[논문]이원배치법을 이용한 공기압 실린더의 가속수명시험에 관한 연구

강보식; 김형의; 유영철

이원배치법을 이용한 공기압 실린더의 가속수명시험에 관한 연구
Research on accelerated life test of pneumatic cylinder using two-way factorial design 원문보기

강보식 (한국기계연구원 신뢰성평가센터) , 김형의 (한국기계연구원 신뢰성평가센터) , 유영철 (한국기계연구원 신뢰성평가센터)

In this study, we researched how to estimate life-stress relationship and acceleration factor through performing accelerated life test and analyzing it. The purpose of this study is to predict life of pneumatic cylinder within short time which is widely used in automation manufacturing line. In design of accelerated life test, we selected operating pressure and load that have the most influence on main failure mode of pneumatic cylinder as accelerated factor. We used two-way factorial design for arranging of test condition to accelerated factor and accelerated level.

* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

따라서 본 논문에서는 수명시험 시간을 단축할 수 있는 가속수명시험을 설계하는 방법과 시험을 수행하고 분석하여 수명-스트레스 관계 및 가속 계수를 찾는 방법에 대해 소개하고자 한다. 또한 가속수명시험 설계는 공기압 실린더의 주 고장모드에 가장 큰 영향을 주는 작동압력과 사용부하를 가속인자(Accelerated factor)로 선정하고 이원 배치법을 이용하여 2개의 가속인자와 각각의 인자별 3개 가속수준(Accelerated level)에 대해 시험 조건을 배치하였다.
본 논문은 이원배치법을 이용하여 시험 조건을 설계하고, GLL 모형을 이용하여 복합 가속수명 데이터를 분석하는 방법에 대하여 제안하였다.

제안 방법

가속수명시험 조건의 설계는 사용부하와 압축공기의 작동압력을 가속인자로 결정하여, 사용부하 1.9kg, 5kg, 10kg의 3개 가속수준과 작동압력 6.3bar, 8bar, 12bar의 3개 가속수준에 대하여 Table 2와 같이 이원배치법을 이용하여 배치한다.
가속수명시험은 Fig. 2와 같은 장비를 구축하여, 공기압 실린더의 헤드 측과 로드 측에 시험 압력(6.3bar, 8bar, 12bar)을 교대로 인가하고, 로드 측에 중량물(1.9kg, 5kg, 10 kg)을 부착하여 최대 스트로크(Stroke) 까지 왕복하는 것을 1사이클로 시험을 수행하였다.
공기압 실린더의 주고장 모드인 누설에 가장 영향을 많이 주는 사용부하와 작동압력을 가속인자로 선정하고, 각각의 인자별 3수준에 대해 이원배치법을 이용하여 복합 가속수명시험 조건을 설계하였다. 또한 시험의 효율을 높이기 위해 신뢰성 척도를 추정하기 위한 최소한의 시험 조건인 1단계(5개 시험조건)와 이의 검증을 위한 2단계(4개 시험조건)로 나누워 시험을 진행하였다.
가속수명시험 조건 설계 및 시험의 타당성을 확인하기 위해서는 시험 데이터의 가속관계 성립 여부 확인이 매우 중요하다. 따라서 Fig. 4와 같이 시험 조건별 수명데이터를 와이블 확률지에 타점하여 적합한 직선들의 기울기가 유사한지 확인하는 도시적 방법과 직선의 기울기를 의미하는 형상모수의 동일성을 검정하는 가설검정 방법을 사용하였다. 분석결과 Fig.
또한 GLL 모형을 이용하여 수명-스트레스 관계를 분석하고, 사용수준에서의 수명 및 가속모델을 추정하였다. Fig.
따라서 본 논문에서는 수명시험 시간을 단축할 수 있는 가속수명시험을 설계하는 방법과 시험을 수행하고 분석하여 수명-스트레스 관계 및 가속 계수를 찾는 방법에 대해 소개하고자 한다. 또한 가속수명시험 설계는 공기압 실린더의 주 고장모드에 가장 큰 영향을 주는 작동압력과 사용부하를 가속인자(Accelerated factor)로 선정하고 이원 배치법을 이용하여 2개의 가속인자와 각각의 인자별 3개 가속수준(Accelerated level)에 대해 시험 조건을 배치하였다.
공기압 실린더의 주고장 모드인 누설에 가장 영향을 많이 주는 사용부하와 작동압력을 가속인자로 선정하고, 각각의 인자별 3수준에 대해 이원배치법을 이용하여 복합 가속수명시험 조건을 설계하였다. 또한 시험의 효율을 높이기 위해 신뢰성 척도를 추정하기 위한 최소한의 시험 조건인 1단계(5개 시험조건)와 이의 검증을 위한 2단계(4개 시험조건)로 나누워 시험을 진행하였다.
본 논문에서는 사용부하(W)와 작동압력(P) 2개의 스트레스(가속인자)에 대한 복합 가속수명시험을 수행한다.
3과 같이 적합도 검정을 수행하였다. 분석 결과 분포의 적합성을 나타내는 상관계수(Correlation coefficient) 값이 1(직선)에 가까울수록 수명분포로 적합함을 나타내므로, 본 논문의 수명 데이터의 수명분포는 와이블 분포로 결정하였다.
수명-스트레스 모형을 통하여 각각의 시험조건에서의 시험 데이터를 Fig. 8과 같이 사용조건(1.9kg, 6.3bar)으로 변환하고, 사용조건에서의 수명 예측 및 가속 계수를 도출하였다.

데이터처리

수명 데이터의 수명분포를 추정하기 위하여 와이블분포(Weibull distribution), 대수정규분포(Lognormal distribution), 지수분포(Exponential distribution), 정규분포(Normal distribution) 4개의 대표적인 수명분포에 대하여 MINITAB 통계분석 소프트웨어를 이용하여 Fig. 3과 같이 적합도 검정을 수행하였다. 분석 결과 분포의 적합성을 나타내는 상관계수(Correlation coefficient) 값이 1(직선)에 가까울수록 수명분포로 적합함을 나타내므로, 본 논문의 수명 데이터의 수명분포는 와이블 분포로 결정하였다.
위의 분석 결과를 통하여 가속성이 성립함으로 ALTA 신뢰성 소프트웨어를 이용하여 동일한 형상모수 β=3.3654를 추정하고, 각각의 시험조건에 대해 Fig. 5와 같이 와이블 확률지에 도시하였다.

이론/모형

수명-스트레스 관계 모형은 여러 개의 스트레스를 인가하는 복합 가속수명시험 분석에 폭넓게 응용이 가능하도록 일반화시킨 GLL(General Log-Linear) 모형을 사용한다. GLL 모형은 스트레스의 종류에 따라 Arrhenius 모형, Inverse Power Law(IPL) 모형 등이 결합된 복합모형으로 변환이 가능하다.
시험 데이터에 대한 분석은 수명분포로 와이블 분포를 채택하고, 가속 모형은 GLL 모형을 이용 하였다. 그 결과 Table 7과 같이 와이블분포 형상 모수는 3.

후속연구

본 논문은 현재 1단계의 시험 데이터만을 확보한 상태로 수명분포 모수 및 가속 모형 모수 도출과정 및 분석방법에 대하여만 소개하고, 추후 시험을 진행하여 검증 과정을 수행할 예정이다.
이 분석결과를 사업계에서 응용하면, 공기압 실린더의 수명시험 시간 및 시험평가 비용이 많이 감소될 것으로 기대된다.
추후 2단계의 시험이 완료되면, 본 논문을 통하여 도출된 신뢰성 척도의 검증 방법 및 과정을 소개할 계획이다.

핵심어

질문

논문에서 추출한 답변

공기압 실린더는 어떤 분야에서 폭넓게 사용되는가?

공기압 실린더는 자동화 생산라인 등의 다양한 산업분야에서 폭넓게 사용되고 있는 부품으로, 고장이 발생하면 전체 시스템에 막대한 손실을 야기 시킬 수 있어 신뢰성에 대한 중요성 및 소비자의 요구수준이 날로 증대되고 있는 추세이다. 그러므로 빠른 시간 안에 수명을 예측하여 제품의 신뢰성을 확보하기 위한 신뢰성시험 및 분석 방법에 대한 연구가 절실히 필요하다.

공기압 실린더의 주요 구성품은?

공기압 실린더는 압축공기의 흐름을 이용하여 왕복운동을 하는 공기압 시스템의 핵심 구동 장치로 주요 구성품은 구동부인 피스톤과 피스톤 로드, 실린더 튜브, 기밀을 위한 각종 패킹(씰) 등으로 구성되며, 세부 구조는 Fig. 1과 같다.

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
저장형식	Text(ASCII format) Excel format RefWorks Direct Export RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format

연합인증

이원배치법을 이용한 공기압 실린더의 가속수명시험에 관한 연구
Research on accelerated life test of pneumatic cylinder using two-way factorial design 원문보기

Abstract ▼ AI-Helper

AI 본문요약
AI-Helper

문제 정의

제안 방법

데이터처리

이론/모형

후속연구

질의응답

이 논문을 인용한 문헌

관련 콘텐츠

원문 보기

이 논문과 함께 이용한 콘텐츠

AI-Helper ※ AI-Helper는 오픈소스 모델을 사용합니다.

선택된 텍스트

연합인증

이원배치법을 이용한 공기압 실린더의 가속수명시험에 관한 연구 Research on accelerated life test of pneumatic cylinder using two-way factorial design 원문보기

Abstract ▼ AI-Helper

AI 본문요약 엑셀 다운로드 AI-Helper

문제 정의

제안 방법

데이터처리

이론/모형

후속연구

질의응답

이 논문을 인용한 문헌

관련 콘텐츠

원문 보기

이 논문과 함께 이용한 콘텐츠

AI-Helper ※ AI-Helper는 오픈소스 모델을 사용합니다.

선택된 텍스트

이원배치법을 이용한 공기압 실린더의 가속수명시험에 관한 연구
Research on accelerated life test of pneumatic cylinder using two-way factorial design 원문보기

AI 본문요약
AI-Helper