As the functions and structure of the system are complicated and elaborated, various types of structures are emerging to increase reliability in order to cope with a system requiring higher reliability. Among these, standby systems with standby components for each major component are mainly used in aircraft or power plants requiring high reliability. In this study, we consider a standby system with a multi-functional standby component in which one standby component simultaneously performs the functions of several major components. The structure of a parallel system with multifunctional standby components can also be seen in real aircraft hydraulic pump systems and is very efficient in terms of weight, space, and cost as compared to a basic standby system. All components of the system have complete operation, complete failure, only two states, and the system has multiple states depending on the state of the component. At this time, the multi-functional standby component is assumed to be in a non-operating standby state (Cold Standby) when the main component fails. In addition, the failure rate of each part follows the Weibull distribution which can be expressed as increasing type, constant type, and decreasing type according to the shape parameter. If the Weibull distribution is used, it can be applied to various environments in a realistic manner compared to the exponential distribution that can be reflected only when the failure rate is constant. In this paper, Markov chain analysis method is applied to evaluate the reliability of multi-functional multi-state standby system. In order to verify the validity of the reliability, a graph was generated by applying arbitrary shape parameters and scale parameter values through Excel. In order to analyze the effect of multi-functional multi-state standby system using Weibull distribution, we compared the reliability based on the most basic parallel system and the standby system.
The technique for the seismic reliability evaluation of the electric power network is presented. In the previous study, the state of the substations was represented by the bi-state which is classified as failure or survival. However, the hi-state model can result in oversimplified analysis, because substations are worked by the parallel operating system. In this paper, Considering the characteristics of the parallel operating system, the damage of the substation is expressed by the multi-state for the more realistic seismic reliability evaluation. Using Monte-Carlo simulation method, the seismic reliability for Korean 345㎸ electric power network is evaluated. Analysis results show that reliability levels of the network by the multi-state analysis is higher than that by the hi-state analysis and the electric power network in southeastern area of the Korean Peninsular may be vulnerable to earthquakes.
We analyse reliability of multi-state UH-60 helicopter hydraulic pump system with a multi-functional standby component using Markov analysis method. The system consists of seven components: 2 main pumps, 1 standby pump, 2 primary servos, and 2 tail rotor servos. The standby pump can take over when one more than components fail. Therefore the standby pump is multi-functional standby component. The system has four states: good, deteriorated, dangerous, and failed. The components have 2 states: working and failed. We assume the system is unrepairable when the components fail. We estimate failure distributions and rates using collected failure time data in field. And we classify multi-state of the system according to emergency procedure of UH-60A student handout. We obtain the reliabilities of multi-state system using Visual Basic program because the differential equations is extremely complicated and tedious to solve.
중복시스템의 일반적인 구조는 기능을 수행하는 주요부품과 주요부품이 고장 나는 경우에 그 기능을 대신 수행하는 대기부품으로 구성되어 있다. 본 연구에서는 하나의 대기부품이 여러 개의 주요부품의 기능을 동시에 대신 수행할 수 있는 다기능 대기부품을 갖는 병렬시스템을 고려한다. 이 시스템을 구성하고 있는 모든 부품들은 작동상태와 고장상태만 갖는 반면 시스템은 구성 부품들의 상태에 따라 다중 상태를 갖는 것을 가정한다. 이러한 중복구조는 항공기와 같이 시스템의 중량이 중요한 요소인 시스템에서 많이 채택되고 있는 구조이다. 본 연구에서는 이와 같은 중복시스템의 신뢰도를 평가하기 위한 새로운 신뢰도모델링 기법을 제안하고 부품들이 상수고장률을 갖는 경우 마코프 분석 방법을 적용하여 시스템의 신뢰도를 구한다. 또한 본 연구에서 고려하고 있는 시스템과 기존에 이미 알려진 병렬시스템과 중복구조를 갖는 병렬시스템의 신뢰도를 비교하여 다기능 대기부품의 효과를 분석한다.
This paper proposes a new methodology on reliability evaluation of a power system including solar cell generators (SCG). The SCGs using renewable energy resource such as solar radiation(SR) should be modeled as multi-state operational model because the uncertainty of the resource supply may occur an effect as same as the forced outage of generator in viewpoint of adequacy reliability of system. While a two-state model is well suited for modeling conventional generators, a multi-state model is needed to model the SCGs due to the random variation of solar radiation. This makes the method of calculating reliability evaluation indices of the SCG different from the conventional generator. After identifying the typical pattern of the SR probability distribution function(pdf) from SR actual data, this paper describes modelling, methodology and details process for reliability evaluation of the solar cell generators integrated with power system. Two test results indicate the viability of the proposed method.
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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제14권4호
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pp.1579-1602
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2020
In the design of production system, buffer capacity allocation is a major step. Through polymorphism analysis of production capacity and production capability, this paper investigates a buffer allocation optimization problem aiming at the multi-stage production line including unreliable machines, which is concerned with maximizing the system theoretical production rate and minimizing the system state entropy for a certain amount of buffers simultaneously. Stochastic process analysis is employed to establish Markov models for repairable modular machines. Considering the complex structure, an improved vector UGF (Universal Generating Function) technique and composition operators are introduced to construct the system model. Then the measures to assess the system's multi-state reliability and structural complexity are given. Based on system theoretical production rate and system state entropy, mathematical model for buffer capacity optimization is built and optimized by a specific genetic algorithm. The feasibility and effectiveness of the proposed method is verified by an application of an engine head production line.
This paper presents a multi-criteria decision model and Multi-Criteria Generic Algorithm(MCGA) approach to improve backbone topology by leveraging the Virtual Link(VL) system in an hierarchical Link-State(LS) routing domain. Given that the sound backbone topology structure has a great impact on the overall routing performance in an hierarchical LS domain, the importance of this research is evident. The proposed decision model is to find an optimal configuration of VLs that properly meets two-pronged engineering goals in installing and maintaining VLs: i.e., operational costs and network reliability. The experiment results clearly indicates that it is essential to the effective operations of hierarchical LS routing domain to consider not only engineering aspects but also specific benefits from systematical layout of VLs, thereby presenting the validity of the decision model and MCGA.
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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제10권8호
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pp.3602-3620
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2016
Dynamic topology is one of the main influence factors on network performability. However, it was always ignored by the traditional network performability assessment methods when analyzing large-scale mobile ad hoc networks (MANETs) because of the state explosion problem. In this paper, we address this problem from the perspective of complex network. A two-layer hierarchical modeling approach is proposed for MANETs performability assessment, which can take both the dynamic topology and multi-state nodes into consideration. The lower level is described by Markov reward chains (MRC) to capture the multiple states of the nodes. The upper level is modeled as a small-world network to capture the characteristic path length based on different mobility and propagation models. The hierarchical model can promote the MRC of nodes into a state matrix of the whole network, which can avoid the state explosion in large-scale networks assessment from the perspective of complex network. Through the contrast experiments with OPNET simulation based on specific cases, the method proposed in this paper shows satisfactory performance on accuracy and efficiency.
전력송전시스템에서 변전소는 에너지공급의 효율성을 높이기 위하여 다수의 변압기를 동시에 운영하는 병렬 운전을 한다. 이 논문에서는 변압기의 병렬 운전 방식을 고려하여 변전소를 다중피해상태로 모사할 수 있는 신뢰성 해석 방법을 개발하였다. 그리하여 변전소의 다중피해상태를 고려한 전력망의 지진 신뢰도 평가 결과를 파괴와 생존의 이중피해상태만을 고려한 기존의 신뢰도 평가 결과와 비교하였다. 몬테 카를로 방법을 사용한 국내 345kV 전력망에 대한 지진 신뢰성 평가 결과, 망 전체의 신뢰성 지수들은 이중 및 다중피해 상태에 의한 망 전체의 피해정도 차이가 그다지 크지 않음을 나타내었다. 수요절점신뢰성 지수에서는 이중피해상태만을 고려한 피해정도 가 다소 높게 나타나는 경향이 있었다. 특히 이중피해상태에 의한 공급 지장 전력량 기대치는 다중피해상태에 의한 것보다 상당히 높게 나타났다.
Non-stationary random seismic response and reliability of multi-degree of freedom hysteretic structure system are studied based on the cumulative damage failure mechanism. First, dynamic Eqs. of multi-degree of freedom hysteretic structure system under earthquake action are established. Secondly, the random seismic response of a multi-degree freedom hysteretic structure system is investigated by the combination of virtual excitation and precise integration. Finally, according to the damage state level of structural, the different damage state probability of high-rise frame structure is calculated based on the boundary value of the cumulative damage index in the seismic intensity earthquake area. The results show that under the same earthquake intensity and the same floor quality and stiffness, the lower the floor is, the greater the damage probability of the building structure is; if the structural floor stiffness changes abruptly, the weak layer will be formed, and the cumulative damage probability will be the largest, and the reliability index will be relatively small. Meanwhile, with the increase of fortification intensity, the reliability of three-level structure fortification is also significantly reduced. This method can solve the problem of non-stationary random seismic response and reliability of high-rise buildings, and it has high efficiency and practicability. It is instructive for structural performance design and estimating the age of the structure.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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