창의적제품설계와 현장에서의생산, 시장의요구 부산대기계공학부 창의공학설계 강동중
제조업의성공 제품 : 기업이소비자들에게판매하는대상물 제품개발 시장에서기회를인지하는것에서시작 생산, 판매, 제품배송으로끝나는일련의행위 고객의요구를파악하는능력 저비용으로제품화를신속하게수행하는능력 마켓팅, 제품디자인, 생산, 그외모두와관련 투자에대한이윤창출의보장
성공적제품개발요소 이윤창출과관련된 5 가지요소 제품의품질 제조원가 개발기간 개발비용 개발능력이상의요소들에부합되는제품개발이필요이러한요소들이제품개발노력의성과평가에사용됨
성공적제품개발요소 이윤과관련된 5 가지요소 제품의품질제품이튼튼하며신뢰가능한가? 제조원가고객의요구를만족시키는가? 고객들의평가는? 개발기간시장점유율과제품의가격으로결정 개발비용 개발능력이상의요소들에부합되는제품개발이필요이러한요소들이제품개발노력의성과평가에사용됨
성공적제품개발요소 이윤과관련된 5 가지요소 제품의품질 제조원가원재료, 노동, 구매부품, 장비, 정보, 개발기간치공구, 에너지, 지원, 서비스, 폐기물처리비용, 개발비용 개발능력이상의요소들에부합되는제품개발이필요이러한요소들이제품개발노력의성과평가에사용됨
성공적제품개발요소 이윤과관련된 5 가지요소 제품의품질얼마나빨리제품개발을완료? 제조원가회사의제품경쟁력과기술개발완료를위 개발기간한회사의제반여건에따라결정제품개발성과를회사차원에서얼마나빨 개발비용리회수할수있는가? 개발능력이상의요소들에부합되는제품개발이필요이러한요소들이제품개발노력의성과평가에사용됨
성공적제품개발요소 이윤과관련된 5 가지요소 제품의품질 제조원가 개발기간제품개발프로젝트의결과를이용해향후 개발비용더좋은제품을개발할수있는지의여부 - 내부적개발역량보유여부 개발능력이상의요소들에부합되는제품개발이필요이러한요소들이제품개발노력의성과평가에사용됨
성공적제품개발요소 이윤과관련된 5 가지요소 제품의품질 제조원가 개발기간 개발비용 개발능력이상의요소들에부합되는제품개발이필요이러한요소들이제품개발노력의성과평가에사용됨 그외, 개발팀원의창의성, 창조적제품에대한관심생산부서의일자리생성가능성에대한관심근로자, 사용자의높은안전기준고객들의환경친화적인제품요구주주들의관심
제품개발주체 마케팅부서 회사와고객사이의상호작용을계획 제품의시장기회와영역을정의, 고객의요구파악 목표판매가결정, 제품출시와홍보를감독 개발부서 고객의요구에가장부합하는공학적제품설계 고객친화적산업디자인 ( 미학적, 인간공학적 ) 생산부서 제품생산을위한생산계획, 관리에대한책임 구매와배포, 설치를포함
제품개발구성원 핵심팀 회사내부조직으로구성 (1 명의 ) 팀리더와회사에서발탁된팀원들 효과적업무수행을위해한사무실에서물리적으로동일한작업공간을활용할수있는인원으로구성 외부팀 수십, 수백, 수천명이될수있음 협력회사, 부품공급업체, 컨설팅회사등의지원 시장조사전문가, 기계공학, 전기공학, 재료과학, 생산관리, 재무, 판매전문가등의협업
< 기계, 전기공학적복잡제품에대한개발팀의구성도 >
제품개발기간과비용 각제품의사용부품수 200 35 3 10,000 130,000 < 엔지니어링을수반하는조립형제품의예 >
제품개발비용은프로젝트팀의인력수와개발기간에비례 이외에도회사의생산설비및장비에대한투자비용
제품개발의어려움 균형점찾기 (trade off): 제품성능, 품질 vs. 생산비용, 가격 변화하는환경 : 기술은발전, 고객선호도는바뀜, 경쟁사의신제품발표, 거시적경제환경변화등의조건에서합리적판단의어려움 세부적인사항들 (details): 컴퓨터덮개에나사를쓰느냐, 걸쇠를쓰느냐의선택. 사소하지만선택에따라수백만달러의비용차이발생. 간단제품도수많은선택사항발생가능 시간적압박 (time pressure): 제품개발은항상불충분한정보들을바탕으로빠른의사결정을요구함 경제성 (economics): 신제품개발, 생산, 마케팅은막대한투자를요구함. 저생산비용으로고이윤, 높은고객만족과구매욕구발생방법
창조적도전 창조성 아이디어에서시작, 물리적가공품생산으로종결 사회적, 개인적요구의만족 제품개발은시장의요구사항을만족시킴 회사내개발주체의자아성취 팀의다양성경험 다양한기술, 능력, 경험, 관찰력, 폭넓은협업필요 팀정신공유 개발팀은공동의목표달성을위한동기가명확 협동과동료의식
제조를위한 창의적제품설계
제조감안설계 DFM (Design For Manufacturing) DFX(Design For X) 의방법론중하나로제조원가에직접적인영향을미침 (ex) X: 신뢰성, 강건성, A/S, 환경영향, 생산성평가등 DFM 의목적 최소의생산비용으로목적한제품의성능을구현
1980 년대 DFM 도입의의 제조감안설계 (DFM) 활동으로회사의순위가바뀜 오늘날 DFM 은모든제품개발과정의기본부분 이전세대제품과신제품의비교 부품수가적다 새로운재료사용 부품의통합과고객지향적제품 더많은표준부품과하위조립품 더간단한조립과정
DFM 을위한 Team 구성 DFM 수행정보 - 스케치, 도면, 제품사양서, 설계대안 - 생산과조립에대한이해 - 제조원가, 생산량, 램프업시기평가 팀구성 : 전문가 + 개발팀 - 생산기술자, 회계관련부서원, 생산부서인력 - 필요정보를통합, 공유 - 팀단위워크샵수행
DFM 의수행절차 생산지원비용
생산비용책정 1. 부품원가 : 표준부품 + 비표준부품 - 표준부품 : 부품제조업체로부터공급받는부품 - 비표준부품 : 생산자의설계에의해만들어진부품 2. 조립비용 : 인건비, 조립장비, 소모품등 3. 간접비용 : 지원비용 + 간접배부비용 - 지원비용 : 원료가공, 품질보증, 구매, 선적, 출고, 입고, 설비시설, 장비유지등 - 간접배부비용 : 구체적인생산으로연계되지않는비용 (ex) 비서의월급, 빌딩유지비
제품생산원가요소
제조원가및생산비용 - 시스템에입력된모든자원및폐기물처리비용 - 표준제조원가 ( 단위제조원가 ): 년간생산비용합 /4 분기 = 분기당생산비용 장비정보치공구 원재료 노동 생산시스템 완성품 구매부품 에너지지원서비스 폐기물
표준 / 비표준부품의원가산정 표준부품 - 회사가이미제조하거나구매하고있는유사부품과의원가비교. - 협력업체나표준부품공급자가제시하는제안가격을근거로원가산정. (ex) 견적가의예상생산량은매우중요. 대량생산유리 비표준부품 - 특별한목적으로제작된부품. - 단일부품 : 원자재값 + 가공비용. - 조립부품 : 하위부품가격 + 조립비용 + 간접비용
조립비산정 수작업조립비용 : 각부품별조립시간합과단위조립에따른인건비율의곱으로산정. 조립시간분석 : Boothroyd Dewburst Inc. 방법. 전용소프트웨어사용. 조립노동비용 (Q2) 총조립비용을계산하시오. - 저임금국가 $1이하. ( 인건비 : $45/ 시간 ) - 선진국가 : $10 ~ $20 $0.40 $0.0125/sec
간접비산정 간접비를정확하게산정하기는어려움 - 특정한제품단위의비용발생에대한고려가어려움 - 제품라인별로비용할당이어려움 간접비산정 - 간접비비율을적용 : 발생비용에대한비율 - 하나또는두개의비용요인에적용 ( 비용요인 : 직접적으로측정할수있는매개변수, 구입비용, 조립노동비용, 생산장비가동시간등...) (Q3) 원자재구입시에 10%, 조립노동비용에 80% 적용시, $100 부품구매, $10 조립노동비 $18 간접비산출 $10 $8
공정단계를줄이기위한 부품재설계 제조공정단계감소 부품비용절감 (ex) 눈에띄지않는부분의도색은불필요불필요한미세형상의가공 Net shape 공정도입 최종부품의형상을단한번의공정단계로생산하는방법 사출, 주조, 단조, 압출등 ( 추가적으로 drilling, cutting, Tapping 등의간단한가공을요구할수도있음 )
부품공정에서최적의 경제적규모의결정 규모의경제 (Economies of scale) 제품의물량을증가시킬경우제품의제조가격하락 부품제작에대한경제적규모 부품의생산량이많을수록배분되는고정비하락 공정장비들을보다광범위하고효율적으로활용함으로써변동비절감
부품과공정의표준화 생산량을늘임으로써구성요소각각의비용은감소 제품의품질과성능은종종대량생산체계에서보다효율적 제품전용부품을사용하기보다는표준부품을사용함으로써대량생산에따른이익을창출제조비용을낮춤 (Q4) 표준화와관련된특이부품을찾아보시오. (Ford Explorer)
블랙박스 부품구매 블랙박스 (black box) 협력업체설계 ( 자동차업계 ) 부품원가절감방안으로활용 ( 일본, 제작방법이아니라기능에대한설명을넘김 ) 개발팀은협력업체에게개발부품의기능에대한자세한설명을담아제공 공급자에게최소원가에대한부품설계가능성을열어둠 부품이나설계선정에대한광범위한가능성제공 내부개발팀의부품개발부담경감 성공적인블랙박스 상세한시스템수준의설계와각각의개별기능, 상호작용및연계성에대한명확한정의필요. 현대자동차 하청 1 차협력업체 도면 x 사양서 o
부품의통합 부품의조립시간이많이걸릴경우 부품의통합화 사출성형또는스탬핑 ( 형단조 ) 부품으로통합화 장점 통합된부품은조립할필요가없다 비용측면에서유리 하나의복잡한금형은두개이상의덜복잡한주형, 금형보다적은비용소모 공정시간과잔재측면에서통합된부품이훨씬절감 조립과정보다제작과정에서치수들이세밀하게결정되므로보다나은품질의향상
재설계된흡기다기관 알루미늄캐스팅 - 나사사용배제 - 밀어넣고돌리는조립채용 (push in and turn) 사출플라스틱
조립용이성극대화 동일한부품수의제품이라도몇가지다른요인에의해조립시간이다름 이상적방안 부품은조립품의위쪽으로부터삽입되도록함. (z 축조립품, 중력활용, 뒤집을필요없음 ) 부품이스스로정위치할수있도록함. ( 위치변환 control 등이불필요 ) 부품을회전시켜야하는공정은제거 한손으로부품을조립할수있어야함 조립에다른 Tool 을사용하지않아야함 부품은삽입시빨리안정되어야함 부품은하나의선형동작으로조립되어야함 ( 핀을꼽는것이나사의사용보다쉬움 )
생산지원비용절감
생산지원비용절감 생산지원기능에필요한요구를줄인다. 부품수감소 재고목록수감소 조립감소 노동자수감소 관리비용감소 인력관리감소 부품표준화 엔지니어링지원요구감소 품질관리요구감소
복잡한시스템의최소화 복잡함은입력, 출력, 변형과정의모든곳에서발생 실제제조과정 : 수백가지의원료, 수천가지의부품, 수백명의인원, 수십가지의생산품타입, 수십가지의생산과정포함 시스템의복잡성야기 이러한변수는추적, 감시, 관리, 검사, 조정되어야함 복잡성은설계자의제품설계에의해발생한것현명한설계의결정에의해최소화가능 목록으로만들어관리
제조복잡성점수카드 설계자에게제조복잡성의정보제공 복잡성의감소측정도구로활용 생산환경과제한조건을고려가능 설계가반복되면서복잡성을줄여나가야함
에러방지 생산시스템의실패가능성을예상하고개발초기과정에서정확한행동을취하는전략 실패유형 쉽게혼동할수있는유사한부품사용. 약간의차이로인한혼동 ( 나사의피치차이 ) 반대형상을가진회전방향의차이 ( 왼나사, 오른나사 ) 물질배합만차이나는부품 실패극복 미묘한차이점을없앤다. 약간의차이를과장되게함 ( 혼돈을막기위해색상을입힘 )
다른요인 생산품의경제적성공요인 ( 생산과정이외의 ) 제품의품질 제품의개발시간 제품개발의비용 개발기간은하루에몇백, 몇천달러만큼의가치가있음 ( 개발기간의지연은경제적성공에치명적 ) 자동차제조비용백만 $ 절감 개발기간 6 개월단축
설계결정에서개발팀의책임범위를넘어서는영향 부품의재사용 유사품을설계하는다른팀에서이부품을사용하여비용절감에기여할수있지만, 일반적으로이런절감은제조원가산정시명확하게평가되지못한다 라이프사이클비용 라이프사이클을통해어떤제품은제조원가에서밝히지못하는회사나사회적인비용을초래하는경우가발생할수있다 (ex) 독성물질을포함한제품은위험한서비스와보증활동초래 제조원가산출에포함되지않아도 DFM 결정채택전에고려
설계및생산에서 ( 기계 ) 공학자의역할 제품경쟁력향상및비용절감 ( 의주체 ) 부품수가적다 새로운재료사용 부품의통합과고객지향적 더많은표준부품과하위조립품 더간단한조립과정 사회적비용절감 손쉬운 A/S 설계의효율화 창의적제품설계