개선된 NSGA2를 기반으로 한 경공업 장비의 모듈 분류 방법

Aug 24, 2023

Scientific Reports 13권, 기사 번호: 13789(2023) 이 기사 인용

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본 논문에서는 기존의 클러스터링 알고리즘을 사용하여 모듈을 분할할 때 로컬 최적 상태에 빠지기 쉽다는 문제에 대해 NSGA2 알고리즘의 초기화 전략을 개선하고 이를 FCM 알고리즘과 결합하여 향상된 NSGA2-FCM 알고리즘을 제안한다. 클러스터링 분석을 위해. 첫째, FBS 매핑은 제품 시스템의 기능 구조를 모델링하고 제품 기능 구조 간의 관계를 식별하는 데 사용됩니다. 둘째, 모듈 분할 동인 간의 관계를 기반으로 상관합성 행렬을 구성한다. 마지막으로 개선된 NSGA2-FCM 알고리즘을 제품의 클러스터 분석에 적용하여 최적의 모듈 분할 방식을 도출합니다. 이 알고리즘은 NSGA2 알고리즘의 초기화 전략을 최적화하여 로컬 최적 상태에 빠지는 것을 방지하는 동시에 FCM 알고리즘을 사용하여 클러스터링의 정확도를 향상시킵니다. 이를 통해 알고리즘은 최상의 모듈 파티셔닝 솔루션을 찾을 때 솔루션 공간을 보다 효과적으로 탐색할 수 있습니다. 마지막으로 맥주 발효기를 사례연구로 활용하여 경공업 장비의 모듈 분류 알고리즘의 유효성을 검증하였다.

신속한 제품 설계를 위한 효과적인 도구로서 적절한 모듈 분류는 설계 효율성을 향상시키고 제품 품질, 제조 주기 및 비용 문제를 효과적으로 해결할 수 있습니다. 이 주제에 관한 현재 문헌의 대부분은 구조적 및/또는 기능적 측면에 초점을 맞춰 모듈을 식별하지만 모듈 분류 요소를 간과합니다. 예를 들어 Eppinger et al. 제품 모듈성 개발 기술을 연구하고 구성 요소 모듈 간의 상관 관계를 나타내는 모듈식 제품 구조를 연구하기 위해 처음으로 매트릭스 기반 형식적 접근 방식을 도입했습니다1. Rong et al. 공급망의 모듈식 분할에 대한 제품 중심 접근 방식을 제안했으며, 제품 구성 요소 간의 기능적, 구조적 상호 작용을 통해 관계 매트릭스를 설정했습니다2. Ramachandran Ket al. 제품 모듈화 속도가 신속한 제품 출시에 미치는 영향을 조사한 결과, 제품 모듈화에서 성능 개선을 찾아 신속한 제품 출시를 위한 제품 아키텍처, 가격 책정 및 시기 결정의 혁신적인 조합이 달성되었다는 사실을 발견했습니다3. Weiet al. 다양한 제품 변형을 생성하고 모듈성 세분화를 통해 설계 단계 결정을 위한 제품 유틸리티를 향상시키기 위한 다양한 작업 수준 또는 기능을 생성하기 위해 조립 및 분해를 기반으로 사전 정의된 모듈 세트를 제안했습니다4.

국내 학자 Jia Yanlin은 모듈성에 대한 체계적인 연구를 수행하고 제품 모듈 설계 프로세스를 모듈 계획, 모듈 분할, 모듈 생성, 모듈 결합의 네 부분으로 나누어 기계 제품의 모듈 설계를 위한 일반적인 프로세스를 제안했습니다. Gu Xinxin은 제품 모듈성 분할 작업을 모듈식 제품 플랫폼 구축과 주문 제품 모듈식 설계의 두 가지 주요 부분으로 나누었습니다. Zhang Haiyanet al. 기능-원리-행동-구조 설계 모델을 사용하여 시스템 구성 요소 간의 상관 관계를 매핑하고 간격 통계를 적용했으며, 클러스터 분석을 위한 자기 조직화 신경망 방법을 사용하여 특수 원통형 기어 공작 기계의 모듈식 분할을 완성하여 재구성 가능한 기반을 마련했습니다. 공작기계 연구5. Liu Mingyuanet al. 향상된 유전자 알고리즘을 기반으로 한 모듈 분류 방법을 제안했습니다. 부품 설계 구조 행렬과 모듈 적합도 함수를 얻는 것을 전제로, 개선된 차이 교차 및 이웃 변이의 유전 알고리즘을 사용하여 모듈 분류를 위한 최상의 솔루션을 검색했습니다.

모듈 파티셔닝에 대한 이전 연구는 모듈화 이론과 방법에 더 중점을 두었지만 모듈 초기화 데이터에 대한 민감도가 낮고 철저한 모듈화 드라이버 및 메트릭이 부족하며 구조화된 작업은 모듈 파티셔닝의 다른 속성도 제한합니다.