최근 신뢰성을 기반으로 한 기법을 철도차량 유지관리에 도입, 적용하기 위해 많은 계획을 세우고 정착시키려는 업무가 진행되고 있으나 시간 및 비용대비 성과에 대해 기술적인 향상이 필요하다. 신뢰성기반의 유지관리 활동은 군수분야에서 시작하여 원자력, 항공 분야 등에서 가장 활발히 추진중이지만 국내철도 현장에도 접목하려는 연구를 본 논문에서 제시하였다. 철도 운영기관에서 신뢰성관련 업무를 도입하거나 적용하기 위해서는 우선 내부의 유지관리 환경을 검토할 필요가 있으며, 이러한 검토결과를 기반으로 각종 신뢰성 기법들을 철도현장에 맞게 적용하고, 특화된 신뢰성프로세스의 정립과 주요 대상 시스템을 선정하여 RCM (Reliability Centered Mainteinance)기법을 적용하여 적정성을 검토하였다. 그 결과 철도차량 유지관리를 보다 체계적이고 합리적인 방법으로 시행하기 위한 절차를 제시하였다.
최근 신뢰성을 기반으로 한 기법을 철도차량 유지관리에 도입, 적용하기 위해 많은 계획을 세우고 정착시키려는 업무가 진행되고 있으나 시간 및 비용대비 성과에 대해 기술적인 향상이 필요하다. 신뢰성기반의 유지관리 활동은 군수분야에서 시작하여 원자력, 항공 분야 등에서 가장 활발히 추진중이지만 국내철도 현장에도 접목하려는 연구를 본 논문에서 제시하였다. 철도 운영기관에서 신뢰성관련 업무를 도입하거나 적용하기 위해서는 우선 내부의 유지관리 환경을 검토할 필요가 있으며, 이러한 검토결과를 기반으로 각종 신뢰성 기법들을 철도현장에 맞게 적용하고, 특화된 신뢰성프로세스의 정립과 주요 대상 시스템을 선정하여 RCM (Reliability Centered Mainteinance)기법을 적용하여 적정성을 검토하였다. 그 결과 철도차량 유지관리를 보다 체계적이고 합리적인 방법으로 시행하기 위한 절차를 제시하였다.
Recently, RCM(reliability centered maintenance) process is introduced and applied for the planning and implementing efficient and effective maintenance system in terms of optimal rolling stock maintenance. Particularly, cost-time benefits analysis associated with the implementation of RCM for rollin...
Recently, RCM(reliability centered maintenance) process is introduced and applied for the planning and implementing efficient and effective maintenance system in terms of optimal rolling stock maintenance. Particularly, cost-time benefits analysis associated with the implementation of RCM for rolling stock maintenance is necessary and required for railway operator in advance. The RCM process was primarily starting from military, airplane and nuclear industries and is now adapted in railway industry for local railway operators. This paper focuses on suggesting the way of connecting the RCM process with railway maintenance activities in the railway operation field. Thus, in order to introduce and establish reliability activities, it needs to review and evaluate the maintenance environment in the organizational point of view. Based on these reviews and evaluations, various maintenance methodologies are reviewed for customizing local railway field situations and establish specific process in the application of major systems on the reliability technology. In this paper, the railway RCM process is proposed for the establishment and construction of the systematic and optimal maintenance system.
Recently, RCM(reliability centered maintenance) process is introduced and applied for the planning and implementing efficient and effective maintenance system in terms of optimal rolling stock maintenance. Particularly, cost-time benefits analysis associated with the implementation of RCM for rolling stock maintenance is necessary and required for railway operator in advance. The RCM process was primarily starting from military, airplane and nuclear industries and is now adapted in railway industry for local railway operators. This paper focuses on suggesting the way of connecting the RCM process with railway maintenance activities in the railway operation field. Thus, in order to introduce and establish reliability activities, it needs to review and evaluate the maintenance environment in the organizational point of view. Based on these reviews and evaluations, various maintenance methodologies are reviewed for customizing local railway field situations and establish specific process in the application of major systems on the reliability technology. In this paper, the railway RCM process is proposed for the establishment and construction of the systematic and optimal maintenance system.
* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.
문제 정의
본 연구에서는 각각의 프로세스를 검토하여 현재 시행하고 있는 철도차량 유지관리 업무에 가장 적합한 RCM Process를 개발하였고 이를 국내 철도차량 유지관리 업무에 적용하는 방안에 대하여 연구하였다.
유지관리 프로세스를 재검토해보고, 체계적이고 과학적인 프로세스를 도입, 적용할 수 있다면, 현재보다 한 세대 발전되고 고품질의 서비스를 제공하여 안전운행 및 승객서비스성을 향상 시킬 수 있다. 철도운영기관의 유지관리 경험을 기반으로 해외에서 적용되고 있는 신뢰성 프로세스들을 검토하고 철도차량 유지관리에 즉시 적용 할 수 있는 최적화된 프로세스를 다음과 같이 제시하였다.
철도차량의 신뢰성은 과거 철도연구기관이나 제작사 위주의 활동이었다면, 본 논문에서는 철도운영기관 중심으로 전동차의 효율적인 유지관리를 위해 적용 가능한 신뢰성프로세스를 검토 및 개발하고, 전동차 안전운행에 매우 중요한 장치인 제동장치에 대하여 프로세스를 실제 사례에 적용하여 현재 유지관리 기준에 접목하여 합리적이고 실제적이며, 최적화된 유지 관리 업무에 적용하는 방안을 연구하여 그 적용절차에 대해 결과를 제시하였다.
가설 설정
철도차량에 신뢰성관리 절차인 RCM(Reliability Centered Maintenance)를 적용하기 위해 각 단계별 분석을 수행한 결과 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다. 첫 번째로 주기교환(Time Directed) 품목을 늘려야 한 다는 것이다. FMECA를 통한 현재의 유지관리기준은 적절한 것으로 보였으나, 상당수의 부품이 일정주기에 도달하면 시행하는 검사를 기본으로 하고 있었다.
제안 방법
교체주기가 정해져 있는 대상은 Fig. 2와 같이 TD 대상업무로 분류하여 구체화(교환주기 명확화)하고, 검사 주기에 따라 검사하는 상태기반 CD 대상 업무를 구체화하기 위하여 외관(육안)점검, 기능점검, 측정점검, 분해점검으로 세분화하였다.
또한 각각의 고장모드가 열차운행에 미치는 영향의 정도를 치명도 분석(CA:Criticality Analysis)을 통해 분석하였다. 고장모드에 따른 심각도는 Table 3과 같이 발생빈도는 Table 4과 같이 정의하여 Table 5,6의 메트릭스에 따라 허용가능한 수준을 검토한다.
또한 주기적으로 현장에서 수집되는 고장 데이터들을 분석하여 유지관리의 적성성과 피드백 활동을 통해 최적화된 유지관리 업무를 수행 하도록 하였다. 본 연구를 통해 불필요한 점검을 줄이고 안전 및 열차 운행에 미치는 영향이 큰 개소를 선택하고 집중할 수 있는 업무체계가 확보될 수 있었다.
마지막 단계는 유지보수 업무를 선정하기 위한 단계로서 FMECA(Failure Mode and Effect Analysis) 를 통하여 얻어진 고장모드를 유지관리에 가장 적합한 정비업무를 선정하는 단계이며, RCM 결정로직과 공사의 유지보수 기준을 참조하여 유지보수 업무 선정 로직을 Fig. 2와 같이 표준화하였다.
전동차 제동시스템은 안전을 위해 모두 5가지의 제동기능을 가지고 있다. 상용제동, 비상제동, 보안제동, 주차제동, 정차제동으로 분류할 수 있으며, 열차가 정차시 컴퓨터에 의해 자동으로 체결되는 기능인 정차 제동을 제외하고 4가지 제동시스템을 대상으로 기능 블록도를 작성하였다.
또한 각 시스템간 기능들이 상호 연결되어 동작되며, 기계, 전기, 전자, 통신 장치 등의 복합적인 시스템들로 구성되어 있어, 전동차를 기능적으로 분류하는 절차를 가장 먼저수행하여 야 한다. 우선 RCM Process에 적용하기 위하여 전동 차 안전장치이며 가장 중요한 장치중에 하나인 제동 시스템을 선정하여 Fig. 1의 절차에 따라 분석하였다.
이렇게 분류된 대상업무는 철도차량의 유지관리지침인 전동차검사 기준[10]에 따라 매칭작업을 하여 현재의 업무가 FMEA를 통해 분석된 고장모드를 발견하는 유지관리 대상업무와 적정한지를 비교 평가하였다.
대상 데이터
FMECA(Failure Mode Effect and Criticality Analysis)는 제동 기능관련 부품의 고장모드, 원인 및 영향 (부품,시스템,차량)을 분석하는 단계로서 신뢰성분석 기법의 핵심단계이다. 26만건의 유지보수 데이터와 사내 전문가와의 인터뷰 등을 통해 분석하였다. 이 단계가 프로세스중 가장 전문성이 필요한 단계이었으며, 여러 가지 경험들을 토대로 기발생되었던 사례들과 잠재적으로 발생가능성이 있는 모드들을 도출하였다.
다음은 분석하고자 하는 시스템들의 경계를 정의하는 단계이다. 수많은 부품들의 집합체인 전동차 시스템 들중 제동기능을 수행하는 부품들의 선별을 위해 운전실에서 제동을 취급하거나 완해하는 스위치부터 제어 장치, 제동실린더까지 관련된 모든 부품을 대상으로 Table 1과 같이 전동차 부품 구성체계인 BOM (Bill of Material)을 기준으로 현장에서 교체하는 단위인 LRU (Line Replaceble Unit) 레벨에서 비상제동차단 스위치 등 49개 품목을 선정하였다.
제동시스템과 관련된 모든 정보들을 수집하였다. 기존 전동차의 기술자료들은 약 20년전에 제작된 만큼 컴퓨터 파일이 아닌 텍스트 (책자)형태의 자료들이 많았고, 자료의 유실이나 훼손 등으로 인하여 자료 수집에 한계가 있었다.
각 단계별 세부사항은 다음과 같다. 철도차량은 컴퓨터, 인버터, 제동장치 등 12개 시스템으로 구성되어 있으며, 8량 1개 편성 기준으로 1만여종에 약 60만개의 파트 부품으로 조립되어 있다. 또한 각 시스템간 기능들이 상호 연결되어 동작되며, 기계, 전기, 전자, 통신 장치 등의 복합적인 시스템들로 구성되어 있어, 전동차를 기능적으로 분류하는 절차를 가장 먼저수행하여 야 한다.
성능/효과
고장모드영향분석(FMEA : Failure Mode and Effect Analysis) 전동차량 제동장치의 경우 49개 아이템에 14개의 고장모드와 28개의 고장원인이 분석 되었다. 고장모드는 누기(89개), 동작불량(64개), 접촉불량(42건) 순으로 빈도가 높았으며, 또한, 고장원인은 이물질(45건), 풀림(44개), 충격(41개) 순으로 빈도가 높게 분석되었다.
업무선정 로직 절차에 따라 제동시스템을 분석한 결과 49개 LRU(Line Replaceble Unit)부품 레벨에서는 사용시간에 따라 신뢰성을 결정하는 TD(Time Directed)는 없었으며 모두 점검에 의해 상태에 따라 신뢰성을 결정하는 CD(Condition Directed) 대상이 많았다. 상태점검은 외관(육안)점검이 166개, 기능점검이 218개, 측정점검이 1개로 분석되었다.
후속연구
또한 주기적으로 현장에서 수집되는 고장 데이터들을 분석하여 유지관리의 적성성과 피드백 활동을 통해 최적화된 유지관리 업무를 수행 하도록 하였다. 본 연구를 통해 불필요한 점검을 줄이고 안전 및 열차 운행에 미치는 영향이 큰 개소를 선택하고 집중할 수 있는 업무체계가 확보될 수 있었다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
전동차 제동시스템은 안전을 위해 5가지의 제동기능을 가지고 있다, 어떤 제동기능을 가지고 있는가?
전동차 제동시스템은 안전을 위해 모두 5가지의 제동기능을 가지고 있다. 상용제동, 비상제동, 보안제동, 주차제동, 정차제동으로 분류할 수 있으며, 열차가 정차시 컴퓨터에 의해 자동으로 체결되는 기능인 정차 제동을 제외하고 4가지 제동시스템을 대상으로 기능 블록도를 작성하였다.
철도서비스는 어떠한 분야인가?
철도서비스는 공익성과 서비스성 및 안전성을 모두 고려해야 하는 특수한 분야이다. 철도차량의 경우 수 만개의 부품과 반입시기에 따른 다른 제작사의 제품이 도입되고, 이러한 다양한 종류의 철도차량 부품 등을 유지관리에 있어 표준화하고 각각의 수명을 분석하고 운영하는 것은 많은 노력이 필요하며, 전사적인 노력과 관리 및 운영이 필수적이다.
FMECA란?
FMECA(Failure Mode Effect and Criticality Analysis)는 제동 기능관련 부품의 고장모드, 원인 및 영향 (부품,시스템,차량)을 분석하는 단계로서 신뢰성분석 기법의 핵심단계이다. 26만건의 유지보수 데이터와 사내 전문가와의 인터뷰 등을 통해 분석하였다.
참고문헌 (10)
KS C IEC 62278, Railway applications - Specification and demonstration of reliability, availability, maintainability and safety(RAMS), Korea Standards Association, 2004
Railway Safety Law, Ministry of Land, Infrastucture, and Transport, 2013
KS A IEC 60300-3-11 Dependability management-Part 3 11, Application guide Reliability centred maintenance, Korea Standards Association, pp. 4-17, 2004
MIL-STD-2173, Reliability Centered Maintenance, Department of Defense, pp. 15-22, 1986
SAE JA1012, A Guide to the Reliability-Centered Maintenance (RCM) Standard, The Engineering Society for Advancing Mobility Land Sea Air and Space, pp. 48, 2002
Anthony M. Smith, RCM Gateway to World Class Maintence, Daega, pp. 269-273, 2004
S. K. Sin, A Study on the development of SRCM for the railway system application, Ph.D, Kwangwoon University, 2006
Y. H. Yu . "A Study on Reliability Centered Rolling Stock Maintenance Methods", Journal of the Korean Society for Railway Vol.16, No.3, pp. 183-188 , 2013
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.