지수분포와 신뢰도 계산

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1 출제 포인트 — 이렇게 나옵니다

30회 시험 중에서 7번 나왔습니다
2012~2022년 기출 30회 시험 기준

출제 회차 2012년 3차 · 2013년 3차 · 2014년 1차 · 2015년 1차 · 2016년 1차 · 2017년 1차 · 2021년 2차

2 쉬운 설명

지수분포는 고장률이 일정할 때 고장 사이 시간이 따르는 확률분포이다. 고장이 우연히 일어나 시간이 지나도 고장 확률이 변하지 않는 경우에 쓰며, 욕조곡선의 우발 고장구간에 해당한다.

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고장률이 일정하면 설비가 이미 얼마나 쓰였는지와 관계없이 앞으로 고장 날 확률은 같다. 이 성질을 무기억성이라 한다. 그래서 새 장치가 향후 일정 시간을 견딜 확률과, 이미 오래 쓴 장치가 향후 같은 시간 이상 견딜 확률은 같다.

다른 분포와 구분하면 다음과 같다. t분포는 표본이 작을 때 평균을 추정하는 데 쓰며 고장 간격과 관계가 없다. 카이분포는 분산 등을 다루는 분포이고 역시 고장 간격과 관계가 없다. 와이블분포는 고장률이 시간에 따라 줄거나 늘 때 쓰며, 고장률이 일정하면 지수분포가 된다. 아이링분포는 고장 간격의 확률분포로 쓰이는 대표 분포가 아니다.

지수분포에서 t시간 동안 고장 없이 견딜 확률, 즉 신뢰도는 R(t) = e^(-t/평균수명)이다. 고장률 λ로 쓰면 R = e^(-λt)이다. 평균수명이 100시간인 새 장치가 50시간 견딜 확률(A)은 R(50) = e^(-50/100) = e^(-0.5)로 약 0.607이다(0.606으로 적기도 한다).

이미 100시간 쓴 장치가 앞으로 100시간 이상 견딜 확률(B)은 이미 쓴 시간과 상관없이 R(100) = e^(-100/100) = e^(-1)로 약 0.368이다. 새 장치가 향후 50시간 견딜 확률과 100시간 쓴 장치가 향후 50시간 이상 견딜 확률은 같다. 견뎌야 할 시간이 같으면 확률이 같고, 견뎌야 할 시간이 다르면 각각 R(t)로 따로 계산한다.

고장률을 구할 때는 R = e^(-λt)를 거꾸로 푼다. 신뢰도 R = 0.95를 유지하면서 8000시간을 사용하려면 R = e^(-λt) = 0.95에서 -λt = ln 0.95 ≈ -0.0513이다. 따라서 λ = 0.0513 ÷ 8000 ≈ 6.4×10⁻⁶ /시간이다.

3 이 개념이 나온 기출문제

해설·법령 근거까지 가입 없이 보실 수 있습니다. 최신 5개년 문항은 여기 나오지 않습니다.

4 체크리스트 + 암기팁

암기팁 고장률 일정 = 지수분포. 지수분포는 기억이 없다. 이미 쓴 시간은 무시하고 R(t) = e^(-t/평균수명).
암기팁 R = e^(-λt) → λ = -ln R ÷ t.
함정 주의 "이미 100시간 사용한 장치"라는 조건에 끌려 새 장치와 다른 값을 내지 않는다. 지수분포에서는 앞으로 견딜 확률이 이미 쓴 시간과 무관하다. 단, 견뎌야 할 시간 자체가 바뀌면 값도 바뀐다.
  • 시간당 고장률이 일정한 설비의 고장 간격이 따르는 분포는 지수분포이다. t분포·카이분포·아이링분포가 아니며, 와이블분포는 고장률이 시간에 따라 변할 때 쓴다.
  • 지수분포의 신뢰도는 R(t) = e^(-t/평균수명)이다. 평균수명이 주어지면 시간을 평균수명으로 나눈 값에 마이너스를 붙여 e의 지수로 쓴다.
  • 이미 쓴 시간은 무시한다. 이미 100시간 쓴 장치가 앞으로 견딜 확률은 새 장치가 같은 시간을 견딜 확률과 같다. 이때 "이미 쓴 시간"을 넣어 계산하지 않는다.
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  • 견뎌야 할 시간이 다르면 값이 다르다. 평균수명 100시간일 때 50시간이면 e^(-0.5), 100시간이면 e^(-1)이다. A와 B의 값이 서로 바뀌지 않았는지 확인한다.
  • 고장률을 구하는 문제는 R = e^(-λt)에서 λ = -ln R ÷ t로 푼다. R = 0.95, t = 8000시간이면 λ는 약 6.4×10⁻⁶ /시간이다.
  • 보기의 고장률을 R = e^(-λt)에 넣어 확인하면, 6.4×10⁻⁶이면 R이 약 0.95로 맞고, 8.2×10⁻⁶이나 9.5×10⁻⁶이면 R이 0.95에 못 미치며, 3.4×10⁻⁶이면 R이 0.95보다 높다.

5 예제 — 이 개념, 실제로 이렇게 나왔습니다

2021-05-15 시행 인간공학 및 시스템안전공학 30번 — 고장률 일정할 때 분포어떤 설비의 시간당 고장률이 일정하다고 할 때 이 설비의 고장간격은 다음 중 어떤 확률분포를 따르는가?옳은 것 고르기해설 보기 →2017-03-05 시행 인간공학 및 시스템안전공학 23번 — 새것과 사용품의 신뢰도프레스에 설치된 안전장치의 수명은 지수분포를 따르면 평균수명은 100 시간이다. 새로 구입한 안전장치가 50시간 동안 고장없이 작동할 확률(A)과 이미 100 시간을 사용한 안전장치가 앞으로 100 시간 이상 견딜확률(B)은 약 얼마인가?계산해설 보기 →2016-03-06 시행 인간공학 및 시스템안전공학 26번 — 신뢰도 95%의 고장률자동차 엔진의 수명은 지수분포를 따르는 경우 신뢰도를 95%를 유지시키면서 8000시간을 사용하기 위한 적합한 고장률은 약 얼마인가계산해설 보기 →

6 이론 근거 — 정의가 곧 정답입니다항목 5개 · 눌러서 펼치기눌러서 닫기

지수분포
고장이 시간에 관계없이 일정한 비율로 일어날 때 쓰는 분포입니다.
출처: 기출 해설의 용어 설명 · 이 개념 기출 7문항 중 7문항이 인용
고장률
단위 시간당 고장이 일어나는 정도.
출처: 기출 해설의 용어 설명 · 이 개념 기출 7문항 중 2문항이 인용
무기억성
이미 얼마나 썼는지가 앞으로의 고장 확률에 영향을 주지 않는 성질입니다.
출처: 기출 해설의 용어 설명 · 이 개념 기출 7문항 중 1문항이 인용
와이블 분포
고장률이 늘거나 줄 수 있는 경우까지 나타내는 분포
출처: 기출 해설의 용어 설명 · 이 개념 기출 7문항 중 1문항이 인용
평균수명
고장 날 때까지 걸리는 시간의 평균값입니다.
출처: 기출 해설의 용어 설명 · 이 개념 기출 7문항 중 1문항이 인용
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