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문제 정의
- 따라서 본 논문에서는 제품의 수명에 영향을 미치는 2개 이상의 가속 스트레스를 부과하여 각 스트레스에서 사용조건과 가속조건에서 수명시험을 수행한 기계류 부품의 자료를 이용하여 가속 스트레스간의 교호작용을 고려한 가속계수에 대한 모델식을 산출하였다.
- 따라서 본 논문에서는 먼저 수명과 가속 스트 레스간의 관계식인 가속모델과 가속계수와의 관계를 이론적으로 고찰하고, 2개 이상의 가속 스트레스를 부과하여 각 스트레스에서 사용조건과 가속조건에서 수명시험을 수행한 기계류 부품의 자료를 이용하여 가속 스트레스간의 교호작용을 고려한 가속계수 모델식을 Minitab을 활용하여 산출하고자 한다.
제안 방법
- 가속수명시험을 수행하기 위해서는 수명에 영향을 미치는 스트레스와 스트레스 수준(2수준, 3 수준 등)을 선정하고 요인배치법(Factorial design) 을 기초로 시험조건을 결정하여 시험순서에 따라 시험을 수행한다. (4)
- 자동차 생산라인, 반도체 검사 장비 등 다양한 산업분야에 사용되고 있는 주요한 기계류 부품인 공압 실린더의 수명에 영향을 미치는 온도(Z1 )와압력(Z2 )을 가속 스트레스로 선정하고, 온도의 사용조건 23 (Z1 = 0)와 가속조건 110 (Z1 = 1) 그리고 압력의 사용조건 6.3 bar(Z2 = 0)와 가속조건 12 bar(Z2 = 1)에서 두 스트레스 사이의 교호 작용을 고려한 시험을 수행하기 위해 Table 1과같이 2인자 2수준 요인배치법에 의한 실험계획을 수립하였다.
- 건설기계, 자동차, 항공기 등 각종 기계의 유압 장치에서 동력을 전달하기 위한 배관으로 사용되는 유압 호스(5)의 수명에 영향으로 미치는 가속 스트레스로 3.1.1절과 같이 온도(Z1)와 압력(Z2)에 반복 굽힘(Z3)을 추가하여 3개의 가속 스트레스를 선정하였다. 온도의 사용조건 50 (Z1 = 0)와가속조건 60 (Z1 = 1), 압력의 사용조건 140 bar (Z2 = 0)와 가속조건 280 bar(Z2 = 1), 그리고 반복 굽힘을 부과하지 않은 사용조건(Z3 = 0)과 반복 굽힘을 부과한 가속조건(Z3 = 1)에서 2개의 가속 스트레스일 경우와 마찬가지로 각 스트레스 수준에서 사용조건과 가속조건에서 시험할 경우 스트레스 사이의 교호작용을 고려한 시험을 수행 하기 위해 Table 2와 같이 3인자 2수준 요인배치 법에 의한 실험계획을 수립하였다.
대상 데이터
- Table 1의 실험계획을 기초로 공압 실린더의 가속수명시험을 수행하여 다음과 같이 수명을 구간자료로 획득하였다.
이론/모형
- 1절과 같이 온도(Z1)와 압력(Z2)에 반복 굽힘(Z3)을 추가하여 3개의 가속 스트레스를 선정하였다. 온도의 사용조건 50 (Z1 = 0)와가속조건 60 (Z1 = 1), 압력의 사용조건 140 bar (Z2 = 0)와 가속조건 280 bar(Z2 = 1), 그리고 반복 굽힘을 부과하지 않은 사용조건(Z3 = 0)과 반복 굽힘을 부과한 가속조건(Z3 = 1)에서 2개의 가속 스트레스일 경우와 마찬가지로 각 스트레스 수준에서 사용조건과 가속조건에서 시험할 경우 스트레스 사이의 교호작용을 고려한 시험을 수행 하기 위해 Table 2와 같이 3인자 2수준 요인배치 법에 의한 실험계획을 수립하였다. 상기와 같은 가속수명시험에서 사용조건에 대한 가속조건에서의 가속계수 모델식은 식 (14)와같다.
- 상기와 같이 가속시험을 통해 획득한 수명자료를 토대로 식 (13)의 가속계수 모델식에서 미지수 들을 추정하기 위해 Minitab을 활용하여 분석하였다.(6) 이 때 수명분포는 기계류 부품에 널리 적용 되는 와이블 분포를 적합하여 두 스트레스의 교호작용이 유효한지 분석한 결과는 Fig.
성능/효과
- 4) 첫 번째 스트레스의 가속조건(Z1 = 1)과 두 번째 스트레스의 가속조건(Z2 = 1)에서 총 2개의 시험 단위를 대상으로 가속수명시험을 한 결과, 관측구간 200,000사이클~250,000사이클, 250,000~ 300,000사이 클에서 각각 1개씩 고장이 발생하였다.
- 2개의 가속 스트레스를 부과한 경우와 달리 3개의 가속 스트레스를 부과하여 Table 2의 실험 계획에 기초한 가속수명시험을 수행한 유압 호스의 수명자료는 다음과 같이 획득하였다.1) 첫 번째 스트레스의 사용조건(Z1 = 0), 두번째 스트레스의 사용조건(Z2 = 0), 그리고 세 번째 스트레스의 사용조건(Z3 = 0)에서 총 5개의 시험단위를 대상으로 수명시험을 한 결과, 511시간, 766시간, 1,202시간에 각각 고장이 발생하였고 1,202시간 이후 2개의 시험단위는 관측중단하였다.
- 2) 첫 번째 스트레스의 사용조건(Z1 = 0), 두번째 스트레스의 사용조건(Z2 = 0), 그리고 세 번째 스트레스의 가속조건(Z3 = 1)에서 총 4개의 시험단위를 대상으로 수명시험을 한 결과, 332시간, 425시간, 574시간에 각각 고장이 발생하였고 574 시간 이후 1개의 시험단위는 관측중단하였다.
- 3) 첫 번째 스트레스의 사용조건(Z1 = 0), 두번째 스트레스의 가속조건(Z2 = 1), 그리고 세 번째 스트레스의 사용조건(Z3 = 0)에서 총 5개의 시험단위를 대상으로 수명시험을 한 결과, 527시간, 1,061시간, 1,351시간에 각각 고장이 발생하였고 1,351시간 이후 2개의 시험단위는 관측중단하였 다.
- 4) 첫 번째 스트레스의 사용조건(Z1 = 0), 두번째 스트레스의 가속조건(Z2 = 1), 그리고 세 번째 스트레스의 가속조건(Z3 = 1)에서 총 4개의 시험단위를 대상으로 수명시험을 한 결과, 203시간, 319시간, 560시간에 각각 고장이 발생하였고 560 시간 이후 1개의 시험단위는 관측중단하였다.
- 5) 첫 번째 스트레스의 가속조건(Z1 = 1), 두번째 스트레스의 사용조건(Z2 = 0), 그리고 세 번째 스트레스의 사용조건(Z3 = 0)에서 총 4개의 시험단위를 대상으로 수명시험을 한 결과, 266시간, 269시간, 575시간에 각각 고장이 발생하였고 575 시간 이후 1개의 시험단위는 관측중단하였다.
- 6) 첫 번째 스트레스의 가속조건(Z1 = 1), 두번째 스트레스의 사용조건(Z2 = 0), 그리고 세 번째 스트레스의 가속조건(Z3 = 1)에서 총 4개의 시험단위를 대상으로 수명시험을 한 결과, 144시간, 252시간, 295시간에 각각 고장이 발생하였고 295시간 이후 1개의 시험단위는 관측중단하였다.
- 7) 첫 번째 스트레스의 가속조건(Z1 = 1), 두번째 스트레스의 가속조건(Z2 = 1), 그리고 세 번째 스트레스의 사용조건(Z3 = 0)에서 총 4개의 시험단위를 대상으로 수명시험을 한 결과, 100시간, 344시간, 467시간에 각각 고장이 발생하였고 467 시간 이후 1개의 시험단위는 관측중단하였다.
- 8) 첫 번째 스트레스의 가속조건(Z1 = 1), 두 번째 스트레스의 가속조건(Z2 = 1), 그리고 세 번째 스트레스의 가속조건(Z3 = 1)에서 총 4개의 시험단 위를 대상으로 수명시험을 한 결과, 235시간, 256시간, 371시간에 각각 고장이 발생하였고 371시간 이후 1개의 시험단위는 관측중단하였다.
- 1) 첫 번째 스트레스의 사용조건(Z1 = 0)과 두번째 스트레스의 사용조건(Z2 = 0)에서 총 9개의 시험단위를 대상으로 수명시험을 한 결과, 구간 4,000,000사이클~6,000,000사이클, 8,000,000사이클 ~10,000,000사이클, 10,000,000사이클~12,000,000사이클, 14,000,000사이클~16,000,000사이클, 20,000, 000사이클~22,000,000사이클에서 각각 1개 시험단 위가 고장, 22,000,000사이클~24,000,000사이클에서 2개의 시험단위가 고장이 났으며, 24,000,000 사이클 이후 2개의 시험단위는 관측중단하였다.
- 2) 첫 번째 스트레스의 사용조건(Z1 = 0)과 두번째 스트레스의 가속조건(Z2 = 1)에서 총 6개의 시험단위를 대상으로 가속수명시험을 한 결과, 구간 0사이클~1,000,000사이클, 1,000,000사이클~ 2,000,000사이클, 10,000,000사이클~12,000,000사이 클에서 각각 1개의 시험단위가 고장, 4,000,000사이클~6,000,000사이클에서 2개의 시험단위가 고장이 발생하였고, 6,000,000사이클 이후 1개의 시험 단위를 관측중단하였다.
- 3) 첫 번째 스트레스의 가속조건(Z1 = 1)과 두번째 스트레스의 사용조건(Z2 = 0)에서 총 7개의 시험단위를 대상으로 가속수명시험을 한 결과, 구간 200,000사이클~400,000사이클, 600,000사이클~800,000사이클, 800,000사이클~1,000,000사이클 에서 각각 1개의 시험단위가 고장, 400,000사이클~600,000사이클에서 2개의 시험단위가 고장이 발생하였고, 1,000,000사이클 이후 2개의 시험단 위를 관측중단하였다.
- 8가지 조건에서 획득한 자료를 기초로 Minitab 으로 분석한 결과, 가속 스트레스 Z 1 과 Z3는 각각 p-value가 0.000, 스트레스 Z1과 Z3 사이의 교호작용(Z 1*Z 3 )도 p-value가 0.072로 유의수준 10% 하에서 유의한 인자로 분석되었다.
후속연구
- 또한 본 논문에서 제시한 교호작용을 고려한 가속시험방법과 산출된 가속 계수 모델식을 이용 하여 2개 이상의 가속 스트레스를 부과하는 가속 시험시 쉽게 수행하고 결과를 해석할 수 있는 기초가 될 것으로 기대된다.
- 향후에는 해당 부품의 수명에 유의한 영향을 미치는 가속 스트레스를 선정하고 계속적으로 가속수 명시험을 진행하여 가속조건에서 획득한 시험자료를 기초로 사용조건에서의 가속 수명에 대한 모델식과 가속계수 모델식을 산출하고자 한다.
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