최근 발전, 가스 설비, 화학공장 등의 대형 시스템들은 매우 복잡한 구조를 지니고 있다. 대부분의 공정들은 효율성을 위하여 높은 신뢰성을 요구하고 있으나, 복잡한 과정으로 인하여 신뢰도 분석이 상대적으로 어려운 실정이다. 복잡한 화학공정에서의 신뢰성 분석을 위하여 이 논문에서는 k-out-of-n로 구성된 화학공정을 RBD를 이용하여 신뢰성 경로를 파악하고, 고장판정행렬을 적용하여 신뢰도를 계산하였다. 이 기법이 k-out-of-n 시스템의 신뢰성 분석에 유용하게 사용될 수 있다는 것을 제시하였다.
최근 발전, 가스 설비, 화학공장 등의 대형 시스템들은 매우 복잡한 구조를 지니고 있다. 대부분의 공정들은 효율성을 위하여 높은 신뢰성을 요구하고 있으나, 복잡한 과정으로 인하여 신뢰도 분석이 상대적으로 어려운 실정이다. 복잡한 화학공정에서의 신뢰성 분석을 위하여 이 논문에서는 k-out-of-n로 구성된 화학공정을 RBD를 이용하여 신뢰성 경로를 파악하고, 고장판정행렬을 적용하여 신뢰도를 계산하였다. 이 기법이 k-out-of-n 시스템의 신뢰성 분석에 유용하게 사용될 수 있다는 것을 제시하였다.
Large scale systems, the facilities for the production of power, gas and chemical, have the complex structures. Most systems require the high reliability for the improvement of process efficiency, but it is difficult to analyze the reliability of processes with complex structures. In this study, we ...
Large scale systems, the facilities for the production of power, gas and chemical, have the complex structures. Most systems require the high reliability for the improvement of process efficiency, but it is difficult to analyze the reliability of processes with complex structures. In this study, we investigated reliability path of chemical process with k-out-of-n system by reliability block diagram(RBD) and calculated the reliability of process through the failure enumeration method of reliability path. This method should help in analyzing the reliability of k-out-of-n system.
Large scale systems, the facilities for the production of power, gas and chemical, have the complex structures. Most systems require the high reliability for the improvement of process efficiency, but it is difficult to analyze the reliability of processes with complex structures. In this study, we investigated reliability path of chemical process with k-out-of-n system by reliability block diagram(RBD) and calculated the reliability of process through the failure enumeration method of reliability path. This method should help in analyzing the reliability of k-out-of-n system.
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문제 정의
신뢰도 경로 행렬을 이용할 경우에는 각각의 열에 고장률을 변경하여 계산하면 쉽게 신뢰도 분석이 가능하다. 본 연구에서는 신뢰도 경로 행렬을 이용하여 각각의 고장률이 다른 설비들이 다양한 연결구조의 시스템 신뢰도를 분석하는데 적용이 가능함을 제시하였다.
제안 방법
이 연구에서는 먼저 복잡한 공정을 서브시스템간의 연결구조를 RBD(Reliability Block Diagram)으로 표현하였다. RBD에서 파악된 연결경로를 전개하여 블록간의 연결 경로를 신뢰성 경로 행렬로 표현하였다. 이 방법을 k out-of-n 시스템에 적용하여 신뢰성을 계산할 수 있는 방법에 대한 연구를 수행하였다.
화학공정에서 k-out-of-n의 구조로 이루어진 시스템을 RBD로 표현하여 설비간의 연결구조에 대하여 쉽게 분석할 수 있게 하였다. 시스템의 연결구조를 파악하여 공정의 흐름을 분석하여 신뢰도 경로 행렬 구성하였으며, 시스템의 신뢰도를 분석하였다. 이는 기존의 k-out-of-n 시스템을 신뢰도 분석 방법과 같은 결과를 얻음으로써 신뢰도 경로 행렬을 이용한 방법이 k-out-of-n 시스템에 적용 가능함을 보여주었다.
이 연구에서는 공정을 단순화한 RBD를 인접행렬을 이용하여 표현할 것이다. 인접행렬이란 행렬의 성분을 기본적으로 ‘1’과 ‘0’의 두 값을 갖는 것이다.
이 연구에서는 먼저 복잡한 공정을 서브시스템간의 연결구조를 RBD(Reliability Block Diagram)으로 표현하였다. RBD에서 파악된 연결경로를 전개하여 블록간의 연결 경로를 신뢰성 경로 행렬로 표현하였다.
이 행렬의 경우 종료 노드인 n+2의 성분을 포함하지 않기 때문에 계속 행렬 전개가 이루어진다. 행렬 전개 시 RBD 행렬을 이용하여 각 행의 최후 설비에서의 다음 연결 설비를 탐색한다. 확인한 연결 설비의 수가 1개를 초과할 경우에는 탐색한 연결 설비 중 첫 번째 연결 설비는 해당 행의 최후 설비 다음에 위치하도록 하고, 두 번째 이후 연결된 설비는 행렬의 최후 행에 탐색중인 설비의 행을 복사하고 최후 설비에 탐색한 연결 설비를 위치시킨다.
화학공정에서 k-out-of-n의 구조로 이루어진 시스템을 RBD로 표현하여 설비간의 연결구조에 대하여 쉽게 분석할 수 있게 하였다. 시스템의 연결구조를 파악하여 공정의 흐름을 분석하여 신뢰도 경로 행렬 구성하였으며, 시스템의 신뢰도를 분석하였다.
대상 데이터
NCC공정은 크게 cracking, quench, compressor, purification 공정으로 나눌수 있다. 이 연구에서는 k-out-of-n 시스템을 적용할 수 있는 cracking 공정을 대상으로 하였다.
이론/모형
RBD에서 파악된 연결경로를 전개하여 블록간의 연결 경로를 신뢰성 경로 행렬로 표현하였다. 이 방법을 k out-of-n 시스템에 적용하여 신뢰성을 계산할 수 있는 방법에 대한 연구를 수행하였다.
성능/효과
따라서 공정의 설계 과정에서 공정의 신뢰성을 정량적으로 예측하는 것은 매우 중요한 문제이다. 각각의 설비의 신뢰성 데이터를 바탕으로 공정이 정상 작동을 유지할 수 있도록 함으로써 공정의 안정성(Stability) 향상을 시킬 수 있다. 또한 공정내 설비의 이상으로 인한 공정중단을 예방하여, 공정내 안정성(Safety)을 향상시킬 수 있다.
신뢰도는 크게 정적신뢰도와 동적신뢰도로 나타내는데, 정적신뢰도는 사용할 시간의 길이와 관계하지 않는 신뢰도로서, 시스템이 주어진 임무를 달성할 확률을 나타낸다. 이 연구에서는 연속시간 동안 시스템의 작동을 확률로써 표현하는, 즉 확률변수인 시간 t의 함수로 나타낸 동적신뢰도가 적합하다.
시스템의 연결구조를 파악하여 공정의 흐름을 분석하여 신뢰도 경로 행렬 구성하였으며, 시스템의 신뢰도를 분석하였다. 이는 기존의 k-out-of-n 시스템을 신뢰도 분석 방법과 같은 결과를 얻음으로써 신뢰도 경로 행렬을 이용한 방법이 k-out-of-n 시스템에 적용 가능함을 보여주었다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
현대 화학공장은 왜 설계 단계에서부터 안정성을 최우선으로 고려하고 있는가?
현대 화학공장의 경우 규모가 크고, 시스템이 복잡하고 유해․위험물질들이 고온․고압상태로 다량으로 반응․운송․저장되어 화재․폭발․유독물질 누출과 같은 사고가 발생할 잠재 위험성이 매우 높아 설계단계에서부터 안전성(Safety)을 최우선으로 고려하고 있다. 최근에는 공정설계과정에서부터 설비의 연계관계와 그에 따른 영향분석을 통하여 안정성 (Safety)을 확보하고, 공정의 이상운전을 방지, 공정의 신뢰도를 높일 수 있도록 많은 연구가 진행 중에 있다.
직렬시스템이 정상적으로 작동하기 위해서는?
직렬시스템이란 어느 한 부품만 고장 나도 전체 시스템이 고장 나는 시스템을 말한다. 즉 시스템의 정상적으로 작동하기 위해서는 모든 서브시스템들이 정상적으로 작동해야 함을 의미한다. 직렬시스템은 가장 흔히 접할 수 있는 유형의 시스템으로 각 부품의 신뢰도가 R1 , R2 , …, Rn인 직렬시스템의 신뢰성 블록도는 Fig.
공정의 안정성을 분석하는 것에서 가장 중요한 것은?
하지만 대부분 위험성평가 방법은 사고를 기반으로 하여 진행되어서 공정의 안정성(Stability)을 분석하기에는 다소 어려움이 있다. 공정의 안정성(Stability)을 분석하기 위해서는 공정시스템의 신뢰성을 정량적으로 예측하는 것은 매우 중요한 문제이다. 각각의 설비의 신뢰성 데이터를 바탕으로 공정시스템이 정상 작동을 유지할 수 있도록 함으로써 공정의 안정성(Stability)을 확보할 수 있기 때문이다.
참고문헌 (8)
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K. J. Park, J. D. Chung, Y. T. Son, M. W. Suh, "Study on a Reliability Calculation Method using Simulation for the Urban Transit Vehicle", Korean Society for Precision Engineering, 2010 Spring Conference, pp. 1485-1486 (2010)
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