{{ post.title }}
글 편집
글 편집 (이전 에디터)
{{ post.author.name }}
작성일
2015년 4월에 펑션베이는 아이치현의 나고야시에서 ‘일본의 산업중심지 육성을 목표로 일본 중부지역 최초의 관립고등교육기관’으로 설립된 나고야 공업대학교(Nagoya Institute of Technology)에 RecurDyn을 기증하였고, 본 인터뷰는 이 대학교의 세키 켄타(関 健太) 교수와 진행한 내용입니다.
Q) 나고야 공업대학은 일본의 뿌리기업(모노즈크리 기업, ‘장인 정신’으로 제품을 생산하고 있는 기업)이 모여있는 아이치현의 공업계 국립대학이므로, 중요한 위치에 있다고 생각되는데, 산학공동연구를 많이 진행하고 계신가요?
A) 아이치현은 자동차, 공작기계, 항공기 등, 각종 산업이 활성화된 지역이라, 공동연구가 많은 편이라고 생각합니다. 그와 관련하여 특색 있는 연구가 진행되고 있는 부분도 있습니다.
Q) 그렇다면 현재 학교 내에서 교수님이 관련된 연구를 소개해주실 수 있을까요?
A) 원래 고속•고정도의 위치 결정과 관련된 모터의 제어 연구를 했습니다. 그 중에서도 특히 진동의 억제를 대상으로 하였습니다. 현재는 고속•고정도 뿐만 아니라, 움직이는 대상 전반의 제어라는 관점에서 모터를 통한 제어뿐만 아니라, 유압을 이용한 제어도 연구하고 있습니다. 구체적으로는 건물을 위에 두고, 내진 성능을 검증하는 진동대의 유압 가진기의 제어에 대한 연구입니다. RecurDyn(리커다인)도 이 연구에 사용되고 있습니다.
Q) 연구 대상이 다양하고, 제어도 유압을 이용하기도, 모터를 이용하기도 한다는 말씀이군요.
A) 예. 애플리케이션 중의 하나가 진동대인 셈이죠. 공작기계나 로봇과 관련해서도 다양하게 진행하고 있습니다.
Q) RecurDyn(리커다인)을 사용하게 된 계기는 무엇인가요?
A) 실은 과거 기업체에 근무하던 시기에 연구개발에 RecurDyn을 사용하였습니다. 앞서 말씀 드린 진동대에 대한 이야기가 나왔을 때, RecurDyn을 떠올리고 제어 시뮬레이터와의 연계, 탄성체기능 등에 대해서도 기대를 하였지요. 이 연구 주제에서는, 해석모델은 CAD를 이용하여 진동대를 모델링하고 (Fig1) 제어계를 설계하여 시험장치의 테이블 위에 건물을 모사한 것들을 올려두고, 아래쪽을 진동시키는 실험을 합니다. (Fig2)
Figure 1 진동대 모델
Figure 2 진동대 실험장치
Q) 진동대의 목적은 하단에서 발생한 진동을 흡수하는 것인가요?
A) 이건은 단순히 건물의 내진성능을 보는 것으로, 지진이 일어났을 때 건물이 어떻게 흔들리는 지, 어떻게 무너지는 지를 보기 위한 도구입니다. 실제 지진의 경우와 동일한 진동을 재현하는 것이 목적입니다.
Q) 건물이 흔들리지 않게끔 하는 것이 아니라, 어떻게 하면 진동대를 지진과 동일하게 진동시킬수 있을 것인가라는 말씀이군요.
A) 예를 들면, 진동대에서는 상단에 물체들이 놓이므로, 가진축과 중심이 틀어져서 모멘트가 발생합니다. 수평축만 있다면 문제가 없지만 수직방향의 가진도 있으므로 그부분을 고려하여 제어계를 설계하지 않으면 지진의 파형을 정확하게 재현할 수 없습니다. 또한 건물의 공진으로 그 반력이 가진기에 가해지는 문제가 생길수도 있습니다.
Q) 그러한 외란의 영향을 억제할 필요가 있다는 말씀이군요.
A) 이전에는 ‘일축방향의 가진을 통해 어떤 식으로 반력을 억제할 수 있을까’라는 주제를 실험과 시뮬레이션을 통해 수행하였습니다. 이 2차원 진동대의 경우에는 일단 수식을 풀어 제어를 위한 모델화가 가능합니다만, 저의 전공분야도 전기쪽 제어이고 학생들도 전기전자공학을 공부하였기 때문에 갑자기 메커니즘을 모델화하는 것은 어려움이 있을 것이라고 생각했습니다. 또한 건물을 변경하여 실험할 때에 매번 수식을 풀어 모델링을 다시 하는 것도 쉽지 않을뿐더러 시간도 걸리기 때문에, 그렇다면 리커다인을 사용해보면 어떨까라는 생각을 하게 되었습니다.
Q) 실제 기계는 크기를 생각하면 연구실에서 실험하는 것이 쉽지 않겠군요.
A) 예. 그 때문에 지금은 공기 액츄에이터를 이용하여 수평방향과 수직방향의 가진이 가능한 소형 프로토타입(prototype)을 사용하여 RecurDyn과의 정합성(整合性) 검증을 위한 실험을 진행하고 있습니다.
아래의 그래프는 가속도파형의 한 예로, 위쪽이 시간응답이고, 아래쪽이 그에 대한 주파수해석결과, 빨간선이 실험결과이고 파란선이 RecurDyn을 사용한 시뮬레이션 결과입니다. (Fig3)
Figure 3 가속도응답파형의 실험과 시뮬레이션의 비교 결과
Q) 이건은 실제 지진파형인가요?
A) 모의적인 지진파로서 작성한 랜덤파형입니다. 여기에 대해 가진기의 가속도응답의 계측결과와 해석결과를 비교하고 있습니다.
Q) 유압을 사용하는 실물에 비해 공기압을 사용할 때의 강성의 차이가 영향을 주고 있습니까? 아니면 대상물이 빌딩에 비해 대단히 작기 때문에 공기압을 특별히 고려할 필요는 없습니까?
A) 발생하는 힘도 중요합니다만, 공진이 몇 Hz 정도인가 그 주파수 대역에서의 게인(Gain)이 몇Db인가 등.. 제어계의 설계의 측면에서 보면, 제어 대상의 특성이 더 중요합니다. 유압이라면 강성이 높으므로 공진도 높게 나타납니다만, 실물의 진동대는 수십톤인 경우도 있으므로 결국 상대적으로 낮게 나타납니다. 공기압의 경우는 액츄에이터 자체가 부드러워서, 질량이 그렇게 크지 않아도 비슷하게 나타나므로, 제어에 있어서 모사가 가능하다고 생각합니다.
Q) 비슷하다는 말씀이군요.
A) 우선은 연구실레벨에서 수행하고, 나중에 산학공동으로 유압을 이용해서도 해보자는 형태가 되면 좋을 것 같습니다. 다만 규모의 차이가 있을지라도, 연구실에서도 직접 프로그램을 통해 물체를 움직여보고 그것과 자신이 수행한 시뮬레이션이 올바른지를 검증하는 것은 필요하다고 생각합니다.
Q) 현재 실험과 같은 결과가 RecurDyn을 통해서도 나오고 있다는 말씀인가요?
A) 그렇습니다. 억지로 맞추고 있는 측면도 있긴 합니다(웃음). 지금은 진동대뿐입니다만 향후 다른 메카트로닉스 기기에도 사용해보고자 하며, 결국 제어의 측면에서 봤을 때, 강체만으로는 단순화되는 부분도 있으므로, FFlex를 이용하여 위쪽의 건물을 탄성체로 고려한 상태에서 반력을 구할 수 있게끔, 탄성체도 활용해나가고자 생각하고 있습니다.
(FFlex : 리커다인의 직접법 탄성체 옵션 : Fig4)
Figure 4 FFlex를 이용한 RecurDyn 해석 모델
Q) 지난 동일본 대지진이 발생했을 때도, 고층건물들이 유연한 구조물처럼 크게 흔들렸다고 하더군요.
A) 탄성을 고려하여 제어대상을 모델링하여 동작시켰을 때의 진동도 표현할 수 있다면, 보다 실험에 가까운 결과를 구할 수 있다고 생각합니다. 제어대상의 모델링 툴의 하나로서 사용하고 싶습니다. 물리현상을 법칙에 따라 수식화한 모델이 기본입니다만, 학생들도 이러한 CAD를 사용한 3차원 모델링 방법도 있다는 점을 알아두면 좋을 것이라고 합니다. 더 나아가 실제 모델이 있다면 더욱 알기 쉽겠지요.
Q) 전기계열의 학생에게 어려운 점은 없습니까?
A) 쉽게 사용할 수 있었던 것 같습니다. 실제 기계와 달리, 제어계가 불안정해져서 발산하더라도,.컴퓨터에서 연기가 나거나 하지는 않으니까요. (웃음) 자유롭게, 그리고 간단하게 모델을 변경하는 것이 가능하기 때문에 결국 재미있게 사용할 수 있었습니다. FFlex도 몇 개월 정도 사용법을 익혀, 간단한 해석결과는 얻을 수 있었고요. 다만, 실제 어떤 식으로 계산이 수행되고 있는지, 이해하지 못하고 있는 부분이 있는 듯 하여 그러한 점은 알아둘 필요가 있다고 이야기 해주고 있습니다.
Q) 탄성체를 사용하는 방법으로는 모드합성법이라는 방법과 FFlex와 같은 직접법이라는 방법이 있습니다. 모드합성법에는 모드라고 하는 개념이 있어 익숙해질 때까지는 어렵게 느껴지리라 생각합니다만, 직접법은 직관적으로 이해할 수 있으리라고 생각합니다.
A) 그 점은 저도 느끼고 있었습니다.
Q) 마지막으로 소위 전기계열과 기계계열을, 현장의 기술자가 양쪽 모두 커버하는 것은 상당히 어려운 부분이 있다고 생각합니다. 기업체에서의 기계 설계와 학자로서의 전기 연구를 경험하고 계신 교수님의 의견을 들려주실 수 있을까요?
A) 현재, 재료의 강도, 기계의 설계, 역학과 유체 등, 핵심기반기술의 기술자는 물론 필요합니다만. 이를 어떻게 시스템으로 조합하여 좋은 제품을 만들어나갈 것인가라는 점에 있어서는 미국이나 유럽에 비해 조금은 약한 부분이 있다는 생각도 듭니다. 그렇다면 시스템의 설계로서 전체를 볼 수 있는 기술자를 어떻게 배출할 것인가라는 점이 중요하다고 생각합니다.
Q) 그러한 의미에서 보면, RecurDyn이 가지고 있는 강체•탄성체•제어•전기 등의 복합영역에 있어서 전체를 커버하고자 하는 방향성은 틀리지 않았다는 말씀인가요?
A) 오히려 반드시 그렇게 해야 하며, 그러한 것들을 조합해 나가는 것이 중요하다고 생각합니다. 다만 시뮬레이션에만 치중하여 실제 현상을 소홀히 하지 않도록 주의해야 한다고 생각합니다.
마무리) 역시 중요한 것은 실제 현상이라는 말씀이군요. 앞으로도 다양한 분야에서 RecurDyn을 유용하게 활용해주신다면 감사하겠습니다.
▶ 인터뷰 원문 보기. http://www.functionbay.co.jp/product/user/nagoya_20120416.pdf
세키 교수와 FunctionBay Japan의 스즈키 사장
주소 : 경기도 성남시 분당구 판교로 228번길 15 판교세븐벤처밸리 1단지 2동 5층
대표번호 : 031-622-3700
이메일 : info@functionbay.co.kr
