학문목적 한국어 학습자를 위한 전공 기본어휘 선정 및 분석 : 기계공학 전공 기본 교재 분석을 중심으로

이혜선 연세대학교 교육대학원 2014 국내석사

최근 학문목적 한국어 학습자가 증가함에 따라 해당 학습자들의 전공 기본어휘 학습의 필요성뿐만 아니라 학습지원이 절실히 요구된다. 특히 전공 기본어휘 선정 관련 연구에서도 공학 관련 연구의 필요성이 더욱 증대되고 있다. 이에 본 연구는 학문목적 한국어교육 연구에서 기계공학을 전공하고자 하는 외국인 유학생을 위하여 전공 기본어휘 선정하고 그 특징을 살펴보는 것을 목적으로 한다. 이러한 연구 목적에 따른 연구 문제는 다음과 같다. 첫째, 기계공학 기본어휘를 선정하고 기계공학 기본어휘의 어종별, 품사별 비율에 따른 특징을 분석한다. 또한 번역문의 특성에 따른 출현빈도와 유형빈도의 비율이 어떠한지 살펴본다. 둘째, 기계공학 기본어휘를 기존 의미장 이론을 참고하여 의미 범주에 따라 분류하고 그 특징을 살펴본다. 셋째, 기계공학 기본어휘의 조어력 및 연어 관계 양상을 조사한다. 기계공학 기본어휘의 선정과 분석을 위한 연구 방법은 다음과 같다. 기계공학 전공 텍스트 일곱 권으로 말뭉치를 구축하여 빈도와 분포를 살펴보고 전문가 집단의 어휘 중요도 검사를 통하여 어휘를 선별하였다. 어휘 목록과 기계공학 사전의 일치여부를 검토하여 기계공학 기본어휘를 선정하였다. 빈도와 분포 및 전문가 집단에 의한 중요도 검사를 통하여 기계공학 기본어휘를 선정하고 분석한 결과를 통하여 밝혀진 연구 결과 및 한국어교육에서의 시사점은 다음과 같다. 첫째, 어종별 분석의 결과 기계공학 기본어휘에서 가장 많이 출현한 어종은 한자어였다. 이는 개념의 의미를 나타낼 때 고유어보다 한자어를 더 많이 사용하고 전공 텍스트에서 주로 다루는 내용이 개념에 관한 것이기 때문이다. 또한 경영학 기본어휘와 어종별 분포를 비교하였을 때 기계공학 기본어휘의 외래어 비율이 더 높았다. 이는 기계공학 전공어휘를 가르칠 때 한자어와 외래어가 텍스트에서 빈번하게 사용된다는 특성을 염두에 두어야 함을 의미한다. 둘째, 기계공학 말뭉치에서 가장 많이 사용되는 품사는 일반명사로 밝혀졌다. 이는 자연, 인문사회, 상경 계열의 다른 말뭉치에서도 동일하였다. 일반명사의 사용이 높은 것은 텍스트에서의 전문어휘 사용 비중이 높다는 것이다. 전문어휘의 대부분이 일반명사이다. 다음으로 높은 비율을 차지한 품사는 동사인데 앞으로도 기본어휘 선정에서 명사와 동사가 중심이 되어야 함을 나타낸다. 셋째, 기계공학 기본어휘를 의미 범주로 분류한 결과 기계공학 기본어휘에는 ㈜낱말밭에서 의미 범주로 분류한 일반 한국어 어휘에 비하여 언어나 문화, 제도와 같은 추상적 개념을 나타내는 ‘추상물’에 대한 어휘(함수, 역학)나, 인간이 지각할 수 있는 대상의 모양과 상태 또는 어떤 것의 상태정도를 포함하는 ‘상태’ 영역의 어휘(압축, 손실)가 많았다. 이는 외국인 학습자가 혼자서는 학습하기 쉽지 않을 것이며 반드시 전공 수업 전에 별도의 어휘 학습이 필요함을 시사한다고 할 수 있다. 넷째, 기계공학 기본어휘를 중심으로 구성된 복합어를 조사하고 연어 관계 양상을 살펴본 결과 다른 어휘에 비해 더욱 조어력이 뛰어난 어휘가 있었으며, 연어 관계에서는 주로 사용되는 표현은 문제와 해결에 관련된 것이었다. 이에 어휘 교수에서 조어력이 높은 어휘와 연어 관계에서 생산성이 있는 어휘를 주목하여 가르치고, 복합어를 구성하는 기계공학 기본어휘와 복합어를 묶어서 제시하는 것은 외국인 학습자가 어휘를 연상하여 기억하기에 유용할 것이다. 본 연구에서 선정한 기계공학 기본어휘를 기계공학을 전공하고자 하는 외국인 학습자의 전공 기본어휘 학습에 활용할 수 있으며 공학 한국어교육과정개발이나 교재 개발에도 사용될 수 있을 것이다.

국내학자들의 문헌인용행태에 대한 연구 : 경영학 및 기계공학분야 교수들을 중심으로

유현진 梨花女子大學校 大學院 1988 국내석사

터치트리거프로브를 이용한 다축 공작기계의 위치오차 측정

정지훈 한양대학교 대학원 2019 국내박사

본 연구에서는 다축 공작기계의 기하오차 중 공작기계의 조립정확도로 기인하는 위치오차를 터치트리거프로브와 기준구를 이용하여 단시간에 규명 할 수 있는 일반적인 측정방법을 제안한다. 먼저, 다축 공작기계의 기준좌표계에서 4축 및 5축 공작기계의 모든 위치오차를 정의하고, 공작기계를 강체구조로 가정한 뒤 동차변환행렬을 이용하여 기준좌표계 원점에서부터 회전축에 장착된 기준구의 위치 및 공구축에 장착된 터치트리거프로브의 위치를 각각 모델링한다. 이 모델링 과정으로 터치트리거프로브로 측정된 기준구 중심점은 이미 정의한 다축 공작기계의 모든 위치오차 요소로 수식적으로 표현되며, 이 수식을 이용하여 모든 위치오차 요소를 분리할 수 있는 측정수식이 유도할 수 있다. 이 측정방법에서 4축 공작기계의 경우, 공작물을 높이방향으로 이동시킬 수 없기 때문에 높이가 다른 두 기준구 또는 하나의 기준구의 높이를 조절하여 사용하며, 5축 공작기계는 틸팅회전축을 이용하여 기준구의 높이방향을 조절이 가능하므로 하나의 기준구를 사용한다. 특히 수평형 5축 공작기계의 경우, 틸팅회전축의 각도에 따라 터치트리거프로브의 접근성에 제한이 발생하므로 수평형 공작기계에 적용이 가능한 측정방법을 별도로 개발하였다. 제안된 측정방법을 검증하기위해 4축 및 5축 공작기계를 대상으로 측정실험을 진행하였다. 수직형 및 수평형 4축 공작기계를 대상으로 유도한 측정수식을 이용하여 4축 공작기계의 모든 위치오차를 분리시킬 수 있었다. 측정결과는 정밀 직각미러와 정전용량형 변위센서를 이용한 직각도오차 측정결과 및 제어기 보정을 이용한 보정실험 전/후의 위치오차 측정결과를 비교하여 각각 검증하였다. 또한, 수직형 5축 공작기계를 대상으로 수직형 및 수평형 측정방법을 각각 적용하여 각 측정방법으로 분리된 위치오차를 비교하여 각 측정방법을 검증하였고, 터치트리거프로브와 기준구 사이에서 발생하는 오차벡터 수식을 제어기에 입력하여 보정 전/후의 위치오차 결과를 비교하여 위치오차 결과를 검증하였다. The demand for workpieces with high geometric complexity and the increase in machining productivity have led to an increase in the use of multi-axis machine tools. One of the major sources of error affecting the accuracy of multi-axis machine tools is location error. The location errors consist of squareness errors and offset errors and these errors depend on how accurately the machine tool was assembled. It is difficult to measure location errors since multiple axes must be controlled simultaneously, and the errors can only be measured on fully assembled machines. However, most measurement methods for location errors are focused on measuring the location errors of the rotary axes, and they require changing several measurement setups. The objective of this study is to develop a measurement method for all location errors using a touch trigger probe and sphere artifacts with a measurement setup. The measurement method was developed using a rigid-body kinematics model and a homogeneous transformation matrix (HTM). The equations for separating all location errors of a 4-axis and a 5-axis machine tool are induced repectively. Since a 4-axis machine tool cannot adjust the height direction of the workpiece, the measurement method was developed using two sphere artifacts with different heights or using a sphere artifact by adjusting the height. However, the measurement method for a 5-axis machine tool uses a sphere artifact because of a tilting rotary axis of a 5-axis machine tool. The verification experiments were performed on the location errors of a vertical and horizontal 4-axis machine tools, respectively. Total 7 location errors of each 4-axis machine tool were fully separated. The measurement results of a vertical 4-axis machine tool were verified by comparing the squareness errors using a precision square mirror and the maximum difference between the results was about 18.3 . Also, the error results of a horizontal 4-axis machine tool were verified by comparing the results before and after NC compensation. Through the compensation, the maximum squareness and offset errors decreased from -17.3 ard and -7.2 m to 6.9 rad and 3.1 m respectively. The reliability of the location error results was confirmed by the uncertainty analysis. It was also confirmed that the height difference between the sphere aritifacts was the most significant factor to the location error measurement results. In case of a 5-axis machine tool, two measurement methods were developed depending on the type of machine tools. The accessibility of the touch trigger probe is limited at some tilting rotary positions due to the structural characteristics of a horizontal 5-axis machine tool. The measurement method for a horizontal 5-axis machine tool(2 rev. method) is to measure at the tilting rotary position 0 deg. and any tilting rotary position accessible by the touch trigger probe(+a or a deg.) by assuming the setup error of the sphere artifact can be minimized. On the other hand, the measurement method of the vertical 5-axis machine tool(3 rev. method) is to measure at the tilting rotary position of 0 and a deg.. To verify the measurement methods, measurement experiments were conducted on a vertical 5-axis machine tool. The maximum standard deviations between the location error results calculated by each method were 5.0 rad in squareness error and 4.3 m in offset error. The location error results were verified by comparing the results before and after NC compensation. Through the compensation, the maximum squarness and offset errors decreased from 89.5 rad and 28.4 m to -11.2 ard and 13.1 m, respectively. The reliability of the position error results was confirmed through the uncertainty analysis and it was also confirmed that the tilting angle was the most significant factor to the location error measurement results of 2 rev. method. Consequently, the proposed methods can identify all location errors without expertise skills in the measurement setup and reduce the loss of machining time due to minimizing the number of measurement setups.

리튬이온 배터리셀의 비선형 구조-전기화학-열 연성해석 기법 개발 및 기계적 오용에 의한 열폭주 및 전기적 용량손실에 대한 연구

이동찬 한양대학교 대학원 2020 국내박사

최근 전기자동차 증가로 인하여 기계적 하중으로 유발되는 리튬이온 배터리 (LIB) 열폭주 및 용량 손실 사례가 증가하고 있다. 기계적 하중으로 인한 열폭주 및 용량 손실 매커니즘을 실험을 통해 분석하는 것은 매우 위험하기 때문에 전산 수치 해석을 통한 매커니즘 분석이 대안으로 떠오르고 있다. 하지만 기존 연구에서 사용된 균질화된 LIB모델 및 RVE (Representative volume element) 모델은 열폭주 및 용량 손실을 유발하는 기계적 응답을 정확히 계산할 수 없었다. 본 연구에서는 비선형 상세 레이어 (Nonlinear mechanical detailed layered, NDL) 모델을 개발하고 NDL 모델을 기반으로 정확한 기계적 응답을 계산하여 열폭주 및 용량 손실 해석용 비선형구조-전기화학-열 연성해석 기법을 개발하였다. 이를 활용해 국제 표준에서 명시한 기계적 오용(Crush, Shock) 조건에서 열폭주 및 용량 손실을 성공적으로 해석하여 NDL 모델 기반으로 개발된 연성 해석 기법의 정확성과 실용적인 우수성을 나타냈다. NDL 모델은 LIB셀의 기계적 비선형 거동과 분리막 파손으로 인한 내부단락 매커니즘을 정확히 예측하기 위해 알루미늄 포일, 구리 포일, 분리막, 음극, 양극 레이어 갯수와 두께를 정확히 반영하여 상세 레이어로 구성하였다. 또한 변형 속도로 인한 경화 특성을 고려한 재료의 비선형성과 전극과 분리막의 이방성을 고려하여 분리막 파손으로 인한 내부단락을 정확히 예측하도록 했다. NDL 모델은 3가지 압입 시험에 의한 하중-변위 곡선, 내부단락 발생 순간 및 위치, 그리고 분리막 파손 형태를 시험 결과와 비교하여 정확히 검증되었다. NDL 모델을 활용해 기계적 하중에 의한 열폭주 현상을 분석하기 위해 내부단락으로 인한 전압강하, 온도상승을 동시에 해석할 수 있는 비선형 기계-전기화학-열 연성 해석 기법을 구현하였다. 전기화학 모델은 Randle circuit으로 구성되며 충전량에 따른 에너지 총량을 고려하였으며 방전과 내부단락에 따른 발열량을 계산하였다. 열 모델은 전기화학 모델에서 계산된 발열을 입력 받아 시간에 따른 온도를 계산하였다. 파우치 셀에 대한 구형 펀치 압입 시험과 기계적 반력, 전기적 전압, 전류, 그리고 시간에 따른 온도 변화 결과를 비교하여 제안된 연성 해석 기법을 검증하였다. 그리고 전기화학-열 모델만을 고려한 기존 설계 방법으로 용량 증가를 위해서 LIB셀 설계를 변경할 경우, Crush test 조건에서 열폭주 안전성이 확보되지 못함을 보였다. 이를 개선하기 위해 기존 설계 방법에서 추가로 열폭주 예측용 연성 해석 기법을 이용해 Crush test 조건에서 분리막 두께에 대한 파라메트릭 스터디를 수행하고 열폭주 안전성이 확보된 설계안 도출 과정을 보였다. 이를 통해 NDL 모델을 기반한 연성 해석 기법의 유용성을 확인하였다. LIB 분야에서 또 다른 문제인 용량 감소 현상을 분석하기 위해 shock test 조건에서 기계적 파손과 용량 감소를 해석할 수 있는 비선형 기계-전기화학-열 연성 해석 기법을 NDL모델을 기반으로 구현하였다. 전기자동차용으로 상용화된 60Ah 파우치 셀과 단면적은 동일하고 용량에 비례하여 길이를 증가시킨 가상의 대용량 파우치 셀 (120, 180, 240Ah)에 대해 국제 표준(UN.38.3.T4) 명시된 Shock test를 수행하였다. 셀은 길이가 증가할수록 집전판과 전극사이 박리 비율은 증가하였고 박리 비율이 높을수록 용량 손실이 증가되었다. 용량 손실 원인은 박리로 인한 분극 증가로 나타났다. 이에 대한 근거로 분극으로 인한 발열량이 용량 손실량과 일치함을 확인하고 HPPC 시험을 통해 분극 증가를 확인하였다. 이를 통해NDL 모델의 정확한 기계적 응답을 기반한 연성해석 기법의 유용성을 다시 한번 확인하였다. 본 연구에서 개발된 NDL 모델 기반 연성 해석 기법을 활용한다면 국제 규정과 표준에 명시된 기준을 만족하면서 목적에 맞는 LIB 최적 설계에 활용할 수 있을 것으로 기대된다. 이러한 기술이 보편화 된다면 위험한 실험을 최소화하면서 안전한 LIB 제품 개발 기간을 단축하여 LIB 및 전기자동차 대중화에 기여할 수 있을 것이다.

이동식 배출가스 측정장비를 이용한 건설기계의 실제 작업조건 배출가스 특성에 관한 연구

김정환 한양대학교 대학원 2021 국내석사

건설기계를 비롯한 비도로 이동오염원은 전체 대기오염물질 배출량 중 질소산화물(NOx)은 25.9%, 초미세먼지(PM2.5)는 16.4%를 차지하여 주요 배출원으로 떠오르고 있다. 이러한 수치는 비도로 이동오염원 중에서 건설기계가 선박 다음으로 높은 배출량을 보이는 결과이며, 자동차의 배출가스 관리가 점차 강화되고 있어 상대적으로 건설기계의 배출량 비율이 높아질 것으로 예상되므로 이에 대한 개선이 필요한 실정이다. 유럽은 건설기계에 대한 배출가스 관리를 강화하기 위하여 2019년부터 Stage V 기준을 적용하였으며 우리나라도 이와 동일한 기준을 적용하여 건설기계 차기 배출허용기준을 2020년 12월부터 시행하였다. 유럽 Stage V에는 건설기계의 실제 작업조건에서 배출가스를 측정하여 그 결과를 인증기관에 제출하는 In Service Monitoring 제도가 포함되어 있으며, 향후 데이터가 충분히 확보된 이후에는 실제 규제로 이어질 전망이다. 이에 우리나라도 국내 실정에 적합한 건설기계 실작업 조건 배출가스 평가방법이 필요한 시점이다. 본 연구에서는 국내 주요 건설기계인 굴착기와 로더 및 지게차에 이동식 배출가스 측정장비(PEMS)를 탑재하여 실작업 조건 시험을 수행하였고, ECU로부터 엔진 출력정보를 취득하여 오염물질 배출특성을 분석하였다. 실작업 시의 엔진 운전영역을 분석한 결과 건설기계의 종류에 따라 인증모드와 차이가 있는 것을 확인하였으며, 이는 일량 발생에 따른 시험시간 및 연소에 의한 배출가스 특성에도 영향을 주므로 시험방법 수립 시 고려해야 할 주요한 인자라는 결론을 얻었다. 실작업 배출가스 분석 결과 일부 건설기계에서 cold조건 작업 시 NOx가 과다 발생하였고, 엔진이 공회전하는 무부하 정지상태에서 CO가 과다발생 하였다. 특히 지게차는 작업 중 배기가스 온도가 낮아 저감장치의 효율이 떨어지는 특성을 확인하였다. 실작업 시 부하에 따른 배출특성을 분석한 결과, 굴착기와 로더는 전반적으로 부하가 상승할 때 CO, NOx 및 입자개수 모두 비례하여 증가하는데 반해, 지게차에서는 NOx의 경우 배기가스 온도가 급격히 떨어지는 저부하 조건에서 반대로 높아지는 결과를 확인하였다. 특히 지게차는 적재중량에 따라 엔진 부하특성과 배출특성이 달라졌으므로 실작업 규제 도입 시에는 이를 고려한 표준 하중조건 설정이 필요함을 확인하였다. 이동평균구간 분석방법(MAW)을 적용하여 배출가스를 분석한 결과 굴착기와 로더는 모든 구간에서 배출허용기준을 만족하였으나 지게차는 모든 구간에서 NOx와 입자개수가 매우 높은 배출량을 보임을 확인하였다. 이러한 결과를 바탕으로 각 건설기계에 실작업 조건 배출가스 평가방안 설정 시 고려되어야 할 주요 인자와 저감기술의 개선 방향을 제시하였다. 이는 향후 국내 건설기계 실제 작업조건 규제를 수립하는 기초자료로 활용될 수 있을 것이다. Non-road mobile pollutants, including construction equipments, are emerging as major sources of emissions, accounting for 25.9% in NOx, 16.4% in PM2.5 of the total air pollutant emissions. Among non-road mobile pollutants, construction equipments produce the second largest amount of emissions after ships. Due to improvement of emission management system for automobiles, the ratio of emission of construction equipments is expected to increase. In order to improve emission management for construction equipments, Europe applied Stage V standard from 2019, and Korea also implemented the same emission standard for construction equipments from Dec. 2020. European Stage V includes the In Service Monitoring System, which measures emissions of real working conditions from construction equipments and submits the results to certification authorities. It is expected to lead to real working regulations after sufficient data is obtained from the system. Therefore, it is necessary to establish test methods for emissions of real working conditions from construction equipments suitable for domestic situations. In this study, a PEMS(Portable Emission Measurement System) used for measure emissions of excavator, loader, and forklift, which are major construction equipments in Korea. Engine output information was obtained from the ECU. As a result of engine operation area during real working, there was a difference from the certification mode depending on the type of construction equipment, and it was concluded that engine operation area is a major factor to consider in establishing the test method since it affects the test time and the emission characteristics by combustion. In some construction equipments, NOx in cold conditions and CO in idle conditions were excessive. In particular, forklift had a low exhaust gas temperature during whole working, which caused the low efficiency of the reduction system. As a result of emission characteristics according to engine load, CO, NOx and PN increased proportionally in excavator and loader as the load increases. However, in forklift where SCR was not working properly, CO, PN and NOx were trade-off relationships each other. Especially, forklift had different engine load characteristics and emission characteristics depending on the workload. It was confirmed that standard workload condition for forklifts is necessary to the introduction of work regulations. The analysis of emissions by applying MAW(Moving Averaging Window) method confirmed that excavator and loader met emission standards in all sections, but NOx and PN in forklift exceeded emission standards in all sections. Based on these results, major factors to be considered was presented when establishing the real working emission evaluation plan for construction equipments. These can be used as basic data for establishing regulations on real working conditions of domestic construction equipments in the future.

해양플랜트 동시공학 프로세스 구축을 위한 피드백 루프 설계 기법에 관한 연구

오재원 한양대학교 대학원 2016 국내박사

해양플랜트 산업에서는 제품의 설계 및 건조를 위해 Engineering, Procurement, Construction의 EPC 프로세스를 수행한다. 국내의 조선 3사(삼성중공업, 현대중공업, 대우조선해양)는 해양플랜트 EPC 산업에 2009년부터 진입하였다. 기존에 건조기반 프로젝트만을 수행하였기 때문에 EPC 전체 프로젝트의 경험 미숙, 엔지니어링 역량 부족 및 인력의 부재, EPC 프로젝트 관리 미흡 등의 약점을 보유하고 있었다. 이러한 약점들은 EPC 프로세스 전반에 거쳐 설계 지연, 공정 지연, 설계 오류 등의 많은 문제점을 발생시켜 결국 프로젝트 실패를 야기하고 있다. 따라서 국내의 해양플랜트 산업의 발전을 위해 EPC 프로세스 개선이 필요하다. 본 논문은 해양플랜트 EPC 프로세스의 개선을 위한 방법으로 해양플랜트 동시공학 프로세스 구축을 제안하고 추상적 개념을 갖는 동시공학 프로세스를 구축하기 위해 해양플랜트 EPC 프로세스와 컴퓨팅 기반 공학기술의 융합을 통해 개발된 공학 기술, Feedback Loop Design의 연구개발 결과를 고찰하였다. Feedback Loop Design(FLD)은 기본설계부터 생산설계 및 설계검증, 시운전까지 가능한 컴퓨팅 융합 EPC 종합 솔루션이다. FLD 기법의 개발에 필요한 구성 요소는 컴퓨팅 기반 기술들을 하나로 병합할 수 있는 소프트웨어 프레임워크와 그 프레임워크에 각각의 기술 및 툴들을 병합하는 기술인 연동 기술, 상용 기자재들의 제품 데이터베이스 구축 및 데이터베이스 기반 설계 기술 그리고 개발된 기술을 쉽게 사용하기 위한 사용자 GUI(Grpahic User Interface) 및 FLD의 프로세스 알고리즘이 필요하다. 본 연구에서는 소프트웨어 프레임워크로 독일 항공우주연구원(DLR)에서 개발한 RCE(Remote Component Environment)를 활용하였으며, 이를 기반으로 각각의 요소 기술들을 개발하여 FLD 프로세스를 구축하였다. FLD 기술은 신규성과 진보성을 인정받아 2015년 국내특허 제 10-1559994호 “피드백 루프 설계 기법을 이용한 제품의 공학 설계 방법”으로 등록 되었다. 개발된 FLD 기법은 해저광물플랜트산업 중 하나인 심해저 광물자원 통합채광 시스템의 요소 장비인 바이패스 밸브의 개념설계 및 검증을 비롯한 공학설계, 양광펌프 거치대 유압실린더의 최적설계 및 상용 데이터베이스 기반 설계를 비롯한 생산설계, 심해저 통합채광 시스템 중 양광시스템의 성능시험을 위한 실험 장비인 문풀게이트와 양광관의 공학설계와 생산설계를 포함한 모듈설계의 총 3가지의 사례연구를 통해 개발 기술을 검증하였으며, 활용성을 입증하였다.

특허무효사례를 통해 고찰한 기계공학분야의 수치한정 발명의 특허화 전략 연구

장형용 한양대학교 공학대학원 2012 국내석사

본 연구에서는, 기계공학 분야의 수치한정 발명에 대한 특허 무효 사례를 통해 수치한정 발명을 특허화하기 위하여 연구 단계에서부터 고려되어야 할 사항을 검토하고 이에 대한 검토 모델링을 제시한다. 기계공학분야의 수치한정발명은 수치범위를 전후로 급격한 변화가 인정되기 어려운 특성이 있음에도 불구하고 법원 및 특허청은 일률적으로 수치한정 범위 전후에서 임계적 의의가 인정되는지 여부에 따라 특허성을 검토함으로써 등록이 거절되는 문제점이 있다. 따라서, 발명 분야별 형평성에 따라 기계공학분야의 특성을 고려한 판단기준에 의해 특허성을 판단하는 것이 타당하다. 그리고, 기존의 법원 및 특허청의 판단기준을 고려하여 기계공학분야의 수치한정발명이 등록되기 위한 검토조건을 살펴보고, 그에 따라 특허 검토 모델링을 구상한다. 특허 검토 모델링에 의해 기존의 판례 사안을 검토하여 주요 쟁점에 대한 검토가 가능한지에 대해 살펴본다.

인간-기계 협업 프로세스에서의 인적 작업 오류에 대한 정형모델

김현우 한양대학교 대학원 2009 국내석사

최근의 급속한 기술 발전은 시스템 자동화와 더불어 기계와 기술적인 요소들의 성능 향상을 가져왔다. 그러나 아직도 인간은 복합 시스템에서 큰 비중을 차지하며, 중요한 역할을 수행하고 있다. 인간-기계 시스템은 기본적으로 인간과 기계의 집합으로 구성되며, 인간과 기계의 상호작용을 통한 협업적인 작업 방식으로 운영된다. 인간-기계 시스템에서 인간 개입에 따른 실수나 오류는 필연적으로 발생하며, 이는 시스템의 성능이나 효율을 현저하게 저하시키는 요소로 작용할 수 있다. 이러한 문제를 미연에 방지하거나 시스템을 유지하고 개선하려면 상황에 따른 인간 오류에 관한 문제 정의와 이를 바탕으로 한 시스템 분석의 노력이 필요하다. 본 연구에서는 인간-기계 시스템의 구조적 구성요소인 인간과 기계를 오토마타 이론의 한 방법인 유한상태기계(finite state machine: FSA)로 표현하여, 시스템의 제어와 분석의 기본적인 틀이 되는 모델을 수립한다. 또한, 인간-기계 시스템에서 인간과 기계의 액션 조합으로 이루어진 작업을 정의하고, 액션을 해석하여 정보 수집의 역할을 수행하는 인터페이스를 제시한다. 특히, 인간-기계 시스템에서 발생할 수 있는 인간의 오류를 물리적, 논리적의 두 가지 관점에서 고찰하고 각각 작동 오류와 인지 오류의 유형으로 분류한다. 분류한 오류의 유형들은 정형적인 방법론(formal methodology)을 활용하여 모델링한다. 인간-기계 모델과 인간 오류 모델이 인간-기계 시스템에 미치는 영향을 알아보기 위해 작동 오류를 고려한 분석 모델을 정의한다. 이러한 분석 모델에 세 가지의 정책을 정의하여, 정책에 따라서 증가하는 상태 수의 추이에 대해서 분석하고 작동 오류 발생 수와 목적 달성에 필요한 상태 수를 구한다. 또한, 콜센터 시뮬레이션을 이용하여 인간의 작동 오류 발생에 따른 시스템의 변화를 파악한다. 본 연구에서 제안한 인간-기계 모델과 인간 오류 모델로 인간-기계 시스템과 인간 오류에 대한 더 구체적인 접근 방법을 제시한다. 이는 인간 오류의 대한 발생 패턴을 분석할 수 있는 도구로서 사용될 수 있을 것이며, 향후 동적으로 변화하는 인간-기계 시스템에 확장하여 적용하면 시스템의 효율성 증대를 가져올 것이다. Recent advances in technologies have not only developed automated systems but also improved performance of machines and technical system components. However, humans still play a vital role in making decisions and supervising processes especially for safety-critical and urgent systems. It imposes challenges on human-machine cooperative systems which consist of humans and a variety of autonomous agents including intelligent machines and computer applications. In most of human-machine systems, human errors are inevitably subject to occur which may reduce the performance and efficiency of a system by causing unanticipated situations. It is necessary to represent human behaviors and human errors in an unambiguous manner. This can contribute to identify sources of human errors and seek mechanisms to prevent them. This paper presents a human-machine system by means of finite state machine(FSA) which is an effective formal modeling methodology. Moreover, human tasks are defined in a mathematical way so that the relationship between human and a machine system can clearly be described. More importantly, human errors are classified into operation errors and cognitive errors from the physical and logical perspectives, and their properties are investigated. Two factors based on temporal and operational facets are considered to characterize human operation errors. A call center simulation is conducted to investigate the impact of human operation errors in a human-machine system by applying the criteria presented in this paper. Using the human-machine model and the human error model proposed in this paper, we envision that generic but accurate analysis for human-machine system operations can be possible. Therefore, the proposed models can be used an effective tool to investigate the impact of human errors and further evaluate the effort and investment to prevent them from occurring in a human-machine system. As a possible direction for future work, it needs to consider a more extended dynamic human-machine system to accommodate the non-deterministic behavior of humans and ad-hoc system operations.

무대장치용 플라스틱 활차의 기계적 특성 분석

유정훈 한양대학교 공학대학원 2018 국내석사

무대 공간에서는 공연, 연극, 뮤지컬 등에 무대기계를 사용하여 특수 연출 효과를 극대화시켜 관람객들에게 제공하고 있다. 이 특수 연출 효과에 많이 사용되는 무대기계 구성요소인 활차는 금속소재로 현재 국내 제작이 어려워 국외 제품을 사용함으로서 수급 및 정비 부분에서 많은 어려움이 발생하고 있어 국산화 기술 확보가 필요하였다. 그래서 본 논문에서는 무대장치용 플라스틱 활차의 기계적 특성 및 시험방법을 개발하고 이에 대한 검증을 수행하였다. 구체적으로 활차에 적용할 플라스틱 소재에 대한 기계적 물성을 조사 후 ABS 플라스틱이 적합한 것으로 판단되어 선정하였다. 기계적 물성 검증을 위해 시험편을 제작하여 소재 시험을 진행한 결과 인장강도는 최소 53.74 ~ 55.27 MPa, 굴곡강도는 최소 88.05 ~ 88.49 MPa, 충격강도는 최소 186.46 ~ 207.37 , 밀도는 1.03 로 활차 제작이 가능한 소재로 판단하였다. ABS 플라스틱으로 실제 제품을 제작하기 전에 활차의 안전성을 확인하기 위하여 활차 홈에 하중을 작용시키고 고정 축 면은 고정하여 시뮬레이션을 수행한 결과 12.57 MPa로 안전율 4이상을 확보한 것으로 확인되었다. 그리고 국내에는 무대장치용 활차 홈 압축강도 시험을 위한 시험방법이 없어 타 국내 국가표준을 인용하여 활차 홈에 압축하중을 인가할 수 있는 시험방안을 개발하여 적용한 결과 ABS 플라스틱 활차보다 와이어로프 및 와이어로프 소켓의 파손이 먼저 나타났다. 하지만 활차 홈에는 와이어로프 눌림 자국만 발생하였다. 이를 바탕으로 플라스틱 활차는 최소 56,830 N의 하중을 견딜 수 있음을 확인하였다. 본 논문은 무대장치용 활차의 플라스틱 소재 적용과 기계적 특성에 있어 활차 홈의 압축강도 시험방법을 다루었다는 것에 의의를 가지고 있다. 무대 공간에서는 공연, 연극, 뮤지컬 등에 무대기계를 사용하여 특수 연출 효과를 극대화시켜 관람객들에게 제공하고 있다. 이 특수 연출 효과에 많이 사용되는 무대기계 구성요소인 활차는 금속소재로 현재 국내 제작이 어려워 국외 제품을 사용함으로서 수급 및 정비 부분에서 많은 어려움이 발생하고 있어 국산화 기술 확보가 필요하였다. 그래서 본 논문에서는 무대장치용 플라스틱 활차의 기계적 특성 및 시험방법을 개발하고 이에 대한 검증을 수행하였다. 구체적으로 활차에 적용할 플라스틱 소재에 대한 기계적 물성을 조사 후 ABS 플라스틱이 적합한 것으로 판단되어 선정하였다. 기계적 물성 검증을 위해 시험편을 제작하여 소재 시험을 진행한 결과 인장강도는 최소 53.74 ~ 55.27 MPa, 굴곡강도는 최소 88.05 ~ 88.49 MPa, 충격강도는 최소 186.46 ~ 207.37 , 밀도는 1.03 로 활차 제작이 가능한 소재로 판단하였다. ABS 플라스틱으로 실제 제품을 제작하기 전에 활차의 안전성을 확인하기 위하여 활차 홈에 하중을 작용시키고 고정 축 면은 고정하여 시뮬레이션을 수행한 결과 12.57 MPa로 안전율 4이상을 확보한 것으로 확인되었다. 그리고 국내에는 무대장치용 활차 홈 압축강도 시험을 위한 시험방법이 없어 타 국내 국가표준을 인용하여 활차 홈에 압축하중을 인가할 수 있는 시험방안을 개발하여 적용한 결과 ABS 플라스틱 활차보다 와이어로프 및 와이어로프 소켓의 파손이 먼저 나타났다. 하지만 활차 홈에는 와이어로프 눌림 자국만 발생하였다. 이를 바탕으로 플라스틱 활차는 최소 56,830 N의 하중을 견딜 수 있음을 확인하였다. 본 논문은 무대장치용 활차의 플라스틱 소재 적용과 기계적 특성에 있어 활차 홈의 압축강도 시험방법을 다루었다는 것에 의의를 가지고 있다.

가교결합 조건변화에 의한 인공관절용 초고분자량폴리에틸렌의 기계적 성질 향상

김동훈 한양대학교 공학대학원 2008 국내석사

급속하게 증가하는 노령인구의 증가로 인하여 관철치환술은 나날이 증가하는 추세이다. 이로써 인공관절의 수명척도로 생체재료에 대한 관심이 부각되어지기 시작하였으며, 인공관절 부품으로는 티타늄(Ti-6Al-4V ELI), 코발트크롬몰리브덴 합금(Co-Cr-Mo), 세라믹, 지르코늄과 초고분자폴리에틸렌(UHMWPE) 등이 사용 되어지고 있다. 초고분자량폴리에틸렌은 관절의 회전체 역할을 하는 메탈재질과 접촉하기 때문에 마모에 대한 성능이 중요하게 부각 되어져 왔다. 마모를 통해 일어나는 마모입자들은 골용해현상을 일으켜 결국 환자의 극심한 고통을 초래하게 되어 재수술을 요구하게 된다. 인공관절은 생체내에 삽입 되어지는 의료부품이므로 반드시 멸균을 필요로 한다. 의료부품 멸균은 감마선 조사를 통해 일반적으로 이루어진다. 감마선 조사방법은 멸균에 대한 신뢰성 및 저온에서 조사가 가능한 장점을 가지고 있기 때문에 많이 이용되는 기법이다. 감마선 조사는 초고분자량폴리에틸렌 재료에 가교(Crosslinking), 분할 (Scission), 산화(Oxidation)를 발생시킨다. 가교는 초고분자폴리에틸렌의 기계적 특성을 향상시키는 것으로 알려져 있다. 그러나 감마선 조사선량에 대한 기계적 특성변화에 대한 정량적인 수치가 제시되지 못하고 있다. 또한 감마선 조사를 통해 발생된 프리래디컬(free radical)은 공기와 접촉하여 산화를 일으킨다. 이러한 산화를 방지하기 위해서는 프리래디컬을 제거해야 하는 열처리를 필요로 한다. 이처럼 감마선 조사선량과 열처리 조건에 대한 물리화학적 및 기계적인 특성에 대한 고찰은 초고분자량폴리에틸렌 부품의 신뢰성을 획득할 수 있는 기초가 될 것이다. 본 논문에서는 이를 위해 가교 조건 변화에 따른 초고분자량폴리에틸렌의 특성변화를 검토하고자 하였다. 먼저 감마선 조사가 초고분자량폴리에틸렌의 가교, 분할, 산화를 일으키는 것을 검증하기 위하여 감마선 조사를 가진 초고분자량폴리에틸렌 시편을 가지고 FT-IR 고분자 시험을 실시하였다. 또한 감마선 조사선량에 따른 기계적 특성을 파악하기 위해 각각 시험규격에 따른 인장, 압축, 경도시험편을 제작하여 시험을 실시하였다. 이와 같은 시편을 가지고 감마선 조사선량에 따른 기계적 시험을 통하여 힘-변위의 관계를 측정하였고, 응력-변형률 곡선으로 변환하여 항복강도와 극한강도, 연신율을 구하였다. 감마선 조사선량에 따른 기계적 성질이 우수하게 나타난 조사선량을 선정한 후 감마선 조사가 산화를 일으키는 지를 확인하기 위해 FT-IR분석으로 산화여부를 분석하였다. 초고분자량폴리에틸렌의 산화를 억제하기 위한 열처리 조건에 대한 기계적 특성변화를 고찰하기 위해 감마선 조사된 초고분자량폴리에티렌 환봉을 열처리하였다. 열처리온도 조건은 초고분자량폴리에틸렌의 열변형온도가 125∼138℃이므로 Annealing 온도와 Remelting온도 범위를 구분하여 선정하였다. 열처리된 시편은 기계시험 규격에 따른 크기로 시편을 제작하여 기계적 특성변화를 관찰하였다. 결론적으로 초고분자폴리에틸렌의 기계적 특성에 영향을 미치는 감마선 및 열처리 공정에 대한 기계적인 특성 관계를 검토하였으며, 유효화된 구성화 모델을 수립하였다. 이로써 정량적인 기계적 특성에 대한 수치를 제시하였으며 이는 다양한 인공관절 부품의 설계 및 재료의 변형에 대한 기초적인 자료를 제시하는 토대가 될 것으로 판단한다. The population of older generation is rapidly increasing in daily due to the increasing trend of joint replacement surgery. In the lifetime of artificial joints as a measure interest in biomaterial that has been emerging recently, mainly Titanium (Ti-6Al-4V ELI), Cobalt- Chromium-Molybdenum alloy (Co-Cr-Mo), Ceramics like zirconium, ultra high molecular weight polyethylene (UHMWPE) is being used. The UHMWPE has been emerging as wear resistant for articulation of artificial joint because of its contact to the metal directly. Wear and tear of UHMWPE leads to a patient's fraying osteolosis particles that are causing severe pain, demanding revision surgery. Artificial joints are inserted within the biometric devices, as it must be sterilized as per medical needs. Sterilized medical devices are typically achieved through gamma ray irradiation process. For reliability, and gamma ray irradiation low-temperature sterilization method is possible in the irradiation because it has many advantages of the techniques used. Gamma ray irradiation causes cross-linking, scission, oxidation to UHMWPE material. Consequently, it improves the mechanical properties of UHMWPE. However, the gamma ray dose irradiates quantitative changes in the mechanical properties and this picture is not clear yet. It also rises through a gamma ray survey of the free radical oxidation contact with the air crash. In order to prevent this free radical oxidation and remove it, heat treatment is necessary. The heat treatment for the condition and the gamma ray dose investigate chemical, mechanical and physical characteristics of ultra high molecular insights about the reliability of parts is based on standard values. This paper describes the changes in the conditions of cross-linking process for ultra-high molecular polyethylene. First, FT-IR testing has been conducted for the polymer like crosslinking, scission, causing oxidation by gamma ray irradiation. In addition, mechanical properties of gamma ray dose irradiation to determine the standards for each test tensile, compression, hardness specimens was produced by conducting the test. Also, mechanical properties for each gamma ray irradiation dose are checked through the relationship of loaddisplacement, stress-strain converting the yield curve and extreme intensity, measuring elongation. UHMWPE bar has heat treatments in order to consider mechanical properties changing about heat treatment conditions for reduce oxidation. Annealing temperature condition choose below 138℃ and re-melting temperature conditions choose upper 138℃. Because melting point of UHMWPE was approximately 138℃. Specimen for heat treatment is made according to the mechanical testing standard to record the change in mechanical properties. Through these testing it is verified that the gamma ray dose effect UHMWPE mechanical properties. Hence it could be set up validated constructive model. For quantitative figures presented by the mechanical properties of artificial joints to various parts of the design and material variation from the basic (virgin) materials for a standard that will be presented to judge this issue.