The objectives of this work are to establish the design methodology aimed at resolving design complexity, and to develop evaluation criteria which can be used as a decision-making tool for design simplification.
There is a growing interest in redesign of nuclear power plant, especially in simplification of the present designs. However, there exists no clear methodology or criteria for plant simplification. Therefore, it is essential and valuable to study such problems.
In this work, by incorporating most aspects on system design applicable to simplification into general system design process, an approach for design simplification is proposed and the simplicity is defined as evaluation criteria for simplification.
Proposed design approach is based on the key concepts of Functional Independence and Information Minimization which have been proposed as axiomatic design decision rules in the manufacturing field. Design methods employed in this design approach are top-down decomposition method and regular structure method, which reflect the two design concepts.
Informational entropy concept is adopted as a measure of simplicity, and system entropy evaluation model and its quantification method are developed.
Through the case study for verifying the applicability of entropy concept, it is found that physical complexity affected by number of components, interconnections, and configurations can be quantified by the measure of system entropy, and that, in the viewpoint of understandability or system uncertainty, it can also be reduced by improving component or system reliability and installing the status monitoring instrument for component or system.
From the results of AFWS case study, it is concluded that the entropy measure is an effective decision-making tool for design simplification. Finally, the proposed design methodology is expected to contribute to the improvement of engineering design process as well as design simplification.
본 연구는 원자력발전소 설계 단순화를 위한 방법론과 평가 기준을 제시하기 위한 것이다. 현재 기존 원자력발전소의 설계 복잡성은 이용율 감소, 안전성 저하, 투자비 증가 등 모든 면에서 영향을 주고 있으며, 이를 해결하기 위한 방안으로서 발전소 설계 단순화를 EPRI, MIT 등 여러 기관에서 추진 중에 있으나, 발전소 단순화를 체계적으로 달성하기 위한 뚜렷한 설계 방법론 이나 평가 기준이 없는 실정이다.
본 연구에서 제안하는 설계 단순화 방법론은 기능 독립과 정보 최소화의 개념을 바탕으로 하며, 이들이 반영된 설계 방법(Top-down decomposition method와 Regular structure method)은 설계 과정을 합리화하며, 계통 설계를 단순하게 할 수 있는 것으로 판단된다. 또한, 설계 단순화 정도의 평가 기준으로 정의된 단순도를 정량화하기 위해서 정보 엔트로피 개념을 이용한 계통 엔트로피 평가 모델과 전산 코드가 개발되었다.
본 연구 결과의 적용성을 검토한 결과, 계통 기기 댓수 및 배열에 연관된 구조적인 복잡성은 계통 엔트로피 측정에 의해서 정량화할 수 있으며, 이런 종류의 복잡성은 계통 불확실성이나 이해도 관점에서 볼때 기기나 계통 신뢰도 향상, 기기나 계통 상태 감시계기 설치 등을 통해 어느정도 감소시킬 수 있는 것으로 나타났다. 또한 보조급수계통 설계 대안들에 대한 단순화 정도 평가결과, 엔트로피 개념은 설계 단순화를 위한 의사결정 수단으로 유용한 것으로 판단된다.
