Journal of Korean Society of Industrial and Systems Engineering
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v.40
no.3
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pp.138-147
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2017
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.
Proceedings of the Earthquake Engineering Society of Korea Conference
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2003.09a
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pp.66-73
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2003
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.
Journal of Korea Society of Industrial Information Systems
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v.20
no.4
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pp.75-87
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2015
A redundant structure typically consists of primary component and standby component taking over the function of the primary component when the primary component fails. In this research, we consider a redundant structure in which a standby component can take over the function of more than one primary component when primary components fail. And we assume that the system has multi-state according to the states of components while all components have two states. This system is called as the multi-state redundant system with a multi-functional standby component. This type of redundant structure is frequently adapted by the system such as an aircraft in which the weight is an important design factor. In this paper, we propose new reliability model for this multi-state redundant system with a multi-functional standby component in order for evaluating the reliability of the system. Under the assumption that all components have constant failure rate, we evaluate the reliability of the system by applying Markov analysis method. And we investigate the effect of the multi-functional standby component by comparing reliabilities of the parallel system with multi-functional standby component and a simple parallel system and a parallel system with redundant structure.
Park, Jeong-Je;Liang, Wu;Choi, Jae-Seok;Cha, Jun-Min
The Transactions of The Korean Institute of Electrical Engineers
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v.58
no.3
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pp.486-495
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2009
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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v.14
no.4
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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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v.10
no.8
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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.
Park, Won-Suk;Park, Young-Jun;Cho, Ho-Hyun;Koh, Hyun-Moo
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.10
no.3
s.49
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pp.13-20
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2006
Substations in electric power transmission network systems (EPTS) operate using several transformers in parallel to increase the efficiency in terms of stability of energy supply. We present a seismic reliability assessment method of EPTS considering the parallel operation of transformers. Two methods for damage state model are compared in this paper: bi-state and multi-damage model. Simulation results showed that both models yielded similar network reliability indices and the reliability indices of the demand nodes using hi-state model exhibited higher damage probability. Particularly, the corresponding EENS (Expected Energy Not Supplied) index was significantly larger than that of the multi-damage state.
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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