산업용 현장에서 안전 사고 방지 시스템 구현을 위한 성능 비교 연구

장익수 국립금오공과대학교 산업대학원 2025 국내석사

본 연구에서는 4차 산업혁명의 발전으로 산업 자동화가 확산되고 있으나, 이에 따른 산업재해 발생률도 증가하고 있다. 특히, 제조업에서는 자동화 설비 증가로 인한 작업자 안전사고가 중요한 문제로 부각되고 있다. 본 연구에서는 YOLO(You Only Look Once) 알고리즘을 활용하여 작업자의 안전을 보호하는 시스템을 구현한다. 다양한 센서 기술과 기계 학습 알고리즘을 결합하여 작업 환경 내의 위험 요소를 실시간으로 감지하고 대응하는 것이 목표이다. 이를 통해 산업 현장에서의 안전성을 향상시키고 작업자의 사고를 예방하는 데 기여하고자 한다.

A STAR 알고리즘과 ROS NAVIGATION의 자율 이동 경로탐색의 효율성 연구

서지훈 국립금오공과대학교 산업대학원 2025 국내석사

자율주행 기술은 실외 주행인 자동차 산업에서 가장 많은 발전이 이뤄지고 있으며, GPS를 이용한 내비게이션이나 3D 카메라, Lidar 센서 등 다양한 종류의 센서가 사용되어 개발되고 있다. 최근 실내 자율주행 기술 또한 제조 및 물류 산업, 서비스 산업, 공공시설, 의료시설, 농업 등 여러 분야에 접목되고 있는데, 실내의 제한되고 특수한 환경으로 요구하는 기술들이 매우 복잡하고 다양해져 실외 자율주행에 요구되는 방식과 크게 다르지 않다. 자칫 자율주행 기술이 우리 주변에 점차 도입되는 로봇이나 기계장치들로 인해 잦은 충돌이나 미미한 사고와 오류들로 불편함과 불필요함으로 인식될 수 있다. 이런 문제들을 미연에 방지하기 위해 로봇이 자율주행을 수행하는데 있어, 인간과 유사한 판단 능력과 주변 상황의 인지하는 능력이 매우 중요하므로 무엇보다 충돌 위험 없이 최적 경로로 안전하게 이동하는 것이 가장 먼저 고려되어야 할 것이다. 본 연구에서 2D Lidar 센서로 실내 지도를 구축하여 최적 경로의 효율성을 제고한 A* Algorithm을 응용, 개선하고 기존의 ROS Navigation 대비 충돌의 위험성을 줄여 안전성을 높였다. 복잡한 경로의 운용에 있어 간결한 조작으로 주행이 용이하도록 하였으며, 두 알고리즘 간의 주행 실험으로 시간 단축 결과를 도출하고, 최적 경로 탐색 주행의 효율성을 높였다.

인공지능(AI) 기술이 제조기업 안전성 향상에 미치는 영향에 대한 실증분석

김동우 국립금오공과대학교 산업대학원 2025 국내석사

본 연구에서는 최근 사회적으로 많은 관심을 받고있는 AI기술이 제조 산업군의 사업장 안전성에 어떠한 영향을 주는지에 대하여 특정 기업에서 실시한 실적으로 인해 산출된 정량적인 값과 안전업무와 유관한 각 분야 별 부서에 속해있는 실무자들의 설문조사 결과를 분석하여 사업장 AI기술을 적용시 안전성 향상에 긍정적인 영향을 준다는 사실과 상용화를 위한 개선이 필요한 사항을 확인 하였다. 연구결과를 바탕으로 다양한 산업군의 기업에게 AI기술 적용을 통한 스마트안전시스템 구축을 독려하여 기업의 안전성을 향상시킬 수 있을 것으로 보여진다.

수중 추진기 모터 축의 방열기에 관한 연구

한승욱 국립금오공과대학교 산업대학원 2025 국내석사

This study investigates a heat sink structure aimed at resolving thermal issues in underwater propulsion systems while simultaneously achieving weight reduction and neutral buoyancy. The research methodology combines numerical analysis based on heat conduction equations in cylindrical coordinates with experimental temperature measurements in a water tank. The target of analysis is a magnesium alloy heat sink designed to offer improved thermal performance and reduced weight compared to conventional aluminum heat sinks. Various structural models—including solid-type, hollow-type, and finned designs—were developed, and temperature distribution was analyzed under different parameters such as thickness, fin count, and fin thickness (angle). Additionally, the effect of the heat sink on motor temperature rise was evaluated by comparing conditions with and without the heat sink. The results demonstrate that the magnesium alloy fin-type heat sink achieved a weight reduction of approximately 370 g compared to the aluminum counterpart, while maintaining effective thermal dissipation within the optimal motor efficiency temperature range. Therefore, the proposed heat sink design is expected to improve both thermal management and buoyancy control in underwater propulsion systems. 본 연구는 수중 추진기 구동 시 발생하는 발열 문제를 해결하고 장비의 경량화 및 중성부력 확보를 동시에 달성하기 위한 방열기 구조를 연구하였다. 연구 방법으로는 긴 원통에서의 열전도 방정식을 기반으로 한 수치해석과 수조에서 온도 측정 실험을 병행하여 수행하였다. 해석 대상은 기존 알루미늄 방열기 대비 무게를 줄이면서도 우수한 방열 성능을 확보할 수 있는 마그네슘 합금 방열기 구조이며, 이에 대해 중실형 및 중공형, 휜 구조 모델을 설계하여 다양한 두께, 핀 개수, 두께(각도) 조건에 따른 열 분포를 분석하였다. 또한, 방열기 유무에 따른 모터의 온도 상승 특성을 비교하였다. 연구 결과, 마그네슘 합금 소재의 휜 구조 방열기는 기존 알루미늄 대비 약 370g의 경량화를 달성함과 동시에, 모터의 최대 효율 온도 범위 내에서 안정적인 열 분산 효과를 나타냈다. 따라서 본 연구에서 제안한 방열기 구조는 수중 추진기의 열 관리 성능 향상뿐만 아니라 장비의 중성부력 개선에도 기여할 수 있음을 확인하였다.

유전 물질 양성 검출을 위한 미세 액적 형광 신호 패턴 분류

정광진 국립금오공과대학교 산업대학원 2025 국내석사

Micro-Droplet (미세액적) 기술은 100um 수준의 작은 용액 방울을 만들어내는 고급 기술로, 이를 통해 유전 물질의 분석이나 다양한 생물학적 실험을 수행할 수 있다. 본 연구에서는 Micro-Droplet 기술을 활용하여 DNA나 RNA와 같은 극소량의 유전 물질을 포함한 샘플을 수만 개의 작은 Droplet(방울)으로 나누어서 계수하고 측정하는 과정에서의 성능 향상을 도모하고자 하였다. 즉, Micro-Droplet 기술과 Deep Learning 기술을 활용하여 유전 물질을 보다 정확하고 신속하게 분석하는 방법을 개발하고자 하였다. 이를 위해 샘플의 Droplet을 작게 만들어서 미세한 양의 DNA를 분석하고, 각 각의 Droplet에서 해당 유전 물질을 양성 (Positive)과 음성 (Negative)으로 판단할 수 있는 방법을 연구하였다. 이 과정에서 알고리즘 개발, 및 실험적 데이터 검증을 중요한 요소로 활용하였다. 제안 방법의 유용성을 보이기 위해 실제 시스템을 구현하여 그 성능을 파악하였다. 그 결과 Micro-Droplet 기술 응용 분야에서의 성능을 향상시킬 수 있는 가능성을 확인하였으며, 향후 더욱 광범위한 응용 분야에서의 활용이 기대된다.

지속가능한 제품 개발을 위한 양산 최적화 소재 선정 프레임워크

유성훈 국립금오공과대학교 산업대학원 2025 국내석사

This study aims to develop an optimized material selection framework for mass production in sustainable product development. As sustainability and ESG (Environmental, Social, Governance) management become increasingly emphasized, design approaches that account for environmental and social responsibility from the early stages of product development are now essential. Targeting a smartphone protective case as the experimental subject, this study proposes a design framework that optimizes material selection by simultaneously considering the conflicting factors of environmental friendliness and functional performance. Five materials—ABS, PC, HIPS, PLA, and PHA—were selected and compared through a quantitative data-based analysis. Environmental performance was assessed using carbon emissions data from life cycle assessment (LCA) conducted through OpenLCA software. Functional performance was evaluated by calculating impulse values through drop simulation using ANSYS Explicit Dynamics. Subsequently, a multi-objective optimization was carried out using the NSGA-II (Non-dominated Sorting Genetic Algorithm II) algorithm implemented in Python, considering four objective functions: carbon emissions, recyclability, impulse, and production cost. As a result, ABS and PLA were identified as representative Pareto-optimal solutions in terms of functional and environmental performance, respectively. Specifically, ABS showed a well-balanced profile in terms of recyclability, impact absorption, and cost, while PLA was the most effective in reducing carbon emissions. Additionally, the TOPSIS (Technique for Order of Preference by Similarity to Ideal Solution) method was used to assign weighted preferences based on product development objectives. Through this analysis, it was confirmed that the final ranking of materials varied depending on the assigned weights. This research is meaningful in that it proposes a practical design framework that considers not only single-objective performance but also multiple performance and sustainability criteria in an integrated manner. The proposed framework can serve as a practical guideline for establishing ESG-based product design strategies and selecting sustainable materials in future applications. 본 연구는 지속가능한 제품 개발을 위한 양산 최적화 소재 선정 프레임워크를 개발하고자 하였다. 지속가능성과 ESG(Environmental, Social, Governance) 경영이 강조됨에 따라, 제품 개발 초기 단계에서부터 환경적·사회적 책임을 고려한 설계 방식이 요구되고 있다. 본 연구는 스마트폰 보호 케이스를 실험 대상으로, 친환경성과 기능성이라는 상충하는 요인을 동시에 고려하여 최적화 소재를 선정하기 위한 설계 프레임워크를 제안한다. 이를 위해 ABS, PC, HIPS, PLA, PHA 등 5가지 소재를 선정하고, 각각에 대해 정량적 데이터 기반의 비교 분석을 수행하였다. 먼저, 환경성 측정은 OpenLCA 소프트웨어를 활용한 탄소배출량(LCA: Life Cycle Assessment) 분석을 통해 진행되었으며, 기능성 평가는 ANSYS Explicit Dynamics를 활용한 낙하 충격 시뮬레이션으로부터 충격량(Impulse)을 산출하여 비교하였다. 이후 Python 기반의 NSGA-II(Non-dominated Sorting Genetic Algorithm II) 다목적 최적화 알고리즘을 적용하여, 탄소배출량, 재활용률, 충격량, 생산단가라는 네 가지 목적함수를 동시에 고려한 파레토 최적 해를 도출하였다. 그 결과, ABS와 PLA가 각각 기능성과 환경성 측면에서 대표적인 파레토 최적 해로 도출되었으며, 특히 ABS는 재활용률과 충격흡수 성능, 생산단가에서 우수한 균형을 보였고, PLA는 탄소배출 저감 측면에서 가장 효과적인 소재로 나타났다. 추가적으로, TOPSIS(Technique for Order of Preference by Similarity to Ideal Solution) 분석을 수행하여, 제품 개발 목적에 따라 각 지표의 중요도를 반영한 가중치 우선순위를 산정하였고, 분석을 통해 가중치에 따라 다른 결과를 확인할 수 있었다. 본 연구는 단일 지표 기반 설계가 아닌, 다중 성능과 지속가능성 요소를 함께 고려할 수 있는 실질적 설계 프레임워크를 제안하였다는 데 의의가 있다. 이는 향후 ESG 기반 제품 설계 전략 수립과 지속가능한 소재 선택에 있어 실무적인 가이드라인으로 활용될 수 있을 것이다.

역구배 기어의 배럴링 (Barreling) 최소화를 위한 냉간단조 금형 설계에 관한 연구

정훈 국립금오공과대학교 산업대학원 2025 국내석사

본 연구는 DCT (Dual Clutch Transmission)용 모노블럭의 냉간단조 공정에서 발생하는 배럴링 현상을 감소시키기 위한 방안을 제시한다. 복합단조공정으로 제조되는 기어 일체형 모노블럭은 냉간단조 2공정에서 치 외경부의 배럴링으로 인한 원통도 저하 문제가 발생하였다. 이를 해결하기 위해 유한요소해석을 통해 배럴링 발생 메커니즘을 규명하고, 치 측면과 치 외경을 동시에 구속하는 3면 구속 역구배 금형을 설계하였다. 또한 직교배열 실험을 통해 냉간단조 1공정의 최적 치 곡률 조건을 도출하였다. 본 연구는 고정밀 모노블럭 제조를 위한 냉간단조 공정 기술의 실용화에 기여하며, 향후 다양한 정밀 기어 부품 제조에 적용 가능할 것으로 기대된다.

인조흑연 제조 시 일축가압 성형조건에 따른 밀도 및 열팽창 특성 변화

임지영 국립금오공과대학교 산업대학원 2025 국내석사

탄소소재는 가벼우면서 강하고 전기 및 열 전도성이 우수하여 4차 산업혁명의 핵심소재로 주목받고 있다. 특히, 친환경 정책과 산업 패러다임 전환에 따라 전기로 공정에서 흑연전극의 수요가 증가하고 있으며, 흑연화 과정에서 발생하는 Puffing 현상이 문제로 대두되고 있다. 본 연구는 대표적인 인조흑연 원료인 석탄계 침상코크스를 바인더피치와 혼합하여 다양한 입도, 압력, 온도 조건에서 Puffing 평가용 성형체를 제작하고, 밀도와 굽힘강도 등의 물리적 특성을 분석하여 적절한 평가 기준을 제시하고자 한다. 또한, 각 성형체를 2,600℃에서 열처리하여 흑연화 과정 중 발생하는 비가역적 열팽창(Puffing)을 관찰하였다. 성형압 63.04 MPa로 60초간 가압하고, 성형 중 몰드를 가열하여 바인더피치의 점도를 제어한 경우 가장 높은 부피밀도(1.55 g/cm³)를 나타냈지만, 시편 내 밀도 편차(0.016 g/cm³)도 가장 컸다. 입도 배합을 대립 70%와 소립 30%로 구성한 최밀충진 성형체는 부피밀도 1.54 g/cm³로 다음으로 높았고, 밀도 균일성은 더 우수하였다. 압축강도는 바인더피치 점도 제어 성형체가 22.4 MPa로 가장 높았으며, 최밀충진 성형체가 21.8 MPa로 뒤를 이었다. 전기비저항은 최밀충진 성형체가 29.3 μΩ·m로 가장 낮았고, 바인더피치 점도 제어 성형체는 31.3 μΩ·m였다. XRD 분석 결과, 모든 시편에서 (002) 회절 피크의 강도가 높게 나타났으며, 이방성비 약 0.6 수준으로 일축가압에 따른 수직방향 입자 배향 및 이방성이 발달한 것으로 판단된다. 1700~2600℃ 에서의 Puffing을 분석 결과, 최밀충진 입도배합 성형체에서 1.97%로 가장 높았고 다음으로 바인더피치 점도 제어 성형체가 1.86%로 유사한 수준이었다. 따라서, 본 연구는 최밀충진 입도 설계와 적절한 점도 제어 및 고압 성형 조건을 통해 Puffing을 보다 정밀하게 분석할 수 있음을 보여준다. 이는 전기로용 아크 방전 전극봉 제조에 사용되는 침상코크스 원료의 품질을 정량적으로 평가하는 데 기여할 수 있을 것으로 기대 할 수 있었다.

제조 분야 중소기업을 위한 맞춤형 품질시스템 구축에 관한 연구

임진호 국립금오공과대학교 산업대학원 2025 국내석사

본 연구는 제조 분야 중소기업의 품질시스템 수준 향상을 위하여 대기업의 협력업체 품질심사 자료를 분석하고, 이를 바탕으로 중소기업에 적합한 맞춤형 품질시스템 구축 절차를 제안하였다. 전자, 자동차, 방산, 항공 4개 산업 분야의 주요 대기업으로부터 심사항목 자료를 수집 및 비교하여 공통으로 요구되는 품질시스템 관리 항목 13개를 도출하였으며, 핵심 7개 항목을 중심으로 중소기업 대상 진단을 시행하였다. 아울러 품질 자료의 작성 여부, 내용의 일치성, 작성 시점, 지속적 관리를 정량화할 수 있는 '20점 척도' 기반의 평가도구를 개발하여 중소기업의 품질 수준을 체계적으로 진단하였다. 이를 통해 중소기업이 고객사 등의 품질심사 대응뿐만 아니라 자체 품질시스템의 수준 향상을 위한 실질적 관리체계를 구축할 수 있는 기반을 마련하였다.

침상코크스 제조 시 코크 드럼 내부의 압력 변화에 따른 이방성 조직의 변화

김경원 국립금오공과대학교 산업대학원 2025 국내석사

This study was conducted to investigate the effects of pressure variations during the Delayed Coking process on the microstructure and anisotropic texture formation of needle coke using Coal Tar Pitch with reduced Quinoline Insolubles (QI). Experiments were carried out at laboratory scale under three different Coker Drum pressures of 1.5 bar, 2.5 bar, and 3.5 bar, followed by carbonization, calcination, and graphitization to produce mini electrodes. To assess the structural properties of the samples, polarized optical microscopy, X-ray diffraction (XRD), Raman spectroscopy, and electrical resistivity measurements were performed. Polarized optical microscopy revealed that samples produced at 1.5 bar initially exhibited predominantly mosaic textures, which partially transformed to a mixed mosaic and flow texture after graphitization. In contrast, samples prepared at 2.5 bar and 3.5 bar showed distinct flow textures and superior anisotropy, with negligible differences in anisotropic degrees between the two conditions. XRD analysis indicated that samples produced at 2.5 bar had the largest and most uniform crystal sizes (Lc, La), demonstrating excellent structural consistency. Raman spectroscopy results showed minor differences in crystallinity across conditions, attributed to the micro-analytic nature of the method, and these results did not directly correlate with anisotropic degrees. Electrical resistivity measurements showed that the samples produced at 2.5 bar had the lowest resistivity and the most pronounced directional difference, confirming the formation of ideal anisotropic textures. Consequently, this research established that a pressure condition of 2.5 bar in the Delayed Coking process is optimal for maximizing anisotropic texture formation and electrical properties of needle coke. These findings provide foundational data for process optimization and quality control in manufacturing high-performance carbon materials. 본 연구는 퀴놀린 불용분(QI)을 제거한 Coal Tar Pitch를 이용하여 Delayed Coking 공정에서 압력 변화가 침상코크스의 미세구조 및 이방성 조직 형성에 미치는 영향을 규명하고자 수행되었다. 실험은 Coker Drum 내 압력을 1.5 bar, 2.5 bar, 3.5 bar의 세 가지 조건으로 설정하여 Lab Scale에서 진행되었으며, 탄화, 하소 및 흑연화 공정을 거쳐 미니전극봉을 제조하였다. 제조된 시편들의 구조적 특성을 평가하기 위해 편광현미경, XRD 분석, Raman 분광 분석 및 전기비저항 측정을 수행하였다. 편광현미경 관찰 결과, 1.5 bar 조건의 코크스는 초기 단계에서 모자이크 조직이 우세하였으나, 흑연화 이후 일부 플로우 조직이 혼재된 형태로 변화되었다. 반면, 2.5 bar와 3.5 bar 조건의 시편은 뚜렷한 플로우 구조를 보이며 이방성이 우수한 것으로 나타났고, 두 조건 간 이방성 정도는 큰 차이가 없었다. XRD 분석에서는 2.5 bar 조건에서 제조된 시편의 결정 크기(Lc 및 La)가 가장 크고 균일하여 구조적 일관성이 우수한 것으로 나타났다. Raman 분석 결과는 조건 간 결정성 차이가 미시적 분석 특성상 크지 않았으며, 이방성 정도와 직접적으로 비례하지 않았다. 전기비저항은 2.5 bar 조건이 가장 낮은 값과 뚜렷한 방향성 차이를 보여 이상적인 이방성 조직 형성이 이루어진 것으로 평가되었다. 결과적으로 본 연구는 Delayed Coking 공정에서 2.5 bar의 압력 조건이 침상코크스의 이방성 조직 형성 및 전기적 특성을 최적화하는 데 가장 효과적임을 규명하였다. 이러한 결과는 향후 고성능 탄소 소재 제조를 위한 공정 조건 최적화 및 품질 제어에 중요한 기초 자료로 활용될 수 있을 것으로 기대된다.