[BlockSim]복합 시스템의 신뢰도 분석: RBD 모델링 및 검증 예제(Monte Carlo Simulation, Availability, Maintainability, ReliaSoft)

 

목차

 

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ReliaSoft BlockSim 이란?

 

ReliaSoft BlockSim은 복잡한 시스템의 신뢰도와 가용성, 유지보수성을 정밀하게 모델링하고 분석하기 위해 설계된 전문 엔지니어링 소프트웨어입니다. 이 프로그램은 개별 부품의 고장 데이터뿐만 아니라 부품 간의 복잡한 논리적 연결 관계를 고려하여 전체 시스템이 얼마나 안정적으로 작동할 수 있는지를 정량적으로 평가하는 데 목적을 둡니다.

 

가장 큰 특징은 신뢰성 블록 다이어그램(RBD)과 결함 수목 분석(FTA)이라는 시각적 도구를 활용하여 시스템의 구조를 엔지니어가 이해하기 쉬운 형태로 구현한다는 점입니다. 이를 통해 단순한 직렬이나 병렬 구조를 넘어 특정 개수 이상의 부품이 작동해야 유지되는 시스템이나 대기 중인 예비 부품이 투입되는 복잡한 중복 설계까지도 실제와 가깝게 묘사할 수 있습니다.

 

또한 분석 과정에서 수학적 수식을 이용한 분석적 해법과 대규모 반복 연산을 통한 몬테카를로 시뮬레이션 기법을 병행하여 지원합니다. 분석적 해법은 시스템의 정확한 신뢰도 수치를 산출하는 데 유용하며, 시뮬레이션 기법은 실제 현장에서 발생하는 수리 시간, 정비 주기에 따른 가동률 변화, 소모되는 유지보수 비용 등 시시각각 변하는 현실적인 변수들을 예측하는 데 탁월한 성능을 발휘합니다.

 

더 나아가 BlockSim은 제품의 설계 단계에서 어떤 구성 요소를 개선하는 것이 전체 시스템의 신뢰도를 높이는 데 가장 효율적인지를 판단하는 의사결정 도구의 역할도 수행합니다. 엔지니어는 이를 통해 한정된 예산을 어디에 집중 투입할지 결정할 수 있으며, 예방 정비 정책이나 예비 부품 재고 관리 전략을 최적화함으로써 시스템 가동 중지 시간과 운영 비용을 동시에 최소화할 수 있습니다. 결과적으로 항공우주, 국방, 자동차, 에너지와 같은 고부가가치 산업 분야에서 시스템의 안정성을 보장하고 리스크를 관리하기 위한 핵심적인 도구로 널리 사용되고 있습니다.

 

 

 

복합 시스템의 신뢰도 분석: BlockSim을 활용한 RBD 모델링 및 검증 예제

복합 시스템 RBD (Complex Systems RBD)

 

이 예제는 BlockSim의 분석적(Analytical) 다이어그램과 시뮬레이션(Simulation) 다이어그램을 통해 복합 시스템에 대한 결과값을 검증합니다.

 

참고 사례

본 데이터 세트는 Dr. Guangbin Yang의 저서 Life Cycle Reliability Engineering (John Wiley & Sons, 2007년 간행) 85페이지에 수록된 예제 4.9를 바탕으로 합니다.

 

데이터

일부 시스템은 독립적인 직렬, 병렬, 직렬-병렬, 병렬-직렬, k-out-of-n 및 중복(redundant) 하위 시스템들로 구성됩니다. 이러한 공학 시스템(해당 도서 85페이지 그림 4.17에 제시됨)의 신뢰도는 미션 시간 600시간을 기준으로 계산됩니다. 각 구성 요소는 서로 다른 람다(λ) 값을 가진 지수 수명 분포 모델을 따릅니다. 고장률은 아래 표와 같습니다.

 

BlockSim, RBD, 신뢰성 데이터, 팜테크

 

 

결과

이 예제는 '시스템 축소법(System Reduction Method)'으로 해결되었습니다. 이 방법은 전체 시스템이 단일 신뢰도 블록으로 나타날 때까지 시스템을 순차적으로 등가의 신뢰도 블록으로 축소해 나가는 방식입니다. 계산된 시스템 신뢰도는 93.67%입니다.

 

 

BlockSim 결과

BlockSim에서 해당 공학 시스템의 RBD(신뢰성 블록 다이어그램)는 아래와 같이 구성됩니다. 

 

시스템 RBD 구성, BlockSim, 팜테크

 

각 구성 요소는 표에 제시된 해당 람다(고장률) 값을 사용하는 지수 분포로 모델링되었습니다.

 

분석적 검증 (Analytical Proof)

QCP(Quick Calculation Pad)를 통해 계산된 600시간 미션 시간에서의 시스템 신뢰도는 93.68%입니다. 원문 사례와의 0.01% 차이는 반올림 오차로 인한 것이며 무시할 수 있는 수준입니다.

시스템 신뢰도 분석 결과, BlockSim, 팜테크

 

 

 

시뮬레이션 검증 (Simulation Proof)

BlockSim의 시뮬레이션 도구를 사용하여 결과를 예측할 수도 있습니다. 시뮬레이션 설정은 아래와 같습니다.

시물레이션, 신뢰성 분성, BlockSim, 팜테크

 

 

시뮬레이션을 통해 계산된 600시간 미션 시간에서의 시스템 점 신뢰도(Point Reliability)는 93.72%입니다.

시물레이션, 신뢰성 분성, BlockSim, 팜테크

 

 

해당 내용과 관련해서 팜테크에서 시스템 솔루션을 제공하고 있습니다.  관심 있으시면 아래 홈페이지 또는 연락처를 통해 문의 주시면 됩니다. :)

 

https://famtech.co.kr/sub04/01_01.php

팜테크