제조 기술의 고도화가 이루어진 현 시점에서, 제품의 설계방식도 단순구조설계가 아닌 최적설계를 통해 제품의 경제성과 안정성을 동시에 획득하고 있다. 본 논문에서는 인장, 압축, 비틀림과 같은 다양한 힘을 받는 자전거의 크랭크 암에 대해 최적 설계를 진행하였고, EDISON의 Plastic Deformation with Damage Mechanism Analysis SW 프로그램을 통해 유한 요소 해석을 수행했다. 해석은 크랭크암 내부에 응력 값이 가장 높은 $90^{\circ}$를 경계조건으로 표면 응력을 고려한 구조, 내부 응력을 고려한 구조, 트러스를 적용한 구조와 MATLAB을 통해 위상최적화 후 추가적으로 형상을 최적화한 구조를 설계했다. 끝으로 경제성과 안정성을 판단하는 기준으로 각각의 질량 대비 강성을 확인하여 최적의 형상을 제시하였다.
반도체 CAD기술과 제조기술의 발전으로 인하여 반도체 집적도가 2001년 2002년 각각 0.35, 0.25마이크론 등으로 급속도로 증가하게 되었으며 이러한 집적토의 향상은 기대치 이상의 시스템 성능 향상을 이룩할 수가 있었다. 그러나 피할 수 없는 제조 공정의 변화와 불완전성으로 인하여 칩 크기에 제한이 따르게 되며 그 이상의 크기에서는 상용화가 불가능할 정도로 수율(Yield)이 현저하게 감소하게 된다. 기존의 대부분 연구가 반도체의 생산 공정의 관점에서 준비되어 활용되는 통계 자료에 근거한 경험의 축적이었다. 그런 연유로, 단지 반도체 생산 부분의 자료에만 치중하다보니 실지 반도체 수율에 가장 큰 영향의 요소인 랜덤 디펙트(random defect) 수율을 고려하지 못하는 치명적인 결점이 있다. 본 연구는 반도체 수율 분석과 수율을 증진시키기 위하여 설계된 도면 중 레이아웃에 해당하는 도면을 입력으로 하여, 반도체 생산 설비 즉 공정의 상태나 변수를 모델링하여 이를 수율 예측을 위한 기분 자료로 사용한다. 즉, 설계 단계에서 수율을 예측함으로써 과거 64M DRAM의 초기 단계에서의 수율과 같은 문제점을 해결할 수 있는 방안을 제시할 뿐 아니라, 비 메모리 칩의 수율을 설계단계에서 제공하는 역할을 한다.
본 연구는 제조기업에서 업무 상 비용절감과 처리속도를 빠르게 할뿐만 아니라, 향후 업무환경 변화에 능동적으로 대처할 수 있는 통합 경영관리시스템을 설계하는 데 있다. 현재 판매되고 있는 범용 경영관리시스템은 많은 추가적인 노력없이는 각 기업의 고유업무를 반영하는 데에 한계점이 있으므로, 본 연구에서는 예측생산 및 주문생산 전략을 동시에 가지는 자동차부품 제조업체를 대상업체로 선정하여 해당업체의 업무에 특화하여 경영관리시스템을 설계하였다. 시스템설계는 전체 시스템의 각 기능 모듈에 대하여 불필요한 업무처리의 발생을 줄이기 위한 장치를 추가함으로써 제품원가에 반영되는 제조 간접비의 발생을 최소화하도록 하였다. 또한 구축될 시스템에 현장상황이 적시에 반영되어 시스템의 출력이 실효성을 가질 수 있도록 하기 위해 각 기능 모듈간의 연계성을 고려하였으며 현장상황을 관찰하는 모니터링 모듈과 각 기능모듈간의 데이터 흐름을 원활히 할 수 있도록 시스템을 설계하였다.
PPLP를 절연지로 사용하는 OF 케이블 절연지의 팽윤 특성은 전력 케이블 절연특성에 크게 영향을 줄 뿐만 아니라, 케이블 제조나 운전시에도 영향을 미치므로 매우 중요한 설계 관리 요소이다. 특히 PPLP 케이블 제조시 PPLP의 팽윤 정도에 따라 지권장력의 설정이 달라지므로 반드시 고려해야만 한다. 기존의 일반적인 Kraft지를 절연지로 사용하는 OF 케이블의 경우는 팽윤 현상이 거의 없어 지권장력 설정시 이를 고려하지 않아도 되지만, PPLP는 이를 고려하지 않고 지권을 찬다면 케이블 제조 후 절연지의 끊어짐 현상, 절연층의 butt-gap 현상 둥 Polypropylene laminated paper를 절연지로 사용하는 케이블의 경우, 팽윤 현상의 발생으로 인해 절연파괴가 일어날 수 있다. 그러나 PPLP 절연지를 사용하는 이유는 케이블의 장거리 운전시 기존 Kraft지를 사용했을 때 보다 유전손실이 더 개선될 뿐만 아니라 절연체의 두께를 저감하여 포설이 용이하기 때문이다. 이에 본 논문에서는 PPLP에서 고분자의 팽윤이 일어나는 정도에 따라 결정화도의 변화와 전기적인 성능(체적저항, AC 파괴)과의 연관성을 검토하였다.
[ $SiC_f/SiC$ ] 복합체는 고온에서 우수한 특성을 지니므로 고온 구조용 재료로 적용 가능성이 증대되고 있다. 우수한 SiC 섬유의 개발과 함께 복합체를 제조하는 공정의 기술적인 진보도 이루어졌지만 경제성 측면에서는 아직도 일반산업에 널리 이용되기에는 제약이 있다. 그러나 효율성과 안정성을 증진시키기 위하여 시스템의 운전조건이 고온의 극한환경까지도 고려되는 현 상황에서 $SiC_f/SiC$ 복합체의 중요성은 증대되고 있다. 향후 경제성이 향상된 공정개발, 고온 물성 및 성능 자료의 확보, 시스템 및 재료 설계를 위한 코드와 모델 개발 등이 진행되면, 가까운 미래에 에너지 산업, 항공 우주산업 등을 시작으로 그 적용 영역이 확대될 수 있으리라 기대된다.
본 논문에서는 헬리콥터 착륙장치를 위한 복합재료 토크링크를 개발하기 위한 설계 기법을 제시하였다. 복합재 토크링크는 헬리콥터 착륙장치의 충격흡수부의 정렬을 위해 장착되는 장치로서 가벼우면서도 강성이 커서 외부하중에 대해 최소의 변형량을 가져야 한다. 또 가격적인 측면을 고려한 복합재 구조물 제조 공정(RTM: 수지충전공정)이 반영되어 대량생산이 가능한 구조 및 형태를 가져야 한다. 본 논문에서는 복합재 구조물 제조 공정과 동일한 공정으로 시편을 제작하여 설계에 필요한 기계적 특성을 얻었으며, 유한요소해석을 통하여 복합재 토크링크에 대한 최적 형상설계를 수행하였다. Lug 형태를 가지는 두꺼운 복합재료 구조물인 복합재료 토크링크의 설계를 위해서는 ABAQUS의 3D Layered Solid 요소로 구성된 유한요소모델을 활용하여 복합재료의 두께방향을 포함한 강도해석을 수행하였으며, Rigid-Deform 구속조건의 접촉문제를 고려한 비선형 정적 해석을 반복적으로 수행하여 주어진 정강도 요구조건을 만족시키는 복합재 토크링크를 설계하였다.
현재 널리 활용되고 있는 프로세스 설계방법론은 생산의 효율성이나 재고 혹은 리드타임 중심으로 설계되어 있기 때문에 설비에 대한 비용은 적절히 반영하기 어렵다. 본 논문에서는 TOC(Theory of Constraints)와 공정기준원가(Process_Based Cost)를 적용하여 설비비용과 생산리드타임, 재고 등을 동시에 고려할 수 있는 프로세스 설계방법론과 원가구조를 제시하였다. 이 논문의 결과로 복잡한 공정에서 CCR을 찾아내는 노력을 대폭 감소시킬 수 있으며 동시에 제품의 제조비용을 감소시킬 수 있을 것으로 기대된다.
현재 선진국에서는 전자기기에서 복사되는 전자파 및 이에 노출되었을 때의 내성에 대해서 동시에 규제하고 있다. 따라서 전자기기에서 사용하는 신호의 주파수가 점점 높아지고 회로가 집적화되므로 회로설계에 포함되지 않는 기생 소자의 영향도 연구되어져야 한다. 그러므로 이러한 조건을 모두 고려하여 초고주파 회로를 완전하게 설계제작할 수 있다면 이는 이상적인 기술이라 할 수 있을 것이다. 이것을 이루려면 많은 시간 동안의 연구와 분석을 통해 최종 생산물이 되기까지 대단한 노력이 요구된다. 본문에서는 초고주파 인쇄 회로 기판을 설계할 때 고려해야 할 점, 즉, 유전율 및 유전체의 두께, 소자 실장, 접지면 부착 및 회로의 패키지화에 관해서 소개하고자 한다.
기존 연구에서는 단일 타겟으로부터 증착된 코팅층 내에 다상으로 이루어진 나노 복합구조를 형성하기 위하여, 나노 합금분말을 방전플라즈마 소결법 등으로 급속 소결하여 타겟을 제조하는 방법이 고려되어 왔다. 반면, 비정질 재료가 우수한 비정질 형성능을 가지는 경우 주조 방법에 의해서도 타겟 제조가 가능하며, 특히 최근 들어 금속 비정질 합금에서 합금의 주요 구성 원소들이 양의 혼합열을 가지는 경우, 액상 또는 과냉각 액상에서 상분리 현상이 발생한다는 것이 밝혀졌다. 이러한 사실에 기초하면, 우수한 비정질 형성능을 가지는 합금 시스템에 합금 구성 원소와 양의 혼합열 관계를 갖는 원소를 첨가함으로써, 비정질 기지 내에 화학적 불균일성을 유도하여 다상으로 이루어진 복합 구조를 형성시키는 것이 가능하다. 본 연구에서는 이러한 합금 설계법을 이용하여, 비정질 기지 내에 존재할 수 있는 불균일성 정도를 합금 조성과 주조 조건의 변화를 통하여 나노 크기에서 원자 크기까지 조절하고, 이에 따른 재료 특성과의 상관관계를 밝히고자 하였다. 이를 위하여 우수한 비정질 형성능을 가지는 Cu-(Zr, Hf)-Al 벌크 비정질 합금계에서 (Zr, Hf)과 (Y, Gd)간의 양의 혼합열 관계에 주목하여 Cu-(Zr, Hf)-(Y, Gd)-Al 벌크 비정질 형성 합금계를 설계하였으며, 이 합금계 내에서 조성과 냉각속도의 조절에 따라 나타나는 불균일성의 정도와 특성변화의 영향을 체계적으로 고찰하였다. 결과로서, Cu-(Zr, Hf)-Al 합금계에서 (Zr, Hf)을 (Y, Gd)으로 15 at.% 이상 치환한 경우, Cu-(Zr, Hf)-rich 와 Cu-(Y, Gd)-rich 비정질상으로 이상분리가 일어났으며, 이렇게 생성된 비정질-비정질 복합재는 응력 하에서 소성 변형을 거의 보이지 않았다. 반면, 5 at.% 이하로 (Zr, Hf)을 (Y, Gd)으로 치환한 경우에는 비정질 기지에 SAXS 혹은 WAXS로 확인 가능한 원자 크기의 불균일성이 나타났으며, 이 경우 비정질 합금의 점성 유동의 변화를 통해 합금의 연신 특성이 향상되었다. 특히, 본 연구에서는 비정질 기지내 불균일 제어를 통한 기계적 특성 향상을 위해서 조성 제어뿐 아니라 동역학적인 요소를 고려한 냉각속도 조절을 통한 원자단위 불균일성의 최적화가 필요함을 규명하였다. 이러한 연구 결과는 분말화 및 소결 과정을 배제하고 제조된 단일 타겟을 통해 코팅층에 다수의 합금원소를 혼합하고 나노/원자 스케일의 복합구조 형성 및 고집적화가 가능한, 타겟 모물질 설계의 새로운 방향을 제시함으로써 다기능성 복합소재 코팅층의 연구에 크게 기여할 것으로 사료된다.
본 연구는 공급사슬관리하에서 부품 및 원재료 공급기업에서 고객기업인 제조기업의 주문 사항과 공급기업내 생산관련 제약사항을 동시에 고려하여 최적의 생산 체제를 구축할 수 있는 방법론을 제시한다. 본 연구에서는 수주 및 비용 데이터베이스로부터 주문 및 생산관련 데이터를 SOM 신경망분석을 통해 그룹핑하고 고객기업군별로 특성분석을 통해 이에 맞는 생산체제를 구축할 것을 제안하였다. 공급사슬관리 환경하에서 원재료/부품 공급기업이 고객기업의 주문 요구와 내부 생산상의 제약을 동시에 고려함으로써 SCM 적용 성과를 극대화할 수 있다는 점에서 본 연구는 의미가 있다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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