공정 시스템 엔지니어링 산학협동 공개강좌

이태용, 박선원

한국과학기술원 화학공학과

Continuing Education on Process Systems Engineering

Tai-yong Lee, Sunwon Park

Department of Chemical Engineering, KAIST

서론

표   공정분야 강좌일지

시기	내용
1995. 8.	공정제어
1996. 2.	공정설계
1996. 8.	공정제어
1997. 2.	공정설계
1997. 8.	공정제어

근래에 들어 기술 발달 속도가 빨라지고 기업간 기술 경쟁이 심화됨에 따라 이에 대응하기 위한 현업 종사자 재교육의 필요성에 대한 공감대가 산업계 자체는 물론 정부와 학계에서도 형성되었다. 그러나 요구되는 교육 내용이 세분화되고 전문화됨에 따라 기업 차원에서 이와 같은 교육을 직접 제공하기에는 인력과 비용의 측면에서 많은 문제점을 안고 있다. 이와 같은 상황 인식을 바탕으로 한국과학기술원 화학공학과에서는 1995년부터 매년 정기적으로 공정 시스템 엔지니어링 분야에 대한 산학협동 공개강좌를 주최하고 있다 (표 1 참조). 본 강좌는 석유화학, 석유정제, 기타 화공관련산업체와 엔지니어링 회사의 화공관련분야의 신입 사원으로부터 초급 간부에 이르는 실무자를 대상으로 여름(매년 8월 말)에는 공정제어 및 계장 분야 겨울(매년 2월 말)에는 공정설계 분야에 대한 교육 기회를 제공하고 있다. 교육 내용은 기본 개념에 대한 복습, 신 기술 동향에 대한 소개, 사례학습, 전산 응용 실습 및 실험 등을 포함하여 총 32시간으로 구성된다.

본 고에서는 공정 시스템 엔지니어링 분야의 재교육 현황 및 본원에서 제공하는 공정 제어 및 설계의 공개 강좌 내용을 간략히 소개하고, 이와 같은 재교육 과정이 효육적으로 이루어질 수 있는 방안에 대하여 논의하고자 한다.

재교육 과정의 현황

고용자의 기회 제공에 의한 피고용자의 재교육 과정은 1주일 이내의 단기 교육 과정으로부터 1년 이상의 학위 과정까지 자체 또는 위탁 교육 형태로 나타나지만 본 고에서는 화공 관련 분야의 단기 과정에 대하여 살펴보고자 한다.

화공 분야 단기 교육 과정의 형태는 교육 범위에 따라 화학공학의 특정 교과 또는 분야(discipline)를 다루는 경우, 특정 공정 또는 제품을 선택하여 관련 분야를 다루는 경우, 그리고 화공 전반을 포괄적으로 다우는 경우 등으로 나눌 수 있다. 교육 기회는 일년 단위 등 정기적으로 제공되는 경우와 일과성 또는 비정기적으로 제공되는 경우가 있다. 다루는 내용의 수준도 기본적인 내용으로부터 최신의 연구 동향까지 다양하다. 이와 같은 단기 교육 과정은 학회나 단기 교육 전문 기관에서도 주최하는 경우가 과거에는 일부 있었으나, 최근에는 대학에서 주최하는 비중이 많아졌다.

각 대학의 화학공학과 교과과정이 화학공학에 대한 전반적인 지식 습득을 목표로 하는 반면에 현업 종사자를 대상으로한 재교육의 경우에는 특정 분야 실무에 실질적인 도움이 되는 지식이 필요하다. 이와 같은 교육은 실무 현장을 처음 접하는 신입 사원에서부터 초급 간부에게 공히 요구되므로 교육의 수요는 일과성이 아니라, 매년 반복되므로 분야별로 정기적인 실무자 교육이 필요하다. 이를 위한 실무자 단기 교육의 모델을 공정제어와 공정 설계 분야에 대하여 소개하고자 한다.

공정 제어 및 계장

□실무자를 위한 공정설계 및 계장의 기본 원리와 실습□에 대한 강좌는 제어·계장 관련 기본 개념에 대한 강의 20시간과 이에 대한 전산 응용 실습 및 제어 실험 12시간으로 이루어진다 (그림 1). 개별 강의 시간은 내용에 따라 주제별로 1 - 3 시간이며 일부는 시청각 교육 자료를 사용하고 있다.

그림   공정제어·계장 강좌 구성

기본 개념에 대한 강의는 공정 제어의 기본원리와 응용, 회분공정의 자동화와 제어, 모델예측제어, 온라인 모니터링과 최적화, 조업자 훈련 시스템, 공정제어용 계장의 기본원리, DCS 제어계와 하드웨어 구성 등 제어 알고리듬과 하드웨어에 대한 소개를 포함한다.

실습 및 실험은 PID 제어기 튜닝, 이용한 제어계 모사, 공정 규명, 다변수 제어계 설계, 모델 예측 제어, 공정 자료취득(data acquisition) 등에 대한 사례 학습 및 제어실험 12시간으로 구성된다. 본 실습에서는 현재 널리 사용되는 다수의 무른모를 사용할 수 있는 기회를 제공하며, 실습조는 2 - 3 인 1 조로 구성하여 조별로 협동하여 문제를 해결할 수 있도록 한다. 실습 방법은 예제를 소개하고 전산 무른모를 이용하여 이를 해결하는 방법을 소개한 후 이를 수강생이 직접 반복 실습하여 문제 해결 능력을 배양하고 무른모의 사용법을 익히도록 한다.

공정 설계

□실무자를 위한 공정 설계의 기본 원리와 실습□에 대한 강좌에서는 공정 설계의 기본 개념과 실무 이론에 대한 강의 15시간, 설계 예제를 이용한 사례 학습 12시간, 전산 응용 최적 설계 실습 5시간 등으로 구성된다 (그림 2).

그림   공정설계 강좌 구성

강의 내용으로는 공정 설계의 기본 개념, 공정 설계를 위한 열역학 및 분리 공정 개론, 공정 무른모 소개, 프로젝트 관리, 공정설계 응용, 공정 시스템 안전, 열교환기 설계와 열통합설계 등이 포함된다.   설계의 사례 학습 문제로는 아세톤을 열분해하여 무수 초산을 제조하는 Wacker 공정을 선택하여 지난 2년간 사용하였다. Wacker 공정은 열분해 반응기, 급냉 및 응축 장치, 흡수 및 증류 장치등 화학공장을 구성하는 반응기, 열교환기, 분리 장치등으로 고루 포함하며, 전체 공정이 비교적 간단하여 실무자 단기 교육용 예제로 적합한 것으로 판단된다. 설계 내용은 주어진 공정 흐름도를 바탕으로 각 단위 공정의 기본 설계 외에 흡수탑의 상세 설계, 계장 및 자재 선정, 안전 등이 포함된다. 여기에서는 short-cut 법을 이용하여 공정별로 설계 단계를 따라가며 설계한다.

또한 공정 무른모를 이용한 분리 공정의 전산 응용 최적 설계를 실습한다. 실습 요령은 공정제어의 경우와 마찬가지로 진행되며, 앞에서 다룬 설계 예제에 대하여 공정 무른모가 요구하는 형식에 맞추어 자료를 입력시키고 출력된 결과를 검토한다.

교육 과정의 문제점

실무자를 위한 단기 교육은 피교육자가 현업을 떠남에 다른 업무 공백을 최소화하기 위하여 많은 경우 1주일 이내의 단기간에 걸쳐 집중적으로 제공되므로 교육 효율이 감소될 수 있다. 또한 동시 실습에 따라 교육 기자재 부족의 문제가 대학의 정규 교육 과정에 비하여 심각하며, 적절한 교과 과정 개발을 위한 여건도 상대적으로 취약하다.

재교육 과정의 효율성 제고 방안

앞에서 언급한 단기 교육의 대부분이 대학의 주최로 이루어지는 현실을 감안하여 재교육 과정이 효율적으로 운영되기 위한 방안을 논의하고자 한다. 실무자를 위한 단기 재교육 과정이 실무에 많은 도움이 되도록 하기 위하여는 기술 발달에 맞추어 교과 과정을 지속적 개발하여 산업체에서 필요로 하는 교육을 제공하여야 하며, 이를 위하여 재교육 과정의 계획과 강의가 산업체의 전문 인력의 협조를 받아 이루어지도록 노력하여야 한다. 교육 내용은 해당 분야의 전반적인 이해를 돕는 내용과, 현장감 있는 사례 학습 예제를 개발하여 이를 적절히 안배하여야 한다.

재교육 과정이 산업체의 신입사원 훈련 과정을 대신하기 위하여는 이 과정이 정기적으로 제공되어야 할 것이며 이 경우 1년 단위로 교육을 제공하는 것이 바람직할 것이다.

단기 교육이 짧은 기간이지만 집중적으로 제공된다는 점을 감안하여 지루한 교육이 되지 않도록 교육 내용을 구성하고, 시청각 효과를 높일 수 있는 매체를 적극 활용하여야 한다.

공정 분야의 교과 과정은 다른 화공 분야와는 달리 전산 응용이 많이 요구되므로 전산기의 확보 방안이 제시되어야 하며, 또한 이에 사용할 응용 무른모가 개발 또는 확보되어야 하며, 교육용 무른모의 자체 개발 또는 상용 무른모의 단기간 임차 등의 방법 등을 생각할 수 있다.

감사

그간 실무자를 위한 공정분야 산학협동 공개강좌의 강의를 맡아주신 남해화학 김영호 이사님, 대림엔지니어링 최홍영 과장님, 삼성엔니지어링 이석호 팀장님, 박종희, 구재회 과장님, 선경건설 최정봉 전무님, 백기황 부장님, AID 이강주 박사님, 건국대 김인원 교수님, 경북대 이지태 교수님, 고려대 양대륙 교수님, 과기원 홍원희, 이흔 교수님, 서울대 윤인섭 교수님, 연세대 문일 교수님, 영남대 이문용 교수님, 전남대 정창복 교수님, 포항공대 장근수, 이인범, 한종훈 교수님, 한양대 여영구 교수님과 본 강좌에 참여한 각 기업체의 수강생들께 감사드립니다. 아울러 본 강좌 예산의 일부를 공정산업의 지능자동화센터 (KOSEF ERC)를 통하여 한국과학재단으로부터 지원받았음을 밝히며 이에 감사드립니다.

참고문헌

1.	한국과학기술원 화학공학과: □실무자를 위한 공정 제어 및 계장의 기본 원리와 실습□, 1996.

2.	한국과학기술원 화학공학과: □실무자를 위한 공정 설계의 기본 원리와 실습□, 1997.