안녕하세요. 김상규 전문가입니다.
기계공학
Q. 자동 제어 시스템 설계 중에 가장 중점적으로 봐야 될 것은 무엇인가요?
안녕하세요. 김상규 전문가입니다.자동제어는제어시스템을 설계하고 튜닝하는 분야로서,제어 시스템이 원하는 목표 달성을 위해정확하고 안정적인 제어를 수행가능하도록 하는 것이 목표입니다.중점사항을 나열하면1, 안정성 제어시스템이 입력신호나 외부환경 변화에 대해, 적절히 반응/ 출력신호를 생성하고, 어떤 형태로든 불안정해 지지 않도록 하는 것 수학적 모델 이용 분석할 수 있고, 루프 전달함수의 주파수 응답을 분석해서도 판단가능2, 수렴속도 입력신호에 대해 적절한 출력신호를 생성하는 데 필요한 시간을 수렴시간이라 하며 수렴속도는 이 수렴시간이 빠르도록 하는 요구사항3, 과도응답 입력 신호 변화에 대해 출력신호가 일시적 과도 반응하는 현상으로 시스템이 불안정해지거나 성능저하가 가능하며 제어 시스템에서 제거해야 하는 사항 중 하나로 제어 시스템의 선형성과 안정성을 보장해야 함.4, 오버슈트 입력신호에 대해 출력신호의 초기반응이 입력 신호 크기보다 큰 현상으로 수렴속도와 과도응답과 는 별개의 요구사항으로 일반적으로 시스템이 빨리 반응하도록 설게될 때 발생하는데 너무 과도하면 과도응답과 비슷한 문제발생5, 감쇠비 오버슈트를 제어하는 요구사항 중 하나로, 오버슈트 발생 시 시스템이 어느정도 감쇠되는 지 타나내며 이는 루프 전달 함수에서 제어6, 위상여유 루프 전달 함수에서 위상이 180도 이하가 되지 않도록 하여 시스템이 안정적으로 동작하게 하는 사항 루프 전달함수의 위상 특성을 고려하여 설계 필요7, 게인 마진 제어시스템에서 사요되는 게인 값을 일정한 마진만큼 유지해야하는 사항 시스템 불확실성 및 외부환경 변화로 인해 게인 값 일시적 변화 가능 게인 마진은 시스템 안정성/ 성능 보장을 위해 필요한 사항.이 요구사항들을 만족시키기 위해시스템의 수학적 모델을이해하고, 적절한 제어기를 설계하고, 제어시스템의 파라미터를 튜닝해야합니다.이를 위하여 PID 제어기 같은 다양한 제어 알고리즘이 개발되어 있고,이들 알고리즘은 이런 요구사항을 만족시키키 위하여 설계되어 있습니다.
기계공학
Q. 기계공학의 전통적인 방식과 AI를 접목한 방식의 차이는 무엇인가요?
안녕하세요. 김상규 전문가입니다.기계공학에서로봇기술 분야를 짚어서 관찰해 본다면20세기 초반에 등장한 미국의 '유니메이트'는 최초의 산업용 로봇으로, 자동차 제조에서 일을 수행하여 인간 노동 일부를 대체했습니다. 초기 로봇 기술은 기계적 솔루션에서 전자 및 전기 제어 시스템으로 진화하면서, 컴퓨터 기반 제어 시스템의 도입으로 다양한 작업을 수행할 수 있게 되었습니다. 로봇의 활용 분야는 산업에서 의료, 서비스, 군사, 우주 분야로 확장되었으며, 의료 로봇과 서비스 로봇 등이 다양한 일상적 작업에서 활약하고 있습니다.로봇 기술의 혁신은 센서 기술과 인공지능의 진보에 주로 기인합니다. 센서 기술은 초소형 카메라, 레이더, 리다 등을 통해 로봇의 감각을 향상시켜 정밀한 환경 인식을 가능케 했습니다. 이와 병행하여 발전한 인공지능은 머신러닝 및 딥러닝을 통해 로봇이 센서 데이터를 분석하고 학습하여 다양한 작업을 수행할 수 있도록 했습니다. 이로써 자율주행 자동차, 의료 로봇, 서비스 로봇 등에서 센서와 AI가 통합되어 혁신적인 솔루션을 제공하며, 협동로봇 기술은 인간과 로봇이 협력하여 작업하는 새로운 패러다임을 제시하고 있습니다.
기계공학
Q. 산업용 로봇이 AI를 적용하여 생산성을 높이는 방법은 어떤게 있을까요?
안녕하세요. 김상규 전문가입니다.1, 산업로봇화 개념 / 발전 산업 로봇화는 제조업, 자동차 제조, 전자 제품 생산, 의료 분야, 건설 업종 등 다양한 산업 분야에서 활용되며, 생산 프로세스의 자동화와 혁신을 가능하게 합니다..첫 번째로 초기 단계 (1960년대 - 1980년대)이며 초기 산업 로봇은 주로 무거운 작업을 자동화하고 제조업에서 사용되었습니다. 이러한 로봇은 고정된 작업환경에서 작업을 수행하며, 사전 프로그래밍을 통해 제어되었습니다.두 번째로 진화 단계 (1990년대 - 2000년대)이며 센서 기술과 컴퓨터 비전 기술의 발전으로 로봇의 지능화가 가능해졌습니다. 로봇은 환경을 감지하고 반응할 수 있게 되었으며, 유동적이고 협력적인 작업을 수행할 수 있게 되었습니다.세 번째로 현재와 미래 (2010년대 이후)이며 현재, 산업 로봇화는 인공 지능 (AI) 및 머신 러닝 기술과의 접목을 통해 더욱 발전하고 있습니다.2, 장점첫 번째로 생산성 향상이며 로봇은 일정한 속도와 정확도로 작업을 수행하므로 생산성을 크게 향상합니다. 반복 작업에 최적화되어 있어 인간 근로자보다 오류가 적고 일관성이 있습니다.두 번째로 안전성 개선이며 위험한 작업 환경에서 로봇을 사용하여 인간 근로자의 안전을 보장할 수 있습니다. 로봇은 유독 물질 또는 높은 온도, 냉기와 같은 극한 환경에서 작업할 수 있으며, 작업 환경에서 인간 근로자의 위험을 줄입니다.세 번째로 효율성 향상이며 로봇은 24시간 연속적으로 작업을 수행할 수 있으므로 생산 시간을 최대한 활용할 수 있습니다. 이로 인해 제조업체는 생산량을 늘리고 시장 반응성을 향상할 수 있습니다.네 번째로 고급 기술 활용이며 산업 로봇은 센서, AI, 컴퓨터 비전 및 자동화 기술과 통합되어 다양한 작업을 수행할 수 있습니다. 이러한 고급 기술은 제품 품질과 혁신을 촉진합니다.
기계공학
Q. 기계공학에서 수학적 개념을 사용하는 것은 어떤 것이고, 수학적 개념이 기계공학에 어떻게 적용되나요?
안녕하세요. 김상규 전문가입니다.기계공학의 근간이 되는 지식은4대 역학입니다.정역학/동역학, 재료역학, 열역학, 유체역학 으로 나뉘는 데요.이 모든 역학 들의 기본은물리학과 수학이며그 안에녹아 있는 공식들은 모두 수학 공식으로 풀어져 있습니다.정역학역학의 기본단위 및 차원, 단면의 기하학적 성질과 재료의 역학적 성질을 익히고,강재에 작용하는 힘의 합성과 분해, 중심과 도심의 해법 등 역학 전반에 필요한 기본적인 지식을 습득합니다. .정지해 있는 구조물의 역학적 원리 및 힘의 평형 상태와 관성모멘트를 파악하고트러스, 보, 케이블 등 기본적인 정정구조물의 해석을 통해 구조공학의 기본을 익히게됩니다.동역학Newton역학에 기초하여 질점이나 강체로 이상화된 물체들로 이루어진 시스템의 운동을 해석할 수 있는 능력을 배양시키는 학문으로, 위치, 속도, 가속도, 각속도, 각 가속도 등과 같은 운동의 기본개념들과 질량 및 관성 모멘트의 개념들을 습득하고 이들을 수학적으로 나타내는 방법과 이들 상호 간의 관계를 유도하는 방법을 학습합니다. 또한 자유물체도 작성에 의한 운동방정식 유도방법과 일, 에너지, 운동량, 충격량 등의 개념 및 사용방법을 습득하게 됩니다.재료역학Stress 및 strain의 개념을 이해하고, normal stress 및 shear stress를 배우며, 또한 각도에 따른 normal stress 및 shear stress의 변화를 이해하기위해 학습합니다. 자유물체도를 통하여 원하는 단면과 외부영역의 반력 및 stress를 계산하며, 재료 물성치에 따른 시스템의 거동을 파악하게 됩니다. 열역학열역학 법칙들은 우주에 존재하는 모든 에너지 변환과 전달을 설명하는 가장 기본적인 과학 법칙들입니다. 이 법칙들은 각각 독립적인 성격을 가지면서도, 서로 밀접하게 연결되어 열역학 현상을 전체적으로 이해하는 데 중요한 역할을 합니다따라서열역학 제0법칙부터 제3법칙까지 배우고 이들 법칙을 통해 우리는 자연계에서 일어나는 모든 에너지 변환 과정의 원리를 이해할 수 있으며, 이는 물리학뿐만 아니라 공학, 화학, 생명과학 등 여러 분야에서 중요한 응용을 하게 됩니다.유체역학유체의 정의, 유체정역학, 검사체적해석법에 의한 유동해석, 유체유동에 관한 미분적 해석법, 점성유동, 난류유동, 운동량정리와 베르누이정리의 응용, 차원해석과 상사법칙, 포텐셜유동, 내부유동 등에 관한 이론적 해석을 다루며, 유체시스템에 응용할 수 있는 능력을 배우게 됩니다. 이 4대역학의 지식을 근간으로기계공작법, 기계설계, 기계진동학, 공기역학, 첨단유동실험법, 열전달, 소음공학 , 열시스템 공학, 냉동공학, 공기조화등의 기계공학 커리큘럼으로 따라 가게 됩니다.
기계공학
Q. 드론 입문을 할려구 합니다. 어떤 목적으로 사용해야 하는가요?
안녕하세요. 김상규 전문가입니다.드론의 선택기준을 나열해 본다면첫째, 사용 목적은?둘째, 나의 취향은?셋째, 휴대성과 소음 자유도넷째, 나의 예산 범위는?다섯째, 향후 기추 여부정도입니다나의 드론 사용 목적이 일상의 취미인지 전문적인 업무 용도인지에 따라 취미 목적이라면 매빅3 시리즈 이하 모델로 선택하셔도 충분해요.물론 예산이 충분하다면 매빅3 시리즈는 여러가지 최고의 선택지겠지만 .우리는 제한된 예산으로 최고의 만족도를 얻어야 하니까요그 다음으로 나는 다이나믹한 즐거움을 선호하는가와 시네마틱한 아름다움을 선호하는가의 취향에 따라 FPV 또는 센서드론을 선택할 수 있어요.다이나믹한 비행의 즐거움이 취향이시라면 아바타를 추천드려요.그렇지 않다면 센서드론 즉, dji 에어 시리즈나 미니3 시리즈 그리고 미니2 시리즈를 선택하실 수 있어요.단, 만일 평소 dslr같은 사진 촬영이 큰 취미이고 예산이 충분하다면 가변 조리개를 사용할 수 있는 매빅3 시리즈를 추천드려요.다이나믹하고 시네마틱한 비행 모두를 즐겨보고 싶은 분들은 미니3프로와 아바타를 구입하시면 매빅3 가격으로 두 기체를 모두 경험할 수 있습니다.여기서 추천드리는 또 하나의 선택지는 먼저 미니3 프로와 고글2 혹은 고글 인테그라 셋트를 구입하는 거예요.요즘은 매빅3 시리즈와 미니3 프로의 경우 고글을 지원하고 있기 때문에 미리 센서드론으로 FPV효과를 경험해 보며 아바타 기체만 추가로 구입할지 판단하셔도 충분할 것 같아요.휴대성과 소음 고민도 중요한 체크 사항이라 생각합니다.가장 좋은 드론은 내가 가장 편하게 사용할 수 있는 드론일거에요.아무리 좋은 드론이라도 휴대하기 거추장스럽게 느끼거나 혹은 시끄러워서 비행하기 꺼려진다면 드론도 장롱속 DSLR과 마찬가지 신세가 됩니다.일반적인 신품 구입기준으로 살펴보면 /200~300만원 이상이라면 매빅3 시리즈와 아바타100~ 200만원이라면 에어2s(출시 예정인 에어3)와 미니3프로50~100만원이라면 미니2시리즈와 미니3가 선택지가 될 수 있어요.마지막으로 향후 기체를 더 장만할 가능성과 여력이 있는지도 중요할거에요.만일 내가 여기에도 해당 될 가능성이 있다면 가장 경제적인 미니 시리즈 중에서 선택해 드론을 경험하며나에게 적합한 취미라는 확신이 든다면 나중에 FPV 아바타나 플래그십 기체인 매빅3를 추가 구입하시면 될 것 같아요.그리고 반드시 알아두셔야 할 점은첫째, 저렴한 드론이라고 나쁜것도 아니고 비싼 드론이라고 무조건 좋은것은 아니에요.앞에서도 언급드렸지만 내가 잘 사용 안하는 장롱속 드론이 가장 안좋은 드론이라 생각해요.요즘은 드론 기술의 발전에 따라 어떤 모델을 선택하셔도 기본적인 촬영 품질이나 비행성능이 뛰어나기 때문에 입문자나 저 처럼 취미 영역에서 드론을 활용하시는 분들에게는 충분할 것 같아요.그 다음 두번째로, 드론 선택시 가장 오해하고 고민할만한 부분이 바람 저항력에 관한 것일 겁니다.마치 미니 시리즈 처럼 작은 드론은 바람이 불면 사용 못할 것 같고 좀 더 큰 매빅3 같은 기체는 비행 할 수 있을것 같은 느낌이 들긴 합니다만결론적으로 반은 맞고 반은 틀린 고민이라 생각해요.바람이 강해 미니 시리즈 같은 드론이 비행을 못할 정도면 매빅3 같은 어떤 드론도 비행에서 자유로울 수 없기 때문에 비행을 자제하셔야해요.