고장 모드 모델링 (고장 트리)

모델링 고장 모드(RBD) 예제에서는 신뢰성 블록 다이어그램(RBD) 접근법을 사용하여 구성 요소와 관련된 고장 모드를 분석했습니다. 이 예제에서는 '고장 모드 모델링(RBD)' 예제에서 설명한 것과 동일한 구성 요소 및 조건을 사용하되, 분석 수행을 위해 RBD 대신 고장 트리 다이어그램을 사용합니다.

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예시

이 부품은 여섯 가지 독립적인 주요 고장 모드로 인해 고장날 수 있습니다: A, B, C, D, E 및 F. 모드 A, B 또는 C가 발생하면 해당 구성 요소가 고장납니다. 모드 D, E 또는 F가 단독으로 발생할 경우 해당 구성 요소는 고장 나지 않습니다. 그러나 이들 모드 중 두 가지(또는 그 이상)가 동시에 발생할 경우(예: D와 E; D와 F; E와 F) 해당 구성 요소는 고장 납니다. 또한 모드 A, B 및 C는 이를 유발할 수 있는 사건(하위 모드)으로 더 세분화될 수 있다. 한 모드가 발생하면, 그 하위 모드도 함께 발생하며 사라지지 않는다.

다음 RBD는 주요 모드 간의 관계를 보여줍니다.

그림 1: 구성품의 RBD

다음 다이어그램은 해당 구성 요소의 대응하는 고장 트리를 보여줍니다. 투표 게이트(2/3로 표현됨)는 RBD 내의 노드를 대체합니다. 투표 게이트의 투표 수는 2로 설정되어 있으며, 이는 구성 요소가 실패하기 위해서는 3가지 기본 이벤트 중 최소 2가지가 발생해야 함을 나타냅니다.

suporte blocksim Fault Tree Diagram of Component

그림 2: 구성품 고장 트리 다이어그램

모드 A

모드 A에는 다섯 개의 독립적인(즉, 한 모드가 발생하더라도 나머지 모드가 발생할 가능성이 더 높아지지 않음) 하위 모드가 연관되어 있다: 사건 S1, S2, T1, T2 및 Y. 모드 A가 나타나는 데에는 세 가지 가능한 방식이 있다:

이벤트 S1과 S1이 모두 발생한다.
이벤트 T1 또는 T2가 발생합니다.
사건 Y와 사건 S1 또는 사건 S2 중 하나가 발생한다(즉, 사건 Y와 S1 또는 사건 Y와 S2).

다음 RBD는 모드 A의 조건을 설명합니다.

그림 3 : 모드 A의 RBD

다음 다이어그램은 모드 A에 해당하는 고장 트리를 보여줍니다. 투표 게이트의 투표 수는 2로 설정되어 있으며, 이는 모드 A가 발생하기 위해서는 3개의 조건부 사건 중 최소 2개가 발생해야 함을 나타냅니다.

그림 4: 모드 A의 고장 트리

모드 B

모드 B에는 BA, BB, BC라는 세 개의 종속 하위 모드가 연관되어 있다. 모드 B가 발생하려면 세 가지 사건 중 두 가지가 반드시 발생해야 한다. 구체적으로, 하나의 사건이 발생하면 나머지 사건들의 평균 고장 간격(MTTF)이 절반으로 줄어든다. 이것은 부하 분산 구성을 설명합니다. 각 블록의 신뢰성 함수는 다른 이벤트에 따라 달라질 것이다. 따라서 각 블록의 신뢰성은 시간뿐만 아니라 블록이 받는 응력(하중)에도 좌우됩니다.

다음 그림은 모드 B의 RBD를 보여줍니다. 하위 모드를 나타내는 블록들은 부하 분산 컨테이너 안에 위치합니다. 로드 공유 컨테이너에서 요구되는 경로 수는 2로 설정되어 있으며, 이는 모드 B가 발생하기 위해서는 포함된 3개 이벤트 중 2개가 발생해야 함을 나타냅니다.

suporte blocksim Load Sharing Container for Mode B

그림 5: 모드 B용 부하 분산 컨테이너

다음 다이어그램은 모드 B에 대응하는 고장 트리를 보여줍니다. 고장 트리 내의 부하 분배 게이트(LS)는 RBD(고장 분해 구조) 내의 부하 분배 컨테이너를 대체합니다. 로드 셰어링 게이트의 투표 수는 2로 설정되어 있으며, 이는 모드 B가 발생하기 위해서는 최소한 2개의 이벤트가 발생해야 함을 나타냅니다.

suporte blocksim Fault Tree Diagram of Mode B

그림 6: 모드 B의 고장 트리 다이어그램

각 이벤트의 가중치 비례 계수는 1로 설정되어, 모든 이벤트가 작동 중일 때 부하를 균등하게 분담할 것(각각 부하의 33.33%)을 나타냅니다. 하나가 고장 나면 나머지 두 개가 부하를 인수합니다.

부하 분산 게이트는 표준 고장 트리 게이트가 아님을 유의하십시오. BlockSim은 고장 트리 다이어그램에서 종속 사건을 표현할 수 있도록 이 게이트를 도입합니다. 이는 RBD(관계형 데이터베이스 모델) 내의 부하 분산 컨테이너와 정확히 동일한 방식으로 동작합니다.

모드 C

모드 C에는 두 개의 연속적인 하위 모드가 연관되어 있습니다: 이벤트 CA와 CB입니다. 모드 C가 발생하기 위해서는 두 사건이 모두 발생해야 합니다. 이벤트 CB는 이벤트 CA가 발생한 경우에만 발생합니다. 사건 CA가 발생하지 않았다면, 사건 CB는 발생하지 않을 것이다.

이 시나리오는 대기 중 중복성과 유사합니다. 기본적으로 CA가 발생하면 CB가 시작됩니다. 다음 그림은 모드 C의 RBD를 보여줍니다. 하위 모드를 나타내는 블록들은 대기 컨테이너 안에 위치합니다. 블록 CA의 작동 상태는 활성으로 설정되어 있으며, 블록 CB의 작동 상태는 대기 상태로 설정되어 있습니다.

suporte blocksim Standby Container for Mode C

그림 7: 모드 C용 대기 컨테이너

다음 다이어그램은 모드 C에 해당하는 고장 트리를 보여줍니다. 고장 트리 내의 대기 게이트(SB)는 RBD(실체 기반 모델) 내의 대기 컨테이너를 대체합니다.

Suporte Blocksim top event standby gate for Mode C

그림 8: 모드 C의 고장 트리 다이어그램

토론

예제 2에서 정의된 것과 동일한 보편적 신뢰성 정의(URD)를 사용한다면, 고장 트리 다이어그램 분석 결과는 RBD 접근법으로 얻은 결과와 동일할 것이다.

BlockSim은 시스템 모델링을 위한 다양한 옵션을 제공합니다. 다음 그림은 해당 구성 요소에 대한 대체 결함 트리 다이어그램을 보여줍니다.

suporte blocksim Fault Tree Diagram of the Component Without Using Subdiagrams

그림 9: 하위 다이어그램을 사용하지 않은 구성 요소의 고장 트리 다이어그램

또한 분석에서 고장 트리와 RBD를 조합하여 사용할 수 있습니다. 예를 들어, RBD에서 결함 트리를 하위 다이어그램으로 사용할 수 있으며, 그 반대의 경우도 가능합니다.

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고장 모드 모델링 (고장 트리)

예시

그림 1: 구성품의 RBD

그림 2: 구성품 고장 트리 다이어그램

모드 A

그림 3 : 모드 A의 RBD

그림 4: 모드 A의 고장 트리

모드 B

그림 5: 모드 B용 부하 분산 컨테이너

그림 6: 모드 B의 고장 트리 다이어그램

모드 C

그림 7: 모드 C용 대기 컨테이너

그림 8: 모드 C의 고장 트리 다이어그램

토론

그림 9: 하위 다이어그램을 사용하지 않은 구성 요소의 고장 트리 다이어그램

그림 10: RBD 내 하위 다이어그램으로서의 고장 트리

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