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동물 의료용 장비를 간소화(Simplifying)하여 제품의 문제점 해결

DFMA를 사용하여 IDEXX 서브어셈블리 재 설계를 통해 부품, 무게, 조립 시간 및 비용을 획기적으로 절감하였습니다.

각각의 제품 재설계는 엔지니어들에게 기존의 관습을 깨뜨릴 수 있는 새로운 기회를 제공합니다. 그러나 설계 마감 기한이 다가옴에 따라 기존 BOM의 용도를 변경하고 중요한 기능을 수정해야 한다는 압박감을 느낄 수도 있습니다. 그러나 재료 선택의 결과에 대한 확실한 데이터로 무장한 설계 엔지니어들은 재설계 과정에서 적시에 수익 중심의 결정을 내릴 수 있습니다.

 

이는 메인 주 웨스트브룩에 있는 IDEXX 연구소의 R&D 기계 엔지니어인 Justin Griffin의 경험입니다. 혈액 화학 분석기를 재설계해 달라는 요청을 받은 그는 메인 판금 패널, 183개 부품, 63개 고정장치가 포함된 하위 어셈블리를 발견했습니다. 각 부품에는 자체 토크 사양이 있고 작업자가 조이고 표시해야 하는 조립 공정이 있었습니다. Griffin은 "매우 전통적이며 이제는 구식인 시스템은 개선이 필요하다.“ 라고 말합니다.

Griffin이 검토하고 있는 장비는 Catalyst Dx® 화학 분석기였으며, 이는 IDEXX의 수의학 시장을 위한 업계 최고의 포트폴리오의 주력 제품 이었습니다. 재설계 목표에는 대폭 업그레이드된 기능뿐만 아니라 20% 비용 절감, 경량화 및 조립 시간 단축, 서비스 및 보증 개선 등이 포함되었습니다.

이러한 목표를 달성하기 위해 Griffin은 MAD (Maintenance Access Door)를 최고의 재설계 후보로 선정했습니다. (이 하위 어셈블리는 고객에게 슬라이드 샘플 로딩과 셀프 서비스 모두에 대한 액세스를 제공합니다) (그림 1 참조). Griffin은 "MAD를 선택한 이유는 신뢰성을 높이고 비용을 절감하는데 많은 쉬운 방법이 있었기 때문입니다."라고 말합니다.

Griffin은 재설계가 재료의 변화를 수반할 것이라는 예감이 들었습니다. 그는 "저는 플라스틱 부품이 새로운 접근 방식에서 큰 역할을 할 것이라고 의심했습니다."라고 말합니다. "하지만 저는 몇 가지 확실한 사실로 그것을 뒷받침해야 했습니다.“

 

DFMA의 “Should Cost" 접근 방식은 재 설계를 안내합니다.

 

Griffin은 설계 변경 및 재료 선택에 대한 데이터를 제공하기 위해 BDI사의 DFMA 소프트웨어를 사용했습니다. 그는 DFMA를 사용한 적이 없었지만, 그 소프트웨어에 익숙한 IDEXX의 최근 채용된 연구개발 부사장은 엔지니어링 조직 전반에 걸쳐 이 도구를 채택해야 한다고 주장했습니다.

 

"우리가 재 설계를 시작했을 때 BDI사에 엔지니어를 요청하였으며, 기존 MAD 어셈블리를 꼼꼼하게 살펴봤습니다."라고 Griffin은 말합니다. “DFMA는 설계에 관해 많은 질문을 했으며, 우리에게 모든 부분을 분석하라고 요구했습니다. 결국 우리는 세 가지 대안을 생각해냈고 가장 야심찬 변화를 선택하기로 결정했습니다."

제품 개발을 용이하게 하기 위해 DFMA는 두 가지 접근 방식을 제공합니다. DFA (Design for Assembly) 모듈은  부품 통합 및 조립 단순화가 가능한 정량화로 안내합니다. “DFA는 더 적은 수의 부품과 더 비용을 절감하는 설계를 체계적으로 안내합니다."라고 Griffin은 말합니다. "'이 부품은 근접한 부품에 대해 상대적으로 작동하는가?’ 또는 '나사 대신 스냅 기능을 사용하는 것이 어떻습니까?’” 와 같이 보통의 엔지니어가 하지 않았을 수도 있는 질문에 답하도록 강요합니다."

그림 1

MAD(Maintenance Access Door)가 열린 위치에 있는 IDEXX Catalyst Dx® 화학 분석기. MAD를 사용하면 수의사가 샘플 슬라이드를 삽입하고 기기를 셀프 서비스 할 수 있습니다. DFMA 소프트웨어를 사용하여 부품 수를 극적으로 줄이고 조립 시간을 줄이며 제품 비용을 줄이면서 하위 어셈블리를 재설계했습니다.

그림 2

고정장치가 있는 MAD 하위 어셈블리 메인 패널(총 43개 부품)은 초기 설계(위)에서 판금으로 제작 되었습니다. DFMA의 가이드 재설계를 거쳐  패널은 단일 사출 부품(아래)으로 제조 되었으며, 다양한 스냅 및 슬립 기능이 포함되어 있습니다.

DFM 모듈은 일련의 질의와 보고서를 사용하여 제조 공정과 재료 선택을 체계적으로 검토하여 DFA를 보완 합니다. Griffin은 "'이 부품은 다른 재료로 제조될 수 있습니까?' 또는 '이 부품은 스탬프, 몰딩 또는 가공되어야 합니까?'와 같은 질문을 생성합니다."라고 말합니다.이 방법론의 결과로 제품 개발 초기에 비용 추정 및 비교가 가능하며 결과적으로 "처음부터 간결한" 설계를 얻을 수 있습니다. Griffin은 "DFMA는 설계 점수 매기기에 대한 체계적이고 측정 가능한 접근 방식을 제공하는 탁월한 업무를 수행합니다."라고 말합니다. "그것은 여러분이 여러분의 제품에 대해 다르게 생각하도록 강요합니다.“DFMA는 또한 분석 과정에서 설계를 반복적으로 재검토 하도록 요구합니다. “DFMA는 어떤 부품들이 통합될 수 있는지, 어떤 부품이 제거 대상 후보인지 등의 정보를 제공 했습니다."라고 Griffin은 말합니다. "그래서 다시 설계로 돌아가서 수정하려고 했습니다." 각 단계에서 6~7번의 반복과 점진적인 개선을 거친 후 Griffin은 새로운 하위 어셈블리를 결정하였습니다.

재설계에는 사출 성형 부품이 포함됩니다.

Griffin이 예상한 대로 DFMA 재설계의 중요한 결과는 사출 성형 플라스틱이 판금 및 다양한 체결장치를 대체할 수 있는 최고의 대체품으로 확인된 것입니다. "플라스틱은 비교적 저렴한 비용으로 많은 기능을 가지며, 성형할 수 있는 유연성을 제공합니다. 예를 들어 스냅 및 슬립 핏은 체결부품을 제거하고 조립품의 무게를 줄입니다. 또한 플라스틱은 우수한 내구성을 제공할 수 있으며 올바른 재료를 선택하면 움직이는 부품의 윤활도 제거할 수 있습니다.“

 

Griffin은 하위 조립품 운영 시스템의 핵심 요소로 내구성이 뛰어난 자체 윤활 화합물인 Lubriloy®를 선택했습니다. 특정 부품은 슬라이딩 도어와 나머지 판금 부품과 접촉하는 이동식 핏을 사용하여 수년간의 사용을 견딜 수 있으면서도 치수적으로 안정적이어야 하기 때문에 이 재료가 선택되었습니다.

다음으로, 단단하고 불투명한 특성 때문에 폴리카보네이트(PC)를 선택하여 감광성 검출기의 광 블록으로 사용했습니다. 흠집이나 모서리가 잘못된 광학 신호를 생성할 수 있기 때문에 깨지거나 변형에 대한 저항성이 중요했습니다. 세 번째 플라스틱인 ABS는 안정성과 저렴한 비용 때문에 구조용 부품에 사용되었습니다.

그림 3

판금 대신 사출 성형 플라스틱을 사용하도록 설계를 안내한 DFMA 분석에 따라 MAD 하위 어셈블리에 있는 두 개의 슬라이딩 도어 부품의 부품 수가 30개에서 4개로 줄었습니다.

이러한 재료를 사용하여 Griffin은 하위 어셈블리의 43개 부분으로 구성된 메인 패널을 회로 기판용 스냅핏, 스냅핏 모터 마운트 및 성형 부품이 포함된 단일 사출 성형 부품으로 재설계할 수 있었습니다. 댐퍼 기어용 랙 (그림 2 참조) 또 다른 구성 요소 (동일한 이동 도어 2개)의 경우에도 플라스틱으로 전환하여 30개의 부품을 4개로 통합할 수 있었습니다. (그림 3 참조).

 

재설계를 벤치마킹하고 이를 원래 설계와 비교한 결과는 극적이었습니다. 부품이 83% 감소했습니다. 조립 시간이 75% 단축되었습니다. 무게는 40% 감소했습니다. 조립 비용도 38% 절감되었습니다. 서비스 및 보증 관점에서 볼 때, 적절한 토크가 없는 하드웨어 (처음에는 거의 발생하지 않음)로 인해 발생하는 기본 오류는 이제 모든 하드웨어가 제거되었으므로 완전히 제거되었습니다(아래 그림 4 및 5 참조). Griffin은 "우리는 렌치나 드라이버를 끼워야 하는 모든 패스너를 설계했습니다."라고 말합니다. "기술자가 아닌 팀원 중 일부는 나사와 너트 없이 장치가 어떻게 함께 유지될 수 있는지 이해하지 못했습니다. 정말 놀라운 요소였습니다!“

 

공급업체와의 대화가 더욱 쉬워졌습니다

 

새로운 MAD 하위 어셈블리 제조에서 중요한 것은 두 공급업체와의 관계였습니다. 매사추세츠의 조립업체와 코네티컷의 플라스틱 성형 회사입니다. DFMA가 그리핀에게 비용 절감 설계 기능에 대한 창을 제공한 반면, IDEXX 팀에게는 공급업체의 과제와 비용에 대한 내부적인 관점도 제공했습니다.

 

그리핀에 따르면, 성형 부품 설계자는 종종 설계를 보고 샷 크기, 냉각 시간, 에너지 소비, 금형 제작, 툴링 및 기타 요소에 대한 경험에 따라 머릿속에서 계산을 합니다. "그들은 직감적으로 그렇게 합니다." 그는 덧붙여 말합니다. "자신의 생각을 정량화하는 사람은 거의 없습니다.“

 

그러나 DFMA는 이러한 모든 요소를 ​​정량화했습니다. 따라서 구매팀이 성형업체에 접근했을 때 재료, 프로세스, 툴링에 대한 구체적인 정보를 준비했습니다. "DFMA는 샷 크기가 얼마나 큰지, 냉각하는 데 걸리는 시간, 금형 제작에 드는 비용 등을 알려주었습니다."라고 Griffin은 말합니다. "우리의 숫자는 그들의 숫자와 거의 비슷했기 때문에 성형업체는 우리가 이해하고 있다는 것을 알았습니다." 어셈블러의 경우에도 이야기는 동일했습니다. 그리고 두 공급업체는 자신들의 지적 재산을 보호하기보다는 이러한 종류의 대화를 나누는 것을 기꺼이 받아들이고 심지어 기뻐했습니다.

 

DFMA는 금형 제작소와 조립업체 모두와 협력의 촉매 역할을 했습니다. 그 결과 재료, 공정, 설정, 노동 및 양에 대한 타깃 토론이 이루어졌습니다. 공급업체 대화를 마진과 이익이 아닌 다른 주제에 집중함으로써 협상이 훨씬 더 생산적으로 진행되었습니다.

 

"공급업체에게 더 낮은 가격을 요구하는 것은 공급업체의 비용을 이해하고 있음을 입증하는 것만큼 효과적이지 않습니다."라고 Griffin은 말합니다. "이제 구매 부문에서는 공급업체에게 날카로운 질문을 할 수 있고 비용이 어디서 발생하는지 알 수 있습니다. DFMA는 외부 파트너와 소통하는 방식을 근본적으로 바꿔 놓았습니다.“

 

모든 DFMA 양성을 합산하면

 

Catalyst Dx의 모든 특정 재설계 목표 (부품 통합, 조립 간소화, 비용 절감, 보증 및 서비스 개선)를 달성한 즉각적인 만족감 외에도 DFMA가 안내하는 설계 프로세스와 함께 IDEXX에 대한 다른 많은 이점이 제공되었습니다. 첫째, 공급업체 관계는 이제 윈윈입니다. 또한 Catalyst의 MRP/ERP는 추적하고 제어할 부품이 상당히 줄어들었기 때문에 간소화되었습니다.

앞으로 가장 중요한 이점은 회사의 엔지니어링 문화 변화일 수 있습니다. "DFMA는 우리가 초기 단계로 돌아가서 설계를 개선할 수 있는 기회를 찾도록 유도합니다"라고 Griffin은 말합니다. "우리는 이를 프로세스 흐름에 채택했습니다. 이제 모든 설계 프로젝트에 DFMA 검토가 필요합니다.“

 

그리고 더 가벼운 (하지만 가볍게 여기지 말아야 할) 측면에서 그리핀은 "엔지니어링에서 우리는 DFMA를 가장 높은 DFMA 점수와 궁극적으로 더 나은 디자인을 위한 경연 대회로 바꾸었습니다. 사실 재밌습니다!"라고 덧붙였습니다. 그리고 엔지니어링 창의성과 생산성에 이보다 더 좋은 것이 있을까요?

그림 4

63개의 패스너와 183개의 총 부품(좌측 상단 및 우측)이 있는 원래 MAD 하위 어셈블리는 DFMA 소프트웨어를 사용하여 재설계되었습니다. 재설계된 하위 어셈블리(좌측 하단 및 우측)에서 부품 통합 및 재료 대체를 통해 총 부품 수는 31개로 줄어들었고 모든 패스너가 제거되었습니다.

원본 및 재설계된 Catalyst Dx MAD 하위 어셈블리에 대한 DFMA 결과는 부품 수, 조립 시간 및 비용 절감의 극적인 변화를 보여줍니다. 판금공정을 사출 성형 플라스틱으로 전환하여 발생하는 OBF의 제거 및 모든 고정장치가 제거되었습니다.

 

참고. Catalyst Dx는 미국 및 기타 국가에서 IDEXX Laboratories, Inc.의 등록 상표입니다. 모든 이미지는 IDEXX Laboratories, Inc.의 소유이며 허가를 받아 사용되었습니다.

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