[논문]도시철도 승강설비의 가용성, 유지보수성 및 안전성 입증

이환덕; 정원

도시철도 승강설비의 가용성, 유지보수성 및 안전성 입증
Validation of Availability, Maintainability and Safety for Subway Elevating Equipment 원문보기

신뢰성응용연구 = Journal of the applied reliability, v.16 no.4, 2016년, pp.272 - 279

이환덕 (대구대학교 산업경영공학과) , 정원 (대구대학교 산업경영공학과)

Abstract ▼ AI-Helper

Purpose: In order to fulfill the RAMS (Reliability Availability Maintainability and Safety) requirements in Korean railway systems, specific target metrics should be measured and met the requirements when ordering a new system. This paper presents a procedure to predict and demonstrate the availability, maintainability and safety of subway elevators, escalators and PSD (platform screen doors) systems. Methods: The system manufacturer predicts availability and maintainability with lab and field tested data. After installation, availability and maintainability are demonstrated based on the actual operational data. The data was collected from the FRACAS (Failure Report and Corrective Action System). Results: Methods and process of assessing and analyzing the availability, maintainability and safety are presented for elevating services and PSD systems. The data obtained through the actual operation of the equipment is analyzed and maintained to predict the RAMS based on the component and system level failure data acquired. Conclusion: This study presented an application using IEC 62278 and operational data which can be used in the design and development stage to achieve the RAMS target value of the subway elevators, escalators and PSD systems.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구는 도시철도 승강설비 및 승강장 스크린도어의 RAMS 목표값을 달성하기 위하여 설계 및 개발단계에서 활용 할 수 있는 방안을 IEC 62278을 적용하여 제안하였다. 본 연구를 통하여 분석된 결과는 다음과 같다.
철도역사내 설비의 가용성 및 유지보수성의 입증방법과 절차는 복잡한 내용이 아니지만 이에 대한 사례를 보여준 논문은 아직 발견하지 못하였다. 본 연구에서는 철도역사내의 승강설비 및 승강장 스크린도어의 가용성, 유지보수성 및 안전성의 예측 및 입증방법을 설명하고, 그 사례를 소개하려고 한다. 설비제작자가 경험 데이터를 바탕으로 획득한 부품 및 시스템레벨의 고장데이터를 활용하여 가용도를 예측하고 승강설비의 실제 운용 데이터를 FRACAS 절차에 따라 분석한 자료를 기반으로 목표 값의 만족을 입증한다.
유지보수성 입증은 승강설비의 MTTR의 유효성을 확인하는 것이 목적이다. 승강설비에 대한 신뢰성 곡선과 MTBF 및 평균고장시간(MDT)을 입증하여, 설비의 기능이 요구조건과 일치함을 증명한다.

제안 방법

둘째, 철도 승강설비 및 승강장 스크린도어의 유지보수성 예측 및 입증 방법을 제안하였다. 승강설비에 대한 시험데이터로부터 MTBF 및 MDT를 계산하여, 설비의 기능이 요구조건과 일치함을 증명하였는데 엘리베이터의 MTTR은 0.
가용성 활동은 시스템을 구성하는 하부시스템의 LRU 또는 LLRU 분류를 통하여 수행하며, 신뢰성과 유지보수성 데이터를 활용하여 예측한다. 본사례에서 엘리베이터의 MTBF는 781.25시간, 유지보수성은 0.498시간을 에스컬레이터의 MTBF는 819.672,유지보수성은 0.585시간을 적용하였다. 그리고 승강장 스크린도어의 MTBF는 28,384시간, 유지보수성은0.
본 연구에서는 철도역사내의 승강설비 및 승강장 스크린도어의 가용성, 유지보수성 및 안전성의 예측 및 입증방법을 설명하고, 그 사례를 소개하려고 한다. 설비제작자가 경험 데이터를 바탕으로 획득한 부품 및 시스템레벨의 고장데이터를 활용하여 가용도를 예측하고 승강설비의 실제 운용 데이터를 FRACAS 절차에 따라 분석한 자료를 기반으로 목표 값의 만족을 입증한다. 유지보수성은 주어진 조건하에서 사용 중인 아이템에 대해, 정해진 조건과 절차 및 자원 하에서 유지보수가 수행될 때, 정해진 시간 간격 안에 주어진 능동적인 유지보수 행위가 수행될 수 있는 확률로 정의되는데 일반적으로 정비성 또는 보전성으로 표현하기도 한다.
승강설비의 유지보수성 입증은 186일간의 상업 운행 기간에 발생된 데이터를 기반으로 하여 [Table8]의 승강설비 연간고장 분석데이터로 부터 연관고장 건수 709건과 고장 시간 312.2시간을 입력하여 유지 보수성 0.4403시간의 입증값을 확인하였다. 연관고장은 시험 또는 운용 결과를 해석하거나 신뢰성 척도를 계산하는 데 포함되어야 하는 고장이다.
승강설비에 대한 신뢰성 데이터로부터 MTBF 및 평균고장시간(MDT)을 입증하여, 설비의 기능이 요구조건과 일치함을 증명한다. 유지보수성 활동도 시스템을 구성하는 하부시스템의 LRU 또는 LLRU 분류를 통하여 수행하며, 설비별 유지보수 엔지니어 판단에 따른 각 서브시스템 및 장치별 교체시간과 수리시간을 토대로 평균 수리시간을 산출하고, 이를 바탕으로 유지보수성 예측 활동을 수행하며, 향후 유지보수 시 이를 활용하도록 한다. 모든 확인된 유지보수업무 완료 후 만약 업무의 95%가 요구되는 고장수리 시간 내에 완료되면 유지보수성이 입증된 것으로 간주한다.
유지보수성 활동은 시스템을 구성하는 하부시스템 의 LRU 또는 LLRU 분류를 통하여 수행하며, 설비별 유지보수 엔지니어 판단에 따른 각 서브시스템 및 장치별 교체시간과 수리시간을 토대로 평균 수리시간을 산출하고, 이를 바탕으로 유지보수성 예측 활동을 수행하며, 향후 유지보수시 이를 활용하도록 한다. [Table6]은 엘리베이터의 품목별 MMTR을 나타내고 [Table7]은 에스컬레이터의 품목별 MTTR이다.
유지보수성은 주어진 조건하에서 사용 중인 아이템에 대해, 정해진 조건과 절차 및 자원 하에서 유지보수가 수행될 때, 정해진 시간 간격 안에 주어진 능동적인 유지보수 행위가 수행될 수 있는 확률로 정의되는데 일반적으로 정비성 또는 보전성으로 표현하기도 한다. 유지보수성의 분석 이론과 설비제작자의 시험 데이터를 바탕으로 획득한 부품 및 시스템레벨의 고장데이터를 기반으로 유지보수성을 예측하고, 이를 입증하기 위하여 승강설비의 실제 운용을 통하여 획득한 데이터를 분석하여 유지보수성의 목표 값에 대한 만족여부를 입증한다. 도시철도 승강설비 및 승강장 스크린도어의 안전성은 요구되는 안전 관리 요건들을 실현하여 시스템의 안전 목표를 달성할 수 있도록 한다.
첫째, 철도 승강설비 및 승강장 스크린도어의 가용성예측 및 입증 방법을 제안하였다. 가용성 입증은 고유가용도를 적용하여 엘리베이터의 가용도는 99.

대상 데이터

승강기란 건축물이나 고정된 시설물에 설치되어 일정한 경로에 따라 사람이나 화물을 승강장으로 옮기는 데에 사용되는 시설로서 엘리베이터, 에스컬레이터, 휠체어리프트 등 총리령으로 정하는 것을 말한다[6]. 본 연구에서는 승강설비를 엘리베이터와 에스컬레이터에 한정하여 다루려고 한다.
엘리베이터의 FTA 분석에서 최상위 사상(Event)은 엘리베이터의 정지이고 정지는 트렉션 머신 고장, 주 판넬(Main control panel) 고장, 케이지 부품고장, 승강로 부품고장, 승장부품고장으로 구성되어있다. 승장 부품고장률에 대한 에스컬레이터의 FTA의 사례는 [Fig.

이론/모형

가용성의 입증은 IEC 62278의 RAMS 요구사항을 활용하여 두 가지 사항에 대한 입증이 이루어진다. 첫째는 설비제작자의 부품 및 시스템 레벨의 고장데이터를 기반으로 한 가용도 예측 값의 확인이고, 둘째는 실제운용에 의해 확인된 실증 데이터를 기반으로 한가용도 입증이다.
도시철도 승강설비 및 승강장 스크린도어의 안전성은 요구되는 안전 관리 요건들을 실현하여 시스템의 안전 목표를 달성할 수 있도록 한다. 위험요소(Hazard)의 분석과 위험도(Risk)의 관리 및 이에 대한 입증을 위하여는 예비위험성분석(PHA, Preliminary hazard analysis)을 활용하였다.

성능/효과

첫째, 철도 승강설비 및 승강장 스크린도어의 가용성예측 및 입증 방법을 제안하였다. 가용성 입증은 고유가용도를 적용하여 엘리베이터의 가용도는 99.936%임을 예측하였고, 에스컬레이터의 가용도는 99.929%, 그리고 승강장 스크린도어의 가용도는 99.999% 의 값을 예측하였다. 승강설비에 대하여 186일간의 운전 기간 동안 수집한 FRACAS 자료의 분석 내용을 활용하여 가용도가 99.
유지보수성 활동도 시스템을 구성하는 하부시스템의 LRU 또는 LLRU 분류를 통하여 수행하며, 설비별 유지보수 엔지니어 판단에 따른 각 서브시스템 및 장치별 교체시간과 수리시간을 토대로 평균 수리시간을 산출하고, 이를 바탕으로 유지보수성 예측 활동을 수행하며, 향후 유지보수 시 이를 활용하도록 한다. 모든 확인된 유지보수업무 완료 후 만약 업무의 95%가 요구되는 고장수리 시간 내에 완료되면 유지보수성이 입증된 것으로 간주한다. 승강설비 및 스크린도어의 MTTR 목표 값은 [Table2]와 같다.
999% 의 값을 예측하였다. 승강설비에 대하여 186일간의 운전 기간 동안 수집한 FRACAS 자료의 분석 내용을 활용하여 가용도가 99.945% 임을 입증하였다.
둘째, 철도 승강설비 및 승강장 스크린도어의 유지보수성 예측 및 입증 방법을 제안하였다. 승강설비에 대한 시험데이터로부터 MTBF 및 MDT를 계산하여, 설비의 기능이 요구조건과 일치함을 증명하였는데 엘리베이터의 MTTR은 0.498시간, 에스컬레이터의 MTTR은 0.585시간, 그리고 승강장 스크린도어의 MTTR은 0.405시간을 예측하였다. 승강설비의 유지보수성은 0.
승강설비에 대한 신뢰성 데이터로부터 MTBF 및 평균고장시간(MDT)을 입증하여, 설비의 기능이 요구조건과 일치함을 증명한다. 유지보수성 활동도 시스템을 구성하는 하부시스템의 LRU 또는 LLRU 분류를 통하여 수행하며, 설비별 유지보수 엔지니어 판단에 따른 각 서브시스템 및 장치별 교체시간과 수리시간을 토대로 평균 수리시간을 산출하고, 이를 바탕으로 유지보수성 예측 활동을 수행하며, 향후 유지보수 시 이를 활용하도록 한다.
승강설비의 유지보수성 입증은 186일간의 상업 운행 기간에 발생된 데이터를 기반으로 하였으며, 승강 설비 연간 고장 분석 데이터로 부터 연관 고장 건수 709건과 총 연관 고장 시간 312.2시간을 확인하여 유지보수성이 0.4403시간임을 입증하였다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	철도 시스템의 가용도란 무엇인가?	따라서 최근 철도 시스템 발주 시 발주처의 요구사항에서 구체적인 성능 목표와 보증을 위하여가용성과 유지보수성에 대한 입증을 요구하고 있다. 철도 시스템의 가용도란 철도 시스템이 요구되는 기능을 수행 할 수 있는 상태에 있을 능력으로 정의되며 정량적 척도는 가용도로서 요구되는 기능을 수행 할 수 있는 상태에 있을 확률로 정의된다. 가용도는 그 사용 목적 및 계산 방법에 따라 고유가용도, 성취가용도, 운영가용도, 전 차량 가용도 및 일정 준수도 등으로 다르게 나타내기도 하는데 이 중 운용 가용도는 차량의 가용성을 결정하는 RAMS(Reliability, Availability,Maintainability and Safety) 성능과 유지보수를 지원하는 체계의 효율성을 모두 포함하는 값으로 가장 많이 활용되는 측도이다.
	철도 시스템의 가용도는 무엇에 따라 다르게 나타나는가?	철도 시스템의 가용도란 철도 시스템이 요구되는 기능을 수행 할 수 있는 상태에 있을 능력으로 정의되며 정량적 척도는 가용도로서 요구되는 기능을 수행 할 수 있는 상태에 있을 확률로 정의된다. 가용도는 그 사용 목적 및 계산 방법에 따라 고유가용도, 성취가용도, 운영가용도, 전 차량 가용도 및 일정 준수도 등으로 다르게 나타내기도 하는데 이 중 운용 가용도는 차량의 가용성을 결정하는 RAMS(Reliability, Availability,Maintainability and Safety) 성능과 유지보수를 지원하는 체계의 효율성을 모두 포함하는 값으로 가장 많이 활용되는 측도이다.
	정량적 척도란 무엇인가?	따라서 최근 철도 시스템 발주 시 발주처의 요구사항에서 구체적인 성능 목표와 보증을 위하여가용성과 유지보수성에 대한 입증을 요구하고 있다. 철도 시스템의 가용도란 철도 시스템이 요구되는 기능을 수행 할 수 있는 상태에 있을 능력으로 정의되며 정량적 척도는 가용도로서 요구되는 기능을 수행 할 수 있는 상태에 있을 확률로 정의된다. 가용도는 그 사용 목적 및 계산 방법에 따라 고유가용도, 성취가용도, 운영가용도, 전 차량 가용도 및 일정 준수도 등으로 다르게 나타내기도 하는데 이 중 운용 가용도는 차량의 가용성을 결정하는 RAMS(Reliability, Availability,Maintainability and Safety) 성능과 유지보수를 지원하는 체계의 효율성을 모두 포함하는 값으로 가장 많이 활용되는 측도이다.

참고문헌 (10)

Lee, M. C. (2012). A study on reliability & availability of train detection using virtual track circuit. Department of Railroad Electrical & Signalling Engineering Graduate School of Railroad, Seoul National University of Science and Technology.
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Jeong, Y., Kim, J. W. and Kim, J. B. (2008). "A case study on evaluating RAM performance of the door systems through field data". Journal of the Korean Society for Railway, Conference Papers, pp. 1473-1480.
MIL-HDBK-472 (1966). Maintainability prediction.
Kim, K. S., Choi, J. M. and Lee, J. S. (2007). Interlocked control and interface safety between train door and PSD, The Korea Society for Railway, Spring Conference Papers, pp. 249-254.
Lee, H. D. (2016). RAMS Estimation and Demonstration of Elevating Equipment & Platform Screen Door for Urban Railway Systems, Daegu University Doctoral thesis.

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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