열상 감시 장비의 핵심부품인 냉각기는 검출기 온도를 낮춰서 열상 감시 장비가 제 기능을 발휘하게 해준다. 해외 도입품으로서 기준사용시간이 20,000시간으로 제시되었고 이에 맞춰서 운용하고 있다. 양산 후 운용 중에 고장이 발생하기 시작했고, 그 고장으로 인해 냉각기의 MTBF분석을 해볼 필요성을 느꼈다. 군과 방산 업체에서 열상 감시 장비의 냉각기 고장데이터를 수집하였고 221개의 납품된 냉각기 중 73개의 냉각기가 운용 중에 고장이 발생하였다. 이 고장데이터에 생존확률 함수를 모수적 접근방법을 사용하여 적합한 분포를 파악을 하였고, 로그 로지스틱 분포가 적합하다고 추정되었다. 로그로지스틱 분포의 모수를 기반으로 냉각기의 MTBF를 분석하였다. 해외 업체가 제시한 MTBF와 비교하였고 또한 냉각기의 시간대별 신뢰도를 분석해보았다. 군 운용환경 중 고장이 발생한 냉각기의 MTBF를 분석함으로써 품질보증활동의 개선점을 찾을 수 있다. 실측 MTBF는 해외 업체에서 제시한 것보다 높게 나왔지만 운용 환경과 분석 방법론에 따른 차이는 존재한다. 이 분석 결과는 군에서 해외 도입품을 운용하는 현시점에 장비 정비주기와 운영시간에 영향을 줄 수 있고, 향후 냉각기 국산화 시 보조 자료로 기여할 것이라 판단된다.
열상 감시 장비의 핵심부품인 냉각기는 검출기 온도를 낮춰서 열상 감시 장비가 제 기능을 발휘하게 해준다. 해외 도입품으로서 기준사용시간이 20,000시간으로 제시되었고 이에 맞춰서 운용하고 있다. 양산 후 운용 중에 고장이 발생하기 시작했고, 그 고장으로 인해 냉각기의 MTBF분석을 해볼 필요성을 느꼈다. 군과 방산 업체에서 열상 감시 장비의 냉각기 고장데이터를 수집하였고 221개의 납품된 냉각기 중 73개의 냉각기가 운용 중에 고장이 발생하였다. 이 고장데이터에 생존확률 함수를 모수적 접근방법을 사용하여 적합한 분포를 파악을 하였고, 로그 로지스틱 분포가 적합하다고 추정되었다. 로그로지스틱 분포의 모수를 기반으로 냉각기의 MTBF를 분석하였다. 해외 업체가 제시한 MTBF와 비교하였고 또한 냉각기의 시간대별 신뢰도를 분석해보았다. 군 운용환경 중 고장이 발생한 냉각기의 MTBF를 분석함으로써 품질보증활동의 개선점을 찾을 수 있다. 실측 MTBF는 해외 업체에서 제시한 것보다 높게 나왔지만 운용 환경과 분석 방법론에 따른 차이는 존재한다. 이 분석 결과는 군에서 해외 도입품을 운용하는 현시점에 장비 정비주기와 운영시간에 영향을 줄 수 있고, 향후 냉각기 국산화 시 보조 자료로 기여할 것이라 판단된다.
The cooler, which is the main part in a Thermal Observation Device (TOD), makes the TOD function by reducing the temperature. As the cooler is imported, overseas enterprises presented 20,000 hours as the operation time and the military have used the cooler as presented. However, failures have occurr...
The cooler, which is the main part in a Thermal Observation Device (TOD), makes the TOD function by reducing the temperature. As the cooler is imported, overseas enterprises presented 20,000 hours as the operation time and the military have used the cooler as presented. However, failures have occurred occasionally after mass production stage. Therefore, we need to analyze the MTBF of the TOD cooler. So, military and defense industry companies collected the failure data of the TOD cooler. We analyze the MTBF of the TOD cooler using survival probability function and failure data. We find the optimal distribution by applying parametric method and estimate parameters. We determine that the Log-logistic distribution is the most appropriate for this data. Also, we analyze the reliability per hour of the TOD cooler. The result of MTBF of the TOD cooler was higher than that of presented by oversee enterprises.
The cooler, which is the main part in a Thermal Observation Device (TOD), makes the TOD function by reducing the temperature. As the cooler is imported, overseas enterprises presented 20,000 hours as the operation time and the military have used the cooler as presented. However, failures have occurred occasionally after mass production stage. Therefore, we need to analyze the MTBF of the TOD cooler. So, military and defense industry companies collected the failure data of the TOD cooler. We analyze the MTBF of the TOD cooler using survival probability function and failure data. We find the optimal distribution by applying parametric method and estimate parameters. We determine that the Log-logistic distribution is the most appropriate for this data. Also, we analyze the reliability per hour of the TOD cooler. The result of MTBF of the TOD cooler was higher than that of presented by oversee enterprises.
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문제 정의
본 논문에서는 해외에서 제시한 Weibull 분포를 통한 MTBF 20,000시간을 기준으로 국내환경에서 운용되고 있는 냉각기의 MTBF를 비교, 분석하여 운용유지를 정상적으로 하고 있는지 확인해보려고 한다. 또한 시간대별 신뢰도 분석을 통해 품질보증 및 양산 운용에 활용할 수 있는 기여점이 많다고 생각된다.
본 연구는 해외업체가 Weibull 분포를 기준으로 MTBF 20,000시간을 제시하였고, 양산을 운용하는 시점에서 고장 발생되기 때문에 이를 확인해보려고 시작하게 되었다. 현재 고장 데이터로 분석했을 시 Log-logistic 분포기준으로 MTBF가 33806.
본 연구에서는 냉각기의 고장데이터를 이용하여 적합한 모수적 수명분포를 파악하고 계산되어진 모수를 활용하여 냉각기의 생존확률함수를 추정하는 것이다.
본 연구에서는 냉각기의 수명을 분석하기 위하여 국내 방산 업체에서 도입하여 납품한 냉각기에 대한 야전 운용정보를 수집하였다. 해외 도입품으로써 제시된 MTBF 20,000시간를 충족시키는 지 확인하기 위해서는 실제 운용되는 정보를 파악하는 것이 가장 적합한 방법이라 판단되었기 때문이다.
본 연구에서는 신뢰성 개념을 도입하여 최근 3년간의 해외 도입품 냉각기를 사용하는 열상 감시 장비의 고장 데이터를 기반으로 적합한 모수적 수명분포를 찾고 이에 맞는 생존함수와 위험함수를 도출하여 냉각기 수명에 대한 전반적인 분석을 시행하였다. 해외업체에서는 Weibull 분포를 기반으로 MTBF 20,000시간을 제시하였지만, 본 연구에서는 Log-logistic 분포가 더 적합하다고 분석이 되었으며 이는 샘플의 시료개수와도 연관이 있을 수 있다.
우선 미니탭에서 제공하는 수명분포 적합도 기능을 통해 가장 적합한 수명분포가 어떤 것인지 파악해보았다.[4][5] 해당 데이터가 특정분포에 얼마나 적합한지 확인하기 위하여 Anderson-Darling 통계량이 사용되었고 이 통계량이 가장 작은 분포가 데이터와 가장 적합하다고 판단할 수 있다.
제안 방법
고장발생을 줄이기 위해 현재 시점에서 MTBF 비교뿐 아니라 시간대 별 신뢰도를 파악해보는 것도 의미 있다고 판단하였다. 그래서 해외업체에서 제시한 20,000시간과 그 전 후 시간에서의 신뢰도를 추정해보았다. 다음 표는 시간대별 냉각기의 신뢰도를 보여준다.
우측 관측중단 시점은 16년 5월이고 정시 중단하였다. 이 데이터는 소요군에서 A/S을 접수한 야전운용데이터이며 업체에서 수집한 데이터와 비교하여 일치하는 것에 대해서만 데이터로 활용하여 데이터 신뢰성을 높였다.
지금까지 양산에 배치된 열상 감시 장비의 냉각기의 고장데이터를 활용하여 MTBF 등 신뢰도 분석을 수행하였다. 냉각기 고장을 줄이기 위한 아이디어 제시도 하였지만, 냉각기에 대한 국산화 개발을 시작하게 되면 국산화 성공을 판단하는 기준으로도 기여점이 있다고 기대된다.
대상 데이터
그래서 12년에 납품된 열상 감시 장비의 냉각기는 총 운용시간이 대략 16,000시간이며 14년 이후 납품된 냉각기일수록 운용시간은 줄어들게 된다. 고장이 발생된 73개의 데이터는 완전 데이터지만 고장이 발생하지 않은 148개의 데이터는 우측 관측중단처리를 하였다. 우측 관측중단 시점은 16년 5월이고 정시 중단하였다.
데이터는 수년 전에 양산이 시작되어 배치된 열상 감시 장비의 냉각기 고장데이터를 활용하였다. 기간은 12년부터 14년까지 납품된 열상 감시 장비 냉각기로 한정하였으며, 총 데이터의 수는 221개이다. 221개 중 73개가 고장이 발생하였으며 148개는 고장이 발생되지 않았다.
데이터는 수년 전에 양산이 시작되어 배치된 열상 감시 장비의 냉각기 고장데이터를 활용하였다. 기간은 12년부터 14년까지 납품된 열상 감시 장비 냉각기로 한정하였으며, 총 데이터의 수는 221개이다.
고장이 발생된 73개의 데이터는 완전 데이터지만 고장이 발생하지 않은 148개의 데이터는 우측 관측중단처리를 하였다. 우측 관측중단 시점은 16년 5월이고 정시 중단하였다. 이 데이터는 소요군에서 A/S을 접수한 야전운용데이터이며 업체에서 수집한 데이터와 비교하여 일치하는 것에 대해서만 데이터로 활용하여 데이터 신뢰성을 높였다.
성능/효과
155 만큼 급격히 떨어지는 것을 확인할 수 있다. 10,000 ~ 15,000시간이상 사용한 냉각기에 대해서는 계속 운용하기보다 정비를 받기위해 별도 관리를 하고, 15,000시간 운용이 넘은 냉각기는 정비 점검을 받는 것이 고장을 줄이는 운용 관점에서 더 효율적이라 판단된다. 또한 현재 양산단계 이후 그 시기가 짧은 점을 감안한다면 앞으로 야전운용데이터가 축적됨에 따라 소요군의 전산화 및 A/S접수 전산화가 시스템적으로 갖춰진다면 신뢰도 분석 결과에 대한 신뢰수준이 더욱 향상될 것으로 기대된다.
2.3.2에서 현 데이터의 특성을 가장 잘 나타내주는 분포가 Log-logistic 분포라는 것이 추정되었다. 다음 Fig 2는 Log-logistic 분포에서의 확률밀도함수, Log logistic 분포, 생존함수 및 위험 함수을 보여준다.
해외업체에서는 Weibull 분포를 기반으로 MTBF 20,000시간을 제시하였지만, 본 연구에서는 Log-logistic 분포가 더 적합하다고 분석이 되었으며 이는 샘플의 시료개수와도 연관이 있을 수 있다. Log-logistic 분포를 통해 생존확률을 분석해본 결과 냉각기의 MTBF는 33,806.8 시간으로 해외 업체에서 제시한 시간보다도 더 길게 분석되었다. 또한 10,000시간 사용하였을 때 신뢰도는 0.
현재 열상장비는 고성능 열상검출기와 고배율 광학계를 적용함으로써 탐지거리와 해상도가 기존 대비 약 3배정도 향상되었다. 또한 탑재장비 내에 열상/CCD 카메라, 레이저거리측정기/위성항법장치, 디지털 나침반을 내장하여 여러 복합기능을 수행할 수 있게 하였으며 외부연동 강화 및 다기능 원격제어를 통해 탐지된 표적좌표를 디지털 지도에 표시해줌으로써 C41(전술지휘통제 자동화 체계) 연동 및 LAN 기반제어와 정보공유가 가능해졌다.
이제까지 분포 적합도 분석을 통하여 Log-normal분포와 Log-logistic 분포가 현 데이터에 가장 적합하다는 것을 파악하였다. 그 중 Log-logistic분포가 AD값이 조금 더 낮기 때문에 최종 적합한 분포로 선정하였다.
본 연구에서는 신뢰성 개념을 도입하여 최근 3년간의 해외 도입품 냉각기를 사용하는 열상 감시 장비의 고장 데이터를 기반으로 적합한 모수적 수명분포를 찾고 이에 맞는 생존함수와 위험함수를 도출하여 냉각기 수명에 대한 전반적인 분석을 시행하였다. 해외업체에서는 Weibull 분포를 기반으로 MTBF 20,000시간을 제시하였지만, 본 연구에서는 Log-logistic 분포가 더 적합하다고 분석이 되었으며 이는 샘플의 시료개수와도 연관이 있을 수 있다. Log-logistic 분포를 통해 생존확률을 분석해본 결과 냉각기의 MTBF는 33,806.
본 연구는 해외업체가 Weibull 분포를 기준으로 MTBF 20,000시간을 제시하였고, 양산을 운용하는 시점에서 고장 발생되기 때문에 이를 확인해보려고 시작하게 되었다. 현재 고장 데이터로 분석했을 시 Log-logistic 분포기준으로 MTBF가 33806.8 시간으로 추정되었고 제시된 시간보다 상당히 높음을 알 수 있다. 이는 소요군에서 운용을 잘하고 있다는 의미일수도 있고, 냉각기의 신뢰도가 제시된 것보다 좋다는 의미일 수도 있다.
현재 열상장비는 고성능 열상검출기와 고배율 광학계를 적용함으로써 탐지거리와 해상도가 기존 대비 약 3배정도 향상되었다. 또한 탑재장비 내에 열상/CCD 카메라, 레이저거리측정기/위성항법장치, 디지털 나침반을 내장하여 여러 복합기능을 수행할 수 있게 하였으며 외부연동 강화 및 다기능 원격제어를 통해 탐지된 표적좌표를 디지털 지도에 표시해줌으로써 C41(전술지휘통제 자동화 체계) 연동 및 LAN 기반제어와 정보공유가 가능해졌다.
후속연구
본 논문에서는 해외에서 제시한 Weibull 분포를 통한 MTBF 20,000시간을 기준으로 국내환경에서 운용되고 있는 냉각기의 MTBF를 비교, 분석하여 운용유지를 정상적으로 하고 있는지 확인해보려고 한다. 또한 시간대별 신뢰도 분석을 통해 품질보증 및 양산 운용에 활용할 수 있는 기여점이 많다고 생각된다.
10,000 ~ 15,000시간이상 사용한 냉각기에 대해서는 계속 운용하기보다 정비를 받기위해 별도 관리를 하고, 15,000시간 운용이 넘은 냉각기는 정비 점검을 받는 것이 고장을 줄이는 운용 관점에서 더 효율적이라 판단된다. 또한 현재 양산단계 이후 그 시기가 짧은 점을 감안한다면 앞으로 야전운용데이터가 축적됨에 따라 소요군의 전산화 및 A/S접수 전산화가 시스템적으로 갖춰진다면 신뢰도 분석 결과에 대한 신뢰수준이 더욱 향상될 것으로 기대된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
기존 열상감시장비 노후화로 생긴 문제는?
기존 열상감시장비가 GOP/해안 강안 주변 제대 등에서 주요감시 수단으로 전력확된 시점이 오래되어 노후화에 따른 정비유지 제한 및 수명주기 도래 문제가 발생하기 시작했다. 이에 야전 운용의 제한과 문제점들을 해소하고 작전지역 확장에 따른 적 종심지역 감시를 위해서는 성능이 향상된 장비를 확보해야한다는 의견이 대두되기 시작했고 성능이 향상된 차기 열상감시 장비로 교체하려는 사업이 추진되었다.
차기 열상감시 장비로 교체하는 사업이 추진된 이유는?
기존 열상감시장비가 GOP/해안 강안 주변 제대 등에서 주요감시 수단으로 전력확된 시점이 오래되어 노후화에 따른 정비유지 제한 및 수명주기 도래 문제가 발생하기 시작했다. 이에 야전 운용의 제한과 문제점들을 해소하고 작전지역 확장에 따른 적 종심지역 감시를 위해서는 성능이 향상된 장비를 확보해야한다는 의견이 대두되기 시작했고 성능이 향상된 차기 열상감시 장비로 교체하려는 사업이 추진되었다.
냉각기가 국내 장비에 결합되어 사용될 때 수명주기 분석이 수행되지 않은 이유?
그러나 국내 장비에 결합되어 사용되었을 때는 수명주기에 대한 분석이 수행되지 않았다. 그 이유는 양산단계가 시작된 지 얼마 되지 않았고 수명주기에 대한 분석을 하려면 운용데이터가 필요하기 때문이다. 하지만 양산이 된지 어느 정도의 시간이 지났기 때문에 고장이 발생하기 시작했고 국내환경에 사용되고 있는 냉각기에 대한 MTBF 분석이 필요한 시기이다.
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MS Do, SA Kwon, Selection of life distribution about appropriate packaging using concept of reliability, Korea road society, vol. 12, no. 1, pp. 61-69, 2010.
DH, Park, JH Lim, KH Nam, Concept and application of life distribution for Engineering, Youngchi, 2006.
SK, Seo, Minitab Reliability Analysis, Eretec, 2015.
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