FMEA 이론 (잠재적인 고장형태 및 영향 분석) (2)

▶ FMEA 진행 절차

▶ 고장의 개요
1. 고장(failure)의 정의 : IEC 50(국제전기위원회)
'the termination of the ability of an item to perform a required function'
2. 고장 모드(failure mode)의 정의 : bs 5760(영국 표준)
'the effect by which a failure is observed on a failed item'
3. 고장 모드에 대한 개념이 명확히 설명되지 않는 이유
- 각 standard(IEC, BS5760, MIL-STD 1629A)에서의 고장 모드에 대한 정의가 동일하지 않다.
- 실제 현장 적용 시 고장 모드를 고장원인(failure cause)이나 고장 영향(failure effect)과 혼동하여 사용하는 경우가 많다. 그 이유는 한 level에서의 고장 모드가 다음 상위 level의 고장원인이 되기 때문이다.
- 고장 모드 개념이 비전문가에게는 생소하다. 현장에서 고장 모드에 대한 개념이 없어도 그와 유사한 분류 개념(예 : 난이도에 따른 그룹핑, 증상과 원인)을 적용하고 있는 경우도 있다.
▶ 기능의 개요
1. 기능(function)의 정의
- 아이템의 정상적 작동(action)
- 부품이나 공정이 존재하는 작용 또는 사유
- 보통 기능은 명사+동사로 단순하게 표현한다.
예 : 흐름을 차단한다, 신호를 전달한다, 용액을 저장한다 등, 여기서 아이템이란 컴포넌트, 서브시스템, 또는 시스템을 의미한다.
2. 기능의 분류
- 복잡한 아이템의 경우 매우 많은 요구기능이 있을 수 있다. 그러나 모든 기능의 중요성 이 모두 동일하지는 않다. 기능을 분류하는 기준을 소개하면 다음과 같다.
(1) 필수 기능 : 아이템의 의도 목적을 완수하는데 필요한 기능으로 그 아이템을 설치하는 바로 그 이유이다. 보통 필수 기능은 아이템의 명칭에 반영된다. 예를 들어 펌프의 필수 기능은 '유체를 펌프'하는 것이다.
(2) 보조기능 : 필수 기능을 지원하기 위한 기능이다. 때로는 필수 기능보다 안전상 문제에서 더 중요할 수도 있다. 예를 들어 펌프의 한 보조기능은 '유체의 밀봉'이다.
(3) 보호 기능 : 사람, 장비 또는 환경을 손상, 상해로부터 보호하는 기능으로 다음과 같이 분류할 수 있다.
(a) 안전기능 : 사고를 예방하고, 인명, 물적 자산, 환경에 미치는 결과를 최소화하기 위한 기능을 말한다.
(b) 환경기능 : 정상적인 작동하에서의 오염, 공해방지 기능
(c) 위생기능
(4) 정보전달 기능 : 모니터링, 각종 게이지 및 경고 기능 등을 말한다.
(5) 인터페이스 기능 : 다른 아이템과의 인터페이스를 위한 기능이다.
(6) 남아도는 기능 : 불필요하게 중복되어 있는 여분의 기능을 말한다. 장비가 오랜 기간 동안 개조되어 온 경우나 새 장비의 규격이 필요 이상 남아도는 경우 발생한다. 때로는 이러한 여분의 기능 고장이 다른 기능의 고장을 유발하기도 한다.
- 지금까지의 분류가 반드시 상호 배제적인 것은 아니다. 어떤 기능은 두 개 이상의 기능으로 분류될 수도 있다. 장비의 정비나 기능시험 계획을 수립할 경우에는 명백한 고장과 잠복 고장을 구별하는 것이 중요하다.
3. 기능의 확인
- 하나의 기능은 몇 개의 하부 기능으로 분해될 수 있고 그 하부 기능들은 또 다음 단계의 하부 기능으로 계속 분해될 수 있다. 특히 복잡한 시스템일수록 하부 기능의 수는 크게 증가한다. 이러한 기능적 계층 체계를 이해하기 위해서는 '기능 블록도'를 작성하는 것이 크게 도움이 된다. 기능블록도는 직-병렬 관계, 피드백, 기능 간의 계층적 구조, 기능 간의 인터페이스 등을 나타내는 그림을 통해 설계 상의 요구조건들을 묘사하는 데 사용된다. 기능블록도는 탑 수준, 1차 수준, 2차 수준 등으로 분해된다.
▶ 고장과 고장 모드
1. 고장(failure), 결함(fault) 그리고 에러(error)
- 에러 : 목표치와 관측 또는 측정치와의 차이를 의미한다. 에러가 일정 수치 이하일 때는 고장이 아니다. 에러를 고장의 발단이라고도 부른다.
- 고장 : 요구되는 기능의 종료(수락 한계의 초과)
- 결함 : 요구되는 기능을 수행할 수 없는 상태에 있음을 의미한다. 따라서 결함은 고장의 결과로써 나타내는 상태이다.
- 고장과 결함, 에러를 구분하는 것은 매우 중요하다. 왜냐하면 이들이 고장인지 아닌지를 구별하는 경계를 제시하기 때문이다.
2. 고장 모드
- 고장 모드는 결함의 묘사, 즉 어떻게 결함을 관측하는가에 관한 것이다. 따라서 고장 모드라는 말보다는 결함 모드라는 표현이 더 적절할 수도 있다. 고장 모드를 파악하기 위해서는 각종 기능의 output을 알아야 한다. 어떤 기능 들은 여러 가지 output에 대한 요구조건이 충족되었는지 여부를 명확히 결정할 수 있는 경우도 있고, 또 다른 output들은 목표치와 허용치로 규정되어 있는 경우도 있다. 고장 모드란 외부에서 볼 수 있는 고장의 증거를 말한다. 예로써 밸브의 경우 '내부 누유'는 고장 모드이다. 왜냐하면 이때 밸브는 유체의 차단 기능을 상실(기능의 종료) 하기 때문이다. 밸브 씰의 마모는 고장의 원인이 될 수 있으나 고장 모드는 아니다.
- 고장 모드는 아이템의 기능과 관련하여 3가지 주요 그룹으로 분류될 수 있다.
(1) 기능의 완전 상실 : 기능이 전혀 수행되지 않는다. 기능이 요구 수준에 거의 미치지 못한다.
(2) 기능의 부분적 상실 : 이 그룹은 매우 광범위하여 거의 영향이 없는 범주부터 기능의 거의 완전한 상실하기까지의 범위를 갖는다.
(3) 오작동 : 의도하지 않는 작동으로 통상 의도된 것과는 반대로 작동한다.
3. 고장 모드의 일반적 분류 체계
(1) 간헐적 고장 : 매우 짧은 시간 동안 일부 기능이 상실되는 고장으로, 즉시 정말 한 작동 상태로 환원된다.
(2) 지속 고장 : 일부 부품을 수리하거나 교체할 때까지 지속되는 고장이다.
(3) 정말 고장 : 요구기능이 완전 상실되는 고장
(4) 부분 고장 : 일부 기능은 상실되나 요구기능 전체가 상실되지는 않는 고장
▶ 고장원인과 고장 영향
- IEC의 정의에 따르면 고장원인이란 '고장을 유발하는 설계, 제조 또는 사용상의 환경'을 말한다. 고장의 예방이나 재발방지를 위해서 고장원인은 꼭 필요한 정보이다.
(1) 설계 고장 : 불충분한 설계에 기인하는 고장
(2) 약점 고장 : 규정된 범위 내의 부하 하에서도 아이템의 자체의 취약으로 인해 발생하는 고장
(3) 제조 고장 : 제조과정에서 설계나 제조 규격에 불일치 또는 미달되어 야기되는 고장
(4) 노화 고장 : 사용기간이 오래됨에 따라 고장 확률이 증가하여 발생하는 고장
(5) 오용 고장 : 규정된 범위 이상의 부하를 적용하여 야기되는 고장, 제조자가 의도하지 않은 사용으로 인한 고장
(6) 취급 잘못에 관한 고장 : 아이템에 대한 취급 잘못이나 관리 소홀로 야기되는 고장.
이들 고장 원인들이 상호 배제적인 것은 아니다. 약점 고장, 설계 고장, 제조 고장 간에는 서로 중복되는 부분도 있다. 고장을 일으키는 과정을 '고장 메커니즘'이라 한다. 이는 최하위 단계 고장의 시작인 마모, 부식, 경화, 산화 등의 직접적인 요인이라고 할 수 있다. 이 수준의 고장원인 서술로는 고장 대책을 수립하기에 충분치 못하다. 예를 들어 '마모'는 잘못된 원자재 규격, 규격 한계를 벗어난 사용, 정비, 윤활 잘못 등에 의해 야기될 수 있다. 이러한 근원적인 원인들을 근본 원인이라 하며 이들에 기초하여 고장 대책을 수립, 시행할 수 있다.

- 고장 모드의 심각도 개념에 의해 고장 모드가 전체 시스템에 미치는 영향을 평가할 수 있다. 중요도 순위는 FMEA의 한 부분으로 요구되는 경우가 많다. 중요도를 분류하는 많은 기준들이 있는데 여기서는 MIL-STD 882의 분류기준을 소개한다.

(1) 파국적 : 사망 또는 전체 시스템의 상실을 유발하는 고장

(2) 치명적 : 심각한 인명 상태, 심각한 직업병, 주요한 시스템 손상을 유발하는 고장

(3) 한계 : 경미한 상해, 경미한 직업병, 경미한 시스템 손상을 유발하는 고장

(4) 경미 : 미미한 상해, 직업병, 또는 미미한 시스템 손상을 유발하는 고장