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    신진연구자인터뷰는 기계및 건설분야의 세계적인 과학 학술지에 논문을 게재한 한국인 연구자들의 연구성과와 연구자 정보를
    여러 연구자와 기관 등에 소개하고자 기획되었습니다. 대상은 주로 대학원 석사이상의 최근 5년이내 관련분야의
    대표 학술지나 학술대회에 논문을 투고한 사람입니다. 대상문의(ariass@naver.com)

    • 이지현(Jihyun Lee)
      정밀장비의 방진을 통한 효율 증대
      이지현(Jihyun Lee)(한국기계연구원)
      이메일:jihylee at kimm.re.kr
      1881 2 4

    1. 본인의 연구에 관해서 소개를 부탁드립니다.

    디스플레이 관련 산업, 정밀부품 제조산업, 광학기계 관련 분야 등에 사용되는 장비의 고정밀화 및 생산성 향상을 위해서는 구조물 바닥에서 오는 외부진동, 이송계 이동 또는 절삭력에 의한 진동 저감이 필수적입니다. 저는 동특성 기반 디자인, 제어, 최적화 방법을 통해 장비의 진동을 저감하는 연구를 주로 수행하고 있습니다. 지금까지 수동방진 장치(Passive Vibration Isolators) 및 질량 동조 감쇠기(Tuned-Mass-Damper)의 설계방법론 연구 및 개발을 수행함으로써 Random Noise인 구조물 바닥 진동, 관성에 의한 진동 및 채터 진동을 저감하였습니다.


    - 사용법이 간단하고 비용이 저렴하며 에너지 사용이 적기 때문에 현재까지 많은 회사에서 적용되고 있는 수동방진 장치는 탄성 중심(Elastic Center)을 장비의 무게 중심 (CG) 과 일치하도록 설계되어 기계의 모든 진동 모드를 분리(모드 디커플링: Mode Decoupling)하도록 설치되었습니다. 하지만 멀티 바디 시스템의 질량 분포와 설치 공간 제약으로 모드 디커플링 방식의 설계는 현실적으로 불가능합니다. 제 연구에서는 수동방진 장치를 진동 모드가 연결(모드 커플링: Mode Coupling)되도록 제어이론을 기반으로 설계하는 방법론을 제안하였습니다. 시스템의 이론적 동특성 분석, 동특성이 포함된 시스템 모델링 기반 시뮬레이션 및 프로토타입 모델, 가진기 및 해머 스틸을 이용한 모달 실험을 동반하여 주파수 영역 및 시간 영역 대의 지반 진동 및 잔류 진동을 확인하였으며 제안된 설계 방법론을 기반으로 모드 커플링 방식의 수동방진 장치가 설치된 기계장비가 모드 디커플링 설계 때보다 잔류 진동 최대 40%, 지반 진동 최대 50% 감소가 됨을 증명하였습니다. 본 설계 방식은 정밀 기계뿐만 아니라 항공 우주, 민간 및 기타 분야에서의 수동방진 장치, 서스펜션, 댐퍼 설계 등에 사용할 수 있기 때문에 활용성이 높다고 생각합니다.






    - 저는 수동방진 장치의 설계방식 기반으로 공작기계의 채터진동 감소를 위한 질량 동조 감쇠기 개발을 진행하고 있습니다. 건물의 바닥 진동 저감을 위한 기술로 제안된 질량 동조 감쇠기(Tuned-Mass-Damper)는 수동방진 장치 중 하나로 높은 진동감소 효과로 인해 다양한 분야에 적용되고 있지만, 공작기계 산업에 실제 적용된 사례는 드물게 존재합니다(예.SilentTools, SandVik). 저는 질량 동조 감쇠기를 사용하여 툴의 이동에 따라 동특성이 변화하는 정밀장비의 채터 진동을 감소시키는 연구를 두산공작기계와 진행하고 있습니다. 질량 동조 감쇠기의 설계변수(질량,강성,댐핑,개수,위치 등) 설계 방법론 및 프로그램을 개발함으로써 체계화된 이론 기반으로 산업에서 적용 가능한 단계까지 연구를 끌어올리고 있습니다.




    2. 본인의 대표 논문을 소개해 주세요.(5개 이내):

    • Lee, J., 2017, “Passive Vibration Isolator,” Journal of Korea Society for Noise and Vibration Engineering, 27(3), pp6-9

    • Lee, J., Amir, H.G., Okwudire, C.E., Jeffrey, S., 2017, “A Linear Feedback Control Framework for Optimally Locating Passive Vibration Isolators with Known Stiffness and Damping Parameters,” Journal of Vibration and Acoustic, pp. 139~149

    • Lee, J., Okwudire, C.E., 2014, “Reduction of Vibrations of Passively-Isolated Ultra-Precision Manufacturing Machines using Mode Coupling,” Precision Engineering, 43, pp.164-177

    • Okwudire, C.E., Lee, J., 2013, “Minimization of the Residual Vibrations of Ultra-Precision Manufacturing Machines via Optimal Placement of Vibration Isolators,” Precision Engineering, 37, pp.425-432


    3. 연구 중에 어떤 극복해야 할 문제가 있었고 이를 어떻게 해결하셨는지?

    - 많은 사람이 정답이라고 하는 결과에 물음을 던지는 것. 그리고 융합적 사고로 문제를 해결하는 것 등은 쉽지 않았습니다. 특히 기계장비 산업은 노하우 기반 숙련자로 이루어져 있어 관습화된 설계 방법론을 깨는 것은 큰 노력이 필요합니다. 항상 사소한 현상에 물음을 제기하며, 복잡한 시스템을 먼저 2차원으로 모델링하여 문제를 단순하고 체계적으로 이해하려는 시작이 중요합니다. 또한 복잡한 이론을 적용하는 것보다는 실용적이며 적용 가능한 방법론 기반 문제 해결을 통해 연구 결과가 산업에 적용될 수 있도록 해야 합니다. 수시로 다양한  논문을 읽으면 다른 분야에 적용된 기술을 참조하여 기술을 융합시키는 것도 가능하게 됩니다.


    4. 연구 활동과 관련된 앞으로의 계획이 있으시다면?

    - 저는 현재 두산공작기계와 수행하고 있는 정밀장비의 진동 저감을 위한 질량 동조 감쇠기 개발 연구를 기반으로 질량 동조 감쇠기 설계 소프트웨어를 개발할 계획에 있습니다. 본 연구를 통해 개발된 소프트웨어는 공작기계 산업에 기술이전 계획에 있습니다. 추가로 저는 장비/제어/공정이 통합된 가상공작기계 기술 및 지능화 원천기술 개발을 진행 계획 중에 있습니다. digital twin 개념과 결합하여 실 장비와의 실시간 동기 및 지능화를 수행할 수 있도록 가상환경 내 물리 모델을 개발하는 연구를 진행하고 있습니다.


    5. 본인이 영향을 받은 다른 연구자나 논문이 있다면?

    - 연구 방법 등은 University of Michigan에 계신 지도교수님 Chinedum Okwudire의 영향을 많이 받았습니다. 지도교수님의 동역학 및 제어 기반 시스템 분석 방법을 배워 저 또한 같은 방법으로 수행하고 있습니다. 이 외에도 캐나다의 Prof. Yusuf Altintas 및 독일의 Dr. Christian Brecher 의 논문들이 영향을 많이 주었습니다.


    6. 연구를 진행했던 소속기관 또는 연구소, 지도교수에 관해 소개 부탁드립니다.

    - 저는 박사 기간 동안 University of Michigan-Ann Arbor에서 Dr. Chinedum Okwudire 지도로 “모드 커플링을 통한 초정밀 생산 장비의 진동 저감” 연구를 수행하였습니다. Dr. Chinedum Okwudire는 공작기계 채터 연구의 대가인 캐나다 UBC 대학의 Prof.Yusuf Altintas 제자 중 한 명으로 볼스크류 드라이브의 모델링을 박사 기간 동안 수행하였고 현재 미시간 대학교 부교수로 “Smart and Sustainable Automation Research Lab”에서 정밀장비 및 3D 프린팅 연구 등을 수행하고 있습니다.

    (참조 링크: https://youtu.be/6sN71fx9frk)



    현재 저는 한국기계연구원 초정밀시스템 연구실의 선임연구원으로 재직 중입니다. 본 연구실은 모바일 가공 플랫폼 핵심 기술, 기계장비 정밀도 시뮬레이션 플랫폼 기술, 반도체 본딩 및 패키징 기술, 실시간 상대 위치 측정 및 제어기술, 가공공정 최적화 기술, 대면적 불연속 미세패턴 복합가공 기술, 초정밀 가공 시스템 기술 등을 보유하고 있습니다. 저는 레이저 트래커 통합제어시스템 구축, 가상환경 내 수학 물리 모델 개발, 스마트폰 메탈 케이스 가공용 듀얼 헤드 머시닝센터 평가 기술 개발, 이동형 다관절 가공기의 정밀 가공 기술 개발 및 동특성이 변화하는 구조물의 진동 저감 동조질량감쇠기 개발 등의 연구를 완료 및 수행하고 있습니다.


     

    7. 연구 활동 하시면서 평소 느끼신 점 또는 자부심, 보람

    - 생산 제조 분야 내 중국의 급속한 성장에 대비하기 위해서 국내 제조업 기업들은 핵심 기술을 더 많이 보유해야 합니다. 한국기계연구원은 국내 원천기술을 개발하고 중소기업에 기술을 이전함으로써 국내 제조업 기업의 기술 정장에 도움을 주고 있습니다. 저는 대기업 및 중견기업을 위해 방진 연구를 수행하고 기술 개발 및 이전을 함으로써 국내 제조업의 성장에 도움을 줄 수 있다는 것에 자부심과 보람을 느낍니다.


    8. 이 분야로 진학하려는 후배(또는 유학 준비생)에게 도움이 되는 말씀을 해 주신다면?

    - 시스템 진동 저감 방법은 무수히 존재하지만 산업에 적용되는 기술은 한정되어 있고 새로운 기술이 적용되는 것 또한 쉽지 않습니다. 산업의 문제에 귀를 기울이고 적용 가능한 솔루션을 이론에 따라 체계적으로 개발하는 자세가 필요할 것입니다.


    9. 다른 하시고 싶은 이야기가 있으시다면?

    - 조금 더 자세한 연구 설명을 듣기 희망하시는 분은 아래 정밀학회 2017 추계학술대회에서 메이트릭이 촬영한 동영상을 보시면 개괄적인 설명을 들으실 수 있습니다. 인터뷰 기회를 주셔서 감사합니다.


     

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    전체댓글 4

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    |2018.11.23
    진동 저감 및 초정밀도를 높인다면 중소기업에 엄청난 성장이 나타날수도 있겠네요
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    |2018.11.23
    진동 저감 및 초정밀도를 높인다면 중소기업에 엄청난 성장이 나타날수도 있겠네요
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    |2018.11.20
    진동을 획기적으로 저감시킨다면 대박입니다
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    |2018.04.16
    진동은 모든 움직이는 기계에서 발생하는 문제로.. 진동 저감 기술은 상당히 많은 부분에 유용하게 사용이 가능할거 같습니다.
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