[논문]자동차 적용기기용 위성정보시스템 모듈의 신뢰성 평가기준

송병석; 황순미; 천성일; 정해성; 백재욱

[국내논문] 자동차 적용기기용 위성정보시스템 모듈의 신뢰성 평가기준
Reliability Assessment Criteria of Satellite Information System Applied for Vehicles 원문보기

송병석 (전자부품연구원 신뢰성본부) , 황순미 (전자부품연구원 신뢰성본부) , 천성일 (전자부품연구원 전북인쇄전자센터 운영지원팀) , 정해성 (서원대학교 멀티미디어공학과) , 백재욱 (한국방송통신대학교 정보통계학과)

GPS(Global positioning system) system is widely used in artificial satellite, ground controlled approach system as well as in end-user environment such as in the automobile. It is exposed to a very diverse environment and consists of many complicated components and therefore needs careful approach to the enhancement of reliability of the item. In this article reliability standards for the GPS system are established in terms of quality certification tests and failure rate tests.

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문제 정의

후)심도 있는">심도있는 접근이 필요하며 신뢰성을 높이기 위한 별도의 기준이 마련되어야 한다. 본 연구에서는 위성항법 시스템 모듈의 신뢰성을 높이기 위한 품질인증시험과 고장률시험 기준을 제시하고자 한다.
(2) 시험 목적: 스트레스를 높일 수 있는 한계 수준을 확인하기 위하여 실시한다.
(2) 시험목적: 다양한 고장메카니즘에 대하여 가속효과를 확인하기 위하여 시험한다.
후)첨단기술의">첨단 기술의 집약체로서 개발단계에서부터 상용단계까지 천문학적인 비용이 투입되며, 일반 대기와는 전혀 다른 환경적 요인에 노출되고 다양한 부품들로 구성되어 다른 어느 아이템보다 유지 및 관리에 세심한 주의가 요구된다. 본 연구에서는 위성항법 시스템의 신뢰성을 확보하기 위해 일반성능시험과 환경시험으로 구성된 품질인증시험은 어떻게 실시하는지 살펴보았고, 수명을 정량적으로 확보하기 위한 고장률시험을 통해 신뢰성기준을 마련하였다. 아울러 후)신뢰성 기준을">신뢰성기준을 마련하였다. 아울러 고장률시험의 이론적 배) 을 살펴보면서 보다 현실적인 모델은 어떤 것이 있으며, 그에 걸 맞는 신뢰성기준은 어떻게 제시되어야 하는지 살펴보았다.

가설 설정

본 기준의 고장률 인증시험방법은 Drenick(1960)의 정리를 이론적 바탕으로 모듈의 고장분포는 장시간에 걸쳐 지수분포를 가정하고 있다. 또한 실제 시스템에 병렬 경로가 포함되어 있다면 본 정리의 결과는 실제 신뢰도를 과소평가하게 되며, 이때에는 신뢰도 함수의 하한으로 사용할 수 있다.
본 기준에서 부품의 신뢰성 수준을 나타내기 위하여 선택한 고장률 수준은 수명과 다음과 같은 관계가 있다. 단, 본 기준의 대상 부품에 대한 수명이 지수분포를 따른다고 가정한다.
후)정상사용 조건">정상사용조건 35℃에서의 수명은 다음과 같이 계산된다. 단, 활성화에너지를 1.0으로 가정한다.

제안 방법

샘플링된 42개의 시험용 위성항법시스템(GPS) 모듈 중 일반성능시험에서 합격한 15개의 위성항법시스템(GPS) 모듈을 임의로 선택하여 의 시험항목에 대하여 시험시료를 배치하여 순차적으로 시험한다.
후)샘플링된">샘플링 된 42개의 시험용 위성항법시스템(GPS) 모듈 중 일반성능 측정에서 합격한 24개의 위성항법시스템(GPS) 모듈을 임의로 선택하여 다음과 같이 고장률시험을 실시한다.
시험용 위성항법시스템(GPS) 모듈 3개를 (-40±2)℃의 항온조 속에 전원을 인가하지 않은 상태로 72시간 보관 후 서냉하고 표준시험상태로 24시간 방치한 후 전기적 특성을 측정한다.
저온방치시험을 마친 시험용 위성항법시스템(GPS) 모듈 3개를 (-30±2)℃의 항온조 속에 1시간 방치 후 전원을 인가한 상태에서 72시간 제품을 동작한 후 실내에서 2시간 이상 서냉하고 표준시험 상태로 24시간 방치한 후 전기적 특성을 측정한다.
저온방치시험, 저온동작시험을 마친 시험용 위성항법시스템(GPS) 모듈 3개를 (85±2)℃의 환경에 전원을 인가하지 않은 상태로 96시간 보관 후 서냉하고 표준시험상태로 24시간 방치한 후 전기적 특성을 측정한다.
저온방치시험, 저온동작시험, 고온방치시험을 마친 시험용 위성항법시스템(GPS) 모듈 3개를 전원을 인가한 상태로 고온 (75±2)℃ 항온조 속에 1시간 방치 후 전원을 인가한 상태에서 120시간 제품을 동작한 후 표준시험 상태로 24시간 방치한 후 전기적 특성을 측정한다.
시험용 위성항법시스템(GPS) 모듈 3개를 전원을 인가하지 않은 상태로 설정온도 (-30±2)℃에서 1 시간 방치 후 아래 과 같은 조건으로 고온 (75±2)℃ 환경에서 2시간 동작, 저온 (30±2)℃의 환경에서 2시간 방치를 1회로 총 30회를 실시하고 표준시험상태로 24시간 방치한 후 전기적 특성을 측정한다.
온도변화시험을 마친 시험용 위성항법시스템(GPS) 모듈 3개를 전원을 인가하지 않은 상태로 아래 와 같은 조건으로 고온 (85±2)℃ 환경에서 2시간, 저온 (40±2)℃의 환경에서 2시간 방치를 1회로 총 10회를 실시하고 표준시험상태로 24시간 방치한 후 전기적 특성을 측정한다(단, T1 ≤ 1분).
시험용 위성항법시스템(GPS) 모듈 3개를 아래 과 같은 조건으로 (23±2)℃/(60±15)% R.H.에서 4시간, 고온 (55±2)℃/(95±5)% R.H. 환경에서 10시간 동작하고, (-30±2)℃에서 2시간, (75±2)℃에서 2시간 보관상태로 총 24시간을 주기로 총 10회 실시 후 표준시험상태로 24시간 방치한 후 전기적 특성을 측정한다.
온․습도 변화시험을 마친 시험용 위성항법시스템(GPS) 모듈 3개를 (55±2)℃, (95±5)% R.H.에서 1 시간 방치 후, 제품 동작상태에서 96시간 정상동작하고 동작하고, 표준시험상태로 24시간 방치한 후 전기적 특성을 측정한다.
시험용 위성항법시스템(GPS) 모듈 2개를 서로 직각이 되는 3방향(X, Y ,Z)에 진동(5～200)㎐, 가속도 29.4 m/s²의 정현파 진동을 각 축 방향으로 2.5시간 동안 시험 후 표준시험상태로 24시간 방치한 후 전기적 특성을 측정 한다.
시험용 위성항법시스템(GPS) 모듈 24개를 전원인가 후 (75±2)℃, (60±3)% R.H의 환경에서 502시간 또는 1,004시간 동작 후 표준시험상태로 24시간 방치하고 일반 성능시험 항목 및 성능기준의 전기적 특성을 측정한다.
후)정상사용 조건에서의">정상사용조건에서의 수명을 표현하지 않은 이유는 GPS모듈에 대하여 일반적으로 적용할 수 있는 활성화에너지에 대한 정보가 없기 때문이다. 이 활성화에너지에 대한 정보를 얻기 위하여 본 기준에서 제시한 시험이외에 가속수명시험을 실시한다. 이 시험을 통하여 본 기준의 고장률시험에서는 온도만을 스트레스 인자로 삼은 가속시험방법을 이용하고, 시험온도조건은 국내 제조업체에서 설계 시 허용하고 있는 최고 사용온도 혹은 선진업체의 수명시험 온도로 결정하였다. 현재 온도만을 (3) 시험방법: 정격에서부터 일정 기간 시험한 후 특성을 측정하고 스트레스 수준을 높이는 과정을 반복하여 이상이 발견될 때까지 시험을 진행한다.
(4) 시험방법: 스텝 스트레스 시험 결과 확인된 높일 수 있는 최고 온도와 정상 사용조건 사이에서 3가지 온도조건을 선택하고, 각 온도조건에 적정한 시료를 배분(낮은 온도 조건일수록 많은 시료를 할당)하여 일정기간 시험한다. 이때 시험 중 관측시간을
온도와 전압, 온도와 습도, 온도싸이클 스트레스 각각에 대하여 여러 가지 시험조건에서 대상 부품을 적절하게 배분하고 일정기간 시험한다.
대상 데이터
- 후)동일 조건으로">동일조건으로 생산된 양품으로 한다. 본 연구에서는 인증시험을 위한 시험 시료 42개를 발췌하여 환경시험과 고장률시험에 각각 15개와 24개를 투입하고 제조자의 책임이 아닌 사고로 인해 결함이 발생된 제품을 대체 사용하기 위해 예비시료 3개를 추가로 발췌한다.

이론/모형

본 기준에서는 LTFR(로트허용고장률) 보증방식을 이용한다. 이
후속연구
- 후)가속수명 시험을">가속수명시험을 실시한다. 이 시험을 통하여 활성화에너지에 대한 정보가 얻어지면 본 기준을 재 수정할 때 정상사용 조건에서의 수명을 언급할 수 있을 것이다.

핵심어

질문

논문에서 추출한 답변

위성항법 시스템의 신뢰성에 대한 심도 있는 접근이 필요하며 신뢰성을 높이기 위한 별도의 기준이 마련되어야 하는 이유는 무엇인가?

위성항법 시스템(GPS : Global Positioning System)은 첨단 기술의 집약체로서 개발단계에서부터 상용단계까지 천문학적인 비용이 투입된다. 위성시스템은 우리가 생활하는 일반대기와는 전혀 다른 환경적 요인에 노출되고 다양한 부품들로 구성되어 다른 어느 아이템보다 유지 및 관리에 세심한 주의가 요구된다. 따라서 위성항법 시스템의 신뢰성에 대한 심도 있는 접근이 필요하며 신뢰성을 높이기 위한 별도의 기준이 마련되어야 한다.

LTFR보증이란 무엇인가?

LTFR보증은 로트의 신뢰성을 보증하는 것으로서 로트의 고장률이 로트 허용고장률 (LTFR, Lot Tolerable Failure Rate)일 때 합격확률을 β 이하가 되도록 보증하는 것이다. 이를 위해 로트에서 n개의 시료를 취하여 T 시간 시험한 후 고장수가 c 개 이하이면 로트를 합격시킨다.

일반적으로 품질시험은 무엇을 확인하기 위해 실시하는가?

일반적으로 품질시험은 신뢰성 인증시험 전에 제품의 균일한 품질을 확인하기 위해 실시한다. 품질시험은 일반성능시험과 환경시험으로 구분되며, 환경시험을 위한 시료들은 일반 성능시험기준을 만족하는 제품만 사용한다.

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