프리캐드(FreeCad)~어셈블리 디자인 최적화란?

 

어셈블리 디자인 최적화란?

어셈블리 디자인 최적화는 조립 모델을 설계할 때 효율성과 성능을 높이기 위해 설계 과정을 개선하는 작업이다. FreeCAD와 같은 3D CAD 소프트웨어에서 어셈블리 최적화는 복잡한 모델에서 발생할 수 있는 성능 저하, 설계 오류, 불필요한 반복 작업을 줄이고, 구조적으로 더 견고하고 간결한 조립체를 설계하는 데 중점을 둔다. 최적화된 설계는 설계 시간과 비용을 줄이고, 실제 조립 및 생산 과정에서 효율성을 극대화할 수 있다. 또한 최적화된 설계는 환경적으로 지속 가능성을 지원하며, 자원의 낭비를 줄이고 생산 공정에서의 에너지 소비를 효율화한다.
어셈블리 최적화는 단순히 설계 프로세스의 일부가 아니라, 제품 개발 생명 주기 전반에 걸쳐 이점을 제공하는 전략적인 접근방법이다. 설계 초기 단계에서 올바른 선택을 하면 제품이 시장에서 경쟁력을 갖추는 데 큰 기여를 할 수 있다.

✨✨✨

어셈블리 디자인 최적화의 주요 원칙

🧩1. 단순화

조립체에 포함된 부품 수를 최소화한다.
부품을 통합하거나 불필요하거나 복잡한 형상을 제거하여 설계 단순성을 높인다.
단순한 설계는 제조 공정을 간소화하고 오류 가능성을 줄인다.
단순화는 부품의 교체와 유지보수를 용이하게 만들어 운영 비용을 절감한다.

🔄2. 재사용성 증가

기존 부품이나 표준 부품을 최대한 활용하여 설계 시간을 단축하고 생산비를 줄인다.
동일한 부품이 여러 조립체에서 사용될 수 있도록 설계한다.
재사용성은 유지보수 비용 절감과 함께 신속한 시장 출시를 가능하게 한다.
재사용 가능한 설계는 생산 라인의 유연성을 높이고 새로운 요구 사항에 신속히 대응할 수 있다.

📐3. 구속 조건 최소화

필요한 구속 조건(Constraints)만 설정하여 계산 부하를 줄인다.
지나치게 복잡한 구속 조건은 소프트웨어 성능 저하를 초래할 수 있으므로 피한다.
간단한 구속 조건은 설계 변경 시 수정이 용이하다.
과도한 구속 조건을 피함으로써 모델 안정성을 확보하고 조립 공정에서의 유연성을 유지한다.

🛠️4. 모듈화 설계

조립체를 독립적인 모듈로 나누어서 설계 및 테스트를 더 쉽게 한다.
모듈화는 설계 변경 시 영향을 최소화하는 데 큰 도움이 된다.
모듈형 설계는 조립 공정 중 각 부품의 독립성을 보장하여 오류를 줄인다.
모듈화된 조립체는 글로벌화된 제조 환경에서 분산 생산과 조립을 지원할 수 있다.

⚖️5. 중량 및 강성 최적화

조립체의 중량을 줄이되 구조적인 강성은 유지하도록 설계한다.
재료 선택과 부품 배치를 조정하여 무게중심을 안정적으로 유지한다.
경량화는 비용 절감과 에너지 효율 향상에 기여한다.
중량 최적화는 물류 및 운송 비용 절감에도 중요한 역할을 한다.

🤝6. 조립 용이성

실제 생산에서 조립이 쉽도록 설계한다.
조립 공정을 단순화하고 부품 간의 접근성을 확보한다.
작업자가 쉽게 조립할 수 있도록 조립 단계를 최적화한다.
조립 용이성은 작업 안전성을 높이고 조립 시간 단축을 가능하게 한다.

💰7. 비용 효율성 극대화

설계 초기 단계에서 제조 및 조립 비용을 고려한다.
생산성과 경제성을 최우선으로 설계하여 부가가치를 높인다.
비용 효율성을 위해 로봇 공정과 자동화 기술을 통합하여 조립을 간소화한다.

 

✨✨✨

FreeCAD에서 어셈블리 최적화 방법

🔧1. Assembly Workbench 활용

FreeCAD의 Assembly Workbench에서 부품 연결 및 구속 조건 설정을 간결하게 구성한다.
구속 조건을 단순화하여 계산 부하를 줄인다.
간섭 감지 기능을 활용하여 부품 간 충돌을 방지한다.
조립체 설계를 시각화하여 오류를 사전에 발견할 수 있다.

🧮2. 파라메트릭 설계 적용

부품과 조립체를 파라메트릭하게 설계하여 변경사항 발생시 자동으로 대응한다.
치수를 기반으로 설계해서 수정이 쉬운 모델을 만든다.
반복 작업을 줄이기 위해 템플릿을 활용한다.
파라메트릭 설계를 통해 제품의 다양한 변형을 쉽게 생성할 수 있다.

🛡️3. 시뮬레이션 활용

FreeCAD의 FEM Workbench나 기타 시뮬레이션 도구를 활용하여 조립체의 강도와 안정성을 검증한다.
필요한 경우 구조를 변경하여 성능을 개선한다.
시뮬레이션 결과를 바탕으로 재료 사용을 최적화한다.
복잡한 조립체의 동적 성능을 시뮬레이션하여 내구성을 평가한다.

✂️4. 중복된 부품 제거

동일한 기능을 수행하는 중복된 부품이나 기능을 통합한다.
부품 라이브러리를 활용하여 효율적인 설계를 도모한다.
부품 수 감소는 관리와 조립 과정을 간소화한다.
중복된 부품 제거는 공급망 효율성을 높이고 재고 관리 비용을 절감한다.

🤖5. 설계 검증 자동화

Python 매크로를 사용해 설계 검증 프로세스를 자동화하여 오류를 줄인다.
자동화된 도구를 통해 조립체의 간섭 및 충돌을 탐지한다.
검증 작업 자동화는 설계 품질을 높이는 동시에 시간을 절약한다.
설계 검증 자동화를 통해 설계 변경이 즉각적으로 반영될 수 있다.

📦6. 외부 플러그인 사용

FreeCAD의 Addon Manager에서 제공하는 Assembly3, A2plus, Assembly4와 같은 어셈블리 확장 플러그인을 활용하여 고급 기능을 이용한다.
다양한 플러그인은 복잡한 조립 작업을 간소화 시킨다.
외부 플러그인을 통해 자신만의 맞춤형 워크플로를 구축할 수 있다.

📑7. 문서화와 설계 기록 관리

설계 변경된 사항을 체계적으로 기록하고 문서화한다.
조립체 관련 데이터를 중앙에서 관리하여 협업 효율성을 높인다.
문서화는 품질 관리 및 규제 준수를 지원하는 핵심 요소이다.

 

✨✨✨

어셈블리 최적화의 이점

🚀1. 성능 향상: 소프트웨어에서의 계산 부하를 줄이고 작업 속도를 높인다.
📈2. 생산성 증가: 설계 변경에 신속히 대응하여 설계 시간을 단축한다.
💸3. 비용 절감: 불필요한 부품과 설계 오류를 줄임으로써 제조 비용을 절감한다.
🤲4. 조립 용이성 개선: 실제 조립 공정을 단순화하여 생산성을 높인다.
🔒5. 구조적 안정성 보장: 무게와 강도의 균형을 유지해 설계 신뢰성을 확보한다.
🤝6. 협업 효율성 향상: 설계 과정의 투명성을 확보하고 팀 간 협업을 강화한다.
🌱7. 지속 가능성 지원: 효율적인 자원 사용과 에너지 소비 감소를 통해 환경 영향을 최소화한다.

 
✨✨✨

실제 적용 사례

🏠 소형 가전제품 조립체

부품 수를 줄이고 모듈화를 통해 생산성을 향상.
표준 부품을 사용하여 조립체의 호환성을 높임.
간단한 조립 공정으로 제조 시간을 단축.
에너지 절약형 설계를 통해 운영 비용을 절감.

⚙️ 산업용 기계 조립체

파라메트릭 설계를 통해 부품 크기를 자동으로 조정.
FEM 해석으로 강성을 보장하면서 중량을 줄임.
설계 변경 시 빠르게 대응할 수 있는 모듈화 전략 적용.
다양한 기계 설정 요구를 충족할 수 있는 유연한 설계.

🖨️ 3D 프린팅 조립체

3D 프린팅 기술을 활용해 복잡한 부품을 통합해서 설계.
조립체의 부품 수를 줄이고 조립 용이성을 극대화.
새로운 재료를 적용하여 기능과 성능을 최적화.
맞춤형 제품을 위한 개별화된 설계 구현.

어셈블리 최적화는 설계 품질을 높이고 생산성과 비용 효율성을 향상하는 핵심 전략이다. FreeCAD를 사용하여 체계적으로 설계를 최적화하면 더욱 경쟁력 있는 결과물을 얻을 수 있다.