[논문]Telcordia SR-332 Issue 2를 이용한 신뢰성 예측

이덕규; 심중호

Telcordia SR-332 Issue 2를 이용한 신뢰성 예측
Reliability Prediction using Telcordia SR-332 Issue 2 원문보기

이덕규 (에스지에스테스코 시험인증센터) , 심중호 (에스지에스테스코 시험인증센터)

Wide range of methodology of reliability prediction for system exists. For railway field, MIL-HDBK-217F, which has not been revised since early in 1990, is used for reliability prediction if historical data is not available. Since this standard has been published, quality and performance of electronic products have been improved rapidly and various kinds of items have been released, however new versions of items could not be released because the prediction standard could not follow up the speed of the production. Thus, this thesis introduces Telcordia SR-332 Issue 2 and would like to compare and analyze the result from MIL-HDBK-217F together with some cases we performed.

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문제 정의

또한 RAMS에서 우선시 되는 활동에서 현실을 반영하지 못한 데이터가 산출 된다면, 전체적인 데이터가 무의미해지기 때문이다. 이에 본 논문은 Telcordia SR-332 Issue 2의 규격을 소개 및 정리하고, 당사에서 진행하는 소단위 프로젝트의 사례를 통해 MIL-HDBK-217F와 결과를 분석해보고자 한다.
본 논문은 신규규격 Telcordia SR-332 Issue 2를 간단하게 정리하였고, 구 규격과의 산출결과를 비교해 보았다. 이후에는 실제 고장 데이터를 수집하여 신규규격 예측 데이터와의 정확성 및 상관관계에 대해 연구해 보고자 한다.

가설 설정

고장률은 감마분포를 따르는 것으로 가정한다. Unit에 대한 평균 고장률과 표준편차가 주어지면, 감마 분포로 형상모수(shape parameter)와 척도모수(scale parameter)는 다음과 같다.
이 부분은 지수분포를 따른다. 전자 장비는 운영의 첫해 이후 기간으로 가정한다. 그러나 마모고장 구간은 20년 이상으로 본 규격에서는 적용하지 않는다.

제안 방법

3) SR-332는 타 규격에 비해 Bathtub 곡선의 초기고장을 적용하였다. Early life에서의 고장률은 높고 급속하게 감소한다.
추가부품은 이태릭체, 변경값은 굵은체로 표현했다. Device의 고장률은 평균 고장률과 표준편차 고장률로 구분하였다.
위의 분석은 UCL이 기본 90%일 때 이다. UCL을 구분하기 위해서는 표준편차를 사용하여 척도모수를 알아야 하는데 본 논문에서는 따로 정리하지는 않았지만 사용하는 모델은 표 1에서 정리한 정상상태 고장률을 표준편차 고장률로 변경하면 된다. 도구를 이용한 UCL의 변경에 따른 분석은 아래 표 7과 같다.
동작온도, 품질등급, 전기적 스트레스인자는 모두 기본값으로 하고, 환경인자는 Ground, Fixed Uncontrolled를 사용하였다.
정량적인 분석을 통해 전체 신뢰성 및 안전성 관리를 하는 철도 RAMS를 위해서 초기부터 정확한 분석이 이뤄 지려면 신규규격도 함께 고려해야 할 필요가 있다. 본 논문은 신규규격 Telcordia SR-332 Issue 2를 간단하게 정리하였고, 구 규격과의 산출결과를 비교해 보았다. 이후에는 실제 고장 데이터를 수집하여 신규규격 예측 데이터와의 정확성 및 상관관계에 대해 연구해 보고자 한다.
90%의 UCL의 의미는 예측을 통한 최종 고장률 값이 실제고장률 보다 높을 확률이 90%라는 표현이다. 요구사항 UCL을 적용하기 위해 고장률을 평균과 표준편차로 구분하고 감마 분포를 적용한다. 만약 UCL 90% 이면 기존과 동일하게 평균고장률만 고려하면 된다.

대상 데이터

본 규격은 최신 정보를 바탕으로 통신관련 및 기타 전자 장비의 신뢰성을 예측하고 서비스 제공자들의 준수사항에 대한 지침서를 마련하고자 Telcordia에서 2006년 9월에 개정한 것으로 이를 위해, 많은 관련 전문가(Alcatel USA, Cisco System, Extreme Networks, Intel, JSD Uniphase, Lucent Technologies, Motorola)들이 참여했다.
본 사례에 사용된 대상은 승강장 스크린 도어 시스템(PSD)로 RAMS 활동을 요구하는 사업자별 정량적 신뢰성 목표치는 아래 표 4와 같다.

성능/효과

4) Bathtub의 정상상태(Steady-state)고장은 일정 고장률을 적용한다. 이 부분은 지수분포를 따른다.
5) Section 8의 일반 Device 고장률은 새로운 데이터에 기초하여 개정되었다. 몇몇 Device가 추가되었으며 기존에 복잡한 범위도 확장되었다.
6) 고장률에 영향을 미치는 인자는 동작온도, 전기적 스트레스, 품질, 환경조건 의 4가지이다. 동작온도는 30 ~ 65 °C 범위에서 0.
7) Section 9의 전기적 스트레스 파라메타는 퍼센트 보다 소수점으로 표현되었다.
7) Unit 고장률에는 Wire, Cable, Solder Connection, Wire Wrap Connection, Printed Wiring Board는 배제된다. 그리고 유해물질 사용의 제한 (RoHS), 표면 실장형 부품(SMT), 가용성 분석에 있어 서비스에 영향을 주지 않는 것은 제외하는데 대체할 데이터가 존재 할 시에는 삽입 가능하다.
8) 상위 신뢰수준(UCL)은 기존 90%인 보수적인 고정값이 아닌 요구사항(예, 80%, 95% UCL)에 맞게 변경 가능하도록 하였다. 90%의 UCL의 의미는 예측을 통한 최종 고장률 값이 실제고장률 보다 높을 확률이 90%라는 표현이다.
8) 품질 Factor Level III 는 공학적인 판단에 근거해서 0.9에서 0.8로 감소되었다.
도구를 이용한 UCL의 변경에 따른 분석은 아래 표 7과 같다. 통계적으로 UCL 50%는 실제 MTBF가 8720 시간보다 높을 확률이 50%라는 것이다.

핵심어

질문

논문에서 추출한 답변

IEC 62278의 부속서 B에서 신뢰성 예측 규격으로 무엇을 제시하였나?

Telcordia SR-332는 국가나 국제규격이 아닌 업체규격이기는 하지만, 타 규격에 비해 실무에서는 더 많이 사용 되고 있어 세계적으로 인정 받는 규격이다. 철도 RAMS 규격인 IEC 62278의 부속서 B에는 신뢰성 예측규격으로 MIL-HDBK-217을 제시하고 있지만, 위와 같은 문제로 최신 부품 및 모델정보를 반영하는 신규규격으로 예측해야 할 필요를 가지고 있다. 또한 RAMS에서 우선시 되는 활동에서 현실을 반영하지 못한 데이터가 산출 된다면, 전체적인 데이터가 무의미해지기 때문이다.

Telcordia SR-332 Issue 2는 어떻게 구성되는가?

Telcordia SR-332 Issue 2 (이하 SR-332 Issue 2라 한다)의 구성은 다음과 같다. Section 1은 사전 발행문서(Issue 1)에 비해 변경된 점을 소개한다. Section 2은 Telcordia 접근법에 따라, 신뢰성 예측의 목적 및 방법의 개요를 기술한다. Section 3 과 4는 Device에 대한 신뢰성 예측 방법을 설명한다. Section 5와 6은 각 Unit 과 시스템 신뢰성 예측의 방법을 설명한다. Section 7은 Device와 Unit에 대한 신뢰성 예측의 상위 신뢰수준(Upper Confidence Level)을 추정하는 방법을 제공한다. Section 8은 Device의 일반적인 파라메타 값을 설명하고, Section 9는 고장률에 영향을 미치는 Factor를 설명한다. Appendix에는 이 규격에서 추정된 고장률과 여러 신뢰성 척도와의 관계, 참조문서, 용어정의를 설명한다.

Telcordia SR-332 Issue 2란?

본 규격은 최신 정보를 바탕으로 통신관련 및 기타 전자 장비의 신뢰성을 예측하고 서비스 제공자들의 준수사항에 대한 지침서를 마련하고자 Telcordia에서 2006년 9월에 개정한 것으로 이를 위해, 많은 관련 전문가(Alcatel USA, Cisco System, Extreme Networks, Intel, JSD Uniphase, Lucent Technologies, Motorola)들이 참여했다.

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