Manufacturing Technology - GWNUcadcam.gwnu.ac.kr/subject/manufacturing/manufacturing_lifecycle.pdf · 터가 자동으로 계산(판단)하여 대상물의 설계 ... 짧은 시간

Manufacturing

Technology

- 제품개발 과정 - ( 설계에서 제작까지 )

강릉원주대학교 자동차공학전공

제품 개발에서의 컴퓨터 이용

CAD (Computer Aided Design)

CAE (Computer Aided Engineering)

RP (Rapid Production)

CAM (Computer Aided Manufacturing)

RE (Reverse Engineering)

CAI (Computer Aided Inspection)

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강릉원주대학교 자동차공학전공 3

수요예측

제품의 구상 (개념, 창조적)

설계 (형상, 해석)

제도

공정계획 생산계획

생산

품질검사

출하

장비, 자재, 공구 준비

CAM CAD


제품의 설계에서 생산까지의 과정

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설계(Design)

형상, 치수, 재질,

조립, 가공방법

등에 관한 정보를 생성

설계의 최종 결과는 설계도면으로 문서화

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제품의 설계, 수정, 해석 및 최적설계 등의 작업을

컴퓨터의 도움을 받아 수행하는 컴퓨터 응용기술

컴퓨터 이용 설계(Computer Aided Design)

컴퓨터 이용 제도(Computer Aided Drafting)

자동설계(Automatic Design)


도면을 매개로 하여 사람과 컴퓨터가 정보를 교환하며 설계작업을 진행함으로써 유연성 있는 설계작업을 수행할 수 있다. Interactive procss.

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상호 응답식 설계 (Interactive Design)

도면을 매개로 하여 사람과

컴퓨터가 정보를 교환하며

설계작업을 진행

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Computer Aided Drafting

컴퓨터와 도면 출력장치를 이용하여 제품의 도면을 작성

Automatic Design

희망하는 대상물의 초기변수를 입력하면, 컴퓨터가 자동으로 계산(판단)하여 대상물의 설계

값을 출력

프로그램화 된 제품 이외의 설계가 불가능(유연성이 없다).

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컴퓨터 이용 제도(Drafting, Drawing)

재질, 가공방법

등에 관한 정보는 없고 형상과

치수정보만 가짐.

대부분의 CAD

소프트웨어는 설계모듈뿐만 아니라 제도(Drafting)

을 위한 모듈을

제공함.

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자동설계 (Automatic Design)

설계에 필요한 매개변수를 입력시키면, 설계공식을

수행하는 소프트웨어에 의해 형상설계가 이루어짐.

단일 작업만 가능

설계과정이 일괄적으로 이루어져

중간에 수정할 수

없음.

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CAD의 장점

정밀 설계와 정확한 수치설계

자유곡선 및 자유곡면을 이용한 설계

2차원 및 3차원 시뮬레이션, 렌더링을 이용한 투시도, 조감도 표현 (photo-realism)

수정과 재사용이 용이하고 편리함

도면 대량 출력 가능

네트워크 공유를 통한 협업 가능

소프트웨어 사이에 설계정보의 호환성이 뛰어남

장기 보관 및 관리가 우수

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CAE (Computer Aide Engineering)

CAE

개념설계 및 해석과정을 CAD/CAM 시스템에

포함시켜 설계 작업을 자동화

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CAE의 구성

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CAE

CAD/CAM

CAD CAM

CAT

. 제품 설계안의 형상 모델화

. 범용 엔지니어링 해석

. 수요자 노하우 평가

. 시제품의 평가

. CAE 모델 검증

. 데이터베이스를 위한

컴포넌드 정보의 입수

. 설계, 제도

. 생산, 가공


CAD/CAM과 CAE의 범위

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개념설계

해석, 평가

상세설계

제도 생산가공

CAD/CAM

CAD CAM


설계단계 에서의 CAE

1.제품(부품) 모델 구축

개념설계 단계부터 제품전체 시스템 모델을 컴퓨터에 구축

2. 시뮬레이션

실제 사용조건 하에서의 해석 및 시뮬레이션을 활용

제품전체의 형상과 구성에 따른 성능예측, 강도해석,

기구해석 등의 시뮬레이션

3. 설계안 결정

결과를 Feed back시키면서 각 부분의 설계 내용을

결정

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CAE 해석 – CAD모델 / FEM 모델

형상모델로부터 FEM 모델 생성

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CAE 해석 –FEM 모델 / 시뮬레이션

1. FEM(유한요소)모델

생성

2. 구속조건 및 하중 적용

3. 해석

4. 결과의 출력 및 검증

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http://youtu.be/wrtHn8UX_t0


CAE 해석 종류

정적 구조 해석 정지된 상태에서 힘을 가했을 때 제품이나 부품이 받는 응력 (stress), 변형율

(strain), 변위(displacement) 등을 계산

소음 진동 해석 제품이나 부품에 고유 진동수와 진폭의 계산. 또한 기진력을 줄 때의 소음이

나 진동 계산

운동학 해석 기계를 이루고 있는 부품이 서로 어떻게 운동하는지를 계산

열 유체 해석 제품 내에서 발생하는 열의 분포상태나 이동상태 및 유체의 흐름 상태나 속

도 등을 계산

사출 성형 해석 사출 금형 내의 플라스틱의 흐름이나 온도 분포 등을 해석.

이러한 해석 결과는 모두 정보관리파일에서 관리되어, 해석 데이터가

필요한 사람들은 정보관리파일을 통하여 볼 수 있다.

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CAE의 특징

설계안을 조기에 검토하여 시행착오 감소

시제품의 제작횟수 감소

조기에 여러 가지 변수에 대응하여 시뮬레이션을 시행하면서 현실감 있는 비교, 검토, 수정,

보완 등이 가능

개발기간 및 비용을 절감하여 높은 생산성 향상을 통한 경쟁력 제고

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CAE의 설계 데이터베이스

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Rapid Prototype

RP 짧은 시간 내에 CAD 그래픽 데이터로부터 3차원 형상의 시제품을 만들어내는 기술

Design review나 presentation에 주로 사용

재료의 성질, 기계자체의 정밀성, 단층효과에 의한 오류 등으로 인하여 정밀도에 한계가 있다.

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AM과 RP, 3D Print

AM (Additive Manufacturing) 첨가가공, 부가가공

재료를 한 층씩 차례로 쌓아서 부품을 만드는 가산적인(적층식) 공정

SLA, FDM, SLS 등

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< Layer by Layer 적층가공 개념 >

< RP & 3D Pirnting 개념 >

http://youtu.be/BUfh5wxj3qA

http://youtu.be/eKk2vRysioE


RP가공법의 종류

SLA(Stereo Lithographic Apparatus) 광경화성 수지에 레이저 광선을 주사하면서 경화시켜 성형

성형속도가 빠르며 성형정밀도가 높다.

FDM(Fused Deposition Modeling) 필라멘트 선으로 된 열가소성 물질(ABS, polyamide)을 노즐안에서녹이며 얇

게 필름형태로 고화시키면서 적층 시키는 방법

기계장치는 간단하나 성형속도는 SLA에 비해 떨어짐

SLS(Selective Laser Sintering) SLA 에서의 광경화성 수지 대신에 고분자 또는 금속분말을사용하며 레이저

광선을 주사하여 소결 시켜 성형

어느 정도 강도를 가지고 있기 때문에 의장부품이 아닌 기능부품으로서 시험할 수 있는 시제품을 만들 수 있음.

성형속도는 가장 빠르고 재료가 다양하나 장비가격이 고가임

LOM(Laminated Object Manufacturing) 접착제가 칠해져 있는 종이를 원하는 단면으로 레이저광선을 이용하여 절단

하여 한 층씩 적층하여 성형

성형정밀도가 떨어지므로 크고 두꺼운 형태의 부품제작에 적합하다.

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CAM

(Computer Aided Manufacturing)

설계로부터 생산으로 이행되는 과정에 컴퓨터와 전문 소프트웨어를 이용하는 기술

3D CAD 모델로부터 NC(Numerical Control)

Code를 생성하여 가공시뮬레이션

생산에 필요한 도면, 공정계획, 작업시지서 자동생성

CNC 공작기계에 의한 자동가공

NC code나 관련 정보는 PLM (Product

Lifecycle Management)시스템의 데이터베이스에 관리되며, 현장에서 다운로드하여 이용.

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NC, CNC, MCT

NC (Numerical Control)

일련의 공정이 수치데이타(공구를 움직이는 좌표값 등)에 의하여 제어되도록 프로그램할 수 있는 자동화된 형태

CNC (Computerized NC)

공작기계에 컴퓨터를 장착하여 NC 프로그램으로 제어되며 가공작업을 수행하는 공작기계

CNC MCT (Machining CenTer)

ATC에 의한 자동공구교환으로 Drilling, Milling, Boaring 등과 같은 다작업기능을 수행할 수 있는 CNC 공작기계

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http://youtu.be/CqePrbeAQoM


가공 시뮬레이션

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http://youtu.be/miHCm6DC4qY


PDM과 PLM

PDM (Product Data Management) 제품 설계로부터 생산단계 까지의 과정에서 나오는 데이터, 도면, 보고서 등

을 관리

PLM (Product Lifecycle Management) 서비스 영역까지 제품의 수명기간 전체를 관리

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RE(Reverse engineering)형상 역설계

형상 역설계 (역공학)

3차원 스캐닝

정확한 형상 정보 및 텍스쳐 정보를 포함한 3

차원 형상 모델

부패된 유물 및 유적의 각종 문양 해석

부분적인 훼손 및 망실된 유물 복원

문화재 보전을 위한 전시용 복제품 가공

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Manufacturing

Technology

- 기계공작법의 개요 -


내용

기계공작법의 분류

재료 선택에 고려되어야 할 성질

기계제작공정

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기계공작법의 분류

비절삭가공

소성

가공

단조, 압연, 인발, 전조, 압출, 판금, 프레스가공

등

용접

납땜, 단접, 전기용접, 가스용접, 특수용접 등

주조

주조, 특수주조

특수비절삭가공

방전가공, 레이저가공 등

절삭가공

절삭공구 가공

고정공구

선삭, 평삭, 형삭, 슬로터, 브로우칭 등

회전공구

드릴링, 밀링, 보링, 태핑, 호빙 등

연삭공구 가공

고정입자

연삭, 호닝, 휴퍼피니싱, 버핑 등

분말입자

래핑, 액체호닝 등

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가공에 이용되는 금속의 성질 (1)

비절삭가공 용해성

• 고온에서 용해되는 성질

• 인자 : 용웅온도, 유동성, 냉각속도, 수축율 등

• 관련가공 : 주조

소성

• 영구변형되는 성질

• 관련성질 : 가단성, 사고성, 연성

• 관련가공 : 압연, 압출, 인발, 전조 등

접합성

• 용해된 금속 간의 친화력

• 관련인자 : 성분, 용융온도, 냉각속도 등

• 관련가공 : 용접

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가공에 이용되는 금속의 성질 (2)

절삭가공 절삭성

• 공구에 의해 칩이 생성되는 성질

• 관련인자 : 절삭공구, 가공물, 절삭조건 등

• 관련가공 : 선반, 밀링, 드릴링 등

연삭성

• 숫돌이나 입자에 의한 절삭성

• 관련인자 : 입자의 종류 및 크기, 숫돌형상 등

• 관련가공 : 연삭, 호닝, 슈퍼피니싱, 래핑 등

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재료의 기계적 성질

1.강도 인장강도, 압축강도, 굽힘강도, 전단강도, 비틀림강도

2.인성 충격에 대한 재료의 저항, 끈기 있고 질긴 성질

3.경도 재료의 단단하고 무름의 정도(표면경도, 마모저항)

4.피로강도 재료에 반복응력이 생길 때 저항하는 성질

5.고온 및 저온 성질 고온강도, 고온경도, 크리프 강도

6.전연성 재료가 가늘고 길게 늘어나거나 펴지는 성질

7.취성 작은 충격에도 쉽게 깨지거나 부서지는 성질

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기계제작 공정

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설계

기 계 가공 절삭가공

열처리 검사

조 립

시 험

제 품

소 재

단 조

목형. 주조

판금 및 제관

용 접

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