본 연구에서는 실천 공학적 적용의 하나의 사례연구를 소개하고자 한다. 연구 주제는 약품 공급기이고, 이 장치는 PLC, DC 모터, 스위치, 포토 센서 등으로 구성 된다. 이 기기의 설계 및 제작을 위하여 대학에서 재학 기간 동안 학습한 많은 교과 내용들을 직접 실습하고 구성한다. 특히, 하드웨어와 소프트웨어의 모든 부분을 직접 구성해 봄으로써 단순히 내부 프로세스만이 아니라 자판기의 기계적 메커니즘까지 이해해 볼 수 있도록 한다. 기업의 다른 자판기 제품보다 공급 완성도를 높이기 위하여 사용자 맞춤 공급이나 정확한 카운팅 등 추가 아이디어를 제안한다. 일상 생활에서 편리하게 사용되어질 수 있는 약품 공급기를 간단하게 나마 실제로 구현해 봄으로써 학생들은 창의력과 적응성을 키울 수 있을 뿐만 아니라, 이 연구를 통하여 습득한 기술들이 필요 시에 관련 산업에 적용되어질 수 있다.
본 연구에서는 실천 공학적 적용의 하나의 사례연구를 소개하고자 한다. 연구 주제는 약품 공급기이고, 이 장치는 PLC, DC 모터, 스위치, 포토 센서 등으로 구성 된다. 이 기기의 설계 및 제작을 위하여 대학에서 재학 기간 동안 학습한 많은 교과 내용들을 직접 실습하고 구성한다. 특히, 하드웨어와 소프트웨어의 모든 부분을 직접 구성해 봄으로써 단순히 내부 프로세스만이 아니라 자판기의 기계적 메커니즘까지 이해해 볼 수 있도록 한다. 기업의 다른 자판기 제품보다 공급 완성도를 높이기 위하여 사용자 맞춤 공급이나 정확한 카운팅 등 추가 아이디어를 제안한다. 일상 생활에서 편리하게 사용되어질 수 있는 약품 공급기를 간단하게 나마 실제로 구현해 봄으로써 학생들은 창의력과 적응성을 키울 수 있을 뿐만 아니라, 이 연구를 통하여 습득한 기술들이 필요 시에 관련 산업에 적용되어질 수 있다.
The purpose of this research is to introduce a case study on application of practical engineering. Topic of the study is a medicine vending machine which consists of PLC (Programmable Logic Controller), DC motor, switch, photo sensor and so on. In order to design and manufacture of the device, a lot...
The purpose of this research is to introduce a case study on application of practical engineering. Topic of the study is a medicine vending machine which consists of PLC (Programmable Logic Controller), DC motor, switch, photo sensor and so on. In order to design and manufacture of the device, a lot of subjects which have learned during school year are reviewed and practiced. Especially, not only internal process but mechanical mechanism can be understood by organizing hardware and software of all parts. Also, several ideas like user made supply or exact counting are suggested for high performance. From this case study, students can increase their originality and adaptability for related industry. Also, the technique can be initiated industry if needed.
The purpose of this research is to introduce a case study on application of practical engineering. Topic of the study is a medicine vending machine which consists of PLC (Programmable Logic Controller), DC motor, switch, photo sensor and so on. In order to design and manufacture of the device, a lot of subjects which have learned during school year are reviewed and practiced. Especially, not only internal process but mechanical mechanism can be understood by organizing hardware and software of all parts. Also, several ideas like user made supply or exact counting are suggested for high performance. From this case study, students can increase their originality and adaptability for related industry. Also, the technique can be initiated industry if needed.
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문제 정의
졸업연구의 일환으로 아이디어 회의를 통해 작품을 선정 하는 과정에 있어서 학부과정에서 습득한 관련 지식을 활용하여 실생활에 도움을 줄 수 있는 창의적인 제품을 제작하기로 하였고, 아이템을 생각하던 중 약품공급기를 생각하게 되었다. 결핵이나 당뇨병 등 장 기간의 복용을 요하는 약품에 대해 효율적인 수납공간을 마련해주고, 정확한 투약관리를 해줄 수 있음은 물론, 학부과정을 통하여 습득한 기계, 전기/전자, 제어 및 마이크로프로세서의 복합적인 지식 등 메카트로닉스 관련 기술들을 직접 실습해보고, 구성해볼 수 있다는 것이 연구의 목적이다.
본 연구에서는 4년 간 학교 수업을 통해 학습한 많은 교과 내용들을 토대로, 일상 생활에서 사용이 가능한 약품 공급기를 직접 설계 및 제작하였다. 하드웨어와 소프트웨어의 모든 부분을 직접 구성해 봄으로써 단순히 내부 프로세스만이 아니라 시스템의 기계적 메커니즘까지 이해해 볼 수 있도록 하였고, 이 사례 연구를 소개함으로써 산업체의 수요를 충족하는 교육과정 개발에 대한 효율적 접근 방법을 제시하고자 한다.
본 연구에서는 학부 과정에서 습득한 이론적 지식 및 실기 능력을 활용하여, 일상생활에서 유용하게 사용될 수 있는 약품공급기를 설계 및 제작하였다. 전체적인 시스템은 학부에서 터득한 PLC기술로 하였고, DC모터에 감속기를 부착하여, 느린 속도로 스쿠루를 회전시켜 알약을 이동시키는 방법을 이용하였으며, 포터센서로 떨어지는 알약을 감지하여 개수를 카운팅 하였다.
본 연구에서는 4년 간 학교 수업을 통해 학습한 많은 교과 내용들을 토대로, 일상 생활에서 사용이 가능한 약품 공급기를 직접 설계 및 제작하였다. 하드웨어와 소프트웨어의 모든 부분을 직접 구성해 봄으로써 단순히 내부 프로세스만이 아니라 시스템의 기계적 메커니즘까지 이해해 볼 수 있도록 하였고, 이 사례 연구를 소개함으로써 산업체의 수요를 충족하는 교육과정 개발에 대한 효율적 접근 방법을 제시하고자 한다.
제안 방법
골격 및 작동 장치의 제작이 완료된 후 구성품을 조립하였다. 6개의 포토센서를 약품 지지대 위에 설치를 하였으며, 각각 3개의 약통과 컵의 유무 약통의 용량 확인을 위해 쓰인다.
기존 자판기의 구조를 참고하여, 구성원들 간의 회의를 거쳐 시스템의 전체적인 개요를 그림 2와 같이 골격, 약통, 약통받침대, 컵 투입부 및 약통 깔때기 등으로 구상해 보고, 시스템 제작에 필요한 장치의 구성, 제어방식, 사용 자재 및 사용 장비에 대한 상세 설계 및 구체적인 공정계획을 세운다.
마지막으로 외형판을 부착하였는데 합판을 이용하여 크기에 맞게 외형을 제작한 후, 시트지를 부착해 깔끔한 분위기를 연출 하였으며 전면부는 프로그램 설계 후 터치패널을 부착하기 위해 비워두었다.
알약을 이동시키기 위해 DC모터에 전원을 연결하여 스쿠루를 회전 시키는 실험을 하였는데, DC모터는 15V를 사용하며, 감속기를 부착하여 아주 느린 속도로 진행을 하게 하였다[5]. 카운팅 테스트를 위하여 프로펠러와 센서를 이용하여 하드웨어 조립 전 프로그램을 테스팅하였다.
약품공급기의 크기는 PLC, 약통, 파워 서플라이, 배선공간, 터치패널 등 모든 부분이 한 하드웨어에 들어갈 수 있도록 500 mm × 500 mm × 600 mm로 결정하였고, 구조의 강도와 내구성을 고려하여 프로파일의 직경은 30 mm 이내로 제작하였다.
작품의 선정, 구상, 개념 설계, 상세 설계 및 공정 계획 과정 등을 통하여 각 부품들의 정확한 치수, 사용목적에 맞는 재료의 선택, 제작을 위한 자재 구매, 가공 및 조립 방법 등을 결정하고, 설계, PLC 연구, 배선, 배관 및 가공 등 시스템 제작에 필요한 여러 업무들을 구성원들 간의 회의를 통하여 업무 분담을 한다.
본 연구에서는 학부 과정에서 습득한 이론적 지식 및 실기 능력을 활용하여, 일상생활에서 유용하게 사용될 수 있는 약품공급기를 설계 및 제작하였다. 전체적인 시스템은 학부에서 터득한 PLC기술로 하였고, DC모터에 감속기를 부착하여, 느린 속도로 스쿠루를 회전시켜 알약을 이동시키는 방법을 이용하였으며, 포터센서로 떨어지는 알약을 감지하여 개수를 카운팅 하였다. 비록 알약 배출 시 막힘 현상 및 부정확한 카운팅이 발생하였지만 이렇게 전공 교과에서 배운 내용을 실습해 보면서 전공 지식을 재확인 해 볼 수 있었다.
알약을 이동시키기 위해 DC모터에 전원을 연결하여 스쿠루를 회전 시키는 실험을 하였는데, DC모터는 15V를 사용하며, 감속기를 부착하여 아주 느린 속도로 진행을 하게 하였다[5]. 카운팅 테스트를 위하여 프로펠러와 센서를 이용하여 하드웨어 조립 전 프로그램을 테스팅하였다. 프로펠러에 부착되어있는 검은색 인식표식은 센서를 통과할 때 마다, 그 수가 카운팅이 되며 미리 지정한 숫자에 도달할 때 DC모터는 자동으로 멈춘다.
본 시스템을 구현하는데 있어, 정확한 알약 개수의 카운팅을 제 1의 목표로 하여 진행하였으나, 하드웨어 제작 기술의 부족으로 자연스럽게 스쿠루로 알약을 하나씩 들어가지 못하게 한 것이 개선해야 할 사항이다. 터치패널을 사용하여 전면에 버튼부착을 대신함으로써, 손쉬운 프로그램 변경을 가능하게 하였으며 사용자 변화에 따라 유연하게 버튼의 기능을 수정하게 하였다. 이렇듯, 시스템이 완성되기까지 수많은 애로 사항들을 접하면서 스스로 해결책을 찾았다.
프로파일을 이용하여 골격을 제작해 튼튼한 인장강도를 바탕으로 한 안정감과 고급스러움을 부각 시켰으며, 합판을 이용하여 외형을 제작한 후, 시트지를 부착하여 시각적으로 깔끔함과 위생적으로 안전하게 느끼게 하였다.
대상 데이터
소프트웨어 제작을 위해 사용된 도구는 미쯔비시 GXDeveloper 9.82 U, GT Designer2 2.99와 미쯔비시 터치패널 GOT-1000이다. 터치 패널 셋팅은 그림 6과 같다[6].
약품공급기의 크기는 PLC, 약통, 파워 서플라이, 배선공간, 터치패널 등 모든 부분이 한 하드웨어에 들어갈 수 있도록 500 mm × 500 mm × 600 mm로 결정하였고, 구조의 강도와 내구성을 고려하여 프로파일의 직경은 30 mm 이내로 제작하였다. 스쿠루 제작 시 알약의 크기를 고려하여야 하므로 적정한 약품으로 직경이 10 mm인 오메가3 건강식품을 선정하고, 그 약품을 대체하여 실험에 사용할 같은 직경의 쇠구슬을 선정하였다.
앞에서 언급하였듯이 골격은 30 mm 프로파일을 이용하여 제작하였고, 전체 크기는 500 mm × 500 mm × 600 mm로 하였다.
성능/효과
또한, 일상생활에서 활용 가능한 장치를 선정하여, 학생들 스스로 직접 처음부터 끝까지 설계 및 제작해 봄으로써 실천 공학적 능력을 키울 수 있었고, 제작과정에서 발생하는 문제점들을 직접 경험하고 이들을 스스로 해결해 봄으로써 자신감 및 문제해결 능력을 키울 수 있었을 뿐만 아니라, 창의력 및 현장 적응능력을 키우고, 구성원들 간의 협동심과 공동의식을 높일 수 있었다.
후속연구
하드웨어와 소프트웨어의 모든 부분을 직접 구성해 봄으로써 단순히 내부 프로세스만이 아니라 자판기의 기계적 메커니즘까지 이해해 볼 수 있도록 한다. 또한, 기업의 다른 자판기 제품보다 공급 완성도를 높이기 위하여 사용자 맞춤 공급이나 정확한 카운팅 등 추가 아이디어를 제안한다.
본 시스템을 구현하는데 있어, 정확한 알약 개수의 카운팅을 제 1의 목표로 하여 진행하였으나, 하드웨어 제작 기술의 부족으로 자연스럽게 스쿠루로 알약을 하나씩 들어가지 못하게 한 것이 개선해야 할 사항이다. 터치패널을 사용하여 전면에 버튼부착을 대신함으로써, 손쉬운 프로그램 변경을 가능하게 하였으며 사용자 변화에 따라 유연하게 버튼의 기능을 수정하게 하였다.
현재 국내에서 가정용 약품공급기는 개발된 사례가 없어서 이번 연구를 토대로 산학연계에 의한 실용화 과정을 통한다면, 고가의 영양제 및 장기간의 투약을 필요로 하는 의약품을 구매한 가정에 많은 수요를 창출할 것으로 기대된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
대학에서 현장 실무 능력을 갖춘 인력을 양성하기 위하여 무엇을 하고 있는가?
그래서 실무 능력이 뛰어난 인력을 요구하고, 요구되는 기술 인력은 공학교육의 기초 지식을 토대로 하여 현장 실무 능력을 갖추어야 한다. 이를 위해 대학에서도 산업체에서 필요로 하는 인력 수요에 부응하도록 새로운 공학 교육 방법 개발과 이에 따른 인력 양성이 매우 강조되고 있으며[1], 대학의 공학교육은 산업화 사회에서 산학연을 중요시하여 전문 기술자의 양성이라는 교육 목적을 갖고 이론 중심에서 실천적 교육 방식으로 바뀌고 있다[2].
대학의 교육과정 기간 동안 산업체에 활용 가능한 장치 또는 제품을 제작하면 어떤 효과를 얻을 수 있는가?
즉, 대학의 산학 협력과 연계 교육을 강화하고 현장 중심의 교육이 이루어져야 하며, 교육 운영도 실무 능력 배양에 중점을 두어야 한다[3]. 대학의 교육과정 기간 동안 전공 분야에 대한 이론적 지식, 설계 능력 및 실기 능력 등을 갖추어, 이들을 기반으로 산업체에서 활용 가능한 장치 또는 제품을 직접 제작하여 본다면 실천 공학적 능력을 키울 수 있는 좋은 기회가 될 뿐만 아니라, 제작과정에서 발생하는 문제점들을 직접 경험하고, 이들을 스스로 해결해 봄으로써 산업 현장에서의 적응력을 키울 수 있는 효과를 얻을 수 있다.
산업사회에서 필요로 하는 양질의 기술인력 개발을 위해 학교에서는 어떤 교육이 이루어져야 하는가?
산업사회에서 필요로 하는 양질의 기술인력 개발을 위하여 학교는 지식, 기술적인 사고력과 창조력 외에 실천적인 태도와 현장 적응 능력을 키울 수 있도록 교육이 이루어져야 한다. 즉, 대학의 산학 협력과 연계 교육을 강화하고 현장 중심의 교육이 이루어져야 하며, 교육 운영도 실무 능력 배양에 중점을 두어야 한다[3].
참고문헌 (6)
Y. J. Won, "Development and diffusion project of capstone design program," Ministry of Commerce Industry and Energy, Technical Report, 2006.
E. J. Song, "Practical engineering teaching method: A study on methodology for teaching improvement on the university," Journal of Practical Engineering Education, vol. 4, no. 1, pp. 45-50, Jun. 2012.
E. J. Song, "Practical engineering teaching method: A study on methodology for teaching improvement on the university," Journal of Practical Engineering Education, vol. 4, no. 1, pp. 45-50, Jun. 2012.
Korea University of Technology and Education, Solid- Works 2001 Plus Training Guide. 2001.
W. H. Lee, Motor Control Technology for Mechatronics. Seoul: Sungan Dang, 2005.
T. P. Kim, Applied PLC Control Technology. Seoul: Gidari, 2003.
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