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27 32 33 38 28 31 34 37 29 30 35 36 27. 생산 자동화 시스템이 산업현장에 적용된 구체적인 사례를 들고, 그 생산효과를 가능한 한 정량적으로 설명 하시오. 자동차 공장에서는 자동차를 주문을 받아서 한 대씩 만들지 않고, 컴퓨터 네 트워크를 통해 자동차의 판매량과 생산량을 조절한다. 자동차 제조 공정은 사람이 하기 힘든 일이 많고 자동화되어 있기 때문에, 사람들은 로봇이 제대 로 일할 수 있도록 해 주는 역할을 한다. • 프레스 공정 : 이음매 없는 차체를 만들기 위해 기계를 이용하여 한번에 차 체를 찍어낸다. • 차체 제작 공정 : 고도의 정확성을 요구하는 작업이 많아 로봇을 이용하여 차체를 제작한다. • 도장 공정 : 사람의 몸에 해로운 페인트는 로봇을 이용하여 칠한다. • 부품 조립 공정 : 사람과 기계가 함께 부품을 장착하는 단계로, 자동화된 시 스템은 사람이 손쉽게 작업할 수 있도록 도와 준다. 생산 효과 • 제품의 생산 과정에 로봇, 컴퓨터와 같은 첨단 기술이 사용되어 일손을 많이 덜어 준다. • 첨단 기술의 도입으로 제품을 개발하는 데 드는 비용과 시간을 현저하게 줄 일 수 있다. • 첨단 기술을 사용하면 상품을 대량으로 생산할 수 있게 되어 높은 수익을 올 릴 수 있다. • 로봇이 어렵고 힘든 일을 대신 하므로 인명 사고나 안전 사고의 위험이 많이 줄어든다. 28. 센서의 선정기준을 정리하고, 구체적인 사례를 들어 선정과정을 설명하시오. 선정기준 및 사례 • 검출물체의 재질 확인 근접센서는 검출물체의 재질에 따라 검출거리가 변화합니다 카탈로그에 기재되어 있는 검출거리는 철을 표준 검출제로 하고 있기 때문 에 검출 체가 비금철금속인 경우는 주의가 필요 • 검출물체의 크기 확인 근접센서는 검출제의 크기에 따라서도 검출거리가 변화합니다. 표준검출체 이하의 검출체에서는 아래 그림처럼 검출거리가 감소합니다. 크기와 재질에 의한 검출거리의 변화 • 취부조건의 확인 근접센서를 금 속내에 끼워 넣는 경우는 실드 을 선택합니다. 카탈로그에 지 배되어져 있는 수치 이상으로 가공 29. 자동제어의 역사를 시대별로 정리하고, 그 특징들을 서술하시오. • 현재사용하고 있는 피드백(Feed Back)형태의 자동제어를 처음 적용한 것은 와트의 증기 기관이며 부하변동에 따른 속도변경을 원심 추 원리를 응용한 속도조절기를 이용 제어하였다. 플랜트 제어면 에서 보자면 1880년경 에디 슨에 의하여 발명된 전기를 발생시키고 제어하는 발전소의 제어가 가장 오 래된 것이 아닐까라고 생각하여 볼수 있다. 현재에도 보일러 제어는 피드백 제어의 모든 것을 담고 있다고 봐도 과언이 아닐 것이다. 시퀀스제어는 포드 가 디트로이트에서 채용한 트랜스 퍼 머신(Transfer Machine)의 제어를 효시 로 들 수 있으며, 써보(Servo)제어는 피 제어대상의 움직임이 지시된 움직임 을 추종하도록 하는 장치로서 1920년경 이후 군사적 사용이 늘면서 급속히 발전하여 현재의 로켓 산업에 지대한 공헌을 하였다고 할 수 있다. 이러한 제어기술이론의 발달과 함께 전자기술의 발달이 1930년 이후 급속한 신장 을 보여 관련 제어기기류의 고도화가 병행되어 현재의 컴퓨터를 이용한 플 랜트제어까지 발전되었으며, 지금도 지속적인 소프트웨어 산업의 발달에 힘 입어 가까운 장래에는 무인공장이 가동되리라 생각된다 피드백 제어 • 센서에서 측정한 측정치(Process Value: PV)가 컨트롤러에 가해지면 컨트롤러 내부의 제 어하고자 하는 설정치(Set Point: SP)와 비교하여 그 차이에 따른 양 만큼을 조작단으로 보 내게 되며 이 수정한 결과는 다시 검출 단 센서에서 측정되어 비교되게 된다. 이렇듯 제어 결과가 한 바퀴 돌아서 다시 처음으로 돌아오는 제어 계를 피드백 제어 계 (Feed Back Loop)라고 한다. 여기서 본 것처럼 피드백 제어 계는 폐 루프(Closed Loop)로 되어 있음 을 알 수 있으며, 상대적으로 피드백이 없는 경우를 개 루프(Open Loop)라고 한다. 피드포워드 제어 • 근래 들어 프로세스 제어의 급속한 발달에 힘입어 외란 및 부하변동에 따른 프로세스 제 어 계에 대한 영향 및 동 특성을 분석 플랜트의 최적, 경제운전에 대한 요구가 높아져 제 어 계의 설계, 해석에 새로운 개념이 속속 도입되고 있다. 이중의 하나가 피드포워드 제어 이며 이로 인해 피드백 제어방식의 제어성능이 개선되었다. 피드백 제어는 일어난 결과를 가지고 조절하는데 반하여 일어나려고 하는 원인을 검출하여 미연에 방지하도록 움직여 주는 제어를 피드포워드 제어라고 하며 일종의 예측제어이다. 여기서 피드포워드 제어를 한다고 하여도 결국 피드백 제어에 의해 제어 계를 닫아주는 계장 즉 Closed Loop 계장이 일반적이다. 30. 개루프 제어 시스템과 폐루프 제어 시스템을 비교 설명하고, 피드백의 효과를 서술하시오 개루프 제어/폐루프제어 그림 6-5(a)는 온실에 설치한 바이메탈을 응용한 서모스탯(thermostat)에 의해 온도 가 제어되고 있다. 이 서모스탯은 온실 내 온도를 측정하고 설정된 온도와 비교하여, 온풍난방기의 스위치를 개폐시켜 온실의 온도를 일정하게 유지하는 기능을 한다. 이 와 같은 제어시스템을 폐루프 제어시스템(closed-loop control system) 또는 피드백 제어시스템(feed-back control system)이라고 한다. 한편, 그림 6-5(b) 의 세탁기의 경우는 단지 시간을 설정하는 타임스위치로 세탁조를 동작시키므로 피드백 경로를 갖지 않는다. 이러한 제어시스템은 개루프(open-loop) 제어시스템 또는 피드 포워드 (feed-forward) 제어시스템이라 한다. 피드백효과 안정도 안정도란 제어계가 외부입력, 공급전력의 변동, 귀환루프의 파라 미터 변화를 받았을 때 얼마 나 충실히 응동될수 있는가를 성명하는 개념입니다. 귀환이 없게 되면 시스템이 어떤 유한 입력에 대해 출력이 무한대가 되는 현상이 일어나서 불 안정해질 수 있습니다. 귀환이득이 도입되면 이런 출력의 불안정 현상을 막을 수 있죠 이득과 시정수 시정수는 시스템이 얼마나 빨리 입력을 추종하는가에 대한 척도이고 시정수가 작은 게 바람직 합니다. 귀환을 채용하면 이득과 시정수가 감소되는 현상이 일어납니다. 감도 감도는 시스템매개변수의 미소변이 량이 영에 수렴할 때 시스템 전달함수의 미소변이와 시스 템 매개변수의 미소변이의 비로써 정의되는데, 감도가 작은 것이 바람직합니다. 귀환을 하게 되 면 감도가 감소됩니다. 외란 많은 제어시스템들은 그 시스템이 부정확한 출력을 만들게 하는 외부로부터의 외란 신호를 받 기 쉽습니다. 그러므로 시스템은 외란 신호에 무뎌야 바람직한데 귀환을 하게 되면 출력에 대 한 이란의 효과를 줄이거나 제거 할 수 있습니다. 비교설명 따라서 개 루프 제어와 폐 루프 제어의 큰 차이점은 제어 량의 검출, 피드백, 비교·수정 동작이 있느냐 없느냐에 있음을 알 수가 있다. 또한 어느 제어방식을 채택하는가는 제어대상의 성질을 고려하여 결정하게 되지만, 제어대상의 제 성질이 사전에 충분히 명백하고 외란(disturbance)도 없고 제어대상 자체의 특성도 일정할 경우에는 개루프 제어로도 충분하다. 그러나 외란 이라든 가 제어대상 특성변동이 있을 경우에는 피드백 제어나 좀더 유효한 제어시스템을 사용하지 않 으면 충분한 제어효과를 거둘 수가 없다. 31. 일상생활에서 사용하고 있는 자동제어 시스템의 예 를 들고, 그 제어 시스템의 작동원리를 제어기술 측면에 서 설명하시오. 자동제어 시스템 미리 정해진 순서에 따라 일련의 제어 단계가 차례로 진행되어 나가는 자동제어. 시퀀스 제어라고도 한다. 되먹임 제어와는 달리 보상동작적인 작용을 가지지 않는 열린 루프 계 이다. 제어신호는 아날로그가 아니라 디지털신호이다. 전기세탁기, 전기밥솥, 자동판매기, 자동엘리베이터 등 일상생활에 응용될 뿐만 아니라 컨베이어, 트랜스 퍼 머신, 발전소의 기동정지원격조작, 자동운전, 자동공작 기 등 공장의 자동화 시스템에 폭넓게 이용되며, 조업관리, 즉 공장 스케줄 제어의 일환으로서도 매우 중요한 일면을 차지한다. 이 제어를 이용할 경우에는 인원의 삭감, 재현 성 의 확보, 생산속도의 증대와 설비효율의 향상뿐 아 니라, 품질향상과 균일성의 확보, 위험 방지 등 큰 효과를 거둘 수 있다. 원리 점프 명령( jump instruction)에 의하여 서로 다른 순번이 지정되지 않는 한 미리 정해져 있는 순번에 따라서 명령이 실행되는 컴퓨터의 동작 제어 방식. 컴퓨터의 동작 방식의 하 나로, 점프 명령에 의하여 명시적으로 서로 다른 순번이 지정 될 때까지는 암시적으로 정 해져 있는 순번에 따라 명령이 실행되는 것이다. 설계가 쉽기 때문에 많은 컴퓨터에 채용 되고 있지만 각 장치의 동작에 허점이 많아지는 결점이 있다. 또 자동 제어에서의 제어 방 식의 하나로 미리 정해진 순서에 따라서 제어 단계를 순차 진행해가는 방식이다. 32. ANSYS를 사용하여 수행할 수 있는 연성 해석들에 대하여 자세히 설명하시오. 1) 구조해석 • 기계요소나 기계요소들을 조합한 기계 등의 구조물이 외력을 받았을 때, 구조물의 강성, 응력분포, 변 형량이 어떻게 되는가에 관해서 수치계산을 하여 그 근삿값을 알아내는 것이다. 구조해석은 탄성영역에서의 선형해석과 소성영역에서의 비선형해석으로 대별된다. 수치계산 방법으 로는 일반적으로 유한요소법(FEM)을 쓰는 경우가 많다. 최근에는 컴퓨터의 발달에 의하여 퍼스널 컴 퓨터로도 용이하게 구조해석을 할 수 있는 범용구조해석 소프트웨어를 이용해서 구조해석을 한다. 2) 유한요소법(FEM) • 복잡한 구조체를 삼각형이면 삼각형, 사각형이면 사각형등 간단한 기하학적 모양을 가지는 수많은 작 은 단위구조로 나눌 수 있습니다. 이 단위구조를 유한요소(finite element)라고 하는데, 이 단위구조의 기하학적 모양이 단순하므로, 전체 구조에 대해서 이 단위구조에 작용하는 역학적 반응치들(각 절점 당 3개의 변위치와 3개의 변위각, 그리고 3개의 반력과 3개의 모멘트)을 의외로 쉽게 구할 수 있습니 다. 이렇게 각각의 단위구조에 대해서 구한 역학적 반응치들을 전체 시스템에서 합하여 복잡한 형태 의 전체구조의 전체적 역학적 반응치를 구하는 기법을 유한요소법이라고 합니다. 3) 매트릭스 구조해석 • 2차원 frame 구조를 해석하면서 보다 간편하게 과정을 가져가고자 고안된 기법입니다. 2차원 frame 의 경우, 각 요소가 보요소(beam)로 간주됩니다. 이렇게 되면 각 요소의 끝 다른 요소와 만나는 점(이 것을 절점, joint라고 합니다)에서의 반력이 모멘트와 전단력이 되고, 변형은 수직변위와 연직변위 그 리고 회전각이 됩니다. 이 반력과 변형간의 관계가 각 요소마다 구해질 수 있고, 이것이 전체적인 시 스템에서 합해지는데, 이 합해져서 전체적인 시스템에서의 역학적 반응치를 구하는 과정에 매트릭스 연산을 도입해서 보다 능률적으로 가져간 기법입니다. 4) 유한요소법과 매트릭스 구조해석의 차이점 • 매트릭스 구조해석이나 유한요소법이나, 그 풀이과정에서 다차원 연립방정식이 도출되어, 이 해를 매 트릭스 연산으로 풀어내는 것은 같습니다. 하지만 매트릭스구조해석이 2차원 frame을 대상으로 하는 방법이므로, 수계산 수준으로 가능한 반면, 유한요소밥은 주로 2, 3차원 solid 구조를 대상으로 하므로, 미지수가 많고, 연립방정식 숫자가 워낙 많으므로 컴퓨터를 이용해서만 가능하다는 차이점이 있습니 다. 33. 기계공학 관련 상용 소프트웨어들에서 전처리기와 후처리기에 대하여 설명하시오. 전처리기 전처리 프로그램. 컴퓨터 처리에서 중심적인 처리를 행하는 프로그램의 조 건에 맞추기 위한 사전 처리나 사전 준비적인 계산 또는 편성을 행하는 프로 그램. 예를 들면 결정 표를 이용하여 표현한 처리 순서를 COBOL의 원시 프 로그램에 번역하거나 구조적 프로그래밍용의 유사 명령을 사용하여 쓴 원시 프로그램을 현존하는 프로그램용 언어의 명령문으로 변환하는 프로그램 등. 후 처리기 와 대비된다. 후처리기 작업 단계 종료 시 데이터 베이스의 후처리. DD 문의 DISP 매개변수로 지정 한다. 작업 단계가 정상 종료되었을 때의 일반적인 후 처리와 작업 단계가 이상 종료되었을 때의 조건부 후 처리가 있다. 일반적인 후 처리의 경우 데 이터 세트의 삭제, 보관, 카탈로그 또는 카탈로그로부터의 삭제, 다음 작업 단계로의 인도 등을 요구할 수 있다. 34. ANSYS, NASTRAN, ADINA, FLUENT 이외의 기계공학 관 련 상용 소프트웨어들의 종류와 특징들을 조사하시오. 터보 기계 CAD/ CAE/ CAM 소프트웨어 - COMPAL(원심/혼합류 압축기에 적용) 주요 기능(COMPAL에 대한 예) 1. 세가지 모드(디자인, 해석, 데이터 처리)를 지원 - 원하는 설계사항에 맞는 지오메트리 결정과 지오메트리가 결정되었을 경우 성능해석이 모두 가능 2. 임펠러 입,출구에서 속도삼각형 표시 3. 지오메트리 변경 및 그래프 기능 - 지오메트리를 변경시켜 그 결과를 그래프를 통해 확인하여 특정인자가 성능에 미치는 영향 을 쉽게 고찰 4. 다수의 데이터에 대한 해석 - rpm이 일정할 때 유량에 따른 성능변화를 알고싶은 경우와 같이 다수의 데이터를 이용한 해 석 가능 5. Data Reduction Mode - 실험결과를 Lab파일로 저장한 후 이를 불러들여 성능해석에 이용 6. 작동 유체의 물성에 대한 다양한 선택 가능 - 공기(semi-perfect), 이상기체, DBR 실제기체(혼합 냉매/탄화수소 30여종 이상) AxCent(Axial option) : 다단 축류 펌프/압축기/터빈에 적용 주요 기능 (AxCent - Radial option에 대한 예) • 1. 다음 요소들에 의한 블레이드의 지오메트리 결정 - 허브와 쉬라우드 곡선, 블레이드 앵글 분포, 블레이드 두께 분포 • 2. 유동장 해석을 통한 공력 성능 계산 - 2D 비점성 해석을 이용한 빠른 결과 생성, 정확한 해석을 위해 PushbuttonCFD 이용 • 3. Flow Cut & Diameter Trim - 기존의 디자인에서 쉬라우드 곡선을 변경하거나 임펠러 출구 반경을 줄임으로써 새로운 디자 인을 수행 • 4. 블레이드 설계 옵션 - 2D 블레이드, 래디얼(radial) 블레이드 • 5. 다른 요소들에 대한 설계 - 에어포일 디퓨저, 벌류트 등 • 6. 기존의 CAD 모델 이용 - CAD 프로그램으로 만든 모델을 CADFIT 모듈로 만들어 불러오기 가능 35. 기계 시스템을 설계할 때 시행착오를 줄이기 위한 최적설계 기법들에 대하여 설명하시오 • PRO/ENGINEER ROUTED SYSTEMS DESIGNER 로직 포착 설계 엔지니어는 하드카피 2D 도식을 해석하여 3D 케이블과 파이프에 대한 경 로를 설정하는데 많은 어려움을 겪습니다. Pro/ENGINEER Routed Systems Designer는 그에 대한 해결책을 제공합니다. 전기 및 기계 시스템 문서화를 위한 이 완전한 솔루션은 3D 케이블링/파이핑 설계를 위해 자동으로 데이터를 Pro/ENGINEER로 전송해 줍니다.이 때 데이터를 잘못 해석할 우려가 없어 도식 과의 논리적인 호환이 보장됩니다. 기능 및 장점 - 빠르고 쉬운 도식 설계 생성으로 아무리 복잡한 시스템도 완벽하게 문서화 - 사다리, 배선, 파이핑, 수력 도식 등 여러 분야의 기능 포함 - Pro/ENGINEER 내에서의 3D 케이블링 및 파이핑 라우팅을 위한 최적화 - 시 설계로 작업의 효율성을 높여주는 멀티 유저 기능 - 설계 재사용과 자동화를 촉진하는 완전한 다이어그램 작성 도구 세트 • PRO/ENGINEER CABLING DESIGN 하네스 설계 및 제조 일반적인 전기 하네스 설계 및 제조 과정에서는 실제 프로토타입을 만들어 수작업으 로 경로를 설정하기 때문에 정확도가 낮은 편입니다. 따라서 실수가 있기 마련입니 다.Pro/ENGINEER Cabling Design은 이 작업을 위한 더 나은 솔루션을 제공합니다. 이 솔루션은 도식에서 로직 정보를 추출하여 자동으로 3D 케이블의 경로를 설정합 니다. 또한 상호 연관된 하네스제조 및 문서화 도구로 오류와 재작업을 줄여줍니다. 기능 및 장점 - Pro/ENGINEER Routed Systems Designer 도식에 대한 논리적 참조로 관련 있는 모든 연결 정보 파악 - 자동 경로설정과 같은 완전한 도구 세트, 하네스 설계 시간 단축, 프로토타입 제작 생략 - 기본 제공되는 표준 커넥터 사용자 정의 라이브러리로 설계 시간 단축 및 재사용 촉진 - 플랫 패턴을 자동으로 생성하는 등 연관성 있는 하네스 제조 기능 - 네일 보드 드로잉, 연관된 와이어 길이, BOM(Bill of Material) 등의 정확한 문서화로 제조 비 용 절감 36. 기계 시스템의 상세설계 단계에서 수행하는 근 사화 방법들에 대하여 설명하시오 • PRO/ENGINEER FOUNDATION ADVANTAGE 성공을 위한 설계 뛰어난 제품 설계를 위해 반드시 필요한 우수한 기반 Pro/ENGINEER Foundation Advantage Package는 뛰어난 품질의 제품을 출시하기 위해 필요한 중요한 CAD 기능을 제공합니다. 업계에서 가장 빠르고 완벽한 도구 세트인 Foundation Advantage는 3D CAD 기반을 확장하는 대규모 기업뿐 아니라 중소기업을 위한 필수적인 기본 솔루션입니 다. 기능 및 장점 - 멀티미디어 자습서 및 학습 도구가 포함되어 있어 학습 및 사용이 간편 - 경쟁 CAD 제품에 비해 30~70% 높은 뛰어난 성능 - 모델링, 어셈블리, 드로잉, 애니메이션, 품질 확인, 데이터 교환 등을 아우르는 완전한 연 관성을 갖춘 기능 - 정보 수집, 부품 카탈로그, 선택적 PDM 및 공동 작업 솔루션 액세스를 위한 웹 연결 - 미드레인지급 도구와 견줄 만한 가격에도 불구하고 여러 사용자를 지원할 수 있는 "부 동" 기능 제공 • PRO/ENGINEER ADVANCED ASSEMBLY 고급 어셈블리 관리 설계가 하나의 부품으로 구성된 경우는 많지 않습니다. 따라서 설계 작업에서 여러 개의 컴포넌트와 서브어셈블리를 만들고 관리하게 됩니다. Pro/ENGINEER Advanced Assembly는 설계 기준 관리, 하향식 어셈블리 설계, 어셈블리 프로세스계획 등의 기능을 제공하여 분산된 작업팀의 생산성을 강화시켜 줍니다. 주요 이점으로는 더욱 유연한 설계, 향상된 기술 문서 작성, 정확한 제조 지침을 들 수 있습니다. 기능 및 장점 - 하향식 설계 프로세스를 지원하는 강력한 도구 사용으로 복잡한 제품 설계 - 대체 제품 변형을 프로그램적으로 만들어 신속한 대량 사용자 정의 가능 - 중요한 엔지니어링 데이터를 사용하여 모델 구성 문서화 및 작업을 위한 레이아웃 만들 기 - 세부 제조 지침, 복구 및 서비스 안내서를 위한 어셈블리 드로잉 및 프로세스 계획 만들 기 - 크기나 복잡성에 상관없이 제품을 완전한 디지털 형태로 다시 표현 37. 트리즈에서 혁신적인 특허사례분석을 통하여 정리된 40가지 발명원리를 제시하고 있다. 이것에 대해 조사하 여 각각의 발명원리에 대하여 간단하게 기술하시오. 38. 스캠퍼법을 새로운 개념의 에어컨 개발에 적용하여 보시오. S-대체 에어컨의 외형 재질은 플라스틱 성분으로 만들어진 외형입니다. 현실은 불가능하지만 플라스틱 섬유 라는 것을 만들어 외관을 걸레로 닦지 않고 세탁기에 넣어서 더 더 청결하기 관리하는 것 을 생각했습니다 C-결합 에어컨의 결합은 이미 나와 대중화 대고 있습니다. 에어컨 과 히터가 합쳐져 여름에는 시원하 게! 겨울에는 따듯하게! A-응용 에어컨 에 냉매가스를 물로 대체하는 부분을 만들어 가습기로 이용 하는 것을 생각했습니다 M- 변형 에어컨(침대+쇼파) 예를 들어 컴퓨터가 노트북 이 된 거 같이 선풍기는 목걸이 선풍기로 휴대 하기 편하게 되었습니다. 에어컨 변형 에는 위에 냉매가스 대신 물로 대체 시켜 에어컨의 시스 템에 가지 고와 축소 시켜 목걸이 형식으로 만드는 어 스팀 식으로 변형 언제 어디서나 피부 에 수분을 더해주는 미용 기계 품으로 만드는 생각을 해봤습니다 P-다른 용도 낡은 에어컨을 냉매가스 와 물을 응용해 아이스 박스 보다 더 시원한 PLUS 된 아이스 박스를 만드는 것입니다.