공리적 설계와 기능모델을 이용한 개념설계 기법에 관한 연구

Abstract

개념설계는 제품을 설계하는 가장 중요한 과정중의 하나임에도 불구하고 설계자의 창의성이나 경험에 의하여 지배되는 경향이 강한 공학적인 활동으로 이해되어 왔다. 개념설계에 관한 많은 연구들은 설계자들의 창의성을 높이기 위한 기법이나, 고정관념을 제거하는 방법을 제시함으로써 새로운 개념설계안을 얻을 수 있다고 설명한다. 이런 창의적 설계방법이 실제 설계에서 도움이 되는 경우가 있지만, 설계자들의 능력이나 성향 등에 의해 설계 결과물의 차이가 발생할 수 있으며, 새로운 설계안을 얻을 없는 경우가 발생할 가능성도 존재한다. 개념설계의 이런 단점을 극복하기 위하여 개념설계가 가지는 특성을 먼저 파악하고, 개념설계의 특성을 기반으로 효율적으로 제품을 개념설계하기 위한 설계 방법론을 제시하였다. 공리적 설계와 기능분석법을 이용하여 기능요구와 설계파라미터들의 계층구조를 생성하여 요구사항을 만족하는 설계파라미터를 선정할 수 있도록 하였으며, 설계파라미터의 상호작용을 고려한 설계구조행렬(DSM, Design Structure Matrix)을 이용하여 설계파라미터들을 조합하여 제품의 물리적인 연관관계를 명확히하는 설계 방법을 제안하였다. 기능요구의 계층구조를 작성하는 과정에서 기능분석법의 기능간의 상호작용을 고려하는 개념과 공리적 설계의 지그재깅 과정의 개념을 결합하여 사용하였으며, 기능요구와 설계파라미터들의 관계가 독립공리를 만족하도록 설계파라미터들을 선정하였다. 선정된 설계파라미터들의 계층구조를 설계구조행렬(DSM)을 이용하여 표현하고, 클러스터링 기법을 통하여 설계파라미터들을 부품 또는 모듈단위로 정의하였다. 제안된 기법을 한 손 수도꼭지, 스티어링 컬럼, 천정삽입형 에어컨의 개념설계 과정에 적용하고 그 효용성을 검증하였다. 위의 세가지 예로부터 제안된 설계 방법을 이용하여 체계적으로 개념설계를 수행할 수 있으며, 부품 또는 모듈을 정의할 수 있다는 사실을 확인하였다. 제안된 방법을 통하여 얻어진 개념설계안을 실제 제품과 비교하여 그 차이를 비교하였으며, 한 손 수도꼭지와 같은 규모가 작은 문제로부터 천정삽입형 에어컨과 같은 규모가 큰 문제에서도 제안된 설계방법이 사용될 수 있음을 확인하였다.