도형 기하학이 처음 개발되어 엔지니어링에 적용되었던 18세기 후반 이후 계속 설계 공정의 주된 요소가 되어 왔다. 19세기 후반과 20세기 초 폭발적인 산업 성장 기간 동안 도면 표준이 개발되어 엔지니어링 도면이 제조업체들의 핵심 사업 문서Business document가 되었다. 21세기로 들어선 이 시점에서도 2D 도면은 여전히 현장의 엔지니어링 방식에서 중요한 역할을 하고 있으며, 많은 경우에 제품의 제조와 제작 및 조립을 안내해 주는 결정적인 설계 문서로 사용된다. 2D 엔지니어링 도면을 사용하고 해석할 수 있는 능력은 여전히 엔지니어로서의 전문 능력에 필수적인 사항이다. 지난 30년에 걸쳐 컴퓨터를 이용한 설계(CAD)가 기존의 수동 제도 도구들을 사실상 대체했으며, 엔지니어링 도면 작성시 제조업체가 몇 배의 생산성 증대를 실현할 수 있도록 도와 주었다. 컴퓨터를 이용한 도구의 저렴한 비용과 사용의 편리함 때문에 대부분의 제조업체에는 어떤 형태로든 CAD 시스템이 설치되어 있다. Mechanical Engineering지에 의해 1998년도에 행해진 조사는 기계 엔지니어링 전문가 중 96%가 현재 CAD 시스템을 사용하고 있음을 보여 준다. 가격이 저렴하고 사용하기 쉬운 3D 솔리드 모델링 기술이 출현했음에도 불구하고 대부분의 제조업체는 여전히 그들의 설계 공정을 2D CAD 기법 및 도면 데이터를 기반으로하고 있다. Computer Aided Engineering지의 1998년도 조사는 CAD 엔지니어링 작업의 60% 이상이 2D로 행해지고 있음을 보여 준다. 그러나 설계 기간을 10배까지 단축시킬 수 있는 방법을 모색하면서 엔지니어링 및 제조 업계가 빠르게 3D CAD 도구로 전환하고 있기 때문에, 동일한 조사에서 제조업체들의 CAD 구매 의향은 거의 3:1의 비율로 2D CAD보다 3D CAD를 압도적으로 선호하고 있는 것으로 나타났다. 마찬가지로 현장의 CAD/CAM 방식에 대한 Dataquest 산업 리서치사의 1999년 연구는 조사 기업들 중 75%가 2년 후에는 3D가 주요 설계 기법이 될 것이라고 답하면서도, 응답 기업의 1/2 이상이 여전히 2D 기법을 주요 설계 방법으로 사용하고 있음을 보여 준다. Ⅱ. 2D 설계의 한계 대부분의 제조업체가 3D 설계 기법으로 전환하고 있음에도 불구하고 왜 많은 기업이 여전히 주요 제품 개발시 2D 기법을 사용하고 있을까? Dataquest의 연구에서는 2D CAD를 계속 사용하는 가장 큰 이유로 응답자의 1/3 이상이 단순히 2D CAD가 해당 기업의 설계 요구사항을 해결하는 데 적합하기 때문이라고 답했다. 대부분의 기업이 생산 현장에서 검증된 오랜 전통의 2D 설계 방법에 익숙하지만 2D CAD를 주요 설계 도구로 의존하는 제품 개발 공정은 불필요하게 설계 기간이 길어지고, 제품의 품질이 훼손되고, 엔지니어링 및 제조 비용을 증가시키는 등의 결정적인 한계를 가지고 있다. 이러한 한계는 2D 설계 데이터와 2D CAD 도구의 본질 때문이다. 2D에서는 단품들이 서로 정확하게 들어 맞는지 또는 2D 설계는 점검 과정을 복잡하게 한다 2D 설계는 실제 원형을 요구한다. 2D CAD 시스템을 이용한 비효율적인 도면 작성 2D 설계 변경시 장황한 반복 2D 설계 데이터를 다운스트림 공정에서 직접 사용할 수 없다 엔지니어링 분석에 소요되는 시간이 길어진다. 제조기간이 연장된다. 수치제어 가공의 경우에는, 2D 설계 데이터를 사용해서는 가장 간단한 가공이나 제작만이 가능한 단품만을 효율적으로 프로그래밍할 수 있다. 3축 또는 5축 가공으로 생산되는 구성요소는 거의 모두 최소한 완전한 곡면의 기하학적 형상이 필요하다. 2D 도면의 기하 형상만을 입력하면 3D 기하 형상이 작성될 때까지 수치 제어 프로그래밍 기능이 지연된다. 2D 설계 기법을 사용하는 제조업체는 원형 제작을 위한 리드 타임을 없애기 위해 Stereolithography나 레이저소결Laser sintering 과 같은 Rapid Prototyping 기술을 쉽게 이용할 수 없다. 이러한 기술들은 3D 솔리드 기하 형상을 입력해야 하므로, Rapid Prototyping 기계에서 단품을 제작하려면 먼저 2D로부터 솔리드 형상을 작성해야 한다. 이러한 추가 단계는 공정의 시간과 비용을 증가시키며 Rapid Prototyping 기술의 장점인 신속한 처리를 상쇄시킨다. 기술책자 문서를 위한 재작업 요약 : 2D CAD를 사용하면 시장에 제품을 내놓는 데 걸리는 시간이 길어진다 Ⅲ. 3D 설계의 채택을 방해하는 장애 제거 앞에서 이미 언급된 것처럼 3D 설계 기법을 사용하지 않는 이유는, 즉 2D가 적합하다고 생각하는 이유는 제조업체에게는 위험한 핑계가 될 수도 있다. 사실 업계의 전반적인 추세로 받아들여진 현재의 3D 설계 도구 및 기법의 관점에서 보면 3D를 사용하지 않는 가장 주된 이유로 인용되는 것들인 3D 시스템은 학습하거나 사용하기가 어렵다는 것, 3D 시스템은 너무 비싸다는 것 그리고 3D 설계는 현재의 설계 작업과 호환성이 없다는 것 등도 마찬가지로 공허한 구실에 불과하다. Unigraphics Solutions의 Solid Edge는 이전의 2D CAD 설계자와 2D 기반 설계 공정을 사용하는 기업에 보다 향상된 생산성을 제공하는 새로운 유형의 3D 솔리드 모델링 도구 중 최고의 제품이다. Solid Edge는 특히 2D 설계의 본질적인 비효율성을 해결하고 3D 솔리드 모델링의 채택을 주저하게 하는 기존의 장애를 제거하기 위해 개발되었다. 3D 솔리드 모델링을 위한 손쉬운 학습 및 사용 3D 설계로 전환시 저렴한 비용 2D 설계와의 호환성 이미 수천의 기업들이 Solid Edge에 대해서는 3D 솔리드 모델링 설계 기법을 채택하지 않는 것에 대한 변명이 더 이상 있을 수 없다는 것을 깨달았다. 2D에서 3D로 전환한 많은 기업이 시장에 제품을 내놓는 데 걸리는 시간과 생산성에서 3D CAD가 제공하는 커다란 이점을 깨닫고 있다. 이 기업들의 경험 중 많은 부분이 다음에 설명되는 3D CAD의 이점에 대한 고찰과 부합한다. Ⅳ. 3D CAD의 이점 3차원 솔리드 모델링이 제조업체에게 예수의 성배는 아니다. 그보다는 제품 개발 공정의 사실상 거의 모든 단계에서 실질적인 이익을 제공하는 보다 발달된 기술이라고 할 수 있다. 3D 솔리드 기하 형상으로 포착된 제품 정의는 제품 설계팀의 구성원들 간에는 물론이고 엔지니어링 및 제조 조직 그리고 보다 대규모 조직인 기업, 전체 공급 체인 등 전부문을 통해 설계 의도를 보다 잘 전달해 준다. 솔리드 모델링을 이용하면 보다 신속하게설계를 포착할 수 있다 사례 연구 "2D로 작업하는 경우 작업자는 원하는 최종 모양이 생성될 때까지 일련의 도면요소를 배치하고 자르는 힘든 공정을 밟아야 합니다."라고 상업 및 주택용 창replacement window 제조업계의 선두 업체인 TRACO의 엔지니어링/연구 부문 책임자인 Howell N. Cornell은 언급했다. "이러한 작업 과정은 종종 매우 시간 소모적이며 특히 설계 개발 환경에서는 흔히 있는 일이듯이 나중에 개정을 해야 할 경우에는 더욱 그렇습니다."한 예로 Cornell은 AutoCAD를 사용해 간단한 돌출을 작성할 때 25가지의 명령과 45번의 선택이 필요했던 것을 인용한다. 이 돌출에 치수를 기입하는 데는 10가지의 명령과 20번의 선택이 필요했으며 그 결과 총 100번 이상의 조작이 필요했다. Solid Edge를 사용함으로써 새로운 설계를 작성하는 것이 훨씬 더 간단해졌다. AutoCAD에서는 100번 이상의 조작 과정을 통해 작성했던 돌출을 Solid Edge는 3가지의 명령과 32번의 선택으로 작성할 수 있다. 또한 2가지 명령과 12번의 선택으로 이 돌출에 치수를 기입할 수 있으며 총 조작 횟수가 51% 감소한다. 솔리드 모델링을 이용하면 보다 신속하게 제도 작업을 할 수 있다 이러한 자동 뷰 배치는 직교 뷰, 보조 뷰 및 상세도, 등각투영 뷰 등을 작성하는 과정을 간단하게 해준다. 도면이 실제 마스터 솔리드 모델을 참조하기 때문에 설계를 수정할 때 각 각의 뷰 별로 도면을 개정하지 않아도 된다. 즉 솔리드 모델의 기하 형상을 변경하면 뷰들도 자동으로 업데이트된다. 사례 연구 3D 솔리드는 보다 뛰어난 시각화를 제공한다 사례 연구 3D 모델링은 설계 오류를 줄여준다 사례 연구 3D 설계를 이용하면 실제 원형을 제작하지 않아도 되거나 원형 제작 필요성이 줄어든다 사례 연구 "이 작업에 2D CAD를 사용했다면 우리는 마감시간을 놓쳤거나 훨씬 더 많은 시간을 테스트와 공구실에서 바쳐야 했을 것입니다."라고 Value Plastics의 수석 엔지니어인 Bruce Williams는 말한다. "어느쪽이든, 솔리드 모델링을 이용하지 않았다면 우리의 원형은 Solid Edge를 사용한 것만큼 모양이 좋거나 제대로 작동되지 않았을 것입니다. 솔리드 모델링이 제공하는 뛰어난 시각화 덕분에 우리는 각각의 구성요소에 대해서 2D로 작업했더라면 알 수 없었을 많은 것들을 볼 수 있었습니다. 그리고 구성요소들을 조립하면서 이들이 서로 정확하게 들어맞는지를 볼 수 있었기 때문에 시간이 크게 절약되었습니다. Solid Edge가 없었다면 실제 원형을 작성한 다음 수많은 테스트를 거쳐야 했을 것입니다. 그러나 그러는 대신 우리는 화면 상에서 문제를 찾아내 해결했고, 그 결과 최소한 6주일의 시간을 절약했습니다." 3D 솔리드를 사용하면 설계 변경이 손쉬워 시간이 절약되고 품질이 향상된다 사례 연구 3D CAD는 제품 개발 과정에서 다른 공정들의 속도를 향상시킨다 사례 연구 사례 연구 3D 설계 데이터는 기업 전부문에 유용하게 사용된다 사례 연구 3D 솔리드 모델링으로 전환하는 비용 측면의 정당성 2D로부터 3D CAD로 전환했을 때의 이점을 아무리 상세히 설명하더라도 대부분의 기업은 3D 설계 도구에 대한 투자를 정당화해 주는 얼마간 공식적인 비용편익 분석을 요구한다. 3D CAD를 위한 지출을 통해 얻는 실질적인 이익을 납득할 수 있게 도와 주는 몇 가지 투자수익 예가 아래에 나와 있다. 노동 비용 감소 : 설계 및 제도 생산성 향상 부과된 시간당 엔지니어링 급료 x 연간 총 시간 x 엔지니어가 CAD 시스템을 사용하는 시간(백분율) x 일반적으로 3D에 의해 가능한 개발 기간 단축 = 연간 CAD 노동 비용 절약 |