[논문]사례기반학습법을 적용한 기계공학 교과목 설계: 라미네이터 장비 제작

유선중

doi:10.18108/jeer.2020.23.5.61

[국내논문] 사례기반학습법을 적용한 기계공학 교과목 설계: 라미네이터 장비 제작
Course Design for Mechanical Engineering Applying Case-Based Learning: Manufacturing of Laminator Machine 원문보기

공학교육연구 = Journal of engineering education research, v.23 no.5, 2020년, pp.61 - 67

Abstract ▼ AI-Helper

In the associate degree curriculum of the department of mechanical engineering, the results of the study are presented on the structure and content of a subject based on the case-based learning method. As an case, equipment called a laminator that is actually used in the manufacturing site was selected. Class deals with specific engineering issues at each stage of laminator manufacturing (design-machining-assembly-measurement-maintenance) in connection with general engineering topics in prerequisites in the curriculum. Topics include tolerance fit, length measurement, assembly practice, measurement design and statistics of machine maintenance, etc. Courses that apply the case-based learning method may be included in the curriculum as complementary roles to those that apply other student-centered learning method.

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문제 정의

전문학사 과정의 일반적인 교과목에서 추상적이고 전형적인 공학 주제를 다루는 것과 비교하여, 라미네이터 제작을 사례로 하는 교과목(이하 ‘사례기반교과목’)에서는 장비와 관련된 구체적이고 개별적인 공학 주제를 다루고자 하였다.
강의 환경의 제약으로 인하여 머시닝센터 등을 이용한 실제 가공 실습은 수행하지 않는 대신 이미 가공되어 있는 부품의 치수를 전용측정기를 이용하여 측정하는 실습으로 수업 내용을 구성하였다. 측정된 치수와 제작도면 상 설계 치수를 비교하여 차이가 발생할 수 있음을 확인하고 그 원인에 대하여 해석할 수 있도록 하는 것이 수업의 중요한 목표이다.
수업에서는 실습과 더불어 사례강의를 병행하도록 하였는데 구체적으로는 측정 방법의 설계에 대한 사례를 다루고자 하였다. 라미네이터의 압력을 정확하게 측정하기 위해서는 인가되는 압력의 범위를 미리 예상하여 이에 적합한 필름의 규격을 선정할 필요가 있다.
이상 연구에서는 전문학사과정 기계공학과 교육과정에 적용할 수 있는 CBL을 적용한 교과목의 설계안에 대해서 다루었다. 대규모 제조 현장에서 널리 사용되는 라미네이터의 제작 단계를 사례로 하여 교과목을 구성하였다.
본 연구에서는 이와 같은 흐름의 연장선에서 또 다른 형태의 학습자중심교육방법인 사례기반학습법 CBL(Case Based Learning)을 기계공학 전문학사 교육과정에 적용한 교과목 설계안을 제시하고자 한다. CBL은 구체적인 사례를 중심으로 그 속에서 문제를 파악하고 이를 해결하기 위한 지식과 기술을 명료화하여 학습해 가는 방법이다(Mary A.
설계단계 수업의 목적은 학생들이 선수과목에서 학습한 도면 이해에 대한 일반적 지식을 라미네이터 제작도면이라고 하는 구체적인 공학 사례에 적용하여 이해할 수 있도록 하는 것에 맞추어져 있다. 사례기반교과목의 선수과목인 도면해독 교과목의 내용 중 특히 치수공차, 기하공차 및 끼워맞춤결합이라는 주제가 라미네이터 제작도면에 어떠한 논리로 적용되고 있는지를 다루고자 한 것이다. 설계단계에 있어 논리의 의미는 라미네이터의 요구 성능과 제작도면 상의 구체적인 기호 사이의 연관성을 파악하는 것이다.

제안 방법

사례로는 전자부품 제조장비인 라미네이터(Laminator)의 전체 제작 단계(설계→가공→조립→성능측정→유지관리)를 활용하였다. 각 제작 단계의 기술 내용이 기계공학과 교육과정의 선수과목과 연관되어 다루어지도록 교과목의 구조를 설계하였다. 전문학사 과정의 일반적인 교과목에서 추상적이고 전형적인 공학 주제를 다루는 것과 비교하여, 라미네이터 제작을 사례로 하는 교과목(이하 ‘사례기반교과목’)에서는 장비와 관련된 구체적이고 개별적인 공학 주제를 다루고자 하였다.
본 연구에서는 패키지기판, 적층세라믹콘덴서, 평판디스플레이, 태양전지 등 전자산업에서 제조장비로 널리 사용되는 라미네이터의 제작을 사례로 선정하여 교과목을 설계하였다. 라미네이터는 다수 기업에 의해 장비로 개발되어 국내 산업현장에서 널리 사용되고 있다(엘지전자 주식회사, 2011; 주식회사 에스에프에이, 2020; 주식회사 엘지화학 2015).
이러한 점을 감안하면 수업에 적합한 단순화된 구조의 라미네이터가 필요하게 된다. 본 연구에서는 장비의 핵심 기능을 유지하는 선에서 가압 구조만으로 구성된 단순화된 장비를 Fig. 1과 같이 개발하여 수업에 적용하였다. 라미네이터는 단지 7가지 종류의 기구 부품과 공압실린더를 포함하는 몇 종의 구동 부품만으로 구성되어 있어 사례로 다루기에 적절한 구조이다.
라미네이터는 단지 7가지 종류의 기구 부품과 공압실린더를 포함하는 몇 종의 구동 부품만으로 구성되어 있어 사례로 다루기에 적절한 구조이다. 단순한 구성에도 불구하고 균일한 압력의 인가라는 장비의 핵심 기능은 충분히 구현될 수 있도록 개발하였다.
가공단계 수업은 설계단계 내용과 비교하는 방법으로 이루어지도록 구성하였다. 강의 환경의 제약으로 인하여 머시닝센터 등을 이용한 실제 가공 실습은 수행하지 않는 대신 이미 가공되어 있는 부품의 치수를 전용측정기를 이용하여 측정하는 실습으로 수업 내용을 구성하였다. 측정된 치수와 제작도면 상 설계 치수를 비교하여 차이가 발생할 수 있음을 확인하고 그 원인에 대하여 해석할 수 있도록 하는 것이 수업의 중요한 목표이다.
Table 1은 3가지 종류의 부품(Guide Plate, Main Base, Top Base)에 가공된 구멍의 내경 치수를 측정한 결과를 정리한 표이다(유선중, 2017). 실습에 활용된 총 8대의 라미네이터에 대하여 제작도면 상 내경의 설계 치수(Basic Size, Tolerance)와 측정 치수(Measured Value)를 비교할 수 있도록 하였으며 그 결과는 양품과 불량품(Good and Bad)으로 판정되어 표에 기록되도록 하였다. 불합격비율(Bad Ratio)은 한대의 라미네이터에 가공된 다수의 구멍 중 설계 치수에 부합하지 않게 가공된 것의 비율이다.
몇군데의 위치(A, B, C, D, E)에 압력측정필름을 배치한 후 가압 되도록 함으로써 압력의 균일도를 측정할 수 있다. 필름의 색상을 정량적으로 측정하기 위하여 스캐너와 전용프로그램을 이용하였다. Fig.
설계→가공→조립 →성능측정→유지관리의 세부 단계별로 라미네이터와 관련된 구체적인 공학 문제를 교육과정 상 선수과목에서 다루는 전형 적인 공학 주제와 연결하여 단순강의, 사례강의, 실습 등 다양한 형태의 방법으로 수업에 적용해 보았다.
이상 연구에서는 전문학사과정 기계공학과 교육과정에 적용할 수 있는 CBL을 적용한 교과목의 설계안에 대해서 다루었다. 대규모 제조 현장에서 널리 사용되는 라미네이터의 제작 단계를 사례로 하여 교과목을 구성하였다. 설계→가공→조립 →성능측정→유지관리의 세부 단계별로 라미네이터와 관련된 구체적인 공학 문제를 교육과정 상 선수과목에서 다루는 전형 적인 공학 주제와 연결하여 단순강의, 사례강의, 실습 등 다양한 형태의 방법으로 수업에 적용해 보았다.
주제들은 강의 방법을 차별화하여 내용이 효율적으로 전달될 수 있도록 하였다. 선수과목 내용의 반복이 필요한 경우는 단순강의(L)로 라미네이터의 개별 사례에 대한 내용은 사례강의(C)로 그리고 조립 등 실습이 필요할 경우는 실습(P)으로 수업이 진행되도록 하였다.

대상 데이터

사례로는 전자부품 제조장비인 라미네이터(Laminator)의 전체 제작 단계(설계→가공→조립→성능측정→유지관리)를 활용하였다.

이론/모형

9는 압력을 측정하는 실습 수업의 사진이다. 압력 측정은 산업현장에서 실제 널리 사용되는 압력측정필름을 이용하였다. 압력측정필름은 압력의 크기에 따라 필름의 색상이 변화하는 성질을 가지고 있다.

후속연구

기계공학과 전문학사 교육과정에 적합한 사례의 선정을 위해서는 몇 가지 요소의 고려가 필요하다. 첫 번째로 학생들이 졸업 후 주로 취업하는 산업현장에서 중요하면서 활용 빈도가 높은 것으로 인정되는 사례를 선정하여야 할 것이다.
이상의 관점에서 CBL을 적용한 교과목은 기존의 학습자중심교육방법을 적용한 교과목과 상호 보완적인 역할로 교육과 정에 포함될 수 있을 것이다.
끝으로 사례기반교과목에 대한 학생들의 수업 경험에 대해서는 설문조사 등 추가적인 연구가 필요할 것이며 적절한 사례의 발굴은 지속되어야 할 연구 주제이다.
예를 들면 라미네이터의 조립단계 실습을 위해서는 설계단계의 제작도면 이해가 필수적이다. 또한 유지관리단계에서 도출되는 성능에 대한 실험 통계 결과는 조립단계의 문제점을 개선하는 과정에 활용될 수 있다. 그림에서는 점선의 화살표를 이용하여 교과목의 유기적인 구조를 표현하였다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	애덤 스미스는 무엇을 경제체제의 근본원리로 제시했는가?	애덤 스미스는 그의 탁월한 저서 국부론의 서두에서 분업을 자본주의 경제체제의 근본원리로 제시하고 있는데, 우리나라 전문대학 기계공학과의 현재 교육과정도 기본적으로는 동일한 원리에 바탕을 두고 구성되어 있다고 할 수 있다. 즉, 기계를 제작하기 위해 필요한 설계, 가공, 조립, 성능측정, 유지관리 등의 기술을 각각 분리된 교과목으로 구성한 후 각 분야의 전문성을 가지고 있는 교수가 필요한 내용을 학생에게 교육하는 방식이다.
	교육과정 구성에서 분업은 어떤 단점이 있는가?	그러나 교육과정 구성에서 분업은 그 장점에도 불구하고 단점도 널리 알려져 있다. 산업체로부터 공통적으로 지적되고 있는 것은 2년 또는 3년의 전문대학 교육과정을 이수한 후 입사한 학생들의 실무능력이 만족스럽지 않아서 수년간의 추가적인 산업체 현장교육이 필요하다는 것이다. 이와 같은 교육과 실무 간 간극의 원인에 대해서 또다시 애덤 스미스의 언급을 참조할 수 있을 것이다.
	라미네이터는 어떻게 개발되어 있는가?	라미네이터는 주요 제조공정인 박막적층에 실제 사용되는 장비로서, 다양한 구조로 개발되어 있다. 기본 구조는 서로 맞닿도록 동작하는 상하 2개의 평판으로 구성되어 있다.

참고문헌 (13)

애덤 스미스(1776). 국부론(상), 비봉출판사, 7-16.
애덤 스미스(1776). 국부론(하), 비봉출판사, 957-959.
김세호.임학규.이동활(2014). 현장전문인력 양성을 위한 대구대학교 건설기계부품 분야 캡스톤 디자인 사례. 유공압건설기계학회, 11(4), 80-85.
신규식(2019). 캡스톤디자인을 위한 프로젝트 기획 방법. 기계저널, 59(6), 33-37.
김정엽.김성동.이희원(2012). 캡스톤디자인을 활용한 학습성과평가. 기계저널, 52(9), 35-39.

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김문수(2015). 공학교육에서 문제 및 프로젝트기반학습의 비교 고찰과 적용 방안. 공학교육연구, 18(2), 65-76.

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Mary A. Lundeberg et al.(1999). Who Learns what from Cases and How? The Research Base for Teaching and Learning with Cases. Mahwah, NewJersey: Lawrence Erlbaum Associates, Inc.
김나현.박지연.전상은(2015). 사례기반학습법을 적용한 수업이 간호대학생의 학습동기와 학습만족도에 미치는 효과 - 인체생리학 수업을 중심으로. 기초간호자연과학회지 17(1), 78-87.
Maskell, D. L. & Grabau, P. J.(1998). A Multi disciplinary Cooperative Problem - Based Learning Approach to Embeded Systems Design. IEEE Trans on Education. 41(2), 101-103.
엘지전자 주식회사(2011). 평판 디스플레이 글래스용 라미네이터 및 이를 사용한 라미네이팅방법. 특허등록 10-1053343
주식회사 에스에프에이(2020). 진공 라미네이터. 특허등록 10-2093653
주식회사 엘지화학(2015). 쉬트 라미네이터. 특허등록 10-1561975
유선중(2017). 라미네이터장비의 부품 치수공차가 가압력균일도에 미치는 영향에 대한 실험적 분석. 반도체디스플레이기술학회지, 16(4), 1-7.

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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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