• Title/Summary/Keyword: reliability-based optimization

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Study on three-dimensional numerical simulation of shell and tube heat exchanger of the surface ship under marine conditions

  • Yi Liao;Qi Cai;Shaopeng He;Mingjun Wang;Hongguang Xiao;Zili Gong;Cong Wang;Zhen Jia;Tangtao Feng;Suizheng Qiu
    • Nuclear Engineering and Technology
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    • 제55권4호
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    • pp.1233-1243
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    • 2023
  • Shell-and-tube heat exchanger (STHX) is widely used by virtue of its simple structure and high reliability, especially in a space-constrained surface ship. For the STHX of the surface ship, roll, pitch and other motion of the ship will affect the heat transfer performance, resistance characteristics and structural strength of the heat exchanger. Therefore, it is urgent to carry out numerical simulation research on three-dimensional thermal hydraulic characteristics of surface ship STHX under the marine conditions. In this paper, the numerical simulation of marine shell and tube heat exchanger of surface ship was carried out using the porous media model. Firstly, the mathematical physical model and numerical method are validated based on the experimental data of a marine engine cooling water shell and tube heat exchanger. The simulation results are in good agreement with the experimental results. The prediction errors of pressure drop and heat transfer are less than 10% and 1% respectively. The effect of marine conditions on the heat transfer characteristics of the heat exchanger is investigated by introducing the additional force model of marine condition to evaluate the effect of different motion parameters on the heat transfer performance of the heat exchanger. This study could provide a reference for the optimization of marine heat exchanger design.

머신러닝 기반 페로브스카이트 태양전지 광흡수층 박막 최적화를 위한 연구 (A Study on Optimization of Perovskite Solar Cell Light Absorption Layer Thin Film Based on Machine Learning)

  • 하재준;이준혁;오주영;이동근
    • 한국콘텐츠학회논문지
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    • 제22권7호
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    • pp.55-62
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    • 2022
  • 페로브스카이트 태양전지는 4차 산업혁명으로 사물인터넷, 가상환경 등의 증가에 따른 전력 수요가 급증하면서 점진적으로 고갈되어가는 석유, 석탄, 천연가스 등의 화석연료를 대체할 태양에너지, 풍력, 수력, 해양에너지, 바이오에너지, 수소에너지 등의 신재생 에너지 분야에서 연구가 활발한 부분이다. 페로브스카이트 태양전지는 페로브스카이트 구조를 가진 유-무기 하이브리드 물질을 사용하는 태양전지 소자로 고효율, 저가의 용액 및 저온 공정으로 기존의 실리콘 태양전지를 대체할 수 있는 장점들이 있다. 기존의 경험적 방법으로 예측한 광흡수층 박막을 최적화하기 위해서 소자 특성 평가를 통해 신뢰도를 검증해야 한다. 그러나 광흡수층 박막 소자 특성 평가 비용이 많이 소요되므로 시험 횟수에 제약이 따른다. 이러한 문제점을 해결하기 위하여 광흡수층 박막 최적화의 보조 수단으로 머신러닝이나 인공지능 모델을 이용하여 명확하고 타당한 모델의 개발과 적용 가능성이 무한하다고 본다. 이 연구에서는 페로브스카이트 태양전지의 광 흡수층 박막 최적화를 추정하기 위하여 서포트 벡터 머신의 선형 커널, 가우시안 커널, 비선형 다항식 커널, 시그모이드 커널의 회귀분석 모델을 비교하여 커널 함수별 정확도 차이를 검증하였다.

프리팹 교량 거더 (노듈러 거더)의 적시 시공을 위한 공기-비용 알고리즘 개발 (Development of Time-Cost Trade-Off Algorithm for JIT System of Prefabricated Girder Bridges (Nodular GIrder))

  • 김대영;정태원;김량균
    • 한국건설관리학회논문집
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    • 제24권3호
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    • pp.12-19
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    • 2023
  • 건설업의 경우 공사기간 내에 최소한의 수수료로 완제품을 인도할 수 있도록 공정과 원가의 관계를 적절히 분배해야 한다. 이때 교량의 크기, 공법, 공장의 환경과 생산능력, 운송거리 등을 고려해야 한다. 그러나 공사기간 중 발생하는 다양한 원인으로 인해 공사지연, 공사비 상승, 품질 및 신뢰성 저하 등의 문제가 발생하고 있다. 따라서, 기존의 방식에서 탈피하기 위해서는 체계적이고 과학적인 시공기술과 공정관리 기술이 필요하다. 프리팹(Pre - Fabrication)은 공장에서 제작하여 현장에서 시공하는 대표적 OSC(Off-Site Construcation) 공법이다. 본 연구에서는 프리팹 교량 거더인 Nodular 거더의 공정관리를 위한 자원 및 공정계획 최적화 시스템 개발이다. 인력, 장비 동원 계획의 다양한 변수를 자동으로 테스트하여 최적의 값을 도출하는 시뮬레이션 알고리즘을 개발한다. 그리고, 건설 중인 파주-포천 고속도로 건설공사(3공구) 도하 4교에 알고리즘을 적용하여 그 결과를 비교한다. 건설공사 표준품셈을 근거로 액티비티 카드에 실제 투입된 인력, 장비 종류, 수량 등을 적용하고, 작업량, 자원계획, 자원소요량을 반영했다. 향후 다양한 현장 데이터를 포함한 예측기법을 적용하여 프로그램의 정확도를 높일 계획이다.

주기적인 유지보수 계획에 따른 중고제품에 대한 최적 향상수준 (Optimization of Improvement Level for Second-Hand Product with Periodic Maintenance Schedule)

  • 김대경;김진우;박동호
    • 응용통계연구
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    • 제26권1호
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    • pp.151-162
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    • 2013
  • 중고제품 특히 고가인 중고품에 대한 점증하는 수요로 인하여 그러한 제품에 대한 보증과 보전정책이 최근 제품의 신뢰성을 향상시키기 위해 연구되고 있다. 이 논문에서는 사용한 년 수 x에서 고객에 의해서 구입된 중고제품에 대한 주기적인 유지보수모형을 연구하였다. 구입할 때 판매자는 제품의 고장율을 줄이기 위해서 그리고 각각의 유지보수가 수행되고 난 이후에 신뢰성을 향상시키기 위해서 정해진 보증기간을 제공한다. 만일 연속적인 유지보수 사이에서 고장이 일어난다면 단지 최소수리가 행해진다. 보증정책에 대해서 보증기간동안에 주기적인 유지보수 점검과 더불어 각 고장에 관해서는 무상 비재생수리를 한다. 따라서 이러한 보증정책 하에서 보증기간에 일어난 모든 유지보수와 수리비용은 판매자에게 부과된다. 제안된 주기적인 유비보수 계획에 대해서 보증기간 동안에 판매자에게 부과된 기대 총비용을 계산하기 위한 모형과 판매자의 측면에서 총기대보증비용을 최소화하기 위한 각 유지보수에서 고장율의 최적향상수준을 유도한다. 또한 제안된 방법들에 근거해서 최적향상수준에 대한 수치적인 결과를 제시한다.

소형민수헬기 능동진동제어시스템 개발 (Development and Verification of Active Vibration Control System for Helicopter)

  • 김남조;곽동일;강우람;황유상;김도형;김찬동;이기진;소희섭
    • 한국항공우주학회지
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    • 제50권3호
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    • pp.181-192
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    • 2022
  • 헬기의 능동진동제어시스템(AVCS)은 주로터로부터 발생되는 진동을 제어하며, 수동형 진동저감장치 대비 저중량으로 우수한 진동저감 성능을 발휘한다. 본 논문에서는 FxLMS 알고리즘을 기반으로 타코미터 및 가속도 센서 신호를 통해 연산된 제어명령을 하중발생기(CFG)로 전달하여 소형민수헬기의 진동을 제어하는 소프트웨어 개발 및 검증 내용을 제시하였다. DO-178C /DO-331 표준에 따라 모델 기반 설계 기법을 통해 진동제어 소프트웨어를 개발하였으며, PILS 및 HILS 환경에서 실시간 작동 성능을 평가하였다. 특히, PILS 환경에서는 LDRA 기반 검증 커버리지를 통해 소프트웨어의 신뢰성을 향상시켰다. AVCS를 소형민수헬기에 적용하기 위해 지상/비행시험을 통해 대상 헬기 동적응답특성 모델을 획득하였다. 이를 기반으로 시스템 최적화 분석 및 비행시험을 통해 최적 성능을 발휘하는 AVCS 형상을 결정하고, STC 인증을 획득하였다.

빅데이터 기반 6시그마 방법론의 유효성 분석: DX SS를 중심으로 (Analysis of the Effectiveness of Big Data-Based Six Sigma Methodology: Focus on DX SS)

  • 김정혁;김윤기
    • 정보처리학회논문지:소프트웨어 및 데이터공학
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    • 제13권1호
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    • pp.1-16
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    • 2024
  • 지난 수년간 6시그마는 제조업의 주요 혁신 방법론으로, 품질개선과 경비 절감을 위해 사용되었다. 그러나 스마트공장 확산으로 인한 초 단위 데이터 생성 등, 방대한 양의 데이터를 분석하기 어려운 문제와,오랫동안 정착된 형식적 사용으로 인해, 6시그마의 한계가 지적되었다. 6시그마의 한계를 극복하기 위해, 최근에 빅데이터 기반 6시그마 기법이 연구되고 있다. 빅데이터 기반 6시그마는, 6시그마의 강점인 통계적 검증, 수학적 최적화, 높은 해석력과, 빅데이터 분석의 강점인 기계학습을 모두 활용할 수 있다. 그러나, 최근 연구된 빅데이터 기반 6시그마 기법이 제조공정 및 경영 성과에 미치는 영향에 대한 검증은 미비하다. 이러한 이유로 실무에서는, 빅데이터 기반 6시그마 기법에 대한 신뢰성이 높지 않아 제대로 활용하지 못하고 있다. 본 연구에서는, 빅데이터 기반 6시그마인 DX SS의 유효성 분석을 통해 제조공정의 효율성에 미치는 영향을 알아본다. 또한 기업에서 이 기법을 성공적으로 도입 및 정착시키기 위한 핵심 성공 정책을 도출한다. 추가적으로, 성공 정책에 대한 연구 없이 전 임직원의 참여가 수반되지 못한 잘못된 정책으로 방법론이 중단된 사례는, 핵심 성공 정책 연구에 대한 중요성을 보여준다. 제조기업들이 본 연구에서 제시하는 방법론을 적극 도입하고 사용하여 성공적인 성과를 거둘 수 있도록 본 연구가 도움이 되기를 기대한다.

응력 구속조건을 고려한 동하중의 등가정하중으로의 변환 (Transformation of Dynamic Loads into Equivalent Static Load based on the Stress Constraint Conditions)

  • 김현기;김의영;조맹효
    • 한국전산구조공학회논문집
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    • 제26권2호
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    • pp.165-171
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    • 2013
  • 동하중을 고려하는 구조해석은 전산자원과 시간측면에서 상당한 어려움이 따르기 때문에 외력을 이상적인 정하중으로 가정하는 것이 일반적이다. 그러나 정하중 조건으로 해석된 결과는 구조물의 안전설계 측면에서 충분한 신뢰를 주기 어렵다. 최근에는, 동하중의 영향을 받는 구조물의 효과적인 구조해석을 위해 동하중을 등가정하중으로 변환하는 기법이 제안되어 왔다. 이 기법은 최적화를 통해 구속조건을 만족하는 최소의 등가정하중을 구하는데, 구속조건은 임계시간의 변위를 사용하고, 등가정하중 분포 자유도는 경험적으로 선정하여 왔다. 그러나 안전설계 관점에서는 응력 구속조건을 적용하는 것이 타당하며, 경험적 자유도 선정은 몇 개의 자유도에 과도한 하중이 부과되거나 구조물의 거동에 영향력이 없는 자유도들이 선정될 가능성이 있다. 본 연구에서는 등가응력 구속조건을 고려하는 등가정하중 최적화 방법을 제안하고, 축소시스템 개념을 도입한 주자유도, 구속조건 요소 자유도, 외부하중 자유도로 구성되는 등가정하중 분포 자유도의 구성방법을 제안한다. 수치예제에서는 제안된 방법으로 구해진 등가정하중을 사용하여 등가응력을 구하고 동하중 해석 결과와 비교함으로써 제안된 방법을 통한 구조해석 방법이 구조안전성 측면에서 타당함을 보인다.

The Dynamics of Noise and Vibration Engineering Vibrant as ever, for years to come

  • Leuridan, Jan
    • 한국소음진동공학회:학술대회논문집
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    • 한국소음진동공학회 2010년도 춘계학술대회 논문집
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    • pp.47-47
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    • 2010
  • Over the past 20 years, constant progress in noise and vibration (NVH) engineering has enabled to constantly advance quality and comfort of operation and use of really any products - from automobiles to aircraft, to all kinds of industrial vehicles and machines - to the extend that for many products, supreme NVH performance has becomes part of its brand image in the market. At the same time, the product innovation agenda in the automotive, aircraft and really many other industries, has been extended very much in recent years by meeting ever more strict environmental regulations. Like in the automotive industry, the drive towards meeting emission and CO2 targets leads to very much accelerated adoption of new powertrain concepts (downsizing of ICE, hybrid-electrical...), and to new vehicle architectures and the application of new materials to reduce weight, which bring new challenges for not only maintaining but further improving NVH performance. This drives for innovation in NVH engineering, so as to succeed in meeting a product brand performance for NVH, while as the same time satisfying eco-constraints. Product innovation has also become increasingly dependent on the adoption of electronics and software, which drives for new solutions for NVH engineering that can be applied for NVH performance optimization of mechatronic products. Finally, relentless pressure to shorten time to market while maintaining overall product quality and reliability, mandates that the practice and solutions for NVH engineering can be optimally applied in all phases of product development. The presentation will first review the afore trends for product and process innovation, and discuss the challenges they represent for NVH engineering. Next, the presentation discusses new solutions for NVH engineering of products, so as to meet target brand values, while at the same time meeting ever more strict eco constraints, and this within a context of increasing adoption of electronics and controls to drive product innovation. NVH being very much defined by system level performance, these solutions implement the approach of "Model Based System Engineering" to increase the impact of system level analysis for NVH in all phases of product development: - At the Concept Phase, to be able to do business case analysis of new product concepts; to arrive at an optimized and robust product architecture (e.g. to hybrid powertrain lay-out, to optimize fuel economy); to enable target cascading, to subsystem and component level. - In Development Phase, to increase realism and productivity of simulation, so as to frontload virtual validation of components and subsystems and to further reduce reliance on physical testing. - During the final System Testing Phase, to enable subsystem testing by a combination of physical testing and simulation: using simulation models to simulate the final integration context when testing a subsystem, enabling to frontload subsystem testing before final system integration is possible. - To interconnect Mechanical, Electronical and Controls engineering, in all phases of development, by supporting model driven controls engineering (MIL, SIL, HIL). Finally, the presentation reviews examples of how LMS is implementing such new applications for NVH engineering with lead customers in Europe, Asia and US, with demonstrated benefits both in terms of shortening development cycles, and/or enabling a simulation based approach to reduce reliance on physical testing.

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방사선 수술시 경험적 표적 근사화에 근거한 최적화 방법 개선 (Improvement of a Planning Technique Based on Heuristic Target Shaping for Stereotactic Radiosurgery)

  • 오승종;최경식;송주영;서태석
    • 한국의학물리학회지:의학물리
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    • 제16권4호
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    • pp.176-182
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    • 2005
  • 정위적 방사선수술(stereotactic radiosurgery, SRS)은 한번에 고선량의 방사선을 병변에 조사하는 방사선 치료법으로 단 한번의 조사로 고선량의 방사선이 환자에게 주어지므로 정확한 수술계획의 수립이 필요하다. 현재, 수술계획은 수술계획자에 의해 직접 시행착오를 거듭하며 수립되고 있으며 이로 인해 계획의 재연성과 신뢰성에 문제가 제기되고 있다. 본 연구에서는 경험적 표적 근사화에 근거한 오등의 연구방법을 바탕으로 각 단계를 개선하여 더 나은 수술계획 결과를 얻을 수 있도록 하였다. 주어지는 병소의 다양한 모양을 동일한 높이의 원통을 사용해 근사화하고, 각각의 원통의 중심점의 위치와 지름에 의해 주변의 원통과 하나로 결합시켰다. 그 후 각각의 원통 내에 등선량중심점(Isocenter)을 모사한 구를 미리 정의된 규칙에 의해 채워 나갔다. 두 개의 가상 표적을 이용해 기존 알고리듬과 본 연구에서 개선한 알고리듬을 이용해 최적화를 수행하였다. 그 결과 두 개의 가상 표적에서 PITV (proscription isodose to tumour volume ratio)와 MDPD (maximum dose to prescription dose ratio)의 별다른 차이가 보이지 않았으며, 사용된 구의 수를 각각 $36\%$, $26\%$ 줄일 수 있었다. 원통과 구형을 이용한 이러한 기법은 정위적 방사선 수술시 수술 계획자에게 도움을 줄 수 있을 것으로 생각된다.

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표준정규분포를 고려한 반응표면모델 기반 디스크 브레이크의 강건최적설계 (Robust Optimal Design of Disc Brake Based on Response Surface Model Considering Standard Normal Distribution of Shape Tolerance)

  • 이광기;이용범;한승호
    • 대한기계학회논문집A
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    • 제34권9호
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    • pp.1305-1310
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    • 2010
  • 복잡한 시스템 계의 설계정보를 효과적으로 추출하기 위해서 형상최적설계가 수행되는 경우, 일반적으로 유한요소해석 기법과 D-최적배열을 이용한 실험계획법이 연동된 반응표면모델을 구성하고 여기에 최적설계기법이 적용된다. 그러나, 설계변수에 형상공차와 같은 변동성이 존재하면 최적해의 강건성 확보를 위하여 설계변수의 형상공차를 확률론적인 변동성으로 고려한 추가적인 강건설계가 필요하다. 본 연구에서는 계산시간이 많이 소요되는 유한요소해석에 의한 강건설계문제에 설계변수의 표준정규분포를 고려한 반응표면모델을 구축하여 최적설계를 수행하므로서 손쉽게 강건최적값을 구하는 방법을 제안하였다. 승용차용 브레이크 디스크에 제안된 방법을 적용하여 열변형과 중량을 최소화하는 설계변수의 강건최적해를 구하고, 몬테카를로 시뮬레이션 추정결과와 비교하여 이의 적합성을 검증하였다.