최적화(Optimization)와 최적설계(Optimal design)

Optimization_OptiStruct

최적화 – Altair OptiStruct

시뮬레이션 및 분석의 통합적인 작업 흐름으로 제품 개발의 모든 단계를 최적화


최적화(Optimization)란 무엇일까요?

시뮬레이션 기반의 설계가 엔지니어링 환경, 더 빠른 개발주기, 제품 향상을 위한 수정, 그리고 비용 감소 측면에서 중요한 역할을 합니다. 최적화는 설계 문제에 대한 새로운 방향과 공학적인 시행 착오를 대체할 수 있도록 하는 아주 논리적인 단계입니다.

‘최적화’의 사전적 정의를 보면, 엔지니어링 설계에서 종종 상충되는 여러 요구 사항 중에서 최상의 타협점을 찾는 것, 일련의 제약 조건에 따라 여러 변수의 함수의 최대값 또는 최소값을 찾는 것입니다.

쉽게 말하자면, ‘최적’이라는 용어는 효율이라는 용어와 밀접한 연관성을 가집니다. 여기서 효율은 투자 대비 성과의 상대적인 비율입니다.
‘최적’이란, ‘주어진 조건 하에서 발휘할 수 있는 최대 성능’을 의미합니다.

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있는 최고의 성능을 발휘하도록 제품을 설계하는 기술로서 성능에 영향을 미치는 설계 변수의 최적 조합을 계산하는 것이 “최적화”라고 할 수 있습니다.

최적 설계(Optimal design)란 무엇일까요?

“최적 설계”란 주어진 제약 조건하에서 얻을 수 있는 최고의 성능을 발휘하도록 제품을 설계하는 기술을 의미합니다. 이러한 최적설계를 하기 위해서는 각 설계변수(design variable)가 해당 제품에 미치는 영향력을 파악해야 합니다.

그리고 이 영향력을 분석하는 것을 민감도 해석(sensitivity analysis)라고 부릅니다. 한 제품의 최적 설계 과정은 제품이 목표로 하는 성능의 설정, 각종 제약조건의 설정, 성능에 지대한 영향을 미치는 설계변수의 설정, 각 설계 변수의 민감도 해석, 그리고 최적의 설계변수 조합을 찾는 것으로 구성됩니다.

Topology Optimization

최적화 기법 중 위상최적화(Topology Optimization)

최적 설계는 엔지니어들이 작성, 테스트, 문제 식별을 위한 설계 검증, 변경, 그리고 이 전체 과정을 다시 반복하는 기존의 프로세스 대신에 훨씬 효율적인 방식으로 문제를 해결하도록 엔지니어들을 도와줍니다.

최적화를 해야하는 이유

단계의 체계적인 설정에 따라, – 무엇을 바꿀 수 있는지 그리고 설계 목표와 요구사항을 결정하는 것으로부터 – 최적화는 새로운 방법으로 엔지니어들을 이끌어줍니다. 최적화는 제품 경량화를 비롯하여 기존의 설계에서 발견하기 어려운 잠재적인 고장 요소들까지도 미리 발견할 수 있도록 도와줍니다.

개발 단계 초기에 최적화를 하면 다양한 이점들이 있습니다. 팀원들 사이에서 오락가락하는 설계 컨셉 결정 과정을 최소화할 수 있으며, 요구사항을 충족시켜줄 가능성이 높습니다. 또한 초기 컨셉 단계에서 최적화는 자동차 점프 시동 관련하여 안전성, 내구성, 및 다른 성능 특성을 향상시키면서 최적의 구조, 시스템, 물질 분포, 그리고 목표중량을 만들어낼 수 있도록 도와줍니다. 결과적으로 비싼 비용을 줄이고, 확실하게 전달할 수 있는 비용 효율적인 개발 프로세스라고 할 수 있습니다.

최적화 관련하여 알기 쉽게 설명하는 강의 영상입니다.

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한국알테어

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