[논문]사업장의 체계적인 안전관리업무 효율화 방안(화학설비 시스템의 이상고장진단을 위한 Expert System 개발중심으로)

김두환; 오재응; 김우택; 이충휘; 신준

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김두환 (산업안전보건연구원) , 오재응 (한양대학교 기계공학부) , 김우택 (한양대학교 자동차공학과) , 이충휘 (한양대학교 자동차공학과) , 신준 (원주대 동력기계과)

화학공장에서 사고의 원인은 설비의 이송 체결부에서 유해화학 물질의 누출에 의한 경우가 큰 비중을 차지한다. 따라서, 설비의 접합 체결부에서 발생되는 누출현상은 진동원에 대한 이상을 제거하지 않는 한 계속 발생되므로 설비의 주기적인 감시기능이 필수적으로 요구되지만 현재까지는 작업자의 오감에 의하여 정성적인 평가로 대치하는 경우가 대부분이다. (중략)

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문제 정의

따라서 본 연구에서는 중소 화학 공장의 안전관리 업무의 효율화를 기하고 정량적인 안전기술 향상을 도모할 수 있는 방법과 화학 설비의 진동 현상을 파악하고 이상을 조기에 진단하여 예방정비를 수행할 수 있는 설비 진단용 전문가 시스템의 개발을 최종 목표로 진동 데이터 수집 및 모니터 링 시스템을 퍼지 추론을 이용한 진단 시스템을 개발하여 실험을 통해 진단 전문가 시스템의 성능을 평가하였다.

제안 방법

본 연구에서 화학 설비의 이상올 감지하기 위한 진단시스템을 구축하는 1단계로서 진동 신호의 1채널을 사용하여 진단시스템의 prototype을 구축하였지만 향후 다채널로의 확장을 위하여 기본 구조는 다채널용으로 구성하였다. 또한, 본 연구를 통해 개발한 진단 소프트웨어는 진동 센서로부터 입력된 정보를 각종 신호처리기법을 거쳐 가공한 후 퍼지 추론 방식을 통하여 진단 결과를 산출하게 되는데 특징은 다음과 같다
본 연구에서 화학 설비의 이상올 감지하기 위한 진단시스템을 구축하는 1단계로서 진동 신호의 1채널을 사용하여 진단시스템의 prototype을 구축하였지만 향후 다채널로의 확장을 위하여 기본 구조는 다채널용으로 구성하였다. 또한, 본 연구를 통해 개발한 진단 소프트웨어는 진동 센서로부터 입력된 정보를 각종 신호처리기법을 거쳐 가공한 후 퍼지 추론 방식을 통하여 진단 결과를 산출하게 되는데 특징은 다음과 같다
본 연구에서는 설비별로 측정된 진동 데이터를 각종 신호처리 기법을 이용하여 필요한 정보로 변환한 후 진단에 사용되는 지표들을 추출하는 방식을 사용하였다. 진단 지표로는 [표2-2]에 나타난 바와 같이 회 전기계의 이상을 가장 효과적으로 감시할 수 있는 RMS와 1차 회전주파수를 기본 진단지표로 설정하였으며 사이드 밴드, 고차 하모닉 성분, 축 방향의 진동 레벨 등을 보조 진단지표로 활용하였다.
중소 사업장의 안전업무처리 간소화에 따른 문제점 해결방안을 찾기 위해 각종 화학 설비 이상 고장 진단 시스템의 실태를 교육원 화학 공정 전문 과정, 실무 안전관리자과정, 울산, 여천, 석안회 회원 및 지도원 순회 교육 시 참석자 200명을 대상으로 설문서를 배포 작성 후 직접 회수하여 통계 처리하였다. 사업장에서 안전관리를 계획적으로 추진하고 매년 사고 통계작성을 프로그램화하여 활용하는 사업장은 34.
본 연구에서는 설비별로 측정된 진동 데이터를 각종 신호처리 기법을 이용하여 필요한 정보로 변환한 후 진단에 사용되는 지표들을 추출하는 방식을 사용하였다. 진단 지표로는 [표2-2]에 나타난 바와 같이 회 전기계의 이상을 가장 효과적으로 감시할 수 있는 RMS와 1차 회전주파수를 기본 진단지표로 설정하였으며 사이드 밴드, 고차 하모닉 성분, 축 방향의 진동 레벨 등을 보조 진단지표로 활용하였다.

대상 데이터

본 연구에서는 5개 회사에 2회의 현장 실험을 이송 펌프와 반응기를 주 대상으로 선정하였다. [그림3-1]의 (a)와 (b)는 펌프와 반응기에 대한 진단 실험을 시행하기 전 초기 데이터의 입력 화면이다.

성능/효과

산업 현장의 생산설비 가동 중에 가스, 유해위험 물질이 누출된 적이 있는가 라는 질문에 있다. 49.2%, 없다 50.8%로 반반이었으며 이때 작업상태는 정상 상태에서 누출이 49.3% 정기 정비 중이 21.1% 임시점검 및 비정상 가 동시에 18.4%가 누출되어 설비의 이상 고장 상태를 정상 가동 시 예지 할 수 있는 진단설비가 요구됨을 알 수 있다
다. 데이터 수집을 위한 장치와 컴퓨터와의 인터페이스 기능을 수행할 수 있는 진단 모니터링 시스템을 하드웨어 및 소프트웨어 모듈을 개발하여 진단 실험 결과 우수한 진단 결과를 얻을 수 있었다.
중소 사업장의 안전업무처리 간소화에 따른 문제점 해결방안을 찾기 위해 각종 화학 설비 이상 고장 진단 시스템의 실태를 교육원 화학 공정 전문 과정, 실무 안전관리자과정, 울산, 여천, 석안회 회원 및 지도원 순회 교육 시 참석자 200명을 대상으로 설문서를 배포 작성 후 직접 회수하여 통계 처리하였다. 사업장에서 안전관리를 계획적으로 추진하고 매년 사고 통계작성을 프로그램화하여 활용하는 사업장은 34.4%로 안전관리 서류의 간 소화가 되지 못하고 있으며 사업장에서 요구되는 필요한 통계프로그램은 휴먼에러 방지 프로그램이 23.4%로 제일 많고 다음으로 안전진단 전문가 시스템 프로그램이 16.2%, 사고통계 분석 프로그램은 14.4% 등으로 이들 프로그램을 이용하여 근로자들의 불안전 행동을 예지하여 산업재해 예방에 근본적인 대안책으로 활용하겠다는 의지를 보여주고 있다. [그림2-1] 참조

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