설계범위와 목표값을 고려하는 강건성 지수에 의한 강건설계 = (A) robust design methodology using a robustness index considering design range and target value
저자
발행사항
서울 : 漢陽大學校 大學院, 2003
학위논문사항
학위논문(박사)-- 한양대학교 대학원 : 기계설계학과 2003.2
발행연도
2003
작성언어
한국어
주제어
발행국(도시)
서울
형태사항
xvi, 138p. : 삽도 ; 26cm
일반주기명
국문요약: p. i-ii
Abstract: p. 136-137
References: p. 123-135
소장기관
공리적 설계는 독립공리와 정보공리를 통하여 설계의 의사결정 과정을 지원한다. 독립공리는 소비자 요구로부터 최소한의 기능적 요구들을 결정하고, 적절한 설계파라메타의 선정을 통하여 기능적 요구 사이의 독립성을 만족시키는 과정이다. 정보공리는 독립공리를 만족하는 설계 중에서 최소의 정보량을 가지는 설계를 선택하는 과정이다. 최소의 정보량은 최상의 성공의 확률을 가지는 것을 의미한다. 강건설계는 변동에 둔감한 제품을 설계하는 것이다. 여기서 제품의 품질은 손실함수로 정의하고, 손실이 작을수록 더 좋은 품질을 얻을 수 있다.
정보공리와 강건설계는 모두 설계 품질 향상을 목적으로 한다. 그러나 성공의 확률은 목표값의 개념이 부족하고, 손실함수는 설계범위의 개념이 없다. 품질설계의 목적은 목표값 주위에서 변동이 작으면서, 주어진 설계범위 내에 있을 성공의 확률이 좋은 것이다. 이러한 개념을 만족시키기 위하여 강건성 지수를 제안하였다. 강건성 지수는 강건성 가중함수와 성능 분포의 곱으로 정의 된다. 강건성 가중함수는 설계범위의 경계에서 영의 값을 가지고, 목표값에서 최대의 가중치를 가지게 설정하였다.
일반적으로 강건설계는 직교배열에 의한 실험계획을 통하여, 변동을 줄이고 평균을 목표값에 이동시키는 두 가지 단계로 진행된다. 진행 과정에서 변동에 영향이 없이 평균을 목표값으로 이동시키는 조절인자를 필요로 한다. 조절인자를 찾는 방법으로 평균과 표준편차에 대한 비연성화 설계를 사용하였다. 비연성화 설계의 설계 행렬은 민감도 분석 혹은 분산분석의 제곱합을 이용하여 결정한다. 비연성화 설계방정식의 풀이 과정에서, 변동은 줄였으나 평균을 목표값에 이동시키지 못하는 경우가 발생된다. 이러한 경우, 변동은 크지만 평균은 목표값에 있는 경우와 비교가 필요하다. 따라서 제안한 강건성 지수를 이용하고 최적의 강건설계를 결정하는 과정을 추가하여, 세단계의 강건설계 방법을 제시하였다.
기능적 요구들의 계층구조를 가지는 시스템의 중간레벨이 비연성화 설계를 포함하는 경우는 총 정보량의 계산이 어렵다. 그 이유는 비연성화 설계가 순서를 가지는 설계이므로 상위 설계행렬의 비대각 요소가 하부 설계행렬에서는 고려가 되지 않기 때문이다. 따라서 계층 구조를 가지는 시스템의 정보량 계산을 위하여 상위 설계행렬의 연성의 정도를 나타내는 리앵귤러리티를 이용한 벌칙계수법을 제안하였다.
수치 예제와 이산설계공간에서의 구조물 설계에 적용하여, 제안한 강건성 지수와 세단계 강건설계의 유용성을 검토하였다. 강건성 지수는 구조물 설계에서 설계범위와 목표값을 동시에 고려하는 강건설계를 선정할 수 있었고, 세단계 강건설계는 성능의 변동과 평균에 대한 설계변수를 순차적으로 결정 할 수 있었다. 크기에 비하여 상대적인 공정오차가 큰 MEMS구조물에 제안한 강건설계 방법을 적용하여 형상오차에 대한 강건성을 향상시켰다. 그리고 계층구조를 가지는 시스템의 정보량 계산 과정을 수치 예제를 통하여 알아보았다.
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