프로빗 모델 기반의 시스템 작동 신뢰도 예측 방법 연구

Abstract

원샷 디바이스(One-shot device)는 탄약, 미사일, 우주발사체 등과 같이 1회 사용 후 임무를 완료하는 장치로, 방위사업 및 우주 사업에서 이러한 발사체는 막대한 시간과 자본을 투자하는 사업이며 동시에 앞으로 발전가능성이 많은 연구분야 중 하나이다. 발사체 사업은 화약과 정교하고 섬세한 미세 장비의 사용으로 인해 고장이 일어날 경우 1986년 챌린저호 사건과 같은 극단적인 상황으로 돌변할 수 있다. 또한 반복해서 동작할 수 없고 단 한 번에 모든 기능을 발휘해야 하므로, 복잡한 시스템에서 임무 성공 여부를 결정짓는 작동 신뢰도(functional reliability)의 추정이 매우 중요하다. 본 논문에서는 시험 기반 신뢰도를 추정하기 위해 고장에 영향을 주는 주요 인자에 대한 프로빗 모델(probit model)을 제안하였다. 원샷 디바이스의 주요 고장 요인을 주요 인자로 설정한 프로빗 모델을 통해 작동 신뢰도를 추정하고 신뢰하한 및 적정 주요 인자 값 추정을 통해 목표 신뢰도를 보증하였다. 사례연구로 핀풀러 데이터를 활용하였으며, 핀풀러의 주요 고장 메커니즘인 전단핀 절단 및 핀 작동을 고장에 영향을 주는 화약량을 주요 인자로 선정하였다. 데이터 추출시 디바이스의 화약량을 감소시켜 고장 데이터를 확보하였고 구축된 프로빗 모델을 통하여 적정 화약량에서의 신뢰도를 추정하였다. 또한 목표 신뢰도를 보증하기 위해 신뢰도에 대한 신뢰하한(lower confidence limit) 및 시료 수에 따라 요구되는 적정 화약량을 추정하였으며, 구축된 프로빗 모델을 실제 시험 및 시뮬레이션 데이터에 적용하여 그 결과를 비교분석하였다. 기존 연구 사례로는 성능 모델링(performance modeling) 기반 핀풀러의 작동 신뢰도 추정이 있다. 핀풀러의 작동을 6개의 상미분 방정식을 통하여 성능 모델링하였으며, 응력-강도 간섭 모델(stress-strength models)에 근거하여 몬테카를로 시뮬레이션(Monte-Carlo simulation)을 통해 핀풀러에 대한 신뢰도를 추정하였으나 성능 모델링의 정확도를 100% 확보하기가 현실적으로 불가능하기 때문에 본 논문에서 제안하는 시험 기반 신뢰도 추정 방법이 요구된다.; One shot device is device which used for one time successful mission in ammunition, missiles and space aircraft. It has much potential for further research and invested heavily by defense adminstration and space administration. Projectile industry can turn into horrific accident such as Challenger in 1986 if there exist defect or failure of delicate and complicated device. Due to its characteristics as use for one time mission, prediction of its functional reliability is highly important for mission success. This thesis propose probit model based on the important features related with failure of device to predict functional reliability. The probit model which selected failure factor of system as a important feature estimate operational reliability and guarantee the target reliability by estimating lower confidence interval and adequate feature estimation. For the Pin puller, selected amount of propellant which influence failure mechanism. In order to obtain the failure data, decrease the propellant amount and use the probit model to predict functional reliability of pin puller. To confirm the goal reliability, predict rightful amount of propellant based on the lower confidence limit and sample size, and compare and analyze its result by application of proposed probit model into real time test and simulation test data. Previous research used 6 ordinary differential equations for performance modeling and Monte-Carlo simulation based on the stress-strength model to predict Pin-puller’s functional reliability. These method have pros which does not require sample, but it have cons such as no-guarantee of accuracy of performance modeling in reality. For these reason, it require reliability prediction method based on test.