순응도 기반의 구동기 동적 성능 최적화

손영갑(Young Kap Son) 대한기계학회 2012 大韓機械學會論文集A Vol.36 No.11

본 논문은 4차 동적 시스템인 구동기를 구성하는 부품들의 변량 및 공기외란의 변량으로 인해 구동기 성능에 변량이 존재할 때, 구동기의 성능을 순응도 기반으로 최적화한 설계 결과를 제시하였다. 구동기는 BLDC 모터와 평기어 및 웜기어 조립체, 카나드로 구성된다. 구동기의 성능은 시간에 따라 변화하는 카나드 각도 정보를 이용하여 평가하였다. 고차 시스템의 성능은 해석적 접근을 통해 시스템 변수들의 함수로 표현하기 어렵기 때문에 반응표면모델을 기반으로, F-검정을 수행하여 유효한 시스템 변수들을 선정한 후 성능을 유효한 시스템 변수들의 함수로 근사화하였다. 본 연구에서 변량을 가지는 구동기 성능의 규격에 대한 순응도를 확률값으로 정의하였다. 순응도를 최적화하여 구한 설계변수는 부품 및 공기외란에 변량이 존재하더라도 고려한 규격을 모두 만족시킬 수 구동기를 제공할 수 있다. This study shows the conformance-based design results of a fourth-order dynamic actuator showing a performance variation caused by variation in the components as well as aero-induced disturbances. The actuator comprises a BLDC motor, spur gear and worm gear assembly, and canard. The actuator performance was evaluated by using time-variant angle information of the canard. Based on the response surface models, critical system variables were screened using F-tests, and then, the performance was approximated as a function of the variables because it is difficult to determine the performance of a high-order dynamic system as a function of system variables through analytical approaches. In this study, the conformance of uncertain performance to the specification was defined as a probability measure. The design variables obtained by optimizing the measure can provide actuator performance conforming to the specifications considered, even though there is a variation in both the components and the aero-induced disturbances.

시스템 신뢰성 향상을 위한 확률적 부하경감설계

손영갑(Young Kap Son),류장희(Jang-Hee Ryu),김재중(Jae-Jung Kim) 대한기계학회 2009 대한기계학회 춘추학술대회 Vol.2009 No.11

This paper proposes a derating design method for system reliability improvement using a probabilistic approach. The proposed design approach tries to select derated levels of stresses such as temperature and current in system level unlike recent design approaches focusing on component levels. System reliability is evaluated using component reliability metrics given as functions of uncertain stresses and time, based on a series system reliability model. Variation in stress, not considered in previous derating designs, is introduced to consider uncertain both environmental and operating conditions at customers’ hands in the field. Optimization problems for system reliability improvement are formulated and solved using FORM to find the best derating design. An electrical system comprising four components shows the details of the design method and the potential of the approach.

시스템 신뢰성 향상을 위한 확률적 부하경감설계

손영갑(Young Kap Son) 대한기계학회 2010 大韓機械學會論文集A Vol.34 No.6

본 논문은 시스템 신뢰성 향상을 위한 확률적 접근을 이용한 부하경감설계방법을 제안한다. 제안하는 설계방법은 부품 수준이 아닌 시스템 수준에서 온도와 전류와 같은 스트레스의 경감 수준을 선정하는 것이다. 직렬 시스템의 신뢰도 모델을 이용하여, 스트레스와 시간의 함수로 주어진 부품들의 신뢰도값들을 이용하여 시스템 신뢰도를 평가한다. 기존의 부하경감설계에서는 고려되지 않았지만, 본 연구에서는 환경 및 동작 조건에서 시스템이 받게 되는 스트레스의 변량을 고려하였다. 시스템 신뢰도 향상을 위한 최적화 문제를 정의하고, FORM을 적용하여 해를 구함으로써 최적의 부하경감설계를 수행하였다. 전기 시스템에 대한 설계를 통하여 제안한 설계방법에 대한 자세한 설명과 응용가능성을 제시하였다. This paper proposes a derating design method for improving system reliability by using a probabilistic approach. In the proposed design, the focus is upon system levels in determining derated levels of stresses such as temperature and current, unlike recent design approaches that focus on component levels. System reliability is evaluated using component reliability metrics that are given as functions of time and unknown stresses; this evaluation is based on a series system-reliability model. The variation in stress, which was not considered in previous derating designs, is introduced in the present design to account for the uncertainty in both environmental and operating conditions at the customer' hands. Optimization problems for system reliability improvement are formulated and solved using FORM to determine the best derating design. An example of a derating design for an electrical system shows the details of the proposed method and its applicability to systems design for reliability improvement.

계수형 데이터에 대한 신뢰도 추정방법의 샘플 수와 샘플링 시점 수에 따른 민감도 분석

손영갑(Son, Young-Kap),류장희(Ryu, Jang-Hee) 한국산학기술학회 2011 한국산학기술학회논문지 Vol.12 No.2

계수형 데이터를 이용하여 신뢰도를 추정하는 방법은 원자력 설비, 의약품, 우주발사체 등과 같은 다양한 시 스템의 신뢰도 평가에 사용되고 있다. 본 논문은 모수 추정법을 포함하여 문헌에 공개된 신뢰도 추정방법에 대한 샘 플 수 및 샘플링 시점 수 변화에 대한 정확성의 민감도를 분석하고 비교한 결과를 제시한다. 또한 민감도 분석 결과 를 이용하여 각 추정 방법의 정확성을 향상시키기 위한 방안을 제시하였다. Reliability estimation methods using attribute data are widely used in reliability evaluation of various systems such as nuclear energy plants, food and drug, and space launch vehicles. This paper shows sensitivity analysis and comparison results of reliability estimation methods including a parametric estimation method in open literature with respect to both sample size and sampling points of time. And ways to improve accuracy of each reliability estimation method were proposed from the sensitivity analysis results.

주파수 영역에서의 성능 신뢰도 향상을 위한 메타 모델을 이용한 설계 방법

손영갑(Young Kap Son) 대한기계학회 2015 大韓機械學會論文集A Vol.39 No.1

본 논문은 변량 및 열화를 가지는 부품들로 구성된 동적 시스템에 대하여 주파수 영역에서 성능 신뢰도를 향상시키기 위한 설계방법을 제안한다. 제안하는 설계방법은 이산화한 주파수로 주파수 범위를 표현하고 각 주파수에서 응답의 규격 대비 순응도를 이용하여 주파수 영역에서의 성능 신뢰도를 모델링한다. 성능 신뢰도 추정시 계산 시간의 효율성을 높이기 위하여 주파수 응답에 대한 메타 모델과 극치값, 그리고 Set-theory를 적용한다. 또한 표본추출기법을 이용하여 추정한 성능 신뢰도를 평가하고 최적화할 수 있는 방법을 제시하였다. 진동저감 시스템의 설계에 적용하여 제안한 설계방법의 응용성을 나타낸다. This paper proposes a design method for improving the frequency-domain performance reliability of dynamic systems with uncertain and degrading components. Discrete frequencies are used in this method as surrogates for the frequency band of interest, and the conformance of the frequency responses to the specification at these frequencies is utilized to model the frequency-domain performance reliability. A meta-model for the frequency responses, an extreme-value event, and the set-theory are integrated to improve the computational efficiency of the reliability estimation. In addition, a sample-based approach is presented to evaluate and optimize the estimated performance reliability. A case study of a vibration absorber system showed that the proposed design method has engineering applications.

원샷 시스템의 저장 신뢰성 예측

손영갑(Young Kap Son) 대한기계학회 2008 대한기계학회 춘추학술대회 Vol.2008 No.10

This paper represents storage reliability estimation methods. Failure time data used in reliability estimation of one-shot systems is quantal-response data. Quantal-response data is different from commercial products' failure time data, and it follows binomial distributions. Both non-parametric estimation methods and parametric estimation ones are introduced, and their merits and demerits are presented in this paper. These reliability estimation methods are applicable to estimate storage reliability of ammunitions and missiles in long-term storage.

다중비교를 이용한 샘플수와 샘플링 시점수의 원샷 시스템 신뢰도 추정방법 정확성에 대한 영향 분석

손영갑,Son, Young-Kap 한국군사과학기술학회 2012 한국군사과학기술학회지 Vol.15 No.4

This paper provides simulation-based results of effect analysis of sample size and sampling periods on accuracy of reliability estimation methods using multiple comparisons with analysis of variance. Sum of squared errors in estimated reliability measures were evaluated through applying seven estimation methods for one-shot systems to simulated quantal-response data. Analysis of variance was implemented to investigate change in these errors according to variations of sample size and sampling periods for each estimation method, and then the effect analysis on accuracy in reliability estimation was performed using multiple comparisons based on sample size and sampling periods. An efficient way to allocate both sample size and sampling periods for reliability estimation tests of one-shot systems is proposed in this paper from the effect analysis results.

마그네슘계 조명제 등 탄약류의 저장 신뢰도 예측

손영갑(Young Kap Son),백승준(Seung-Jun Back),홍석환(Suk-whan Hong),명인호(In-Ho Myung) 대한기계학회 2014 대한기계학회 춘추학술대회 Vol.2014 No.11

가속수명시험을 이용한 블루투스 모듈의 수명 예측

손영갑,장석원,김재중,Son, Young-Kap,Chang, Seog-Weon,Kim, Jae-Jung 한국마이크로전자및패키징학회 2008 마이크로전자 및 패키징학회지 Vol.15 No.2

본 논문은 블루투스 모듈의 구조 및 솔더접합부에 대한 신뢰성 평가에 국한된 기존의 방법을 확장하여 정량적인 신뢰성 평가를 수행한 결과를 나타낸다. Field 환경조건에서의 정량적인 신뢰성 평가를 위해, 온도 싸이클링(temperature/thermal cycling)에서의 온도차를 가속스트레스로 선정하여 가속수명시험을 실시하였다. 가속수명시험을 통해 구한 고장시간 데이터들을 이용하여 수명분포 매개변수들을 추정하고 코핀-만슨(Coffin-Manson) 모델을 이용하였다. 가속수명시험을 수행한 결과, 블루투스 모듈의 고장모드는 Open, 고장메커니즘은 크랙(Crack)과 박리(Delamination)였다. Field에서 수거한 고장품들의 고장모드와 고장메커니즘이 가속수명시험을 통해 재현되었다. 또한 본 논문에서 블루투스 모듈이 Field에서 받을 수 있는 온도 싸이클링에서의 다양한 온도차에 대한 정량적인 수명을 예측할 수 있는 방법이 제시되었다. 제안된 방법을 이용하여 온도차 $70^{\circ}C$를 받고 있는 블루투스 모듈의 $B_{10}$ 수명은 약 4년으로 추정되었다. This paper shows quantitative reliability evaluations of a Bluetooth module through extending previous qualitative methods limited to structure reliability tests and solder joint reliability tests for Bluetooth modules. Accelerated Life Testing (ALT) of the modules using temperature difference in temperature cycling as an accelerated stress was conducted for quantitative reliability evaluation under field environment conditions. Lifetime distribution parameters were estimated using the failure times obtained through the ALT, and then Coffin-Manson model was implemented. Results of the ALT showed that the failure mode of the modules was open and the failure mechanisms are both crack and delamination. The ALT reproduced the failure mode and mechanisms of failed Bluetooth modules collected from the field. Further, a quantitative reliability evaluation method with respect to various temperature differences in temperature cycling was proposed in this paper. $B_{10}$ lifetime of the module for the temperature difference $70^{\circ}C$ using the proposed method would be estimated as about 4 years.

전륜 및 후륜구동 전기자동차의 기어비에 따른 구동 특징 민감도 비교 분석

손영갑(Young-Kap Son),김정민(Jeong-Min Kim) 한국기계가공학회 2023 한국기계가공학회지 Vol.22 No.3

This study shows the comparative analysis results of driving characteristic sensitivity according to different gear ratios for front- and rear-wheel drive electric vehicles. These driving characteristics include acceleration performance, maximum velocity, urban driving energy consumption, and highway driving energy consumption. The electric vehicle model proposed by the authors in the literature was implemented to simulate these driving characteristics for different gear ratios, and the normalized sensitivity values were then evaluated. The sensitivity analysis results show that the maximum velocity was mostly affected by the changes in the gear ratio of the front-wheel drive electric vehicle. However, the acceleration performance was mostly affected by the changes in the gear ratio of the rear-wheel drive electric vehicle. Based on the sensitivity analysis results, selecting the gear ratio suitable for the driving characteristics should be considered when designing the gear ratios for front- and rear-wheel drive electric vehicles.