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문제 정의
- 본 논문은 양산단계 위험식별 업무를 강화시킬 수 있는 방안으로 세열수류탄에 대한 FMEA 수행내용과 이를 토대로 군수품 정부품보활동계획수립에 대한 적용방안을 모색하는데 그 작성 목적이 있다.
- 현 공정관리는 가능한 정도까지 고장 원인의 발생을 예방하거나, 고장형태 또는 고장 원인이 발생했을 경우 이를 검출하는 방안이다. 관리예방은 고장 원인 또는 고장형태의 발생을 방지하거나 발생률을 감소시키는 방안이며, 관리검출은 고장 원인 또는 고장형태를 파악(검출) 하고 연관된 대책의 개발을 위한 것이다.
제안 방법
- 고장의 잠재적 영향은 고객이 인지한 고장형태의 영향으로서, 고객이 인지하거나 경험할 수 있는 것이라는 관점에서 분석하였다. 이에 따라 공정별 사내 후속공정과 체계조립 사업장, 최종 사용자인 소요군 등 내부 고객과 외부 고객측면, 이외에도 작업자의 안전이나 법규/규제, 기계/설비 측면 등 다각도에서 잠재적 고장형태에 대한 분석을 실시하였다.
- 셋째, 고장 유형의 심각성, 발생가능성, 결과, 기타 적절한 특성에 따라 규명된 고장 유형을 분류한다. 넷째, 자료의 가용도에 따라 좌우되는 고장의 중요도나 확률의 척도에 대한 추정을 시도한다. 즉, FMEA는 고장과 관련된 부품과 원인, 결과, 그에 대한 평가와 후속조치 등의 정량적/정성적 자료까지 포함된 총체적인 정보를 담고 있는 것으로 신뢰성 블록도(RBD ; Reliability Block Diagram), 고장나무분석(FTA ; Fault Tree Analysis)과 같은 다른 기법과 동시에 작성된다.
- 또한, 탄약류의 경우 악작용 등 치명결점 발생시 인명에 미치는 피해가 막대하여 이에 대한 과학적인 품보관리 기법의 도입이타 무기체계에 비해 상대적으로 더 필요할 것으로 판단되었다. 본 논문에서 FMEA에 대한 적용 규격은 TS-16949를 기준으로 적용하되, 심각도와 발생도는 현 적용규격이 자동차 등 대량생산분야에 적합하게 제정되어 있어, 탄약제조공정에 부합하게 수정/보완하여 적용 하였다[4].
- 선정된 특별특성과 RPN평가결과 기준점수(60점) 이상인 항목에 대하여 권고조치사항으로 설정하여 위험도 감소를 위한 대상으로 선정하여 위험감소를 통한 개선활동을 시행하였다.
- 세부적으로는 “고폭약 검사/투입 → 용융/충전/냉각 → 신관공 Trimming → 충전탄체마킹 → 페트멘시멘트 도포 → 완성탄조립 → 포장재건조 → 지환통수함 → 목상자포장 → 팔레트포장”으로 분류하였으며, 대상공정별로 공정기능/요구사항을 분석후 관련 국방규격상의 요구사양과 불량발생율, 고객 불만사항 등을 기초로 참여인원간의 협의를 통하여 잠재적 고장형태에 대한 분석을 수행하였다.
- 세열수류탄에 대한 FMEA수행결과 고폭약 투입공정등 분석․식별된 고 RPN 공정과 특별특성공정에 대하여 정부품보활동대상에 추가하였다. 이를 FMEA 실시전과 비교하여 보면 제품 및 프로세스 위험 측면에서의 위험도 증가와 고 RPN 공정으로 식별된 고폭약검사/투입 공정과 용융/충전/냉각 공정등이 공정감사대상으로 추가되었음을 알 수 있었다.
- 세열수류탄은 신관과 탄체 2개의 조립체 등 총 20여 개의 부품으로 구성되어, 제품의 복잡도가 크지 않고 조기폭발이나 불폭 등의 악작용 발생시 인명에 직접적인 영향을 줄 수 있는 무기체계로서, 잠재위험을 식별하고, 식별된 잠재위험요소의 제거를 통해서 제품의 품질 및 신뢰성을 향상시키고 안전성의 향상을 도모키 위하여 FMEA 분석을 실시하게 되었다. 분석대상공정으로는 세열수류탄의 충전, 조립 및 포장공정이고, 분석수행내용으로는 고장형태의 분석과 잠재적영향 분석, 심각도/발생도/검출도 평가이다.
- 둘째, 시스템의 올바른 기능이나 성능에 대한 각 고장 유형의 중요도나 치명도, 관련 공정의 신뢰성 및 안전성에 미치는 영향을 결정한다. 셋째, 고장 유형의 심각성, 발생가능성, 결과, 기타 적절한 특성에 따라 규명된 고장 유형을 분류한다. 넷째, 자료의 가용도에 따라 좌우되는 고장의 중요도나 확률의 척도에 대한 추정을 시도한다.
- 고장의 잠재적 영향은 고객이 인지한 고장형태의 영향으로서, 고객이 인지하거나 경험할 수 있는 것이라는 관점에서 분석하였다. 이에 따라 공정별 사내 후속공정과 체계조립 사업장, 최종 사용자인 소요군 등 내부 고객과 외부 고객측면, 이외에도 작업자의 안전이나 법규/규제, 기계/설비 측면 등 다각도에서 잠재적 고장형태에 대한 분석을 실시하였다. 분석 수행결과 고폭약 검사/투입 공정에서 이물질 혼입시 마찰이나 폭발로 작업자의 안전에 잠재적인 영향이 발생할 수 있을 것으로 분석되었으며, 충전비중이나 약량이 미달시는 소요군 측면에서 파편의 위력저하가 발생될 것으로 분석되었다.
- 잠재적 고장형태는 공정 요구사항을 잠재적으로 충족 시키지 못할 수 있는 요인을 분석하기 위한 것으로, 분석 누락을 방지하기 위하여 공정흐름도를 기초로 기능상실, 기능저하, 단속적 기능, 원치 않는 기능 측면에서 고장형태 분석을 실시하였다. 세부적으로는 “고폭약 검사/투입 → 용융/충전/냉각 → 신관공 Trimming → 충전탄체마킹 → 페트멘시멘트 도포 → 완성탄조립 → 포장재건조 → 지환통수함 → 목상자포장 → 팔레트포장”으로 분류하였으며, 대상공정별로 공정기능/요구사항을 분석후 관련 국방규격상의 요구사양과 불량발생율, 고객 불만사항 등을 기초로 참여인원간의 협의를 통하여 잠재적 고장형태에 대한 분석을 수행하였다.
- 미 국방부의 MIL-STD-1629A와 미 자동차공학회(SAE), KS의 FMEA 규격에서는 FMEA를 "제품 및 공정의 잠재적 고장형태를 규명하고, 이를 제거하기 위해 체계적인 방법을 사용하는 분석기법"이라고 정의하고 있으며, 일반적인 FMEA의 적용목적은 다음과 같다[3]. 첫째, 시스템의 다양한 기능적 계층 수준에서 규명된 각 품목 고장유형에 의하여 일어나는 사상 연쇄 및 영향을 평가한다. 둘째, 시스템의 올바른 기능이나 성능에 대한 각 고장 유형의 중요도나 치명도, 관련 공정의 신뢰성 및 안전성에 미치는 영향을 결정한다.
- 현 공정관리에 대한 분석 수행결과를 토대로 각각의 공정항목에 대하여 권고사항을 분석/도출하였다. 현 공정관리를 기초로 검출도, 발생도, 심각도에 대한 평가를 수행하였다. 평가결과를 위험우선수(RPN = 심각도 x 발생도 x 검출도)로 평가하여 조치우선순위를 결정하였다.
- 관리예방은 고장 원인 또는 고장형태의 발생을 방지하거나 발생률을 감소시키는 방안이며, 관리검출은 고장 원인 또는 고장형태를 파악(검출) 하고 연관된 대책의 개발을 위한 것이다. 현 공정관리에 대한 분석 수행결과를 토대로 각각의 공정항목에 대하여 권고사항을 분석/도출하였다. 현 공정관리를 기초로 검출도, 발생도, 심각도에 대한 평가를 수행하였다.
대상 데이터
- 세열수류탄은 신관과 탄체 2개의 조립체 등 총 20여 개의 부품으로 구성되어, 제품의 복잡도가 크지 않고 조기폭발이나 불폭 등의 악작용 발생시 인명에 직접적인 영향을 줄 수 있는 무기체계로서, 잠재위험을 식별하고, 식별된 잠재위험요소의 제거를 통해서 제품의 품질 및 신뢰성을 향상시키고 안전성의 향상을 도모키 위하여 FMEA 분석을 실시하게 되었다. 분석대상공정으로는 세열수류탄의 충전, 조립 및 포장공정이고, 분석수행내용으로는 고장형태의 분석과 잠재적영향 분석, 심각도/발생도/검출도 평가이다.
- 세열수류탄(K413)은 양산/운용중인 무기체계로서 잠재 위험 발생시 인명에 미치는 영향이 치명적일 뿐 아니라 戰場과 같은 악조건에 사용되어 무기체계에 대한 신뢰도 보장이 절실한 품목으로, 완성탄체와 신관으로 구성되어 복잡도가 높지 않아 분석대상으로 선정하여 수행하였다.
데이터처리
- 현 공정관리를 기초로 검출도, 발생도, 심각도에 대한 평가를 수행하였다. 평가결과를 위험우선수(RPN = 심각도 x 발생도 x 검출도)로 평가하여 조치우선순위를 결정하였다.
성능/효과
- 세부적으로는 “고폭약 검사/투입 → 용융/충전/냉각 → 신관공 Trimming → 충전탄체마킹 → 페트멘시멘트 도포 → 완성탄조립 → 포장재건조 → 지환통수함 → 목상자포장 → 팔레트포장”으로 분류하였으며, 대상공정별로 공정기능/요구사항을 분석후 관련 국방규격상의 요구사양과 불량발생율, 고객 불만사항 등을 기초로 참여인원간의 협의를 통하여 잠재적 고장형태에 대한 분석을 수행하였다. 각 공정별로 잠재적 고장 형태에 대한 분석결과 고폭약 투입공정에서는 이물질이 검출될 경우, 용융/충전/냉각 공정에서는 비중이나 약량이 미달될 경우와 충전화약이 누출될 경우 등이 잠재적 고장형태를 일으킬 수 있는 것으로 분석되었다. 신관공의 Trimming공정에서는 신관공의 내경과 깊이등 치수 부분과 나사부에 화약잔재가능성 등이 분석되었고, 충전 탄체마킹공정에서는 표기내용이나 표기상태 등이, 페트 멘시멘트 도포공정에서는 도포량의 과다/과소, 시효기간 초과 자재 도포 등이, 완성탄 조립 공정에서는 부품의 누락이나 조립토크, 안전핀 끝부분의 형상 변형 등이 분석되었다.
- 둘째, FMEA 수행결과 심각도가 증가시에는 위험의 영향정도가 커지고 발생도와 검출도 증가는 위험의 발생 가능성을 증대시키는 방향으로 품보활동 계획에 반영된다.
- 첫째, 시스템의 다양한 기능적 계층 수준에서 규명된 각 품목 고장유형에 의하여 일어나는 사상 연쇄 및 영향을 평가한다. 둘째, 시스템의 올바른 기능이나 성능에 대한 각 고장 유형의 중요도나 치명도, 관련 공정의 신뢰성 및 안전성에 미치는 영향을 결정한다. 셋째, 고장 유형의 심각성, 발생가능성, 결과, 기타 적절한 특성에 따라 규명된 고장 유형을 분류한다.
- 셋째, 군수품은 기동장비/탄약류/통신전자장비/항공․ 함정/전력지원체계 등 다양한 분야의 무기체계가 존재하며, 무기체계별로 특화된 품질경영을 하고 있으므로, 분야별로 FMEA 수행시는 생산업체와 무기체계에 적합한 심각도평가기준과 발생도기준의 수립이 필요하다. 따라서, 각 무기체계별로 FMEA결과를 반영하기 위하여는 세밀한 시범적용을 통하여 문제점을 사전판단후 시행함이 타당할 것으로 판단된다.
- 즉, 제품의 공정흐름 등을 기초로 잠재위험과 영향을 평가하는 FMEA는 정 부품보활동의 객관성과 효과성 증대에 기여가 가능함을 확인 할 수 있는 부분이다. 또한, FMEA 수행결과 심각도가 증가시에는 위험의 영향정도가 커지고 발생도와 검출도 증가는 위험의 발생가능성을 증대시키는 것을 알 수 있었다.
- 이에 따라 공정별 사내 후속공정과 체계조립 사업장, 최종 사용자인 소요군 등 내부 고객과 외부 고객측면, 이외에도 작업자의 안전이나 법규/규제, 기계/설비 측면 등 다각도에서 잠재적 고장형태에 대한 분석을 실시하였다. 분석 수행결과 고폭약 검사/투입 공정에서 이물질 혼입시 마찰이나 폭발로 작업자의 안전에 잠재적인 영향이 발생할 수 있을 것으로 분석되었으며, 충전비중이나 약량이 미달시는 소요군 측면에서 파편의 위력저하가 발생될 것으로 분석되었다.
- 세열수류탄은 ‘98년 양산이래 1건의 제품에 대한 고객불만(수요군, 신관불발)이 발생되었으며, 최근의 2개로트(한화보13사625-067, 한화보13아625-068)를 대상으로 탄체에 충전되는 용융화약의 밀도에 대하여 공정능력(Ppk)분석을 실시한 결과 1.24~1.42로 보통이상의 공정능력을 보유한 것으로 분석되었다.
- 각 공정별로 잠재적 고장 형태에 대한 분석결과 고폭약 투입공정에서는 이물질이 검출될 경우, 용융/충전/냉각 공정에서는 비중이나 약량이 미달될 경우와 충전화약이 누출될 경우 등이 잠재적 고장형태를 일으킬 수 있는 것으로 분석되었다. 신관공의 Trimming공정에서는 신관공의 내경과 깊이등 치수 부분과 나사부에 화약잔재가능성 등이 분석되었고, 충전 탄체마킹공정에서는 표기내용이나 표기상태 등이, 페트 멘시멘트 도포공정에서는 도포량의 과다/과소, 시효기간 초과 자재 도포 등이, 완성탄 조립 공정에서는 부품의 누락이나 조립토크, 안전핀 끝부분의 형상 변형 등이 분석되었다.
- 이를 FMEA 실시전과 비교하여 보면 제품 및 프로세스 위험 측면에서의 위험도 증가와 고 RPN 공정으로 식별된 고폭약검사/투입 공정과 용융/충전/냉각 공정등이 공정감사대상으로 추가되었음을 알 수 있었다. 이는 기존의 정부품보활동계획 수립시 식별치 못하였던 부분으로 FMEA 수행결과를 통해서 정부품보활동에 대한 객관성과 신뢰도가 증대되는 효과가 있음을 확인 할 수 있었다. 이러한 차이가 발생한 원인은 현행 정부품보활동계획은 국방규격이나 도면 등에서 요구하는 제품 성능요구사항 위주로 계획서를 작성하여 발생한사항으로 판단되며, 공정 FMEA분석 결과를 통해 잠재위험요인을 식별하고 고위험의 공정을 정부 품보활동계획에 반영함에 따라 품보활동의 객관성과 신뢰성이 증대됨을 알 수 있었다.
- 이는 기존의 정부품보활동계획 수립시 식별치 못하였던 부분으로 FMEA 수행결과를 통해서 정부품보활동에 대한 객관성과 신뢰도가 증대되는 효과가 있음을 확인 할 수 있었다. 이러한 차이가 발생한 원인은 현행 정부품보활동계획은 국방규격이나 도면 등에서 요구하는 제품 성능요구사항 위주로 계획서를 작성하여 발생한사항으로 판단되며, 공정 FMEA분석 결과를 통해 잠재위험요인을 식별하고 고위험의 공정을 정부 품보활동계획에 반영함에 따라 품보활동의 객관성과 신뢰성이 증대됨을 알 수 있었다. 즉, 제품의 공정흐름 등을 기초로 잠재위험과 영향을 평가하는 FMEA는 정 부품보활동의 객관성과 효과성 증대에 기여가 가능함을 확인 할 수 있는 부분이다.
- 세열수류탄에 대한 FMEA수행결과 고폭약 투입공정등 분석․식별된 고 RPN 공정과 특별특성공정에 대하여 정부품보활동대상에 추가하였다. 이를 FMEA 실시전과 비교하여 보면 제품 및 프로세스 위험 측면에서의 위험도 증가와 고 RPN 공정으로 식별된 고폭약검사/투입 공정과 용융/충전/냉각 공정등이 공정감사대상으로 추가되었음을 알 수 있었다. 이는 기존의 정부품보활동계획 수립시 식별치 못하였던 부분으로 FMEA 수행결과를 통해서 정부품보활동에 대한 객관성과 신뢰도가 증대되는 효과가 있음을 확인 할 수 있었다.
- 첫째, 기존의 정부품보활동계획 수립시 식별치 못하였던 제조공정의 잠재위험이 식별되어 정부품보활동계획에 반영됨으로서 정부품보활동에 대한 객관성과 신뢰도가 증대되는 효과를 확인 할 수 있었다. 이러한 결과는 현행 정부품보활동계획 수립시 위험도평가결과에 따라 세부내용 작성시 국방규격이나 도면 등에서 요구하는 제품 성능요구사항 위주로 계획서를 작성하여 발생한 사항으로 판단되었다.
후속연구
- 무기체계의 경우 제품의 특성상 높은 신뢰성과 안전성을 요구하며, 유지보수에 들어가는 운용비용이 크기 때문에 FMEA 기법을 적용하여 사전에 위험을 제거하는 것이 매우 중요한 것으로 판단되었다. 또한, 탄약류의 경우 악작용 등 치명결점 발생시 인명에 미치는 피해가 막대하여 이에 대한 과학적인 품보관리 기법의 도입이타 무기체계에 비해 상대적으로 더 필요할 것으로 판단되었다. 본 논문에서 FMEA에 대한 적용 규격은 TS-16949를 기준으로 적용하되, 심각도와 발생도는 현 적용규격이 자동차 등 대량생산분야에 적합하게 제정되어 있어, 탄약제조공정에 부합하게 수정/보완하여 적용 하였다[4].
- 마지막으로, 현재 군수품의 생산은 수의 계약을 하는 방산업체와 입찰경쟁계약을 하는 일반 군수업체로 구분되어 있으므로, 방산업체에 대하여는 계약업체 자율적으로 FMEA를 시행할 수 있도록 하여 이에 대한 이행상태 확인과 시행결과를 정부 품보계획에 반영하는 방향으로 제도를 시행하되, 일반 군수업체에 대하여는 기품원이 대상업체를 파악하여 기술적 지원을 위한 제도의 보완후 시행시 관련분야 전문가 등이 참여할 수 있도록 하는 것이 필요할 것으로 판단된다. 이 경우 계약부서인 방위사업청과 업무협조를 통하여 기술적 지원을 위한 예산의 획득이 필요할 것으로 판단된다.
- 셋째, 군수품은 기동장비/탄약류/통신전자장비/항공․ 함정/전력지원체계 등 다양한 분야의 무기체계가 존재하며, 무기체계별로 특화된 품질경영을 하고 있으므로, 분야별로 FMEA 수행시는 생산업체와 무기체계에 적합한 심각도평가기준과 발생도기준의 수립이 필요하다. 따라서, 각 무기체계별로 FMEA결과를 반영하기 위하여는 세밀한 시범적용을 통하여 문제점을 사전판단후 시행함이 타당할 것으로 판단된다.
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