초록 ▼

한국형고속철도 열차제어시스템 안정화를 위해 한국철도기술연구원에서는 시스템 안정화를 정량적으로 평가하기 위한 평균고장시간의 예측 및 입증을 수행하고, 유지보수체계를 구축을 위한 요구사항 도출을 위해 관련규격을 분석하여,한국형고속철도 열차제어시스템을 위한 유지보수체계를 제안하였다. LS산전(주)과 (주)대우엔지니어링은 각각 제작사별로 개발된 자동열차제어장치와 전자연동장치의 시운전시험을 통해 시제품의 기능보완사항을 설계에 반영하고, 시운전시 발생된 고장정보의 분석을 바탕으로 시스템 안정화를 추진하였으며, 한국철도기술연구원에서 제시한 MT

한국형고속철도 열차제어시스템 안정화를 위해 한국철도기술연구원에서는 시스템 안정화를 정량적으로 평가하기 위한 평균고장시간의 예측 및 입증을 수행하고, 유지보수체계를 구축을 위한 요구사항 도출을 위해 관련규격을 분석하여,한국형고속철도 열차제어시스템을 위한 유지보수체계를 제안하였다. LS산전(주)과 (주)대우엔지니어링은 각각 제작사별로 개발된 자동열차제어장치와 전자연동장치의 시운전시험을 통해 시제품의 기능보완사항을 설계에 반영하고, 시운전시 발생된 고장정보의 분석을 바탕으로 시스템 안정화를 추진하였으며, 한국철도기술연구원에서 제시한 MTBF입증을 위한 가속스트레스시험 모델 및 절차서를 기준으로 공인기관과 자체적으로 구축한 시험환경에서 열차제어시스템의 신뢰성시험을 실시하였다.
또한 한국철도기술연구원에서는 전기/신호엔지니어링 분야의 교육훈련매뉴얼을, LS산전(주)에서는 자동열차제어장치 교육훈련매뉴얼을 그리고 (주)대우엔지니어링에서는 전자연동장치 교육훈련매뉴얼을 각각 국문과 영문으로 작성하였으며, LS산전(주)와 (주)대우엔지니어링에서는 개발한 장치의 유지보수매뉴얼을 작성하였다. 작성된 교육훈련매뉴얼과, 유지보수매뉴얼은 별권으로 작성되었다.
(1) 1차년도 시제품안정화시험(1)
1차년도에 수행한 시제품안정화(1)는 기능구현이 완료된 열차제어시스템의 시제품을 대상으로 신뢰도를 정량적으로 예측하여 신뢰성목표의 만족여부를 확인하고, 시제품의 신뢰도가 목표를 만족하지 못하는 경우 시제품의 신뢰도 향상을 위한 방안을 제시하는데 목적이 있다. 따라서 1차년도에는 결함허용시스템의 설계기법과 같은 이론에 대한 조사 및 분석을 통해 열차제어시스템 신뢰도 예측을 위한 방안 및 시스템의 신뢰도를 향상시키기 위한 기초 연구를 수행하였다.
또한, 시스템의 기능상실이 단순히 시스템의 가용성을 저하시키는 요인이기도 하지만, 기능상실의 결과가 사고로 발전되어 인명이나 재산의 손실을 가져올수 있다. 따라서 이러한 고장을 안전과 관련된 고장으로 분류하여 시스템의안전성을 관리하기 위한 고장분석절차에 대한 연구를 통해 열차제어시스템 신뢰성과 안전성 목표의 달성을 위한 분석, 예측, 향상방안을 연구하였다.
(2) 2차년도 시제품안정화시험(2)
2차년도에는 1차년도에 수행된 신뢰성관련 이론조사 및 분석을 바탕으로 신뢰성향상을 위한 절차인 신뢰성향상프로그램과 신뢰성시험방안을 개발하였다.
이를 위해 시스템 내부에서 발생되는 고장으로 인한 영향을 분석하는 기법인 고장모드영향분석(FMEA, Failure Mode Effect Analysis)연구를 통해, 정의된 열차제어시스템을 대상으로 고장을 발생시킬 수 있는 원인들을 분석하고, 고장원인의 발생확률을 정량적으로 추적하는 연구를 수행하였다.
그리고, 열차제어시스템의 신뢰성입증을 위한 가속수명시험방법(신뢰성시험방법) 개발을 위해, 가속시험의 종류, 스트레스 요인 및 관련 규격에 대한 연구를 수행하였다. 또한, 열차제어시스템의 신뢰성 확보를 위한 절차를 신뢰성 향상프로그램으로 정의하고, 모듈단위 고장률 예측, 시스템단위 신뢰성예측, 모듈단위 신뢰도 시험 등에 관한 연구를 통해 신뢰성 시험방법을 개발하였다.
(3) 3차년도 시제품안정화시험(3)
3차년도에는 열차제어시스템을 자동열차제어장치와 전자연동장치의 하드웨어/소프트웨어 신뢰도를 정량적으로 예측하기 위한 연구를 수행하였다. 이를 위해, 미국방부 전기전자부품 고장률 예측지침인 MIL-HDBK-217을 기준으로 다중계 구조를 고려한 시스템 단위 신뢰도 예측 방안에 대한 연구를 수행하였다.
특히, 위탁기관에서 제시한 신뢰성시험절차에 따라 열차제어시스템의 소프트웨어 신뢰도예측 및 입증을 수행하여, 이를 자동열차제어장치와 연동장치의 신뢰도 예측치에 반영하였으며, 하드웨어 신뢰도는 스트레스 요인에 따라 예측신뢰도를 입증하는 가속수명시험방법을 개발하였다.
(4) 4차년도 신뢰성확보
4차년도에는 열차제어시스템 하드웨어 신뢰도시험을 위해 열차제어시스템을 구성하는 자동열차제어장치와 전자연동장치에 대하여 4차년도까지 보완된 열차제어시스템의 고장률을 미국방부 전기전자부품 고장률 예측지침인 MIL-HDBK-217을 기준으로 재예측하고, 이를 입증하기 위해, 전자부품으로 구성된 제어기의 최대 스트레스요인인 온도에 대하여 공인시험기관에서 가속수명 시험을 수행하였다.
공인기관에서 가속수명시험을 수행하기 위해, 한국철도기술연구원에서는 그림 1과 같이 열차제어시스템을 구성하는 자동열차제어장치와 전자연동장치의 하부구성요소 단위로 입출력의 기술사양을 제시하고, 제작사에서 시험시 정상동작을 입증하기 위한 시험지그의 구성 및 고장의 판단기준을 제시하였다
또한 차년도의 유지보수체계 구축을 위한 유지보수 기준(안)작성에 대한 연구는 전자부품으로 구성된 제어기의 정량적ㆍ정성적 유지보수체계와 관련된 미국방규격인 MIL-HDBK-470A과 MIL-HDBK-472N1을 분석하여 유지보수체계 구축을 위한 요구사항을 표 1과 같이 도출하였다.
(5) 5차년도 유지보수체계구축
5차년도에는 신뢰도기반 유지보수(RCM, Reliability Centered Maintenance) 이론을 분석하고, 과년도에 분석한 미국방규격인 MIL-HDBK-470A,MIL-HDBK-472N1과 함께, 열차제어시스템에 적용하여, 열차제어시스템 유지 보수체계구축을 하였다.
RCM은 유지보수대상의 고장분포에 따라 유지보수 결정로직을 적용하여, 고장에 적합한 유지보수업무를 할당하고, 업무별 정량적 유지보수업무주기를 산출하는 체계적이고 논리적인 방법이다. 그림 3은 미국방 규격MIL-STD-2173(AS)에서 제시하는 RCM 절차로 장비설계특성과 같은 초기 장비에 대한 정보요구사항과, 운용경험정보로, 유지보수대상장비의 고장을 RCM결정논리에 의해 분류하여, 유지보수업무를 할당하는 방법이다.
국외 RCM에 관련규격들 및 RCM이론을 분석하여, 한국형고속철도 열차제어시스템을 위한 유지보수체계를 그림 4와 같이 구축하였다 한국형고속철도 열차제어시스템의 유지보수체계는 유지보수계획을 통해, 장비의 수명주기동안 누가, 무엇을, 어떠한 방법으로, 어떠한 순서로, 어떠한 자원을 가지고, 언제 유지보수를 수행해야하는지를 포함하는 유지보수계획를 세우고, 유지보수대상장비에 대한 기능블럭도를 통해, 하부시스템별 FMEA를 수행한다. 이때, 유지보수대상을 RCM결정논리에 의해 중요기능과 비중요기능으로 분류하여, 중요기능에 대해 유지보수업무와 업무주기를 할당하여, 이를 실제 유지보수업무에 적용하고, 보완해가는 작업을 계속 수행해야한다. RCM을 적용한 한국형고속철도 열차제어시스템의 유지보수체계는 예방유지보수를 위한 것이고, 교정유지보수 평가를 위해서는 MIL-HDBK-472N1를 적용하여, MTTR(Mean Time To Repair)로 나타낼 수 있다.
따라서 한국형고속철도 열차제어시스템유지보수체계를 적용하여, 자동열차제어장치와 전자연동장치의 예방유지보수를 위한 교체주기와 교정유지보수를 위한 MTTR 평가 결과를 표 2와 표 3과 같이 나타낼 수 있다.
또한 과년도에 수행하였던, 신뢰성 입증을 위한 가속수명시험을 한국철도기술연구원 자체적으로 수행하기 위해 그림 5, 그림 6과 같이 가속수명시험환경을 구축하고, 전자연동장치 PM모듈에 대한 자체 신뢰성시험을 수행하여, 전자연동장치의 예측 신뢰도를 입증하였다.
마지막으로, 전기/신호시스템 엔지니어링 분야의 교육훈련매뉴얼의 국문본과 영문본을 작성하였다.
나. 자동열차제어장치 분야
(1) 1차년도 자동열차제어장치 안정화시험(1)
1차년도에는 고속선 주행시험을 수행하여 자동열차제어장치 기능을 전체적으로 시험하여 고장이 발생되면, 이를 수정 및 보완하고, 다른 장비와 인터페이스시험을 하여 구현과 기능 정의의 문제점을 파악하였다.
(2) 2차년도 자동열차제어장치 안정화시험(2)
2차년도에는 고속선 주행시험을 수행하여 신뢰성을 높이기 위해 자동열차제어장치의 부분적인 기능 보완을 실시하고 자체 기능 시험이 수행된 자동열차제어장치를 고속열차에 장착하여 제품화 시키기 위해 기본 기능을 전반적으로 시험하였다.
(3) 3차년도 자동열차제어장치 안정화시험(3)
3차년도에는 고속선 주행시험을 수행하면서 주요 기능을 시험 절차에 따른 자동열차제어장치 제어 및 기능을 시험하기 위한 정적시험과 GR-TEST,ATC-ATS 자동절환 적용성 시험 등의 동적 시험을 실시하여 필요시 기능을 보완하였다.
(4) 4차년도 자동열차제어장치 신뢰성 확보
4차년도에는 주간 및 야간에 고속선 주행 시험을 수행하여 시험 운전자와 인터페이스하는 기기의 요구에 따라 부분적인 소프트웨어의 기능 수정을 실시하고 자동열차제어장치의 하부모듈의 신뢰성을 입증하기 위한 온도를 스트레스 요인으로 설정하여, 시험전문기관에서 가속수명시험을 실시하여, 신뢰성을 입증하였다. 그림 7은 신뢰성을 입증하는 공인기관 성적서이다.
(5) 5차년도 자동열차제어장치 유지보수체계구축
5차년도에는 주간 및 야간 고속선 주행 시험을 수행하고 시험 중 발생하는 상황에 관해 시험 관련자에게 보고를 하며 시험 계획에 따른 부분적인 기능 추가를 실시하고, 4차년도와 동일하게 온도 스트레스요인의 가속수명시험을 공인기관에서 수행하여, 신뢰도를 입증하였다. 그림 8은 신뢰성을 입증하는 공인기
다. 전자연동장치 분야
전자연동장치는 1차년도부터 2차년도까지 Prototype의 분산형 전자 연동장치를 현장 시운전을 통하여 안전성 및 신뢰성을 확보 하였고 3차년도는 현장 시운전을 경험을 바탕으로 하여 전자연동 설계 보안을 하였으며 4차년도와 5차년도에는 신뢰성 시험과 운영 시험을 병행하면서 안정화 기술 개발을 하였다.
발견 되는 문제나 현장 실무진들의 요구 사항을 반영하여 설계에 반영하여 제작 하였으며 신뢰성 시험을 위하여 전자파 시험과 항온 항습의 시험을 통과하여 시스템 안정화를 입증하였다. 그림 9는 4차년도에 수행한 공인기관 신뢰성 입증시험 성적서이고, 그림 10은 5차년도에 수행한 공인기관 신뢰성시험 성적서이다

Abstract ▼

This is to aim at making a study of plans and basic theories to acquire the reliability and the safety required for equipment through quantitative analysis used for the reliability and the safety of Automatic Train Control(ATC), train control system for rapid transit railway, and Interlocking System

This is to aim at making a study of plans and basic theories to acquire the reliability and the safety required for equipment through quantitative analysis used for the reliability and the safety of Automatic Train Control(ATC), train control system for rapid transit railway, and Interlocking System(IXL)
Automatic Train Control(ATC) and Interlocking System(IXL) in train control system of rapid transit railway performs the target of the reliability and the safety required by Hazard and Risk analysis to each equipment in order to accomplish design goal for system`s evaluation and improvement with Fault-Tolerant method which is one of system design method
In addition, a completed prototype of Automatic Train Control and Interlocking system is fulfilled field trial for service, performed modification of design and improvement of performance through Infant Mortality Phase fault occurred during prototype`s filed adaption when system is producing.

목차 Contents

• 표지...1
• 제출문...2
• 요약문...4
• SUMMARY...22
• 목차...23
• 그림목차...26
• 표목차...33
• CONTENTS...37
• 제1장 서론...40
• 제1절 연구목표...40
• 1. 신뢰성분야의 연구개발 목표...40
• 2. 자동열차제어장치분야의 연구개발 목표...40
• 3. 전자연동장치분야의 연구개발 목표...41
• 제2절 연구내용 및 추진체계...41
• 1. 신뢰성분야의 연차별 연구내용...42
• 2. 자동열차제어장치분야 연구내용...52
• 3. 전자연동장치분야 연구내용...54
• 4. 연구개발의 추진체계...63
• 제3절 최종목표달성을 위한 평가기준...65
• 1. 신뢰성분야 최종목표달성의 평가기준...65
• 2. 자동열차제어장치분야 최종목표달성의 평가기준...66
• 3. 전자연동장치분야 최종목표달성의 평가기준...67
• 제2장 국내외 기술개발 현황...68
• 제1절 신뢰성분야...68
• 1. 신뢰성분야 국내외 기술개발 현황...68
• 2. 신뢰성분야 향후전망...72
• 제2절 자동열차제어장치분야...73
• 1. 자동열차제어장치분야 국내외 기술개발 현황...73
• 2. 자동열차제어장치분야 향후전망...74
• 제3절 전자연동장치분야...75
• 1. 전자연동장치분야 국내외 기술개발 현황...75
• 2. 전자연동장치분야 향후전망...76
• 제4절 열차제어분야관련 지적재산권현황 및 대응방안...77
• 1. 열차제어시스템관련 지적재산권 현황...77
• 2. 지적재산권에 대한 대응방안...78
• 제3장 연구개발수행 내용 및 결과...82
• 제1절 열차제어시스템 신뢰성분야...82
• 1. 1차년도 연구개발내용 및 결과...82
• 2. 2차년도 연구개발내용 및 결과...84
• 3. 3차년도 연구개발내용 및 결과...90
• 4. 4차년도 연구개발내용 및 결과...92
• 5. 5차년도 연구개발내용 및 결과...111
• 제2절 열차제어시스템 자동열차제어장치분야...159
• 1. 1차년도 연구개발내용 및 결과...159
• 2. 2차년도 연구개발내용 및 결과...165
• 3. 3차년도 연구개발내용 및 결과...171
• 4. 4차년도 연구개발내용 및 결과...175
• 5. 5차년도 연구개발내용 및 결과...197
• 제3절 전자연동장치 분야...226
• 1. 1차년도 연구개발내용 및 결과...226
• 2. 2차년도 연구개발내용 및 결과...273
• 3. 3차년도 연구개발내용 및 결과...318
• 4. 4차년도 연구개발내용 및 결과...335
• 5. 5차년토 연구개발내용 및 결과...341
• 제4장 연구개발목표 달성도 및 관련분야에의 기여도...356
• 제1절 연구개발목표의 달성도...356
• 1. 정성적 연구성과...361
• 2. 정량적 연구성과...362
• 제5장 연구개발결과의 활용계획...366
• 제1절 신뢰성 분야...366
• 제2절 자동열차제어장치 분야...366
• 제3절 전자연동장치 분야...366
• 제6장 연구개발과정에서 수집한 해외과학기술 정보...368
• 제1절 국내 열차제어시스템의 안전입증 절차현황...369
• 1. KORAIL ATP 시스템의 위험도 허용수준 선정...369
• 2. ATP시스템 지상장치 인터페이스 위험원 도출 및 분석...371
• 제2절 ALARP이론을 적용한 안전입증 요구사항 검토...377
• 제3절 열차제어시스템 안전성인증에 대한 국외현황 검토결과...382
• 제7장 참고문헌...384
• 부록1. 고속선 열차제어시스템 유지보수체계분석...387
• 부록2. 자동열차제어장치 FMEA...444
• 부록3. 전자연동장치 FMEA...516