국내 제조업체의 기술발달로 인해 각 산업계의 모듈 및 시스템에 대한 차체 개발과 더불어 이전 외국업체에 의해 설계된 시스템들에 대한 국산화가 많이 이루어지고 있다. 신뢰성평가에 있어서도 예전부터 수행하고 있는 부품단위의 시험평가와 더불어 최근에는 모듈 류에 대한 시험평가요구가 증가하고 있으며 특히, 이들 개발 모듈류에 대한 신뢰성확보를 위해 가속수명시험(ALT)과 초기고장을 가려내기 위한 번인(Burn-In)시험이 많이 행해지고 있다. 이들 시험을 위해서는 장시간에 걸쳐 그 모듈류의 기능을 점검하고 모니터링 할 수 있는 측정자동화 시스템이 필수적이다. 본 연구에서는 이런 측정 자동화시스템 제작에 관련된 내용을 기술하고 실제 적용 사례를 제시하여 모듈류의 가속수명시 기능점검에 대해 논하였다.
현장 운용조건하에서 사용자들이 요구하는 보증수명을 시험평가하기 위해서는 많은 시간과 비용이 소요된다. 이를 해결하기 위한 시험기술로써 흔히 가속시험이 운용되며 가속방법에는 연속적으로 사용하지 않는 제품을 연속적으로 가동시킴으로써 고장시간을 단축시키는 사용를 가속과 사용조건보다 높은 스트레스를 부과하여 제품의 수명을 단축시키는 고 스트레스 가속이 있다. 기계류 부품들에서 대부분 채택하고 있는 고 스트레스 가속방법을 적용한 무고장 가속시험의 전략은 크게 현장 운영조건하에서의 등가부하를 산출, 시험 운영조건하에서의 등가부하를 산출 그리고 보증수명에 의한 무고장 시험시간을 산출하는 3가지의 기술로 운영된다. 이러한 가속시험 전략은 기계류에 관련된 대부분의 부품 및 시스템에 적용 및 활용이 가능하다.
일반적으로 제어시스템은 독립된 기능을 갖는 전자제어모듈들로 구성되고, 제어시스템의 보수에 있어서 최소 교체단위가 전자제어모듈이기 때문에 제어시스템의 신뢰성을 평가하는 것은 전자제어모듈의 신뢰성을 평가하는 것으로부턴 출발한다. 전자모듈의 신뢰성을 평가할 때 주로 사용하는 평가척도는 MTBF이고, 제조업체에서는 일반적으로 MIL-HDBK-217의 수명예측방법을 이용하여 산출한 MTBF를 제시하고 있다. 하지만 현장의 구매자들은 물론 전자모듈을 개발하는 엔지니어도 MIL-HDBK-217 데이터를 이용한 계산만으로 산출한 MTBF가 실제 사용할 때와 큰 차이가 없는지 확인하기를 원한다. 본 논문에서는 이러한 요구에 따라서 MIL-HDBK-217의 수명예측 방법을 이용하여 예측한 수명을 가속수명시험을 통하여 보증하는 방법을 제시하고, 제시한 방법을 실제 국내에서 제작한 2종류의 전자제어모듈에 적용한 사례를 기술하였다. 국내에서 제작한 2종류의 전자제어모듈에 대하여 본 논문에서 제시한 보증시험방법에 따라서 시험한 결과 신뢰수준 60%에서 예측 수명을 보증할 수 있었고, 보증시험 후에 수명을 추정하기 위하여 추가적으로 장시간 시험하여 수명을 추정한 결과 추정된 수명이 MIL-HDBK-217을 이용하여 예측된 수명에 비하여 2.86∼3.40배길게 나타났다.
신뢰성성장시험은 주어진 기간 동안에 고장모드를 체계적이고 영구적으로 제거하여 신뢰성을 향상시키려는 것이 목적이다. 이러한 활동은 대부분 매우 제약된 시간에 이루어져야 함으로 신제품개발프로그램에 있어서는 가속수명 시험이 필수적인 신뢰성성장시험 도구로 적용된다. 본 연구에서는 가속수명시험 하에서 신뢰성성장을 계획하고 분석하는데 유용한 도구로 사용할 수 있는 가속 신뢰성성장모델을 제시하였다. 시험전략은 test-find-test 전략으로서 시험중 고장모드가 발견되어도 이 문제에 대한 근본적 조치는 시험이 완성된 이후에 이루어지는 경우를 가정하였다. 이는 시험을 중간에 중단하고 시작하는 비용이 매우 높거나, 시스템이 고도로 복잡하여 완전히 분해하는데 어려움이 있는 경우에 적용된다.
신뢰성이란 "부품이나 시스템이 주어진 환경에서 고장 없이 일정기간 동안 요구기능을 수행하는 특성"으로서, 신뢰성 기술수준은 선진국과 후진국의 기술경쟁력을 비교하는 주요 척도중 하나로 인식되고 있다. 이에 신뢰성의 역사적 배경과 가속시험의 개념을 살펴보고, 가속수명시험을 통해 항공기용 시동/발전기의 수명을 확인하고, 안전성을 평가한다.
In general, accelerated life testing is performed to reduce testing time. But it is difficult to apply accelerated life testing to a system besides components. This paper developed a software which estimates reliability measures of the system from results of accelerated life testing of components building the system. This software can handle the system with a large number of components and complex topology. Multiple failure modes of a component were also considered in this software. Based on the software, reliability measures of a gearbox example at several conditions were estimated from the accelerated life testing results of three components of the gearbox.
제품의 신뢰성에 대한 소비자의 인식이 높아짐에 따라 기업에서는 높은 품질과 신뢰성 있는 제품을 만들기 위해 많은 노력을 하고 있다. 신뢰성은 기기, 부품, 재료 등 시스템이 규정된 조건하에서, 의도하는 기간 동안 규정된 기능을 고장 없이 수행할 수 있는 성질로 규정된다. 높은 신뢰성의 확보를 위한 제품의 신뢰성 시험은 많은 시간과 비용이 소모되기 때문에 현대의 빠른 시장 흐름에 따라가지 못한다. 특히, 최근 기술발전 속도가 빨라지고 제품 수명주기(Life Cycle)와 개발 기간이 짧아지고 있는 추세에 있으므로 이에 대응할 수 있는 신속한 시험방법의 실시가 반드시 필요한 시점이다. 위와 같은 신뢰성을 갖는 제품의 시험의 한계를 극복하고 시험시간을 단축하기 위한 여러 가지 방법이 연구되어 왔고, 그 중 가속 시험(Accelerated Test)에 대한 필요성과 요구가 계속 증가하고 있는 추세다. 본 연구에서는 단순부품과 재료의 신뢰도 정보를 신속하게 얻는데 매우 유용한 신뢰성 시험방법 중에 하나인 가속시험의 연구동향과 적용 현황을 분석하고 이의 효과적인 적용과 활용방안을 모색 하고자 한다.
본 논문은 변압기의 과부하 상태를 모의하고 내부 절연물의 잔존수명을 평가하기 위한 방법으로 열적 스트레스를 인가한 가속 수명 시험을 수행하여 광유 함침 절연지의 전기적 기계적 열화 특성을 분석하였다. 시험에 사용된 절연 재료는 변압기의 주 절연물로 널리 사용하고 있는 셀룰로스계 크래프트 절연지와 광유계 절연유를 사용하였다. 가속 열열화 시험은 IEEE/ANSI Standard C59.91-1981의 수명 예측 곡선에 의거하여 국내 배전환경에 부합하도록 $55^{\circ}C$ 절연시스템을 기준으로 하였으며, $150^{\circ}C$에서 약 1,000시간 동안 열 스트레스를 인가함으로써 변압기의 수명이 다하도록 모의하였다.
본 논문은 개발 중에 있는 굴삭기 무인조종 로봇을 대상으로 시스템 신뢰도 평가 방법을 제안하고, 제안한 방법을 이용하여 수행한 신뢰도 보증시험에 대한 결과를 나타낸다. 로봇 시스템은 위험한 작업환경에서 작업자의 안전을 위하여 개발되었으며 전체 시스템의 신뢰도는 각 구성품의 신뢰도로부터 계산될 수 있다. 따라서 세 가지 주요 구성품 각각에 대한 전용 시험 장비를 제작하여 가속수명시험에 사용하였다. 가속수명시험 결과를 이용하여 신뢰수준에 따른 보증할 수 있는 평균수명을 추정하고, 적은 시료 수를 사용하는 시스템 신뢰도 보증 시험법을 제안하였다.
공기압 액추에이터는 자동화 생산라인 등의 다양한 산업분야에서 사용되고 있으며, 고장이 발생하면 전체 시스템에 막대한 손실을 야기 시킬 수 있는 부품이다. 그러나 기존 공기압 액추에이터에 대한 연구는 설계 관점에서의 연구나 특성해석 및 구동속도 등의 제어관점에서의 연구가 대부분이었으며, 실린더의 수명과 신뢰성에 대한 연구는 거의 이루어지지 않았다. 이와 연관하여 최근 공기압 액추에이터의 신뢰성에 대한 중요성 및 소비자의 요구수준이날로 증대되고 있으며, 최근 공기압 액추에이터의 수명분포 데이터를 분석과 가속수명시험 실시를 통한 수명분포 추정과 형상모수의 동일성 검정, 제안한 복합가속 수명시험 모델에 대한 유용성 검증 등의 연구와 ISO를 중심으로 규격화를 위한 활동이 활발히 진행되고 있다. 따라서 공기압 액추에이터에 대한 신뢰성 평가기법 및 가속수명 시험평가 기술에 대한 기술적 접근법을 소개하고자 한다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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