자동화기술/ 메카트로닉스를 이해하는 화재의 용어
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제2회부산국제공작기계,공구및금형가공설비산업전시회
메카트로닉스를 이해하는 화제의 용어
메카트로닉스는 단어의 내력에서도 알수 있듯이 복합기술이다. 그곳에는 후술한 censor, processor, actuator라는 요소기술과 함께, 목적에 맞추어 전체를 정리해 가는 시스템 기술이 살아있다. 요소기술에 대해서는 특별히 상세하게 다룰 것이므로,여기서는 시스템 기술적인 사항을 중심으로 기술하겠다.

메카트로닉스와 함께 마이크로·일렉트로닉스라는 단어도 많이 이용되고, 사이버네틱스,오토메톤이라는 용어도 보게 될 것이다.이것들은 때로 오용에 가깝게 기묘하게 사용되기 때문에,개념을 명확하게 해두고 싶다.이어서 CAD, CAM, CAE에 대해서는 CAD와 CAE를 [설계 시스템]에서, CAM을 [생산 시스템]에서 상세하게 기술한다. 프로세스·플래닝(공정설계)나 GT(그룹·테크놀로지)도 CAM의 일부를 이루는 소프트 기술이다. 비슷한 용어로 CAI(컴퓨터 이용 교육 시스템)가 있지만, 이것도 신기술을 빨리 습득하는 장치로서 메카트로닉스와 연관이 있다.

시스템 기술 중에서도 기본적인 것을 우선 들면,신뢰성 이론의 관계에서는 신뢰성, MTBF(평균 고장 간격),용장성 등이 중요하다. 자동제어는 메카트로닉스의 기초라고 말해도 괜찮지만, 기본적인 개념 정리를 프로세스와 서보, 아날로그와 디지탈에 대해서 하겠다.리모트·콘트롤, 이른바 리모콘에 대해서도 정리해 보자. sequence 제어를 위한 장치인 sequence control의 최근 진보는 눈부시다.제어의 편차가 나타내는 옵셋 현상이나 다변수를 다루는 현대제어이론도 때때로 화제에 오른다.

메카트로닉스와 인간과의 관계에 대한 관련용어를 한 그룹 만들었다. 인간공학을 의미하는 에르고노믹스는 OA관련으로 최근 많이 다루어지고 있다. turn key system은 CAD에서 많이 사용하지만, 원래는 더 넓은 범위로 쓰여지는 단어이다. 맨 머신·시스템, 맨 머신·인터페이스는 오래되어 새로운, 또 미래의 영원한 문제이다. OA병은 로봇 사고와 관련하여 앞으로도 주의할 필요가 있다. 구체적인 시스템을 보면 우선 NC가 있다.

여기서는 이산적인 위치 결정 제어와 연속적인 윤곽제어로 개념을 나누어 생각한다. 프로그래밍 언어는 APT와 EXAPT 및 이들과 유사한 것이 주류이다.프로그래밍 후 테스트 컷하는 방법도 실제로는 중요한 사항이 된다. CNC(컴퓨터 NC), DNC(다이렉트 NC)도 자주 눈에 띄는 용어이다. 구식기계를 NC화하여 재생하는 retrofit도 최근엔 활발하다.
산업용 로봇은 메카트로닉스를 상징하는 것으로 화제도 풍부하다.magic hand라고 불리는 manipulater부터,제1세대의 반복 로봇,제2세대의 센서 부착 지각판단 로봇을 거쳐 학습기능을 갖춘 제3세대 지능 로봇까지 실용화를 위한 실험이 진행되고 있다. 이같은 기능적 분류가 아니고 위치 결정 방식으로 분류하면,직교좌표형, 원통좌표형, 극좌표형, 다관절형 등이 있다.

이 기초가 되는 개념은 기구의 자유도이다. 다관절형의 교묘한 예로서 스칼라형이 있다. 이밖에 양팔형, 이동형, 진행형 로봇 등이 있고,특히 이동형에서는 자기정위가 중요한 테마가 되고 있다. 산업용 로봇을 능숙하게 사용하기 위해선 엔지니어링, 데이타 베이스 등도 앞으로는 중요성을 증가해 갈 것이다.로봇에 의한 사고(노동재해)와 이것에 대한 안전 규칙도 다루기로 한다.

■ 메카트로닉스(mechatronics)
메카닉스(mechanics:기계학) 또는 메카니즘(mechanism:기구)과 일렉트로닉스(electronics:전자공학)을 합성하여 만든 일본식 영어. 기계 전자화 혹은 기계 전자 일체화라는 의미로 이용된다.
1950년대에도 진공관에 의한 전자회로를 이용하여 기전일체화를 외치던 일이 있지만,최근에는 LSI(large scale integration:대규모 집적회로)기술 등이 발달하여 고기능·저가격화가 진행되어,메카트로닉스라는 말로 각광을 받게 되었다.
구체적인 제품에는 NC(numerical control:수치제어)공작기계, 산업용 로봇, FMS(flexible manufacturing system:플렉시블 생산 시스템),각종 자동화 장치,컴퓨터 주변기기, 시계, 전자식 탁상 계산기, 전자식 재봉틀 등의 생산기계, 정밀·사무기기가 중심이다. 이밖에 ME(medical electronics:의료용 전자)제품 ,반도체 제조 장치 등이나 car·electronics까지 범위를 넓혀 메카트로닉스라고 하는 것도 많다.
제조업에서 메카트로닉스 기기의 도입상황을 보면,대기업에서는 70%이상이 어떠한 형태로 이용되고 있고,멀지않아 90% 대에 달할 것으로 생각된다. 또, 중소기업에서도 도입의욕은 높아 평균 이용율은 20% 대이지만,멀지않아 50%에 달할 것으로 생각된다. 일반적으로 경공업에 비하면 중공업이,또 소재형 산업에 비하면 가공형 산업이 도입률이 높다.메카트로닉스 기기의 메이커는 종합전기, 공작기계, 산업기계, 정밀기계, 사무기기 등 여러가지 업종에 이르고,venture business의 움직임도 활발하다.앞으로의 메카트로닉스는, 예를들면 소자 레벨에서의 일체화나 바이오 테크놀로지(생명공하)와의 연결에 의한 새로운 소자의 개발 등, 커다란 가능성을 갖고 있다.

■ 마이크로·일렉트로닉스(microelectronics)
초 LSI 등에서 있을만한 미세가공기술을 구사하는 일렉트로닉스의 새로운 기술 혁명 분야. 마이크로·일렉트로닉스 기술은 반도체를 중심으로 전개되어, 고집적화와 양산에 의해 소형화, 저가격화, 고신뢰성을 실현하는 원동력이 되었다. 예를들면,초 LSI의 메모리에서는 256(k)비트~1(M)비트를 한 개의 칩 위에 담는 기술이 개발되어 있고,한 장의 실리콘·우에하 상에 있는 많은 칩을 연결하여 풀·우에하 집적회로를 제조하는 기술도 연구되고 있다.
미세기술의 한 척도로서 초 LSI 실리콘 기판 상에 붙어있는 패턴의 선폭을 보면, 256k비트 RAM에서는 1.5 m, 1M비트에서는 1 m이다. 또 광파이버의 접속 등에서도 고도의 미세기술이 이용되고 있다.
마이크로·일렉트로닉스는 실직적으로 메카트로닉스를 지탱하는 두 개의 기둥 중 하나이기 때문에 확장하여 이용되는 일이 많고,본래는 메카트로닉스 기기라고 말할 수 있는 산업용 로봇 등을 마이크로·일렉트로닉스 기기, 또는 축약하여 ME 기기라고 부르고 있다.

■ 사이버네틱스(cybernetics)
미국의 수학자 N.위너가 1948년에 그의 저서에서 사용하고부터 널리 보급된 단어로,[인간과 기계에 있어서 제어와 통신의 이론 및 기술을 연구하는 학문]이라고 정의된다.
그리스어 [키를 잡은 사람]이라는 말이 어원이다.인공의 기계나 자연의 동물이 외부의 환경 변화에 의해 어떤 목표에 다다르기 위해서 시시각각 자신의 동작을 수정하면서 접근해 가는 현상을 일반적으로 이야기한 것이다.
이것에 의해 목표에서 빗나가는 정보를 검출하여 ,제어 장치로 돌려보내어 다음 단계의 동작을 결정하는 피트백 제어의 개념이 명확해져, 현대 오토메이션의 이론적인 기초가 확립되었다. 또 이제까지는 서로 관계가 없다고 생각하고 있었던 기계, 생물, 사회 등도 추상화된 통일이론에서 다루어져, 경계 영역 연구의 기운을 육성하였다.

■ 오토매션(automaton)
외부에서 들어온 정보에 의해 자신의 내부 상태가 변하고,그것에 따른 정보를 출력하는 것의 총칭.
오토매톤은 특정한 장치가 아니고,추상적인 블랙박스 혹은 수학적 모델로 생각하는 것이 좋다.
이 정의에 적합한 것은 자동판매기, 산업용 로봇, 컴퓨터 등 다수가 있고, 인간 또한 일종의 오토매톤이다.
입력, 내부상태, 출력이 모두 유한개인 오토매톤을 유한 오토매톤이라고 하고,보통은 이것을 다음의 다섯항 집합, Α=〈Σ,S,δ,S0,F〉으로 나타난 시스템으로서 정의한다.
여기서,Σ는 입력기호의 유한 집합,S는 상태의 유한 집합,δ는 상태 추이 관수로,어떤 내부상태인 입력을 받았을 때 다음의 내부상태가 어느것이 될까를 나타내는 것이다. 또 S0은 초기상태 ,F는 최종상태이다.
테이프에서 기호를 해독하고,이 기호와 현재 내부상태에 따라 테이프에 소정의 기호를 쓰고 다음 내부상태를 정하여,다음 입력을 위해 좌 또는 우로 이동하여 테이프 상의 새로운 면을 읽게 한다.

■ CAD(computer aided disign)
설계작업에서 컴퓨터를 이용하는 것의 총칭.컴퓨터 원용설계 등으로 번역되는 일도 있지만,보통은 CAD 그대로 [캐드]라고 발음하여 이용한다.
그림에서 나타난 것처럼 설계 요구가 주어져 인간이 설계안을 내면,이것을 검토 평가하여 만족할 만한 것을 얻을 때까지 반복하여,제작을 위한 자료를 준비하는 설계의 과정에서 여러가지 형태로 컴퓨터를 이용하는 것이다.
즉 설계안을 고안해 내는 단계에서는 표준규격 등의 참고 데이타나 기존 설계정보를 검색하여 제공함과 동시에, 고안되고 있는 설계 대상물을 표현하기 위한 형상 모델을 생성하여,기억,처리하는 일이 실행된다. 이어서 설계안의 검토와 평가에서는 기대하는 기능이나 성능이 발휘될지 어떨지를 시뮬레이션 등에 의해 예측한다.그리고 제작을 위한 자료작성에서는 도면이나 NC 데이타,부품표 등의 출력이 시행된다.
역사적으로 보면 설계업무에 컴퓨터를 도입하여 자동화한 최초의 예는 1953년까지 거슬러 올라간다.미국의 IBM사가 CPC(Card Programmed Calculator)를 이용하여 전력용 변압기의 설계 계산 일부를 이루는 수렴계산을 자동적으로 실행시켰다는 이야기가 있다.그 후 1963년경에 완성한 서저랜드의 SKETCHPAD 등으로 도형처리의 원형이 생기고, 1966년경에는 GM사의 DAC-1, 록키드 사의 CADAM등 대규모 시스템이 기 업에서 실용화되고 있다.
일본에서는 미국에 비해 약 10년 뒤떨어져 있었지만,최근에는 많은 업계에서 CAD가 활발히 도입되고 있다.예를들면 조선이나 플랜트에서는 일찌기 자사 개발의 CAD가 완성되고,자동차에서는 자사 시스템과 함께 CALMA 등의 시판 시스템이 운용되고 있다.항공기에서는 CADAM을 중심으로 일관 시스템이 짜여지고,반도체나 프린트 기판의 메이커도 시판 시스템이나 자사개발의 소프트를 이용하는 전형적인 CAD user가 되고 있다. 금형 메이커는 시판 시스템 중에서 금형 전용 CAD라고 하는 것이 있기 때문에, 선택하여 도입하고 있는 기업도 많다. 일반기계나 전기기기, 메카트로닉스와 관련하여 CAD의 보급과 함께 CAM의 활용이 두드러졌다.건축이나 토목에서도 기획설계부터 상세설계까지 CAD가 이용되고 있고,어패럴 산업 등에서는 디자인(의장설계) 쪽의 CAD를 실용화하고 싶다는 요청이 많다.
시판중인 turn key 방식에 의한 CAD 시스템도 이미 수백 종류가 발표되어 있고,앞으로 저가격화와 보급이 기대된다.

■ CAM(computer aided manufacturing)
생산활동에 컴퓨터를 이용하는 것의 총칭.컴퓨터 원용생산 등으로 번역할 수도 있지만,보통은 CAM 그대로 [캠]이라고 발음하여 사용한다.
CAD와 밀접한 관계가 있어,설계에서부터 생산까지 일관된 컴퓨터 이용 시스템이라고 하는 경우가 많기 때문에 계속해서 CAD/CAM 이라고 총칭되고 있다.그림에서 나타난 것처럼 설계로부터 정보가 주어져 가공공정,사용기계,순서를 정하고, 사용공구, 가공조건, 공구경로를 결정하여 실제 가공,조립,검사에 들어가지만,이 제작 과정에서 여러가지 형태로 컴퓨터를 이용하는 것이다. 미국에서는 COCAM(CAM 위원회)이라는 조직이 있어, CAM을 네 개의 카테고리 즉,
⑴ FMS
⑵ 컴퓨터 원용 프로세스·플래닝(공정설계)
⑶ 컴퓨터 원용 scheduling
⑷ 산업용 로봇 기술 로 나누어져 있어,우측의 그림으로 나타낸다.
공정설계는 종래는 인간이 자신의 공장 설비, 기술, 경험, 납기, 가격 등을 고려하여 실행해 왔지만, CAD 보급으로 1960년대 후반부터 컴퓨터화를 시행하였다.예전에는 AUTOPROS(Automated Process Planning System), 최근은 CMPP(Computerized Manufacturing Process Planning)가 유명하다. NC는 CAD보다 기원이 오래되어,1949년에 미국의 MIT 공과대학에서 프라이스 선반에 적용한 것이 최초이다. 산업용 로봇 및 FMS에 대해서는 각각의 항을 참조하기 바란다.
scheduling은 복수 기계에 의해 복수 워크가 가공된 조합의 문제를 이야기하는 것으로,기계의 가동률이 최고인 아르고리즘 등이 연구되고 있다.일반적으로 설계·생산의 자동화를 시행할 경우에는 공정의 흐름에 따라 하류에 있는 것부터 다루는 것이 정석이기 때문에, CAD 보다도
NC 공작기계 등에 의한 CAM을 먼저 도입한 기업이 많다. CAD와 CAM의 구체적인 연결방법으로는 다음 4종류가 대표적이다.
제1은 CAD에서 얻은 형상정보로부터 가공용 NC 데이타를 생성하여 CAM으로 넘어가는 것
제2는 이것과 같은 발상이지만, CAD의 결과에서,예를들면 아크 용접 로봇의 손끝 운동 등을 자동으로 결정하여 제어 프로그램을 만드는 것
제3은 전자부품 등의 검사방안을 CAD의 결과로부터 결정하는 것
제4는 로봇 가동상태 시뮬레이션에서 레이 아웃을 포함한 설비 검토를 하는 것

■ CAE(computer aided engineering)
설계나 생산의 공학적인 검토 등에 컴퓨터를 이용하는 것의 총칭.[ 시에이]라고 발음한다. 설계 작업의 상류부분에 중점을 두는 것이 많다.
1977년경부터 미국의 SDRC사(Structural Dynamics Research Corporation)가 제창한 수법이지만,현재는 CAD 나 CAM과 같이 보통 명사로 이용되고 있다.기본적인 방식은 컴퓨터에 구축된 제품 모델에 의해 최대한으로 시뮬레이션을 시행하고, 성능 평가와 설계의 개선을 도모하여 실험 회수를 가능한 한 줄이려고 하는 것이다.SDRC사의 시스템은 기계 계통의 제품 설계를 위해 만들어져 있는데, 그림에서 나타난 것같은 소프트웨어 구성으로 되어 있다.
즉 시스템 중앙에 설계대상의 형상 모델을 생산하는 형상 모델링 기능과 데이타 베이스가 있어,다른 네 가지의 해석 시스템과 CAD,CAM과 연결되어 있다.
GEOMOD는 삼차원 솔리드·모델에 의한 부품 형상 설계 프로그램으로,SYSTEM DESIGN은 부품을 전체계로 구성해 가는 프로그램이다. 동작 sequence나 에니메이션 표시 기능도 있다. 구조해석 시스템에는 pre/post processor의 SUPERTAB, 범용 유한 요소법 해석 프로그램의 SUPERB,범용 골조 구조 해석 프로그램의 FRAME이 있다. 동특성 설계 시스템은 CAE의 세일즈 포인트로,빌딩·블록법에 의한 진동해석을 실행하는 것이다. 소프트웨어에는 대화형으로 고유치 해석이나 응답해석을 하는 SYSTAN, 기존제품의 문제를 시뮬레이션으로 해결하는 SABBA가 있다. 기구설계 시스템이라는 것은 기구의 동작,간섭을 검토하는 운동학적 해석, 균형 위치나 부하 등을 구하는 정해석, 주파수 응답이나 과도응답을 구하는 동해석을 하는 것으로, 소프트웨어는 IMP라는 이차원 또는 삼차원 링크 기구해석 프로그램이 있다. 테스팅·시스템은 주로 실험 데이타를 처리하는 것으로,구조물에 대한 가진 데이터로부터 modal 해석에 의해 진동 특성을 구하는 MODAL-PLUS,재료의 변형 혹은 응력치를 산출하여 크랙의 발생을 예측하고, 피로수명을 구하는 FATIGUE 등의 프로그램이 있다.
이 시스템은 미국의 GE사의 정보처리 서비스 MARK Ⅲ에서 이용할 수 있고, 일본에서는 전통국제정보 서비스가 취급하고 있다.시스템을 구입하는 것도 가능하다.

■ 프로세스·플래닝(process planning)
공정설계로 번역하며, 제품, 부품이나 소재에 관한 설계 정보로부터 생산방법, 생산순서, 가공기계의 종류, 대수, 가공순서 등을 결정하는 것을 말한다.
그림에서는 공정설계 후의 작업 설계도 같이 나타내었다.전체를 생산공정 설계라고 총칭한다. 이제까지는 인간이 자신의 공장 설비, 기술, 경험, 가격, 납기 등을 고려하여, 예를들면 주조로 할 것인가, 용접으로 할 것인가,아니면 프라이스 가공으로 할 것인가, 방전가공으로 할 것인가 등을 결정해 왔다.1960년대 말 CAD의 보급으로, 공정설계에 컴퓨터를 시험 운용하게 되었다.
공정설계의 자동화에는 세 종류의 기본적인 방식이 있다.
제1은 의사 결정표 방식 또는 variant 방식이라고 하는데, 과거의 경험을 집대성한 처리 순서나 데이타를 이용한 방식이다.인간이 각 부분의 도면을 보고,형태나 가공의 기술정보를 GT 분류표에 따라 코드로 나타내면, 컴퓨터가 GT 코드와 가공법 및 순서의 관계를 의사 결정표에서 결정하게 된다.그리고 가공법과 가공기계의 관계도 의사 결정표화하여 참조하는 것이 보통이다.
제2는 창성방식이라는 이론적인 사고방식이다.인간은 각 부분의 도면을 보고 기하학적 형상이나 기술적 정보를 그래프 이론이나 위상 수학을 응용한 방법으로 입력한다.
컴퓨터에는 가공에 관한 공리가 기억되어 있어,입력으로 부품 형상을 인식하고 공리를 적용하여 가장 적합한 가공법과 가공기계를 결정한다.
제3은 준창성 방식이라고 하는데,앞 두 방식의 절충법이다.인간이 도면에 의해 가공기능을 인식하고,그 정보를 일정한 기호로 입력하면, 컴퓨터는 가공 공리와 경험을 가미한 기본 규칙 및 그것들을 조합한 연산 규칙을 적용하여 가공법과 그 순서, 가공기계를 결정하게 된다. 공정 설계 자동화 시스템의 구체적인 예를 몇가지 들면 다음과 같다.
우선 예전에는 1969년에 노르웨이의 NAKK에서 개발된 AUTOPROS(Automated Process Planning System)가 있다.이것은 의사 결정표 방식이다. 1975년에는 CAM-I가 CAPP(CAM-I Automated Process Planning)를 개발하고,1978년에 다른 기존의 시스템 세 가지와 통합하여 준창성 방식 시스템을 만들었다. 준창성 방법으로 유명한 것은 미국의 유나이티드 테크놀로지 사의 CMPP(Computerized Manufacturing Process Planning)이다. 창성 방식에 의한 시스템은 대학 등에서 연구,발표가 많다.

■ CAI(computer assisted instruction)
컴퓨터를 이용한 교육 시스템으로,미리 프로그램된 내용의 학습을 대화형식으로 학생 스스로 진도에 맞춰 진행할 수 있다.
CAI의 기원은 1950년 수에즈 동란까지 거슬러 올라간다.이때 미국은 군함을 파견하여 선박의 안전을 확보하려 하였지만 대부분의 병기는 동란이 끝날 때까지 대포에 만족할 수 밖에 없었다. 그래서 가장 단기간에,가장 효과적인 교육 방법이 의논되고 스키너의 행동심리학에 의한 교육이 주목받았다. 이것이 기본적인 사고 방식이 되어 당시 발달하기 시작하던 컴퓨터로 실제 프로그램 학습을 하려는 기운이 생기면서,CAI가 등장하였다.
CAI의 진행 방법은 소프트웨어적으로 보면 그림에서 나타난 것같은 흐름의 조합이다.즉,가르칠 만한 내용을 많은 부분으로 나누어,순서있게 제시하여 이해시키면서 단개적으로 진행하는 것이 기본이 된다.이 그림은 한 가지 부분에 대응하는 것이다.
⑴ 학습자에게 새로운 교재를 제시하고,설명을 한다.사용하는 매체는 롤 상태의 필름, 비디오 디스크 등에서부터 컴퓨터 프로그램에 의해 생성되는 그래픽·디스플레이 화면까지 여러가지이다.음성을 병용하는 일도 많다.
⑵ 설명한 교재에 대한 이해를 확인하기 위해 학습자에게 문제(질문)를 내고 해답을 구한다. 사용매체는 교재와 같다.
⑶ 학습자가 문제에 대해서 반응한다.입력용 장치는 키보드, 타블렛, 라이트 펜 등이 이용되고,음성에 의한 것은 그다지 많은 예가 없다.
⑷ 해답이 맞을 경우 다음 교재로 진도가 나아가 같은 단계를 반복한다.
⑸ 해답이 틀렸을 경우는 그 원인을 시스템에서 가능한 한 분석한다. 틀릴 지도 모르는 사항에 대응한 오답도 포함하여 선택지를 작성하고 그곳에서 회답을 선택할 수 있으면 쉽게 분석할 수 있다.

■ 용장성(redundancy)
규정된 기능을 수행하기 위한 요소 또는 수단을 여분으로 부가하고,그 일부가 고장나도 전체가 고장나지 않는 성질을 말한다.
직렬 시스템은 기능적으로 괜찮지만,신뢰도가 낮기때문에 병렬 시스템의 부분을 만들어 용장성을 갖추고,비용은 들지만 신뢰도를 올리는데 이용된다.용장 시스템에는 여러가지 방식이 있지만,기본적인 것은 다음 세 종류이다.
⑴ 상용 용장(active redundancy) : 규정된 기능을 항시 수행하는 구성
⑵ 대기 용장 또는 예비 용장(stand by redunda?나타내는 정도 또는 성질.
[제품이 고장나기 힘든 성질] 과 [보전이 용이한 성질] 두가지의 개념으로 전자를 정량적으로 나타낸 것을 신뢰성(reliability) 후자를 보전성(maintainability)이라고 한다. 신뢰도의 정의는 확률에서 주어지고,[계, 기기 또는 부품 등이 규정 조건 아래에서 의도하는 기간중, 규정의 기능을 수행하는 확률]이 된다. 신뢰도를 R로 하였을 때, 1-R을 고장률이라고 한다. 고장률은 시간에 대해 일정하지 않고,보통 제1그림에서 나타난 것같이 변화한다. 즉 사용되기 시작한지 얼마되지 않아 설계 실수나 공작 실수의 원인으로 고장이 많이 발생한다.이것을 초기 고장이라고 부른다.초기 고장을 고치면 고장률은 거의 일정하게 된다.여기서 고장 원인은 인간의 조작 실수 혹은 부품 중에 불량품이 들어가 있어 발생하는 우발적인 것으로,이 기간의 고장을 우발고장이라고 부르고 있다. 장기간 사용하면 점차 부품이 노후 마모되기 때문에,재고장이 증가한다.이 시기의 고장을 마모고장이라고 한다.
계의 신뢰도를 부품의 신뢰도에서 구할 경우의 기본적인 개념은 직렬 시스템과 병렬 시스템이다.직렬 시스템은 계를 구성하는 요소 중 어느 하나가 고장이 나더라도 전체가 고장이 나는 것을 말하고 제2그림에서 나타난 것같은 신뢰도 블럭선 그림으로 나타난다.각 요소의 신뢰도를 R1,R2 ,...,RN으로 하면 계 전체의 신뢰도 R은,R=R1·R2·....·RN 이 된다.병렬 시스템은 계를 구성하는 요소 중 어느것 하나가 정상적으로 움직이면 전체가 기능을 소실하지 않는 것을 말하고 제3그림에서 나타난 것같은 신뢰도 블럭선 그림으로 나타난다. 각 요소의 신뢰도를 R1,R2,....,RN 이라고 하면 계 전체의 신뢰도 R은,R=1-(1-R1)(1-R2)....(1-RN)이 된다.
고장이 발생하면 부품을 교환하는 등 보전 활동을 하지만,고장 후에 하는 보전을 사후보전(corrective maintenance)이라고 하고,고장 발생전에 적당한 시간간격으로 부품을 교환하는 보전을 예방보전(preventive maintenance:PM)이라고 한다.보전의 필요도를 나타내는 척도는 보전계수 또는 취업인수라고 부르고 ρ=(보전시간)/(동작시간)으로 주어진다. 이같이 수리가능한 계를 보전하면서 이용하는 경우는,어느 특정한 순간에 계가 기능을 유지하고 있을 확률이 중요한 문제가 되지만 이것을 어베일러빌리티(availability)라고 하고 Α=(동작 가능 시간)/ (동작 가능 시간)+(동작 불가능 시간) 로 정의한다.

■ 에르고노믹스(ergonomics)
인간공학.인간의 특성을 연구하여 기계나 환경과의 조화를 도모하고 장해를 제거하여 일의 능률을 증진시키는 수법.
에르고(ergo)는 일의 단위인 에르그(erg)와 같고,그리스어가 어원으로,[일]을 의미하는 단어이다. 1922년에 미국의 오코너는 보스톤에서 인간공학 연구소를 설립하여 산업계 생산활동에 대한 인간의 적성검사 방식을 연구하였는데 이것이 인간공학의 시초라고 한다.
그 후제2차 세계대전에서 신병에게 복잡하고 고도의 기술을 요하는 병기를 조작하게 하여 사고가 많이 발생하고,특히 항공기에서는 중대한 문제가 되었다. 사고가 발생하기 쉬운 이유는 설계가 좋지 않을 것이라는 기본적인 생각에 서서,주로 미국에서 실험 심리학자가 연구를 하여 많은 성과을 얻어 인간공학 발전을 추진하게 되었다.
예를들면,제1그림은 고도계를 설계한 예로,삼침식이 잘못 읽히는 사고가 많아 이침식과 단침식을 시험으로 만들어 실험하였다.
그 결과 바늘의 수가 적을수록 읽는데 필요한 소요시간과 미스가 적다는 것을 알게 되고,종래의 삼침식을 단침식으로 바꾸게 되었다.
그림2는 감시용 계기의 배치를 개량한 예이다.상태를 감시하는 계기에서는 정상일 경우 바늘은 거의 일정한 장소를 가르키기 때문에 이것을 한방향으로 모아 배치하면 이상이 있으면 바늘이 모이지않기 때문에 발견하기 쉽다. 제3그림은 심볼식 레버로 각종 조작용 레버의 손잡이 부분을 손으로 만지는 것만으로 식별할 수 있는 형태로 한 것이다.
10종류 정도는 촉각만으로 충분히 식별할 수 있고 잡는 부분에 알파벳을 조각한 것도 있다.메카트로닉스 기기에서는 산업용 로봇이나 퍼스널 컴퓨터, 워드프로세서 등이 인간공학의 대상이 되고 있다.
예를들면 산업용 로봇에서 문제 비율이 가장 많은 것은 제어장치의 고장 두번째가 교시 등 조작 상의 실수라고 한다. 일반적으로 이들 기기는 다기능화하는 경향이 있지만 다기능화하면 할수록 선택용 스위치나 버튼의 수가 증가하여,능숙하게 다루기 어려워진다.
그래서 기계로부터 디스플레이 장치에 의해 인간의 시각에 호소하는 정보를 표시하고 단시간에 많은 정보를 전달하려는 연구 등이 이루어지고 있다.
이밖에 키보드나 디스플레이의 높이를 조절하는 것 디스플레이 형광재료의 개선, 키보드의 경사, 키의 배열, 눌러 내리는 압력의 최적화 키보드와 화면의 분리 등의 예를 들수 있다.
또 산업용 로봇의 팔을 움직여 teaching을 할 경우 인간의 힘을 검출하는 센서를 장비하여 500g정도의 힘으로 움직일 수 있도록 한 것도 있다.
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