확정론적 최적설계 방법은 설계 혹은 공정과정에서 발생하는 설계변수의 불확실성을 고려하지 않아 최적점이 제한조건의 경계점에 위치한다. 신뢰성기반 최적설계는 설계자가 요구하는 신뢰도를 만족하는 범위에서 목적함수가 최소가 되는 최적점을 찾는 방법이다. 이 과정은 최적설계 과정과 설계변수의 불확실성을 고려하는 신뢰성해석 과정으로 나눌 수 있다. 모멘트기반 신뢰성해석은 시스템의 통계적 모멘트를 이용하여 신뢰도를 구하는 방법이다. 일반적으로 신뢰성해석은 통계적 모멘트의 값에 따라 피어슨 시스템을 통해 시스템의 확률밀도함수를 7 가지 형태로 분류하여 신뢰도를 구한다. 하지만 피어슨 시스템에서 타입 IV 분포의 경우에는 수식이 복잡하여 다루기 어려운 문제점이 있었다. 본 논문에서는 크리깅모델을 이용하여 피어슨 시스템의 단점을 개선한 신뢰성 해석기법을 크리깅모델을 이용하여 개발하고 이를 적용하여 신뢰성기반최적설계 방법을 제안하다. 피어슨 타입 IV 의 수학 및 공학예제에 대하여 신뢰성기반최적설계를 수행하고 이를 몬테카를로 시뮬레이션을 이용하여 정확성을 검증한다.

본 논문에서는 한시적 세포포집 구조물을 이용한 다세포 스페로이드의 형성 및 추출칩을 제안하였다. 종래의 웰 플레이트와 플라스크는 작은 스페로이드 형성이 어렵고, 기존 마이크로칩은 고정된 세포포집 구조물을 이용하여 스페로이드 추출이 어려운 단점이 있다. 반면, 제안된 칩은 한시적 세포포집 구조물을 이용하여 스페로이드의 형성과 추출이 모두 용이한 장점이 있다. 50kPa 의 박막압력으로 형성된 세포포집 구조물에 145~155Pa 의 세포입력압력으로 유입되는 세포를 포집한 후, 24 시간 배양하여 스페로이드를 형성하였다. 또한, 박막압력 제거 후 5kPa 의 세포입력압력으로 추출된 스페로이드의 지름과 활성도는 각각 $197{\pm}11.7Bm$, $80.3{\pm}7.7%$로 측정되었다. 제안된 칩은 스페로이드의 균일한 형성과 안정적 추출이 용이하여 스페로이드의 후처리에 적용될 수 있다.

스마트 홈은 다양한 기기들과 센서들을 통합하여 제어함으로써 거주자가 필요로 하는 서비스를 제공한다. 본 논문에서는 장애자들과 노인들을 위한 스마트 홈 시스템에 초점을 두고 있으며, 스마트 홈 거주자를 위한 새로운 방식의 실시간 자세분석 시스템을 제안한다. 본 시스템은 3 차원 기울기 센서를 이용하여 거주자의 정적인 자세와 동적인 자세를 실시간으로 인식함으로써, 원격에서의 건강관리 및 의료 서비스를 제공하는 개념을 포함한다. 본 시스템은 스마트 홈 서버와 3 차원 기울기 센서로 구성되며, 이들 상호간 통신과 이동성 증진을 위해 무선 기술이 적용되었다. 스마트 홈 서버는 정적 자세로부터 동적 자세를 추출하는 추론엔진을 포함하고 있다. 끝으로 본 논문에서 제안한 시스템을 실제 환경에 적용하여 그 유효성을 확인한다.

정유 석유화학 플랜트에서 탑 상부의 부식은 현장에서 자주 발생되는 심각한 문제이다. 특히 정유 공정 탑 상부에는 황화수소, 염소 등의 부식 물질들로 인하여 그 피해 정도가 심각하다. 따라서 본 연구에서는 정유 공정 탑 상부의 부식 메커니즘을 분석하고, 부식률을 예측하는 모델을 개발하였다. 정유 공정 탑 상부의 부식 메커니즘을 분석한 결과, 부식에 가장 큰 영향을 미치는 네 가지 성분인 $H_2S$, $CO_2$, $H^+$, $Cl^-$을 고려하여 예측 모델을 개발하였다. 부식 메커니즘을 해석하는 데에 이동 현상 및 반응 공학의 관점으로 접근하여 모델을 개발 하였다. 또한 실제 정유공장에서 측정된 데이터들을 토대로 그 신뢰성을 검증하였다.

다양한 생산 설비에 따른 설비정보를 MES 등의 생산시스템에 효율적으로 제공하기 위해 설비 정보 수집 시스템은 생산현장의 설비 및 공정특성을 고려한 다양한 설비 인터페이스에 따른 정보 수집이 필요하다. 본 연구에서는 생산현장의 다양한 생산 설비의 정보를 수집하기 위해 설비 인터페이스를 통한 설비정보 수집 방법을 제안한다. PLC 기반의 인터페이스, Sensor 기반의 I/O 인터페이스, 작업자 Key-In 에 의한 인터페이스 등 다양한 설비 인터페이스를 통해 생산 현장의 정보를 1 차 수집할 수 있다. 데이터 수집 시스템은 H/W Communication Module 과 Operator Key-In Module을 이용하여 설비 인터페이스를 통해 수집되는 설비 정보를 2 차 가공하며, 데이터 파서(Data Parser)를 통해 수집 정보의 유연성을 높일 수 있다.

발전설비 및 자동차의 엔진에서 고온과 응력이 발생하므로 안전을 위하여 제품을 생산하기 전에 재료의 수명설계가 필요하다. 본 연구에서는 온도, 응력, 파단 시간으로 이루어진 무기력계수를 이용하여 수명설계를 수식화하였다. 통합수명식을 이용하여 SP-Creep 시험 데이터와 계산된 데이터를 비교하였다. SP-Creep 시험은 X20CrMoV121강의 파단시간을 획득하기 위하여 수행하였고 수명설계식을 통해 하중, 온도, 하중-온도가 작용하는 3가지 경우를 고려하였다. 첫째로, 무기력계수는 SP-Creep 시험에서 획득한 파단응력과 시간에 의해 계산하였다. 두 번째로, 온도 조건을 주어 수명을 예상하였다. 세 번째로, 부재는 피로와 크리프가 동시에 작용할 때 커플링 효과 때문에 더 열악한 상태에 놓이게 된다. 수명은 커플링 효과 때문에 현저하게 감소하는 것으로 나타났다.

설계단계에서 시스템의 불확실성을 반영하려는 노력이 다양하게 이루어지고 있으며, 강건 최적설계 혹은 신뢰도 기반 최적설계는 이에 대한 대표적인 설계 방법론이다. 실제 문제에 이러한 방법론을 적용하기 위해서는 성능함수의 통계적 모멘트와 손상확률에 대한 정확하고 효율적인 추정 방법이 필요하고, 더불어 최적화를 위한 방향탐색과정에서 요구되는 민감도 해석의 정확성 및 효율성이 확보되어야 한다. 본 연구에서는 함수근사모멘트 방법을 기존에 유도된 적분 형태의 민감도 해석 식에 적용하여 그 민감도 해석 결과의 정확성을 확인하고, 이를 대표적인 신뢰도 기반 최적설계 문제에 적용하고자 한다. 민감도 해석 결과 및 신뢰도 기반 최적설계 결과를 타방법의 결과와 비교하여 함수근사모멘트 방법의 타당성을 입증하고자 한다. 활용된 적분 형태의 민감도 해석은 손상확률 혹은 통계적 모멘트가 계산된 경우 추가적인 함수 계산 없이 민감도를 얻을 수 있는 효율적인 방법이다.

제 1 급 와동이 모사된 비관통형 치아 시편에 수복된 복합레진의 중합 수축시 발생하는 AE 신호를 실시간으로 검출한 후 이를 분석하였다. 시간대별 발생 분포를 살펴보면, 광조사 초기에 중합 수축이 급격히 진행되는 제 I 구간에서 AE event 가 많이 관찰되었다. 제 I구간 후 AE event 발생 빈도가 낮아져 AE 가 별로 관찰되지 않은 제II구간이 있었는데, AE 신호의 발생이 적은 PMMA 는 치아에 비해 구간이 길었으며 AE 검출이 잦았던 스테인리스스틸 모형은 제 II 구간이 짧았다. AE 활성도를 나타내는 구간 특성은 수복재와 와동의 계면부에서 일어나는 균열의 발생빈도를 나타내는 것으로 사료되며 젤화점 직후의 제I 구간에서 AE 가 집중적으로 관측되는 바, 수복재와 와동 사이의 갭 형성은 바로 젤화점 직후에 만들어졌음을 가리킨다. 신호의 최대 진폭은 25-45dB 이었고 1 차 중심 주파수는 100-200kHz 와 240-400kHz 영역의 신호들이 발생하였으며 이는 레진이나 접착층의 파괴에 해당하였다.

최근 컴퓨터비전을 이용하여 부품의 치수를 정확하게 그리고 빠르게 측정하고자 하는 연구가 많이 진행되고 있다. 하지만 컴퓨터비전의 경우 조명이 완벽하지 않으면 노이즈가 많이 발생하는 경우가 있다. 실제 산업현장에서는 기계들 간의 간섭에 의해 완벽한 조명을 구현하기 어렵기 때문에 노이즈를 피하기 어렵다. 본 논문에서는 튜브의 내경 반지름 측정 시 문제가 되는 노이즈를 효과적으로 제거하고 반지름 측정의 정밀도를 향상시키기 위한 컴퓨터 비전 측정 알고리즘을 제안한다. 표준편차가 최소가 되는 중심점을 이용하여 노이즈를 제거하고 이 때 발생되는 원호상의 불연속 문제는 원호 연결 알고리즘으로 해결하였다. 제안된 알고리즘의 성능은 노이즈가 추가된 원과 실제 튜브의 영상을 이용한 실험을 통해 증명하였다. 15%의 수준의 노이즈가 추가된 원의 반경을 구하는 실험에서도 1.4% 수준의 오차를 보여주어 본 알고리즘의 유용성을 확인할 수 있었다.

최근 이동통신 가입자의 증가로 인해 기지국의 수요도 증가하게 되었다. 하지만 기지국 설치 장소의 부족으로 인해 이동통신모듈의 크기가 소형화 되어야 할 필요성이 생겼다. 이동통신모듈의 소형화를 위해서는 모듈 겉면에 부착된 히트싱크의 크기가 소형화 되어야 한다. 또한 모듈의 열적 안정성을 보장하기 위해 설치된 전자부품의 온도가 허용온도보다 낮아야 한다. 이를 위해 상용 PIDO(Process Integration and Design Optimization) 툴인 PIAnO와 전산유체역학 프로그램인 FLOTHERM을 사용하여 전자부품의 온도를 허용온도보다 낮게 유지시키면서 히트싱크의 부피를 최소화하였다. 그 결과, 이동통신 모듈에 설치된 전자부품의 허용온도를 만족하면서 모듈의 부피를 41.9% 감소시킬 수 있었다.

초고온가스로로부터 생성된 $950^{\circ}C$ 정도의 초고온 열을 이용하여 수소를 경제적이며 또한 대량으로 생산하는 원자력수소생산시스템에서 공정열교환기는 초고온 열과 화학반응 공정을 통해 수소를 생산하기 위한 핵심 기기이다. 한국원자력연구원에서는 초고온가스로에 사용될 기기에 대한 성능시험을 위해 소형가스루프를 구축하고 공정열교환기 시제품을 수정 제작하였다. 본 연구는 공정열교환기 수정 시제품을 소형가스루프에서 시험하기 전에 루프 시험조건하에서 공정열교환기 수정 시제품의 고온 구조건전성을 미리 평가하기 위한 작업의 일환으로 공정열교환기 수정 시제품에 대한 고온 구조해석 모델링, 거시적 열 해석 및 구조 해석을 수행하고 그 결과들을 정리한 것이다. 해석 결과는 공정열교환기 수정 시제품 성능시험 장치 설계에 반영할 것이다.

지지격자체는 경수로 핵연료집합체의 특성과 성능에 영향을 주는 가장 중요한 핵심 구조부품 중에 하나이다. 지지격자체 설계시의 우선적으로 고려해야할 사항은 핵연료가 원자로에 장전되어 있는 동안 내내 연료봉이 기계적인 원인에 의해 손상되지 않도록, 즉 연료봉의 기계적 지지건전성이 유지되도록 설계하는 것이다. 연료봉이 유동기인진동에 의해서 진동할 때 연료봉과 연료봉 지지부 사이에서 상대변위 발생을 완화해 줌으로서 연료봉의 프레팅 마모 손상 가능성이 감소될 수 있는 것으로 알려져 있다. 본 연구에서는 이동 가능한 연료봉 지지부로 구성된 새로운 지지격자체 형상을 제안하였고, 제안된 이동 가능 지지부의 연료봉 지지특성을 유한요소해석을 통해 분석하였다.

유압 브레이커는 굴착기의 암 끝에 장착되어 파쇄작업을 하는 부착작업기이다. 그러나 굴착기의 성능에 치명적인 영향을 미치는 유압 브레이커의 중량에 대한 연구는 아직 없었다. 따라서 본 연구에서는 유압 브레이커에서 대부분의 중량을 차지하고 있는 하우징에 대한 최적설계를 수행하였다. 유압 브레이커 하우징의 설계 요구사항은 정상 운전상태에서 파손없이 중량을 최소화하는 것이다. 직교배열표를 이용하여 실험점을 선정하였고, 실험점에서의 결과를 바탕으로 근사모델을 생성하여 최적 설계안을 도출하였다. 그 결과, 모든 구속조건을 만족하면서 유압 브레이커 하우징의 중량을 4.8% 감소시켰다.

알루미늄 재질의 도시철도차량 차체의 경량화를 위해 이중 판재구조로 이루어진 철도차량용 알루미늄 압출재의 최적설계를 수행하였다. 위상최적설계 기법을 이용하여 알루미늄 차체에서 가장 큰 중량을 차지하는 하부 프레임 베이스 플레이트의 경량화된 위상을 도출하였고, 이를 기반으로 압출재 부재별 치수 최적화를 수행하였다. 하부 프레임 다음으로 큰 중량을 차지하는 측면 프레임 압출재에 대해서는 치수 최적화를 통하여 경량설계를 수행하였다. 최적설계안과 현재 설계의 최대발생응력과 최대 변형량을 비교하여 최적설계결과의 타당성을 검증하였다. 이 과정을 통하여 언더프레임과 사이드프레임의 중량을 현재보다 평균 12% 줄일 수 있었고, 차체 전체로는 8.5%의 경량화 효과를 얻었다.