• 제목/요약/키워드: Mathematical Models

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Fundamental framework toward optimal design of product platform for industrial three-axis linear-type robots

  • Sawai, Kana;Nomaguchi, Yutaka;Fujita, Kikuo
    • Journal of Computational Design and Engineering
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    • 제2권3호
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    • pp.157-164
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    • 2015
  • This paper discusses an optimization-based approach for the design of a product platform for industrial three-axis linear-type robots, which are widely used for handling objects in manufacturing lines. Since the operational specifications of these robots, such as operation speed, working distance and orientation, weight and shape of loads, etc., will vary for different applications, robotic system vendors must provide various types of robots efficiently and effectively to meet a range of market needs. A promising step toward this goal is the concept of a product platform, in which several key elements are commonly used across a series of products, which can then be customized for individual requirements. However the design of a product platform is more complicated than that of each product, due to the need to optimize the design across many products. This paper proposes an optimization-based fundamental framework toward the design of a product platform for industrial three-axis linear-type robots; this framework allows the solution of a complicated design problem and builds an optimal design method of fundamental features of robot frames that are commonly used for a wide range of robots. In this formulation, some key performance metrics of the robot are estimated by a reducedorder model which is configured with beam theory. A multi-objective optimization problem is formulated to represent the trade-offs among key design parameters using a weighted-sum form for a single product. This formulation is integrated into a mini-max type optimization problem across a series of robots as an optimal design formulation for the product platform. Some case studies of optimal platform design for industrial three-axis linear-type robots are presented to demonstrate the applications of a genetic algorithm to such mathematical models.

어린보릿가루 첨가 거품형 찜케이크의 재료 혼합비율의 최적화 (Optimization of Ingredient Mixing Ratio for Preparation of Steamed Foam Cake with Barley (Hordeum vulgare L.) Sproutling Powder)

  • 서민자;정수지;장명숙
    • 한국식품조리과학회지
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    • 제22권6호통권96호
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    • pp.815-824
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    • 2006
  • This study was performed to determine the optimum ratio of each ingredient in the steamed foam cake with barley (Hordeum vulgare L.) sproutling powder. The experiment was designed according to the D-optimal design of mixture design, which showed 14 experimental points including 4 replicates for three independent variables (sugar 112${\sim}$139%, barley sproutling powder 1${\sim}$8%, and oil 5${\sim}$25%). The compositional and functional properties of test were measured, and these values were applied to the mathematical models. A canonical form and trace plot showed the influence of each ingredient on the mixture final product. The results of F-test, volume, color values (L, a, b), textural properties (hardness, gumminess, chewiness) and sensory characteristics (softness) decided a linear model, while the sensory characteristics (color, smell, taste, overall acceptance) decided a quadratic model. The volume of steamed foam cake was increased by sugar addition, and a negative effect was exerted by barley sproutling powder and oil. L and a of color values increased but the b value decreased with increasing sugar and oil content, whereas barley sproutling powder tended to decrease all color values. The addition of barley sproutling powder also had a positive effect on the textural properties (hardness, gumminess, chewiness). Sensory characteristics (color, smell, softness, taste, overall acceptance) could suffer counter results with the excessive addition of sugar, barley sproutling powder, and oil. The optimum formulations by numerical and graphical methods were similar: sugar, barley sproutling powder, and oil were 130.4%, 4.0%, and 10.7% by numerical method, compared to 130.4%, 4.0%, and 10.7% by graphical method, respectively.

Enhancement of Hyaluronic Acid Production by Batch Culture of Streptococcus zooepidemicus via the addition of n-Dodecane as an Oxygen Vector

  • Liu, Long;Yang, Haiquan;Zhang, Dongxu;Du, Guocheng;Chen, Jian;Wang, Miao;Sun, Jun
    • Journal of Microbiology and Biotechnology
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    • 제19권6호
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    • pp.596-603
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    • 2009
  • This study aimed to examine the influence of adding an oxygen vector, n-dodecane, on hyaluronic acid (HA) production by batch culture of Streptococcus zooepidemicus. Owing to the high viscosity of culture broth, microbial HA production during 8-16 h was limited by the oxygen transfer coefficient $K_La$, which could be enhanced by adding n-dodecane. With the addition of n-dodecane to the culture medium to a final concentration of 5% (v/v), the average value of $K_La$ during 8-16 h was increased to $36{\pm}2h^{-1}$, which was 3.6 times that of the control without n-dodecane addition. With the increased $K_La$ and dissolved oxygen (DO) by adding 5% (v/v) of n-dodecane, a 30% increase of HA production was observed compared with the control. Furthermore, the comparison of the oxygen mass transfer in the absence and presence of n-dodecane was conducted with two proposed mathematical models. The use of n-dodecane as an oxygen vector, as described in this paper, provides an efficient alternative for the optimization of other aerobic biopolymer productions, where $K_La$ is usually a limiting factor.

강합성 데크 트러스 보도교의 자유진동해석 및 상시진동실험에 관한 연구 (Free and Ambient Vibration of Steel-Deck Truss Bridge)

  • 정성엽;오순택
    • 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
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    • 제16권4호
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    • pp.60-68
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    • 2012
  • 본 연구에서는 미국 뉴욕주 로체스터시 소재 강합성 데크 트러스 보도교를 대상으로 사용성을 평가하기 위한 상시진동 실험(ambient vibration test)을 수행하였고 이를 해석적 방법에 의한 결과와 비교하였다. 교량전체에 대한 상시진동실험은 수치모델 작성 시 도입되는 여러 가정들에 대한 타당성을 평가하는데 있어서 유용한 방법이며, 교량의 고유진동수나 모드형상과 같이 구조 동력학에서 중요한 구조적인 변수를 결정하는데 있어 중요한 역할을 한다. 본 연구에서는 교량의 수직방향 및 수평방향 진동 특성과 변위를 측정하기 위하여 실제 교량에서 보행자에 의해 발생하는 진동을 입력하중으로 사용하였다. 교량 구조물에 대한 모델링을 위하여 3차원 유한 요소법을 사용하여 해석을 수행하였으며, 이를 통하여 현장실험 결과와의 유효성을 입증하였다.

GPS/INS/기압계/방위계를 이용한 연속 측위시스템 (A Seamless Positioning System using GPS/INS/Barometer/Compass)

  • 권재현;;좌윤석
    • 대한공간정보학회지
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    • 제14권3호
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    • pp.47-53
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    • 2006
  • 본 연구에서는, 보행자의 연속적이고 정확한 위치결정을 위한 보행자 측위시스템의 알고리즘을 소개하고 그 정확도를 분석하였다. 다양한 환경에서의 GPS 신호의 두절에 따른 위치의 불연속성을 해결하기 위하여, GPS, INS, 기압계와 방위계를 강결합의 형태인 중앙 집중형 칼만필터에서 융합하였다. 특히, 저가의 실질적인 시스템을 구성하기 위하여, MEMS IMU를 사용하였고, 실시간 계산의 용이성을 위하여 의사거리를 처리하였다. 이때 저가기기의 선택에 따른 높이와 방위값의 정확도를 보완하기 위하여 압력계와 방위계로부터 측정된 값을 이용한다. 편이, 스케일 오차 등의 상세한 수학적 모델과 융합방법을 소개하였고, 그 결과를 고성능의 GPS/INS 로부터 나온 결과와 비교 검토하였다. 특히 GPS 신호가 단절되었을 경우에 대한 위치 및 자세의 결과 비교를 통하여 위치 획득 정확도 및 가능성을 분석하였고, 향후 연구 방향을 소개하였다.

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종속적 관계를 갖는 혼합구조에 대한 경쟁적 위험모형의 구축 (Constructing a Competing Risks Model for the Combined Structure with Dependent Relations)

  • 박성환;박지현;배기호;안선응
    • 산업경영시스템학회지
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    • 제40권3호
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    • pp.92-98
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    • 2017
  • The rapid growth of engineering technology and the emergence of systemized and large-scale engineering systems have resulted in complexity and uncertainty throughout the lifecycle activities of engineering systems. This complex and large-scale engineering system consists of numerous components, but system failure can be caused by failure of any one of a number of components. There is a real difficulty in managing such a complex and large-scale system as a part. In order to efficiently manage the system and have high reliability, it is necessary to structure a system with a complex structure as a sub-system. Also, in the case of a system in which cause of failures exist at the same time, it is required to identify the correlation of the components lifetime and utilize it for the design policy or maintenance activities of the system. Competitive risk theory has been used as a theory based on this concept. In this study, we apply the competitive risk theory to the models with combined structure of series and parallel which is the basic structure of most complex engineering systems. We construct a competing risks model and propose a mathematical model of net lifetime and crude lifetime for each cause of failure, assuming that the components consisting a parallel system are mutually dependent. In addition, based on the constructed model, the correlation of cause of failure is mathematically analyzed and the hazard function is derived by dividing into net lifetime and crude lifetime.

Demand/Effort모형의 수준결정을 위한 수리적 방법 연구 (Mathematical Approach to Determine the Level of Demand/Effort Model)

  • 정봉조;장명순;김정룡;박재완
    • 대한인간공학회지
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    • 제24권1호
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    • pp.9-17
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    • 2005
  • 81.1% of traffic accidents is attributed to the drivers. In this regard, D/E model is a practical and effective method in terms of the cost and time in evaluating the road hazardousness. To examine the validity of the threshold values by the levels of demand We selected 10 subjects and collected their physiological signals while they were driving on Honam Highway (Jeonju ${\leftrighttarro}$ Hoideog section). Based on the collected data, the hazardous road condition was evaluated using the new threshold values of the effort level determined by cluster analysis. In applying the D/E model, a decision method based on the demand level was suggested, using a traffic accident prediction model. Additionally, the limit value of the effort level was determined using the drivers' physiological signal data collected at the highway. A comparison analysis of the two D/E models revealed no significant difference: The existing method and the clustering method determined 9 and 7 hazardous road zones, respectively, while actual traffic accidents were reported in 6 and 4 zones, respectively among the predicted road hazardous zones. However, the latter method suggested a more scientific and rational basis in determining the limit value of the Effort level. In conclusion, although D/E model has a great merit as a pioneering method to reflect human factors in evaluating the road hazardousness, it is believed that this method could be improved by a more dynamic method that considers the traffic conditions and the individual physiological signal of the drivers simultaneously in determining a better limit.

GEP 모형을 이용한 교각주위 국부세굴 예측 (Prediction of Local Scour Around Bridge Piers Using GEP Model)

  • 김태준;최병웅;최성욱
    • 대한토목학회논문집
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    • 제34권6호
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    • pp.1779-1786
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    • 2014
  • 물리현상의 난해성으로 인해 수학적인 관계식이 제시되기 어려운 경우 인공지능 기술에 근거한 다양한 기법이 적용되어 왔다. 수리학 분야의 대표적인 예로 교각주위 국부세굴 문제를 들 수 있다. 본 연구에서는 유전자 알고리즘의 진화된 방법인 GEP 기법을 이용하여 교각주위 국부세굴을 예측하는 방법을 제시하였다. 64개의 실험 자료를 이용하여 GEP 모형을 학습시켜 회귀식을 구축하였으며, 33개의 실험 자료를 이용하여 구축된 모형의 검증을 실시하였다. 평형세굴심 예측을 위하여 차원을 갖는 일반 변수와 표준화된 변수로 GEP 모형을 구축하여 예측 결과를 비교하였는데, 차원을 갖는 변수에 의한 GEP 모형이 세굴심을 더 잘 예측하는 것으로 나타났다. 구축된 GEP 모형을 두 가지 현장 실측자료에 적용하였다. 적용 결과, 실험 자료에 적용한 경우에 비해 예측의 정확도가 낮아지는 것을 확인하였다. 또한, 현장 실측자료를 이용하여 학습시킨 경우 실험 자료를 이용하는 경우 보다 예측 능력이 많이 향상되는 것으로 나타났다. GEP 모형의 적용성을 위해 ANN 모형과의 비교를 수행하였으며, 본 연구에서 사용된 GEP 모형이 교각주위 국부세굴 예측에 대하여 실내 및 현장 모두 ANN 모형보다 우수한 것으로 나타났다.

알칼리활성 슬래그 콘크리트의 응력-변형률 관계 (A Stress-Strain Relationship of Alkali-Activated Slag Concrete)

  • 양근혁;송진규;이경훈
    • 콘크리트학회논문집
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    • 제23권6호
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    • pp.765-772
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    • 2011
  • 이 연구에서는 알칼리활성 슬래그 콘크리트의 응력-변형률 관계를 평가하기 위한 일련의 콘크리트 실린더의 압축 실험을 요약하였다. 실험된 콘크리트의 압축강도는 8.6 MPa에서 42.2 MPa의 범위이며, 단위용적질량은 $2,168kg/m^3$ 에서 $2,343kg/m^3$의 범위이다. 34개의 콘크리트 시험체에서 얻은 결과들에 근거하여 알칼리활성 슬래그 콘크리트의 응력-변형률 모델을 수학적으로 제시하였다. 콘크리트의 탄성계수, 최대응력 시 변형률 및 곡선의 상승부와 하강부의 기울기는 압축강도와 단위용적질량의 함수로 일반화하였다. 각 시험체에서 측정한 값과 제시된 모델의 예측값 사이에서 산정된 변동계수들의 평균과 표준편차는 각각 6.9%와 2.6%이었다. 따라서 제시된 모델은 보통포틀랜드 시멘트 콘크리트에서 제시된 다른 모델들에 비해 AA 슬래그 콘크리트의 응력-변형률 특성을 보다 더 정확하고 합리적으로 나타내었다.

초고속 무선인터넷에서 폰형과 모뎀형 단말기의 이용장소에 따르는 선호 콘텐츠에 관한 연구 (A study on preferable contents depending on regions and terminal types for high speed mobile internet)

  • 류귀열
    • Journal of the Korean Data and Information Science Society
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    • 제22권4호
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    • pp.701-715
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    • 2011
  • 초고속 무선인터넷은 무선 인터넷의 전송속도가 약 1Mbps이상을 말하며, HSDPA, WiBro 등으로 이러한 서비스를 제공하고 있다. 본 논문은 초고속 무선인터넷 서비스의 단말기를 폰형과 모뎀형으로 정의하고, 단말기 형태와 이용하는 장소에 따라 어떤 콘텐츠들을 선호하는 지를 분석하는 연구이다. 이를 위해 범주형 자료분석에서 사용하는 수정된 잔차모형과 대응분석, 중대응분석을 이용하였다. 세 가지 모형에 의한 결과가 모두 달랐으며 대응분석과 중대응분석의 일치도는 50%, 수정된 잔차와 대응분석의 일치도는 26.3%, 수정된 잔차와 중대응분석의 일치도는 21.1%를 보였다. 이러한 차이는 수리적 모형의 차이에서 기인하고 있으며, 본 주제에서 추천하는 방법은 수정된 잔차모형이다. 수정된 잔차모형은 선호하는 콘텐츠 뿐 만 아니라 비선호하는 콘텐츠도 알 수 있으며 검정도 가능하다. 분석 대상 10개의 콘텐츠 중 세 방법에 의해 선택되지 않는 콘텐츠는 업무였으며, 나머지 콘텐츠는 적어도 한번은 선택되었다.