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조인탁 , 이상천, 박종훈 한국항공우주산업(주), 경상대학교 산업시스템공학부, 대구가톨릭대학교 경영학부

2020 . 7

20년 품질경영학회 춘계 학술대회

목 차

1. 추진 개요

2. 이론적 배경

3. 주기연장 시범적용

4. Summary

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1. 추진 개요

고등훈련기 전력화

이후 10년 이상 운영

으로 안정화 추세

추진 배경

추진 과제

운영안정화로

MFTBF(고장평균시간)

지속 상승

가동률 향상 및 운영

비용 절감 등 운영효

율 모색 필요

2. 이론적 배경

2-1. 주기선정 개념

2-2. 주기산출 기법

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주기 선정 개념

2-1. 주기선정 개념(1/2)

공통 검사주기가 선정된 예방 정비 업무의 효과는 안전성, 운영 신뢰성, 경제성평가를 통해 확인

계획검사주기는 각 지표값을 고려하여 최적화되는 수준으로 선정

대부분 규격에서 유사 장비의 적용 경험과 제작사의 추천 주기를 따르는 것을 제시

기지 운영자/정비사의 운영 경험은 주기를 결정하는 매우 중요한 요소

AFMC INSTRUCTION 21-103 모든 신규 검사항목에 대해 최초 주기가

결정되어야 하며 지정된 검사의 주기는 최신화

필요성에 대해 평가 및 분석되어야 한다

MIL-STD-1843

주기의 결정방법에 대해 프로그램과 분석자의 특성에 따른 자율성을 최대한 부여하고 있으며 획득프로그램에서는 효과적이며 경제적이라고 입증된 타 항공기 체계의 지식과 분석 품목에 대해 계획 정비 업무 효과에 대한 제작사 시험 자료를 활용하고, 운영중인 프로그램에서는 수집된 운영 자료와 운영 경험을 통해 주기를 결정하여야 한다

NAVAIR 00-25-403

분석 대상에 대해 중요 기능 선택 논리 도표를

이용하여 기능적 중요 품목인지 아닌지 식별하며,

그리고 기능적 중요 품목에 대해서는 RCM 결정

논리에 의해 적합한 예방 정비 업무를 선택하고

이에 대한 검사 주기를 설정하는 정보로는 OEM

업체 자료, 운영/정비사의 입력 자료 및 그 자료에

대한 공학적 판단, 시험 자료, 서비스 데이터의 평가

등을 나타내고 있다. 특히, OC 업무의 주기 설정

방법으로는 잠재적 결함과 기능적 결함 사이의 시간

간격(PF interval)을 측정하여, 결함에 따른 안전 및

경제적 조건을 고려하여 그 시간 간격을 n등분하여

산출한다

SAE JA1012 예방정비업무 분류 유형에 따라 주기를 결정하는

기준과 파라미터를 제시하고 있으며, 이들로부터

최적화된 주기를 결정하는 개념을 제시한다

이론적 배경

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주기 선정 개념

2-1. 주기선정 개념(2/2)

DoD Guide for achieving RAM – 미국방성( Aug. 3, 2005)

본 문서는 미국방성(Department of Defense, 미국)에서 발간한 자료로서, Chapter

4.5.2.21에서 RCM 분석방법을 소개하고 있다.

RCM 분석 절차로 총 7단계를 나타내고 있으며, 순서대로 나열하면 정비성 설계, 기능 고장

모드 분석 수행, 고장 분포 분류, 정비 업무 주기 결정, 업무 패키징, 데이터 수집 및 자료

최적화, 그리고 교정 활동 결과 분석이다.

최적의 검사 주기 선정 방법으로 PM(Preventive Maintenance) Point를 사용하고 있다.

이론적 배경

Reliability Centered Maintenance Guide

본 문서는 미육군에서 발간한 자료로서, 좀더 효율적인 정비 프로그램 적용을 위해 작성된

RCM 지침서이다.

예방 정비 주기 설정 방법으로 3가지 기준을 제시하고 있다. 첫 번째는 과거의 경험으로부터

고장 발생을 예상하여 검사 주기를 설정하는 것이다. 즉, 장비의 고장이 예상되는 시점에 대해

고장 내역 및 사용자의 경험으로부터 직관적으로 결정하는 것이다. 두 번째는 고장 분포

통계량을 사용하여, 장비의 중요도에 따라 검사 주기를 결정하는 것이다. 중요도 등급 기준에

따른 검사 주기는 아래 표와 같다. 세 번째는 정보의 부족으로 인해 보수적으로 검사 주기를

설정하는 것이다. 즉, 격주 또는 월 단위로 장비를 관찰하는 것이다.

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고장주기 ( P-F interval ) 고장유형이 존재하고 있다고 가정 이 결함이 징후를 나타내는 잠재고장 상태에서 기능을 수행하지 못하게 되는 기능고장까지 확산시간

검사주기 ( Inspection interval ) 기능고장이 발생하여 그 파급효과를 일으키는 것을 사전에 방지하는 것이 현대 예방정비 개념 Preventive maintenance 검사주기는 P-F interval로부터 구해짐

DEFINED POTENTIAL

FAILURE CONDITION

OPERATING AGE

A

FUNCTIONAL

FAILURE

POTENTIAL

FAILURE

B

C

Inspection Interval I I I

PF

Interval

DEFINED FUNCTIONAL

FAILURE CONDITION

[ 용어 정의 ]

FUNCTIONAL FAILURE (기능 고장) 제품이 그 기능을 지정된 성능 한계 내에서 수행할 수 없게 된 상태

POTENTIAL FAILURE (잠재 고장) 제품이 기능을 수행하지만, 기능 고장이 발생될 사전 징후를 보여주는 정의 가능하며 탐지 가능한 상태

P-F interval ( 고장주기 ) 제품의 작동을 추적했을 때 잠재 고장의 발생으로부터 기능고장까지의 시간

n (검사 빈도) P-F interval 중 수행되는 검사의 빈도

n

PFInterval

2-2. 주기산출 기법(1/5) 이론적 배경

* 춮처 : NAVAIR 00-25-403 appendix A

NAVAIR 기준 산출방식

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Pacc (고장 확률의 허용 한계)

Severity Classification

Pacc

I .000001

II .000002

III .00002

IV .002

Inspection Type Probability of detection

접근이 어렵거나 불가능한 부분의 육안 검사

0.50

손쉬운 육안 검사 0.90

비파괴검사(NDI) 0.95

확실한 결함 징후 0.99

θ (고장 탐지 확률)

안전성 검사빈도 산출

Category Description

I Catastrophic Possible death or aircraft loss or over $1 M damage

II Critical Possible severe injury/illness or safety mission abort or over $100K damage

III Marginal Possible minor injury/illness or mission loss or over $10K

IV Negligible Possible less than minor injury or continue mission with minimal risk

※ Definition of Safety Severity Classification (NAVAIR 00-25-403)

검사빈도 산출식 (For Safety /environmental consequence failure)

)1ln(

ln

accP

n Pacc : Acceptable Probability of Failure

Θ : Probability of Detecting Potential Failure

☞ Severity category에 따른 적용 기준 (NAVAIR 00-25-403, appendix A-16) Only hazards that fall into Categories 1 and 2 should

be considered to be safety /environmental consequence failures for the purposes of RCM analyses.

Category 1 will always be considered to have safety/environmental consequences, while category 2 can fall into either the safety/environmental or operational/economic category.

Categories 3 and 4 will not be classified as safety/environmental consequence failure modes.

2-2. 주기산출 기법(2/5) 이론적 배경

춮처 : NAVAIR 00-25-403 appendix A

NAVAIR 기준 산출방식(계속)

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검사빈도 산출식 (For operational/economic consequence failure)

)1ln(

)1ln()(ln

pfnpm

PF

CMTBF

CCn

i MTBF : Mean Time Between Failure

Ci : Cost of inspection

Cnpm : Cost of non PM

Cpf : Cost of Potential Failure

Θ : Probability of Detecting Potential Failure

경제성 검사빈도 산출

CI = Cost of one preventive maintenance task (1회 예방정비 비용)

= (DMMH for inspection) (Labor Cost per hour) + Consumable cost

Cpf = Cost of correcting one potential failure (잠재 고장의 수리 비용)

= (DMMH to correct potential failure) (Labor Cost per hour) +

Spares and Material costs

Cnpm = Cost of not doing preventive maintenance (예방정비 미 실시로 인한 비용)

= Ccm + Copc

※ 만약 Cnpm이 Cpf와 같다면, 기능 고장 발생 전에 잠재고장을 발견한 이득이 전혀 없음

Ccm = Cost of corrective maintenance (기능 고장에 대한 교정 정비 비용) = (DMMH for repair) (Labor Cost per hour) + (Spares and material costs)

Copc = Costs due to operational impact (임무 영향으로 인한 비용)

• Labor cost :

미공군 평균 labor cost ($39.02)

• DMMH :

-6 교범 기준 정비 인시

• Consumable cost: 소모품의 가격(비행시간당 $8.3)

• Material cost:

구매 장비의 단가

2-2. 주기산출 기법(3/5) 이론적 배경

춮처 : NAVAIR 00-25-403 appendix A

NAVAIR 기준 산출방식(계속)

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2-2. 주기산출 기법(4/5) 이론적 배경

* 춮처 : RCM Guide

고장 분포 통계량을 사용, 장비의 중요도에 따라 검사 주기 결정

중요도 고장 분포 통계량 점검 시기

Low MTBF MTBF를 3등분 하여 점검

Middle B10 B10 수명을 3등분 하여 점검

High B2 공학적 판단에 의해 점검

RCM GUIDE 산출방식

이 방법은 미육군에서 발간한 Reliability Centered Maintenance Guide 기준으로

산출하는 방식이다.

이 지침서에서 검사주기는 고장 분포 통계량을 사용하여, 장비의 중요도에 따라 검사 주기를

결정한다.

중요도 등급 기준에 따른 검사 주기는 아래 표와 같다

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PM Point를 사용한 주기산출

2-2. 주기산출 기법(5/5) 이론적 배경

운영이력자료 분석을 통해 해당품목의

고장간 시간(TTF)을 구하여 지정 구간별

누적그래프(백분율)로 표현

초등훈련기 주기연장 시 활용

* 춮처 : DoD Guide for achieving RAM

PM Point 적용 산출방식

이 방식은 미국방성에서 발간한 Dod Guide for achieving RAM(Aug.3.2005)를 참조로 산출하는

방식이다. 이 자료의 Chapter 4.5.2.21에서 그 분석방법을 소개하고 있는데

여기서 검사주기방법으로 PM(Preventive Maintenance) Point를 사용한다.

즉, 운영이력자료 분석을 통해 해당품목의 고장간 시간(TTF)을 구하여 지정 구간별

누적그래프(백분율)로 표현하여 산출하는 방식이다.

3. 주기연장 시범적용

3-1. 시범대상품목 선정

3-2. 비행전간후 유사성 확인

3-3. 운영자료 분석

3-4. 검사주기 산출

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주기연장 시범적용 3-1. 시범대상품목 선정

계통명 정비항목수 시범대상수

A 21 1

B 2

C 20 2

D 1

E 1

F 50 1

G 1

H 4 1

I 11 1

J 18 1

K 3

L 4

M 17 1

N 96 3

O 2 1

P 3 1

Q 2

R 10 2

합계 266 15

0

20

40

60

80

100

120

A B C D E F G H I J K L M N O P Q R

시범대상수

정비항목수

총 266 항목 중 5%에 해당하는 15품목을 샘플링하여 분석 수행

( 계통별 수량을 고려하여 Random하게 선정 )

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확인절차

3-2. 비행전간후 검사 유사성 확인

확인결과

시범대상 품목 200시간

주기점검내용 확인

대상품목별

비행전간후* 검사 내용 확인

검사내용

중복 및 유사 여부 확인

* 비행전간후 검사는 주기점검과 관계없이 매 비행전/비행간/비행후 점검하는 항목을 말함.

주기연장 시범적용

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계통별 고장 및 신뢰도 분석

3-3. 운영자료 분석

계통(세부) QTY Severity

class 결함수 MFTBF 기타 신뢰성지표

전간후포함 전간후제외 전간후포함 전간후제외 B20 B10 B2

A 1 4 67 0 1,261 84,494 281.4 132.9 25.5

C-1 1 3 37 0 2,284 84,494 509.6 240.6 46.1

C-2 1 3 40 37 2,112 2,284 471.4 222.6 42.7

F 1 3 14 11 6,035 7,681 1,346.7 635.9 121.9

H 1 3 22 8 3,841 10,562 857.0 404.7 77.6

I 1 3 2 0 42,247 84,494 9,427.1 4,451.2 853.5

J 2 2 18 0 9,388 168,988 2,094.9 989.1 189.7

M 1 3 0 0 84,494 84,494 18,854.3 8,902.3 1,707.0

N-1 1 2 0 0 84,494 84,494 18,854.3 8,902.3 1,707.0

N-2 1 3 4 3 21,124 28,165 4,713.6 2,225.6 426.8

N-3 1 3 12 12 7,041 7,041 1,571.2 741.9 142.3

O 1 2 8 7 10,562 12,071 2,356.8 1,112.8 213.4

P 1 3 1 1 84,494 84,494 18,854.3 8,902.3 1,707.0

R-1 2 4 0 0 168,988 168,988 37,708.6 17,804.7 3,414.0

R-2 1 1 1 0 84,494 84,494 18,854.3 8,902.3 1,707.0

주기연장 시범적용

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검사주기 산출

3-4. 검사주기 산출(1/3)

* 1등급:B2, 2등급:B10, 3등급:B20, 4등급:MFTBF

1

10

100

1000

10000

100000

A C-1 C-2 F H I J M N-1 N-2 N-3 O P R-1 R-2

NAVAIR

RCM Guide

PM Point방식

산출방식별 결과 비교

산출방식 설명 비고

NAVAIR 방식 전통적 방법으로 NAVAIR 00-25-403 에 따라 산출하는 기법 * 산출식 = 고장주기 / 검사빈도 ( 심각도 1,2등급일 경우 안전성검사빈도 사용 )

고장주기는 B20 사용

RCM Guide 잠재적고장주기 산출이 현실적으로 어려울 경우 운영분석을 통해 산출하는 기법( 검사빈도는 3으로 가정 , 심각도에 따라 고장주기 차등 적용*)

PM Point 방식 Dod Guide for achieving RAM(Aug.3.2005)를 참조로 산출하는 방식

검사주기 패턴은 산출방식별 유사하게 나타나고 있으며 PM Point방식이 가장 보수적인 결과값을 보이고 있음.

주기연장 시범적용

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추천주기 산출 기준

추천주기 산출 결과

3가지 방식 중 최소값 산출 원칙

3가지 방식 중 1개 방식 이상 산출결과가 400이하일 경우 현장 인터뷰/확인 후 최종 선정

비행전간후 검사와 중복될 경우 산출결과와 무관하게 400시간으로 선정

0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

A C-1 C-2 F H I J M N-1 N-2 N-3 O P R-1 R-2

3-4. 검사주기 산출(2/3)

추천주기 산출결과 4개 항목이 400시간 미만으로 나와 추가 분석이 필요한 것으로 확인됨

주기연장 시범적용

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분석 결과 요약

15개 항목 중 11개 주기연장 가능

- 비행전간후 검사 항목 중복 : 7개 항목

- 고등훈련기 및 초등훈련기 점검주기 산출 3가지 방식 모두 400시간 이상으로 예측 : 7개

- 일부 산출결과 미달되나 비행전간후 검사 중복 : 4개

점검주기 연장 검토 필요 항목 : 4개

- 고장형태에 대한 정비사 의견청취 및 현장 확인 후 공군 협의 필요

- 이 중 3개 항목의 점검내용은 비행전간후 검사와 유사하므로 일부 불일치 내용 추가 시

400시간 연장 가능

3-4. 검사주기 산출(3/3) 주기연장 시범적용

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주기연장 예상효과

4. Summary

점검주기 연장(200400시간)으로 계획정비 불가동률 감소 * 계획정비 불가동률 2017.11월 기준 6% ( 전체 불가동 13.3% 중 45% 차지 )

검사수행을 위한 소모성 자재비 및 정비 인시수 감소 운영비용 절감 * 200시간 검사 시 계획정비일수(년) : 50회 x 5일/1회 = 250일 ( 대당운영시간 200시간/년 가정) 400시간 연장 시 최대 125일로 50% 단축

점검창 탈거, 장착 회수 감소로 관련 구성품 내구성 증가 사용수명연장

주기연장 연구결과

기존 산출기법 및 적용사례 연구를 통한 검사주기 산출 개선방법론 모색

3가지 산출기법을 적용, 최소값 사용으로 결과값에 대한 신뢰성 강화

시범운영분석을 통한 400시간 연장 가능성 확인

고등훈련기 주기연장 연구 결과, 계획검사주기의 400시간 연장사업수행이 가능할

것으로 판단되며, 연장 시 가동률 향상 및 운영비용 절감 등 운영효율성 증대가 기대됨