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냉동 및 공기 저항

냉동 및 공기 조화Report1. carnot cycle (냉동)을 설명하라.2. 냉동기의 4대 주요작용에 대해 설명하라.3. 습공기 선도인 몰리에 선도를 첨부하고 내용을 간략 도시하여 각각 설명하라.1. carnot cyce(냉동)을 설명하라.1)카르노사이클 (Carnot cycle)의 정의우주상의 모든 자연현상은 시간이 흐름에 따라 무질서의 정도가 증가하는 방향으로 움직인다. 가만히 있는 돌도 시간이 지나면 풍화되고 바닷물에 부었던 한 컵의 설탕물을 다시 받아낼 수 없다. 시간의 흐름과 함께 자연은 무질서, 혼동(chaos)의 증가로 움직인다. 이러한 무질서의 증가는 빅뱅이후 계속되고 있다. 이것은 엔트로피의 증가를 의미하며 한번 발생한 무질서의 증가는 되 돌이킬 수 없음을 의미한다. 이런 현상을 비가역 현상이라 부르며 반대 현상을 가역현상이라고 한다. 프랑스 물리학자인 카르노는 이러한 가역 현상이 가능한 가역사이클을 제안한다. 이 사이클은 아래 그림과 같이 고온열원(Ⅰ), 단열체, 저온열원(Ⅱ)을 순서대로 실린더에 접촉시킴에 따라서 이론적으로는 실현 가능한 사이클인데 오른쪽 그림의 압력-체적(P-V)선도에 나타낸 것과 같이 2개의 등온선과 2개의 단열선으로 구성되는 가역사이클이다. 카르노사이클은 두 개의 가역단열과정과 두 개의 가역등온과정으로 이루어진 열기관의 가장 이상적인 사이클이다. 그리고 카르노사이클을 카르노순환이라고도 한다. 카르노는 2개의 등온변화와 2개의 단열변화를 가상하고, 기체를 등온팽창 → 단열팽창 → 등온압축 → 단열압축의 순서로 변화시켜 처음의 상태로 복귀시키는 열역학사이클을 발표하였다. 그 결과 사이클의 열효율은 기체 종류와는 관계없이 1－T/T1이 된다는 것이 밝혀졌다. 즉 고열원의 온도 T1(등온 팽창 할 때의 절대온도)이 높을수록, 저열원의 온도 T2(등온 압축 할 때의 절대온도)가 낮을수록 열효율이 커진다는 사실을 밝혀냈다.그러나 실제 기관에서는 마찰이나 열전도 때문에 완전하게 단열변화나 등온변화를 실현시킬 수 없으므로 이 사니다.2)열역학 제 2 법칙에서 카르노사이클의 계산열기관의 열효율을 정의하여 보자. 열효율은 일로 변환된 열과 받은 열의 비를 취하는 것이 합리적이다.eta = {열기관의 ~일에 ~사용된 ~열량 } over {열기관의~받은~열량 }= { Q_1 -Q_2} over {Q_1 }=1- { Q_2} over {Q_1 }(1)식 (1)은 모든 열기관에 해당되는 열효율 정의지만, 카르노사이클과 같이 이상적인 사이클의 경우에는 열효율 ηc가 열원의 온도만으로도 나타낼 수 있다.(첨자 c는 카르노사이클이라는 것을 나타냄). 즉,eta_c = {(고온열원의~온도)-(저온열원의~온도) } over {(고온열원의~온도)}= 1- { T_2} over {T_1 }(2)이 식의 도출과정은 다음과 같다.식 (1)과 식 (2)로부터 카르노사이클에서는 다음 식이 성립한다.T_2 over T_1 ~=~ Q_2 over Q_1(3)Q_1 over T_1 ~=~ Q_2 OVER T_2(4)즉 열을 받는 부분과 내보내는 부분에 대해서Q OVER T ~=~일정이라는 관계가 성립한다.Q/T는 엔트로피를 나타내는 것을 알았는데, (11)식은 카르노사이클에서는 엔트로피의 증가가 없다는 것을 나타내고 있다.3)냉동 사이클사이클은 과정 중에 어떤 변화를 거쳐 최초의상태로 되돌아오는 주기적 과정을 말한다. 냉동사이클은 최초의 상태로 돌아오는 과정 중에 냉동작용을 하는 사이클을 말한다. 아래 그림과 같이 냉동장치에 있어서 냉매는 팽창밸브를 통하면서 저압으로 된 후 증발기에 들어가고, 증발기에서는 액체냉매가 증발잠열을 취하여 증발하게 된다. 그리고 증발된 냉매증기는 외부로부터의 일. 즉, 압축기에서 외부로부터 일을 받아 냉매증기를 압축하여 고온, 고압으로 된다. 압축된 고압의 증기가 응축기로 보내어 지며 여기서 응축열을 방출하고 응축하게된다. 응축 액은 다시 팽창밸브로 들어가는 사이클을 형성하게 된다. 냉매는 냉동장치에서 연속적으로 액으로 되기도 하고 증기로 되기도 하면서 끊임없이 순환한다.1-2 : 온도 T결국 (Q1-Q2)에 상당하는 열량을 소비하게 되므로, 이론적 냉동사이클의여기서 일량 W의 에너지는 열량 Q2를 제거하는데 필요한 것이지 W의 에너지 일부가 열량 Q2로 변환되는 것은 아니다. 따라서, 이와 같은 의미로부터 효율이라는 말을 사용하지 않고 일반적으로 성적계수 COP(coefficient of performance)라는 말을 사용하고 있다.냉동기와 비교하면 고온 물체의 절대온도 T1은 응축기에서 응축된 냉매의 온도에 상당하게 되고, 저온물체의 절대온도 T2는 증발기에서 증발하는 냉매의 온도이다. 따라서 응축온도는 가능한 낮을수록, 증발온도는 가능하면 높게 할수록 성적계수는 좋게 된다.절대온도 T1인 냉동기의 고온부에서 배출하는 열량 Q1을 이용하여 가열 혹은 난방을 행하는 방식을 heat pump라 하는데, 이 때의 성적계수는 다음과 같다.2. 냉동기의 4대 주요작용에 대해 설명하라.냉동기 정의밀폐된 용기 속의 온도를 그 주위의 온도보다 낮게 하기 위해 기계적인 작업을 하거나, 열을 흡수하여 냉동작용을 하는 장치를 냉동기라 한다.냉동기 속의 저온 쪽에서 고온 쪽으로 열을 이동시키는 열 펌프의 역할을 하며, 열을 운반하는 동작유체(動作流體)를 냉매(冷媒)라 한다. 냉매로는 이산화탄소 ?암모니아?염화 메틸 등이 주로 사용되었으며 최근까지는 프레온을 사용했으나 오존층 파괴 문제로 대체물질의 개발이 이루어지고 있으며 일부는 사용되고 있다. 이들 기화하기 쉬운 냉매를 액체로 하여, 그것이 기화할 때 주위로부터 기화열을 빼앗는 현상을 이용한 것이 냉동기의 원리이다.가장 널리 사용되고 있는 냉동기는 증기 압축식 냉동기로, 이것은 압축기 ?응축기?증발기 ?팽창밸브로 이루어져 있다. 전동기로 압축기를 운전하여 기체상태인 냉매를 압축해서 응축기로 보내고, 이것을 냉동기 밖에 있는 물이나 공기 등으로 냉각해서 액화한다. 이 액체상태로 된 냉매가 팽창밸브에서 유량이 조정되면서 증발기로 분사되면 급팽창하여 기화하고, 증발기 주위로부터 열을 흡수하여 용기 속을 냉각한다. 에 상당한다. 냉동기는 처음에 제빙용(製氷用)으로 발달된 것으로, 오늘날에도 제빙은 냉동기의 응용에서 큰 몫을 차지한다. 1902년 W.H.캐리어가 냉수에 의한 공기의 냉각과 습도조절의 이론을 확립하고서부터, 냉동기의 응용으로서 공기조화(空氣調和)가 발달하였다. 현재 냉동기의 응용은 매우 광범위하다. 가정용 전기냉장고, 식품냉동용 냉동창고, 공기조화장치 등 다방면에 사용되고 있으며, 각기 목적에 맞는 방식 ?능력의 것이 사용되고, 냉매도 그것에 따라 알맞게 선택된다. 영하 30~40 ℃까지는 1단 압축 냉동기로도 얻을 수 있으나, 이 이하의 저온을 얻고자 할 때는 2단 압축 냉동기가 사용된다. 이와 같은 초저온(超低溫) 장치는 생물이나 화학약품의 저장보관, 재료의 저온에서의 성질연구, 가스의 액화 ?탈수(脫水), 혈장(血漿) ?페니실린 등의 냉동건조 등에 이용된다. 이상의 방법과는 원리적으로 다른 열 전자 냉동(熱電子冷凍)을 이용하는 것도 연구되고 있다. 2개의 다른 금속으로 전기회로를 만들고, 이것에 직류를 흘려 보내면, 두 금속의 접합 점에서 한쪽이 저온이 되어 외부로부터 열을 흡수하고, 다른 쪽은 고온이 되어 외부로 열을 방출한다. 이것이 펠티에효과 로 이 원리를 응용한 것이 열 전자 냉동이며, 전자냉동이라고도 한다. 특히 열전도율이 낮은 반도체의 연구가 진행됨에 따라 전자냉동의 실용화가 가까워지고 있다.1)압축압력을 가해 물체의 체적을 줄이는 일을 말한다. 기체는 비교적 쉽게 압축되지만 액체나 고체, 특히 고체는 분자 밀도가 크기 때문에 큰 압력을 가하지 않으면 효과가 없다. 초기에 공업적으로 실용화되고 있던 가압력(加壓力)은 기껏해야 1,000atm(기압) 정도였으며, 주로 압축된 기체나 액체의 에너지를 반송(搬送) 등에 이용하는 정도의 기술밖에 없었다. 그러나 그 후 기압단위로 1만을 넘는 고압기술이 개발되어 고압화학이 발전하였다. 이 밖에 각종 기계장치의 기구(機構)의 소형화를 비롯하여 미지의 고밀도 유기재료의 개발 등 다방면에 걸친 응용과 성과가러나 고체 중에는 온도가 올라감에 따라 반대로 수축하는 물질도 있으므로 열팽창이모든 물질에 적용한다고는 할 수 없다. 열팽창을 하는 물체의 경우, 외부 열의 이동을 막고 팽창시키면 온도가 내려간다. 그 이유는 물체 내부에너지의 일부가 외부에 대한 일을 하여 소모되기 때문이다. 외부 힘에 의해 팽창시키기 어려운 고체나 액체의 경우에는 뚜렷하게 나타나지 않지만, 기체의 경우에는 이 현상이 뚜렷하게 나타난다. 이것을 단열팽창(斷熱膨脹)이라고 한다. 대기 내에 있는 수증기가 응결하여 형성된 구름도 대기 단열팽창에 의해 이루어진 것이다. 【팽창계수】 열팽창에 의한 물체의 팽창비율은 보통 일정한 압력 하에서 온도가 1℃ 올라갈 때마다의 부피 증가율로 표시한다. 이것을 그 물체의 체적팽창계수 또는 팽창계수?팽창률이라 한다. 고체의 경우, 대부분 부피의 증가보다 길이의 증가가 문제되므로 길이의 증가율인 선 팽창계수를 많이 사용한다. 등방체의 경우, 체적팽창계수는 선 팽창계수의 약 3배이다. 팽창계수의 값은 일반적으로 고체?액체?기체 순으로 커진다. 이상기체의 경우에는 그 값이 압력과 온도에 관계없이 약 0.00367(1/273)이다. 실제 기체도 이 값에 가깝지만 기체 종류와 압력 및 온도에 따라 그 값이 달라질 수 있다. 또 고체 중에서도 석영, 유리등은 팽창계수가 작은 것으로 알려져 있으며, 인바(invar:철 64%, 니켈 36%의 합금)는 온도변화에 의한 신축현상이 잘 나타나지 않기 때문에 시계나 정밀도를 요구하는 자 등 재료로 사용한다. 액체의 경우에는 액체자체의 팽창 외에도 용기의 팽창도 함께 고려해야 한다.4)기화액체 또는 고체가 기체로 변하는 현상을 말한다. 보통은 액체의 증발을 가리키나, 고체가 기체로 변하는 승화도 포함시킬 때가 있다. 기화할 때에는 그 액체의 고유한 기화열(증발열)이 흡수된다.냉동장치 4대 구성원1)압축기기체를 압축시켜 그 압력을 높이는 기계적 장치이다. 일종의 엔진이며 밀폐와 반 밀폐 두 가지로 구분하여 고 저압 밸브가 있어 흡입과 토출

공학/기술| 2019.12.30| 11페이지| 1,000원| 조회(181)

냉동, 공기 저항, 카르노사이클

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[생리학] APT에 관하여 평가A좋아요

ATP의 공급 방법에는1. 무산소 과정인 ATP-PC 방법과2. 젖산 방법,3. 유산소 과정인 산소 방법이 있습니다.ATP-PC 방법은 도약 경기, 전력 질주, 역도 경기 등과 같이 단시간에 강렬한 운동을 할 때에 생긴다. 즉, ATP가 ADP와 P로 분해되면서 운동에 필요한 에너지를 방출하며, 이 때 PC(인산 크레아틴)가 크레아틴과 인산으로 분해되면서 발생한 에너지에 의하여 ADP와 P를 ATP로 재합성시켜 준다. 또, ATP가 ADP와 P로 분해되면서 생긴 에너지의 일부는 크레아틴과 인산을 PC로 재합성시켜 준다. 이와 같은 과정은 산소를 필요로 하지 않기 때문에 불과 20여초 정도의 짧은 시간에 행하는 운동의 근수축 에너지로 주로 사용된다.젖산방법은 2-3분 내에 강도있는 운동을 행할 경우에 사용되는데 산소가 불충분한 상태에서 신속한 에너지의 공급이 필요하게 된다. 이 때, 체내의 글루코오스가 젖산과 소량의 ATP로 분해되어 에너지를 공급해 준다. 젖산 방법은 ATP-PC 방법과 마찬가지로 산소가 충분하지 못할 때에 에너지를 공급해 주는 비상 대사로서 매우 중요한 의미를 가진다. 이 때 생기는 젖산은 근육 피로의 원인이 된다.산소 방법은 가벼운 운동을 하는 동안 산소 공급이 충분할 때에는 글루코오스는 이산화탄소와 물로 완전히 분해되면서 글루코오스 1분자당 38개의 다량의 ATP를 생성해 낸다. 또, 충분한 산소는 젖산 방법에서 생긴 젖산을 이산화탄소와 물로 완전히 분해시켜 주기도 한다. 이 때에는 근육 내에 젖산이 축적되지 않기 때문에 체내에 충분한 글리코겐과 지방이 축적되어 있을 경우, 장시간 동안 운동을 계속할 수 있게 된다.운동이 인체에 미치는 영향1) 순한기관 및 호흡기관에 미치는 영향. 심장의 운동 능력을 향상 시킨다. 즉 대사 기능에 필요한 산소 섭취 능력을 향상시킨 다.. 혈압과 심박수를 낮춘다.. 운동시 심장 근육의 산소 요구량을 감소 시키고 모세 혈관을 발달시켜 협심증등 관상 동맥 질환을 예방한다.. 혈소판의 응집력을 감소시켜 혈전증을 예방하고 혈액순환을 돕는다.. 폐기능을 향상시켜 최대 환기량을 증가 시킨다.2) 근육, 골격 기간에 미치는 영향. 뼈의 칼슘 침착을 도와주고 골다공증을 예방한다.. 관절의 연골 두께를 증가시키고 건이나 인대를 크고 강하게 한다.. 근 수축력과 근 지구력을 증가시킨다.3) 대사 기능에 미치는 효과. 체지방을 감소 시키고 비만을 개선한다.. 중성지방, 저밀도 지단백 콜레스테롤을 증가 시킨다.. 혈당을 조절하고 인슐린 감수성을 높여 당뇨병을 개선한다.4) 그밖의 효과들. 신체의 활동 능력을 향상 시킨다.. 뇌에서 엔돌핀의 분비를 촉진 시키고 정신적인 만족감을 주어 스트레스 해소에 도움을 준다.. 고온이나 고산 등 조건이 나쁜 환경에서도 신체적응력을 향상 시킨다.ATP의 이해- 인체세포가 직접적으로 사용하는 에너지원이다.- ATP는 아데노신 1개와 인산기 3개로 구성되어 있고, 인산에는 높은 에너지 결합 형태인 2개의 연결고리가 있다. 이 연결고리가 안정상태를 벗어나 그 중 하나의 결합이 분해되면 ATP와 ADP와 유리인산염(Pi)으로 변하며 이 때 7∼12Kcal의 에너지가 방출된다.ATP = 아데노신 + P + P + P (분해됨) → 가용에너지 7∼12Kcal 방출↓ADP2. 운동 에너지원인 ATP의 생성 체계(1) ATP-PC(인원질) 시스템1) 공액 반응ATP와 PC는 모두 인산기를 가지고 있기 때문에 이 에너지시스템을 인원질 시스템이라 하며, ATP와 PC는 공액 반응에 의해 ATP를 재합성한다.공액반응이란, 하나의 일련의 반응으로부터 다른 반응으로 에너지가 기능적으로 연결되어 있는 것에 대한 생화학적 표현으로, 운동 중 ATP는 에너지로 사용이 되고, 운동 후에는 PC를 재합성하는데 이용된다. PC는 운동 중 분해된 에너지가 ADP와 결합해 ATP를 재합성한다. 따라서 ATP는 PC에, PC는 ATP와 기능적으로 연결되어 있기 때문에 인원질 시스템은 ATP와 PC의 공액 반응에 의해 ATP가 재합성되는 것이다.2) 단시간·고강도의 운동유리인산염((Pi)과 크레아틴(C) 즉, 크레아틴 인산을 재합성하는 유일한 과정은 음식물로 섭취된 ATP의 분해과정에서 생성된 에너지에 의해 가능하다. 따라서 크레아틴 인산은 운동이 끝난 후 음식물에 의해 섭취한 ATP에 의해 재합성되므로 체내에 저장되어 있는 양밖에 사용할 수 없다. 체내 저장된 인산염은 소량이기 때문에 인원질 시스템은 단거리달리기, 높이뛰기, 투포환 등 수 초만에 끝나는 폭발적인 운동에 주로 사용되며, 이 시스템에 의한 신속한 에너지 공급이 없다면 강도 높은 운동은 불가능해진다.3) 인원질 시스템의 특징- 인원질 시스템은 무산소적 과정에 의해 에너지를 공급한다.- ATP와 PC의 공액 반응에 의해 에너지를 공급한다.- 체내에 저장된 인산염이 소량이기 때문에 단시간-고강도의 운동에 이용된다.- 인원질 시스템을 이용하는 운동 형태로 순발성 운동인 단거리달리기, 높이뛰기, 멀리뛰기, 투포환 등이 있다.- 가장 빨리 이용할 수 있는 에너지 공급체계이다.(2) 젖산 시스템(무산소적 해당 과정)1) 무산소적 해당과정근에 있는 근글리코겐은 해당과정을 거쳐 에너지를 공급한다. 해당 과정 후 산소의 공급이 이루어지지 않았을 때 초성포도산이 젖산으로 축적이 되고, 산소의 공급이 이루어질 경우 산소 시스템으로 들어가 대부분 산화되어 이산화탄소와 물로 전환된다. 무산소 해당과정을 통해 얻을 수 있는 ATP의 양은 소량이지만 산소의 공급 없이도 에너지를 공급한다는 측면에서 의의가 있다.

의/약학| 2005.06.10| 3페이지| 1,000원| 조회(557)

생리학, APT, 젖산방법

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[산업 공정 설계] 장비 선택

장 비 선 택발표자 : 97413008 김 성 수98413003 김 수 훈서론본론1.공정선택과 기계선택과의 관계2.장비선택에 관한 필요 지식3.공정설계기사에 대한 정보의 공급원4.선택문제의 특성5.범용 장비와 전용 장비6.전용기계 작업에 대한 범용기계의 적용7.기계선택의 기본요소8.대체안 선택9.견적 비용 분석10.비용 분석 비교11.손익분기 원리에 의한 비교12.임차에 의한 새로운 장비의 획득결론서론앞에서 산업공정설계자가 해야 할 일인 공정설계의 기능, 제품도의 사전 분석, 공차분석, 공차도표, 공작물의 관리, 공정의 분류, 제조공정의 선정 및 계획, 제조의 순서 등을 알아보았다.이 장은 장비의 선택에 관한 것인데 개인이나 회사에서 필요한 물품이나 장비를 구매할 때 즉 제조공업에서 사용할 원자재, 소요인력, 이용될 공정,작업을 수행하기 위한 기계 및 공구 등을 결정 할 때 요인들을 생각하게 된다.이 장비가 과연 개인이나 회사에 꼭 필요한 것인가? 이 장비를 구매 함에 있어서 회사에 얼마나 이익이 남는 것일까? 기존의 장비와 비교해서 어떤 장점과 단점이 있는 가? 등 많은 생각들을 하게 된다.다음 본론에서는 산업공정 설계 기사가 어떻게 해야 자신의 회사에 좀더 이익이 되고 장비 선택에 있어서의 공정 설계 기사가 해야 할 일들을 나타낼 것이다.본론1. 공정 선택과 기계 선택과의 관계일반적으로 기계는 장기적인 자본 투입성을 가지며 공정은 상대적으로 짧은 기간을 위해 계획된다.2. 장비선택에 관한 필요 지식공정설계기사는 필요한 공구와 장비를 효과적으로 선택하기 위하여 그가 일하는 분야에서 사용되는기계와 장비에 관한 일반 지식을 가지고 있어야 한다. 그리고 장기간의 경험과 연구를 통하여 그 분야에 필요한 지식을 얻게 되며 쌓이게 된다.3.공정설계기사에 대한 정보의 공급원1)조직 안에서의 접촉: 규모에 관계없이 대부분의 조직을 통하여 서로 교환할 수 있는 유용한 자료를 찾아 낼 수가 있을 것이다.2)기계 제조 회사의 대리점: 회사의 대리점은 라인에 들어가는 장비에 대한수행하던 작업에 대한 기계선정: 수동 작업방법을 기계적인 것으로 대체시키는 것이 경제적으로 가능할 때 수행된다.⊙ 기존의 낡은 기계를 대체하기 위한 새로운 기계의 선택: 기계가 마멸, 손상, 요소 기능의 부적합 또는 낙후 때문에 더 이상 작업을 할 수 없을 때는 좀 더 나은 장비로 교체되어야 한다.⊙ 개선 된 방법에 의해 생산비를 더 낮추기 위한 기계의 선택: 적절한 기계를 선택하는 것은 원만한 작업을 수행하기 위해 중요한 일이다. 적합한 기계를 선택하면 방법이 개선되는 경우가 많다는 것이다.⊙ 생산능력의 확장을 위한 기계의 선택: 생산이 확장 될 때는 기계작업 교대 시간을 증가시키거나 초과시간을 이용하는 것이 논리적인 해결책이 될 것이다. 만일 이것이 불가능하다면 추가적인 장비의 선택이 필요하다.⊙ 기술 변혁을 응용하기 위한 기계의 선택: 공장 내에 그 작업을 수행하기 위한 기계가 없을 경우, 요구되는 실제 규격을 얻는데 기존의 기계의 능력으로 불가능한 경우, 보유하고 있는 장비로는 경제적으로 작업을 수행하지 못할 경우 등 세가지 중 한가지 이상의 원인에 관계하여 기계를 선택하게 된다.5. 범용 장비와 전용 장비공작기계의 종류는 대단히 많으나, 크게 나누면 범용(汎用)공작기계와 전용(專用)공작기계로 분류된 다. 옛날부터 사용되고 있는 것은 범용공작기계로, 가공물의 재질 종류 등 상당히 넓은 범위에 걸쳐 가공할 수 있다. 절삭속도도 넓게 변화시킬 수 있으며, 가공방식도 많은 것을 할 수 있게 되어 필요에 따라 가공조건을 선택하여 어떠한 것이라도 가공이 쉽게 되도록 만들어져 있다.전용공작기계는 단지 한 종류만 가공할 수 있도록 되어 있다. 재료의 설치 가공속도 이송속도 등 모두 가 한 종류이며, 변화시킬 수 없다. 따라서, 전용기의 구조는 비교적 간단하고 조작도 수월하며 경제적이므로, 대량생산용이다.1)범용기계종류: 보통선반, 플레이너, 세이퍼, 드릴 프레스, 표면 연삭기 등이점: 장비의 초기 투자 비용이 적게 든다. 기계의 융통성이 크다.소요기계 댓수가 적어진, 이자, 세금, 보험, 공장 면적 이용운전비용: 기계의 정상적인 사용에 의해 발생되는 비용― 간접 노무비, 직접 노무비, 부가 급부(특별 급여)직접자재비, 간접자재비, 정기보수, 수리비, 불량품 및 재가공비, 동력비, 소모성 공구비간접비용: 기계 불가동 시간에 대한 비용과 같이 쉽게 예측하거나 추정할 수 없는 비용불가동 시간=재료의 부족, 기계의 고장 또는 보조장비, 작업자의 부주의 , 사고와 기타에의해 발생되는 시간⊙ 설계요소정밀도기계의 주 정밀도 ― 기계의 기본형상에 포함되는 것으로서 스핀들의 최소 흔들림, 각 표면간의 평행도 등생산 정밀도 ― 전 공정상 얻어지는 이들 특성이 복합된 것이며, 기계와 더불어 공구류,작업자의 숙련도, 마모, 이물 변형에 대한 관리, 공작물의 치수변화, 제 품에 대한 손상 등생산성: 작업을 수행하는 기계의 능력으로 따지며 흔히 시간당 제품수로 계산구성재료: 오늘날의 기계는 절삭재료의 개선으로 높은 속도와 이송을 얻을 수 있는 이점을 갖도록 대형의 주물과 더운 강한 구조가 요구된다.제어: 생산성을 증가시키고 작업자의 책임을 감소시키는 자동시퀀스 제어장치가 갖추어졌다.동력: 기계 설계의 개선에 따라 소요 동력의 크기도 증가했다. 절삭 유칩 및 기타 이 물질로부터 보호될 수 있도록 설치윤활: 적절한 윤활유 공급을 고려해야 한다. (적절 윤활유 공급 위해 자동압력 윤활 시스템을 갖춤)속도와 이송: 다수의 속도의 변환과 이송 범위에 대하여 고려해야 한다.베어링 및 스핀들: 기계 생산 정밀도가 스핀들과 베어링에 의해 크게 좌우되기 때문에 마찰 방지 베어링과 강한 스핀들을 사용해야 한다.안전: 작업자 및 기계에 대한 안전을 고려해야 한다.수리: 설계구조가 수리를 쉽게 할 수 있도록 설계 되야 하고 마모 부품을 쉽게 교체 할 수 있어야 한다.척킹: 공작물을 고정시키는 장치로서 수동조작 마그네틱 공기 척 등 공작물 조정장치가있어야 한다.공작물의 설치 및 장탈: 프레임의 설계가 공작물의 설치 및 장탈에 쉽게 되어야 한다.일반적인 작동의 고려: 가격 Vs: 잔존가격 n: 물리적인 노후화, 진부화 되는 수명이자: 정확한 이자율을 계산하기 힘들기 때문에 현재 회사가 운전자금에서 얻을 수 있는 율을대충의 이자율로 사용연간 자본 회수액 = (V-Vs)[i (1+ i) n /(1+i)n]+Vs i,i: 연 이자율 n:이자기간에 대한 연수세금 및 보험: 세금은 재산세이고 화재 및 재해 보험과 통합되고 평가된 재산의 가치에 대한 비 율로 계산된다.세금 및 보험에 대한 연 비용 (Vt/2)(n+1/n)t:세금과 보험에 대한 복합비율 허용치. 가치감소 고려하지 않으면 Vt가 된다.공장면적: 기계를 설치하는 장소에 대한 가치를 반영한다. 공장건물 투자에 따른 비용 기계의 사용 수명과는 연관되지 않는다.⊙ 운전비용직접 노무비: 가장 큰 단독 비용. 정규 시간급과 능률제고비 및 보너스를 포함주어진 시간에 대한 총 비용=개당 비용($) * 요구된 양(N)간접 노무비: 관리비용과 판매비용 제외한 모든 것.(사무원, 공장관리, 감독, 검사, 보관 관리, 자재 운반 등과 같은 비용)특별급여: 회사에서 부담하는 연금, 사회보장, 단체 생명보험, 의료보험, 회사의료 서비스, 휴가비, 기타 복지비 등직접 자재비: 부품이 되거나, 최종 제품의 부품이 되는 재료간접 자재비: 기업의 운영에 필요한 자재로서 최종 제품의 일부가 되지 않는 것 (절삭유, 세척제,걸레. 사무용품, 기타 등)정기보수: 양호한 가동상태로 유지하기 위하여 필요한 비용수리: 정기보수 비용과 자본 추가 투자비 사이에 들어감. 정상가동을 위해 필요한 제작 또는 구매한수리 부품의 비용이 포함.불량품 및 재 작업 비: 제조시 불량품과 정상 제품을 만들 수 있는 제품에 대한 재 작업 비용동력비: 일반적으로 기계의 비교 검토시의 여러 가지의 대체안 중에서 소비되는 에너지의 양이 크게다를 경우에 한하여 나오게 된다.동력비=(마력)*(0.746)*(시간)*(가격/kWh)/모터 효율소모성 공구: 절삭공구가 이 분야에 속함(드릴, 리머, 밀링커터 등)기타 비용: 잘못된 추정이 아닌 소 밀링연삭기프레스보통선반플레이너형 밀링머신세이퍼표면 연삭기손익 분기 원리에 따른 그래프※용어 및 참고다이캐스팅다이캐스팅은 다이 주조라고도 한다. 필요한 주조형상에 완전히 일치하도록 정확하게 기계가공된 강제(鋼製)의 금형(金型)에 용융금속(熔融金屬)을 주입하여 금형과 똑같은 주물을 얻는 정밀주조법이다. 그 제품을 다이캐스트 주물이라고 한다.치수가 정확하므로 다듬질할 필요가 거의 없는 장점 외에 기계적 성질이 우수하며, 대량생산이 가능하다는 특징이 있다. 이용되는 금속은 아연 ·알루미늄 ·주석 ·구리 ·마그네슘 등의 합금이며, 다이캐스트 주조기를 사용하여 공기압 ·수압 ·유압 등에 의해 주입하여 냉각 응고시킨다.제품으로는 자동차부품이 많으며, 전기기기 ·광학기기 ·차량 ·방직기 ·건축 ·계측기의 부품 등이 있다.프레스재료에 힘을 가해서 소성변형시켜 굽힘 ·전단 ·단면수축 등의 가공을 하는 기계이다. 프레스 가공을 간단히 프레스라고도 한다.주로 금속판에 압축력을 가하여 소성변형시켜 여러 모양을 만들어내는 금가공이 프레스 가공의 대표적인 예이다. 시계 ·카메라의 정밀부품에서부터 자동차의 차체에 이르기까지 광범하게 이용된다. 재료로서 강판 ·동판(銅板) ·황동판 ·알루미늄판은 물론 플라스틱 ·섬유 등도 쓰인다. 특별히 가열하지 않고 가공할 수 있고, 짧은 시간에 정확한 치수 ·모양으로 가공할 수 있으며, 교환성이 있고 대량생산에 적합하다.프레스 가공의 종류에는 커터(cutter)로 소정의 모양으로 절단하는 절단가공, 다이(die)와 펀치(punch)로 필요한 모양을 따내는 따내기가공, 재료를 필요한 모양으로 구부리는 굽힘가공, 원통 ·각통 등과 같은 바닥이 있고 이음매가 없는 용기를 만드는 드로잉 가공 등이 있다.프레스 기계의 종류는 압축력을 발생시키는 구조에 따라 기계식 프레스와 유압식 프레스로 구별된다. 기계식 프레스는 전동기의 동력을 기어 ·크랭크 등의 기구로 압축력을 발생시켜 가공작업을 하는 것이며, 그 중에서 많이 사용되는 것은 크랭크 프레스이다. 이 프레스는.

공학/기술| 2003.09.03| 15페이지| 1,000원| 조회(707)

설계, 장비 선택, 산업 공정

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[냉동및 공기저항] 몰리에 선도 평가A좋아요

몰리에 선도(Mollier diagram)1. 몰리에 선도의 정의2. 몰리에선도의 구성3.P-h선도상에 표시된 표준냉동사이클4. 몰리에선도상의 냉동사이클1. 몰리에 선도(Mollier diagram)의 정의몰리에 선도란 물질의 열역학적 성질을 나타내는 선도를 말한다. 일명P-h선도, 압력 - 엔탈피 선도(P-hdiagram)라고도 한다. 세로축을 절대압력(P), 가로축을 비엔탈피(h)이라 한다.압력 - 엔탈피 선도(P-hdiagram)는 냉동기의 응축기, 증발기에서 교환되는 열량 및 압축기의 압축일량의 열당량이 엔탈피의 차에 의하여 표시된다.P-h선도는 주로 연소기체(공기)나 수증기를 대상으로 하며, 가스터빈이나 증기터빈의 사이클 계산에도 이용하고 있으며 압력과 온도의 변화에 따른 엔탈피의 차를 구하는 데 편리하기 때문에 현재 냉동기의 계산에 가장 많이 사용된다.실제 기체는 고압 ·저온이 될수록 완전기체(이상기체) 상태에서 벗어나는데, 특히 수증기의 경우에는 이러한 경향이 심하다. 따라서 실제 기체나 증기의 상태 변화를 엄밀히 다루는 것은 어려우므로 미리 필요로 하는 상태 량을 산출해 표나 선도로서 이용한다.2. 몰리에선도의 구성냉매의P-h선도는 세로축에 압력P를, 가로축에 비엔탈피h를 취하여 압력P는 절대압력kg/cm ^{2}abs의 단위로, 비엔탈피h는 냉매 1kg당의 열량을 kcal/kg의 단위로 눈금이 되어있다. 그 중에는 포하액선, 건포화증기선, 등압선, 등엔트로피선, 등엔피선, 등온선, 등비체적선, 등건도선 등이 그려져 있으며 각각에 수치가 기입되어있다.P-h선도를 그림에 나타낸다.(1) 등압선, 등엔탈피선선도는 세로축에 압력을 취하고 있기 때문에 등압선은 수평선으로 나타내고, 가로축은 비엔탈피를 취하고 있기 때문에 등비엔탈피선은 수직선으로 나타내진다. 한편 비엔탈피의 기준치로는 0℃의 포화액의 상태를 100kcal/kg으로 정하고 있다.(2) 포화액선 및 포화증기선아래 그림에서 나타낸 바와 같이 실린더에 저온의 냉매를 1kgsjg고, 그 냉매에 추 2/3는 증 기이며 1/3이 액 그대로 남아 있는 상태다. 그동안 온도는 상승하지 않고 일정하다.(d)B_{0}점 ④에서 전부 증기로 된다. 즉 액을 전혀 함유하지 않는 건포화 증기로 된다.(e) ⑤에서도 압력은P_{o}로 일정하며 냉매 가스는 다시 가열되어 온도가 상승하고 과열증 기로 된다.다음에 실린더의 압력P_{o}를P_{1}, P_{2}···, P_{1} ^{'}, P_{2} ^{'}···로 가감한 다음 상기와 같은 과정을 거처 그 압력에 대한 포화액 및 포화증기의 상태를 나타내는 점을 구하면 각각A_{1}, A_{2}···A_{1} ^{'}, A_{2} ^{'}및B_{1},B_{2}···, B_{1} ^{'},B_{2} ^{'}를 얻을 수 있다.이 들 A부호점을 연결한 선이 포화액선이고 같은 방법으로 B 부호점을 연결한 것이 건포화증기선이다.(3) 포화역포화액선과 건포화 증기선 사이에 끼여 있는 구역을 포화역이라 하고, 이 구역 내에 있는 점은 액과 증기가 공존하고 있는 습포화 증기(습증기)이다.(4) 과냉각역포화액선보다 좌측에 있는 구역을 과냉각역이라 하고, 이 구역 내의 점은 모두 과냉각 상태의 액체를 나타낸다.(5) 과열역건포화 증기선보다 우측에 있는 구역을 과열역이라 하고, 이 구역 내의 점은 모두 과열 상태의 증기를 나타낸다.(6) 등온선과냉각역, 포화역 및 과열역의 전체를 통하여 냉매의 온도가 같은 점을 연결한 것이 등온선이다.다음 그림4에 표시한 것과 같이 등온선은 과냉각역 내에서는 거의 수직이며 포하역 내에서는 그 온도에 있어서의 포화압력을 나타내는 수평선과 일치하며 과열역 내에서는 우측 아래 방향의 곡선이 된다.(7) 등비체적선냉매 1kg의 체적을 나타내는 비체적이 같은 점을 연결한 것이 등비체적선이다. 압력이 상승함에 따라 비체적은 감소한다.(8) 등엔트로피선(s)엔트로피가 같은 점을 연결한 선으로 냉매증기의 단열압축을P-h선도상에 나타낼 경우에는 이 선을 따라 변화한다.(9) 등건도선(s)액과 증기가 공존하는 상태에서는 전체 중에화증기선상에 있고, 또 -15℃를 나타내는 등온선상에 있다. 그런데 포화온도는 포화증기선상에 눈금으로 표시되어 있으므로 -15℃의 눈금a점이 흡입가스의 상태를 나타내는 점이다.압축기에서는 이상적인 단열압축이 이루어지므로 등엔트로피선을 따라서 가스의 상태가 변화한다. 몰리에선도의 등엔트로피선은 우측 상승선으로 표시된다. 압축기에서 토출가스의 압력은 30℃의 포화압력이므로 이 점을 통하는 등엔트로피선과 30℃의 포화압력을 나타내는등압선의 교점b를 구하면 이것이 압축기의 토출가스 상태인 것이다.P-h선도에서는 포화증기선상에 눈금으로 표시한 30℃의 점에서 수평선을 그으면 이것이 30℃의 포화압력의 등압선이 된다.다음에 응축기의 냉각작용에 있어서는 압력의 변화가 없다고 가정하므로 냉매가스는b점을 통하는 등압선에 따라서 상태가 변화하고 또 냉매는 열을 빼앗기므로 그 엔탈피는 감소한다. 즉 그림에서 점차 등압선을 따라서 왼쪽을 이동하여 포화증기선과의 교점까지 오면 냉매가스는 건포화증기로 되고 더 냉각되면 냉매가스의 일부가 응축되기 시작해서 포화액선과 만나는 점{c}^{'}에서 냉매가스는 전부 액체냉매로 된다. 다시 팽창밸브전의 액체냉매는 포화액 상태인 30℃에서 5℃가 더 냉각된 25℃의 과냉각 상태가 된다.과냉각점c의 과냉각냉매는 팽창밸브를 통해 증발기에 유입된다. 팽창밸브에서의 작용은 교축작용이므로 엔탈피는 일정하게 된다. 따라서 냉매의 상태는c점을 통하는 등엔탈피선을 따라서 변화하며,P-h선도에서 등엔탈피선은 수직선이다. 이c점을 통하는 등엔탈피선과 -15℃의 포화압력을 나타내는 등압선과의 교점d가 증발기의 입구의 냉매상태를 나타내게 된다. -15℃의 포화압력을 나타내는 압력선은 습증기를 나타내는 부분 내에 있으므로 등온선과 일치한 수평선으로 표시된다. 또 팽창밸브를 통하면 액체냉매의 입부는 증발해서 냉매가스가 되며 팽창밸브를 통과할 때 증발하는 액체냉매의 건도비율은 d점을 통과하는 건도선에서 구할 수 있다.증발기에 있어서는 등압하에서 열이 전달되는 것이므로 냉매는=dQ, Q={h}_{a}-{h}_{c}가된다. 여기서{h}_{a}는 a점의 엔탈피,{h}_{c}는c점의 엔탈피이다.또한 압축기에서의 압축일의 열당량은 b점의 엔탈피와 a점의 엔탈피와의 차로 표시된다. 즉,dh=dQ+Avdp압축기의 과정은 단열압축이므로dQ=0, dh=AvdpINT vdp는 압축기의 압축일량이므로{h}_{b}-{h}_{a} = A INT vdp다음 압축기 토출관에서 팽창밸브 전까지의 사이에 방출된 열량, 즉 응축기의 방열량은 b점의 엔탈피{h}_{b}와 c점의 엔탈피{h}_{c}의 차로서 표시된다.dh=dQ+Avdp, dp=0, dh=dQ그러므로,Q= {h}_{b }-{h }_{c }이다.응축기에서 방출되는 열량{ Q}_{c }는 증발기의 흡입열량과 압축기의 열당량을 합한 열량, 즉({h }_{a } -{h }_{c } )+({h }_{b } -{h }_{a } )={h }_{b }-{h }_{c }가 된다.이와 같이 엔탈피의 차에 의하여 냉동량, 압축기의 압축일의 열당량, 응축기의 방열량을 바로 구할 수가 있으므로 엔탈피를 읽기 쉬운 P-h 선도가 냉동기의 계산에는 대단히 편리하다.4. 몰리에선도상의 냉동사이클(1) 냉동사이클의 구성냉동장치는 압축기, 응축기, 팽창밸브 및 증발기의 4주요기기로 이루어져 있는 것은 이미 기술했지만 이들 속에서 여러 상태변화를 하면서 순환한다. 변화의 상황은 다음과 같다.(a) 등엔트로피 변화 : 압축기에서 일어나는 변화이며, 저온저압의 냉매가스가 단열 압 축되어 고온 고압의 가스로 된다.(b) 등압변화 : 응축기에서 변화이며, 고온고압의 냉매가스가 압력이 일정한 상태에서 냉각 응축되어 중온의 액체로 된다.(c) 등엔탈피 변화 : 팽창밸브에서 일어나는 변화이며, 고압중온의 냉매액이 교축작용 을 하여 저압저온의 습증기로 변화한다.(d) 등압변화 : 증발기에서의 변화이며 습증기 상태의 냉매가 주위로부터 열을 빼앗아 저압의 일정 압력하에서 증발하여 가스로 된다. 이들 각 기기에 있어서 냉매의 상태 변화를 몰리에 선도상A점으로 표현됐다고 하고, 그 때의 엔탈피를{h }_{A }라 한다.단열압축에 의해 냉매의 엔트로피는 변하지 않고 압력은 증대하므로, 압축과정은A점에서 등엔트로피선을 따라서 압력이 증대하는 방향으로 진행하는 곡선AB로 나타내진다. 그리고 압축 종료시의 압력은 응축압력{ P}_{2 }이므로 그 상태점은 응축압력{ P}_{2 }를 나타내는 수평선과 단열압축을 나타내는 곡선 AB와의 교점 B로 나타내진다.그 때의 엔탈피는{ h}_{ B}이며 압축 종료시의 냉매가스 온도{t}_{B}도 B점 부근의 등온선으로부터 구할 수 있다. 또 압축 종료시의 엔탈피{ h}_{ B}는 압축 초기의 엔탈피보다 크다. 이것은 압축일이 열로 변하여 냉매 중에 저장되기 때문이다. 즉({h}_{A }- {h }_{B } )는 압축일에 상당하는 열량을 나타낸다. 이것은 열역학 제1법칙으로도 설명이 가능하다.dq=dh - Avdp압축기에서의 압축은 단열압축이므로dq=0, 따라서0=dh-Avdp, 즉dh=Avdp로 나타냄을 알 수 있다. 이 식에서 보면dh는 엔탈피 변화량이고,Avdp는 압축기가 냉매에 가해주는 압축일(공업일)에 상당하는 열량에 해당한다.(3) 응축기에 있어서의 변화압축기를 나온 냉매가스가 그대로 응축기에 들어간다고 하면, 응축기에 들어가는 냉매의상태는 진술한 바와 같이 압력은 응축압력{ P}_{2 }이며, 온도는{t}_{B}의 과열가스로 그림8 의P-h선도상의B점으로 나타내진다.이 과열가스는 응축기엣 냉각수(혹은 냉각공기)에 의해 열을 빼앗겨 온도가 내려가기 때문에 그 변화는B에서 압력{ P}_{2 }선을 따라 좌로이동하여C점 상태의 포화증기로 된다. 포화증기로 된 냉매는 또 다시 압력{ P}_{2 }와 온도{ t}_{2 }가 일정한 상태에서 열을 빼앗겨 응축을 행하므로C점에서 다시 좌로 이동하는 직선CD에 의해 나타내진다. 포화액선과 만나는 점D에서 완전히 포화액이 된다.응축을 완료하고 포화액D로 된 냉매는 다시 냉각되어 열을 빼앗기면 과냉각(subcool)되어D점에서 압력{ 변하므로

공학/기술| 2003.06.21| 14페이지| 1,000원| 조회(7,182)

냉동, 공기저항, 모리엘 선도, 몰리에 선도

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[생산 시스템 ] 생산시스쳄 모터링 재료에 관한 연구

생산시스템 모니터링 기술에 관한 연구1. 서론2. 생산시스템 모니터링 기술 현황① 센서② 특징벡터의 추출 및 진단3. 모니터링 기술의 응용4.결 론1.서론1970년대 들어서면서, 선진국을 중심으로 제품생산성과 가공정밀도 향상을 위하여 공작기계를 중심으로 하는 생산시스템의 상태와 조건을 감시하고, 최적의 생산운영체계를 결정할 수 있는 시스템모니터링 기술(system monitoring technology)에 대한 관심과 연구가 시작되었다. 이러한 관심과 연구는 공장 자동화, 무인화 등을 이룩할 수 있는 기술적 기초를 마련하였으며, 다양한 컴퓨터 응용기술 CAD/CAM(Computer Aided Design / Computer Aided Manufacturing), FMS(Flexible Manufacturing System), CIM(Computer Integrated Manufacturing)등의 생산기획에서 제품제작까지의 모든 과정을 효과적으로 운영할 수 있게 되었다. 또한, 모니터링 기술은 최근 관심의 대상이 되고 있는 초정밀 공작기계의 개발과 함께 지능을 갖는 지능생산시스템(Intelligent Machine Tool System)의 개발을 위한 핵심기술로서 그 영역을 확대해 가고 있다.생산시스템 모니터링 기술은 크게 센서 및 센싱기술(sensor & sensing)과 진단기술(diagnostics), 의사결정(decisonmaking)기술 분야로 크게 나누어 생각해 볼 수 있으며, 더 나아가서는 제어(control)기술과의 접목을 통한 생산시스템의 성능향상까지 그 영역을 확장시킬 수 있다.이와 같이 생산시스템 모니터링 기술은 학제간 연구의 특성을 많이 포함하고 있는 분야로서 전기/전자분야, 기계분야, 데이터베이스를 근간으로 하는 전산분야 등의 효과적인 연구 연계의 필요성이 대두되고, 그에 따른 제반 산업에 사호 미치는 효과의 창출도 매우 크다고 할 수 있다.따라서, 본 논문에서는 생산시스템 모니터링 기술 분야 중 공작기계 분야에서 이루어져왔던 연구성과와욱 각별히 요구된다.시스템화 기술에 반드시 수반되어야 할 요소는 시스템 모니터링 기술이며, 최근의 모니터링 기술에 대한 관심과 수요는 다음과 가다.(1) 다중센서(Multiple sensor)의 적용 : 생산시스템의 다양한 상태를 효과적으로 감시하기 위해서는 각각 특성이 다른 센서의 적용이 필요하고, 센서에서 검출되는 신호를 어떻게 정량화 하는가의 문제이며, 다양한 센서, 앰프, 필터 및 신호 변환기술 개발이 요구된다.(2) 특징벡터의 추출(feature extraction): 생산시스템의 특성과 특징에 맞도록 설정한 센서로부터 들어온 신호를 효과적으로 분리, 가공하여 그 특정 물리량 또는 상태와 관련이 깊은 특징벡터의 추출 및 조합하여 사용할 수 있는 물리량으로 변환시키는 문제(예: 주파수분석, 시계열 분석, 통계처리 기술 등)(3) 진단 및 의사결정(diagonostics & decison making) : 추출된 특징벡터로부터 보다 정확하고 효율적인 진단과 의사결정을 할 수 있는 방법론의 개발이 요구된다.(인공신경회로망, 퍼지기술, 임계치적용기술, 패턴인식법 등)이상과 같은 핵심기술에 대한 필요성을 바탕으로 하여, 공작기계 시스템 모니터링에 자주 적용되는 센서의 특징과 향후 개발필요성은 다음과 같다.① 센서공작기계 운전시 모니터링 대상의 선정이 필요하며, 이는 공작기계의 진동 / 채터(vibration / chatter), 공구마모 / 파손(toolwear / breakage), 가공공정 등이 그 주된 대상이 될 수 있다.이러한 모니터링 대상은 공작기계의 수명, 제품의 정밀도 등에 절대적으로 영향을 미치는 중심요소가 된다.모니터링 대상과 적용센서의 조합 및 적용 빈도를 살펴보면,(1) 진동/채터 : 절삭력>가속도>acoustic>변위>전류>시각센서(2) 공구마모/파손 : 절삭력>가속도>acoustic>변위(3) 가공공정 : 절삭력>acoustic>전류 등으로 나타나고 있다.Table1. Various sensor types for monitoring sy있다.② 특징벡터의 추출 및 진단모니터링 대상으로부터 검출된 센서신호는 감시대상 및 물리량과 밀접한 관계를 가지고 있는 신호특성과 함께 잡음(noise)과 외란(disturbance)성분이 함께 입력된다. 따라서 동일한 센서로부터 들어온 신호에서 필요한 신호를 효과적으로 추출, 가공하여 의미를 갖는 물리량을 얻는 과정이 특징벡터의 추출 및 가공이라 할 수 있다. 또한, 각 시스템의 특성에 따라 사용된 센서의 종류와 특징이 다른 만큼, 각 센서에서 검출된 신호속에 포함되어 있는 특정주파수 및 실시간 시계열(real-time series)함수의 특징이 잘 보존될 수 있는 특징 추출 방법론의 개발이 매우 중요한 과제중의 하나이다. 그간의 연구에서는 실시간 시계열 함수 와문턱치(threshold)를 직접 적용하는 방법, 주파수 영역 (frequency domain)에서 신호변환을 통해 FFT특성치를 이용하는 방법, 통계적 처리를 통한 특징벡터의 추출등의 방법론들이 개발되어 공작기계 및 생산시스템 모니터링 기술로서 발전되어 왔다. 최근에는 신경회로망 (neural network), 패턴인식(pattern recognition), 퍼지(fuzzy)알고리즘 등도 단일 신호속에 포함되어 있는 특징들을 통합.분리.분석하는데 이용함으로써 보다 효과적인 특징 추출에 이용되고 있다. 이러한 과정을 통해 얻어진 정보를 바탕으로 안전하고 효율적인 생산시스템 우영이 될 수 있도록 자동경고시스템, 기계의 비상정지, 공구 및 공작물의 자동교환, 시스템 적응제어(adaptive control)등에 적극적으로 이용된다.먼저, 시계열 자기회귀(auto regressive)모델링을 이용한 공구 파손 검출을 예로 들면 다음과 같다. 절삭공정 중에 측정한 절삭저항 신호로부터 공구파손에 대응하는 특징벡터를 모델계수로 검출한다.즉 절삭저항 신호 y(t)에 대하여 p 차수의 자기회기모델을 추정한다.여기서, y(t)는 시간 t에서 측정한 절삭저항 신호이며, ai는 모델계수이고, wi는 백색잡음이다. 또한 계는 값이다. 본 연구에서는 절삭저항 시호 y(t)의 변화상태를 대표하는 모델계수 a1,a2,a3,...., ap 즉, AR(1), AR(2), AR(3),....AR(p)의 거동으로붜 절삭공구 파손상태를 검지하는 방법을 검토하고자 한다. 일반적으로 공구가 마멸되거나 파손되면, 공구-공작물간의 접촉 면적의 변화로 절삭저항이 증가된다. 그림1과 그림2는 엔드밀 공구를 사용하여 주축 속도 1500〔rpm〕, 이송 s=180〔mm/min〕의 절삭조건에서 측정된 절삭 저항 신호에 대한 예측오차와 AR계수를 구한 것이다.이두 그림에서 볼 수 이T는 바와 같이 공구가 파손되면 예측오차의 진폭이 급증하며, 그림 2에서 볼 수 있는 바와 같이 AR모델계수의 급격한 변화를 통해, 공구 파손을 민감하게 모니터링 할 수 있음을 확인하였다.또한, 신경회로망을 이용한 가공프로세스의 감시문제 중 가장 대표적인 것이 공작기계 베어링의 실시간 감시이며, 최근 공작기계가 고속화, 고기능화 되메 따라 이상발생 예방과 제품 정밀도의 향상 측면에서 공작기계 시스템 전반에 걸쳐 관심이 고조되고 있는 부분이다.본 연구에서는 베어링 결함을 종류별로 검출하기 위하여, 결함의 특징을 대표하는 특징벡터를 시간영역에서 추출하고자 한다. 측정된 AErms 신호로부터 통계 파라메터인 매개 변수 실효값 (Xrms), 피크값(Xpeak)그리고 무차원 매개변수인 파고율 (crest factor; C/F), 첨도(kurtosis:Ku)를 아래에 정의된 수식으로부터 산출하였으며, 이들 특징벡터를 신경회로망의 입력요소로 사용하였다. 즉위의 식(6),(7)에서는 평균값이며,는 편차이다.그림3은 본 연구에서 사용한 신경회로망의 구조도를 나타낸 것이다. 입력층 신경세포수가 n개일 때, 신경회로망의 입력벡터는 X=(X0,X1,...,XN-1) 이 되고, 신경세포는 연결강도 wi.j.k를 가지고 연결되어 있으며, 다음 단계의 신경세포 입력은 전단계 신경세포의 출력치에 연결강도wi.j.k를 곱하고, 신경세포의 임계치 tik를 더하여 패턴을 출력요소로 하되 정상베어링을 "0.1", 부식결함을 "0.5", 점결함을 "0.9"로 하여 이들을 목표출력(target outputs)으로 하는 베어링 결함정보를 얻을 수 있도록 하였다.그림4에는 학습이 끝난 신경회로망을 이용하여 예하중(preload) 8〔kg-m〕, 600-1800〔rpm〕의 5가지 운전속도 조건하에서 각각 베어링의 3가지 결함상태로 운전했을 때, 신경회로망에 의한 결함 검출 결과를 나타내었다. 그림에서 볼 수 있는 바와 같이, 본 연구에서 구성한 신경회로망 출력은 목표 출력값(정상베어링;0.1, 부식결함 베어링;0.5, 점결함;0.9)에 따라 베어링 결함 상태를 명확히 분류하여 인식하고 있음을 알 수 있다.이상의 몇 가지 예에서 나타낸 바와 같이 특징벡터 생성방법의 개발은 모니터링 기술의 핵심이라 할 수 있으며 이를 위하여는 측정하고자 하는 시스템 특성에 맞는 센서의 선택과 검출되는 신호의 측정 및 처리가 관건이 된다. 이러한 모니터링 기술은1) 센서의 경량화 및 가격의 저렴화2) 센서의 성능향상과 지능형센서의 개발3) 신속정확한 신호처리 방법론 개발4) 효과적인 진단 및 의사결정 방법론 개발과 데이터 베이스 구축등이 그 대표적인 개발 방향이라 할 수 있다.3. 모니터링 기술의 응용생산시스템의 모니터링 기술을 이용하여 처리된 신호들은 자기진단 및 의사결정에 이용될 뿐 만 아니라, 더 나아가서는 시스템의 보상(compensation), 제어(control)등의 입력신호로써 적절히 사용됨으로써 저렴한 가격의 공작기계 시스템의 성능향상과 오차제거 ,제품가공정밀도 향상에 기여할 수 있다.일반적으로 공작기계 또는 생산시스템의 정밀도를 높이기 위해서는 시스템을 구성하는 부품의 정밀도를 높여야 하며, 이를 위해서는 또 다른 형식의 초정밀가공기 등의 공작기계와 가공기술이 별도로 필요하게 된다. 그러나 실제 생산현장에서는 생산환경의 변화와 초기 대응 투자비용의 급상승 등, 그 적용이 쉽지 않은 부분이 많이 생기게 된다.따라서 측정된 센서신호의 적있다.

공학/기술| 2003.06.08| 9페이지| 1,000원| 조회(355)

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