[국내논문]양산 무기체계 환경 부하 선별 시험 효과도 분석 및 프로파일 설계 자동화 도구 구현 Effectiveness Analysis and Profile Design Automation Tool Implementation for The Mass Production Weapon System Environmental Stress Screening Test원문보기
현대 무기체계 제조를 위해 적용되는 수많은 생산 기술과 다양한 공정 환경으로 인해 다양한 결함이 무기체계 제조공정에 유입되고 있다. 이렇게 제조공정에 유입되는 결함 중 육안 검사, 기능 시험 등 기존 품질 관리 절차를 통해 검출할 수 있는 "명백결함(Patent Defect)"과 무기체계 복잡성과 제조공정의 복잡도로 기존 품질 관리 방식으로 검출이 제한되는 "잠재결함(Latent Defect)" 2가지 종류가 있다. 이러한 초기 결함 문제를 최소화하기 위해 무기체계 생산공정 중 유입된 결함요소를 환경부하(온도, 진동)를 활용하여 결함검출/제거/개선하기 위해 환경 부하 선별(ESS : Environmental Stress Screening) 시험을 수행해야 한다. 본 논문은 국내 무기체계 제조업체에서 정량적 환경 부하 선별 시험 설계의 어려움을 최소화하기 위해 MIL-HDBK-344(Environmental Stress Screening of Electronic Equipment)의 수학적 모델을 기반으로 정량적 환경 부하 선별시험 효과도 분석 및 프로파일 자동화 도구를 구현하였으며, 6가지(온도부하변수 3가지(온도범위/온도변화율/허용 잔류결함밀도), 진동부하변수 2가지(부하크기/허용 잔류결함밀도), 시험설계변수 1가지(허용 시험시간)) 시나리오를 통해 구현된 도구 유효성을 확인했다.
현대 무기체계 제조를 위해 적용되는 수많은 생산 기술과 다양한 공정 환경으로 인해 다양한 결함이 무기체계 제조공정에 유입되고 있다. 이렇게 제조공정에 유입되는 결함 중 육안 검사, 기능 시험 등 기존 품질 관리 절차를 통해 검출할 수 있는 "명백결함(Patent Defect)"과 무기체계 복잡성과 제조공정의 복잡도로 기존 품질 관리 방식으로 검출이 제한되는 "잠재결함(Latent Defect)" 2가지 종류가 있다. 이러한 초기 결함 문제를 최소화하기 위해 무기체계 생산공정 중 유입된 결함요소를 환경부하(온도, 진동)를 활용하여 결함검출/제거/개선하기 위해 환경 부하 선별(ESS : Environmental Stress Screening) 시험을 수행해야 한다. 본 논문은 국내 무기체계 제조업체에서 정량적 환경 부하 선별 시험 설계의 어려움을 최소화하기 위해 MIL-HDBK-344(Environmental Stress Screening of Electronic Equipment)의 수학적 모델을 기반으로 정량적 환경 부하 선별시험 효과도 분석 및 프로파일 자동화 도구를 구현하였으며, 6가지(온도부하변수 3가지(온도범위/온도변화율/허용 잔류결함밀도), 진동부하변수 2가지(부하크기/허용 잔류결함밀도), 시험설계변수 1가지(허용 시험시간)) 시나리오를 통해 구현된 도구 유효성을 확인했다.
There are various system defects from weapons manufacturing due to the numerous production processes and various production environments. The first kind of defect is patent defects, which can be detected by visual inspection, functional testing, and existing quality control procedures during the man...
There are various system defects from weapons manufacturing due to the numerous production processes and various production environments. The first kind of defect is patent defects, which can be detected by visual inspection, functional testing, and existing quality control procedures during the manufacturing process. The second kind is latent defects, which cannot be detected though existing quality management approaches because of the complexity of the system and manufacturing process. To minimize the initial defect problems, environmental stress screening (ESS) is needed to detect the defects, remove them, and improve the product conditions based on the environmental stress conditions of temperature and vibration. We implemented a tool for quantitative ESS effectiveness analysis and profile design automation based on MIL-HDBK-344 and verified it using six scenarios with different temperature stress, vibration stress, and test designs.
There are various system defects from weapons manufacturing due to the numerous production processes and various production environments. The first kind of defect is patent defects, which can be detected by visual inspection, functional testing, and existing quality control procedures during the manufacturing process. The second kind is latent defects, which cannot be detected though existing quality management approaches because of the complexity of the system and manufacturing process. To minimize the initial defect problems, environmental stress screening (ESS) is needed to detect the defects, remove them, and improve the product conditions based on the environmental stress conditions of temperature and vibration. We implemented a tool for quantitative ESS effectiveness analysis and profile design automation based on MIL-HDBK-344 and verified it using six scenarios with different temperature stress, vibration stress, and test designs.
* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.
문제 정의
이러한 초기 결함 문제를 최소화하기 위해 무기체계 생산 공정 중 유입된 결함요소를 환경부하(온도, 진동)를 활용하여 결함검출/제거/개선하기 위해 환경 부하 선별 시험을 수행해야 한다. 본 논문은 국내 무기체계 제조업체에서 정량적 환경 부하 선별 시험 설계의 어려움을 최소화하기 위해 MIL-HDBK-344를 기반으로 사용자가 원하는 시험 소요 시간 내에서 환경 부하 선별 시험 효과도 분석 및 프로파일 자동화 도구를 구현했다. 본 제안된 환경 부하 선별 시험 효과도 분석 및 프로파일 자동화 도구는 공정 자료를 기반으로 환경 부하 선별 시험 최적 효과도 시험법을 설계를 할 수 있으며, 사용자가 원하는 환경 부하 선별 시험 프로파일 최적화 설계를 쉽게 접근할 수 있다.
제안 방법
본 논문에서 제안하는 양산 무기체계 환경 부하 선별 시험 효과도 분석 및 프로파일 설계 자동화 도구 입력결함밀도 정량화 방법은 다음과 같다. 먼저, 무기체계 양산 공정 중 고장보고 및 시정조치 체계(Failure Reporting and Corrective Action System : FRACAS)에 기록된 환경 부하 선별 시험 고장 정보를 Table.
시나리오 1∼2 온도부하변수 중 온도간격을 기존(Table. 6 조건) 120℃에서 150℃로 높여 온도간격 증가와 기존 10℃/min에서 15℃/min 높여 온도변화율 증가에 따른 시험 효과도 및 설계 범위 변화를 확인하고, 시나리오 3 허용 잔류결함밀도(온도)를 기존 0.30에서 0.28로 엄격한 허용 잔류결함밀도에 따른 적용 부하 변화를 확인한다.
28로 엄격한 허용 잔류결함밀도에 따른 적용 부하 변화를 확인한다. 시나리오 4 진동부하변수 중 부하크기를 기존 10Grms 에서 15Grms 상승에 따른 시험효과도 변화와 허용 잔류결함밀도(진동)를 기존 0.30서 0.28로 엄격한 허용 잔류결함밀도에 따른 적용 부하 변화를 확인한다. 마지막 시나리오 6 시험 설계 변수 중 허용 시험시간을 기존 8시간에서 10시간 적용에 따른 환경 부하 선별 프로파일 변화를 확인한다.
성능/효과
마지막으로 계산된 ⑧의 ‘시험주기’ 정보를 기반으로 ‘환경 부하 선별 시험 프로파일 설계 변수 설정⑤’의 ‘시험주기’를 선정하여 ‘환경 부화 선별 시험 프로파일 설계 연산⑥’의‘ESS 프로파일 생성’을 수행하면 설계된 환경 부하 선별 시험 프로파일 정보⑩은 오직 ‘시험주기’ 선택만으로 사용자가 원하는 허용 잔류 결함밀도를 만족시킬 수 있는 최적의 환경 부하 선별 시험 프로파일을 얻을 수 있다.
본 논문은 국내 무기체계 제조업체에서 정량적 환경 부하 선별 시험 설계의 어려움을 최소화하기 위해 MIL-HDBK-344를 기반으로 사용자가 원하는 시험 소요 시간 내에서 환경 부하 선별 시험 효과도 분석 및 프로파일 자동화 도구를 구현했다. 본 제안된 환경 부하 선별 시험 효과도 분석 및 프로파일 자동화 도구는 공정 자료를 기반으로 환경 부하 선별 시험 최적 효과도 시험법을 설계를 할 수 있으며, 사용자가 원하는 환경 부하 선별 시험 프로파일 최적화 설계를 쉽게 접근할 수 있다. 이러한 장점을 활용하여 무기체계 환경 부하 선별 시험 개선 활동을 쉽게 접근할 수 있으며, 환경 부하 선별 시험에 소요되는 비용/시간을 최적 관리 할 수 있을 것으로 생각한다.
세 번째 ‘환경 부하 선별 시험 연관성’ 연산 후 온도 및 진동 시간에 따라 소요되는 환경 부하 선별 시간 결과와 허용 시험시간에 따른 온도 주기 및 진동시험 시간을 확인할 수 있다.
시나리오 5 결과 진동 부하 변수(허용 잔류 결함 밀도)가 0.3에서 0.28로 엄격해짐에 따라 진동 시험 시간 대비 진동크기가 기존에 비해 높아진 것을 그림 9(a)로 확인했다. 이어서 적용 가능한 시험주기는 5∼6 주기로 기존5∼7 주기에 비해 주기 선택폭이 좁아진 것을 그림 9(c)로 확인했다.
시나리오 6 결과 환경 부하 선별 시험 설계 변수(허용 시험시간)를 8시간에서 10시간 상승에 따른 적용 가능한 시험 주기가 기존 5∼7 주기에서 5∼9 주기로 수정된 것을 그림 10(c)로 확인했다.
첫 번째 ‘환경 부하 선별 시험 효과도(온도)’ 연산 후 허용잔류결함밀도(온도)에 따른 온도범위 및 주기 결과를 통해 온도부하에 대한 효과도를 확인할 수 있다.
후속연구
향후 연구방향은 최근 환경 부하 선별 시험 효과도가 높다고 알려진 6-자유도 반복 충격(6-DOF Repetitive Shock)을 적용한 환경 부하 선별 시험 효과도 분석 및 적용방안에 대한 연구이다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
제조공정에 유입되는 결함에는 무엇이 있는가?
현대 무기체계에 적용되는 수많은 생산 기술과 다양한 공정 환경으로 인해 다양한 결함이 무기체계 제조공 정에 유입되고 있다. 이렇게 제조공정에 유입되는 결함중 육안 검사, 기능 시험 등 기존 품질 관리 절차를 통해 검출할 수 있는 “명백결함”과 무기체계 복잡성과 제조공 정의 복잡도로 기존 품질 관리 방식으로 검출이 제한되는 “잠재결함” 2가지 종류가 있다.
환경 부하 선별 시험 중 온도 주기 시험 시 유발되는 고장 형태는 어떻게 발생되는가?
환경 부하 선별 시험을 통해 유발되는 고장 형태는 온도 주기 시험 시 유발되는 고장형태와 진동 시험 시 유발되는 고장형태로 나눌 수 있다. 먼저, 온도 주기 시험에 의해 유발되는 고장형태는 무기체계에 실장되는 수많은 부품/구성품 등 다양한 재질의 열팽창계수(Coefficient of Thermal Expansion : CTE)에 의해 발생되며, 진동 시험에 의해 유발되는 고장형태는 체결/연결 부위로부터 유발되는 문제이다[8]. 이러한 환경 부하 선별 시험(온도 주기 시험/진동 시험)에 의해 선별되는 일반적인 고장형태는 Table.
환경 부하 선별 시험이란 무엇인가?
이 2가지 결함 중 생산공정에서 검출되지 않은 “명백 결함” 일부와 “잠재결함“이 무기체계에 잔류된 상태로 출고가 되고, 이러한 결함은 무기체계 운용 초기에 문제를 발생시키게 된다. 이런 초기 결함 문제를 최소화하기 위해 무기체계 생산공정 중 부품/구성품/완성품에 온도 주기 또는 진동과 같이 환경요소를 활용하여 “명백결함” 및 “잠재결함”을 초기에 유발시켜 결함검출/제거/개선하는 활동을 환경 부하 선별(ESS : Environmental Stress Screening) 시험이라 한다. 환경 부하 선별 시험 비용적 측면의 경우 단기간으로 접근했을 때 환경 부하 선별 시험 수행으로 추가 비용이 발생하는 것처럼 보이나 장기간으로 접근할 경우 적절한 환경 부하 선별 시험 설정 및 배치 운용을 통한 양산 무기체계 생산성 향상으로 환경 부하 선별 시험 수행 비용을 상쇄 할 수 있다[1].
참고문헌 (9)
O'Connor, Patrick, and Andre Kleyner, "Practical reliability engineering", John Wiley & Sons, chapter 2, 2011. DOI: http://dx.doi.org/10.1002/9781119961260
MIL-HDBK-344A, "Environmental Stress Screening of Electronic Equipment", chapter 3-5, 1993.
MIL-HDBK-2164A. "Environmental Stress Screening Process of Electronic Equipment", chapter 4, 1996.
MIL-HDBK-781A, "Test Methods, Plans, and Environments for Engineering, Development Qualification, and Production", chapter 5, 1996.
Jang-Eun Kim, Bo-Hyun Shim, "A study on Mass production stage Tank Battle Management System Environmental Stress Screening test method and app. lication improvement based on Production process data", Journal of the Korean Society for Quality Management, vol. 43, no. 3. pp. 273-288, 2015. DOI: http://dx.doi.org/10.7469/JKSQM.2015.43.3.273
H. Qi, M. Pecht, "Plastic Ball Grid Array Solder Joint Reliability Assessment Under Combined Thermal Cycling and Vibration Loading Conditions", University of Maryland, chapter 3-4, 2006.
Czerniel, Stan, and Lou Gullo, "ESS/HASS effectiveness model for yield and screen profile optimization" Reliability and Maintainability Symposium (RAMS), IEEE, pp. 1-7 2015. DOI: http://dx.doi.org/10.1109/rams.2015.7105124
Ohring Milton, Lucian Kasprzak, "Reliability and failure of electronic materials and devices". Academic Press, chapter 3, 2014.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.