KR20080054200A - 선형보간방법을 이용한 최적설계 방법 - Google Patents

Abstract

최적설계 프로세스 해석이 실패한 경우에 지능형 해석 선형보간방법을 이용하여 자동화 프로세서를 진행하는 선형보간방법을 이용한 최적설계방법에 관한 것으로, 상기 실행단계에서 실행된 설계프로그램으로 최적설계를 설정하고자 하는 소정수치를 입력받는 입력단계, 상기 입력단계에서 입력된 소정수치에 대해 해석수단을 이용하여 해석을 실행하고, 해석을 통해 출력되는 데이터를 계산하여 시뮬레이션을 하는 시뮬레이션단계, 시뮬레이션 수행 도중 오류가 발생하여 시뮬레이션 수행이 실패하면, 선형보간법을 이용하여 자동으로 오류를 수정하는 수정단계를 포함하는 구성을 마련한다.

이와 같은 선형보간방법을 이용한 최적설계방법에 의하면, 지능형 해석 선형보간방법을 이용하여, 설계자의 수동적인 개입 없이 자동화 프로세서를 진행하여 원하는 최적설계를 설정할 수 있다.

선형보간, 최적 설계, 해석 프로그램

Description

선형보간방법을 이용한 최적설계 방법{Method for Optimized Design Using Linear Interpolation}

도 1은 종래의 최적설계를 하기 위한 방법을 나타낸 플로어차트.

도 2는 본 발명에 이용되는 선형보간방법을 이용하여 최적설계를 하기 위한 시스템을 나타낸 블록도.

도 3은 본 발명에 따른 선형보간방법을 이용한 최적설계 방법을 나타낸 플로어차트.

도 4는 본 발명에 이용되는 선형보간방법을 나타낸 플로어차트.

도 5는 본 발명에 이용되는 선형보간의 진행 절차를 나타낸 설명도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

210: 중앙처리장치 230: 선형구조해석수단

250: 비선형해석수단 270: 범용해석 수단

본 발명은 선형보간방법을 이용한 최적설계방법으로써, 상세하게는 최적설계 프로세스 해석이 실패한 경우에 지능형 해석 선형보간방법을 이용하여 자동화 프로세서를 진행하는 선형보간방법을 이용한 최적설계방법에 관한 것이다.

기업들이 세계 선진기업으로 발돋움하기 위해 원가 절감과 시장선점을 위한 시스템을 구축하는데 많은 노력을 들이고 있다.

핵심은 최적화된 설계를 자동으로 설정할 수 있는 시스템을 구축하는 것이다.

이를 위해 모델(Prototype)을 실제로 제작하여 실험을 통해 문제점을 파악하는 방식 대신에 비용절감을 위해 컴퓨터 시뮬레이션을 이용하여 최적화된 설계를 실행하는 시스템으로 대체하고 있다.

컴퓨터 시뮬레이션은 구조해석, 유동해석, 소음 및 진동해석, 동역학해석, 전자기장해석, 열전달해석 등의 대부분의 물리적인 현상을 모사 할 수 있다.

컴퓨터 시뮬레이션의 발달로 인해 기존 설계의 문제점을 해석할 수 있을 뿐만 아니라 다양한 최적설계 방법을 이용하여 보다 나은 설계를 찾을 수 있다.

종래의 최적화된 설계를 자동으로 설정하는 방법의 일 예는 도 1에 나타낸 바와 같이, 최적설계를 설정하고자 소정수치를 입력받고 계산하는 초기설계단계(S101), 초기설계단계에서 계산된 데이터를 각종 해석프로그램을 이용하여 시뮬레이션 해석하는 시뮬레이션단계(S102), 시뮬레이션 단계를 거치면서 초기설계단계에서 계산된 데이터가 최적점인지 여부를 판단하는 판단단계(S103), 판단단계에서 판단결과 초기설계단계에서 계산된 데이터가 최적점으로 판단되어 최적화설계를 설정하는 최적화단계(S105), 판단단계에서 판단결과 초기설계단계에서 계산된 데이터가 최적점이 아닌 것으로 판단되어 설계변경을 한 후 다시 시뮬레이션을 수행하는 설계변경단계(S104)가 포함되어 구성된다.

이와 같이 컴퓨터 시뮬레이션을 이용한 해석들은 반복적으로 실행하는 구조를 갖는다.

이러한 기술의 일 예는 대한민국 공개특허 공보 2003-0047924호(2003. 06. 18 공개), 2004-0003080호(2004. 01. 13 공개) 등에 개시되어 있다.

그리고, 최적설계 알고리즘은 수학적인 이론에 따라 해석결과를 토대로 설계를 변경한다.

하지만, 컴퓨터 시뮬레이션의 수치적인 오류로 인해 해석이 실패하는 경우가 종종 발생한다.

현재까지는 이러한 오류가 발생 되면 설계자가 자동화된 프로세스 중간에 개입하여 오류를 파악하고, 중단된 최적설계 프로세스를 재실행시켜야 하는 문제점이 있으므로 엄밀한 의미에서의 자동화 프로세스라고 볼 수 없다.

또한, 해석시간이 오래 걸리는 해석의 경우, 최적설계 프로세스는 일주일 내지 열흘 이상의 장기간 해석을 필요로 하는 문제점이 있다.

그리고, 시뮬레이션의 수치적인 오류로 작업이 중단되면 시간이 촉박한 개발프로세스에서는 그동안 수행된 결과가 무용지물이 되어버리는 문제점이 있다.

본 발명의 목적은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 지능형 해석 선형보간방법을 이용하여, 설계자의 수동적인 개입 없이 자동화 프로세서를 진행하여 원하는 최적설계를 하기 위한 선형 보간 방법을 이용한 최적설계방법을 제공하는데 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 최적설계방법은 상기 실행단계에서 실행된 설계프로그램으로 최적설계를 설정하고자 하는 소정수치를 입력받는 입력단계, 상기 입력단계에서 입력된 소정수치에 대해 해석수단을 이용하여 해석을 실행하고, 해석을 통해 출력되는 데이터를 계산하여 시뮬레이션을 하는 시뮬레이션단계, 시뮬레이션 수행 도중 오류가 발생하여 시뮬레이션 수행이 실패하면, 선형보간법을 이용하여 자동으로 오류를 수정하는 수정단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또 본 발명에 따른 최적설계방법에 있어서, 상기 선형보간법은 시뮬레이션 해석이 실패한 지점이 인지되면, 해석이 성공한 인접 지점을 찾아 기준점으로 정하는 지정단계, 상기 지정단계에서 정한 기준점과 해석이 실패한 지점을 연결하도록 방향을 정하고, 상기 정해진 방향의 양의 방향 또는 음의 방향으로 해석이 성공이 될 때까지 정해진 비율로 위치를 이동하며 해석을 진행하는 진행단계, 양의 방향과 음의 방향으로 해석이 성공된 지점에서 각각 구한 결과에 따라 해석이 실패한 지점 에서의 결과를 선형보간하는 선형보간단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또 본 발명에 따른 최적설계방법에 있어서, 상기 선형보간단계에서, 입력 'A'에 대한 결과 '결과@A'와 입력 'C'에 대한 결과 '결과@C'가 미리 설정되어 있을 때, 입력 'A' 와 입력 'C' 사이에 존재하는 입력 'B'에 대한 결과 '결과@B'를 구하는 선형보간은

'결과@B = 결과@A + ((B - A) × (결과@C - 결과@A)) / (C - A)'

(여기서, A, B, C는 임의의 수)에 의해 계산되는 것을 특징으로 한다.

또 본 발명에 따른 최적설계방법에 있어서, 시뮬레이션이 수행된 후 시뮬레이션이 초기 설계 요구 조건에 맞는지 판단하여, 초기 설계대로 시뮬레이션이 되지 않았다면 최적설계를 설정하기 위한 소정수치를 다시 입력하여 설계치를 변경하는 설계변경단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 상기 및 그 밖의 목적과 새로운 특징은 본 명세서의 기술 및 첨부 도면에 의해 더욱 명확하게 될 것이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명에 이용되는 선형보간방법을 이용하여 최적설계를 하기 위한 시스템을 나타낸 블록도이다.

본 발명의 실시예에 따른 선형보간방법을 이용하여 최적설계를 하기 위한 시스템(200)은 도 2에 나타낸 바와 같이, 중앙처리장치(210)와 적어도 하나의 해석프 로그램, 예를 들면 선형구조해석프로그램, 비선형구조해석프로그램 및 범용 해석프로그램 등을 실행시키는 선형구조해석수단(230), 비선형구조해석수단(250) 및 범용 해석수단(270)을 구비한다.

즉 시스템(200)의 중앙처리장치(CPU; 210)는 입력된 데이터를 토대로 각종 최적설계를 설정할 수 있도록 각각의 선형구조해석수단(230), 비선형구조해석수단(250) 및 범용 해석수단(270)을 제어한다.

또한, 시스템(200)은 통신이 가능하며 웹 내용을 디스플레이할 수 있는 인터넷 브라우저를 가지는 데스크 탑 컴퓨터, 노트북 컴퓨터 등과 같은 개인용 컴퓨터 등을 포함한다.

이하, 도 2에 도시된 시스템을 사용하여 본 발명의 실시예에 따른 선형보간방법을 이용한 최적설계 방법으로서 예를 들어 자동차의 설계에 대해 도 3 내지 도5에 따라 설명한다.

도 3은 본 발명에 따른 선형보간방법을 이용한 최적설계 방법을 나타낸 플로어차트이고, 도 4는 본 발명에 이용되는 선형보간방법을 나타낸 플로어차트이며, 도 5는 본 발명에 이용되는 선형보간의 진행 절차를 나타낸 설명도이다.

먼저, 최적설계를 설정하고자 하는 설계자는 시스템(2000내의 각각의 수단에 의해 해당 설계프로그램(예를 들면, 본 분야에 관용적으로 사용되는 ANSYS, NASTRAN 등)을 실행시킨다(S301).

다음에, 최적설계를 설정하고자 하는 설계자는 시스템(200)에 소정수치(예를 들면, 차체의 재질, 강성계수, 차의 길이 등)를 입력한다(S302).

그러면, 중앙처리장치(210)는 설계자로부터 입력받은 소정수치를 토대로 선형구조해석수단(230)을 이용하여 구조해석(예를 들면, 차체가 견딜 수 있는 응력 값, 차의 무게 등)을 실행한 후(S303), 구조해석결과 값으로부터 미리 설정된 설정 값(예를 들면, 실험치)을 뺀 구조해석 값과 오차범위(예를 들면, 0.001)를 비교하여 구조해석결과 값이 오차범위보다 크거나 작음을 판단한다(S304).

S304 단계의 판단결과, 구조해석 값이 오차범위보다 큰 경우, 비선형구조해석수단(250)을 이용하여 비선형 구조해석을 실행한 후(S305), 비선형 구조해석을 통해 출력된 데이터로 차체의 충격을 계산한다(S306).

한편, S304 단계의 판단결과, 구조해석 값이 작은 경우, 선형구조해석을 통해 출력된 데이터로 충격을 계산한다(S306).

충격은 자동차가 얼마 정도의 충격까지 견딜 수 있는지를 계산하는 것으로서, 계산된 충격 데이터를 범용해석수단(270)의 프로그램을 이용하여 시뮬레이션을 수행한다(S307).

그러나, 시뮬레이션 수행 도중 오류가 발생하여 시뮬레이션 수행이 실패하면(S309), 지능형 해석 선형보간방법을 이용하여 자동으로 오류를 수정한다(S308).

지능형 해석 선형보간방법은 선형보간의 기본 개념과 같이 두 개의 점에서 해석 결과를 안다면, 사이에 존재하는 설계들의 해석 결과를 해당 위치의 비율을 토대로 유추할 수 있다.

본 발명에 이용되는 선형보간방법은 도 4 및 도 5에 나타낸 바와 같이, 최적 설계 프로세스 중 시뮬레이션 해석실패지점(510)이 인지되면(S401), 가장 근처에 해석이 성공한 지점을 찾아 기준점(500)으로 정한다(S402).

기준점(500)과 해석실패지점(510)을 연결하도록 방향을 정하고, 정해진 방향의 양의 방향으로 해석 오류가 발생하지 않을 때까지 정해진 비율로 위치를 이동하며 해석을 진행한다(S403).

도 5의 경우, 양의 방향의 제 2지점(520)에서 해석이 성공되었음을 알 수 있다.

또한, 기준점(500)과 해석실패지점(510)을 연결하도록 방향을 정하고, 정해진 방향의 음의 방향으로 해석 오류가 발생하지 않을 때까지 정해진 비율로 위치를 이동하며 해석을 진행한다(S404).

도 5의 경우, 음의 방향의 제 3지점(530)에서 해석이 성공되었음을 알 수 있다.

그리고, 양의 방향의 제 2지점(520)과 음의 방향의 제 3지점(530)에서 구한 결과를 토대로 해석실패지점(510)에서의 결과를 선형보간 하여 구한다(S405).

이와 같은 선형보간방법의 예는 다음과 같다.

입력과 결과는 표 1과 같이 미리 설정해 놓는다.

입력	결과
0	0.0
1	0.8415
2	0.9093
3	0.1411
4	-0.7568
5	-0.9589
6	-0.2794

그리고, 도 5에 나타낸 양의 방향의 제 2지점(520)의 입력을 '3'으로 하고 음의 방향의 제 3지점(530)의 입력을 '2'로 정한다.

따라서, 양의 방향의 제 2지점(520)과 음의 방향의 제 3지점(530) 사이에 위치한 해석실패지점(510)은 비율을 유추하여 입력을 '2.6'으로 정한다.

입력이 2.6인 경우의 결과(결과@2.6)가 얼마인지 계산하는 방법은 수식 1과 같다.

즉 2.6이 2와 3 사이에 위치하므로 이를 수학식 1에 나타낸 선형보간식에 대입한다.

'결과@B = 결과@A + ((B - A) × (결과@C - 결과@A)) / (C - A)'

여기서, A, B, C는 임의의 수이다.

따라서 상기한 2.6은

결과@2.6 = 결과@2 + ((2.6 - 2) × (결과@3 - 결과@2)) / (3 - 2)

로 계산되며, 결과는 수학식 2에 나타낸다.

0.44838 = 0.9093 + ((2.6 - 2) × (0.1411 - 0.9093)) / (3 - 2)

즉, 2.6이 2와 3 사이에 위치하므로 결과는 약 0.4484가 됨을 알 수 있다.

위와 같은 선형보간방법으로 해석실패지점(510)에서의 결과를 정한다(S406).

그리고, 해석실패지점(510)의 결과를 최적화 알고리즘에 넘겨주고 최적설계 프로세스를 계속 진행한다(S407).

시뮬레이션 해석실패지점(510)에 대한 오류가 수정되어 시뮬레이션이 수행되면, 도 3의 시뮬레이션이 초기 설계 요구 조건에 맞는지 판단한다(S310).

판단결과, 초기 설계대로 시뮬레이션이 수행되었다면, 최적설계 설정을 완료한 후(S312), 자동화 프로세스를 종료한다.

그러나, S310 단계의 판단결과, 초기 설계대로 시뮬레이션이 되지 않았다면, 최적설계를 설정하기 위한 소정수치를 다시 입력하여 설계치를 변경한 후(S311), S307 단계로 되돌아가 다시 시뮬레이션을 수행한다.

이상 본 발명자에 의해서 이루어진 발명을 상기 실시예에 따라 구체적으로 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시예에 한정되는 것은 아니고, 그 요지를 이탈하지 않는 범위에서 여러 가지로 변경가능한 것은 물론이다.

즉 상기 실시예의 설명에 있어서는 자동차의 설계를 예로서 설명하였지만 이에 한정되는 것은 아니며, 시뮬레이션의 대상이 되는 다른 설계 분야에도 적용할 수 있음은 물론이다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 선형보간방법을 이용한 최적설계방법에 의하면, 지능형 해석 선형보간방법을 이용하여, 설계자의 수동적인 개입 없이 자동화 프로세서를 진행하여 원하는 최적설계를 설정할 수 있다는 효과가 얻어진다.

따라서, 프로세스 도중에 설계자의 개입이 없으므로 진정한 의미의 자동화 프로세스를 할 수 있는 효과가 얻어진다.

Claims (4)

1. 최적설계를 설정하고자 하는 설계프로그램을 실행하는 실행단계,

   상기 실행단계에서 실행된 설계프로그램으로 최적설계를 설정하고자 하는 소정수치를 입력받는 입력단계,

   상기 입력단계에서 입력된 소정수치에 대해 해석수단을 이용하여 해석을 실행하고, 해석을 통해 출력되는 데이터를 계산하여 시뮬레이션을 하는 시뮬레이션단계,

   시뮬레이션 수행 도중 오류가 발생하여 시뮬레이션 수행이 실패하면, 선형보간법을 이용하여 자동으로 오류를 수정하는 수정단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 최적설계방법.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 선형보간법은,

   시뮬레이션 해석이 실패한 지점이 인지되면, 해석이 성공한 인접 지점을 찾아 기준점으로 정하는 지정단계,

   상기 지정단계에서 정한 기준점과 해석이 실패한 지점을 연결하도록 방향을 정하고, 상기 정해진 방향의 양의 방향 또는 음의 방향으로 해석이 성공이 될 때까지 정해진 비율로 위치를 이동하며 해석을 진행하는 진행단계,

   양의 방향과 음의 방향으로 해석이 성공된 지점에서 각각 구한 결과에 따라 해석이 실패한 지점에서의 결과를 선형보간하는 선형보간단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 최적설계방법.
3. 제 2항에 있어서,

   상기 선형보간단계에서, 입력 'A'에 대한 결과 '결과@A'와 입력 'C'에 대한 결과 '결과@C'가 미리 설정되어 있을 때, 입력 'A' 와 입력 'C' 사이에 존재하는 입력 'B'에 대한 결과 '결과@B'를 구하는 선형보간은

   '결과@B = 결과@A + ((B - A) × (결과@C - 결과@A)) / (C - A)'

   (여기서, A, B, C는 임의의 수)에 의해 계산되는 것을 특징으로 하는 최적설계방법.
4. 제 3항에 있어서,

   시뮬레이션이 수행된 후 시뮬레이션이 초기 설계 요구 조건에 맞는지 판단하여, 초기 설계대로 시뮬레이션이 되지 않았다면 최적설계를 설정하기 위한 소정수치를 다시 입력하여 설계치를 변경하는 설계변경단계를 더 포함하는 것을 특징으로 최적설계방법.

Images