안녕하세요. 김상규 전문가입니다.
기계공학
Q. 기름을 정제하는데 필요한 시설은 무엇인가요?
안녕하세요. 김상규 전문가입니다.말씀대로저희가 사용하는 기름들은모두 원유를 가공한 기름 종류들 입니다따라서 원유를 정제하는 시설이 필요한데요원유 정제의 기본적인 원리는 증류를 통한각 기화 온도에서마다 나오는 기름들을 분리하는 것입니다만그 외의 전처리 및 후처리 과정들이 많이 필요합니다.간단히 원유 정제 시설의 구성을 나열해보면전처리 시설원유에 포함된 염분을 제거하는 탈염 시설원유에 포함된 물과 가스를 분리하는 오일/물/가스 분리 시설 증류 시설표준기압에서 원유를 증류하여가솔린, 등유,경유, 중유 등으로 분리하는 상압증류 시설상압에서 남은 중질유를 감압상태에서 추가로 증류하는 감압증류 시설2차 후처리 시설촉매사용 통한 고 옥탄가 휘발류 변환하는 접촉개질 처리고옥탄가 휘발유 제조를 위한 알킬기 첨가하는 알킬화 처리수소첨가를 통한 유황성분 제거하는 수첨탈황처리위와같은 시설의 구성을 통한 공정으로원유를 다양한 품질과 성능의 석유제품으로 변환시킵니다.
기계공학
Q. 기계에서 열적 팽창을 고려한 설계 방법은?
안녕하세요. 김상규 전문가입니다.기계공학 분야에서기계설계 시 여러가지 면을 고려하겠으나특히열적 팽창을 고려하는 설계에 대해 주안점으 두고 보면첫째각 소재의 열팽창 계수를 설계에 반영하여, 온도변화에 따른 체적변화를 예측둘째두 소재가 맞닿아있는 경우, 열팽창에 따른 충돌 및 마찰 고려셋째 열적 팽창에 따른 스트레스 해석으로 손상이나 변형을 고려 및 최소화등을 반드시 고려해야합니다.이런 부분의 예를 들면배관 라인에서 파이프손상 방지를 위한 슬라이딩 받침 및 익스펜션 조인트 등이 있고자동차 내연기관에서도 열팽창고려 설계로 내구성과 안정성을 고려하게됩니다.
기계공학
Q. 기계공학에서 열역학적 사이클에 대해서
안녕하세요. 김상규 전문가입니다.열역학은4가지 법칙으로 되어있으며에너지 변환 및 전달을 설명해주는 과학적 원리입니다.0법칙 : 열적평형 상태와 온도 에 관련된 정의1법칙 : 에너지 보존에 관련2법칙: 에너지 효율과 엔트로피의 개념으로 자발적과정의 한계 설명3법칙 : 절대 영도에서 물리현상 관련으로 구성되는데요말씀하시는열역학적 싸이클을 논하자면열역학 제 2법칙이 적용됩니다.이는 엔트로피 개념을 말하고있는데요자연상에서 에너지는 자발적인 흐름에 대한 제한을 가지는 것을 말하는데고온에서 저온으로 열이동은 자연적이나반대과정은 외부에서 에너지를 가해야만 가능하다는 법칙입니다.이는 특히 열기관의 효율에 있어서 최대효율을 결정짓는 데 있어서기준이 되는 카르노 사이클을 이론적 모델로 보여줍니다.열역학 제 2법칙을 고려하여열기관의 최대 열효율을 수학적으로 도출가능한 이상적인 사이클로4단계를 살펴보면등온팽창 과 압축 단계로열이 고온열원에서 흡수되어 외부작업 수행에 이용되고등온 압축단계에서 열이 저온열원으로 방출됩니다.단열팽창과 압축 단계에선단열팽창 단계에서 시스템 내부 에너지가 감소하므로 온도가 낮아지고단열 압축 단계에서 외부로부터 일을받아 시스템내부에너지 증가로 온도가 올라갑니다.이렇게 등온팽창 단열팽창 등온압축 단열압축 의4단계 순환을통해 열역학 제2법칙을 벗어나지 않으면서도 열기관의 최대효율을 낼수 있는 모델로지금도 열기관의 한계극복에 적용되는 기본적이고도 중요한 기관입니다.
기계공학
Q. 기계공학을 하려면 어떤과를 전공해야하나요?
안녕하세요. 김상규 전문가입니다.일단 기계공학의 분야가 엄청 넓다보니기계 쪽에서도 어떤 분야로 가시려는 것을 정하셔야 겠으나어떤 분야로 가시려고 원하시던간에기본적으로기계공학의 핵심은 무조건 습득을 하셔야 합니다그 기계공학의 핵심은 결국4대역학인데요재료역학, 열역학, 동역학, 유체역학이 기본 역학이 받쳐주지 못하면기계공학 분야에서 어떤 일을 하든 쉽지 않겠습니다.간단하게재료역학은 각 종 힘을 받아서 변형되는 물체동역학은 힘을 받아서 운동하는 물체열역학은 열역학 법칙에 의거한 싸이클의 운행유체역학은 각 조건에서의 액체/기체의 운동에 관한 학문입니다.기타 전공으로는 기계공작법, 수치해석, 기계설계, 기계진동학, CAM, 공기역학, 첨단유동실험, 공기조화, 메카트로닉스, 바이오테크놀로지,로봇공학, 음향시스템공학 , 광공학, 마이크로 시스템,생체공학, 소음공학 . 열전달 , 전산열유체, 전산구조해석, 비파괴평가열시스템, 냉동공학, 터보유체기계, 용접공학 등수없이 많습니다만결국 그 것들을 위한 기초도 4대역학이 기본입니다.요즘은 융합된 분야가 거의 대부분이지만연구실 분야에서도재료역학 연구에서는 재료실험 및 구조해석동역학 연구에선 로봇공학/제작유체역학 연구실에선 풍동실험 및 전산유체해석 열역학 연구실에서는 내연기관 연구 등을 합니다.이게 결국 4대 역학들을 기본으로 하다보니그것이 근간이라고 말씀드릴 수 있습니다.
기계공학
Q. 장비 설계에서 내구성 시험을 수행하는 절차는?
안녕하세요. 김상규 전문가입니다.기계 장비를 설계함에 있어서내구성 테스트는 결국 기계의 신뢰도를 평가함에 있어서 상당히 중요한 부분인데요.그 테스트 절차를 간략히 나열해 보면첫째내구도를 테스트하는 목표/목적을 정확히 설정하여기계의 고장률 및 수명을 평가 합니다둘째실제 사용환경에서 생길 수 있는 진동, 하중, 온도조건 등을 설정하여 테스트합니다.셋째반복하중, 충격하중 등 다양한 하중 조건을 고려하여 테스트 합니다.넷째내구성 테트스목적의 장비를 구축하고설정조건에서 테스트하여 데이터 수집을 합니다.다섯째수집 데이터 통한 분석으로 내구성 평가를 통한 개선사항을 체크합니다.이런 단게를 토해 설계과정에서 내구성테스트를 진행하여제품에 대한 신뢰성을 향상시키는 과정을 수행하게 됩니다.
기계공학
Q. 장비 설계에서 통합 자동화 시스템을 구축하는 방법
안녕하세요. 김상규 전문가입니다.장비 설계에 있어서 통합 자동화 시스템을 구축하는 방법의 관점으로 정리해보면첫째가장 기본적으로 대상이 되는 프로세스에 대한 치밀한 분석이 우선이고그에 가장 알맞은 자동화 기술을 선택하는 과정입니다.둘째결국 장비가 자동제어 시스템을 통해 돌아가야 하므로장비와 제어시스템의 통합을 이뤄야 하는데일반적으로 SCADA 시스템이나 PLC 시스템을 통해 구성됩니다.셋째최근 실시간 데이터 처리 및 분석, IoT 기술 활용을 위해엣지 컴퓨팅 기술을 접목시킵니다.넷째자동화 과정에 있어 인공지능을 통한 범위 확장과 자동화를 실현합니다.자동화 시스템이라는 말은결국 최근에 추구하는 마지막 지점인스마트 팩토리 와도 일맥상통한다 하겠습니다.스마트 팩토리라 하면인공지능 (AI)과 로봇을 활용하여 공장 내 설비와 기계에 센서 (IoT)가 설치되어 데이터가 실시간으로 수집, 분석되면서팩토리 내의 전체적인 상황이 관찰되고,자동으로 분석해서 알아서 컨트롤 하는 공장을 말하는데요.팩토리 내 모든 기계설비에 센서부탁을 통한 데이터 수집그 데이터를 인공지능 알고리즘 통한 분석(이 분석과정에서 결국 머신러닝, 딥러닝이 적용됩니다)분석 데이터 기반으로 팩토리내 기계설비를 제어최종적으로 기계설비 제어 결과를 또 데이터화 하여 수집/ 분석하여지속적 개선하게 되는 완전 자동화 공장 되겠습니다.
기계공학
Q. 컴퓨터, 코딩은 언제부터 배우는게 효과적인가요?
안녕하세요. 김상규 전문가입니다.코딩이란 것이어차피 프로그램을 작성하는 과정으로프로그래밍 언어를 써서 컴퓨터가 이해할 수 있는 코드를 작성하는 것인데요2025년 부터는초등 중등 교육과정에 코딩교육이 의무화 되었습니다.그만큼 빨리 시작할 수록 거부감이 없이 접할 수 있는 부분인데요.기본적으로 대화가 가능한 수준부터는말을 이해할 수 있기 때문에그 때부터는 컴퓨터 기본적으로 끄고 켜고타자치는 거 자판외우고 하는 것이 가능하니문서작성 프로그램 같은 건 쉽게 습득이 가능합니다.그 때부터는 기본적인 코딩 경우는 아주 쉽게 가능하게 되기에머리속에서 복잡하게 이뤄지는 문제들을알고리즘으로 표현하고그에 따른 코딩을 할 때 복잡한 부분들을 부분부분 나눠서 생각할 수 있게 사고력을 향상 시킬 수 있으므로최소 초등학교 부터는 가능하고 점점 더 그 효과는 배가 될 것으로 판단됩니다.
기계공학
Q. 기계 설계 할때 품질 개선을 위한것은 어떤것이 있을까요?
안녕하세요. 김상규 전문가입니다.말씀대로기계가 제대로 설계가 되야 품질향상 및 생산성 향상들이 실현될 수 있습니다.기계설계 과정에 있어서 품질개선을 위한 부분을 생각해본다면결론적으로 기계의 성능, 안정성 등이 보장되어야 하겠지요.품질개선을 위한 설계의 요소를 간단히 보면첫째설계 사양의 명확한 정립을 통해기술적/ 비기술적 요구사항을 모두 고려해서 설계까 되야합니다둘째기계장치가 제공하게될 기능 및 사용자입장에서 요구하는 사항들이 명확히 정의가 되어여정확한 설계가 이뤄질 수 있습니다.셋째제품 신뢰성 및 생산비용 절감을 위해재료의 적절한 선택 및 제조공정을 선택하여 기계의 성능향상 및 내구도 향상을 꾀합니다.넷째아주 중요한 단계로설계된 기계의 시뮬레이션 단계입니다이 테스트를 통해 장치의 문제를 판별하고 개선하여 최종적인 생산 제품의 품질을 보장하고 개선 가능합니다.번 외로기계설계 뿐 아니라 최종 제작된 후 생산의 과정에 있어서도품질관리시스템을 구축하여제조 및 시험 단계에서도 표준화된 방법/도구를 활요하여품질 유지 활동의 효율성을 높이도록 해야합니다.
기계공학
Q. 반도체 제조용 초정밀 리소그래피 장비에서 나노미터급 정밀도를 유지할 수 있는 방법
안녕하세요. 김상규 전문가입니다.나노미터급 정밀도를 위한 최적화 관점에서서보제어장치는웨이퍼를 정확하게 필요한 위치에 배치하고정밀한 움직임을 제어하는 정밀 스테이지가 나노미터급 제어가 가능해야합니다.여기서 고정밀 모터와 센서를 통한 웨이퍼 위치 및 움직임의 정확한 제어가 요구되고이것은 패턴을 전사하는 과정에서의 에러를 감쇠시킵니다.또한 장비안정성 유지 및 패턴 전사과정의 오류를 최소화하기위해기계적 진동 과 열변형이 최소화 가능한 구조로 설계되야하는 점도 중요합니다.광학시스템 에서는칩의 정밀 및 집적도 상승을 위한 극자외선 기술 즉 EUV 기술을 통한짧은 파장사용을 통한 정밀한 회로 패턴 형성이 구현되야하고고정밀렌즈, 빈사경 등의 사용으로 , 빛의 파장, 각도, 초점을 정밀 조절 가능해야 합니다.그 외 기본적으로 광학 부품들의 가공정확도와 품질은 기본적인 사항으로 되야합니다.
기계공학
Q. 터보펌프의 캐비테이션 현상을 최소화하기 위한 방법에 대해 질문드립니다.
안녕하세요. 김상규 전문가입니다.캐비테이션 형상은결국 유체의 압력상태가 증기압 이하로 떨어질 때 발생하는 것으로이를 방지하기 위해 설계가 이뤄져야 합니다.유로 설계에 있어서 주안점은급격한 곡률에 따른 유체 흐름 불안정 방지를 위해 곡률을 부드럽게하고펌프의 용량 및 유체흐름 속도에 알맞은 유로의 관경이 설정되야합니다.또한 유로 내 표면이 거칠경우에도 기포발생에 따른 캐비테이션이 발생가능하므로 표면처리도 중요하고유로가 펌프 회전축과 대칭적으로 배치되게 하여 유체흐름을 최적화시키고만일의 캐비테이션 발생 시 충격을 견딜 수 있는 강도로 설계되야 합니다.임펠러 관점에서 보면유체 유입 시 압력손실을 최소화하기위해 입구가 부드럽게 설계되고펌프 용량 및 유체속도에 알맞은 크기로 설계되어야만 유체흐름을 방해하지않으며특히 임펠러 곡률을 적절히 설계해서 유체흐름의 불안정을 방지해야합니다.유로와 마찬가지로 거친표면은 캐비테이션 유발 원인이 되므로표면처리 또한 깔금하게 되야 합니다.