Sustainable System Design Based on Reliability and Availability: A New Approach

Year 2021, Volume: 5 Issue: 2, 765 - 780, 31.12.2021

Merve Uzuner Şahin Orhan Dengiz Berna Dengiz

Abstract

Different methods for increasing system reliability and availability is an important issue researchers are working on, in order to ensure sustainability in production systems within today's competitive conditions. One of the most important criteria known and used in analysis and improvement of system performance is system reliability. The high reliability value of a system is a desired criterion that directly affects the amount of goods produced in the system. A widely used system reliability calculation; ‘reliability computation based on structure function’ contributes to the problem complexity, therefore it is necessary to develop alternative methods for system reliability computation. One of these methods is the survival signature method. Determining the component which affects system reliability most provides important information in obtaining the design that provides the increase of the reliability of a system. The relative component importance index is used for this purpose. In this study, both methods were used together in order to increase system reliability and thus productivity. The production amount of the system can be kept at the desired level for predetermined periods. Furthermore, this proposed approach is applied in a battery production line and the results are discussed.

Keywords

System Reliability, Survival Signature, Relative Importance Index, Availability

Güvenilirlik ve Kullanılabilirliğe Dayalı Sürdürülebilir Sistem Tasarımı: Yeni Bir Yaklaşım

Abstract

Günümüz rekabet koşullarında üretim sistemlerinde sürdürülebilirliğin sağlanması amacıyla sistem güvenilirliğinin ve kullanılabilirliğinin arttırılması için farklı yöntem arayışları araştırmacıların üzerinde çalıştığı önemli bir konudur. Sistem performansının analizi ve iyileştirilmesinde kullanılan en önemli kriterlerden birinin sistem güvenilirliği olduğu bilinmektedir. Güvenilirlik değeri yüksek olması istenen bir kriter olup sistemde üretilen ürün miktarını doğrudan etkiler. Sistem güvenilirliğinin hesaplanması amacıyla literatürde yaygın olarak kullanılan yapı fonksiyonuna dayalı güvenilirlik hesabı problemin karmaşıklığını artırmaktadır. Bu nedenle, sistem güvenilirlik hesabının daha kolay ve daha kısa sürede yapılabilmesini sağlamak amacıyla alternatif yöntemlerin geliştirilmesi ihtiyacı doğmuştur. Bu amaçla literatürde önerilen yeni bir yöntem ‘yaşam imzası’ yöntemidir. Bir sistemin güvenilirliğinin arttırılması için sistem güvenilirliği üzerinde en yüksek etkiye sahip olan bileşenin belirlenmesi, güvenilirlik artışını sağlayan tasarımın elde edilmesinde önemli bilgi sağlamaktadır. ‘Göreli bileşen önem indeksi’ bu amaçla kullanılan bir belirleyicidir. Bu çalışmada, her iki yöntem birlikte kullanılarak sistem güvenilirliği ve dolayısıyla kullanılabilirliği arttırılmıştır. Böylece, önceden belirlenen dönemler için sistemin üretim miktarı istenilen düzeyde tutabilmektedir. Önerilen bu yaklaşım bir akü üretim hattında uygulanarak sonuçları değerlendirilmiştir.

Keywords

Sistem Güvenilirliği, Yaşam İmzası, Göreli Önem İndeksi, Kullanılabilirlik

References

• Aslett, L. J. M. (2012), ReliabilityTheory: Tools for structural reliability analysis. R package, Erişim adresi: www.louisaslett.com
• Birnbaum, Z. W. (1968). On the importance of different components in a multicomponent system (Teknik rapor).
• Birnbaum, Z. W., Esary, J. D., Saunders, S. C. (1961). Multi-Component Systems and Structures and Their Reliability. Technometrics, 3(1), 55–77. doi:10.1080/00401706.1961.10489927
• Borgonovo, E. (2007). A new uncertainty importance measure. Reliability Engineering and System Safety, 92, 771–784. doi:10.1016/j.ress.2006.04.015
• Borgonovo, E., Apostolakis, G. E. (2001). A new importance measure for risk-informed decision making. Reliability Engineering and System Safety, 72, 193–212. doi:10.1016/S0951-8320(00)00108-3
• Bulut, Y., Yaman, H. (2013). Farklı Boyutlu Tutarlı Sistemlerin Sistem İmzası ile Karşılaştırılması. Gaziosmanpaşa Bilimsel Araştırma Dergisi, 6, 85–102. Erişim adresi: https://dergipark.org.tr/tr/download/article-file/311619
• Bulut, Y., Yaman, H. (2014). Aynı boyutlu tutarlı sistemlerin sistem imzası ile karşılaştırılması. Erciyes Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi, 30(4), 300–307. Erişim adresi: https://dergipark.org.tr/tr/download/article-file/236064
• Coolen, F. P. A., Coolen-Maturi, T. (2012). Generalizing the signature to systems with multiple types of components. Advances in Intelligent and Soft Computing, 170 AISC, 115–130. doi:10.1007/978-3-642-30662-4-8
• Dutuit, Y., Rauzy, A. (2014). Importance factors of coherent systems: A review. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part O: Journal of Risk and Reliability, 228(3), 313–323. doi:10.1177/1748006X13512296
• Elsayed, E. A. (1996). Reliability Engineering. Massachusetts, USA: Addison Wesley Longman, Inc.
• Feng, G., Patelli, E., Beer, M., Coolen, F. P. A. (2016). Imprecise system reliability and component importance based on survival signature. Reliability Engineering and System Safety, 150, 116–125. doi:10.1016/j.ress.2016.01.019
• Fussell, J. B. (1975). How to Hand-Calculate System Reliability and Safety Characteristics. IEEE Transactions on Reliability, R-24(3), 169–174. doi:10.1109/TR.1975.5215142
• Görkemli, L., Kapan Ulusoy, S. (2009). Üretim Süreçlerinin Güvenilirliğinin Bulanık Bayesgil Yöntemi ile Belirlenmesi (Yüksek Lisans Tezi). Erciyes Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Kayseri, YÖK tez veri tabanından erişildi. Tez No. 246158
• Görkemli, L., Kapan Ulusoy, S. (2010). Fuzzy Bayesian reliability and availability analysis of production systems. Computers and Industrial Engineering, 59(4), 690–696. doi:10.1016/j.cie.2010.07.020
• Huang, X., Aslett, L. J. M., Coolen, F. P. A. (2019). Reliability analysis of general phased mission systems with a new survival signature. Reliability Engineering and System Safety, 189, 416–422. doi:10.1016/j.ress.2019.04.019
• Koçak, A., İşçioğlu, F. (2018). Meyve Suyu Dolum Hatlarında Güvenilirlik Analizi. Journal of Yasar University, 13(50), 185–196. Erişim adresi: https://dergipark.org.tr/download/article-file/486721
• Kuo, W., Zhu, X. (2012). Importance Measures in Reliability, Risk, and Optimization. West Sussex, United Kingdom: John Wiley & Sons, Ltd.
• Li, Y., Coolen, F. P. A., Zhu, C., Tan, J. (2020). Reliability assessment of the hydraulic system of wind turbines based on load-sharing using survival signature. Renewable Energy, 153, 766–776. doi:10.1016/j.renene.2020.02.017
• Samaniego, F. J. (1985). On Closure of the IFR Class Under Formation of Coherent Systems. IEEE Transactions on Reliability, R-34(1), 69–72. doi:10.1109/TR.1985.5221935
• Samaniego, F. J. (2007). System Signatures and their Applications in Engineering Reliability. Stanford, CA, USA: Springer Science & Business Media.
• Uzuner, M. (2015). Bir İşletmede Güvenilirlik Analizine Dayalı Sistem Tasarımı (Yüksek Lisans Tezi). Başkent Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Ankara, YÖK tez veri tabanından erişildi. Tez No. 382325
• Uzuner Sahin, M., Dengiz, B., Atalay, K. D. (2020). Performance enhancement of production systems using fuzzy-based availability analysis and simulation method. European Journal of Industrial Engineering, 14(5), 632–648. doi:10.1504/EJIE.2020.109914
• Verma, A. K., Srividya, A., Prabhu Gaonkar, R. S. (2007). Fuzzy-reliability engineering : concepts and applications. Mumbai, India: Narosa Publishing House Pvt. Ltd.
• Vesely, W. E. (1970). A time-dependent methodology for fault tree evaluation. Nuclear Engineering and Design, 13(2), 337–360. doi:10.1016/0029-5493(70)90167-6
• Wang, W., Loman, J., Vassiliou, P. (2004). Reliability importance of components in a complex system. Proceedings of the Annual Reliability and Maintainability Symposium, 6–11. doi:10.1109/rams.2004.1285415