[논문]자동차 전장품의 환경시험규격에 관한 연구

김용수

doi:10.7469/jksqm.2018.46.2.311

자동차 전장품의 환경시험규격에 관한 연구
Environmental Test Specifications for Automotive Electrical Units 원문보기

品質經營學會誌 = Journal of Korean society for quality management, v.46 no.2, 2018년, pp.311 - 326

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Purpose: Using international specifications, this study classified international standards and automobile manufacturers' test items based on the kind of test used and determined the test order for ISO 16750. Methods: The effects of international standards' environmental factors were examined, based on the major impacts of the product and the results of product failure. Automobile manufacturers' test items were compared with the test item in the ISO 16750. A generic algorithm was then used to determine the test sequence for ISO 16750. Results: International standards and automobile manufacturers' common test items were classified. The test sequence of ISO 16750 was determined for five cases. Conclusion: Although mechanical and environmental tests share many common features, there are differences in the details of the tests. There is a common sequence of tests, but weights are allocated tests differently.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 논문에서는 환경시험에서 국제 표준과 자동차 3사 A사(미국), B사(미국), C사(유럽)의 규격을 비교하여 자동차 제조 3사 규격과 국제 표준의 연관성을 연구한다. 먼저, 환경시험 국제 규격인 IEC 60068-1(2013)으로 환경 인자의 주요 영향 및 고장을 살펴본다.
본 연구는 국제 표준인 ISO 16750를 대상으로 시험 항목과 각 항목당 시험 조건을 파악하였다. ISO 16750은 기계적 시험, 기후적 시험, 화학적 시험으로 분류된다.
본 연구에서는 앞서 보았던 국제 표준 ISO 16750과 자동차 제조사들의 환경시험 시험 항목을 비교하여 평가한다. 먼저 자동차 전장품 규격들은 보통 기후적 환경시험과 기계적 환경시험, 화학적 환경시험으로 분류되어 있다.
자동차 제조사들이 실시하는 시험의 종류에서 비교적 낮은 비율의 시험을 기타 시험으로 따로 소개한다.

가설 설정

이렇게 산정한 가중치 합을 최대화하여 [Table 6]에서 다루었던 22가지 시험항목의 순서를 정하였다. 본 연구에서는 MIL-STD-810G의 가중치가 자동차 제조 3사의 총 가중치의 합보다 큰 경우, 같은 경우, MIL-STD-810G가 A사와 같은 경우, B사와 같은 경우, C사와 같은 경우로 총 5가지 상황을 다루었고, ISO 16750 시험에서 같은 항목의 반복시험은 시행되지 않는다고 가정하였다.

제안 방법

MIL-STD-810G와 제조사 별로 가중치를 다르게 배정하였고, MIL-STD-810G 또는 제조사의 순서를 따르면 가중치가 증가하는 방법을 택하였다. 5가지 가중치를 배정하는 경우를 통해 가중치가 최대가 되는 시험 순서 결정에 대한 연구를 수행하였다.
앞서 시행한 규격의 비교를 통해 ISO 16750의 시험 순서를 결정하는데 유전 알고리즘을 활용하였다. MIL-STD-810G와 제조사 별로 가중치를 다르게 배정하였고, MIL-STD-810G 또는 제조사의 순서를 따르면 가중치가 증가하는 방법을 택하였다. 5가지 가중치를 배정하는 경우를 통해 가중치가 최대가 되는 시험 순서 결정에 대한 연구를 수행하였다.
본 논문에서는 IEC 60068-1 규격을 통한 환경 인자의 주요 영향을 소개한 후, 자동차 제조사의 시험 규격을 분석 후 비교 및 평가하였다. 그리고 ISO 16750을 중심으로 제조사 3사 간의 규격 연구를 수행한 후 환경시험에서의 자동차 전장품 규격들과 국제 표준에 대해 비교, 평가하였다.
이에 대한 연구는 이미 많이 이루어졌으므로 환경시험 규격을 통하여 전장품에 대한 시험의 목적 및 용도를 파악하고 국제 규격과 표준을 중심으로 각 제조사 규격별 환경시험의 항목과 각 규격 간 차이점에 대하여 비교한다. 그리고 ISO 16750의 시험 순서를 각 제조사와 MIL-STD-810G에 가중치를 부여하여 시험 순서를 제시하였다. 환경시험을 순차적으로 실시함으로써, 필드에서 발생할 고장의 검출력을 높일 수 있을 뿐 아니라 시험 시료 수도 적게 투입할 수 있다.
본 연구에서는 자동차 전장품의 환경시험 규격의 비교를 위해 먼저 국제 규격인 IEC 60068-1을 통해 환경 인자와 그로 인해 발생하는 고장을 파악하고 자동차 A사, B사, C사의 규격을 시험 종류에 따라 분류하였다. 그리고 국제표준인 ISO 16750을 기준으로 자동차 제조사 A사, B사, C사 규격의 시험 항목과 조건을 연구하였다. A사 규격은 기계적 시험, 기후 시험, 화학 시험, 수명 시험으로 분류되어 있었으며, B사 규격은 기계적 시험, 기후 시험, 동봉시험으로 분류되어 있다.
진동 내구 시험은 엔진, 기어박스, 유연한 플리넘 챔버, 스프링 상중량(차체), 스프링 하중량, 연료 레일(GDI, 시스템이 있는 가솔린 엔진), 단단한 흡입 다기관, 배기관으로 승용차 부품의 장착위치가 나누어져 있다. 기계적 충격 시험은 도어나 플랩, 차체와 프레임위의 강고한 지점, 기어박스로 장착 위치가 나누어져 있었다. 또한, 자유 낙하 시험, 표면강도/긁힘 및 마찰에 대한저항성 시험, 자갈 충격 시험이 포함되어 있다.
ISO 16750은 국제 표준으로 차량 및 전장품에 자주 발생하는 환경 조건에 대한 지침을 제공하고 있다. 본 논문에서는 IEC 60068-1 규격을 통한 환경 인자의 주요 영향을 소개한 후, 자동차 제조사의 시험 규격을 분석 후 비교 및 평가하였다. 그리고 ISO 16750을 중심으로 제조사 3사 간의 규격 연구를 수행한 후 환경시험에서의 자동차 전장품 규격들과 국제 표준에 대해 비교, 평가하였다.
본 연구에서는 ISO 16750의 시험 항목을 국가표준인 MIL-STD-810G와 앞서 다루었던 자동차 제조 3사의 순서를 반영하여 경영과학 기법으로 최대한 반영할 수 있도록 하였다.
본 연구에서는 자동차 전장품의 환경시험 규격의 비교를 위해 먼저 국제 규격인 IEC 60068-1을 통해 환경 인자와 그로 인해 발생하는 고장을 파악하고 자동차 A사, B사, C사의 규격을 시험 종류에 따라 분류하였다. 그리고 국제표준인 ISO 16750을 기준으로 자동차 제조사 A사, B사, C사 규격의 시험 항목과 조건을 연구하였다.
이러한 연구 결과를 바탕으로 국제 표준 ISO 16750에 MIL-STD-810G 및 자동차 제조 3사의 규격에 가중치를 부여하여 유전 알고리즘을 활용한 ISO 16750의 시험 순서를 결정하였다. 5가지 경우의 가중치에 따라 순서가 정해졌으며 가중치를 다르게 배분하여도 공통적인 순서 구간이 존재하였으나 그 외 구간은 가중치에 따라 상이 하였다.
먼저, 환경시험 국제 규격인 IEC 60068-1(2013)으로 환경 인자의 주요 영향 및 고장을 살펴본다. 이를 토대로 A사, B사, C사 자동차 전장품 표준 규격의 연구를 통해 ISO 16750과 A사, B사, C사의 시험 항목을 비교한다.
수명시험의 경우, 의도된 고장 발생을 통한 수명을 측정하기 위해서 스트레스를 사용조건보다 가혹하게 인가하여 시험을 수행하여 수집한 데이터를 사용조건으로 외삽하여 수명을 추정한다. 이에 대한 연구는 이미 많이 이루어졌으므로 환경시험 규격을 통하여 전장품에 대한 시험의 목적 및 용도를 파악하고 국제 규격과 표준을 중심으로 각 제조사 규격별 환경시험의 항목과 각 규격 간 차이점에 대하여 비교한다. 그리고 ISO 16750의 시험 순서를 각 제조사와 MIL-STD-810G에 가중치를 부여하여 시험 순서를 제시하였다.

대상 데이터

수명 시험은 A사와 C사가 시행하고 있으며 화학 시험은 A사와 C사, 동봉 시험은 B사만 수행하고 있다. 수명 시험을 실시한 회사는 A사와 C사이다. A사의 수명 시험은 고온 내구 시험, 조종 장치 내구(controls durability) 시험, 기계적 마모 시험, 85/85 고온-고습 내구 시험이 있다.

이론/모형

그 방법으로 MIL-STD-810G, 제조 3사의 시험 순서에 가중치를 부여하여 ISO 16750의 시험 항목이 그 순서를 따르는 경우 가중치를 주었고 [Table 7], [Table 8], [Table 9], [Table 10]에서 가중치를 부여하는 시험 항목을 정리하였다. 시험 순서가 중복되는 경우는 [Table 11]에서 정리하고 표준 또는 해당 제조사의 가중치를 합하였다.
본 논문에서는 환경시험에서 국제 표준과 자동차 3사 A사(미국), B사(미국), C사(유럽)의 규격을 비교하여 자동차 제조 3사 규격과 국제 표준의 연관성을 연구한다. 먼저, 환경시험 국제 규격인 IEC 60068-1(2013)으로 환경 인자의 주요 영향 및 고장을 살펴본다. 이를 토대로 A사, B사, C사 자동차 전장품 표준 규격의 연구를 통해 ISO 16750과 A사, B사, C사의 시험 항목을 비교한다.
앞서 시행한 규격의 비교를 통해 ISO 16750의 시험 순서를 결정하는데 유전 알고리즘을 활용하였다. MIL-STD-810G와 제조사 별로 가중치를 다르게 배정하였고, MIL-STD-810G 또는 제조사의 순서를 따르면 가중치가 증가하는 방법을 택하였다.
최대화를 위한 기법에는 유전 알고리즘 기반의 진화해법을 이용하였고 아래의 식은 ISO 16750 시험 순서 최적화를 위한 수리적 모델링이다.

성능/효과

분석 결과, ISO 16750의 시험 항목 11→15 순서와 16→22, 14→21, 3→6→7 순서는 5가지 상황에서 모두 적용됨을 알 수 있었으며 2→3→6→7→1→5→18과 11→15→20→17→16→22 순서는 MIL-STD-810G의 가중치가 Company A와 Company B가 같을 때 공통적으로 나타났으며, 11→15→20→18 순서는 MIL>COM, MIL=COM, MIL=C인 경우에 공통적으로 나타났다.

후속연구

또한, 자유 낙하 시험, 표면강도/긁힘 및 마찰에 대한저항성 시험, 자갈 충격 시험이 포함되어 있다. 기후적 시험은 저온 방치 동작 시험, 고온 방치 동작 시험, 온도 스텝시험, 온도 싸이클 내구 시험, 열충격 시험, 빙수충격/살수 시험, 빙수충격/침수 시험, 염수분무/부식 시험, 염수분무/누설/기능 시험, 고온 고습 싸이클 시험, 조합 온습도 싸이클 시험, 결로 시험, 고온 고습 일정 시험, 유동 혼합 기체부식 시험, 일사 시험, 먼지 시험이 포함되어 있다. 화학적 시험은 화학 부하 환경시험이 있다.
이러한 고찰을 통해서 단일 자동차 전장품 환경시험 연구뿐만 아니라 환경시험에 대한 범용적인 시야를 가져갈 수 있으므로 국제 표준이 현재 산업에 얼마나 반영되어있는지 가늠할 수 있다. 향후 ISO 표준 및 기타 환경시험 규격의 개정 시에 기존보다 현실에 적합한 기준을 수립할 수 있을 것으로 기대할 수 있다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	자동차 전장품에 높은 신뢰성이 요구되는 이유는?	운송 수단에 사용되는 전장품은 사용자의 안전과 직결되어있으므로 높은 수준의 안전성과 신뢰성을 요구한다. 그러나 신뢰성 메커니즘의 한계로 실제 사용조건에 발생하는 고장은 재현 및 방지에 어려움이 존재한다.
	신뢰성 시험의 환경시험을 순차적 시험으로 실시할 때 이점은 무엇인가?	그리고 ISO 16750의 시험 순서를 각 제조사와 MIL-STD-810G에 가중치를 부여하여 시험 순서를 제시하였다. 환경시험을 순차적으로 실시함으로써, 필드에서 발생할 고장의 검출력을 높일 수 있을 뿐 아니라 시험 시료 수도 적게 투입할 수 있다. 따라서, 최근 자동차 제조사에서는 단일 시험이 아닌 순차적 시험을 실시하고 있다.
	전장품 신뢰성 메커니즘의 한계로 존재하는 어려움은?	운송 수단에 사용되는 전장품은 사용자의 안전과 직결되어있으므로 높은 수준의 안전성과 신뢰성을 요구한다. 그러나 신뢰성 메커니즘의 한계로 실제 사용조건에 발생하는 고장은 재현 및 방지에 어려움이 존재한다. 이를 해결하기 위한 새로운 개념의 신뢰성 시험 메커니즘이 요구된다.

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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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