The size of the manufacturing plant is generally determine so as to achieve lower capital cost per unit of output. However, it has become evident in recent years that much of the expected economies of scale have been nullified due to declining degree of reliability of the plant operation. Failure of any one part of the process system necessitates the shut-down of a total system. In this respect, economic considerations are required for the optimal decisions about the plant reliability. Poor reliability of a plant results in high opportunity cost of the lost production. It also means not only increased operating costs due to reduced effiency but also high expenditure needed to correct facility failures.
There are many ways of improving the plant reliability; preventive maintenance and implementation of efficient repair system may be more effective method of reliability improvement in the short run. In the long run, however, their ability to reduce costs will be limited by the law of diminishing returns. In order to achieve further savings, installation of either highly reliable equipment or stand-by equipment may be required.
In this thesis, an attempt is made to effect the trade-off between the cost of improved reliability by the addition of standby equipments and the cost of poor reliability with respect to the opportunity cost from the loss of production. The objective of the study to develop a general, method to determine plant dependability and to identify candidate equipments for improving the overall plant dependability.
Two opportunity cost models of the plant, one for the design stage and the other for the operating stage, are considered in order to determine the optimal type and number of equipment redundancies. The total cost function is composed of the redundancy cost and the opportunity cost of a system failure caused by the poor reliability of its subsystem. In estimating the installation cost of equipment, currently available economic indicators are used to update the old cost data.
Installation cost corresponding to William's factors and the number of active redundancies are tabulated. Two cost models of plant shut-down are proposed for the estimation of the shutdown cost per day and per shut-down. Computer programs are developed to determine the mean time between failures, mean down time, up time ratio and mean number of shut-down under the assumption of a Poisson process for equipment failures and an exponential distribution of repair times for failed equipments.
시간이 지날수록 화학 공장은 규모의 경제 (economy of scale) 에 의하여 대형화되고 대형 공장의 경제성은 높은 신뢰도에 의하여 얻어질 수 있겠다. 이러한 대형 공장에 있어서 그 체계를 이루고 있는 어느 한 부분장치의 고장에 의하여 전체 공정의 생산 중단을 유발하게 되고 그 조업중단의 비용이 막대하므로 상대적으로 그 전 체계를 이루고 있는 장치의 신뢰도 문제가 심각하게 발생하는 것이다.
이때 발생되는 문제는 어떻게 신뢰도를 증진시킬 것인가 하는 방법과 얼마만큼 올릴까 하는 두가지의 문제가 발생할 것이다.
이러한 요청에 대하여 본 논문에서는 대기성 예비장치 (stand-by installation) 에 의하여 가용성을 증진시키는 방법을 중심으로 설계 단계와 운전 단계로 분리하여 첫째 어느 장치를 선택하여 개선할 것인가, 둘째 어떤 타입의 혼성형 활동성 예비장치를 택할 것인가? 그리고 그 예비장치를 몇개 둘 것인가를 결정하는 수학적 모형과 콤퓨터를 사용하여 그 값을 구하는 도표를 만듬으로서 문제를 해결하였다.
우리가 최소화하려는 목적 함수는 예비장치 건설비의 년간 비용과 그때 일어나는 그 장치의 고장에 의하여 일어 나는 전 공정의 조업중단에 의하여 빚어지는 실기비용(opportunity cost)을 최소화하는 활용성 예비장치의 형태와 그 수를 구하는 것이다.
예비장치 건설비 모형은 자료와 시차적 빈약성을 화학공장원가지수 (Chemical Engineering Plant Cost Indices)을 중심으로 한 경제지표분석 (economic indicator analysis) 로서 해결하고 계율기법 (module techingne)으로 장치비로부터 최종 건설비를 추계하며 규모에 대한 설치비는 축척지수를 사용하여 그리고 정부의 보조지원은 현행 한국의 세제를 중심으로한 종합기법으로서 장치 설치비 계산모형을 완성하였다.
이러한 모형에 의하여 윌리암지수 각각에 대하여 활동성 예비장치의 수가 결정되었을 때의 건설비를 쉽게 추계하도록 부표I을 만들었다.
조업중단비 모형은 조업 중단비를 둘로 나누어 조업중단 횟수에 비례하는 부분과 그 기간에 비례하는 부분으로 분리 일회 조업중단에 의한 비용을 추계하는 방법과 조업중단 일일당 비용을 추계하는 차액비교비 모형을 제시하였고 조업중단 횟수와 그 기간을 결정하는 수학적 모델은 repair faility 수 각각에 대하여 repair rate/Service rate 에 의한 계산을 대기이론 (queuing theory) 에 의하여 개발하고 그것을 도표화 하였다.
부표II로서 도표화된 이 수치는 MTBF (mean time between failure), UTR (up time ratio), MDT (mean down time), 빈도수로서 장치의 고장이 포와숀공정을 할 것이라는 가정과 그 수리시간이 지수분포를 할 것이라는 가정하에서 문제의 해결을 기하였다.
조업중단의 모형은 두가지의 경우로 나누어 고려되었다.
첫째 공장의 조업은 오직 100% 가동만이 허락되는 조업모형이다. 다시 말하면 한개의 활동성 예비장치의 고장이 전 공장의 고장을 유발하는 경우이다.
둘째 조업은 50 %까지 가능하다는 모형이다. 이때는 2 ~ 3개의 혼성 예비장치 중에서는 1개 4 ~ 5개로 구성되는 혼성 예비장치에서 는 2개의 고장은 생산량에는 영향을 미치지만 조업중단은 유발하지 않는 경우이다. 이 두 경우 각각에 대하여 다른 수학적 모형에 의하여 도표를 구하고 분석하였다.
이 도표를 이용하여 최적 수리시설의 수도 결정할 수 있겠다.
그러나 이 모형의 최대 결점은 장치의 고장시간과 수리시간이 지수분포를 할 것이라는 가정 하에서 출발하였으므로 응용은 이 경우에 한한다.
