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    학술대회 참관기 게시판 내용
    제목 8th ECCOMAS Thematic Conference on Multibody Dynamics
    작성자 김태윤
    작성일 2017-07-04 오후 3:12:32




    European Community on Computational Methods in Applied Sciences (이하 ECCOMAS) 는 유럽 지역의 여러 국가에서 2년마다 개최되는 국제학술회의다. 이는 2003년 포르투갈 리스본에서 처음으로 개최된 이후, 2005년 스페인 마드리드, 2007년 이탈리아 밀라노, 2009년 폴란드 바르샤바, 2011년 벨기에 브뤼셀, 2013년 크로아티아 자그레브, 2015년 스페인 바르셀로나에서 성공적으로 개최되었다. 올해는 체코 프라하의 Czech Technical University(CTU) 에서 8th ECCOMAS가 6월 19일부터 22일까지 개최되었다.    
     
     
     
    ECCOMAS는 다물체 동역학의 이론과 응용 연구에 관심있는 엔지니어와 과학자를 위한 국제 포럼으로, 학회의 주요 목적은 학계, 연구기관 및 산업체에 소속된 국제 연구자, 과학자, 전문가들 간의 과학 기술 교류와 협력을 강화하는 것이다. 주요 주제는 탄성 다물체 동역학, 실시간 응용 프로그램, 제어 및 최적화, 로보틱스 시스템, 차량 동역학 등으로 다양한 분야에서의 연구를 주제로 삼고 있다.  
     
    학회장인 CTU는 1701에 설립되어 유럽에서 가장 크고 오래된 기술 대학 중 하나이다. CTU에는 현재 8개의 학부(토목 공학, 기계 공학, 전기 공학, 핵 과학 및 물리 공학, 건축학, 교통 과학, 생체 공학, 정보 기술)가 있으며, 2만 1천명의 학생들을 가르치고 있다. 
     
     



     


     
     
    Opening Ceremony는 오전 9시 30분에 8TH ECCOMAS 주최자인 Michael Valášek 교수님의 연설로 시작되었고, 많은 나라의 외국인들이 참석하였다. 총 참석 인원은 219명으로, 27개의 나라에서 참가하였으며 이 중 20명의 한국인이 참가하였다. 이어서 개최장소인 Faculty of Mechanical Engineering, CTU 에 대한 설명부터 Reception에 대한 내용까지 General Information이 전달되었고, 이어서 Keynote Speech가 발표되었다.  
     
     



    연구실에서 이번 학회에 참여한 학생들과 지도 교수님인 유완석 교수님의 사진이다. 지도 학생들을 위해 매년 국제학회에 참가하시어 해외 인사들과 기술 교류 및 친분을 나누신다. 사진은 한 세션의 좌장을 맡고 계신 모습이다.


     




     학회장은 총 3개의 발표장이 준비되어 있었고, 실제 학생들이 수업을 듣는 강의실이었다. 발표 자료를 볼 수 있는 스크린이 강의실 양 쪽으로 두 개가 있고, 의자는 계단식으로 되어있어 앞사람이 뒷사람의 시선에 방해가 되지 않기 때문에 강단이나 스크린이 매우 잘 보이는 구조로 되어 있었다. 설립된 지 오래된 학교임에도 불구하고 학생들을 위한 최신식의 설계가 적용되어 있었다. 발표를 위해 앞에 서니 발표장 공간이 크고 시선이 집중되는 구조 탓에 긴장되었지만 준비한 만큼 발표를 진행하였고 잘 마무리되었다.
     
     
     
     
     학회장 건물의 4, 5층에 식사 공간이 따로 마련되어, 외국인 스텝의 배식에 따라 식사를 받을 수 있었다. 주로 고기와 감자, 채소류 였으며 동양인을 위한 배려인지 Rice도 있었고 선택에 따라 추가로 받을 수 있었다. 학회 발표 시간 동안 이 공간은 휴식 장소로 활용되어 빵, 과자, 음료수 등의 다과가 놓여져 있었다. 군데군데 외국인 스텝을 배치하여 다과가 떨어지지않게 유지하였으며 기타 도움을 받을 수 있었다.
     
     
     
     
     특이사항으로 학교 내에 사진과 같은 전시품이 굉장히 많았다. 전시품의 내용으로는 특정 분야의 역사에 관련된 물건부터 학생들의 졸업 작품까지 다양했다. 유리 전시 밖에 있는 버튼을 누르면 작동하는 물건도 있었다.
     
     
     
    또 다른 특이사항으로 학회장 내 간이 엘리베이터가 있었다. 왼쪽은 항상 내려가고, 오른쪽은 항상 올라가므로 타이밍에 맞게 올라타야 한다. 안전사고의 위험이 있어 보였으나, 실제로 이용해보니 주의만 한다면 매우 편리하게 이용할 수 있겠다는 생각이 들었다.
     
     
     


     
     올해 학회가 열린 체코 프라하는 한국인들에게 관광지로도 유명하지만, 중앙 유럽에서 가장 오래된 대학이자 최초의 대학인 카를 대학이 있는 곳이기도 하다. 음속의 개념을 정리한 에른스트 마하, 상대성 이론의 알버트 아인슈타인, 체코의 대표 작가 프란츠 카프카, 라이너 마리아 릴케 등의 많은 인재들을 배출하였다. 비록 학회장은 아니었지만 학회장에서 쉽게 갈 수 있는 위치에 있어 잠시 견학하였다.
     


     

    1) Multibody Dynamics Formalisms for Multidisciplinary Applications: Current Problems and Challenges (Keynote Speech) / (Dr. Jorge Ambrosio, Universidade de Lisboa, Portugal)

     
     Keynote Speech는 개회사에 이어서 시작되었다. 연사는 포르투갈에 있는 Lisbon 대학의 기계공학부 소속의 박사로서 다양한 과제에서 적용한 다양한 다물체 동역학 해석기법들과 직면하였던 어려운 문제에 대해서 소개하였다. 그는 발표 초반부에 Multibody Dynamics 의 역사와 그와 관련된 도서와 학술지 및 학회의 발전사를 소개하였으며, 이어서 Railway Dynamics 와 biomechanics 에 관련된 수행 과제들을 소개하였다. 첫째로, Railway dynamics 와 관련된 예제로는 롤러코스터 코스 설계를 위한 동역학 해석문제를 제시하였다. 롤러코스터는 곡선의 선로를 매우 빠르게 움직이기때문에 선로와의 구속력을 예측하는 것은 코스 설계에 있어서 매우 중요하다. 선로의 자유로운 곡선형상을 표현하기위해 Spline Curve 를 사용하였으며 Path Following Constraint 를 적용하여 차량이 선로를 벗어나지 않도록 모델링 하였다. 그리고 인체모델링을 추가하여 롤러코스터 운행간 인체에 미치는 관성력을 예측하였으며 설계된 코스가 안전규정을 벗어나지 않았음을 확인하였다. 둘째로, Biomechanics 와 관련된 예제로는 스포츠 공학에 사용될 인체의 근골격계 모델링을 제시하였다. 인체의 회전 관절은 기계의 Hinge 와는 달리 회전각에 따라 회전중심축의 각도와 위치가 변하게 된다. 이를 고려하기 위한 구속식을 개발하여 관절의 회전에 따른 자세의 변화를 더 정확하게 표현하였다. 이외에 연사는 Co-Simulation 의 중요성과 현재 학계의 노력에 대해서 정리하여 발표하였다.
     
     


    2) Study on Model Order Reduction of Flexible Multibody Systems / (Kai Luo, Cheng Liu, Qiang Tian, Haiyan Hu)

     
     하중에 의해 변형하는 탄성체를 고려하는 다물체 동역학 시스템을 탄성 다물체 동역학 시스템이라 한다. 일반적으로 탄성 다물체 동역학 시스템은 해석의 목적에 따라 Absolute Nodal Coordinate Formulation (ANCF) 와 Floating Frame of Reference Formulation (FFRF) 으로 구분되어 모델링에 사용된다. 일반적으로, ANCF 는 탄성체의 대변형에 의한 기하학적 비선형성을 고려하기위해서 사용된다. 하지만, 자유도가 매우 높은 시스템을 다뤄야 할 때는 큰 해석비용이 요구된다. 본 발표에서는 ANCF 를 사용하는 탄성 다물체 동역학 시스템의 해석효율성을 향상하기 위해 Reduced-Order Models (ROMs) 이 제안되었다. 제안된 ROMs 는 Galerkin Projection Methods 와 Proper Orthogonal Decomposition을 기초로 유도되었다. ROMs 의 축소 강성행렬과 일반화 힘 벡터는 널리 사용되는 OpenMP 기반의 병렬처리 기술을 통해 각 탄성체 마다 계산되었다. 추가적으로, ROMs 의 계수 행렬의 특이성을 처리하기 위해 축소된 구속식을 선정하는 간단한 방법이 제안되었다.  
     
     



     
    3) Comparison of Continuous Co-Simulation Methods Regarding Stability, Error and Performance /(Martin Busch)

     
     컴퓨터 성능의 향상에 따라 단위 시스템이 아닌 제품의 전체 동역학 시스템을 한번에 해석하고자 하는 시도가 늘어나고 있다. 이 때, 하나의 소프트웨어로 모든 요소를 모델링 또는 해석하기 어렵기 때문에 둘 이상의 소프트웨어를 연성하여 Co-Simulation 을 수행하는 것이 일반적이다. 연성 해석을 위해서는 각 모델의 입력들과 출력들은 서로 연결되어야 하며, 시간 적분 과정 중에 업데이트 되어야한다. 각 프로그램들은 Discrete Time Point 에서만 입출력을 주고 받기 때문에, 각각의 입력 값들은 시간 적분 중에 보간 또는 외삽되어 운동방정식 계산에 이용되어야 한다. 대부분의 연성 코드에서 입력 값의 근사는 고전적인 다항식 보간 또는 외삽 기법을 바탕으로 이루어진다. 하지만, 고전적인 방법의 단점으로 인해 Discrete Time Point 들에서 불연속이 발생할 수 있고, 이는 Co-Simulation의 해석 효율을 떨어뜨리는 주요한 요인이 된다. 본 발표에서는, 이러한 문제를 해결할 수 있는 C0-Continuous 근사 방법이 재조명된다. 여기서, C0-Continuous 는 입력 값의 보간 또는 외삽의 결과가 연속임을 의미한다. 제안된 방법의 수치적 안정성과 지역 에러가 분석되었으며, 제안된 방법의 결과는 고전적인 다항식 방법의 결과와 비교하여 더 나은 효율성을 보였다. 제안된 방법은 Implicit 적분기를 사용하는 서브 시스템 간의 연성 해석에서 특히 효과가 있었다.
     
     




     
    4) Dynamic Analysis of a 3D Printer based on the Delta Mechanism / (Eduardo Paiva Okabe, Pierangelo Masarati)

     

    본 발표에서는 델타 메커니즘을 사용하는 3차원 프린터의 모델링과 동역학 해석 방법이 제시되었다. 3차원 프린터는 소프트웨어와 모터, 베어링, 탄성빔 등의 하드웨어의 다양한 요소로 결합된 복잡한 기계이다. Fused Deposition Method (FDM) 는 3차원 프린터에서 가장 널리 사용되는 방법으로 용융 플라스틱의 사출 헤드를 이송하여 제품을 적층식으로 제작하는 방법이다. FDM 방식의 프린터는 직교 이송을 하는 Gantry 메커니즘을 주로 이용한다. 하지만, 델타 메커니즘 역시 빠른 속력과 단순함으로 사용되기도 한다. 델타 메커니즘의 사용하는 3차원 프린터의 시뮬레이션 절차는 다음과 같다. 우선 출력 결과물을 모델링 한 후에 헤더의 이송경로를 생성한다. 역기구학 해석을 동해 생성된 해더의 이송경로를 만족하는 스텝모터 드라이버의 구동 스크립트를 생성한다. 생성된 구동 스크립트로부터 3차원 출력 과정을 동역학 해석하여 출력물의 정확도를 예측한다. 델타 메커니즘의 암은 다물체 동역학 해석 프로그램인 MBDyn 의 Finite Volume Beam 으로 모델링 되었다. 본 발표에서는 델타 메커니즘의 Arm 이 탄성체일 때 정확도가 떨어지게 되는 것을 보이며, 이를 고려한 설계가 필요함을 강조하였다.
     

     
    5) Convergence Rate Improvement in The HHT Integration Method for Index-3 DAEs of Multibody Dynamics / (Naresh Khude, Mike Collingridge, Jose Ortiz, Ashraf Hamed)

     

     


    본 발표에서는 Index-3 대수방정식으로 표현되는 구속 시스템에 자주 사용되는 Hilber-Hughes-Taylor (HHT) 적분기의 개선 방법이 제시되었다. HHT 알고리즘은 낮은 주파수 응답의 정확도와 높은 주파수 응답의 수치 감쇠를 최적으로 만족시키는 장점 때문에 구조 동역학에서 널리 사용되는 수치 적분기중 하나이다. HHT 방법의 다물체 동역학 해석에 적용하기 위한 첫 변형은 Negrut 에 제안되었으며, 다물체 동역학 해석을 위한 상용 소프트웨어인 ADAMS 에서 구현되어 Index-3 formulation 사용시에 널리 사용되고 있다. 본 발표에서는 Negrut 에 의해 제안된 방법의 단점이 논의 되었고, Generalized-alpha 방법의 아이디어를 차용하여 개선된 HHT 알고리즘이 제안되었다. 다양한 검증 모델의 해석 결과를 통해서 제안된 방법이 더 정확한 결과를 제공할 뿐만 아니라 해석 속도를 향상시키는 것이 확인 되었다.
     
     


    6) Dynamics of Falling Dominoes / (Tengfei Shi, Caishan Liu)


    도미노 게임은 일렬로 나열된 작은 사각 블록이 연쇄적으로 쓰러지는 단순한 기계 시스템의 일종이다. 이러한 현상은 매우 단순하게 보이지만, 블록과 바닥 간의 마찰 및 충돌에 의해 운동이 지속되는 매우 복잡한 동역학 문제 중 하나이다. 본 발표에서는 최근에 소개된 Coulomb 마찰에 의한 Multiple Impact Law를 바탕으로, 일정하게 나열된 블록의 동역학적으로 분석하기 위한 정밀한 도미노 모델을 제안하였다. 시뮬레이션 및 실험을 통해 제안된 방법이 기존의 방법들 보다 도미노 현상을 더욱 올바르게 예측함을 보였다. 시뮬레이션으로부터 블록이 쓰러져가는 속도는 블록의 형상과, 블록 간의 간격, 그리고 마찰 및 반발계수에 영향을 받는 것을 확인할 수 있었다.
     
     
     
    7) Optimal control of a biomechanical multibody model for the dynamic simulation of working tasks / (Michael Roller, Staffan Björkenstam, Joachim Linn, Sigrid Leyendecker)

     
     
     본 발표에서는 최적의 작업 모션을 알아내기 위해, 근로자의 생체역학적 모델링과 최적제어 기법을 소개하였다. 근로자의 팔뼈들은 다물체 시스템으로 표현되었으며, 근육은 Simplified Hill Muscle Model 을 사용하여 모델링 되었다. 두 팔은 각각 7자유도로 모델링 되었으며, 각기 29개의 근육 모델로부터 힘이 발생되도록 하였다. 그리고, 최적 제어를 이용하여 다양한 목적함수에 따른 사람의 거동이 연구되었다. 최적제어는 널리 사용되는 라이브러리인 IPOPT 를 이용하여 구현되었다. 모델링 및 해석 기법을 검증하기 위해 낮은 위치의 박스를 높은 위치로 들어올리는 작업 케이스에 대한 시뮬레이션이 수행되었다. 목적함수에 따라 조금씩 다른 방법으로 박스를 들어올리는 모습을 확인하였으며, 각 방법에 따른 근육의 부하도 확인하였다.
     
     



     
     
     
     
     2017 ECCOMAS는 스페인 바르셀로나에서 개최된 2015 ECCOMAS에 이어 필자가 연속으로 참가하고 있는 국제 학회이며, 올해는 체코 프라하에서 개최되었다. 체코의 날씨는 더운 편이지만 습도가 낮아서 그늘에 있으면 시원하고 무엇보다도 거리에 쓰레기통이 많아서 도시 전체가 굉장히 깨끗했다. 또한 프라하 성, 카를 교, 천문 시계 등 여러 문화 유산이 많고, 체코 시민들은 여유가 느껴지며 관광객들에게 굉장히 친절했다. 그리고 많은 수의 유럽 국가 뿐만 아니라 미국, 아시아 등의 여러나라 사람들이 학회에 참석하여 뜻 깊은 자리를 함께 할 수 있었다.
     
     이번 학회에서는 HHT 알고리즘 적분기의 개선에 대한 발표 내용이 특히 기억에 남았다. HHT 는 알고리즘 적분기는 상용 다물체 동역학 소프트웨어인 ADAMS에 구현되어 Index-3 Formulation 사용시에 널리 사용되고 있다. 비교적 오랜 시간 ADAMS를 통해 검증된 방법이기 때문에 특별한 업데이트 없이 유지되고 있었는데, 이에 대한 단점이 논의되었고 다른 적분기의 특성을 적용한 새로운 개선방법이 제안되었기 때문이다. 제안된 방법이 더 정확한 결과를 도출할 뿐만 아니라 해석 속도를 향상시킨다는 것이 장점인데, 이것 또한 여러 사람에 의해 검증이 된다면 이를 활용한 다물체 동역학 문제의 결과들도 훨씬 신뢰성이 높아질 것으로 예상된다.
     
     그 외에도 각자 연구자들의 관심에 따라 연구분야가 굉장히 다양함을 느꼈다. Railway Dynamics, Biomechanics 등은 기존에도 보았던 연구 분야였지만 3D 프린터의 모델링과 동역학 해석 방법이나 도미노 시뮬레이션 등의 새로운 연구 분야도 보였다. HHT 알고리즘이나 ANCF 등의 기존 방법들에 대한 개선점이 지속적으로 이루어지고 있다는 점 또한 굉장히 의미가 있는 연구라고 생각되었다. 그리고 필자의 연구 관심 분야가 실시간 해석 어플리케이션이었기 때문에 관련 분야의 새로운 연구 내용에 대해 학습하고 나의 연구에 적용 시킬 수 있는 방안을 생각해보았다. 또한 발표자 및 참석자들이 서로의 발표에 대하여 진지하게 고민하고 토의하는 모습이 상당히 인상 깊었다.
     
     체코에서 개최되는 국제학회에는 처음 참가하는 터라 많은 설렘과 기대로 즐거운 시간을 보냈다. 학회 기간 동안 다른 나라 사람들의 관심 분야를 교류하고 토의하면서 분야의 시각을 넓힐 수 있었다. 또한 좋은 관광지이기도 해서 여러 추억도 함께 가지고 올 수 있었다. 앞으로도 이러한 기회를 많이 가질 수 있었으면 한다. 나아가 다른 나라와의 교류를 통하여 서로의 과학기술발전에 도움이 되고 싶다.
     
     
     


     


     

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    전체댓글13

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    |2017.07.07
    김태윤님의 참관기를 통하여 도미노 게임을 바라 볼 때 또 다른 관점으로 보게 될거 같습니다. 블록과 바닥 간의 마찰 및 충돌에 의해 운동이 지속되는 매우 복잡한 동역학 문제 라는 점.. 그리고 최적의 작업 모션을 알아내기 위해, 근로자의 생체역학적 모델링과 최적제어 기법을 이용하여 근로자의 팔뼈들은 다물체 시스템으로 표현 되었다는 점. 앞으로 많은 연구기대하겠습니다.
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    |2017.07.12
    감사합니다. 좋은 연구로 많은 분야에 기여할 수 있도록 하겠습니다.
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    |2017.07.07
    다물체 동역학의 이론과 응용 연구분야는 잘 알지 못했는데 참관기를 통해서 유익한 정보를 얻고가네요! 잘보았습니다 ^0^
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    |2017.07.12
    다물체 동역학은 7,80년대에 미국에서 연구가 활발히 진행되었고, 2000년대 들어서 국내 회사들도 관심을 가지기 시작했습니다. 다양한 분야에 적용할 수 있기에 활용도가 더 높아질 것 같습니다.
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    |2017.07.07
    참관기가 잘 정리되어 있어서 유익하네요. 저도 참가하기 좋은 학회인거 같습니다.
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    |2017.07.12
    2019년 ECCOMAS는 독일 뒤스부르크에서 열린다고하니 참고하시면 될 것 같습니다.
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    |2017.07.07
    엘리베이터 신기하네요.
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    |2017.07.12
    처음에는 속도 때문에 선뜻 타기 힘들지만, 타고다니다 보면 재미있습니다.
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    |2017.07.13
    타보고싶어요.ㅠㅠ
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    |2017.07.05
    유익한 참관기 잘 보고 갑니다!~
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    |2017.07.13
    너무 이쁘시네요. 와우.
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    |2017.07.12
    감사합니다.
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