직렬·병렬 시스템 신뢰도와 수명

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1 출제 포인트 — 이렇게 나옵니다

30회 시험 중에서 20번 나왔습니다
2012~2022년 기출 30회 시험 기준

출제 회차 2013년 1차 · 2013년 2차 · 2013년 3차 · 2014년 3차 · 2015년 3차 · 2016년 2차 · 2016년 3차 · 2017년 2차 · 2017년 3차 · 2018년 1차 · 2018년 2차 · 2018년 3차 · 2019년 2차 · 2019년 3차 · 2020년 1차 · 2020년 2차 · 2021년 1차 · 2021년 3차 · 2022년 1차 · 2022년 2차

2 쉬운 설명

신뢰도는 부품이나 시스템이 정해진 기간 동안 고장 나지 않고 작동할 확률입니다. 부품을 잇는 방식은 직렬과 병렬 두 가지이고, 어느 쪽이냐에 따라 계산법이 달라집니다.

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직렬은 부품이 한 줄로 이어져 하나라도 고장 나면 전체가 멈추는 구조입니다. 모두 작동해야 하므로 각 신뢰도를 그대로 곱합니다. 예를 들어 인간 0.6, 기계 0.9가 직렬이면 0.6 × 0.9 = 0.54입니다.

직렬로 곱하면 값이 항상 더 작아집니다. 타이어 4개 문제에서는 타이어 1개의 신뢰도가 1 - 0.01 = 0.99이고, R = 0.99 × 0.99 × 0.99 × 0.99 = 0.99^4 ≈ 0.9606, 즉 약 0.96입니다.

병렬은 부품이 나란히 이어져 모두 고장 나야 전체가 멈추는 구조입니다. 그래서 1 - (1-A)(1-B), 즉 1에서 고장확률의 곱을 뺍니다. 인간 0.40, 기계 0.95의 병렬이면 고장 확률은 0.60과 0.05이고, 둘 다 고장 날 확률 0.60 × 0.05 = 0.03을 1에서 빼 0.97입니다.

병렬은 하나라도 작동하면 되므로, 병렬 신뢰도는 기계 하나의 값 0.95보다 높아집니다. 직렬과 병렬이 섞이면 병렬 묶음의 신뢰도를 먼저 구한 뒤 직렬로 곱합니다.

요소가 n개인 병렬 시스템에서 요소의 수명(MTTF)이 지수 분포를 따를 때, 시스템 수명은 MTTF × (1 + 1/2 + … + 1/n)입니다. 하나씩 고장 날 때마다 남은 요소 수가 줄어 걸리는 시간이 MTTF/n, MTTF/(n-1), … 로 달라지고, 이를 모두 더한 값입니다.

3 이 개념이 나온 기출문제

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

4 체크리스트 + 암기팁

암기팁 직렬은 곱하기(0.99 × 4번 = 0.96). 병렬은 1 - (고장확률의 곱).
암기팁 병렬 수명은 MTTF에 1 + 1/2 + … + 1/n 을 곱하고, 직렬은 1/n 을 곱한다.
함정 주의 직렬 문제를 병렬 식(0.96)으로 풀거나 평균(0.75)을 내면 보기에 그 값이 있습니다. 기계 하나만의 값(0.95)도 병렬 신뢰도가 아닙니다.
  • 직렬은 신뢰도를 곱합니다. 평균(0.6과 0.9의 평균 0.75)을 내는 것이 아닙니다.
  • 직렬을 묻는 문제에서 병렬 식 1−(1−0.6)(1−0.9) = 0.96을 쓰면 틀립니다. 직렬인지 병렬인지 먼저 읽습니다.
  • 병렬은 1 - (고장확률의 곱)입니다. 병렬 신뢰도는 가장 좋은 부품 하나의 값(기계 0.95)보다 높아야 합니다.
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  • 한 개의 신뢰도(0.99)나 병렬 한쪽의 값(0.95)을 시스템 전체의 값으로 고르지 않습니다. 타이어 4개를 합친 시스템 신뢰도는 0.99 하나가 아니라 네 번 곱한 값입니다.
  • 고장 확률이 주어지면 신뢰도 = 1 - 고장 확률로 바꾼 뒤 곱합니다(0.01 → 0.99).
  • n개 병렬 시스템의 수명(요소 수명이 지수 분포일 때)은 더하는 식 MTTF × (1 + 1/2 + … + 1/n)입니다. 곱하는 꼴이나 MTTF × n은 맞지 않고, MTTF × (1/n)은 직렬 시스템의 수명입니다.

5 예제 — 이 개념, 실제로 이렇게 나왔습니다

2021-08-14 시행 인간공학 및 시스템안전공학 35번 — 타이어 4개 직렬 신뢰도자동차를 타이어가 4개인 하나의 시스템으로 볼 때, 타이어 1개가 파열될 확률이 0.01이라면, 이 자동차의 신뢰도는 약 얼마인가?계산해설 보기 →2019-08-04 시행 인간공학 및 시스템안전공학 37번 — 인간·기계 직렬 신뢰도인간의 신뢰도가 0.6, 기계의 신뢰도가 0.9이다. 인간과 기계가 직렬체제로 작업할 때의 신뢰도는?계산해설 보기 →2018-08-19 시행 인간공학 및 시스템안전공학 40번 — 인간·기계 병렬 신뢰도인간과 기계의 신뢰도가 인간 0.40, 기계 0.95인 경우, 병렬작업 시 전체 신뢰도는?계산해설 보기 →

6 이론 근거 — 정의가 곧 정답입니다항목 20개 · 눌러서 펼치기눌러서 닫기

병렬
하나만 살아 있어도 작동하는 연결.
출처: 기출 해설의 용어 설명 · 이 개념 기출 22문항 중 4문항이 인용
신뢰도
정해진 조건에서 고장 없이 작동할 확률입니다.
출처: 기출 해설의 용어 설명 · 이 개념 기출 22문항 중 4문항이 인용
직렬
하나라도 고장 나면 전체가 멈추는 연결.
출처: 기출 해설의 용어 설명 · 이 개념 기출 22문항 중 4문항이 인용
병렬계
요소 중 하나만 작동해도 시스템이 작동하는 구성입니다.
출처: 기출 해설의 용어 설명 · 이 개념 기출 22문항 중 3문항이 인용
병렬 시스템
모두 고장 나야 전체가 멈추는 구조. 1-(1-R1)(1-R2)로 구한다.
출처: 기출 해설의 용어 설명 · 이 개념 기출 22문항 중 3문항이 인용
병렬 신뢰도
하나만 작동해도 되므로 1에서 각각의 고장확률의 곱을 뺀다.
출처: 기출 해설의 용어 설명 · 이 개념 기출 22문항 중 3문항이 인용
직렬계
하나라도 고장 나면 전체가 고장 나는 연결. 신뢰도를 곱한다.
출처: 기출 해설의 용어 설명 · 이 개념 기출 22문항 중 2문항이 인용
직렬 구조
부품 중 하나라도 고장 나면 전체가 고장 나는 연결이다.
출처: 기출 해설의 용어 설명 · 이 개념 기출 22문항 중 2문항이 인용
직렬 시스템
하나라도 고장 나면 전체가 멈추는 구조. 신뢰도를 모두 곱한다.
출처: 기출 해설의 용어 설명 · 이 개념 기출 22문항 중 2문항이 인용
직렬 신뢰도
모든 부품이 작동해야 하므로 신뢰도를 곱한다.
출처: 기출 해설의 용어 설명 · 이 개념 기출 22문항 중 2문항이 인용
MTTF
Mean Time To Failure, 고장 날 때까지 걸리는 평균 시간.
출처: 기출 해설의 용어 설명 · 이 개념 기출 22문항 중 1문항이 인용
MTTF(고장 날 때까지 평균 시간)
수리하지 않는 부품이 처음 고장 나기까지 걸리는 평균 시간.
출처: 기출 해설의 용어 설명 · 이 개념 기출 22문항 중 1문항이 인용
고장률
단위 시간당 고장이 일어나는 비율이다.
출처: 기출 해설의 용어 설명 · 이 개념 기출 22문항 중 1문항이 인용
병렬 계통
부품이 나란히 있어 모두 고장 나야 멈추는 구조입니다. 1에서 모든 고장 확률의 곱을 뺍니다.
출처: 기출 해설의 용어 설명 · 이 개념 기출 22문항 중 1문항이 인용
병렬 구조
여러 부품 중 하나만 작동해도 전체가 작동하는 구조. 신뢰도는 1-(고장확률의 곱).
출처: 기출 해설의 용어 설명 · 이 개념 기출 22문항 중 1문항이 인용
중복도
같은 기능을 하는 요소를 겹쳐 둔 정도.
출처: 기출 해설의 용어 설명 · 이 개념 기출 22문항 중 1문항이 인용
직렬·병렬구조
직렬은 부품이 줄지어 연결되어 하나만 고장나도 멈추고, 병렬은 여러 경로 중 하나만 살아도 작동한다.
출처: 기출 해설의 용어 설명 · 이 개념 기출 22문항 중 1문항이 인용
직렬 계통
부품이 한 줄로 이어져 하나만 고장 나도 전체가 멈추는 구조입니다. 신뢰도를 모두 곱합니다.
출처: 기출 해설의 용어 설명 · 이 개념 기출 22문항 중 1문항이 인용
직렬체계
요소가 하나라도 고장 나면 체계 전체가 고장 나는 연결 방식이다.
출처: 기출 해설의 용어 설명 · 이 개념 기출 22문항 중 1문항이 인용
직렬체제
하나라도 고장 나면 전체가 멈추는 구성입니다. 신뢰도는 각 신뢰도의 곱입니다.
출처: 기출 해설의 용어 설명 · 이 개념 기출 22문항 중 1문항이 인용
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