In order to implement a smart factory for manufacturing innovation, more digital twins will be developed and applied gradually. In particular, simulation and optimization of digital twins makes it possible to support critical decision-making like a predictive maintenance of the equipment for manufacturing. In terms of a user perspective, this study suggests the conceptual framework of Digital Twin Management System (DTMS) for supporting the analytical and managerial activities for Digital Twins. We integrate the methods and structure of the area like Manufacturing Engineering, Decision Support Systems, and Optimization for developing the DTMS. The framework suggested in this study shows a typical DSS which consists of dialog management system, model management system and data management system. It also includes Analytical Digital Twins and simulations & optimization module. The framework is being applied in one of the most competitive and complex industrial sector. Also this study is meaningful to suggest a new direction of research.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.39
no.3
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pp.249-257
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2015
A fuel assembly consists of fuel rods composed of pellets (UO2) and a cladding tube (Zircaloy). The role of the fuel rods in the reactor is to generate heat by nuclear fission, as well as to retain fission products during operation. A simulation method using a computer program was used to evaluate the safety of the nuclear fuel rods. This computer program has been called the fuel performance code. In the analysis of a light water reactor fuel rod, the gap conductance, which depended on the distance between the pellets and cladding tube, mainly influenced the thermomechanical behavior of the fuel rod. In this work, a 3D gap element was proposed to simulate the thermo-mechanical behavior of the nuclear fuel rod, considering the gap conductance. To implement the proposed 3D gap element, a 3D thermo-mechanical module was also developed using FORTRAN90. The asymmetric characteristics of the nuclear fuel rod, such as the MPS (missing pellet surface) and eccentricity, were simulated to evaluate the proposed 3D gap element.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.21
no.11
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pp.884-891
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2020
The collapse of bridges can cause massive casualties and economic losses. Therefore, it is thus essential to evaluate the structural safety of bridges. For this task, structural reliability analysis, considering various bridge-related uncertainty factors, is often used. This paper proposes a new computational platform to perform structural reliability analysis for bridges and evaluate their structural safety under various loading conditions. For this purpose, a software package of reliability analysis, Finite Element Reliability Using MATLAB (FERUM), was integrated with MIDAS/CIVIL, which is a widely-used commercial software package specialized for bridges. Furthermore, a graphical user interface (GUI) control module has been added to FERUM to overcome the limitations of software operation. In this study, the proposed platform was applied to a simple frame structure, and the analysis results of the FORM (First-Order Reliability Method) and MCS (Monte Carlo simulation), which are representative reliability analysis methods, were compared. The proposed platform was verified by confirming that the calculated failure probability difference was less than 5%. In addition, the structural safety of a pre-stressed concrete (PSC) bridge was evaluated considering the KL-510 vehicle model. The proposed new structural reliability analysis platform is expected to enable an effective reliability-based safety evaluation of bridges.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.17
no.7
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pp.42-48
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2016
In this paper, a high-precision peak detector circuit that detects the output voltage information of a fly-back converter is proposed. The proposed design consists of basic analog elements with only one operational amplifier and three transistors. Because of its simple structure, the proposed circuit can minimize the delay time of the detection process, which has a strong impact on the precision of the regulation aspect of the fly-back converter. Furthermore, by using an amplifier and several transistors, the proposed detector can be fully integrated on-chip, instead of using discrete circuit elements, such as capacitors and diodes, as in conventional designs, which reduces the production cost of the fly-back converter module. In order to verify the performance of the proposed scheme, the peak detector was simulated and implemented by using a 0.35 m MagnaChip process. The gained results from the simulation with a sinusoidal stimulus signal show a very small detection error in the range of 0.3~3.1%, which is much lower than other reported detecting circuits. The measured results from the fabricated chip confirm the simulation results. As a result, the proposed peak detector is recommended for designs of high-performance fly-back converters in order to improve the poor regulation aspect seen in conventional designs.
Journal of Korean Society of Environmental Engineers
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v.31
no.5
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pp.358-363
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2009
The HSPF (Hydrological Simulation Program-Fortran) model was applied to the Kyoungan stream watershed to analyze effects of watershed management plans on receiving water qualities. Utilizing BASINS 3.1 GIS program, the Kyoungan stream watershed was divided into 57 sub-basins and model input parameters were obtained, from DEM (Digital Elevation Model), land use type, stream map, and wastewater treatment facilities, etc.. The hydrologic module of the model was validated based on the measured meteorological data and stream flow data. Then the model was calibrated and verified against the field measurements of water qualities, including temperature, DO, BOD, $NO_3-N$, $NH_3-N$, Org-N, TN and TP. In most cases, there were reasonable agreements between measurements and predictions. The validated model was used to analyze the water quality improvements in the main stream of Kyoungan stream according to the watershed management plans in sub-basins, which are three different scenarios: water quality improvement in tributaries through watershed management activities, expansion and up-grade of wastewater treatment plants, and application of first and second scenarios together. It was concluded that expansion and upgrade of wastewater treatment plants would be more effective than watershed management activities. In order to improve water qualities to the satisfactory level, both watershed management and point source control must be required in the Kyoungan stream.
In cases of water pollution accidents, accurate prediction for arrival time and concentration of contaminants in a river is essential to take proper measures and minimize their impact on downstream water intake facilities. It is critical to fully understand the behavior characteristics of contaminants on river surface, especially in case of oil spill accidents. Therefore, in this study, the effects of main parameters of advection and diffusion of contaminants were analyzed and validated by comparing the results of Lagrangian particle tracking (LPT) simulation of Environmental Fluid Dynamic Code (EFDC) model with those of Global Position System (GPS)-equipped drifter experiment. Prevention scenario modeling was accomplished by taking cases of movable weir operation into account. The simulated water level and flow velocity fluctuations agreed well with observations. There was no significant difference in the speed of surface particle movement between 5 and 10 layer modeling. Therefore, 5 layer modeling could be chosen to reduce computational time. It was found that full three dimensional modeling simulated wind effects on surface particle movements more sensitively than depth-averaged two dimensional modeling. The diffusion range of particles was linearly proportional to horizontal diffusivity by sensitivity analysis. Horizontal diffusivity estimated from the results of GPS-equipped drifter experiment was 0.096 m2/sec, which was considered to be valid for applying the LPT module in this area. Finally, the scenario analysis results showed that particle movements could be stagnant when discharge from the upstream weir was reduced, implying the possibility of securing time for mitigation actions such as oil boom installation and wiping oil contaminants. The outcomes of this study can help improve the prediction accuracy of particle tracking simulation to establish the most suitable mitigation plan considering the combination of movable weir operation.
The Journal of Korean Institute of Electromagnetic Engineering and Science
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v.22
no.11
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pp.1034-1046
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2011
In this paper, a design and fabrication of 40 W power amplifier for the X-band using load-pull measurement of GaN HEMT chip are presented. The adopted active device for power amplifier is GaN HEMT chip of TriQuint company, which is recently released. Pre-matched fixtures are designed in test jig, because the impedance range of load-pull tuner is limited at measuring frequency. Essentially required 2-port S-parameters of the fixtures for extraction optimal input and output impedances is obtained by the presented newly method. The method is verified in comparison of the extracted optimal impedances with data sheet. The impedance matching circuit for power amplifier is designed based on EM co-simulation using the optimal impedances. The fabricated power amplifier with 15${\times}$17.8 $mm^2$ shows the efficiency above 35 %, the power gain of 8.7~8.3 dB and the output power of 46.7~46.3 dBm at 9~9.5 GHz with pulsed-driving width of 10 usec and duty of 10 %.
Seo, Sang Kyu;Lee, Sung Uk;Lee, Eun Ho;Yang, Dong Yol;Kim, Hyo Chan;Yang, Yong Sik
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.40
no.5
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pp.437-447
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2016
In a nuclear power plant, the fuel assembly, which is composed of fuel rods, burns, and the high temperature can generate power. The fuel rod consists of pellets and a cladding that covers the pellets. It is important to understand the pellet-cladding mechanical interaction with regard to nuclear safety. This paper proposes simulation of the PCMI. The gap between the pellets and the cladding, and the contact pressure are very important for conducting thermal analysis. Since the gap conductance is not known, it has to be determined by a suitable method. This paper suggests a solution. In this study, finite element (FE) contact analysis is conducted considering thermal expansion of the pellets. As the contact causes plastic deformation, this aspect is considered in the analysis. A 3D FE module is developed to analyze the PCMI using FORTRAN 90. The plastic deformation due to the contact between the pellets and the cladding is the major physical phenomenon. The simple analytical solution of a cylinder is proposed and compared with the fuel rod performance code results.
Journal of the Korean Society for Marine Environment & Energy
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v.11
no.1
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pp.13-23
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2008
In coastal region, eutrophication, Do deficit and red tide are frequently occurred by influx of fresh water. When the fresh water containing pollutants is discharged into the sea, the surrounding water is contaminated by dispersion of freshwater flowing into coastal waters. The prediction and analysis about the dispersion process of the discharged fresh water should be conducted. A modeling system using GUI was developed to simulate hydrodynamic flow and fresh water dispersion in coastal waters and to analyze the results efficiently. The modeling module of the system includes a tide model using a finite element method and a fresh water dispersion model using a particle-tracking method. This system was applied to predict the tidal currents and fresh water dispersion in Mokpo coastal zone. To verify accuracy of the hydrodynamic model, the simulation results were compared with observed sea level and time variations of tidal currents showing a good agreement. The fresh water dispersion was verified with observed salinity distribution. The dispersion model also was verified with analytic solutions with advection-diffusion problems in 1-dimensional and 2-dimensional simple domain. The system is operated on GUI environment, to ease the model handling such as inputting data and displaying results. Therefore, anyone can use the system conveniently and observe easily and accurately the simulation results by using graphic functions included in the system. This system can be used widely to decrease the environmental disaster induced by inflow of fresh water into coastal waters.
Kim, Ki-Hong;Hong, Ki-Jeong;Haam, Seung-Hee;Choi, Jin-Woo
Fire Science and Engineering
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v.32
no.3
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pp.116-122
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2018
In Chemical, Biological, Radiological and Nuclear (CBRN) disaster, integrated and optimized equipment package including stretcher, isolation unit, patient monitoring and treatment equipment is essential to achieve proper treatment and prevent secondary contamination. The purpose of this study was to evaluate the efficiency and ease of use of integrated CBRN disaster equipment package for disaster medical response. This study was a randomized crossover study using a manikin simulation for emergency medical technitian (EMT). All participants used the existing devices and prototype of integrated CBRN disaster equipment package alternately. Efficiency was measured by time from vital sign change to detection or treatment application. Ease was use was measured by questionnaires for each patient monitor, stretcher care and isolation unit. 12 EMTs were enrolled. hypoxia-detection time of integrated equipment group was significantly shorter than existing equipment group (4.9 s (3.8-3.9) vs 3.5 s (2.5-3.9), p < 0.05). There was decreasing tendency of ECG change detection and facial mask oxygen supply but no statistical significance was observed. Overall satisfaction of patient monitoring device in integrated equipment group was significantly higher than existing devices (4(3.5-5) vs 3(3-3), p < 0.05). The use of integrated CBRN disaster equipment package shortened the hypoxia detection time and improved usability of vital sign monitor compared to existing devices.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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