2024학년도 1학기 창의공학종합설계
Course Information
- 과목명 : [2024.1학기]창의공학종합설계
- 담당교수 : 이수일 교수님, 황면중 교수님
Course Description
요약 : 창의적인 시스템 설계를 위하여 설계 절차와 방법을 배우고 실제로 과제를 부과하고 월별로 개인 및 팀의 다양한 기계정보공학 프로젝트의 수행과 발표를 통해 공학적인 설계 감각과 공학인증에서 요구하는 여러가지 학습성과를 달성할 수 있도록 한다.
Ongoing Project
2024년 1학기
1조-사이좋은 A들 - 김**, 김**, 박**, 변**, 임**, 최**
프로젝트 개요
기술개발 과제
국문 : 음료 자동 처리 페트 수거 압축 쓰레기통
영문 : Recycling Bin equipped with automatic PET (Polyethylene Terephthalate with liquid processing and compacting feature
과제 팀명
사이좋은A들
지도교수
이수일 교수님, 황면중 교수님
개발기간
2024년 3월 ~ 2024년 6월 (총 4개월)
구성원 소개
서울시립대학교 기계정보공학과 2017430007 김성수(팀장)
서울시립대학교 기계정보공학과 2018430018 김지운
서울시립대학교 기계정보공학과 201954019 박혜선
서울시립대학교 기계정보공학과 2018430027 변성준
서울시립대학교 기계정보공학과 2018860030 임도현
서울시립대학교 기계정보공학과 2018430042 최두리
서론
개발 과제의 개요
개발 과제 요약
매년 일회용 음료 컵 쓰레기 분리 문제로 뉴스 기사가 보도되고 있다. 이러한 사회문제를 해결하기 위해 본 개발 과제에서는 음료가 남아있는 카페용 페트류를 자동으로 분리 및 수거하고 압축하는 쓰레기통을 설계하려 한다. 앞서 제시한 쓰레기통의 페트병 투입인식부, 내용물제거 회전부 , 분리 내용물 처리 거름부, 페트병 압축부, 수납부를 직접 설계하고 제작할 것이다. 음료 자동 처리 페트 수거 압축 쓰레기통은 악취 개선, 쓰레기 용량 확보, 시험기간, 버스 정류장 쓰레기문제 해결등의 효과가 있을 것으로 기대된다.
개발 과제의 배경
최근 여러 저가 대용량 테이크 아웃 커피 브랜드들이 범람하면서 늘어난 일회용 페트 컵의 사용량 증가로 인하여, 학교 분리수거함과 지하철 및 버스 정류장 앞 쓰레기통 등에 쌓이는 일회용 음료 컵 쓰레기의 분리배출 주제로 하는 뉴스 기사들이 보도되고 있다. 특히 부패할 가능성이 높은 유제품이나 고형물을 함류한 음료가 든 일회용 PET컵 쓰레기는 그 수거 시 내용물을 비우는데 들어가는 수고가 더해질 뿐 아니라, 방치되면 내부 내용물의 부패 되며 발생하는 악취와 벌레 문제 등이 추가로 발생하는데, 이런 문제를 해결하기 위해 컵 내부의 음료를 자동으로 처리하고 남은 페트컵을 압축해서 수거하는 쓰레기통 시스템의 제작을 목표로 본 프로젝트가 고안되었다.
서울시립대 분리수거함
개발 과제의 목표 및 내용
과제의 목표는 압축기와 모터를 이용해 pet컵의 내용물을 제거하고 빈 용기를 압축시켜 보관하는 것을 목표로 진행되었다. 이때, 각 목표 사항의 결정은, 실험적 방법과 시뮬레이션적 방법으로 결정했는데, 시뮬레이션 적인 방법은 본체의 목표강도 및 재질 설정 그리고 모터의 소요동력 결정과 압축기의 압축력 결정에 사용되어, 적절한 성능의 기재를 구비 하는 것에 도움을 주었고, 실험적 방법은 여러 크기의 목표물을 동작 목표에 맞춰 실제로 압축-변형-이송시켜 가면서 과제물 형상을 구체화 시켰다. 그렇게 하여 각 부분은 크게 본체부, 투입 인식부, 회전 분리 부, 그리고 압축 이송 부의 4가지로 구분하였으며 그 동작을 아두이노 uno 모듈을 사용해 통합 제어 하는 것으로 한다.
이때 나눠진 프로젝트의 각 부분의 요구 목표를 달성하는데 필요한 컵 내부의 음료를 자동으로 처리하는 기준 및 남은 페트컵을 압축해서 수거하는 기능의 기준은 다음과 같이 설정했다.
1. 페트병 투입 인식
-페트병이 투입됨을 감지.
-장치의 작동여부로 판단, 무조건 작동
2. 내용물 제거
-페트컵을 180도 회전시켜, 내용물을 제거.
-내용물은 100% 제거를 이상적 목표로 최소 95% 제거
3. 분리된 내용물 처리
-액체가 아닌 고형물은 거름망으로 분리. 타피오카 펄 같은 일반적인 고형물 분리
4. 페트병 압축 후 수납
-내용물이 분리된 페트병을 적절한 크기로 압착하여 저장.
-압축은 기존 부피대비 1/5를 목표로 최소 1/3 이상
관련 기술의 현황
관련 기술의 현황 및 분석(State of art)
- 전 세계적인 기술현황
동력프레스는 크게 기계력을 이용하는 기계 프레스와 유체의 압력을 이용하는 액압프레스로 나뉘어진다. 액압프레스는 작동 유체로 주로 액체를 사용하는 유압프레스와 공기를 사용하는 공압프레스로 구분된다.
유압프레스와 공압프레스는 사실상 작동유체의 차이 밖에 없기 때문에 다양한 특성들을 공유한다. 먼저 유체에 압력을 가해주기 위해 컴프레셔가 필요하다. 때문에 부피가 커지게 되며 가격적으로 부담이 생기게 된다. 또한 소음이 발생하게 되는데 특히 공압프레스는 공기가 들어오고 빠질 때의 소음까지 추가되어 상당히 시끄럽다고 알려져있다. 뿐만 아니라 유체의 유출의 위험성도 있다. 그럼에도 구조가 단순하며 큰 힘을 낼 수 있다는 장점이 있어서 다양한 산업현장에 사용되고 있다.
기계프레스는 주로 모터를 사용하며 액압프레스와는 다르게 콤프레셔가 필요없다. 때문에 부피가 작으며, 소음이 적게 발생한다. 또한 액압프레스에 비해 속도가 빠르다. 하지만 스트로크와 하중이 정해지면 변경하기가 어렵다는 단점을 갖고 있다.
서보프레스는 서보모터를 사용하여 기계프레스의 단점을 해결한 프레스이다. 서보모터는 일반 모터와는 다르게 사용자가 속도, 가속도, 위치 등을 제어할 수 있으므로 이를 통해 프레스의 스트로크와 하중을 변경할 수 있다.
- 특허조사 및 특허 전략 분석
본 과제와 비슷한 콘셉트의 발명들이 사전에 존재 하지만, 1)본 과제는 카페용 pet컵의 분리배출에 트고하 되어 있다는 점, 2) 위의 발명들과 일부 구동원리가 겹치는 부분이 존재하나, 세부적인 부분에서 뚜렷한 차이점이 존재한다는 점, 3) 본 발명은 여러 구동원리의 부품들이 하나로 모인 집합체라는 점에서 비록 재정에 유의미한 효과를 가진 특허 출원은 불가능 할 지라도, 결합에 의한 신규성이 인정될 부분은 있어, 그 출원의 심사가 성공적 일 수 있는 가능성이 없지않다.
- 기술 로드맵
시장상황에 대한 분석
- 경쟁제품 조사 비교
- 마케팅 전략 제시
개발과제의 기대효과
기술적 기대효과
특허 조사 결과, 우리가 목표로 하는 음료자동분리 시스템에 대해 세부적인 기능을 따져 들어가면 해당기능에 대응하는 여러 유사 사례들을 찾을 볼 수 있었으나, 음료가 든 용기의 투입-음료분리 및 배출-빈 용기 압출이라는 연속과정을 총괄적으로 구현한 사례는 찾을 수 없었다. 즉, 목표인 음료자동분리 시스템의 구현에 필요한 각각의 개별 기술에 있어 특기할 만한 기술적 진보는 없을 수 있으나, 각각의 기능을 한데 묶어 투입부터 배출 까지의 전 과정을 연속적으로 동작하게 만드는 것에 있어서는 그 의의가 있을 것이다.
경제적, 사회적 기대 및 파급효과
보다 편리한 분리수거 라는 해당 개발의 배경에 따라, 기존 음료와 함께 버려지던 음료용기에 대해 더 높은 자원 재활용율을 확보할 수 있고 이에따른 재활용 자원의 확충으로 환경 및 경제에 부차적인 파급 효과가 기대된다. 또한 재활용 과정에서의 프로세스 간소화로 기존보다 필요 노동력이 줄어들 것으로 예상되며 이에따른 인건비 절감 효과가 있을 것이다. 또한 기존 내용물과 함께 버려지는 수거방식에 비교해 내용물이 따로 분리되기에, 전보다 쓰레기통 주변의 부패, 오염 문제를 줄일 수 있을 것으로 예상된다. 즉, 이와 같은 점들에서 해당 개발이 완료되어 대중화 된다면 결과적으로 보다 나은 공공환경 조성에 도움이 될 것이다.
기술개발 일정 및 추진체계
개발 일정
구성원 및 추진체계
내용
설계
설계사양
제품의 요구사항
내용
설계 사양
내용
개념설계안
내용
이론적 계산 및 시뮬레이션
내용
상세설계 내용
내용
결과 및 평가
완료 작품의 소개
프로토타입 사진 혹은 작동 장면
내용
포스터
내용
관련사업비 내역서
내용
완료작품의 평가
내용
향후계획
내용
특허 출원 내용
내용
