신뢰성 기반 최적화(Reliability Based Design Optimization)는 결정론적 최적화 방법들과 달리 실제 제작 환경 및 사용 환경에서 발생하는 불확실성을 고려할 수 있는 최적화 방법이다. 본 연구에서는 이를 통해 실제 생산과정에서 발생할 수 있는 불확실성인 공차를 고려하여 고분자 전해질막 연료전지(PEMFC) 유로 채널의 최적 설계를 진행하는 것을 목표로 한다.
동일한 작동 전류 밀도에서 목적함수인 전력밀도와 제약조건인 압력손실과 전류밀도분포의 표준편차를 고려하여 단목적 최적화, 제약조건 최적화 및 입력 변수의 확률 분포를 고려한 신뢰성 기반 최적화 결과를 비교하였다. 그 결과 단목적 최적화에서는 가장 높은 전력밀도를 보이지만 제약조건인 압력손실을 전혀 만족하지 않으며, 제약조건 최적화에서는 약간의 성능 감소와 함께 목표 신뢰도를 만족하지 못한 채 제약조건을 단순히 결정론적으로 추종하고 있는 것으로 나타났다. 반면, 신뢰성 기반 최적화에서는 제약조건 최적화 결과에서 추가적인 성능 하락이 발생하는 대신 설정한 목표 신뢰도를 만족하는 것으로 나타났으며, 이러한 경향은 목표 신뢰도가 높아짐에 따라 심화되는 것으로 확인되었다.
이러한 결과는 실제 제작 및 작동환경에서 발생하는 공차 및 제약조건을 고려하였을 때 결정론적 최적 설계점에서 생산된 제품의 경우 제품 신뢰도를 확보할 수 없으며, 이를 해결하기 위해 신뢰성 기반 최적화 기법과 같은 확률론 기반의 방법이 활용될 수 있음을 입증한다.