열차의 위치를 검지하고 열차내연산(DTG)을 위한 각종 열차제어데이터를 차상으로 전송하는 AF궤도회로장치는 단일계로 구성되어 있다. 만약, 고장이 발생할 경우 선로전환기 및 신호기제어가 불가능하여 시스템이 복구되기까지 기관사에 의해 수동으로 열차를 운전하여야 한다. 이 과정에서 인적 오류는 열차지연, 충돌, 탈선 등 치명적인 안전사고 발생요인으로 작용한다. 따라서, 본 논문에서는 고장모드마다 시스템과 열차에 미치는 영향을 분석하였으며, 고장평점 및 고장등급을 계량화하였다. 계량화된 분석결과를 토대로 전원장치 독립설치, 증폭PCB의 결함콘덴서 원인분석 및 교체, 저항자 냉각시스템설치, 작업방법개선을 통해 고장발생건수 감소 및 신뢰성의 척도인 평균고장간격(MTBF)의 증가와 평균복구간격(MTTR)이 감소되었다. 그리고, 지금까지 경험에 의한 유지보수체계를 계량화된 방법에 의해 예측정비를 수행토록 하여 AF 궤도회로에 대한 신뢰성을 향상할 수 있도록 하였다.
열차의 위치를 검지하고 열차내연산(DTG)을 위한 각종 열차제어데이터를 차상으로 전송하는 AF궤도회로장치는 단일계로 구성되어 있다. 만약, 고장이 발생할 경우 선로전환기 및 신호기제어가 불가능하여 시스템이 복구되기까지 기관사에 의해 수동으로 열차를 운전하여야 한다. 이 과정에서 인적 오류는 열차지연, 충돌, 탈선 등 치명적인 안전사고 발생요인으로 작용한다. 따라서, 본 논문에서는 고장모드마다 시스템과 열차에 미치는 영향을 분석하였으며, 고장평점 및 고장등급을 계량화하였다. 계량화된 분석결과를 토대로 전원장치 독립설치, 증폭PCB의 결함콘덴서 원인분석 및 교체, 저항자 냉각시스템설치, 작업방법개선을 통해 고장발생건수 감소 및 신뢰성의 척도인 평균고장간격(MTBF)의 증가와 평균복구간격(MTTR)이 감소되었다. 그리고, 지금까지 경험에 의한 유지보수체계를 계량화된 방법에 의해 예측정비를 수행토록 하여 AF 궤도회로에 대한 신뢰성을 향상할 수 있도록 하였다.
The AF track circuit that detecting train position and transmitting various train control data for DTG to the train on-board is composed of single operation system. If a failure occurs on this system, the driver should be operate the train by manually until the system is restored, because the system...
The AF track circuit that detecting train position and transmitting various train control data for DTG to the train on-board is composed of single operation system. If a failure occurs on this system, the driver should be operate the train by manually until the system is restored, because the system cannot control switch machines and signals by automatically. In this process the human error affects to the train delay, collision, derailment and critical safety accident. Therefore, this document has analyzed the effects that each failure mode influences on system and train, and quantified the failure valuation point and class. Basis on this quantified analysis result, MTBF increased and MTTR decreased and failure number also decreased by adopting the independent installation of power supply, the replacement of defected capacitors, the installation of resister cooling system and the improvement of maintenance methods. And the failure factors of AF track circuits were decreased by conducting the preventive maintenance which is a quantitative way of maintenance system by experience.
The AF track circuit that detecting train position and transmitting various train control data for DTG to the train on-board is composed of single operation system. If a failure occurs on this system, the driver should be operate the train by manually until the system is restored, because the system cannot control switch machines and signals by automatically. In this process the human error affects to the train delay, collision, derailment and critical safety accident. Therefore, this document has analyzed the effects that each failure mode influences on system and train, and quantified the failure valuation point and class. Basis on this quantified analysis result, MTBF increased and MTTR decreased and failure number also decreased by adopting the independent installation of power supply, the replacement of defected capacitors, the installation of resister cooling system and the improvement of maintenance methods. And the failure factors of AF track circuits were decreased by conducting the preventive maintenance which is a quantitative way of maintenance system by experience.
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문제 정의
따라서 본 논문에서는 여러 부품으로 조합되어 구성된 AF궤도회로의 고장모드 및 영향분석(FMEA:Failure Mode and Effect Analysis)에 의한 고장해석을 통해 사전 정비(PM : Preventive Maintenance)를 실시하고, 고장사례별 평균고장간격(MTBF : Mean Time Between Failure)과 평균복구간격(MTTR:Mean Time to Repair), 가용률 (Availability)을 산출, 관리하여 시스템 신뢰성향상에 기여하고자 한다[1].
제안 방법
AF궤도회로는 각종 PCB와 저항자, 튜닝유닛, S-본드로 구성되어 분해레벨을 최소단위까지 설정하여 그림 1과 같이 고장모드 및 영향분석(FMEA)를 실시하였다.
AF궤도회로장치는 궤도회로마다 각종 PCB 및 현장 튜닝유닛이 주파수별로 다르기 때문에 2중계 방식을 구성할 수 없어 FMEA분석결과를 반영하여 전원장치는 2개의 궤도회로 당 1개의 전원장치가 설치된 것을 1개 궤도회로에 전원장치를 독립설치하여 테스트 중에 있으며, 퓨즈단선 여부 확인이 용이하도록 외부에 LED를 설치하여 유지보수시간을 단축하였다.
S-본드 고정용 볼트는 열차운행시 진동 등 충격과 유지보수 시 무리한 힘으로 체결하여 과조임에 의한 스트레스로 절손될 우려가 있어 토크렌치를 사용하여 80[N.m]으로 체결토록 작업방법을 개선하였다.
고장등급을 설정하기 위해 부품 별 기능적 고장의 중요도 및 고장모드, 고장발생횟수 등 열차운행에 지장을 주는 부분을 검토하였으며, 신뢰성보증을 위한 대책을 결정하는 중요한 절차이기 때문에 유지보수요원들의 심도 있는 의견을 충분히 반영하여 결정하였다.
수신1 PCB 및 계전기 PCB는 점검 중 인적에러에 의한 것으로 수신1 PCB 레벨측정 시 전용 계측도구를 사용 토록하였고, 계전기 PCB의 접점은 인위적인 접촉을 할 수 없도록 봉인하여 탄성변화에 의한 접점 접촉불량을 근본적으로 차단하였다.
신뢰성기반 유지보수를 위해 RAMS(Reliability, Availability, Maintainability, Safety)이론 연구가 활발하게 이루어졌으나 실무에 적용시키지 못하고 경험에 의존한 유지보수를 시행함으로서 과잉정비, 유발고장 등으로 철도신호시스템의 안전성확보에 큰 문제로 대두되는 시점에서 AF궤도회로장치의 신뢰성 및 안전성 향상을 위해 구성부품의 분해레벨을 결정하고 기능적 고장의 중요도 및 고장모드, 발생횟수, 고장 등급 별 평가점, 계량화방법 등을 제시하였고 고장모드 및 고장영향분석(FMEA) 결과에 대한 객관성을 확보하였다.
감소고장률형 (DFR : Decreasing Failure Rate)은 설계결함, 설치오류등으로 초기에는 고장률이 높으나 시간에 따라 결함이 제거되어 고장률이 낮아지며, 일정고장률형(CFR : Constance Failure Rate)은 시간에 관계없이 고장률이 일정하고, 증가고장률형(IFR : Increase Failure Rate)은 고장률이 사용 시간에 따라 고장률이 상승한다[1,4]. 이러한 점을 착안하여 고장사례에 대해 평균고장간격(MTBF)과 평균복구간격(MTTR), 유효성(Availability)을 산출하고 초기고장기, 우발고장기, 마모고장기 별 고장유형 분석을 통해 신뢰성 기반유지보수(RCM)를 실시하였다.
전원과 한류저항, 계전기로 구성된 직류, 교류궤도회로와는 달리 열차검지와 열차제어데이터를 전송하는 AF 궤도회로는 높은 신뢰도가 요구되어 신뢰성블록도 (Confidence Block)를 작성하여 고장모드 및 영향분석 (FMEA)을 실시하였다[6-7].
증폭PCB 소손은 기존 콘덴서(MKT : Metalized Polyester Film Capacitor)양단에 인가된 전압이 내압한계 40[V]를 1.5배 초과하여 소손된 사례로 설계결함으로 판단되어 내압성능이 우수한 콘덴서(MKP : Metalized Poly-propylene Film Capacitor)로 교체하여 200[V]범위에 서도 안정적으로 동작할 수 있도록 하였다.
성능/효과
그림 4와 같이 부품노후화 및 열화가 진행되었던 2011 년을 기점으로 고장모드 및 영향분석(FMEA)결과를 반영하여 설비보완 및 작업방법 개선결과 그림 5와 같이 가용률 및 평균고장간격(MTBF)이 증가되었고 평균복구간격 (MTTR)이 단축되어 시스템의 신뢰성이 향상되었음을 확인할 수 있다.
또한 욕조곡선(Bath-tub curb)을 AF궤도회로의 모든 부품에 일괄적으로 적용하는 방법이 아닌 부품별 감소고장율형(DFR), 일정고장률형(CFR), 증가고장률형(IFR)등 고장주기에 맞게 신뢰성기반유지보수(RCM)를 시행할 수 있도록 하여 업무효율화 및 신뢰성이 향상 되었음을 확인할 수 있었다[4,9].
분석결과의 신뢰성확보를 위해 제작사에서 평균고장 간격(MTBF)를 제공하지 않은 상태에서 개통초기 안정화단계에 진입하기 전 1년간 고장데이터는 분석데이터에서 제외하고 안정기에 도달한 최근 5년간의 고장발생현 황을 고장모드 및 고장영향분석(FMEA)을 실시하여 얻은 결과로 시스템을 보완, 개선한 결과 고장발생건수 감소와 평균고장간격(MTBF) 및 가용율을 향상시켰고 평균복구 간격(MTTR)을 단축시켰다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
AF궤도회로장치는 2중계 방식을 구성할 수 없는 이유는?
AF궤도회로장치는 궤도회로마다 각종 PCB 및 현장 튜닝유닛이 주파수별로 다르기 때문에 2중계 방식을 구성할 수 없어 FMEA분석결과를 반영하여 전원장치는 2개의 궤도회로 당 1개의 전원장치가 설치된 것을 1개 궤도회로에 전원장치를 독립설치하여 테스트 중에 있으며, 퓨즈단선 여부 확인이 용이하도록 외부에 LED를 설치하여 유지보수시간을 단축하였다.
열차의 안전운행과 직결되는 중요한 요소는?
열차내연산(DTG:Distance To Go)시스템은 지상 자동 열차제어시스템에서 가청주파수(AF:Audio Frequency)궤도회로를 통해 전송한 목표거리(Target Distance), 제한속도, 진입속도 등 궤도데이터를 차상 안테나에서 수신하여 열차내 자동열차보호장치(ATP:Automatic Train Protection) 에 의해 연산 후 권고속도를 산출하면 자동열차운전장치 (ATO:Automatic Train Operation)는 선행열차와 안전거리를 자동으로 유지하면서 주행하며, 정거장에 도착 시안내방송 및 출입문과 플랫폼 스크린도어(PSD)를 제어한다. 열차를 검지하여 속도코드만 전송하는 일반 가청주파수궤도회로와 달리 열차내연산을 위한 각종 열차제어데이터를 전송하는 AF궤도회로의 신뢰성확보는 열차의 안전운행과 직결되는 중요한 요소이다.
AF궤도회로장치가 고장이 발생한다면 어떻게 해야하는가?
열차의 위치를 검지하고 열차내연산(DTG)을 위한 각종 열차제어데이터를 차상으로 전송하는 AF궤도회로장치는 단일계로 구성되어 있다. 만약, 고장이 발생할 경우 선로전환기 및 신호기제어가 불가능하여 시스템이 복구되기까지 기관사에 의해 수동으로 열차를 운전하여야 한다. 이 과정에서 인적 오류는 열차지연, 충돌, 탈선 등 치명적인 안전사고 발생요인으로 작용한다.
참고문헌 (9)
Young-Tae. Kim, Signal Control System, pp. 451-459, Tech-media, 2003.
John Moubray, Reliability-centred Maintenance, pp. 4-13, Industrial Press Inc, 1992.
Anthony M. Smith, Glenn R. Hinehcliffe, Gateway to World Class Maintenance, pp. 107-110, Butterworth-Heinemann, 2003.
Byoung-Noh Park, Hae-Jin Joo, Chang-Hwan Lee, Sung-Soo Lim, A Study on FMEA for Railway Vehicle, 2009 Spring Conference of the Korean Society for Railway, pp. 162-168, 2009.
Han-Young Kim, Jin-Choon Lee, A Study on improving for operating ATC/O system using FMECA, 2012 Spring Conference the Korean Society for Railway, pp. 711-719, 2012.
Bong-Kwan Cho, Jong-Ki Kim, Hyeon-Chyeol Hwang, Sang-Hwan Ryu, Shin-Ju Kang, Technical Consideration of Non-Insulated Audio Frequency Track-Circuit Device, 2011 Spring Conference the Korean Society for Railway, pp. 1709-1715, 2011.
In-Taek Lim, The Result Report of RCM Analysis, Daejeon Metropolitan Transit Corp, pp. 22-24, 2011.
Ho-Yong Lee, Seok-Youn Han, Kee-Jun Park, Chul-Ho Bae, Myung-Won Suh, A Study on the Construction Methodology of Preventive Maintenance System for Urban Transit, Journal of the Korean Society for Railway, Vol 3, No. 3, pp. 129-134, 2004.
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