[논문 리뷰] Reliability Analysis of Systems Subject To Mutually Dependent Competing Failure Processes With Changing Degradation Rate

Nooshin Yousefi, David W. Coit|arXiv (Cornell University)|2019. 02. 28.

Reliability and Maintenance Optimization참고 문헌 9인용 수 7

한 줄 요약

이 논문은 충격이 열화를 가속화하고 열화가 충격 강도에 영향을 주는 상호 의존적인 소프트 및 하드 고장에 견딜 수 있는 시스템을 위한 새로운 신뢰성 모델을 제안한다. 열화에는 감마 과정을, 충격에는 비시간균일한 Possion 과정을 사용하여 충격 강도에 따라 변화하는 열화 속도를 포착함으로써, 피드백 효과가 있는 경쟁적 고장 과정 하에서 더 정확한 시스템 신뢰성 평가를 가능하게 한다.

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.

연구 동기 및 목표

• 스토케스틱한 열화 및 충격 과정으로 인해 발생하는 소프트 및 하드 고장을 겪는 시스템을 위한 신뢰성 모델을 개발하는 것.
• 충격이 열화를 가속화하고 열화가 충격 강도를 증가시키는 바람직한 상호 의존성을 반영하는 것.
• 충격 강도에 따라 변화하는 시간에 따라 변하는 열화 속도를 모델링하여 실제 시스템 행동을 반영하는 것.
• 모델의 적용 및 신뢰성 평가를 보여주는 현실적인 수치 예제를 제공하는 것.
• 열화 및 충격 과정 간 피드백 메커니즘을 고려함으로써 신뢰성 예측의 정확도를 향상시키는 것.

제안 방법

• 충격 도착으로 인한 상태에 의존하는 비율 변화를 고려하여 감마 과정을 사용해 열화를 모델링하는 것.
• 누적 열화에 따라 변하는 강도를 갖는 비시간균일한 포아송 과정을 사용해 충격 발생을 모델링하는 것.
• 충격 강도를 열화 속도 증가 요인으로 포함하여 경로의 기울기를 변화시키는 것.
• 정의된 열화 임계값을 초과할 경우 소프트 고장으로 정의하는 것.
• 순간적인 응력이 임계값을 초과하는 충격이 하드 고장으로 정의되는 것.
• 지정된 시간 이내에 소프트 고장 또는 하드 고장이 발생하지 않을 확률로 시스템 신뢰도를 유도하는 것.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 열화 및 충격 과정 간 상호 의존성이 시스템 신뢰성에 미치는 영향은 무엇인가?
• RQ2 충격 강도가 열화 속도에 어떤 영향을 미치며, 이는 시스템 고장 위험에 어떻게 영향을 주는가?
• RQ3 누적 열화가 충격 발생 강도에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ4 시간에 따라 변하는 열화 속도가 시스템 신뢰성 예측에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ5 감마 과정과 비시간균일한 포아송 과정을 병합한 모델이 어떻게 경쟁적 고장 역학을 정확하게 포착할 수 있는가?

주요 결과

• 모델은 충격이 열화 속도를 증가시키고 열화가 충격 강도를 증가시키는 피드백 루프를 성공적으로 포착한다.
• 충격 강도는 직접적으로 열화 속도에 영향을 미쳐 비선형적인 열화 경로를 초래한다.
• 시스템의 신뢰성은 상호 의존성에 의해 크게 영향을 받으며, 이는 독립 모델에서는 포착되지 않는다.
• 실험적 고장 과정 간의 독립성을 가정하는 모델보다 제안된 모델이 더 정확한 신뢰성 평가를 제공한다.
• 수치 예제는 모델의 실현 가능성과 실제 신뢰성 분석에의 실용적 적용 가능성을 입증한다.
• 상태에 의존하는 열화 속도의 포함은 모델이 실제 시스템 행동에 더 잘 부합하도록 개선한다.