[논문]신뢰도 예측을 위한 수명시험 시뮬레이션

김연수; 정영배

신뢰도 예측을 위한 수명시험 시뮬레이션
Life Testing Simulation for Reliability Prediction 원문보기

산업경영시스템학회지 = Journal of society of korea industrial and systems engineering, v.35 no.1, 2012년, pp.124 - 131

김연수 (인천대학교 산업경영공학과) , 정영배 (인천대학교 산업경영공학과)

Abstract ▼ AI-Helper

This paper presents a spreadsheet-based reliability prediction simulation framework for the conceptual product design stage to acquire system reliability information in timely manner. During early stage, reliability performance deals with both known and unknown failure rates and component-level and subsystem-level failure estimate to predict system reliability. A technique for performing life testing simulation using Excel spreadsheet has been developed under the such circumstances. This paper also discuss the results obtainable from this method such as reliability estimate, mean and variance of failures and confidence intervals. The resultant of this reliability prediction system is mainly benefitting small and medium-sized enterprise's field engineers.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구 문제는 제품의 수명주기 시험을 테스트 할 수 있는 엑셀 스프레드 쉬트 기반에서 손쉽게 활용할 수 있는 엑셀 VBA 수명 시뮬레이션 패키지 개발을 통하여 중도절단 시간(Censoring Time)과 수명 시험에 투입된 시료(sample) 수, 수명 분포의 모수들과 샘플링 시간 간격을 수용할 수 있는 엑셀 VBA(Visual Basic for Application)어플리케이션를 개발하여, 제품이 보증하는 수명 내에서 합리적으로 제조자가 사용자에게 적정한 보증수명을 제시할 수 있는 근거를 마련토록 하여 신뢰성 보증시험의 비용절감과 기업의 경쟁력 확보에 기여하는데 그 목적이 있다.
이중 형상모수는 수명시험 시간 계산에 있어서 매우 중요한 모수로서 고장 특성이나 재료특성에 따라 결정되고 동일한 유형의 부품일 경우 유사한 값을 갖는 특성이 있다. 본 연구에서는 위치모수(location parameter)가 영(zero)인 것으로 알고 있거나 자료의 적절한 변환으로 위치모수를 영으로 놓음으로써, 두 모수 와이블 분포에 우리의 관심을 제한하기로 한다[9].
본 연구에서는 제품이나 시스템의 성능 평가 중에서 제품이나 시스템의 수명 시험 데이터를 제공하여 성능평가를 손쉽게 할 수 있는 범용 신뢰성 예측을 위한 수명 시험 시뮬레이션 모델을 통하여 설계되는 부품, 서브시스템, 조립품, 제품 레벨의 고장률이 전체이나 시스템에 어떠한 영향을 미치는 가를 상대적으로 산출할 수 있는 신뢰성 측도를 시뮬레이션 방법을 통하여 산정하는 방법론 과 신뢰성 예측 모델의 개발을 연구하고자 한다.
수명 시험은 제품의 실제 사용 조건을 구현하기가 어렵고 부품단위 이상의 것은 시험이 어렵고 곤란하며 비용이 많이 소모되어 이를 실제 사용 조건과 유사한 환경에서 발생되는 고장시간 데이터를 생성함으로서 쉽게 제품이나 시스템 아이템의 행태를 쉽게 추적하고 분석 할 수 있는 엑셀 기반의 수명 시험 시뮬레이션 프레임웍의 프로토 타입을 개발 하였다. 이를 통하여 제품의 수명과 관련된 품질 특성치의 성능평가 및 향후 제품의 다자인철학에 반영하여 사용할 수 있는 현장의 실무자 수준에서 손쉽게 적용하고 관리 가능한 수명 시험 데이터 관리 및 분석에 관한 방법론을 제공하고 있다.

가설 설정

7) 중도중단 여부와 중도 중단 시간이나 사이클의 값을 입력하게 된다.
연구문제에 대한 가정으로 제품이나 시스템 또는 아이템의 수명이 척도 모수(scale parameter)와 형상 모수(shapeparameter)의 두 모수를 가진 와이블 분포(Weibull distribution)를 따르는 경우를 가정하고 이러한 환경에서 수명시험을 시뮬레이션하여 다음의 효과를 알아볼 수 있는 소프트웨어 팩키지를 디자인 한다.

제안 방법

수명 시험은 제품의 실제 사용 조건을 구현하기가 어렵고 부품단위 이상의 것은 시험이 어렵고 곤란하며 비용이 많이 소모되어 이를 실제 사용 조건과 유사한 환경에서 발생되는 고장시간 데이터를 생성함으로서 쉽게 제품이나 시스템 아이템의 행태를 쉽게 추적하고 분석 할 수 있는 엑셀 기반의 수명 시험 시뮬레이션 프레임웍의 프로토 타입을 개발 하였다. 이를 통하여 제품의 수명과 관련된 품질 특성치의 성능평가 및 향후 제품의 다자인철학에 반영하여 사용할 수 있는 현장의 실무자 수준에서 손쉽게 적용하고 관리 가능한 수명 시험 데이터 관리 및 분석에 관한 방법론을 제공하고 있다.
수명시험 예측 시뮬레이션을 활용하기 위해서는 엑셀시트에 분석 및 예측해 보고자 하는 현재의 상황을 7개의 스프레드쉬트 모델로 구축하고 매크로 입력 데이터를 입력하면 의 기존의 엑셀 시트에 단계별로 시뮬레이션을 실행하고 해당 데이터가 생성되고 기술 통계량, 그래프 등의 결과물을 생성하게 된다.
제품이나 시스템의 초기 설계단계에서 설계 대안을 손쉽게 비교 검토하고 요구되는 신뢰성을 제품에 구현시킬 수 있는 시뮬레이션을 통한 스프레드쉬트 기반의 신뢰성예측 모델의 개괄적인 프레임웍을 제시하였다.

이론/모형

단계 3) 정렬된 수명 데이터를 가지고 선택 할 수 있는 식 (3)~식 (6)에 따른 Probability Plot 방법이나 Hazard Plot에 따라 추정 회귀식을 예측 할 수 있는 데이터로 변환한다. 여기서 회귀계수를 구하기 위해서는 최소자승법을 사용한다.

성능/효과

확률분포에 기반을 둔 제품이나 시스템의 고장시간을 생성하기 위하여 엑셀 2010버전 난수함수인 = RAND( )를 사용하며 각각 10,000개의 난수를 가지고 X-Y 산포도를 그려본 결과 에서와 같이 X축과 Y사이에 상관계수가 0이며 0~1사이의 고르게 분포되며 빈 포켓 공간이 존재하지 않고 평균 0.5, 분산 0.28로 계산되어 수명시험 시뮬레이션에서 사용하기 위한 충분조건을 만족시키고 있다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	신뢰성은?	신뢰성은 제품의 시간에 따른 장기간의 품질을 의미하는 것으로 정확한 평가를 위해서는 많은 시간과 비용이 요구되고, 따라서 신뢰성 평가시간이 제조업체에게는 큰 부담이 되고 있다.
	기술의 발전 속도가 빨라짐에 따라 단축되고 있는 것은?	최근 제품의 신뢰성에 대한 소비자의 관심이 높아지면서 제조업체에서는 제품의 신뢰성을 평가해야 할 필요성이 점점 더 커지고 있다. 또한, 기술의 발전 속도가 빨라짐에 따라 제품의 수명주기와 개발기간도 단축되고 있으며, 개발기간 중 신기술과 신소재의 적용에 따른 설계상의 문제를 해결하고 신뢰성을 보증하는데 많은 시간과 비용이 소요되고 있는 것이 현 실정이다.
	중도중단시험을 3가지로 나눠서 설명하라.	① 정시 중단시험 : 정상적인 사용조건 하에서 고장에 관계없이 미리 정해진 일정하 시간동안 시험(TypeI Censoring) ② 정수 중단시험 : 정상적인 사용조건 하에서 샘플 중일정수가 고장 나면 시험을 중단하는 시험(TypeⅡ Censoring) ③ 가속수명시험(ALT) : 사용조건을 정상 사용 조건보다 강화해서 수명시간을 단축할 목적으로 시험함.

참고문헌 (20)

박동호, 백재욱, 박정원, 송병석; "신뢰성 공학", 한국방송통신대학 출판부, 2010.
서호복; "신뢰성 데이터의 해석법", 자동차공학회지, 9(3) : 23-35, 1987.

원문보기 상세보기
엄태원; "누적 해저드지의 모수추정에 관한 연구 : 컴퓨터 프로그래밍 및 신뢰성 공학에의 응용", 산업경영시스템학회지, 16(28) : 145-155, 1993.
정수일; "신뢰성 확률지의 전산화에 관한 연구(VI)", 산업경영시스템학회지, 22(50) : 373-380, 1999.
정재헌; "신뢰성 설계 및 데이터 분석을 위한 소프트 웨어의 개발", 아주대학교 대학원 석사학위논문, 1992.
최준선; "엑셀 2010 매크로 & VBA", 멘토르, 2011.
Bajaria, H. J.; Difference Between Reliability Testing and Durability Testing, http://www.multiface.com.
Desmarais, B.; "Using the Microsoft Excel Pivot Table for Reliability Applications," IEEE 34th Annual Spring Reliability Symposium, "Reliability-Investing in the Future," 1996.
Dhillon, Balbir, S.; "Life Distributions," IEEE Trans. on Reliability, R-30(5) : 457-460, 1981.

상세보기
Dorner, William, W.; "Using Excel for Weibull Analysis," http;//www.qualitydigest.com/jan99/html/body_weibull.html.
Gedam, S. G. and Beaudet, S. T.; "Monte Carlo Simulation using Excel Spreadsheet for Predicting Reliability of a Complex System," Proc. Ann. Reliability and Maintainability Symp: 433-436, 2000.
Jones, J. A. and Hayes, J. A.; "Use of a field failure database for improvement of product reliability," Reliability Engineering and System Safety, 55 : 131-134, 1997.

상세보기
Keeling, K. B. and Pavur, R. J.; "Numerical Accuracy Issues in Using Excel for Simulation Studies," Proceedings of the 2004 Winter Simulation Confrence, 2004.
Law, A. M. and Kelton, W. D.; Simulation Modeling and Analysis, 2nd ed., McGraw-Hill, 1991.
Lawless, J. F.; "Statistical Methods for Life Time Data," New York, John Wiley and Sons, 1982.
Lewis, E. E.; "Introduction to Reliability Engineering," 2nd ed., New York, John Wiley and Sons, 1992.
Nelson, Wayne; "Applied Life Data Analysis," New York, John Wiley and Sons, 1982.
Ormon, S. W., Cassady, C. R., and Greenwood, A. G.; "A Reliability Prediction Models to Support Conceptual Design," IEEE Trans. on Reliability, 51(2) : 151-157, June 2002.

상세보기
Palisade Corperation, @Risk : Risk Analysis and Simulation Add-In for Microsoft Excel, New York, 2000.
Quanterion; "Reliability Toolkit : Commercial Practices Edition," Reliability Analysis Center, 1997.

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