Multidisciplinary Design Optimization(MDO) method that considers principles in various fields affecting big scale structure and system design at the same time is used. Because most variables are connected many engineering phenomena under the classic optimized design method(all-in-one design approach), it is hard to judge the meaning of final design solution obtained, and there are cases where all variables converge before reaching the optimal design value in large-scale design problems with many variables. Collaborative Optimization (CO) method, the most advanced MDO approach, is used to efficiently solve these optimum problems, to efficiently analyze design problems involving numerous design variables and constraints and in which various engineering phenomena occur. However, the application of the MDO problem to CO introduces a number of numerical problems by destroying the numerical properties of the original optimal design problem. Therefore, this study researches one solution by listing the problems of CO after organizing various approaches of MDO.

본 논문에서는 신뢰성 기반 최적설계(RBDO)에서 성능함수의 비선형성을 고려한 효율적인 차원감소법(DRM)을 제안한다. 차원감 소법은 적분직교점과 가중치를 사용하여 1차 신뢰도법(FORM) 보다 더 정확하게 신뢰도를 평가하는 반면 성능함수를 추가로 해석해 야하기 때문에 적분직교점의 개수가 증가하면 효율성이 저해된다. 본 논문에서는 신뢰성 기반 최적설계에서 성능함수의 비선형도를 평가하고, 비선형도에 따라 적분직교점의 수를 결정하는 기준을 제안한다. 이를 통해 신뢰성 기반 최적설계가 진행될 때 반복마다 적 분직교점의 수를 조절하여 차원감소법의 정확도는 유지하면서 계산의 효율성은 개선하는 방안을 제안한다. 성능함수의 비선형도 평 가는 최대가능목표점(MPTP) 탐색에 사용한 벡터 사이의 각도를 통해 이루어지며, 수치 테스트를 통해 비선형도에 따른 적절한 적분 직교점의 수를 도출하였다. 2차원 수치예제를 통해 개발된 방법이 차원감소법이나 몬테카를로 시뮬레이션(MCS)의 정확도는 유지하 면서 효율성이 향상된다는 것을 확인하였다.

수중운동체에는 필수적 기능을 담당하는 함교, 러더와 같은 다양한 부가물들이 장착된다. 이들 부가물과 선체의 접합부에는 유선의 박리로 인해 다양한 와류가 생성된다. 이러한 와류는 수중운동체의 추진기로 유입되어 수중방사소음의 증가와 같은 부정적 효과 를 야기해 스텔스 성능의 향상을 위해서는 반드시 저감되어야 한다. 본 연구에서는 부가물과 선체의 접합부에서 생성되는 말발굽와류 (HSV)와 뿌리와류(RV)를 저감하는데 효과적인 와류저감장치(VRD)에 대한 설계기준을 도출하였다. 먼저, 접합부 와류의 레이놀즈 상사특 성 만족 여부를 분석함으로써 설계기준 도출에 부가물의 제원과 유속의 영향을 레이놀즈수로 대체하였다. 또한 VRD의 형상을 정의하기 위해 베지어 곡선을 활용해 VRD의 3차원 표면을 파라미터화하였다. 이후, 와류저감을 위한 VRD의 설계기준 도출을 위해 다양한 제원의 VRD의 와류저감 성능을 분석함으로써 최적의 길이 대 높이 비율이 선정되었다. 최종적으로 대상 범위의 부가물들에 대해 최적 비율을 만족하는 다양한 크기의 VRD 성능이 비교 분석되었다. 이를 종합하여 임의의 부가물에 대해서도 와류저감 성능을 나타낼 수 있는 VRD 의 무차원화 설계기준이 도출되었다.

Engineering design primarily focuses on product improvement through enhancing existing functionalities, integrating features, or adding new capabilities. In other words, it can be said that more design(adaptive design) changes to existing products based on benchmarking with competing products, differentiation strategies, changes in customer needs, etc. are actually performed rather than developing new products that did not exist before. Especially in the case of custom production, such as ships or buildings, a significant portion of actual design work involves modifying and adjusting past performance data according to the current customer's requirements. Therefore, design methods should be developed in a way that effectively supports these processes. Therefore, in this study, as QFD (Quality Function Deployment) ‘analysis of existing products’ and ‘creation of new alternatives’ is supported in Marine Concept Design with AHP (Analytic Hierarchy Process) techniques such as ‘Value Evaluation in Analysis Work’ and ‘Design Alternative Evaluation’, as a result, basic research was conducted on whether it could be used as a tool to effectively support the flow of the design process.

본 연구에서는 철근콘크리트 모멘트골조의 보-힌지 붕괴 기구를 유도하기 위한 유전자알고리즘 기반의 최적내진설계기법을 제시 한다. 제안하는 기법은 두 가지의 목적함수을 사용한다. 첫 번째는 구조물의 비용을 최소화하는 것이고, 두 번째는 구조물의 에너지소 산능력을 최대화하는 것이다. 제약조건은 기둥과 보의 강도조건, 기둥-보 휨강도비 최소 조건, 기둥의 소성힌지 발생 방지조건 등이 사용된다. 부재의 강도 평가를 위해 선형정적해석이 수행되고, 에너지소산능력과 소성힌지 발생여부를 평가하기 위해 비선형정적해 석이 수행된다. 제안하는 기법은 4층 예제 구조물에 적용되었으며, 보-힌지 붕괴 기구를 유도하는 설계안이 얻어지는 것을 확인하였 다. 획득된 설계안의 기둥-보 휨강도비를 분석한 결과, 그 값은 기존 내진 기준에서 제시하는 값보다 큰 것으로 나타났다. 보-힌지 붕괴 모드를 유도하기 위해서는 보다 더 강화된 전략이 필요하다.

본 연구에서는 철근콘크리트 모멘트골조의 보-힌지 붕괴 기구를 유도하기 위한 유전자알고리즘 기반의 최적내진설계기법을 제시 한다. 제안하는 기법은 두 가지의 목적함수을 사용한다. 첫 번째는 구조물의 비용을 최소화하는 것이고, 두 번째는 구조물의 에너지소 산능력을 최대화하는 것이다. 제약조건은 기둥과 보의 강도조건, 기둥-보 휨강도비 최소 조건, 기둥의 소성힌지 발생 방지조건 등이 사용된다. 부재의 강도 평가를 위해 선형정적해석이 수행되고, 에너지소산능력과 소성힌지 발생여부를 평가하기 위해 비선형정적해 석이 수행된다. 제안하는 기법은 4층 예제 구조물에 적용되었으며, 보-힌지 붕괴 기구를 유도하는 설계안이 얻어지는 것을 확인하였 다. 획득된 설계안의 기둥-보 휨강도비를 분석한 결과, 그 값은 기존 내진 기준에서 제시하는 값보다 큰 것으로 나타났다. 보-힌지 붕괴 모드를 유도하기 위해서는 보다 더 강화된 전략이 필요하다.

Taguchi method is one of the most popular approaches for design optimization such that performance characteristics become robust to uncontrollable noise variables. However, most previous Taguchi method applications have addressed a single-characteristic problem. Problems with multiple characteristics are more common in practice. The multi-criteria decision making(MCDM) problem is to select the optimal one among multiple alternatives by integrating a number of criteria that may conflict with each other. Representative MCDM methods include TOPSIS(Technique for Order of Preference by Similarity to Ideal Solution), GRA(Grey Relational Analysis), PCA(Principal Component Analysis), fuzzy logic system, and so on. Therefore, numerous approaches have been conducted to deal with the multi-characteristic design problem by combining original Taguchi method and MCDM methods. In the MCDM problem, multiple criteria generally have different measurement units, which means that there may be a large difference in the physical value of the criteria and ultimately makes it difficult to integrate the measurements for the criteria. Therefore, the normalization technique is usually utilized to convert different units of criteria into one identical unit. There are four normalization techniques commonly used in MCDM problems, including vector normalization, linear scale transformation( max-min, max, or sum). However, the normalization techniques have several shortcomings and do not adequately incorporate the practical matters. For example, if certain alternative has maximum value of data for certain criterion, this alternative is considered as the solution in original process. However, if the maximum value of data does not satisfy the required degree of fulfillment of designer or customer, the alternative may not be considered as the solution. To solve this problem, this paper employs the desirability function that has been proposed in our previous research. The desirability function uses upper limit and lower limit in normalization process. The threshold points for establishing upper or lower limits let us know what degree of fulfillment of designer or customer is. This paper proposes a new design optimization technique for multi-characteristic design problem by integrating the Taguchi method and our desirability functions. Finally, the proposed technique is able to obtain the optimal solution that is robust to multi-characteristic performances.

본 연구는 워터프론트에 조성된 공원을 “워터프론트 공원”이라는 유형으로 특정하고 워터프론트 공원 이 다른 공원과 구분되는 특징 및 가치를 고찰한다. 그리고 뉴욕시에서 2010년부터 2020년까지 공사 완료 개장한 워터프론트 공원들의 분석 연구를 통해 최신 워터프론트 공원에서 두드러지는 설계적 특 징 및 경향을 종합한다. 최신 워터프론트 공원의 설계경향 및 특징은 다음과 같다. 첫째, 다양한 경험이 가능한 수직적 구조의 제안 둘째, 배후도심과 공원구조의 유기적 연결을 통한 접근성 향상 셋째, 생태적 다양성의 증진과 원생경관의 회복 넷째, 기후 리질리언스 설계 도입 다섯째, 역사적 장소성 강조를 위한 역사 유산의 물리적 활용 마지막으로 자전거 전용도로와 공공 수상 교통을 위한 접안시설의 제공이다. 이를 바탕으로 본 연구는 앞으로 조성될 워터프론트 파크의 설계 및 계획을 위해 다음의 시사점을 제시 한다. 먼저 워터프론트 공원의 설계 및 조성 기법의 지속적 연구 둘째, 배후도심과의 워터프론트 공원의 강한 연계를 위한 행정적 지원 및 계획적 기획 세 번째, 워터프론트 공원을 통해 도시의 리질리언스를 증진할 수 있는 설계 연구의 필요성 마지막으로 개별적 워터프론트 공원의 조성에만 집중하는 것이 아 닌 도시/지역적 스케일을 아우르는 상위계획의 확립이다.

일인가구의 증가 SNS와 온라인을 통한 소통의 증대 등 점차 파편화 되는 현대사회에서 개인들이 직접 대면하고 소통할 수 있는 물리적 커뮤니티공간의 필요성은 점차 증가하고 있지만 이의 확충은 경제 및 개발 논리에 밀려 쉽게 이루어지기 어렵다. 본 연구는 커뮤니티공간의 부족함을 완화시키고 공평하게 향유할 수 있는 커뮤니티공간을 제공할 수 있는 대안으로 도시의 가로공간에 집중하고 도로가 가진 높 은 접근성을 활용하여 도로를 커뮤니티 활성화를 위한 커뮤니티공간으로 전환시키는 기법을 고찰하 고 시사점을 제공하고자 한다. 먼저 선행연구와 관련문헌을 통해 커뮤니티 활성화를 위한 주요 요소들 을 도출하여 분석의 틀을 만든다. 다음으로 뉴욕시에서 진행하고 있는 세 가지 프로그램인 뉴욕시 오픈 레스토랑, 뉴욕시 오픈 스트리트, 뉴욕시 플라자 프로그램의 사례연구 및 분석을 진행한다. 그리고 커 뮤니티공간에 커뮤니티를 위한 프로그램을 제공하는 방식도 함께 살펴본다. 분석 결과 세 개 프로그램 을 통해 가로공간을 전용하여 확보한 커뮤니티공간들이 커뮤니티의 활성화를 위한 다음의 요소들 안 전, 참여, 접근성과 보행성, 가로의 활력, 경제적 이득, 유연성과 적응력, 다양성과 포용성을 증진 시킬 수 있음을 확인하였다. 이를 통해 본 연구가 제시하는 시사점은 다음과 같다. 먼저, 지역 커뮤니티가 계 획 단계에서부터 커뮤니티공간의 조성, 운영, 관리의 주체가 되어야 한다. 두 번째, 시정부는 커뮤니티 들이 활용할 수 있는 프로그램을 개발, 운영하고 이를 제공하여야 한다. 세 번째, 커뮤니티와 그 주변 여건의 변화에 쉽게 적응하고 변화할 수 있는 가변적이면서도 능동적인 조성이 필요하다. 마지막으로 는 모든 커뮤니티공간에 적용될 수 있는 동일한 규격, 기준, 가이드라인의 제공이 필요하다.

Construction industry is considered as one of the most high-risk industries for work-related injuries and fatalities, accounting for more than half of fatalities in Korea. Advanced countries have recognized the critical role of designers in preventing construction accidents and have established regulations on design for safety. In line with this, the Korean government have also implemented regulations that require owners and designers to review the safety of design outcomes. However, it has been observed that designers face challenges in identifying hazards and integrating design solutions at the design stage mainly due to their shortage of required knowledge and skills. This study aimed to examine design solutions that can be applied to prevent fall accidents in the construction industry, and to establish a relationship between these solutions and fatal fall accidents occurred over the past three years in Korea. This study also analyzed the relationships of four variables (construction type, cost, work type, and fall location) with design solutions. The results indicated that all four variables have significant relationships with design solutions, with fall location showing the strongest relationship. The design solutions and their relationships with fatal fall accidents identified in this study can be utilized in identifying hazard and integrating design solutions to ensure design for safety.

The Ti-6Al-4V lattice structure is widely used in the aerospace industry owing to its high specific strength, specific stiffness, and energy absorption. The quality, performance, and surface roughness of the additively manufactured parts are significantly dependent on various process parameters. Therefore, it is important to study process parameter optimization for relative density and surface roughness control. Here, the part density and surface roughness are examined according to the hatching space, laser power, and scan rotation during laser-powder bed fusion (LPBF), and the optimal process parameters for LPBF are investigated. It has high density and low surface roughness in the specific process parameter ranges of hatching space (0.06–0.12 mm), laser power (225–325 W), and scan rotation (15°). In addition, to investigate the compressive behavior of the lattice structure, a finite element analysis is performed based on the homogenization method. Finite element analysis using the homogenization method indicates that the number of elements decreases from 437,710 to 27 and the analysis time decreases from 3,360 to 9 s. In addition, to verify the reliability of this method, stress–strain data from the compression test and analysis are compared.

In the automobile manufacturing industry, lightweight design is one of the essential challenges to be solved fundamentally. The vehicle wheels are classified as safety related components as the main substructure of the vehicle. In this study, we illustrate a technique for selecting the appropriate number of spokes. Based on the basic model of the selected number of spokes, we propose a method to maintain stiffness and design lightweight using topology optimization software. Based on the basic model of the selected number of spokes, it was redesigned to be lightweight while maintaining stiffness by utilizing topology optimization software. By comparing and reviewing the structural analysis results of the basic model and the redesigned model, a design technique that can maintain structural safety and reduce wheel mass was proposed.

본 논문에서는 AI 기반 설계 탐색 기법을 활용하여 선박의 주요 치수 최적화를 수행하였다. 설계 탐색 기법은 최적화 프로그램 HEEDS의 SHERPA 알고리즘을 사용하였다. 유동 해석은 상용 CFD 코드인 STAR-CCM+를 사용하였고, 주요 치수 변환은 전처리 과정에서 JAVA Script와 Python을 사용하여 선박의 치수가 자동으로 변환되도록 설정하였다. 대상 선박은 소형 쌍동선형으로 주요 치수 최적화는 한쪽 선형의 길이, 폭, 흘수 그리고 단동선형 간의 간격에 대하여 수행되었다. 최적화 알고리즘에 사용된 목적함수는 총저항이며, 내부 의 장 시스템의 크기 등을 고려한 배수 체적의 범위를 제한조건으로 선정하였다. 그 결과 최적 선형의 주요 치수는 기존 선형 대비 ±5% 내 에서 변화가 있었고 총저항은 약 11% 개선된 결과를 보였다. 본 연구를 통해 선박의 형상을 직접 변경하지 않더라도 주요 치수 최적화를 통해 선박의 저항 성능이 향상됨을 확인하였고, 다양한 선박의 주요 치수 최적화를 통한 성능 향상에 활용이 될 것으로 기대한다.

본 논문에서는 구조물이 다중 구조물로 연결되는 경우 연결부의 조인트 위치를 기존의 위상최적설계 기법을 활용해 설계하는 기법 을 개발하였다. 조인트는 길이가 0이고 강성이 매우 강한 스프링으로 모델링되었으며, 조인트는 유한요소 메시 형상과 무관하게 이동 할 수 있도록 모델링되었다. 최적화 과정에서 조인트가 서로 뭉치는 현상을 방지하기 위해 조인트 최소거리 조건을 추가해 조인트간 의 최소거리가 확보된 설계를 얻었다. 최적설계 시 목적함수로는 전체 구조물의 compliance 값이 사용되었으며, 조인트 최소거리 조 건에 따른 결과를 비교하기 위해 2개의 수치예제를 해석하였다. 위상최적설계 결과 조인트 최소거리 조건의 변화에 따라 조인트 및 구조물의 최적 형상을 얻을 수 있었다.

Currently, agriculture in Korea is facing a manpower shortage due to a decrease in the population and an aging workforce. Involving disabled people in agriculture as a solution to the problem of manpower shortage in agriculture can help both farmers and people with disabilities. For this, it is necessary to develop agricultural tools that disabled people can use in agricultural activities. This study tried to design agricultural work equipment for the disabled by applying a design technique using a digital human body model. To this end, in this study, a human body model for the disabled was created using anthropometric data for the disabled. After that, the agricultural work simulation using human body models was used to identify the problems in agricultural work of the disabled, and design supplementation was performed to solve the problems. As a result, design dimensions such as the height of the farm work bench for the disabled, the length of the fruit harvester, the length of the sprayer, and the height of the starter switch were determined. This study has significance in that the digital human body model-based design method was applied to the design of agricultural work equipment for the disabled.

Most of automobile steering parts are manufactured through the multi-stage cold forging process using round-bar drawn materials. The same process is applied to the ball stud parts of the outer ball joint, and various research activities are being carried out to reduce the extreme manufacturing cost in order to survive in the limitless competition. In this paper, we present a quantitative prediction method for the limiting life of the die as a method for cost reduction in the multi-stage cold forging process. The load on the die was minimized by distributing the forming load based on process optimization through finite element analysis. In addition, based on the quantitative prediction algorithm of the limiting life of the die, the application of the split die and the optimization of the phosphate treatment of the material surface are presented as a conclusion as a method to improve the limiting life of the die.

In this paper, a method of reducing the weight of vehicle wheels through topology optimization by finite element method is proposed. Recently, various environmental pollution caused by the operation of vehicles is gradually increasing, and this has a great correlation with the fuel efficiency of the vehicle. Therefore, it is required to reduce the weight of the vehicle to increase fuel efficiency. Among them, the vehicle's wheels are a key part of vehicle acceleration and braking, and passenger safety. Because the shape of the wheels is different, various effects such as reduced fuel economy and reduced airpower occur as well as aesthetic factors. The stiffness of the wheels plays an important role in transmitting the vehicle's power to the tires and braking. In this study, to reduce weight while satisfying the stiffness value, we propose to use topology optimization to design an arbitrary shape according to the number of spokes on the wheel.