스마트 생산과 자동화: 자동화의 기초

본 내용은 " 명지대학교 산업경영공학과 스마트 생산과 자동화 2주차 강의내용 " 의 원문 자료에서 일부 인용된 것입니다. 2023.10.11

문서 내 토픽

• 1. 자동화의 정의 및 역사

  자동화(Automation)는 1946년 포드 회사에서 만든 용어로, 사람의 개입 없이 이루어지는 공정 또는 절차를 구축하기 위한 제반 기술을 의미한다. 자동화 시스템은 기업 수준의 제조지원시스템과 공장 수준의 제조시스템으로 구분되며, 자동화 및 제어기술, 자재취급기술, 품질관리시스템 등으로 구성된다.

• 2. 자동화 발전에 기여한 주요 장치

  증기기관은 1차 산업혁명의 주축으로 동력을 생성하고 기계를 가동시켰다. 조속기는 속도를 조절하는 기계로 증기기관의 속도를 제어했다. 직조기는 펀치카드를 이용해 복잡한 패턴의 옷감을 짤 수 있었으며, 이 원리는 현대 컴퓨터의 펀치카드 프로그래밍으로 발전했다.

• 3. 자동화 시스템의 기본 요소

  자동화 시스템은 동력, 명령프로그램, 제어시스템으로 구성된다. 동력은 프로세스 가동용과 자동화용으로 나뉜다. 명령프로그램은 작업 사이클을 규정하며 설정치 제어, 논리제어, 순차제어, 대화형 프로그램, 지능형 프로그램 등의 기능을 수행한다. 제어시스템은 소재 상태의 고정 및 통제를 담당한다.

• 4. 폐루프 제어 시스템

  폐루프 제어 시스템은 센서를 이용하여 Actuator를 제어하는 공정이다. 입력 파라미터(설정값), 프로세스, 출력변수, 피드백 센서, Actuator, 제어기로 구성되며, 제어기가 입출력을 비교하여 차이가 없어질 때까지 조절 명령을 내린다. 보일러, 물탱크, 자동차 엔진 제어 등에 적용된다.

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• 1. 자동화의 정의 및 역사

  자동화는 인간의 개입을 최소화하면서 기계나 시스템이 자동으로 작업을 수행하도록 하는 기술입니다. 역사적으로 산업혁명 이후 기계화에서 시작되어 전자기술, 컴퓨터 기술의 발전과 함께 진화해왔습니다. 초기 자동화는 단순한 기계적 반복 작업 제거에 불과했지만, 현대에는 인공지능과 빅데이터 기술과 결합되어 더욱 정교한 의사결정까지 자동화하고 있습니다. 자동화는 생산성 향상, 비용 절감, 안전성 증대 등 많은 이점을 제공하지만, 동시에 일자리 감소와 기술 격차 문제를 야기하고 있어 균형잡힌 접근이 필요합니다.

• 2. 자동화 발전에 기여한 주요 장치

  자동화 발전에는 여러 혁신적인 장치들이 기여했습니다. 증기기관은 기계적 동력을 제공하여 대규모 자동화의 기초를 마련했고, 전기모터는 더욱 정밀한 제어를 가능하게 했습니다. 센서 기술의 발전은 시스템이 환경을 감지하고 반응할 수 있게 해주었으며, 마이크로프로세서와 컴퓨터는 복잡한 논리 연산과 제어를 가능하게 했습니다. 최근에는 로봇, IoT 기기, 클라우드 컴퓨팅 등이 자동화의 새로운 차원을 열고 있습니다. 이러한 장치들의 통합은 스마트 팩토리와 같은 고도로 자동화된 시스템을 구현하는 데 필수적입니다.

• 3. 자동화 시스템의 기본 요소

  자동화 시스템은 센서, 제어기, 액추에이터 등 여러 기본 요소로 구성됩니다. 센서는 시스템의 눈과 귀 역할을 하며 환경 정보를 수집하고, 제어기는 수집된 정보를 분석하여 의사결정을 내립니다. 액추에이터는 제어기의 명령을 실행하여 물리적 작업을 수행합니다. 이 세 요소의 조화로운 작동이 효율적인 자동화를 만듭니다. 추가적으로 통신 시스템, 전원 공급 장치, 안전 장치 등도 중요한 구성 요소입니다. 각 요소의 신뢰성과 정확성이 전체 시스템의 성능을 결정하므로, 각 부분의 정밀한 설계와 통합이 매우 중요합니다.

• 4. 폐루프 제어 시스템

  폐루프 제어 시스템은 자동화의 핵심 개념으로, 시스템의 출력을 지속적으로 모니터링하여 목표값과 비교하고 오차를 수정하는 방식입니다. 이는 개방루프 시스템과 달리 외부 환경 변화나 시스템 오류에 자동으로 대응할 수 있어 훨씬 안정적이고 정확합니다. 온도 조절, 속도 제어, 위치 제어 등 다양한 산업 응용에서 폐루프 제어가 사용됩니다. 피드백 메커니즘을 통해 시스템은 자기 조절 능력을 갖게 되며, 이는 자동화 시스템의 신뢰성을 크게 향상시킵니다. 다만 폐루프 시스템은 개방루프보다 복잡하고 비용이 높을 수 있으므로, 응용 분야에 따라 적절한 제어 방식을 선택하는 것이 중요합니다.