콘크리트 구조물의 안전진단을 위해 충격반향기법(Impact Echo method, IE)과 충격응답기법(Impulse Response method, IR)을 이용하여, 콘크리트 모형 하부의 공동 유무에 따른 탐사 결과를 분석하였다. 콘크리트 모형은 순수 콘크리트 부분과 철근+콘크리트 부분으로 나누고, 공동의 유무에 따라 각 기법의 적용에 의한 반응 변화를 관찰하였다. 이 연구에 앞서 수행한 GPR과 IE 및 IR 기법의 복합 적용 결과, IE 및 IR 기법이 철근의 영향을 크게 받지 않고 공동존재 여부에 따른 반응이 비교적 잘 나타나는 것으로 파악되었다. 본 연구에서는 선행 연구 결과를 토대로 IE와 IR 기법의 활용도를 높여서 보다 정확한 콘크리트 구조물의 안전진단 기법을 개발하고자 하였다. GPR과 같은 비파괴 조사 기법과 달리, IE 및 IR 기법은 측정이 이루어지는 위치를 정확히 알 수 있어 각 측점의 콘크리트 두께와 하부 공동의 반응을 보다 정확히 파악할 수 있는 장점이 있다. 연구 결과, IE 기법에서는 공진주파수보다 낮은 저주파수에서 나타나는 작은 피크 구간이 공동에 의한 반응으로 보이며, IR 기법에서는 주파수에 따른 운동성(mobility)과 동적 강성도(dynamic stiffness)의 변화를 통해 공동의 유무를 확인할 수 있었다. 이 연구에서 제안한 방법은 콘크리트 구조물의 보수 보강에 활용될 수 있을 것으로 예상된다.
본 연구의 목적은 생산현장의 생산성향상을 위한 낭비를 분석하여 객관적이고, 과학적으로 현장낭비를 종합적으로 분석하여 이를 개선함으로써, 최적의 생산 라인을 구축하여 원가절감을 하고, 나아가 기업경쟁력을 강화하고자 한다. 많은 기업들이 현장의 낭비를 분석하는데 있어서 명확한 로드 맵이 없어 기존의 IE(Industrial Engineering)기법과 응용 IE기법을 기업현실과 상황을 고려하여 각각 활용, 그 성과측면에서의 아쉬움을 가지고 있다. 본 연구의 생산혁신 프로세스는 조립라인, 가공라인, 자동화 라인 등에 존재하는 모든 낭비를 분석할 수 있도록 추진 단계별로 고전 IE 및 응용 IE 기법을 체계적으로 정리함으로써 생산현장의 낭비를 종합적으로 분석/파악하여 전체 낭비가 얼마나 존재하며, 이를 개선하기 위한 선택과 집중을 기할 수 있도록 개선성과를 극대화하고, 개선활동계획 수립에 기여하고자 함이다.
콘크리트 구조물의 건전성 평가에 사용되는 충격반향기법에서는 콘크리트의 P파 속도가 부재의 두께 및 결함의 위치를 찾는데 있어서 매우 중요한 요소이다. 본 논문의 동반논문인 수치해석편에서 표면파기법을 이용하여 콘크리트 부재의 P파 속도를 신뢰성 있게 추정함을 알 수 있었다. 수치해석 연구에 이어서 본 논문에서는 공극, 불량콘크리트 등의 결함이 내재된 콘크리트 모형 슬래브를 제작하여 제안된 충격반향-표면파 병행기법의 실제 구조물에 대한 적용성 연구를 수행하였다. 실험결과, 표면파기법으로부터 구한 부재의 P파 속도는 두께를 알고 있는 부분에서 충격반향기법으로부터 구한 P파 속도와 거의 일치하였으며, 표면파기법으로부터 구한 P파 속도를 적용하여 충격반향기법을 수행한 결과, 여러 결함의 위치를 신뢰성있게 찾아낼 수 있었다. 또한, 실제 지중에 매설되는 관 형태의 지중 구조물과 지중에 매설된 개착식 터널에서 제안된 비파괴검사기법을 수행한 결과, 구조물의 두께를 신뢰성 있게 구하여 실제 지반구조물에서의 현장 적용성을 확인하였다.
콘크리트의 배면에 위치하는 공동을 탐지하기 위해 실제 구조물과 같은 스케일의 모형을 제작하여 비파괴 검사로 널리 사용되는 GPR (ground penetrating radar)탐사와 충격반향기법(IE; impact echo), 충격응답기법(IR; impulse response)을 복합적으로 적용하였다. 콘크리트 모형은 철근 및 공동의 유무에 따라 다양한 반응을 관찰할 수 있도록 설계 하였다. GPR 탐사결과 공동의 유무에 따라 반응의 차이가 나타났지만 정확하게 공동의 존재를 파악하기 어려웠으며, 주로 건전도 측정을 위해 지반조사에 활용되었던 IE 및 IR 기법은 공동의 유무를 구분할 수 있는 반응을 보여주었다. 각 탐사의 적용 결과 철근의 존재에 따라 각 방법별로 배면의 공동을 탐지하는데 반응의 변화가 나타나긴 했지만, 세 가지 방법을 복합적으로 적용하였을 때 단일 탐사를 이용한 결과보다 정확하게 배면 공동의 위치를 파악할 수 있었다.
콘크리트 지반구조물의 건전성 평가에 사용되는 충격반향기법에서는 콘크리트의 P파 속도가 부재의 길이 및 결함의 위치를 찾는데 있어서 매우 중요한 요소이다. 일반적으로 충격반향기법을 현장에 적용시에는 코어를 채취하거나 정확한 두께를 아는 위치에서 콘크리트의 P파 속도를 구한 후 이를 부재의 대표값으로 사용하여 부재의 두께 및 결함을 탐지한다. 그러나 경우에 따라서는 코어를 채취할 수 없고 대형 구조물의 경우 위치에 따라 콘크리트의 P파속도가 달라질 수 있다. 따라서 본 연구에서는 표면파기법을 이용하여 시험이 수행되는 위치에서 완전 비파괴적으로 P파 속도를 구하여 충격반향기법에 적용하고자 하였다. 이와 같이 제안된 충격반향-표면파 병행기법의 적용성 연구를 위해 먼저 유한요소법을 이용한 수치해석적 연구의 결과를 본 논문에, 모형부재 제작을 통한 실험연구의 결과를 다음 동반 논문에 소개하고자 한다. 수치해석 연구를 다루는 본 논문에서는, 표면파기법으로부터 P파 속도 추정의 검증을 위해 상용프로그램 ABAQUS를 이용한 슬래브 형태의 구조물의 모델링을 통하여 해석을 수행하였다. 또한 콘크리트 와 다른 매질로 이루어진 이질 매질층과 여러 가지 결함 형태를 포함하는 콘크리트 슬래브에 대한 충격반향기법에 대한 수치해석을 수행하여 기법의 적용성을 검증하였다.
콘크리트 구조물의 모형을 실제 구조물과 같은 스케일로 제작하여 현재 비 파괴 검사로 널리 사용되는 GPR(ground penetrating radar)탐사와 충격반향기법(impact echo:IE), 충격응답기법(impulse response:IR)을 복합적으로 적용하여 콘크리트 배면 공동에서의 반응양상을 관찰하였다. GPR탐사를 이용하여 공동의 위치를 대략적으로 파악할 수 있었으나, IE 및 IR 기법의 적용을 복합적으로 수행 하여 보다 정확하게 배면 공동의 위치를 파악할 수 있었다.
무선 멀티캐스팅에서 이동 호스트의 기지국간 이동은 멀티캐스트 그룹 내의 이동과 그룹 외의 이동에 따라 각기 다른 신뢰성 문제가 발생한다. 그룹내의 기지국으로 이동시에는 이동 호스트가 원하는 데이터를 해당 기지국이 이미 삭제한 상태라면 이전의 기지국에서 필요한 데이터를 재전송하여야한다. 그룹 외의 기지국으로 이동시에도 역시 필요한 데이터를 포워딩해야한다. 이와 같은 데이터 재전송과 포워딩은 전송 지연과 대역폭의 낭비를 발생시킨다. 본 논문에서는 이와 같은 무선 멀티캐스팅에서의 신뢰성 문제를 해결하기 위한 기법으로 IES(Information Exchange Scheme)을 제안한다. 제안된 IES에서는 멀티캐스트 그룹 기지국간에 멤버쉽과 데이터 수신 정보를 교환함으로써 MH의 이동 범위에 상관없이 신속하고 정확한 전송을 기대할 수 있다. IES를 평가하기 위해 기존의 기법들과 비교 분석하였고 그 결과로 제안된 IES가 효과적인 기법임을 증명한다.
Impact Echo method has been successful in detecting a variety of defects in concrete structure. This study has the objectives to show important aspects of applying the Discrete Wavelet Transform(DWT) to signal processing of Modified Impact Echo(ModIE) Measurement systems and to the understanding of the seismic wave propagation. The data of ModIE were processed by DWT and compared with the results of conventional ModIE Analysis. Although it is inconsistent in the evaluated thickness of concrete lining, the DWT provides the features of separation, synthesis and de-noising in the original signal. The application of technique by wavelet was explained numerically with ABAQUS and performed experimentally with a real scale model in this work. Further works on the possible ways for creating new mother wavelet are specially needed for the enhancement of seismic signal analysis.
표면파 속도 측정은 근래 토목분야에서는 비파괴 지반조사기법으로 활용되고 있다. 최근에는 디지털 신호처리기술의 발달과 함께, 더욱 정확해진 자료분석 알고리즘을 통하여 표면파 탐사관련 기술이 향상되어 3차원의 공간연속적인 시험이 가능해졌다. 본 연구는 표면파의 분산 특성을 이용하여 콘크리트 구조물의 깊이별 강성평가를 하는 SASW(Spectral Analysis of Surface Waves)기법과 STFT(Short time Fourier Transform)과 HWT(Harmonic Wavelet Transform)를 이용한 주파수영역에서의 공진주파수를 통한 부재평가 기법인 IE(Impact Echo)기법을 이용하여 대상부재의 강도평가를 수행하기 위한 시제품 개발을 수행하였다. 시제품은 메인프레임과 2개의 센서로 이루어져 측정을 수행하며 측정장치와 DAQ장치 및 S/W로 구성되어 있다. 메인프레임의 진동특성영향을 제거하기 위하여 2개의 센서는 프레임과 띄움구조로 설계하였고 센싱하는 위치는 대상 재료의 밀착되어 계측할 수 있도록 설계하였다. 탄성파를 계측하여 대상 재료의 깊이별 측정된 표면파의 속도를 계측하며 개발된 시제품의 구조물별 적용성 평가를 위한 실험을 수행하였고 평균 표면파 속도를 통해 추정한 콘크리트 두께와 결함 및 강도 추정의 적용성을 평가하였다. 시제품을 이용해 시험콘크리트 표면파를 측정한 결과 SASW기법을 이용하여 깊이에 대한 위상속도 분포와 IE기법의 결과로 개발된 시제품의 합리적 적용성이 평가되었다. 그러나 재료의 강도추정에 있어서는 각각 알고리즘의 주파수분석 요소들에 의해 변동되는 경향을 보여 추후 많은 테스트를 통해 속도-강도 추정의 회귀곡선식을 S/W에 탑재시키고 다양한 방법으로 조합하는 알고리즘으로 신뢰성있는 강도추정을 위한 알고리즘을 개발하여야 한다.
본 논문에서는 공정분석, 작업분석 및 동작분석을 핵심으로 하는 고전적 IE기법들을 응용하여 자동차 부품 제조현장의 운영효율성 향상을 추구하는 절차를 제안하고 구체적 적용 사례를 보인다. 제안한 운영효율성 향상 절차는 사례기업인 L사의 차량전장부품 제조 사업부에서 공정개선팀을 구성하여 개발한 고유의 절차이며, 운영효율성의 척도로는 라인밸런스효율(Balance Efficiency)과 생산능력(Production Capacity)을 사용하였다. 개발한 절차는 제조 현장의 현상을 분석하고, 문제점을 해결하는 개선안을 도출하며, 도출된 각 대안을 평가하고 최종안을 선정하여 현장에 구현함으로써 생산성 향상을 달성하는 일반적 절차를 따르고 있다. 각 단계에 사용한 방법 중 낭비요소를 찾아내는 단계에 사용되는 기능분석과 대안 평가에 적용되는 R&R(Risk & Return)평가 기법은 사례기업인 L사에서 개발한 고유의 방법인데, 특히 R&R평가 기법은 응용성과 확장가능성이 큰 기법이므로 상세히 기술한다. 개발한 절차는 여러 공정에 적용하여 개선효과를 보았는데, 본 논문에서는 구체적 사례로서 개발한 절차를 전자식 조향시스템(EPS)의 핵심 부품인 EPS모터 제조 공정에 적용한 과정과 결과를 보인다. 개선절차를 적용하여 EPS모터 제조 공정을 개선한 결과 라인밸런스효율을 7.06% 높이고 생산능력을 15.5% 증대시킴으로써 운영효율성 향상을 달성하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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