Part 4. 신뢰성 개념과 중요성

Module 1. 품질과 신뢰성은 한양대학교 배석주 교수님이 강의를 하셨고 Module 1에 관한 모든 내용은 LG Aimers 및 한양대학교 배석주 교수님으로부터 나왔다.

 

 

저번 파트에 배운 품질과 신뢰성은 어떻게 다른지부터 알아보도록 하자

항목	품질	신뢰성
시간	정적(현시점에서 제품의 특성)	동적(미래의 성능과 고장)
추진	전사적 추진 주로 생산단계	전문분야 기술자로 구성된 팀에 의해 추진 설계 및 개발단계
자료	완전자료	불완전자료(관측 중단자료)
개선 Tool	SPC, TQC, 식스(6)시그마	FMEA, FTA, 고장해석
시험 시간	단기	장기
척도	불량률(%,ppm) 평균, 분산	고장률 수명(MTTF, MTBF, B10 수명) 신뢰도
분포	이항분포 정규분포	지수분포 와이블 분포 대수정규 분포

 

 

신뢰성 분석은 시대가 지날수록 패러다임이 변화했다.

 

1. 시스템이 어떻게 작동하는가? 

2. 시스템이 어떻게 하면 작동하지 않게 되는가?

3. 시스템의 고장을 피할 수 있는 방법은 무엇인가?

4. 시스템의 신뢰성을 높이는 방법은 무엇인가?

5. 시스템이 고장이 나지 않도록 사용환경에 Robust한 제품을 어떻게 만들 것인가?

 

로 바뀌게 되었다.

 

 

 

 

 

이에 따라 신뢰성 분야의 학문적 발전도 함께 이루어졌다.

 

1950년대 후반 ~ 1960년대

 - 확률분포로 고장현상 모형화

 - 지수분포에 관한 통계적 분석법 개발

 - 1958년 NASA창설, 인공위성 연구 개발에 따른 신뢰성 확보 위한 노력

 - FMEA, FTA 등 중요기법 개발 및 활용

 - 1965년에 국제천기기술위원회(IEC : International Electrotechnical Commision) 내에 장치와 부품의 신뢰성 기술위원회 발족

 - 지수분포의 한계를 수용하여 와이블 분포에 관한 통계적 분석법 개발

 - 신뢰성 샘플링 검사 방식 개발

 

 

1970년대

 - 원자력 발전소를 비롯한 복합시스템에 초점을 맞춘 신뢰도와 안전을 고려한 위험분석 및 RCM(Reliability Centered Maintenance)을 비록한 설비보전, 소프트웨어 신뢰도 분야 등으로 확대

 - 규모가 좀 더 큰 시스템 수준에서의 신뢰성을 분석하기 위한 방법론으로 FTA가 항공우주 분야나 핵발전소 분야에서 활발히 연구되고 활용

 - 충격 모형의 연구와 네트워크 신뢰도 연구 시작

 

 

1980년대

 - 가속수명시험의 설계 분석 방법론 연구 및 개발

 - 신뢰성 데이터 분석에서의 베이지안 방법론의 응용 활발

 - 네트워크 신뢰성 분야가 활발히 연구되기 시작

 - 부품 고장 간의 종속성을 분석하고 고려하는 문제로서 공통원인 고장 모형 및 분석이 대형 복잡시스템(전력시스템 등)에서 활발하게 연구

 - 신뢰성 예측도구로 MIL-HDBK217외에 주요 산업별로 적합한 예측도구가 개발

 

 

 

1990년대

 - (가속)열화시험방법과 분석법 개발

 - 초가속수명시험(HALT)과 강건설계, 실험계획법 등 새로운 시험방법론의 도입

 - 부하분석 및 열화 과정 해석을 통한 더욱 신속하고 정확한 의사결정 가능

 

 

 

2000년대

 - 고장물리 분야가 더욱 다양하게 연구

 - 대형 시스템 분석을 위한 상용소프트웨어의 개발, 시뮬레이션 방법론의 응용 기능 안전 등 안전성 및 위험분석과의 통합화

 - 재료, 부품, 장비 고장 예측진단 기술의 필요와 활용에 관한 건전성예지관리(PHM)가 매우 크게 대두

 

 

 

21세기의 특징

 - 빅 데이터 여건의 특성을 반영하여 기계학습과 강화학습등을 통한 신뢰성분석과 예측에 관한 연구가 활발해지고 있음

 

 

 

 

 

또 신뢰성의 척도도 여러종류가 있다.

척도	신뢰성
신뢰도	부품, 제품, 시스템 등이 주어진 사용 조건에서 일정 기간동안 요구되는 기능을 고장 없이 수행할 확률
순간 고장률	어떤 시점까지 동작하고 있는 시스템이 계속되는 단위시간 동안 고장을 일으킬 비율
평균 고장률	총 동작시간 동안의 고장개수
평균 고장시간	수리불가시스템(Non - repairable System)에서 고장이 발생하기 까지의 평균시간
평균 고장간격	수리가능시스탬(Repairable System)에서 고장간격 간의 평균 동작시간
보전도	고장난 시스템이 주어진 조건 하에서 규정된 시간 내에 수리(보전)을 완료할 확률
가용도	수리 가능한 시스템이 어떤 특정 시점에 기능을 유지하고 있을 확률

 

여기서 고장률이 나오는데 고장률의 유형과 특성에 대해서 알아보자

고장률의 형태	고장의 형태	특징
감소형 고장률	초기 고장	시간이 경과함에 따라 고장률이 감소
일정형 고장률	우발 고장	시간에 상관없이 고장률이 일정
증가형 고장률	마모 고장	시간이 경과함에 따라 고장률이 증가

 

초기, 우발, 마모 고장에 따라 곡선 형태의 그래프를 그릴 수 있는데

욕조곡선은 제품의 신뢰성을 평가할 때 가장 많이 사용되는 곡선이다.

 

 

 

 

신뢰성 데이터의 종류에는

완전, 정시중단, 정수중단, 구간데이터가 존재하는데

 

1. 완전 데이터

모든 샘플이 고장날 때 까지 시험을 실시하여 완전한 고장 데이터를 기반으로 모수를 추정하여 신뢰도 예측하는 방식

 

 

2. 정시중단 데이터

원하는 시간까지 시험을 실시하여 고장난 데이터 수를 기반으로 신뢰도를 예측하는 방식

 

3. 정수중단 데이터

원하는 고장난 데이터 개수가 발생할 때까지 시험을 실시하여 시간을 기반으로 신뢰도를 예측하는 방식

 

4. 구간 데이터

시험을 원하는 시간까지 실시하여 원하는 간격으로 쪼개서 고장난 데이터 개수들을 기반으로 신뢰도를 측정하는 방식

 

 

 

이번 강의를 통해 신뢰성의 개념이 아주 다양하고 현재에도 계속해서 발전해 나가고 있다는 것을 보고 제품의 불량률을 더 낮춰서 기업과 소비자 모두 만족할 수 있는 개념이 필수적이라는 것을 느끼게 되었다.