DED 공정을 이용한 AISI 1045 기저부위 AISI 1045 분말 대체적 적층시 적층부와 기저부 형상이 적층부 인근 열-기계 특성에 미치는 영향 고찰

임성훈 조선대학교 대학원 2023 국내석사

Recently, due to environmental and resource depletion concerns, researchers around the globe are actively involved in research and development of new methodologies to reduce impact of industrial activities on environment. The interest in the field of additive manufacturing (AM) is exponentially increasing due to its repair and remanufacturing capabilities. Repair and remanufacturing of damaged machine tool parts by AM can lower the operational cost by extending the life cycle of the metal parts. Directed energy deposition (DED) is a metal AM process. DED process can deposit metal on straight and inclined surfaces along the arbitrary trajectory. Hence, DED is suitable for repairing and remanufacturing of irregular shape machine parts. However, localized rapid temperature changes occur during deposition process due to high density energy source. The temperature gradients cause residual stress and displacement in remanufactured parts. The aim of this study is to investigate the effect of shape of deposition region, shape of the substrate, deposition strategy and pore location on thermo-mechanical characteristics in the vicinity of repaired region by DED. Finite element analysis (FEA) according to the substrate shape and shape of deposited region was performed in order to analyze thermo-mechanical characteristics of repaired metal parts. Various substrate shapes and deposition region shapes including the angle of inclination of the deposited region, the shape of the substrate with various space at the edge of deposited region, the shape of deposited bead with various width and inner radius of substrate were selected to predict residual stress and displacement in the vicinity of deposited region. Subsequently, FE analysis of deposition strategy was performed. Proper deposition pattern, interlayer time and interpass time were selected according to residual stress and displacement results. Occurrence of the pores during deposition by DED was considered in this study. Analysis models according to pore location was generated. Thermo-mechanical characteristics depending on pore location were predicted. Finally, proper parameters such as suitable substrate shape, shape of deposited region and proper process parameters were proposed.

리튬이온 배터리셀의 비선형 구조-전기화학-열 연성해석 기법 개발 및 기계적 오용에 의한 열폭주 및 전기적 용량손실에 대한 연구

이동찬 한양대학교 대학원 2020 국내박사

최근 전기자동차 증가로 인하여 기계적 하중으로 유발되는 리튬이온 배터리 (LIB) 열폭주 및 용량 손실 사례가 증가하고 있다. 기계적 하중으로 인한 열폭주 및 용량 손실 매커니즘을 실험을 통해 분석하는 것은 매우 위험하기 때문에 전산 수치 해석을 통한 매커니즘 분석이 대안으로 떠오르고 있다. 하지만 기존 연구에서 사용된 균질화된 LIB모델 및 RVE (Representative volume element) 모델은 열폭주 및 용량 손실을 유발하는 기계적 응답을 정확히 계산할 수 없었다. 본 연구에서는 비선형 상세 레이어 (Nonlinear mechanical detailed layered, NDL) 모델을 개발하고 NDL 모델을 기반으로 정확한 기계적 응답을 계산하여 열폭주 및 용량 손실 해석용 비선형구조-전기화학-열 연성해석 기법을 개발하였다. 이를 활용해 국제 표준에서 명시한 기계적 오용(Crush, Shock) 조건에서 열폭주 및 용량 손실을 성공적으로 해석하여 NDL 모델 기반으로 개발된 연성 해석 기법의 정확성과 실용적인 우수성을 나타냈다. NDL 모델은 LIB셀의 기계적 비선형 거동과 분리막 파손으로 인한 내부단락 매커니즘을 정확히 예측하기 위해 알루미늄 포일, 구리 포일, 분리막, 음극, 양극 레이어 갯수와 두께를 정확히 반영하여 상세 레이어로 구성하였다. 또한 변형 속도로 인한 경화 특성을 고려한 재료의 비선형성과 전극과 분리막의 이방성을 고려하여 분리막 파손으로 인한 내부단락을 정확히 예측하도록 했다. NDL 모델은 3가지 압입 시험에 의한 하중-변위 곡선, 내부단락 발생 순간 및 위치, 그리고 분리막 파손 형태를 시험 결과와 비교하여 정확히 검증되었다. NDL 모델을 활용해 기계적 하중에 의한 열폭주 현상을 분석하기 위해 내부단락으로 인한 전압강하, 온도상승을 동시에 해석할 수 있는 비선형 기계-전기화학-열 연성 해석 기법을 구현하였다. 전기화학 모델은 Randle circuit으로 구성되며 충전량에 따른 에너지 총량을 고려하였으며 방전과 내부단락에 따른 발열량을 계산하였다. 열 모델은 전기화학 모델에서 계산된 발열을 입력 받아 시간에 따른 온도를 계산하였다. 파우치 셀에 대한 구형 펀치 압입 시험과 기계적 반력, 전기적 전압, 전류, 그리고 시간에 따른 온도 변화 결과를 비교하여 제안된 연성 해석 기법을 검증하였다. 그리고 전기화학-열 모델만을 고려한 기존 설계 방법으로 용량 증가를 위해서 LIB셀 설계를 변경할 경우, Crush test 조건에서 열폭주 안전성이 확보되지 못함을 보였다. 이를 개선하기 위해 기존 설계 방법에서 추가로 열폭주 예측용 연성 해석 기법을 이용해 Crush test 조건에서 분리막 두께에 대한 파라메트릭 스터디를 수행하고 열폭주 안전성이 확보된 설계안 도출 과정을 보였다. 이를 통해 NDL 모델을 기반한 연성 해석 기법의 유용성을 확인하였다. LIB 분야에서 또 다른 문제인 용량 감소 현상을 분석하기 위해 shock test 조건에서 기계적 파손과 용량 감소를 해석할 수 있는 비선형 기계-전기화학-열 연성 해석 기법을 NDL모델을 기반으로 구현하였다. 전기자동차용으로 상용화된 60Ah 파우치 셀과 단면적은 동일하고 용량에 비례하여 길이를 증가시킨 가상의 대용량 파우치 셀 (120, 180, 240Ah)에 대해 국제 표준(UN.38.3.T4) 명시된 Shock test를 수행하였다. 셀은 길이가 증가할수록 집전판과 전극사이 박리 비율은 증가하였고 박리 비율이 높을수록 용량 손실이 증가되었다. 용량 손실 원인은 박리로 인한 분극 증가로 나타났다. 이에 대한 근거로 분극으로 인한 발열량이 용량 손실량과 일치함을 확인하고 HPPC 시험을 통해 분극 증가를 확인하였다. 이를 통해NDL 모델의 정확한 기계적 응답을 기반한 연성해석 기법의 유용성을 다시 한번 확인하였다. 본 연구에서 개발된 NDL 모델 기반 연성 해석 기법을 활용한다면 국제 규정과 표준에 명시된 기준을 만족하면서 목적에 맞는 LIB 최적 설계에 활용할 수 있을 것으로 기대된다. 이러한 기술이 보편화 된다면 위험한 실험을 최소화하면서 안전한 LIB 제품 개발 기간을 단축하여 LIB 및 전기자동차 대중화에 기여할 수 있을 것이다.

건설기계 배출가스 저감을 위한 부하검사방법 및 엔진정비 영향 연구

홍성태 인하대학교 대학원 2010 국내박사

건설기계 등록대수는 자동차 등록대수 1,700만대의 약 2.2%에 해당하는 약 38만대에 불과하나 단위 장비당 배기량 및 연료 사용량이 자동차에 비해 월등히 높고 오염물질 배출에 대한 규제도 자동차에 비해 늦게 시작되었기 때문에 건설기계가 대기오염물질 배출에 기여하는 비율은 매우 높은 편이다. 건설기계의 대기오염물질 배출량을 추정한 연구결과에 의하면 서울의 수송부문 대기오염물질 배출량 중에서 PM(입자상물질, Particulate Matter)의 24%, NOx의 25%가 건설기계에서 배출되는 것으로 조사되어 오염물질 배출 저감을 위한 대핵이 시급히 마련되어야하는 오염물질 배출원이다. 본 연구에서는 굴삭기의 주요 동작 및 실제 작업 부하를 모사할 수 있는 표준 작업 모드를 제안하고, 이들 표준 작업 모드에서 배출가스 및 연료 소비량을 간편히 측정할 수 있는 측정 시스템을 구성하고 실험을 수행하였다. 이로부터 배출가스를 질량당 값으로 환산하는 방법을 제시하였고 최종적으로 표준 작업 모드에서의 배출가스 성분별 총배출량을 산출하는 방법을 제시하였다. MDT(Micro Dilution Tunnel)를 이용하여 측정된 PM 배출량과 Opacimeter 등과 같은 간이 측정기에서 측정된 매연농도를 비교하여 상관관계를 도출하였고, 여러 연소 조건에서 생성, 포집된 PM의 조성을 열중량법(TG;Thermal Gravimetry) 및 필드-방출 투과전자 현미경(FETEM, Field Emission Transmission Electron Microscope) 등의 기법 및 장비를 이용하여 분석하여 연소 조건에 따른 PM의 발생량 및 성분과의 상관관계를 도출하고자 하였다. 고부하 운전 영역에서 PM 발생량이 많았고, PM 중의 SOF(Soluble Organic Fraction) 및 Sulfate의 비율이 적었다. 또한 자동차에 비해 오랜 기간 동안 사용되는 건설기계의 특성을 고려할 때에 새롭게 판매되는 건설기계에 대한 배출물질 규제만으로는 건설기계로부터 배출되는 유해 배출가스의 기여율을 낮추는 데는 한계가 있으므로 운행되고 있는 건설기계에 대한 배출가스 저감수단의 도입이 필요한 시점이다. 따라서 본 연구에서는 비용 대비 효과가 우수한 배출물질 저감 방법으로 알려진 엔진정비(rebuild)를 실시하고 효과를 이론적으로 고찰하였다. 엔진정비에 의해서 PM은 최대 39%, NOx는 최대 62%의 배출량 저감이 가능하며 이는 엔진의 노후도, 엔진오일, 연료 분사노즐, 연료 분사펌프의 플런져 및 기통간 분사량 편차, 흡배기 밸브 마도도, 연소압력 등의 영향을 받는 것으로 판단되었다. 다만, 엔진정비에 의한 매연배출 저감은 엔진정비 전의 매연 배출이 클 경우에만 효과가 있으므로 노후도가 심한 엔진에 효과가 큰 것으로 나타났다.

초소형공작기계 구현을 위한 오차 측정/보정 및 설계 평가기술 : Error Measurement, Compensation and Design Evaluation Techniques for a Miniaturized Machine Tool

이재하 경북대학교 대학원 2007 국내박사

With the growing demand for complex-shaped products with micro/meso-scale, miniaturized machining systems have been developed to replace other micro machining methods including lithographic technology known as MEMS. The miniaturized system can result in reducing energy consumption, spatial requirements and resources. Miniaturization of a system is the key technology to realize ‘micro-factory’ concept proposed by Japanese researchers in 1990. Many prototypes of miniaturized machine tools (mMTs) have been developed, but a small number of researches have been studied regarding measurement and design issues. Static and dynamic error measurement and design evaluation techniques are necessary for developing and commercializing high precision mMTs. It is also highly required to change design process from experience-based to knowledge-based with error measurement and design evaluation techniques. The present dissertation dealt with: 1) Development of geometric error measurement and compensation system for a mMT 2) Assessment of radial error motion in a small high speed spindle of a mMT 3) Design evaluation technique for a mMT and dynamic analysis according to system configurations. First, a new multi degree-of-freedom measurement system with non-contact displacement sensors was developed to identify geometric error of a mMT. The proposed measurement system is adequate for miniaturized systems and can simultaneously measure five error components. Feasibility of the method was analyzed by simulation works using kinematic chain and homogenous transformation matrix. In addition, an analysis was conducted to investigate influence of machining and assembly error on the measurement result. The proposed measurement system was then applied to identify volumetric accuracy of the mMT developed as a prototype. With the measured data, error compensation system was implemented to improve the system accuracy. Second, for machining systems using the rotation of a micro tool such as a mMT, a small high speed spindle is needed. Analysis of spindle error motion is necessary to develop high precision mMTs since error motion from spindle rotation affects the accuracy of the machined part directly. Hence, a measurement technique was proposed to analyze the radial error motion of the rotating small spindle. The measurement system consists of capacitance sensors and a reference ring used as an artifact. Here, some problems occur regarding inaccuracy of the artifact known as eccentricity and roundness. A procedure was discussed to eliminate the effect of the inaccuracy on measurement result. Last chapter introduces design evaluation technique. The technique enables us to predict the accuracy of a mMT at the design stage without prototypes. In general, the accuracy of a system is assessed with the existing system and experience is accumulated as knowledge for redesign. Such experience-based design procedure requires long time and high cost. A new technique was developed to estimate the accuracy of candidate configurations, which can lead to knowledge-based design. The technique uses system configuration and information on machine components such as stages, columns and tool holders. As structural configuration significantly affects the dynamic characteristics of a miniaturized system, experimental modal analysis was conducted to examine the difference in dynamic response of the system. 초소형 초정밀 부품에 대한 수요가 커짐에 따라 이들 부품 가공에 적합한 공작기계 개발이 활발하다. 공작기계의 소형화는 에너지 소비를 줄이고 공간과 자원의 활용을 용이하게 할 수 있으며 향후 초소형공장 개발을 위한 핵심기술이 된다. 최근 많은 소형화된 공작기계의 시제품들이 개발되고 있지만, 초정밀 가공시스템을 구현하고 상용화를 위해 정적/동적 오차 측정 및 설계 평가 기술이 필요하다. 개발된 시제품들의 성능을 평가하고 설계에 반영하여 경험기반의 설계에서 지식기반으로의 변화가 절실하다. 본 논문은 다음의 3가지 연구를 수행하였다. 1) 초소형공작기계의 기하학적 오차 측정 및 오차보정 시스템 개발 2) 소형고속스핀들의 반경방향 오차 평가 3) 초소형공작기계 설계 평가 기술 및 구성에 따른 동특성 해석 먼저, 정적 오차로 고려되는 시스템의 기하학적 오차 측정을 위해 비접촉 변위센서를 이용한 다자유도 측정 시스템을 제안하였다. 제안하는 측정시스템은 소형화된 시스템의 크기에 적합하게 구성될 수 있으며 축 방향 움직임에 따른 5가지 오차요소를 동시에 측정할 수 있는 장점이 있다. 기구적인 구조와 균질변환행렬을 이용한 모의실험을 통해 측정시스템의 적용가능성을 평가하였으며 발생할 수 있는 가공오차, 조립 오차에 대한 민감도 분석을 행하였다. 제안하는 측정시스템을 적용하여 개발된 초소형공작기계의 오차를 분석하였으며 이를 기반으로 오차보정시스템을 구성하였다. 마이크로 공구의 회전운동으로 가공을 수행하는 시스템의 경우, 소형 고속스핀들이 필요하다. 회전 시 발생하는 스핀들 자체의 오차는 가공품의 정밀도에 직접적인 영향을 미치므로 초정밀 가공시스템을 구현하기 위해서 스핀들 오차 평가는 필수적이다. 따라서, 회전하는 소형스핀들의 오차 평가 기법에 대한 연구를 수행하였다. 기준원판과 비접촉 변위센서를 이용한 측정시스템을 반경방향 오차 평가에 적용하였다. 기준원판이 가지고 있는 편심과 진원도를 기하학적 방법과 주파수분석을 통해 각각 제거하고 회전속도에 따른 소형스핀들의 오차를 측정하였다. 마지막으로 설계단계에서 초소형공작기계의 정적 정확도를 시제품 없이 평가 할 수 있는 기법을 제시한다. 일반적으로 시스템을 개발한 뒤 성능을 평가하고 정밀도를 측정하게 된다. 축적된 경험은 다음 설계에 반영된다. 하지만, 이러한 경험기반의 설계방법은 많은 시간과 비용이 든다. 또한, 가공시스템의 유연성을 높이기 위해서도 지식기반의 설계기법이 절실하다. 이에 시스템 구성에 대한 시스템의 정밀도를 시스템을 구성하는 기계요소의 정보를 이용하여 예측할 수 있는 기법을 소개한다. 덧붙여, 구성에 따른 동특성 변화를 분석하였다. 시스템의 소형화로 인해 시스템 구성이 동특성에 미치는 영향이 크므로 설계단계에서 이를 고려하여 필요한 회전속도 영역에 적합한 구성을 선택할 필요가 있음을 알 수 있었다.

건설기계산업의 직업능력개발에 따른 모순점 해결 방안 연구 : 300인 미만의 중소기업 인력문제 해결 방안을 중심으로

이재실 아주대학교 산업대학원 2007 국내석사

건설기계란 건설공사에 사용하는 모든 기계로서 대통령령이 정하는 기계를 말하며, 건설기계를 자산으로 취득한다던가, 건설기계를 이용하여 사업 등의 행위를 하기 위해서는 건설기계관리법(1966.12.23제정, 9장44조로 구성)을 근거하여 모든 활동이 이루어져야 한다, 건설기계사업으로는 건설기계제조업, 건설기계임대업, 건설기계 정비업, 건설기계 매매업, 건설기계 폐기업이 있고, 건설기계관련 단체로는 제조사업주 단체 인 건설 기계공업협회, 임대 사업주 단체인 건설기계협회, 정비사업주 단체인 건설기계 정비협회, 조종사 단체인 건설 기계조종사협회가 있으며, 교육훈련기관으로는 제조업 자체에서 운영하는 교육기관, 조종사를 양성하는 일부 실업계고교 그밖에 개인의 사업 화 목적으로 운영하는 직업 전문학교 및 학원에서 필요인력을 양성하고 있다. 관련 자격으로는 조종사 분야와 정비사 분야로 나뉘어서 도저, 굴삭기, 로우더 등의 조종사 자격과 정비기능사, 산업기사, 기사, 기능장, 기술사로 구분되는 정비 분야의 자격이 있으며 대한민국 내에서의 건설기계 정비행위나, 조종을 하기 위해서는 자격이나 면허를 소지하도록 규정하고 있다. 또한 국내 건설기계 산업의 시장동향은 건설기계의 등록장비328,055대 (2006. 6월 말 기준)에서 대여업체 161,542개에227,315명, 정비사업체 1,250개소에 12,555명, 매매업체는 767개에 1,918명, 폐기업체는 203개에 609명, 제작업체 90개에 4,133명의 근로자가 소속되어있다, 특히 건설기계정비 사업체와 제작업체 중 대기업 3개를 제외한 87개는 현업은 첨단화 장비의 대중화로 고도의 기술력을 요구하고 있으나, 취약한 인력 구성과 중량물의 이동, 대기에 노출된 작업장 등의 열악한 작업 환경과 대기업에 비해 격차 폭이 큰 급여의 지급 등으로 기술자를 확보하기 어려울뿐 아니라 구인한다고 하더라도 사업자들은 높은 이직률과 국내 경기침체, 운전자금의 압박 등의 3중고를 겪고 있어 경영에 상당한 압박을 받고 있는 실정이다. 이에 본 연구를 통하여 건설기계산업의 총체적인 인력수요와 공급 및 중소기업 현장의 문제를 분석하여 사업자들에게 안정적 사업 경영이 될 수 있도록 재직근로자들의 직무능력 향상과 고급수준의 신규인력 공급을 지속적으로 공급하여 경영 합리화에 기여 하고자 한다.

대형 및 고출력 기계의 소음평가와 저감 대책에 관한 연구

이영욱 圓光大學校 2020 국내박사

기계 산업의 발달로 플랜트 산업현장의 기계가 대형화되고 빠른 속도와 고출력으로 가동이 이루어짐에 따라 현장에서 종사하는 근로자들은 고 소음과 충격소음에 노출되어 청력손실의 위험이 증가하고 있다. 또, 이러한 문제로 인해 산업현장의 근무 환경은 점점 열악해지고 산업재해로 피해자들이 날로 늘어가고 있는 실정이다. 따라서 이러한 피해를 최소화하기 위해 생산시설 대형기계의 소음을 저감하고자 하는 많은 노력을 기울여왔다. 그러나 대부분의 플랜트 현장의 대형기계는 해외에서 설계⋅제작되어 기본적인 정보의 접근이 어려운 상황이고 이러한 기계들에 대한 규제기준이나 관리방안, 측정방법이 미흡하며 설치된 소음저감 장치를 보수하거나, 플랜트 설계 시 소음저감 장치에 대한 정보의 획득이 필요하다. 따라서 본 연구에서는 소음의 주체인 대형 및 고출력 기계의 소음을 평가하고 저감 대책을 수립하기 위해 다음의 내용을 연구하였다. 먼저 소음관련 이론적 고찰과 소음평가 및 저감 관련 선행연구사례를 검토하였고, 국내 플랜트 현장에 설치된 대형기계 소음도 발생 실태를 조사, 산업안전보건법 기준의 방음 설계와 플랜트에 설치된 대형기계의 복합소음에 대한 방음설계 등을 조사하여 플랜트 설계업체의 설계기준을 마련한다. 또, 소음 영향도를 예측하고 제조사의 기계별 소음도를 측정하며 소음의 저감에 필요한 정보를 획득하고 소음 업체를 효과적으로 관리하기 위해 소음지도 전용프로그램을 이용하여 산업체의 소음실태를 조사한다. 향후, 소음 저감과 관련한 연구와 플랜트 설계의 기준을 확보하기 위한 자료를 데이터베이스화 한다. 현행 기계소음 측정방법과 소음 모니터링 시스템 적용방안을 검토하여 소음개선과 관리방안을 제시한다. 대형 생산시설 공정의 소음 평가와 저감에 관련한 선행연구는 다음과 같이 조사되었다. 먼저 외국의 사례들로 유럽직업소음제어지침(European Occupational Noise Control Directives) 에서는 소음에 노출된 작업자를 보호하기 위하여 작업자의 청력을 점검하고, 저소음 기계를 사용하며 작업자에게 청력 보호구를 착용하게 하였다. 또한 기계류의 소음레벨이 최소화될 수 있도록 기계류의 사용설명서나 기술보고서에 소음레벨을 표기하도록 규제하였다. 미국직업소음협회(Occupational Noise in the USA) 에서는 제조 기계로부터 1m 이내에서 85dB(A)를 초과하는 경우에는 작업자의 청력보존 프로그램에 의거 작업자 보호에 대한 중요성을 설명했고, 작업장 소음에 대한 상한성 기술평가(Technical Assessment of Upper Limites on Noise in the Workplace)에서는 1990년대, 사업장의 높은 소음 레벨을 저감하기 위해서는 경제적, 사회적으로 많은 비용이 소모되는 것을 인식시키는 등 소음에 대한 문제와 대책들을 제시하였다. 국내 사례를 보면, 여러 종류의 기계장치에서 발생되는 소음을 음의 팽창, 간섭, 공명 및 흡수의 원리로 소음을 감소시키는 소음기와 소음기의 저주파수 영역에서의 일반적인 소음저감 성능은 음파진행 단면의 기하학적 형상을 이용한 음의 팽창, 간섭 및 공명의 이용 등에 대해 제시했다. 또, 변압기의 소음을 효과적으로 차단하기 위해 저주파수 영역에서는 음향 공명기 등에 대한 원리와 효과를 제시하였다. 저소음 팬 설계를 위해 효율적인 유동 해석 툴과 소음 해석 툴을 개발하여 적용시켰고 그 효과에 대해 제시하였다. 국내 플랜트 현장 대형기계 소음도 발생실태조사는 화학제품, 금속제품, 펄프지류, 전자제품, 수송용기계기구 등의 제조업체와 화력발전소를 대상으로 측정을 실시하였다. 소음레벨의 측정은 소음원의 발생 시간을 충분히 고려하였다. 즉 소음원이 일정 시간동안 반복적으로 소음을 발생한 후 규칙적인 소음을 발생하는 경우에 한하여 소음을 측정하였다. 소음원에 대한 규명은 선형 주파수 분석을 통해 실시하고 있기 때문에 청감보정 특성을 고려하지 않았다. 조사한 대형기계와 고출력 기계의 소음원들은 대부분이 90dB 이상을 상회하고 있고, 향후 기계장치의 노후를 감안할 때 점점 소음도는 증가할 것으로 예상된다. 플랜트 설계업체의 설계기준 조사는 방음에 대한 부분으로 산업안전보건법 기준에서는 운반의 용이성과 흡음과 차음에 대한 문제와 방음 상자에 소음기를 설치하여 소음의 저감효과를 향상시킬 수 있는 방법을 조사하였고, 방음상자의 설치 효과는 15∼20dB(A) 로 조사되었다. 플랜트에 설치된 대형기계의 복합소음에 대한 방음설계에 대한 조사에서는 사업장 내부공간에 설치하는 흡음재, 기계별 칸막이, 방음카바 등을 이용한 복합소음 차단 등의 요소들이 조사되었다. 제조사의 기계별 소음도 예측 및 측정에서는 KS A ISO 측정방법 중 하나인 음향-음압법에 의한 소음원의 음향 파워 레벨 측정 방법-반사면상 준 자유 음장에서의 실용 측정방법을 적용하여 측정했고, 소음지도 전용프로그램을 이용하여 실내·외 대형기계 및 고출력 기계별 소음의 분포와 영향도를 예측하였다. 기계 형식 및 출력에 따른 소음정보의 데이터베이스화를 위하여 기계 형식 및 출력에 따른 소음측정 자료와 각종 조사자료, 소음지도 전용프로그램을 이용하여 분석된 자료들을 데이터베이화 하여 산업체 밀집 지역의 소음관리와 플랜트 시설 설계 시 소음저감에 대한 설계 자료로 활용될 것으로 보며, 기계소음 개선과 관리를 위해 현행 측정방법의 적정성을 검토하고 모니터링 방법 적용방안을 검토하였으며, 각종 저감장치의 설계를 통해 소음의 개선과 관리방안을 제시하였다. With the development of the mechanical industry, the machines on the site of the equipment industry have become large-scale, fast and high power output operation, and workers in the field are exposed to high noise and impact noise, increasing the risk of hearing damage. In addition, due to such problems, the working environment of the industrial site is getting worse and the victims of industrial disasters are increasing. Therefore, in order to reduce these damages, efforts should be made to reduce the noise of large machines in production facilities. However, most of the plant's large-scale machines are designed and manufactured overseas, so it is difficult to access basic information. The regulatory standards, management plans and measurement methods for these machines are insufficient. It is necessary to obtain information about the noise storage devices installed for warranty and the noise reduction device when designing the equipment. Therefore, in this study, the following contents were studied to evaluate the noise of large production facility process and to establish the countermeasures. First of all, the theoretical considerations related to noise and previous research cases related to noise evaluation and reduction were reviewed. Investigation of the occurrence of large-scale machine noise at domestic plant sites was conducted. The sound insulation design of the industrial safety and health care law benchmark and the large-scale machine compound noise design of the equipment are carried out. In addition, to predict the impact of noise, to measure the noise level of the manufacturing company, to obtain the information necessary to reduce the noise, and to effectively manage the noise company, the noise status of the industry is investigated using the noise map dedicated program. In the future, the database for research on noise reduction and securing the standard of plant design will be made. The current system noise measurement method and noise monitoring system application plan are reviewed and the noise improvement and management plan is suggested. Previous studies related to noise evaluation and reduction of large production plant processes were investigated as follows. First, in the case of foreign countries, the European Occupational Noise Control Directives check the worker's hearing, use low-noise devices, and put the worker wear hearing protection to protect workers exposed to noise. In addition, in order to minimize the noise level of machinery, it was regulated to indicate the noise level in the manual or technical report of machinery. Occupational Noise in the USA under the Workers' Hearing Preservation Program described the importance of worker protection when the manufacturing machine noise exceeding 85dB(A) within 1 meter. In 1990's Technical Assessment of Upper Limites on Noise in the Workplace costs a lot of money in economy and society to reduce the high noise level of workplaces, and puts forward the problem and countermeasures against noise. In the domestic case, the general noise reduction performance in the low frequency region of the silencer and silencer that reduces the noise from various kinds of machinery by the principle of sound expansion, interference, resonance, and absorption is the geometric shape of the sound wave propagation cross section. The use of sound expansion, interference and resonance is presented. In addition, in order to effectively block the noise of the transformer, the principle and effect on the acoustic resonator are presented in the low frequency region. An efficient flow analysis tool and noise analysis tool have been developed and applied for the design of low noise fan and its effects are presented. The survey on the noise generation of large machinery in domestic plant sites was conducted for manufacturers of chemical products, metal products, pulp paper, electronic products, transportation machinery, and thermal power plants. The measurement of the noise level fully considered the generation time of the noise source. That is to say, the noise is measured only when the noise source repeatedly generated noise for a certain time and then produced regular noise. The identification of the noise source was carried out through linear frequency analysis, so the auditory compensation characteristics were not considered. Most of the noise sources of large and high-powered machines surveyed are more than 90dB. Considering the aging of the mechanical equipment in the future, the noise will gradually increase. The survey of design standards of plant design enterprises is the part of sound insulation. In accordance with the Industrial Safety and Health Act, we investigated the ease of transportation, the problems of sound absorption and sound insulation, and the method of improving the noise reduction effect by installing a silencer in the soundproof box. It was investigated that the installation effect of sound insulation frame is 15-20dB (A). In the investigation of the sound insulation design for the compound noise of the large machine installed in the plant, the factors such as the sound absorbing material installed in the workplace, the partition of each machine, and the compound noise blocking using the soundproof cover were investigated. In the manufacturer's noise level prediction and measurement, the sound power level measurement method of the noise source by the acoustic-sound pressure method, one of the KS A ISO measurement methods, was measured by applying the practical measurement method in the quasi-free sound field on the reflecting surface. The program was used to predict the distribution and influence of noise by indoor and outdoor large machines and high power machines. The database of noise information in machine format and output is based on noise measurement data and various investigation data caused by machine format and output. Using the data of noise guidance special program analysis, it will be used for noise management in industrial intensive areas and design data of low noise sense in equipment design. In order to improve the noise and management of the machine, the scheme of the applicable method of the current measurement method is reviewed, and the improvement and management scheme is put forward through the design of various low sensing devices.

회전대우 기구에서의 기계편차 해석에 관한 연구

신대영 漢陽大學校 大學院 1999 국내박사

정밀한 운동을 요구하는 많은 기계류나 장치의 설계에 있어서 기구(mechanism)에서 필연적으로 발생하는 편차는 기구의 성능과 밀접한 관계가 있다. 따라서 정밀한 기구의 설계에 있어서 편차의 발생인자와 편차의 크기 등을 정확하게 알고 설계하는 것이 매우 중요하다. 편차는 크게 구조편차와 기계편차로 구분된다. 구조편차는 기구 설계의 오류나 특성에 의하여 필연적으로 기구가 안고 있는 편차로서 기구의 설계 거동(designed motion)과 기구의 구조적 거동(structural motion)사이에 발생하는 편차를 말한다. 기계편차는 치수편차, 틈새편차, 기계요소의 변형 등의 발생인자에 의하여 발생하는 것으로 기구의 구조적 거동과 기구의 기계적 거동(mechanical motion)사이에 발생하는 오차를 말한다. 일반적으로 기구합성(kinematic synthesis)을 통하여 구조편차의 최소화를 도모하고 효율적인 공차와 틈새의 할당에 의하여 기계편차의 최소화를 시도한다. 기계편차의 최소화를 위해서는 발생인자에 의한 영향을 파악 내지는 해석하는 것이 무엇보다 중요하다. 그 동안 많은 방법들이 결정론적 접근(deterministic approach) 또는 통계적인 접근(statistical approach)을 통하여 치수편차와 틈새편차에 의하여 발생하는 기계편차(mechanical deviation)의 특성을 해석하여 왔다. 본 논문은 회전대우(revolute joint)로 구성되는 모든 기구에서 발생하는 최대 기계편차를 결정론적인 접근을 통하여 해석하며 또한 허용 기계편차 범위 내에서 공차와 틈새를 할당하고자 한다. 최대 기계편차는 다음과 같은 과정을 거쳐 해석된다. ① 치수편차와 틈새편차에 의하여 발생되는 기계편차를 치수편차의 영향(dimension deviation effect)과 틈새편차의 영향(clearance deviation effect)으로 분리한다. 틈새편차의 영향은 독립 회전대우를 비롯한 I 중첩 회전대우의 영향으로 구분한다. ② 최적화를 위하여 기계편차를 목적함수로 하는 공식화(formulation)를 수행한다. ③ 쿤-터커 필요조건(Kuhn-Tucker necessary condition)을 이용하여 틈새와 공차에 의하여 발생되는 최대 기계편차의 일반해를 유도한다. 최대 기계편차의 일반해를 유도하는 과정에서 모든 링크의 치수편차가 관련 치수변수의 공차와 같을 때 그리고 회전대우에서 핀은 항상 구멍과 접촉한 상태에서 최대 기계편차가 발생된다는 사실이 수식으로 규명되었다. 최대 기계편차는 양의 최대 기계편차와 음의 최대 기계편차 로 구분되는데 양의 최대 기계편차와 음의 최대 기계편차의 크기는 항상 서로 같으며, 양과 음의 최대 기계편차를 발생시키는 치수변수의 공차 방향은 서로 반대이고, 회전대우에서 양과 음의 최대 기계편차를 발생시키는 회전각 사이에는 항상 180°의 차이가 있다는 사실이 판명되었다. 최대 기계편차의 일반해는 치수편차의 최대 영향과 틈새편차의 최대 영향으로 분리하여 표현함으로써 공차와 틈새의 할당에 기여할 수 있었다. 이와 같이 최대 기계편차를 유도하는 과정은 회전대우 이외에 미끄럼대우(prismatic joint) 등과 같이 다른 대우로 구성되는 기구에서 최대 기계편차를 해석하기 위한 방법에 이용될 수 있다.

마이크로 기계 가공의 표면 형상 모델링

김종민 아주대학교 일반대학원 2007 국내박사

현재 전자 통신, 반도체, 바이오등의 첨단 산업들은 제조기술의 발달로 인하여 초소형화, 초경량화, 초정밀화 되어가고 있다. 이러한 발전추세에 발맞추어 미세부품에 대한 수요가 급격히 증가되고 있으며, 이러한 부품을 제작하기 위한 마이크로 가공 기술의 확보가 주요 국가 경쟁력으로 떠오르고 있다. 마이크로 선삭, 마이크로 밀링, 마이크로 드릴링 등의 마이크로 기계 가공은 개념 설정 초기부터 랩-온-어-팩토리(Labs-on-a-factory)라는 목표가 설정되었고, 이 개념은 모든 가공 공정과 측정을 실험실 테이블 위에서 해결하려는 경제적이고 효과적인 미래 기술로 주목받고 있다. 이러한 목표로 많은 연구자들이 마이크로 기계가공의 많은 특성들을 연구하고 있다. 1980년대부터 MEMS(Micro Electro Mechanical System)기술이 연구되기 시작했으며 지금까지도 MEMS를 이용한 많은 마이크로 장치들이 개발되고 연구되어 지고 있다. 그러나 MEMS의 경우 고가의 초기 장비와 가공재료의 한계를 나타내고 있는 실정이다. 마이크로 기계 가공은 기존의 MEMS 공정에서 제작할 수 없었던 세밀한 형상 가공이 가능하며, 높은 가공 정밀도를 구현할 수 있어서 이를 위한 가공 장비 및 가공 기술에 대한 연구가 많이 진행되고 있다. 본 논문에서는 마이크로 밀링 머신을 사용한 가공 실험을 통하여 얻은 절삭력과 표면 형상 및 표면 거칠기를 이용하여 마이크로 밀링 가공의 가공 특성을 분석하고, 여기에서 얻은 결과를 시뮬레이션에 적용시켜 봄으로서 마이크로 가공에 적용 가능한 표면 형상 예측과 절삭력을 예측 하였다. 마이크로 기계 가공의 경우 매크로 스케일에서 최적 설계되어진 모델을 이용하여 크기 축소만으로는 완전히 적용되지를 않고 문제가 생기는데 이는 매크로 스케일에서 무시할만한 인자들이 마이크로 스케일에서는 무시할 수 없는 중요한 변수가 되었기 때문이다. 현재까지 진행되어 있는 마이크로 기계가공의 주요 특성은 최소 칩 두께 효과와 가공 재질의 조성에 따른 절삭력의 변화가 있다고 알려져 있다. 본 논문에서는 표면 형상 예측이론을 통하여 마이크로 가공 후 표면을 공구의 형상, 절삭 파라미터, 물성치, 최소 칩 두께 효과 등의 곡면 표면에 영향을 주는 여러 인자를 통하여 실제 가공과 가까운 가공 표면을 예측한다. 본 연구를 통해서 제시된 결과는 향후 마이크로 가공에서 최적의 표면 형상과 안정적인 절삭을 하는데 많은 역할을 할 수 있을 것이며, 공구 변형과 같은 인자도 고려한다면 매우 현실성 있는 표면 현상 예측 할 것으로 기대된다. Nowadays, the demand for high-tech industry's manufacturing of microscopic structures along with the development of technology to produce electronics, communication and semiconductors allows various components to be smaller in size, with higher precision. Therefore, preoccupancy of micro/nano-level machining technology in order to product micro/nano-components and parts is key issue in the field of manufacturing. From early stages of concept development, the manufacturing of micro machines had a goal of 'Labs-on-a-factory', and this concept is receiving attention for being one of the most economical and effective future technology that allows all the manufacturing process and measurement on the laboratory table. To establish such goals, many researchers are studying about the many characteristics of micro machine production. The MEMS (Micro Electro Mechanical System) technology was studied from the 1980s, and several micro equipments are being developed and researched. However, in the case of MEMS, the costly equipment from early stages of research and its processing materials are showing their limitations. The micro machines allow manufacturing of elaborate configurations with high machining precision which the existing MEMS cannot duplicate. Thus there are much research done for developing manufacturing equipment and technology for these machines. In this paper, machinability of mico-millling machine is analyzed through the cutting force, surface shape, and surface roughness obtained by using experiment, and then the micro-scale surface profile and surface roughness, which have been impossible to be calculated in micro machining so far, are predicted by using surface shaping system simulation based on test data. However, the reduction of models that are created in the ideal macro scale does not allow many of the plans to work out, causing problems. Also, factors that would have been ignored in macro scale became important within the micro scale. The principal characteristics of the micro machine manufacturing that have been proceeded until now, are the ability to minimize chip thickness and the ability to change the cutting force depending on the quality of the material. The simulation by surface shaping system including geometry of tool, cutting parameter, material properties, and minimum chip thickness effect improves micro-machined texture accuracy in this study. These research results contribute to guarantee optimized and stable cutting conditions in micro-machining process and to maintain system efficiency. In the near future, it is necessary to make up for deflection of machine tool for increasing prediction reliability of surface shape.

다층 재료 모델을 이용한 고온용 엔진 부품의 열적 기계적 이력거동 및 수명 예측에 관한 연구

김상호 울산대학교 2010 국내박사

본 연구에서는 고온, 고압의 취약한 운전 조건에서 장시간 노출되어 작동하는 구조물의 피로수명을 예측하기 위하여, 간편하면서도 효과적인 재료상수의 결정 방법과 재료의 비선형 이력거동을 효과적으로 모사할 수 있는 재료모델의 검토 및 선정, 그리고 열적 기계적 하중을 겪고 있는 고온 구조물의 피로 수명을 평가할 수 있는 예측방법의 개발을 목표로 하였다. 먼저 기존 비탄성 구성식을 사용하여 열적 기계적 하중조건 하에서의 이력거동 예측을 수행에 필요한 복잡한 수치 해석과정을 배제하기 위하여, 여러 개의 완전 탄소성 요소를 이용한 다층 모델의 개념을 도입하였다. 이 과정에서 각 온도별 이력곡선의 형태로부터 직접 재료상수를 추출함으로써, 변온 해석을 위하여 일반적인 비탄성 구성식에서 요구되는 추가적인 내부 변수의 도입 및 온도에 대한 재료상수의 의존성에 따른 오차의 증폭 등의 문제점을 배제하였다. 다음으로 Morrow 피로 모델의 개념을 도입하여 연속적으로 피로 수명을 계산할 수 있는 손상 모델을 제안하였으며, 변온 상태로의 확장을 위하여 온도관련 정규화(Normalization) 인자인 온도 영향 계수(TIF : Temperature Influence Factor)를 적용하였다. 또한 이 과정에서 열적 기계적 피로 수명에 영향을 미칠 수 있는 영향인자(Influence Factor)가 고려된 열적 기계적 피로 수명식을 제안하였다. 마지막으로 본 논문에서 개발된 다층 모델과 피로 손상 모델을 실제 유한요소해석에 접목시키기 위하여 ABAQUS에서 제공하는 사용자 서브루틴인 UMAT을 개발하였으며, 등온 및 열적 기계적 하중 조건에서 수행된 해석과 시험 결과를 비교함으로써 개발된 UMAT의 효용성을 검증하였다. 또한 이를 이용하여 실제 자동차용 배기 매니폴드의 열 피로 해석을 수행함으로써, 일반적인 고온 구조물의 정량적 수명 예측을 위한 적용 가능성을 검토하였다.

농업기계 임대사업의 지속화를 위한 효율성 분석

홍순중 忠南大學校 大學院 2012 국내박사

본 연구는 농림수산식품부에서 농업기계 공동이용을 통한 이용효율 제고로 농업생산비를 절감하기 위해서 지방자치단체의 농촌지도기관(시/군농업기술센터)을 운영주체로 선정하여 추진되고 있는 농업기계 임대사업에 대한 일반현황 자료를 기초로 경제파급효과를 분석하여 타당성을 확인하고, 담당자와 수혜자 만족도를 이용한 통계분석 및 사업의 진단분석 결과로부터 임대사업의 문제점을 도출하였다. 또한 농업기계 임대사업의 실적을 토대로 사업의 투자대비 산출의 효율성을 종합적으로 분석하여 적정 산출수준을 도출하고 벤치마킹 대상을 제공함으로서 2015년 재정 투입이 종료된 이후에도 지자체 스스로가 대안을 모색하여 지속적으로 운영할 수 있도록 사업의 방향을 설정하는데 일조하는 것을 목적으로 수행되었다. 이러한 목적을 효과적으로 달성하기 위하여 조사도구는 이론적 접근방법으로 문헌고찰을 하였으며, 실증적 접근방법으로는 관련기관(각 도원 및 시/군농업기술센터) 임대사업 담당자, 임대사업 수혜자(농업인 등)에 대한 면접 및 설문조사하고 전문가 의견을 수렴하여 본 연구의 방향을 설정하고 수정?보완하는데 활용하였다. 설문조사는 3차에 걸쳐 실시하였는데 사업에 참여한 경험이 있는 지역농업인을 대상으로 한 1차 조사는 2011. 6. 1 ~ 6. 31일 까지 실시하였고 전국 123개 시/군 농업기술센터 임대사업 담당자를 대상으로 한 2차 조사는 2011. 6. 15 ~ 7. 31일 까지 우편 및 면접을 통하여 자료를 수집하였으며, 특히 2차 조사 자료는 사업에 대한 진단분석을 위한 IPA 분석에 활용하였다. 또한 3차 조사는 전국 123개 시/군농업기술센터를 대상으로 2012. 3. 12 ~ 3. 23일 까지 실시하였으며, 회수된 자료 중 분석이 불가능하거나 사업비를 지원받아 준비 중이거나, 시행하고 있지 않은 시/군농업기술센터를 제외한 109개소에 대하여 변수를 선정하여 투입요소(투입예산, 담당인력, 시설면적, 보유대수)와 산출요소(임대수입금, 임대실적)에 대한 DEA 분석을 통하여 규모효율성 측정, 규모수익의 유형 측정, 준거집단 및 참조회수 등 벤치마킹의 대상을 선정하였으며, 자료의 분석은 SPSS 18.0 및 EnPAS 프로그램을 이용하였다. 이상과 같은 분석을 통한 연구결과를 요약하면 다음과 같다. 1. 농업기계 임대사업을 시행한 후 농업기계 수요 증가로 인한 생산유발효과는 6,694억원으로 이중 농업기계부문의 수요 증가액 및 자체 유발액인 1,998억원을 제외한 4,696억원이 농업기계부문의 수요 증가가 농업기계부문을 제외한 나머지 경제에 미치는 효과이며, 이 규모는 농업기계부문 생산액 증가분의 2.4배로 나타났다. 취업유발효과는 4,256명으로 이중 농업기계부문의 취업증가 인원인 659명을 제외한 3,597명이 농업기계부문의 수요 증가가 농업기계부문을 제외한 나머지 경제에 미치는 효과이며, 농업기계부문 취업증가 인원의 5.5배로 나타났다. 2. 농업기계 임대 자체로 인한 생산유발효과는 78억원으로 이 중 농업기계임대부문의 수수료 및 자체 유발액인 37억원을 제외한 41억원이 농업기계임대 사업이 농업기계 임대부문을 제외한 나머지 경제부문에 미치는 효과이며, 이 규모는 농업기계임대부문 생산액 증가분의 1.1배로 나타났다. 농업기계 임대사업의 취업유발효과는 121명으로 이중 농업기계임대부문의 취업증가 인원인 70명을 제외한 51명이 농업기계임대 사업이 농업기계임대부문을 제외한 나머지 경제부문에 미치는 효과이며, 이 규모는 농업기계임대부문 취업증가 인원의 0.7배로 나타났다. 3. 농업기계 임대사업의 경제파급효과는 크게 2개 요인으로 귀결된다. 첫째는 농업기계 임대사업 확대로 촉발된 농업기계 수요 증가로 인한 산업파급효과이고, 둘째는 농업기계 임대사업 자체로 인한 산업파급효과이다. 따라서 두 가지 산업파급효과를 합한 농업기계 임대사업의 총 경제파급효과는 생산유발효과가 6,772억원, 취업유발효과가 4,377명 수준으로 나타났다. 4. 농업기계 임대사업에 대한 농업인의 만족도(리커드 5점 척도를 100점 만점으로 환산)는 임대사업의 운영에 대한 만족도는 82.3점, 영농활동에 대한 도움 정도는 85.9점, 향후 사업 참여여부는 85.2점 수준으로 대체적으로 사업의 운영에 대하여 만족하고 있었으며, 농업기계 임대사업의 운영에 대한 만족도는 82.3점, 향후 사업의 참여여부는 85.2점으로 더 높게 나타나 사업에 대한 필요성을 농업인 스스로 인식하고 있는 것으로 판단된다. 특히, 보통 이하로 응답한 집단의 사업에 대한 만족도는 57.8점이었으나 향후 사업의 참여여부는 72.7점으로 사업의 필요성이 상대적으로 더 절실한 것으로 나타났다. 5. 시?군 농업기술센터에서 농업기계 임대사업을 운영하고 있는 사업담당자의 업무내용에 대하여 조사한 결과 농업기계 훈련사업이 57.5%로 가장 높았고 그 다음으로는 농업기계 임대사업이 28.2%로 나타나 임대사업 자체업무에 비하여 임대사업 관련업무 비율이 높은 것으로 나타났다. 또한, 근무환경에 대한 만족도는 63.2점으로 나타나 다양한 업무 내용을 고려할 때 근무환경이 매우 열악한 것으로 판단된다. 근무환경의 불만족 이유에 대한 복수응답 결과를 살펴보면, 전문인력 부족이 55.9%로 가장 높았고 그 다음으로는 사기진작의 노력 부족이 51.4%, 담당 업무의 다양성이 26.1%로 나타났다. 6. 사업담당자의 농업기계 임대사업에 대한 지속 희망 여부를 살펴보면, “매우 그렇다”가 42.4%로 가장 많고 그 다음으로 “그렇다” 37.4%, “약간 그렇다” 12.1% 순으로 나타나 응답자의 대부분이 사업을 지속하길 희망하는 것으로 나타났다. 사업담당자의 농업기계 임대사업에 대한 전체 만족도는 69.7점으로 보통인 반면, 사업의 지속에 대한 만족도는 84.7점으로 매우 높게 나타나 사업에 대한 필요성을 크게 느끼고 있는 것으로 판단된다. 7. IPA 분석을 이용한 농업기계 임대사업의 종합 진단결과 ‘사업목표 달성도’와 ‘사업내용’은 중요도와 만족도 부문이 평균 이상으로 적극적 유지/관리가 필요하며, ‘사업지원’과 ‘운영시스템’은 중요도와 만족도가 평균 이하로 중장기적 개선이 필요한 것으로 나타났다. 이와 같이 사업목표 달성도를 가장 중요하게 생각할 뿐만 아니라 만족도도 가장 높게 나타난 것은 농업기계 임대사업이 가시적인 효과에 중점을 두고 추진되기 때문으로 사료된다. 항목별 진단결과를 살펴보면, 사업지원에서는 ‘중앙부처 및 도원의 사업관리’, ‘지원예산 규모’는 중요도와 만족도가 평균 이상으로 적극적 유지/관리가 필요하며, ‘행정 및 인력지원’은 중요도와 만족도가 평균 이하로 중장기적 개선이 필요한 것으로 나타났다. 운영시스템에서는 ‘사업의 장기적 비전 여부’와 ‘운영의 효율성’은 중요도와 만족도가 평균 이상으로 적극적 유지?관리가 필요하며, ‘중앙과 지역간의 협조 정도’와 ‘타 기관 및 부서의 협조 정도’는 중요도와 만족도가 평균 이하로 중장기적 개선이 필요한 것으로 나타났다. 8. 농업기계 임대사업을 운영하고 있는 109개 농업기술센터의 기술효율성(TE)은 59.8%, 순수 기술효율성(PET)은 52.8%의 비효율성을 갖고 있으며, 이는 임대 수입금 수준을 증가시킬 경우 비효율성을 52.8~59.8% 감소시킬 수 있다는 것을 의미한다. 또한 규모효율성(SE)은 12.4%의 비효율성을 갖고 있으며, 이는 사업 투자비, 담당인원 등 투입요소의 규모를 감소시킬 경우 효율성을 12.4%정도 증가시킬 수 있는 것으로 나타났다. 9. 농업기계 임대사업의 운영에 규모효율성 보다 기술효율성이 미치는 영향이 더 크기 때문에 운영개선을 위해서는 단순히 임대 수입금의 규모 확대만을 목적으로 할 것이 아니라, 과잉 투자된 지원 사업비 및 예산과 담당인력의 조정 등 기술효율성에 대한 개선도 함께 이루어져야 될 것으로 판단된다. 10. 농업기계 임대사업의 규모수익 분석결과 규모수익 불변(CRS)이 11개(10.1%), 규모수익 체증(IRS)이 41개(37.6%), 규모수익 체감(DRS)이 57개(52.3%)인 것으로 나타났다. 이러한 결과로 볼 때, 임대사업이 가지는 공공사업이라는 성격과 투입요소 면에서 투자대비 산출요소가 상대적으로 적다는 것을 의미하고 있는 것으로 나타났다. 따라서 운영의 효율성을 제고를 위하여 담당인력 강화 및 이용실적을 극대화 시킬 수 있는 자구책 마련을 위한 노력이 필요한 것으로 판단된다. 11. 농업기계 임대사업을 효율적으로 운영하고 있다고 분석된 농업기술센터 가운데 Cb-e(61회)과 Gb-s(60회)의 농업기술센터가 준거집단 투입요소 및 산출요소의 조합에 있어서 효율적인 기관으로 나타나 비효율적인 기관들이 벤치마킹의 대상으로 선정할 필요가 있는 것으로 나타났다. 12. 참소횟수에 따른 지역(도)별 시·군 농업기술센터 농업기계 임대사업의 효율성 분석한 결과 참조횟수에 따른 지역의 비효율적인 센터들이 벤치마킹 대상으로 삼아야 할 곳을 보면, 지역별로 경기도는 Gg-c와 Gg-g, 강원도는 Gw-m, 충청북도는 Cb-e, 충청남도는 Cn-o, 전라북도는 Jb-k, 전라남도는 Jn-c와 Jn-h, 경상북도는 Gb-s, 경상남도는 Gn-k으로 나타났다. This study was conducted to improve efficiency and reduce agricultural production cost through joint-use of agricultural machinery of the agricultural machinery rental service supported by Ministry of Food, Agriculture, Forestry and Fisheries and operated by city and country level local government. Current status of the agricultural machinery rental service was surveyed, economic effects were analyzed and the feasibility was confirmed, problems were addressed through statistical analysis of satisfaction of consumers and operational staffs and diagnosis of the business. Also based on achievements of the rental service, output efficiency against input was analyzed comprehensively, suitable output level was determined, bench-marking service examples were selected, and information useful for future direction of the business was provided for sustainable and independent self operation after 2015. To achieve these objectives effectively, literature review was conducted, individual interview and survey for business operational staffs in the province, city, and county level local governments and consumers were conducted, expert opinion was collected. First survey was conducted for farmers from June 1 to 31, 2011. Second survey was conducted for operational staffs of the rental service in 123 city and county level Agricultural Technology Development and Extension Centers (ATDECs) from June 15 to July 31, 2011, using mail and interview methods, and the data were used for IPA diagnosis analysis. Third survey was conducted for the 123 ATDECs from March 12 to 23, 2012. Problematic data were removed, and analyses were carried out for 109 ATDECs. Through DEA (Data Envelopment Analysis) for the selected input (financial investment, labor investment, facility area, and number of machinery) and output (rental number and profit) variables, scale efficiency and type of scale profit were measured, and bench-marking service centers were selected based on reference group and citation number. The analyses were conducted with SPSS ver. 18.0 and EnPAS software packages. Major findings were summarized as followings. 1. The production-inducing (669.4 billion ￦) and job-creation (4,256 persons) effects consisted of agricultural machinery industry (199.8 billion ￦ and 659 persons, respectively) and the other industrial areas (469.6 billion ￦ and 3,597 persons, respectively). Production-inducing and job-creation effects for other industrial areas were estimated as 2.4 and 5.5 times of those for agricultural machinery industry. 2. The production-inducing effects only by the rental service itself was about 7.8 billion ￦, and among them 4.2 billion ￦ was for non-agricultural industrial areas, which was 1.1 times of 3.7 billion ￦ for agricultural industry. Job-creation effects was 121 persons, and among them 51 persons were hired in non-agricultural areas and the other 70 persons were in agricultural area. 3. Economic influence of the agricultural machinery rental service could be recognized in two areas as increase of machinery demand and introduction of new business. Summing the economic influence, total production-inducing and job-creation effects were estimated as 677.2 billion ￦ and 4,377 persons, respectively. 4. When the Likeret scale of 5 was curved to 100, farmers' satisfaction for the rental service was 82.32 for current business operation, 85.94 for contribution to farming practices, 85.23 for future participation in the business, indicating recognition of the necessity of the rental service. Especially respondents whose satisfaction for current business operation was 57.8 showed the satisfaction for future participation of 72.7. 5. Service weight of the personnel in charge of agricultural machinery in city or county agricultural technology development and extension center (ATDEC) was analyzed. The duty weight was 57.5% and 28.2% for training and education, and the rental service, respectively. Satisfaction for working environment was 63.2, which was relatively low, considering wide working scope. Reasons of the low satisfaction were lack of expertise labor (55.9%), lack of efforts to improve working motivation (51.4%), and duty diversity (26.1%). 6. Results of continuation willingness of the rental service were in order of "very high" (42.4%), "high" (37.4%), and "a little high" (12.1%). Overall satisfaction of the rental service was 69.7 and continuation willingness was 84.7, indicating high necessity of the service. 7. Results of comprehensive diagnosis of the rental service using IPA showed that importance and satisfaction for 'achievement of business goal' and 'business content' were greater than average requiring progressive maintenance and management, and for 'business support' and 'operational system' were lower than average requiring long-term improvement. For 'business support', importance and satisfaction for 'business management by federal and local governments' and 'budget' were greater than average, and for 'administration and labor support' were lower than average. For 'operations system', those for 'long-term vision of business' and 'operational efficiency' were greater than average, and for 'cooperation between federal and local agencies' and 'cooperation with other organizations' were lower than average. 8. Technical efficiency (TE) and pure technical efficiency (PTE), indicators of return to investment, of the 109 rental service centers were calculated as 59.8% and 52.8%, respectively, indicating inefficiency of the service operation. Increase of rental charge would decrease the inefficiency by 52.8~59.8% depending on models, and decrease of financial and labor investment would improve the efficiency by about 12.4%. 9. Technical efficiency would be more important than scale efficiency for operation of the agricultural machinery rental service, therefore adjustment of over-invested budget and labor needed to be made together with increase of rental charge to improve the operation. 10. Among the ATDECs providing the rental service, 11 (10.1%), 41 (37.6%), and 57 (52.3%) were in state of CRS (constant return to scale), IRS (increasing return to scale), and DRS (decreasing return to scale), respectively. These indicated public aspects of the rental system, and lack of output component for input component, meaning that measurements to strengthen staffs and maximize utilization should be tried to improve the operational efficiency. 11. Among centers with efficient rental service, Cb-e (61 references) and Gb-s (60 references) ATDECs could be benchmarked as reference group by other ATDECs with inefficient service models in terms of combination of input and output components. 12. Efficiency analysis of the rental system by region showed that efficient ATDECs to be benchmarked by others were Gg-c and Gg-g in Kyeonggi, Gw-m in Kangwon, Cb-e in Chungbuk, Cn-o in Chungnam, Jb-k in Jeonbuk, Jn-c and Jn-h in Jeonnam, Gb-s in Kyeongbuk, and Gn-k in Kyeongnam.