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대학교육 현장에 살아있는 용접 기술을 만들다
부경대학교 용접IT연구실 조 상 명 교수
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국내의 많은 용접 관련 학과들이 사라져 가고 있는 현실에서 용접의 밝은 미래를 확신하고, 많은 학생들이 연구에 매진하고 있는 대학 연구실이 있다.
「부경대학교 용접IT연구실」 대학 소재의 한 교수 연구실에 불과하지만 그 속내를 들여다보면, 정부 산하의 여느 연구소에서도 만만히 볼 수 없는 실력을 갖추고 있다.
그리고 그 실력의 중심에는 용접IT연구실의 부경대학교 조상명 교수가 있다.
조상명 교수가 부경대학교 생산가공학과 교수로 부임하면서 부경대학교 용접시스템연구실이 탄생하게 되었다.
그 후 용접시스템연구실에서 용접IT연구실로 거듭나는 과정을 거쳐, 현재 조상명 교수의 지도 아래, 총 17명의 학생들이 공부하는 상당히 큰 규모의 Lab으로 성장하게 되었다.
과거 용접시스템연구실은 용접장비, 용접주변기기 위주의 연구실이라는 의미가 강했다.
그러나 최근에는 용접 프로세스에서 발생하는 용접 전류, 전압 데이터로 품질을 평가하는 기술이 연구실에서 많이 개발되고 있다.
이러한 기술은 정보 처리와 밀접한 관련이 있기 때문에 현재의 용접IT연구실이라는 명칭으로 재탄생하게 된 것이다.
■ 6시그마로 품질 개선의 경쟁력 앞서 확보
오늘날의 산학 프로젝트는 정부 주관 프로젝트, 기업 주도 프로젝트 등 여러 가지 형태가 있다.
부경대학교 용접IT연구실에서는 문제 해결을 위해 기업체가 구성, 발주한 산학 프로젝트를 주로 수행하고 있다.
그 중에서 용접IT연구실이 주력하고 있는 분야는 기업이 신제품을 개발할 때 조립 공정에서 제일 적합한 용접 방법을 찾는 것이다.
과거에는 국내 업체들이 많은 분야에서 후발 주자로 기존 제품의 공정을 그대로 적용하는데 그쳤지만, 지금은 우리나라 기업 수준이 향상되면서 세계 최초로 신제품을 개발하는 사례가 증가하였다.
때문에 이런 제품에 어떠한 용접을 적용해야 생산단가를 낮추고, 품질을 향상시킬 수 있느냐가 기업의 큰 고민거리가 되면서 최근 부경대에 관련 프로젝트를 의뢰하는 일이 많아지고 있다.
또한 조상명 교수는 “용접 생산 현장의 품질 불량률 감소가 용접IT연구실의 주특기”라며 지금까지 품질 불량률을 감소시키기 위한 많은 연구 경험과 노하우에 대해 강한 자신감을 드러냈다.
특히 부경대 용접IT연구실은 국내 최초로 용접 분야에 6시그마 기법을 적용해, 5%의 품질 불량률을 0.5% 이하로 떨어뜨리는 등 품질 불량 개선의 전문가로 인정받고 있다.
부경대 용접IT연구실의 6시그마는 산학 협력 과제에서 L 전자가 6시그마를 적용한 데이터 관리와 최종 보고서를 요구하면서 시작되었다.
"처음에는 어려움도 있었지만 결국 우리의 능력을 더욱 향상시키는 계기가 되었다"며 담담히 말하는 조 교수는 그렇게 쌓인 경쟁력으로 L사와 94년부터 지금까지 13~14개 정도의 프로젝트를 수행해 왔다고 말한다.
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또한 세계 디스플레이 시장을 선도하는 S사와 함께 96년부터 총 14개 이상의 프로젝트를 하는 등 6시그마를 국내에 최초로 도입한 두 기업과의 프로젝트를 통해 용접IT연구실의 혁신과 내실을 다져왔다. 때문에 많은 기업에서 품질 불량을 줄여 비용을 절감하기 위한 목적으로 부경대 용접IT연구실에 프로젝트를 제안하고 있다.
근래 들어 용접기에 디지털 제어 방식을 많이 채택하면서 제어 방법에 따라 용접기의 성능이 크게 좌우되자 하드웨어보다 용접기 파형 제어 알고리즘의 중요성이 부각되고 있어 부경대 용접IT연구실에서는 상당한 비중으로 파형 제어 알고리즘에 관한 연구 개발 활동도 활발히 하고 있다.
용접IT연구실에서 용접 스패터를 줄이고, 아크를 안정화 할 수 있는 등의 기본적인 방법을 연구하여 제시하면, 하드웨어 제작자가 프로그램을 만들어 용접기에 적용, 용접기를 구성하는 것이다.
이처럼, 품질 개선과 생산성 향상에 대해 축적된 경험으로 업계와 학계에서 공인받고 있는 부경대 용접IT연구실은 기업과의 산학 프로젝트를 통해 학생들의 교육 훈련과 더불어 산업계에도 높은 기여를 하고 있다.
■ 자체 개발한 모니터링시스템은 품질 개선의 원동력
부경대 용접IT연구실이 품질 개선과 생산성 향상에 관한 산학 프로젝트를 성공적으로 수행할 수 있었던 데에는 아크용접모니터링시스템, TIG용접모니터링시스템, 저항용접모니터링시스템 등 좋은 진단 장비들을 모두 갖추고 있었기에 가능할 수 있었다.
조상명 교수는 “용접기 진단에 쓰이는 다양한 모니터링시스템은 품질 개선을 위한 산학 프로젝트에 필수적”이라고 말한다. 그리고 이러한 진단장비들 모두가 바로 조상명 교수와 학생들이 부경대 용접IT연구실에서 자력으로 연구, 개발한 장비들로 이미 아크용접모니터링시스템, 저항용접모니터링시스템은 일부 발명 특허를 받아 별도의 벤처 기업을 설립하여 독립적으로 경영하고 있다.
그 밖에도 부경대 용접IT연구실은 최근 저항 용접기의 제어 알고리즘과 관련된 많은 성과를 올리고 있으며, P 철강사와 함께 강판 용접 시 스패터가 발생하지 않는 제어 알고리즘으로 발명 특허를 출원했다. 그리고 용접IT연구실은 이러한 제어 알고리즘의 기초적인 내용을 응용하여 Q-MEXS(Quality Monitoring Expert System)를 개발, 이를 S사의 노트북용 배터리 전생산 라인에 설치하여 적용하는 성과를 낳았다.
고속으로 생산되는 노트북용 배터리는 용접 작업 시 스패터의 일종인 쇳물이 많이 발생하는데 이는 배터리 내부에 문제를 유발시키는 매우 성가신 존재로 소니와 같은 세계적인 기업에서도 골치를 썩인 부분이다. 그런데 바로 부경대 용접IT연구실에서 이를 해결하고, S사의 생산 라인에 적용한 것이다.
Q-MEXS는 용접 작업에서 실시간으로 용접 품질 측정과 스패터 발생 여부를 파악하여 불량 선별뿐만 아니라 불량 원인 규명까지 가능하게 하였다. 그리고 이러한 Q-MEXS는 용접IT연구실에서 자체 개발한 아크용접모니터링시스템, 저항용접모니터링시스템을 이용한 탐구와 연구 끝에 탄생한 용접IT연구실의 노력의 결실이었다.
■ 불가능을 가능하게, TIG 용접 모니터링 시스템 개발
부경대 용접IT연구실은 개발이 어려워 정부와 업계에서 프로젝트 지원 자체에 대해서도 난색을 표했던 TIG 모니터링 시스템 개발도 성공적으로 마쳤다.
TIG 용접은 보통 작업 시 10~20볼트의 전압이 출력되는데, 아크 스타트시 주변 장치에 고장을 일으킬 정도로 높은 3,000~5,000볼트의 전압이 발생하는 것이 가장 큰 난제였다. 그것을 극복하고, 모니터링 시스템을 만드는 것은 누구에게나 너무 어려운 일이었다.
이미 미국에서 개발한 TIG 모니터링 시스템이 있었으나 초기 고전압 발생 구간을 차단하고, 고전압 이후의 전압만을 측정하는 구조로, 아크 스타트 특성을 정확하게 평가하기에는 곤란한 반쪽짜리 기기에 불과했다.
그러나 결국 조상명 교수의 용접IT연구실은 개발에 착수 한 지 1년 만에 아크 스타트시의 고전압으로부터 시스템을 보호하는 회로를 만들어, 정확한 아크 특성을 측정할 수 있는 TIG 용접 모니터링 시스템을 완성했다.
조상명 교수와 그의 학생들은 세계 일등이라고 자부할 수 있는 TIG 용접 모니터링 장치 개발로 신기술 상품임을 인증하는 NT 마크 획득, 신지식인 지정, 발명특허 등의 부수적인 결과물도 얻을 수 있었다.
조 교수는 “이런 진단 장비가 자동 용접 생산 라인에 들어가면, 품질 평가 시스템으로 이용할 수 있다”며 품질을 진단할 수 있는 장비가 생산 라인에 적용됨으로써 품질의 향상을 꾀할 수 있다고 말했다.
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■ 현장에서 꽃피우는 용접
부경대 용접IT연구실은 산학 프로젝트를 한 기업들과 반복적으로 과제를 수행하고 있다. 그만큼 기업의 만족도가 높기 때문이다.
부경대 용접IT연구실은 특히 현장 지향적인 연구개발을 통해 실제 현장에서의 성과를 낳는 데 주력하고 있다.
조상명 교수는 “용접은 학문이지만, 현장을 근거로 한 학문이다. 그래서 용접은 현장에서 꽃을 피워야 한다”고 말하면서, “아무리 용접 전문가라 하여도, 용접 현장에 적용할 수 있는 기술을 개발하여 직접 현장을 개선하지 않으면 의미가 없다”고 강조했다.
그의 말처럼 부경대 용접IT연구실은 매우 현실적이고, 현장을 중심으로 한 깊이 있는 방향을 지향하고 있다.
용접IT연구실의 학생들은 현장에서 직접 용접기를 조작하고 부품을 측정하며, 현장에서 불량제품을 수거, 분해해 불량의 원인을 분석하고, 개선 작업을 하는 실제적인 연구를 많이 한다.
그리고 이러한 노력이 현장에서 살아 숨 쉬는 기술로 승화된다.
조 교수는 “학문적인 전문 지식은 깊이 있게 연구할수록 실생활과 괴리되는 부분이 생기지만, 용접 공학은 학문적 체계를 갖고 있으면서 전문적인 기술로도 매우 유용하게 쓰인다”며 “연구실을 통해 학생들이 효과적인 훈련을 할 수 있다”고 평가했다.
학생들은 일류 기업 문화를 갖춘 기업 사원들과 잦은 연석 회의를 통해 발표, 질의, 토론하는 과정에서 많은 훈련을 하게 된다.
그리고 이렇게 잘 훈련받은 학생들이 바로 그 기업의 R&D 현장에서 일하면서, 학문적으로 배운 기술이 사장되는 것이 아니라 현장에서 활용되는 것이다.
■ 미래의 용접산업을 위한 후진 양성
조상명 교수는 앞으로 부경대 용접IT연구실이 기초학문 체계를 수립, 기술전파를 하는 역할을 담당해 나갈 것이라는 포부를 밝혔다.
"국내에는 용접 기술과 지식 전파가 잘 이뤄지지 않는다”고 지적한 조 교수는 산업 현장의 수준이 얼마나 빨리 세계적 수준에 이르냐 하는 것은 지식의 전파 속도에 달려 있다고 말했다.
더불어 조상명 교수는 신용접 공정에 대한 기술 개발과 신지식 창출의 역할을 하는 등 전문 지식을 창출해서 전파하는 것뿐만 아니라 전세계에서 창출되어 나오는 용접 기술 관련 전문 지식을 빨리 흡수해서 우리 용접 산업 사회에 전파하는 것도 대학 연구실의 매우 중요한 역할이라고 강조했다.
그러나 조상명 교수는 “무엇보다 대학 용접 연구실의 일차적인 역할은 후진 양성”이라는 생각을 밝혔다.
"열정적이고, 도전적이면서, 기초가 튼튼한, 국제적 감각을 갖고 있는 후진을 많이 양성해야 한다”고 말하는 그는 산업의 미래는 산업 분야에 종사하는 사람의 연령대 구성이 지배하며 때문에 밝은 미래를 위해서는 후진 양성이 제대로 이뤄져야 가능하다고 거듭 강조했다.
그리고 그것이 바로 우리나라 기업이 세계 일등을 할 수 있는 바탕이 되는 것이다.
미래지향적 기술을 가진 인재를 육성하기 위해 그는 우선 학생들에게 밝은 미래를 보여주려 한다. “희망을 갖고 보는 사람의 시각과 희망이 없다고 보는 사람의 시각차는 현실에도 엄연한 차이를 가져온다”고 생각하는 조상명 교수는 실제로도 용접 기술의 미래가 밝다고 확신하고 있다.
게다가 최근 소재 가격의 급상승으로 단일소재보다 이종소재를 이용하는 경향이 두드러지면서, 소재를 절약해서 제품을 생산하기 위한 용접 기술의 필요성이 증대되고 있다.
또한 생산가공기술에서 용접이 차지하는 비중이나 위치는 쉽게 간과할 수 없는 것으로, 용접은 가장 좋은 조립 방법 중의 하나이다.
자원 부족, 소재 가격 상승이라는 현 추세에서 단일소재만 사용하는 주·단조 기술은 한계에 봉착하게 되지만 용접기술은 점차 그 중요성이 커질 것이다.
또한 21세기에는 제품이 모바일화 될 것이며, 경량화가 관건인 모바일 제품에 용접은 최적의 기술로, 가장 효율적으로 잘 조립할 수 있는 방법이다.
이처럼 오늘날에도 용접 분야의 응용 범위가 확대되고 있으며, 그래서 여전히 선진국에서 활발한 용접 기술 연구 활동을 벌이고 있다.
때문에 조 교수는 “우리도 더욱 활발한 활동을 할 필요가 있다”며 그의 소견을 밝혔다. 그리고 최근 차츰 늘어나는 용접 기술 수요에서 특히 이종재료의 접합 문제에 많은 관심을 가져야 할 것이라고 조상명 교수는 전망했다.
덧붙여 그는 “중국의 값싸고 풍부한 노동력과 경쟁해서 이기기 위해서는 최고의 품질을 추구하면서 동시에 생산성에서 중국을 훨씬 능가해야 한다”며 이에 생산성 향상의 방안으로 용접 변형을 줄이는 것이 주목받고 있다고 최근 동향을 언급했다.
이미 부경대 용접IT연구실은 이러한 추이를 파악하여, 최적의 용접 방법을 찾아 용접 변형을 줄이기 위한 연구 개발을 활발히 하고 있다.
조상명 교수는 “현장 사람들과의 교류와 접촉을 늘려 산업체의 요구를 읽고, 기초 연구에 도입하여, 연구를 통해 기업의 애로사항을 해결하는 데에 부경대 용접IT연구실은 더욱 많은 관심을 기울일 것”이라고 Lab의 활성화를 통한 연구 개발 의지를 다졌다.
흔히 용접을 굴뚝산업이라고 하며, 특히 젊은 세대는 용접이 3D라는 인식이 널리 퍼져 있다. 그러나 용접 기술은 수출, 부가가치 창출, 고용 효과가 매우 높은 전자산업의 하드웨어 부분, 조선산업, 자동차산업, 건설업, 일반 플랜트 산업 분야에서 응용 산업의 형태로 전체 사회에 기여하고 있으며 이런 산업 분야를 잘 발전시키기 위해서는 각 산업의 고유 기술도 중요하지만, 생산 기술 중의 하나인 용접도 높은 기술력을 갖춰야 한다.
그리하여 우리의 용접 기술이 세계 1등에 위치한다면, 용접은 우리에게 매우 미래지향적인 기술로 다가올 것이다. 더불어 학계에서도 우리의 용접 산업을 세계 1등으로 끌어올리기 위한 많은 연구와 노력이 필요하다.
여기에 기업과의 산학 프로젝트를 통해, 기업의 품질 불량 문제를 하나하나 해결해 오면서 이론, 실무적인 감각, 관리 능력을 갖춘 인재를 육성해 사회에 진출시키고, 모두가 안 된다고 말했던 TIG 용접 모니터링 시스템을 개발, 불가능을 가능하게 했던 추진력으로 용접업계에 이바지 해 온 부경대 용접IT연구실과 조상명 교수가 앞으로 펼쳐나갈 미래는 무궁무진하기에, 우리는 내일의 밝은 용접 산업을 기대할 수 있을 것으로 보인다.
■ 문 의: 부경대학교 조 상 명 교수 Tel. 051-620-1660 Fax. 051-625-7048
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