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와이블 분포를 이용한 다기능 다중상태 대기시스템의 신뢰도 분석
Reliability Analysis of Multi-functional Multi-state Standby System Using Weibull Distribution 원문보기

Journal of Korean Society of Industrial and Systems Engineering = 한국산업경영시스템학회지, v.40 no.3, 2017년, pp.138 - 147  

김지혜 (인천대학교 산업경영공학과) ,  정영배 (인천대학교 산업경영공학과)

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

As the functions and structure of the system are complicated and elaborated, various types of structures are emerging to increase reliability in order to cope with a system requiring higher reliability. Among these, standby systems with standby components for each major component are mainly used in ...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 논문에서는 부품의 고장시간 분포가 와이블 분포를 따르는 다기능 대기부품을 갖는 다중상태 대기시스템의 신뢰도 분석 모형을 제안하였다. 해당 시스템의 신뢰 도를 분석하기 위해 마르코프 체인 분석 방법을 이용하 였다.
  • 본 논문에서는 부품이 고장 났을 경우 수리가 불가능한 비수리계 시스템의 경우로 한정하였는데 이를 확장하여 일반적인 수리계 시스템에서의 가용도를 분석할 수있다. 또한 브릿지 시스템과 같은 구조가 복잡한 시스템이 다기능 대기부품을 갖고 있을 경우 신뢰도를 용이하게 분석할 수 있도록 확장할 수 있다.
  • 본 연구의 목적은 기존의 Kim et al.[4]이 고려한 다기능 대기부품을 갖는 항공기 유압펌프 시스템에서 부품의 고장률이 일정한 경우만을 분석한 지수분포의 한계점을 보완하여 보다 현실적으로 다양한 고장률을 반영할 수 있는 와이블 분포를 이용하여 마르코프 분석 방법을 통해 신뢰도 분석 모델을 개발하는 것이다.
  • 부품의 고장률이 와이블 분포를 따르는 다기능 다중상태 대기시스템의 효과를 분석하기 위해 본 논문에서는 두 가지 비교 모형을 제시한다. 대기부품을 갖지 않는 기본적인 병렬시스템과 주요부품 모두 대기부품을 갖는 대기시스템의 신뢰도를 분석한다.

가설 설정

  • (1) 이전 상태에서 다음 상태로의 전이 확률은 일정하게 유지되어야 한다.
  • (1) 주요부품과 대기부품은 모두 동일한 부품이며 동일한 기능을 수행한다.
  • (4) 각 부품의 고장시간 분포는 와이블 분포를 따르며 고장 시 수리되지 않는다.
  • 와이블 분포는 형상모수(β), 척도모수(α),위치모수(ν) 모수를 갖는 연속형 확률분포로 시간의 경과에 따라 감소(β< 1), 일정(β=11), 증가(β>1)하는 고장률을 표현할 수 있다. 본 논문에서는 위치모수를 0으로 가정한다. 따라서 와이블 분포의 고장밀도함수 f(t),신뢰도 R(t), 불신뢰도 F(t), 고장률 h(t)는 각각 식 (3)~식(6)과 같이 정의된다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
신뢰도란 무엇인가? 신뢰도란 구성품, 장치, 설비 또는 시스템이 주어진 사용 조건하에서 규정된 기간 동안 의도한 기능을 수행할 확률을 의미한다.
복잡하고 새로운 시스템 구조에 대응하기 위해 기업들은 어떤 방법을 채택하였는가? 기업들은 복잡하고 새로운 시스템 구조에 대응하기 위해 주요부품 고장 시 대기부품이 작동되는 중복구조를 많이 채택하고 있다. 중복구조의 경우 비 중복구조에 비해 높은 신뢰도를 갖추고 있기 때문에 높은 신뢰도를 필요로 하는 산업에서 주로 이용되고 있다.
선박이나 항공기의 중복구조 적용에 따르는 문제점을 보완하기 위한 방법은? 한편, 중량이 큰 부분을 차지하는 선박이나 항공기의 경우 주요부품마다 대기부품을 갖추기 어려워 일반적인 중복구조를 적용시키기엔 제약이 따른다. 이러한 점을 보완하기 위해 여러 주요부품의 기능을 대신 수행할 수 있는 다기능 대기부품을 이용하여 중복시스템을 구성할 경우 중량과 신뢰도라는 두 가지 목표를 모두 만족시킬 수 있다.
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참고문헌 (13)

  1. Agarwal, S.C., Sahani, M., and Bansal, S., Reliability Characteristic of Cold-Standby Redundant System, International Journal of Research and Reviews in Applied Sciences, 2010, Vol. 3, No. 2, pp. 193-199. 

  2. El-Damcese, M.A. and Temraz, N.S., Availability and reliability measures for multi-state system by using markov reward model, Journal of Reliability : Theory & Applications, 2011, Vol. 2, No. 3, pp. 68-85. 

  3. Jackson, A., Reliability Modeling that Combines Markov Analysis and Weibull Distributions, Proceedings Annual Reliability and Maintainability Symposium, 2013, Orlando, FL, USA, pp. 1-6. 

  4. Kim, D.H., Lee, S.H., and Lim, J.H., Reliability analysis of multi-state parallel system with a multi-functional standby component, Journal of the Korea Industrial Information Systems Research, 2015, Vol. 20, No. 4, pp. 75-87. 

  5. Kim, H.S. and Kim, P.S., A Reliability-Redundancy Optimization Problem of Series-Parallel system Using CTMC Model, Journal of Yonsei Business Review, 2013, Vol. 50, No. 2, pp. 273-294. 

  6. Kim, Y.S. and Chung, Y.B., A Study on Reliability Prediction of System with Degrading Performance Parameter, Journal of Society of Korea Industrial and Systems Engineering, 2015, Vol. 38, No. 4, pp. 142-148. 

  7. Lisnianski, A., Elmakias, D., Laredo, D., and Haim, H.B., A Multi-state Markov model for a short-term reliability analysis of a power generating unit, journal of Reliability Engineering and System Safety, 2012, Vol. 98, No. 1, pp. 1-6. 

  8. Lisnianski, A., Frenkel, I. and Ding, Y., Multi-state System Reliability Analysis and Optimization for Engineers and Industrial Managers, London : Springer, 2010. 

  9. MIL-HDBK-338B : Electronic reliability design hand book, Fort Belvoir, VA : Defense Quality and Standardization Office, 1998. 

  10. Muhammad, M., Mokhtar, A.A., and Majid, M.A.A., Reliability Assessment of Multi-State Repairable System Subject to Minimal Repairs and Constant Demand, IEEE Colloquium on Humanities, Science and Engineering Research, 2011, Penang, Malaysia, pp. 1-5. 

  11. Osaki, S. and Asakura, T., A Two-Unit Standby Redundant System with Repair and Preventive Maintenance, Journal of Applied Probability, 1970, Vol. 7, No. 3, pp. 641-648. 

  12. Ram, M., Singh, S.B. and Singh, V.V., Stochastic Analysis of a Standby System With Waiting Repair Strategy, IEEE Transactions on Systems, 2013, Vol. 43, No. 3, pp. 698-707. 

  13. Subramanian, R. and Venkatakrishana, K. S., Reliability of a 2-Unit Standby Redundant System with Repair, Maintenance and Standby Failure, IEEE Transactions on Reliability, 1975, Vol. R-24, No. 2, pp. 139-142. 

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