[논문]유도탄의 신뢰도 예측 모델 개선에 관한 연구

서양우; 윤정환; 김희욱; 김정태

doi:10.14248/jkosse.2020.16.1.009

유도탄의 신뢰도 예측 모델 개선에 관한 연구
A Study on the Improvement of Reliability Prediction Model for Guided Missile 원문보기

시스템엔지니어링학술지 = Journal of the Korean Society of Systems Engineering, v.16 no.1, 2020년, pp.9 - 17

서양우 (LIG넥스원 ILS연구소) , 윤정환 (LIG넥스원 ILS연구소) , 김희욱 (LIG넥스원 ILS연구소) , 김정태 (LIG넥스원 ILS연구소)

Abstract ▼ AI-Helper

Currently, Storage Reliability is analyzed when predicting the reliability of guided missile. However, Mission Reliability and Logistics Reliability should be analyzed according to the definition of reliability in MIL-STD-785B. Therefore, it is necessary to accurately predict the reliability of guided missile based on the definition of reliability. In this paper, we proposed improved the reliability procedure and model for guided missile based on which the definition of reliability considering the mission profile. The proposed model can calculate the final failure rate by applying the ratio of the dormant and storage according to the mission profile. The proposed model has been confirmed to be more accurate than the existing model compared to the actual failure rate value. The results of this study can be useful for applying the reliability prediction to any guided missile.

주제어

표/그림 (8)

그림 [Figure 1] LSAR R&M parameter relationships[10]
표 Ammunition Classification[11]
그림 [Figure 2] Dormant Conversion Factors[19]
그림 [Figure 3] Procedure for Performing Reliability Analysis
그림 [Figure 4] Duty Cycle (Windchill Quality Solutions S/W)
그림 [Figure 5] Reliability Prediction Procedure of a One-shot System
그림 [Figure 6] Comparison of Original and New Model
표 Comparison of Reliability Prediction Result

AI 본문요약
AI-Helper

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문제 정의

본 논문에서는 유도탄 신뢰도 예측시 유도탄 운용개념을 고려한 군수신뢰도 산출을 위한 유도탄 신뢰도 예측 모델을 제시한다. 또한, 임무유형에 따른 비운용시간을 고려하여 고장률 모델을 기존 모델과 비교분석한다.
MIL HDBK 217F 규격은 전자장비 및 시스템의 고유가용도(Ai: inherent reliability)를 예측하기 위한 방법론이다. 신뢰도 척도 MTBF를 예측한다고 하면, 고유신뢰도의 값을 예측하는 것을 목적으로 한다. MTBF를 정비도 및 가용도간의 관계는 식(6) 의 형태로 표현되어지는데, 고유가용도는 이상적인 지원 환경에서 예방정비업무 없이 규정된 조건하에서 가동될 확률을 의미한다.
비운용시간을 고려시 전원인가, 수송, 취급 개념을 적용한 dormant 조건은 RADC TR 85 91규격을 준용해야 하며, storage 조건에서는 LC 82 1/2 규격을 적용해야 한다. 이에 따라, 본 논문에서는 유도탄의 신뢰도 예측 절차를 제시하였고, 이를 기반으로 유도탄 임무 유형을 고려한 신뢰도 예측 모델을 제시하였다.제시한 모델은 실제 필드데이터 고장률 값 대비 기존 모델보다 정확도가 향상됨을 확인하였다.

가설 설정

1) 유도탄의 운용환경 분석은 유도탄의 운용형태및 임무 유형을 분석하는 과정이다. 이 때, 시스템의 유형, 지원개념, 운용개념에 근간하여 선정한다.

제안 방법

3) 임무신뢰도는 임무와 관련된 신뢰도이며, MIL HDBK 217F 등 규격의 고장률 모델을 적용 하여 신뢰도 척도인 MTBCF(Mean Time Between Critical Failure)를 산출한다.
그림 1은 군수지원분석의 신뢰도 및 정비도 파라미터 관계를 제시하고 있다[10]. 고장률 모델에 적용하여 고장률을 산출한 후에 신뢰도 척도인 MTBF로 변환한다. MTBF는 비계획 정비와 관련된 척도로써 비계획 정비와 관련한 업무 빈도, 공구, 수리 부속품, 정비요원, 지원장비 등에 대한 소요를 분석 하는 업무를 수행하게 된다.
과거에는 dormant 조건에 대한 신뢰도 예측을 운용고장률 대비 10% 또는 0%로 분석하는 방법으로 진행하였다.
본 논문에서는 유도탄 신뢰도 예측시 유도탄 운용개념을 고려한 군수신뢰도 산출을 위한 유도탄 신뢰도 예측 모델을 제시한다. 또한, 임무유형에 따른 비운용시간을 고려하여 고장률 모델을 기존 모델과 비교분석한다.
종합군수지원은 운용 및 정비소요의 요구사항 기반으로 군수지원을 보장해 주는 제반 군수지원요소를 종합적으로 개발해야 한다. 신뢰도 예측 업무를 수행하여 고장이 발생되는 시점을 예측한 후 고장 빈도에 따라 정비를 수행하며, 이 때 필요한 군수지원 요소(정비계획, 표준화 및 호환성, 지원장비, 보급지원, 군수인력 운용, 군수지원 교육, 포장/취급/ 저장/수송 및 정비/보급 시설 등)를 식별한다. 즉, 신뢰도 예측 값을 기반으로 군수지원요소 분석 결과가 도출되어지기 때문에 기존 신뢰도 예측 모델의 정확도를 높이는 방법을 강구할 필요가 있다.
MTBF는 비계획 정비와 관련된 척도로써 비계획 정비와 관련한 업무 빈도, 공구, 수리 부속품, 정비요원, 지원장비 등에 대한 소요를 분석 하는 업무를 수행하게 된다. 신뢰도 예측 업무를 통해서 고장발생빈도를 활용하여 이후 관련된 정비도 분석 뿐만 아니라 군수지원분석 업무를 수행한다.
부품별 입력항목 즉, 신뢰도작업지 작성시에는 품질, 스트레스 값, 온도, 부품별 고유 값(용량, 형태 등) 등을 작성한다. 신뢰도 작업지를 작성한 후 신뢰도분석 S/W를 활용 하여 최종 목표인 고장률을 산출하는데, 이 때 시스템 레벨에서 환경, 임무주기를 입력하고 추가로 NPRD/ EPRD 활용하여 고장률을 산출한다.

데이터처리

본 항에서는 기존 및 제안한 신뢰도 예측 모델을 실제 데이터와 비교분석을 수행하였다. 기존 신뢰도 예측 모델에 적용하여 고장률을 유도하면 식(12)와 같다.

이론/모형

따라서, RADC 85 91 규격에 π cyc 이라는 장비 전원 on-off 주기 항목을 적용한다. Dormant Reliability는 RADC 85 91 규격을 준용하여 고장률을 산출한다.

성능/효과

2.1.3 MTBF MTBF는 고장간 평균시간으로 전체 운용시간/전체 고장수로 표현된다. MTBF는 수리가능한 품목에 대한 신뢰도 척도이다.
4) 군수신뢰도는 유도탄의 운용개념에 따라 Dormant Reliability 및 Storage Reliability로 구분한다. 운용개념이 운용탄인 경우에는 Dormant Reliability로 설정하고, 운용개념이 저장탄인 경우에는 Storage Reliability로 설정한다.
제시한 모델은 실제 필드데이터 고장률 값 대비 기존 모델보다 정확도가 향상됨을 확인하였다. 본 연구의 결과인 유도탄 신뢰도 예측 모델은 어떤 유도 탄에 대해서든 신뢰도 예측시 적용 가능하다.
이에 따라, 본 논문에서는 유도탄의 신뢰도 예측 절차를 제시하였고, 이를 기반으로 유도탄 임무 유형을 고려한 신뢰도 예측 모델을 제시하였다.제시한 모델은 실제 필드데이터 고장률 값 대비 기존 모델보다 정확도가 향상됨을 확인하였다. 본 연구의 결과인 유도탄 신뢰도 예측 모델은 어떤 유도 탄에 대해서든 신뢰도 예측시 적용 가능하다.
특히, 유도탄은 비운용상태로 보관 또는 운용되기 때문에 고장률이 낮을 수 밖에 없는 시스템이며, 추후 필드데이터가 많이 확보되면 개선된 신뢰도 예측 모델에 근접하는 그래프로 형성될 것으로 판단된다. 제안한 모델은 유도탄의 임무 유형을 근간으로 세분화하여 적용하였기 때문에 실제 데이터의 고장률 값 대비 기존 모델보다 정확도가 향상됨을 확인할 수 있었다. 체계개발단계에서 실제 신뢰성시험을 통해 필드데이터 분석 값을 활용할 수 없다면, 기존 유도탄 신뢰도 예측 모델보다 개선된 유도탄 예측 모델을 활용하여 좀 더 정확한 신뢰도 예측을 하는 것이 효율적이라고 판단된다.

후속연구

하지만, 유도탄이 배치된 후 운용유지단계에서 실제 필드데이터 분석을 통한 신뢰도 예측이 훨씬더 정확할 수 밖에 없다. 이에 향후에는 유도탄의 체계개발 단계에서의 신뢰도 예측 모델에서 확장하여 전력화 배치 이후의 필드데이터 모델의 확장성도 고려해야 할 필요가 있다.
이는 6∼10 구간까지 필드데이터 고장이 발생하지 않아서 시간에 따라 신뢰도가 저하되지 않았기 때문이다. 특히, 유도탄은 비운용상태로 보관 또는 운용되기 때문에 고장률이 낮을 수 밖에 없는 시스템이며, 추후 필드데이터가 많이 확보되면 개선된 신뢰도 예측 모델에 근접하는 그래프로 형성될 것으로 판단된다. 제안한 모델은 유도탄의 임무 유형을 근간으로 세분화하여 적용하였기 때문에 실제 데이터의 고장률 값 대비 기존 모델보다 정확도가 향상됨을 확인할 수 있었다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	이산확률변수와 연속확률변수의 차이는?	하지만, 유도탄이 성공, 실패라는 발사와 관련없이 nonoperating 시간 위주일때는 연속분포를 활용할수 있다. 이산확률변수는 주어진 시간 간격에서의 고장 수를 의미하고, 연속확률변수는 고장까지의 시간 즉, 장비의 고장간 평균시간으로 표현한다.
	국방분야에서는 평균수명을 고장간 평균시간(MTBF)이란 신뢰도 척도를 사용하는 이유는?	민수에서는 평균수명이란 용어를 널리 사용하는 반면, 국방분야에서는 평균수명을 고장간 평균시간(MTBF)이란 신뢰도 척도를 사용한다. 왜냐하면, 대부분 무기체계는 수리 가능한 품목이기 때문에 고장간 평균시간(MTBF) 를 산출하고 있기 때문이다. 한편, 함정의 선체나 항공기의 기체, 왕복엔진 같이 마모단계에서 완전분 해수리가 요구되는 품목에 한하여 내구수명이라는 용어를 사용하고 있다.
	평균 수명의 정의는 무엇인가?	신뢰도 척도인 평균수명은 어느 시점이 도래하면 무조건 더 이상 쓸 수 없다는 개념이 아니다. 평균 수명의 정의는 신뢰도 척도인 MTBF(Mean Time Between Failure) 및 MTTF(Mean Time To Failure)로 표현할 수 있는데, 수리가능여부에 따라서 수리해서 다시 쓰는 경우도 있고, 수리하지 않고 버릴 수도 있다는 개념이다. 민수에서는 평균수명이란 용어를 널리 사용하는 반면, 국방분야에서는 평균수명을 고장간 평균시간(MTBF)이란 신뢰도 척도를 사용한다.

참고문헌 (19)

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Um, C. S., Lee, D. K., and Rhee. J. M., The Storage Reliability Analysis Using Environmental Conditions and Operational Concept of Guided Missile, The Korean Reliability Society, pp. 232-237, 2016.
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Kim, D. K., Kang, W. S., and Kang, S. J., A Study on the Storage Reliability Determination Model for One-shot System, Journal of the Korean Operations Research and Management Science Society, Vol. 38, No. 1, pp. 1-13, 2013.
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System Reliability Toolkit, A Practical Guide for Understanding & Implementing a Program for System Reliability, Reliability Information Analysis Center, p. 463, 2005.

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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