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KR101515397B1 - Robust optimal design method - Google Patents

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Publication number
KR101515397B1
KR101515397B1 KR1020130092551A KR20130092551A KR101515397B1 KR 101515397 B1 KR101515397 B1 KR 101515397B1 KR 1020130092551 A KR1020130092551 A KR 1020130092551A KR 20130092551 A KR20130092551 A KR 20130092551A KR 101515397 B1 KR101515397 B1 KR 101515397B1
Authority
KR
South Korea
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design
optimal
function
inner loop
robust
Prior art date
Application number
KR1020130092551A
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Korean (ko)
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KR20150016736A (en
Inventor
박경진
Original Assignee
한양대학교 에리카산학협력단
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Publication date
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Abstract

본 발명의 실시예에 따른 강건 최적 설계 방법은 (A) 설계하고자하는 대상의 초기설계정보를 설정하는 단계; (B) 결정론적 최적해(Deterministic optimization:

Figure 112013070730263-pat00081
)를 구하는지 여부를 판단하는 단계; (C) 상기 결정론적 최적해(
Figure 112013070730263-pat00082
)를 구하는 판단결과에 따라, 상기 결정론적 최적해(
Figure 112013070730263-pat00083
)를 연산하는 단계; (D) 상기 결정론적 최적해(
Figure 112013070730263-pat00084
) 또는 상기 초기설계정보의 초기값(b0)을 기준으로 강건 최적해를 구하기 위한 외부루프(Outer loop) 및 상기 외부루프와 연동하는 내부 루프(Inner loop)를 수행하는 단계; 및 (E) 상기 (D) 단계의 결과가 수렴하는지 판단하여, 상기 (D) 단계의 결과가 비수렴함에 따라 k번째 반복횟수에서의 설계 변수(b(k))를 갱신하여 상기 (D) 단계로 주입하는 단계;를 포함한다. A robust optimal design method according to an embodiment of the present invention includes: (A) setting initial design information of a target object; (B) Deterministic optimization:
Figure 112013070730263-pat00081
Determining whether or not to obtain the value? (C) the deterministic optimal solution (
Figure 112013070730263-pat00082
), The deterministic optimal solution (
Figure 112013070730263-pat00083
); (D) The deterministic optimal solution (
Figure 112013070730263-pat00084
Performing an outer loop for obtaining a robustness optimal solution based on an initial value b 0 of the initial design information or an inner loop for interlocking with the outer loop; And (E) determining whether the result of the step (D) converges, updating the design parameter b (k) in the kth iteration count as the result of the step (D) Injecting into the step.

Description

강건 최적 설계 방법{ROBUST OPTIMAL DESIGN METHOD} [0001] ROBUST OPTIMAL DESIGN METHOD [0002]

본 발명은 강건 최적 설계 방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a robust optimal design method.

강건 설계(Robust Design)는 품질향상에 대한 노력의 일환으로 품질과 신뢰성을 향상시키기 위하여 제품과 공정의 변동을 최소화하는 기술로서, Genichi Taguchi 박사에 의해 1950년대와 1960년대 초반의 연구를 통하여 강건 설계의 기초를 개발되었다. Robust Design is a technology that minimizes fluctuation of products and processes in order to improve quality and reliability as part of efforts to improve quality. Through research in the 1950s and early 1960s by Dr. Genichi Taguchi, Robust Design Was developed on the basis of.

상기 강건 설계의 기초 원리는 변동의 원인을 제거하지 않고 원인의 영향을 최소화하여 제품의 품질을 향상시키며, 여러 가지 변동 요인에 영향을 가장 적게 받는 성능을 얻도록 제품과 공정 설계를 최적화하는 인자설계의 과정을 통하여 이루어진다. The basic principle of the robust design is to design the factors that optimize the product and process design so as to improve the quality of the product by minimizing the influence of the cause without removing the cause of the fluctuation, .

강건 설계는 공학적 의사결정에 수반되는 인자들에 대해 믿을만한 정보를 얻기 위하여 통계적 실험계획법의 기초원리와 이에 따르는 분산분석(Analysis of varience, ANOVA)이라는 자료해석법을 수립하였으며, 상기 강건설계의 두 가지 중요한 수단은 ① 품질을 측정하는 S/N(신호 대 잡음)비, ② 여러 가지 설계 인자를 동시에 연구하기 위한 직교 배열이다. In order to obtain reliable information on the factors involved in engineering decision making, robust design has established a basic principle of statistical design of experiment and analysis method of analysis of variance (ANOVA) S / N ratio (signal to noise) ratio to measure quality, and (2) orthogonal array for studying various design factors at the same time.

상기 강건 설계는 품질 관리, 실험계획, 응용 화공, 기계공학, 생산라인 설계, 제품 개발 등 공업 전반에 걸쳐 적용이 가능하다. The robust design can be applied to all industries such as quality control, experimental design, applied chemical engineering, mechanical engineering, production line design, and product development.

강건설계의 기초원리는 제품의 악영향을 주는 원인의 영향을 극소화하여 제품의 품질을 향상시키기 위해 즉, 성능이 여러 가지 변동요인에 영향을 가장 적게 받도록 제품과 공정설계를 최적화하는 것이다. 이것을 인자 설계(parameter design)라고 부르며 보다 나은 품질 향상을 위해 변동요인 제어에 의해 품질이 추가비용을 보상할 수 있다. The basic principle of robust design is to optimize product and process design to improve product quality by minimizing the effects of the causes that adversely affect the product, that is, to minimize the impact of performance on various variables. This is called parameter design and quality can compensate for the additional cost by variable factor control for better quality improvement.

이러한 강건설계는 품질관리, 실험계획, 응용화공, 기계공학, 생산라인설계, 제품개발 등의 공업 전반에 걸쳐 적용이 가능하다. This robust design can be applied to all industries such as quality control, experimental design, chemical engineering, mechanical engineering, production line design, and product development.

특히, 특허문헌 1에 기재된 바와 같이, 다구치법을 이용한 강건설계 방법이 많이 사용되고 있는데, 상술한 다구치법은 직교배열표를 사용하기 때문에 넓은 설계범위를 고려하기 어렵고, 설계변수를 이산공간에서만 정의하는 단점이 있으며, 설계제한조건이 존재하는 경우에 이러한 설계제한조건을 처리하는 것이 거의 불가능하다. In particular, as described in Patent Document 1, a robust design method using the Taguchi method is widely used. Since the Taguchi method uses the orthogonal array table, it is difficult to consider a wide design range and design variables are defined only in the discrete space There is a drawback, and it is almost impossible to handle such design constraints in the presence of design constraints.

이러한 다구치법 이외에, 특허문헌 2에 기재된 가중제곱평균근(Weighted RMS; WRMS)을 이용한 강건 설계 방법 등의 다양한 강건 설계 방법이 적용되고 있지만, 파라미터의 불확실성 범위와 설계변수의 공차범위를 동시에 고려하지 못하는 강건 설계 방법으로 설계과정에서 강건 최적화를 달성할 수 없다.
In addition to the Taguchi method, various robust design methods such as the weighted rms (WRMS) robust design method described in Patent Document 2 are applied. However, the uncertainty range of the parameter and the tolerance range of the design variable are not considered simultaneously No robust design method can not achieve robust optimization in the design process.

특허문헌 1: 등록특허공보 제 10-0342272호(2002년 6월 17일 등록)Patent Document 1: Registration Patent No. 10-0342272 (registered on June 17, 2002) 특허문헌 2: 등록특허공보 제 10-1138758호(2012년 4월 16일 등록)Patent Document 2: Registered Patent Publication No. 10-1138758 (Registered on April 16, 2012)

본 발명은 상기 문제점을 해소하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 파라미터의 불확실성 범위와 설계변수의 공차범위를 동시에 고려하여 설계과정에서 강건최적화를 달성하는 강건 최적 설계 방법을 제공하는 데 있다.
It is an object of the present invention to provide a robust optimal design method that achieves robust optimization in the design process by simultaneously considering a range of uncertainty of a parameter and a tolerance range of a design variable.

본 발명의 일실시예에 따른 강건 최적 설계 방법은 (A) 설계하고자하는 대상의 초기설계정보를 설정하는 단계; (B) 결정론적 최적해(Deterministic optimization:

Figure 112013070730263-pat00001
)를 구하는지 여부를 판단하는 단계; (C) 상기 결정론적 최적해(
Figure 112013070730263-pat00002
)를 구하는 판단결과에 따라, 상기 결정론적 최적해(
Figure 112013070730263-pat00003
)를 연산하는 단계; (D) 상기 결정론적 최적해(
Figure 112013070730263-pat00004
) 또는 상기 초기설계정보의 초기값(b0)을 기준으로 강건 최적해를 구하기 위한 외부루프(Outer loop) 및 상기 외부루프와 연동하는 내부 루프(Inner loop)를 수행하는 단계; 및 (E) 상기 (D) 단계의 결과가 수렴하는지 판단하여, 상기 (D) 단계의 결과가 비수렴함에 따라 k번째 반복횟수에서의 설계 변수(b(k))를 갱신하여 상기 (D) 단계로 주입하는 단계;를 포함한다. A robust optimal design method according to an embodiment of the present invention includes: (A) setting initial design information of a target object; (B) Deterministic optimization:
Figure 112013070730263-pat00001
Determining whether or not to obtain the value? (C) the deterministic optimal solution (
Figure 112013070730263-pat00002
), The deterministic optimal solution (
Figure 112013070730263-pat00003
); (D) The deterministic optimal solution (
Figure 112013070730263-pat00004
Performing an outer loop for obtaining a robustness optimal solution based on an initial value b 0 of the initial design information or an inner loop for interlocking with the outer loop; And (E) determining whether the result of the step (D) converges, updating the design parameter b (k) in the kth iteration count as the result of the step (D) Injecting into the step.

본 발명의 일실시예에 따른 강건 최적 설계 방법은 상기 (A) 단계에서 상기 초기설계정보로서 상기 대상의 초기값(b0), 설계변수(b) 및 설계 파라미터(p)를 포함하는 것을 특징으로 한다. The robust optimal design method according to an embodiment of the present invention is characterized in that, in the step (A), the initial value (b 0 ), design variable (b) and design parameter (p) .

본 발명의 일실시예에 따른 강건 최적 설계 방법은 상기 (D) 단계에서 상기 외부루프는 목적함수의 상한함수(

Figure 112013070730263-pat00005
)와 제한조건의 상한함수(
Figure 112013070730263-pat00006
)를 각각 설계변수(b)와 파라미터(p)에 대한 공차범위(△b, △p) 내에서 상한값으로 구성하는 것을 특징으로 한다. In the robust optimum designing method according to an embodiment of the present invention, in the step (D), the outer loop may include an upper limit function of an objective function
Figure 112013070730263-pat00005
) And the upper bound function of the constraint (
Figure 112013070730263-pat00006
) Is made up of an upper limit value within a tolerance range (? B,? P) for the design parameter (b) and the parameter (p), respectively.

본 발명의 일실시예에 따른 강건 최적 설계 방법은 상기 (D) 단계에서 상기 내부루프는 상기 목적함수의 상한함수(

Figure 112013070730263-pat00007
), 상기 제한조건의 상한함수(
Figure 112013070730263-pat00008
) 및 최적 민감도를 연산하여 상기 외부루프로 전달하는 것을 특징으로 한다. In the robust optimum designing method according to an embodiment of the present invention, in the step (D), the inner loop calculates an upper limit function
Figure 112013070730263-pat00007
), An upper limit function (
Figure 112013070730263-pat00008
And calculates the optimum sensitivity and transmits the calculated average sensitivity to the outer loop.

본 발명의 일실시예에 따른 강건 최적 설계 방법에서 상기 최적 민감도는 상기 내부루프의 최적해에서 목적함수와 제한조건에 대한 민감도이고, 상기 최적 민감도는 상기 외부루프의 민감도로 이용되는 것을 특징으로 한다. In the robust optimal design method according to an embodiment of the present invention, the optimal sensitivity is the sensitivity to the objective function and the constraint condition in the optimal solution of the inner loop, and the optimal sensitivity is used as the sensitivity of the outer loop.

본 발명의 다른 실시예에 따른 강건 최적 설계 방법은 상기 (D) 단계에서 상기 내부루프는 상기 목적함수에 대한 선형함수 또는 상기 제한조건에 대한 선형함수를 이용하는 것을 특징으로 한다. The robust optimal design method according to another embodiment of the present invention is characterized in that, in the step (D), the inner loop uses a linear function for the objective function or a linear function for the constraint.

본 발명의 다른 실시예에 따른 강건 최적 설계 방법은 상기 (D) 단계에서 상기 내부루프의 최적 설계해에 대해 상기 목적함수에 대한 선형함수에서 설계변수의 경사도 벡터 또는 파라미터의 경사도 벡터 각각에 대한 부호를 이용하여 판단하는 것을 특징으로 한다. The robust optimal design method according to another embodiment of the present invention is characterized in that, for the optimal design solution of the inner loop in the step (D), the gradient vector of the design variable or the gradient vector of the parameter in the linear function for the objective function And a determination is made by using the following expression.

본 발명의 다른 실시예에 따른 강건 최적 설계 방법은 상기 (D) 단계에서 상기 내부루프는 상기 목적함수에 대한 선형함수 또는 상기 제한조건에 대한 선형함수에서 설계변수의 경사도 벡터를 생성하고, 상기 설계변수의 경사도 벡터는 상기 (D) 단계에서 상기 k번째 반복횟수에서의 설계 변수(b(k))를 갱신하기 위해 설계변화량(δb)을 구하는 과정에 필요한 민감도로 이용되는 것을 특징으로 한다.
In the robust optimal design method according to another embodiment of the present invention, in the step (D), the inner loop generates a slope vector of a design variable in a linear function for the objective function or a linear function for the constraint, The gradient vector of the variable is used as the sensitivity required for the process of calculating the design change amount? B to update the design parameter b (k) at the kth iteration count in the step (D).

본 발명의 특징 및 이점들은 첨부도면에 의거한 다음의 상세한 설명으로 더욱 명백해질 것이다. The features and advantages of the present invention will become more apparent from the following detailed description based on the accompanying drawings.

이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이고, 사전적인 의미로 해석되어서는 아니 되며, 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합되는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
Prior to this, terms and words used in the present specification and claims should not be construed in a conventional, dictionary sense, and should not be construed as defining the concept of a term appropriately in order to describe the inventor in his or her best way. It should be construed in accordance with the meaning and concept consistent with the technical idea of the present invention.

본 발명의 실시예에 따른 강건 최적 설계 방법은 설계변수나 파라마터의 공차범위를 고려한 강건 설계를 수행함과 동시에 내부루프의 연산과정에서 얻은 최적민감도를 외부루프에서 설계변수의 갱신을 위한 정보로 이용하므로, 별도의 민감도 계산이 요구되지 않아 설계 비용의 증가 없이 최적의 강건최적설계를 도출할 수 있는 효과가 있다.
The robust optimal design method according to the embodiment of the present invention performs a robust design considering the tolerance range of the design parameters or parameters and also uses the optimum sensitivity obtained in the calculation of the inner loop as information for updating the design variables in the outer loop Therefore, it is possible to derive the optimum robustness optimal design without increasing the design cost since no separate sensitivity calculation is required.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 강건 최적 설계 방법을 설명하기 위한 순서도.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 강건 최적 설계 방법을 설명하기 위한 순서도.
도 3은 본 발명의 강건 최적 설계 방법이 적용되는 목적함수의 3차원 설계 구조의 예시도.
도 4는 도 3에 도시된 목적함수의 3차원 예시도를 제한조건함수를 포함하여 2차원으로 도시한 예시도.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 강건 최적 설계 방법이 적용된 결과를 설명하기 위한 예시도.
1 is a flowchart for explaining a robust optimal design method according to an embodiment of the present invention;
2 is a flowchart illustrating a robust optimal design method according to another embodiment of the present invention.
3 is an illustration of a three-dimensional design structure of an objective function to which the robust optimal design method of the present invention is applied;
Fig. 4 is an exemplary diagram showing a three-dimensional example of the objective function shown in Fig. 3 in two dimensions including a constraint function; Fig.
5 is an exemplary view for explaining a result of applying the robust optimal design method according to another embodiment of the present invention.

본 발명의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예로부터 더욱 명백해질 것이다. 본 명세서에서 각 도면의 구성요소들에 참조번호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 번호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다. 또한, 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The objects, particular advantages and novel features of the present invention will become more apparent from the following detailed description taken in conjunction with the accompanying drawings, in which: FIG. It should be noted that, in the present specification, the reference numerals are added to the constituent elements of the drawings, and the same constituent elements are assigned the same number as much as possible even if they are displayed on different drawings. Also, the terms first, second, etc. may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another. In the following description, well-known functions or constructions are not described in detail since they would obscure the invention in unnecessary detail.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 강건 최적 설계 방법을 설명하기 위한 순서도이다. 여기서, 본 발명의 일실시예에 따른 강건 최적 설계 방법은 컴퓨터에서 관련 프로그램을 통해 최적설계를 수행하기 위한 외부루프(Outer loop) 및 목적함수와 제한조건에 대한 상한값을 산출하는 내부루프(Inner loop)를 포함한 이중루프(Double loop) 방식으로 강건 최적 설계를 수행한다는 특징이 있다. Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. 1 is a flowchart illustrating a robust optimal design method according to an embodiment of the present invention. Here, the robust optimal design method according to an embodiment of the present invention includes an outer loop for performing an optimal design through a related program in a computer, an inner loop for calculating an upper limit value for an objective function and a constraint condition, ), And a robust optimal design is performed by a double loop method including the above-mentioned method.

먼저, 본 발명의 일실시예에 따른 강건 최적 설계 방법은 설계하고자하는 대상의 초기설계정보를 설정한다(S110). First, the robust optimal design method according to an embodiment of the present invention sets initial design information of a target object (S110).

구체적으로, 항공기, 자동차, 로봇 및 각종 전자기기 등 최적설계의 적용이 가능한 대형 구조 및 기계 시스템에 관한 설계 단계에서 컴퓨터 프로그램을 이용하여 설계하고자하는 대상의 설계변수의 초기값(b 0 )을 설정하고, 설계변수(b)와 파라미터(p) 각각의 공차(△b, △p)를 정의한다. Specifically, an initial value ( b 0 ) of a design parameter of a target object to be designed is set using a computer program in a design stage of a large structure and a mechanical system that can be applied to an optimum design such as an aircraft, an automobile, a robot, , And defines the tolerances (? B,? P) of the design variables (b) and (p), respectively.

초기설계정보를 설정한 후, 사용자의 선택을 따라 초기값(b 0 )에서 주어진 목적함수를 최소화하며, 제한조건을 만족하는 결정론적 최적해(Deterministic optimization:

Figure 112013070730263-pat00009
)를 구하는지 여부를 판단한다(S120). After setting the initial design information, the objective function given in the initial value ( b 0 ) is minimized according to the user's selection, and a deterministic optimization solution satisfying the constraint condition is performed.
Figure 112013070730263-pat00009
(S120). ≪ / RTI >

즉, 설정된 초기값(b 0 )에 대해 주어진

Figure 112013070730263-pat00010
의 목적함수를 최소화하고 동시에
Figure 112013070730263-pat00011
의 제한조건을 만족하는 설계변수(b)의 결정론적 최적해(
Figure 112013070730263-pat00012
)를 사용자의 선택에 의해 구하는지 여부를 판단할 수 있다. That is, for a given initial value b 0 ,
Figure 112013070730263-pat00010
Minimizing the objective function of
Figure 112013070730263-pat00011
The deterministic optimal solution of the design variable (b) satisfying the constraint of
Figure 112013070730263-pat00012
) Can be determined by the user's choice.

이에 따라, 사용자가 초기값(b 0 )에 대한 설계변수(b)의 결정론적 최적해(

Figure 112013070730263-pat00013
)를 구하는 것으로 판단되면, 아래의 [수학식 1]에 기재된 바와 같이 설계변수(b)의 결정론적 최적해(
Figure 112013070730263-pat00014
)를 구하는 연산과정을 수행한다(S130). Thus, the user can determine the deterministic optimal solution (b) of the design variable b for the initial value & lt ; RTI ID = 0.0 & gt;
Figure 112013070730263-pat00013
), The deterministic optimal solution of the design parameter (b) as shown in the following formula (1)
Figure 112013070730263-pat00014
(S130). ≪ / RTI >

Figure 112013070730263-pat00015
Figure 112013070730263-pat00015

(b: 설계변수, f(b): 목적함수, gi(b): i번째 제한조건, n: 설계변수의 개수, m: 제한조건의 개수, b L : 설계변수의 하한값, b U : 설계변수의 상한값)
(b: the design variables, f (b): the objective function, g i (b): i th constraint, n: number of design parameters, m: the number of constraints, b L: lower limit value of the design variable, b U: Upper limit of design variable)

이러한 결정론적 최적해(

Figure 112013070730263-pat00016
)를 구하는 연산과정에 따라 초기값(b 0 )에서 이동한 결정론적 최적해(
Figure 112013070730263-pat00017
; K=Z)의 위치지점이 획득되고, 이동한 최적해(
Figure 112013070730263-pat00018
)의 위치지점을 시작으로 강건 최적화를 위한 외부루프(outer loop) 과정을 수행한다(S140). This deterministic optimal solution (
Figure 112013070730263-pat00016
), The deterministic optimal solution shifted from the initial value ( b 0 )
Figure 112013070730263-pat00017
; K = Z) is obtained, and the shifted optimal solution (
Figure 112013070730263-pat00018
(S140), the outer loop process for robust optimization is performed starting from the position point of the outer loop.

반면에, 사용자가 초기값(b 0 )에 대한 설계변수(b)의 결정론적 최적해(

Figure 112013070730263-pat00019
)를 구하지 않는 것으로 판단되면, 컴퓨터는 [수학식 1]에 기재된 설계변수(b)의 결정론적 최적해(
Figure 112013070730263-pat00020
)를 구하는 연산과정을 생략하고 초기값(b 0 )을 시작으로 강건 최적해를 위한 외부루프(outer loop) 과정을 수행할 수 있다. On the other hand, if the user determines the deterministic optimal solution (b) of the design variable b for the initial value b 0
Figure 112013070730263-pat00019
), The computer calculates the deterministic optimal solution of the design parameter (b) in Equation (1)
Figure 112013070730263-pat00020
) Can be omitted and an outer loop process for the robustness optimal solution can be performed starting from the initial value b 0 .

여기서, 강건 최적해를 위한 외부루프(outer loop) 과정은 아래의 [수학식 2]에 기재된 바와 같이 목적함수의 상한함수(

Figure 112013070730263-pat00021
)와 제한조건의 상한함수(
Figure 112013070730263-pat00022
)를 각각 설계변수(b)와 파라미터(p)에 대한 공차범위(△b, △p) 내에서 상한값으로 구성하는 점에서 특징이 있다. Here, the outer loop process for the robustness optimal solution can be expressed by the upper limit function of the objective function (
Figure 112013070730263-pat00021
) And the upper bound function of the constraint (
Figure 112013070730263-pat00022
) Is constituted by an upper limit value within the tolerance range (? B,? P) for the design parameter (b) and the parameter (p), respectively.

Figure 112013070730263-pat00023
Figure 112013070730263-pat00023

이러한 강건 최적해를 위한 외부루프(outer loop) 과정은 내부루프(Inner loop) 과정과 연동하여 수행되고, 특히 외부루프 과정에 필요한 목적함수와 제한조건의 상한값과 민감도값을 내부루프(Inner loop)의 최적설계 결과로부터 얻을 수 있다. The outer loop process for the robust optimization solution is performed in conjunction with the inner loop process. In particular, the upper limit value and the sensitivity value of the objective function and the constraint condition, which are required for the outer loop process, Can be obtained from the optimum design result.

이에 따라, 외부루프 과정을 수행하는 단계(S140)와 연동하는 내부루프(Inner loop) 과정을 수행한다(S150). Accordingly, an inner loop process is performed in conjunction with step S140 of performing the outer loop process (S150).

이러한 외부루프 과정을 수행하는 단계(S140) 및 내부루프(Inner loop) 과정을 수행하는 단계(S150)는 이중루프(Double loop) 과정으로, 내부루프(Inner loop) 과정을 수행하는 단계(S150)에서는 외부루프 과정을 수행하는 단계(S140)에서 설계변수의 갱신을 위해 설계변화량(δb)을 연산하는 과정에 필요한 목적함수와 제한조건의 상한값과 민감도를 계산하기 위하여 최적설계를 수행한다. 즉, 외부루프 과정을 수행하는 단계(S140)에서는 설계변수(b)에 대한 목적함수의 상한함수(

Figure 112013070730263-pat00024
), 민감도 값 등이 필요한데, 이는 내부루프 과정을 수행하는 단계(S150)에서 최적설계 결과로부터 얻을 수 있다. The step S140 of performing the outer loop process and the step S150 of performing the inner loop process are a double loop process and an inner loop process S150. The optimum design is performed to calculate the upper limit value and the sensitivity of the objective function and the constraint condition required for the process of calculating the design change amount (δb) for updating the design variable in the step of performing the outer loop process (S140). That is, in the step of performing the outer loop process (S140), the upper limit function of the objective function for the design variable (b)
Figure 112013070730263-pat00024
), And sensitivity value, which can be obtained from the optimum design result in the step of performing the inner loop process (S150).

이때, 내부루프 과정을 수행하는 단계(S150)에 대한 최적조건은 수학적으로 [수학식 3]과 같은 정식화로 표현할 수 있다. 여기서, 목적함수와 제한조건에 대한 연산방식이 같기 때문에 아래의 [수학식 3]에 기재된 바와 같이 목적함수의 경우를 예로 들어 과정을 설명한다. At this time, the optimal condition for performing the inner loop process (S150) can be mathematically expressed by a formula such as Equation (3). Here, since the calculation methods for the objective function and the constraint condition are the same, the process will be described by taking the case of the objective function as an example as described in the following [Equation 3].

Figure 112013070730263-pat00025
Figure 112013070730263-pat00025

(c: 내부루프 과정을 수행하는 단계(S150)에서의 설계변수, q: 내부루프 과정을 수행하는 단계(S150)에서의 설계 파라미터, b: 외부루프 과정을 수행하는 단계(S140)에서의 설계변수, p: 외부루프 과정을 수행하는 단계(S140)에서의 설계 파라미터)
(c) design parameters in step (S150) of performing an inner loop process, (q) design parameters in step (S150) of performing an inner loop process, Variable, p: design parameter in step S140 of performing the outer loop process)

물론, gi(b)의 제한조건에 대한 최적조건은 수학적으로 동일하게 아래의 [수학식 4]에 기재된 바와 같은 정식화로 표현할 수 있다. Of course, the optimal condition for the constraint of g i (b) can be mathematically expressed as a formulation as described in Equation (4) below.

Figure 112013070730263-pat00026
Figure 112013070730263-pat00026

상술한 [수학식 3]과 같이 제한조건이 있는 최적화문제에서 해가 되기 위한 필요조건으로 카루시-쿤-터커(Karush-Kuhn-Tucker,KKT)이 만족되어야 한다. 수학식 3]에 대한 라그랑지(Lagrange) 함수는 아래의 [수학식 5]에 기재된 바와 같이 표현할 수 있다. Karush-Kuhn-Tucker (KKT) should be satisfied as a necessary condition for harm in the optimization problem having the restriction condition as in the above-mentioned Equation (3). The Lagrange function for Equation (3) can be expressed as shown in Equation (5) below.

Figure 112013070730263-pat00027
Figure 112013070730263-pat00027

여기서, uv는 각각 내부루프에서 설계변수(c)의 제한조건에 대한 라그랑지 승수(Lagrange multiplier) 벡터를 의미하고, xy는 각각 내부루프에서 설계파라미터(p)의 제한조건에 대한 라그랑지 승수벡터를 의미한다. 또한, s1, s2, s3, s4는 완화변수벡터이다. Where u and v are the Lagrange multiplier vectors for the constraints of the design variable (c) in the inner loop, and x and y are the constraints of the design parameter (p) in the inner loop, respectively. Lagrange multiplier vector. Also, s 1 , s 2 , s 3 , s 4 are relaxation variable vectors.

카루시-쿤-터커 조건은 [수학식 5]로 표현되는 라그랑지 함수의 경사도 벡터(gradient vector)를 0으로 만드는 설계점이 국부최소점이 될 수 있는 것을 의미하며, 부등제한조건에 대한 라그랑지 승수(u, v, x, y)는 항상 0이어야 한다는 조건이 만족되어야 한다. 즉, 제한조건이 있는 최적화문제의 국부최소점은 [수학식 6]으로 표현되는 연립방정식을 만족하는 근이다. The Karushi-Kuhn-Tucker condition means that the design point for making the gradient vector of the Lagrangian function expressed by Equation (5) be 0 can be the local minimum point, and Lagrange multiplier ( u, v, x, y ) must always be zero. That is, the local minimum point of the optimization problem with the constraint is a root satisfying the simultaneous equations expressed by [Equation 6].

이에 따라, [수학식 3]에 대한 카루시-쿤-터커 조건은 [수학식 5]와 아래의 [수학식 6]으로 표현할 수 있다. Accordingly, the Karushi-Kuhn-Tucker condition for Equation (3) can be expressed by Equation (5) and Equation (6) below.

Figure 112013070730263-pat00028
Figure 112013070730263-pat00028

Figure 112013070730263-pat00029

Figure 112013070730263-pat00029

이러한 [수학식 6]의 조건을 만족하는 조건은 내부루프에서 활성화되는 제한조건의 조합에 따라 다양한 경우가 발생할 수 있으며, 각각의 경우에 대한 내부루프의 최적해는 아래의 [수학식 7]과 같이 표현할 수 있다. The condition satisfying the condition of Equation (6) may occur in various cases depending on a combination of the constraints activated in the inner loop, and the optimal solution of the inner loop for each case may be expressed by Equation (7) Can be expressed.

Figure 112013070730263-pat00030
Figure 112013070730263-pat00030

그러므로, 내부루프의 최적해에 관한 [수학식 7]에서 각각의 조건을 만족하는 최적해와 라그랑지 승수는 아래의 [수학식 8]와 같다. Therefore, the optimal solution and the Lagrangian multiplier satisfying each condition in Equation (7) with respect to the optimal solution of the inner loop are expressed by Equation (8) below.

Figure 112013070730263-pat00031
Figure 112013070730263-pat00031

이와 같이, 외부루프(outer loop)의 설계변수(b)가 내부루프(Inner loop)에서는 파라미터로 취급되며, 하위수준인 내부루프(Inner loop)의 최적점(c*)에서 상수로 고려하는 b-△b 또는 b+△b가 바뀌었을 때, 파라미터의 변화율에 대한 최적 값의 변화율을 최적민감도라 정의한다. 이때, 내부루프 과정을 수행하는 단계(S150)에서의 목적함수에 대한 최적민감도의 일반적인 형태는 아래의 [수학식 9]와 같다. In this way, the design parameter b of the outer loop is treated as a parameter in the inner loop, and a constant b is considered as a constant at the optimal point (c * ) of the inner loop (lower loop) - When Δb or b + Δb is changed, the rate of change of the optimal value with respect to the rate of change of parameter is defined as optimal sensitivity. In this case, the general form of the optimal sensitivity for the objective function in the step of performing the inner loop process (S150) is expressed by Equation (9) below.

Figure 112013070730263-pat00032
Figure 112013070730263-pat00032

또한, 상술한 [수학식 3]에서 제한조건들에 대한 벡터와 라그랑지 승수는 아래의 [수학식 10]과 같이 표현할 수 있다. In addition, the vector and the Lagrangian multiplier for the constraint conditions in the above-described Equation (3) can be expressed as Equation (10) below.

Figure 112013070730263-pat00033
Figure 112013070730263-pat00033

(h(c,q): 내부루프의 제한조건들에 대한 벡터, w: 라그랑지 승수벡터)
( h (c, q) : vector for constraints of the inner loop, w: Lagrange multiplier vector)

이러한 [수학식 10]의 제한조건들에 대한 벡터와 라그랑지 승수를 [수학식 9]에 적용하면 설계변수와 설계파라미터에 대한 최적 민감도는 아래의 [수학식 11]와 같이 표현할 수 있다. When the vector and the Lagrangian multiplier for the constraints of Equation (10) are applied to Equation (9), the optimal sensitivity for design parameters and design parameters can be expressed as Equation (11) below.

Figure 112013070730263-pat00034
Figure 112013070730263-pat00034

이러한 [수학식 11]에서

Figure 112013070730263-pat00035
이고
Figure 112013070730263-pat00036
이므로, 아래의 [수학식 12]와 같은 조건관계를 확인할 수 있다. In Equation (11)
Figure 112013070730263-pat00035
ego
Figure 112013070730263-pat00036
, It is possible to confirm the conditional relationship as shown in the following equation (12).

Figure 112013070730263-pat00037
Figure 112013070730263-pat00037

이러한 [수학식 12]는 [수학식 2]에서 내부루프의 최적해가 설계변수(b)나 파라미터(p)의 공차범위(△b, △p)에 대하여 하한값과 상한값으로 수렴되는 결과에 따라, 아래의 [수학식 13]과 [수학식 14]의 결과를 얻을 수 있다. Equation (12) can be expressed by the following equation (2), where the optimal solution of the inner loop is converged to the lower limit value and the upper limit value for the tolerance range? B and? P of the design parameter b or parameter p, The following equations (13) and (14) can be obtained.

Figure 112013070730263-pat00038
Figure 112013070730263-pat00038

Figure 112013070730263-pat00039
Figure 112013070730263-pat00039

이러한 [수학식 13]과 [수학식 14]의 결과는 내부루프 과정을 수행하는 단계(S150)의 결과로서 내부루프(Inner loop)의 최적점(c*)에서 목적함수와 제한조건함수의 최적민감도 값(

Figure 112013070730263-pat00040
)은 외부루프(outer loop)에서 최적설계를 수행하기 위해 필요한 설계변수에 대한 상한함수의 목적함수에 대한 민감도(
Figure 112013070730263-pat00041
)와 동일하다는 결론을 얻을 수 있다. The results of Equations (13) and (14) are obtained as the result of the step of performing the inner loop process (S150). The optimal values of the objective function and the constraint function at the optimal point (c * ) of the inner loop Sensitivity value (
Figure 112013070730263-pat00040
) Is the sensitivity of the upper bound function to the objective function for the design variables needed to perform the optimal design in the outer loop (
Figure 112013070730263-pat00041
) Is the same.

이에 내부루프를 통해(Innr loop)를 통해 얻은 목적함수와 제한조건에 대한 상한 값과 최적민감도 값을 외부루프 과정을 수행하는 단계(S140)에 주입하여, 설계변수(b)의 갱신을 위해 필요한 설계변화량(δb)을 구하는 과정에 사용된다. Then, the upper limit value and the optimal sensitivity value for the objective function and the constraint obtained through the inner loop are injected into the outer loop process (S140), so that it is necessary to update the design variable (b) And is used in the process of obtaining the design change amount? B.

이러한 이중루프의 연동과정에 따른 결과가 설계변수(b)나 파라미터(p)의 공차범위(△b, △p)에 대하여 수렴하는지 여부를 판단한다(S160). It is determined whether the result of the interlocking process of the dual loop converges with respect to the tolerance range? B and? P of the design parameter b or the parameter p at step S160.

이때, 판단 단계(S160)를 만족하지 않으면, 임의의 설계변수(bk)를 상기 이중 루프 과정을 통해 얻은 상한값과 최적민감도를 이용하여 갱신하여, 반복횟수를 k = k+1로 정의하고, 외부루프 과정을 수행하는 단계(S140)와 내부루프 과정을 수행하는 단계(S150)가 서로 연동하는 이중루프 과정을 다시 수행할 수 있다. If the determination step S160 is not satisfied, an arbitrary design parameter b k is updated using the upper limit value and the optimal sensitivity obtained through the double loop process, and the repetition number is defined as k = k + 1, Loop process in which the step of performing the outer loop process (S140) and the step of performing the inner loop process (S150) are interlocked can be performed again.

이와 같이 구성된 본 발명의 일실시예에 따른 강건 최적 설계 방법은 내부루프 과정을 수행하는 단계(S150)의 최적설계 수행을 통해 나온 최적민감도를 그대로 외부루프 과정을 수행하는 단계(S140)에서 민감도로 활용할 수 있기 때문에, 외부루프에서 최적설계를 수행하는데 필요한 민감도 계산을 별도로 수행하지 않는다. The robustness optimum design method according to an embodiment of the present invention configured as described above is characterized in that in step S140 of performing the outer loop process as it is, It does not perform the sensitivity calculation separately for performing the optimum design in the outer loop.

이에 따라, 본 발명의 일실시예에 따른 강건 최적 설계 방법은 이중루프 방식으로 설계변수와 파라미터의 공차를 동시에 고려하는 강건 최적화 설계를 수행할 수 있다.
Accordingly, the robust optimal design method according to an embodiment of the present invention can perform a robust optimization design that simultaneously considers the tolerances of design parameters and parameters in a dual-loop manner.

이하, 본 발명의 다른 실시예에 따른 강건 최적 설계 방법에 대해 도 2 내지 도 5를 참조하여 설명한다. 도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 강건 최적 설계 방법을 설명하기 위한 순서도이고, 도 3은 본 발명의 강건 최적 설계 방법이 적용되는 목적함수의 3차원 설계 구조의 예시도이며, 도 4는 도 3에 도시된 목적함수의 3차원 예시도를 제한조건함수를 포함하여 2차원으로 도시한 예시도이며, 도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 강건 최적 설계 방법이 적용된 결과를 설명하기 위한 예시도이다. Hereinafter, a robust optimum design method according to another embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 2 to 5. FIG. FIG. 2 is a flowchart for explaining a robust optimal design method according to another embodiment of the present invention, FIG. 3 is an illustration of a three-dimensional design structure of an objective function to which the robust optimum design method of the present invention is applied, FIG. 5 is a diagram illustrating an example of a three-dimensional example of the objective function shown in FIG. 3, including a constraint function. FIG. 5 is a view for explaining a result of applying the robust optimal design method according to another embodiment of the present invention Fig.

본 발명의 다른 실시예에 따른 강건 최적 설계 방법은 강건최적설계를 수행하기 위한 외부루프(Outer loop) 및 목적함수와 제한조건에 대한 상한값을 산출하는 내부루프(Inner loop)를 포함한 이중루프(Double loop) 방식으로 강건 최적 설계를 수행하되, 내부루프는 목적함수 또는 제한조건함수의 선형화된 함수식을 이용한다는 특징이 있다. The robust optimum design method according to another embodiment of the present invention includes a double loop including an outer loop for performing a robust optimal design and an inner loop for calculating an upper limit value of an objective function and a constraint, loop method, and the inner loop uses a linearized function expression of the objective function or the constraint function.

먼저, 본 발명의 다른 실시예에 따른 강건 최적 설계 방법은 설계하고자하는 대상의 초기설계정보를 설정한다(S210). First, the robust optimal design method according to another embodiment of the present invention sets initial design information of an object to be designed (S210).

구체적으로, 항공기, 자동차, 로봇 및 각종 전자기기 등 최적설계의 적용이 가능한 대형 구조 및 기계 시스템에 관한 설계 단계에서 컴퓨터 프로그램을 이용하여 설계하고자하는 대상의 설계변수에 대한 초기값(b 0 )을 설정하고, 설계변수(b)와 파라미터(p) 각각의 공차(△b, △p)를 정의한다. Specifically, the initial value ( b 0 ) of the design variables of the object to be designed by using the computer program in the design stage of the large structure and the mechanical system which can be applied to the optimum design such as aircraft, automobile, , And the tolerances (? B,? P) of the design variables (b) and (p) are defined.

초기설계정보를 설정한 후, 사용자의 선택을 따라 초기값(b 0 )에서 주어진 목적함수를 최소화하며, 제한조건을 만족하는 결정론적 최적해(Deterministic optimization:

Figure 112013070730263-pat00042
)를 구하는지 여부를 판단한다(S220). After setting the initial design information, the objective function given in the initial value ( b 0 ) is minimized according to the user's selection, and a deterministic optimization solution satisfying the constraint condition is performed.
Figure 112013070730263-pat00042
(S220).

즉, 설정된 초기값(b 0 )에 대해 주어진

Figure 112013070730263-pat00043
의 목적함수를 최소화하고 동시에
Figure 112013070730263-pat00044
의 제한조건을 만족하는 설계변수(b)의 결정론적 최적해(
Figure 112013070730263-pat00045
)를 구하는지 여부를 판단한다. That is, for a given initial value b 0 ,
Figure 112013070730263-pat00043
Minimizing the objective function of
Figure 112013070730263-pat00044
The deterministic optimal solution of the design variable (b) satisfying the constraint of
Figure 112013070730263-pat00045
) Is determined.

이에 따라, 사용자가 초기값(b 0 )에 대한 결정론적 최적해(

Figure 112013070730263-pat00046
)를 구하는 것으로 판단되면, 아래의 [수학식 15]에 기재된 바와 같이 설계변수(b)의 결정론적 최적해(
Figure 112013070730263-pat00047
)를 구하는 연산과정을 수행한다(S230). In this way, the user and the deterministic optimal solution for the initial value (b 0) (
Figure 112013070730263-pat00046
), The deterministic optimal solution of the design parameter (b) as described in the following equation (15)
Figure 112013070730263-pat00047
(S230). ≪ / RTI >

Figure 112013070730263-pat00048
Figure 112013070730263-pat00048

(b: 설계변수, f(b): 목적함수, gi(b): i번째 제한조건, n: 설계변수의 개수, m: 제한조건의 개수, b L : 설계변수의 하한값, b U : 설계변수의 상한값)
(b: the design variables, f (b): the objective function, g i (b): i th constraint, n: number of design parameters, m: the number of constraints, b L: lower limit value of the design variable, b U: Upper limit of design variable)

이후 결정론적 최적해(

Figure 112013070730263-pat00049
)를 구하는 연산과정에 따라 도 5에 도시된 초기값(b 0 )에서 결정론적 최적해(
Figure 112013070730263-pat00050
; k = z)의 위치지점이 획득되고, 이동한 최적해(
Figure 112013070730263-pat00051
)의 위치지점을 시작으로 강건 최적화를 위한 외부루프(outer loop) 과정을 수행한다(S240). Then the deterministic optimal solution (
Figure 112013070730263-pat00049
( B 0 ) shown in FIG. 5 according to an operation procedure for obtaining a deterministic optimal solution (
Figure 112013070730263-pat00050
; k = z) is obtained, and the shifted optimal solution (
Figure 112013070730263-pat00051
The outer loop process for robust optimization is performed starting from the position point of the target node (S240).

반면에, 사용자가 초기값(b 0 )에 대한 설계변수(b)의 결정론적 최적해(

Figure 112013070730263-pat00052
)를 구하지 않는 것으로 판단되면, [수학식 15]에 기재된 설계변수(b)의 결정론적 최적해(
Figure 112013070730263-pat00053
)를 구하는 연산과정을 생략하고, 초기값(b 0 )을 시작으로 강건 최적해를 위한 외부루프(outer loop) 과정을 수행할 수 있다. On the other hand, if the user determines the deterministic optimal solution (b) of the design variable b for the initial value b 0
Figure 112013070730263-pat00052
) Is not obtained, the deterministic optimal solution (a) of the design parameter (b) described in the expression (15)
Figure 112013070730263-pat00053
) Can be omitted, and an outer loop process for the robustness optimal solution can be performed starting from the initial value ( b 0 ).

여기서, 강건 최적해를 위한 외부루프(outer loop) 과정은 아래의 [수학식 16]에 기재된 바와 같이 목적함수의 상한함수(

Figure 112013070730263-pat00054
)와 제한조건의 상한함수(
Figure 112013070730263-pat00055
)는 각각 설계변수(b)와 파라미터(p)에 대한 공차범위(△b, △p) 내에서 상한값으로 구성된다. Here, the outer loop process for the robustness optimal solution may be expressed by the upper limit function of the objective function (
Figure 112013070730263-pat00054
) And the upper bound function of the constraint (
Figure 112013070730263-pat00055
) Consists of the upper limits within the tolerance range (? B,? P) for the design parameters (b) and (p), respectively.

Figure 112013070730263-pat00056
Figure 112013070730263-pat00056

이러한 강건 최적해를 위한 외부루프(outer loop) 과정은 내부루프(Inner loop) 과정과 연동하여 수행되고, 특히 외부루프 과정에 필요한 설계변수에 대한 목적함수의 상한값, 제한조건의 상한값 및 민감도값을 내부루프(Inner loop)의 최적설계 결과로부터 얻을 수 있다. The outer loop process for the robust optimization solution is performed in conjunction with the inner loop process. In particular, the upper limit value of the objective function, the upper limit value of the constraint condition, and the sensitivity value for the design parameters required for the outer loop process, It can be obtained from the optimal design result of the loop (Inner loop).

이에 따라, 외부루프 과정을 수행하는 단계(S240)와 연동하는 내부루프(Inner loop) 과정을 수행한다(S250). Accordingly, an inner loop process is performed in conjunction with the outer loop process (S240) (S250).

이러한 외부루프 과정을 수행하는 단계(S240) 및 내부루프(Inner loop) 과정을 수행하는 단계(S250)는 서로 연동하는 이중루프(Double loop) 과정으로, 내부루프(Inner loop) 과정을 수행하는 단계(S250)에서는 외부루프 과정을 수행하는 단계(S240)에서 설계변수의 갱신을 위해 필요한 설계변화량(δb)을 계산하는 과정에 필요한 목적함수와 제한조건의 상한값 및 민감도를 계산하기 위한 최적설계를 수행한다. 즉, 외부루프 과정을 수행하는 단계(S240)에서는 설계변수(b)에 대한 목적함수의 상한함수(

Figure 112013070730263-pat00057
), 민감도 값 등이 필요한데, 이는 내부루프 과정을 수행하는 단계(S250)에서 최적설계 결과로부터 얻을 수 있다. A step S240 of performing the outer loop process and a step S250 of performing an inner loop process are a double loop process interlocked with each other and include an inner loop process (S250), an optimal design is performed to calculate the upper limit value and the sensitivity of the objective function and the constraint condition, which are necessary for calculating the design change amount (δb) required for the update of the design variable in the step of performing the outer loop process (S240) do. That is, in the step of performing the outer loop process (S240), the upper limit function of the objective function for the design variable (b)
Figure 112013070730263-pat00057
), And sensitivity value, which can be obtained from the optimum design result in step S250 of performing the inner loop process.

이때, 내부루프 과정을 수행하는 단계(S250)의 과정은 목적함수와 제한조건함수 각각에 대한 선형함수를 계산하기 위해 아래의 [수학식 17]와 같이 나타낼 수 있다. In this case, the process of performing the inner loop process (S250) may be expressed as Equation (17) below to calculate the linear function for the objective function and the constraint function.

Figure 112013070730263-pat00058
Figure 112013070730263-pat00058

(c: 내부루프 과정을 수행하는 단계(S250)에서의 설계변수, q: 내부루프 과정을 수행하는 단계(S250)에서의 설계 파라미터, b: 외부루프 과정을 수행하는 단계(S240)에서의 설계변수, p: 외부루프 과정을 수행하는 단계(S240)에서의 설계 파라미터)
(c) a design parameter in step (S250) of performing an inner loop process, (q) a design parameter in step (S250) of performing an inner loop process, and (b) Variable p, design parameter in step S240 of performing the outer loop process)

여기서, k번째 반복횟수에서 설계변수(b(k))에 대한 공차범위(△b, △p) 내에서 목적함수(f(c,q))의 선형화된 함수(fL(c,q))는 아래의 [수학식 18]과 같이 표현될 수 있다. Here, the linearized function f L (c, q) of the objective function f (c, q) within the tolerance range Δb, Δp for the design variable b (k ) ) Can be expressed by the following equation (18).

Figure 112013070730263-pat00059
Figure 112013070730263-pat00059

이러한 [수학식 18]의 선형화된 함수(fL(c,q))를 이용하여 내부루프 과정을 수행하는 단계(S250)를 표현하면, 아래의 [수학식 19]로 나타낼 수 있다. Expression (S250) of performing the inner loop process using the linearized function f L (c, q) of the equation (18) can be expressed by the following equation (19).

Figure 112013070730263-pat00060
Figure 112013070730263-pat00060

[수학식 19]로 나타낼 수 있는 내부루프 과정을 수행하는 단계(S250)에서 최적설계 해는 대부분 k번째 반복횟수에서 설계변수(b(k))의 상한 값(upper bound) 혹은 하한 값(lower bound)에 해당한다. 이에 따라, 선형화된 함수(fL(c,q))의 [수학식 18]에서

Figure 112013070730263-pat00061
로 표현되는 설계변수의 경사도 벡터 또는
Figure 112013070730263-pat00062
로 표현되는 설계파라미터의 경사도 벡터 각각에 대한 부호를 이용하여 최적설계 해를 쉽게 판단할 수 있다. In the step S250 of performing the inner loop process which can be represented by the following equation (19), the optimum design solution is the upper bound or the lower limit of the design parameter b (k) bound. Accordingly, in the equation (18) of the linearized function f L (c, q)
Figure 112013070730263-pat00061
The slope vector of the design variable expressed as
Figure 112013070730263-pat00062
The optimum design solution can be easily determined by using the sign for each of the gradient vector of the design parameter expressed as < EMI ID = 1.0 >

즉, 경사도벡터의 부호에 따른 내부루프(Inner loop)의 최적해는 [수학식 20]과 같다. That is, the optimal solution of the inner loop according to the sign of the gradient vector is expressed by Equation (20).

Figure 112013070730263-pat00063
Figure 112013070730263-pat00063

이에 따라, [수학식 20]의 결과는 내부루프 과정을 수행하는 단계(S250)의 결과로서 외부루프 과정을 수행하는 단계(S240)에 주입된다. Accordingly, the result of Equation (20) is injected into the step of performing the outer loop process (S240) as a result of performing the inner loop process (S250).

이러한 이중루프의 연동과정에 따른 결과가 설계변수(b)와 파라미터(p)의 공차범위(△b, △p)에 대하여 조건을 만족하는지 여부를 판단한다(S260). Whether or not the result of the interlocking process of the double loop satisfies the tolerance range (? B,? P) between the design parameters (b) and (p) is determined (S260).

이때, 판단 단계(S260)를 만족하지 않으면, 설계변수(b(k))를 상기 이중루프과정을 통해 얻은 상한값과 최적 민감도값을 이용하여 갱신하고, 반복횟수를 k = k+1로 정의하며, 외부루프 과정을 수행하는 단계(S240)와 내부루프 과정을 수행하는 단계(S250)가 서로 연동하는 이중루프 과정을 다시 수행할 수 있다. If the determination step S260 is not satisfied, the design parameter b (k) is updated using the upper limit value and the optimal sensitivity value obtained through the double loop process, and the repetition number is defined as k = k + 1 Loop process in which the outer loop process is performed (S240) and the inner loop process is performed (S250) are interlocked with each other.

이와 같이 구성된 본 발명의 다른 실시예에 따른 강건 최적 설계 방법은 내부루프(Inner loop)의 최적 값을 얻기 위한 별도의 선형계획문제의 최적화를 수행할 필요 없이 외부루프를 구성하는 원래의 목적함수 또는 제한조건함수에 관한 경사도 벡터의 계수 부호로부터 내부루프(Inner loop)의 해를 쉽게 산출할 수 있다. The robust optimum design method according to another embodiment of the present invention configured as described above is characterized in that it is not necessary to optimize a separate linear planning problem to obtain an optimal value of an inner loop, It is possible to easily calculate the solution of the inner loop from the coefficient sign of the gradient vector with respect to the constraint function.

또한, 본 발명의 다른 실시예에 따른 강건 최적 설계 방법은 내부루프 과정을 수행하는 단계(S250) 중에 목적함수와 제한조건함수의 선형화 과정에서 생성되는

Figure 112013070730263-pat00064
의 경사도 벡터 등을 외부루프 과정을 수행하는 단계(S240)에서 설계변수 갱신을 위한 민감도로 사용하기 때문에, 외부루프에서 최적설계를 수행하는데 필요한 민감도 계산을 별도로 수행하지 않는다. In addition, the robust optimal design method according to another embodiment of the present invention may be performed in a linearization process of an objective function and a constraint function during an inner loop process (S250)
Figure 112013070730263-pat00064
The sensitivity vector for updating the design variables is used in the step of performing the outer loop process in step S240. Therefore, the sensitivity calculation for performing the optimum design in the outer loop is not performed separately.

이러한 본 발명의 다른 실시예는 아래의 [수학식 21]을 예제로 이용할 수 있다. Another embodiment of the present invention can use the following expression (21) as an example.

Figure 112013070730263-pat00065
Figure 112013070730263-pat00065

이러한 [수학식 21]에 기재된 목적함수(

Figure 112013070730263-pat00066
)와 g1(b), g2(b), g3(b)의 제한조건함수는 도 4의 2차원 예시도와 같이 도시될 수 있고, (3.0, 3.5)의 좌표에 초기값(b 0 )을 설정할 수 있다. The objective function described in Equation (21)
Figure 112013070730263-pat00066
) And g 1 (b), g 2 (b), g Initial values to the coordinates of the 3 (b) the constraint functions are two-dimensional and may be shown as an example to help, (3.0, 3.5) in Fig. 4 (b 0 ) Can be set.

이에 따라, 본 발명의 다른 실시예에 따른 강건 최적 설계 방법에 따른 결과는 도 5의 "Ⅰ"과 같이 설계변수나 설계 파라미터의 공차범위를 고려하지 않는 결정론적 최적해(

Figure 112013070730263-pat00067
)이며 (4.8318, 3.6428)의 좌표로 표시할 수 있다. Accordingly, the result of the robust optimum design method according to another embodiment of the present invention is a deterministic optimal solution that does not take into account the tolerance range of the design parameters or design parameters, such as "I"
Figure 112013070730263-pat00067
(4.8318, 3.6428), respectively.

또한, 도 5에 "Ⅱ"로 표시된 (4.1748, 3.7739)의 좌표점은 본 발명의 다른 실시예에 따른 강건 최적점으로 표시할 수 있다. 여기서, "Ⅱ"로 표시된 강건 최적점은 결정론적 최적해(

Figure 112013070730263-pat00068
)를 구하는지 여부를 판단하는 단계(S220)를 수행하지 않고, 설계변수의 초기값(b 0 )에서 이중루프 과정으로 강건최적설계를 수행하는 단계(S240, S250)을 수행한 결과이다. Further, the coordinate points indicated by "II" (4.1748, 3.7739) in FIG. 5 can be represented by the robust optimal point according to another embodiment of the present invention. Here, the robust optimal point denoted by "II" is the deterministic optimal solution (
Figure 112013070730263-pat00068
) Without performing a step (S220) of determining whether the areas, the result of performing step (S240, S250) for performing the optimum design robustness to double-loop process from the initial value (b 0) of the design variables.

반면에, 종래에 테일러 급수를 이용한 최적화 방식을 적용한 결과는 도 5의 "Ⅲ"과 같이 표시한 (4.3755, 37574)의 좌표로 나타낼 수 있다. On the other hand, conventionally, the result of applying the optimization method using the Taylor series can be expressed by the coordinates (4.3755, 37574) indicated by "III" in FIG.

그리고 아래의 [표 1]에 기재한 바와 같이 본 발명의 다른 실시예에 따른 강건 최적 설계 방법은 목적함수를 30번 호출하고 제한조건함수를 90번 호출하는 반면에, 종래에 테일러 급수를 이용한 최적화 방식은 목적함수를 60번 호출하고 제한조건함수를 144번 호출한다. As shown in the following Table 1, the robust optimal design method according to another embodiment of the present invention calls the objective function 30 times and the constraint function 90 times, whereas the conventional optimization method using the Taylor series The method invokes the objective function 60 times and the constraint function 144 times.

Figure 112013070730263-pat00069
Figure 112013070730263-pat00069

따라서, 본 발명의 다른 실시예에 따른 강건 최적 설계 방법은 종래의 강건 최적화 방식보다 연산 과정을 줄이며, 특히 내부루프 과정을 수행하기 위한 별도의 최적설계 과정을 필요로 하지 않는다는 점에서 비용을 줄일 수 있다.
Therefore, the robust optimum design method according to another embodiment of the present invention reduces the calculation process more than the conventional robust optimization method, and in particular, it does not require a separate optimal design process for performing the inner loop process, have.

본 발명의 기술사상은 상기 바람직한 실시예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 전술한 실시예들은 그 설명을 위한 것이며, 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. Although the technical idea of the present invention has been specifically described according to the above preferred embodiments, it is to be noted that the above-described embodiments are intended to be illustrative and not restrictive.

또한, 본 발명의 기술분야의 통상의 전문가라면 본 발명의 기술사상의 범위 내에서 다양한 실시가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.
It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit and scope of the invention.

b0: 설계변수에 대한 초기값 b: 설계변수
f(b): 목적함수 gi(b): i번째 제한조건

Figure 112013070730263-pat00070
: 결정론적 최적해 p: 설계파라미터
b(k): k번째 반복횟수에서의 설계 변수
△b: 설계변수의 공차 △p: 설계파라미터의 공차
δb: 설계변화량
Figure 112013070730263-pat00071
: 목적함수의 상한함수
Figure 112013070730263-pat00072
: 제한조건의 상한함수 b 0 : initial value for the design variable b: design variable
f (b): objective function g i (b): i th constraint
Figure 112013070730263-pat00070
: Deterministic optimal solution p: design parameter
b (k) : design variable at kth iteration
Δ b: Tolerance of the design variable Δ p: Tolerance of the design parameter
δb: design variation
Figure 112013070730263-pat00071
: Upper bound function of objective function
Figure 112013070730263-pat00072
: Upper limit function of constraint

Claims (8)

(A) 설계하고자하는 대상의 초기설계정보를 설정하는 단계;
(B) 결정론적 최적해(Deterministic optimization:
Figure 112014121593415-pat00073
)를 구하는지 여부를 판단하는 단계;
(C) 상기 (B) 단계에서 상기 결정론적 최적해(
Figure 112014121593415-pat00074
)를 구하는 것으로 판단되면, 상기 결정론적 최적해(
Figure 112014121593415-pat00075
)를 연산하는 단계;
(D) 상기 결정론적 최적해(
Figure 112014121593415-pat00076
) 또는 상기 초기설계정보의 초기값(b0)을 기준으로 강건 최적해를 구하기 위한 외부루프(Outer loop) 및 상기 외부루프와 연동하는 내부 루프(Inner loop)를 수행하는 단계; 및
(E) 상기 (D) 단계의 결과가 수렴하는지 판단하여, 상기 (D) 단계의 결과가 비수렴함에 따라 k번째 반복횟수에서의 설계 변수(b(k))를 갱신하여 상기 (D) 단계로 주입하는 단계;
를 포함하는 강건 최적 설계 방법.
(A) setting initial design information of an object to be designed;
(B) Deterministic optimization:
Figure 112014121593415-pat00073
Determining whether or not to obtain the value?
(C) In the step (B), the deterministic optimal solution
Figure 112014121593415-pat00074
), The deterministic optimal solution (
Figure 112014121593415-pat00075
);
(D) The deterministic optimal solution (
Figure 112014121593415-pat00076
Performing an outer loop for obtaining a robustness optimal solution based on an initial value b 0 of the initial design information or an inner loop for interlocking with the outer loop; And
Determining whether the result of step (D) converges, updating the design parameter b (k) at the kth iteration count as the result of step (D) ;
The method comprising the steps of:
제 1 항에 있어서,
상기 (A) 단계에서 상기 초기설계정보는 상기 대상의 초기값(b0), 설계변수(b) 및 설계 파라미터(p)를 포함하는 것을 특징으로 하는 강건 최적 설계 방법.
The method according to claim 1,
Wherein, in the step (A), the initial design information includes an initial value (b 0 ), a design parameter (b), and a design parameter (p) of the object.
제 2 항에 있어서,
상기 (D) 단계에서 상기 외부루프는 목적함수의 상한함수(
Figure 112013070730263-pat00077
)와 제한조건의 상한함수(
Figure 112013070730263-pat00078
)를 각각 설계변수(b)와 파라미터(p)에 대한 공차범위(△b, △p) 내에서 상한값으로 구성하는 것을 특징으로 하는 강건 최적 설계 방법.
3. The method of claim 2,
In the step (D), the outer loop calculates an upper limit function of the objective function
Figure 112013070730263-pat00077
) And the upper bound function of the constraint (
Figure 112013070730263-pat00078
) Is configured as an upper limit value within a tolerance range (? B,? P) for the design parameter (b) and the parameter (p), respectively.
제 3 항에 있어서,
상기 (D) 단계에서 상기 내부루프는 상기 목적함수의 상한함수(
Figure 112013070730263-pat00079
), 상기 제한조건의 상한함수(
Figure 112013070730263-pat00080
) 및 최적 민감도를 연산하여 상기 외부루프로 전달하는 것을 특징으로 하는 강건 최적 설계 방법.
The method of claim 3,
In step (D), the inner loop calculates an upper limit function of the objective function
Figure 112013070730263-pat00079
), An upper limit function (
Figure 112013070730263-pat00080
And the optimal sensitivity is calculated and transmitted to the outer loop.
제 4 항에 있어서,
상기 최적 민감도는 상기 내부루프의 최적해에서 목적함수와 제한조건에 대한 민감도이고,
상기 최적 민감도는 상기 외부루프의 민감도로 이용되는 것을 특징으로 하는 강건 최적 설계 방법.
5. The method of claim 4,
The optimal sensitivity is the sensitivity to the objective function and the constraint at the optimal solution of the inner loop,
Wherein the optimal sensitivity is used as the sensitivity of the outer loop.
제 3 항에 있어서,
상기 (D) 단계에서 상기 내부루프는 상기 목적함수에 대한 선형함수 또는 상기 제한조건에 대한 선형함수를 이용하는 것을 특징으로 하는 강건 최적 설계 방법.
The method of claim 3,
Wherein the inner loop uses a linear function for the objective function or a linear function for the constraint in the step (D).
제 6 항에 있어서,
상기 (D) 단계에서 상기 내부루프의 최적 설계해는 상기 목적함수에 대한 선형함수에서 설계변수의 경사도 벡터 또는 파라미터의 경사도 벡터 각각에 대한 부호를 이용하여 판단하는 것을 특징으로 하는 강건 최적 설계 방법.
The method according to claim 6,
Wherein in the step (D), the optimal design solution of the inner loop is determined by using a sign for each of the slope vector of the design variable or the gradient vector of the parameter in the linear function for the objective function.
제 6 항에 있어서,
상기 (D) 단계에서 상기 내부루프는 상기 목적함수에 대한 선형함수 또는 상기 제한조건에 대한 선형함수에서 설계변수의 경사도 벡터를 생성하고,
상기 설계변수의 경사도 벡터는 상기 (D) 단계에서 상기 k번째 반복횟수에서의 설계 변수(b(k))를 갱신하기 위해 설계변화량(δb)을 구하는 과정에 필요한 민감도로 이용되는 것을 특징으로 하는 강건 최적 설계 방법.
The method according to claim 6,
In the step (D), the inner loop generates a slope vector of a design variable in a linear function for the objective function or a linear function for the constraint,
The inclination vector of the design variable is used as the sensitivity required for the process of calculating the design change amount? B to update the design parameter b (k) at the kth iteration count in the step (D) Robust Optimal Design Method.
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