[論文レビュー] Reliability Analysis of Systems Subject To Mutually Dependent Competing Failure Processes With Changing Degradation Rate

Nooshin Yousefi, David W. Coit|arXiv (Cornell University)|Feb 28, 2019

Reliability and Maintenance Optimization参考文献 9被引用数 7

ひとこと要約

本稿では、衝撃が劣化を加速させ、劣化が衝撃の強度に影響を与える、相互に依存するソフトフェイルとハードフェイルを受けるシステムのための新規信頼性モデルを提案する。劣化にはガンマ過程を、衝撃には非時定常ポアソン過程を用い、衝撃の大きさに起因する劣化速度の動的変化を捉えることで、フィードバック効果を有する競合する故障プロセス下でのシステム信頼性評価をより正確に実現する。

ABSTRACT

In this paper, a new reliability model has been developed for a single system degrading stochastically which experiences soft and hard failure. Soft failure occurs when the physical deterioration level of the system is greater than a predefined failure threshold, and hard failure occurs when the instantaneous stress caused by a shock process is greater than a critical threshold. It is considered that the degradation and shock process are mutually dependent. In fact, each arriving shock accelerates the degradation process by adding abrupt additional damages to the degradation path and changing the degradation rate according to specific magnitude; also, the cumulative degradation changes the occurrence intensity of shock process. A gamma process is used as a stochastic process to model the degradation path. A realistic numerical example is presented to illustrate the proposed reliability.

研究の動機と目的

• 確率的劣化と衝撃プロセスの両方の影響を受けるシステムの信頼性モデルの構築を目的とする。
• 衝撃が劣化を加速させ、劣化が衝撃強度を増加させるという、劣化プロセスと衝撃プロセスの相互依存関係を捉えること。
• 衝撃の大きさに影響を受ける時間変動する劣化速度をモデル化し、現実のシステム行動を反映すること。
• モデルの適用と信頼性評価を実証するための現実的数値例を提示すること。
• 劣化プロセスと衝撃プロセスの間のフィードバック機構を考慮することで、信頼性予測の正確性を向上させること。

提案手法

• 衝撃の到着に起因する状態依存のレート変化を伴うガンマ過程を用いて劣化をモデル化する。
• 累積劣化に依存する強度を持つ非時定常ポアソン過程を用いて衝撃の発生をモデル化する。
• 衝撃の大きさを、劣化速度を増加させ、パスの勾配を変化させる要因として組み込む。
• ソフトフェイルを所定の劣化閾値を超えた場合に定義する。
• ハードフェイルを即時の応力が臨界閾値を超える衝撃として定義する。
• 指定された時刻までにソフトフェイルおよびハードフェイルが発生しない確率として、システム信頼性を導出する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 劣化プロセスと衝撃プロセスの相互依存関係は、システム信頼性にどのように影響を与えるか？
• RQ2 衝撃の大きさは、劣化速度にどのような影響を与え、結果としてシステムの故障リスクにどのように関与するか？
• RQ3 累積劣化は、衝撃発生の強度にどのように影響を与えるか？
• RQ4 時間変動する劣化速度は、システム信頼性予測にどのような影響を与えるか？
• RQ5 組み合わせたガンマ過程と非時定常ポアソン過程モデルは、競合する故障ダイナミクスをどのように正確に捉えるか？

主な発見

• 本モデルは、衝撃が劣化速度を上昇させ、劣化が衝撃強度を増加させるフィードバックループを効果的に捉えている。
• 衝撃の大きさは劣化速度に直接的な影響を与え、非線形な劣化経路を生じさせる。
• システム信頼性は、劣化と衝撃プロセスの相互依存性に著しく影響を受けており、これは独立モデルでは捉えられない。
• 本モデルは、故障プロセスの独立性を仮定するモデルよりも、より正確な信頼性評価を提供する。
• 数値例は、本モデルの実用的妥当性と、現実の信頼性分析への適用可能性を示している。
• 状態依存の劣化レートの組み込みにより、モデルの現実のシステム行動への適合性が向上している。