계공학 실험교육 기자재 설계’라는 주제에 대하여 전국에서 37팀이 참여하였는데 그 중 대표적인 작품을 소개한 다. 향후 본 행사를 확대 발전시켜서 한국의 기계공학 설계교육에 이바지 하고자 한다.
경진대회의 목적 및 주제
대한기계학회 교육부문에서는 2011년도 사업으로 서 제1회 전국 대학생설계 경진대회를 개최하였다. 이 사업의 목적은 한국의 기계공학 관련 학과의 대학생 들에게 설계 프로세스 전반에 대한 이해를 증진시키 고 설계 능력 및 창의성을 배양하는 데 있다. 따라서 참여대상으로는 기계산업 및 기계기술과 관련있는 대 학생 및 대학원생이며 이들은 2인 이상 6인 이하의 팀 으로 구성되어 지도교수의 지도를 받아서 설계과제를 수행한다.
제1회 경진대회의 주제는“기계공학 실험교육 기자 재 설계”로 정하였다. 이는 학생들에게 기계공학의 중 요한 원리를 이해하고, 이를 적용하여 실험기자재를 설계하도록 함으로써 설계프로세스에 대한 이해와 설 계능력을 증진시키고자 했다. 또한 팀 활동과 보고서 작성, 그리고 시작품 제작과 최종 발표 등을 수행함으 로써 설계활동에 수반되는 다양한 활동을 경험하게 하였다.
경진대회 진행 일정
경진대회는 다음의 일정에 따라 진행되었다.
1) 설계주제 공지 : 기계공학 실험교육 기자재 설계
2) 설계제안서 제출
2)
경진대회 참가희망자들은 2011년 3월 31일까지 설계 제안서를 표지 포함 10장 이내로 간략하게 설계 목적 등을 기술하여 제출하도록 하였다. 설 계제안서는 그림 1과 같은 양식이 제공되어 이에 맞춰 작성하도록 하였다.
(2)
- 표지 : 대한기계학회 전국 대학생설계 경진대 회, 설계 프로젝트 제목, 분야(전공별 분 야 또는 다학제간 융합) 기재요망
(2)- 본문 : 설계의 총체적 목적, 배경, 예상되는 성
공도 평가기준 및 제약조건 등을 포함한 개략적 제안 내용(글, 그림, 사진 등)
(2)표 1은 제출된 설계제안서의 주제 리스트이다.3) 중간보고서
설계제안서를 제출한 후 3개월 후인 2011년 6월 30
일에 그림 2에 주어진 것처럼 중간보고서를 제출하도 록 하였다. 중간보고서는 경진대회 운영위원들에 의 하여 서류 평가를 실시한 후 7월 초에 합격자 통보를 하였다.
4) 최종보고서 평가 (1) 서류평가
최종보고서는 자유 양식으로 제출되었으며 평가기 준으로는 창의성(30%), 실용성(20%), 설계과정(20%),
그림 1설계제안서 양식
기둥을 타고 오르며 촬영하는 무인감지카메라를 탑재한 로봇 3D시뮬레이션을 이용한 변속기설계 및 실험
전기전도도 측정을 통한 열전전도 측정기기 설계 교육용 풍동의 설계 및 제작
교육용 직렬식 하이브리드 시스템 조립식 정하중 구조역학 실험장치 풍력기어 실험장치설계 전자현미경 장착장치 공차 측정 및 실험세트(교육용) 나사풀림 시험기
태양열 온수가열 시험기 3차원 통합시험기 Casting Master
예인수조용 Tomographic 입자영상 유속계 Instrumented drop tower design 고정식 핸드드릴
유압시스템 실험기자재 설계 발란싱 머신
외부조건에 따른 유체의 상태변화 측정
전자기유도와 패러데이 법칙을 이용한 모터제어 임피던스 가시화 실험 대류열전달 실험장치
6축 다관절로봇암
유성기어를 이용한 동역학적 해석 차압식 유량계 실험장치
진공청소기를 이용한 유체유동 실험 교육을 위한 기어동력전달 실험 종합 파이프 내 유동실험 장치 유연한 주조공정 시스템
관내 유속분포 측정장치 자동화에 대한 설계 납줄 크리프 시험기제작(Creep Pb Test) 분실방지용 책상
Tilting 기구를 채용한 운송기구 심장박동수를 이용한 졸음운전방지기 차토바이(차+오토바이)
교보재용 초소형 인장시험기 개발 표 12011년도 경진대회에 신청된 설계제안서의 주제
완성도(30%)를 적용하였다.
(2) 발표 및 전시회
최종보고서 서류 평가를 통과한 설계팀은 11월에 개최된 대한기계학회 추계학술대회 기간에 프로젝트 발표 및 전시회를 통하여 평가되어 최종 수상자가 결 정되었다. 시상식은 프로젝트 발표 및 전시회 당일 실 시되었다.
수상내역은 대상 1팀, 금상 1팀, 은상 2팀 이내, 동 상 3팀 이내에게 상장과 상금이 수여되었다. 또한 지 도자 상과 포스터 상이 수여되었다. 최종 발표 때는 설계 시작품을 제작하도록 하였는데, 이는 시작품 제 작이 설계를 구체화하는 설계과정의 일부분이기 때문 이며, 완성된 시작품은 설계의 원리를 잘 설명할 수 있 기 때문이다. 시작품 제작비는 지원되지 않기 때문에 평가 시 시작품의 완성도보다는 공학적 이론이 잘 적 용 되었는지와 공학설계과정을 잘 따랐는지, 창의성 의 정도 등이 더욱 중요한 평가 내용이 된다. 시작품 은 원리를 잘 설명해줄 수 있는 정도의 수준이면 되었 다. 2011 대한기계학회 추계학술대회 전시회에서 포
스터 평가와 더불어 설계의 목적과 핵심 설계내용에 대한 구두발표 평가를 통해 최종 수상팀을 결정하였 다.
주요 수상 설계 사례
1) 교보재용 인장시험기 개발
서울과학기술대학교의 학생 설계팀이 제작한 교보 재용 초소형 인장시험기로서 이동이 가능하여 강의실 에서 직접 작동시킴으로써 기계재료의 응력-변형률 관계에 대한 효율적인 교육을 목표로 하고 있다. 즉, 그림 3에 주어진 것처럼 모터, 볼 스크류, 로드셀, 변 위계, 컨트롤박스의 주요 핵심 부품을 기반으로 탁상 용 초소형 인장시험기를 개발하였으며, LabVIEW 인 터페이스를 이용한 실험을 통해 바로 응력-변형률 선 도를 얻을 수 있어 교육효과가 배가된다.
2) 공차교육을 위한 실험세트
기계공학 전공학생이라면 누구나 학습하게 되는 기 하공차 및 치수공차에 대한 교육이 이론적으로만 이
그림 2중간보고서 양식
뤄지고 있어 개념에 대한 정확한 이해 및 실무에서의 적극적 활용이 어려운 상황으로 안동대학교 학생 설 계팀은 치수공차 및 기하공차 측정을 직접 수행함으 로써 공차에 대한 이해도 향상과 공학적 감각능력을 기르고 도면 파악 능력의 증진을 위해 공차교육을 위 한 실험세트 기자재의 설계 및 제작을 수행하였다. 그 림 4에 주어진 프로토타입을 통해 직진도, 진원도, 직 각도, 평행도, 원주흔들림, 온흔들림 등 다양한 공차를 측정함으로써 공차교육의 효율성을 배가시킨다.
3) 교육용 풍동의 설계 및 제작 기계공학 전공교육에서 필수적인 풍 동실험장치의 경우 대형으로 큰 장소가 필요하고 손쉬운 조작이 불가능하다.
또한, 내부가 보이지 않아 유체 유동의 거동 관찰이 불가능하다. 이에 창원대 학교 학생설계팀은 투명아크릴을 이용 한 탁상용 소형 풍동실험장치의 설계 및 제작을 수행하여 다양한 유체역학 실험 을 가능하게 함으로써 유동 현상에 대한 효과적인 이해를 증진하는 교육효과를 제고하고자 하였다. 그림 5는 개발된 풍 동실험장치 및 활용 사례를 보여주고 있 다.
4) 교육용 직렬식 하이브리드 시스템 미래 자동차 산업의 핵심 기술인 하이브리드 기술 과 전기구동 시스템에 대한 기초적 이해를 증진시키 기 위해 한국기술교육대학교 학생설계팀이 교육용 직 렬식 하이브리드 시스템의 설계 및 제작을 수행하였 다. 본 시스템을 통해 초소형 가솔린 엔진의 동력과 전기 모터의 동력을 하나의 출력으로 도출시키는 원 리를 학습할 수 있으며, 전기 에너지가 축적되고 이를 사용하고자 할 때 동력으로 변환시켜 사용할 수 있게
그림 3초소형 탁상용 인장시험기 및 실험측정 프런트패널 인터페이스
그림 4공차교육을 위한 실험세트
그림 5교육용 풍동 및 활용 사례
되는 과정과 원리를 학습할 수 있다. 그림 6에 교육용 직렬식 하이브리드 시스템의 3차원 모델링 및 프로토 타입 사진이 주어져 있다.
5) 6축 다관절 로봇
한국기술교육대학교의 학생설계팀은 다양한 분야 에서 적용이 가능한 로봇 암(robot arm)에 대한 기구 학적 작동 원리를 교육시키고 작동을 위해 사용되는 프로그램에 대한 교육을 위해 탁상용 6축 다관절 로봇 암 시스템을 설계 및 제작하였다. 그림 7에 주어진 시 스템을 통해 기초적인 기구학적 원리에 대한 교육 및 마이크로프로세서 기반 RC서보모터제어, 아날로그/
디지털 변환 프로그래밍 교육이 가능하고, 또한 모션 캡쳐(기계식)에 대한 체험교육을 실시할 수 있다.
맺음말
제1회 전국 대학생 설계경진대회는 처음 실시한 경 진대회지만 참여율이나 호응도가 높았다. 특히 주제 를 기계공학 실험기자재 설계로 제시함으로써 기계공 학 전공학생들의 관심도 높이고 실제 교육현장에 적 용할 수 있는 실용성이 있는 결과물도 만들어졌다. 향 후에는 참여팀을 더욱 확대하고 충분한 예산을 확보 하여 더욱 내실있는 결과물을 제작하는 데 도움이 되 도록 해야겠다. 대상 및 금상 수상팀을 일본에 파견하 여 학생 설계 프로그림의 국제적인 교류를 도모하였 으며, 추후 좀더 다양한 해외 학회와의 교류를 통해 본 설계 경진대회의 국제적 위상을 제고하고자 한다.
그림 6교육용 직렬식 하이브리드 시스템의 3차원 모델링 및 프로토타입
그림 76축 다관절 로봇 암 프로토타입 및 전체 구성도
