[논문]ASRP자료를 이용한 155MM 추진장약 KM4A2 저장수명 추정 연구

윤근식; 박상원

doi:10.7469/jksqm.2014.42.3.291

ASRP자료를 이용한 155MM 추진장약 KM4A2 저장수명 추정 연구
A Study on the Estimation of Shelf-life for 155mm propelling charge KM4A2 using ASRP's data 원문보기

品質經營學會誌 = Journal of Korean society for quality management, v.42 no.3, 2014년, pp.291 - 300

Abstract ▼ AI-Helper

Purpose: The purpose of this study is to provide a statistical method from the data of ASRP's results and to apply to the reliability assessment of 155mm propelling charge, KM4A2. Methods: The accumulated data through ASRP for 155mm propelling charge were analyzed using regression analysis and MINITAB reliability analysis. The analysis methods used for this study were applied to statistical data types such as continuous data, binominal data. Results: The results of this study are as follows; The failure of 155mm propelling charge is mainly due to the broken charge bag, the decline of stabilizer content. The shelf-life(B5) regarding broken charge bag is 21.1years. The stabilizer content decrease with 0.0227%/year and safety storage period of propellant is 34.6years. Conclusion: The shelf-life of 155mm propelling charge determined by charge bag is estimated 21.1years.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

155MM 추진장약 KM4A2의 신뢰도 분석 및 저장수명을 추정할 목적으로 2005년~2013년간 수행한 ASRP평가결과를 종합하고 분석하여 다음과 같은 결과를 도출하였다.
따라서 본 고에서는 ASRP 시험 데이터로부터 품목단위의 신뢰도 및 저장수명을 산출하는 분석기법을 연구하여 계량치와 계수치 자료로 구분하여 제시하고 155MM 추진장약 KM4A2의 ASRP시험 데이터를 이용해서 신뢰도 및 저장수명을 산출하였다.

제안 방법

Figure 4는 약포파손에 이르는 수명을 미니탭 s/w를 이용하여 분석한 결과이다. ASRP 시험데이터를 임의관측중단 분석기능을 사용할 수 있도록 전환하여 데이터를 입력하고 분포 ID 플롯(Distribution ID plot)을 수행하였다. 수명확률분포에 대한 적합도 검정을 한 결과 와이블분포, 대수정규분포가 Anderson Darling값이 146.
2%미만인 경우에는 폐기토록 하고 있다. 그리고 안정제와 질소산화물의 반응은 0차와 1차반응이 혼합적으로 일어나지만 추진제의 저장성을 보장하는 측면에서 0차 반응을 적용하는 것이 적절(Lee, et al. 2007, 45-52)한 것으로 알려져 있고 0차 반응의 경우 안정제 함량 변화가 1차식으로 나타나므로 저장기간에 따른 안정제 함량의 변화를 1차 회귀직선으로 분석하였다.
탄약은 단 한번 작동되는 one-shot 아이템으로 시험이나 사용 시 파괴되어 버리는 특징이 있기 때문에 정확한 고장시점 파악이 곤란하기 때문이다. 누적고장수로 측정된 계수형 데이터를 이용하여 품목의 신뢰도를 산출하고 미니탭의 임의관측데이터 분석으로 수명을 추정하는 방법을 제안한다.
데이터 분석 결과, 155MM 추진장약 KM4A2는 저장기간 경과에 따라 약포파손, 약포인장강도 저하, 안정제 함량 저하 등으로 인해 신뢰성이 낮아지는 것으로 나타났다(Yoon 2013, 95-162). 이 중 약포파손과 안정제 함량이 추진장약의 저장수명을 결정하는 주요 요인임을 확인하였고 각각의 결점에 대해서 신뢰도 및 저장수명을 추정하였다.

대상 데이터

155MM 추진장약 KM4A2의 저장수명을 추정하기 위해서 2005년부터 2013년까지 ASRP평가를 수행한 22개 로트의 시험 데이터를 분석하였다(Park et al. 2005, 262-272, Kim et al. 2007, 216-224, Na et al. 2009, 105-113, Koo et al. 2012, 117-137, Park et al. 2013, 150-175).
각각의 장약에는 추진제가 충전되어 있으며 추진제의 조성은 KM1이다. 추진제 KM1의 세부 조성은 Table 1과 같으며 주요 성분은 NC(Nitrocellulose)이다.

성능/효과

저장기간이 17년이 경과하는 시점부터 약포 파손이 발생하기 시작하며 저장기간이 경과할수록 약포 파손은 증가하였다. 그리고 전체 신뢰도 평균은 95.3%로서 90% 신뢰구간을 고려한 하한값의 평균은 87.5%로 산출되었다.
데이터 분석 결과, 155MM 추진장약 KM4A2는 저장기간 경과에 따라 약포파손, 약포인장강도 저하, 안정제 함량 저하 등으로 인해 신뢰성이 낮아지는 것으로 나타났다(Yoon 2013, 95-162). 이 중 약포파손과 안정제 함량이 추진장약의 저장수명을 결정하는 주요 요인임을 확인하였고 각각의 결점에 대해서 신뢰도 및 저장수명을 추정하였다.
둘째, 추진장약의 약포 파손은 저장기간 17년 경과시부터 관찰되기 시작하며 전체적인 신뢰도는 약 95.3%이고 B₅ 수명은 21.1년으로 추정되었다.
따라서 155MM 추진장약 KM4A2의 신뢰도는 약포의 강도에 의해 결정됨을 알 수 있었고 저장수명을 연장하기 위해서 운영단계에서는 21년부터 비기능시험을 통해 약포파손 탄약을 선별하여야 하고, 개발/양산단계에서는 약포 수명 연장이 가장 시급한 것으로 판단되었다.
922로 가장 낮았는데 이중 와이블 수명확률분포를 선택하고 최대우도법과 신뢰수준 95%를 적용하여 분석한 결과이다. 분석 결과를 보면 평균고장시간(MTTF, Mean Time to Failure)은 약 34.3년이며 그리고 B₁수명은 15.4년, B₅ 수명은 21.1년으로 추정되었다.
셋째, 추진제의 저장안정성을 판단하는 기준인 안정제 함량에 대한 회귀분석 결과, 연간 약 0.0258%씩 저하되는 것으로 나타났으며 안정제 함량이 0.3%에 이르는 수명을 계산해 보면 평균 34.6년으로 추정되었다.
ASRP 시험데이터를 임의관측중단 분석기능을 사용할 수 있도록 전환하여 데이터를 입력하고 분포 ID 플롯(Distribution ID plot)을 수행하였다. 수명확률분포에 대한 적합도 검정을 한 결과 와이블분포, 대수정규분포가 Anderson Darling값이 146.922로 가장 낮았는데 이중 와이블 수명확률분포를 선택하고 최대우도법과 신뢰수준 95%를 적용하여 분석한 결과이다. 분석 결과를 보면 평균고장시간(MTTF, Mean Time to Failure)은 약 34.
약포 파손에 대한 저장기간별 신뢰도 및 90% 신뢰하한값을 Figure 3에 나타내었다. 저장기간이 17년이 경과하는 시점부터 약포 파손이 발생하기 시작하며 저장기간이 경과할수록 약포 파손은 증가하였다. 그리고 전체 신뢰도 평균은 95.
첫째, ASRP 평가결과를 종합한 결과 155MM 추진장약 KM4A2에서 저장 이후 발생하는 결점은 약포 파손, 인장강도 저하, 약포 변색, 탄속 불량, 안정제 함량의 저하 등이며, 이중 추진장약의 저장수명에 미치는 영향이 큰 결점은 약포파손과 안정제 함량 저하이다.
0227%씩 저하되는 것으로 나타났다. 회귀분석식을 이용해서 안정제 함량이 0.3%에 이르는 수명을 계산해 보면 평균값 기준으로는 34.6년으로 추정되었다.

후속연구

2007, 45-52)하였고, 접근신관에 대해서 품목의 신뢰도를 추정하는 연구(Yoon and Lee 2012, 259-269)를 수행하였다. 이러한 연구는 현재 로트를 기준단위로 하는 저장탄약신뢰성평가를 품목단위의 평가로 전환하는데 유용하게 활용될 수 있다. 그러나 현재 증가하고 있는 저장탄약 신뢰성평가 수요에 효과적으로 대처하기 위해서는 많은 시간과 비용이 필요한 실제 시험을 최소화하는 평가기법의 지속적인 연구가 필요한 실정이다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	저장탄약신뢰성평가란 무엇인가?	그리고 제조 당시 동일한 품질을 가진 탄약의 경우에도 저장 온도, 습도 등의 저장조건에 따라 저장 간 신뢰성이 서로 다르게 나타난다. 따라서 저장탄약은 주기적으로 성능과 안전성을 확인하는 신뢰성평가가 필요하며 이러한 일련의 업무가 저장탄약신뢰성평가(ASRP; Ammunition Stockpile Reliability Program)이다(Kim, et al. 2010, 284-292).
	추진제의 분해반응을 억제하기 위해 첨가하는 안정제는 어떻게 분해반응을 억제하는가?	이러한 추진제의 분해반응을 억제하기 위하여 안정제로 디페닐아민(Diphenylamine)을 첨가한다. 안정제는 NC의 자연분해를 억제할 수는 없으나 자연분해과정에서 생성되는 질소산화물과 결합하여 분해반응이 가속되는 것을 막아준다. 추진제에 남아있는 안정제 함량을 측정함으로써 추진제의 저장안정성을 확인할 수 있으며 분석결과 안정제 함량이 낮을 경우 우선불출 사용하거나 폐기하여야 한다.
	국방기술품질원은 어떻게 국방전력의 유지와 예산절감에 기여하고 있는가?	국내에서는 국방기술품질원이 국방부로부터 ASRP 종합관리부서로 지정받아 ASRP업무를 주관하고 있다. 국방기술품질원은 육, 해, 공군이 보유하고 있는 저장탄약에 대해서 ASRP를 수행하고 그 결과에 따라 양호한 로트는 신뢰성을 보장하고, 성능이나 안전성이 저하된 로트에 대해서는 적기에 폐기하거나 경제적으로 성능을 복구할 수 있는 정비방안을 제시함으로써 국방전력의 유지와 예산절감에 기여하고 있다. 또한 ASRP 시험 프로세스에 6시그마 기법을 적용하는 등 업무프로세스의 개선에도 노력해 왔다(Yoon, et al.

참고문헌 (15)

Kim, Kwangsu, Jung, Jian, and Lee, JinGue. 1993. "A Comparative Study of the Results of the Regression Analysis by Linear Programming." Jouranl of the Korean Society for Quality Management 21(1):161-170.
Kim, Younghwa et al. 2007. The report on the ASRP's Activities in 2007, DTaQ-08-1693-T. Defense Agency for Technology and Quality.
Kim, Youngseub et al. 2010. Introduction to defense quality management. Hyungseul publishing network.
Koo, Weolseo et al. 2012. The report on the ASRP's Activities in 2009, DTaQ-12- 3616-T. Defense Agency for Technology and Quality.
Lee, Jongchan et al. 2007. "A study on the shelf-life prediction of the single base propellants using accelerated aging test." Journal of korean society for quality management 35(2):45-52.
Ministry of Defence. 2008. "Reliability and Maintainability(R&M) Assurance Activity Part 1 One-Shot Devices/ Systems." Defence Standard 00-42, Part 1, Issue 2.
Na, Sangeon et al. 2009. The report on the Army ASRP's Activities in 2009, DTaQ-10- 2235-T. Defense Agency for Technology and Quality.
Park, Dongseok et al. 2005. The report on the ASRP's Activities in 2003. DQAA-05-1213 -T. Defense Agency for Technology and Quality.
Park, Sangwon et al. 2013. The report on the ASRP's Activities in 2013, DTaQ-13-4111-T. Defense Agency for Technology and Quality.
Seo, Sunkeun. 2006. MINITAB Reliability analysis. Eretec Inc.
Sherwin, Edward R. 2004. "Analysis of "One-Shot" Devices", Selected Topics in Assurance Related Technologies 7(4):1-4.
Sim, hanggeun et al. 2009. "A study on the reliability analysis of one-shot system." Journal of the korea association of defense industry studies 16(2):105-116.
Yoon, Keunsig. 2013. The Reliability and Shelf-life Estimation on 155mm Propelling Charge M4 series, DTaQ-13-3774-R. Defense Agency f or Technology and Quality.
Yoon, Keunsig, and Lee, Jongchan. 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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Yoon, Keunsig et al. 2006. "A case study of Six Sigma for improving non-function test process in the ammunition stockpile reliability program." Journal of korean society for quality management 34(4):13-21.

저자의 다른 논문 :

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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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