KR20040009414A - 곡선파형 데이터 최적화 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 곡선 파형 최적화 방법에 있어서, 실제 실험에 의해 획득된 테스트 데이터(컴퓨터 화면상의 좌표값에 해당)을 충돌에 대한 기준 좌표로 하고, 이 테스트 데이터에 대응하는 파라미터들의 좌표값을 입력값으로 하여 이 입력값의 조합으로 마련되는 커브상 좌표에 대한 입력값을 입력하고, 상기 개시단계에서의 클릭에 의해 활성화하고 상기 입력값을 파싱한 후, 상기 커브 상의 좌표값들에 대해 가봉하기 위한 스케일 팩터(factor)를 설정하기 위한 스케일 설정하고, 상기 설정된 스케일에 의거한 결과값들에 대하여 1차적으로 커브 가봉된 결과값을 해석하기 위한 해석을 개시하고, 상기 결과값을 파싱한 후, 상기 상기 기준 좌표와 해석 결과를 비교하고, 상기 비교단계에서 비교된 기준 좌표와 해석 결과에서의 좌표값들이 설정치 이상으로 편차가 발생할 경우, 상기 편차를 최소화하기 위해 상기한 모든 단계를 반복 수행한 후, 상기 편차가 설정치 이하로 될 경우, 상기 해석 결과를 기억하는 단계를 포함하여, 시뮬레이션 시, 이 해석 결과를 추출하여 사용하는 데 소요되는 연산처리시간을 저감시킬 수 있도록 하였다.

Description

곡선파형 데이터 최적화 방법 {Curve fitting method}

자동차 제조사들은 차량의 충돌 안전성을 향상시키기 위해 매년 수억원의 비용을 지출하는 바, 가상의 충돌 상황 하에서 차량설계의 성능을 예측하기 위해 컴퓨터 시뮬레이션을 이용함으로써, 차량설계 분야의 혁명이 이루어져 왔으며, 이러한 시뮬레이션으로 인해 엔지니어들은 설계상의 시나리오를 보다 신속하게 그리고 한차례의 충돌시험당 25만불이나 소요되는 실체 차량충돌 시험보다 저렴한 비용으로 차량의 충돌 안정성을 향상시킬 수 있게 되었다. 과거 출돌 시뮬레이션은 구조설계 싸이클의 마지막 부문에서 설계검증단계로서 시행되어졌던 반면 현재에는 비선형 동적 출돌 및 안전성 시뮬레이션 패키지가 차체설계구조 및 탑승자 구속 시스템의 초기 설계단계에서 점차 활용되고 있다.

자동차 회사의 엔지니어들은 엔지니어스 소프트웨어사의 iSIGHT 설계 최적화 소프트웨어를 사용함으로써 보다 많은 혜택을 누리고 있다. 대다수의 OEM사와 같이 본 출원인은 값비싼 프로토타입을 만들어서 시험을 하는 대신 설계의 실제 성능이 어떠한지에 대한 피드백을 할 수 있는 컴퓨터를 이용한 충돌 시뮬레이션을 이용하여 보다 효과적으로 비용절감을 하고 있다.

초기 충돌 시뮬레이션을 위해 자동차 회사의 연구원들은 범퍼에 부착된 프론트 레일을 선정하였으며 여기에 사용된 범퍼는 제품개발에 이용되는 상용화된 FEA 패키지를 이용하여 모델링 작업을 수행하였다. 최적화의 목적은 중량을 증가시키지않고 레일의 에너지 흡수를 최대화하는 것이었으며, 레일이 보다 많은 에너지를 흡수하면 할수록 차량의 탑승자는 충격에너지를 덜 흡수하게 되기 때문에, 에너지 흡수는 프론트 레일의 중요한 속성이 되는 것이다. 설계변수는 연강 및 고장력 강판에 대한 일곱가지 물성치, 다섯군데의 두께, 및 항복 응력(yield stress)으로 설정하였다. 여기에서 다소 제한적인 변수를 설정한 이유는 각각의 충돌 시뮬레이션을 반복 수행하는 데 많은 시간이 소요되기 때문이다.

그러나, 상기 종래의 기법에서 알 수 있는 바와 같이, 설계변수를 설정함에 있어, 다소 제한적인 변수를 설정할 수밖에 없었던 사유가, 입력 변수(input parameter)가 선형 적합 분석(linear fitting analysis, S1)에 의거하여, 각각의 변수에 대한 입력 데이터값을 포인트 대 포인트(point to point)로 매칭(match)만을 수행(S2)함으로써, 실제 설계에 이용하기 위한 출력변수(output parameter)를 산출하고자 할 경우, 상기한 제한적인 변수를 설정함에도 불구하고, 선형 좌표를 입력받아 컴퓨터 연산 처리에 방대한 시간이 소요됨은 어쩔 수 없이 시뮬레이션 이용에 저항감을 불러일으킬 수밖에 없는 등의 단점을 내포하고 있었다.

도 1에 기재된 바와 같이, 이러한 상관 관계(correlation) 분석의 수행에 있어, 실험 데이터(이하, 테스트 데이터라 함)는 1 시간에 대한 압력 또는 시간에 대한 가속도와 같은 커브의 형태를 나타낸다. 이 테스트 데이터가 시뮬레이션 코드를 위해 입력 입력 데이터로서 사용될 때의 문제는, 엔지니어가 설계 가치로서 조작량의 테스트 데이터에 있었으면 하고 요망할 때부터 대두된다. 이것이 많은 X-Y 테이블의 타입 포인트로 이루어지고 있기 때문에 각 테스트 데이터를 하한과 상한을 규정하기가 어려워짐을 말해주는 것이다.

다시 말해서, 통상의 경우에서 커브상의 각 포인트에 대한 값을 입력하는 것이 아닌, 편의 상, 이 커브의 일정 시간구간에 대하여 예를 들면 하나의 커브에 대하여 10개의 주요 포인트만을 입력값으로 설정(S3)함과 아울러, 실제 테스트 데이터와 시뮬레이션 데이터와의 비교 연산(S4)이 각각의 커브에 대하여 10번의 입력작업이 소요되어 파라미터 커브가 많아지면 질수록, 실제 테스트 데이터에 대하여 시뮬레이션 데이터가 근사화되도록 입력작업을 변환(S5)하여 반복수행(S6)함에 따라, 이에 대한 비교 연산 회수가 기하급수적으로 증가하기 때문에, 수많은 커브로 이루어진 데이터를 입력 자료로 사용하려면, 그 만큼 입력 포인트를 파싱하기 위한 연산이 필요하게 되는 것이다.

따라서, 본 발명은 상기한 단점을 해소하기 위한 것으로, 그 목적으로 하는 바는 커브 적합 분석(curve fitting analysis)을 이용하여, 충돌 시뮬레이션 수행을 위한 컴퓨터 연산 처리 속도를 향상시킴에 있다.

이에 따라, 향후 본 출원인은 iSIGHT를 사용, 최적화 소프트웨어가 컴포넌트 설계형상을 제어할 수 있도록 입력변수를 기존의 선형 라인의 설정 입력값, 예를 들면, X, Y축 좌표를 일일이 기입하여 입력하는 시스템에서의 연산 처리량의 과부하에 따른 연산처리속도를 개선할 수 있게 되는 것이다.

도 1은 본원의 iSIGHT에서의 상관관계해석에 대한 절차 수행도,

도 2는 본원의 입력 파일 파싱 단계에서의 컴퓨터 모니터 상에 구현되는 GUI 패널을 순차적으로 나타낸 도면,

도 3은 도 2의 입력 파일 파싱 단계 이후, 컴퓨터 모니터 상에 구현되는 파라미터 스케일 펙터 설정창을 나타낸 도면,

도 4는 본원의 출력 파일 파싱 단계에서의 컴퓨터 모니터 상에 구현되는 GUI 패널을 순차적으로 나타낸 도면,

도 5은 도 4의 출력 파일 파싱 단계 이후, 컴퓨터 모니터 상에 구현되는 파라미터 스케일 펙터 설정창을 나타낸 도면,

도 6은 실제 테스트 데이터와 본원에 의한 시뮬레이션을 위한 해석 결과 데이터의 편차가 있음을 예시하여, 이 편차를 설정치 이하로 해석 결과 데이터가 출력될 때까지 본원의 기법을 반복 수행해야 함을 예시하기 위한 비교 파형도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

111 : 입력 파싱 개시부 113 : 다항 차수 선정부

115 : 스케일 펙터 선정부 211 : 출력 파싱 개시부

213 : 다항 차수 선정부

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 의하면, 하나의 곡선 파형을가봉(fitting)을 통해 획득되는 파라미터(parameter)를 최적화하기 위한 방법에 있어서,

실제 실험에 의해 획득된 테스트 데이터(컴퓨터 화면상의 좌표값에 해당)을 충돌에 대한 기준 좌표로 하고, 이 테스트 데이터에 대응하는 파라미터들의 좌표값을 입력값으로 하여 이 입력값의 조합으로 마련되는 커브상 좌표에 대한 입력값을 입력하고,

상기 개시단계에서의 클릭에 의해 활성화하고 상기 입력값을 파싱한 후, 상기 커브 상의 좌표값들에 대해 가봉하기 위한 스케일 팩터(factor)를 설정하기 위한 스케일 설정하고,

상기 설정된 스케일에 의거한 결과값들에 대하여 1차적으로 커브 가봉된 결과값을 해석하기 위한 해석을 개시하고, 상기 결과값을 파싱한 후, 상기 상기 기준 좌표와 해석 결과를 비교하고,

상기 비교단계에서 비교된 기준 좌표와 해석 결과에서의 좌표값들이 설정치 이상으로 편차가 발생할 경우, 상기 편차를 최소화하기 위해 상기한 모든 단계를 반복 수행한 후, 상기 편차가 설정치 이하로 될 경우, 상기 해석 결과를 기억하는 단계를 포함하여, 시뮬레이션 시, 이 해석 결과를 추출하여 사용하는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면 도 1 내지 도 3에 의거하여 상세히 설명한다.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예는 일반적인 시뮬레이션의 요소인 스티어링 휠, 스티어링 칼럼 및, 바디(body)의 조합과, 이 바디와의 충돌 상관관계를 해석하기 위한 에어백을 주 대상요건으로 하고, 이 충돌 상관관계(correlation)를 해석하기 위한 주 컴퓨터 탑재수단은, 충돌 시뮬레이션 해석 프로그램인, (미)엔지니어스 소프트 인코포레이티드의 iSIGHT와 MADYMO를 기본으로 한다.

다음에, 본 발명에 따른 데이터 최적화 작동 기법에 대하여 설명한다.

테스트 데이터가 설계 변수라고 정의되면 특히 예를 들어 MADYMO를 사용할 경우, 상승의 경향을 유지해야 한다．예를 들면, Y값은 이전의 하나의 이어지는 X보다 더 커야만 한다. 이것은 iSIGHT에서 이러한 상승 경향의 제한을 규정하는 것을 어렵게 한다. 이 종류의 한정을 해소하고 이를 용이화하기 위해, iSIGHT는 동적 바운딩 설비를 제공하지만, 이전의 iSIGHT는 제한으로서의 값을 주로 제공하였다. 이것은 iSIGHT가 상용화된 주요인이다.

이하, 본 출원인은 iSIGHT 에 근거한 커스터마이즈된 코드를 실현하기 위한 시도로서, 상관 관계 프로세스 규정에 대하여 설명한다.

본 발명의 데이터 최적화 기법은, 도 2에 도시된 바와 같이, 파라미터 입력설정을 위한 곡선 파형 소스(Source)로부터 데이터를 입력하여 설계 파라미터의 최적화를 개시하기 위한 개시부(111)가 GUI 툴바(110) 형식으로 제공되는 것을 기점으로 하여 다음과 같은 단계를 거쳐 해석 결과를 낳는다.

먼저, 하나의 곡선 파형을 가봉(fitting)하기 위한 알고리즘을 통해 획득되는 파라미터(parameter)를 최적화하기 위해, 실제 실험에 의해 획득된 테스트 데이터(컴퓨터 화면상의 좌표값에 해당)을 충돌에 대한 기준 좌표로 하고, 이 테스트 데이터에 대응하는 파라미터들의 좌표값을 입력값으로 하여 이 입력값의 조합으로 마련되는 커브상 좌표에 대한 입력값을 입력하고, 상기 개시부(111)의 활성화에 의거한 개시단계에서의 클릭에 의해 활성화하고 상기 입력값을 파싱한 후, 상기 커브 상의 좌표값들에 대해 가봉하기 위한 스케일 팩터(factor)를 설정하기 위한 스케일 설정부(120)를 활성화하고, 상기 설정된 스케일에 의거한 결과값들에 대하여 1차적으로 커브 가봉된 결과값을 해석하기 위한 해석을 개시하고, 상기 결과값을 파싱한 후, 상기 상기 기준 좌표와 해석 결과를 비교하고, 상기 비교단계에서 비교된 기준 좌표와 해석 결과에서의 좌표값들이 설정치 이상으로 편차가 발생할 경우, 상기 편차를 최소화하기 위해 상기한 모든 단계를 반복 수행한 후, 상기 편차가 설정치 이하로 될 경우, 상기 해석 결과를 기억하는 단계를 포함하여, 시뮬레이션 시, 이 해석 결과를 추출하여 사용한다.

여기에서, 부호 110은 입력 파일 파싱 단계에서의 컴퓨터 모니터 상에 구현되는 GUI 입력툴바이고, 부호 120은 상기 입력 파일 파싱 단계 이후, 컴퓨터 모니터 상에 구현되는 파라미터 스케일 펙터 설정창이고, 부호 210은 출력 파일 파싱 단계에서의 컴퓨터 모니터 상에 구현되는 GUI 출력툴바이며, 부호 220은 상기 출력 파일 파싱 단계 이후, 컴퓨터 모니터 상에 구현되는 파라미터 스케일 펙터 설정창이다.

본원의 단계를 요약하면 다음과 같다.

1. 입력 파일의 파싱을 위한 개시부(111) 클릭

1-1. 입력 데이터 판독 (값, 어레이(X,Y)

1-2. 스케일 펙터(Sx, Sy) 선정부(115) 가동

1-3. 스케일화된 어레이( Sx * X, Sy * Y ) 연산

1-4. 다항 회귀 및 R-스퀘어에 의거한 F(X')의 방정식 연산

1-5. F(X')를 통해 신규 어레이 값 Y"을 연산

1-6. 입력 파일에서 X, Y값을 X', Y" 로 대체

2. 출력 파일의 파싱을 위한 개시부(211)

2-1. 시뮬레이션 데이터 판독(값, 어레이)

2-2. 다항 회귀 Xt, Yt, Xs, Ys에 의한 Fs(X), Ft(X) 연산

이하, 본 발명의 해석 결과를 도출하기 위한 기법을 단계별로 나누어 상세히 설명한다.

[제1 단계] 초기화

파일 파싱 함수를 초기화하면, 파일 탐색창이 활성화되고, 파일 파싱 퍼실러티(facility)를 제공한다.

[제2 단계] 입력 파일 파싱

1) 그래프 생성용 툴바에서 그래프 버튼(111) 클릭(도 2의 상단 참조).

2) 다항 차수 확정을 위한 다항 차수 선정부(113) 가동(도 2의 중앙 참조)

3) 스케일 펙터 선정부(115)에서 스케일 펙터(Sx, Sy)를 인가함으로써 어레이 데이터를 변경하도록 스케일 변경을 활성화한다(도 2의 중앙 참조).

여기에서, 만일, 그래프 버튼이 상기 입력 파일 파싱 개시 단계에서 선정되면, 스케일 펙터 필드를 제공한다.

또한, 설계 변동치로서 스케일 펙터 선정부(115)를 통해 스케일 펙터를 조절 가능하다.

또, 파라미터 윈도우 상에서 스케일 펙터를 식별하기 위한 규칙을 나타낸다.

더욱이, 커브의 형태를 조절하기 위한 하나의 방법으로서 구배치(gradient value)를 적용할 수도 있다.

4) 스케일 설정된 어레이 데이터(X', Y')를 사용하여 다항식 X', Y' 의 다항 회귀 방정식을 연산하는 기능이 탑재될 수 있다.

여기에서, 회귀 곡선, 계수치 및 R-스퀘어 값은 사용자가 어플라이(apply) 버튼을 클릭할 때 신규 GUI상에 도출하고, 또, 스케일 펙터 제어기능은 테스크(task)를 착수하기 이전에 시각 확인을 위한 신규 GUI에서 제공한다.

5) GUI 상에 그래프의 개수를 예시(도1 참조)

- 축(axis) 정의 필드도 GUI 상에 표출

여기에서, GUI 상에 축(axis) 정의 필드를 표출한다. 도 2의 상단에는 입력 파일 파싱 단계의 개시를 위한 개시부로서의 그래프 버튼이 마련된 그래프 설정용 툴바이고, 도 2의 중간은 다항 차수 및 파라미터에 대한 스케일 펙터를 설정하기 위한 윈도우를 예시하고 있다.

[제3 단계] 출력 파일 파싱

1) 출력 파일 파싱 개시를 위해 드로우 버튼(211) 클릭

2) 다항 차수 선정부(213)를 통해 다항 차수 설정(도 4 참조).

3) 테스트와 시뮬레이션의 어레이 데이터를 사용하여 다항 회귀 방정식을 연산(도 3 참조).

- 회귀 곡선(curve), 계수치 및 R-스퀘어 값은 사용자가 어플라이 버튼을 클릭할 때, 신규 GUI 상에 표출됨(도 3 참조).

4) GUI 상의 그래프의 개수를 예시(도 3 참조).

상기 그래프의 개수에 이어서, 축(Axis) 정의 필드가 GUI상에서 표출됨.

5) 다음의 3가지 방법으로 테스트 데이터와 시뮬레이션 데이터 간의 편차를 연산하고, 잠재적인 변수(objective)로서, 3가지 연산 값을 제공(도 5 참조).

- 제1 방법[SDR]

실제 데이터를 사용하여 편차 합산

- 제2 방법[SDF]

Ft(X) 및 Fs(X)에 의거하여 연산된 데이터를 사용하여 편차 합산

- 제3 방법[SDC]

Ft(X) 및 Fs(X)의 계수 간의 편차 합산

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은, 다음의 기능을 수행하는 등의 매우 뛰어난 효과가 있는 것이다.

1) 이미지 파일과 출력으로서 특정 그래프를 저장.

2) 동영상으로서 각 반복성 입/출력 그래프(도 6 참조) 기록.

3) 그래프의 줌인/아우트.

4) 출력 그래프의 피크점 값을 가시화.

본 기법의 적용을 통해, 결정론 컴퓨터 분석으로부터의 데이터를 모방하기 때문에, 실험 설계 및 최소 제곱법을 사용해도 된다. 그리고 모델 중대성에 관한 헷갈리기 쉬운 설명을 피하기 위해 사용된 통계적인 기술의 기본적인 가정을 이해하는 것이 중요하다. 다음의 부문으로 우리들은 결정론 컴퓨터 분석과의 통계적인 metamodeling 의 적절한 사용을 통해 해석 결과를 제공할 수도 있도록 구성해도 좋다.

여기에서, 본 발명의 일 실시예와 관련하여 본 발명을 도시하고 설명하였지만, 본 기술 분야에 숙련된 자들에 의해 특허청구범위의 정신 및 영역을 벗어남이 없이 다양한 수정이 이뤄질 수 있다.

Claims (1)

1. 하나의 곡선 파형을 가봉(fitting)을 통해 획득되는 파라미터(parameter)를 최적화하기 위한 방법에 있어서,

   실제 실험에 의해 획득된 테스트 데이터(컴퓨터 화면상의 좌표값에 해당)을 충돌에 대한 기준 좌표로 하고, 이 테스트 데이터에 대응하는 파라미터들의 좌표값을 입력값으로 하여 이 입력값의 조합으로 마련되는 커브상 좌표에 대한 입력값을 입력하고,

   상기 개시단계에서의 클릭에 의해 활성화하고 상기 입력값을 파싱한 후, 상기 커브 상의 좌표값들에 대해 가봉하기 위한 스케일 팩터(factor)를 설정하기 위한 스케일 설정하고,

   상기 설정된 스케일에 의거한 결과값들에 대하여 1차적으로 커브 가봉된 결과값을 해석하기 위한 해석을 개시하고, 상기 결과값을 파싱한 후, 상기 상기 기준 좌표와 해석 결과를 비교하고,

   상기 비교단계에서 비교된 기준 좌표와 해석 결과에서의 좌표값들이 설정치 이상으로 편차가 발생할 경우, 상기 편차를 최소화하기 위해 상기한 모든 단계를 반복 수행한 후, 상기 편차가 설정치 이하로 될 경우, 상기 해석 결과를 기억하는 단계를 포함하여, 시뮬레이션 시, 이 해석 결과를 추출하여 사용하는 것을 특징으로 하는 곡선 파형 데이터 최적화 방법.