용접 조립보의 생산시에는 용접에 의해 종변형이 발생하여, 생산성 향상과 품질 향상의 장애 요인이 되고 있는데, 본 연구에서는 용접 조립보 생산 자동화의 기초가 되는 변형 제어를 위해 용접 변형을 간단한 식으로 예측할 수 있는 간이 열탄소성 해석 기법을 제안하고 실험을 통해 그 유용성을 입증하였다. 간이 열탄소성 해석을 통해 본 연구에서 정의한 변형 계수는 조립 변수의 함수임을 밝혔으며, 제시한 변형량 추정식은 조립보 생산 과정의 시뮬레이션시에 활용 될 수 있다.
본 연구에서는 경제적이고, 품질이 우수한 용접 조립보의 생산을 위해 요구되는 조건을 컴퓨터 시뮬레이션 방법 및 최적화 방법을 이용해서 찾고자 한다. 이를 위해 용접 조건과 가열 조건 등 조립보의 생산 과정을 지배하는 변수를 선정하고, 이 변수에 따라 조립보 생산비를 추정할 수 있는 모델을 제시하여, 생산에 따른 제한 조건을 만족시키면서, 생산비가 최소가 되는 생산 변수를 구하였다. 더 나아가서 설계 및 생산의 통합 제어를 위해 용접 조립보의 생산에 따른 총 비용을 산출할 수 있는 추정식을 제시하고, 선급 규정에 따라 설계하는 과정까지 포함하여 최적화를 수행하였다. 또한 곡직가열이 불가능한 경우를 가정하여, 가중치법에 기초한 다목적 최적화 기법을 도입하고 최소 비용과 최소 변형의 절충해를 얻는 방법을 제시하였다.
용접에 의해 발생된 조립보의 종굽힘 변형은 다음 공정에서 판과 결합되기 위해서 교정되어야 한다. 변형의 교정은 숙련된 기능공들의 경험에 의한 곡직 가열을 통해 수행되고 있는데, 이 작업은 시행착오적 과정을 거치면서 이루어 지므로 상당한 공수가 소요된다. 본 연구에서는 가열에 의한 곡직 변형량을 추정할 수 있는 방법을 제시하고, 이 방법을 활용하여 용접 조립보의 생산 과정을 재현할 수 있는 시뮬레이션 방법을 개발함으로써, 조립보 제작 시의 생산성을 향상하고자 한다.
경골목조건축공법에서 개구부의 헤더로 많이 사용되는 조립보에 대한 설계자료를 구하기 위하여 $2{\times}6$ ($38{\times}140 mm$), $2{\times}8$ ($38{\times}184 mm$), $2{\times}10$ ($38{\times}235 mm$) 및 $2{\times}12$ ($38{\times}286 mm$) 부재를 3개 겹쳐서 휨 시험편을 제작하였다. 이들에 대한 휨 시험을 통하여 조립보에 대한 허용응력을 구하고 허용응력에 근거하여 여러 가지 하중 조건에 대한 경간표를 작성하였다. 조립보에 대한 휨 시험 결과로부터 10 mm의 처짐이 발생할 때의 휨응력을 조립보 헤더의 휨강도로 산정하였다. 조립보에 대한 경간표는 외벽에서 헤더가 사용되는 위치에 따른 5가지 하중조건과 내벽에서 헤더가 사용되는 위치에 따른 2가지 하중조건을 고려하여 작성할 수 있는 것으로 생각된다. 총 7가지 하중 조건에 있어서 외벽에 사용되는 헤더에 대한 5가지 하중조건에서는 고정하중, 활화중 및 적설하중이 포함되었으며 내벽에 사용되는 헤더에 대한 2가지 하중조건에서는 고정하중과 활하중이 포함되었다.
본 연구에서는 자동차 밸브 바디 (valve body) 나사의 조립 상태를 검지하고 조립 작업을 보조하기 위한 증강현실 (AR) 앱을 개발하고 테스트를 통해 유효성을 보인다. 조립할 나사의 조립 위치와 순서 및 조립 상황들을 표시하는 컨텐츠들을 생성한 후 스마트 폰 화면의 밸브 바디 영상 위에 정합하여, 조립 도중에 작업자에게 보여준다. 이를 위해, 밸브 바디의 2차원 이미지로부터 특징 데이터를 추출하고 밸브 바디의 포즈를 알아낸다. 밸브 바디 위의 각 나사들이 조립될 영역의 영상을 추출하고 주기적으로 해당 영역의 휘도를 판별하며, 밸브 바디 위의 정해진 위치에 순서에 따라 각 나사들이 조립되고 있는 지를 확인한다. 미조립 또는 조립 순서 오류 등 조립 에러가 검지되면 경고 음이 발생되어, 작업자가 스마트 폰 화면에서 즉시 조립 상태를 확인하고 에러를 처리할 수 있다. 테스트를 통해 5개 나사의 조립 상태를 검지하는데 약 65ms가 걸리고 1시간 동안 오류 없이 조립 상태가 검지되는 것을 확인했다.
액체로켓엔진 조립을 위한 엔진 조립장이 국내에 구축되어야 하며 이에 대하여 국내의 사례가 없으므로 해외 엔진 조립장의 사례를 조사하였다. SNECMA, EADS, Rocketdyne 등의 조립장의 구조, 레이아웃, 청정설비, 크레인 등을 조사하였다. SNECMA 엔진조립장은 Vulcain 엔진의 대형엔진 조립라인 및 HM7, Vinci 엔진 등의 소형엔진 조립라인으로 구성되어 있다. 청정도는 코어 및 Subassembly 조립실은 100 K class 이며, 기타 나머지 조립공간은 300K class로 구축되어 있다. EADS의 엔진 조립장은 중앙에 연소기 부품을 가공하는 가공장비들이 배치된 하이베이 구역이 있으며, 이 하이베이 구역의 측면에 사무실, 측정실, 회의실 등의 로우베이 기능실들이 배치되어 있다. Rocketdyne 엔진 조립시설은 청정도 300K class이하의 엄격한 청정도 관리가 없는 것으로 보이며 치구형태의 개별 플랫폼을 사용하여 공간 활용을 효율적으로 할 수 있도록 하고 있다.
본 연구에서는 유한용량을 갖는 조립/분해 생산시스템의 산출율분석을 위한 근사적 방법을 제시한다. 유한용량을 갖는 조립/분해 생산시스템은 상태공간이 매우 크기 때문에 효율적으로 분석하기가 어렵다. 따라서 근사적 방법에서는 조립/분해 생산시스템을 비교적 작은 규모의 상태공간을 갖도록 단순 조런/분해 시스템과 단일 직렬시스템을 갖는 각각의 부분시스템으로 분해한다. 각 부분시스템은 2차 모멘트가 고려된 PH/Ph/1/C 시스템으로 기술되고 수리적 방법에 의해 분석되어진다. 실험결과는 시뮬레이션과 비교되고, 제시된 근사적 방법이 효과적이라는 것을 보여준다.
최근 펩티드를 포함한 다양한 물질들의 자기조립 (self-assembly) 나노구조체에 대한 연구들이 많이 진행되고 있다. 이는 이러한 분자들로 구성된 구조체들이 환경친화적이며, 생체 나노구조체를 묘사함을 통해 세포소기관의 기능 역시 모방할 수 있다고 기대되기 때문이다. 만약 분자 수준에서 자기조립을 형성하는 단위체를 살펴본다면 자기조립 나노 구조를 개발하는 방법에 대한 통찰을 얻을 수 있을 것이다. 본 연구에서는 최근에 Wen Li 그룹에서 개발한 쉽게 합성할 수 있는 자기조립 펩티드의 적합성을 분자 수준에서 규명하였다. 이를 위해 복제계-맞바꿈 분자 동역학 시뮬레이션 (replica exchange molecular dynamics simulation)을 통해 구조를 샘플링 (sampling)하였고, 얻어진 구조들을 평균 제곱근 편차 (root mean square deviation, RMSD)를 기준으로 클러스터링하였다. 그 결과로 매우 우세한 상대빈도를 보이는 하나의 구조를 얻었으며, 그 구조가 탄소 골격과 잔기의 배열의 측면에서 자기조립 펩티드로 사용되기에 적합함을 규명하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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