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비지도 학습 기반의 수학과 서술형 평가 채점 보조 방법 탐색 : 군집화 활용을 중심으로
The process of grading students' responses in descriptive assessments imposes a significant burden on school teachers. Therefore, many studies for developing automated grading systems that aim to replace or assist in grading, either partially or entirely, has been reported. In Korea, the research on automatic grading system for the Korean language has been proceeding led by the Korea Institute for Curriculum and Evaluation. From the study, automatic grading systems for descriptive assessments in subjects such as Korean language, social studies, and science have shown meaningful performance. However, discussions on automatic grading for descriptive assessments in Korean mathematics are scarce, and applying methods from other subjects directly also has several limitations. In recent research on automatic grading for Korean mathematics descriptive assessments, applying methodologies built in other subjects revealed several limitations. In this study, we aim to examine these limitations and discuss methods to assist human graders in the evaluation process of descriptive assessments in Korean mathematics by automating certain grading steps. It is anticipated that such methods could serve as a step towards the future development of a entirely automated grading system. The first limitation is the direct application of natrual language processing methods used for automatic grading in other subjects' descriptive assessments. This method did not adequately capture the mathematical expressions within student responses, and the experiment was limited in that it restricted the use of mathematical expressions. The second limitation involves converting student responses into Document Term Matrix(DTM), which caused memory issues by producing mostly sparse vectors with many zero values. Lastly, training one regression model for the entire set of student responses in supervised learning has limitations in correctly grading student responses that employ various solution strategies, and a significant portion of expert grading is required. In this study, we propose methods to address these limitations and automate parts of the grading process. This includes constructing a mathematics-specific tokenizer and clustering student responses based on Latent Dirichlet Allocation(LDA) with a reference to sample answers. Classifying student responses by solution strategies can be considered as the first step of grading process for mathematics descriptive assessments. Therefore, if the machine reorganizes a student response set by solution strategies and presents them to the graders, the time and cognitive burden on them could be reduced. Additionally, we discuss applying these methods to virtual student response data to evaluate the performance of clustering. Specifically, for the construction of a mathematics-specific tokenizer, we applied the Wordpiece Tokenizer method, which is a subword tokenizer used in the training of BERT(Bidirectional Encoder Representations from Transformers). This tokenizer is suitable for resolving Out Of Vocabulary(OOV) problems and can deterministically learn term specific to certain domains based on training data. In this study, the mathematcis-specific tokenizer was constructed on textbooks from seven publishers covering from 7th grade to 12th grade, as well as texts from the Korea Institute for Curriculum and Evaluation. For clustering student responses to items with two or more solution strategies, we propose the use of LDA. LDA is a topic modeling technique that can assign latent topics to documents within a corpus. School teachers first create a sample answer set reflecting two or more solution strategies, and then apply LDA to the entire set of student responses containing these sample answers. This allows clustering student responses based on the reference sample answers. Finally, we applied the proposed methods to virtual student responses. Initially, we generated five items with two or more solution strategies and created sample answers. The research team then generated 20-30 virtual student responses for each item, and clustering was applied. Clustering was conducted with the number of topics set to the number of sample answers and optimized for coherence as the hyperparameter of LDA. Particularly, setting the number of topics to the number of sample answers resulted in recall and accuracy values of 0.8 or higher for three out of the five items. 서술형 평가에서 학생 답안을 채점하는 과정은 교사에게 큰 부 담으로 작용한다. 따라서 채점의 일부 또는 전체를 대체하려는 자 동 채점 시스템에 대한 개발이 과거부터 시도되어왔다. 우리 나라 에서는 2014년부터 한국교육과정평가원의 주도로 한국어 자동 채 점 시스템 연구가 진행되어왔다. 이러한 논의로부터 국어, 사회, 과학 등의 교과에 대한 서술형 평가의 자동 채점 시스템은 유의미 한 성능을 확보하기도 하였다. 하지만 한국어 수학 서술형 평가 자동 채점에 대한 논의는 최근까지도 많지 않은 편이며, 타 교과 의 방법을 그대로 적용하는 것 또한 여러 한계를 갖는다. 최근 한 국어 수학 서술형 평가에 대한 자동 채점 연구에서도 타 교과에서 구축한 방법론을 그대로 적용하면서 몇 가지 한계가 드러났다. 본 연구에서는 이러한 한계에 대해 살펴보고, 한국어 수학 서술형 평 가에서의 채점의 일부 단계를 자동화함으로써 인간 채점자의 채점 을 보조할 수 있는 방법에 대해 논의하고자 한다. 이러한 방법은 향후 완전한 자동 채점 시스템 구축 논의에서도 하나의 단계로 작 용할 수 있을 거라 기대해볼 수 있다. 첫 번째 한계는 타 교과에 대한 한국어 서술형 평가 자동 채점 에서 사용하는 언어 처리 방법을 그대로 적용한 것이다. 이는 학 생 답안에 대한 언어 처리에서 수학 교과의 지식을 잘 반영하지 못하는 결과를 낳았으며, 수식을 거의 사용하지 않는 문항에 한정 하여 실험을 진행하는 한계를 가졌다. 다음으로 학생 답안을 DTM(Document Term Matrix)화한 것이다. 이는 대부분의 값이 0 인 희소 벡터(sparse vector)를 생산함으로써 메모리 문제를 발생 시켰다. 마지막으로 학생 답안 전체에 대해 단일 회귀(regression) 모델로 지도 학습(supervised learning)시킨 것이다. 이는 전문가의 채점이 상당 비율 이루어져야한다는 점과 다양한 해결 전략을 사 용한 학생 답안을 올바르게 채점하기 어렵다는 한계를 가진다. 본 연구에서는 이러한 한계를 개선하고 채점의 일부 과정을 자 동화할 수 있는 방법으로 수학 교과 토크나이저(tokenizer) 구축, 모범 답안을 기준점으로 한 잠재 디리클레 할당(Latent Dirichlet Allocation, LDA) 기반의 학생 답안 군집화(clustering)를 제안한 다. 수학 서술형 평가에 대한 채점 과정을 세분화할 때 학생 답안 을 해결 전략별로 분류하는 것은 첫 번째 단계라 볼 수 있다. 따 라서 학생 답안 말뭉치를 기계를 통해 해결 전략별로 정렬한 후, 채점자에게 제공한다면 채점자의 시간적, 인지적 부담을 덜어줄 수 있을 거라 기대해볼 수 있다. 추가적으로 이를 가상의 학생 답 안 데이터에 적용하여 군집화의 성능에 대해 논의하고자 한다. 구체적으로 먼저 수학 교과 토크나이저 구축을 위한 방법으로 워드피스 토크나이저(Wordpiece Tokenizer) 구축 방법을 적용하였 다. 워드피스 토크나이저는 BERT(Bidirectional Encoder Representations from Transformers)의 학습에 사용한 서브워드 토크나이저(subword tokenizer)로써 OOV(Out Of Vocabulary) 문 제 해결에 적합하며, 학습 데이터를 기반으로 특수한 영역의 용어 를 결정적(deterministic)으로 학습할 수 있다. 본 연구에서는 서브 워드 토크나이저 구축을 위해 중학교 1학년에서 고등학교 3학년까 지의 7종 출판사의 교과서 및 한국교육과정평가원의 텍스트를 활 용하였다. 다음으로 2개 이상의 해결 전략이 존재하는 문항에 대한 학생 답안 군집화를 위해 잠재 디리클레 할당의 활용을 제안한다. 잠재 디리클레 할당은 토픽 모델링(Topic Modeling) 기법 중 하나로, 말뭉치 내 문서에 잠재적 주제를 할당할 수 있다. 교사는 먼저 2 개 이상의 해결 전략을 반영한 모범 답안세트를 작성한 후, 이 답 안을 포함한 학생 답안 전체에 잠재 디리클레 할당을 적용한다. 이를 통해 모범 답안을 기준으로 학생 답안을 군집화한다. 다음으로 앞서 제시한 방법을 가상 학생 답안에 적용하였다. 먼 저 해결 전략이 2개 이상인 5개의 문항을 생성하고 모범 답안을 작성하였다. 이후 교사 연구진이 연구에 참여하여 문항별로 20-30 개의 가상의 학생 답안을 생성한 후 군집화를 적용하였다. 군집화 는 잠재 디리클레 할당의 초매개변수(hyper parameter)인 토픽의 수를 모범 답안의 수로 한 경우와 일관도(coherence)에 최적화한 수로 한 경우로 실시하였다. 특히 토픽의 수를 모범 답안의 수로 설정한 경우에 5개 문항 중 3개 문항에 대하여 재현율과 정확도는 0.8 이상의 값을 얻었다. 주요어 : 수학 서술형 평가, 채점, 워드피스 토크나이저, 군집화, 잠재 디리클레 할당 학 번 : 2021-20154
밀폐공간에서 적정공기 확보에 필요한 환기 소요시간 추정
산소농도가 부족할 수 있는 밀폐공간에서 작업 시 질식사고를 예방하기 위하여 충분한 산소농도의 확보가 필수적 요소이다. 공기 중의 산소농도는 20.9%이지만 18% 미만일 경우 질식사고로 이어질 수 있다. 따라서, 산소결핍이 우려되는 장소에서는 작업시작 전 환기를 통하여 충분한 산소농도가 확보되어야 한다. 본 연구는 산소결핍으로 질식사고의 조건이 될 수 있는 10% 미만의 산소농도에서 20.9%의 산소농도 확보까지 소요되는 환기시간을 추정하는 데 목적이 있다. 밀폐공간 크기와 송풍기의 송풍능력에 따른 환기실험을 통해 원 박스 모델(One-Box Model)과 비교하였고, 이를 통해 다양한 크기의 밀폐구역과 환기에 사용되는 송풍기별 송풍능력에 따라 산소 농도를 확보할 수 있는 환기시간을 제시하였다. 실험을 통한 연구결과는 다음과 같았다. 72 ㎥ 규모의 공간에 질소가스를 주입하여 산소농도를 10vol%로 낮추고 송풍능력 1,988 ㎥/h 용량의 송풍기로 흡기와 배기의 두 가지 방법으로 20.9vol%의 산소농도가 확보되는 시간을 측정하였고, 이를 원 박스 모델 이론과 비교한 결과 매우 유사한 환기시간을 확인할 수 있었다. 또한, 밀폐공간의 크기와 송풍기의 송풍능력을 비교하고자 1.2 ㎥의 크기에 72 ㎥/h의 송풍기로 환기실험을 하여 비례적 관계가 형성되는 것을 확인할 수 있었다. 밀폐공간 크기와 환기에 사용되는 송풍기의 송풍능력을 고려하여 원 박스 모델과 적용 한다면 다양한 크기의 산소결핍 장소에서 산소농도 확보에 소요되는 환기시간을 추정하여 적용할 수 있으며, 이를 통해 질식사고는 미연에 방지할 수 있을 것이라 판단된다. Securing sufficient oxygen concentration is essential in order to prevent suffocation accidents when working in a confined space where oxygen concentration may be insufficient. Oxygen concentration in the air is 20.9 %, but less than 18% can lead to suffocation accidents. Therefore, sufficient oxygen concentration should be secured through ventilation before work begins in places where oxygen deficiency is feared. The purpose of this study is to estimate the ventilation time required from less than 10% oxygen concentration to 20.9% oxygen concentration, which can be a condition of suffocation due to oxygen deficiency. The ventilation experiment was compared with One-Box Model through the ventilation experiment regarding to the size of the enclosed space and the ventilation capacity of the fan. The ventilation time was presented to secure oxygen concentration regarding on the air ventilation capacity of each fan in various sizes which is used for ventilation. The results of the experiment were as follow. Nitrogen gas was injected into a space of 72 ㎥ to reduce oxygen concentration to 10vol% and 20.9vol% oxygen concentration was obtained by using two methods of intake and exhaust with an air blast capacity of 1,988 ㎥/h and when the results were compared with One-Box Model theory, very similar ventilation time was identified. And also, ventilation tests were conducted with a ventilator of 72 ㎥/h with a size of 1.2 ㎥ to compare the size of the enclosed space with the ventilation capacity of the ventilator, which was confirmed to form a proportional relationship. Considering the size of the enclosed space and the ventilation capacity of the ventilator used for ventilation, One-Box Model can be applied to estimate the ventilation time required to secure oxygen concentration in various oxygen-deficient locations, which to judge from these tests can prevent suffocation accidents from happening.
정부 R&D 지원의 성과 영향요인과 정책실패 원인에 관한 연구 : 부산 지역주력산업육성사업을 중심으로
본 연구의 주요 목적은 정부의 중소기업 R&D 지원정책의 실패 원인을 분석하여 효율성과 효과성을 제고하는 정책 개선 방안을 도출하는 것이다. 중소기업에 대한 정부 R&D 지원정책은 기업의 기술혁신과 자원 축적을 통해 생존력과 지속 가능한 발전을 지원한다. 구체적으로 본 연구는 정부 R&D 지원정책의 성과와 집행 과정을 집중적으로 분석하여, 실질적 성과 창출과 정책실패 원인 등을 파악하고자 하였다. 분석 대상은 2015년~2018년 부산지역에서 시행된 ‘지역주력산업육성사업’ R&D 지원정책이며, 사업에 신청한 기업의 특성 자료 및 사업 평가서에 기재된 평가 내용을 기업별·연도별로 수집하였다. 수집자료를 바탕으로 「선정기업 결정요인」, 「R&D 지원 성과 영향요인」, 「정책실패 원인분석」으로 구분하여 분석하였다. Heckman 2단계 모형을 적용하여 분석한 결과는 다음과 같다. 먼저, 「선정기업 결정요인」과 관련, R&D 지원기업 선정에 기업 특성과 평가지표 변수가 어떠한 영향을 미치는지를 분석하였다. 분석 결과, 과거 선정 횟수, 자산, 부채비율, 종업원 수 등의 기업 특성과 민간부담비율, 현장조사 여부, 고용영향평가 여부, 연구적합성, 성과확장성 등 평가지표 변수가 수혜기업 선정에 유의미한 영향을 나타냈다. 둘째, 「R&D 지원 성과 영향요인」과 관련, 기업성과를 경제적 성과, 사회적 성과, 기술적 성과, R&D 자립 성과, 종합성과로 분석하였다. 분석 결과, 재무자원, 인적자원, 기술자원, 연구자원 등 다양한 기업 특성에서 성과에 유의미한 영향을 미치는 것을 확인하였다. 그중 연구자원과 재무자원의 영향력이 높게 나타났다. 그리고 평가의견은 성과에 미치는 영향력이 크지 않았으며, 연구적합성 변수가 R&D 자립 성과와 종합성과에 긍정적 영향을 미치는 것을 확인하였다. 셋째, 「정책실패 원인분석」을 기업 유형별로 구분하여 정책실패의 원인을 분석하였다. 분석 결과, 연구인력 등 연구자원의 부족은 정책실패의 주요 원인으로 작용하였다. 또한 평가의견이 사업계획의 완성도와 기술적 혁신성에 치우쳐 있는 것으로 나타나 평가 기준의 오류가 확인되었다. 결과적으로, 기업의 자원 활용과 사업화 역량 부족, 선정평가의 성과 창출 가능성 평가 부족 등의 실패 원인이 확인되었다. 본 연구는 위의 결과를 토대로 정책집행 단계에 따라 정책적 시사점을 제시하였다. 먼저, 「R&D 정책 프로그램 기획 단계」에서 R&D 지원 조건 설정과 관련하여 지원기간은 늘리고, 지원사업비는 줄임으로써, 적정 금액으로 다수의 기업을 장기간 지원할 필요가 있다. 그리고 R&D 지원정책의 목적에 따라 기업 규모별 세분화된 R&D 지원사업의 메뉴판 구성이 필요하고 기업을 지원하는 기준과 결정 방식을 차별적이고 유연하게 적용할 필요가 있다. 둘째, 「정부 R&D 지원정책 참여 준비 단계」에서 기업은 정부 R&D 지원정책에 대한 전략적 준비가 필요하다. 우선, 정부 R&D 지원의 수혜기업으로 선정되기 위해서는 선정평가 과정에서 사업계획과 기술성에 대한 준비가 중요하다. 그리고 정부 R&D 자금 대비 높은 비율의 민간 부담금 매칭을 준비한다면 수혜기업 선정 확률을 높일 수 있다. 셋째, 「기업 선정평가 단계」에서 살펴보면, R&D 정책실패 원인을 최소화하고 성과 창출 가능성을 우선한 기업의 선정이 필요하다. 평가 과정에서 진행되는 현장 조사는 전수조사를 시행하도록 평가 절차를 개선해야 한다. 그리고 평가의견의 작성 기준과 비중에 대한 가이드 제시를 통해서 성과확장성과 역량전문성에 대한 평가를 강화해야 한다. 넷째, 「R&D 수행 단계」에서 기업은 연구인력, 개발비 등 연구자원과 재무자원의 적극적 투입을 통해 R&D 수행 효율성을 높일 필요가 있다. 또한, 성과 향상을 위하여 기업의 사업화 노력과 마케팅 비용을 적절히 투입해야 하며, 필요시 추가 지원을 고려해야 한다. 마지막으로, 「사후 관리 및 후속 지원 단계」에서는 성과평가 결과와 피드백을 기업에 제공하고, 지원종료 후 성과를 정량적·정성적으로 평가하여 성공 여부를 확인해야 한다. 또한, 지속 가능한 연구자원 확보를 위해, 후속 지원 연계가 필요하고, 기업이 다양한 주체들과의 공동연구를 활성화할 수 있는 정책적 지원을 확대해야 한다. 기술사업화를 위하여 R&D 이후의 과정(생산 및 제조 등)에 대한 지원도 필요하다. 본 연구는 정부 R&D 지원정책에 대해 성과분석과 평가를 통해 실패 원인을 도출하고 이에 대한 개선 방향을 제시하였다. 또한 「선정·성과 불균형론」이라는 이론을 개발하여 R&D 지원정책 실패 예방을 위한 가이드를 제시하였다. 이를 통해, R&D 지원정책의 효율성과 효과성 제고에 기여할 것으로 기대된다.
이준수 漢陽大學校 産業大學院 1986 국내석사
都市 住居環境을 보다 나은 環境으로 改善해 나가는데 必要한 要素는 많지만 本 硏究에서는 都市住宅의 墻이 發生하게된 動機와 機能 等을 調査.考察하고 墻과 연관된 大門과 마당 等을 綜合 分析하여, 住宅에서 墻을 設置하되 그 機能을 合理化하면서 지금까지 단편적이고 부속물로 인식된 槪念을 再定立하고 墻에 關한 모순점을 回復할 수 있는 理論的 方案을 提示하고자 하였다. 第1章에서는 序論으로 硏究의 目的, 硏究의 範圍 및 方法을 第2章에서는 墻에 對한 一般的인 考察로 墻의 槪念 및 機能, 韓國 墻의 特色 等을, 第3章에서는 墻과의 關聯要素에 關한 考察로 大門과 마당을, 第4章에서는 都市住宅의 墻에 對한 提案을, 第5章은 結論으로 構成하였다. 그리하여 本 硏究에서는 다음과 같은 점들을 結論으로 提示한다. 1. 墻의 意味와 墻에 對한 요구사항을 살펴본 결과 墻은 物理的 機能外에 象徵的 機能도 가지고 있음을 알 수 있으며 境界, 防禦, 共有地와의 區分을 위한 線의 役割과 獨立한 한 家族의 단란함을 누릴 수 있도록 外部人의 出入과 視線을 통제할 수 있는 최소한의 機能을 갖춘 墻이면 족하다는 것을 알 수 있었다. 따라서 墻은 周邊環境과 調和를 이룸은 勿論 輕快하고 開放的이며 墻에 對한 부담감을 느끼지 않도록 디자인 되어야 할 것이다. 2. 墻은 大門의 構造와 複合되는 속성을 지닌다. 즉 大門은 墻과 함께 단순히 私有財産과 共同場所의 區劃을 긋는 역할을 할뿐만 아니라 景觀要素는 勿論 象徵的 意味까지 包含하고 있으며 최소한의 物理的 機能을 갖고 있기 때문에 住宅의 規模와 垈地의 條件, 墻의 形態에 따라 다양해지며 切點의 역할을 하므로 쉽게 接近할 수 있도록 計劃되어야 할 것이다. 3. 墻으로 區劃된 마당은 우리 建築에서 建物과 一體가 되어 存在해 왔다. 獨特한 空間領域으로서 우리의 生活속에 일터, 쉼터, 놀이터로서 이용 되었으며 思索과 冥想의 場所로서 또는 추억의 場所로서 意味를 부여한다. 따라서 마당을 우리의 文化, 生活樣式이 表現된 우리 고유의 場所로 活用하기 위해 墻 計劃時 墻과 마당은 相互 關聯性을 가질 수 있도록 배려해야 할 것이다. 4. 都市 街路空間의 線地化를 위해 우선 住宅가를 庭園化하는 方案을 생각해 볼 수 있다. 이때 墻을 없앤다거나 樹木으로 대치하여, 상록수를 列植하는 方法 等을 생각해 볼 수 있으나 이는 프라이버시의 침해 問題나, 防禦機能을 약화시키는 問題를 發生하기 때문에 困難한 점이 있다. 따라서 이러한 問題點을 보완하고 墻을 綠地化할 수 있는 墻의 構造나 形態의 開發이 시급하다. 5. 墻은 지역에 따라 法的인 제약을 받는 경우가 있으나 都市美觀地區나 開發制限地域에 있어서 墻의 높이, 構造, 色相등에 對한 세심한 基準의 設定이 必要하며 本建物과 調和를 이루도록 計劃되어야 할 것이다. 이러한 問題를 해결하기 위해 앞으로 學界와 專門家, 硏究機關 等의 相互協力이 원활히 이루어져 점차적으로 開發되어야 할 것으로 생각된다. There are a lot of factors necessary to improve the urban residential surroundings. This study aims at researching and considerating the urban house wall-created motive and its function, analyzing compositely the gate and the yard (hereinafter, called "madang") related with the wall, reestablishing the concept which has been acknowledged the wall as a simple accessory on founding the rationally functioned-wall at the house, and suggesting how to recover some inconsistencies of the wall theoretically. So, Chapter I, an introduction, contained the purpose, scope and method of study. Chapter II contained the concept and the function of the wall and the characteristics of Korean walls through the general investigation on it. And I covered the gate and the madang through the study on the relevant factors with the wall in Chapter III, the suggestion on the wall of urban house in Chapter IV, and the conclusion in Chapter V respectively. Thus, this study ends in the following conclusions. 1. In Consequence of study on the meaning and the requirement of wall, we can know that the wall functions physically as well as symbolically. And when- the wall provided with the minimum function, such as the line which means border, protection and division into common place, the control from outsiders' eyes and their entrance 4 exit for the independent happiness of family, we can find, which is too much enough. So, the wall should be designed to be harmonious with surroundings, to be bright, to be open, and to be felt unburdened. 2. The wall has the mixed attributes with the structure of gate. That is, the gate, just as the wall, has roles of division of private property into public place as well as includes not only beautiful exterior, symbolic meaning but also physical function. So, it gets more mainfold according to the scale of house, the condition of land and the type of wall and should be planned to approach easily. 3. The madang divided into the wall has existed as one in our traditional architectures. It was used as unique places for work, rest, and play and has given us the meaning of place for thinking, mediation, and reminiscence. Consequently, in order to put the madang to pratical use as our own peculiar place which can be expressed our culture and life style, we should design to make the wall and the madang have the correlation. 4. For afforestation of urban street, first of all, we mention the plan for the gardehization of residential street. On this time, we would pop clearance of wall, substitution to trees and planting of evergreen trees. But, which is difficult because it brings the violation of privacy, weakening of protective function. So, urgent is the development of structure and type of wall to supplement these problems and afforestate. 5. The wall is controlled legally in some places. In accordance with this, in building the house with wall at urban aesthetic area and development-restricted area, it requires the establishment of detailed criteria for wall height, structure and color and the plan for the harmony with main house. To solve these problems, the academic world, technicians and research institutes will cooperate without difficulties and develop them step by step, I think.
조건지수 개선을 위한 외란 관측기를 이용한 시각 구동 방법
본 논문에서는 외란 관측기(disturbance observer)를 이용하여 시각구동의 성능을 향상시키는 방법을 제시하였다. 기존의 방법들은 성능향상을 위하여 특징점(feature point) 중에서 조건이 좋은 점들을 선택하거나, 특징점의 개수를 늘리고 구성을 변경하거나, 카메라의 구성 변경 등의 방법을 이용하였다. 하지만 이런 방법들은 오프라인(off-line)으로 일단 특징점이나 카메라의 구성이 결정되면 처음 설정된 환경을 변경할 수 없고 카메라나 대상 물체가 움직이는 작업에서는 성능이 나빠질 수 있다는 단점이 있다. 본 논문에서는 시각구동의 성능 향상을 위하여 새로운 시각구동 방법을 두 가지 제시하였다. 첫번째 방법은 영상 사점(vanishing point)을 이용하여 상위 블록 삼각(upper block-triangular) 형태의 영상 특징 자코비안(Jacobian)을 구하고 외란 관측기를 이용하여 블록 대각 행렬 (block-diagonal matrix)로 바꿔서 온라인(on-line)으로 성능을 향상시키는 방법을 제시하였다. 외란 관측기는 블록 대각 이외의 성분의 제거로 인한 오차를 보상하고 외란(disturbance)을 제거한다. 두 번째 방법은 QR분해(QR decomposition)를 이용하여 일반적인 영상 자코비안에 대해서 정규직교 행렬(orthonormal matrix)과 삼각 행렬로 분해한 후에, 삼각 행렬을 블록 대각 행렬로 변환하여 새로운 영상 특징 자코비안을 만드는 방법을 제시하였다. 첫번째 방법인 영상 사점을 이용한 블록삼각 영상특징 자코비안의 경우, 시각구동 성능을 향상시킬 수 있는 장점이 있는 반면에 잡음에 민감하고, 영상 사점의 성질에 의하여 대상물체가 평행한 두 변을 가지고 있어야 하며, 두 변이 평행할 경우에는 특이값(singular value)이 영이되어 작업을 할 수 없다는 단점이 있다. 하지만 일반 영상특징 자코비안에 대하여 QR 분해와 외란 관측기를 이용할 경우 조건지수와 민감성등의 성능지수를 향상시킬 수 있으면서도 이런 문제들이 해결할 수 있다. 제안된 방법들에서 영상 특징 자코비안 행렬의 조건지수는 블록 삼각 행렬을 블록 대각 이외의 성분을 제외하고 블록 대각성분 만을 이용했을 때 감소하였으며 영상 특징의 측정 민감성과 제어성이 좋아지는 결과를 보였다. 본 연구에서 제시된 연구의 타당성을 증명하기 위하여 삼각 부등 정의(triangular inequality theorem)를 이용하여 블록 대각 형태의 자코비안이 상위 블록 삼각 형태보다 성능지수가 더 좋아짐을 수학적으로 증명하였으며, 실험을 통하여 제안된 외란 관측기를 이용한 시각구동 방법과 QR분해와 외란 관측기를 사용한 방법에 대하여 성능을 분석하였다. 실험 결과 외란 관측기를 사용하지 않는 방법에 비해 전반적으로 오차도 감소하고 안정된 결과를 보였다.
교원 피로 감소용 매트 개발에 관한 연구 : 초등교사를 대상으로
초등교사는 작업특성상(장시간 기립자세로 수업을 할 경우) 근육통과 피로누적 등 근골격계질환에 노출될 가능성이 많다. 본 연구에서는 이러한 문제점을 보완하기 위하여 인간공학적 실험(종아리둘레, 족저압, EMG) 분석을 통해 최적의 피로예방용 매트를 개발 하고자 한다. 매트는 경도(Soft타입 : 30~35, Hard타입 : 45~50)와 돌기높이(0mm, 2mm, 4mm)의 6종류로 분류하였으며, 초등교사의 작업시간에 따른 변화를 알아보기 위해 작업시간을 0시간, 2시간, 4시간의 3분류로 나누어 측정하였다. 종아리둘레 변화의 분석결과 경도차이와 돌기높이 차이에 대해서는 2시간과 4시간 모두 Soft타입-2mm의 사용이 권장되었다. 족저압의 분석결과에서는 0시간, 2시간, 4시간 모두 Soft타입-4mm의 사용이 권장되었다. EMG측정은 종아리(비복근, gastrocnemius), 허벅지(외측광근, vastus lateralis), 허리(척추기립근, elector spinae)의 3부위에 전극을 붙여서 측정하였다. 분석결과 종아리의 IEMG는 90% 유의수준에서 모두 유의한 차이는 나타나지 않았다. 허벅지의 IEMG는 경도차이에서 Soft가 유의하게 낮은 값을 보였으며, 돌기높이에서 4mm가 유의하게 낮은 값을 나타났다. 허리의 IEMG는 2시간에서 Soft가 유의하게 낮은 값을 가졌으며 돌기높이에서는 4mm가 낮은 값을 나타났다. 또한 시간에 따른 EMG변화는 종아리, 허벅지, 그리고 허리에서 모두 시간이 지날수록 감소의 경향을 보였다. 이러한 분석을 통하여 장시간 기립자세에서 발생되는 발의 피로를 최소화 할 수 있는 매트 개발에 필요한 재원을 파악 할 수 있었다. Elementary school teachers are exposed to Musculoskeletal Disorders with myalgia, fatigue while having long class on standing posture. This research is focuses to develop the anti-fatigue mat to reduce fatigue of teachers by analyzing borden factors(calf girth, foot pressure and EMG). Mats provides 2 types of hardness and 3 types of projection height. Loads are measured by work hours classified under 3 types as 0, 2 and 4 hours in order to inquire changes of loads based on work hours of elementary school teachers. By analysis for calf girth change, soft mat and 2mm projection height was recommended for 2, 4 hours work. All 0, 2 and 4 hours work recommended 4mm soft mat. For EMG measurement, following 3 points of body(calf, thigh and waist) were tested. Less significance relationship was founded for calf at 90% level. Thigh has a big significance on soft mat and 4mm projection height. Also, Waist has a big significance on soft mat in 2 hours and 4mm projection height. According to the change of EMG by hours, there was a decreasing tendency on calf, thigh and waist EMG. This research showed various way for development of mat which make to reduce fatigue on standing posture for many hours.
모델플랜트를 이용한 교육용 컴퓨터통합생산시스템의 개발 : fishertecknik사의 model plant 제어/운영을 중심으로
This thesis developed a control and operation system for model plant. The model plant, which was made by Fishertehnik co., consists of AS/RS module, manufacturing cell module, assembly module and supplementary material handling equipments. Therefore, it is necessary to understand of the information and communication protocol between the machines by using the HLI function. An efficient development of the operating model plant system is the final technical goal of this study. Due to various customer demands and increasing competitive environments, flexibility has become an important factor of a manufacturing system. Cellular Manufacturing System (CMS) is an important application of GT in which families of parts are produced in manufacturing cells or a group of various machines, which are physically close together and can entirely process a family of part. The cell formation problem with multiple objectives is more difficult than a single objective problem. The MOGA (Multiple Objectives Genetic Algorithm) procedure uses the concept of Pareto Optimal Solution in the selection process as a variant of elitist strategy in the thesis. To develop the operation system on plant level, the considerations are required to avoid the confliction and deadlock in system. Specifically, a shop floor control hierarchy has been developed of based on the behavior and state of specific shop floor equipments and is described in thesis. The Petri-net was used to investigate the dynamics of model plant, e.g., the relation of material handling equipments and machines. The concepts of Object Oriented Programming (OOP) was adopted and designed to analyze manufacturing cell and assembly line of model plant. It is the function of the control architecture to design these operation software responsibilities to specific control object components. Thus, each machine device is defined by an object which limited set of manufacturing control decision responsibility. The results of this study are used important materials for understanding of CIM and operation management parts. The proposed MOGA method for cell formation was provided the fundamental of CMS on model plant. Petri-net was useful to keep away an avoidance of collision of inter the equipments and deadlock of the sharing the resources. The OOP approaches were guided a good tool for developing software on substitute noun and verb of machine for object. Especially, it is possible to teach text-based lecture and experiments of the shop floor environments by result of this thesis. Moreover, this study was proposed the main issue for the educational purpose to design AS/RS system, develop the program and handle of materials etc.