설계 의도가 있는 스마트 커넥티드 제품 설계

설계 의도가 있는 스마트 커넥티드 제품 설계

  • CAD
  • 2/12/2018

설계 의도는 CAD 모델링에서 이뤄지는 모든 결정을 지배하고, 또 지배해야 합니다. 설계 의도는 초기 설계 단계가 단지 제품 라이프사이클의 작은 부분일 뿐이라는 점을 인식합니다. 대개 요구사항의 변화에 따라 모델을 수정하고 업데이트하는 데 훨씬 많은 시간을 소비합니다. 따라서 변경 사항이 관련 기능 및 컴포넌트에 지능적으로 전달되도록 모델에 추가 정보를 적용해야 합니다.


익숙한 설계 방법

어셈블리 설계 방법으로는 상향식(BUD) 및 하향식 설계(TDD)가 가장 널리 알려져 있습니다.

 

BUD의 경우 먼저 개별 부품 모델을 만들어서 이를 하위 어셈블리에 정렬합니다. 이 하위 어셈블리는 상위 어셈블리에 배치되며 최상위 제품이 완성될 때까지 이 작업은 반복됩니다.

하지만 상향식에는 몇 가지 단점이 있습니다. 컴포넌트가 많고 계층 구조가 복잡한 고급 제품에는 적합하지 않습니다. 특히 부품과 하위 어셈블리가 서로 상호 의존 관계를 갖는 경우에는 효과적이지 않습니다. BUD 어셈블리 업데이트는 지루하고 상당히 수동적이며 시간이 오래 걸릴 뿐 아니라 오류가 발생하기 쉬운 작업입니다. 최악의 경우 연속해서 재생성 실패로 이어져 사용자가 어려움을 겪고 결과적으로 제품 출시가 지연되게 됩니다.


TDD 의 경우 개별 부품의 형상에 초점을 두지 않고 제품 구조, 즉 주요 하위 시스템, 하위 어셈블리, 기타 컴포넌트를 먼저 정의합니다. 이때 특수 모델을 사용하여 중요한 설계 정보를 통합합니다. 뼈대 (skeleton) 는 여러 어셈블리 및 부품에 영향을 주는 형상을 캡처합니다. 치수와 매개변수에 대해서는 노트북 (notebook) 이 동일한 기능을 수행합니다. 뼈대와 노트북에서 가져온 설계 정보를 개별 컴포넌트에 전달합니다. 이러한 방식으로 최상위 수준에서 변경 사항을 구현할 수 있으며, 상호 연결된 컴포넌트는 당초 계획한 방식으로 예상대로 업데이트됩니다.

미들아웃 설계 방법 도입

스마트 커넥티드 제품은 기존의 접근 방식에 새로운 과제를 안겨줍니다. 제품에는 항상 파스너, 케이블링 및 회로 컴포넌트와 같은 상용 기성품(COTS) 컴포넌트가 포함되어 있습니다. 제품이 스마트해지고 연결되기 위해서는 다음과 같은 컴포넌트도 추가됩니다.

 

  • 센서
  • 휴먼 인터페이스(촉각 또는 음성)
  • 프로세서
  • 송신기
  • 연결 포트

종종 이러한 컴포넌트를 먼저 위치시킨 후, 하우징 혹은 그 주변의 나머지 부분을 설계해야 합니다.

내부 전자장치와 외부 하우징이 사용되는 이 특별한 기술이 바로 미들아웃 설계(MOD)입니다. 이 기술은 이미 여러 분야에서 사용되고 있는데, 특히 항공 우주 및 방위 산업 분야의 LRU(Line Replaceable Unit)라고도 알려져 있는 하우징과 상자의 컴포넌트 패키징이 필요한 제품에서 특히 유용합니다.

사용 방법 선택

상향식, 미들아웃, 하향식 방법이 모두 별도의 영역이라고 생각하는 사람들이 많이 있습니다.

 

별도의 설계 방법

 

그러나 실제로 제품은 이러한 방법을 조합하여 설계됩니다. 제품 전체를 설계할 때는 하향식 방법을 사용하는 반면 개별 하위 어셈블리는 상향식 방법을 이용해 설계 될 수 있습니다. 필요에 따라 일부 컴포넌트와 시스템은 미들아웃 방법을 사용한 다음 이후에 하향식 방법으로 변경할 수도 있습니다. 실제 상황은 다음 그림과 같습니다.

 

스마트 커넥티드 설계를 위한 중첩된 방법

 

 

스마트 커넥티드 제품의 개발은 상향식, 미들아웃, 하향식의 교차점에 있습니다.


SCP를 위한 CAD 도구 및 기술

이를 염두에 두고 제품을 개발할 때 MOD를 지원하는 CAD 도구 및 기법에는 어떤 것이 있을까요?

  • 하우징 및 인클로저(enclosures) 설계를 용이하게 하기 위해 기존 컴포넌트 주위에 엔벨롭(envelope)을 생성하는 데이터 공유 기능
  • 또한 COTS 및 공급업체 부품을 위한 3D 컴포넌트의 온라인 라이브러리.
  • 변환 작업 없이 다른 소프트웨어 패키지의 모델을 문제없이 열거나 통합할 수 있도록 하는 기술
  • 기존 형상을 패라메트릭 방식으로 참조할 수 있는 심미성과 인간 공학을 고려한 곡률-연속적 서피스 생성.

이러한 기법을 사용하고 MOD와 TDD를 결합하면 스마트 커넥티드 제품의 설계 프로세스가 향상될 것입니다.

 Subscribe to PTC Express

Tags:
  • CAD

Dave Martin

Dave Martin is a former Creo, Windchill, and Mathcad instructor and consultant. After leaving PTC, he was the Creo specialist for Amazon; and a mechanical engineer, Creo administrator, and Windchill administrator for Amazon Prime Air. He holds a degree in Mechanical Engineering from MIT and currently works as an avionics engineer for Blue Origin. 


Martin is the author of the books Design Intent in Creo Parametric and Top Down Design in Creo Parametric--both available at www.amazon.com. He can be reached at dmartin@creowindchill.com.