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고장해석수법으로서의
FMEA·FMECA 활용방안
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㈜ATPM컨설팅/한국TPM연구소
대표/공학박사·기술사·지도사 권오운
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1. 고장해석(failure
analysis)의 방법 및 특징
고장해석(failure analysis)은
설비의 신뢰성을 높이기 위한 기본적인 업무가 되며, 대상의 신뢰성에
대해서 개발·설계로부터 시작하는 일련의 라이프사이클에 대한
활동이 된다. 고장해석은 PDCA 측면에서 보면 C에 대응한다. 개발·설계,
試作, 제조, 사용 등의 단계에서 발생하는 이상 및 고장은 그 원인을
조사해서 필요한 대책을 취하고 대상의 신뢰성을 향상시킬 필요가 있다.
고장해석이 없는 신뢰성개선 및 관리활동은 생각할 수가 없다고 볼 수
있다.
설비 및 제품의 고장해석을
위한 고장해석법의 방법 및 특징은 일반적으로 <도표1>과 같이
정리할 수 있는데, TPM활동 중 고장문제의 개별개선시의 원인분석단계에서
자주 쓰이는 기법으로서는 FMEA, 신뢰성블록도 및 FTA, 신뢰성분석 및
가동성계산, PM분석 등이 있다.
본고에서는 우선 FMEA·FMECA에
대해 자세히 사례를 곁들여 소개해서, 개별개선시의 고장해석 및 원인분석의
합리화를 도모하고 또한 쉽게 사용할 수 있도록 하고자 함을 목적으로
하였다.
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<도표1> 각종 고장해석법의
특징
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목차로 
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2. FMEA(Failure Mode
& Effect Analysis)
▶FMEA의 발전과 의의
FMEA는 1950년대초
구라망항공회사가 개발한 것이 시초로서, Bottom-up에 의한 분석을 하는
것이 특징이 되며, FMEA양식은 MIL-STD-1629-101에 따라 실시된다.
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▶ FMEA실시절차
FMEA
실시절차는 다음과
같다.
▷
순서1: 시스템·서브시스템의
구성 과 임무의 확인
▷
순서2: 시스템·서브시스템의
분석레벨 결정
▷
순서3: 기능별 블록의
결정
▷
순서4: 신뢰성블록도
작성
▷
순서5: 블록별 고장모드의
열거 및 검토
▷
순서6: FMEA에 효과적인
고장모드의 선정
▷
순서7: 선정된 고장모드에
대한 추정원인 열거
▷
순서8: FMEA용지에
요약 기입
▷
순서9: 고장등급평가
및 결과 정리(  ,등급)
▷
순서10: 고장등급이
높은 것에 대한 대책 및 개선제안(설계변경, 고신뢰성부품 채용, 신뢰성관리절차의
변경, 시험 및 검사절차의 변경 등)
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<도표2>  의 평가점
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여기서, 순서1에서의
시스템·서브시스템의 구성은 「시스템→서브시스템→검포넌트→조립품→부품」의
5단계로 된다. 순서8에서의 FMEA표는 ① 번호, ② 대상품목, ③ 기능, ④
고장모오드,
⑤ 추정원인, ⑥ 영향(서브시스템, 시스템), ⑦ 고장검지법, ⑧ 고장등급평가(
 ,등급), ⑨ 대책 등으로 구성되는데 FMEA표 사례는 <도표6 >과
같다.
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▶ 고장등급 결정
방법
고장등급 결정
방법은
고장평점법, 치명도평점법의 2가지가 있다.
①
고장평점법 : 고장평점법의
평가항목으로서는 5개의 평가항목인  ∼ 가 있고 이들의 평가항목에 의거 시스템의 평가등급인  가 다음 식과 같이 구해지며,  의 평가점은 <도표2>와 같다.
이상과 같은 방법에 의거
고장평점  를 계산한 다음에는 <도표3>에 의거 고장평점에 대응한 고장등급을 결정한다.
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<도표3>  에 따른 고장등급
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이상과 같이 고장평점을
계산하지 않고 간단히 임무달성에 중점을 두어 <도표4>와 같이
고장등급을 결정하는 경우, 즉 고장평점법이 아닌 간단평가 방법이 있는데,
고장등급으로서는 Ⅰ∼Ⅳ등급이 있으며, Ⅰ은 치명고장, Ⅱ는 중고장,
Ⅲ은 경고장, Ⅳ는 미소고장으로 된다.
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<도표4> 임무달성에
중점을 둔 고장등급
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그리고,  는 고장방지기능성,  는 신규설계의 정도를 의미한다.
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FMEA의 이해를 돕기 위해
브레이크 시스템을 대상으로 상세히 시스템을 분해하여 시스템에 잠재해
있는 불합리 및 트러블을 적출하는 것을 FMEA 실시사례에 의거하여 예를
들어 설명해 보기로 한다.
우선 브레이크
시스템은
크게 나눠 페달, 유압장치, 브레이크의 3가지 부분으로 되어 있다. 페달을
밟음에 따라 유압장치가 작동하고 이어서 브레이크가 걸려 시스템이
정지한다. 이것을 신뢰성블록도로 나타낸 것이 <도표5>이다.
다시 FMEA 실시절차에서 기술한 순서에 따라 <도표6>에 FMEA표를
만들었다.
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FMEA
실시순서는 다음과
같이 된다.
▷
순서1 : 시스템·서브시스템의
구성 및 임무 확인
▷
순서2 : 시스템·서브시스템의
분석레벨 결정→ 여기서는 컴포넌트레벨로 한다.
▷
순서3 : 기능별 블록
결정→ 다음 3가지의 기능별 블록도로 나눈다. → 브레이크페달의 기능,
유압장치 기능, 브레이크 기능으로
3구분 한다.
▷
순서4 : 신뢰성블록도
작성→ <도표5>에 도시하는 바와 같이 기능별 신뢰성블록도를
상세하게 나타낸다.
▷
순서5 : 블록별 고장모드
열거→ 다수의 고장모드를 적출하지만 여기서는 일부만 나타냈다.
▷
순서6 : FMEA에 효과적인
고장모드 중에서 중요한 것을 선별하고 <도표6>에 기입한다.
▷
순서7 : 선정된 고장모드에
대한 추정원인 열거→ 고장모드에는 다수의 추정원인이 있을 수 있다.
이 중에서 주요한 추정원인을 FMEA의 추정원인란에 기입한다.
▷
순서8 : FMEA용지에
요약 기입→ <도표6>은 FMEA표의 일부로서, 페달(페달장치), 유압파이프(유압장치)
및 브레이크 슈우(브레이크장치)만 나타냈다.
▷
순서9 : 고장등급 평가
및 결과 정리(  ,등급)→ FMEA표의 해당란에 기입한다.
▷
순서10 : 고장등급이
높은 것에 대한 대책 및 개선 제안→ FMEA표의 해당란에 기입한다.
이 순서1∼10에
따라 작성된 FMEA표는 <도표6>이며, 이 표에서 고장평점은  평가점에 의한  를 이용했다.
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<도표6> 브레이크시스템의
FMEA표(일부)
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②
치명도 평점법
<도표7>와 같이
「고장영향의 크기」에 따라 평점을 구하고, 다음 식에 의해 치명도평점(
 )를 계산한 후에 이 점수에 대응하여 고장등급을 결정하는 방법이다.
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<도표7>고장영향의
크기에 따른 평점
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치명도평점  에 대응하는 고장등급은 <도표8>에 의해 결정된다.
<도표8>
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목차로
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3. 치명도
해석법(FMECA)
치명도해석법은 MIL-STD-162-102규격으로
제정되어 있으며, 치명도해석(criticality analysis)이란 FMEA를 실시한
결과 고장등급이 높은 고장모드가 시스템이나 기기의 고장에 어느 정도로
기여하는가를 정량적으로 계산하고, 고장모드가 시스템이나 기기에 미치는
영향을 정량적으로 평가하는 방법이다. 그리고 FMEA에다 치명도해석을
포함시킨 것을 FMECA(Failure Mode,Effect and Criticality Analysis)라고
한다.
고장등급이 Ⅰ또는 Ⅱ인
고장모드의 일람표를 작성하고 이들 각각의 고장모드별의 치명도지수를
다음 식에 의거 계산한다.
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윗식을 보아도 알 수
있는 바와 같이 치명도해석을 실시하기 위해서는 정량적 데이터가 필요하기
때문에 이 방법을 활용하기 위해서는 고장데이터를 수집하여 고장률을
명확히 알고 있지 않으면 안된다. 따라서 신규로 설계된 설비나
제품의 평가에는 어려움이 많기 때문에 FMEA만 사용하고, FMECA는 잘
사용하지 않는다.
FMEA와 마찬가지로 치명도해석을
실시하는 경우에는 <도표9>와 같은 양식을 사용한다.
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<도표9>
F M E C A(치명도해석)표
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자료실
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