공리적 설계를 이용한 매립형 공기조화시스템의 분석 논문자료

 

공리적 설계를 이용한 매립형 공기조화시스템의 분석
Analysis of a Mount Type HVAC Control System 
Using Axiomatic Design

마운트형 공조(HVAC) 제어 시스템은 실내의 천정과 천정판 사이에 설치해 실내 온도를 조절하는 공조(HVAC) 제어 시스템의 일종이다. 이 장치는 꽤 대중적이지만 공학적 직관과 경험을 활용하는 전통적인 방식으로 설계가 진행됩니다. 피드백이 많아 디자인 과정이 상당히 비효율적이고 시간이 많이 걸리는 것으로 나타났다. 마운트형 HAVC 제어 시스템의 설계 특성을 조사하기 위해 공리적 접근 방식을 사용하였고, 조사를 위해 독립 공리(Independent Axiom)를 활용하였다. 전체 계층 구조는 부품 수준까지 설정됩니다. 현재 설계에는 결합 및 중복 측면이 많이 있는 것으로 나타났습니다. 독립 공리(Independent Axiom)를 기반으로 계층 구조를 재구성하고 새로운 설계 프로세스를 찾아냅니다. 새로운 디자인 프로세스를 실제로 활용하기 위해 디자인 매뉴얼이 만들어졌습니다.

[연구 주제]

1. 문제 정의

이번 연구에서는 공리적 설계 기법의 독립 공리를 이용하여 해당 제품의 최하위 단계의 부품들까지 상세하게 설계를 분석하여 제품의 전체적인 설계 특성을 파악하고자 한다.

독립 공리는 기능요구들 간의 독립성이 유지되는 설계가 좋은 설계라고 이야기 하고, 이런 독립성이 존재하도록 제품을 설계하라고 말한다.

또한 이렇게 얻어진 분석 결과를 이용하여 제품의 설계 특성을 파악하고 효율적인 설계 과정을 제안하고자 한다.

본 연구에서는 설계자들이 매립형 공기조화시스템 을 설계할 때 관용화된 설계방법의 사용으로 인해 발생하는 많은 시행착오와 손실을 줄이기 위하여 공리적 설계 기법을 이용하여 매립형 공기조화시스템의 상세분석을 수행하였다.

이번 연구에서는 공기조화시스템의 성능시험과 관련된 기능요구들을 정의함으로서 공기조화시스템 설계 개선 시 설계에 필요한 비용과 시간을 최소화할 수 있도록 하였다.

이와 같은 방법으로 매립형 공기조화시스템의 전반적인 부품간의 관련성을 파악하였다.

[연구 방법]

1. 제안 방법

각 시험항목의 규정된 시험조건에서 제품의 합격/불합격의 기준이 되는 판정기준(기준치)와 관련성이 있는 기능요구와 설계파라미터의 항목을 파악하여 분류하였다.

기능요구와 제한조건을 만족하는 설계파라미터는 상용화되어 있는 매립형공기조화시스템의 제품분석을 통해 정의하였다.

매립형 공기조화시스템의 기능요구를 정의하기 위하여 소비자요구 및 제조회사 내부 요구들을 반영하였으며, 또한 이들 상위 기능요구들을 기준으로 세부적인 기능요구들을 도출하였다.

매립형공기조화시스템을 사용하는 사용자들과 공기조화시스템의 상품기획, 제조 및 판매와 관련된 내부 관계자들의 의견을 반영하여 총 7 가지의 기능요구와 4 개의 제한조건(Constraints,Cs)을 Table 3 과 같이 선정하였다.

설계매뉴얼에는 제품의 전반적인 설계 특성, 설계 순서, 설계파라미터들 간의 관계 및 기능요구-설계파라미터와 성능시험과의 연관관계에 관한 정보를 하이퍼링크를 이용한 문서의 형태로 유기적으로 구성하였다.

위에서 설명된 상세설계분석 내용들을 설계자들이 실제 설계단계에 적용할 수 있도록 설계매뉴얼을 작성하였다.

이런 단점을 극복하고 효율적인 설계 과정을 확립하기 위하여 공리적 설계 기법을 기반으로 매립형 공기조화시스템에 대한 상세설계분석을 수행하였다.

이번 논문에서는 현재 생산되고 있는 공기조화시스템 제품을 분석하여 그 설계과정을 파악하고, 이를 통하여 합리적이고 효율적인 설계 과정을 찾는데 초점을 두었다.

제품의 설계특성을 정확히 파악하기 위해서 매립형 공기조화시스템을 부품 단위까지 상세하게 분석하였다.

2. 이론/모형

공기조화시스템의 설계 특성을 파악하기 위하여 공리적 설계(Axiomatic Design) 기법을 이용하여 실제 제품을 분석하였다.

이 논문은 공리적설계 방법(axiomatic design)을 상용화되고 있는 매립형 공기조화시스템에 적용하였다.

이를 위하여 공기조화시스템과 관련된 한국공업규격(KS)의 내용을 토대로 총 20 개의 냉방전용 공기조화시스템의 성능시험항목을 정리하였다.

[연구 결과]

1. 성능/효과

규정된 소음시험조건을 만족한 상태에서 소음 발생의 원인이 되는 기능요구들과, 소음을 줄이기 위해 필요한 기능요구들이 관련이 있는 것을 확인 할 수 있다.

독립공리특성을 반영하여 분석결과 냉방성능과 소음에 관련된 부분이 과잉설계와 연성설계의 특징을 보이는 것을 확인할 수 있었으며, 이것이 설계 시 많은 피드백 과정이 발생하는 이유인 것으로 판단된다.

설계분석을 통해 설계 특성 및 합리적인 설계순서, 설계파라미터들 간의 연관관계 등의 여러가지 정보를 얻었으며, 얻어진 정보를 매뉴얼화하여 설계자가 실제 설계과정에 쉽게 적용할 수 있도록 하였다.

이를 통해 설계자가 제품 설계 후, 성능시험을 할 때 각 항목에 관련된 설계파라미터들을 즉시 확인하고 개선할 수 있어 설계과정을 효과적으로 진행할 수 있다.

전체적으로 일정한 순서를 보였으며, 기본적인 공기정화시스템과 같은 독립적인 기능요구는, 다른 설계파라미터들과 달리 독립적으로 설계한 후 결합하는 과정으로 설계하는 것이 가능한 특성을 보이는 것을 알 수 있었다.

2. 후속 연구

이러한 연구결과가 향후 매립형 공기조화시스템을 설계하는데 반영된다면 설계자가 다양한 공기조화시스템 성능, 소비자의 요구와 수요를 만족할 수 있는 제품설계를 더욱 효과적으로 할 수 있을 것이다.

이와 같이 분석을 통해 도출한 설계행렬로 매립형 공기조화시스템 전반의 설계순서를 확인함으로써 설계자가 제품 전체의 설계과정을 포괄적으로 이해하는데 도움을 줄 수 있을 것으로 판단된다.

향후 연성 설계 또는 과잉 설계 특성이 존재하는 부분에 대하여 독립공리를 만족하는 설계를 찾기 위한 연구 개발이 필요할 것으로 판단된다.

▼출처 및 바로가기 : 
https://scienceon.kisti.re.kr/srch/selectPORSrchArticle.do?cn=NPAP08168720

[논문]공리적 설계를 이용한 매립형 공기조화시스템의 분석