[논문]신뢰성-비용 매트릭스를 이용한 항공전자장비의 신뢰성 평가 및 개선 프로세스 연구

조인탁; 이상천; 박종훈; 배성문

doi:10.7469/jksqm.2014.42.4.633

신뢰성-비용 매트릭스를 이용한 항공전자장비의 신뢰성 평가 및 개선 프로세스 연구
A Study on Reliability Evaluation and Improvement Process of Aerospace Electronic Equipments using Operational Reliability-Cost Matrix 원문보기

品質經營學會誌 = Journal of Korean society for quality management, v.42 no.4, 2014년, pp.633 - 646

조인탁 (한국항공우주산업) , 이상천 (경상대학교 산업시스템공학부) , 박종훈 (대구가톨릭대학교 경영학과) , 배성문 (경상대학교 산업시스템공학부)

Abstract ▼ AI-Helper

Purpose: The conventional predicted MFTBF by military standard has a wide discrepancy to that of real-world operation, which leads to overstock and increase operation cost. This paper introduces a analyzing frame using operational reliability and cost data to overcome the discrepancy, and provides reliability improvement process employing the analyzing frame. Methods: This paper suggests Reliability-Cost Matrix (R-C Matrix) and Operational Reliability & Cost Index (ORCI) as a tool for reliability evaluation. Results: KOREIP(KAI's Operational Reliability Evaluation and Improvement Process) is developed employing Reliability-Cost Matrix and Operational Reliability & Cost Index. Conclusion: KOREIP provides a process and its activities based on Reliability-Cost Matrix frame. The process and activities leads reliability improvement of aerospace electronic equipments by means of categorizing and follow-up action based on the concept of frame.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

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문제 정의

또한 개선대상품목의 경우 하위 부품의 단종 여부를 살펴보고 재고관리품목의 경우 현재 재고현황을 확인해 보아야 한다. 그리고 가동률 관리품목의 경우, 여력이 된다면 가능한 재고를 여유 있게 유지하는 것이 가동률 향상에 효과적일 수 있으므로 그 적절성을 확인해 본다.
이러한 접근은 항공기에만 국한되는 것이 아니라 가용성을 중요하게 여기는 모든 시스템에 적용될 수 있으며, 결론적으로 가용성이 중요하게 고려되는 시스템에서는 운영 효율성을 제고하기 위해 해당 부품의 신뢰성과 비용을 동시에 고려하는 것이 바람직함을 의미한다. 또한 신뢰성과 비용을 동시에 고려함으로써 해당 부품의 개선 우선도(priority)와 예비부품의 재고관리방안이 결정될 수 있음을 확인하였으며, 이에 본 논문에서는 실제 운용 자료를 사용하여 국내 항공전자장비의 신뢰성을 평가하고 개선하기 위한 방법론을 소개하고자 한다.
본 연구에서는 이러한 운용분석 활동을 보다 체계적으로 수행하고 운용 신뢰성을 평가하기 위해 기존의 운용 고장률에 운영 신뢰성 비용을 고려한 R-C Matrix와 운용 신뢰성 비용지수의 개념을 제시하였다. 신뢰성 평가에서 시스템의 신뢰성에 대한 비용측면에서의 현실적 가치를 정량적으로 제시하는 것이 용이하지 않다는 점을 고려할 때, 본 연구에서 제시한 운용 신뢰성 비용지수는 대상 시스템의 신뢰성 가치를 가시적으로 볼 수 있다는 점에서 그 활용성이 높다고 할 수 있다.
본 장에서는 항공기의 가동률과 유지비용을 평가하기 위한 주요지표인 운용 고장률과 운영 신뢰성 비용의 개념을 소개하고 해당 지표들이 실제 운용 자료로부터 계산되는 과정을 확인한다. 이를 통해 3장에서 소개될 R-C Matrix의 개념적 이해를 돕고자한다.
따라서 운영비용에 기반한 신뢰성 평가 및 관리에 대한 시대적 요구가 많아지고 있는 상황에서, 본 연구에서 제시한 R-C Matrix와 운용 신뢰성 비용지수가 효과적으로 사용될 수 있을 것으로 기대된다. 이에, R-C Matrix와 운용 신뢰성 비용지수를 활용한 신뢰성 활동 프로세스를 수립함으로써 신뢰성 평가 및 개선 활동을 체계적으로 접근하고 있는 사례로 KOREIP를 소개하였다. KOREIP를 참고하여 설계개선과 성능개량 활동에 대한 분석절차를 수립함으로써 보다 효율적이고 조직적인 운용 신뢰성 분석 활동이 가능하리라 판단된다.

제안 방법

- 설계개선 고려구역에 속한 품목에 대해 결함 추세를 파악하고 반복발생 현황을 분석한다.
본 장에서는 2장에서 설명한 운용 고장률과 운영 신뢰성 비용을 두 축으로 하는 R-C Matrix의 개념과 해당 개념을 신뢰성 개선을 위한 평가지표로 변환하기 위한 운용 신뢰성 비용지수를 소개하고, 실제 운용 자료를 적용한 결과를 제시함으로써 해당 개념의 적용가능성을 보였다.
본 장에서는 R-C Matrix와 운용 신뢰성 비용지수를 활용하여 항공전자장비의 신뢰성을 평가하고 개선하는 프로세스를 실제로 구축한 한국 항공우주 산업주식회사의 KOREIP(KAI's Operational Reliability Evaluation & Improvement Process)를 소개한다.
운용 신뢰성 분석을 통해 도출된 운용 고장률과 운영 신뢰성 비용을 연계하여 운용 신뢰성 비용지수를 산출하고, R-C Matrix 포지셔닝 분석을 통해 개선대상품목, 재고관리품목, 가동률 관리품목, 일반 관리품목 리스트를 작성한다.
항공기 장비가 운용 중 고장이 발생하게 되면 발생 내용 및 조치 등을 기록하고 그 운용 자료를 보정작업을 거친 후 운용분석을 수행한다. 이렇게 실시한 분석결과를 토대로 운용 신뢰성 비용지수를 산출하고 R-C Matrix 포지셔닝 분석과 운용 신뢰성 비용지수 추세분석을 통해 문제점을 도출하여 그 문제점을 해결하기 위한 여러 가지 현상 및 환경 분석을 실시한다. 예를 들면, 단종 여부, 설계변경가능성 여부를 검토하거나 수리부속 재고 적절성 등을 분석하고 수리 후 회수 기간을 확인한다.

성능/효과

1절에서 R-C Matrix 포지션닝분석을 실시했던 항공전자장비 6개 품목의 운용 신뢰성 비용지수를 계산한 결과이다. Table 2의 결과에서 확인 할 수 있듯이, R-C Matrix 포지셔닝 분석에서 우선관리 대상으로 분류되는 설계개선 고려구역에 포함된 C, E, F품목의 운용 신뢰성 비용지수가 다른 품목들에 비해 월등히 큼을 알 수 있으며, 이는 운용신뢰성지수가 운영 시간의 변화에 따른 비용 효율성의 변화를 파악하는 동태적분석의 지표로써의 기능을 가지고 있음을 확인하게 해 준다.
다음으로 개선대상 구역에 포함된 C, E, F품목의 운용 신뢰성 비용지수를 살펴보면, C품목은 2007년부터 조금씩 증가하다가 2010년 이후 미세한 감소를 보이고 있고, E품목의 경우 2007년에 급격하게 증가가 있었지만 그 이후 감소하다가 2010년 이후 큰 변동이 없으며, F품목은 운용 초기에 운용 신뢰성 비용지수가 상당히 높았지만 그 이후 감소하였고 2010년 다시 증가하였지만 그 이후 지속적인 감소세를 보이고 있다. 즉, C, E, F품목은 초기 운용기간을 지나고 어느 정도의 안정화 추세를 보이고 있기는 하나 기본적으로 운용 신뢰성 비용지수가 높은 품목으로 판단할 수 있으며, 따라서 설계개선 등을 통한 지속적 신뢰성 개선 및 운영비용의 절감을 시도해야 할 것으로 판단된다.
대상 품목이 R-C Matrix에 위치한 결과를 보면 A, B품목이 일반 관리 구역에 포함되어 있고, D품목이 가동률중점 관리 구역에, 그리고 C, E, F품목이 설계개선 고려 구역에 포함되어 있음을 알 수 있다. 즉, C, E, F품목은 다른 장비들에 비하여 고장도 자주 발생하고, 운영 신뢰성 비용도 높은 편이므로 운영비용과 가동률에 매우 큰 영향을 미치는 품목임을 알 수 있다.
이러한 접근은 항공기에만 국한되는 것이 아니라 가용성을 중요하게 여기는 모든 시스템에 적용될 수 있으며, 결론적으로 가용성이 중요하게 고려되는 시스템에서는 운영 효율성을 제고하기 위해 해당 부품의 신뢰성과 비용을 동시에 고려하는 것이 바람직함을 의미한다. 또한 신뢰성과 비용을 동시에 고려함으로써 해당 부품의 개선 우선도(priority)와 예비부품의 재고관리방안이 결정될 수 있음을 확인하였으며, 이에 본 논문에서는 실제 운용 자료를 사용하여 국내 항공전자장비의 신뢰성을 평가하고 개선하기 위한 방법론을 소개하고자 한다.
이상의 분석과 해석을 통해 알 수 있듯이 R-C Matrix 포지셔닝 분석과 운용 신뢰성 비용지수를 활용한 추세 분석은 각 부품의 현재 상태와 향후 부품의 상태를 예측해 볼 수 있는 매우 유용한 지표임을 알 수 있었다. 또한 이러한 결과를 활용하면 향후 성능개량품목을 미리 파악하여 준비하거나, 선행관리를 통해 성능개량 로드맵을 구축하여 필요한 예산을 사전에 확보하는 것이 가능할 것이라 판단된다.

후속연구

이에, R-C Matrix와 운용 신뢰성 비용지수를 활용한 신뢰성 활동 프로세스를 수립함으로써 신뢰성 평가 및 개선 활동을 체계적으로 접근하고 있는 사례로 KOREIP를 소개하였다. KOREIP를 참고하여 설계개선과 성능개량 활동에 대한 분석절차를 수립함으로써 보다 효율적이고 조직적인 운용 신뢰성 분석 활동이 가능하리라 판단된다.
신뢰성 평가에서 시스템의 신뢰성에 대한 비용측면에서의 현실적 가치를 정량적으로 제시하는 것이 용이하지 않다는 점을 고려할 때, 본 연구에서 제시한 운용 신뢰성 비용지수는 대상 시스템의 신뢰성 가치를 가시적으로 볼 수 있다는 점에서 그 활용성이 높다고 할 수 있다. 따라서 운영비용에 기반한 신뢰성 평가 및 관리에 대한 시대적 요구가 많아지고 있는 상황에서, 본 연구에서 제시한 R-C Matrix와 운용 신뢰성 비용지수가 효과적으로 사용될 수 있을 것으로 기대된다. 이에, R-C Matrix와 운용 신뢰성 비용지수를 활용한 신뢰성 활동 프로세스를 수립함으로써 신뢰성 평가 및 개선 활동을 체계적으로 접근하고 있는 사례로 KOREIP를 소개하였다.
이상의 분석과 해석을 통해 알 수 있듯이 R-C Matrix 포지셔닝 분석과 운용 신뢰성 비용지수를 활용한 추세 분석은 각 부품의 현재 상태와 향후 부품의 상태를 예측해 볼 수 있는 매우 유용한 지표임을 알 수 있었다. 또한 이러한 결과를 활용하면 향후 성능개량품목을 미리 파악하여 준비하거나, 선행관리를 통해 성능개량 로드맵을 구축하여 필요한 예산을 사전에 확보하는 것이 가능할 것이라 판단된다.
본 연구에서는 이러한 운용분석 활동을 보다 체계적으로 수행하고 운용 신뢰성을 평가하기 위해 기존의 운용 고장률에 운영 신뢰성 비용을 고려한 R-C Matrix와 운용 신뢰성 비용지수의 개념을 제시하였다. 신뢰성 평가에서 시스템의 신뢰성에 대한 비용측면에서의 현실적 가치를 정량적으로 제시하는 것이 용이하지 않다는 점을 고려할 때, 본 연구에서 제시한 운용 신뢰성 비용지수는 대상 시스템의 신뢰성 가치를 가시적으로 볼 수 있다는 점에서 그 활용성이 높다고 할 수 있다. 따라서 운영비용에 기반한 신뢰성 평가 및 관리에 대한 시대적 요구가 많아지고 있는 상황에서, 본 연구에서 제시한 R-C Matrix와 운용 신뢰성 비용지수가 효과적으로 사용될 수 있을 것으로 기대된다.
다음으로 개선대상 구역에 포함된 C, E, F품목의 운용 신뢰성 비용지수를 살펴보면, C품목은 2007년부터 조금씩 증가하다가 2010년 이후 미세한 감소를 보이고 있고, E품목의 경우 2007년에 급격하게 증가가 있었지만 그 이후 감소하다가 2010년 이후 큰 변동이 없으며, F품목은 운용 초기에 운용 신뢰성 비용지수가 상당히 높았지만 그 이후 감소하였고 2010년 다시 증가하였지만 그 이후 지속적인 감소세를 보이고 있다. 즉, C, E, F품목은 초기 운용기간을 지나고 어느 정도의 안정화 추세를 보이고 있기는 하나 기본적으로 운용 신뢰성 비용지수가 높은 품목으로 판단할 수 있으며, 따라서 설계개선 등을 통한 지속적 신뢰성 개선 및 운영비용의 절감을 시도해야 할 것으로 판단된다. 실제, F품목의 경우 현장에서 설계개선이 필요하다고 판단되어 설계개선 활동을 추진하고 있음이 파악되기도 하였다.
따라서 운용 자료로부터 신뢰성을 평가하여 항공기의 운영 효율성을 확보하는 과정은 다음과 같은 접근이 가능하다. 첫째, 만약 해당 부품이 어느 정도의 안정된 신뢰성 수준을 확보한 상황이라면, 운영 자료로부터 획득한 신뢰성 척도를 기반으로 항공기의 가동률을 확보하기 위한 예방보수정책 또는 예비 부품의 적정한 재고관리정책을 고려함으로써 운영 효율성을 확보할 수 있을 것이다. 특히 해당 부품의 가격이나 수리비와 같은 비용적 부담이 클 경우 재고관리의 운용이 비용절감에 큰 영향을 미치게 될 것이다.
조치방향수립이 끝나면 문제가 재발하지 않도록 개선활동을 실시하거나 후속조치를 실시하여야 한다. 후속조치로서는 설계개선, 성능개조 및 개량 등의 기술적 조치방법과 소요 예측을 통한 부품 추가 확보 혹은 재고의 관리, 사용자 매뉴얼, 제반 장비의 수리 등 요소기술 보완 등의 조치를 취해주어야 한다. 이렇게 개선 및 조치 내용을 결정하게 되면 고객과 협의를 통해 소요비용, 가동률 등을 고려하여 개선 및 후속조치 활동을 추진하면 된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	항공기 신뢰도의 부정확한 예측으로 인하여 어떤 문제가 발생할 수 있는가?	항공기의 개발과 운영의 역사가 오래되어 실제 항공기 운용 자료를 확보하고 있는 항공 선진국들의 연구들 역시 밀리터리 규격을 적용한 신뢰성예측의 한계를 지적하고 있으며(Kern, 1978), 이러한 신뢰도의 부정확한 예측은 최초 예비부품의 공급 및 조달에 문제를 발생시켜 운용준비태세를 저하시키고 높은 수명주기비용을 초래 할 수 있다고 주장하였다(Cougan & Kindig, 1979). 또한 이러한 한계를 보완하기 위한 다양한 방법들이 Ma(1988), Miller & Moore(1991), Jin & Su(2005), Jeon(2011) 등에 의해 제시되었으며, 최근에는 실제 운용 자료의 활용 방안에 대해서도 제시되고 있다(Raghuram, 2008).
	KS A 3004에서는 MTBF를 어떻게 정의하고 있는가?	항공기를 대상으로 하는 고장 및 신뢰성 분석에서 주로 사용되는 신뢰성 지표는 고장 간 평균시간(Mean Time Between Failure; MTBF)와 고장 간 평균비행시간(Mean Flight Time Between Failure; MFTBF)가 대표적이다. KS A 3004에서는 MTBF를 ‘수리가능시스템의 서로 이웃하는 고장 간 동작시간의 평균값’으로 정의하고 있으며 실제 운용 자료를 사용하는 경우 식 (1)과 같이 계산된다.
	운용 고장률과 운영 신뢰성 비율을 기준 축으로 R-C Matrix를 나누면 어떤 구역으로 나눠지는가?	일반적으로 운용 고장률은 운용시간이 길어질수록 값이 점점 커질 것이고 고장이 많이 발생할수록 운영 신뢰성 비용도 많이 발생할 것으로 예상된다. 따라서 이 두 가지 요인(Factor)의 특성과 특정 기준선을 활용하면 Figure 1과 같이 설계개선 고려 구역, 가동률 중점 관리 구역, 재고중점 관리 구역, 일반 관리 구역으로 4개의 구간으로 나눌 수 있으며 각 구간은 다음과 같은 특징을 가진다. 이때, 기준선은 초기에는 전체 대상 품목의 평균값을 사용하거나 각 장비들의 특성을 고려하여 경험적 수치를 사용하며, 항공전자장비를 대상으로 하는 본 논문에서 각 기준 값이 의미하는 바는 다음과 같다.

참고문헌 (16)

Cougan, W. P., and Kindig, W. G. 1979. "A Real Life MTBF Growth Program for a Deployed Radar." Proceedings at The Annual Reliability and Maintainability Symposium, 121-127.
Gilmore, L., and Valaika, J. 1992. "Operating and Support Cost-Estimating Guide." Office of The Secretary of Defence Washington DC Director Program Analysis and Evaluation.
Jeon, T. B. 2009. "An Overview on the Emergence of the Reliability Prediction Methodology 217 PLUSTM." Journal of Industrial Technology 29(A):28-36.
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Jin, T., and Su, P. 2005. "Minimize system reliability variability based on six-sigma criteria considering component operational uncertainties." Proceedings at The Annual Reliability and Maintainability Symposium, 214-219.
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Jo, In-Tak, Lee, Sang-Cheon, and Park, Jong Hun. 2013. "A Study on Reliability Growth through Failure Analysis by Operational Data of Avionic Equipments." Journal of Society of Korea Industrial and Systems Engineering 36(4):100-108.

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Kern, G. A. 1978. "Operational Influences on Avionics Reliability." Proceedings at The Annual Reliability and Maintainability Symposium, 231-242.
Kim, Y. I., Byun, K. S., and Kim, H. T. 2009. "Case Study on Improvement of Reliability Prediction Accuracy in Development Phase for Aircraft." Journal of the Korean Society for Aviation and Aeronautics 17(4):25-31.
Ma, K. C. 1988. "Experts' opinions on the reliability gap and some practical guidelines on reliability growth." Air force institute of tech wright-patterson AFB OH school of systems and logistics.
MIL-HDBK-217F Notice 2. 1991. Reliability Prediction of Electronic Equipment: USA Department of Defense.
MIL-HDBK-338B. 1998. Military Handbook Electronic Design: US Department of Defense.
Park, Jong-Man, Jung, Soo-il and Kim, Jae-Joo. 2011. "A Study on Application of Reliability Prediction & Demonstration Methods for Computer Monitor." Journal of the Korean Society for Quality Management 25(3):96-107.
Miller, P. E. and Moore, R. I. 1991. "Field reliability versus predicted reliability: An analysis of root causes for the difference." Proceedings at the Annual Reliability and Maintainability Symposium, 405-410.
Raghuram, R.. 2008. Challenges in Reliability Prediction of Aircraft Subsystems. HCL Technologies, 6-9.
Yoon, Keun-Sig, and Lee, Jong-Chan. 2012. "A Case Study on the Reliability Assessment of Stockpile Ammunition." Journal of the Korean Society for Quality Management 40(3):259-269.

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저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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