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가설 설정
- 발사체계의 실제 고장률 산출은 Drenick의 정리(복잡한 시스템의 고장률은 넓은 의미에서 경험적으로 일정한 값을 가지며, 지수분포를 이용해 계산할 수 있다. )를 활용하여, 발사체계 고장률(λ)은 일정하며 지수분포를 따른다고 가정한다.
제안 방법
- 3절에서 수집 및 분석한 해성 유도무기 발사체계 운용시간과 부품 고장실적을 이용하여 부품별 운용 신뢰도값인 MTBF를 산출하였다. MTBF의 세부적인 산출 과정은 실무적으로 잘 알려진 각 함형 내 함정별 부품 고장률의 평균값을 구하는 과정을 통해 최종 산출되며, 세부적인 과정은 Eq.
- 그래서 고장실적을 세부적으로 분석하기 위해 시스템이 탑재된 함형(크기, 톤수)에 따라 A, B, C급 함형으로 구분하였으며, 함형에 따른 총 고장실적은 Fig. 6과 같다. 연구결과 해군 운용자들의 전반적인 생각과 다소 차이가 있었던 것은 진동 및 온도 환경이 가혹한 소형 함형인 C급 함정에서 고장이 잦은 것으로 판단하고 있으나, 실제 집계한 고장자료를 통해 볼 때 소형인 C급 함형에 고장이 집중된다는 판단은 다소 설득력이 부족하다는 것이다.
- 본 연구는 해군에서 주력으로 사용되는 해성 유도무기 발사체계의 실제 운용 신뢰도값을 산출한 후 개발 시 예측값과 비교분석하여 설계수명 대비 운용수명이 현저히 떨어지는 부품(SBC A0, A1 등)을 식별하였다. 이와 더불어 외부 기관이 해군 내 자료를 활용하여 신뢰도 분석 시 활용할 수 있는 야전운용자료 수집 프로세스를 정립하여 제시하였으며, 해군 내 전반에 분포된 무기체계 관련 기록물의 명칭 및 수집 가능한 자료의 내용, 특성 등도 함께 분석하여 제시하였다.
- 신뢰도는 아이템이 주어진 조건 하에서 규정된 기간 동안 요구되는 기능을 수행할 수 있는 확률을 의미하고 대표적 평가척도는 MTBF(Mean Time Between Failures), MKBF(Mean Kilometer Between Failures), MRBF(Mean Round Between Failures)가 있다. 본 연구의 대상 시스템인 유도무기 발사체계는 운용시간에 따라 고장이 발생하므로 MTBF를 신뢰도 척도로 분석하였다.
- 위와 같은 과정을 통해 해성 유도무기 발사체계가 설치된 함형별 부품의 운용 MTBF값을 산출하였다. 각 부품의 MTBF는 100만 시간 이내에서 큰 차이가 있으므로 Fig.
- 하지만 국방 무기체계의 신뢰도에 대한 연구는 자료 수집의 제한 또는 상대적 관심 부족으로 실증적인 연구가 제한되고 있다. 이러한 상황에서 본 연구는 운용자인 함정, 작전 및 정비지원 부서(해군 작전사령부, 해군 군수사령부, 해군 정비창, 정비업체)들을 직접 방문하여 수집한 야전운용자료를 활용하여 해성 유도무기 발사체계의 운용 신뢰도 값 중 고장간 평균시간(MTBF: Mean Time toBetween Failures)을 도출하여 개발 시 목표값과 비교분석하였다. 본 논문은 1장에서 연구의 배경을 설명했고, 2장에서는 해성 유도무기 발사체계 현황과 신뢰도 개념에 대해 설명한다.
- 본 연구는 해군에서 주력으로 사용되는 해성 유도무기 발사체계의 실제 운용 신뢰도값을 산출한 후 개발 시 예측값과 비교분석하여 설계수명 대비 운용수명이 현저히 떨어지는 부품(SBC A0, A1 등)을 식별하였다. 이와 더불어 외부 기관이 해군 내 자료를 활용하여 신뢰도 분석 시 활용할 수 있는 야전운용자료 수집 프로세스를 정립하여 제시하였으며, 해군 내 전반에 분포된 무기체계 관련 기록물의 명칭 및 수집 가능한 자료의 내용, 특성 등도 함께 분석하여 제시하였다. 다만 본 연구는 장입 유도탄과 발사체계로 구성된 해성 유도무기체계 중 발사체계의 신뢰도만 분석한 자료이며, 장입 유도탄에 대한 신뢰도 분석은 추후 조기에 연구 및 분석하여 해군 전투함정의 전투력 유지에 기여할 수 있도록 하겠다.
- [2] 위와 같은 함정 운용 및 정비지원 기록물들의 고장실적을 분석하여 Table 5와 같은 고장실적 기록을 도출하였다. 작전사의 장비고장보고와 군수사의 DB에 기록된 일부 고장실적은 확인결과 Tech-note와 공사명령에 중복되어 있었으며, 각 기록들을 심층 검토하여 중복 고장기록은 제외하고 총 고장건수를 집계하였다.
- 또한, 'OO년도부터 최초 운용하여 10년이 넘게 운용한 함정도 있으며, 이제 막 체계가 설치되어 1년 이내의 운용시간을 가진 함정도 있었다. 하지만 본 연구에서는 객관적인 운용 신뢰도를 산출하기 위해 5 년 이상 발사체계를 운용한 함정만 분석하였으며, 구체적인 운용시간은 군사보안상 학술지에서 밝히기에는 부적절하여 생략한다.
대상 데이터
- 해성 유도무기 발사체계의 MTBF 산출을 위해서는 함정의 정확한 시스템 운용시간과 고장실적의 수집 및 분석이 필수적이다. 이를 위해 본 연구에서는 Fig. 2와 같이 사전준비, 자료수집, 자료검증/분석의 3단계로 야전운용자료를 수집하였다. 자료수집 시에는 운용자(함정 승조원), 정비지원 부서(작전사, 군수사, 정비창)와 정비업체의 정비기록과 의견을 수렴하였다.
- 해성 유도무기는 'OO년도부터 O년간 OOO억원의 예산을 들여 개발하였으며, OOOO급 함정 등 해군 내 다수의 함정에 탑재되어 운용 중이다. 해성 유도무기체계는 장입유도탄과 함정에 탑재된 발사체계로 구분할 수 있으며, 본 연구의 대상인 해성 유도무기 발사체계는 Fig. 1과 같이 교전계획을 수립하는 통제콘솔, 교전계획에 따라 발사명령을 내리는 발사제어기, 유도탄에 전원을 인가하는 탄전원제어기, 표적정보를 교환하는 유도탄연동기, 유도탄에 명령신호를 분배하는 신호분배기와 유도탄 발사대로 구성된다.
이론/모형
- 해성 유도무기 발사체계 운용시간은 가장 일반적으로 알려진 운용형태요약(OMS: Operational Mode Summary)/임무유형(MP: Mission Profile) 분석방법을 사용하여 임무형 작전, 성분 작전, 연간 함 운용실적 및 장비운용 일지를 분석하여 Table 4와 같이 정리하였다. 연구 중 해당 체계는 대형함부터 중·소형함에 모두 탑재되어 있으므로, 함형(크기, 톤수)과 작전해역 및 환경(동해, 서해, 남해)에 따라 상당한 차이가 있음을 확인하였다.
성능/효과
- MTBF의 목표값 대비 실제 운용값을 분석한 결과 고장은 발생하였으나 회로카드조립체(MCI, SSIO, PCU, MSL PWR), 감시기 컴퓨터용 등과 같이 목표 MTBF를 초과하여 운용한 부품을 식별할 수 있었다. 이에 반해 전원공급기(PWR2, PWR3, PRU), 회로카드조립체(SBC A0, SBC A1), 스위치 누름식, 자료입력용 트렉볼은 목표값 대비 운용값이 100% 미만으로 예상한 수명보다 부품이 더 일찍 고장 남을 확인 할 수 있다.
- 이에 반해 전원공급기(PWR2, PWR3, PRU), 회로카드조립체(SBC A0, SBC A1), 스위치 누름식, 자료입력용 트렉볼은 목표값 대비 운용값이 100% 미만으로 예상한 수명보다 부품이 더 일찍 고장 남을 확인 할 수 있다. Table 6을 통해 구체적으로 살펴보면 전원공급기 (PWR2)는 A급 함형 61,338h(78.6%), B급 함형 71,625h(91.7%), C급 함형 59,130h (75.7%)로 3개 함형에서 모두 MTBF 운용값이 목표값 78,067h을 충족하지 못했다. 전원공급기(PWR3)는 A급 함형 32,726h (73.
- 연구대상 시스템을 탑재한 함정 OO척의 14년간의 고장실적을 모두 수집하여 집계한 결과 37종의 부품에서 총 280여건의 고장이 식별되었다. 고장이 잦은 부품으로는 Fig. 5와 같이 SBC A0 카드 등 8개 부품이며, S/W 오류도 40건으로 총 고장 280건 중 14.2%에 달하여 시스템의 신뢰도와 함께 시스템에 탑재된 S/W 신뢰도 시험평가와 검증 역시 강화해야 된다는 것을 확인할 수 있다. 위와 같은 고장실적은 전 함정의 고장실적을 단순히 종합 집계한 것이므로 함형별 발생하는 고장을 식별하기에는 의미 있는 정보를 제공하지 못한다.
- 연구결과 해군 운용자들의 전반적인 생각과 다소 차이가 있었던 것은 진동 및 온도 환경이 가혹한 소형 함형인 C급 함정에서 고장이 잦은 것으로 판단하고 있으나, 실제 집계한 고장자료를 통해 볼 때 소형인 C급 함형에 고장이 집중된다는 판단은 다소 설득력이 부족하다는 것이다. 또한 Fig. 6의 함정 등급별 해성 발사체계 부품의 고장자료를 보더라도 A와 B급 함형에서 전원공급기(PWR2, PWR3, PSP), 회로카드조립체 (SBA A0, SBC A1, MIO, SMIO, SSIO, NTDS), 자료 입력용 트랙볼, 스위치 누름식부품의 고장이 더 잦은 것을 확인할 수 있다.
- 연구 중 해당 체계는 대형함부터 중·소형함에 모두 탑재되어 있으므로, 함형(크기, 톤수)과 작전해역 및 환경(동해, 서해, 남해)에 따라 상당한 차이가 있음을 확인하였다.
- 6과 같다. 연구결과 해군 운용자들의 전반적인 생각과 다소 차이가 있었던 것은 진동 및 온도 환경이 가혹한 소형 함형인 C급 함정에서 고장이 잦은 것으로 판단하고 있으나, 실제 집계한 고장자료를 통해 볼 때 소형인 C급 함형에 고장이 집중된다는 판단은 다소 설득력이 부족하다는 것이다. 또한 Fig.
- 연구대상 시스템을 탑재한 함정 OO척의 14년간의 고장실적을 모두 수집하여 집계한 결과 37종의 부품에서 총 280여건의 고장이 식별되었다. 고장이 잦은 부품으로는 Fig.
후속연구
- 이와 더불어 외부 기관이 해군 내 자료를 활용하여 신뢰도 분석 시 활용할 수 있는 야전운용자료 수집 프로세스를 정립하여 제시하였으며, 해군 내 전반에 분포된 무기체계 관련 기록물의 명칭 및 수집 가능한 자료의 내용, 특성 등도 함께 분석하여 제시하였다. 다만 본 연구는 장입 유도탄과 발사체계로 구성된 해성 유도무기체계 중 발사체계의 신뢰도만 분석한 자료이며, 장입 유도탄에 대한 신뢰도 분석은 추후 조기에 연구 및 분석하여 해군 전투함정의 전투력 유지에 기여할 수 있도록 하겠다.
- 본 연구에서는 해성 유도무기 발사체계 개발 시 MTBF 목표값 대비 실제 운용 신뢰도 값이 얼마인지를 산출하여 정비지원 부대와 국방기술품질원 및 개발 업체에게 제공할 예정이다. 발사체계의 실제 고장률 산출은 Drenick의 정리(복잡한 시스템의 고장률은 넓은 의미에서 경험적으로 일정한 값을 가지며, 지수분포를 이용해 계산할 수 있다.
- 물론, 시스템이 MTBF 목표값 보다 운용값이 낮은 이유는 시스템 설계상의 오류, 품질관리상의 문제, 운용자 오류, 가혹한 환경조건 등의 복합적인 요소에 의해서 발생할 가능성이 높다. 하지만 SBC A0와 A1 카드는 온도와 진동 환경이 비교적 안정적인 전투조종실 유도탄 통제콘솔에 설치된 부품으로 운용자가 기계적 또는 물리적으로 다루는 부품이 아니므로 설계상의 오류와 품질관리 측면에서 원인분석이 필요할 것으로 판단된다.
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