안녕하세요. 김상규 전문가입니다.
기계공학
Q. 진동 분석을 통해서 기계 시스템 고장을 사전에 예측하는 방법
안녕하세요. 김상규 전문가입니다.기계설비에 있어서효율적이고도 안정적인 상태를 유지하기위해진동 분석은 아주 중요하지요정기적 유지보수가 필수 이며그를 위해서는 진동데이터 분석이 아주 큰 부분을 차지합니다.실시간 모니터링을 통한 문제의 조기 발견/ 조치가 가능합니다.최근에는공정 데이터 및 진동데이터를 이용한 기계설비 고장 예측 시스템들이 많이 개발되어 나오고 있는데요.기존에는 진동데이터 수집 및 분석을 미리 입력된 계산 알고리즘에 따라분석 및 고장 예측을 진행하였다면최근에는인공지능 및 빅데이터 관련 기술의 발전에 따라기계설비에 설치된 진동센서 등으로 부터 수집되는 다양한 진동 및 공정 데이터를 수집하고학습된 인공지능기반 예측 모델에 입력 후다변 데이터 학습을 통해예측된 진동 데이터 분석 후 고장 예측 시점까지 , 소요되는 시간고장의 원인 및 공정상 이상 까지 도출해 내는 시스템들이 나오고 있습니다.기존의 설비운전데이터, 공정데이터 및 기존에 관리하던 설비 관리 정보에 대한 학습을 시켜기계설비의 이상과 공정상 이상을 동시에 추출해내고각 기계설비의 임계점에 대한 고장 시점까자 예측하여 사용자에게 제공하여전체적으로 기계설비의 고장을 예측 하게 함으로써사전 조치를 가능하게 하는 방식입니다.
기계공학
Q. 유체역학에서 난류와 층류를 구분하는 기준과 응용 사례
안녕하세요. 김상규 전문가입니다.일단 유체역학적 관점에서층류와 난류를 구분하는 기준은레이놀즈 수에 기반한다고 보시면 됩니다.레이놀즈 수(Reynolds number)는 유체 역학에서 유체의 흐름 상태를 결정짓는 중요한 무차원 수로서유체의 관성력과 점성력의 비율을 나타내며, 유체가 층류인지 난류인지 판단하는 데 있어기준이 되는 척도입니다.레이놀즈 수 범위를 2000 이하, 2000 ~ 4000, 4000 이상 3 구역으로 구분짓고2000 이하를 층류2000 ~ 4000 사이를 전이영역으로 층류/ 난류 사이의 전이상태4000 이상을 유체흐름이 불귳픽하고 혼합이 강하게 발생하는, 난류로 판단합니다.이 층류와 난류의 응용사례를 간단히 보면층류는정밀한 용량 분배가 필수인 의료기기( 주사기, 링거 등)오염을 최소화위한 일정한 물질흐름이 필수인 반도체 제조 환경 이 대표적입니다.그외 생명과학/ 다양한 엔지니어링 분야에 활용되며난류는다양한 재료의 혼합을 필요로 하는 식음료 산업,기상예측에 있어서 기후모델링 및 유동분석 분야 에서의 응용 이 대표적입니다.층류와 난류 중 하나만을 이용하는 분야도 있으나그 둘의 전환이 일어나는 분야에서도 역시 이 둘에 대한 이해가 필수이며공기저항 최소화에 있어서 난류를 최소화 하기위한 항공기 꼬리 설계열전달 및 마찰손실 증가 등의 딜레마 해소를 위한 파이프 흐름 설계화학공정에서의 반응의 지연 및 촉진이 번갈아 필요한 공정최적화 설계 등 산업 전반에서 에너지 효율성과 안전성 상승을 위한 연구가 지속적으로 진행 중입니다.
기계공학
Q. 버스정류장에 나오는 버스 도착시간은
안녕하세요. 김상규 전문가입니다.버스 정류장에 있는도착 시간 알림판의 메커니즘에 대해 말씀하시는 듯 합니다일단 가장 기본적으로 GPS 기능이 기반이 됩니다.버스 타셨을 때 보시면 버스 내에서 노선 내에서 앞차와 뒷차의 위치 및 대략 시간간격이 표시되는 걸 보실 수 있을 텐데요그 장치가 기본적으로 버스에 장착된 GPS 기능에 기반합니다.버스 내 GPS 모듈이 위치정보를 BMS 로 실시간 전송하게되는데요BMS 는 버스 매니지펀트 시스템 입니다.이렇게 중앙의 시스템에서 각 버스 위치 데이터를 바탕으로 버스 속도, 정류장간 거리, 교통상황 등을 모두 고려한 계산 알고리즘에 따라도착시간을 산출하게 됩니다.이렇게 계산된 정보가 각 정류장의 도착 시간 알림판으로 전송되기에실시간으로 버스도착 시간을 알 수 있습니다.
기계공학
Q. PUMP와 COMPRESSOR 차이를 알고 싶습니다.
안녕하세요. 김상규 전문가입니다.펌프든 압축기든그냥 크게 보면 결국 유체가 흐르게 하는 부분에서는 비슷한거 아닌가 생각할 수 있습니다만구조나 작동원리 및 기본적인 메카니즘에 있어서 많은 차이가 있습니다.작동 메카니즘 부터 살펴보면펌프는목표로 하는 유체의 운동에너지를 증가시키기 위해 동작하는 장치로유체를 한쪽에서 흡입하고, 다른 방향으로 토출해 해는 방식으로 작동됩니다.펌프 내 임펄러(물레방아 같은 날개)가 회전하면서 흡입 측에서 빨아들이고토출 측으로 뿜어내는 방식으로 유체를 이동시키는 방식입니다.말씀하시는 압축기는 아마 냉매관련 압축기를 말씀하시는 듯한데목표로 하는 냉매를 이송하는 기능은 당연히 있습니다만거기에 냉매를 압축하는 기능을 통하여 냉매를 재사용 할 수있게 하는 목표를 가진 장치입니다.이는 가스 유체에 적용되며가스를 압축하여 가스의 부피를 줄여 결국 압력을 증기시킴으로써 전체적으로 가스흐름을 발생시키고, 가스의 고온고압 상태를 만듦으로서 재사용 (냉각에 따른 응축) 할 수 있는 상태로 변환 시켜줍니다.압축기의 방식에는 왕복동식, 로터리식, 스크류식, 터보식 컴프레셔가 있으며각각 컴프레서에 따라 소음진동, 용량, 효율 등의 차이를 가짐으로적용하는 목적/ 장소에 따른 알맞는 컴프레셔를 선택해야 합니다.앞서 말씀드린대로크게 보면 유체를 어떤 목적이든 이송하는 부분에 있어서는 비슷합니다만구조와 작동방식은 큰 차이를 가지며다른 관점으로 보면유체의 종류 자체가 다르게 적용됩니다.펌프는 액체의 유체를 취급하며컴프레셔는 기체의 유체를 취급합니다.액체는 비 압축성 이므로 컴프레셔로는 이송이 불가하다는 차이점 또한 알 수 있습니다.
기계공학
Q. K9 자주포에 장착된 국산엔진의 성능과 특징은 어떠한가요?
안녕하세요. 김상규 전문가입니다.말씀대로기존의 K9 자주포에 탑재되었던 엔진은독일 산 MT 881 엔진 이었습니다.현재는 국산엔진으로 (STX 개발) 대체 가능하게 개발되어 기존대비 향상된 성능을 보여주고 있는데요.성능상 차이라면연료분사 특성을 최적화 하는 방식으로 기존 독일 엔진 대비 연료 소비율이 5프로 이상 개선되었읍니다.또한 엔진 본체 자체가 독일산 보다 가볍게 설계되어 있습니다.이런 부분에 따라자주포 운용에 있어서엔진의 무게감소 및 연비향상을 통한 동일 연료량 대비 이동가능 거리 향상 및동일 출력 대비 기동력 향상을 통해총합적인 전투력 향상을 도모할 수 있게 되었습니다.
기계공학
Q. 시계는 어떤 원리에 의해서 작동하나요?
안녕하세요. 김상규 전문가입니다.일단일반 기계식 시계의 작동원리는기본적으로메인스프링의 탄성에서 동력을 얻고정밀한 시간의 균등을 위한 일정한 진동을 사용합니다.메인 스프링은 결국 테엽을 감아서 그에따른 저장된 응력을 사용하여 동력으로 이용하는 방식이고거기서 공급된 동력은 오실레이터에 균등하게 분배되는데오실레이터에서 밸런스 스프링과 그 주기적 진동을 통해 조절됩니다.밸런스 휠에서 한시간에 28,800 번 진동하는 것을 기준으로정확한 시간을 분배하며 시간표시를 진행하게 되는 방식입니다.그럼 평생 움직인다는 오토매틱 시계는 어떤 원리인가 본다면테엽을 감아주는 것을 안해도 된다는 뜻으로수동식 태엽과 달리손목의 움직임에 따라 태엽을 감아주는 방식으로그에따른 운동으로 전기가 발생하고그 전기를 동력원으로 하여평생 움직인다는 개념으로 받아 들일 수 있는 부분이 있습니다.손목이 움직일때 마다 자동로터가 회전하고, 이 회전력을 증속시키는 장치를 통해 발전로터에 전달됩니다.이 발전로터 회전에 따른 발전코일 교차로 자속이 변화하는데그에따른 전자기 유도에 따라 발전코일에서 전압이 발생되고그에 따른 충전을 통한 장치로 결국 영원히 작동된다는 개념으로 받아 들이시면 됩니다다만 이또한 기계부품이다보니 내부부품들의 마모로 인해 서서히 기능이 떨어지는 부분을 감안한다면영원이라기 보다는사람의 수명대비 시 사람 수명기간 동안은 이상없이 쓸 수있다는 개념정도로 받아들이시면 좋을 듯 합니다.
기계공학
Q. 로봇공학에서 AI는 어떤 역할을 하게 되나요?
안녕하세요. 김상규 전문가입니다.기존의 로봇공학은제조공정에서의 부분적 작업을 수행하는 데 사용되었으며이는 산업현장에서 인간 노동력의 대체하는 것으로 시작이 되었습니다.그루컴퓨터 기술의 발전으 통해보다 복잡하고 다양한 작업의 수행이 가능해지는 발전과정을 거쳐왔습니다.이런 진행상황에서인공지능과 센서 기술의 진보가 이뤄지면서센서측 초소형카메라, 레이더, 라이다 등을 통하여 로봇의 감각이 향상되어 정밀한 환경 인식이 가능해지고머신러닝 및 딥러니을 통한 센서데이터의 분석 및 학습이 이뤄짐으로 인해센서와 AI의 통합을 통하여 로봇기술은 새로운 페러다임을 제시하게 된 현실입니다.즉 AI를 통한 의사결정, 예측, 문제해결 등 다양한 고차원적 작업 수행이 가능하게되어제조업, 의료, 서비스 물류 등 분야에서 다양한 활용이 가능하게 되었습니다.AI의 발전을 통해 로봇이 더욱 고차원적인 작업을 가능케 하게 되어결국에는 인간과 로봇이 상호협력을 추구하는 단계로 나아가게 될 것으로 예측됩니다.결국 로봇공학에서의 AI의 역할은 더욱 고차원적이고도 정밀한 작업수행을 가능케하는제 2의 두뇌 역할을 하게 됨으로써로봇의 학습능력과 에너지 효율성을 향상시키는 기술적 발전 방향이 더욱 중시 될것이며또한 그에 따른 사회전반에서 인간과의 높은 수준의 상호작용을 이룰 수 있을 것입니다.
기계공학
Q. 헬리콥터는 꼬리부분에 프로펠러가 있는 것과 없는 것이 있던 데 꼬리프로펠러는 어떤 역활을 하는지 알고 싶습니다.
안녕하세요. 김상규 전문가입니다.일단 헬리콥터는가장 기본적인 구조라면 꼬리의 프로펠러가 있어야 합니다.왜냐하면중앙의 메인 프로펠러(로터)가 회전할 때 발생하는 헬리콥터 본체의 반작용 현상을 상쇄하기 위해몸체 회전방향의 반대방향으로 바람을 불어 회전력을 상쇄 시켜줘야 하기 때문입니다.영화같은 데서도 보셨을 텐데요꼬리 날개가 파손되면 헬리콥터 몸체자체가 빙글빙글 돌다가 추락하는 장면이 나오곤 합니다.주 프로펠러 회전에 대한 반작용으로 헬기 몸체가 회전하는 것을 상쇄시키기 위해서 이니반드시 일반적인 구조라면 꼬리 날개가 수평방향으로 바람을 불어줘야하기에 있어야만 합니다.다만 말씀대로꼬리에 프로펠러가 없는 형식도 있습니다.그럼 앞서 설명처럼몸체가 돌아가는 걸 막아줘야 하는데 어떻게 없는 형태가 있냐 하는 질문이 나오는데요.그 회전토크를 상쇄 시키는 방식의 설계가 있습니다.동축 반전 로터 와 탠덤 로터 방식인데요동축 반전 로터 라는것은닥터헬기 등의 형식들을 보면주 프로펠러가 두개가 겹쳐서 된 방식이 있는데이게 서로 다른 방향으로 회전하는 방식으로되어, 서로의 회전토크를 상쇄 시킵니다.양력불균형이 없고 꼬리날개가 필요없어 동력손실도 적어집니다만구조가 복잡햇거 결함발생률이 높고, 아래위 두개 프로펠러다 보니 날개가 서로 충격가능해서 위험한 면이 있습니다.탠덤로터 방식은 NOTAR 시스템 입니다이는 No Tail Rotor 약자로 즉 꼬리 날개 회전날개 없이 토크를 상쇄 시킨다는 것인데꼬리날개를 돌려서 회전저항력을 만드는게 아니라꼬리에서 회전력을 상쇄시킬 고속 공기를 뿜어내는 방식입니다.꼬리프로펠러 방식에 비해 안정성이 좋고 소음이 줄어들며, 유지관리도 좋은 면이 있습니다.다만 설계와 내부적인 컨트롤이 어려워 제어적인 기술력을 필요로 합니다.
기계공학
Q. 사무실에서 사용하는 작은난로가 있는데
안녕하세요. 김상규 전문가입니다.결론부터 말씀드리면일종의 안전 스위치 입니다.정상적인 수평상태로 있을 때하부 지지대 다리가 바닥에 정상적으로 닿아있다고 인식하고전원이 공급되는 원리 입니다.난로는 어떤 상황이든기울어져서 넘어진다면화재 사고로 직결될 위험이 상당히 큽니다.따라서난로의 수평이 맞지않는 상황이라 인식되면난로가 넘어지는 상황으로 판단되어 작동이 멈추는 것이 가장 기본적인 안전 체계입니다.난로 하부에 고정된 무게를 장착한 추를 가지는 수평감지부가 있습니다.난로가 기울거나 넘어지는 경우, 추의 무게에 의한 로드를 통하여 상단 헤드를 당겨안착부와 수평이 되도록 하고, 작동핀이 평행상태가 되면서 전원을 차단하게 됩니다.또한 기울어져서 하부 접지부가 떨어지면접속단자 내에 탄성편이 off 상태가 되어 전열코일로 가는 전원을 차단하는 기능도 제공됩니다.이는 모두 난로 등의 전열기구가 넘어졌을 때 신속하게 전원을 차단하여 화재를 방지하기 위한 안전장치라 보시면 되겠습니다.
기계공학
Q. 앞으로 자율주행이 완전 보편화 된다면
안녕하세요. 김상규 전문가입니다.말씀하시는 자율주행의 레벨은마지막 레벨인 레벨5 입니다.모든 운전작동에 있어서인간의 관여가 전혀 없이 완전 자동으로 시행되는 단계로현재 자율주행 레벨은 4에 머물고 있습니다일단 기술적으로자울주행의 핵심인 눈의 역할을 하는 센서부분그리고 그 센서를 통해 들어온 데이타의지도화 기술지도화된 데이터와 GPs데이터 및 네비게이션 데이터와의 상호보완그리고 스마트시티에서 관리되는전체 교통시스템과의 상호통신 교류등의 기술이 모두 구축되어야만 가능한 레벨 되겟습니다그 외 인공지능 부분에 있어서 윤리적인 부분에 대한 확립이 아직은 미흡합니다절체절명의 사고발생 가능 순간에서운전자를 보호 할 것인지보행저를 보호우선 할 것인지그리고 보행자의 숫자에 따라 어느 쪽을 충돌 선택할 것인지 등에대한윤리적 기준이 아직은 정립되지 못한 부분들기술적으로나 윤리적 부분으로나법적 규제 부분들 까지 넘어야할 산은 많으나기술적으로만 본다면가능한 수순으로 가고 있습니다