실험계획법을 활용한 풍동실험의 효율성 및 생산성 향상에 관한 연구

고현준,박성연,김재우,권기범 한국항공우주학회 2015 한국항공우주학회 학술발표회 논문집 Vol.2015 No.11

풍동실험에 소요되는 시간과 비용을 절감하고자 적은 수의 풍동실험 결과를 가지고 실험계획법(Design of Experiment, DOE)을 이용하여 생성한 공력반응모델이 기존의 OFAT(One Factor At a Time) 방식의 실험을 통해 획득되는 공력계수 예측에 적합한지를 판단하고 이러한 모델의 활용 가능성에 대한 연구를 수행하였다. 1차적으로 받음각, 옆미끄럼각, 유속을 실험변수로 설정하여 실험하고, Effect Screening Test를 통해 유속을 변수에서 제외하였다. 실험계획법으로 라틴정방설계법(Latin Hypercube Design, LHD)과 중심합성설계법(Central Composite Design)을 사용하여 실험을 계획하였고 반응모델로는 반응표면모델과 인공신경망모델이 고려되었으나 검증 결과 인공신경망모델의 정확성이 더 높다고 판단하여 인공신경망 모델을 채택하였다. 기존의 OFAT 방식으로 수행한 풍동실험으로 얻은 T-50 축소모형의 데이터와 인공신경망모델의 예측값을 비교하여 해당 모델이 공력계수 예측에 적합한지 판단하고 실험계획법이 풍동실험의 효율성과 생산성 향상에 기여할 수 있는 가능성을 분석하였다. A study is conducted to decide suitability of prediction model for estimating aerodynamic coefficients created by using DOE(Design Of Experiment) to reduce time and cost in wind tunnel tests. First, angle of attack, side slip angle, and flow velocity are selected as test variables and flow velocity is excluded after effect screening test. LHD(Latin Hypercube Design) and CCD(Central Composite Design) are used for designing the experiment. In order to create the metamodel, NN(Neural Network) model is chosen because it is more accurate than RSM(Response Surface Model) in prediction accuracy. The test data of T-50 5% model acquired by usual OFAT(One Factor At a Time) is compared with the prediction values estimated by NN prediction model. The adequacy and applicability of the model is analyzed to show the possibility of improvement in efficiency and productivity of wind tunnel tests using DOE.

D-optimal을 이용한 실험계획법 기반 풍동실험

진현,이돈구,안재명,오세윤 한국항공우주학회 2014 한국항공우주학회 학술발표회 논문집 Vol.2014 No.11

실험계획법을 기반으로 한 공력계수를 측정하는 풍동실험을 수행하였다. 본 실험은 KF-16 의 1/33 scale 모델로 수행되었으며 3 개의 요인에 해당하는 받음각과 옆미끄럼각, 승강키를 3 개의 수준으로 실험하였다. 풍동실험을 수행한 실험점은 D-optimal 실험계획법을 이용하여 추출하였다. 또한 실험을 수행하면서 완전 랜덤화하기 힘든 부분은 분할법을 사용함으로써 부분적으로 랜덤화하였다. 결과적으로, D-optimal 을 통해 추출한 적은 개수의 실험점으로도 충분히 정확한 공력모델을 얻을 수 있었다. 이를 통해, D-optimal 을 적용함으로써 시간과 비용이 많이 드는 풍동실험을 좀 더 효율적으로 수행할 수 있음을 확인할 수 있었다. Wind tunnel testing based on Design of Experiments was performed. The model of the test is KF-16 scaled 1/33, and the testing is three factors three levels test. Three factors are angle of attack, angle of sideslip, and elevator. The design points were extracted by D-optimal design. Some design points are so difficult to completely do randomization, so the parts partly did randomization by using split-plot design. As a result, the testing using only a few design points extracted by D-optimal design could obtain reasonably accurate models of aerodynamic coefficients. By using Doptimal design, Wind tunnel testing spending much time and costs could be performed much efficiently.

실험계획법을 이용한 해양플랜트 플로트오버 설치 작업용 능동형 DSF의 구조설계 민감도 해석

김훈관,송창용,이강수 중소기업융합학회 2021 융합정보논문지 Vol.11 No.2

본 연구에서는 해양플랜트의 플로트오버 설치작업을 위해 개발된 능동형 갑판 지지 프레임 (Deck support frame, DSF)의 구조설계에 대해 다양한 실험계획법을 이용한 민감도해석의 비교연구를 수행하였다. 능동형 DSF의 주요 구조부재의 두께 치수 변수는 설계인자로 고려하였고, 응답치는 중량과 강도성능으로부터 선정하였다. 민감도해석의 비교연구에 사용한 실험계획법은 직교배열설계법, Box-Behnken 설계법 그리고 Latin hypercube 설계법이다. 실험계획법의 설계공간 탐색의 근사화 성능을 평가하기 위해 반응표면법을 각 실험계획법 별로 생성하여 근사화 정확도 특성을 검토하였다. 또한 최상설계안 의 결과로부터 실험계획법의 특성에 따른 수치계산 비용, 중량감소 효과 등과 같은 설계향상 효과를 비교하였다. 능동형 DSF의 구조설계에 대해 직교배열설계법이 가장 향상된 결과를 나타내었다. The paper deals with comparative study on sensitivity analysis using various methods regarding to design of experiments for structure design of an active type DSF (Deck support frame) that was developed for float-over installation of offshore plant. The thickness sizing variables of structure member of the active type DSF were considered the design factors. The output responses were defined from the weight and the strength performances. Various methods such as orthogonal array design, Box-Behnken design, and Latin hypercube design were applied to the comparative study. In order to evaluate the approximation performance of the design space exploration according to the design of experiments, response surface method was generated for each design of experiment, and the accuracy characteristics of the approximation were reviewed. The design enhancement results such as numerical costs, weight minimization, etc. via the design of experiment methods were compared to the results of the best design. The orthogonal array design method represented the most improved results for the structure design of the active type DSF.

순차적 실험계획법과 인공신경망을 이용한 제한조건이 없는 문제의 최적화 알고리즘 개발

이정환(JungHwan Lee),서명원(MyungWon Suh) 대한기계학회 2008 大韓機械學會論文集A Vol.32 No.3

The conventional approximate optimization method, which uses the statistical design of experiments(DOE) and response surface method(RSM), can derive an approximated optimum results through the iterative process by a trial and error. The quality of results depends seriously on the factors and levels assigned by a designer. The purpose of this study is to propose a new technique, which is called a sequential design of experiments(SDOE), to reduce a trial and error procedure and to find an appropriate condition for using artificial neural network(ANN) systematically. An appropriate condition is determined from the iterative process based on the analysis of means. With this new technique and ANN, it is possible to find an optimum design accurately and efficiently. The suggested algorithm has been applied to various mathematical examples and a structural problem.

가우시안 프로세스를 이용한 적응적 실험계획법의 풍동실험 적용방안 연구

진현,이돈구,안재명 한국항공우주학회 2015 한국항공우주학회 학술발표회 논문집 Vol.2015 No.11

본 연구는 가우시안 프로세스를 이용한 적응적 실험계획법의 풍동실험 적용 방안에 관한 연구이다. 실험단계를 크게 초기 실험단계와 적응적 실험단계로 나눌 수 있는데 각 단계에서 최소의 실험 횟수로 정확한 모델을 획득하기 위한 적절한 방법에 대해 알아보았다. 초기 실험단계에서는 각각 LHD 와 revised LHD 을 이용하여 실험점을 추출한 뒤 실험 횟수에 따른 평균제곱근 오차를 비교함으로써 적절한 초기 실험 횟수와 실험계획법을 제시하였다. 또한 적응적 실험단계에서는 적절한 초기 하이퍼파라미터 설정에 대해 살펴봄으로써 실험 전 과정의 프레임워크를 제시하였다. This research addresses the application for wind tunnel testing based on adaptive design of experiments using Gaussian process. The process of experiments can be divided up into an initial phase and an adaptive phase and there are proper guidelines to obtain the accurate model with the minimum number of the tests. In the initial phase, the proper number of initial tests and initial DoE method are proposed by comparing RMSE of LHD and RMSE of revised LHD with changing the number of initial tests. In the adaptive phase, RMSE with varying initial hyperparameters is observed to set the proper values of initial hyperparameters in the adaptive phase using Gaussian process. In conclusion, the framework of the tests based on adaptive design of experiments is proposed.

센터 필라트림의 FMH 충격성능 향상을 위한 순차적 실험계획법과 인공신경망 기반의 최적설계

이정환(Jung Hwan Lee),서명원(Myung Won Suh) 대한기계학회 2013 大韓機械學會論文集A Vol.37 No.11

본 연구에서 탑승자 머리 보호를 위한 센터 필라 트림의 리브 패턴 최적설계는 두 가지 방법에 의해 수행된다. 첫째는 실험계획법과 반응표면법을 이용한 근사최적화 기법으로써, 상대적으로 큰 비중을 차지하는 해석비용 저감을 위하여 근사모델 구성에 필요한 최소한의 해석만을 수행하고 실제 최적화 과정에는 구성된 모델을 이용함으로써 근사적으로 최적 점을 찾아가는 방법이다. 하지만 이러한 방법은 시행착오적인 반복과정을 거쳐야 하는 단점이 있다. 따라서 저자들의 선행연구에서 제안한 순차적 실험계획법과 인공신경망을 이용하여 인자의 상한 또는 하한에 걸리지 않는 근사최적 해를 체계적인 반복과정을 통해 도출하고자 하며, 이를 수학적인 예제와 구조물 문제에 적용함으로써 실용성을 확인하고자 한다. The optimal rib pattern design of B-pillar trim considering occupant head protection can be determined by two methods. One is the conventional approximate optimization method that uses the statistical design of experiments (DOE) and response surface method (RSM). Generally, approximated optimum results are obtained through the iterative process by trial-and-error. The quality of results strongly depends on the factors and levels assigned by a designer. The other is a methodology derived from previous work by the authors, called the sequential design of experiments (SDOE), to reduce the trial-and-error procedure and to find an appropriate condition for using artificial neural network (ANN) systematically. An appropriate condition is determined from the iterative process based on the analysis of means. With this new technique and ANN, it is possible to find an optimum design accurately and efficiently.

충격파 풍동에서의 연속적 자유낙하 실험에 대한 적응적 실험 계획법 적용 연구

최의환(Uihwan Choi),이주성(Juseong Lee),송하균(Hakyoon Song),성태현(Taehyun Sung),박기수(Gisu Park),안재명(Jeamyung Ahn) 한국항공우주학회 2018 韓國航空宇宙學會誌 Vol.46 No.10

본 연구에서는 극초음속 충격파 풍동시험에 대한 적응적 실험 계획법 기반 접근법을 소개한다. 원뿔형 모델의 피치 모멘트를 받음각과 피치 각속도에 대한 함수로 모델링하기 위해 일련의 실험들을 수행하였다. 또한 다수의 시계열 실험 데이터를 효과적으로 분석하기 위해 초고속 카메라를 통해 획득한 실험 이미지로부터 실험 모델의 궤적을 구성하기 위한 알고리즘을 개발하였다. 해당 알고리즘을 활용해 이전 실험에 대한 분석 결과를 토대로 다음 실험점을 결정하는 적응적 실험 계획법을 제안한다. This study introduces an adaptive design of experiment (DoE) approach for the hypersonic shock-tunnel testing. A series of experiments are conducted to model the pitch moment coefficient of a by the cone as the function of the angle of attack and the pitch rate. An algorithm to construct the trajectory of the test model from the images obtained high-speed camera is developed to effectively analyze multiple time series experimental data. An adaptive DoE procedure to determine the experimental point based on the analysis results of the experiments using the algorithm is proposed.

실험계획법과 콤플렉스법에 의한 고성능 유압휴즈의 최적 설계

이성래(Seong Rae Lee) 유공압건설기계학회 2015 드라이브·컨트롤 Vol.12 No.4

A quick-acting hydraulic fuse, which is mainly composed of a poppet, a seat, and a spring, must be designed to minimize the leaked oil volume during fuse operation on a line rupture. The optimal design parameters of a quick-acting hydraulic fuse were searched using the design of experiments method and the complex method. First, the L50(5<SUP>4</SUP>) orthogonal array is used to find the robust minimum point among the 625 points of design variables. The serach range can then be narrowed around the robust minimum point. Second, the L50(5<SUP>4</SUP>) orthogonal array is used to obtain the variations of the design variables in the narrowed search range. The variations of design variables are used to set the structure of a polynomial equation representing the leakage oil volume of the quick-acting hydraulic fuse. The least squares method is then applied to obtain the coefficients of polynomial equation. Finally, the complex method is used to find the optimal design parameters where the objective function is described by the polynomial equation.

실험계획법을 적용한 가변 롤강성 토션빔의 최적 설계

조우강(Wookang Cho),이재성(Jaesung Lee),신명호(Mungho Sin),이동재(Dongjae Lee) 한국자동차공학회 2006 한국자동차공학회 춘 추계 학술대회 논문집 Vol.- No.-

Torsion beam axle applied widely rear suspension is lighter and more effective than other rear suspension of vehicle because of its simple structure. But design of torsion beam profile is difficult by reason that it is satisfy with vehicle motion performance and durability performance. This study is to investigate roll rate of torsion beam axle and max stress of torsion beam profile at roll behavior about the design factors of torsion beam profile using design of experiment. Orthogonal design of experiment is performed about six factors to verify effect of the design factors. Finally full factorial design of experiment is performed about effective three design factors and therefore an approximate function including main effect and interactive effect of three factors is made to design easily.

실험설계법 기반 표준 동역학 모형 롤댐핑 풍동실험

오세윤,양훈민,김성철 한국항공우주학회 2015 한국항공우주학회 학술발표회 논문집 Vol.2015 No.4

표준 동역학 모형의 동적 롤댐핑 풍동실험에 적용한 실험설계법 접근법에 관한 연구를 수행하였다. 풍동실험은 실험설계법 기반 풍동실험연구의 일환으로 국방과학연구소 저속 풍동실험실에서 수행되었으며, 이러한 풍동실험연구에 적용한 실험설계법 기반 접근법은 롤 방향 강제진동 동적 실험의 실험효율성을 크게 증가 킬 수 있는 것으로 확인되었다. This paper investigates the use of design of experiments (DOE) approach to the roll-damping dynamic wind tunnel testing of the standard dynamic model (SDM). The wind tunnel testing was conducted at the Agency for Defense Development’s Low Speed Wind Tunnel as part of series of tests using the DOE. The application of the DOE to the roll-oscillation dynamic tests can result in a significant increase in test efficiency.