[논문]수중로봇키트 모형의 SE기반 개발을 통한 공학교육 사례

김현식; 강형주; 만동우

doi:10.18108/jeer.2012.15.3.40

수중로봇키트 모형의 SE기반 개발을 통한 공학교육 사례
An Example of Engineering Education through SE-based Development of Underwater-robot Kit Model 원문보기

공학교육연구 = Journal of engineering education research, v.15 no.3, 2012년, pp.40 - 46

김현식 (동명대학교 로봇시스템공학과) , 강형주 (동명대학교 로봇시스템공학과) , 만동우 (동명대학교 로봇시스템공학과)

Abstract ▼ AI-Helper

This paper deals with an example of the engineering education through the SE-based development of an underwater-robot kit model. It has a purpose of establishing the example of a SE-based development by undergraduate through executing the requirement and functional analysis, hardware and software design, manufacturing, test and evaluation for developing the model. In addition, it also has a purpose of establishing the basis of the development of an optimized underwater-robot kit through understanding the weight and buoyancy characteristics and the actuation and propulsion characteristics of the developed model.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

즉, 본 논문은 국내 최초의 수중형 자율운항 해양로봇키트 개발과 관련된 모형 개발/검증을 통한 학부생의 공학교육 사례에 대한 내용이다. 모형의 연구개발 방법론으로서 글로벌 표준 연구개발 프로세스인 시스템공학 프로세스를 도입하여 모형에 대한 요구사항/기능 분석, 하드웨어/소프트웨어 설계, 시제작, 시험평가를 수행하여 학부생의 시스템공학적 연구개발 사례를 구축하는 것을 하나의 목표로 하고 있으며, 개발된 모형의 무게/부력 특성 및 구동/추진 특성을 파악하여 최적화된 수중로봇키트 개발의 기반을 구축하는 것을 또다른 목표로 하고 있다.
앞의 그림에서도 보여 지듯이, SE 프로세스는 공학실무와 직접적으로 연관되므로, 이후에는 본 논문에서 개발하고자 하는 모형의 연구개발에 적용하여 학부생의 공학실무 능력을 배양하고자 한다.
이러한 관점에서 본 논문에서는 대학의 비정규 교육 측면에서 시스템공학(System Engineering : SE) 프로세스(process)를 학부생들에게 경험하게 함으로써, 회의/문서작성/발표를 통한 의사소통 능력 배양, 프로세스 수행을 통한 적성 개발, 연구 관리/기초지식/현장노하우 습득을 통한 전문자질 향상 등을 모두 가능하게 하였다.
즉, 본 논문은 국내 최초의 수중형 자율운항 해양로봇키트 개발과 관련된 모형 개발/검증을 통한 학부생의 공학교육 사례에 대한 내용이다. 모형의 연구개발 방법론으로서 글로벌 표준 연구개발 프로세스인 시스템공학 프로세스를 도입하여 모형에 대한 요구사항/기능 분석, 하드웨어/소프트웨어 설계, 시제작, 시험평가를 수행하여 학부생의 시스템공학적 연구개발 사례를 구축하는 것을 하나의 목표로 하고 있으며, 개발된 모형의 무게/부력 특성 및 구동/추진 특성을 파악하여 최적화된 수중로봇키트 개발의 기반을 구축하는 것을 또다른 목표로 하고 있다.

제안 방법

SE 프로세스의 네 번째 단계로서, 제작을 수행하기 위해서는 설계 내용과의 추적성을 유지하는 것이 중요한데, 설계 내용을 기반으로, 구성품들의 구매 또는 시제작, 탑재가 완료되었다. 3D 설계파일을 기반으로 3D 인쇄툴인 RP(rapid prototyping) 장비를 이용하여 제작을 수행하였는데, 다음의 그림들은 관련 H/W 및 S/W 장비, 완성된 3D 제작 모델 및 프로그램을 각각 나타낸다.
SE 프로세스의 세 번째 단계로서, 설계를 수행하기 위해서는 기능 분석과의 추적성을 유지하는 것이 중요한데, 기능 분석을 기반으로, 우선적으로 H/W와 S/W 구성품 식별을 수행하였다. 먼저, H/W 구성품 식별의 결과로서 다음과 같은 H/W Family Tree를 구성하였다.
SE 프로세스의 첫 번째 단계로서, 요구사항 분석을 수행하기 위해서는 고객의 요구(need)로부터 출발하는데, 본 연구에서는 교육용 수중로봇[1-4] 개발을 고려하였다. 요구를 기반으로 요구사항 분석을 수행하기 위한 아이디어 도출 측면에서 다음의 브레인스토밍을 수행하였다.
본 논문에서는 국내 최초의 수중형 자율운항 해양로봇키트 개발과 관련된 모형 개발/검증을 통한 학부생 참여의 시스템공학적 연구개발 사례 구축하였는데, SE 기반의 공학교육 사례를 통하여 의사소통 능력 배양, 적성 개발, 전문자질 향상이 모두 가능한 공학교육 모델을 발견할 수 있었다. 또한, 개발된 모형의 무게/부력 특성 및 구동/추진 특성을 파악하여 최적화된 수중로봇키트 개발의 기반도 구축하였다.
다음으로, S/W 구성품 식별의 결과로서 다음과 같은 S/W Family Tree를 구성하였다. 본 논문에서는 모형의 직진성 확인이 주 목표이므로, S/W는 최소한으로 설계하였다.
앞의 과정들에서 수행된 결과를 기반으로 다음과 같은 요구 사항 분석이 완료되었는데, 중력부력, 이동성, 안정성, 방수성, 시험평가를 요구사항으로 도출하였다.
SE 프로세스의 첫 번째 단계로서, 요구사항 분석을 수행하기 위해서는 고객의 요구(need)로부터 출발하는데, 본 연구에서는 교육용 수중로봇[1-4] 개발을 고려하였다. 요구를 기반으로 요구사항 분석을 수행하기 위한 아이디어 도출 측면에서 다음의 브레인스토밍을 수행하였다.
이 장에서는 SE 프로세스를 도입하여 모형 개발 관련 요구사항/기능 분석, 하드웨어/소프트웨어 설계, 시제작, 시험평가를 수행하는 것을 주요 내용으로 하며, 각각의 프로세스별로 공학 교육적 의미를 부여하고, 그 효과에 대한 분석도 병행하였다.
CMMI는 카네기 멜론 대학 SEI(Software Engineering Institute)에서 프로세스 성숙도를 평가하기 위해 만든 모델로서 25개의 프로세스로 구성된다. 즉, 소프트웨어 능력성숙도 모델(SW-CMM), 시스템공학 능력 모델(SECM), 통합 제품개발 능력 성숙도 모델(IPD-CMM) 등 여러 가지로 나눠져 제공되는 CMM모델을 통합한 것이다. 기존 CMM이 소프트웨어 개발 모델에 한정된 것임에 비해서 시스템과 소프트웨어 영역을 통합시켜 프로세스 개선 활동을 광범위하게 지원하는 것이 특징이다.

성능/효과

SE 프로세스의 다섯 번째 단계로서, 시험평가를 수행하기 위해서는 요구사항/기능 분석과의 추적성을 유지하는 것이 중요한데, 시험평가를 통하여 요구사항/기능을 충족함을 확인하였다.
이 과정에서도 학생들로 하여금 회의/문서작성/발표를 통한 의사소통 능력을 배양시켰으며, 기본적인 연구관리 및 전공관련 기초지식 보완/습득을 통한 전문자질 향상도 가능하였다. 또한, 학생들의 3D 설계 및 C언어 프로그래밍 분야 적성 개발 및 전공 만족도 향상이 가능하였다.
이 과정에서도 학생들로 하여금 기본적인 연구관리 및 전공 관련 기초지식 보완/습득을 통한 전문자질 향상이 가능하였다. 또한, 학생들의 3D 제작 및 C언어 툴 분야 적성 개발 및 현장 노하우 습득이 가능하였다.
이 과정에서도 학생들로 하여금 기본적인 연구관리 및 전공 관련 기초지식 보완/습득을 통한 전문자질 향상이 가능하였다. 또한, 학생들의 시험평가 분야 적성 개발 및 현장노하우 습득도 가능하였다.
본 논문에서는 국내 최초의 수중형 자율운항 해양로봇키트 개발과 관련된 모형 개발/검증을 통한 학부생 참여의 시스템공학적 연구개발 사례 구축하였는데, SE 기반의 공학교육 사례를 통하여 의사소통 능력 배양, 적성 개발, 전문자질 향상이 모두 가능한 공학교육 모델을 발견할 수 있었다. 또한, 개발된 모형의 무게/부력 특성 및 구동/추진 특성을 파악하여 최적화된 수중로봇키트 개발의 기반도 구축하였다.

후속연구

발견된 교육 모델은 향후에 로봇 이외 분야의 전문인력 양성, 국가 연구개발 및 사업화에도 많은 기여를 할 수 있을 것으로 기대된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	시스템 연구개발에 있어 어떠한 측면을 강조하여 SE를 정의하는가?	SE에서는 공통의 목적을 위해 상호 연관된 구성품들의 집합체로서의 의미 및 시스템 수명주기(life cycle) 전반을 고려하여 시스템을 정의하고 있으며, 시스템의 연구개발에 있어서 입출력 비율인 효율을 높이는 공학적 측면을 강조하여 SE를 정의하고 있다.
	SE에서는 무엇을 고려하여 시스템을 정의하는가?	SE에서는 공통의 목적을 위해 상호 연관된 구성품들의 집합체로서의 의미 및 시스템 수명주기(life cycle) 전반을 고려하여 시스템을 정의하고 있으며, 시스템의 연구개발에 있어서 입출력 비율인 효율을 높이는 공학적 측면을 강조하여 SE를 정의하고 있다.
	SE를 성공적으로 구현하기 위한 3가지 핵심 요소인 사람, 기술, 프로세스는 각각 무엇들로 구성되는가?	앞서 언급한 SE를 성공적으로 구현하기 위한 3가지 핵심 요소는 사람(people), 기술(technology), 프로세스이다. 사람은 지식적(knowledged), 경험적(experienced), 전문적(specialized), 교육적(educated) 사람이며, 기술은 도구(tools), 기법(scheme), 시설(facility)을 포함하며, 프로세스는 사람의 활동(activity)으로서 요구사항분석(requirement analysis), 기능분석(functional analysis), 설계(design), 제작(manufacturing), 시험평가(test and evaluation), 유지보수(support), 폐기(disuse) 등으로 구성된다. 다음 그림은 SE 프로세스를 나타낸다.

참고문헌 (14)

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김현식(2010). 이종 해양로봇의 협력제어를 위한 지능형 경로계획 및 추종. 한국지능시스템학회 논문지, 20(6): 831-836

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김현식.진태석.서주노(2011). 수중비행체의 자율제어를 위한 지능형 3-D 장애물회피 알고리즘. 한국지능시스템학회 논문지, 21(3): 323-328

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RC Warship & Submarine, http://cafe.naver.com/scale0083.
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한국 수중로봇 자작카페, http://cafe.naver.com/rcdock.
RC함선 & 잠수함 카페, http://cafe.naver.com/rcshipyard.

저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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