117

공학설계

좌장: 김학일(인하대)

1. 캡스톤 설계 교과목의 효과적 운영사례 (김학일)

2. 국제 창의공학설계경진대회 CEDC 운영사례 및 성과 (김희식)

3. 음성인식기반의 모터제어 (김용현)

4. Cds를 활용한 태양광 추적장치 설계 (장현진)

119

캡스톤 설계 교과목의 효과적 운영사례

김학일, 김덕경인하대학교 IT공과대학 정보통신공학부 교수

한국 공학교육에 공학인증 제도가 시작된 이후로 가장 큰 변화의 하나는 캡스톤 설계 교과목의 개설이며, 실제로 캡스톤 설계는 최근 공학계열 졸업생들이 현장의 문제를 해결하는데 가장 큰 도움이 되는 교과목으로 선정하고 있다. 그러나 아직도 많은 전공들과 교수들은 캡스톤 설계의 운영에 많은 부담을 가지고 있어서, 한두 명의 교수가 40명 이상의 학생들을 대상으로 간단한 팀 프로젝트 형식으로 운영하거나, 매년 동일한 주제의 과제를 되풀이 하여 비효과적으로 운영되고 있다.

본 발표에서는 지난 9년간 인하대학교 정보통신공학부에서 개선시켜 온 단일 학기 캡스톤 설계 교과목의 운영사례를 소개한다. 현재 19명의 교수가 2~4명의 팀으로 구성된 180여명의 4학년 학생들을 대상으로, 매학기에 교과목 개설을 하고 있는데, 주요 특이사항을 살펴보면, 첫째, 한 학기(4개월)동안에 팀 구성 및 주제 선정에 소비되는 시간을 줄이기 위하여, 지도교수 선정과 팀 구성을 직전 학기말에 실시한다. 둘째, 되풀이 되는 주제를 허락하면서 학문적 수준의 발전을 꾀하기 위하여, 졸업생들의 최종보고서 및 결과물을 학생들에게 제공한다. 셋째로, 모든 학생들은 연구일지를 작성하고 매주 지도교수의 확인을 받는다. 본 발표에서는 이와 같은 캡스톤 설계를 통하여 얻어진 학생들의 진로 실적, 연구 실적 등을 분석하였다.

120

국제 창의공학설계경진대회 CEDC 운영사례 및 성과

김희식1, 김영욱2,3

1서울시립대학교 전자전기컴퓨터공학부, 2서울시립대학교 공학교육혁신센터, 3서울시립대학교 신소재공학과

창의공학 설계 교육에 관심이 많은 한국, 일본, 중국 3개국 공과대학교수들은 공학전공 학생들의 국제적인 창의공학대회를 개최 및 운영을 통하여 공학 교육에서 창의적인 설계 마인드를 확산시키고자 대회를 추진하여 왔다. CEDC (Creative Engineering Design Competition) 2012 대회는 일본의 Kitakyushu (北九洲)에서 2012년 11월30일-12월1일 이틀간 개최되었다. 참여 분포 보면 한국측에서는 대한기계학회(KSME) 선발팀 3팀 등 서울시립대학교, 군산대학교, 안동대학교, 서울과학기술대학교 등 총 12개 팀이 참가하였고, 일본 및 중국에서도 참여하여 총합 21개 팀이 발표하고 경쟁하였다. 올해 CEDC’2012 대회는 Natinal Taiwan University 에서 개최된다. 일정은 12월12일-14일 3일간 진행되며, 현재 참가 신청서를 온라인 http://icidm.ie.nthu.edu.tw/ 접수 모집 중이다.

행사는 3국 공학교육중 공학설계 과목의 중요성을 인정하는 교수님들이 모여 설계교육 진흥과 창의적인 설계의 분위기를 강조하기 위하여 재미나게 진행하였다. CEDC 대회 행사 약 2개월 전에 참가 신청 1페이지 양식을 홈페이지 온라인으로 받고 최종으로 Poster 와 약 7 페이지 분량의 ppt 파일을 접수하여 진행하였다. 각 작품에 대하여 평가 점수 방법은 (1) 영어로 ppt 파일 발표 각 7분이내, (2) Poster 발표 순회 평가, (3) 설계 작품의 작동 Demonstration 세가지 점수를 종합하여 평가하였다.

설계작품에 대한 우수 수상은 Best Idea Award（新規性） 2명, Best Esthetic Award （審美性） 2명, Best Technique Award（技術）2명, Best Craftsmanship Award （技能） 2명, Best High-quality Award （完成度）2명, Best Economy (Low-Cost) Award (低原價) 2명씩을 평가하여 각각 선발하여 수여하였다. CEDC 평가 심사위원은 한국측 2명, 일본측 2명, 중국측 2명 이 각각 참여하여 6명의 심사위원 평가점수를 기준으로 선발하여 수상식을 진행하였다.

본 CEDC 경진대회에 참가하는 팀들의 작품은 실제로 각자 소속대학교에서 미리 경쟁하여 우수팀으로 선발된 설계 작품들이라서 상당히 우수한 설계 내용들이였다. 많은 참가학생들은 구두발표, 포스터발표, 작품 경연 등 3지 발표를 수행하면서 매우 진지하게 발표하였고, 상호간에게 많은 참고 지식과 경험을 취득하는 기회가 되었다. 또한 대부분 학생들은 국제적인 설계경진대회에 처음 참가하면서 외국 참가 대학생들과 진지한 토론으로 창의공학설계 방법 국제적인 공유 및 국제교류의 필요성과 효과를 절감하는 기회가 되었다.

CEDC 대회를 진행하였던 교수님들에게는 대회를 조직하고 운영하고 창의공학 설계 작품을 평가하여 시상식을 거행하는 동안 문제점 개선방안 토론과 발전 방향을 의논하면서 국제적인 공동 교육방법, 창의공학 설계 기자재 공동개발, 학생들의 상호 국제 교류 등에 대하여 많은 추진계획을 의논하였으면 창의설계공학교육에 한 단계 진전이 있었다.

金禧植

1 , 김영욱

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서울市立大學校電子電氣컴퓨터工學部敎授

1 ,서울市立大學校電子電氣컴퓨터工學部敎授

, 서울市立大學校工學敎育革新센터센터長

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음성인식 기반의 모터제어

김용현, 김건보, 이칠석동서대학교 메카트로닉스공학과

21세기 미래지향적 기술 중 하나인 음성인식은 전 세계에서 높은 주목을 받고 있지만 실생활에서 사용하기엔 아직 부족한 부분이 많습니다. 음성인식에 대한 수요증가, 음성인식 기반의 생활 가전 및 편의시설 등이 많이 요구되는 상황에서 저희는 음성인식에 대한 이해도를 높이고자 이 프로젝트를 진행하게 되었습니다. 본 내용은 제작의 필요성과 과정, 음성인식 검출과 과정 그리고 결론에 대해 이루어져 있습니다.

음성인식과정은 다음과 같습니다. 음성입력, 음성검출, 음성특징추출, 인식 알고리즘, 음성인식 결정으로 이루어집니다. 쉽게 말해서 사람의 음성이 어떠한 모듈에 입력되면 곧이어 검출이 되며 해당 모듈은 그 음성의 특징을 추출하며 인식 알고리즘에 따라 출력이 나타나게 됩니다.

추출에 대한 방법으로 크게 3가지가 있습니다.(explicit approach, implicit approach, hybrid approach.)-각 부분에 대한 설명 중략-

추출된 음성데이터는 일련의 알고리즘을 통해 작동을 준비하게 됩니다. 다음은 음성인식패턴 알고리즘이 있습니다.

음성인식패턴 알고리즘에 쓰이는 종류로는 크게 3종류가 있습니다.(DTW, HMM, ANN)-각 부분에 대한 설명 중략-

저희가 진행 중인 현재 프로젝트 상황입니다.ATmega128로 타이머/카운터 채널을 PWM 모드로 설정하면 PORT를 통해 PWM 신호를 출력하고 음성인식 키

드 기반의 음성정보를 5비트 BCD로 구성하고 BCD코드를 사용하여 켜짐/꺼짐, 바람세기, 회전/회전 정지의 명령을 해당 RELAY회로를 통하여 구동 할 수 있도록 계획했습니다. 구동되는 동안 회전을 하는 모드로 들어가면 인터럽트가 작동되어 DC모터의 조작과는 독립적으로 서보모터(모터와 제어구동보드를 포함하는 모터)를 제어하게 되는데 이 때 음성인식 모듈이 동작을 하지 않는 에러가 생겼습니다. 에러 확인을 하면서 음성인식 모듈이 동작하지 않음으로 회전 시 정지하는 동작은 구현에 실패를 하게 되었습니다.

음성인식 기술은 사용자에 따른 인식률 차이, 주변 잡음, 인식대상어휘제한 등 보편적 활용에 여러 한계를 노출하고 있습니다. 그에 따라서 현재 음성인식 관련 연구자들은 모든 사용자를 대상으로 최대한 많은 어휘, 자연스러운 대화체를 인식해 인식률을 높이는 방향으로 연구를 진행 중입니다. 성별, 연령, 사투리 등에 대한 방대한 음성모델 DB를 확보해야 향후 개인차에 따른 음성인식률 향상이 가능할 것으로 전망됩니다.

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Cds를 활용한 태양광 추적장치 설계

장현진, 진태석동서대학교 메카트로닉스공학과

2010년 4월부터 실시한 ‘저탄소 ․녹색성장’제도를 통해 우리 주변에서는 대중교통 이용횟수가 늘거나 하이브리드 자동차 개발 등 지구 온난화 방지를 위한 그린에너지에 큰 관심을 갖게 되었다. 특히, 자원력이 풍부하다는 장점을 지닌 자연에너지(태양열, 지열, 풍력, 수력 등)를 응용한 사례들이 많이 등장하고 있는데, 그 중 태양의 위치는 지구를 중심으로 매시간 이동함으로서 입사각에 의한 흡수에너지의 감소현상을 만회하기 어려웠다. 따라서 기존의 태양판 설비는 큰 범위의 태양판을 설치해야 에너지를 얻을 수 있는 단점을 지니고 있다. 이러한 문제를 해결하기 위한 방법으로 태양위치를 매시간 추적함으로써 최대의 빛에너지를 탐지 할 수 있도록 하기위해 Cds를 이용한 태양광 추적기법으로 단점을 보안 할 수 있으며, 소형제작을 통해 소형기기나 규모가 큰 장비에 장착하여 에너지를 균등하게 얻게 될 것이다.

태양광 추적의 주 핵심인 Cds 4개를 근접 배치한 후 센서사이에 차단막을 설치하여 태양이 움직일 때 마다 차단막을 통해 생겨난 어두운 부분이 Cds 위에 올라타게 되는데 이때 얻게 되는 값들을 통해 마이크로프로세서는 x축과 y축으로 구성된 모터에 필요한 값을 전달하게 된다. Cds를 근접하게 배치함으로 얻을 수 있는 효과로 태양을 한 점 추적이 가능하다는 사실을 얻게 되었다. 즉, 태양의 움직임에 추적기도 같이 움직이게 된다는 것이다. 또 하나 알게 된 사실로 항상 맑은 날만 있는 것이 아니라는 것이다. 언제든지 태양은 날씨에 따라 방출하는 에너지가 달라지며 구름에 가려 추적기가 방황을 할 때가 있다는 것이다.

실험을 통해 태양에너지가 지닌 다른 문제점과 그에 대한 해결방안도 알게 되었으며, 소형제작으로 얻게 되는 비용과 활용도가 증가 할 것으로 판단되며, 센서 입력 값에 대한 비교 값을 조금 더 보완하고 센서모듈로 만든다면 태양에너지와 관련된 분야에 큰 도움이 될 것으로 판단된다.