공항은 다른 어떤 기반시설보다 복잡하고 사고시 매우 치명적이기 때문에 공항 계획/설계시 운영적인 측면을 고려한 면밀한 검토가 필요하다. 공항 건설이후 실제 항공기가 어떻게 운영되는지 시뮬레이션하고 문제점을 사전에 예측함으로써 항공기 운항 안전성을 확보할 수 있기 때문이다. 최근 도로/공항의 경우 디지털 트윈 기반의 시뮬레이션 프로그램으로 설계, 분석하는 사례가 많다. 이러한 기조에 맞춰 공항에서도 시뮬레이션 프로그램인 AviPLAN을 활용하여 에어사이드 배치 설계를 수행하고 있으며, 인천국제공항공사와 한국공항공사에서도 활용하고 있다. 본 연구에서는 기존 국내외 공항에 AviPLAN 프로그램을 활용하여 최적화 설계를 수행하였고 산출된 포장물량 절감사례를 바탕으로 에어사이드 시설 배치가 얼마나 중요한지 확인하고자 하였다.

본 논문에서는 다이나믹크리깅 대리모델 기반 자동차 브레이크 패드 마모량 측정센서 브라켓의 설계최적화를 소개한다. 브레이크 작동시 마찰재 바닥의 온도가 600°C 이상으로 상승하고, 이 열이 전달되어 센서의 기능을 상실시킨다. 따라서 열전달을 최소화하는 브라켓 형상의 설계최적화는 필수적이다. 최적화에 소요되는 계산비용을 절감하기 위해 다이나믹크리깅 대리모델로 열전달 시뮬레 이션을 대체하였다. 다이나믹크리깅은 최적의 상관함수와 기저함수를 선정하였으며, 정확한 대리모델을 도출하였다. 최적화 결과 센 서위치의 온도가 초기모델에 비해 7.57% 감소하였으며, 이를 열전달 시뮬레이션으로 다시 한번 확인하여 대리모델 기반 최적설계가 유의미함을 검증하였다.

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.

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.

Companies are making design changes by improving product quality and function to succeed while meeting customer requirements continuously. Design changes are changing the product BOM's amount, item, specification, and shape while causing a change in the product's structure. At this time, the problem of inventory exhaustion of parts before design change is a big topic. If the inventory exhaustion fails, the pieces before the design change become unused and are discarded, resulting in a decrease in asset value, and the quality cost of the design change affects the company's profits. Therefore, it is necessary to decide to minimize quality costs while minimizing waste inventory costs at the time of application of design changes. According to the analysis, priorities should be prioritized according to urgency because the quantity of items before the design change affects the applied lead time.

현대 사회가 복잡해지고 기술이 진보하면서 하나의 제품을 설계할 때 단일 특성이 아닌 다 특성을 갖는 제품을 설계하는 것이 요구되고 있다. 다 특성 설계 최적화 문제에서는 설계 변수의 최적값이 특성별로 다르게 되는 현상이 발생하고 이에 따라 하나의 특성에 대한 결과값이 좋아지면 다른 특성에 대한 결과값이 나빠지는 경우에 대해서 trade-off가 필요하다. 따라서 다 특성을 갖는 제품 설계 시 각각의 특성에 대한 성능을 최대화할 수 있는 효율적인 설계 방법의 필요성이 중요한 문제로 떠오르고 있다. 다 특성을 갖는 제품을 설계하는 연구는 오래전부터 중요한 문제로 인식되어 왔는데, 단일 특성에 대해 성능을 최대화하며 강건한 설계를 할 수 있는 다구치 기법과 다기준/다특성 의사 결정 방법인 TOPSIS(Technique for Order of Preference by Similarity to Ideal Solution), GRA(Grey relational analysis), PCA(Principle Component Analysis), Fuzzy Logic System을 통합한 연구들이 진행되어 왔다. 하지만 기존 연구들은 각각의 설계 대안들에 대해 다 특성 결과값에 대한 점수를 통합하여 종합 점수를 비교해 최적의 설계안을 도출할 뿐 설계자의 호감도에 대한 정보는 설계에 반영하지 못한다. 따라서 본 연구에서는 다구치 기법을 기반으로 각각의 특성들에 대한 설계자의 서로 다른 호감도를 함수로써 표현하여 강건성과 함께 설계자의 호감도를 동시에 설계에 반영할 수 있는 방법을 제안한다.

The sub-frame is located on the lower body of a monocoque type vehicle and serves as an engine and suspension, and is an important object part that receives a lot of load. The existing press-type sub-frame has a large number of parts for assembling, which causes an increase in cost. Changing the machining form of this part from the existing press-type machining method to the hydro-forming machining method has the advantage of reducing the cost and weight at the same time due to the reduction of the process. Therefore, in this study, the purpose of this study is to change the design so that the sub-frame of the existing press type can be changed to the hydro-forming process method. To this end, we intend to present a design method by analyzing the effect on the rigidity of the sub-frame using the existing machining method through shape optimization analysis.

In this study, stiffness evaluation was conducted on the main member, front cross member, and rear cross member, which are three components of sub-frame for SUVs (sports utility vehicles), through mode analysis. As for the design variables used in the analysis, the maximum frequency was examined by varying the width and height of each of the three parts into four types. Of course, the weight at this time is minimized, and the mode is set as a constraint that only bending occurs and no distortion occurs. As a result of the analysis, the member affecting the 1st mode was the rear cross member, and the member having the greatest influence on the 2nd mode was the front cross member. In addition, the member with the greatest influence on the 3rd mode appeared as the rear cross member, indicating that this part had the greatest effect on the bending stiffness.

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.

현재 국내외적으로 다양한 강재 댐퍼의 형상에 대한 연구가 이뤄지고 있다. 강재 댐퍼는 제진장치 중 하나로 항복을 통해 지진에너지를 흡수 및 소산하여 본 구조물을 보호한다. 최근 적용되고 있는 면내 전단 변형에 의해 작동하는 댐퍼는 응력이 특정 부위에 집중되어 재료의 대부분이 본래의 역량을 발휘하지 못하는 한계가 있었다. 따라서, 본 연구에서는 이 한계를 극 복하고자 전역 최적화 기법 중 하나인 뻐꾸기 탐색을 적용해 최적 형상을 설계하였다. 탐색된 최적 형상을 토대로 수치해석과 실제 실험을 통한 성능검증을 수행했다. 최적 형상으로 설계된 댐퍼는 안정적인 이력거동을 보이고, 높은 에너지 소산능력을 확 보하는 것으로 나타났다. 본 연구에서는 전역 최적화 기법을 적용한 최적 설계 방법을 제시하고 그 결과를 검증함으로써, 다양한 형태의 공학적 문제 해결에 대한 적용 가능성을 제시하였다.

A60 급 갑판 관통 관은 선박과 해양플랜트에서 화재사고가 발생할 경우 화염의 확산을 방지하고 인명을 보호하기 위해 수평구조에 설치되는 방화장치이다. 본 연구에서는 다양한 대리모델과 다중 섬유전자 알고리즘을 이용하여 A60 급 갑판 관통 관의 방화설계에 대한 이산변수 근사최적화를 수행하였다. A60 급 갑판 관통 관의 방화설계는 과도 열전달해석을 통해 평가하였다. 근사최적화에서 관통 관의 길이, 지름, 재질, 그리고 단열재의 밀도는 이산설계변수로 적용하였고, 제한조건은 온도, 생산성 및 가격을 고려하였다. 대리모델 기반의 근사최적설계 문제는 제한조건을 만족하면서 A60 급 갑판 관통 관의 중량을 최소화할 수 있는 이산설계변수를 결정하도록 정식화 하였다. 반응표면모델, 크리깅, 그리고 방사기저함수 신경망과 같은 다양한 대리모델이 근사최적화에 사용되었다. 근사최적화의 정확도를 검토하기 위해 최적해의 결과는 실제 계산 결과와 비교하였다. 근사최적화에 사용된 대리모델 중 방사기저함수 신경망 모델이 A60 급 갑판 관통 관의 방화설계에 대해 가장 정확한 최적설계 결과를 나타내었다.

본 연구에서는 철골편심가새골조 시스템을 대상으로 다목적최적화기법을 통해 설계를 수행하고 그 결과를 분석하였다. 최적화 설 계를 위해 유전 알고리즘의 일종인 NSGA-II를 활용하였다. 여기서, 목적함수는 이율배반적 관계를 갖는 구조물량과 층간변위로 하여 최소화되고, 제약조건에는 구조기준에서 요구하는 내력비, 링크의 회전각 등을 포함하였다. 제약조건은 최적화 알고리즘 내에서 각 항목을 위반할수록 목적함수 값을 크게 증가시키는 벌금함수의 형태를 가지고 있다. 설계기준에서 EBF 시스템의 설계규정은 링크 부재만 항복이 허용되며 나머지 부재는 링크 항복 시 발생되는 부재력을 탄성상태에서 견디도록 의도한 역량설계법에 기초한다. 그러나 최적화를 통해 도출된 결과 중 일부는 구조기준의 설계조항은 만족하지만 특정층 링크에 소성변형이 집중되어 연약층을 형성함 으로써 기준에서 의도하는 역량설계의 원칙을 위배하는 결과가 나타났다. 이를 해결하기 위해 모든 링크의 전단 초과강도계수 중 최 대값이 최소값의 1.25배를 넘지 않도록 하는 제약식을 추가하였다. 새로운 제약식을 추가한 경우 모든 최적해는 설계기준과 역량설계의 원칙을 준수하는 것으로 나타났다. 모든 설계안에서 보 경간에 대한 링크의 길이비는 전단링크의 범주에 해당하는 10% ~ 14%였다. 전체적으로 설계안들은 링크의 초과강도 계수비가 가장 지배적인 제약으로 작용하였으며, 구조기준의 요구사항 중 층간변위와 내력비 등의 항목에서 허용치에 비해 매우 보수적으로 설계되었다.