[논문]국외구매 대함유도탄의 운용 플랫폼에 따른 검사 주기 분석

허장완

doi:10.20910/jase.2021.15.1.63

국외구매 대함유도탄의 운용 플랫폼에 따른 검사 주기 분석
Analysis of Inspection Interval according to the Operating Platform of Overseas Purchase Missile 원문보기

항공우주시스템공학회지 = Journal of aerospace system engineering, v.15 no.1, 2021년, pp.63 - 71

허장완 (해군전력분석시험평가단)

초록
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한국해군은 1978년에 하푼 유도탄을 최초 도입 후 단계적인 획득을 통하여 현재까지 운용하고 있다. 하푼 유도탄을 장기 운용함에 따라 성능보장을 위한 적극적인 후속 군수지원이 필요하며, 유도탄 검사는 유도탄 상태를 확인하기 위한 기본 활동이다. 본 연구는 장기간 운용 중인 하푼 유도탄의 기존 검사주기가 적절한지 확인하기 위하여 수행되었으며, 연구 방법은 해군의 야전운용자료를 바탕으로 Martinez 이론과 비모수적 MCF 기법을 활용하여 운용 기간에 따른 구간별 검사주기를 분석하여 제시하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

The South Korean Navy has operated Harpoon guided missiles through step-by-step acquisition after adopting them for the first time in 1978. As Harpoon guided missiles have been operated for a long time, it is necessary to make an active follow-up logistics support to guarantee their performance. Inspection of guided missiles is a basic activity to check the status of missiles. This study was conducted to check if the existing inspection interval of Harpoon guided missiles that have been operated for a long time was appropriate. Regarding research methods, based on the Navy's field operation materials, this study analyzed and presented inspection interval by section according to the period of operation, utilizing the Martinez's theory and a non-parametric MCF technique.

주제어

표/그림 (13)

그림 Fig. 1 Diagram of Missile
그림 Fig. 2 Ship-to-Ship(left) and Ground-to-Ship(right) Missile launches
표 Table 1 Performance of Harpoon Missiles
그림 Fig. 3 Martinez Model
표 Table 2 Operating Environment of Harpoon Missiles
그림 Fig. 4 Case of the Utilization of the Fitted Regression Line of Non-Parametric MCF
그림 Fig. 5 Procedures of Analysis of the Inspection Interval of Harpoon Missiles
그림 Fig. 6 Incident of Failure in Harpoon
그림 Fig. 7 Ship-to-Ship, Ground-to-Ship Missiles MCF
그림 Fig. 8 Estimation of the Fitted Regression Lines of Ship-to-Ship Missiles Sections 1 & 2
그림 Fig. 9 Estimation of the Fitted Regression Lines of Ground-to-Ship Missiles Sections 1 & 2
그림 Fig. 10 Result of Analysis of the Inspection Interval of Harpoon Missiles
표 Table 3 Result of reliability analysis

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구는 국해군의 주요 무기체계 중 하나인 하푼 유도탄의 운용 플랫폼에 따른 검사 주기를 분석하기 위하여 수행되었다. 해군의 야전운용자료를 바탕으로 Martinez 이론과 비모수적 MCF 기법을 활용하여 운용 기간에 따른 구간별 검사 주기를 분석하였다.
이러한 측면에서 한국해군은 미국 제작사에서 권고한 검사주기를 참고하되, 한반도의 해양 및 작전환경에서 축적된 수명자료를 분석하여 하푼 유도탄의 검사주기를 조정할 필요가 있다. 이를 위하여본 연구는 한국해군에서 보유한 하푼 유도탄 수명자료와 선행연구에서 제시된 이론들을 활용하여 하푼 유도탄의 검사주기를 조정하기 위하여 수행되었다.
함대함과 지대함 하푼은 운용 및 저장 기간에 목표 신뢰도를 충족하는 성능을 보장하기 위하여 검사를 수행한다. 유도탄 검사의 종류에는 정기검사, 임시검사가 있으며, 검사 결과 고장이 식별되면 정비를 수행한다.

가설 설정

그러므로 Martinez 모형 활용 시 각 단계의 검사장비는 내재한 고장을 모두 탐지할 수 있다고 가정을 단순화 (#)하고, 검사로 인해 발생하는 유도탄의 고장과 전원 on-off 고장율은 무시(#)하도록 가정한다. 결국, Martinez 모형의 4단계만 적용하여 사용하는 것이며, 이를 반영한 검사 주기 선정을 위한 신뢰도는 Eq.

제안 방법

1단계는 하푼 유도탄의 수명자료를 수집/분석하는 단계이며, 표본이 대표성을 갖기 위해 모집단에서 임의 추출 방법으로 선정한 표본에 대하여 수명자료를 수집한다. 2단계는 하푼 유도탄의 수명자료를 활용하여 Nelson의 알고리즘에 따라 비모수 분석으로 MCF를 계산하고, MCF 기울기의 증감이 관찰된다면 각 구간에서 통계적으로 유의미한 선형회귀선을 구하여 고장율을 추정한다. 3단계는 하푼 유도탄의고장율을 단순화한 Martinez 모형에 입력하여 신뢰도 함수를 구하고, 이를 목표 신뢰도(0.
2단계는 하푼 유도탄의 수명자료를 활용하여 Nelson의 알고리즘에 따라 비모수 분석으로 MCF를 계산하고, MCF 기울기의 증감이 관찰된다면 각 구간에서 통계적으로 유의미한 선형회귀선을 구하여 고장율을 추정한다. 3단계는 하푼 유도탄의고장율을 단순화한 Martinez 모형에 입력하여 신뢰도 함수를 구하고, 이를 목표 신뢰도(0.8 이상)와 비교하며 검사주기를 분석한다.
선형회귀선을 활용한 각 구간별 고장율을 도출하기 위해서는 MCF 기울기의 변화 지점인 변곡점을 선정해야 한다. 이를 위해서 비모수 MCF 분석에서 통용되는 그래프에 대한 시각 확인과 병행하여, MCF의 각 점과 구간별 선형회귀선의 상관관계를 의미하는 R-제곱이 90% 이상이 되는 운용 기간(일)을 계산하여 선정하였다.
유도탄을 각 40발씩 임의 추출하였다. 임의 추출한 유도탄은 로그북을 열람하여 신뢰도 함수의 확률변수인 고장간 시간 간격을 중점적으로 수집하였다. 고장간 시간 간격은 고장을 정의하는 기준에 따라 그 값에 차이가 발생하므로 고장을 어떻게 정의하는지가 중요하다.
지대함 하푼도 함대함 하푼과 동일한 방법을 적용하여 5, 840일을 변곡점으로 1구간과 2구간으로 구분하였다. 지대함 하푼의 1구간 선형회귀선 추정 결과 R- 제곱이 97.
함대함 및 지대함 하푼 유도탄의 검사주기를 분석하기 위하여 해군이 보유한 유도탄 중 운용 기간이 30년 이상인 유도탄을 각 40발씩 임의 추출하였다. 임의 추출한 유도탄은 로그북을 열람하여 신뢰도 함수의 확률변수인 고장간 시간 간격을 중점적으로 수집하였다.

대상 데이터

본 연구에서는 수명자료가 상대적으로 잘 관리되어 기술적 분석이 가능한 함대함 하푼과 지대함 하푼을 연구대상으로 선정하여 분석하였다.

데이터처리

9에 따라 계산하였다. 실제 MCF 계산은 상용 통계 도구인 Minitab18으로 수행하였으며, 함대함 및 지대함 하푼의 MCF 계산 결과 Fig. 7 과 같이 MCF의 기울기가 증가하였다. 선형회귀선을 활용한 각 구간별 고장율을 도출하기 위해서는 MCF 기울기의 변화 지점인 변곡점을 선정해야 한다.

이론/모형

실제로 특정 품목의 신뢰도 추이 분석, 특정 시점에서의 고장율 혹은 고장간 평균 시간 추정 등에 자주 사용되고 있다. 비모수적 MCF의점 추정치는 다양한 관측 길이를 가지는 경우에 적합한 Nelson의 알고리즘을 이용하여 ① ~ ⑤에 따라 계산한다[12].
속도는 864 km/h로 아음속이며, 사거리는 개발 모드에 따라 93 ~ 315 km이다. 탄두 중량은 231 kg이며, 유도방식은 능동유도 방식을 사용한다. 하푼 유도탄은 함정, 발사차량, 항공기, 잠수함을 운용플랫폼으로 사용할 수 있어서 전술적 운용성이 높은 무기이다.
해군의 야전운용자료를 바탕으로 Martinez 이론과 비모수적 MCF 기법을 활용하여 운용 기간에 따른 구간별 검사 주기를 분석하였다. 함대함 하푼 유도탄은 운용 기간 4, 380일 경과 시 신뢰도 저하로 검사 주기 단축이 필요하다.

성능/효과

749로 저하된다. 연구 결과를 정리하면 함대함 및 지대함 하푼 모두 장기간 운용 시 노화가 진행된다. 각 유도탄 운용 1구간에서는 기존 검사 주기 1, 460일(4년)이 목표 신뢰도인 0.
지대함 하푼의 1구간 선형회귀선 추정 결과 R- 제곱이 97.2%이고, 선형회귀선의 기울기는 0.000085로 도출되었다. 지대함 하푼의 2구간 선형회귀선 추정 결과 R-제곱이 97.
000085로 도출되었다. 지대함 하푼의 2구간 선형회귀선 추정 결과 R-제곱이 97.8%, 선형회귀선의 기울기는 0.000202로 도출되었다. 지대함 유도탄은 운용 기간 5, 840일 경과 시 MCF 회귀선의 기울기가 0.
구분할 수 있다. 함대함 하푼의 1구간 선형회귀선 추정 결과 R-제곱이 93.8%이고, 선형회귀선의 기울기는 0.000112로 도출되었다. 함대함 하푼의 2구간 역시 선형회귀선 추정 결과 R-제곱이 96.
000112로 도출되었다. 함대함 하푼의 2구간 역시 선형회귀선 추정 결과 R-제곱이 96.8%이고, 선형회귀선의 기울기는 0.000323으로 도출되었다. 함대함 하푼은 운용 기간 4, 380일 경과 시 MCF 회귀선의 기울기가 0.

후속연구

8을 달성할 수 없으므로 검사 주기를 조정해야 한다. 다만 유도탄의 검사 주기 조정은 유도탄의 성능보장에 직접적인 영향을 미치는 사항으로서, 해군 주관부서에서 유도탄 검사 물량 및 정비 인력 등을 종합 검토하여 조정해야 할 것이다.
향후 연구로는 운용 기간 경과에 따른 신뢰도 저하가 함대함 하푼이 지대함 하푼보다 큰 것으로 확인되었으므로 원인분석 및 관리방안을 연구할 예정이다.

참고문헌 (13)

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H. W. Kim, W. Y. Yun, "Reliability Analysis for One-Shot Systems with Periodic Inspection", Journal of the Korean Institute of Industrial Engineers, Vol. 42, No. 1, pp. 22, 2016
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https://en.wikipedia.org/wiki/Harpoon_(missile)
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S. J. Lim et. al, "A Study on How to Select the Optimal Inspection Cycle for a One-shot System Using Storage Reliability Analysis", Korean Institute of Industrial Engineers, Fall Conference 2016, pp. 2313-2323, 2016
H. W. Kim, W. Y. Yun, "Reliability Analysis for One-Shot Systems with Periodic Inspection", Journal of the Korean Institute of Industrial Engineers, Vol. 42, No. 1, pp. 20-29, 2016

원문보기 상세보기
D. K. Kim, W. S. Kang, S. J. Kang, "A Study on Storage Reliability Determination Model for One-shot System", Journal of the Korean Operations Research and Management Science Society, Vol. 38, No.1, pp. 3, 2013.
MIL-HDBK-217F(NOTICE 2), Military Handbook : Reliability Prediction of Electronic Equipment, pp. 9-1 - 20-1, 1995
S. K. Seo, Minitab Reliability Analysis, eretech, pp. 510-512, 2015
I. Y. Na, "A Research of the Reliability Analysis and Application Method Based on Non-parametric Using Field Data", Journal of Korea Institute of Science & Technology Vol.13. No.4, pp. 596, 2016

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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