본 연구에서는 유도무기 MDO 프레임워크 개발을 위한 최적화 과정을 구성하였다. MDO 프레임워크에 통합될 각 해석 자원과 통합설계를 위한 해석 자원간의 데이터 흐름을 분석하였다. 분석된 자료를 토대로, 개발될 MDO 프레임워크의 최적설계 시나리오를 작성하였다. 그리고 작성된 시나리오의 검증을 위해 유도무기에 대한 최적설계 문제를 구성하여 이를 수행하였다.
다분야 통합 최적화 설계 환경을 제공하는 소프트웨어 체계인 MDO 프레임워크 개발을 위해서는 다양한 운영체계와 언어에서 개발된 해석코드들의 통합, CAD 및 데이터베이스 시스템과의 통합, 복잡한 GUI 환경의 구현 등이 필수적으로 요구되고 해석코드의 추가, 새로운 MDO 기법의 도입에 따른 수정 및 확장에 대한 고려가 충분히 이루어져야 한다. 본 논문에서는 MDO 프레임워크의 설계단계부터 고려되어야 할 사항들과 각 구성요소들의 시스템 통합 방법을 연구, 적용 방안을 제시하며 이를 바탕으로 비행체 통합 최적설계 시스템 환경을 구현하였다. MDF 및 CO 기법 등 대표적인 MDO 기법을 적용할 수 있는 데이터베이스 설계과정을 정립하고, 구현된 통합 최적설계 시스템을 이용하여 전투기 날개 형상 최적 설계를 수행하여 개발된 MDO 프레임워크의 효율성 및 유용성을 검증하였다. 구배 기반 최적화 기법을 이용하여 삼십번의 설계 반복으로 최적 날개 형상을 도출하였다.
다분야 통합 최적설계(MDO) 프레임워크는 항공우주시스템의 설계에 고려해야 할 다양한 설계 분야의 통합적이고 동시적인 해석 및 설계 최적화를 위한 통합 환경으로 해석자원 및 최적화자원은 물론 CAD 툴과 DBMS 또한 통합해야하며 사용자편의환경을 제공해야한다. 또한 설계하고자 하는 대상 및 개발환경에 따라 프레임워크의 구축방법은 달라질 수 있다. 본 논문에서는 개발환경에 따라 단일 PC기반 프레임워크와 PLinda기반 프레임워크, 그리고 웹서비스 기반 프레임워크로 분류하여 이들을 비교 분석하였다.
엔지니어링 분야의 병렬 컴퓨터 시스템은 일반적으로 초대형 구조해석이나 항공분야에 많이 적용되어 대형 설계문제의 긴 해석시간을 단축하였다. 슈퍼컴퓨터나 다수의 컴퓨터를 사용하여 해석시간을 단축하는 효과는 다분야통합최적설계의 설계시간을 줄이는데 사용 할 수가 있다. 하지만 기존의 상용 MDO 프레임워크의 다분야통합최적화 설계 프로세스는 해석 프로그램을 순차적으로 호출하는 방식으로 동작하여 설계 해를 도출하는 방식으로 비효율적이다. 본 연구에서는 이런 문제를 해결하기 위해서 병렬 설계 프로세스를 도입하여 수행할 수 있는 MDO 프레임워크를 개발하였다. 개발된 MDO 프레임워크를 검증하기 위해서 수식 문제 및 모터설계 문제와 헬기설계 문제를 적용하여 유효성을 검증하였으며, 설계 해를 도출하기 까지 걸리는 총 설계시간을 혁신적으로 줄임으로써 기존의 MDO 프레임워크에 비해 우수성을 증명하였다.
오늘날 공학 분야에서 한 분야에서만 이뤄지던 연구가 다분야 통합 연구로 바뀌어 가고 있다. MDO(Multi-Disciplinary Optimization) 프레임워크는 각 분야의 설계 도구들 간의 데이터 공유로 효율적 관리를 위한 기술과 여러 분야가 분산된 환경 하에서 병렬로 작업할 수 있는 컴퓨팅 환경을 말한다. 기존의 MDO 프레임워크는 여러 분야의 설계 도구들을 통합 관리하는 표준 인터페이스가 없고 이것들의 작업 흐름을 자동으로 통합 관리할 환경이 없다는 문제점이 있다. 본 논문에서는 웹 서비스를 사용하여 각 설계도구 간의 표준 인터페이스를 제공하고, 워크플로우를 사용하여 이것들을 자동으로 통합 관리하는 웹 서비스 기반 통합 설계 프레임워크를 구현한다.
설계 순기의 단축, 개발 비용의 절감, 제품 성능의 향상을 목적으로 하는 MDO(Multidisciplinary Design Optimization)의 적용이 가능한 프레임워크의 개발을 위하여 해석 자원의 통합 방안, 해석 및 최적화 과정의 관리 방안과 이를 위한 소프트웨어 구조를 제시하였다. 중앙집중식 DBMS(Data Base Management System)을 채택하였으며, 해석 코드의 통합 방안으로 DLL(Dynamic Link Library)을 이용하는 방법과 입출력 파일을 이용하는 방안을 제시하였다. 해석 및 최적화 과정과 데이터 흐름을 관리하는 방안으로 Graphic Programming의 개념을 도입하였다. 간단한 수치 예제와 삼차원 패널 코드를 이용한 항공기 날개의 형상 최적화에 적용하여 제시한 방안의 타당성을 검증하였다.
자동차, 항공기, 선박과 같은 대형 복합 기계시스템 설계는 다분야 설계최적화의 영역이다. 다양한 영역의 전문지식과 경험을 동시에 요구하기 때문이다. 최근 급격한 기술발전과 더불어 인간의 편의 증진을 위한 요구로 이들 시스템의 복합도와 복잡도가 점증되고 있다. 이런 복합 시스템의 설계를 위해서는 도메인별 지식뿐만 아니라 다양한 분야의 지식, 경험 그리고 관점을 융합할 수 있는 통합 시스템 설계, 즉 다분야 설계최적화가 필요하다. 과거 다분야 설계최적화는 주로 설계자의 직관과 경험에 의존함으로써 해의 정확도나 시간 효율면에서 효용성이 크게 높지 않았다. 최근 다분야 설계최적화는 정보통신기술(IT)의 발전에 힘입어 프로세스통합 및 설계최적화(PIDO) 프레임워크에 의해 주로 구현된다. 본 논문은 오픈소스 PIDO 프레임워크인 RCE를 이용하여 합리적 수준의 노력과 시간 투입으로 효율적인 다분야 설계최적화를 구현하는 프로세스와 방법론을 찾고자 한다. 벤치마킹 예제로 벌크선 개념설계 모델에 본 논문이 제안한 다분야설계최적화 프로세스와 방법론을 적용해 보았다. 최적설계 결과에 대한 시각적 분석을 통해 제안된 방법론의 타당성을 확인하였다.
본 논문은 MDO에서 적용가능한 근사기법의 활용에 관한 연구를 수행하였다. MDO 통합 설계 시스템을 구축하는데 있어서, 최적화 과정에서 발생하는 수많은 반복 계산, 광범위한 다분야 간 설계 및 CAD/CAE와의 연계를 고려함으로써 발생하는 방대한 계산량 및 데이터의 정보량으로 인해 수반되는 계산 비용을 현저히 줄이지 않고는 통합설계 시스템을 실제로 구축한다 해도 그 효용성은 비현실적일 수밖에 없게 된다. 따라서 본 연구에서는 MDO 통합설계 시스템 프레임워크의 목적을 위해, 필수적으로 선행되어야 하는 다양한 근사기법의 적절한 활용을 통해 MDO에서 적용가능한 근사기법의 활용에 대한 연구를 수행하였다.
Recently, the rapid progress of Internet and Network affects engineering design environment as well as Business fields to utilize Web technologies to enhance it's competitively in the world. In product development, experts and organizations actually taking part in the design process are often geographically dispersed. Furthermore, different divisions and businesses often have heterogeneous CAD/CAE systems and methods for expressing product data, and addressing this heterogeneity creates additional costs and causes longer development periods. To ensure successful collaboration in the design process, it is therefore imperative that distributed CAD, CAE, and other related systems be managed in an organic and integrated manner from the initial stages of product development. Therefore, this study suggests Web-based MDO(Multidisciplinary Design Optimization) framework to support interfacing and the collective use of design and analysis tools.
A design framework to employ the multidisciplinary design optimization technologies on a computer system has been developed and is named as the Extensible Multidisciplinary Design Integration and Optimization System (EMDIOS). The framework can not only effectively solve complex system design problems but also conveniently handle MDO problems. Since the EMDIOS exploits both state-of-the-art of computing capabilities and sophisticated optimization techniques, it can overcome many scalability and complexity problems. It can make users who are not even familiar with the optimization technology use EMDIOS easily to solve their design problems. The client of EMDIOS provides a front end for engineers to communicate the EMDIOS engine and the server controls and manages various resources luck as scheduler, analysis codes, and user interfaces. EMDIOS client supports data monitoring, design problem definition, request for analyses and other user tasks. Three main components of the EMDIOS are the Engineering Design Object Model which is a basic idea to construct EMDIOS, EMDIOS Language (EMDIO-L) which is a script language representing design problems, and visual modeling tools which can help engineers define design problems using graphical user interface. Several example problems are solved and EMDIOS has shown various capabilities such as ease of use, process integration, and optimization monitoring.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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