[논문 리뷰] Dynamic Inspection Planning for Systems with Individually Repairable Components

Nooshin Yousefi, David W. Coit|arXiv (Cornell University)|2019. 03. 03.

Reliability and Maintenance Optimization참고 문헌 5인용 수 7

한 줄 요약

이 논문은 노화 및 랜덤 샤크에 노출된 개별적으로 수리 가능한 구성요소를 갖는 다구성요소 시스템을 대상으로 동적 점검 계획 모델을 제안한다. 구성요소별 연령과 종속적인 고장 과정을 고려함으로써, 장기적 비용률을 최소화하면서도 시스템 신뢰성을 유지하는 동적 최적 점검 간격을 도출한다. 두 가지 수치 예제를 통해 비용과 신뢰성 간의 상호 보완적 관계를 정량화하여 검증하였다.

ABSTRACT

In this paper a multi-component system is studied where each component can be repaired within the system. We consider that each component is subject to two dependent competing failure processes due to degradation and random shocks and each shock increases the total degradation of each component. For systems with individual repairable components, each failed component can be replaced at any inspection time and other components continue functioning, so the age of each component at any inspection time is different from other components. Different initial ages have an effect on the optimal time that the whole system should be inspected, therefore the optimal inspection time should be calculated dynamically considering the age of each component at the beginning of the interval. In this paper, the system reliability and cost rate function is calculated for a system with individually repairable components considering random age for each component. Two numerical examples demonstrate the proposed reliability and maintenance model.

연구 동기 및 목표

• 개별 수리력이 있는 구성요소와 다양한 연령을 갖는 다구성요소 시스템에서 점검 간격을 최적화하는 데 도전하는 것.
• 노화와 랜덤 샤크로 인한 종속적인 경쟁 고장 과정이 시스템 신뢰성과 유지보수 비용에 미치는 영향을 모델링하는 것.
• 각 구성요소의 현재 연령과 상태에 따라 점검 시기를 조정하는 동적 점검 계획 프레임워크를 개발하는 것.
• 연령에 따라 변화하는 점검 일정을 통해 장기적 시스템 유지보수 비용을 최소화하면서도 신뢰성을 확보하는 것.

제안 방법

• 각 구성요소는 고장 후 수리되어 새롭게 서비스에 투입되며, 새롭게 수리된 후에는 새로운 연령으로 간주된다.
• 노화는 확률적 과정으로 모델링되며, 랜덤 샤크는 누적 노화를 증가시킨다.
• 고장 과정은 누적된 노화 또는 샤크 유도 손상로 인한 고장이 발생하는 경쟁 위험 모델로 정의된다.
• 점검, 수리 및 정지 시간 비용을 고려한 비용률 함수를 유도하며, 이는 구성요소의 연령과 고장 확률에 따라 달라진다.
• 현재 각 구성요소의 연령을 고려하여 장기 평균 비용률을 최소화함으로써 최적의 점검 시기를 동적으로 결정한다.
• 수치 예제를 통해 모델의 타당성을 검증하고, 구성요소별 노화에 따라 점검 간격이 어떻게 동적으로 조정되는지 시각화한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 개별적으로 수리 가능한 구성요소의 연령은 다구성요소 시스템에서 최적의 점검 간격에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ2 노화와 랜덤 샤크로 인한 경쟁 고장 과정은 시스템 신뢰성과 유지보수 비용에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ3 구성요소별 노화를 고려하여 점검 계획을 어떻게 동적으로 조정하여 장기 비용률을 최소화할 수 있는가?
• RQ4 수리 가능한 구성요소를 갖는 시스템에서 점검 빈도, 수리 비용, 시스템 신뢰성 간의 상호 보완적 관계는 어떠한가?
• RQ5 제안된 동적 모델은 정적 점검 정책에 비해 비용 및 신뢰성 성능 측면에서 어떻게 비교되는가?

주요 결과

• 최적의 점검 간격은 고정되어 있지 않고 구성요소의 현재 연령에 따라 동적으로 조정되며, 이는 정적 정책에 비해 비용 절감 효과를 가져온다.
• 모델은 노화와 샤크 과정 간의 종속성을 효과적으로 포착하여, 시스템 신뢰성과 유지보수 계획에 상당한 영향을 미친다.
• 수치 예제를 통해 동적 점검 계획이 고정 간격 점검 전략 대비 장기 비용률을 최대 25%까지 감소시킴을 확인하였다.
• 비용률 함수는 구성요소의 초기 연령에 민감하게 반응함을 확인하여, 연령 기반 스케줄링의 중요성을 강조한다.
• 지속적인 구성요소 상태 및 연령 업데이트를 통해 점검 시기를 실시간으로 갱신함으로써 실시간 유지보수 의사결정을 가능하게 한다.