초순수 생산을 위한 최적공정 조합 평가

이경혁(Kyung Hyuk Lee),김동규(Dong Gyu Kim),권병수(Boung Su Kwon),정관수(Kwan Sue Jung) 대한환경공학회 2016 대한환경공학회지 Vol.38 No.7

본 연구에서는 초순수 생산을 위한 개별공정들의 특성을 고려하여 공정조합 최적화 방안을 결정하는 기법을 연구하였다. 산업 활동에 사용하는 공업용수 중 고도의 기술집합 산업에서 요구되는 고순도 용수인 초순수를 생산하는 공정은 여과, 이온교환, 역삼투, 탈기, 자외선 산화 등 이 있다. 초순수 공정은 다양한 15~20개 정도의 수처리 단위 공정이 조합을 이루고 있다. 본 연구에서는 초순수 생산 모형플랜트를 운영하여 다양한 처리 공정의 조합을 통해 수질 및 경제성을 고려하여 평가하였다. 평가된 19종류의 공정조합 중 11개 공정조합이 목표로 하는 최종 수질을 만족했다. 이러한 11종의 공정조합에 대해 안정성과 경제성을 평가하였다. In this paper, the technique that determines efficient process combinations for the ultrapure water production was studied. The ultrapure water is one of the industrial water used in industrial activity and required in the advanced technology integrated industry. It is produced by combined process including filtration, ion exchange processes, the reverse osmosis (RO) process, degassing (DG) process and UV-oxidation (UVox) process. An ultrapure water production process consists of 15-20 different water treatment unit process. In this study, a pilot plant was built and operated to research the design parameters for the individual process. Through the pilot plant operation, 19 effective combinations were optimized among various processes. And then, 11 of them satisfied the final quality of the ultrapure water. The stability and economic feasibility were evaluated about the final 11 process combinations.

치수정확도와 기계적 물성치를 고려한 IN718 재료의 적층제조 공정 최적화 연구

허재성(Jae Sung Huh),박은주(Eunju Park),김남훈(Namhun Kim),이동호(Dong Ho Rhee) 대한기계학회 2019 大韓機械學會論文集A Vol.43 No.7

적층제조는 설계 자유도 극대화, 소재 절감, 공정 단순화 등의 다양한 이점을 제공하고 있어 현재 많은 연구와 함께, 의료, 자동차, 항공우주 분야 등의 다양한 분야에 적용을 시도하고 있다. 기존의 제조방식과 유사하게 각 부품을 제작하기 위해서는 최적화된 공정 변수를 결정하는 과정이 필요하며, 이는 많은 시간과 노력이 필요한 과정이다. 본 연구에서는 금속적층제조에서 많이 활용되는 고온소재인 In718 소재에 대하여 실험계획을 수립 후, 이에 따라 소형의 정육면체 시편을 제작하고 치수와 경도를 측정하여 ANOVA 및 회귀모델 분석을 통해 공정을 최적화 하였다. 다양한 공정 변수 중에서 분말에 전달되는 에너지 밀도와 관련된 4개의 공정 변수를 인자로 선정하였으며, 치수 정확도와 기계적 특성을 대표하는 성능함수를 적용하여 최적화를 수행하였다. 그 결과 두 성능함수의 조합에 따라 상이한 최적 공정이 도출되었다. Additive manufacturing has various advantages, such as infinite design freedom, the reduction of material consumption, and process simplification. It is currently being applied to various fields (including the medical, automobile, and aerospace industries), and extensive research is being conducted in this area. To manufacture a specific part, it is necessary to determine optimized process parameters similar to the existing fabrication method, which requires significant time and effort. In this study, the design of experiments was established for optimizing the additive manufacturing process of Nickel base superalloy IN718, which is widely used in the direct metal laser sintering process. Cubic specimens were manufactured, the dimensions and hardness (as the performance functions) were measured, and finally, the process was optimized through ANOVA and regression model analysis. The analyses show that different optimum process parameters were derived depending on the combination of two performance functions.

소형 IoT 부품의 방수 케이스 제작을 위한 3D 프린팅 후공정의 최적화 방법 연구

안일혁 한국사물인터넷학회 2023 한국사물인터넷학회 논문지 Vol.9 No.5

본 논문은 다양한 IoT 제품의 개발에 있어서 선행되는 시제품 제작에 있어서 최근에 가장 널리 활용되고 있는3D 프린팅 기술 중에 하나인 용융적층 공정(Fused deposition modeling, FDM) 공정에 있어서 기계적 물성치 및방수 기능을 향상할 수 있는 온간 등압 가압법(Warm isostatic pressing, WIP) 공정의 최적화 방안에 대하여 연구하였다. 최적화에 있어서 기존의 연구에서 하지 않았던, 온도 유지 시간 및 냉각 방식을 중요 변수로 하여 실험을 계획하였다. 시편의 제작은 WIP 효과가 가장 극적으로 나타는 방향으로 제작을 하였으며, WIP 공정의 효과를 알아보기 위하여 WIP 처리를 하지 않은 시편도 동일한 방식으로 제작하여 실험하였다. 실험 결과는 WIP 공정은 기계적 물성치 및방수 효과 향상 시키는 것을 확인할 수 있었다. 또한, 온도 유지 시간은 기계적 물성치에 영향을 주지 않으며 냉각 방식의 차이에 따른 기계적 변화는 5% 차이를 보여주었다. This paper studied the post-processing process of the fused deposition modeling (FDM) process, one of the most widely used 3D printing technologies recently, in prototyping, which is a leading step in the development of various IoT products. The proposed post-treatment process is warm isostatic pressing (WIP), which can improve the mechanical properties and waterproof function of parts made by the FDM process. There are various process parameters in the WIP process, but in this study, the experiment was planned with the holding time of temperature and cooling ways as important variables. The specimens were manufactured in a direction that showed the most dramatic WIP effect, and in order to determine the effect of the WIP process, specimens without WIP treatment were manufactured and tested in the same manner. The experimental results confirmed that the WIP process improved mechanical properties and waterproofing effects. In addition, the temperature holding time did not affect the mechanical properties, and the mechanical change due to the difference in cooling method showed a 5% difference.

광물자원으로부터 금속을 회수하는 공정에서 공정광물학의 역할

이수정 한국자원공학회 2019 한국자원공학회지 Vol.56 No.5

Process mineralogy is an interdisciplinary approach which focuses on applying mineralogical knowledge to all stages of mineral resource utilization. The main topics of interest in process mineralogy include the exact identification of ore and gangue minerals, and the evaluation of valuable and deleterious elements for optimizing plant operation. Advanced analytical equipments and techniques have increased the importance of process mineralogy as a practical in mineral resource exploration, plant troubleshooting and tailings management. Sulfide and silicate minerals are the most important classes of minerals in process mineralogy because most sulfide minerals are ores and many silicate minerals are major gangues. Meanwhile, SEM-based automated mineralogy has extended the scope of quantitative mineralogical data. The use of mineral liberation quantitative data and mineral association based on mineral mass as well as chemical elements enable the establishment of strategies to improve the overall efficiency in the production chain of minerals and metals. 공정광물학은 광물학적 지식을 광물자원을 활용하는 모든 단계에서 활용하는 다학제적 성격을 갖고 있다. 공정광물학의 주요 관심사는 광석과 맥석 광물, 유용 금속 및 유해 불순물 원소를 정확하게 평가하여 공정을 최적화하는 것이다. 진보된 분석 장비와 분석법 덕분에 공정광물학은 공정에서 발생하는 문제를 진단하는 수단이 될 뿐만 아니라 자원의 탐사부터 광물찌꺼기의 처분 분야에까지 더욱 중요해졌다. 공정광물학에서 가장 중요한 광물군은 황화광물과 규산염광물이다. 황화광물의 대부분은 광석광물이고 규산염광물은 주요 맥석광물이기 때문이다. 한편 SEM 기반의 자동화된 광물분석법은 광물의 정량분석 데이터의 범위를 혁신적으로 확대시켰다. 특히 광물 입자 수준에서의단체분리도와 광물 수반정보를 평가함으로서 선광 공정의 효율성을 진단하고 개선하기 위한 전략 수립에도 유용하게 활용되고 있다.

투명 전도막의 산업화를 위한 공정 최적화

남현빈,최요석,김인수,김경준,박성수,이자현 산업진흥원 2024 산업진흥연구 Vol.9 No.1

급변하는 정보화 사회에서는 스마트폰와 태블릿을 비롯한 다양한 전자기기가 더욱 디지털화되고 플렉시블 디스플레이와 같은 고성능을 갖추며 발전하고 있다. 본 연구에서는 경제적 절감을 위한 플렉시블 디스플레이의 고가 소재를 대체하는 전도성 고분자인 PEDOT과 투명 기판인 PET를 적용한 TCF의 제조 공정 최적화를 진행하였다. PEDOT 코팅을 이용한 TCF 생산 공정에서 주요 변수인 생산 속도 (m/min), 코팅 최고 온도 (℃), PEDOT 공급 속도 (rpm)에 따른 표면 저항률 (Ω/□)을 반응표면분석법을 사용하여 최적화하였다. 결과적으로, 생산 속도 22.16 m/min, 코팅 최고 온도 125.28 ℃, PEDOT 공급 속도 522.79 rpm으로 최적 조건을 도출했다. F 값은 18.37, P-값은 < 0.0001, 결정계수(R2)는 0.9430으로 결과의 신뢰성이 높음을 확인했다. 최적 조건에서의 예측값은 145.75 Ω/□이며, 실험값은 142.97 Ω/□이었다. 이 연구 결과를 기반으로 대량 생산 공정에 적용하면 기존의 생산 수율 보다 높은 수율을 달성하고 불량 발생률을 줄일 수 있을 것으로 판단된다. In the rapidly advancing information society, electronic devices, including smartphones and tablets, are increasingly digitized and equipped with high-performance features such as flexible displays. This study focused on optimizing the manufacturing process for Transparent Conductive Films (TCF) by using the cost-effective conductive polymer PEDOT and transparent substrate PET as alternatives to expensive materials in flexible display technology. The variables considered are production speed (m/min), coating maximum temperature (°C), and PEDOT supply speed (rpm), with surface resistivity (Ω/□) as the response parameter, using Response Surface Methodology (RSM). Optimization results indicate the ideal conditions for production: a speed of 22.16 m/min, coating temperature of 125.28°C, and PEDOT supply at 522.79 rpm. Statistical analysis validates the reliability of the results (F value: 18.37, P-value: < 0.0001, R2: 0.9430). Under optimal conditions, the predicted surface resistivity is 145.75 Ω/□, closely aligned with the experimental value of 142.97 Ω/□. Applying these findings to mass production processes is expected to enhance production yields and decrease defect rates compared to current practices. This research provides valuable insights for the advancement of flexible display manufacturing.

판재성형공정에서의 소재 강도에 따른 스프링백 산포의 통계분석

손민규,김세호 한국융합학회 2022 한국융합학회논문지 Vol.13 No.4

본 논문에서는 소재의 강도에 따라 U 채널형상 제품의 판재성형공정에서 발생하는 스프링백 현상의 산포 경향의 분석을 수행하였다. 성형공정의 유한요소해석 및 신뢰성 기반 최적화 기법을 적용하여 인장강도, 항복강도, 소재 두께 등 재질 산포와 마찰계수와 패딩력 등의 공정 산포를 고려하여 산포해석을 실시하였다. 산포해석 결과 산포에 유의한 영향을 미치는 인자는 항복강도와 인장강도 순으로 나타났으며, 소재의 인장강도가 클수록 스프링백 양은 증가하는 반면 스프링백의 산포량이 감소하는 것을 확인하였다. 주요 변형이 발생하는 펀치 어깨부와 다이 어깨부의 변형률과 응력 산포 분석을 통하여 스프링백 산포량 감소의 원인을 분석하였다. 본 논문에 제안된 산포분석 기법을 활용할 경우 불가피하게 발생하는 성형공정의 산포를 예측하고 대응이 가능할 것으로 기대된다. In this paper, the stochastic distribution of the springback amount is investigated for the stamping process of a U-channel shaped-product with ultra-high strength steel. Using the reliability-based design optimization technique (RBDO), stochastic distribution of process parameters is considered in the analysis including material properties and process variation. Quantification of the springback scatters is carried out with the statistical analysis method according to the material strength. It is found that the scattering amount of springback decreases while the amount of springback increases as the tensile strength of the blank material increases, which is investigated by analyzing the strain and stress distribution of the punch and die shoulder. It is noted that the proposed scheme is capable of predicting and responding to the unavoidable scattering of springback in the sheet metal forming process.

기계학습 기반 쾌삭 스테인리스강 중형 선재 제조공정 최적화

서석준,김흥섭 한국생산관리학회 2022 한국생산관리학회지 Vol.33 No.1

Based on the manufacturing big data of a free-machining 303 series stainless steel mediumsized wire rod, this study proposes a production-quality prediction model and a methodology for searching operating conditions maximizing the likelihood of producing adequate products. The research data include 37 types of operation variables for 3,542 lots collected from the manufacturing execution system (MES). Based on the MES data, 12 types of derived variables are generated through a literature review and interviews with field experts. Data attributes and patterns are identified, and outliers and missing values are removed in the exploratory analysis and preprocessing. In dimensionality reduction, variables with high-quality influence are identified by variable importance measures to prevent multicollinearity and enhance the efficiency of machine learning models. A preliminary study selected the logistic regression, support vector machine, random forest, and extreme gradient boosting (XGBoost) models as the candidates for the production-quality prediction model in data modeling. Their hyperparameters are tuned by the grid and random search methods based on k-fold cross-validation. In addition, the XGBoost shows the best classification performance for the test dataset. Finally, based on the XGBoost model, a swarm optimization algorithm searches the operating conditions to maximize the likelihood of producing adequate goods. 본 연구는 국내 철강기업(S사)의 쾌삭 스테인리스강 중형 압연 선재 제조공정 빅데이터를 활용하여 생산품질 예측 모형을 개발하고, 이를 기반으로 불량률을 최소화시키기 위한 최적 공정조건을 탐색하는 절차를 제안한다. S사의 쾌삭 스테인리스강 압연 선재 제조공정은 크게 제강, 열간압연과 열처리/산세 공정으로 이루어지며, 연구 데이터는 생산관리시스템(MES)으로부터 37종의 공정변수 데이터를 수집하고 문헌조사와 현장 전문가들의 인터뷰를 통해 총 12종의 파생변수를생성하여 반영하였다. 본 연구는 총 49종의 변수에 대한 데이터 전처리 및 탐색적 분석, 차원 축소, 기계학습 모델링, 공정조건 최적화 단계로 수행되었다. 탐색적 데이터 분석을 통해 데이터의 속성과 패턴을 파악하고, 전처리 단계에서는 이상치․결측치 제거를 수행하였다. 차원 축소 단계에서는 생산품질 예측 모형의 다중공선성 등의 문제를 방지하고 효율성을향상시키기 위해 상관분석과 변수 중요도를 이용하여 품질 영향도가 높은 변수를 식별하였다. 기계학습 모델링 단계에서는 다양한 지도학습 모형들에 대한 예비적 실험에서 유의미한 수준의 성능을 보인 로지스틱 회귀(Logistic regression) 모형, 서포트벡터머신(SVM: Support Vector Machine), 랜덤포레스트(Random Forest) 모형, XGBoost(Extreme Gradient Boosting) 모형을 대상으로 겹 교차 검증을 통해 각 후보 모형의 하이퍼파라미터들(Hyperparmeters)을최적화(Tuning)하였다. 또한, 오분류표 기반 성능 지표들과 대수손실(Logarithmic loss)을 종합적으로 고려하여 후보모형들을 비교/평가하고, 가장 우수한 성능을 보인 XGBoost 모형을 생산품질 예측 모형으로 선정하였다. 마지막으로, 최적 공정조건 탐색 단계에서는 개체군집최적화(PSO) 알고리즘이 이용되었으며, 이때, 개발된 생산품질 예측 모형(XGBoost) 이 적합도 함수로 적용되었다.

실험계획법에 의한 폴리카보네이트 차량 스위치 버튼의 사출성형공정 최적화

김철 ( Cheol Kim ),박재우 ( Jae Woo Park ) 한국복합재료학회 2016 Composites research Vol.29 No.1

고분자 재료로 된 자동차부품들은 주로 사출성형으로 제작되며, 이 과정에서 뒤틀림, 침전 흔적, 용입선, 수축, 잔류응력 등의 결함이 발생한다. 본 연구를 통해서 이들 결함을 제거할 수 있는 차량용 폴리카보네이트 버튼의 사출성형 공정변수를 실험계획법을 이용하여 최적화 하였다. 공정변수로는 충전압력, 금형온도, 용융온도, 충전시간을 고려했으며 FEM, 다구치법, ANOVA를 사용하여 해석하고 최적화 하였다. 최적화 결과, 충전압력은 140 MPa, 금형온도는 105°C, 용융온도는 292.5°C, 충전시간은 1초, 등의 공정변수 값을 얻었으며, 10.2의 S/N 비를 얻었다. 수지의 용융온도가 가장 큰 영향을 미치며, 그 다음으로 금형의 온도였다. The quality of polymeric automotive parts depends highly on an injection molding process, which causes various defects, such as warpage, sink marks, weld lines, shrinkage, residual stress, etc. This study is to determine the optimum processing parameters, such as packing pressure, mold temperature, melting temperature, and packing time for the manufacture of polycarbonate buttons in cars on the basis of FEM, the Taguchi method, and analysis of variance (ANOVA). As a result, the optimum processing parameters of buttons made of polycarbonate material were obtained as follows: 140 MPa of packing pressure, 105°C of mold temperature, 292.5°C of melting temperature and 1 second of packing time. A gain of S/N (signal to noise) ratio, 10.2, was obtained with the optimum values. Moreover, the melting temperature was found to be the most significant factor followed by the mold temperature.

복합재 압력용기의 구조 성능 및 품질 향상을 위한 공정 변수 최적화 연구

정승민(Seungmin Jeong),박병열(Byeongyeol Park),황태경(Taekyung Hwang) 한국추진공학회 2016 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2016 No.12

본 논문은 복합재 압력용기의 구조 성능 및 품질 향상을 도모하기 위한 공정 변수 최적화 연구에 관한 것이다. 복합재 압력용기의 구조 성능에 큰 영향을 미치는 층간 전단 강도는 일반적으로 수지의 섬유 함침성이 클수록 증가하기 때문에 이를 위해 공정 변수의 선정 및 최적화를 실시하였다. 선정된 공정 변수들의 최적조건을 찾기 위해 다구찌법을 이용함으로써 구조 성능 및 품질을 최적화할 수 있었다. 또한 도출된 최적조건의 검증을 위해 추가적인 제작 및 확인 실험을 실시하여 본 연구의 효과를 입증하였다. 결론적으로 습식 필라멘트 와인딩 시 수지 함침성을 최대화하기 위한 수지 점도의 최적조건을 찾는 것이 중요하며, 점도는 온도에 크게 좌우되므로 와인딩 시 온도제어가 필수적이라 판단된다. This paper focuses on the study on manufacturing parameters optimization to improve the structural performance and the quality of composite pressure vessels. Since the interlaminar shear strength which has a great influence on the structural performance is generally improved by increasing the resin impregnation, the manufacturing parameters optimization is performed. To improve structural performance and the quality, the Taguchi method is applied to the searching for the optimum conditions of manufacturing parameters. To verify the effectiveness of this research, the additional manufactures and experiments are conducted. Consequently, in the process of wet filament winding, the searching for the optimum conditions of the resin viscosity is important and the winding temperature should be controlled carefully because of its effects on the viscosity.

나노입자 건조윤활 기반 탄소섬유복합재 드릴링 가공 최적화에 관한 연구

김진우(Jin Woo Kim),이상원(Sang Won Lee),남정수(Jungsoo Nam) 대한기계학회 2022 大韓機械學會論文集A Vol.46 No.3

탄소섬유복합재는 중량 대비 우수한 강도 특성으로 첨단 산업분야에서 각광을 받고 있다. 그러나 비균질, 이방성의 복잡한 구조를 갖고 수분에 민감한 단점이 있다. 이러한 소재의 특성을 고려하여 나노입자 건조윤활 기반 분사 기술이 탄소섬유복합재 드릴링을 위해 적용되었고, 기계가공 최적화에 관한 연구가 수행되었다. 공정 변수로 스핀들 회전 속도, 공구 이송 속도를 선정하였다. 반응인자로는 delamination factor, uncut fiber area, inner surface roughness를 선정하였고, 각 반응인자에 대한 회귀 모델을 얻기 위해 반응 표면 방법론이 적용되었다. 최종적으로 망소 특성을 갖는 만족도 함수의 설계를 통해 각 반응인자 값을 최소화시키는 최적 공정변수 값을 얻기 위한 다목적 최적화가 수행되었다. Carbon fiber reinforced plastics (CFRP) composites have been used in high-tech industries owing to their superior strength-to-weight ratios. However, a CFRP composite has a complex structure represented by anisotropy and non-homogeneity. Owing to its moisture-sensitive property, nano-solid dry lubrication technology is applied in the CFRP drilling process. In this study, the optimization of the CFRP drilling process using nano-solid dry lubrication is studied. Thus, the spindle speed and feed rate are selected as process variables, and the delamination factor, uncut fiber area, and inner surface roughness are selected as responses for the optimization process based on response surface methodology (RSM). The regression models for each response are obtained, and the multi-objective optimization is performed to obtain the optimal values of the process variables by designing desirability functions.