전 세계적으로 자동차 산업에서 사용된 제품을 위한 재제조는 신제품에 비해 에너지와 자원 소모율을 크게 감소시킬 수 있는 장점을 가지고 있다. 본 논문에서는 자동차 부품중 하나인 스로틀바디를 대상으로, 재제조 세부 공정을 분석하고, 각 세부 공정별 고장모드 및 이에 대한 FMEA 도출 및 많은 고장유형에 대한 심각도, 검출도, 발생도의 정도를 결정하는 것이다. 그리고 RPN값을 계산하는데 사용되고 있는 현재 RPN방법과 제안하고자 하는 세 가지 방법인 합산법, 제곱근법, 볼륨법에 대하여 비교하고자한다.
전 세계적으로 자동차 산업에서 사용된 제품을 위한 재제조는 신제품에 비해 에너지와 자원 소모율을 크게 감소시킬 수 있는 장점을 가지고 있다. 본 논문에서는 자동차 부품중 하나인 스로틀바디를 대상으로, 재제조 세부 공정을 분석하고, 각 세부 공정별 고장모드 및 이에 대한 FMEA 도출 및 많은 고장유형에 대한 심각도, 검출도, 발생도의 정도를 결정하는 것이다. 그리고 RPN값을 계산하는데 사용되고 있는 현재 RPN방법과 제안하고자 하는 세 가지 방법인 합산법, 제곱근법, 볼륨법에 대하여 비교하고자한다.
In global automobile industry, the remanufacturing for used products has the merit to be reduced nearly 80 percent of energy consumption and resources of new product. The objective of this paper is the analysis of detailed remanufacturing processes about research object and failure modes of each pro...
In global automobile industry, the remanufacturing for used products has the merit to be reduced nearly 80 percent of energy consumption and resources of new product. The objective of this paper is the analysis of detailed remanufacturing processes about research object and failure modes of each process of throttle body which is one of automobile parts, to draw a FMEA and determine the degree of seriousness (S), detection (D) and occurrence (O) of many failures. And we compared the current RPN method of being used to calculate values of RPN with three suggested methods. : Summation method, Square root method, Volume method.
In global automobile industry, the remanufacturing for used products has the merit to be reduced nearly 80 percent of energy consumption and resources of new product. The objective of this paper is the analysis of detailed remanufacturing processes about research object and failure modes of each process of throttle body which is one of automobile parts, to draw a FMEA and determine the degree of seriousness (S), detection (D) and occurrence (O) of many failures. And we compared the current RPN method of being used to calculate values of RPN with three suggested methods. : Summation method, Square root method, Volume method.
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문제 정의
본 논문에서는 연구대상으로 자동차부품 중 하나인 스로틀바디를 이용하여 재제조품에 대하여 해체, 세척, 재조립 공정을 수행, 단위 공정별 문제점을 확인하고 고장 유형에 대하여 분석 후 개선이 필요한 부분에 대하여 보완된 재제조 공정안을 제안하였다.
스로틀바디 해체공정 분석을 통하여 각 조립군별 부품수, 체결요소의 수, 그리고 공정 소요시간에 따른 상관관계를 보이고 있다. 여기에서 부품수에 비례하는 해체시간을 가지는 공정, 부품수에 반비례하는 체결요소의 수를 가지면서 해체시간에 영향을 주는 공정 등을 분석하여 각 단위공정의 문제점을 파악하고 재제조 표 준공정 개발을 위한 자료로써 활용하고자 하였다.
12) 기존의 항목간의 곱으로 표현한 RPN은 결과값에서 100을 기준으로 개선이 필요한 공정 또는 부품으로 분류하였다. 이를 최대값과 비교하여 보면 10%에 불과한 수준으로 그 영향이 미미해 보일 수 있으며 그에 따라 개선이 필요해 보이지 않을 수 있는 문제점이 발생할 수 있으므로 새로운 RPN 산정 방식을 제안하여 보고자 한다.
재조립공정 역시 단순히 부품수에 따른 재조립 시간의 영향보다는 구조의 복잡성, 공구의 방향성 제한, 사용되는 도구의 유무, 특수공구의 필요성 등에 따른 시간 상관관계에 따라 취약점을 파악하여, 이에 대한 개선안을 제시하였다.
제안 방법
8과 같이 20개의 공정 순서를 가지고 있으며, 공정 별 해당되는 부품의 수, 체결요소의 수 및 재조립 시간을 나타내고 있다. 각 공정을 살펴보면 1,2,3,4,5,6,12,16번 공정과 같은 끼워넣기, 7번 공정의 맞추어넣기, 8,9,10,번의 밀어넣기, 11번 밀어맞추어넣기, 12번 끼워넣기, 13번 너트조임, 14번 끼워맞추어넣기, 15,17,19,20의 나사작업, 18번의 맞춰 올리기 공정으로 재조립 시 사용되는 공구는 전동드라이버, 렌치 등을 사용하였다.
4와 같이 19개의 공정 순서를 가지고 있으며, 공정 별 해당되는 부품의 수, 체결요소의 수 및 해체시간을 보이고 있다. 각 공정을 살펴보면 ISC밸브 등의 나사를 해체하는 1,2,4,6,17,18,19(역나사작업), 가스킷 등을 해체하는 3,5,9,13(들어빼기), 틸딩디스크 등을 해체하는 7,10,11,12,14,15,16(뽑아내기), 샤프트 로커암에 있는 너트를 해체하는 8(너트해체)번 공정으로 해체시 사용되는 공구는 전동드라이버, 렌치, 해머 등을 사용하였다.
고장 원인 발생에 대한 현재의 공정 관리 방법을 기술하고 심각도, 발생도, 검출도의 정량적 분석을 통한 RPN을 산출해낸다. 또한 높은 RPN에 대한 조치사항을 수립하고 개선된 사항에 대한 RPN을 재산정 한 후 그 결과를 공정에 반영할 수 있다.
또한 FMEA를 통해 고장 유형별 심각도, 발생도, 검출도 등을 토대로 RPN을 결정하였으며, 각 항목들의 곱으로 나타내던 기존방식에서는 전체값인 1000의 100이상, 즉 10% 이상의 값에 대해서만 대안을 작성하였지만 본 논문에서는 재제조 효율을 보완할 수 있는 3가지 새로운 RPN 산정값에 대한 방식을 도출하였다. 즉, 재제조 기술자에게 대안 작성의 필요성을 강조하기 위해서 합산법, 제곱근법, 볼륨법에 대하여 고려해 보았다.
본 연구에서는 스로틀바디의 재제조 공정에서 발생할 수 있는 문제점을 파악하고 개선안을 도출하기 위해 해체, 세척, 재조립 등 단위 공정별 분석을 실시하였다.
세 번째로 제안하는 방식으로는 Fig. 10과 같이 3차원 상에서 나타나는 각 항목사이의 부피로 표현하는‘볼륨법’이다.
세척공정에서는 세척 시 도구의 접근성과 부품 수 및 시간의 상관관계에 따른 영향성을 바탕으로 심각하다고 판단되는 공정에 대하여 검토 및 개선안을 제시하였다.
재제조의 첫걸음인 제품의 해체, 세척, 재조립의 진행을 위하여 Fig. 1과 같이 승용자동차에 사용되는 부품인 스로틀바디를 이용한 재제조의 공정분석을 진행하고, 각 공정의 특성을 파악하여 그에 따른 고장분석을 통한“Failure Mode & Effect Analysis (이하 FMEA)”를 기반으로 “Risk Priority Numbering (이하 RPN)“ 값을 선정 후 기존 방식과 새로운 방식의 RPN값을 비교 분석하고자 한다.
또한 FMEA를 통해 고장 유형별 심각도, 발생도, 검출도 등을 토대로 RPN을 결정하였으며, 각 항목들의 곱으로 나타내던 기존방식에서는 전체값인 1000의 100이상, 즉 10% 이상의 값에 대해서만 대안을 작성하였지만 본 논문에서는 재제조 효율을 보완할 수 있는 3가지 새로운 RPN 산정값에 대한 방식을 도출하였다. 즉, 재제조 기술자에게 대안 작성의 필요성을 강조하기 위해서 합산법, 제곱근법, 볼륨법에 대하여 고려해 보았다. 이 중에서 합산법이 50%이상의 결과값에 대하여 대안을 작성하는 방법으로 보다 현실적이고 기존의 방식보다 유용할 것으로 판단된다.
대상 데이터
2. Research object : Assembly groups and parts of throttle body.
실험을 위하여 사용된 스로틀바디는 총 38개의 부품, 4개의 조립군들로 구성되어 있다. 스로틀바디의 해체공정은 Fig.
공회전 속도를 일정하게 유지하기 위해 연소실로 유입되는 공기량을 적절히 제어하며, 공회전 상태에서 엔진의 시동이 꺼지는 현상을 방지하고 발전기 충전 성능을 확보하기 위하여 공회전 속도를 항상 일정하게 제어하는 역할을 수행한다. 연구대상으로 선정한 스로틀바디는 Fig. 2와 같이 4개의 조립군과 38개의 부품으로 구성되어 있다.
성능/효과
12) 기존의 항목간의 곱으로 표현한 RPN은 결과값에서 100을 기준으로 개선이 필요한 공정 또는 부품으로 분류하였다. 이를 최대값과 비교하여 보면 10%에 불과한 수준으로 그 영향이 미미해 보일 수 있으며 그에 따라 개선이 필요해 보이지 않을 수 있는 문제점이 발생할 수 있으므로 새로운 RPN 산정 방식을 제안하여 보고자 한다.
9에서 재조립공정의 분석결과를 살펴보면, 11번 공정은 축을 본체로 연결하는 공정으로 공정에 투입되는 다른 부품은 없지만 스프링 조립 시 스프링 결합 및 로커암의 결합방향 주의로 인해 조립 시간을 지연시킨다. 14번 공정은 축에 틸팅디스크를 조립하는 공정으로 부품의 조립 시 밸브의 수평유지가 필요하므로 이에 따른 공정시간이 증가한다는 것을 알 수 있었다. 분석 결과에 따른 개선방법을 살펴보면, 11번 공정에서 로커암 결합 시 올바른 방향을 나타내는 부분을 추가 표시함으로써 방향을 설정할 때 나타나는 작업자의 혼란 및 시간을 줄이는 방법과 틸팅디스크를 조립 시, 수평을 맞추고 확인 할 수 있는 보조도구를 개발하는 방법을 제시 할 수 있다.
4번 공정은 스로틀바디의 본체를 세척하는 공정으로 본체의 형상에 움푹 패인 곳이나 좁은 틈을 세척하는데 시간이 많이 소요됨을 알 수 있었다.
3은 FTA(Fault tree analysis)를 이용해 스로틀바디의 고장 유형과 잠재적 고장 유형 그리고 잠재적 고장 원인의 관계를 분석한 것이다.6) 스로틀바디는 밸브의 원활한 작동 불가, 로커암 리턴 불량, 부품파손, 센서류 고장, ISCA (Idle Speed Control Actuator) 밸브 고장, Idle air/vacuum signal Housing 연동불량, 오링 및 가스킷 결속불량, 공회전 나사풀림 등의 고장 유형을 가지고 있다, 또한 각 고장유형들은 다른 잠재적 고장유형 또는 다양한 잠재적 고장 원인이 되고 있다. 이러한 고장유형과 원인들은 스로틀바디의 재제조공정의 문제점을 파악할 수 있고, 또한 단위공정에서 고장원인을 제거할 수 있는 표준공정에 대한 개선안을 제시할 수 있다.
FMEA작성에 따른 결과에 대해 반드시 개선이 필요한 항목을 결정하기 위해 심각도의 점수가 8이상이거나, 심각도, 검출도, 발생도의 RPN 값이 100이상인 항목을 기준으로 Table 3은 각 공정별 심각도, 발생도, 검출도와 세 요소의 곱인 RPN을 나타낸 것으로, 개선이 요구되는 항목 중 RPN의 값이 100을 초과하는 항목은 밸브가 원활히 작동되지 않음(RPN: 157.50), 센서류 고장(RPN: 109.82), ISCA 밸브고장 (RPN: 109.82)등으로 확인되었다.
14번 공정은 축에 틸팅디스크를 조립하는 공정으로 부품의 조립 시 밸브의 수평유지가 필요하므로 이에 따른 공정시간이 증가한다는 것을 알 수 있었다. 분석 결과에 따른 개선방법을 살펴보면, 11번 공정에서 로커암 결합 시 올바른 방향을 나타내는 부분을 추가 표시함으로써 방향을 설정할 때 나타나는 작업자의 혼란 및 시간을 줄이는 방법과 틸팅디스크를 조립 시, 수평을 맞추고 확인 할 수 있는 보조도구를 개발하는 방법을 제시 할 수 있다.
즉, 재제조 기술자에게 대안 작성의 필요성을 강조하기 위해서 합산법, 제곱근법, 볼륨법에 대하여 고려해 보았다. 이 중에서 합산법이 50%이상의 결과값에 대하여 대안을 작성하는 방법으로 보다 현실적이고 기존의 방식보다 유용할 것으로 판단된다.
이러한 이유로 첫 번째로 제안하였던 각 항목의 합으로 표현하는 RPN값인 ‘합산법’을 통해 심각도, 발생도, 검출도 등의 위험 요소에 대한 우선순위를 결정하는 것이 가장 적절할 것이라 판단된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
FMEA의 절차는 무엇인가?
고장 원인 발생에 대한 현재의 공정 관리 방법을 기술하고 심각도, 발생도, 검출도의 정량적 분석을 통한 RPN을 산출해낸다. 또한 높은 RPN에 대한 조치사항을 수립하고 개선된 사항에 대한 RPN을 재산정 한 후 그 결과를 공정에 반영할 수 있다.8)
재제조의 장점은 무엇인가?
전 세계적으로 자동차 산업에서 사용된 제품을 위한 재제조는 신제품에 비해 에너지와 자원 소모율을 크게 감소시킬 수 있는 장점을 가지고 있다. 본 논문에서는 자동차 부품중 하나인 스로틀바디를 대상으로, 재제조 세부 공정을 분석하고, 각 세부 공정별 고장모드 및 이에 대한 FMEA 도출 및 많은 고장유형에 대한 심각도, 검출도, 발생도의 정도를 결정하는 것이다.
재제조란 무엇인가?
재제조(Remanufacturing)란 사용 후의 제품을 신제품과 동일한 수준으로 제조하는 자원순환의 방법이다. 이미 사용된 부품 및 제품을 체계적으로 회수하여 분해, 세척, 수리, 조정, 검사, 재조립 및 최종 테스트의 과정을 통하여 재상품화 하는 것으로 자원절감의 측면에서 효과적인 제조 방법이다.
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