초록 ▼

1. 통합최적설계 시스템 Ds/Structure 개발 완료
- 3차원 파라메트릭 CAD인 Pro/ENGINEER를 기반으로 작동
- 수학적계획법, 다구찌법, 실험계획법 등의 최적화 기능을 탑재한 DS/FDM, DS/Taguchi, DS/DOE 등 세 모듈로 구성되어 다양한 문제에 상호보완적, 유기적으로 적용이 가능
- 구조물의 질량특성치, 유한요소해석을 이용한 구조응답, 고유진동수 등을 고려한 최적 및 강건설계가 가능하며 캐드 모델에 포함된 치수와 사용자 파라미터를 설계변수로 선택 가능
- Pro/ENGINEE

1. 통합최적설계 시스템 Ds/Structure 개발 완료
- 3차원 파라메트릭 CAD인 Pro/ENGINEER를 기반으로 작동
- 수학적계획법, 다구찌법, 실험계획법 등의 최적화 기능을 탑재한 DS/FDM, DS/Taguchi, DS/DOE 등 세 모듈로 구성되어 다양한 문제에 상호보완적, 유기적으로 적용이 가능
- 구조물의 질량특성치, 유한요소해석을 이용한 구조응답, 고유진동수 등을 고려한 최적 및 강건설계가 가능하며 캐드 모델에 포함된 치수와 사용자 파라미터를 설계변수로 선택 가능
- Pro/ENGINEER에 built-in된 사용자 인터페이스를 제공하며 모든 작업이 단일 플랫폼에서 수행됨
- 산업체 적용사례 다수를 비롯한 다양한 응용사례 구축
2. 통합최적설계 시스템 Virtual DS 개발 완료
- 3차원 파라메트릭 CAD인 I-DEAS를 기반으로 작동
- 독립된 최적화 프로그램과 I-DEAS manager로 구성되며 다양한 외부응용프로그램과 연계가 가능
- 구조물의 질량특성치, 구조응답, 고유진동수, 피로수명 등을 고려한 최적 및 강건설계가 가능
- Ds/Structure와 동일한 최적화 알고리즘을 제공
- 자동차 부품, 전자장비 생산설비 부품 등 산업체 적용사례 다수를 포함한 다양한 설계 사례 구축
3. 신개념 위상최적화 모듈의 개발
- 설계공간 최적화의 개념을 제안하여 기존의 방법론의 한계를 극복함
- 계산효율의 측면, 전역최적화의 가능성 측면에서 기존의 방법에 비해 매우 우수함
- 위상최적화 결과의 후처리기 개발
- 생체역학, 구조설계 등의 다양한 응용사례 구축
4. 신개념 구조 안전성 모듈의 개발
- 최소한의 확률정보를 토대로 구조안전성 최적화를 수행하는 기법의 제안 및 개발- 각종 다물체 시스템, 인체 거동의 경로 최적화 등 다양한 응용사례 구축
5. 통합최적설계 시스템(DS/Structure, Virtual DS) 배포 시스템 구축
- 해당 프로그램의 패키지화 및 관련 문서작성 완료
- 웹상에서 프로그램을 다운로드하여 사용할 수 있는 배포시스템과 사용자 포럼 구축 완료

Abstract ▼

By the concept of concurrent engineering design, CAD-based total optimal design systems, named DS/Structure, and Virtual DS have been developed which work in the commercial 3-D parametric CAD platform, Pro/ENGINEER and I-DEAS. Ds/Stucture and Virtual DS integrate the activities of geometric modeling

By the concept of concurrent engineering design, CAD-based total optimal design systems, named DS/Structure, and Virtual DS have been developed which work in the commercial 3-D parametric CAD platform, Pro/ENGINEER and I-DEAS. Ds/Stucture and Virtual DS integrate the activities of geometric modeling, engineering analysis and design optimization in one platform, respectively. They provides various capability of design optimization and robust design using mathematical programming, the Taguchiparameter design method and design of experiments. Easy to use and convenient user interface is developed and by efficient integration of component programs the design procedure is performed with the minimum user intervention. A new concept of topology optimization named as design space optimization, is developed and applied to several practical problems including a simulation of a bio-mechanical phenomenon. A new structural integrity design module is also developed and tested for various engineering systems.

목차 Contents

• 제1장 연구개발과제의 개요...22
• 제1절 연구개발의 필요성 및 목적...22
• 제2절 연구개발의 내용 및 목적...23
• 제3절 보고서의 구성...24
• 제2장 국내외 관련분야의 기술현황...25
• 제1절 최적화 소프트웨어 관련 기술현황...25
• 1. 범용 구조최적화 소프트웨어 관련 기술 현황...28
• 가. GENESIS...28
• 나. VisualDOC...29
• 다. iSIGHT...30
• 라. ModelCenter...32
• 마. OPTIMUS...33
• 2. 실험계획법 및 품질설계 관련 소프트웨어 기술동향...34
• 가. Qualitek-4 (http://www.rkroy.com/)...34
• 나. OPTIMUM...36
• 제2절 신개념 최적화 기법 관련 기술 현황...38
• 1. 위상최적화 관련 기술 현황...39
• 가. Altair Optistruct...39
• 나. Altair Hypershape/CATIA...40
• 2. 구조 안전성 설계 관련 기술동향...41
• 가. RELSYS - Program for structural system reliability...41
• 나. Nessus...43
• 제3장 연구개발수행 내용 및 결과...44
• 제1절 Pro/ENGINEER 기반 통합최적설계 시스템의 개발:DS/Structure...45
• 1. DS/FDM...46
• 가. 개요...46
• 나. 이론...48
• 다. 프로그램의 구현...64
• 라. 프로그램 개발 현황...99
• 마. DS/FDM의 기능...113
• 바. 프로그램 개발 일지...122
• 사. 결론...125
• 2. DS/Taguchi...126
• 가. 서 론...126
• 나. 강건설계와 다구찌법...129
• 다. 프로그램 DS/Taguchi...145
• 라. 검증 예제 및 고찰...198
• 마. DS/Taguchi 개발 일지...208
• 바. 결론...212
• 3. DS/DOE...213
• 가. 개요...213
• 나. 이론...215
• 다. 프로그램 DS/DOE...222
• 라. DS/DOE 기능 검증...230
• 마. DS/DOE 소스 코드...237
• 바. 검증 예제...253
• 사. 작업 일지...284
• 아. 결론...288
• 4. 설계 사례집...290
• 가. 벨트 클립(Belt Clip)...291
• 나. 엔진 브라켓 마운트(Bracket for engine mount)...297
• 다. 삼각형 브라켓(Triangula bracket)...303
• 라. 굴삭기 붐(Excavator boom)...309
• 마. 래치(Latch)...319
• 바. 로어 컨트롤 암(Lower Control Arm)...325
• 사. 공작기계 컬럼(Machining Center)...333
• 아. 공작기계 스핀들 박스(Machining Center)...340
• 자. 너클(Knuckle)...346
• 차. 스프링시트(Spring Seat)...353
• 5. DS/Structure 사용자 베타테스트 및 오류 수정 보고...360
• 가. 사용자 교육...360
• 나. 오류 보고서...370
• 다. 최적화 적용...381
• 라. 결론...396
• 마. DS/FDM 오류 수정 보고...399
• 바. DS/Taguchi 오류 수정 보고...404
• 6. ODML의 개발과 캐드기반 통합최적설계 시스템에의 적용...407
• 가. 서 론...407
• 나. XML이란?...408
• 다. ODML의 개발...412
• 라. 간단한 ODML 예제...418
• 마. 통합최적설계 시스템에의 적용...422
• 바. 결론...428
• 제2절 I-DEAS 기반 통합최적설계 시스템의 개발 : Virtual DS...429
• 1. 서론...429
• 가. 배경...429
• 나. 과제 목표...431
• 다. 연차별 프로그램 변경 상황...432
• 라. 프로그램 개요...436
• 2. 프로그램의 개발...437
• 가. Virtual DS의 구조...437
• 나. 최적설계 소프트웨어...441
• 다. 캐드 제어 소프트웨어(I-DEAS Manager)...468
• 라. 피로수명 해석 모듈의 추가...481
• 3. 적용사례...484
• 가. 트러스 구조의 최적설계...485
• 나. 스패너의 형상 최적설계...489
• 다. 피스톤의 형상 최적설계...493
• 라. 자동차 너클(Knuckle)의 피로수명을 고려한 최적설계...496
• 마. 다축 피로 하중을 고려한 토크 암의 형상 최적설계...505
• 바. 실험계획법을 이용한 자동차 B-Pillar의 치수 최적설계...510
• 사. 엔진 브라켓의 최적설계...515
• 4. 결론...520
• 5. Open I-DEAS 응용 프로그램...521
• 가. Open I-DEAS programming...521
• 나. 프로그램 파일의 실행 (Open Language)...546
• 다. Open I-DEAS Application의 제작 과정...550
• 라. Open I-DEAS관련 Core Code...554
• 마. 작업의 자동화 방법...559
• 6. 작업일지...560
• 가. 2단계 1차년도 (2001.9 $\sim$ 2002.8.)...560
• 나. 2단계 2차년도 (2002.9 $\sim$ 2003.8)...561
• 다. 2단계 3차년도 (2003.9 $\sim$ 2004.8)...562
• 제3절 신개념 위상최적화 모듈의 개발...563
• 1. 개요...563
• 가. 연구동기...563
• 나. 문헌조사...565
• 다. 연구목적...568
• 라. 구성...569
• 2. 설계공간 최적화...570
• 가. 설계공간 최적화 및 설계연속화 방법 수식화...570
• 나. 설계공간 최적화 방법론...576
• 다. 설계공간 최적화 흐름도 및 프로그램 구조...629
• 라. 전역최적화에 대한 고찰...631
• 3. 프로그램 소스 코드 설명...637
• 가. 고정격자에 대한 배경 설명...637
• 나. MAIN - 메인 루틴...639
• 다. INITIALIZE - 초기화를 위한 루틴...639
• 라. REFINE - 요소 세분화 루틴...639
• 마. MAKEFILE - 일반적인 FEM 모델을 위한 요소 정보 생성 루틴...640
• 바. MAKEFILE - 설계공간 확장시 FEM 모델을 위한 요소 정보 생성 루틴...641
• 사. MAKEFILE3 - 최종적인 세분화 단계에서의 FEM 모델을 위한 요소 정보 생성 루틴...642
• 아. CE - 연속성을 부여하기 위한 절점간의 제한조건 생성 루틴...643
• 자. OPTIMIZE - 최적화 알고리즘과의 연계를 위한 루틴...645
• 차. ADD_VARIABLE - 설계공간 확장을 위한 루틴...646
• 카. FUNC_VALUE - FUNC_VALUE - 목적함수를 계산하는 루틴...646
• 타. MAKE_INPUT - MAKE_INPUT - ANSYS input 파일 생성 루틴...647
• 파. SENSITIVITY - 민감도 계산 루틴...647
• 하. READ_STRAIN - 민감도 계산을 위한 변형률 정보 추출 루틴...647
• A. FINAL - 내부축차 후처리 루틴...647
• B. CHECKREFINE - 다중세분화 여부 검토 루틴...647
• 4. 적용 예제...648
• 가. 구멍이 있는 뼈에서의 성장과 쇠퇴를 살펴보기위한 성장모델...648
• 나. 3차원 다리문제...663
• 5. 결론...668
• 6. 작업일지...670
• 가. 3차년도(2001년 9월 $\sim$ 2002년 8월)...670
• 나. 4차년도(2002년 9월 $\sim$ 2003년 8월)...670
• 다. 5차년도(2003년 9월 $\sim$ 2004년 8월)...671
• 제4절 구조안전성 최적화 모듈의 개발...675
• 1. 연구개요...675
• 가. 연구개발의 배경...675
• 나. 문헌 조사...677
• 다. 연구개요...680
• 2. 이론...681
• 가. 허용하중 집합...681
• 나. 신뢰도 지수를 이용한 최적설계...703
• 다. 상대적 안전지수를 이용한 최적설계...708
• 라. 정규 안전지수를 이용한 최적설계...721
• 3. CAD 기반 신뢰도 최적설계 프로그램 개발...725
• 가. 프로그램 구조...725
• 나. 프로그램의 기능...727
• 다. 프로그램의 문제점 및 개선...728
• 4. 적용 예제...729
• 가. 상대적 안전지수를 이용한 최적설계...729
• 나. 정규 안전지수를 이용한 최적설계...737
• 5. 새로운 안전지수를 이용한 경로최적설계...743
• 가. 작업자 모델링...743
• 나. 경로 최적설계 수식화...748
• 다. 결과 및 분석...751
• 6. 작업 일지...760
• 가. 1단계(2차년도)...760
• 나. 1단계(3차년도)...760
• 다. 2단계(4차년도)...761
• 라. 2단계(5차년도)...761
• 7. 결론...763
• 제5절 산업체 적용 사례...765
• 1. CAD 커스터마이징을 이용한 주문형 소프트웨어의 개발...766
• 가. 서론...766
• 나. 주문형 유연 CAD 시스템 개발 방법론...768
• 다. 최신API기술과 파라메트릭 모델링...774
• 라. 결론...776
• 2. 설계자를 위한 최적설계 및 해석 툴의 개발...777
• 가. 서론...777
• 나. 프로그램 설명...779
• 다. 적용 예제...789
• 3. 삼성전자 E-Block과 Glass 지지점 설계 사례...802
• 가. E-block의 형상최적설계...802
• 나. Glass 지지점 최적화...811
• 4. 현대자동차 엔진 마운트 브라켓 부품 설계 사례...827
• 가. 연구의 필요성...827
• 나. Rear roll 브라켓 문제...828
• 다. Front 브라켓 문제...841
• 라. 결론...862
• 제6절 통합최적설계시스템 배포 시스템의 개발...865
• 1. 배포시스템 개요...865
• 가. 개발 목표...865
• 나. 배포시스템의 요구 사항...866
• 2. 배포시스템의 구축...869
• 가. 설치패키지 구성...869
• 나. 개발 환경...871
• 다. 데이터베이스 설계...874
• 라. 코딩...876
• 3. 배포시스템 구축 결과...878
• 가. 서버 설정...878
• 나. 초기화면...879
• 다. 사용자 등록 및 초기비밀번호 확인...881
• 라. 로그인 및 개인 정보 변경...883
• 마. 다운로드 센터...884
• 바. 사용자 포럼...886
• 4. Appendix...890
• 가. 사용자 포럼 소스 코드 (forum.html)...890
• A1. DS/FDM 사용자 매뉴얼...899
• 가. DS/FDM을 이용한 구조물 최적설계 일반...899
• 나. DS/FDM을 이용한 평판 위에 존재하는 구멍 형상의 최적화...904
• 다. 초기해석...905
• 라. 설계변수 설정...915
• 마. 성능척도 설정...918
• 바. 요소 종류 및 설계민감도 계산...921
• 사. 최적설계 문제정의...922
• A2. DS/Taguchi 사용자 매뉴얼...927
• 가. DS/Taguchi를 이용한 구조물 최적설계 일반...927
• 나. DS/Taguchi를 이용한 최적설계 평판의 형상 최적설계...932
• 다. DS/Taguchi를 이용한 최적화의 준비과정...933
• 라. 설계변수 설정...935
• 마. 잡음인자의 설정...941
• 바. 성능척도 설정...945
• 사. 최적설계 수행 준비...950
• 아. 최적설계 실행 및 결과 검토...954
• 자. DS/Taguchi의 초기화...960
• A3. OS/DOE 사용자 매뉴얼...961
• 가. DS/DOE 개요...961
• 나. DS/DOE의 최적설계 수행 순서...963
• 다. DS/DOE의 설치...965
• 라. DS/DOE을 이용한 I-beam 구조의 최적화...967
• A4. Virtual DS 사용자 설명서...994
• 가. Virtual DS를 이용한 구조물 최적설계 일반...994
• 나. Virtual DS를 이용한 간단한 수식의 최적화...999
• 다. 트러스 구조물의 최적설계...1018
• 라. 스패너의 최적설계...1052
• 제4장 목표달성도 및 관련분야에의 기여도...1073
• 제1절 통합최적설계 시스템의 개발...1074
• 1. Pro/ENGINEER 기반 통합최적설계 시스템의 개발 : DS/Structure...1075
• 가. 최적화 성능...1075
• 나. 프로그램의 완성도...1078
• 다. 설계사례...1080
• 라. 프로그램 패키지화 및 문서작성...1083
• 마. 사용자 피드백 확보 및 반영...1085
• 2. I-DEAS 기반 통합최적설계 시스템의 개발 : Virtual DS...1086
• 가. 최적설계 이론의 적용...1086
• 나. 최적설계 적용을 위한 새로운 개념의 인터페이스 개발...1088
• 다. 캐드 기반 시스템의 구축...1090
• 라. 피로수명 형상 최적설계 및 자동차 부품에 적용...1091
• 마. 설계 시스템의 연계...1092
• 바. 최신 프로그래밍 기술을 이용한 소프트웨어의 설계...1094
• 사. 소프트웨어의 적용...1095
• 아. 문서화 및 패키지...1097
• 3. 프로그램 등록현황...1098
• 4. 관련 분야 기술발전에의 기여...1102
• 제2절 통합최적설계 시스템의 배포 및 홍보...1103
• 1. 통합최적설계 시스템의 배포 기반 구축 및 자료 배포...1103
• 가. 연구목표 및 수행내용...1103
• 나. 기여도...1108
• 2. 산학협동 워크샵 개최...1110
• 가. 1$\sim$2차 동시공학설계연구센터 워크샵...1110
• 나. 3차 동시공학설계연구센터 워크샵...1112
• 3. 잡지 기고를 통한 흥보...1129
• 제3절 신개념 최적설계 이론의 개발...1133
• 1. 신개념 위상최적화 모듈의 개발...1133
• 가. 연구목표 및 수행내용...1133
• 나. 관련분야에 대한 기여도...1144
• 2. 구조 안정성 최적설계 정립 및 모듈 개발...1146
• 가. 연구목표 및 수행내용...1146
• 나. 관련분야에 대한 기여도...1159
• 제4절 연구 성과의 산업체 활용 및 가능성 타진...1160
• 1. 연구 성과물의 산업체 적용...1160
• 가. DS/Structure...1161
• 나. Virtual DS...1162
• 2. 기반기술의 산업체 적용...1163
• 제5절 연구논문 발표 실적...1164
• 1. 학술지 기고...1164
• 2. 학술대회 기고...1166
• 제5장 연구개발결과의 활용계획...1169
• 제1절 통합최적설계 시스템의 활용...1169
• 제2절 기반기술의 활용...1170
• 제6장 해외과학기술정보...1171
• 제7장 참고 문헌...1172
• 특정연구개발사업 연구결과 활용계획서...1187