Development of the dyeing curve prediction model for dyeing process using multiple linear regression analysis^†

2018, 29

3)

705–715

중선형회귀분석을 이용한 염색공정의 염착곡선 예측모형 개발

^†

ᄋ

ᅣᆼ석곤

¹

²

³

⁴

1다이텍 연구원신상품개발센터 ·²³⁴영남대학교 통계학과

ᄌ ᅥ

ᆸᄉ ᅮ 2018ᄂ ᅧ ᆫ 4ᄋ ᅯ ᆯ 16ᄋ ᅵ ᆯ, ᄉ ᅮᄌ ᅥ ᆼ 2018ᄂ ᅧ ᆫ 5ᄋ ᅯ ᆯ 14ᄋ ᅵ ᆯ, ᄀ ᅦᄌ ᅢ ᄒ ᅪ ᆨᄌ ᅥ ᆼ 2018ᄂ ᅧ ᆫ 5ᄋ ᅯ ᆯ 17ᄋ ᅵ ᆯ

요 약

ᄇ

ᅩ ᆫ ᄋ ᅧ ᆫᄀ ᅮᄋ ᅦᄉ ᅥᄂ ᅳ ᆫ ᄑ ᅩ ᆯ ᄅ ᅵᄋ ᅦᄉ ᅳᄐ ᅦᄅ ᅳ ᄉ ᅥ ᆷᄋ ᅲ ᄉ ᅩᄌ ᅢ ᄆ ᅮ ᆯᄉ ᅥ ᆼᄋ ᅴ ᄎ ᅥ ᆫᄋ ᅳ ᆯ ᄋ ᅵᄋ ᅭ ᆼ ᄒ ᅡ ᆫ ᄋ ᅧ ᆷᄉ ᅢ ᆨᄀ ᅩ ᆼᄌ ᅥ ᆼᄋ ᅦᄉ ᅥ ᄉ ᅮᄌ ᅵ ᆸᄃ ᅬ ᆫ ᄌ ᅡᄅ ᅭᄅ ᅳ ᆯ ᄋ ᅵᄋ ᅭ ᆼ ᄒ ᅡᄋ ᅧ ᄎ

ᅥ ᆫᄋ ᅦ ᄋ ᅧ ᆷᄅ ᅭᄀ ᅡ ᄀ ᅩᄎ ᅡ ᆨᄃ ᅬᄂ ᅳ ᆫ ᄃ ᅦ ᄋ ᅧ ᆼᄒ ᅣ ᆼᄋ ᅳ ᆯ ᄁ ᅵᄎ ᅵᄂ ᅳ ᆫ ᄇ ᅧ ᆫᄉ ᅮᄅ ᅳ ᆯ ᄑ ᅡᄋ ᅡ ᆨᄒ ᅡᄋ ᅧ ᄋ ᅧ ᆷᄎ ᅡ ᆨᄀ ᅩ ᆨᄉ ᅥ ᆫ ᄋ ᅨᄎ ᅳ ᆨ ᄆ ᅩᄒ ᅧ ᆼᄋ ᅳ ᆯ ᄀ ᅢᄇ ᅡ ᆯᄒ ᅡᄀ ᅩᄌ ᅡ ᄒ ᅡ ᆫᄃ ᅡ. ᄇ ᅮ ᆫ ᄉ ᅡ ᆫ ᄇ

ᅮ ᆫᄉ ᅥ ᆨᄀ ᅪ ᄉ ᅡ ᆼ ᄀ ᅪ ᆫᄇ ᅮ ᆫᄉ ᅥ ᆨᄋ ᅳ ᆯ ᄋ ᅵᄋ ᅭ ᆼ ᄒ ᅡᄋ ᅧ ᄉ ᅳ ᆼᄋ ᅩ ᆫᄉ ᅩ ᆨ ᄃ ᅩᄋ ᅪ ᄋ ᅲᄌ ᅵᄉ ᅵᄀ ᅡ ᆫᄋ ᅳ ᆯ ᄑ ᅩᄒ ᅡ ᆷᄒ ᅡ ᆫ ᄋ ᅧ ᆷᄉ ᅢ ᆨᄀ ᅩ ᆼᄌ ᅥ ᆼᄋ ᅦᄉ ᅥ ᄉ ᅡᄋ ᅭ ᆼᄃ ᅬ ᆫ ᄋ ᅧᄅ ᅥ ᄇ ᅧ ᆫᄉ ᅮᄃ ᅳ ᆯ ᄋ ᅴ ᄐ ᅳ ᆨᄉ ᅥ ᆼ ᄀ

ᅪ ᄋ ᅧ ᆫᄀ ᅪ ᆫᄉ ᅥ ᆼᄋ ᅳ ᆯ ᄑ ᅡᄋ ᅡ ᆨᄒ ᅡ ᆫ ᄀ ᅧ ᆯᄀ ᅪ ᄉ ᅢ ᆨᄉ ᅡ ᆼᄋ ᅴ ᄂ ᅩ ᆼ ᄃ ᅩᄋ ᅦ ᄄ ᅡᄅ ᅳ ᆫ ᄎ ᅡᄋ ᅵᄀ ᅡ ᄋ ᅵ ᆻᄂ ᅳ ᆫ ᄀ ᅥ ᆺᄋ ᅳᄅ ᅩ ᄂ ᅡᄐ ᅡᄂ ᅡ ᆻᄃ ᅡ. ᄐ ᅳ ᆨ ᄒ ᅵ, ᄉ ᅳ ᆼᄋ ᅩ ᆫᄉ ᅩ ᆨ ᄃ ᅩᄂ ᅳ ᆫ ᄌ ᅮ ᆼᄉ ᅢ ᆨᄋ ᅦ ᄉ

ᅥ ᄀ ᅵ ᆯᄋ ᅵᄋ ᅪ ᄋ ᅣ ᆼᄋ ᅴ ᄉ ᅡ ᆼ ᄀ ᅪ ᆫ ᄋ ᅵ ᄋ ᅵ ᆻᄋ ᅥ ᆻᄋ ᅳᄆ ᅧ, ᄂ ᅩ ᆼᄉ ᅢ ᆨᄋ ᅦᄉ ᅥᄂ ᅳ ᆫ ᄌ ᅮ ᆼ ᄅ ᅣ ᆼᄀ ᅪ ᄋ ᅳ ᆷ ᄋ ᅴ ᄉ ᅡ ᆼ ᄀ ᅪ ᆫ ᄋ ᅵ ᄋ ᅵ ᆻᄂ ᅳ ᆫ ᄀ ᅥ ᆺᄋ ᅳᄅ ᅩ ᄂ ᅡᄐ ᅡᄂ ᅡ ᆻᄃ ᅡ. ᄋ ᅲᄌ ᅵᄉ ᅵᄀ ᅡ ᆫᄋ ᅳ ᆫ ᄉ ᅢ

ᆨᄉ ᅡ ᆼᄀ ᅪ ᄌ ᅮ ᆼ ᄅ ᅣ ᆼ, ᄀ ᅵ ᆯᄋ ᅵᄅ ᅳ ᆯ ᄋ ᅵᄋ ᅭ ᆼ ᄒ ᅡ ᆫ ᄌ ᅮ ᆼᄉ ᅥ ᆫᄒ ᅧ ᆼᄒ ᅬᄀ ᅱ ᄆ ᅩᄒ ᅧ ᆼᄋ ᅳᄅ ᅩ ᄋ ᅨᄎ ᅳ ᆨ ᄋ ᅵ ᄀ ᅡᄂ ᅳ ᆼ ᄒ ᅡ ᆫ ᄆ ᅩᄒ ᅧ ᆼᄋ ᅳ ᆯ ᄌ ᅦᄋ ᅡ ᆫᄒ ᅡ ᆯ ᄉ ᅮ ᄋ ᅵ ᆻᄋ ᅥ ᆻᄋ ᅳᄂ ᅡ, ᄉ ᅳ ᆼᄋ ᅩ ᆫᄉ ᅩ ᆨ ᄃ

ᅩᄂ ᅳ ᆫ ᄀ ᅵ ᆯᄋ ᅵ, ᄌ ᅮ ᆼ ᄅ ᅣ ᆼ, ᄉ ᅢ ᆨᄉ ᅡ ᆼᄋ ᅳ ᆯ ᄑ ᅩᄒ ᅡ ᆷᄒ ᅡ ᆫ ᄆ ᅩᄒ ᅧ ᆼᄋ ᅳᄅ ᅩ ᄋ ᅲᄋ ᅴᄒ ᅡᄂ ᅡ ᄋ ᅨᄎ ᅳ ᆨ ᄆ ᅩᄒ ᅧ ᆼᄋ ᅳᄅ ᅩ ᄒ ᅪ ᆯᄋ ᅭ ᆼ ᄒ ᅡᄀ ᅵᄋ ᅦᄂ ᅳ ᆫ ᄉ ᅥ ᆯᄆ ᅧ ᆼᄅ ᅧ ᆨᄋ ᅵ ᄂ ᅡ ᆽᄋ ᅡ ᆻᄃ ᅡ.

ᄌ

ᅮᄋ ᅭᄋ ᅭ ᆼ ᄋ ᅥ: ᄀ ᅡ ᆷᄋ ᅩ ᆫ ᄉ ᅵᄀ ᅡ ᆫ, ᄉ ᅳ ᆼᄋ ᅩ ᆫ ᄉ ᅵᄀ ᅡ ᆫ, ᄉ ᅳ ᆼᄋ ᅩ ᆫᄉ ᅩ ᆨ ᄃ ᅩ, ᄋ ᅧ ᆷᄎ ᅡ ᆨᄀ ᅩ ᆨᄉ ᅥ ᆫ, ᄋ ᅲᄌ ᅵᄉ ᅵᄀ ᅡ ᆫ, ᄌ ᅮ ᆼᄉ ᅥ ᆫᄒ ᅧ ᆼᄒ ᅬᄀ ᅱᄇ ᅮ ᆫᄉ ᅥ ᆨ, ᄑ ᅩ ᆯ ᄅ ᅵᄋ ᅦᄉ ᅳᄐ ᅦᄅ ᅳ.

1. 서론 ᄉ

ᅦ계 섬유패션 시장은 2015년 기준으로 연간 2,000조원 규모를 보이고 있고, 국내 시장 또한 연간 25조원규모의 시장규모를보이고 있으며, 우리나라는섬유패션 분야에서 현재 세계 6위의 섬유수출국 ᄋ

ᅵ자, 세계 4위의 섬유기술국으로 수출 134억불, 업체수 1만 6천여 업체, 고용 25만명 정도를차지하고 이

ᆻ는대표적 뿌리 산업이다 (Park, 2016).

ᄒ

ᅡ지만 우리나라에서 노동집약적 섬유산업은사양 산업으로 인식하고 있다. 그리고 IT와는별로 상 과

ᆫ없는산업이라는 편견을갖는경우가 많다. 그러나 최근 Industry 4.0의 선두 기업인 독일의 대표적 ᄉ

ᅳ포츠의류 기업인 아디다스는개도국에서 생산하고 있는 공장설비를 독일로 이전하여 센싱기술, IoT기 ᄉ

ᅮᆯ, 생산관리시스템 기술 등을 융합한 스마트팩토리를구축하였다. 우리나라의 섬유산업에서도 스마트 패

ᆨ토리 구축을 위해서 보급 및확산 사업을추진하고 있으나, 스마트공장의 수준별 정의 따른 (산업통 ᄉ

ᅡᆼ자원부의 스마트공장 4단계 분류 : 기초, 중간1, 중간2, 고도화단계) 기초단계에 머물러 있다. 또한 Bae 등 (2016)의 보고서에 의하면, 우리나라 제조업의 스마트공장 운영실태 조사에서도 아직까지 제조 시

ᆯ행 단계의 MES (manufatruring exeution system) 또는 POP (point of prodution)가 대부분이며, 비

ᆨ데이타를기반한 사물인터넷 (IoT)기술은미흡한 것으로 보고되고 있다.

ᄐ ᅳ

ᆨ히 섬유산업은 스트림 구조로 이루어져 있는데, 업스트림 (원사, 방적공정 산업), 미들스트림 (제 지

ᆨ, 제직, 염색, 가공산업), 다운스트림 (봉제산업) 등으로 이루어져 있다. 그 중에 염색공정산업에서 공

†

ᄇ ᅩ ᆫ ᄋ ᅧ ᆫᄀ ᅮᄂ ᅳ ᆫ ᄒ ᅡ ᆫᄀ ᅮ ᆨ ᄋ ᅦᄂ ᅥᄌ ᅵᄀ ᅵᄉ ᅮ ᆯᄑ ᅧ ᆼᄀ ᅡᄋ ᅯ ᆫ ᄋ ᅴ ᄋ ᅦᄂ ᅥᄌ ᅵᄀ ᅵᄉ ᅮ ᆯ ᄀ ᅢᄇ ᅡ ᆯᄉ ᅡᄋ ᅥ ᆸᄋ ᅴ ᄌ ᅵᄋ ᅯ ᆫᄋ ᅳ ᆯ ᄇ ᅡ ᆮᄋ ᅡ ᄋ ᅧ ᆫᄀ ᅮᄃ ᅬᄋ ᅥ ᆻᄋ ᅳ ᆷ (2016202010810).

1

(41706) ᄃ ᅢᄀ ᅮ ᄀ ᅪ ᆼᄋ ᅧ ᆨᄉ ᅵ ᄉ ᅥᄀ ᅮ ᄃ ᅡ ᆯᄉ ᅥᄎ ᅥ ᆫᄅ ᅩ 92, ᄃ ᅡᄋ ᅵᄐ ᅦ ᆨᄋ ᅧ ᆫᄀ ᅮᄋ ᅯ ᆫ ᄉ ᅵ ᆫᄉ ᅡ ᆼᄑ ᅮ ᆷ ᄀ ᅢᄇ ᅡ ᆯᄉ ᅦ ᆫᄐ ᅥ ᄀ ᅳᄅ ᅮ ᆸ ᄌ ᅡ ᆼ.

2

(38541) ᄀ ᅧ ᆼᄉ ᅡ ᆼᄇ ᅮ ᆨ ᄃ ᅩ ᄀ ᅧ ᆼᄉ ᅡ ᆫᄉ ᅵ ᄃ ᅢᄒ ᅡ ᆨᄅ ᅩ 280, ᄋ ᅧ ᆼᄂ ᅡ ᆷᄃ ᅢᄒ ᅡ ᆨᄀ ᅭ ᄐ ᅩ ᆼ ᄀ ᅨᄒ ᅡ ᆨᄀ ᅪ ᄀ ᅧ ᆷᄋ ᅵ ᆷᄀ ᅭᄉ ᅮ.

3

(38541) ᄀ ᅧ ᆼᄉ ᅡ ᆼᄇ ᅮ ᆨ ᄃ ᅩ ᄀ ᅧ ᆼᄉ ᅡ ᆫᄉ ᅵ ᄃ ᅢᄒ ᅡ ᆨᄅ ᅩ 280, ᄋ ᅧ ᆼᄂ ᅡ ᆷᄃ ᅢᄒ ᅡ ᆨᄀ ᅭ ᄐ ᅩ ᆼ ᄀ ᅨᄒ ᅡ ᆨᄀ ᅪ ᄉ ᅥ ᆨᄉ ᅡᄀ ᅪᄌ ᅥ ᆼ.

4

ᄀ ᅭᄉ ᅵ ᆫᄌ ᅥᄌ ᅡ: (38541) ᄀ ᅧ ᆼᄉ ᅡ ᆼᄇ ᅮ ᆨ ᄃ ᅩ ᄀ ᅧ ᆼᄉ ᅡ ᆫᄉ ᅵ ᄃ ᅢᄒ ᅡ ᆨᄅ ᅩ 280, ᄋ ᅧ ᆼᄂ ᅡ ᆷᄃ ᅢᄒ ᅡ ᆨᄀ ᅭ ᄐ ᅩ ᆼ ᄀ ᅨᄒ ᅡ ᆨᄀ ᅪ ᄀ ᅭᄉ ᅮ.

E-mail: [email protected]

저

ᆼ 프로세스는전처리, 염색, 가공, 검사 순으로 이루어지며, 염색 프로세스는염착곡선이라는 곡선 그 ᄅ

ᅢ프로 표현될수 있다. 염착곡선은염료를제직된천 (woven; 섬유물성의 사(絲)를제직(製織) 형태, ᄌ

ᅳ

ᆨ경사와 위사로 교차하여 짜여진 포(布)의 형태)에 고착시키기 위해서 염색기 작업조건 (시간-온도)을 ᄀ

ᅳ래프로 나타낸 것을 일컫는다.

시

ᆯ제 염색공장에서는 염착곡선을 참고하여 설정된 염색기의 온도와 작업시간에 따라 염색이 진행되 ᄆ

ᅧ, 염색 불량이 발생되었을 때 담당자가 재염 (다시 염색작업)을 하게 되는데 작업자의 노하우 및 개 ᄋ

ᅵᆫ적 능력에 따라 염색의 품질이 달라진다. 이러한 문제점을해결하기 위해서 염색에 중요한 공정요소 (염색기 작업조건)의 표준화가 필요한 것이다. 이러한 표준화된작업조건을만들기 위해서 실제 염색공 ᄌ

ᅡᆼ의 염색공정과정 DB (data base)를수집하여 염착곡선에 영향을미치는변수들과 그관계를연구하 ᄀ

ᅩ자 한다.

보

ᆫ 연구에서는 폴리에스테르 (polyester; 에스테르 결합을 갖는 고분자로부터 제조된섬유로서 의류 ᄉ

ᅩ재로 다양하고광범위하게 사용되고 있는섬유) 섬유 소재 물성의 천을이용한 염색 공정 데이터 (폴 ᄅ

ᅵ에스테르 소재 물성의 천의 염색은 일반적으로 래피드 염색기가활용되고 있으며, 래피드 염색기는염 새

ᆨ되는 천 중량에 따른 용수의 용량을 의미하는 욕비가 일반적으로 1:7∼1:10 정도 발생됨. 천 1kg을 ᄋ

ᅧ

ᆷ색하는데 물 7L∼10L가 소요됨. 욕비에 맞춰 셋팅 되면 열원 (스팀)을 통해 온도를상승시키며 최대 130℃까지 상승을 유지시킨 후 냉각시키고, 수세과정을 거치는 공정을 일컫음)를 수집하여 염착곡선 (천에 염료를고착시키기 위해서 염색공정별 작업패턴을 온도와 작업시간관계로 나타낸 곡선 그래프) 으

ᆯ 온도와 시간에 미치는 공정요소를함수로 사용하여 예측모형을개발하는데 목적이 있다.

2. 자료 수집 및 분석방법 ᄋ

ᅧ

ᆷ색공정과정은 통제된공간에서 소량의 천을 염색해서 얻는 실험데이터와 실제 염색공장에서 수집 ᄃ

ᅬ는 염색공정과정의 자료는차이가 크다. 실제 염색공장의 공정과정에서 수집되는데이터를이용하여 ᄑ

ᅩᆯ리에스테르 염색공정의 염착곡선 패턴 정보를 분석하고자 한다. A 업체의 래피드 염색기를사용하여 2016년 5월 1일에서 6월 30일까지의 염색과정 중 116개의 공정에서 25,419개의 데이터를수집하였다.

포

ᆯ리에스테르 천들의 염색 패턴을 분석하기 위해 측정된 총 116개 공정들의 염착패턴 그래프를이용하 ᄋ

ᅧ 공정이 정상적으로 진행되지 않은 데이터와 공정 불량 데이터는 분석에서 제외하였다. 일반적으로 ᄑ

ᅩᆯ리에스테르 섬유의 염색은 Figure 2.1과 같은패턴을갖는다. Figure 2.1은 공정별 소요시간에 따른 오

ᆫ도의 변화를나타낸 그래프이며 116개 공정들의 시간과 온도에 대한 그래프를이용하여 공정이 중단 ᄃ

ᅬ거나 정상적으로 염색이 진행되지 않은 공정을파악하였다. 또한 일반적으로 폴리에스테르 염색공정 ᄋ

ᅴ 염착곡선 패턴 그래프는염색온도가 상승하는구간, 유지하는구간, 하락하는구간으로 구성되며 상 ᄉ

ᅳ

ᆼ구간은보통 50℃∼130℃,유지 구간은 130℃ 전 후에서 유지되며 하락의 온도가 나타난다. 상승구 ᄀ

ᅡᆫ, 유지 구간, 하락 구간의 기준에 크게 차이를보이는염착곡선 패턴 그래프와 3구간으로 구분되지 않 느

ᆫ그래프를가진 공정은 분석에서 제외하였다. 그 결과 총 116개의 염색공정 데이터 중 29개의 공정이 ᄌ

ᅦ외되어 87개의 염색공정 데이터를사용하였다. 염색공정 데이터는염색시간(분)에 따라 측정되어 있 ᄋ

ᅥ 염착곡선패턴 분석을위해 염색공정 단계별로 온도1에서 온도4까지를섭씨로 기록하였다.

오

ᆫ도1은 패턴의 시작 온도, 온도2는 상승이 끝나는 온도, 온도3은 패턴의 유지가 끝나는 온도, 온 ᄃ

ᅩ4는 패턴의 하락 온도로 정의하였다. 각 염착곡선 패턴마다 온도 변화에 따라 승온시간 (tempera- ture rising time),유지시간 (maintaining time), 감온시간 (temperature falling time)를 정리하였으 ᄆ

ᅧ, 이 중 승온시간과 감온시간은 1분당 상승또는하락온도를계산하여 승온속도와 감온속도를계산하 ᄋ

ᅧᆻ으며 총소요 시간 (분)과 포속 (yd/분)을추가하였다. 염색 색상은너무 종류가 많고 다양하여 농색, ᄌ

ᅮᆼ색, 연색의 3가지 범주로 분류하였다. 농색, 중색, 연색의 분류기준은 원단 무게를감안한 염료 투입