노범택
(Banghwa Rolling Stocks Management Office, Seoul Metropolitan Rapid Transit Corporation)
,
정광우
(Department of Railroad Operation System Engineering, Korea National University of Transportation)
승객서비스 장치는 역정보 등 다양한 열차운행 정보를 제공하기 위해 설치된 승객 접점장치로 고장이나 오류 시 열차운행에 영향은 적지만 승객들은 큰 불편을 느끼게 된다. 이에 본 논문에서는 신뢰성기반 유지보수(RCM)를 운영자 입장에서 적용했던 기존 시각에서 벗어나, 승객 입장에서 중요장치인 승객서비스 장치를 분석대상으로 선정하였다. 서울도시철도공사의 데이터를 기초로 승객서비스 장치에 대한 고장분석 및 FMEA/FMECA수행, 심각-발생도 매트릭스 및 위험우선순위평가 결과를 기반으로 통합 설정기를 분석대상으로 선정하였으며, 와이블분포를 통해 고장패턴, 고장률 등 고장해석을 수행하였다. 이를 바탕으로 승객서비스 장치의 고장 최소화 방안을 제시하였다.
승객서비스 장치는 역정보 등 다양한 열차운행 정보를 제공하기 위해 설치된 승객 접점장치로 고장이나 오류 시 열차운행에 영향은 적지만 승객들은 큰 불편을 느끼게 된다. 이에 본 논문에서는 신뢰성기반 유지보수(RCM)를 운영자 입장에서 적용했던 기존 시각에서 벗어나, 승객 입장에서 중요장치인 승객서비스 장치를 분석대상으로 선정하였다. 서울도시철도공사의 데이터를 기초로 승객서비스 장치에 대한 고장분석 및 FMEA/FMECA수행, 심각-발생도 매트릭스 및 위험우선순위평가 결과를 기반으로 통합 설정기를 분석대상으로 선정하였으며, 와이블분포를 통해 고장패턴, 고장률 등 고장해석을 수행하였다. 이를 바탕으로 승객서비스 장치의 고장 최소화 방안을 제시하였다.
The Passenger Service Equipment(PSE) provide various train operation data such as flag station data. When PSE incur service failures or errors, passengers who use the train feel great inconvenience. In this paper, I have chosen PSE that were important to passengers and have applied Reliability Cente...
The Passenger Service Equipment(PSE) provide various train operation data such as flag station data. When PSE incur service failures or errors, passengers who use the train feel great inconvenience. In this paper, I have chosen PSE that were important to passengers and have applied Reliability Centered Maintenance(RCM), deviating from the existing perspective that operators have taken to perform RCM. FMEA/FMECA was performed for reliability analysis of the PSE. The highly critical device among the PSE is defined as the Passenger Information Control System(PICS), which is used to control the automatic announcement and signaling board. Through Weibull distribution of the PICS, failure analysis was performed. Based on the analyzed results, I have proposed a solution that will minimize service failure of PICS.
The Passenger Service Equipment(PSE) provide various train operation data such as flag station data. When PSE incur service failures or errors, passengers who use the train feel great inconvenience. In this paper, I have chosen PSE that were important to passengers and have applied Reliability Centered Maintenance(RCM), deviating from the existing perspective that operators have taken to perform RCM. FMEA/FMECA was performed for reliability analysis of the PSE. The highly critical device among the PSE is defined as the Passenger Information Control System(PICS), which is used to control the automatic announcement and signaling board. Through Weibull distribution of the PICS, failure analysis was performed. Based on the analyzed results, I have proposed a solution that will minimize service failure of PICS.
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문제 정의
그러나 승객이 체감하는 운행 서비스의 신뢰도 향상 측면을 고려하지 못하고 있다. 본 연구에서는 승객입장에서 가장 많이 접할 수 있는 접점장치인 승객서비스장치에 대해 서울도시철도공사 운영호선인 5~8호선을 중심으로 RCM기법을 적용하여 핵심부품을 선정하고 고장분석 및 신뢰성분석을 통하여 최적의 유지보수 주기를 제안하고, 승객서비스 장치의 신뢰성을 향상시키기 위한 대안을 제시하고자 한다.
이번 논문을 통해 전동차 고장 발생 시 승객입장에서 가장 불편을 느낄 수 있는 장치는 무엇인가에 대한 고민을 통해 승객서비스장치의 서비스 실패 최소화를 위한 대책을 검토 및 제안하였다.
제안 방법
본 논문에서는 승객서비스 장치의 고장분석을 위해 서울도시철도공사 전동차 관리시스템 유피스에서 2013년부터 2014년 2년 동안의 작업 실적을 바탕으로 Table 1과 같은 분석결과를 얻었다.
본 연구에서는 승객서비스장치(Level 1)를 통합설정기, 운영서버 등 8개의 서브시스템(Level 2)과 서브시스템을 구성하는 하위 23부품(Level 3)으로 분류하였으며, 고장모드는 Opened, Shorted, 과전압, 과전류 등 25개의 모드와 각각의 고장모드에 대한 고장원인을 소자불량, 과전압 및 과전류로 인한 손실 등 총 18개로 구분하여 FMEA 분석을 수행하였다. Table 2는 승객서비스 장치의 서브시스템인 통합설정기의 FMEA 분석을 수행한 예시를 나타내었다.
승객서비스 장치는 고장발생 시 열차운행에 큰 지장은 없지만, 이용 승객의 입장에서 볼 때 열차 이용에 가장 직접적으로 영향을 미치는 장치임을 감안하여 열차고장으로 인한 운용변경 등과 같은 고장과 상관없이 승객서비스 장치와 관련된 작업 실적을 기준으로 분석하였다. 승객서비스 장치의 특성상 열차운행에 심각한 영향을 미치지는 않으므로 기존의 안전기준의 심각도를 승객서비스장치의 FMECA에 적용하는 것은 다소 무리가 있다고 판단되어 고장발생빈도와 심각도(승객불편정도)를 열차에 탑승하는 승객이 불편함을 느낄 수 있는 정도를 기준으로 하여 Table 3, Table 4, Table 5와 같이 재설정하였다.
통합설정기의 고장 해석을 위한 적합한 수명분포를 알아보기 위해 와이블, 정규, 지수, 로그-정규 분포 등 4가지 비교하여, Anderson-Darling값이 가장적은 와이블 분포가 선정되었다. 고장해석은 미니탭이라는 통계 팩키지를 활용하였고[5], 데이터 수집기간(2013.
통합설정기의 고장데이터를 전산시스템으로 추출하여 와이블분포 해석으로 고장형태와 평균수명 데이터를 파악하였다. 통합설정기는 2011년 전호선 개선작업 후 운영기간이 짧고 최초 고장 후 재발생되는 고장 기간이 짧아 초기고장의 형태의 고장률이 발생하고 있다.
승객서비스 장치 고장모드영향분석을 위해 고장모드를 정의하고 승객이 불편을 느낄 수 있는 정도를 기준으로 심각도를 재분류하여 위험우선순위평가 및 심각도-발생도 매트릭스를 통하여 치명도가 높은 부품을 선정하였다. 통합설정기의 와이블분포를 통해 고장패턴, 고장률 등 고장 해석한 결과 평균수명 8,939시간이 산출되었고 백분위 수명을 확인하였다.
대상 데이터
고장해석은 RPN값이 높고 발생도-심각도 매트릭스에서 A등급인 표시기미현시, 오현시 및 자동방송불량과 관련된 통합설정기의 작업실적을 대상으로 시행하였다. 분석데이터는 2013년과 201년 전동차 관리시스템 유피스의 자료를 기초로 하였으며, 작업실적 중 순간적인 오동작에 의해 고장이 복귀된 점검양호 건수를 제외하고 조치가 이루어진 데이터 1449건으로 해석하였고, 이 기간동안의 200편성의 총 주행거리는 39,449,381km였다.
고장해석은 RPN값이 높고 발생도-심각도 매트릭스에서 A등급인 표시기미현시, 오현시 및 자동방송불량과 관련된 통합설정기의 작업실적을 대상으로 시행하였다. 분석데이터는 2013년과 201년 전동차 관리시스템 유피스의 자료를 기초로 하였으며, 작업실적 중 순간적인 오동작에 의해 고장이 복귀된 점검양호 건수를 제외하고 조치가 이루어진 데이터 1449건으로 해석하였고, 이 기간동안의 200편성의 총 주행거리는 39,449,381km였다.
데이터처리
통합설정기의 고장 해석을 위한 적합한 수명분포를 알아보기 위해 와이블, 정규, 지수, 로그-정규 분포 등 4가지 비교하여, Anderson-Darling값이 가장적은 와이블 분포가 선정되었다. 고장해석은 미니탭이라는 통계 팩키지를 활용하였고[5], 데이터 수집기간(2013.1.1~2014.12.31)을 기준으로 정시중단시험을 하였다.
성능/효과
표시기와 방송장치를 제어하는 통합설정기의 객실표시기미현시(전량), 객실표시기 오현시(전량) 및 자동방송 불량의 고장영향이 RPN 90으로 최우선순위를 나타냈으며, Opened, Shorted, 손실, 저전압 동작불량, 고조파, SSD 접촉불량이 주요 원인으로 분석되었다.
5의 히스토그램에 살펴보면 각각의 수명분포 그래프에서 초기 시간대에 고장이 집중되어 있는 것을 확인 할 수 있다. 최초고장은 400개의 장치 중 365개에서 1년이내 52%(189건), 2년이내 39%(144건), 3년이내 9%(32건)이 발생하였으나, 고장 조치 후 고장 재발 기간은 7일이내 16%(166건), 1개월이내 19%(195건), 2개 이내 15%(154건), 4개월이내 19%(196건), 1년이내 24%(250건), 2년이내 7%(73건)로 최초고장 발생 후 고장재발 주기가 짧아 초기 시간대에 고장이 집중되어 나타났다.
승객서비스 장치 고장모드영향분석을 위해 고장모드를 정의하고 승객이 불편을 느낄 수 있는 정도를 기준으로 심각도를 재분류하여 위험우선순위평가 및 심각도-발생도 매트릭스를 통하여 치명도가 높은 부품을 선정하였다. 통합설정기의 와이블분포를 통해 고장패턴, 고장률 등 고장 해석한 결과 평균수명 8,939시간이 산출되었고 백분위 수명을 확인하였다.
후속연구
또한 형상모수와 척도모수를 이용해 평균수명 8,935시간을 확인할 수 있었고, 시뮬레이션을 통해 Table 10과 같이 백분위수명을 확인하였다. 통합설정기 고장 시 열차운행와 안전에 미치는 영향과 승객에게 미치는 혼란과 불편정도 등을 고려한 가중치를 산출하여 시뮬레이션을 통해 얻은 Table 10의 백분위 수명에 접목시킨다면, 보다 효율적인 점검 주기를 적용할 수 있을 것으로 판단된다. Fig.
통합설정기의 중요도와 사용환경 등을 고려하여 점검 시 DI, DO, AIO 보드 등과 같이 단순기능을 하는 보드는 제외하고, 통합설정기의 구동프로그램이 설치되어 있어 표시기와 자동방송을 동시에 제어하는 임베디드 보드와 같은 주요보드에 대한 점검을 중점적으로 시행한다면 좀 더 효율적인 고장관리가 될 수 있을 것이다. 실제 전동차 고장 시 재설정(리셋) 또는 점검양호가 되는 경우는 대부분이 상시 구동되어 통합설정기를 제어하는 임베디드 보드와 관련된 고장이며 또한, 현업에서 고장조치를 위해 교환된 통합설정기의 고장조치내용을 확인하면 임베디드 보드의 오류로 인한 고장임을 확인할 수 있다.
고장 시 열차운행에 미치는 영향과 함께 승객 불편지수 등을 고려한 가중치를 산출하고, 이를 시뮬레이션을 통해 얻은 백분위 수명에 접목시켜 신뢰성 높은 유지보수를 위한 효율적인 검수주기 개선과 부품수선품질 향상 방안 마련 및 부품의 이력관리 시스템 도입 등의 적절한 대책이 필요하다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
본 논문의 승객서비스 장치의 고장 최소화 방안은 어떠한 분석 과정을 통해 제시되었는가?
이에 본 논문에서는 신뢰성기반 유지보수(RCM)를 운영자 입장에서 적용했던 기존 시각에서 벗어나, 승객 입장에서 중요장치인 승객서비스 장치를 분석대상으로 선정하였다. 서울도시철도공사의 데이터를 기초로 승객서비스 장치에 대한 고장분석 및 FMEA/FMECA수행, 심각-발생도 매트릭스 및 위험우선순위평가 결과를 기반으로 통합 설정기를 분석대상으로 선정하였으며, 와이블분포를 통해 고장패턴, 고장률 등 고장해석을 수행하였다. 이를 바탕으로 승객서비스 장치의 고장 최소화 방안을 제시하였다.
승객서비스 장치란 무엇인가?
승객서비스 장치는 역정보 등 다양한 열차운행 정보를 제공하기 위해 설치된 승객 접점장치로 고장이나 오류 시 열차운행에 영향은 적지만 승객들은 큰 불편을 느끼게 된다. 이에 본 논문에서는 신뢰성기반 유지보수(RCM)를 운영자 입장에서 적용했던 기존 시각에서 벗어나, 승객 입장에서 중요장치인 승객서비스 장치를 분석대상으로 선정하였다.
승객서비스 장치는 어떻게 구분될 수 있는가?
승객서비스 장치는 객실표시장치와 같은 시각정보 제공 장치와 방송장치와 같은 청각정보 제공 장치로 나눌 수 있으며, 표시기장치는 승객에게 열차 안내 및 각종 공지 사항 전달 등을 시각적으로 서비스하기 위해 객실 내부에 LCD 모니터를 설치하여
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