안녕하세요. 김상규 전문가입니다.
기계공학
Q. 공구함에 쓰는 드라이버는 어떻게 만드나요?
안녕하세요. 김상규 전문가입니다.드라이버에 대해 열거해 본다면1, 재질드라이버 본체 선 재질은일반적으로 SKS(합금공구강) 또는 SUS(스테인레스)을 사용합니다.공구용 탄소강 이라는 SK 재는 철판 재질로 0.6~1.5%의 탄소 함유량을가지는데1종부터 7종까지 분류되며, 탄소 함유량으로 분류됩니다.SK1~7 까지 숫자가 높아질 수록 탄소량은 감소합니다.합금공구강 은 SK재에 텅스텐, 크롬, 몰리브덴 및 바나듐 등 특수원소를 첨가해 특성을 개선한 것으로SKS 재는 SK재에 크롬과 텅스켄이 첨가된 강재로프레스 금형용으로는 SKS3 가 가장많이 사용됩니다.최근에는 자석용강(자성이 있는 재료)을 사용하는 추세입니다.2, 제작방식제작 방법은 인발제조한 라운드바(소재) 끝단을 형단조방식으로 제작하는데형틀에 넣고 프레스로 만듭니다.여기서 인발 제조는 소성가공의 일종으로금속 봉이나 관을 다이에 넣어, 축방향으로 통과시켜 외경을 줄이는 방식 입니다.끝부분 프레스 가공은십자 드라이버는 열십자형태의 형틀로일자 드라이버는 일자형태의 형틀을 이용하여프레스로 찍어서 프레스가공을 통해 완성됩니다.간단하게 드라이버 제작에 관해 열거해 보았습니다.
기계공학
Q. 기계 마찰을 줄여 주기 위해서 만든 베어링은 누가 만들었나요?
안녕하세요. 김상규 전문가입니다.베어링이 언제부터 사용이 되었다 까지는 정리가 되나누가 언제 최초로 만들었다 까지는 힘들겠습니다.왜냐하면 고대로 올라가야하기에 문헌상 누가 했다 까지는 기록이 없으므로고대로 올라가서 부터 열거해 보겠습니다.1, 베어링의 시초베어링의 시초의 바퀴의 사용부터 등장했습니다. 바퀴에 대한 기록은 기원전 3500년경 티그리스, 유프라테스 유역에 거주하던 수메르인의 전쟁 벽화에 나타난 전차용 통나무 바퀴 그림으로 알려져 있습니다.이처럼 바퀴의 회전을 원활하게 도와준 장치가 바로 베어링입니다. 초창기의 베어링은 성능과 효율 측면에서는 낙후되고 재질도 나무라서 수명도 짧았습니다.2, 베어링의 구분베어링은 크게 미끄럼베어링과 구름베어링으로 구분됩니다. 대부분 베어링은 구름베어링을말하는데요. 구름베어링은 바퀴와 축을 연결하는 외륜과 내륜 사이에 볼이나 롤러 같은 전동체를 두어 미끄럼 운동을 구름운동으로 전환하면서 마찰을 감소시키는 장치를 말합니다. .또한 미끄럼 베어링은 볼이나 롤러 같은 전동체가 없는 베어링을 의미하며, 외륜과 내륜사이의 윤활체를 넣어 마찰을 최소화하는 방식입니다.3, 베어링의 발전 시점 BC 1900년경 금속으로 만든 전차가 발명되면서부터인데, 이때부터 전차의 활동성을 높이기 위해 다양한 베어링이 만들어졌는데 그 중에는 윤활제를 넣어 마찰과 소음을 줄였던 경우도 있습니다. 이 후 BC 330년경에는 직동 롤러 베어링 초기 형태인 리테이너 개발로 이어졌고, 그 이후 일종의 스러스트 볼 베어링이라 할 수 있는 것이 발명된 것은 AD 50년경이었 습니다. 이후 AD 1500년경이 될 때까지 보다 효율이 좋은 베어링을 개발하지 않은 것으로 추정하고 있으나. 1520년경에 스페인 지브로올터 계곡에서 이시기에 만든 포차가 발견되었고 주철로 만든 매우 정교한 형태의 볼 베어링이 사용됐음이 발견됩니다. 이 볼 베어링을 그 유명한 레오나르도 다빈치가 설계했다고 하는데, 도면만 발견되고 유물은 없어서 실제로 사용했는지는 알 수 없습니다.4, 현대적 베어링의 등장 석탄 생산을 늘리기 위한 기계가 개발되면서 덩달아 베이링도 발전했습니다. 18세기에 들어서는 수레나 전차의 바퀴에 부착하는 것으로 여겨졌던 베어링이, 용도가 다양해 지면서 여러 종류의 베어링이 나타나게 되었습니다. 1716년 영국의 시계 제조업자 헨리는 고도의 정밀도를 유지하기 위해 크로메타의 평형륜에 롤러 베어링을 사용했는데요. 이 경우가 구름 베어링을 계측기에 사용한 최초의 사례 입니다.간략히 베어링의 역사에 대해 열거해 보았습니다.
기계공학
Q. 기계 혹은 로봇이 더 발달하면 실제로 사람의 역할, 자리를 차지하게 되나요?
안녕하세요. 김상규 전문가입니다.1, 현재로봇공학은 제조업 분야에서 두드러진 역할을 하고 있고, 산업용 로봇은 제조업체에서 생산성 향상과 비용 절감을 위해 매우 큰 범위로 사용되고 있습니다. 로봇은 산업 분야 외에도 의료, 서비스, 물류 분야에서도 다방면으로 활용되고 있습니다. 의료 로봇은 수술 보조 / 환자 감시\/, 의약품 제조 등 적용으로 의료 현장의 효율성을 향상시키는 중이고서비스 로봇은 호텔, 상점, 음식점에서 고객 응대, 청소, 서빙 등의 업무를 수행하며 서비스 산업 변혁을 일으키며물류 로봇은 창고에서 제품의 이동, 재고 관리 등의 작업 자동화로, 물류 프로세스 최적화 / 비용 절감 시행중입니다.2, 미래로봇공학은 더 나은 인간-로봇 상호작용을 위한 발전을 지향하는 데요.지금은 로봇이 인간의 업무를 대체하는 측면에서 주로 주목을 받는 상황이나미래에는 인간과 로봇이 효과적으로 협력하고 상호 작용하는 시스템이 강조될 것으로 예상됩니다.이를위한 감정을 이해/ 의사소통 가능한 로봇, 인간의 동작 및 의도를 정확히 해석하는 기술, 그리고 자연스러운 대화와 협력이 가능한 로봇의 필요성이 대두됩니다. 로봇이 다양한 환경에서 인간과 함께 작업하며 사회 전반에서 높은 레벨의 상호작용 가능하게 할 것으로 예상됩니다.3, 로봇기술 발전에 따른 문제로봇 기술이 발전함에 따라 윤리적 및 법적 쟁점도 더욱 중요해질 것으로 예상됩니다. 인간을 대신하는 로봇의 등장은 일자리의 감소, 개인 정보 보호, 로봇의 안전성 등 다양한 윤리적 문제를 야기할 수 있는 부분이 큽니다.또한, 로봇이 사람들과 상호 작용 중 발생가능한 법적 문제 등도 주안점이 될 것이고로봇이 사고를 일으킬 경우 법적인 책임은 누가 져야 하는가에 대한 문제로봇이 의사결정을 내릴 때의 윤리적 기준은 어떻게 설정되어야 하는 지에 대한 논의가미래에 더욱 더 심화될 것으로 예측됩니다.
기계공학
Q. 스마트 제조나 인공지능 기술이 기계 설계나 제조 공정에서 어떻게 적용되고 있나요?
안녕하세요. 김상규 전문가입니다.구체적으로 스마트 팩토리의 경우를 보는 것이 현실적일 듯 합니다.1, 스마트 팩토리 정보통신기술 (ICT)과 사이버-물리 시스템 (CPS)을 결합하여 제조 공정을 최적화하고 자동화하는 새로운 형태의 팩토리로서, 인공지능 (AI)과 로봇을 활용으로, 공장 내 설비와 기계에 센서 (IoT)설치로 데이터가 실시간으로 수집, 분석되어 공장 내 모든 상황들이 한번에 정리되어 볼 수 있고, 또한 이를 분석해 목적하는 바에 따라 알아서 제어되는 공장을 말합니다.2, 구축과정센싱 공장 내 설비와 기계에 센서를 부착하여 온도, 습도, 진동, 소음, 전류, 전압, 위치, 속도 등 데이터를 수집합니다. 센서로부터 수집된 데이터는 클라우드나 엣지 컴퓨팅 등의 플랫폼에 저장됩니다. 분석저장된 데이터를 인공지능 알고리즘을 통해 분석하고 , 알고리즘은 머신러닝, 딥러닝, 컴퓨터 비전, 자연어 처리 등 다양한 분야에 적용될 수 있으며, 알고리즘은 데이터에서 패턴을 발견, 예측, 추천, 최적화를 통해 의사결정을 지원합니다.제어분석된 데이터를 바탕으로 공장 내 설비와 기계를 제어하는데, 원격제어 및 자동화가가능합니다. 제어는 공장의 효율성, 안전성, 품질성 향상을 위해 작동합니다.학습제어 결과를 다시 데이터화하여 분석하여 인공지능 알고리즘을 통해 반복적으로 개선합니다. 학습은 공장의 지능화 특성을 높이기 위해 수행됩니다. 3, 기술과 단계기술 센서, 인공지능, 로봇, 클라우드, 엣지 컴퓨팅, 빅데이터, 사이버-물리 시스템, 블록체인, 5G 등으로 나눌 수 있고이들의 상호작용을 통해 스마트 팩토리를 구성합니다.단계스마트 팩토리의 단계는 크게 4단계로 나눌 수 있습니다.1단계: 공장 내 설비와 기계에 센서부착 통한 데이터 모니터링하는 단계. 이 단계에서는 공장의 현재 상태를 파악가능2단계: 수집된 데이터를 인공지능 알고리즘을 통해 분석하고 예측하는 단계. 이 단계에서는 공장의 향후 상태를 예측 가능3단계: 분석된 데이터를 바탕으로 공장 내 설비와 기계를 제어하고 최적화하는 단계. .이 단계에서는 공장의 성능을 향상 가능.4단계: 제어 결과를 다시 데이터 수집/분석통해 인공지능 알고리즘을 지속적으로 개선/ 학습하는 단계. 이 단계에서는 공장의 지능성 향상 가능4, 적용 사례 / 장점반도체 삼성전자는 인공지능과 빅데이터를 활용하여 반도체 공정에서 발생하는 다양한 데이터를 실시간으로 분석하고 최적화하는 AI Factory 시스템을 구축하였습니다. 이는 공정 중 발생할 수 있는 문제점을 사전에 예측하고 대응할 수 있으며, 공정의 안정성과 품질향상이 가능합니다.자동차 현대자동차는 인공지능과 로봇을 활용하여 자동차 부품의 품질 검사와 조립 공정을 자동화하고 최적화하는 스마트 팩토리 시스템을 구축하였습니다. 이 시스템은 인공지능 카메라로 부품의 불량 여부를 판단하고, 로봇 팔로 부품을 정밀하게 조립하며, 실시간으로 데이터를 분석하여 공정의 성능개선이 가능합니다.철강철강 제조 공정은 고온과 고압의 환경에서 이루어지며, 많은 에너지와 자원이 소모되므로스마트 팩토리를 통해 공정의 안전성과 친환경성을 높이고자 합니다. 예를 들면, 포스코는 디지털트윈과 빅데이터를 활용하여 철강 공정에서 발생하는 다양한 데이터를 가상으로 재현하고 분석하는 스마트 팩토리 시스템을 구축하였습니다. 이 시스템은 공정 중 발생할 수 있는 위험 요소를 사전에 감지하고, 에너지와 자원의 효율적인 사용을 지원하며, 탄소중립을 위한 친환경적인 제조 방법 제안이 가능합니다.5, 결론 스마트 팩토리는 센서, 인공지능, 로봇, 클라우드, 엣지 컴퓨팅, 빅데이터, 사이버-물리 시스템, 블록체인, 5G 등의 다양한 기술들이 융합된, 공장이 알아서 데이터 수집/분석/제어/학습하는 시스템입니다. 스마트 팩토리는 제조업의 현재와 미래를 바꾸고 있으며, 다양한 산업 분야에 적용되고 있습니다. 스마트 팩토리는 제조업의 효율성, 품질성, 안전성, 친환경성 등을 향상시키는데 혁신적 기여를 할 뿐 아니라, 새로운 비즈니스 모델및 가치창출의 기회또한 제공하는데요. . 제조업의 혁신과 경쟁력 향상을 위한 중대한 요소로 인식되고 있는 상황이며, 시장 규모 및 성장률도 상승 중입니다.
기계공학
Q. 기계가공에서 사용되는 냉각시스템은 어떤 종류가 있나요.
안녕하세요. 김상규 전문가입니다.기계가공에 있어서냉각은주로 절삭제를 적용 합니다.절삭제의 목적은냉각에 의해 절삭온도를 낮추고 , 윤활작용으로 공구/칩 및 가공물 사이 마찰을 감소시켜기계가공 성능과 생산성 향상을 꾀하는 것인데요..절삭제 종류는수용성 유체 : 절삭속도가 높고 공구압력이 상대적으로 낮은 경우 적합비수용성 절삭유 (광유 / 첨가제 혼합 광유): 공구면과 칩 사이 절삭압력이 높을 경우 주로 사용가스 윤활제 : 절삭유체 침투가 곤란한경우 유효, 가스비용 비싼관계로 실 적용이 어려움기존 절삭제 문제점높은 절삭온도에서 화학적 분해로 인해 환경오염 유발대량폐기 시 토양/ 수질 오염절삭제로 부터의 악취/연기/박테리아작업자와의 물리적접촉따른 피부질환 등 작업자 건강상 문제 야기펌프,저장용기,여과장치, 재생 및 냉각장치 등 추가시스템 설치위한 바다면적 추가요구등의 문제점이 있습니다.첨가로 최신 기계가공에서는 초저온 냉각방식 응용경우가 있는데최근 초저온 냉각방식이 기존 유제 냉각에 비해 공구수명이 길고칩 브레이킹이 좋아 취급이 쉽고가공 표면이 좋고친환경적이고작업자 건강을 해치지 않는 등성능상 비교우위 장점이 부각되고 있고특히, 생산성 우수로, 상대적 원가 하락이 되면서액체 질소 적용 초저온 냉각 방식의 적용이 확대되는 추세입니다.초저온 방식은연삭가공, 구멍가공/ 밀링가공 등 일부에 적용하고 있으나대부분 선삭공정에 집중되는데간헐적 밀링에서는 절삭공구에 열균열 발생으로 실용화가 힘드나고속도가 절삭공구로 합금강을 밀링할 경우건식가공에 비해 10배이상 공구 수명이 길어지는 장점이 있습니다.