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  • 정진태 교수
  • 진동 및 구조역학
  • 정진태 교수(한양대학교 기계정보경영공학부)
  • ̸ :jchunghanyang.ac.kr
  • : 한양대 안산캠퍼스 제 1공학관 3층 5-322

  • 안녕하십니까?저희 기계공학연구정보센터에서는 국내 기계공학 연구 분야에 있어서 앞장서 나가시는 교수님과 실험실(Lab)을 방문하여 연구 내용과 실험 장비 및 결과를 취재하고 있습니다. 취재 내용은 웹을 통해 문서 및 동영상으로 제공되고 있습니다.오늘은 한양대학교 기계공학과 정진태 교수님과 인터뷰 하고 지도하시는 진동 연구실을 취재하겠습니다. 인터뷰에 앞서 흔쾌히 인터뷰 요청에 응해주신 교수님께 센터의 이름을 빌어 감사의 말씀드립니다. 인터뷰 진행은 센터에서 준비한 질문을 드리고 교수님께서 답변 하시는 방법으로 진행하겠습니다.

    [연구분야] 교수님의 관심 연구 분야가 “Moving Material에 대한 동적 해석”과 “기계시스템의 진동 저감‘이라고 생각 합니다. 교수님의 연구분야를 자세히 소개해 주시겠습니까? (Moving Material에 대한 동적 해석 연구 의의,기계시스템의 진동 저감)

    먼저 자세한 설명을 하기전에...먼곳 까지 찾아오셔서 저희 연구실을 취재해 주셔서 감사합니다. 먼저 Moving Material 하고 그 다음에 기계 시스템의 진동 조합을 두개로 구분해서 설명을 드리겠습니다. Moving Material은 현재 일반적으로 학생들이 익숙하지 않은 그러한 분야인데, Moving Material은 축 방향으로 이렇게 이송이 되거나 혹은 원주 방향으로 이송이 되면서 또 횡방향으로 진동이 되는 거죠. 그러니까 두가지 모션이 플러스되어 있습니다. 하나는 큰 리지드 바디 모션, 강체 운동이 있고 그 속에서 작은 진동들이 있는 이러한 복합적인 운동을 하는 그러한 물질들을 Moving Material이라고 합니다.

    Moving Material은 크게 세가지로 구분할 수 있는데 하나는 회전 원판이 되겠습니다. 그리고 속방향으로 이송이 되는 현이 라든지 보,평판,박막 이러한 것들이 있고요, 또 하나는 유체를 이송하는 배관 시스템이 되겠습니다. 그래서 회전 원판은 우리가 산업적으로 보면 컴퓨터의 하드 디스크라든지 옵티컬 디스크 드라이브, 그리고 자동차 브레이크 디스크같은 것들이 포함 될 수가 있고요. 그 다음에 축방향으로 이송이 되는 보 라든지, 현 이러한 것들은 자동차의 벨트 시스템 그 다음에 전자 산업에 있어서 웹 이송장치, 그리고 광 섬유 인발 장치 이러한 여러가지 연구로 쓰이고 있습니다. 그 다음에 유체를 이송하는 관으로는 이 연구는 원유 수송관으로 부터 시작이 되었습니다. 근데 요즘에 와서 화력 훈련이라든지 원자력 발전소에서의 배관계, 그다음에 우리가 많이 쓰고 있는 에어콘, 냉장고 이러한 가전 제품의 소음 진동하고의 밀접한 연구가 진행되고 있지요. 그래서 우리의 관심을 가지고 있는 중심 사항은 축 방향으로 이송되는 속도 혹은 회전 속도 같은 것들이 이 시스템의 진동에 미치는 어떤 동적 안정성 이러한 것들이 우리의 가장 큰 관심이 있습니다. 그리고 또 학문적으로는 축 방향의 변이와 횡 방향의 변이 연성으로 나타나는데 이 연성으로 나타나는 비선형, 이런것들이 저희들이 관심의 대상이 되죠. 그리고 다른 분야인 기계 시스템의 진동 저항은 저희가 다양한 연구를 수행했습니다 그래서 차압용 로봇 시스템이라든지, CD롬, DVD 드라이브, 이러한 광 디스크 드라이브 그 다음에 자동 표형 장치인 볼 밸런스라든지 산업용 송풍기, 모터,LCD, 반도체 생산 기계, 수질 개선용 어티칸터, 수송 기계 및 로봇형 감속기 세탁기,에어콘, 냉장고 가전 제품등 이와 같이 여러가지 산업 제품에 진동과 소음을 줄이는 이러한 연구들을 수행하고 있습니다.

    [프로젝트] 위의 연구 분야와 관련되어 진행하시고 있는 프로젝트를 소개 부탁드리며 앞으로 기업과 연관된 연구 계획은 어떻게 생각하고 계신지요?

    저희 연구실에서는 지금까지 40여개의 연구과제를 수행하고 있습니다. 지금 현재 진행중인 연구 과제가 5개가 있는데요. 어떤 것은 예전부터 수행해 오면서 연속적으로 해오는 것도 있고, 새로 시작하는 것들도 있습니다. 그중에서 Moving Material과 관련해서 원형 곡선관의 진동 및 동적 해석등을 과학재단의 연구비를 보조를 받아가지고 수행하고 있는데요. 이것은 주로 에어콘, 냉장고, 배관계를 보면 곡선형의 배관이 많이 있습니다 이러한 곡선형의 배관 속에서 유체가 흘러가는데 이 유체 유속이 크리티컬한 유속이 되면은 전체적으로 진동을 증폭시키는 그러한 현상이 나타납니다. 이러한 것들을 줄이기 위해 우리들이 연구를 하고 있구요. 또 축방향으로 이송되는 박막, 횡 변이 이러한 것들도 지금 교육부에서 지원을 받아서 해오고 있습니다.

    그리고 광 디스크 드라이브의 신뢰성 확보 기술 이라고 해가지고요. 광 디스크와 관련해서는 우리가 삼성전자와 5년 정도 계속 연구를 수행해 왔습니다 이제 그에 관한 신뢰성을 어떻게 확보하느냐 이러한 문제를 산업 자원부에서 지원을 받아 수행을 하고 있습니다. 그리고 로봇에 관련된 연구를 수행하고 있는데요 이것도 지금 3년차 연구를 수행하고 있습니다 현대 중공업의 지원을 받아 가지고 로봇 시스템의 진동, 소음을 어떻게 줄일 수가 있는냐. 지금 현재 80 db의 큰 소음이 나고 있었거든요 이러한 것들을 줄이는 연구를 지금 수행하고 있고요. 그리고 로봇 시스템에 들어가는 핵심 부품이 감속기에 대한 연구도 지금 수행하고 있습니다. 산업사업부의 지원을 받아서 현대 중공업, 세진 이러한 회사들하고 공동으로 기술 개발을 하고 있습니다. 그리고 기업과 관련된 향후 연구는 사실 공학이라는 것은 기업에서 요구하는 것을 떠나서 독립적으로 존재하기는 힘들죠 아무래도 응용학문이기 때문에 기업에서 요청이 있을때는 저희들은 할 수 있는 범위내에서는 언제든지 이것들을 수행할수 있는 그러한 마음가짐이 되어있습니다. 그래서 저희들이 나름대로 이렇게 개발했던 여러가지 기술들이 있는데 이러한 것들을 기업들에게 홍보해서 전달해 가지고 만약에 이러한 것들이 필요한 분야들이 있으면 저희가 기업체하고 협동을 해서 연구를 하고 싶습니다. 그리고 현재 얼마전에 같이 하자고 했던 연구중에서는 건설현장에서 파일같은것을 박을때 측정을 합니다 파일 박을때 진동이 지반을 타고 들어가서 카메라가 흔들리면서 서로 연동이 되서 제대로 측정이 안되는 현상들이 있는데 이러한 것을 개발하기 위해서 좀더 개선하고 좋은 성능을 갖게 하기 위해서 우리가 삼성 모들하고 같이 연구를 시작하고 있습니다.

    상당히 많은 연구가 진행되고 있고 지금 제가 분야를 들어 보니까 저희들이 단순히 생각했던 진동의 고체 덩어리가 바디 리스드 바디 움직이는 것들을 열 유체에도 적용시키시고 고체에도 적용시키시고 그걸 또 진동으로 해석하셔서 기계공학의 전분야를 다 석권하면서 연구하시는 것 같습니다.

    사실 저희가 유체분야도 연구를 하고 그 다음에 고체쪽에도 같이연구를 하고 이런식으로 연구를 학재간 연구같은 식으로 폭을 넓혀서 연구를 하고 있습니다.

    지금 광 디스크 쪽으로 연구를 하신다고 하셨는데요 지금 CD와 하드 디스크 속도가 많이 개선되었는데요 앞으로는 어느 정도까지 진동을 제거 시켰을때 개선이 될거라고 생각하십니까?

    지금 속도는 가능한 빠른 쪽으로 가고 있습니다. 왜냐하면 데이터를 전송할려면 회전속도가 빠를수록 좋습니다. 근데 이제 빨라지면은 회전체에 질량 불평으로 인해 진동 심하게 되죠. 그렇게 되면 헤드라든지 아니면 픽업에서 데이터를 제대로 못 읽는 그러 사태가 생깁니다. 그건 트레이드 오프인데요 지금 현재 최고 만 오백 RPM까지 가는걸로 알고 있습니다 그래서 여러가지 다른 진동 문제가 해결이 되면 더 올라 갈수 있지만 만약에 진동 문제가 심하게 크리컬한 이슈가 되어서 해결하기 힘들면은 그보다 더 올라가지 못할거라 생각하고 있습니다

    [연구방법] 교수님 연구실에서는 여러 연구를 수행하고 계시는 걸로 알고 있는데, 교수님 연구실에서의 연구수행 방법을 보다 자세히 소개해 주시기를 바랍니다.

    저희가 연구하는 방법은 기본적으로 다른 연구실에서 하는것과 유사하게 3가지 방법을 채택하고 있습니다 하나는 이론적인 접근 방법이고요. 또하나는 컴퓨터를 이용한 수치 해석 이러한 방법이고 마지막으로는 실험적인 이렇게 세가지가 균형있게 진행이 되고 있습니다. 특히 이론적인 접근 방법은 새로운 진동 현상이라든지 아니면 어떤 효과를 규명하기 위해서는 모델링을 새로 한다든지 아니면 새로운 이론을 만든다든지 그래서 많은 경우에 학문에 독창성이 이 이론적 접근 방법 이론 확 립에서 나오겠습니다.그리고 또하나는 뭐냐면 컴퓨터를 이용한 수치 해석 시뮬레이션입니다. 이것은 우리가 개발한 이론을 바탕으로 해 가지고 예를 들어서 저희가 프로그램을 작성한다든지 아니면 알고리즘을 개발한다든지 이러한 측면도 있을 수가 있고요.

    또하나는 기존의 엔시스라든지 나스란이라든지 데즈 라든지 어떤 상용 해석 프로그램을 가지고 우리가 실제 있는 시스템 모델링을 해 가지고 수치 해석하는 그래서 미리 예견하고 예측하는 설계 기술을 하나의 방법으로 택하고 있고요. 또 하나는 이제 제가 아까 예를 들었습니다만 실제 시스템에서 어떠한 진동 신호가 나오고 그 진동 신호를 해석을 해서 문제가 무엇인지 파악하기 위해서는 가장 효율적인 방법이 실험입니다. 저희가 실험을 특히 주파수 신호에 대한 주파수 분석 그다음에 어떠한 시스템에 대한 특성을 찾을려면 모드 해석 이러한 실험들을 주로 해서 현상 규명, 원인 규명쪽에 저희가 많이 사용하고 있습니다. 이런 세개의 방법이 서로 보완 되게 이런 식으로 진행이 되고 있습니다.

    [문제해결방안]실용연구로 산업용 로봇에서의 진동 및 소음 문제 해결을 위한 방법을 설명 부탁드립니다.

    저도 사실 이 로봇 연구를 할때 처음에 현대 중공업에서 제의가 들어와서 로봇 연구를 하게 되었는데요 사실 로봇이 소음이 얼마 정도인지는 저도 파악을 못했습니다.그래서 저희 학생들하고 가서 소음을 측정해 보니까, 거의 85db 굉장히 큰 소음이 나는 거죠 일반적으로 공장도 시끄럽지만 85db는 작업자 한테 굉장히 큰 고통을 안겨 줍니다. 그리고 이와 같은 소음이 굉장히 주파수(frequency)가 짧은 귀에 거슬리는 소음이 발생합니다.85db는 굉장히 시끄럽습니다 사실은 원인이 가장 중요하지 않습니까. 원인을 다 알면은 그에 대한 해결책이 바로 나오는데 이 진동 소음을 첫번째 측정을 했습니다.

    진동소음을 같이 정확하게 예측을 해 가지고 분석을 했죠. 분석을 했더니 로봇에서 나오는 소음이 처음에는 감을 못 잡았었는데 여러 실험을 통해서 보니까 이 속에 로봇의 동력 전달기가 있습니다. 그것 축하고 기어로 이루어진 일련의 동력 전달기가 있는데 동력 전달기가 취약합니다. 그래서 회전수에 의한 강제 진동에 의한 공진이 발생해서 로봇에 쓰이는 기어들이 서로 충돌하는 이것을 기어 매쉬 프리퀀시(gear mash frequency)라고 그러거든요. 회전수에다가 기어 이빨 수를 곱한 주파수가 발생되는것을 알고 이것이 특정 기어쌍에서 발생하는것을 규명을 했습니다. 저는 waterful plot라든지 order analysis 여러가지 실험적인 방법을 통해서 그것을 규명해 가지고 이때는 리커다인을 사용하여 multibody daynamics로 모델링도 했습니다. 그래서 보니까 기어에서 서로 충돌에 의해서 나타나는 소음이다. 이런것을 줄일려면 어떻게 해야 되느냐, 이 시스템에 고인 요소를 우리가 쓰는 범위 바깥으로 나가는 신종 공진주파수죠. 가장 많이 쓰는 방법 중에 하나인데요, 그것을 회사에서 잘 아시겠지만 cost가 가장 중요합니다. 얼마만큼 싸게 솔루션을 내느냐, 이런 것들이 가장 중요한데, 저희가 베어링의 강성, 이것만 줄이는 방향으로 해서 6-7db를 줄여가지고 회사에서 만족하는 결과를 얻었습니다.

    동력 전달 기어를 사용함으로써 소음의 발생 원인이 된다고 말씀하셨는데 앞에서 말씀하셨던 감속기나 그런 장비 자체는 기어로 구성되어 있기때문에 그런 원인이 되는거죠. 로봇의 핵심 부품인 감속기가 국산화 되지 못한 이유는 어디에 있다고 보시며 앞으로 여기에 관련된 연구 계획은 없으신지요?

    지금 일부 업체에서는 감속기 국산화를 진행하고 있습니다. 저희도 국산화하는 과제에 참여하고 있는데 특히 저진동 저소음에 품질이 좋은 감속기를 아직까지는 제대로 생산해 내지 못하고 있습니다. 여러가지 이유가 있겠죠 그중에 저희가 바라보는 문제점은 설계능력이 충분히 갖춰지지 못한 상태에서 생산위주로 제품을 개발하는게 가장 큰 문제가 아닌가 생각합니다. 기어의 물림문제 라든지 기어 강성 토크 전달률이라든지 이런것들을 전달 오차 진동 소음을 갖다가 미리 줄일수 있는 설계 기법을 개발 초기에 적용해야 하는데 많은 경우에는 기존 제품을 카피를 해서 카피한 제품을 만들고 선물 평가에서 안되는 부분을 보강하는 이러한 방식으로 많은 개발들이 수행되고 있습니다. 그러다 보니까 나중에 다 만든 다음에 고칠수 있는 한계 이런것들이 여지가 좁아 지면서 가장 좋은 제품을 만드데는 많은 한계가 있습니다. 그래서 저희는 생각하기에 저희 대학뿐만 아니라 연구소도 있고 산업체 이런 학연산 산학연이 협동 관계를 맺어서 서로의 정보를 교환하고 대학이나 연구소에서 개발되는 어떤 기술들을 이런 제품을 설계하는 초기 단계에 적용 시켜서 보다 근본적인 고성능 제품을 만드는게 가장 중요하지 않나. 이런것들이 제대로 이루어 지지 않기 때문에 로봇의 감속기 고정도 고품질 감속기를 개발하는데 장애의 요인이지 않나 생각합니다.

    [이슈] 한 국가의 기반 산업을 이끌어가는 이공계 출신들의 대우에 대한 불만을 줄이며, 국가의 발전을 위해서 정부는 어떠한 대책수립을 해야 한다고 생각하십니까? 현 정책에 대한 의견을 함께 말씀 부탁드립니다.

    그래서 학문이라는 것은 참 힘들고 배고픈 길인데요. 아까 말씀 못드린것은 우리 사회에서 공학을 하는 사람들 특히 이공계 포함해서 이공계에 있는 학생들이라든지 졸업생들 이러한 사람들에게 보상해 줄수 있는 보상체제가 확립이 되어야 한다고 생각합니다. 예를 들어서 제일 중요한 것은 월급이라든지 보수 이게 의과대학 나온 사람과 비교가 되고 보상 체계가 가장 중요하지 않을까 생각 됩니다. 이러한 보상체계가 확립이 되어 있으면 학생들이 학문을 대하는 태도는 진지함과 성실함이라고 생각합니다. 그래서 진지하게 자기가 하는 학문에 대한 생각도 갖고그러면서 자기가 꿈을 펼칠수 있는 이러한 성실함 이 두개가 바탕이 되지 않으면 꿈도 실현하기 힘들고, 국가 발전에 이바지 하기도 힘들다고 생각합니다. 이것을 하기 위해서는 기초 이론을 학부나 대학원에서 철저히 습득해야하고요.

    그 다음에 또하나는 논리적인 접근 방법 논리적인 사고 가장 중요하다고 생각합니다. 그래서 논리적인 사고를 체질화 하고 많은 공대생들이 말을 잘못하거나 글을 잘 못쓰는 경향이 있습니다. 본인이 개발하고 연구한 사항을 잘 써가지고-라이팅이죠- 보고서를 잘 쓴다든지, 아니면 논문을 잘 쓴다든지 아니면 발표문을 잘 만든다든지, 이러한 측면이 있고요. 또하나는 말을 잘한다기 보다는 쳬계적으로 다른 사람을 이해 시키고 설득 시킬수 있는 그러한 논리적인 구조 발표 요령 프레젠테이션 스킬 이 두가지를 갖추는게 굉장히중요하지 않나 생각합니다. 이런것들이 바탕이 되면은 도전적이고 창의적인 사고 새로운 것을 개발하고 창출하려면은 기존의 질서라든지 기존의 있던것들을 우리가 무시해보고 완전 무시라기 보다 다른 측면을 볼려고 하는 용기, 이런 도전적인 창의 사고가 굉장히 필요하지 않나 생각합니다.

    최근 Nano, MEMS 기술과 관련한 많은 연구가 진행 되고 있습니다. 교수님 연구실에서는 이 분야에 대한 연구계획이 있으신지요.

    그래서 저희가 연구하는것과 접맥이 되어서 자연스럽게 이어진다면 저희가 연구를 수행할 수 있는 가능성은 있습니다. 그렇지만 현재 유행이라든지 연구비가 그쪽에 많기 때문에 저희가 하던 연구를 희생을 감수하고 새로운 연구로 하고 싶은 생각은 없습니다. 그래서 전체적으로 요즘은 집단적인 군중심리 그러한 접근 방벙은 저희가 한다고 하더라도 능력이 없기 때문에 성공 가능성이 낮구요. 저희가 하고 있는 연구와 접맥해 가지고 이쪽하고 연결이 되어서 자연스럽게 할 수 있다면 이게 가장 바람직하지 않나 생각하고 있습니다.

    유학시절 가장 힘들었던 점은 무엇이며 어떻게 극복하셨는지요?

    사실 유학을 준비하는 학생들에게 가장 고통스러운 것은 어떻게 보면 금전적인 문제라고 생각합니다. 국내의 대학들의 학비도 올랐지만 외국의 대학은 생활비 그 다음에 학비 포함해서 엄청난 돈이 듭니다. 그래서 이런 학비와 생활비를 조달할 수 있는 어떠한 방법이 미리 간구되고 안정적인 연구와 학습을 하면 가장 좋겠습니다. 제 경우에는 국가에서 장학금을 받고서 미국에 가서 공부를 하게 되었는데 예를 들어 돈이 모자라게 된다든지 그때 그 고통이라는 것은 부모님이 부자라서 돈을 다 지원해 주시면 관계 없지만 무리하게 일을 하면서 공부한다 이것은 상당히 쉽지 않지 않나 생각합니다. 그리고 이 돈문제가 해결이 되면 둘째는 자기와의 싸움이죠 특히 시간과의 싸움 시간 관리 많은 유혹도 있을수가 있고 공부하다 보면 힘든일도 있을 수도 있고 이런것들을 효과적으로 헤쳐 나가고 이러기 위해서는 자기와의 엄청난 인내 극기 제가 생각하기에는 결혼을 해서 유학을 하는 것이 가장 좋다고 생각합니다.

    왜냐면 정신적으로 상당히 안정이 되고 목표 의식도 상당히 뚜렷하기 때문에 예를들어서 혼자 가서 외로움을 못이겨서 괴로워 하면은 소기의 본인이 달성하고자 하는 목표도 달성을 못하고 어려움이 있을 것으로 생각합니다. 저는 결혼을 하고 유학을 했습니다 그래서 정신적으로 안정이 된 상태에서 총각 보다는 좋지 않나 라는 생각을 해 봅니다.

    어린시절 꿈은 어떤 것이었으며, 현재에 만족하시는지요? 또 추구하시는 것이 있으시다면...

    사실 어렸을때는 보통 꿈이 두가지로 대비 되었습니다 하나는 대통령이고 하나는 과학자 였습니다 저도 깊은 생각을 하지 않고 과학자라는 꿈을 초등학교 시절 부터 가졌는데 결국에는 과학자 비슷한 일을 하게 되서 제가 어렸을때 구체화되지 않은 꿈이었지만 어느정도 실현이 되지 않았나 생각합니다. 저는 개인적으로 표준과학연구원이라든지 삼성전자에 있을때 항공우주 연구소 이와같이 여러기관에서 직장생활을 했습니다. 그리고 연구라든지 이러한 쪽에 전념을 할 수 있고 후학들을 키울수 있는 그런 기관이 학교다라고 생각해서 결국은 학교쪽으로 오게 되었습니다. 그래서 제가 어렸을때 막연히 생각했었던 것들이 어느정도 구체화되었지만 능력이 한계가 있고 아직 큰 좋은 연구를 수행하지 못했기 때문에 그에 대한 아쉬움은 많이 남습니다. 이 능력하에서 좀 더 열심히 하고 특히 요즘에는 어떤 생각을 갖느냐면 저보다는 후학들을 위해서 학부생 대학원생들이 한국에서 좀더 좋은 교육을 받고 그리고 학생들이 저보다 훌륭한 공학자가 될수 있게 노력하고 있습니다. 그래서 학교의 커리큘럼이라든지 학생들을 위한 교육 프로그램 이런 것들에 관심을 많이 가지고 있습니다.

    인터뷰 진행: 이재용(metric@metric.or.kr)

    촬영, 편집: 정병규(baeni@metric.or.kr)

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