안녕하세요. 서종현 전문가입니다.
기계공학
Q. 제어 시스템이란 무엇이며, 어떻게 기계 시스템의 성능을 향상시키는 데 사용되나요?
안녕하세요. 서종현 전문가입니다.제어 시스템은 외부 입력을 감지하고 기계나 시스템의 동작을 제어하여 원하는 목표를 달성하도록 만드는 시스템입니다. 이는 센서(감지), 컨트롤러(판단 및 명령), 액추에이터(실행)의 세가지 주요 구성 요소로 이루어져 있으며 목표값과 실제값의 차이를 줄이기 위해 지속적으로 조정하는 피드백(폐루프)제어 방식이 주로 사용됩니다. 제어 시스템은 기계 시스템의 성능을 여러 면에서 향상시킵니다. 정확성 및 정밀도 향상 : 원하는 위치, 속도 , 온도 등을 오차 없이 정확하게 유지하도록 돕습니다. 안정성 확보 : 시스템이 불안정해지거나 오작동하는것을 방지하고 외부 교란에도 불구하고 안정적인 작동을 유지하게 합니다. 효율성 증대 : 에너지 소비를 최적화하고 작업 공정을 효율적으로 관리하여 생산성을 높입니다. 자동화 구현 : 사람의 개입 없이 시스템이 스스로 판단하고 작동하도록 하여 편의성과 안전성을 높입니다. 기계적인 제어 시스템은 순수하게 기계적인 원리를 이용하거나, 기계적인 움직임을 제어하는데 중점을 둔 시스템을 의미합니다. 증기기관의 조속기(flyball governor) : 증기기관의 회전 속도를 일정하게 유지하기 위해 원심력을 이용하는 순수 기계식 제어 장치입니다. 엔진 속도가 빨라지면 조속기의 추가 바깥으로 벌어져 증기 유입량을 줄이고, 속도가 느려지면 그 반대로 작동하여 속도를 조절합니다. 자동차의 크루즈 컨트롤 시스템 : 운전자가 설정한 속도를 자동으로 유지하도록 엔진 출력과 변속을 제어합니다(이는 전자 제어가 결합된 형태입니다.)유압/공압 시스템 : 유체(기름 또는 공기)의 압력을이용하여 기계적인 힘과 움직임을 정밀하게 제어합니다. 중장비의 팔 움직이마, 로봇의 그리퍼 작동, 자동차의 브레이크 시스템 등이 대표적인 예시입니다. 자동 변속기 : 차량의 속도와 엔진 부하에 따라 기어를 자동으로 변경하여 효율적인 주행을 가능하게 하는기계적 제어 시스템입니다. 이처럼 제어 시스템은 다양한 기계에 적용되어 성능을 최적화하고 우리가 일상에서 사용하는 많은 기기들이 원활하게 작동하도록 돕습니다.
기계공학
Q. 트랙터는 왜이리 바퀴가 큰걸로 만들었을까요?
안녕하세요. 서종현 전문가입니다.트랙터의 바퀴가 유난히 큰데는 농업 작업의 효율성을 위한 명확한 이유가 있습니다. 첫째, 강력한 견인력 확보입니다. 큰 뒷바퀴는 지면 접지 면적을 넓혀 흙에 미끄러지지 않고 쟁기 등 무거운 농기계를 효과적으로 끌수있게 합니다. 둘째, 토양 압력 분산입니다. 넓은 바퀴는 트랙터의 하중을 넓게 분산시켜 토양 다짐을 최소화하고 작물 뿌리 손상을 줄여 토양을 보호합니다. 셋째, 험한 농경지에서 높은 지상고를 확보하여 장애물을 쉽게 넘을수있습니다. 반면, 앞바퀴는 주로 조향을 담당하며, 작게 만들어 회전 반경을 줄여 좁은 공간에서도 효율적인 조작이 가능하도록 설계됩니다. 이처럼 트랙터 바퀴의 크기는 기능적인 설계에 따른 것입니다.
기계공학
Q. 기계 시스템의 구조적 안전성을 보장하기 위해 어떤 설계 및 테스트 절차가 사용되나요?
안녕하세요. 서종현 전문가입니다.자동차 충돌 시험처럼 기계 시스템의 구조적 안전성을 보장하는것은 매우 중요합니다. 이를 위한 설계 단계부터 테스트에 이르기까지 체계적인 절차가 사용됩니다. 주요 절차는 다음과 같습니다. 위험 요인 분석 및 위험성 감소 : 설계 초기 단계에서 기계에 내재된 잠재적 위험 요인을 파악하고, 이를 제거하거나 줄이는 절차를 따릅니다. 구조적 해석 및 시뮬레이션 : CAD/CAE 소프트웨어를 활용하여 기계 부품이 다양한 하중과 환경에서 어떻게 반응할지 예측하고, 구조적 결함을 미리 발견하여 설계에 반영합니다. 이때 하중을 견딜수있도록 적절한 재료와 두께를 선택하는것이 중요합니다. 규제 준수 : 해당 기계 시스템에 적용되는 국내외 안전 규격 및 표준을 준수하도록 설계합니다. 물리적 실험 및 시험 : 실제 프로토타입을 제작하여 충돌 시험(자동차), 진동 시험, 내구성 시험 등 다양한 물리적 환경에서 성능과 안전성을 검증합니다. 차량 충돌 시험 시에는 더미를 사용하여 탑승자의 상해 가능성도 평가합니다. 품질 관리 및 검사 : 제조 과정 전반에 걸쳐 엄격한 품질 관리와 검사를 통해 설계된 안전 기준이 실제 제품에 구현되었는지 확인합니다. 사후 모니터링 및 피드백 : 제품이 실제 사용되는 환경에서 안전 관련 데이터를 모니터링하고, 문제 발생시 이를 분석하여 다음 설계에 반영하는 피드백 시스템을 운영합니다. 이러한 다단계 절차를 통해 기계 시스템의 구조적 안전성을 확보하고 사용자에게 안전한 제품을 제공하게 됩니다.
기계공학
Q. 회사에서 요즘 가장 큰 이슈가 업무혁신을 위한 여러 과제를 하기 시작했는데요
안녕하세요. 서종현 전문가입니다.먼저 디지털 전환(DT)과 빅데이터 , AI의 기본 개념 부터 이해하는것이 중요합니다. 온라인 강의나 입문 서적을 통해 전체적인 흐름을 파악하시고, 회사 사례에 어떻게 적용되는지 연결해보세요 용어에 익숙해지는것만으로도 전문가들과의 소통에 큰 도움이 될 것입니다.
기계공학
Q. 에어컨은 본체보다 실외기가 제일 중요하다는데 왜 왜 그런가요?
안녕하세요. 서종현 전문가입니다.친구분의 말씀이 맞습니다.에어컨 실외기가 중요한 이유는 실내의 더운 공기를 외부로 배출하고 냉매를 압축 및 순환시켜 실내를 냉각시키는 핵심 역할을 하기 때문입니다. 실외기에는 에어컨의 심장이라 할수있는 압축기와 열을 내보내는 응축기가 있어 실내에서 흡수한 열을 밖으로 버리고 냉매가 액체에서 기체로, 다시 액체로 변하며 열을 이동시키는 과정을 담당합니다. 실외기 없이는 냉방 자체가 불가능하며 , 실외기의 성능이 냉방 효율과 전기요금에 직접적인 영향을 미칩니다.