혼합 중복전략을 고려한 직렬-k-out-of-n 시스템의 신뢰도-중복 최적화 문제
A Reliability-Redundancy Optimization Problem of Series-k-out-of-n System with Choice of Redundancy Strategies
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초록
신뢰도란 임의의 시스템이 주어진 환경 하에서 의도하는 기간 동안 의도한 목적의 기능을 정상적으로 발휘할 확률로 정의되며, 실제 산업현장에서 제품설계 시 중요한 척도로 고려되고 있다. 혼합 중복전략을 고려하는 신뢰도-중복 최적화 문제는 비용, 무게 등의 제약 내에서 시스템의 신뢰도를 최대화하는 대안부품, 중복설계 부품수, 그리고, 중복전략을 동시에 선택하는 문제이다. 기존 연구들은 Cold-standby 중복 k-out-of-n 서브시스템의 정확한 신뢰도 평가가 난해함에 따라 근사 신뢰도 모형을 적용하고 있다. 따라서 본 연구에서는 Cold-standby 중복이 적용되고, 고장감지기를 Imperfect S/W로 고려한 k-out-of-n 서브시스템의 정확한 신뢰도를 평가할 수 있는 연속시간 마코프체인(CTMC) 모형을 제안하였다. 또한, 수치실험을 통해 기존 연구의 근사 신뢰도 모형 사용에 유의하여야 함을 보였으며, CTMC 신뢰도 모형을 기반으로 RROP의 Benchmark 문제의 최적해를 제시하였다.
Abstract
The reliability is defined as a probability that a system will operate properly for a specified period of time under the design operating conditions without failure and it has been considered as one of the major design parameters in the field of industries. Reliability-Redundancy Optimization Problem(RROP) with choice of redundancy strategies involves selection of components with multiple choices, redundancy levels and strategies(active and cold standby) for maximizing system reliability with constraints such as cost, weight, etc. In existing studies, the approximated reliability stochastic model was used because it is hard to obtain the exact reliability for k-out-of-n subsystem designed by cold standby. Therefore, this paper suggests the Continuous Time Markov Chain(CTMC) model in order to calculate the exact reliability of k-out-of-n subsystem applied cold standby with imperfect switching. The error of approximate reliability stochastic model of existing studies is analyzed by numerical experiment and the result show that it should be carefully used. Also, the optimal solutions of benchmark problem for RROP is provided based on CTMC model is suggested in this study.
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