안녕하세요. 김상규 전문가입니다.
기계공학
Q. 기계공학 관련 기계설계공학이랑은 다른건가요?
안녕하세요. 김상규 전문가입니다.어찌보면 기계공학의 일부라고도 할 수 있겠습니다.기계공학의 분야가 워낙 넓기 때문이지요기계공학과는 각종 산업 기계, 자동화 장치, 플랜트의 설계와 제작에 관한 이론&응용기술을 탐구하여 점차 복잡해지는 기계설비와 장치들을 만들 수 있는 전문 인력 양성을 목표로 하는 학과 인데요 기계설계분야에서도4차산업혁명 관련 기술이 활용되면서 설계한 기계장치를 3D 프린터로 출력하여 미리 제작해보기도 하며, 복잡한 기계도면을 사람 손으로 직접 그리지 않고 컴퓨터를 활용해 CAD와 CATIA 등과 같은 전문설계 프로그램을 사용하고 있는데요기계공학은 4대역학적 지식을 기본으로해서기계설계&제작&금속재료에 대한 이해부터 열역학까지 기계공학 전반에 대한 모든 내용을 다루고 있습니다만기계설계공학은 기계 설계와 관련된 주요 이론을 학습하고그에따른 실습에 특화된 학과 라는 점에서 어찌보면 기계설계공학에서 일정 분야에 더 집중하는 학과로창의적 설계능력과 실용적 엔지니어링 기술을 가진 인재양성이 목표인 학과입니다.관련학과로는기계공학과, 로봇공학과, 자동차공학과, 항공우주공학과,금형설계공학과, 기계시스템디자인공학과, 기계시스템디자인학부 외에도 AI자동화설계공학과, 메카트로닉스공학부, 나노바이오기계시스템공학전공, 기계항공시스템공학부, 기술융합디자인공학과, 컴퓨터응용설계학과 등이 있겠습니다.
기계공학
Q. 드론의 비행 안정성을 높이기 위해 사용되는 주요기술은 무엇인가요?
안녕하세요. 김상규 전문가입니다.1, 프로펠러 회전일반적으로 드론의 프로펠러는 짝수로 구성되어 있으며, 프로펠러가 4개인 것을 쿼드콥터, 6개인 것을 헥사콥터, 8개인 것을 옥타콥터라고 합니다.프로펠러 수가 4개인 경우의 드론을 쿼드콥터라고 하며,가장 보편적으로 이용되며 다른 멀티로터의 경우에도 프로펠러가 대칭으로 구성되어 있기 때문에쿼더콥터와 동일한 원리로 동작합니다.쿼드로터 타입의 드론의 기본구조쿼드로터 또는 멀티로터 타입의 드론은 추력을 내는 프로펠러가 모두 한 방향으로 정렬되어 있어정렬된 방향으로의 구동과 세 방향으로의 회전이 가능하여 총 4개의 입력을 가집니다.이때 드론은 3차원 공간에서의 3축으로 이동과 회전이 가능하므로 총 6자유도를 가지는데,제어입력은 로터 4개의 추력, 즉 4자유도이므로,시스템 자유도 대비 제어입력 자유도가 적은 구동부족 (under-actuation) 특성을 가집니다.이 특성이 멀티로터 타입의 드론 제어문제를 어렵게 만드는 요소이기도 합니다.드론의 프로펠러는 회전방향이 정해져 있습니다.전방좌측&후방우측의 프로펠러는 시계방향으로 돌고 전방우측&후방좌측의 프로펠러는 반시계방향으로 돌게 됩니다. 특정기종은 드론 몸체의 모터부분이나 프로펠러를 보면 A 또는 B라고 쓰여 있는걸 볼 수 있는데,A는 시계방향, B는 반시계방향으로 회전하는 것을 의미합니다.그리고 회전에 맞추어서 프로펠러 경사가 정해져 있으니 잘못끼우면 안됩니다.예를들어 A프로펠러를 B모터에 끼우면 경사 방향이 반대여서 위쪽으로 공기를 밀어내기 때문입니다.일반적으로 드론의 모터배치는 앞쪽 왼쪽과 뒤쪽 오른쪽이 A(시계방향),앞쪽 오른쪽과 뒤쪽 왼쪽이 B(반시계방향) 입니다.이렇게 회전방향이 배치된 이유는 바로 작용-반작용 때문입니다공중에 떠 있는 헬리콥터의 경우, 헬리콥터 몸체 위에 달려있는 프로펠러가 회전하게 되면헬기 몸체는 프로펠러의 반대방향으로 돌려고 합니다.이와 같은 의도하지 않은 몸체의 회전을 막기 위해 헬리콥터 꼬리 부분에 추가적인 날개가 달려있어,이 날개의 추력으로 헬리콥터 몸체가 회전하지 않고 가만히 있을 수 있습니다.드론도 마찬가지인데요.. 만약 드론의 프로펠러가 모두 같은 방향으로 회전한다면,드론 몸체가 떠오르면서 회전하게 됩니다.그래서 이러한 의도하지 않은 회전을 막기 위해 대각선 방향으로만 같은 방향으로 도는 것이고,바로 인접한 프로펠러와는 반대방향으로 돌도록 설정되어 있습니다2, 짐벌‘짐벌(Gimbal)’은 사람의 수평 유지 능력을 기계로 구현한 장치입니다. 외부의 움직임에 대해 반대 방향으로 같은 힘을 가함으로써 움직임을 ‘0’으로 만드는 간단한 원리를 적용한 것입이다. 흔들리는 곳에서 특정 물체만 움직이지 않게 고정하고 싶을 때 널리 사용됩니다. 과거 선박이나 망원경, 광학 장비 등에서 활용된 짐벌은 영화 촬영장 등에 쓰이다가 최근엔 드론, 스마트폰에까지 퍼지며 영상 촬영계의 필수품으로 자리 잡았습니다.짐벌엔 기본적으로 여러 개의 ‘축’이 필요한데요. 우리가 사는 3차원 세계에서 물체는 기본적으로 3개의 축을 기준으로 회전하는데, 각 회전을 무력화하기 위해서는 그에 맞는 축이 필요합니다. 스위스 물리학자 레온하르트 오일러가 1748년 언급한 ‘오일러 각’으로 알려진 이 세 가지 축을 ‘롤(Rollㆍ세로축)’, ‘ 피치(Pitchㆍ가로축)’, ‘요(Yawㆍ수직축)’로 불립니다.간단한 형태의 1축 짐벌은 롤 축만 보정합니다. 즉 물체의 좌우 수평만 유지해주는 쓰임입니다. 실질적으로는 2축 짐벌부터 사용하는데, 2축 짐벌은 롤 축과 피치 축을 보정함으로써 물체의 좌우 수평과 상하 수평을 잡아줍니다. .가장 많이 사용하는 요 축, 즉 수직 흔들림까지 보정해주는 것이 3축 짐벌인데요. 상하좌우 위아래 어느 방향으로 진동이 가해지더라도 물체를 그 위치에 그대로 정지시켜 놓을 수 있습니다.
기계공학
Q. 필요한 전선의 크기를 어떻게 결정하나요?
안녕하세요. 김상규 전문가입니다.AWG는 MERICAN WIRE GAUGE 약자로미국에서 사용되는 전선굵기를 표시하는 표준 시스템입니다.이는 일반적으로가정용전선, 차량용전선, 전력시스템 , 전자기기 등 여러 응용분야에 사용되는데요이는 미국을 중심으로 널리 사용되나, 일부 다른 국가에서도 사용가능은 합니다.일반적으로 전선의 굵기를 결정하는 방법이 중요한 이유는 허용전류 이상의 전류가 흐를 시 전선이 열화되며 타버리기 때문인데요.즉 화재가 발생하는 문제인데요.그럼 굵은 전선을 쓰면되는거 아니냐 할 수 있으나전선 굵기가 굵을 수록 그만큼 비용증가 비율이 크기에경제성 면에서 좋지 못하기에 올바른 전선 굵기를 선정해야 합니다.전선굵기 선정 시 고려 사항 을 나열하면1, 허용전류2, 전압강하3, 기계적 강도3가지를 고려해야합니다.1, 허용전류 전선 굵기 별 안정적으로 흐를 전류량을 의미하는데 일반적으로 전선 허용전류의 70 - 80% 정도 수준으로 선정SQ라는 단위는 전선 단면적을 의미하고mm 단위는 전선 지름을 의미하므로, 구분해서 선정을 잘해야 함. 수용율, 역률, 부하율을 고려하여 간선, 분기회로별로 최대 사용전류를 산출해야함. 최대사용전력 = 설비용량 x 수용율 /100 최대사용전류 = (최대사용전력 x 부하율) / ( 전압x역률) 2, 전압 강하 전선에 있는 저항에 따라 전류가 흐를 시 발생하는 손실을 말합니다. 전압강하는 전선 단면적이 굵을 수록 적기에 굵을 수록 결국 효율은 좋습니다. 안전성과 경제성을 고려 및 전압강하 공식을 통해 허용전압강할를 고려해야합니다. 부하중심 까지의 거리 결정 후 간선, 분기회로별로 전압강하 한도를 결정해야합니다.3, 기계적 강도 굵을 수록 기계적강도가 크고 구부리기 힘듭니다. 따라서 전선이 연결되는 길이에 따라 전선이 견디는 지에 대한 고려가 필요합니다. 전기설비 기술기준에 규정된 굵기 이상으로 선정하면 됩니다.기게적 강도와 전기적 조건을 상호 비교하여 큰 값으로 전선을 굴기를 결정합니다.선정 후 검토사항으로는공사방법(매설, 부설방식 등) 에 따른 이상현상 발생여부근접 통신선로에의 장해여부 를 확인해야하고 기타 고려사항으로는간선의 굵기 및 개폐기 및 과전류차단기의 용량 을 확인해야하고전선최대길이표 또한 참고하야 합니다.이상 간단히 전선굵기 선정 방법에 대해 나열해 보았습니다.
기계공학
Q. 기계공학이라는 학문도 AI와 접목이 가능한가요?
안녕하세요. 김상규 전문가입니다.기계공학 분야에 있어서로봇공학이 요즘의 화두입니다만 그에 따른 AI 접목 또한 같은 선상에 있다 볼 수 있습니다.로봇 기술의 혁신은 센서 기술의 발전에 크게 기인합니다. 초기 로봇은 간단한 센서를 사용하여 주변 환경과의 상호작용을 수행했습니다. 그러나 최근 몇 십 년 동안 센서 기술은 지각 능력을 현저히 향상시켜 로봇이 더 정밀하게 환경을 인식하고 상호작용할 수 있게 되었는데요.초소형 카메라, 레이더, 리다 및 다양한 센서들이 로봇의 감각을 강화하고 다양한 작업에 대응할 수 있도록 발전하였습니다.로봇의 센서 기술 발전과 병행하여 인공지능(AI) 기술의 발달은 로봇 기술을 혁신적으로 바꾸었다고 볼 수 있습니다.머신러닝 및 딥러닝 알고리즘을 통해 로봇은 환경에서 얻은 센서 데이터를 분석하고 이 데이터를 기반으로 학습하며, 새로운 상황에 적응하도록 되었는데요. 이를 통하여 로봇은 의사결정, 문제에관한 예측 , 문제 해결 등 .인간과 유사한 다양한 작업을 수행할 수 있게 되었고, 인공지능이 없던 시기에는 거의 불가능했던 환경에서의 작업도 .효과적으로 수행 가능해졌습니다.AI를 접목한 로봇공학이 기계공학에 접목되어 활용되는 분야로는1, 제조업제조업체에서 생산성 향상과 비용 절감을 위해 폭넓게 사용되는데요. 자동차 산업 분야에서 조립 라인에서 용접, 조립, 부품 이동 등 작업을 수행으로 고도의 정밀성과 효율성을 제공하고 있으며전자 제품 제조에서는 반도체 제조, PCB 조립 등에서 핵심적인 역할을 수행 함으로서생산 프로세스 자동화를 완성해가는 중입니다.2, 의료/서비스/물류 의료 로봇은 수술 보조 및 환자 감시, 의약품 제조 등에서 사용으로 효율성 증대 중이고 서비스 로봇은 호텔, 상점, 음식점에서 고객 응대, 청소, 서빙 등의 업무를 수행을 통한 혁신을 증대시키는 중입니다. 물류 로봇은 창고에서 제품의 이동, 재고 관리 등 작업 자동화화를 통해 물류 프로세스를 최적화하고 비용을 절감하는 흐름을 보여주고 있습니다.3, 스마트 농업 AI 접목 로봇을 통한 농작물 재배, 수확 및 가공 작업 자동화를 이루고, 그에따른 생산성 향상을 이룹니다. 정확한 시기에 물공급 및 비료 제공, 농작물 상태의 실시간 감시 및 관리를 통해 작물 성장을 최적화 합니다. 이를 통해 농업생산생 향상 + 식량부족문제 해결 에 큰 역할을 담당합니다.간단히 AI와 기계공학에서의 로봇공확과의 접목 사례를 나열해 보았습니다
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Q. 기계 공학 전공을 하게 되면 향후 어떤 직업을 갖게 되나요?
안녕하세요. 김상규 전문가입니다.분야별로 나눠보면 기계, 로봇, 자동화, 자동차, 일반산업, 항공우주, 철도, 물류, 군사, 조선해양, 정밀생산 일반요소부품, 플랜트, 에너지, 생산설비 , 마이크로 나노 등으로 나눌 수 있는데요일반기계 분야 기업 쪽은 어디든 알만한 기업은 다 가능합니다.삼성, LG, 현대/기아 자동차, 현대모비스, 현대중공업, 두산중공업, SK 이노베이션, SK 하이닉스, GS칼텍스, 현대 오일뱅크, LS 산전 등기계 및 전자관련 대기업은 거의 모두 가능합니다정부출연 연구소 및 공기업 관련 분야는한국과학기술연구원, 한국기계연구원, 한국 항공우주연구원, 한국생산기술연구원, 한국표준과학연구원,한국원자력연구소, 한국에너지 기술연구원 , 산업기술 시험원 및에너지 관리공단, 한국가스공사, 한국전기안전공사, 대한 송유관 공사, 한국지역난방공사, 한국전력,한국수력원자력 등 이 있습니다.그외국가기술 고시 및 행정고시를 통해국가과학정책과 산업정책을 수립하는과학기술부, 산업자원부, 중소기업청, 특허청 등 정부부처 정책입안자로 진출 및공학 기반 변리사 로 진출 가능하며마지막으로교육기관 교수 및 교사등으로 지툴 가능 합니다.(기계공학관련학과 교수, 중/고등학교 교사 등 )간단히 기계공하과의 진로 및 진출분야 를 열거해 보았습니다.참고되시기 바랍니다.