This study proposes a hierarchical optimization methodology for two-stage gear systems using Monte Carlo enhanced Genetic Algorithm (MCeGA). The approach integrates reliability-based design with genetic algorithms to overcome the inherent randomness of traditional GA methods. A two-phase optimization framework was developed. The system incorporates Unity engine for real-time 3D visualization and interactive design evaluation. Key design constraints including contact ratio, gear ratio, and meshing conditions were parameterized according to ISO 6336 and AGMA 2101 standards. The proposed framework enables application-specific optimal gear configurations through Pareto analysis and weighted optimization, providing engineers with practical design solutions for various industrial requirements.

In the present numerical study, the optimal design of cooling fans for cooling towers was investigated. The key design variables selected were the pitch angle and twist angle of the cooling fan, with the pitch angle ranging from 0° to 20°, and the twist angle from 0° to 10°. The objective was to develop a cooling fan capable of actively responding to varying operating conditions; to this end, the twist angle was implemented as a variable camber at the blade tip. The analysis results showed that, under identical pitch angle conditions, increasing the twist angle tended to reduce the stall phenomenon of the cooling fan. Optimization was performed using the pitch and twist angles as design variables, and lift, pressure drop and torque as response variables. Under the specified operating conditions, a combination of a 5° pitch angle and a 10° twist angle yielded the best performance.

하수처리장 유출수의 수질 예측은 수질 사고의 사전 대응 및 처리장의 안정적인 운영을 위해 필수적인 요소이다. 최근 머신러닝을 활용한 예측 모델링에서 예측 성능 향상과 과적합 방지를 위해 다양한 교차 검증법과 하이퍼파라미터 최적화 기법이 활용되고 있으나, 하수처리장 데이터는 시간적 의존성과 급격한 변동성이 내재되어 있어 과적합에 취약하고 안정적인 모델 구축에 어려움이 따른다. 본 연구에서는 이러한 데이터 특성을 효과적으로 반영할 수 있는 최적의 모델링 파이프라인을 구축하고자 하였으며, XGBoost 모델을 기반으로 유출수 내 총질소 농도를 예측하였다. 예측 성능 평가 지표로는 평균 제곱근 오차(Root Mean Square Error, RMSE), 결정계수(coefficient of determination, R2), RMSE 오차 개선율(the rate of improvement on RMSE, RIRRMSE) 그리고 계산 시간을 사용하였다. 기본적인 Hold-out 방식의 성능을 기준으로 K-fold, 시계열 교차 검증(Time Series Cross Validation, TSCV), 블록 시계열 교차 검증(Blocked Time Series Cross Validation, BTSCV) 기법의 예측 성능을 분석한 결과, BTSCV는 인접한 데이터만을 고려하는 방식으로 시간적 의존성과 급변 특성을 효과적으로 반영하여 가장 높은 RIR(36.37%)을 기록하였다. 또한, 하이퍼파라미터 최적화(그리드 서치와 베이지안 최적화) 기법과의 다양한 교차 검증법의 조합을 통해 모델 성능과 과적합 방지 효과를 분석한 결과, BTSCV와 베이지안 최적화의 결합은 짧은 계산 시간(364.64초)과 함께 가장 높은 RIR(64.93%)을 보였으며, 훈련 및 평가 데이터 간 성능 차이도 최소화되어 일반화된 예측 모델로서의 효과성이 입증되었다. 따라서 본 연구는 하수처리장 시계열 데이터의 특성에 적합한 BTSCV와 베이지안 최적화 기법을 결합한 모델링 파이프라인 전략을 제안하며, 향후 실시간 수질 모니터링 및 하수처리장 운영 효율성 제고에 기여할 수 있을 것으로 기대된다.

Tuned Mass Dampers (TMDs) are widely used to mitigate structural vibrations in buildings and bridges. However, conventional optimization methods often struggle to achieve optimal performance due to the complexity of structural dynamics. This study proposes the NN-L-BFGS-B algorithm, which combines Artificial Neural Networks (ANNs) for global exploration and L-BFGS-B for local exploitation to efficiently optimize TMD parameters. A ten-story shear-building model with a TMD is used for validation. The proposed method achieves the lowest H₂ norm compared to previous studies, demonstrating improved optimization performance. Additionally, NN-L-BFGS-B effectively balances computational efficiency and accuracy, making it adaptable to various engineering optimization problems.

선박용 프로펠러는 선박 추진 성능과 연비에 직접적인 영향을 미치는 핵심 부품으로, 제작 과정에서 높은 정밀도가 요구된다. 사형주조는 복잡한 형상의 금속 부품 제작에 널리 사용되는 공정이지만, 주조 과정에서 발생하는 열적 팽창과 냉각 수축은 최종 치수 오 차와 가공 비용 증가를 초래하는 주요 원인이다. 본 연구에서는 사형주조 과정에서 발생하는 열팽창 및 수축 현상을 정밀하게 예측하고, 이를 고려한 최적의 치수 여유 설정을 통해 연마 작업을 최소화하는 설계 방안을 제안하였다. 알루미늄 청동 합금(ALBC3)을 사용한 프로 펠러를 대상으로 열팽창 공식과 유한요소해석(FEM)을 적용하여 블레이드, 허브, 전체 지름 등 각 부위별 변형을 정량적으로 분석하였다. 분석 결과, 블레이드 너비와 두께는 약 1.9%, 허브 직경은 1.5%, 전체 지름은 2.0%의 여유를 두는 것이 적절한 것으로 나타났다. 이러한 최 적 치수 여유를 적용한 결과, 최대 23kg의 재료 절감, 30만 원 이상의 제작 비용 절감, 작업 시간 50~60% 단축 등의 정량적 개선 효과가 확인되었다. 최적 설계를 적용함으로써 추가 연마 작업과 재료 손실을 줄일 수 있으며, 이에 따른 비용 절감 효과도 기대된다. 본 연구 결 과는 선박용 프로펠러 제작 과정의 품질 향상과 생산성 제고에 기여할 수 있을 것으로 판단된다.

The seriousness of environmental pollution and Particulate matter is becoming a hot topic around the world, and interest in air pollution problems caused by exhaust gases generated from industrial sites, automobiles, and ships is also increasing. Korea's air environment has a significant external impact due to its regional characteristics, so there is a limit to establishing an air environment management plan according to regional emission characteristics. In order to reduce Particulate matter emissions, various industrial fields use technology to remove air pollutants by using an electric precipitator to reduce fine pollutants. In this study, we intend to optimally design the dust collecting plate and electrode plate of the low-pressure electric precipitator to confirm the changes in physical properties and properties of SUS316L materials before and after exposure to diesel engine exhaust gas.

한국형 포장설계법(KPRP)은 한국의 기후, 교통, 재료 조건을 반영하여 개발된 포장설계법으로, 성능 기반 분석과 역학적-경험적 원 리를 결합하여 국내 도로포장의 내구성과 효율성 향상에 기여해왔다. KPRP는 지역별 환경 데이터, 교통 하중, 재료 특성을 고려하 여 최적의 포장 구조를 설계하며, 2011년 개발 이후 도로포장의 수명 연장과 경제성 향상을 이루어냈다. 그러나 KPRP에 적용되는 기후 및 교통 데이터는 2000년대 초반의 자료를 기반으로 하고 있어, 현재 기준으로 약 10년 이상의 차이가 존재한다. 이에 따라 최 신 데이터를 반영하여 포장설계를 개선할 필요성이 제기되고 있다. 본 연구에서는 최근 10년간의 최신 기후 데이터를 활용하여 줄눈 콘크리트 포장(JCP)의 콘크리트 슬래브 컬링 시간을 계산하고, 이를 기반으로 온도응력 및 교통응력의 산정 방식을 현 시점에 맞게 개선하고자 한다. 또한, 2023년 도로포장관리시스템(PMS) 데이 터를 이용하여 한국도로공사가 관리하는 모든 고속국도 중 JCP가 적용된 구간을 대상으로 표면 균열(SD), 설계 차로별 AADT, 관 리구간별 도로 연장, 차로 폭 등의 데이터를 분석하였다. 이를 통해 각 도로의 피로균열율을 산정하고, 고속국도를 대상으로 줄눈 콘 크리트 포장의 전이함수를 개선하여 보다 정밀한 설계를 가능하게 하고자 한다. 본 연구는 최신 기후 및 교통 데이터를 반영한 KPRP 기반 줄눈 콘크리트 포장설계의 실현에 기여할 것으로 기대된다.

Water-soluble substances like hydrogen fluoride, generated in semiconductor manufacturing, pose serious health and environmental risks, underscoring the need for effective capture devices. Vertical liquid capture devices help by aggregating and discharging hazardous substances with water, but their design can lead to backflow during abnormal operations, causing unintended releases and impacting efficiency and safety. This study seeks to improve a vertical liquid collection device’s containment performance by optimizing its geometry. The vertical wall was rotated at various angles and directions, and turbulent kinetic energy and streamline distribution were analyzed to assess vortex formation and flow characteristics. These structural modifications identify optimal conditions to control hazardous substance migration, offering insights for future pollutant removal device designs.

In this study, we explored the design of improved road lighting for drivers and pedestrians using ray-tracing and reverse ray-tracing methods. Conventional road lighting often poses issues such as glare and unevenly illuminated areas, which can compromise safety and efficiency. These problems stem from traditional design approaches focused solely on achieving high luminance and electrical power. However, our research shows that higher brightness or power consumption does not necessarily equate to better road lighting. By applying ray-tracing techniques, we aimed to design a reflector that enhances visibility while being easier on the eyes of both drivers and pedestrians. Our optimized reflector design demonstrated significant improvements in both central and average illuminance levels, all while reducing energy consumption. This study suggests that careful reflector design is crucial for creating safer and more energy-efficient road lighting solutions.

In this study, we explored the design of improved road lighting for drivers and pedestrians using ray-tracing and reverse ray-tracing methods. Conventional road lighting often poses issues such as glare and unevenly illuminated areas, which can compromise safety and efficiency. These problems stem from traditional design approaches focused solely on achieving high luminance and electrical power. However, our research shows that higher brightness or power consumption does not necessarily equate to better road lighting. By applying ray-tracing techniques, we aimed to design a reflector that enhances visibility while being easier on the eyes of both drivers and pedestrians. Our optimized reflector design demonstrated significant improvements in both central and average illuminance levels, all while reducing energy consumption. This study suggests that careful reflector design is crucial for creating safer and more energy-efficient road lighting solutions.

The multi-local resonance metamaterial is based on the local resonance mechanism of resonators, effectively blocking wave propagation within multiple resonant frequency ranges, a phenomenon known as band gaps. In practical applications for vibration reduction, the goal is to achieve wide-band vibration attenuation at low frequencies. Therefore, this study aims to improve the vibration reduction performance of multi-local resonance metamaterials by lowering the band gap frequency and expanding the band gap width. To achieve this, an objective function was formulated in the optimization problem, considering both the frequency and width of the band gap, with the geometric shapes of the multiple local resonators selected as design variables. The Sequential Quadratic Programming (SQP) technique was employed for optimization. The results confirmed that the band gap was generated at lower frequencies and that the band gap width was expanded.

In various machines used in industrial sites and transportation equipment, fastening structures of bolts and nuts are widely employed. However, conventional Steel sockets, classified as non-explosion-proof materials, have a high likelihood of generating sparks due to friction with components, which can lead to explosions or large-scale fires. To address this issue, this study developed a lightweight explosion-protection socket using AL-7075-T6 aluminum alloy, which is known for its excellent explosion-proof properties. However, due to the inherent characteristics of aluminum, it has lower rigidity compared to Steel, requiring the use of more expensive alloy materials. Therefore, our research team utilized Finite Element Analysis (FEA) and Multi-Objective Genetic Algorithm (MOGA) to optimize the mass and safety factor of the socket, proposing a design that simultaneously achieves both weight reduction and structural stability. The socket developed in this study is approximately 30% lighter than traditional Steel-based sockets while maintaining a safety factor of 1.2 or higher, significantly enhancing operational safety in explosive environments. This research sets a new standard in the design and manufacturing process of explosion-proof sockets and is expected to contribute to the optimization of various explosion-proof equipment in the future.

In order support the design support system of small and medium-sized shipbuilding companies that carry out designs using 2D CAD, this study developed a system that automatically calculates the cable length by extracting the Y-axis value expressed as text data in 2D CAD. By setting the equipment where the cable starts and ends, the essential route and the installation rate were checked so that the optimal route of the cable could be calculated. As a result, the value calculated based on the optimal route and length of the cable by extracting the data of 2D CAD through this study was the same as the value previously calculated by the actual user, and the installation rate was less than 130% so there was no problem with the on-site installation. In addition, it was confirmed that the cable length calculated through this was reduced by about 7% compared to the existing work.

전 세계적으로 보전 성과 및 효과평가 필요성, 신뢰도 높은 지표 측정 방법 등이 강조되고 있다. 식물체 높이는 재도입 등 보전이입 및 생태계 복원 시 중요한 지표로 활용된다. 정확한 모집단 추정을 위한 세밀한 표본 설계는 연구 진행에 앞서 가장 중요한 과정 중 하나이다. 이 연구는 멸종위기 야생생물 백양더부살이의 전국 분포, 개체군 현황, 생장 및 번식 특성, 식물체 높이의 지역 개체군 내 또는 개체군 간 변이를 파악하고, 보전·복원사업 효과평가에 필요한 효율적이고도 신뢰도 높은 생장 지표(즉, 식물체 높이) 모니터링 기반을 구축하고자 수행되었다. 백양더부살이 는 탐색한 전국 16곳 중 7곳에서 확인되었으며, 정읍 1지역 개체군이 국내 최대 규모 개체군이었다(N = 636). 이중 3개 지역(정읍 2지역, 제주 1지역)에 대해 식물체 높이 전수조사를 수행한 결과(N = 947), 높이의 범위는 3-50 cm였고 중앙값은 20 cm였다. 제주 지역 개체군의 평균 높이(22.1 ± 6.7 cm)는 가장 컸고, 무리(clump)당 개체수(중앙값 = 5)도 가장 많았다. 전수조사 자료를 바탕으로 표본추출 강도별 두 가지 방법(1. 집락표본추출, 2. 이단표본추출)으로 부트스트랩 복원추출을 수행한 결과, 집락표본추출 결과가 변동성, 정확도, 정밀도 측면에서 우수했으며, 무리를 표본추 출단위로 하고 표본추출 강도를 60% 이상으로 할 때 신뢰도 높은 모집단 추정이 가능했다. 이 연구는 멸종위기 야생생 물 보전·복원사업 이전에 충분한 기초정보 수집과 명확한 표본 설계를 통한 모니터링 체계 구축의 중요성을 강조한다.

본 논문에서는 마스크 설계에 다양한 위상 최적설계 기법을 적용하고, 광학 근접 보정 성능을 비교한다. 포토리소그래피 공정 중 포토레지스트에 가해지는 빛의 간섭 효과를 보정하는 광학 근접 보정 기술은 반도체 품질을 결정하는 중요한 요소 중 하나이다. 전통 적인 광학 근접 보정 기술에서는 마스크의 일부 요소를 조정하며 보정 효과를 시뮬레이션과 실험으로 확인하면서 설계를 진행한다. 이러한 경험적 설계를 통해 최적의 마스크 형상을 얻는 데는 한계가 있기 때문에, 위상 최적화 기법을 이용한 마스크 설계의 필요성이 증가하고 있으며, 민감도 기반 알고리듬을 이용한 위상 최적설계가 진행되어 왔다. 본 논문에서는 이진 구조 위상 최적설계(TOBS)와 새롭게 고안한 완화된 이진 구조 위상 최적설계(Continuated TOBS)를 이용하여 기존 최적설계와 비교하고, 더 발전된 최적설계 방향 을 제시한다.