최근 철도차량 분야는 발주에서부터 폐기까지 신뢰성 관리 기법을 도입하는 등 시스템 생애주기(Life Cycle) 전 과정이 RAMS(Reliability, Availability, Maintainability, Safety) 수행절차 중심으로 빠르게 발전하고 있다. 특히 전 세계적인 경제 불황은 전동차 유비보수 비용에 대한 합리적인 대책을 요구하게 되었으며, 그 대안으로 RCM(Reliability Centered Maintenance)을 기반으로 한 최적의 정비방식에 대한 관심이 높아지게 되었다. RCM이란 고장분석, RAM분석, LCC(...
최근 철도차량 분야는 발주에서부터 폐기까지 신뢰성 관리 기법을 도입하는 등 시스템 생애주기(Life Cycle) 전 과정이 RAMS(Reliability, Availability, Maintainability, Safety) 수행절차 중심으로 빠르게 발전하고 있다. 특히 전 세계적인 경제 불황은 전동차 유비보수 비용에 대한 합리적인 대책을 요구하게 되었으며, 그 대안으로 RCM(Reliability Centered Maintenance)을 기반으로 한 최적의 정비방식에 대한 관심이 높아지게 되었다. RCM이란 고장분석, RAM분석, LCC(Life Cycle Cost), 부품수명관리 및 고장유형 분석 등 실질적인 차량관리의 모든 부분을 포함하는 정비방식으로 여러 운영사에서는 철도차량의 고장율을 체계적이고 과학적으로 관리하기 위해 RCM 도입에 많은 노력을 기울이고 있다. 또한 철도차량의 고장율을 줄이기 위해 시스템의 구조를 분석하고 고장이 많은 부품을 분석하고 개선하는 등 고도화된 정비기법을 도입하고 있다. 이러한 신뢰성을 기반으로 시스템을 예측하고, 분석할 때 가장 기본적인 프로세스 중의 하나가 FMECA(Failure Mode Effect, Critical Analysis)이다. FMECA는 초기 개발단계부터 시스템을 구성하고 있는 부품의 기능과 고장모드를 분석하여 시스템의 잠재적 고장유형을 찾아내고, 잠재적 고장유형에 대한 영향과 원인을 분석하여 제품에 치명적인 영향을 미치는 고장유형을 선택하여 이를 줄이거나 없애기 위한 각종 개선대책을 제시하는 분석기법이다. 본 논문은 신뢰성 기반의 설계가 이루어지기 이전에 설계, 제작된 7호선 1차분 VVVF(Variable Voltage Variable Frequency) 인버터에 FMECA 프로세스를 도입하여, 신뢰성 중심의 분석기법을 적용하고 필드데이터와 비교를 통해 시스템의 개선사항을 도출하고자 하였다. 또한 1990년대에 제작되어 고장이 많은 GTO(Gate Turn-Off Thyristor) Type의 VVVF 인버터를 분석하여 신뢰성 관련 연구의 폭을 넓히고 시스템의 개선사항을 도출하고자 하였다. 먼저, 7호선 1차분 전동차의 VVVF 인버터에 FMECA 수행절차를 적용하기 위해 VVVF 인버터를 그 하위 6개 시스템으로 나누어 전체를 4 레벨까지 분류하였다. 이렇게 분류된 BOM(Bill of Materials)을 바탕으로 LBS(Logistic Breakdown Structure)를 작성하였다. 이 LBS를 가지고 전개하여 각 파트별 기능을 정리하고 기능블록도(Function BlockDiagram)와 신뢰성 블록 다이어그램(Reliability Block Diagram)을 작성하였다. 이렇게 정의된 데이터를 바탕으로 VVVF 인버터에 FMECA 프로세스를 단계적으로 적용하였으며, 고장 등급이 높은 부품을 선별하였다. 그리고 FMECA를 통해 도출된 자료를 검증하기 위해 2003년부터 2009년까지 7년간의 고장데이터를 분석하였다. 고장데이터는 본선운행 시 5분 이상 지연이 발생한 고장을 "본선지연고장"으로 정의하여 분류하였으며, 영업운전을 포함한 정비, 시험 시 발생한 모든 고장을 "일반고장"으로 정의하여 분석하였다. 그리고 이 두 가지 고장의 특성이 일치하는지 확인하였으며, FMECA 치명도 분석결과와 비교하였다. FMECA 치명도 분석결과와 본선지연고장을 비교한 결과 GDP(Gate Drive panel), ESBA 카드, 전류센서(CMD: Current Monitoring Device) 그리고 캐패시터(SC2') 등이 시스템에 치명적인 부품으로 나타났으며 고장이 발생되어 소멸되는 원인소멸 고장 등에 대한 대책이 필요함을 도출하였다. 이에 따라 각 부품의 개선대책을 마련하였으며, 7호선 1차분에서 주로 나타나는 원인소멸고장에 대해 정의하고, 원인소멸고장을 외부요인과 내부요인으로 나누어 분석하였다. 그 결과 외부요인으로는 전동차로부터 발생되는 회생제동으로 가선전압이 불안정해지는 것을 알 수 있었으며 그 대책으로 회생에너지 저장장치의 필요성을 도출하였으며 전동차 내부요인으로 전동차의 전류센서의 개선이 필요함을 도출하였다. 본 논문에서는 상향식 분석기법(Bottom-up Analysis)인 FMECA 프로세스를 VVVF 인버터에 적용하고, 고장분석을 통해 시스템의 개선사항을 도출하고자 하였다. 그러나 소프트웨어에 대한 포괄적인 이해 및 분석 없이 전자장비인 VVVF 인버터를 이해하기는 힘든 일이다. 따라서 향후 소프트웨어 분석을 통한 FTA(Fault Tree Analysis) 등의 하향식 분석기법(Top-Down Analysis)을 적용하여 VVVF 인버터를 분석한다면 근본적인 고장분석이 가능할 것이며, 전동차의 고장예방에 도움이 될 것으로 믿는다.
최근 철도차량 분야는 발주에서부터 폐기까지 신뢰성 관리 기법을 도입하는 등 시스템 생애주기(Life Cycle) 전 과정이 RAMS(Reliability, Availability, Maintainability, Safety) 수행절차 중심으로 빠르게 발전하고 있다. 특히 전 세계적인 경제 불황은 전동차 유비보수 비용에 대한 합리적인 대책을 요구하게 되었으며, 그 대안으로 RCM(Reliability Centered Maintenance)을 기반으로 한 최적의 정비방식에 대한 관심이 높아지게 되었다. RCM이란 고장분석, RAM분석, LCC(Life Cycle Cost), 부품수명관리 및 고장유형 분석 등 실질적인 차량관리의 모든 부분을 포함하는 정비방식으로 여러 운영사에서는 철도차량의 고장율을 체계적이고 과학적으로 관리하기 위해 RCM 도입에 많은 노력을 기울이고 있다. 또한 철도차량의 고장율을 줄이기 위해 시스템의 구조를 분석하고 고장이 많은 부품을 분석하고 개선하는 등 고도화된 정비기법을 도입하고 있다. 이러한 신뢰성을 기반으로 시스템을 예측하고, 분석할 때 가장 기본적인 프로세스 중의 하나가 FMECA(Failure Mode Effect, Critical Analysis)이다. FMECA는 초기 개발단계부터 시스템을 구성하고 있는 부품의 기능과 고장모드를 분석하여 시스템의 잠재적 고장유형을 찾아내고, 잠재적 고장유형에 대한 영향과 원인을 분석하여 제품에 치명적인 영향을 미치는 고장유형을 선택하여 이를 줄이거나 없애기 위한 각종 개선대책을 제시하는 분석기법이다. 본 논문은 신뢰성 기반의 설계가 이루어지기 이전에 설계, 제작된 7호선 1차분 VVVF(Variable Voltage Variable Frequency) 인버터에 FMECA 프로세스를 도입하여, 신뢰성 중심의 분석기법을 적용하고 필드데이터와 비교를 통해 시스템의 개선사항을 도출하고자 하였다. 또한 1990년대에 제작되어 고장이 많은 GTO(Gate Turn-Off Thyristor) Type의 VVVF 인버터를 분석하여 신뢰성 관련 연구의 폭을 넓히고 시스템의 개선사항을 도출하고자 하였다. 먼저, 7호선 1차분 전동차의 VVVF 인버터에 FMECA 수행절차를 적용하기 위해 VVVF 인버터를 그 하위 6개 시스템으로 나누어 전체를 4 레벨까지 분류하였다. 이렇게 분류된 BOM(Bill of Materials)을 바탕으로 LBS(Logistic Breakdown Structure)를 작성하였다. 이 LBS를 가지고 전개하여 각 파트별 기능을 정리하고 기능블록도(Function Block Diagram)와 신뢰성 블록 다이어그램(Reliability Block Diagram)을 작성하였다. 이렇게 정의된 데이터를 바탕으로 VVVF 인버터에 FMECA 프로세스를 단계적으로 적용하였으며, 고장 등급이 높은 부품을 선별하였다. 그리고 FMECA를 통해 도출된 자료를 검증하기 위해 2003년부터 2009년까지 7년간의 고장데이터를 분석하였다. 고장데이터는 본선운행 시 5분 이상 지연이 발생한 고장을 "본선지연고장"으로 정의하여 분류하였으며, 영업운전을 포함한 정비, 시험 시 발생한 모든 고장을 "일반고장"으로 정의하여 분석하였다. 그리고 이 두 가지 고장의 특성이 일치하는지 확인하였으며, FMECA 치명도 분석결과와 비교하였다. FMECA 치명도 분석결과와 본선지연고장을 비교한 결과 GDP(Gate Drive panel), ESBA 카드, 전류센서(CMD: Current Monitoring Device) 그리고 캐패시터(SC2') 등이 시스템에 치명적인 부품으로 나타났으며 고장이 발생되어 소멸되는 원인소멸 고장 등에 대한 대책이 필요함을 도출하였다. 이에 따라 각 부품의 개선대책을 마련하였으며, 7호선 1차분에서 주로 나타나는 원인소멸고장에 대해 정의하고, 원인소멸고장을 외부요인과 내부요인으로 나누어 분석하였다. 그 결과 외부요인으로는 전동차로부터 발생되는 회생제동으로 가선전압이 불안정해지는 것을 알 수 있었으며 그 대책으로 회생에너지 저장장치의 필요성을 도출하였으며 전동차 내부요인으로 전동차의 전류센서의 개선이 필요함을 도출하였다. 본 논문에서는 상향식 분석기법(Bottom-up Analysis)인 FMECA 프로세스를 VVVF 인버터에 적용하고, 고장분석을 통해 시스템의 개선사항을 도출하고자 하였다. 그러나 소프트웨어에 대한 포괄적인 이해 및 분석 없이 전자장비인 VVVF 인버터를 이해하기는 힘든 일이다. 따라서 향후 소프트웨어 분석을 통한 FTA(Fault Tree Analysis) 등의 하향식 분석기법(Top-Down Analysis)을 적용하여 VVVF 인버터를 분석한다면 근본적인 고장분석이 가능할 것이며, 전동차의 고장예방에 도움이 될 것으로 믿는다.
Recently, reliability management techniques on railway vehicles have been introduced from the its ordering to the final disposal. The RAMS, which is mainly used in this field, has been rapidly developed for the life cycle assessment of all the processes. In particular, maintenance costs for the E.M....
Recently, reliability management techniques on railway vehicles have been introduced from the its ordering to the final disposal. The RAMS, which is mainly used in this field, has been rapidly developed for the life cycle assessment of all the processes. In particular, maintenance costs for the E.M.U.(Electrical Multiple Unit) needs to be reduced due to the global economic recession. As a result, an alternatively optimal maintenance process based on the R.C.M.(Reliability Centered Maintenance) becomes a great interest. RCM is a practical vehicle management system, including failure analysis, RAM analysis, LCC, life-cycle management and failure modes analysis. Many vehicle operating companies began effort to introduce RCM in order to manage the E.M.U. failure rates systematically and scientifically. In addition, the companies introduce advanced maintenance techniques to reduce failure rates by analyzing the structure of E.M.U. system and improving the components with frequent troubles. FMECA (Failure Mode Effect, Critical Analysis) is one of the most fundamental processes when the E.M.U. system is predicted and analyzed, based on the reliability. FMECA is an analyzing technique and the functions of the system components and their failure modes are analyzed at the early stage of development for the FMECA. FMECA also proposes various improved measures in order for reducing and removing the fatal failures by analyzing the cause and effect of potential failure type. In this study, an improvement of the system will be drawn by introducing FMECA process and applying a reliability-oriented analysis technique and comparing with field data to the VVVF inverter on Seoul subway line 7 vehicle, which was designed and manufactured without this reliability concept. And, another improvement of the system will be drawn by analyzing the GTO typed VVVF inverter, which was manufactured in 1990’s and has lot of troubles. The VVVF inverter system was divided into six subsystems and classified by four levels in order to apply the FMECA procedure to the inverter. And, L.B.S.(Logistic Breakdown Structure) based on B.O.M was completed. Then, the function of each component was analyzed according to this LBS and F.B.D.( Function Block Diagram) and R.B.D.(Reliability Block Diagrams) were made. The FMECA process was applied to the VVVF inverter step by step, based on this defined data. Finally, the high faulty components were selected. On the other hand, failure data during the seven years of 2003-2009were analyzed in order to validate the data drawn in this process. The failure was defined as "Main Delay Fault" when E.M.U. was delayed by fault on the main line and defined as "General Fault" for all the failures occurred during the maintenance, analysis and business operation. Also, we confirmed and compared with the data in accordance with these two faults and lethality analysis results based on FMECA. It is necessary to draw a measure to solve the problems of GDP(Gate Drive panel), ESBA card, current sensors(CMD), capacitors(SC2), and cause destruction fault as a result of these two analysis. In addition, we defined a mainly causes destruction fault at the switching device in the GTO inverter. And the fault was classified by external factors and internal factors.
Recently, reliability management techniques on railway vehicles have been introduced from the its ordering to the final disposal. The RAMS, which is mainly used in this field, has been rapidly developed for the life cycle assessment of all the processes. In particular, maintenance costs for the E.M.U.(Electrical Multiple Unit) needs to be reduced due to the global economic recession. As a result, an alternatively optimal maintenance process based on the R.C.M.(Reliability Centered Maintenance) becomes a great interest. RCM is a practical vehicle management system, including failure analysis, RAM analysis, LCC, life-cycle management and failure modes analysis. Many vehicle operating companies began effort to introduce RCM in order to manage the E.M.U. failure rates systematically and scientifically. In addition, the companies introduce advanced maintenance techniques to reduce failure rates by analyzing the structure of E.M.U. system and improving the components with frequent troubles. FMECA (Failure Mode Effect, Critical Analysis) is one of the most fundamental processes when the E.M.U. system is predicted and analyzed, based on the reliability. FMECA is an analyzing technique and the functions of the system components and their failure modes are analyzed at the early stage of development for the FMECA. FMECA also proposes various improved measures in order for reducing and removing the fatal failures by analyzing the cause and effect of potential failure type. In this study, an improvement of the system will be drawn by introducing FMECA process and applying a reliability-oriented analysis technique and comparing with field data to the VVVF inverter on Seoul subway line 7 vehicle, which was designed and manufactured without this reliability concept. And, another improvement of the system will be drawn by analyzing the GTO typed VVVF inverter, which was manufactured in 1990’s and has lot of troubles. The VVVF inverter system was divided into six subsystems and classified by four levels in order to apply the FMECA procedure to the inverter. And, L.B.S.(Logistic Breakdown Structure) based on B.O.M was completed. Then, the function of each component was analyzed according to this LBS and F.B.D.( Function Block Diagram) and R.B.D.(Reliability Block Diagrams) were made. The FMECA process was applied to the VVVF inverter step by step, based on this defined data. Finally, the high faulty components were selected. On the other hand, failure data during the seven years of 2003-2009were analyzed in order to validate the data drawn in this process. The failure was defined as "Main Delay Fault" when E.M.U. was delayed by fault on the main line and defined as "General Fault" for all the failures occurred during the maintenance, analysis and business operation. Also, we confirmed and compared with the data in accordance with these two faults and lethality analysis results based on FMECA. It is necessary to draw a measure to solve the problems of GDP(Gate Drive panel), ESBA card, current sensors(CMD), capacitors(SC2), and cause destruction fault as a result of these two analysis. In addition, we defined a mainly causes destruction fault at the switching device in the GTO inverter. And the fault was classified by external factors and internal factors.
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