신뢰성공학 2025년 1학기 방송통신대 중간과제물)신뢰성관리의 개념, 고유신뢰성, 사용신뢰성의 정의 및 향상 방법을 종합적으로 논하시오. Kaplan-Meier 추정법 수명분포 불신뢰도 신뢰도 고장률 직렬계 대기 리던던트 시스템 등

소개글

신뢰성공학 2025년 1학기 방송통신대 중간과제물)신뢰성관리의 개념, 고유신뢰성, 사용신뢰성의 정의 및 향상 방법을 종합적으로 논하시오. Kaplan-Meier 추정법 수명분포 불신뢰도 신뢰도 고장률 직렬계 대기 리던던트 시스템 등에 대한 보고서 자료입니다.

목차

1. 신뢰성관리의 개념, 고유신뢰성, 사용신뢰성의 정의 및 향상 방법을 종합적으로 논하시오.
1.1. 신뢰성관리의 정의와 목적에 대해 서술하시오 (5점).
1.2. 고유신뢰성의 정의를 서술하고 이를 높이기 위한 대표적인 방법들을 서술하시오 (5점).
1.3. 사용신뢰성의 정의를 서술하고 이를 높이기 위한 대표적인 방법들을 서술하시오 (5점).

2. 어떤 부품 40개에 대하여 수명시험을 실시한 결과, 아래와 같은 고장 시간이 측정되었다고 하자. 히스토그램을 이용하여 수명분포 를 추정하고, 불신뢰도 , 신뢰도 , 고장률 를 시각화하시오 (5점).

3. 어느 부품 6개에 대해 수명시험을 실시한 결과, 아래와 같은 고장(또는 중도중단) 시간이 관측되었다고 하자.
여기에서 +표시는 중도중단(censoring)을 의미한다. Kaplan-Meier 추정법을 이용하여 t=10 시간에서의 신뢰도 을 추정하고 95% 신뢰구간을 구하시오 (5점).

4. 직렬계, 리던던트 시스템, 대기 리던던트 시스템이 무엇을 의미하는지 간단히 정의하고, 이에 대한 현실적인 예를 한 가지씩 들어서 설명하시오 (5점).
1) 직렬계 2) m/n 리던던트 시스템 3) 대기 리던던트 시스템

5. 참고문헌

본문내용

9 일 때,
t=10은 9.1≤t<15.0 구간에 속하므로: = 0.625이다.
의 표준편차 추정치는 교재 p68의 Greenwood 공식 (4.6)에 따라 다음과 같다.
표준편차 =
(t=5.2 시점에서 총 6개의 아이템이 관측 중이었고 이 시점에서 1개의 아이템이 고장났다. 또한 t=9.1 시점에서는 5.2 시점에서 1개가 고장났고, 7.3 시점에서 1개가 중도중단되어 잔존 수가 4이고, 이 시점에서도 1개의 아이템이 고장이 났기 때문에 위와 같은 식이 만들어진 것이다.)
따라서 의 95% 신뢰구간은 교재 p68의 식 (4.8)에 따라 다음과 같다.
신뢰도함수는 1을 초과할 수 없어 상한은 1로 제한되므로
95% 신뢰구간은 (0.2065, 1)이 된다.
4. 직렬계, 리던던트 시스템, 대기 리던던트 시스템이 무엇을 의미하는지 간단히 정의하고, 이에 대한 현실적인 예를 한 가지씩 들어서 설명하시오 (5점).
1) 직렬계
직렬계(series system)는 시스템 내의 어느 구성품이든 하나라도 고장 나면 시스템 자체가 곧 고장 나는 것이다. 직렬계는 기능적 관계 중 가장 간단한 것으로 n개의 구성품이 순차적으로 나열된다. 예를 들면, 자동차의 브레이크는 운전자가 브레이크 페달을 밟으면 유압이 전달되어 바퀴에 장착된 브레이크 패드가 디스크(또는 드럼)를 잡아 속도를 줄이는 방식으로 작동한다. 그런데 이 과정에서 어느 한 단계라도 문제가 생기면 전체 브레이크 시스템이 작동하지 않아 차량이 멈추지 못하는 사고로 이어질 수 있다.
직렬계의 신뢰도는 각 구성품의 신뢰도보다 낮고, 시스템 내 구성품이 많을수록 신뢰도가 더 낮아진다. 따라서 직렬계의 신뢰도를 높이기 위해서는 각 구성 품의 신뢰도를 높여야 한다. 또한 동일한 기능을 수행하는 구성품을 복수 개 병행해서 사용하여, 그들 중 일부가 고장 나도 시스템이 제 기능을 유지하도록 하기 위해 리던던트 시스템[redundant system, 용장계(冗長系)라고도 함]으로 설계하기도 한다. 예를 들면, 능동병렬계, 대기 리던던트 시스템, 리던던트 시스템 등이 리던던트 시스템에 해당한다.
2) 리던던트 시스템
m/n(m out of n, 1≤m≤n) 리던던트 시스템은 n개의 구성품 중 적어도 m개가 작동하면 시스템이 작동하는 것이다. 단일 구성품보다 리던던트 시스템으로 하면 신뢰도는 높아지지만 동일 기능을 가진 요소를 복수 개 사용하게 되므로 비용, 중량, 용적 등이 증가한다. 따라서 시스템 신뢰도 향상을 위해서는 리던던트 시스템으로 할 것인지, 시스템 내 구성품의 신뢰도를 향상시킬 것인지는 Q(quality, 질), C(cost, 비용), D(delivery, 납기), S(safety, 안정성) 면에서 종합적으로 판단해야 한다.
n개의 겹줄로 움직이는 승강기에서 최대부하를 견디는 데 적어도 m개의 겹줄이 필요한 경우가 예가 된다. 자동차의 제동 시스템은 브레이크 패드, 브레이크 디스크, 브레이크 플루이드, 브레이크 캘리퍼 등 여러 부품으로 이루어져 있다. 이때, 일부 부품이 고장이 나더라도 충분한 수의 부품이 올바르게 동작하면 전체 시스템은 여전히 정상적으로 작동하므로, 자동차의 브레이크 제동 시스템은 m/n 리던던트 시스템의 예가 될 수 있다.
또한 대부분의 대형 항공기는 두 개 이상의 엔진을 가지고 있는데, 두 개 이상의 엔진 중 적어도 하나 이상이 작동해야 항공기가 안전하게 비행 가능하므로 m/n 리던던트 시스템의 예라고 할 수 있다.
3) 대기 리던던트 시스템
대기 리던던트 시스템[standby redundant system 또는 passive parallel system(수동 병렬계)]은 하나의 구성품(주부품)만 사용상태에 두고 나머지는 필요할 때까지 대기상태로 두는 시스템이다. 따라서 대기 리던던트 시스템의 수명은 주부품 1개만 있는 시스템의 수명보다 더 길다. 일상에서 쉽게 관찰할 수 있는 대기 리던던트 시스템의 예로는 가정용 발전기가 있다. 가정용 발전기는 일상 생활에서 정전이 발생했을 때 사용되는데, 이때 대기 리던던트 시스템으로 작동한다. 발전기는 일반적으로 전원 공급이 원활하지 않은 상황에서만 사용되므로, 그 외의 경우에는 대기 상태로 남겨둔다. 그리고 전기가 필요한 상황에서 발전기를 즉시 사용할 수 있다. 따라서, 가정용 발전기는 대기 리던던트 시스템의 예시 중 하나로 볼 수 있다.
5. 참고문헌
백재욱·박정원(2023), 신뢰성공학, 한국방송통신대학교출판문화원.
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