• 한국주조공학회지
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• 제41권6호
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• pp.550-557
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• 2021

4차 산업혁명의 도래에 따라 주물공장에서도 사물인터넷(Internet of things, IoT) 기반의 공정 스마트화에 대한 관심이 높아지고 있다. 주물공장에서 자동 수집 되고 있는 공정데이터들도 일부 있으나 노후된 생산설비의 제한된 기능, 작업자 노하우 기반의 공정 설계 등의 이유로 여전히 많은 공정데이터가 수기로 관리되고 있다. 특히, 공정데이터의 빅데이터화에 대한 중요도를 인지함에도 불구하고 시스템 구축 비용 부담으로 인해 선뜻 도입을 어려워하는 기업들이 많다. 본 연구에서는 IoT 기반 디바이스를 제작하고 원심주조공정 현장에 직접 적용함으로써 제작 디바이스의 현장 활용성을 살펴보았다. 원심주조공정에 대해 취득하고자 하는 공정 인자로 작업현장의 온도 및 습도, 용탕 온도, 금형 회전속도를 선정하였다. 데이터 취득 인자별로 요구되는 상세 제품규격과 비용을 고려하여 센서를 선정하였으며, IoT 기반 디바이스 제작을 위해 무선통신이 가능한 NodeMCU 보드를 활용하여 회로를 구성하였다. 구성한 회로는 PCB 기판으로 제작하여 각 공정 인자별 디바이스의 설치 환경을 고려하여 작업 현장에 설치하였으며, 현장 실증을 통해 적용 가능성을 확인하였다. 현장 적용 이후, 작업자의 안전에 대한 만족도가 상승하였으며, 공정 관리 측면에서 효율성이 증가했음이 확인되었다. 더불어 지속적으로 데이터를 수집하면 추후 공정데이터-품질데이터의 연계가 가능할 것으로 기대된다. 본 연구에서 제작한 IoT 디바이스는 데이터 수집에 대한 적절한 신뢰도를 확보하면서도 비용이 저렴하여, 주물공장별로 현장 상황을 고려하여 도입 여부를 검토해볼 수 있을 것으로 생각된다.

• Composites Research
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• 제34권6호
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• pp.357-372
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• 2021

에너지 수확장치는 석유자원의 고갈로 인한 자원난을 해결할 수 있는 대안으로 유망하다고 알려져 있다. 기계적 움직임을 전기 에너지로 전환할 수 있는 압전 소자들의 한계(환경오염 및 낮은 기계적 특성)를 극복하기 위하여, 고분자 기지재 기반 복합재료 압전 에너지 수확장치에 대한 많은 연구들이 수행되었다. 본 논문에서는 사용된 재료 및 공정에 기초하여, 보고된 압전 복합재료의 출력 성능 및 관련된 응용 분야를 검토하였다. 압전 필러는 티탄산 지르콘산 연 및 티탄산바륨 기반의 세라믹 필러뿐만 아니라, 친환경, 생체적합성 및 유연성 측면에서 유리한 산화아연을 검토하였다. 기지재는 폴리비닐리덴플로오라이드 및 공중합체로 구성된 압전 고분자 및 에폭시 및 폴리디메틸실록산 기반의 유연한 고분자로 분류하여 복합재료의 압전 시너지 및 높은 외력 적용에 의한 압전 출력 향상을 논의하였다. 또한, 금속 혹은 탄소 소재 기반 2차 필러의 적용에 의한 복합재료의 전도성 혹은 기계적 특성의 향상이 압전 수확장치의 출력 성능에 미치는 영향을 복합재료의 구조 측면에서 검토하였다. 향상된 성능으로 소형 전자기기, 스마트 센서, 의학 분야 등에 응용 가능한 복합재료 기반 압전 수확장치는 미래의 일상에서 접할 수 있는 무선 전자 장치의 전원으로써 잠재적인 통찰을 제공할 수 있다.

• 인터넷정보학회논문지
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• 제16권2호
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• pp.49-55
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• 2015

최근 5년간의 주 야간별 교통사고 통계에 따르면 대부분의 자동차 교통사고는 주간보다 야간에 더 많이 발생했다. 교통사고는 다양한 원인으로 발생하게 되는데 그 중 중요한 요소는 조명 미설치 또는 조명 위치의 부적합으로 운전자의 시야 혼란을 야기하여 교통사고를 유발하게 된다. 본 논문은 부적절한 도로 조명 시설 위치와 미설치 구역을 파악하고 관련 정보들을 데이터베이스화 하였다. 이를 위해 운전자의 위치 정보, 주행 정보, 도로 밝기 정보를 스마트폰을 이용하여 실시간으로 데이터베이스 서버에 저장하는 도로 밝기 측정 어플리케이션을 설계 및 구현하였다. 본 어플리케이션은 안드로이드 NDK을 이용하여 Native C/C++ 환경에서 구현되었으며, 이에 따라 자바나 다른 언어로 작성된 어플리케이션 보다 연산속도를 향상시켰다. 도로 밝기를 측정하기 위하여 카메라 영상인 RGB 색 공간의 영상을 YCbCr 색 공간의 영상으로 변환하여 휘도를 측정한다. 이를 위해 먼저 차선을 검출하고 도로 밝기 검출 영역의 휘도 값을 계산하여 데이터베이스에 저장한다. 또한 스마트폰의 카메라를 이용하여 실시간으로 도로의 영상을 입력 받고 도로의 차선부분에 대한 관심영역을 지정하여 연산 속도를 향상시켰다. 관심영역의 영상은 Grayscale 영상으로 변환하고 Canny 에지 검출기를 사용하여 외곽선을 추출하고 Hough line transform을 적용하여 차선의 후보군을 선별한다. 선별된 후보 차선의 기울기를 계산하여 양쪽의 차선을 선정한다. 양쪽 차선이 검출되면 차선의 교차점으로부터 아래로 20픽셀의 높이를 가진 삼각형을 도로 밝기 측정범위로 설정한다. 삼각형 부분의 모든 픽셀에 대한 R, G, B값을 추출하여 Y값을 계산하고 픽셀 밝기 값의 평균을 0부터 100사이의 값으로 계산하여 검은색부터 초록색으로 도로의 밝기를 표현하였다. 계산된 60m 전방의 도로 밝기 값은 스마트폰의 GPS 센서를 통해 측정된 운전자의 주행 정보와 위치 정보를 획득하여 10분 간격으로 무선통신을 통해 데이터베이스 서버에 저장하였다. 향후 수집된 도로 밝기 정보들은 스마트폰 어플리케이션이나 차량 내비게이션을 통해 운전자들에게 조심 운전을 경고하거나 효율적인 도로 조명 관리를 위한 개보수 계획에 반영될 수 있을 것으로 기대된다.

• 한국식품영양과학회지
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• 제42권3호
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• pp.464-477
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• 2013

대부분의 외식산업은 생산 품목, 생산 방법, 생산 기술, 대상자들이 제조가공업체와는 매우 다르고 생산량, 취급인원, 영업규모등도 학교나 병원급식과는 여러 요소의 차이점을 가지고 있다. 본 연구는 소규모 외식업체에서 HACCP 시스템 적용을 위하여 종사자 대상 위생교육과 도입 전후의 미생물 분석과 시스템 도입에 따른 유의성 평가와 평가항목별 상관관계를 분석하였다. 또한 USN를 구축하여 도입 전후의 시간-온도관리 분석을 시행하여 효율성을 평가하였다. 위생교육 전후 조리 종사자의 위생업무 지식에 관한 평가 결과 개인위생, 식품의 공급 및 저장, 식품의 취급 및 배식, 기구의 세척 및 소독에서 유의적인 차이가 있었다. 또한 위생교육 전후 조리 종사자의 수행도에 관한 평가결과 식품의 취급 및 배식, 기구의 세척 및 소독, 작업 환경관리 영역에서 유의적으로 상승한 결과를 보였다. 조리 종사자의 교육 전후의 위생지식 결과는 개인위생(p<0.05), 식품의 공급 및 저장(p<0.05), 식품의 취급 및 배식(p<0.05), 기구의 세척 및 소독 영역(p<0.05)에서 유의적인 차이를 보였다. 모든 항목에서 정답률이 상승하였고 전체 문항에 대한 정답률은 교육 전 75%에서 교육 후 90%로 향상되었다. 조리 종사자의 위생업무에 대한 수행도 결과는 식품의 취급 및 배식(p<0.05), 기구의 세척 및 소독(p<0.05), 작업 환경관리 영역(p<0.05)과 총 점수에서 유의적인 차이를 보였다. HACCP 도입 전후의 소독에 따른 양상추 샐러드 미생물 품질분석 결과는 소독전 일반세균이 양상추 원재료 4.80 logCFU/g에서 소독 후 2.41 logCFU/g으로, 라디치오는 원재료 4.15 logCFU/g에서 소독 후 2.48 logCFU/g으로, 토마토는 원재료 4.10 logCFU/g에서 소독 후 평균 1.68 logCFU/g으로 나타나 중요관리점인 세척 시 소독을 통해 미생물 수치가 감소되었다. 멸치와 꽈리고추의 미생물적 품질결과는 원재료의 일반세균수는 각각 4.52 logCFU/g, 5.72 logCFU/g으로 나타났고, 볶았을 때 멸치는 2.07 logCFU/g, 꽈리고추는 1.50 logCFU/g으로 낮아졌다. 가열 공정 후 대장균군과 장내세균은 검출되지 않았다. 하지만 멸치꽈리볶음의 생산 공정은 재료별로 따로 볶아 버무리는 공정이 있어 최종식품에는 일반세균 4.33 logCFU/g, 대장균군 0.71 logCFU/g, 장내세균 1.65 logCFU/g, 황색포도상구균이 1.27 logCFU/g으로 검출되었다. 숙주나물의 미생물 분석 결과는 조리단계 및 배식단계에서 각각 4.20 logCFU/g, 4.68 logCFU/g의 높은 수치를 나타냈으나, 적용 후의 조리단계 및 배식단계에서는 각각 3.26 logCFU/g, 3.34 logCFU/g으로 나타났다. 숙주나물 및 잡채의 후처리 작업시 HACCP 적용 전 종사자 손의 일반세균수는 평균 5.90~5.99 logCFU/hand에서 적용 후 평균 0~2.30 logCFU/hand로 나타났다. 가열조리 후처리 공정에서는 교차오염을 줄이기 위하여 종사원의 손의 위생적인 관리가 필수적인 것으로 사료된다. 도입 전과 도입 후 2개월 시점의 조리 종사자의 위생지식점수 차이, 위생수행도 차이, 양상추 샐러드와 조리 종사자 손의 미생물적 품질 개선효과 간의 상관관계를 구하였다. 위생수행도의 변화와 양상추 샐러드의 미생물적 품질 개선 효과는 유의한 양의 상관관계(p<0.01)를 보여 위생 수행도가 높아질수록 식품의 미생물적 품질이 개선될 수 있다는 것을 보여주었다. 위생지식의 변화와 조리 종사자 손의 미생물 변화가 유의한 양의 상관관계(p<0.05)가 있었다. u-HACCP 시스템 도입 전후 온도관리에서의 3가지(온도측정의 정확성, 온도관리 효율성, 온도범위의 안정성)를 평가하였는데, 도입 전에는 업무시간에 냉장고 $5^{\circ}C$ 이하, 냉동고 $-18^{\circ}C$ 이하, 온장고 $57^{\circ}C$ 이상의 기준이 지켜지지 않은 것을 발견할 수 있었다. 하지만 도입 후 냉장고, 온장고, 식기세척기마다 자동경보로 위생 사고를 예방하였고 실시간 상황모니터가 설치되어 있어 HACCP 업무가 대폭 간소화 되었으며, 무엇보다 지속적인 위생교육으로 인해 직원들의 위험온도($5^{\circ}C{\sim}57^{\circ}C$)에 대한 이해도가 높아져 냉장, 냉동, 온장고의 기준온도의 준수율이 상승되었다. 따라서 유비쿼터스 센서 온도계를 이용하여 검수, 가공, 보존, 조리, 유통 등 각 단계별로 자동 모니터링이 가능해 잠재적 위험요소를 사전에 관리자에게 통보해 줌으로써 식품의 위생안전성을 확보할 수 있고, 무선 센서 네트워크의 특징을 이용하여 식재료 안전 관리 시스템에 적용할 경우 24시간 모니터링이 가능하여 신속한 개선조치와 이력 관리 모니터링을 통한 신뢰성 있는 품질경영 시스템을 구축할 수 있을 것으로 사료된다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2014년도 제46회 동계 정기학술대회 초록집
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• pp.476-476
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• 2014

서론: 저 전력 소모를 필요로 하는 무선 센서 네트워크 관련 기술의 급격한 발달과 함께 자체 전력 수급을 위한 진동 에너지 수확 기술에 대한 연구가 활발히 이루어지고 있다. 다양한 구조와 소재를 압전 외팔보에 적용하여 제안하고 있다. 그 중에서도 진동 기반의 에너지 수확 소자는 주변 환경에서 쉽게 진동을 얻을 수 있고, 높은 에너지 밀도와 제작 방법이 간단하다는 장점을 가지고 있어 많은 분야에 응용 및 적용 가능하다. 기존 연구에서는 2차원적으로 진동 에너지 수확을 위한 휜 구조의 압전 외팔보를 제안 하였다. 휜 구조를 갖는 압전 외팔보는 각각의 짧은 두 개의 평평한 외팔보가 일렬로 연결된 것으로 볼 수 있다. 하나의 짧고 평평한 외팔보는 진동이 가해지면 접선 방향으로 응력이 생겨 최대 휨 모멘텀을 갖게 된다. 그러므로 휜 구조를 갖는 외팔보는 진동이 인가됨에 따라 길이 방향과 수직 방향으로 진동한다. 하지만, 이 구조는 수평 방향으로 가해지는 진동에 대한 에너지를 수확하기에는 한계점을 가진다. 즉, 3축 방향에서 임의의 방향에서 진동 에너지를 수확하기는 어렵다. 본 연구에서는 3축 방향에서 에너지를 효율적으로 수확할 수 있도록 헤어-셀 구조의 압전 외팔보 에너지 수확소자를 제안한다. 제안된 소자는 길이 방향과 수직 방향뿐만 아니라 수평 방향으로도 진동하여 임의의 방향에서 진동 에너지를 수확할 수 있다. 구성 및 공정: 제안하는 소자는 3축 방향에서 임의의 진동을 수확하기 위해서 길이를 길게 늘이고 길이 방향을 따라 휘어지는 구조의 헤어-셀 구조로 제작하였다. 외팔보의 구조는 외팔보의 폭 대비 길이의 비가 충분히 클 때, 추가적인 자유도를 얻을 수 있다. 그러므로 헤어-셀 구조의 에너지 수확 소자는 기본적인 길이 방향, 수직방향 그리고 수평방향에 더불어 추가적으로 뒤틀리는 방향을 통해서 3차원적으로 임의의 주변 진동 에너지를 수확하여 전기적인 에너지로 생성시킬 수 있다. 제작된 소자는 높은 종횡비를 갖는 무게 추($500{\times}15{\times}22{\mu}m3$)와 길이 방향으로 길게 휜 압전 외팔보($1000{\times}15{\times}1.7{\mu}m3$)로 구성되어있다. 공정 과정은 다음과 같다. 먼저, 실리콘 웨이퍼 위에 탄성층을 형성하기 위해 LPCVD SiNx를 $0.8{\mu}m$와 LTO $0.2{\mu}m$를 증착 후, 각각 $0.03{\mu}m$과 $0.12{\mu}m$의 두께를 갖는 Ti와 Pt을 하부 전극으로 스퍼터링한다. 그리고 Pb(Zr0.52Ti0.48)O3 박막을 $0.35{\mu}m$ 두께로 졸겔법을 이용하여 증착하고 상부 Pt층을 두께 $0.1{\mu}m$로 순차적으로 스퍼터링하여 형성한다. 상/하부 전극은 ICP(Inductively Coupled Plasma)를 이용해 건식 식각으로 패턴을 형성한다. PZT 층과 무게 추 사이의 보호막을 씌우기 위해 $0.2{\mu}m$의 Si3N4 박막이 PECVD 공정법으로 증착되고, RIE로 패턴을 형성된다. Ti/Au ($0.03/0.35{\mu}m$)이 E-beam으로 증착되고 lift-off를 통해서 패턴을 형성함으로써 전극 본딩을 위한 패드를 만든다. 초반에 형성한 실리콘 웨이퍼 위의 SiNx/LTO 층은 RIE로 외팔보 구조를 형성한다. 이후에 진행될 도금 공정을 위해서 희생층으로는 감광액이 사용되고, 씨드층으로는 Ti/Cu ($0.03/0.15{\mu}m$) 박막이 스퍼터링 된다. 도금 형성층을 위해 감광액을 패턴화하고, Ni0.8Fe0.2 ($22{\mu}m$)층으로 도금함으로써 외팔보 끝에 무게 추를 만든다. 마지막으로, 압전 외팔보 소자는 XeF2 식각법을 통해 제작된다. 제작된 소자는 소자의 여러 층 사이의 고유한 응력 차에 의해 휨 변형이 생긴다. 실험 방법 및 측정 결과: 제작된 소자의 성능을 확인하기 위하여 일정한 가속도 50 m/s2로 3축 방향에 따라 입력 주파수를 변화시키면서 출력 전압을 측정하였다. 먼저, 소자의 기본적인 공진 주파수를 얻기 위하여 수직 방향으로 진동을 인가하여 주파수를 변화시켰다. 그 때에 공진 주파수는 116 Hz를 가지며, 최대 출력 전압은 15 mV로 측정되었다. 3축 방향에서 진동 에너지 수확이 가능하다는 것을 확인하기 위하여 제작된 소자를 길이 방향과 수평 방향으로 가진기에 장착한 후, 기본 공진 주파수에서의 출력 전압을 측정하였다. 진동이 길이방향으로 가해졌을 때에는 33 mV, 수평방향으로 진동이 인가되는 경우에는 10 mV의 최대 출력 전압을 갖는다. 제안하는 소자가 수 mV의 적은 전압은 출력해내더라도 소자는 진동이 인가되는 각도에 영향 받지 않고, 3축 방향에서 진동 에너지를 수확하여 전기에너지로 얻을 수 있다. 결론: 제안된 소자는 3축 방향에서 진동 에너지를 수확할 수 있는 에너지 수확 소자를 제안하였다. 외팔보의 구조를 헤어-셀 구조로 길고 휘어지게 제작함으로써 기본적인 길이 방향, 수직방향 그리고 수평방향에 더불어 추가적으로 뒤틀리는 방향에서 출력 전압을 얻을 수 있다. 미소 전력원으로 실용적인 사용을 위해서 무게추가 더 무거워지고, PZT 박막이 더 두꺼워진다면 소자의 성능이 향상되어 높은 출력 전압을 얻을 수 있을 것이라 기대한다.