이 총설에서는 반응표면분석법을 이용하여 식품제조프로세스를 최적화하는 방법에 대하여 검토하였다. 반응표면분석을 수행하기 위한 절차와 반응표면분석의 필수적인 기본이론을 설명하였고, 반응표면분석법 중에서도 대부분 사용되는 2차 실험계획법(3인자 완전요인, 중심합성, Box-Behnken, 및 Doehlert 계획법)들에 대한 장단점 및 효율성을 비교하였다. 식품제조프로세스를 최적화하는데 반응표면분석법을 적용하기 위해서는 우선 실험계획을 선택하고, 적절한 모델함수를 적합화한 다음, 적합화된 모델의 질 및 실험데이터와의 예측의 정확성을 평가할 필요가 있다. 식품제조프로세스를 최적화할 때 일부요인계획, 완전요인계획 및 Plackett-Burman 계획 등과 같은 실험계획법을 사용하여 중요한 실험인자를 일차적으로 스크린한 다음, 2차 실험계획법을 선택하는 것이 바람직하다. 실제적으로 최적실험조건을 찾기 위해서는 F-test, 수정 $R^2$ 등과 같은 분산분석을 사용하여 모델을 적합화하는 것이 바람직하다. Doehlert 계획과 Box-Behnken 계획은 중심합성계획법보다 좀 더 효율적이며, 최근에는 이 계획들을 적용한 문헌의 수가 증가하고 있는 추세이다. 더욱이 이 계획들은 3수준 완전요인계획법보다는 비교할 필요도 없이 훨씬 더 효율적이다. Box-Behnken설계는 식품분야에서와 같이 극한조건(즉, 인자들이 동시에 가장 높거나 혹은 가장 낮은 수준의 실험 조건)하에서 실험을 하는 것을 피하고자 할 때 유용하다. Doehlert 계획에서는 각 인자들의 수준(level)이 다르기 때문에, 몇몇 인자들이 가격적인 면에서 그리고(혹은) 장비사용에 제약을 받는 제한이 있다든지 혹은 인자의 중요도에 따라 수준의 수를 조절해야 할 필요가 있을 때에는 Doehlert 계획이 아주 유용하다. 종래에는 반응표면분석법의 2차 회귀모델 실험계획법 중에서 다른 계획법(Box-Behnken 계획 및 Doehlert 계획)에 비해 중심합성계획법을 압도적으로 많이 적용해 왔다. 그러나 Box-Behnken 계획 및 Doehlert 계획은 중심합성계획법보다 장점이 많기 때문에, 향후에는 Doehlert 계획과 Box-Behnken 계획을 사용하여 식품제조프로세스를 최적화하는 쪽으로 초점이 맞추어 지리라고 전망한다.
본 연구에서는 최근에 널리 사용되고 있는 R 프로그램을 이용하여 실험계획법 중 요인배치법과 반응표면분석을 구현하였다. 특히 반응표면분석에서 직교계획, 회전계획, 기울기 회전계획을 만족하는 실험계획을 제공함으로써 상업용 프로그램의 미진한 부분을 개선하여 실험선택의 폭을 넓게 하였다.
본 논문에서는 부분균형배열을 이용하여 $2^t$ 요인 실험계획에서 최소의 실험횟수를 가지 고 2인자 교호작용까지 분석할 수 있고, 추정량의 분산-공분산행렬이 균형을 이루고 있는 실험계획법을 기술하였다. 그리고 제안된 실험계획법의 최적성을 검토하여 트레이스 최적실 험계획을 찾아보았다. 이러한 최소균형 Resolution V $2^t$요인 부분실험법은 직교배열을 이용하여 주효과만 분석하는 기존의 다구찌방법과는 달리 2인자 교호작용까지 분석하고자 할 때 효과적으로 사용될 수 있으며 그 응용방법을 검토하였다.
품질 관리의 목표는 최종제품의 품질 보증에 있다. 이러한 목표를 달성하기 위해서는 품질 특성이 명확해야 하며, 동시에 품질 특성치에 영향을 주는 공정의 여러 변동 요인을 분명히 해야 한다. 실험계획법(Design of Experiments)은 특성에 영향을 미치는 여러 인자를 선정하며, 또한 이들의 관계를 알아보기 위한 실험을 실시하여 제품의 최적 제조조건을 경제적으로 찾아내는 기법이다. 본 연구에서는 실험계획법을 사용하여 유량을 최적화하는 요인을 선정, 얻어진 데이터를 통계적 방법으로 분석하여 최적의 조건을 나타내었다.
현재까지 실험을 설계하는 방법은 설계자에 의해서 시행착오(trial and error) 방식으로 하는 것이 대부분 이였으나 이 방법은 경험상으로 알고 있으며, 유효하다고 생각되는 조건하에서 여러 가지 경우의 것을 시뮬레이션 해보고 그 중에 가장 타당하다고 생각되는 것으로 결정하게 된다. 이들은 다소 경험적인 것이라 할 수 있다. 하지만 실험계획법(Design of Experiments)은 특성에 영향을 미치는 여러 가지 인자를 선정하기 위해, 또 이들의 관계를 알아보기 위한 실험을 실시하여 제품의 최적 제조조건을 경제적으로 찾아내는 기법이다. 본 연구에서는 실험계획법을 사용하여 유량을 최적화하는 요인을 선정, 얻어진 데이터를 통계적 방법으로 분석하여 최적의 조건을 나타내었다.
중심합성계획(central composite design: ccd)은 반응 표면이 곡면적인 특성을 나타낼때 반응 공간을 추정하기 위해 사용되는 실험계획이다. 반응공간이 2차 회귀모형으로 나타나는 경우에 반응곡면의 변화량을 알기 위해서는 변수의 수준이 3이상이 되어야하는데 ccd는 적은 횟수의 실험으로 곡면을 효과적으로 추정하기 위해 2$^{k}$ 요인실험에 추가적으로 중심점(central point)과 축점(axial point)을 표본점에 포함시키는 계획이다. 본 연구에서는 시뮬레이션 실험에서 반응변수가 2차 회귀모형으로 근사되는 경우에 cod를 이용하여 관심 성과치의 반응표면을 추정하고자 한다. 일반적인 실험에서와는 달리 시뮬레이션 실험에서는 두개의 표본점(인자 수준의 조합)에서 분석자가 공통 난수계열(common random number series)을 부여하여 시뮬레이션 시스템 요소의 변화과정을 유사하게 통제할 수 있다. 일반적으로 공통난수법(common random number method)에 의해 얻어지는 두 표본점에서의 반응변수는 서로 양의 상관관계를 가지며 대조 난수(antithetic random number)에 의한 두 반응변수는 음의 상관성을 가지는 것으로 알려졌다. 본 연구는 ccd의 표본점에 공통난수와 대조난수 법을 이용하여 회귀모형의 파라미터를 효과적으로 추정하는 방법을 조사하고 이를 (s, S) 재고관리 모형에 적용하여 그 효율성을 평가하고자 한다.
This study evaluated the effect of factors influencing the initial biofilm formation in drinking water distribution pipe by running experiments using a $2^{4-1}$ fractional factorial experimental design with a replicate. Important variables used for assessing biofilm formation included BDOC(biodegradable dissolved organic carbon), viable heterotrophic bacteria present in drinking water, water temperature, and shear stress at two levels each. Based on the statistical analysis of biofilm levels measured as attached HPC(heterotrophic plate count) and community-level assay, the main factors that have significant effects on biofilm formation were found to be viable heterotrophic bacteria and BDOC. Water temperature only exhibited significant effect on the levels of attached HPC, while shear stress was not a significant factor under given conditions. Moreover, the statistical analysis revealed that interactions between the important variables were not statistically significant at a 0.05 significance level.
기존의 미래계획기억 연구들은 미래계획기억이 인출되는 두 가지 처리 과정, 주의를 사용하여 미래계획기억을 지속적으로 점검하여 인출하는 과정과 환경의 외부적 단서에 의해 미래계획기억이 자동적이고 자발적으로 인출되는 과정이 존재함을 지지하는 여러 증거들을 제시하였지만, 이런 인출과정들이 어떤 방식과 조건들로 인하여 나누어지는지에 대한 일관성 있는 증거들은 제시하지 못하였다. 본 연구는 미래계획기억의 인출 처리방식이 나누어지는 주요 요인으로 실험 참가자들이 미래계획기억 수행을 위해 얼마만큼의 인지적 노력이 필요한지를 지각하게 되는 메타 인지적 인식과 이를 통해 이루어지는 자발적 주의 할당 전략의 효과를 알아보고자 하였다. 실험 1에서는 실험 참가자들이 미래계획기억 과제를 쉽게 수행할 수 있다는 메타 인지적 인식을 심어주기 위하여 미래계획기억을 상기시키는 외부 단서의 특성을 조작하였고, 실험 2에서는 과제의 어려움과 과제 수행을 위해 드는 인지적 노력의 정도를 알려주는 사전 정보를 각각 달리 제시하여 실험 참가자들의 메타 인지적 인식을 조작해보았다. 그 결과, 실험 1, 2 모두 실험 참가자에게 유도된 메타 인지적 인식에 따라 미래계획기억의 인출 방식이 달려졌다. 본 연구의 결과들은 미래계획기억 수행에 대한 메타인지적 인식이 미래계획기억의 인출 과정을 결정하는 중요한 요인임을 알려주고 있으며, 메타 인지적 인식에 의한 주의 할당 전략에 따라 미래계획기억의 성공적인 수행에 영향을 주는 요인들(인출단서의 특성, 주의자원)이 달라진다는 사실을 알려주고 있다.
표본의 크기의 제1종오류의 확률 $\alpha$, 실용적으로 차이가 있다고 판독되어서 검출하고자하는 요인효과의 오차에 대한 상대적인 크기, 그 값에서의 제2종오류의 확률 $\beta$에 따라서 결정된다. 이 논문에서, 우리는 고정요인과 랜덤요인이 포함된 실험계획에서 표본의 크기를 결정하는 방법을 간단한 MATLAB 프로그램을 사용하여 고려한다. 분할법과 지분요인배치법의 예제를 들어 유의수준 $\alpha$와 최소 표준과 검출효과 $\Delta^*$에서 검정력이 적어도 $1-\beta$를 갖도록 표본의 크기를 결정한다
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[게시일 2004년 10월 1일]
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