The engineering optimization has been developed for the automatic design of engineering systems. Since the conventional optimum is determined without considering noise factors, applications to practical problems can be limited. Current design practice tends to account for these noises by the specification of closer tolerances or the use of safety factors. However, these approaches may be very expensive. Thus the consideration on the noises of design variables is needed for optimal design. A method is presented to find robust solutions for unconstrained optimization problems. The method is applied to discrete and continuous variables. The orthogonal array is utilized based on the Taguchi concept. Through mathematical proofs and numerical examples, it is verified that solutions from the suggested method are more insensitive than the conventional optimum within the range of variations for design variables.
제품 생산 시 발생하는 제작 공차, 항복강도와 탄성계수 등 재료 물성치의 불확실성, 온도와 습도 같이 시스템에 작용하는 환경인자 등은 시스템의 성능에 영향을 미친다. 강건 최적설계는 이러한 인자들이 시스템에 미치는 영향을 최소화하면서 성능을 개선하는 설계기법으로 최근 많은 연구가 이루어지고 있다. 하지만 기존의 강건 최적설계 기법은 여러 인자들의 분포를 고려해야 하기 때문에 막대한 계산비용이 드는 문제가 있다. 본 논문에서는 이러한 문제점을 개선하기 위하여 곱분해 기법을 이용한 강건 최적설계를 제안한다. 제안된 기법을 이용하여 설계영역을 크리깅 메타모델로 근사하고 곱분해 기법을 적용하여 평균과 분산을 효율적이고 정확하게 계산하여 강건 최적설계를 수행한다. 제안된 방법을 수학예제와 공학예제에 적용하여 유용성을 검증한다.
The rear center-hinge bracket is designed for supporting and folding the rear-seat backrest. This bracket needs to be strong enough to be able to rigidly hold the rear-seat backrest and to withstand luggage loads from the car trunk that are generated when a vehicle is driving on the roads. Particularly, current accident studies report that many serious occupant injuries occurred when the rear-seat back easily folded inward toward the car interior, driven by the luggage loads in the trunk. Given this fact, the robust design of the rear center-hinge bracket that mainly supports the rear backrest has become more important for providing customer safety and preventing high warranty and durability problems. However, none of the studies have emphasized its significant role and considered its robust optimization. Therefore, this paper presents how the hinge-bracket design is optimized based on an application of the finite-element method coupled with the parameter design using Taguchi's design experiment. Finally, Taguchi method's application optimizes a robust center-hinge bracket that shows more rigid performance although it has lighter weight and thinner thickness.
The problem of brake judder is typically caused by defects of quality manufacturing. DFSS (Design for six sigma) is a design process for quality improvement. DFSS will result in more improved but less expensive quality products. This paper presents an implementation of DFSS for quality improvement of the brake judder of heavy-duty trucks. Carrying out 5 steps of DFSS, the major reasons for defects of quality are found. The numerical approximation of the brake system is derived by means of the response surface method. Its quality for brake judder is improved by using the sigma based robust design methodology. Results are compared between the conventional deterministic optimal design and the proposed sigma based robust design. The proposed one shows that manufacturing cost may increase as the quality level increase. The proposed one, however, is more economical in aspect of the overall cost since the probability of failure dramatically goes down.
본 연구에서는 기존 설계요구도 정립과정에서 고려할 수 없었던 설계자의 주관적인 판단의 배제 및 사용자 요구도의 변화, 시스템의 생산 및 운용환경에서 발생하는 오차 등을 개념 설계과정에서 고려하는 설계 프로세스를 개발하였다. 사용자 요구도를 의사결정 모델 및 시스템 엔지니어링 기법을 사용하여 구체화하여 대안형상들을 도출하고 그 가운데에서 우수한 대안형상을 선정한다. 선정된 대안형상들에 대해 최적설계 기법을 적용한 개념설계 결과를 도출하고 여기에 강건최적설계 기법을 적용하여 사용자의 요구를 만족하면서 오차에 영향을 적게 받는 결과를 도출하도록 하였다. 본 논문에서는 최근 각광받고 있는 Very Light Jet 항공기에 대하여 개발된 프로세스를 적용해 보았다.
Current trend of design technologies shows engineers to objectify or automate the given decision-making process. The numerical optimization is an example of such technologies. However, in numerical optimization, the uncertainties are uncontrollable to efficiently objectify or automate the process. To better manage these uncertainties, Taguchi method, reliability-based optimization and robust optimization are being used. Based on the independence axiom of axiomatic design theory that illustrates the relationship between desired specifications and design parameters, the designs can be classified into three types: uncoupled, decoupled and coupled. To best approach the target performance with the maximum robustness is one of the main functional requirements of a mechanical system. Most engineering designs are pertaining to either coupled or decoupled ones, but these designs cannot currently accomplish a real robustness thus a trade-off between performance and robustness has to be made. In this research, the game theory will be applied to optimize the trade-off.
The objective of this research is to develop a robust design methodology for plastic injection molded parts wherein warpage will be minimized by a complex method which is a kind of a simple direct search method. The design space considered for optimization is divided Into two sub-design space : mold and process conditions. Warpage is quantified using the Moldflow injection molding simulation software. The design methodology was applied to an actual part of a fax machine, the Guide-ASF model, through two different design policies. The significance of this study is the synthesis of a computer simulation of injection molding process and optimization technique to determine the optimal robust design solution.
In this paper, we design the robust $H_{\infty}$ controller for water level control of steam generator using a mixed $H_{\infty}$ optimization with model-matching method. Firstly we choose the desired model which has good disturbance rejection performance. Secondly we design a stabilizing controller to keep the model-matching error small and also provide sufficiently large stability margin against additive perturbations of the nominal plant. Simulation results show that proposed robust $H_{\infty}$ controller at specific power operation has satisfactory performances against the variations of load power, steam flow rate, primary circuit coolant temperature, and feedwater temperature. It can be also observed that the proposed robust $H_{\infty}$ controller exhibits better robust stability than conventional PI controller.
Robust design is an approach to reducing performance variation of quality characteristic values in quality engineering. Product array approach which is used in the Taguchi parameter design has a number of advantages by considering the noise factor. Taguchi has an idea that mean and variation are handled simultaneously to reduce the expected loss in products and processes. Taguchi has used the signal-to-noise ratio (SN) to achieve the appropriate set of operating conditions where variability around target is low in the Taguchi parameter design. Many Statisticians criticize the Taguchi techniques of analysis, particularly those based on the SN. In this paper we propose a substantially simpler optimization procedure for robust design using desirability function without resorting to SN.
This paper proposes a robust damper design technique for adjacent structures against model uncertainty. This approach introduces multi-objective optimization based system identification using measurement information which enables reasonable selection of the perturbation range in the robust design. Moreover, in order to improve the numerical efficiency in sampling the structural models required for the robust design of large structures, we define new objective functions which enable us to minimize the number of candidate models suitable to the purpose of the robust design. In addition, the performance index is newly employed to evaluate the robust performance of the sampled structural models, and the robust design has been performed according to the performance index. As a numerical example to demonstrate the efficiency of the proposed method, 5-story and 10-story two adjacent buildings are taken into account, and the existing and newly proposed robust design approaches are compared with each other. The results demonstrate that the proposed approach can guarantee more robust damper system only using small number of samples of the structural models because of using the measurement information which leads to improvement in the numerical efficiency, compared with the existing robust design methods.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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