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2속성 강건 설계를 이용한 박판성형공정의 최적화
Optimization of Sheet Metal Forming Process Based on Two-Attribute Robust Design Methodology 원문보기

한국기계가공학회지 = Journal of the Korean Society of Manufacturing Process Engineers, v.13 no.2, 2014년, pp.55 - 63  

김경모 (금오공과대학교 산업공학과) ,  인정제 (인덕대학교 기계설계학과) ,  박종천 (금오공과대학교 기계공학과)

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Fractures and wrinkles are two major defects frequently found in the sheet metal forming process. The process has several noise factors that cannot be ignored when determining the optimal process conditions. Therefore, without any countermeasures against noise, attempts to reduce defects through opt...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 따라서 이를 극복하기 위해 반응표면과 같은 메타모형과 최적화 방법의 조합을 사용할 수 있으나, 결정된 반응표면에 대해 언제나 통계적 적합성을 보장할 수 없다는 문제를 가지고 있다. 따라서 본 연구에서는 확정적 의사결정문제의 가치함수를 이용하여 2속성 설계문제를 단일속성 설계문제로 변환하고 직교배열을 이용한 잡음의 모사를 통해서 설계자가 통제할 수 없는 변동 원인에 대응한 설계방법을 제시하고자 한다. 또한 해석 소프트웨어를 이용한 설계실험을 실시하는 현장에서 허용될 수 있는 해석시간 내에 높은 수준의 최적해에 도달할 수 있는 최적화 방법도 제안하고자 한다.
  • 따라서 본 연구에서는 확정적 의사결정문제의 가치함수를 이용하여 2속성 설계문제를 단일속성 설계문제로 변환하고 직교배열을 이용한 잡음의 모사를 통해서 설계자가 통제할 수 없는 변동 원인에 대응한 설계방법을 제시하고자 한다. 또한 해석 소프트웨어를 이용한 설계실험을 실시하는 현장에서 허용될 수 있는 해석시간 내에 높은 수준의 최적해에 도달할 수 있는 최적화 방법도 제안하고자 한다.
  • 본 연구에서는 Kim and Yin[4]에서 사용한 자동차 차체의 사이드 멤버 부품 모델을 사용하여 2속성 가치함수를 이용한 새로운 강건 설계 방법을 제시하고, 박판성형공정의 최적 강건 설계 조건을 구하고자 한다. 박판성형공정의 전형적인 불량은 Fig.
  • 본 연구에서는 공정변수나 재료물성의 변동에 의해 영향을 많이 받는 박판성형공정의 특성을 고려하여, 설계자가 통제할 수 없는 변동 요인(이하, 잡음변수)들이 존재하고 다수의 성능특성에 대한 설계자의 요구가 있는 설계상황에 대하여 새로운 최적설계방법을 제시하고자 한다.
  • 본 절에서는 설계자가 통제할 수 없는 변동요인(잡음변수)이 존재하는 박판성형공정에서 파단특성과 주름특성을 통합적으로 평가하기 위한 2속성 가치함수 결정과정을 살펴본다. 주어진 설계 대안들에 대해 설계자의 선호순서가 존재하면 선호도를 나타내는 가치함수가 존재하고, 가치함수의 크기 순서에 따라 설계 대안의 선호순서가 결정된다.

가설 설정

  • 다수속성 가치함수를 결정하기 위해서는 우선 단일속성 가치함수를 각각 구하여야 한다. 본 연구 5절의 박판성형공정 설계사례에서 설계속성(최대파단지표, 최대주름지표)이 망소특성이므로, 설명의 편의상 y1과 y2를 망소특성으로 가정한다. 망소특성의 V1(y1)와 V2 (y2)는 식(2)와 식(3)과 같이 나타낼 수 있다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
박판성형공정의 단점은 무엇인가? 박판성형공정은 자동차나 전자제품의 대량생산에 많이 사용되나 공정조건에 따라 파단(fracture)이나 주름(wrinkle)과 같은 품질문제를 일으킨다. 이러한 품질문제에 대해서 과거에는 금형 제작과정에서 경험적인 방법으로 대응하였으나, 최근 해석 소프트웨어가 현장이 보급되면서 최적설계방법을 사용하는 경향을 보이고 있다.
공학설계란 무엇인가? 공학설계는 관심영역 안에서 설계자가 설계변수의 값을 선택하는 의사결정과정이다. 의사결정이론에서는 어떤 대안을 선택했을 때 그 결과가 확정 적인 경우를 확실성하에서의 의사결정(decision making under certainty)문제라고 한다.
박판성형공정에서 발생하는 품질문제에 대한 대응 방법이 어떻게 변화하고 있는가? 박판성형공정은 자동차나 전자제품의 대량생산에 많이 사용되나 공정조건에 따라 파단(fracture)이나 주름(wrinkle)과 같은 품질문제를 일으킨다. 이러한 품질문제에 대해서 과거에는 금형 제작과정에서 경험적인 방법으로 대응하였으나, 최근 해석 소프트웨어가 현장이 보급되면서 최적설계방법을 사용하는 경향을 보이고 있다. 박판성형공정은 공정변수나 재료물성의 변동에 의해 영향을 많이 받고 다수의 품질특성이 서로 상반된 공정조건을 요구하기 때문에, 최적의 공정조건을 결정하는 것은 대단히 까다로운 문제라고 할 수 있다.
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참고문헌 (13)

  1. Li, Y. Q., Cui, Z. S., Ruan, X. Y., and Zhang, D. J., "Application of Six Sigma Robust Optimization in Sheet Metal Forming," Numisheet, pp. 819-824, 2005. 

  2. Strano, M., "Robustness Evaluation and Tolerance Prediction for a Stamping Process with Springback Calculation by the FEM," Numisheet, pp. 266-271, 2005. 

  3. Kim, K., Yin, J.J., and Suh, Y.S., "Process optimization of Sheet Metal Forming Using Operating Window," Proceedings of the ASME IDETC/CIE, pp. 209-216, 2009. 

  4. Kim, K., and J. J. Yin, "Optimization of Sheet Metal Forming Process by Using Decision-Making Theory", J. of KSMPE, Vol. 11 No. 2, pp. 125-136, 2012. 

  5. Buranathiti, T., Cao, J., Xia, Z. C,. and Chen, W., "Probabilistic Design in a Sheet Metal Stamping Process under Failure Analysis," Numisheet, pp. 867-872, 2005. 

  6. Chen, P. and Koc, M., "Simulation of springback variation in forming of advanced high strength steels," Journal of Material Processing Technology, Vol. 190 No. 1, pp. 189-198, 2007. 

  7. Mullerschon, H., Roux, W., Lorenz, D., and Roll, K., "Stochastic Analysis of Uncertainties for Metal Forming Processes with LS-OPT," Numisheet, pp. 819-828, 2008. 

  8. Souza, T.. and Rolfe, B, "Multivariate modeling of variability in sheet metal forming", Journal of Materials Processing Technology, Vol. 203 No. 1, pp. 1-12, 2008. 

  9. Zhang, W., and Shivpuri, R., "Probabilistic design of aluminum sheet drawing for reduced risk of wrinkling and fracture," Reliability Engineering and System Safety, Vol. 94 No. 2, pp. 152-161, 2009. 

  10. Donglai, W., Zhenshan, C., and Jun, C., "Optimization and tolerance prediction of sheet metal forming process using response surface model," Computational Materials Science, Vol. 42, pp. 228-223, 2008. 

  11. Keeney, R. L. and Raiffa, H., "Decisions with Multiple Objectives : Preferences and Value Tradeoffs", John Wiley & Sons Inc., NY, pp. 282-343, 1993. 

  12. Yao, D., "Direct Search-Based Automatic Minimization of Warpage And Weldlines in Injection Molded Parts", Master's Thesis, U. of Massachusetts, MA, pp. 40-88, 1998. 

  13. Box, G. E. P. and Liu, P. Y. T., "Statistics as a Catalyst to Learning by Scientific Method. Part II-A Discussion", Journal of Quality Technology, Vol. 31 No. 1, pp. 16-20, 1999. 

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