재료 선택과 설계

부품의 질량과 비용이라는 두 목적을 동시에 작게 하고 싶지만, 가벼운 재료일수록 비싸서 양쪽 모두에서 최선인 재료가 없다. 이러한 경우의 재료 선정 방법으로 적절한 것은 무엇인가?

  1. A질량의 성능 지수에서 최선인 재료를 고르면 비용 면에서도 반드시 최선이 되므로, 한쪽만으로 비교하면 된다
  2. B어느 후보에게도 두 목적에서 동시에는 지지 않는 파레토 최적인 후보를 모으고, 질량과 비용의 교환 비율을 정해 고른다
  3. C질량(kg)과 비용(엔)의 성능 지수를 단위를 맞추지 않고 그대로 더하여, 합이 최소인 것을 고른다
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정답: B. 어느 후보에게도 두 목적에서 동시에는 지지 않는 파레토 최적인 후보를 모으고, 질량과 비용의 교환 비율을 정해 고른다

목적이 경합할 때는 먼저 다른 어떤 후보에게도 두 목적에서 동시에 지지 않는 후보를 골라냅니다. 이들은 트레이드오프 곡선(파레토 전선) 위에 늘어서며, 전선 위에서는 어느 한쪽을 좋게 하면 다른 쪽이 나빠집니다. 최종적으로는 질량을 1 kg 줄이는 데 몇 엔까지 지불할 수 있는가 하는 교환 상수를 정하고, 질량과 비용을 하나의 평가 함수(벌칙 함수)로 묶어 고릅니다. 항공기처럼 가벼움의 가치가 높은 제품에서는 비싸더라도 가벼운 재료가, 일반 제품에서는 싼 재료가 선택되는 것은 이 때문입니다. 한쪽 목적에서 최선인 재료가 다른 쪽에서도 최선이라고는 할 수 없으므로, 한쪽에서 최선이면 다른 쪽에서도 반드시 최선이 된다는 선택지는 틀렸습니다. 단위가 다른 양을 그대로 더하면 수치의 크기가 단위를 고르는 방식에 따라 달라져 버려, 의미 있는 비교가 되지 않습니다.

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