안녕하세요. 김상규 전문가입니다.
기계공학
Q. 3D CAD 모델링이 기계 부품 설계에서 가져온 혁신
안녕하세요. 김상규 전문가입니다.3D CAD를 활용한 모델링 기술은 기계 부품 설계분야에 있어서 여러가지 혁신을 가져왔습니다간단히 정리하면설계 데이터의 경량화3D CAD 시스템은 실제 설계 데이터와 디스플레이전용의 가벼운 데이터를 병행해서 사용하여직업에 필요한 시간 및 메모리를 획기적으로 감소시킵니다.또한 모델의 치수와 관계를 쉽게 변경할 수 있도록 변수를 정의하고, 부품 요소들간 관계를 정의하여일관성을 유지할 수 있는 파라 메트릭 모델링을 적용함으로써설계데이터의 재사용이 용이하고, 그에 따른 기존데이터 기반의 새 제품 설계를 편하게 해줍니다.이를 통한 설계개발 프로세스의 가속화를 이룰 수 있습니다.자동화 프로세스 가능3D CAD 시스템을 통해 다양한 후속 공정들은 더 빨리 정확하게 가능하고이를 통해 제품테스트 및 제작 등의 여러 단계에서 자동화가 가능해 집니다.시뮬레이션 및 설계 안정성 증대3D CAD 시스템통한 데이터기반 의사 결정이 가능하도록 시뮬레이션 도구 활용이 되고, 그에 따라 설계의 미세한 조정이 가능합니다또한 프로토타입 제작시간을 줄일 수 있어, 설계의 성능분석및 안전성 증대가 가능해 집니다.
기계공학
Q. 화면의 차이중 OLED와 LED의 차이는 무엇인지
안녕하세요. 김상규 전문가입니다.저도 tv를 바꿀때가 되어서..(전 아직 PDP 를 10년넘게 씁니다..)티비를 OLED로 바꾸고 싶어서 찾아봅니다만아무래도 LED 대비 가격이 아직은 착하지 않네요.두가지 화면의 가장 궁극적인 차이라면백라이트의 유무 입니다.이것은 결국 빛을 만들어 내는 방식의 차이 인데요구분해서 나열해 보면LED 는 자체로 빛을 생성하는 기능이 없기에 백라이트가 장착되어백라이트를 통해 빛을 생성합니다. 이 때문에 두께를 줄이는 데 있어서도 한계를 보이는데요.백라이트는 RGB 필터를 통한 색상 발현을 하기에검은색을 표현할 때는 백라이트로 인해 뿌..연 회색빛의 느낌이 나는 면이 있습니다.명암비도 상대적으로 좋은 편은 아닙니다.OLED는 기본적으로 백라이트가 필요없습니다.이것은 즉, 각 픽셀들이 각자 스스로 빛을 발생시킬 수 있는 발광다이오드 방식입니다.따라서 검은색을 표현 시 해당 픽셀부분만 꺼지면 되는 방식이이에명암비가 거의 무한대로 상당히 좋은 명암비를 표현가능하고색감 표현에 있어 왜곡성이 적으며, 각 픽셀이 독립적 제어가 되기에 해상도가 더 좋습니다.이로 인해, 화질이 더 선명하고, 넓은 시야각을 제공합니다.두 방식에서 OLED 는 백라이트가 없어 , 백라이트가 계속 켜져 있어야하는 LED와 비교해서전력소비가 더 적은 특성을 보인다고 되어있습니다만...1등급 전력기기가 환급해준다해서 실제 구매하려고 비교해보면딱히 전력소비에 차이가 나는 지는, 장비 표시상으로는 체감하긴 힘들어 보입니다.
기계공학
Q. 해상도의 차이입니다 4k와8k는 실제로 어느정도의
안녕하세요. 김상규 전문가입니다.말씀주신4k 와 8k 와의 해상도 차이는 주로 화질의 선명도, 픽셀의 수 에 근거 합니다.선명도 부터 보면4k 는 기존에 적용되던 풀 HD 에 비해 4배 더 많은 픽셀을 적용하므로 더 선명합니다.8k는 4k 픽셀의 4배를 적용합니다. 그에 따른 높은 선명도를 제공하여 큰 화면에서 더욱 생생한 시청경험을 얻을 수 있습니다.픽셀 수 비교를 보면4K는 약 3840 x 2160 픽셀로 총 약 8백 2십 9만 픽셀8K는 약 7680 x 4320 픽셀, 총 약 3백 3십 1만 픽셀 이 적용됩니다.육안 식별 가능성에서보면사실 둘의 차이를 육안으로 식별하는 것은 난해하다 하겠는데요대부분의 적용 기기나 영상 제공물이 4k를 지원하는 부분이 있는 면도 있습니다만일반적인 화면크기에서는 큰 차이를 느끼기 힘듭니다 (대략 50인치 범위의 싸이즈)다만대형화면에서 접하게 되면 즉, 85인치 정도 이상으로 화면을 접하게 된다면4k 화소로는 화소수가 모자라다는 느낌을 받을 수 있고8k가 더 선명하고 생생하다는 걸 느낄 수 있습니다.
기계공학
Q. 기계공학에서 열전달을 분석하는 방법에 대해서
안녕하세요. 김상규 전문가입니다.기계공학적 관점에서 열전달을 분석하는 방법은 여러가지가 있습니다.일단 열전달의 메카니즘은복사, 전도, 대류의 3가지 방식으로 이뤄지며각 메커니즘을 정확 히 이해한 후열전달 해석을 수행해야 합니다.열전달 분석의 절차는전산해석을 통한 열전달 계수 산출 후난류모델, 벽 함수 등 전산 해석 기법을 통해 유동해석을 연계한 열전달 해석이 수행됩니다.레이놀즈 분석 및 본 카르만 분석등을 통해연전달 계수를 도출하게 됩니다.이를 통해 도출된 열전달 계수는실험값과 비교를 통해 검증 됩니다.열전달 해석을 통해 기계의 온도 분포와 변형을 예측 가능하며열전달 계수의 정확한 계산을 통해기계설계 최적화에 적용가능 하겠습니다.
기계공학
Q. 장비 설계에 있어서 오류 가능성을 최소화하는 방법
안녕하세요. 김상규 전문가입니다.기계 장비 설계 시오류를 최소화 하기 위한 방법은 여러가지 가 있기에간단히 열거해 봅니다.페일 세이프 설계(Fail Safe)장비 고장 시 피해가 학산되지 않고단순한 고장 및 일시적으로 운영이 계속되도록 설계하는 방식으로보조장비가 같이 설계되는 방식이라 보면됩니다.펌프 에서 하나가 고장나도 같이도는 하나가 담당하게 되는 방식을 볼 수 있습니다.템퍼 프루프 설계 (Temper Proof)안전장치를 제거하면 작동 자체가 안되게 하는 설계로사용자가 안전장치를 임의로 제거하거나 변경하는 것을 못하게 설계하는 방식입니다.풀 프루프 설계 (Fool Proof)사용자가 잘못된 작업을 수행 못하게 하고오류 발생 시 즉각 수정 가능하도록 하고시스템이 스스로 오작동을 수정 가능하게 설계 하는 방식입니다.센서 기술 접목센서를 통한 기계의 전반적 상태 모니터링 으로오작동을 조기에 감지 및 수정하여기계 안정성, 효율성을 향상시키는 설계 입니다.위와 같은 방법의 설계를 통해기계 장비 설계 시 오류를 최소화 하는데 중요한 역할을 할 수 있습니다.
기계공학
Q. 엘리베이터의 닫힘 버튼은 왜 딜레이가 있는건가요?
안녕하세요. 김상규 전문가입니다.엘리베이터의 동작에 있어서모든 장비들은 사용자의 안전성이 우선 되는 방향으로 설계되어 있습니다.이유에 대해 간단히 열거해보면첫째 안전성 확보 입니다.도어에 사람이 끼는 상황을 가정한다면열림은 바로 열려야 할 것이기에 바로 작동합니다.닫힌 버튼 경우는 문이 닫히기전추가적인 인원 및 장애물을 감지 과정을 거치게 됩니다. 이는 결국 안전을 위함입니다.혹시라도 사람이 오는 상황에 닫힘을 실수로 누르게 될 경우즉시적이고 빠르게 닫힌다면그또한 사용자의 안전을 위해하는 요소이기에천천히 닫히게 하여 이런 상황을 방지하는 것입니다.재오픈 가능성열리는건 안전을 위해서 빨리 열려야 겠으나닫히는 도중에 재오픈 필요가 있을 시 사용자가 쉽게 반응 가능하도록, 편의성을 높인 부분도 있습니다.설계상 프로그래밍닫힘 버튼 시 천천히 닫히도록 설계 프로그램되어안정성 , 및 도어 동작의 모터 과부하 방지 등을 목적으로 하고그에 따른 기계적 마모 최소화로 유지보수 비용 절감도 됩니다.이와같이닫힘 시 느리게 닫히는 이유는결국 사용자의 안전과 편의성을 주 목적으로 한다고 판단할 수 있습니다.
기계공학
Q. 장비의 진동을 최소화하는 설계의 기술은?
안녕하세요. 김상규 전문가입니다.말씀대로장비의 진동은 생산되는 부품의 품질에 악영향을 미칠 수 밖에 없기에장비 진동은 최소화 되야 합니다.관련 설계 기술을 간단히 보면일단정적인 진동제어 방식과 동적인 방식으로 크게 나눌 수가 있는데정적 방식으로는방진스프링 및 고무 마운트 통한 에너지 흡수에어스프링 등을 통한 진동 감쇠댐퍼나 체이싱 댐퍼를 설치하여 진동을 감쇠구조물 자체를 강하게 하는 트러스 구조 및 보강재 사용으로 강성을 높여 진동을 감쇠고품질 베어링 통한 마찰/마모 최소화 통한 감쇠 축의 정확한 정령을 통한 진동 예방 장비를 바닥에 정밀하게 고정하여 진동 전달 감쇠특정 부품에 있어서 나사나 추를 추가하거나비대칭 부분에 질량을 구멍을 내거나 해서 제거하는 방법으로 균형ㅇ르 맞춰 진동 감쇠등 의 방법 이 있습니다그 외 설계적으로구조물의 진동 모드를 분석하여 진동의 원인을 파악하고 설계를 개선하는 방법회전부품의 균형적 디자인 통한 불균형 진동 감쇠유체역학 적 설계 통한 진동 최소화유한요소 분석을 통한 기계장비의 진동 특성 시물레이션으로 문제 사전 발견 후 개선하는 방식이 있습니다.동적 방식으로는실시간으로 감지되는 진동을 센서와 엑추에어터를 사용하여 제어신호를 보내서엑추에이터를 통한 진동 감쇠를 하는 방식입니다.이는 현재상태를 기반으로 조정하는 피드벡저어와외부적인 자극을 예측하여 제어하는 피드포워드 제어로 나뉩니다.기계 장비의 진동 최소화를 위해서는정적 동적 방식이 모두 적용되어야 하는 것이 중요하고또한 각 장비의 특성 및 사용되는 환경에 따르 적절히 조합되어야만높은 성능을 끌어낼 수 있겠습니다. .
기계공학
Q. 장비 성능 테스트에서 중요한 지표는 무엇인가요?
안녕하세요. 김상규 전문가입니다.기계 장비 성능 테스트 시 안정적 구동여부 확인 가능한 지표는여러가지 요소로 분류됩니다.전력 소비 및 전압 안정성 장비의 정상 작동시 전력 소비 패턴 모니터링으로 비정상 상황을 탐지하고공급 전압의 변동 시 장비성능 변화를 모니터링하여 전력 공급의 안정성 확보를 합니다.작동 시간의 일관성각각의 작동 사이클이 에상 적정시간 내에 완료되는 지 여부를 확인하고동일 작업에 대해 일관적 수행이 되는 지 여부를 평가 합니다.진동 강도 및 패턴장비 가동 시 진동의 강도 및 빈도를 척정하여 장비 소손 가능성을 확인하고정상 시 진동과 비교함으로써 비정상적인 진동을 식별합니다이는 기계적 언밸런싱에 따른 베어링 문제 등을 감지할 수 있습니다.온도 패턴 감지주요 동력원 관련부품의 온도 모니터링 통한 과열상태 감지 및패턴 분석 통한 정상범위 오버 상태를 조기 발견할 수 있게 합니다.출력 안정성 모니터링펌프나 모터등 출력 토크의 일관된 값을 모니터링하여 불안정성을 감지하고공정상 공작물의 품질이 일정한가의 판단으로 장비 안전성을 간접적 평가까지 합니다.각종 유량/ 압력 모니터링유압/ 공압 등 시스템에서 일정 압력 유지 관찰과유체의 유량 모니터링통한 시스템의 안정성 평가 가능합니다.밸런스기계장치는 특히 회전하는 부품이 많기에회전 부품들의 축이 정확히 정려이 되었는가, 회전 부품의 무게 중심이 균형을 잡아 진동없는 작동을 하는 가 여부를 판단합니다.운영 및 유지보수 기록 평가장비의 일반적 운전시간 및 패턴을 비교하여 과도한 운용 감지 및 유지보수 이력 확인을 통한 장비의 종합적 체력상태를 평가합니다.기계장비의 안정적인 구동여부를 판단하기 위해서는위에 나열된 지료 외에도 많으나기본적으로 이 정도는 모니터링하고 분석하느 것이안정적인 운영과 예방 조치를 취할 수 있는 길이 되겠습니다.
기계공학
Q. 지진에 강한 건축 구조물은 어떻게 설계가되죠?
안녕하세요. 김상규 전문가입니다.기본적으로 내진설계의 원칙은구조적 시스템 설계에서 내진구조, 면진구조, 제진 구조의 설계를 행하게 됩니다.내진구조는건물 내부에 가로축부분을 튼튼히 보강하여 건물의 좌우 흔들림에 있어서 파괴를 방지하는 구조 방식 입니다.면진 구조는 건물과 지반을 분리하여 지진에 의한 땅에서 건물까지 전달되는 지진의 파워 자체를 감쇠하는 방법으로건물과 지반사이에 면진장치 (일종의 방진장치로 철판과 고무판이 겹겹이 쌓여 제작된 장치)를 넣은 방식을 취하며실제 지진발생 시 건축물로의 진동 전달을 완하하는 방식입니다.제진 구조는기본적으로 건물 골조 자체가 내진구조로 된 상태에서골조의 부분부분 요소에 점탄성 장치를 부가적으로 추가하여( 고무나 용수철 같이 방진장치의 일종)지진발생 시 건축물의 흔들림을 흡수하는 방식입니다.현대의 기술은 컴퓨터 시물레이션 및 모델링 기술의 발전에 따라지진발생 시 실지 건축물이 어떻게 움직이는 지에 대한 예측이 더욱 정확해 지고 있으므로효율적인 설계적 방법을 가미할 수 있습니다.
기계공학
Q. 기계공학에서 힘과 운동의 관계는??
안녕하세요. 김상규 전문가입니다.기계공학에서 다루는 역학은고전적인 4대역학 (열역학, 재료역학, 유체역학 , 동/정역학) 의 지식에 기반합니다.그 외에 고전적인 역학적 관점에서힘과 운동의 관계를 설명할 때는 결국 뉴턴의 운동 법칙을 기반으로 하는데요.뉴턴 법칙에 대해 살펴보면제1법칙 (관성의 법칙)정지 및 등속운동에 관여되는 법칙으로외부 힘이 작용하지 않는 상태의 물체는정지해 있거나, 운동하는 상태일 경우는 일정속도를 계속 유지한다는 법칙입니다.제2법칙 (가속도의 법칙)물체가 가지는 가속도관련으로 속도의 변화에 관련된 법칙입니다.1법칙에 따라 가해지는 힘이 없으면 가속도도 없겠지요물체의 가속도는 F= ma 공식에서 힘과 운동의 관계를 정의하는 기초가 되는 법칙으로가속도는 물체에 가해지는 힘에 비례하고, 물체의 질량에 반비례 한다는 법칙입니다제3법칙 ( 작용 반작용)모든 힘의 상호작용을 설명하는데 기초가 되는 법칙으로모든 힘이 가해지는 작용에 있어서그 작용에 크기는 동일하고 방향은 반대인 반작용이 있따는 법칙입니다.이 뉴턴의 법칙을 기반으로기계공학적 관점에서 동역학으로 더 깊이 들어간다해도가장 중요한 것은 역시뉴턴의 제 2법칙 인 F = ma 입니다.힘과 가속도에 있어서, 힘은 질량에 비례하고, 질량에 반비례하는 가속도를 발생시킨다는 관계그외 라그랑주 역학을 보면이 역시 뉴턴 제 2법칙을 기반으로 한 더 세밀하고 강력한 방식으로물체의 에너지를 기반으로 해서 시간에 따른 물체의 위치를 계산하는 방식입니다.라그랑주 방정식을 사용하여 물체의 운동을 분석하는데요.특히 복잡한 시스템의 운동을 분석하는데 효율적입니다.논외적인 부분이나궤도 계산 시에도 적용되는 방정식으로우주에 쏘아올린 근래 최고의 천체 망원경 제임스 웹 망원경은지구주위의 궤도에서 회전하는 것이 아닌태양과 지구 사이에서 힘의 균형을 이루며 궤도운동이 가능한라그랑쥬 포인트 궤도에 머물고 있으며이또 한 라그랑쥬 방정식에 의해 물체의 운동 분석을 한 결과입니다.