3D CAD와 Pro/Engineer의 특징

WooCheul Park, Dept. of Vehicle Engineering, Kangwon National University, 1

1 장 3D CAD와 Pro/Engineer의 특징

학습목표

본 장에서는 산업계에서 설계의 중요성이 점점 강조되고 있는 가운데 왜 3차원 CAD (이후 3D CAD)

가 그 역할을 담당해야 하는지에 대해 서술하고 3D CAD란 무엇인지에 대해 알아보고자 한다. 그 내용

으로서는 2차원의 한계와 3차원의 장점에 대해 서술하며 동시공학에 대해 대략적으로 서술함으로써 3D

의 중요성을 강조하고, Pro Engineer wildfire를 소개한다.

1.1 3D CAD의 개요

1.1.1 서론

설계란 상당히 여러 갈래에 걸친 작업의 총칭이며, 단순한 도면 작성 작업이 아니다. 만들어진 제품

이 고객의 요구 품질을 만족하는지, 제조공정에서 만들기 쉬운지, 부품은 조달하기 쉬운지, 점포에 진열

하여 팔 수 있는지, 사용자에 의해 정말로 사용하기 쉬운 제품인지, 시장에 나와서 품질문제를 일으키지

않는지, 환경에 대해 우수한지, 분해하기 쉬운지 이들의 항목을 하나하나 해결해 가는 것이 설계의 본연

의 역할이다. 이만큼 여러 갈래에 걸친 작업을 한 사람의 설계자가 숙달하기는 힘들다. 결국 설계란 영

업, 기획, 설계, 자료, 제조, 서비스 등 많은 부서의 멤버에 의한 공동 작업이라 하겠다.

3차원 설계(이후 3D 설계)란 “제품 모델” 혹은 “3D 모델”이라 불려지는 가상의 제품을 컴퓨터 상에

서 만드는 작업이며, “도면”작성을 최종 목적으로 하는 2차원 설계(이후 2D 설계)와는 근본적으로 성격

이 다르다. “3D 모델”은 실제의 제품과 같은 형상과 질감을 가지며 필요에 따라서 디스플레이 상에서 보

고 싶은 각도까지 자유롭게 회전시켜 검토할 수 있다. 이것은 “3D 모델”이 누구에 있어서도 이해하기

쉽고 또한 누가 보아도 같게 정확히 이해할 수 있는 것을 의미하고 있다. 즉, 설계자는 개발의 초기 단

계부터 많은 사람 혹은 많은 부서의 협력을 얻어가면서 작업을 진행하게 되었다. 결국 공동 작업이 일

찍부터 개시할 수 있게 되었다는 것이다.

그 결과 시작품이 완성한 후가 아니면 다른 부서로부터의 의견을 반영하는 것이 곤란했던 2D CAD

이전의 제품 개발 프로세스와 비교하여 3D CAD를 이용한 제품 개발 프로세스에서는 시작품의 완성 후

에 발생하는 설계변경이 대폭으로 감소했다. 즉 동시공학(Concurrent Engineer; 제품의 기획에서부터 개발,

제품 준비까지의 일련의 프로세스를 관계자 전원이 정보를 공유하면서 동시 병행적으로 진행함으로써

개발 기간의 단축을 꾀하는 설계 방법론)에 있어서의 프런트 로딩(front loading; 개발을 되도록 빠른 단계

에서 될 수 있는 한 많은 문제를 해결하여 후 공정에서의 문제 발생 빈도를 줄임으로써 되돌아 오는 것

을 감소시켜 개발 효율을 향상시키는 방법)의 효과이다.

이와 같이 3D CAD는 개발 리드 시간(lead time)의 단축에 극히 큰 효과를 발휘함으로써 국내외를 불

문하고 상당수의 기업에서 사용되고 있다.

1.1.2 기업에 있어서의 제품 개발 프로세스와 3D CAD의 역할

가격 파괴에 의한 제품단가의 저하, 그것에 동반한 국내 제조업의 공동화 등, 제조업을 둘러싼 경영

환경은 점점 어려움을 더해 가고 있다. 더구나 시장이 성숙하고 고객이 제품을 선택하는 눈이 한층 까

다로워지고 있는 현재 기업은 고객에 만족감을 주는 제품을 끊임없이 시장에 제공하지 않으면 안되며,

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신제품 개발은 지열해 지고 있다. 이와 같은 상황 가운데 고객에 만족감을 줄 수 있는 매력적인 신제품

을 개발하기 위한 제품 개발 프로세스를 갖고 있을지 어떨지 기업이 Mega-selection 시대에 살아남을 수

있을지 어떠한지를 결정하는 열쇠가 된다고 해도 과언이 아니다. 그림 1.1에 예전의 자동차나 가전제품

등의 개발에 사용되는 전형적인 제품 개발 프로세스의 한 예를 나타낸다.

제품 개발 프로세스 중 처음의 프로세스는 제품 기획이다. 가장 먼저 시작되는 프로세스이므로 그

다음의 공정에 주어지는 영향은 대단히 크다. 아무리 물건을 값싸고 잘 만들어도 점포에 진열하여 팔리

지 않으면 불량품을 만들고 있는 것과 마찬가지 이다. 고객에 만족감을 줄 수 있는 제품을 끊임없이 시

장에 제공하기 위해서 제품 기획의 역할은 상당히 크다고 할 수 있다. 여기서는 소비자 설문 조사의 결

과, 불만사항 정보 등의 소비자 목소리를 얼마나 제품기획에 반영할 수 있을까가 중요한 열쇠이다. 또한,

설계 단계 이후가 되어 기획 변경을 하지 않으면 안될 사태가 발생하면 지금까지의 모든 작업을 수정하

지 않으면 안되게 되어 납품 지연 등의 치명적인 문제와 결부되지 않을 수 없다. 이러한 문제를 일으키

지 않기 위해서도 제품 기획 프로세스에 있어서는 제품 기획, 개발, 영업, 제조, 자료 등의 담당자 전원

이 지혜를 짜내어 모든 각도로부터 검토하고 확실한 제품 개념(concept)을 만들어 내는 것이 중요하다.

제품 개념이 결정된 후에 제품의 개념설계에 들어가지만 여기서 중요한 포인트는 제품 개념을 실현

하기 위한 여러 과제를 잘 해결해야만 하는 기술적 과제, 가격다운, 제조나 분해, 서비스 용이도, 환경에

의 배려 등이다. 개념설계는 다른 말로 구상설계라고도 하며 설계자가 가장 솜씨를 뽐낼 수 있는 곳이

며, 이 단계에서 제품 개념을 실현하기 위한 제품 구조나 구체적인 동작원리, 기구 등의 대부분이 결정

된다. 또한, 제품의 근본적인 성능이나 품질은 거의 이 단계에서 결정될 수 있다고 해도 좋다.

개념 설계의 다음 프로세스는 상세설계라 한다. 이 단계에서는 제품 강도나 부품간의 간섭체크, 그

위에 제품이나 서비스의 편리성 등도 고려한 제품의 구체적인 설계가 행해진다.

상세설계가 끝난 단계에서 제품 설계는 종료되지만, 이것으로 바로 제품 생산에 옮기는 것은 아니

다. 제품을 얼마나 만들지를 생각한 생산 준비 공정을 거쳐서 비로소 제품의 양산이 가능하게 된다, 생

산 준비 단계에서는 일반적으로 금형의 제작, 공정설계, 치공구 설계 등의 작업이 이루어진다. 또한, 많

은 기업에서는 제품 설계와 생산 준비의 프로세스 사이에 실제로 시작품을 만들어 문제가 없는지를 확

인하는 작업이 행해져 왔다. 시작품을 만들어 보고 문제가 발견되면 설계의 수정을 행하게 된다. 기술

시작이나 양산 시작이라 불려지는 이와 같은 시작품 제작은 대부분 기업에서 관례적으로 행해 왔다. 그

러나 3D CAD의 시대에 들어서 이 시작에 대한 사고 방식은 계속해서 크게 변화하고 있다. 결국 시작품

을 만들지 않고 3D 모델을 이용하여 여러 종류의 검증을 행하는 비시작이라는 사고방식이 점차 주류가

되고 있다.

제품 개발 프로세스의 개념에 대해 서술했지만, 제품 개발이란 기업의 많은 부서 간에 걸친 많은

활동의 총칭이며 결코 설계자가 혼자서 행하는 작업은 아니라는 것을 이해할 수 있을 것이다. 즉 3D

CAD에 의해 제품 개발 프로세스에 가져올 수 있는 개발기간 단축, 품질 향상 등의 혜택은 단지 설계자

가 3D CAD를 사용하는 것에 의해 이루어지는 것은 아니고 많은 부문간에 걸친 제품 개발 프로세스 전

체 가운데 3D CAD 데이터가 커뮤니케이션 도구로서 유효하게 활용됨으로써 이루어진다는 것을 이해해

야 한다.

1.1.3 3D 설계란

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기계설계에 있어서의 가장 큰 변화는 3 D CAD의 대두이다. 3D CAD가 일반화 됨에 따라 종래의

기계설계의 이미지는 크게 변화하고 있다. 2D CAD까지의 시대(도면을 수작업으로 하던 시대 포함) 있어

서의 기계설계란 소위 도면을 출력하는 것이 최종 목표라고 해도 좋았다. 그러나 3D CAD시대의 기계설

계는 도면 출력에 주안을 두지 않고 오히려 컴퓨터에 의해 제품을 만드는 것에 주안을 두고 있다.

3D 설계에 의한 “도면”과 2D 설계에 의한 “도면”이 갖는 의미는 근본적으로 다르다. 2D 설계에 의

한 “도면”은 설계 프로세스에 있어서의 최종적 산물임과 동시에 유일의 설계정보 전달(communication)

수단이다. 2D CAD는 어디까지나 손으로 하던 도면 작성이라는 비효율적인 작업을 컴퓨터를 이용하여

효율성을 높인 것에 지나지 않는다. 2D 설계 프로세스에서는 “도면”이 유일의 정보전달 수단이기 때문에

문제의 발견이 늦어지는 경향이 있으며 효율이 나쁜 개발과 생산이 될 수 밖에 없다,

한편 3D 설계에서는 설계정보 전달의 주역은 “3D CAD 데이터”이며 “도면”은 보조의 수단에 지나지

않는다. “3D CAD 데이터”의 장점은 설계 결과를 정확히 이해할 수 있는 것이다. 즉 동시공학(concurrent

engineering)을 추진해 가는 과정에서 3D CAD는 필수 불가결한 도구이며, “도면”아닌 “3D CAD 데이터”가

커뮤니케이션 도구로서 큰 의미를 갖는 것이다. 표1.1은 2D CAD 와 3D CAD를 비교한 것이다.

표 1.1 2D CAD와 3D CAD의 비교

기능 2D CAD 3D CAD

Concurrent Engineer 대응

간섭 체크

디자인 평가

조립성 평가

조작성 평가

해석(강성, 열 변형, 진동)

CAM 대응

2차원 도면 출력

입력성(입력시간)

총 개발시간

가전제품이나 IT관련 제품과 같이 양산효과가 크며, 제품의 사용 수명(life cycle)이 짧은 제품들은 제

품 개발 단계에서 동시 공학의 기법을 사용하지 않고서는 제품 개발의 경쟁에서 이길 수 없다. 역으로

수주 제품의 경우는 상대의 의향에 따른 세상에 하나밖에 없는 것을 만들어 내는 것이 숙명이며 더구나

한번 개발한 것은 가까운 미래에 같은 사양이 수주가 있다는 보장이 없다. 특히 규모가 큰 수주 제품의

경우는 동시공학의 효과가 나타나기 어렵고 제품 개발에 있어서는 3D CAD를 이용하여 전체 프로세스의

단축을 꾀하는 것이 아니고 입력작업이 용이한 2D CAD에서 설계의 효율성을 꾀하고 있는 것이 현실이

다. 만약 수주 제품에 3D CAD를 적용하면 그 때마다 설계 부분의 3D 설계작업에 많은 시간을 빼앗기고

후 공정의 기간을 압박하며 결과적으로 납기가 지연될 수 밖에 없다. 더구나 많은 시간을걸려 작성한

3D CAD 데이터가 장래 재사용될 수 있다는 보장도 없다. 이러한 관점에서 보면 현재로서는 3D CAD를

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채용하는 장점은 적으며 2D CAD의 이용이 당분간 이어질 것으로 생각된다.

또한, 단순히 3D CAD를 도입하는 것만으로는 효율이 오를 턱은 없는 것도 인식해 두어야 한다. 예

를 들어 설계 부분만 3D CAD를 도입했다고 하면 확실히 정/동특성 해석이나 열변형 해석에 위력을 발

휘하고 간섭체크, 조작성 체크나 디자인 체크에서는 유효하다. 그러나 동시공학을 적용하는 것이 본래의

목적이며, 타 부문도 연루된 3D CAD 활용을 꾀하지 않으면 가장 중요한 동시공학의 효과도 반감된다.

예를 들어 설계가 3D CAD로 개발되었는데, 사내의 타 부서가 3D CAD의 설비가 없거나 3D CAD를 조작

할 없다면 동시 공학은 성립하지 않으며, 고객에게 사용할 수 있는 프레젠테이션 도구도 될 수 없다. 또

한 외주 업자를 포함하여 3D CAD 데이터를 제작과정의 CAM에 얼마나 빈번하게 사용하는지를 검토하

지 않으면 생산 공적의 효율화를 꾀할 수 없다. 하드웨어와 소프트웨어 측면에서 사내 전체의 인프라를

구축하여야 진정한 3D CAD의 효과가 발휘된다고 할 수 있다.

그러나 수주제품이라 해도 설계의 효율화는 피할 수 없는 과정이며 동시공학의 설계기법은 도입할

수 밖에 없게 된다. 이 때문에 제품의 표준화, 부품의 공통화를 도모하고 물건을 만드는 방법을 양산품

에도 가깝게 3D CAD 데이터를 유용하는 등의 궁리가 필요하며 이것이 고객의 이점에도 연결되게 될 것

이다. 또한 3D CAD의 입력 작업의 용이성도 큰 주제가 될 것이다.

이와 같은 필요성에 의해 최근 3D CAD의 조작성 향상은 눈부시며 복잡한 부품의 경우는 2D 도면

을 그리기보다 3D 모델로부터 2차원화 하는 편이 간편하게 도면을 생성할 수 있는 경우도 나타나고 있

다. 또한 구입 제품에 있어서도 종래 전자 카탈로그로서 2차원 데이터 형식을 제공해온 메이커가 3D

CAD 데이터의 제공을 계속 원하고 있다.

2D CAD는 수주제품 분야에서는 현재 주류라 할 수 있으나 언젠가 3D CAD로 교체될 것이며 그 시

기는 기업마다 혹은 제품마다 다르다고 생각된다.

1.1.4 3D CAD가 제품 설계에 가져온 것

전 절에서도 3차원 설계는 컴퓨터 속에서 가상의 제품(digital mock-up)을 만들어 가는 설계수법이며

종래의 도면을 중심으로 한 설계와는 크게 다른 것을 설명하였다. 본 절에서는 3D CAD에 의한 가전제

품의 구체적 설계 사례를 이용하여 3D CAD 시스템이 제품과 제품 개발 프로세스의 양자에 가져온 몇

가지 변혁에 대해 서술한다.

1.1.4.1 3D CAD가 제품 개발 프로세스에 가져온 변혁

(1) 3D CAD 데이터를 이용한 대규모 어셈블리 제품의 간섭체크

산업기기와 같이 다수의 부품으로 구성된 대규모 어셈블리 제품은 다수의 설계자들의 분업화된 작

업으로 설계가 진행된다. 이 때문에 서로의 설계 결과가 간섭하지 않도록 설계자 사이의 조정을 꾀하는

것은 설계의 효율화에 있어서 상당히 중요한 문제이지만 종래의 도면 베이스 설계에서는 설계 단계에서

간섭 문제를 발견하는 것은 상당히 어렵고 실제로 시작품을 제작하고 난 후에야 문제가 발견되는 것이

일반적이었다. 이런 경향은 대규모의 어셈블리일수록 많이 나타나게 되지만, 반대로 대규모 어셈블리일

수록 시작 경비와 시간은 매우 중요한 문제이기 때문에 효율화에 대한 요구는 절실하게 된다.

이런 점에서 3D CAD는 컴퓨터 상에서 실제의 것처럼 취급하기 때문에 대규모 어셈블리 제품의 간

섭체크는 상당히 큰 효과를 발휘한다. 일본에서는 자동 판매기의 경우 3D 설계의 도입에 의해 최초의

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실기 시작단계에서의 간섭문제가 대폭으로 감소하고 개발기간 단축이나 경비 절감에 큰 효과를 얻었다

고 한다. 또한 거대한 어셈블리인 자동차나 항공기 개발에 있어서도 3D CAD시스템은 상당히 큰 효과를

보고 있다. 예를 들어 국제적인 팀에 의해 개발된 여객기 B777의 개발에 3D CAD시스템이 큰 역학을 했

다는 것은 유명한 사례이다. 이런 B777의 개발 사례는 단지 설계단계에서의 실수를 줄였다는 것뿐만 아

니라 국적이 다른 기업들의 협업에 의한 동시공학이 실현되었다는 점에서 의미하는 바가 크다 할 수 있

다.

Fig. 1 3D CAD의 활용 예

(2) 컴퓨터 시뮬레이션에 의한 설계 평가

1.1.2항에서 서술했듯이 제품 만들기의 처음 단계에 있어서의 설계, 즉 개념설계(혹은 구상 설계,

conceptual design) 단계에서 소비자들의 감성을 고려한 차별적인 요구사항을 받아들이는 민첩 생산(agile

manufacturing)을 고려할 필요가 있다. 더구나 생산 가옥에 있어서의 가공성, 조립성, 분해성, 지구환경을

고려한 재생성, 재활용성 등 생산가공의 시뮬레이션을 행하여 컴퓨터상에서 모든 생산에 관한 상황을

가상현실(VR; virtual reality)적으로 시뮬레이션 하여 가공의 곤란한 부분이나 간섭에 의해 조립 불가능한

부분을 미리 체크하는 것 즉, 설계리뷰(design review)를 행하는 것에 의해 프런트 로딩이 되며 동시공학

을 실현하며 더구나 설계품질(DQ; design quality)이 향상된다.

이를 위해서는 지금까지와 같이 한 사람의 우수한 설계자가 설계하는 것은 이미 불가능하며 그를

위해 수많은 사람의 설계자가 협조하여 설계를 행하는 협조 설계(collaborative design)가 필요하게 되고

있다. 설계의 영역을 포함한 공정 계획, 작업계획, 생산계획, 판매계획, 설비계획, 설비 스케줄 등 생산에

관련된 모든 사항을 고려하여 컴퓨터 속에서 시뮬레이션 할 수 있다면 최종적으로 가상 공장(virtual

factory)가 완성된다.

CAE의 역할은 이 단계에 있어서 중요하다. CAE에서 가능한 해석으로서는 철탑, 교량 자동차 등의

구조해석, 디스크 드라이브 장치, 선박, 자동차 등과 같은 구조물의 진동 해석, 밸브, 베어링, 기어 등에

의한 구동계의 동특성 해석이 있으며, 이들은 모두는 응력이나 변형을 포함한 구조해석이나 기구해석이

다. 또한, 금형설계에 있어서는 형틀에 부가된 하중으로부터 응력과 처짐의 관계를 구함으로써 형틀의

구조해석을 하며, 냉각, 유동, 게이트의 위치에 따른 수지의 유동 현상을 해석하여, 싱크 마크(sink mark),

웰드 라인(weld line) 등을 사전에 검증할 수 있다. 이와 같이 CAE를 활용하여 구조해석으로부터 유체해

석(CFD; Computer Fluid Dynamics)까지 폭넓은 해석과 시뮬레이션을 할 수 있다.

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Fig.2 CAE의 응용 예

이 밖에도 엔진의 연소해석, 냉장고 안의 냉기의 순환을 입자 운동으로 바꿔 가시화 한다든지 물체

주위의 흐름의 분포, 특히 물체 후방의 유체 속도분포 등을 속도 벡터의 보드 그래프로서 가시화하여

시뮬레이션을 행한 예, 또한, 보일러의 전열해석, 건축물의 내진해석, 터빈 디스크의 회전체 해석이나 날

개 사이의 유동 해석, 제어계 해석, 메카트로닉스 해석, 요소 해석, 충돌 해석, 전자기 해석, 또는 단조에

있어서의 변형해석이나 가공시의 처짐이나 응력분포, 그리고 제품의 처짐이나 응력분포, 로봇의 동적 거

동의 해석 등 각각의 분야에서 개발이 이루어지고 있다. 이와 같은 시스템을 완성시키기 위해서는 몇

가지 문제점이 있다.

우선 CAE로부터 CAD 그리고 CAM 각각의 영역에서는 문제가 없어도 CAE/CAD/CAM 사이의 호환

성에 문제가 있으며, 이를 해결하기 위해 다른 CAD 시스템 사이의 데이터 교환을 위한 표준 코드로

IGES(initial graphic exchange specification)가 있다. 그리고 CAD/CAM 시스템 사이의 데이터 교환을 위한

STEP(standard for the exchange of production model data)이 ISO TC184/SC4(산업 자동화 시스템/제품 모델 데

이터의 외부 표현) 등에 제정되어 있다. 그러나 모든 시스템의 통합화를 도모하기 위해서는 인공지능(AI;

artificial intelligence)의 도입이 필요하다.

Fig.3 CAD를 이용한 설계 및 제작

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Fig. 4 설계과정에서의 CAD/CAE의 활용

(3) RP의 활용

지금까지 서술했던 것과 같이 3D 데이터를 이용한 여러 종류의 컴퓨터 시뮬레이션에 의해 설계 결

과를 평가할 할 수 있게 되었다. 그러나 CAD는 디지털 실물 크기 모형(digital mock-up)을 실행하여 실물

의 이미지를 만들어 설계 검토를 할 수 있지만, 모니터 화면에서만 확인할 수 있다는 단점이 있다. 인간

의 본성은 촉감을 중요시 하는 경향이 있으므로 CAD에서의 일시적인 이미지만으로 만족하지 못하며,

실물을 계속해서 직접 만져 보려는 욕구가 있다. 컴퓨터 내에 구축한 3D 모델을 흡사 2D CAD의 도면데

이터를 플로터로 인쇄하는 것처럼 실체의 모델로써 취해 내고자 하는 요구도 보다 강하게 나타나고 있

다. 이러한 요구에 대해 3D 플로터라고도 하는 급속 모델 제작법이 실용화되고 있다. 이들을 총칭하여

쾌속 조형법 혹은 급속 조형법(rapid prototyping; 약칭 RP )이라 부른다. 급속 조형법은 문자에서 언급하고

있다시피, “제품 개발에 필요한 시제품을 빠르게 제작할 수 있도록 지원하여 주는 전체 시스템”을 말한

다.

1970년대 이후 제품의 디자인과 설계가 컴퓨터 기반으로 이동하며 3차원 CG/CAD/CAM/CAE 소프트

웨어의 급성장에 따라, 지난 1988년 미국 3D Systems 회사의 SLA (StereoLithography Apparatus) 시스템이

상용화에 성공한 이후로 급속한 발전을 이루고 있다. 현재 상용화되고 있는 대부분의 RP에는 여러 방법

이 제안되고 있지만, 기본적으로는 3D 데이터를 이용하여 복합재료를 한층 한층 쌓아서 시작품을 만들

어 낸다. 이때 사용하는 재질 수지의 종류 및 고형화 방식 혹은 커팅 방식 등에 따라 제작 프로세스상

의 차이가 있다. 이와 같은 기술적 제작 프로세스 및 재질의 특징에 의하여 시제품의 물리적, 공학적 특

성에 차이를 보이고 있으며, 각기 고유 특성에 적합한 적용분야에 적용되고 있다.

급속 조형의 가정 큰 장점은 제작하고자 하는 시작품을 직접 형상 모델로부터 단 한번에 만들어 낸다

는 것이다. 따라서 공정계획, 소재를 다루기 위한 특정 장치, 가공 작업장 사이의 운반 등과 같은 것이

필요 없다. 하지만, NC가공과 비교해 볼 때, 급속 조형의 주요 단점은 사용할 수 있는 재료가 현재는 특

정 재료로 국한되어 있다는 것이다. NC공작 기계는 금속을 포함하여 대부분의 산업용 재질을 가공할 수

있다. 그러나 급속 조형을 통해 만들어진 제품은 주로 시작품이나 다른 제조공정을 위한 패턴으로 사용

되는 서이 대부분이다.

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Fig. 5 광조형 방식의 급속조형기(출처: http://images.pennnet.com/articles/lfw/thm/th_175676.gif)

1.1.5 3D CAD와 동시 공학

1980 년대에 들어서면서 여러 제조 기업들은 그들의 신제품개발 업무를 근본적으로 과거와는 다른

방식으로 수행해야 한다는 필요성을 느끼게 되었다. 이러한 배경에는 신제품의 수명이 점점 짧아지는

추세와 함께 각종 기술(제품기술, 생산기술, 관리기술)이 급속히 발전하면서, 각 기업은 조직규모가 거대

화 되고, 글로벌화됨에 따라 새로운 형태의 제품개발업무가 나타나기 시작했기 때문인 것으로 보인다.

이러한 상황에서 1982 년 미국 국방성 산하의 DARPA(Defense Advanced Research Projects Agency)는 제

품개발과정에서의 동시성(Concurrency)향상을 위한 방법을 모색하기 시작하였으며, 그 후 1986 년 미국

IDA(the Institute for Defense Analyses)에 의하여 동시공학(Concurrent Engineering)이라는 단어가 탄생하게 되

었다. 동시공학에 대한 여러 정의가 있지만, 흔히 많이 인용되는 IDA 의 용어 정의에 의하면 동시공학은

제품설계를 할 때, 제조 및 사후지원 업무까지도 함께 통합적으로 감안하여 설계를 하는 개념이다. 이러

한 동시공학 개념의 설계에 의하면 제품개발 담당자는 개발 초기 시점부터, 그 후속 공정이라고 할 수

있는 생산, 판매, A/S 및 폐기에 이르는 전체 과정을 감안하여 제품개발업무를 수행해야 한다. 흔히, 이

러한 후속공정에 대한 고려가 사전에 이루어 질 수 있기만 하면, 여러 가지 설계 대안 중에서 최적의

답을 발견하는데 큰 도움이 될 수 있다. 즉, 설계 초기단계에서는 개발 담당자가 비교적 다양한 선택 대

안을 가지고 있지만, 시간이 흐르면서 양산단계로 옮아갈수록 선택의 대안은 점점 줄어들면서, 그와 함

께 변경에 따른 비용도 막대하게 소요된다. 그러므로, 기본적으로 동시공학에서 추구하는 사상은 선택의

폭이 넓은 개발 초기단계에서 제품의 생산성, 품질, 원가 등에 대한 검토과정을 거치도록 함으로써, 가

능하면 설계변경이라는 시행착오를 줄이면서 경쟁력 있는 제품을 개발해 보고자 하는 것이다.

일반적으로 물건을 만드는 경우, 순서에 입각해 작업을 수행한다. 순서에 입각하는 것은 각각의 분

할이 명확해져, 작업을 효율적으로 추진할 수 있기 때문이다. 또한 이와 같은 순서화에는 작업 도중에

문제가 발생한 경우, 문제를 발생시킨 단계에 까지 거슬러 올라가 작업내용을 분석함으로써 다시 한번

작업을 체계적으로 개선 할 수 있다. 이러한 작업순서를 “설계 프로세스(design process)”라고 부른다.

설계 프로세스를 간단히 나타내면 아래와 같다.

-. 설계작업은 우선 개념설계로부터 시작해 기본 설계와 상세 설계를 거쳐 마지막으로 생산설계를

한다.

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-. 실제 설계 작업에서는 각 프로세스 사이에 피드백이 이루어진다.

-. 설계 시에는 여러 가지의 제약조건을 적절하게 검토하는 것이 중요하다.

요구 사항

개념 설계

기본 설계

상세 설계

생산설계

제조

설계 요구를 충족시키는 설계안을 만든다.

기능,성능, 일반적인 제약조건의 검토(해석 및 평가)를 하여 기구, 기기, 제조 등을 결정한다.

상세 구조, 구성 부품, 레이아웃 등을 결정

제조 장치와 방법, 가공 조건 등을 결정

Fig. 설계 프로세스

이러한 설계 프로세스는 일부 과정을 생략하거나 순서를 변경하는 것이 불가능하다. 현재의 과정을

시행하기 위해서는 반드시 그 이전의 과정을 완료해야 하는 것이 특징이다. 그렇기 때문에 각 프로세스

에서는 그 업무에 관해 경험이 풍부한 숙련자(expert)가 있어 그의 경험과 직감을 신뢰하는 것도 중요한

설계 방법 중 하나이다.

동시 공학은 제조 및 지원을 포함하여 제품 및 관련 프로세스의 통합 및 동시설계를 위한 체계적인

접근방법이다. 이 접근방법은 제품 개발 초기부터 개발자들이 품질, 비용, 스케줄 및 사용자 요구를 포

함하여 제품 개념부터 폐기에 이르는 제품 수명 주기의 모든 요소를 고려하여 제품을 설계하도록 한다.

그 결과 설계 및 제조의 기간을 대폭 단축할 수 있다. 이 새로운 설계의 개념을 실현하기 위한 핵심 기

술이 3D CAD와 CAE의 활용기술이다.

오늘날의 엔지니어링 프로세스 혁신에서 가장 중요한 과제 중의 하나는 업무의 동시진행에 의한 개

발기간 단축이라고 하겠다. 이를 단순화시켜 본다면, 제품 개발 프로세스상의 선행업무에서 지속적으로

정보가 생성/누적되다가 그것이 끝나는 시점에서 모든 정보가 후행업무로 이관된다고 할 수 있을 것이

다. 그러므로 선.후행 업무의 동시진행을 위해서는 지금까지와는 다른 형태로, 정보를 축적시키거나 후

행공정에 넘겨 주어야 한다. 동시진행의 정도를 높이기 위해서는 선.후행 업무의 담당자들을 한 팀에

소속시키는 것이 가장 바람직한 것으로 보이며, 바로 이점이 복합기능을 갖춘 팀의 운영이 동시공학의

성공적인 운영에 매우 중요하다고 강조하는 이유이다. 업무간 동시진행의 정도를 높이기 위해서는, 후행

공정을 착수하기 위해서 필요한 선행업무로부터의 최소정보량이 무엇이며, 이러한 정보를 선행업무에서

가능한 빠르게 생성시킬 수 있는 시점은 언제인가에 대해서 상세한 검토가 필요하다.

엔지니어링 프로세스 혁신과제에서 기본적으로 모든 기업들이 추구하는 과제는 첫째, 제품 라이프

사이클에서 나타나는 여러 문제를 어떻게 개발/설계 단계에서 검토시킬 것인가 하는 것이다. 즉, 종전방

식에서는 일단 최초설계가 완료되어 제조에서 양산이 되기 시작하면 그때부터 제조생산성, 품질, 제조

원가 등의 문제가 발견되면서, 많은 설계변경요구가 있게 된다. 마찬가지로 판매가 이루어져서, 소비자

3D CAD와 Pro/Engineer의 특징

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들이 실제 그 제품을 사용하기 시작하면서 내구성문제, 유지보수문제 등이 발생하게 되면, 이러한 정보

가 제품개발 엔지니어에게 피이드 백(feedback) 되고, 이에 대한 조치가 설계변경으로 나타나게 된다. 이

러한 종전방식을 시행착오방식이라고 한다면, 기업들이 현재 재구축하려고 하는 동시공학방식에서는 개

발/설계단계에서 가능하면, 이러한 후행 단계에서 나타나는 문제를 충분히 검토함으로써 양산단계 및 판

매단계에서 나타나는 변경 요구 사항을 최소화 하려고 하는 것이다. 예를 들어, 최근 여러 기업들은 개

발/설계단계에서 제조성(또는 조립성)을 검토하여, 어느 점수 이상을 받지 못하면 재개발/재설계하는 시

스템을 운영하고 있다. 물론 이러한 방법을 도입하게 되면, 초기 개발/설계단계에서 당연히 종전보다 많

은 시간과 노력이 필요하게 되나, 결과적으로 보면, 전체 라이프 사이클상에서는 시간과 노력을 줄이는

효과가 있음을 보게 된다. 미국 공군보고서에 의하면 동시공학개념 도입으로 제품개발기간이 단축되는

양상을 분석한 결과 전체적으로는 종전대비 40% 절감효과를 가져오는데, 오히려 개념설계 단계에서는

종전의 3%에서 20%로 증가하는 것을 발견할 수 있다. 바로, 이러한 초기 단계에서의 집중적인 검토가

나중에 발생하는 많은 설계변경을 줄일 수 있는 계기가 되는 것이다 (55% → 22%).

설계,개발영업체제

확립제조공정

설계

시작품 제작 및

실험

제조기획

종래의 엔지니어링

기획

설계,개발

제조공정설계

영업체제확립

제조

동시 공학

CAE & 시작품 제작 및 실험

Fig. 6 기존의 설계 방식과 동시공학을 적용한 설계방식의 차이

동시 공학은 제품의 개발, 제조의 리드 타임(lead time)의 단축, 시작품 회수의 절감, 문제의 조기 발견

및 조기 해결, 기술 레벨의 향상 등 다양한 장점이 있다. 또한, 설계의 표준화, 규정(rule)의 변경, 설계

업무 프로세스와 설비의 개선 및 최고 경영도 실현을 위한 중요 요소이다. 가능한 한 빠른 시기에 설계

에 관한 여러 문제점을 명확히 하고 대책을 강구함으로써 전체적인 제품 개발 기간의 단축을 도모하고

자 하는 것이며 이런 개념은 종종 “프론트 로딩”이라 불려진다.

3D CAD와 Pro/Engineer의 특징

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제품설계 및 개발

계획 시작품 제작

생산 준비

설계 변경에 의한 가격 증가설계 변경

최악의 시기

설계 변경이상적 시기

품질 및 생산성을 계획에

넣는 시기

Fig. 7 프론트 로딩의 개념 설계

동시공학의 경우도 앞에서 이미 설명한 바와 같이 그 발전과정을 돌이켜 볼 때, 초창기에는 주로

조직 관리적인 측면에서 복합기능을 갖는 전담 팀 구성을 통한 동시공학 형태가 추진되어 왔다고 한다

면, 최근 들어서는 정보기술의 발달에 따른 새로운 기법 또는 도구의 도입이 전략적 차원에서 이루어지

고 있다. 현재 많은 기법과 도구가 소개되고 있는데, 그 중에서 몇 가지를 고객요구의 정의단계에서부터

개발, 설계, 생산의 라이프사이클 흐름에 따라 소개한다.

QFD(품질기능 전개법)

이 기법은 고객의 요구사항을 제품의 설계특성으로 변환하고, 이를 다시 부품특성, 공정특성, 그리

고 생산을 위한 구체적인 사양으로까지 변환시키는 방식이다. 이렇게 고객의 요구사항을 체계적으로 정

리하고 그에 대한 해결방안을 모색함으로써 각각의 고객 요구사항을 누가, 어떻게 만족시킬 것인가 하

는 것에 대한 조직간의 명확한 업무분담이 가능해 진다. 그러므로 QFD 기법을 성공적으로 도입하기 위

해서는 당연히 여러 관련조직이 적극적으로 참여해야 한다.

DFX (Design For Assembly, Manufacturing, Test, Maintenance)

이러한 용어가 공식적으로 만들어지기 이미 오래 전부터, 사실 제품개발단계에서 조립성 내지 제조

성에 대한 검토가 이루어져 왔다고 해야 할 것이다. 즉, 이미 제품개발 태스크 포스팀에 참여하고 있는

제조기술 엔지니어 및 제조 담당자들은 설계과정에 참여하여 조립성 및 제조성에 대한 의견을 제시해

왔던 것이다. 그러나 70 년대 초부터 이러한 개념들이 체계적으로 정리되면서, 제품설계를 하는 시점에

서, 후행업무(제작, 조립, 테스트, 유지보수 등)에 대한 고려까지 해주어야 한다는 사상이 확산되게 되었

다. 최근에는, 조립성, 제조성을 평가해 주는 소프트웨어도 많이 이용되고 있는데, 특히 CAD 작업과 연

계하여 이러한 조립성, 제조성을 신속하게 평가해 주는 전문가 시스템도 등장하고 있다.

CAPP (Computer Aided Process Planning)

제품설계 업무가 완료되면, 생산기술 팀에서는 그러한 제품을 어떻게 효율적으로 생산할 것인지에

대해서 검토를 하게 되며, 그 결과로 얻게 되는 것이 공정계획(process plan)이다. 일반적으로 최종적인 공

정계획을 결정하기 전까지 많은 가능한 공정계획을 놓고, 검토를 하게 되는데, 이러한 부분을 지원하는

3D CAD와 Pro/Engineer의 특징

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것이 CAPP 이다. 즉, 가능한 여러 공정계획들을 생성시켜서 각각의 공정계획에 대한 검토를 통해 최적

의 공정계획을 얻도록 지원해 주는 기법이다.

Digital Mock-up/Rapid Prototype

제품설계가 완료되면, 일반적으로 mock-up 을 제작하여, 관련자들로 하여금 각종 검토를 하게 된다.

그러나, 이러한 mock-up 을 제작하는 과정에 상당한 시간과 돈의 투자가 소요되어, 그 동안 문제점으로

지적되어왔는데, Digital Mock-up 과 Rapid Prototype 은 이러한 문제점을 개선시키는 새로운 개념으로 부각

되고 있다. Digital mock-up 은 컴퓨터 화면상에서 관련 부품들을 가상 조립하여 만드는 것으로 실제 현장

에서 부품과 부품의 조립과정에서 발생할 수 있는 문제를 컴퓨터 화면상에서 검토할 수 있다는 장점을

갖고 있다.

Rapid Prototype 은 Digital Mock-up 이 화면 속의 mock-up 이어서 실제 만져 볼 수 없다는 단점을 극

복 할 수 있는 것으로서, 3D CAD 를 이용하여 모델링을 하는 경우 그 데이터를 이용하여 흔히 수지를

이용하여 짧은 시간에 Physical Mock-up 을 제작해 내는 것을 의미한다. 특히, 보잉 777 프로젝트에서

Digital Mock-up 을 이용하여 컴퓨터 화면상에서 부품간의 간섭문제를 사전 점검함으로써, 설계변경건수

의 대폭 절감과 함께 최종 조립장에서의 생산성 향상을 가져 올 수 있었던 사례는 성공사례로서 흔히

인용되고 있으며, 최근 국내 대기업들의 benchmarking 대상이 되고 있다.

1.2 Pro/Engineer의 특징

Pro/Engineer는 솔리드 모델러(solid modeler)이다. 즉 3차원의 환경을 제공하여 모델을 solid로 개발시

킨다. 이러한 모델은 부피와 표면적을 가지고 있으므로 생성된 기하적 형상으로부터 직접 질량 속성

(mass property)을 계산할 수 있다. 화면에서 디스플레이 된 모델을 조작할 수 있으나 모델은 솔리드 상태

를 유지한다. 솔리드 모델러 중에서 PRO/E가 가진 강점은 설계 및 가공의 방식과 비슷하게 모델링을

할 수 있다는 것이다. 그러나 모든 점에서 실제 현장과 동일하지는 않다는 것도 알아두어야 한다. 서피

스 고정에서는 이러한 설계와 관련 없이 단순히 형상을 만들기 위해서 써야 하는 명령도 있기 때문이다.

Solid modeling tool로써의 Pro Engineer를 설계자가 강력하게 사용하기 위해서는 무엇보다도 특징 형상 기

반(featured based), 완전 연관성(associative), 파라메트릭(parametric)의 3가지 특징을 이해해야 한다.

1.2.1 특징 형상 기반 모델링(Feature Based Modeling)

Pro Engineer는 featured based solid modeling tool이다. 즉 하나의 part model은 독립된 building block을 하

나씩 연속 결합하여 이루어진다. 맨 처음 만들어진 기하학적 특징(geometry feature)를 기본 특징(base

feature)라 한다. 다른 모든 feature는 base feature를 토대로 하여 만들어진다. 부품(part)는 base feature를 더

하거나(add), 제거(remove)함으로써 만들어지는 것이다. 일반적으로 base feature는 part에서 가장 큰 형체를

선택하는데 이는 기계적인 가공 및 형상을 고려하여 설계자가 선택해야 한다. 이러한 방식으로 model을

디자인하는 것을 machinist theory라고 부르기도 한다.

Feature는 Pro/Engineer의 part model에서 최소 building block이다. model의 feature가 단순할수록 해당

part의 활용도는 증대한다. Pro/Engineer는 직관적으로 명칭을 부여하여 각 feature을 쉽게 인식할 수 있도

록 해 준다(예: 컷(cut), 밀어내기(protrusion), 구멍(hole) 등).

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특징 형상(feature)을 기반으로 모델링을 하게 될 경우 설계자는 입체를 설계할 때에 각 feature의 주

요 치수와 위치에 따라 파라미터로 입력하게 된다. 이러한 특징 형상 기반 모델링의 장점은 완성된 설

계의 데이터에 내부적으로 그 입체를 구성하는 feature에 대한 정보가 정확하게 입력된다는 것이다. 이

때문에 Pro/Engineer의 또 다른 특징인 완전 연관성에 따라 3D 데이터를 이용하여 가공이나 조립체 설계,

설계 변경 등의 작업을 할 때에 작업 효율을 극대화할 수 있다.

피처 기반의 모델링에서의 단점은 그것이 사용되는 사용분야나 사용자에 따라 feature의 종류가 제

각기 다르다는 점이다. Pro/Engineer에서는 이러한 문제점을 해결하기 위해서 사용자의 용도에 맞는

feature를 임의로 정의하여 지정하고 필요시 사용할 수 있는 사용자가 지정할 수 있는 feature(User-

Defined Feature, UDF) 기능을 제공하고 있다.

1.2.2 완전 연관성(associative)

Pro/Engineer는 여러 모듈로 구성된다. 기본적으로 part, assembly, drawing으로 구성되어 있으며, 이외

에도 MFG, FEM, Mechanica 등이 추가된다. 또한, 전기회로에서의 전선 다발의 경로 설계와 배관시스템의

배관설계 등을 파이핑 등의 모듈이 제공된다. 만약 설계자가 part에서 설계를 하고 어느 시점에서 설계

변경을 하여 필요한 부분을 수정하면 part에서 수정된 내용이 다른 모듈, 즉 assembly, drawing 등에도 연

관이 되어 수정되어야만 assembly, drawing을 수정하는 추가 작업이 필요 없게 된다. Pro/Engineer에서는

이러한 설계 변동이 동시에 여러 모듈에 자동적으로 적용되는데 이러한 기능을 associative하다고 한다.

이 기능을 이용하면 어떤 레벨에서든지 디자인을 변경할 수 있으며, 시스템을 자동적으로 모든 레벨에

변경사항을 반영시킨다.

1.2.3 파라메트릭 모델링

Pro/Engineer는 기본적으로 parametric modeling을 지원한다. 파라메트릭 모델링은 Pro/Engineer의 완

전 연관성과 연계하여 완벽한 형태의 CAD 설계시스템 구축에 도움을 준다. 즉 기존의 순차적인 설계방

식에 3D CAD 시스템을 도입하게 되면 각 설계/생산단계에서 하나의 동일한 데이터베이스에 접근하기

때문에 생산단계에서 설계단계로 요구하는 설계변동 등의 피드백에 설계 팀에서 적극적으로 대처할 수

있는데 이것이 파라메트릭 모델링 기법의 장점이다. 또한, 파라메트릭의 특성으로 디자인을 수정하면서

도 그 모델에 대한 설계자의 설계 의도를 보존할 수 있다.

파라메트릭 모델링 기법을 이용하여 제품을 설계할 때는 모든 치수들을 매개변수로 표현할 수 있으

며 이들 간의 관계를 설계자가 설계 의도에 따라 임의로 부여할 수 있다. 따라서 이를 효율적으로 활용

하면 설계가 진행되면서 수시로 제조 공정을 함께 고려할 수 있어 편리하게 된다. 형상 설계의 설계자

또는 생산 공정의 설계자로부터 설계변경 요구가 발생하였을 때 새로운 모델링 과정 없이 바로 몇 가지

주요 치수의 값을 변경하면 그에 따라 이전에 부여하였던 관계에 의해서 모델 전체가 자동적으로 재생

성 된다. 이는 Feature들이 상호관계에 있다는 의미이며 한 feature를 수정하면 설계 의도를 파악하여 다

른 feature에 수정 사항을 반영한다. 설계 과정에서 언제든지 모델의 작업영역을 수정할 수 있으며

feature 사이의 관계는 한 feature가 다른 feature를 참조(reference)로 하는 경우를 모자(parent/child)관계라

한다.

관계식을 추가하여 feature 사이의 파라메트릭한 상호 관계를 증진시킬 수 있다. 여기서 관계식은 방

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정식을 의미하는데 model을 만드는 작업에 사용하며, 설계 의도를 좀 더 명확하게 파악할 수 있도록 면

적 등과 같은 일반적인 물리적인 매개변수와 연관 지어 관계를 갖도록 할 수 있다.

1.2.4 Pro/Engineer의 feature 구성

특징 형상(Feature)는 크게 선택/배치 피처(pick and place feature), 스케치에 의한 피처(sketched feature )

그리고 데이텀 피처(datum feature)의 3가지로 나뉘어 진다. 스케치에 의한 피처는 호칭의 편의성을 위하

여 베이스 피처(base feature)라고도 한다. 선택/배치 피처(Pick and place feature)와 베이스 피처는 부피를 가

지지만, 데이텀 피처는 부피가 없고 형상만 가지고 있어 제품의 형상으로 표현되지 않고, 다만 형상을

만드는 과정 중에 참조되는 중요한 역할을 한다. Datum feature에는 평면(plane), 축(axis), 커브(curve), 점

(point), 좌표(coordinate)가 있다. 아래 그림은 피처의 구성에 대해 나타낸 것이다.

Feature

-. Datum Planes-. Datum Axis-. Datum Point-. Coordinates system

Sketched Geometry-. Extrusion-. Blend -. Sweep-. Sweep blend-. Helical sweep-. Boundary blend-. Variable Section Sweep-. Style

Non-Geometry Geometry

Pick and place Geometry-. Hole -. Cut-. Draft-. Shell-. Rib-. Round-. Chamfer

Fig. 8 특징 형상(Feature)의 구성

2. Pro Engineer의 화면 구성

2-1 작업 환경

Pro Engineer는 Fig.2-1과 같이 세 개의 영역으로 나뉘어져 있다.

Pull down menu

Standard toolbar

Navigator

web browser

message window

datum tool bar

graphic window or work area

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Web brows Navigation

window

Graphic window

Fig. 2-1 Pro/Engineer의 화면 구성

2-2 Pro Engineer Window

Pro Engineer Window는 Fig. 2-2와 같이 Pop-up Menu, Prompt 영역, graphic 영역, message 영역으로 구성되어

있다.

Prompt & Command

Icon Pull down menu

Model

tree

Feature creation

tool bar

Fig. 2-2

Pro Engineer Window는 작업에 필요로 하는 기본적인 작업을 할 수 있도록 만들어 졌으며 실제 modeling

은 Menu manager Window에서 이루어진다.

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Fig.2-3 대시보드 예

2-3 Pop-Up Menu의 구성

파일(File) : 파일의 관리에 대한 Menu

Fig. 2-4 File menu

-. 새로 만들기, 열기, 저장(New/Open/Save)

: 파일의 생성/열기/저장

-. 작업 디렉토리 설정(Working Directory)

: 작업 디렉토리 지정

-. 지우기(Erase) : 파일을 메모리에서 삭제

-. 삭제(Delete) : 파일을 디스크에서 삭제

-. 백업(Backup) : Assembly나 Part 작업시에 정리된 File만을

backup

-. 종료(Exit) : Pro E 빠져나가기

뷰(View) Menu : 화면의 상태 조절

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Fig. 2-5 View menu

-. 다시그리기(Repaint) : 화면 정리

-. 방향>표준방향(Default) : 화면의 처음 상태

-. 음영처리(Shade) : 화면의 rendering

-. Refit : 화면의 자동배율

-. Layer : 요소의 Layer로 배분

-. Model display : Model에 대한 화면 상태 조절

-. 모델셋업(Model Setup) : Model의 color

도구(Utility) Menu : 각종 부가 기능 및 환경 설정

Fig. 2-6 도구 Menu

-. 환경(Environment) : 기본 초기 설정

-. 맵키(Mapkeys…) : 단축 명령

-. Preferences : Config.pro 파일의 설정

-. Colors : Pro/E에서 설정한 color

-. 관계식(Reference Control) : 참조된 요소의 관계 관리

-. 화면사용자 정의(Customize Screen) : 화면 상태의 사용자 정의

분석(Analysis) Menu : 생성된 요소의 검토 기능

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Fig. 2-7 Analysis menu

-. 측정(Measure) … : 길이, 반경, 거리 등과 같은 측정

-. 모델분석(model Analysis…) : model의 검토

-. Curve Analysis… : 생성된 curve의 특성 검토

-. Surface Analysis… : 생성된 surface의 특성 검토

응용 프로그램(Applications) Menu : Pro Engineer의 부가 모듈

Fig. 2-8 Application menu

-. 표준(Standard…) : 일반 Pro/E 모듈

-. 판금(Sheetmetal) : 판금 Modeling 작업 모듈

-.레거시(Legacy) : IGES, STEP 등의 interface Module

-. Mechanica : 해석 모듈의 Integrate module로의 전환

-. 몰드/캐스팅 : 몰드 해석

-. Plastic Advisor : 사출금형 해석

Window Menu : 화면의 창을 관리

Fig. 2-9 Window menu

-.활성화(Activate) : 화면의 창을 활성화 하기 위한 Menu

Menu 하단에 창의 list를 참조한다.

-. 새로만들기(New)/단기(Close) : 새로운 창을 만들거나 닫는다.

- 시스템 창 열기(Open System) : DOS 창이 열린다.

편집 메뉴(Edit Menu) : 요소의 수정을 위한 메뉴

3D CAD와 Pro/Engineer의 특징

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Fig. 2-10 편집 메뉴

2가지 경우에 메뉴가 활성화 된다.

첫 번째 기능: 모델 트리나 화면에서 무언가를

선택하였을 경우에는 그 요소를 수정하거나

재정의와 같은 기능을 하기 위한 메뉴

두 번째 기능 : 단면을 그려서 feature를 만들고자

할 때에 스케치를 한 요소를 선택하면 이 메

뉴는 선택한 요소에 대한 제거, 복사, 이동

등의 작업을 할 수 있도록 활성화 된다.

2-4 아이콘 메뉴

파일 메뉴

모델 화면 표시 메뉴

프린트

와이어프레임(Wire Frame) : 골격 나타내기

다른 이름으로 저장

은선처리(Hidden) : 은선 표시

파일의 저장

은선 제거(no Hidden) : 은선 표시 안 하기

파일 열기 음영처리(Shading) : Color입히기

새로운 파일 만들기

Model Tree 나타내기

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Wire frame 은선 표시

은선 제거 음영처리

View 메뉴

Repaint : 화면 정리 하기 Refit Screen : 모델 전체 화면 표시

Zoom In : 박스 영역 확대

뷰 새 방향 설정(Orient the Model)

Zoom Out : 화면 전체 축소

저장된 뷰 목록(Saved View List)

정위 모드 온/오프

회전 중심 :

정위모드 on/off 아이콘을 클릭하면 어느 부분을 중심으로 회전, 축소.확대, 이동을 하는가를 점으로

나타낸다.

는 회전 중심 on/off 기능을 나타내는 것이다. 회전 중심을 on 하면 모델의 중심에 회전 중심이 표시

되며 마우스를 이용하여 모델을 회전시키면 표시된 부분을 중심으로 회전을 하게 된다. 회전중심을 off

하면 모델 상에서 회전 중심이 없어지게 되고 모델을 회전시키면 마우스에 의해 선택된 지점이 회전의

중심이 된다.

회전 중심 on 회전 중심 off

는 저장된 뷰의 목록에 사용자가 원하는 view방향을 추가하고자 할 때 사용한다.

는 저장된 뷰 목록을 보고자 하는 경우에 사용한다. 기본적으로 저장된 view의 목록은 아래 그림과

같다.

Fig. 2-11 뷰 목록

datum 요소 화면 나타내기

Datum Plane : 데이텀 평면을 on/off

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Datum Axis : 데이텀 축을 on/off

Datum Point : 데이텀 점을 on/off

: 데이텀 좌표계를 on/off

스케치디스플레이 아이콘

구속 조건 보이기 : 스케치 구속 조건에 대한 디스플레이 on/off

화면 그리드 표시 제어기 : grid 디스플레이 on/off

스케치 뷰 방향전환 아이콘 : 스케치 화면을 회전하였을 경우 스케치 단면에 수직하도록 화면 전

환

치수 보이기 : 스케치 치수의 디스플레이 on/off

스케치 취소 (Undo) : 스케치 작업 중 바로 이전 단계로 이동

스케치 복구(Redo) : 스케치 취소 도중 다시 복구하는 기능

닫힌 루프 음영처리(Shade Closed Loops) : 스케치된 엔티티의 닫힌 체인 내부에 색상을 지정

열린 끝 강조 표시(Highlight Open Ends) : 둘 이상의 엔티티에 공통되지 않는 스케치된 교점을 강

조 표시

중첩 형상(Overlapping Geometry) : 중첩 형상 엔티티 디스플레이를 강조 표시

피쳐 요구 사항(Feature Requirements) : 정의된 피쳐에 스케치 적합한지 분석

2-5 Pro Engineer의 마우스 이용 방법

MB1 = 오른쪽 버튼

MB2 = 가운데 버튼

MB3 = 왼쪽 버튼

MB1

(왼쪽 버튼)

General 영역 선택과 지정을 위한 메뉴로 주로 menu Graphic window에서 요소

를 선택할 때 쓰인다.

Graphic 영역 키보드의 CTRL Key와 함께 MB1 버튼을 drag and drop 하면 화

면이 확대 축소가 되는 zoom 기능이 조절됨

Sketch 영역 선, 원, 원호 등의 요소를 생성시 시작점과 끝점과 같은 위치

지정, 요소의 선택

MB2

(중간 버튼) General 영역

실행과 승인을 위한 Done 메뉴와 같은 기능을 하고 키보드의

return key대용으로 사용할 수 있다.

Fig. 2-12 mouse button

3D CAD와 Pro/Engineer의 특징

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Graphic 영역

graphic Window의 중앙에서 키보드의 CTRL Key와 함께 MB2버

튼을 drag & drop 하면 자유 방향 회전, 화면 가장에서 drag하면

축 방향 회전이 된다.

Sketch 영역

선, 원 등의 요소의 생성시에 작업의 완료/종료 또는 메뉴 선택

모드로 전환됨.

dimension 메뉴에서 요소를 선택하고 MB2 버튼으로 선을 생성

MB3

(오른쪽 버튼)

General 영역

Get Select 메뉴 사용 시, 화면상에서 요소를 선택해야 할 경우

에 선택한 지점 근처의 모든 요소의 리스트를 나타내는 Query

Select Mode로의 전환

Graphic 영역 키보드의 CRTL Key와 MB3 버튼을 이용하여 모델을 이동시킬

수 있다(Panning) .

Sketch 영역 MB3 버튼을 계속 누르고 있으면 Quick Menu가 마우스 포인트

에서 나타나 자주 사용하는 메뉴로 전환

3D CAD와 Pro/Engineer의 특징

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3. SKETCH SECTION

3-1 Pro Engineer의 스케치

CAD 소프트웨어에서 가장 많이 사용되는 기본적인 기능으로 2D 평면에서 선, 원, 호, 스플라인 등

의 요소를 만들기 위한 기능이다. 이 2D에서 만들어진 데이터를 이용하여 Pro/E에서는 datum, Curve,

Sketch Feature, Section & Path 등의 많은 feature를 만들기 위한 형상을 정의한다. 대부분의 모델링 작업에

서 이 스케치 기능을 이용하여 형상을 정의하는데 많은 시간을 소모하게 된다.

피처의 종류

-. 스케치된 피처(sketched feature)

. 스케치를 하여야 한다.

. 밀어내기(extrude), 회전(revolve), 가변단면도구, 경계블랜드, 스타일의 기능을 이용

-. 배치된 피처(placed feature)

. 선택에 의하여 피처를 만들 수 있다.

. 구멍(hole), 쉘(shell), 리브(rib), 구배(face draft), 라운드(round), 모따기(chamfer), 필렛(fillet)

3-1-1 작업면의 정의

Feature만들기 위해 2D 단면을 위한 작업면의 지정이 필요하다. 또한, 스케치를 하기 전에 공간상의

어느 위치에 그 단면을 만들어야 하는지 작업면과 작업면에 대한 참조 위치를 지정해야 한다.

Sketch plane

-. 모델링하고자 하는 평면을 의미

-. 스케치면을 지정(datum Plane, 모델상의 평면)함으로써 실제 스케치 요소들이 만들어지는 면

스케치 방향

-. 설계자가 컴퓨터 모니터를 바라보았을 때 어느 면의 참조면을 결정할지, 상하 좌우 방향은 어

느 방향으로 할 것인가를 설정하는 것

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Reference Plane :

-. 스케치 면의 참조면을 지정하여 스케치면의 방향을 지정하기 위해 TOP, BUTTOM, LEFT,

RIGHT 방향의 기준면을 지정

3-1-2 스케치 작업 방법

스케치한 단면이나 경로는 항상 수정을 고려하여 만들어져야 한다. 이러한 의미에서 본다면 정확한

치수를 결정하지 말고 우리가 보통 종이에 스케치하듯이 대략적인 형상을 고려하여 만들어야 한다. 이

러한 측면에서 다른 일반적인 2D CAD와는 달리 단면의 치수보다는 스케치하는 형상이 중요하다. 일반

적인 작업순서는 다음과 같다.

1) sketch plane의 지정: 작업면의 지정

2) Reference Plane 지정: 작업면의 회전방향 지정

3) Specify Refs 선택: 치수의 기준 설정

4) Sketch: Line, ARC, Circle, Spline, Point 등의 요소의 설계

5) dimension & Constrain: 치수와 구속 조건의 지정

6) Modify: 정확한 치수의 수정

7) Regenerate: 변경된 치수의 갱신

3-1-3 자동 치수 기입을 위한 Specify Reference

스케치 면에서 선분이나 원, 원호 등의 요소를 그리게 되는데 이러한 스케치를 기준으로 지정하기

위한 것이다. 즉 스케치 면에서 원을 그리게 되면 그 원의 위치를 지정해야 한다. 그러면 작성해야 할

원의 기준을 어디에 둘 것인가? 만약 이 기준을 정하지 않으면 그 원은 작업면 상에서 떠다니게 될 것

이다. 그 치수의 기준을 정하기 위한 것이다. Pro Engineer 2000i2에서는 메인 메뉴의 sketch 메뉴에서

References라는 메뉴를 선택하여 지정한다.

Specify Ref의 지정은 datum plane이나 part의 edge, vertex(꼭지점), axis, 원의 중심점, point 등과 같은 모

든 요소가 가능하다.

3-2 SKETCH

Intent Manager에서의 스케치 작업은 어떠한 선분이나 원호를 만들면 자동적으로 마우스의 위치에 따

라 구속 조건이 부여된다.

3-2-1 단면 요소의 생성

Table 3-1 단면 생성 요소와 의미

Line

라인 아이콘

2 points

2개의 지점을 지정하여 선을 연속해서

생성

접선 아이콘

2 tangent

(접선)

두개의 원호를 연결하는 선분을 생성

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Center Line

2D 스케치 모드에서 회전축이나 대칭 형상을

만들기 위해 중심선을 지정하기 위한 중심선

Rectangle

사각형 Box를 생성

ARC

Tangent end

원이나 선분과 접하는 원호를 생성

Concentric

만들어진 원호원호나 원을 선택하여 같은 중심에서 반경

과 호의 길이가 다른 원호의 생성 동심원호

3 tangent

세 개의 선분들과 접하는 원호의 생성

3 point

원호의 시작점, 끝점, 반경을 위한 세 번째 점을 지정

Center/Ends

중심과 반경을 위한 두 개의 점을 선택하여 원호를 생성

Conic

양쪽 끝점과 곡률의 지정

Spline

통과하는 점을 지정하여 자유곡선의 생성

Filet

두 요소 사이에 원형의 필렛을 만듦

두 요소 사이에 타원형의 필렛을 만듦

Constrain

구속조건 부여(다음에 자세히 언급)

엔티티 참조

생성아이콘

기존 피처의 entity를 참조하여 스케치를 생성

기존 피처의 entity를 참조하여 스케치를 옵셋하여 생성

Dimension

스케치에 치수를 기입

재생성 아이

콘(Modify) 치수, 스플라인의 형상, 혹은 글자의 값을 수정한다.

Trim

트림

Dynamically

Trim

교차하는 선분들이 나누어지지 않았더라도 마치 교점에서 나

누어져 있는 것처럼 분리되어 선택되는 부분만 잘라주는 기능

모서리정리

(Corner trim)

교차하는 선분이나 연장선이 교차하는 선분들을 남겨야 하는

위치에서 선분을 선택하여 주면 선택되지 않은 부분이 제거되

거나 교점까지 연장되는 기능

분할(Divide)

교점에서 두개의 선분을 분리시키기 위한 기능

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대칭/회전

/복사

배율의 조정

과 회전 이동과 회전 배율을 조정한다.

요소의 복사

이동 생성된 요소를 복사하여 이동시키기 위한 기능

요소의 대칭

복사

생성된 요소를 중심선을 기준으로 하는 대칭 형상을 만들고자

하는 경우에 사용. 중심선이 있어야 함

참조 생성 아

이콘

스케치를 위한 참조점을 생성

스케치를 위한 참조 좌표계를 생성

문자쓰기

아이콘 문자를 기입할 수 있다.

완료(Done)

스케치가 완료되어 스케치모드를 종료(생성됨)

취소(Quit) 스케치를 완료하지 않고, 취소하여 스케치를 모드를 종료

3-3 구속 조건

3-3-1 Dynamic Constraints

구속 조건의 심벌은 단면의 요소를 만들 때 자동으로 생성된다. 구속조건에 의해 단면의 치수가 변형

되었을 경우에 사용자가 원하지 않은 형상으로 바뀔 수 있다.

구속조건은 다음과 같이 두 가지로 나눌 수 있다.

형상정보에 의한 구속 조건: 수평(horizontal), 수직(Vertical), 법선(Tangent), 정렬(Alignment) 등…

치수에 의한 구속조건: 선분의 길이/거리, 각도, 반경 등

구속 조건이 많은 경우를 Over Constraint라 하며, 이 경우 중복 지정된 구속 조건 중에 하나를 삭제해

야 한다. Intent manager는 중복 지정하거나 충돌이 일어나는 구속 조건을 화면상에서 빨간색으로 나타내

어 작업자가 손쉽게 제거할 수 있도록 하는 Over Constraint CHECK 기능을 제공한다.

Table 3-2 동적 구속 조건

intent manager의 구속조건 Symbol intent manager의 구속조건 Symbol

가로, 수평 대칭

세로, 수직 정렬

같은 선분의 길이

동일 반경

수직 동일선

수평

정렬, 원

접선

요소 위의 점

선분상의 중점

3-3-2 사용자 정의 구속 조건

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사용자가 가진 설계 의도에 의해 구속조건으로 지정하는 것

스케치할 때 구속 조건은 두 가지 색깔로 변한다.

회색 :

-. 일반적으로 모든 구속조건은 회색으로 나타난다.

-. 회색의 구속 조건은 “Weak”(잠재구속)을 의미함.

-. 작업 중에 필요로 하지 않는 구속 조건의 경우에 경고 없이 자동적으로 제거될 수 있는 구속조

건

빨간 색 :

-. 현재 사용하기 위한 심벌임을 나타낸다.

-. 빨간색 상태에서 만이 키보드의 Shift 키나 Tab 키와 마우스의 오른쪽 버튼을 이용하여 선택적으

로 구속 조건을 생성시킬 수 있다.

노란색

-. Strengthen(강조구속) 상태를 나타냄

-. 강조구속이란 Pro E가 자동 제거하지 못하는 구속 조건

-. 빨간색의 구속 조건일 때 Shift key를 누른 상태로 마우스의 오른쪽 버튼을 누른다.

3-3-3 치수와 구속 조건

스케치 작업이 완료되면 Pro Engineer가 자동적으로 만들어 놓은 회색의 Weak은 강조구속 조건(노란

색)으로 전환 된다. 이에 따라 설계자가 원하지 않은 구속조건이 만들어질 수 도 있다. 이런 문제를 방

지하기 위하여 전체적인 치수와 형상 구속조건을 검토하여 추가적인 치수를 부여하여 잠재구속조건을

제거하여야 한다.

3-3-4 강조구속 조건의 생성

sketch 화면의 아이콘 중 을 MB1으로 선택하여 강조 구속 조건을 생성할 수 있다. 그러면

constraint menu가 나타난다. 이 constraint menu에서 사용하고 싶은 구속 조건에 해당하는 아이콘을 선택하

면 된다.

Table 3-3 강조 구속 조건

Constraints Menu

Vertical 선이나 두 개의 모서리를 수직으로 만듦

Horizontal 선이나 두 개의 모서리를 수평으로 함

Perpendicular 두 개의 요소를 수직으로 되게 위치

Tangent 두 개의 요소를 접하게 위치

Mid Point 선분상의 중간 지점

Point on Entity

원, 원호, 선분 위의 한 점으로 위치시킴

Collinear 두 개의 선분을 동일 선상에 정렬

Alignment 두 개의 요소를 정렬

Symmetric 중심선을 기준으로 대칭

Equality 두 개의 반경, 선분의 길이, 곡률을 같게 함

Parallel 두 개의 요소를 수평으로 되게 위치

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3-4 기본적인 스케치 방법

스케치의 일반적인 방법은 계략적인 형상의 정의를 먼저 한 후 정확한 치수로 수정해서 구속 조건

에 의한 형상의 변형을 검토해서 작업해야 한다. Feature의 수정을 고려하여 작업한 스케치 작업은 보다

안정적인 모델을 만들 수 있다.

스케치 참조 지정

개략적인 형상 스케치

형상치수 구속 조건의 지정

치수의 수정

구속 조건에 의한 설계 의도 검토

Regeneration : 잠재 강조 구속 조건

Fig. 3-1 Flow Chart of Sketch

다음은 일반적인 스케치를 위한 작업 방법이다.

스케치는 간단하게 하라.

크게 스케치 하라

단면 요소간의 거리와 각도를 크게 한다.

스케치의 참조 지정과 Feature사이의 Parent/Child 연관 관계에 주의하라.

작도를 위한 중심선을 사용하라.

스케치 작업에서 설계의도를 표현하기 위한 치수 구속 조건을 만드는데 편리하다.

Use Edge, Offset Edge, Dimension을 사용한 승계된 연관관계

3-4-1 요소의 선택 모드

스케치 모드에서는 마우스를 움직이면 자동적으로 모든 요소가 선택 된다. 이러한 “Snap” 기능을 이

용하여 보다 빠르게 요소를 제거하거나 수정할 수 있다.

구속 조건도 심벌을 선택하여 제거할 수 있으며, 치수를 선택하여 마우스 왼쪽 버튼을 두 번 빠르

게 누르면 치수를 수정할 수 있다.

스케치 모드의 아이콘 중 을 사용하면 요소의 선택 모드를 활성화 시킨다. 그래픽 창에서 마우

스 포인터와 만나는 구속조건, 치수, 선분은 자동적으로 캡처되어 선택되어지며, 키보드의 “Delete” Key

를 사용하여 제거할 수 있다.

요소의 선택의 방법

메인 메뉴의 Edit menu 중에서 Select에서 요소 선택 방법을 결정할 수 있다. 선택하는 방법에는 Fig.

4-2와 같이 4가지가 있다.

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One-by-One : 하나씩 요소를 선택하기 위한 초기 설정

형태

Chain : 연결되어 있는 선분을 선택

All Geom : 모든 스케치 요소의 선택(Reference 요소는

제외)

All : 모든 요소를 지움

예제 : Sketcher와 Intent Manager에 대한 이해

예제 3-1. V-Block 연습

Fig. 3-3 V-Block

1. 파일(File) > 새로 만들기(New) > 새로 만들기 창이 팝업 된다. 이때 부품을 선택하고, 이름에 원하는

파일이름을 입력하면 된다. 여기서는 V-Block으로 한다. >확인(OK)을 클릭한다.

2. 새로운 그래픽 창이 나타난다. 이때 그래픽 창의 오른쪽에 있는 Feature creation icon들 중에서

를 선택한다.

Fig. 3-2 Select 방법

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3. 그래픽 창 아래의 메시지 창에 피처의 특성을 설정하는 슬라이드 업 메뉴가 나타난다.

슬라이드 업메뉴

4. 밀어낼 단면을 생성하려면 대시보드 상의 배치(placement) 을 클릭한다. 클릭을 하면 그림과

같은 슬라이드업 패널 메뉴가 나타난다. 이때 를 클릭하면 다음과

같은 스케치 평면과 스케치 방향을 설정할 수 있는 새로운 창이 나타난다.

5. 그래픽 창에서 표준 템플릿에서 만들어진 “FRONT” 데이텀을 마우스를 이용하여 스케치 평면으로

선택한다.

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6. 그리고 나서 Feature 생성 방향에서 화살표가 안쪽을 향하도록 한다. 화살표를 클릭하면 방향의 방

향이 토글 방식으로 바뀐다.

화살표의 상태를 확인하고 스케치를 선택한다.

7. 스케치의 참조(Specify Refs)를 지정하기 위한 „Reference” 작업창이

나타난다. Pro/E에서 자동적으로 지정한 참조인 F2, F1을 사용하기

로 하고 참조 작업창을 닫는다.

<작업과정.>

1)중심선

에서 을 선택 TOP, RIGHT의 데이텀이 만나는 화면의 중심 위치를 지정한다.

2) 외곽 선분

을 눌러 그림과 같이 선분을 만들고 원호를 만들기 위해 MB2를 눌러 연속된 선분을 만드는 것

을 종료시킨다.

3) 원호의 작성

을 선택하고, 원호의 중심이 될 지점을 선택하고 원호의 시작점과 끝점을 지정하여 원호를 완

성시킨다.

원호를 생성하기 위해 원의 중심을 먼저 RIGHT datum에 구속될 수 있도록 축상에 마우스를 충분히

가까이 가져가야 한다.

4) 외곽선의 작성

왼편과 같은 형태의 외곽선을 만들고 완전히 닫혀진 형태로 만들어야 솔리드 피처를 만들 수 있다.

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Fig. 4- 4

5) 배율의 조정

MB1의 drag & drop을 이용하여 전체 단면을 선택한다. 전체 요소가 선택되면 빨간색으로 활성화된다.

Fig. 4-5 배율의 조정

6) 을 선택한다. modify Dimension 작업창이 나타난다.

Lock Scale 버튼을 체크한다.

밑면의 길이를 확인한 후 전체 길이와 일치하는 크기를 갖는 sd를 찾는다. 그리고 이것을 30으로 수정

한다.

7) 구속조건의 추가

을 선택하여 나타난 Constraint menu에서 을 선택한다. 그리고 도면의 대칭 형상을 만들기 위한 기

준선이 세로축에 형성되어 있는 중심선을 선택한다.

대칭 구속이 되어야 할 양쪽의 꼭지점을 선택한다. 구속 조건이 과잉으로 설정되어 있다면 Fig. 4-6과 같

이 발생된 구속조건을 나타내는 작업창이 나타나며, 여기서 필요 없는 구속조건을 제거하면 된다.

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Fig.4-6 중복된 구속조건

원호와 선분이 연결된 연결점에 대칭 구속을 지정한다.

치수의 기입에 의한 구속 조건

가장 중요한 특징을 나타내는 치수를 기입하여 구속조건을 설정할 수 있다. V-Block에서는 V형상의 각도

와 거리이다.

방법 : 를 선택한다.

MB1으로 선택

한다

선택한다.

가운데 부분을 MB2

로 선택한다

그림과 같이 치수가

생성된다

두번째 치수인 V block 사이의 거리를 입력한다.

마우스 포인터를 치수가 생성되어야 할

지점에 놓은 후 MB2를 클릭한다.

치수의 수정

첫번째 방법 : 치수를 마우스로 더블 클릭하여 하나씩 수정하는 방법

두번째 방법 : 마우스로 전체 치수를 다 선택하여 한꺼번에 필요한 치수로 수정하는 방법

피처의 생성

단면이 완료되었으면 Sketcher tool에서 을 클릭하여 완료 시킨다.

슬라이드 업 메뉴에서 깊이 치수를 기입 후 피처를 만든다.

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Preview

> Ok

는 밀어내는 방향을 설정하는 메뉴이고, 피처 생성의 마지막 단계는 슬라이드 메뉴 중에서 선택한

다.

미리 보기(preview)

완료(Done) 실행취소

V-Block 완성

예제 2 : 그립퍼(gripper)

설계의도 : 간단한 형상의 그립퍼이다. 이 그립퍼는 좌우 대칭의 형상이 중요하다. 전체 폭인 250을 수

정하면 중심축을 중심으로 좌우로 늘어나야 한다. 손잡이 끝의 원호의 반경을 변경하면 원호와 연결된

손잡이 부분의 각도도 중심측을 중심으로 변경되어야 한다.

<작업과정>

그래픽 피처 아이콘에서 밀어내기 아이콘을 클릭한다. 다음 그림과 같이 대시 보드가 나타나면 앞에서

의 과정과 마찬가지로 배치 아이콘을 클릭한 후 스케치 면을 정의하고 원하는 형상을 스케치 한다.

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중심선을 그린다.

원하는 치수

구속조건을

삽입한다.

단면이 완료되

었으면

Sketcher tool에

서 을 클릭

하여 완료 시

킨다.

깊이 치수를 기입 후 피처를

만든다.

미리 보기

스케치 실습 예제

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