종이 헬리콥터 체공시간 최대화를 위한 실험(계획실험 계획, 체공시간 최대화 실험 조사, 실험 연구)

소개글

종이 헬리콥터 체공시간 최대화를 위한 실험(계획실험 계획, 체공시간 최대화 실험 조사, 실험 연구)에 대한 보고서 자료입니다.

목차

1. 실험의 목적 및 실험 계획의 요약

2. 일부실시법을 통한 핵심인자 선정 계획
　1) 1차 특성값 선택
　2) 인자와 수준 결정
　3) 실험계획법 선정

3. 1차 실험 실시 및 결과에 때한 핵심 인자 선정
　1) 실험 결과
　2) 반응변수 값 변환 여부 확인
　3) 모형에 들어가 효과 선별
　4) 가정에 대한 진단

4. 선별된 핵심인자의 반응표면분석을 통한 최적조건 실험계획
　1) 2차 특성값 선택
　2) 인자와 수준 선택
　3) 실험의 설계

5. 2차 실험 실시
　1) 실험 순서 선정
　2) 실험 자료의 반응표면 분석 단계
　3) 최적화 단계

6. 결론
　1) 실험 계획의 요약 및 결론
　2) 모형에 포함되지 않은 요인들의 조정
　3) 최종 확인 실험

본문내용

려가며 체공시간을 측정한 결과 3개를 찍었을 때의 체공시간들이 가장 높았으므로 스테이플러를 모든 모형에 추가하도록 함.
-환경 인자
습도
실험은 연달아 실험을 실시해 날씨에 따른 차이를 없애도록 함. 지나가는 사람이 없도록 주의하여 실시.
풍향
풍속
창문 개폐 여부
창문을 닫아 열어 놓은 채 실시.
실험자에 따른 인자
날리는 방법
동일한 사람이 양 날개 끝을 잡고 실시.
날리는 위치
각각 동일한 사람이 눈높이에서 실시.
타이머 작동 방법
동일한 사람이 날개 끝을 놓는 시점부터 땅에 닿는 순간까지 측정
모형 인자
몸통 접는 방법
한쪽은 앞, 한쪽은 뒤로 1,2차 각각 동일한 사람이 실시.
몸통 붙이는 방법
앞뒤 똑같이 접은 뒤 6센치의 테이프로 양 끝 0.8cm 위치에 감아서 붙임. 동일한 사람이 실시.
날개 접는 방법
동일한 사람이 실시.
스테이플러
꼬리 끝부터 0.5센치 간격으로 정중앙에 가로로 세 번 찍음.
모형에 포함되지 않은 인자는 최대한 일정하게 유지하도록 하여 그 인자로 인해 실험 결과에 영향을 미치지 않도록 함.
3)실험의 설계
- 반응표변분석으로 변량인자는 3개 / 최대경사법이용
-반응변수 설정: 비행시간
5. 2차 실험 실시
1) 실험 순서 선정
- design expert를 통해 나온 run order로 실험 실시
-분석 전 standard order로 sort시킨다.
2) 실험자료의 반응표면 분석 단계
- 2차 모형이 suggested로 적절한 모형으로 추천
-ANOVA 분석결과
o Lack of fit 값이 0.8072로 2차 모형이 적절함을 알 수 있다.
-오차항 pooling 후 anova분석: 2차모형을 완전모형으로 후방소거법이용
o Pooling후 lack of fit가 0.8119로 이 결과로는 더 좋은 모형이라고 판단
-pooling 후 표준화 잔차의 정규확률그래프
o 개략적으로 직선관계를 따르고 있다.
-pooling 후 표준화 잔차와 예측값의 산점도
o 수평밴드 내에서 랜덤하게 퍼져있으므로 오차의 등분산성 만족
o 따라서, pooling 후의 모형이 더 적절함
-perturbation 그림
o A,C가 상대적으로 변화량이 크다고 판단됨
-Contour 그림
-3D Surface: AC
-3D Surface: AB
3) 최적화 단계
o 최적조건은 Wing length=12cm wing width= 3.19cm tail width=2cm 일 때, y=9.32이다.
- 재현성 확인test
6. 결론
1) 실험계획의 요약 및 결론
실험의 수를 줄이기 위해 26-2일부실시법을 실시하였다. 선별한 6가지 요인을 입력해 요인설계 후, 실험을 실시하고 그 결과를 입력하여 분석을 하였다. 반정규확률그림을통해효과를선별하였고그결과주효과A와 2차 교호작용효과 BD, 3차 교호작용효과 ABD가 유의하다고 나왔다. 나머지는 오차항에 풀링시키고 재분석 결과 A, B*D, A*B*D가 유의함을 확인하고 2차 실험의 요인으로 선정하였다.
1차 실험에서의 교호작용효과의 그림 분석결과 인자 A, B, D의 비율이 핵심이라고 결론을 지었다. 2차 실험의 예비실험을 하여 그 비율을 13:4:3으로 정하였다. 그 외 나머지 인자는 고정시켰다. 최대경사법을 이용하여 요인을 설계하고 run order에 따라 실험을 실시하였다. 반응값 입력 후 분석결과 Suggested된 2차 모형을 적합시켰다. Lack of fit값이 0.8072로 2차 모형 적절함을 확인하고 오차항 풀링 후 재분석을 하였다. Lack of fit 값이 0.8119로 좋은 모형임을 확실시하였다.
최적조건은 wing length 12cm, wing width 3.19cm, tail width 2cm이다. 최적조건 하에서 실험을 하였을 때 체공시간 예측치는 9.32second로 재형성 확인 test 결과 재현성이 있음을 확인하였다.
2) 모형에 포함되지 않은 요인들의 조정
본격적인 1차 실험 전에 테이프의 길이, 헬리콥터의 접히는 면, 날리는 사람 등의 랜덤하게 영향을 미칠지도 모를 요인들을 고려해보았다. 몸통을 고정시킬 테이프는 3cm로 일정하게 잘라 붙였고 헬리콥터 설계도의 접는 부분을 한 사람이 모두 접었다. 날리는 것 역시 한 사람이 모두 날려 최대한 랜덤함을 없애려고 노력하였다.
1차 실험 전에 몸통의 형태를 정하기 위한 예비실험을 실시하였다. 기본 디자인을 사용하여서 몸통의 형태를 2가지로 만들어 보았다. 몸통을 삼각형으로 접어 바람을 통하게 하는 형태와 테이프로 딱 붙이는 형태로 각각 3번씩 날려본 결과 후자가 더 안정적으로 잘 난다고 판단하였다. 예비실험을 통해 알게 된 또 한가지 사실은 한 개의 헬리콥터를 4번 이상 날리면 종이헬리콥터 날개의 접은 부분이 약해져 날개가 위로 꺾이는 현상이 생겨 체공시간이 1초 이상씩 줄어든다는 것이다. 따라서 종이 헬리콥터 당 반복수는 최대 3번을 넘지 않도록 하였다.
1차 실험을 마친 후, design expert의 분석 결과 클립은 체공시간에 영향을 미치지 않는 요인이라고 나왔다. 하지만 사람의 통행이 많고 지하1층의 문이 열려 있어 의외로 순간순간의 풍향이나 풍속에 따라 상당한 영향을 받음을 날아가는 모양으로 확인하였다. 바람이 불 경우 꼬리 끝에 무게 중심이 가있지 않고 균형이 맞지 않아 추락하는 경우가 발생하였다. 따라서 안정성을 위해 클립을 다는 편이 좋다고 판단하였지만 무게 때문에 날리는 순간 갑자기 확 떨어지는 경향이 있었다. 따라서 상대적으로 가벼운 스테이플러를 찍어 무게를 좀 더 가볍게 하되 바람의 영향에도 무게 중심을 잃지 않도록 하였다. 찍은 개수를 하나씩 늘려가며 체공시간을 측정한 결과 3개를 찍었을 때의 체공시간들이 가장 높았다.
3) 최종 확인 실험
최적조건은 wing length 12cm, wing width 3.19cm, tail width 2cm이다. 한 개의 헬리콥터로 반복을 하지 않고 똑같은 6개의 헬리콥터를 만들고 스테이플러를 3번 찍어 한번 씩 날려보았다. 최적조건 하에서 체공시간 예측치인 9.32second의 신뢰구간에 만족하는 결과가 5번, 그보다 낮은 결과가 1번 나왔으므로 분석결과가 유의하다는 결론을 내렸다.

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