보고서 정보
주관연구기관 |
우리기술 |
연구책임자 |
정승권
|
참여연구자 |
이호
,
김성일
|
보고서유형 | 최종보고서 |
발행국가 | 대한민국 |
언어 |
한국어
|
발행년월 | 2021-07 |
주관부처 |
국토교통부 Ministry of Land, Infrastructure, and Transport |
등록번호 |
TRKO202300002886 |
DB 구축일자 |
2023-05-24
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키워드 |
노후화.승강장안전문.신뢰성/가용성/유지보수성/안전성.안전무결성기준.Deterioration.PSD(Platform Screen Doors).Reliability/Availability/Maintainability/Safety.Safety Integrity Level(SIL).
|
초록
▼
□ 연구개발 목표 및 내용
◼ 최종 목표
ㅇ 국토교통부가 2017년 2월에 발표한 승강장 안전사고 제로화 목표에 대해 노후화 스크린도어의 개량화 기술 확보 및 현차/현장시험 대상의 안전성 및 신뢰성을 입증하고자 한다. 안전성과 신뢰성의 정량적 목표는 다음과 같음
* 신뢰성(Reliability) : MTBF(30,000h/도어), MCBF(10,000cycles/시스템) 가용성(Availability) : 99.99%
* 안전성 : SIL3 이상 (스크린도어에 따른 사망사고 제로화)
* 유지보수
□ 연구개발 목표 및 내용
◼ 최종 목표
ㅇ 국토교통부가 2017년 2월에 발표한 승강장 안전사고 제로화 목표에 대해 노후화 스크린도어의 개량화 기술 확보 및 현차/현장시험 대상의 안전성 및 신뢰성을 입증하고자 한다. 안전성과 신뢰성의 정량적 목표는 다음과 같음
* 신뢰성(Reliability) : MTBF(30,000h/도어), MCBF(10,000cycles/시스템) 가용성(Availability) : 99.99%
* 안전성 : SIL3 이상 (스크린도어에 따른 사망사고 제로화)
* 유지보수성(Maintainability) : 30분
ㅇ 부품 호환성을 확보하여 설치업체 도산 등에 따른 부품 조달 문제를 해소한다.
* 개별제어장치(DCU) : 벨트, 스크류 등의 제품의 구동부 호환성 확보
* 중앙제어장치(PSDC) : 차량과 인터페이스(ATO, RF, Sensor 등) 호환성 확보
* 모니터링 장치 : 제어장치, 센서 등 고장 관리 장치의 호환성 확보
ㅇ 기존PSD 개량시 기능안전(IEC 61508)을 포함한 사용성(기능성) 및 안전성 향상
◼ 전체 내용
ㅇ 광역도시철도의 노후화 스크린도어 안전성 검토 및 개량범위 설정
- 국토교통부와 전수조사 실시
- 안전성 범위 : 스크린도어와 열차 제어 연동 시스템과 끼임 사고 방지 기술
- 개량 범위 : 구동부 교체에 따른 각종 제어장치
ㅇ 개량화 기술에 대한 위험도 분석 및 안전요구 사양서 개발
ㅇ 노후화 스크린도어의 개량화 모델 및 관련 기술개발
- (안전성 기술 확보) 끼임 사고 방지를 위한 장애물 센서와 개별제어장치(DCU)의 운영 시나리오에 대한 소프트웨어 개발 및 안전성 입증
* 스크린도어 개량화의 사업 계획단계부터 요건, 설계, 구현, 시험, 검증, 설치 운영의 전 단계는 안전성 국제 기준 적합하도록 한다.
- (호환성 기술 확보) 2010년 이전 설치한 노후화 스크린도어는 업체 도산에 따른 부품 조달이 불가능 한바, PSDC는 열차 차량과 신호시스템(ATO)과의 연계 동작이 가능하도록 인터페이스의 호환성 확보, DCU는 벨트방식, 스크류 방식 등 자동 도어 구동방식에 맞는 호환성을 확보한다.
ㅇ 노후화 스크린도어 개량 기술(제품)에 대한 안전무결성수준 제품들의 품질 안정화를 위해 충분하게 현장 및 현차 시험을 실시하여 그 신뢰성 평가에 근거하여 특정 적용(Specific Application) 안전무결성수준 SIL3 이상의 인증서 취득
- 국제표준 안전무결성 기준(IEC62278, 62279, 62425) 적용
- 대구도시철도 2호선 승강장 대상으로 현차 및 현장 시험
* 현장/현차 시험을 위하여 대구 지하철 2호선 노후 스크린도어를 개량한다.
* 구조체 재활용 방안을 도출하여 노후화 스크린도어 개선 경제성을 향상한다.
◼ 1차연도
❏ 목표
1. 노후화 스크린도어 개량화 적용을 위한 제어시스템 인터페이스 개발
- 설치될 현장 조사를 통한 종합제어반(MCU)의 열차 인터페이스, 사용자 인터페이스 방식 결정 및 시험품 제작, 개별제어반(DCU)의 장애물인터페이스 방식 결정 및 시험품 제작
2. 노후화 승강장 현장 안전성 분석
- SIL 인증취득을 위한 RAMS 계획, V&V 계획, 품질보증계획, 형상관리 계획수립
- 설치될 현장 조사를 통한 노후화 스크린도어 개량 현장 설치 도면 설계
- 대구도시철도 시설현황 조사 및 승강장 위험원 및 위험원의 사고영향 분석
3. 노후화 스크린도어 운영자 요구사항 수립
- 승강장 안전 요구사항 수립
- 스크린도어 운영사례를 통한 스크린도어 기능 요구 사양 작성, RAMS 요구 사양 작성 및 현장/현차 시험 요구 사양 작성
❏ 내용
ㅇ 국내외 역사 사양 조사를 위해 열차운행이 없는 심야에 구조체 실측 및 열차한계선 측정을 위한 시험장치 설치, 케이블링 및 접지 전원 등 스크린도어 제반 환경 조사
- 현장 조사에 기반 종합제어반에 사용될 중앙제어장치와 ATO/RF/센서 등 융합 인터페이스 장치 시험품을 설계하고 제작함
- 장애물 센서 인터페이스를 개별제어반에 설계하여 시험품을 제작함
ㅇ 차량기지에서 열차 조사를 통해 열차 인터페이스 방법 조사
ㅇ 종합 관제실의 PSD 제어 및 모니터링 현장 조사
- 스크린도어 관제시스템 운영 안전성 평가
ㅇ 스크린도어 운영 이력에 근거한 개선 사항 도출
- 노후화 스크린도어 개량 대상 승강장 선정 및 현장/현차 시험 요구사항 수립
- 스크린도어와 열차 연동 시나리오 도출
- Functional Safety Requirements 조사 및 수립
ㅇ 유지 보수 경험에 근거 RAM 목표치 상세 설정
ㅇ 노후화 스크린도어 운영 역사 현장 조사를 통한 재사용 범위 결정 및 재사용품과 호환 가능한 구조 및 상세 설계
- 현장 조사 보고서 및 스크린도어 설계도면 작성
ㅇ 세계적으로 통용되는 국제 철도 규격 IEC 62278(EN 50126) 에서 제시하는 개발 기법을 기반으로 안전성 분석 및 보장 방법을 적용하여 RAMS(Reliability, Availability, Maintainability, Safety) 목표 수립 및 관리 계획 수립함
- RAMS 활동의 방법 정의
- RAMS 관련 조직 구성 및 책임 정의
- RAMS 활동의 산출물(deliverable) 정의
- RAMS 목표 정의
- 입증 방법론 정의
◼ 2차연도
❏ 목표
1. 노후화 스크린도어 개량화 설계 및 설치
- 스크린도어 제어기의 현장 적용을 위한 PSDC 열차 시스템 인터페이스 구현 제작
- 운영자 요구에 따른 PSDC 운영자 시스템 인터페이스 구현 제작
- 끼임 사고 방지를 위한 DCU 장애물 검지 센서 인터페이스 구현 제작
- 운영자 요구 및 안전성 요구에 따른 제어시스템 개량
- 승강장 안전문 상태 감시 정보 통신 프로토콜 기준 수립
- 현장노후 스크린도어 철거 및 구조체 설치
- 제어시스템 설치
2. 개량 스크린도어의 안전성 평가
- 개량 및 개발 스크린도어 안전성 평가 자료 작성
- 개량화 스크린도어 규격시험
- 노후화 스크린도어 개량화 설치 안전성 분석
- 동작 안전성 시험 및 검증
3. 개량 스크린도어 운영자 시험
- 개량화 스크린도어 운영자 시험
❏ 내용
ㅇ 다사역에서 기 운영중인 ATO, RF장치 및 정위치 검지 방식에 대한 사전조사를 통한 호환성 확인된 열차 인터페이스 시제품 제작/설치확인
- ATO I/F와 RF I/F 구현
- 열차상태인식장치인 열차 정위치 검지 장치 구현
ㅇ 기 운영중인 운영자시스템을 내용을 근거로 추가적인 인터페이스를 개발하여 운영자 시스템 인터페이스 시제품 구현
- 상태감시 정보제공 인터페이스 구현
- 운영자(기관사) 디스플레이 인터페이스 개발 및 구현
ㅇ 끼임사고 방지를 위하여 개량화 된 스크린도어 시스템의 장애물검지센서 인터페이스 시제품을 제작
- 진단가능한 장애물센서 인터페이스 구현
- 센서와 개별출입문 제어부분 장애 예방 구현상태
ㅇ 운영자 요구사항을 정리하여 스크린도어 표준사양서 작성 및 시스템 설계서 작성
ㅇ 국제 철도 안전성 규격[IEC 62278]을 기반으로 수명주기별 안전성에 대하여 ISA(독립 안전성 전문 평가자)를 통한 평가
- 표준에서 정의된 개발 단계별 활동 및 산출물 작성
- ISA에 의한 활동 및 산출물 평가서에 근거한 설계 수정보완
ㅇ 노후화 스크린도어 다사역 재사용 범위 결정 및 재사용품과 호환 가능한 구조 및 상세 설계
- 공사, 제작, 설치 관련 문서 수요처 승인
- 기존 노후화 스크린도어 철거
- 스크린도어 구조체 및 제어기 제작 및 설치
ㅇ 개량화 스크린도어의 국내규격에 대한 적합성시험을 통하여 운영자의 요구조건을 준수하는지 확인 함
- 개량화 스크린도어의 공인기관에 의한 KRS 규격시험 수행
ㅇ 개량화 개발 및 설치 프로세스의 안전성 보장을 위하여 전문가를 통하여 역사구조, 호환성, 구조체 재활용, 설치 프로세스 분석
- 승강장 캔틸레버 슬래브 구조안전진단
- 광역 도시 철도 노후화 승강장 현장 안전성 분석
- 구조체 재활용 대상선정
ㅇ 개량설비의 동작 안전성 시험 및 검증
- RAM(신뢰성, 가용성, 유지보수성) 상세 목표 도출 및 입증
- 위험 분석을 통한 안전성 기준 할당 및 입증
ㅇ 스크린도어 시스템과 통합관제와의 통신 프로토콜 및 스크린도어 구성 서브시스템 간의 통신 프로토콜 현황을 조사하고, 그 프로토콜의 문제점을 확인하여 표준형 프로토콜 확립
ㅇ 운영자시험평가표에 끼임사고방지 및 현장신호시스템 연계동작 등 안전성관련 기능포함 작성
- 노후화 스크린도어 개량화 설치 안전성 분석
- 동작 안전성 시험 및 검증
- 승강장안전문 상태 감시 정보 통신 프로토콜 기준 수립
- 개량화 스크린도어 운영자 시험
◼ 3차연도
❏ 목표
1. 현장설치 노후화 개량 기술에 대한 SIL 인증 입증 자료 작성
- 설계 안전성 확인, 구현 및 생산, 설치 프로세스의 국제 표준 부합 증빙 작성
- 운용 검증을 통한 안전성 증빙 작성
- 안전한 스크린도어 운영을 위한 제3자 전문 기관 권고사항 반영
- 사용성(기능성) 향상 검증 시험
- 해외사업 다양성에 대응하기 위한 공통된 통합기술 시스템 확보
2. 안전요구사항 반영 확인 및 최종 안전성 평가 및 SIL 인증
- 노후화 개량 스크린도어의 안전무결성 감사 및 평가
- Fail-safe(안전측 동작) 기법 적용 시험 및 확인
- 현장 현차 시험을 통한 신뢰성 목표 달성 확인 및 검증
- 안전기능의 SIL3 이상 기준 부합 확인 및 검증
- 안전무결성수준(SIL) 인증서 획득
3. 현차 및 현장시험을 통한 현장 적용성 평가
- 현장설치 후 시험 및 시운전을 상업운전과 같은 조건으로 수행
- 정상 및 비상 운전, 유지 보수 상황 등 모든 발생 가능한 상황에 대한 운전 평가
- 스크린도어 제어시스템의 내부 로그 확인을 통한 상세 운전 이력 보고
- 개별부품의 신뢰성 검증 및 유지보수 항목분류 및 교체시간 개선
- 현장 현차 시험 운영 리포트 발행
- 안전성 목표 및 현장 현차 시험 결과를 반영한 대구도시철도 노후화역사 개선 구매 규격서 발행
❏ 내용
ㅇ 상업운전을 통한 가용율 시험
- 고장 분류, 고장 조치 사항 정의
- 시험 절차 수립
ㅇ 유지 보수성 입증을 단위품 교체시험 수행
- 교체품 정의 및 교체 절차 수립
- 고장을 가상화하여, 교체시험 수행 및 교체 시간 측정
ㅇ 사용성(기능성) 향상을 포함한 시스템 기능 요건 수립 및 시험
- 구조 요건, 기능 요건, 인터페이스요건, 자체 진단 요건, RAM 요건/안전 요건 상세 명세화
- 각 요건의 구현을 모듈 단계, 통합 단계별 시험 및 설계 확인을 통해 검증함
ㅇ 스크린도어에서의 열차 감시방식 통제 시스템 기술 개발
- 신사양 작성 및 특허등록 및 해외 스크린도어 적용을 위한 기술 제안
ㅇ 열차출입문과 스크린도어와의 연동시스템 인터페이스 기술 개선
- 해외 및 국내 스크린도어 적용을 위한 기술 제안
ㅇ 독립 안전성 검증기관 평가를 위한 개발 단계별 평가문서 작성
- 계획 및 요건 단계 5건
- 설계 단계 31건
- 제조 및 설치 단계 2건
- 시험 및 인증 단계 3건
ㅇ 평가 부적합 항목에 따른 설계 및 시험 수정으로 모든 단계별 개발 절차에서 안전성이 확보되었음을 증빙
ㅇ 독립안전성평가활동을 통해서 스크린도어 시스템에 대한 RAMS 관리계획을 수립하고 보완함.
ㅇ 스크린도어 시스템에 잠재된 시스템 수준의 위험원에 대한 안전성 분석 활동을 통해서 PSD 시스템에 대한 안전 요구사항을 도출함.
ㅇ 계통적 접근 방식을 통하여 인터페이스를 포함한 서브시스템 수준의 위험원 분석을 수행함.
ㅇ 관련된 위험원에 대한 저감대책을 도출하였고, 운영지원 위험원 분석을 통하여 운영 지원에 관련한 저감대책을 도출함
ㅇ 도출된 저감대책은 시스템 요구사양서에 반영하여 시스템 구조 설계에 반영
ㅇ 설계에 대한 소프트웨어 모듈단계, 소프트웨어 통합단계, 소프트웨어 하드웨어 통합단계에서의 시험과 소프트웨어, 하드웨어, 시스템의 시험을 통해 요구사항 및 설계 구현 내용 확인함
ㅇ 프로젝트 수명주기에서 수행한 안전성 보증(assurance) 프로세스가 잘 관리 및 제어되고, 모든 수행 결과가 목적을 만족하는지 증명
ㅇ 안전성 평가를 통해 시스템 및 소프트웨어의 안전성 활동에 대한 계획이 평가 됨.
ㅇ 시스템 수준의 설계 및 하드웨어 설계에 대한 확인.
ㅇ 소프트웨어 설계 및 확인 단계에 대한 감사와 시스템 시험 및 확인단계에 대한 안전성 감사.
ㅇ 시스템 안전성 보증 활동에 따라 안전성 평가보고서 발행
ㅇ 내구성 확인을 위한 장시간 동작 시험 수행
ㅇ 신뢰성, 가용율, 유지보수성 목표 달성을 위한 설계 분석 방법에 의한 증빙과 현장 시험을 통한 증빙을 수행
ㅇ 운영 평가 보고서 작성 및 대구도시철도 노후화역사 개선 구매 규격서 발행
□ 연구개발성과
ㅇ 노후화 스크린도어 개량화 적용을 위한 주제어반(MCU) 열차 인터페이스 개발 및 시제품 제작, 운영자 인터페이스 개발 및 시제품 제작,
ㅇ 개별제어반(DCU) 장애물 검지 센서 인터페이스 개발 및 시제품 제작
ㅇ 노후화 스크린도어 개량 시스템 설계 및 설치
ㅇ 국제표준 안전무결성 기준(IEC62278, 62279, 62425)에서 제시된 안전성 향상 기술 적용
ㅇ 제3자 전문 기관을 통한 SIL 제품 개발 단계별 평가 및 감사를 통한 안전성 인증 기술 확보
ㅇ 100만회 동작 시험 및 장시간 현장/현차시험을 통한 내구성 검증
ㅇ 자체 고장 진단 강화 등의 기능성 향상 기술 구현
ㅇ 신뢰성(Reliability) 30,000시간/도어당, 가용성(Availability) 99.99%, 유지보수성(Maintainability) 30분 이내의 RAM 목표 달성
ㅇ 현장의 위험원이 모두 고려된 특정 적용(Specific Application) SIL 인증 절차 확립
ㅇ 개별 제어반 SIL3 등급, 종합제어반 SIL4 등급의 안전성 확보
□ 연구개발성과 활용계획 및 기대 효과
ㅇ 국토교통부가 발표한 노후화 스크린도어 개량 사업(구동부 및 그 제어장치와 S/W)과 스크린도어 안전시설 보강 사업에 적용
ㅇ 연구성과물을 다른 역사에 적용시 개량화 사업비 및 유지보수비 20% 절감
ㅇ 주요 제어기는 착탈식 구조로 유지보수시간(30분이내) 최소화
ㅇ 스크린도어 사망사고 제로화 기여
ㅇ 해외 및 국내에서 요구하는 다양한 기술을 반영한 PSD 시스템 확보
(출처 : 요약문 2p)
목차 Contents
- 표지 ... 1
- 요 약 문 ... 2
- 목차 ... 6
- 1. 연구개발과제의 개요 ... 7
- 1) 연구개발과제의 최종 목표 ... 7
- 2) 연구개발과제의 년차별 목표 ... 7
- 2. 연구개발과제의 수행과정 및 수행내용 ... 10
- 1) 연구개발과제의 개념 ... 10
- 2) 연구개발 필요성 ... 10
- 3) 연구개발 기술수준 및 시장동향 조사 ... 20
- 4) 연구개발 추진전략 및 방법 ... 26
- 5) 연구개발 추진체계 ... 27
- 6) 연구개발 추진일정 ... 27
- 7) 연구개발 년도별 연구수행방법 및 내용 ... 28
- 8) 노후화 승강장 현장 안전성 분석 ... 31
- 9) 노후화 승강장 스크린도어 요구사항 수립 ... 37
- 10) 노후화 스크린도어 개량화를 위한 시스템 개발 ... 42
- 11) 노후화 스크린도어 개량화 제작 및 설치 ... 56
- 12) 개량 스크린도어 운영자 평가 ... 91
- 13) 개량 스크린도어의 3자 안전성 평가 ... 103
- 3. 연구개발과제의 수행 결과 및 목표 달성 정도 ... 117
- 1) 연구수행 결과 ... 117
- 2) 목표 달성 수준 ... 128
- 4. 목표 미달 시 원인분석 ... 131
- 1) 목표 미달 원인(사유) 자체분석 내용 ... 131
- 2) 자체 보완활동 ... 131
- 3) 연구개발 과정의 성실성 ... 131
- 5. 연구개발성과 및 관련 분야에 대한 기여 정도 ... 133
- 6. 연구개발성과의 관리 및 활용 계획 ... 134
- 참고문헌 ... 135
- 끝페이지 ... 136
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