2017년 3월 30일 목요일

FRACAS

FRACAS는 고장 데이터를 수집하고, 고장 원인을 결정하기 위한 절차와 수행된 개선 조치에 대한 문서를 제공하는데 목적을 갖는다.

또한, 고장 보고 및 분석은 제품의 신뢰성 및 유지보수성이 요구사항에 부합되고 유지된다는 것을 보장하기 위하여 필요로 한다. FRACAS의 적용은 신규 시스템 개발 및 생산에 대하여 고장 반복 및 재발을 제어하기 위한 핵심 요소이다. FRACAS 절차는 고장이 정확하게 보고되고 철저히 분석되었다는 것과 개선 조치가 고장 재발을 감소하고 예방하기 위하여 적정한 시기에 수행되었음을 보장하기 위한 규정 또는 조항을 포함해야 한다.


  • 무엇이 고장을 발행하였는가? 
  • 언제 고장이 발생하였는가? 
  • 어떻게 고장이 발생하였는가? 
  • 왜 고장이 발생하였는가? 
  • 이후에 발생할 고장을 어떻게 방지 또는 제거 할 것인가?

FRACAS 흐름



FRACAS 기법의 수행에 대한 절차가 완료 되었다면, 실제로 해당 기법에 대한 입력물은 충분하였는지, 해당 절차는 준수하였는지에 평가를 수행해야 한다. 또한, 수행 결과에 대한 산출물 리스트는 적절한지에 대한 평가를 최종적으로 점검하기 위해서 본 가이드에서는 제시하는 위험원 분석 기법에 대한 검증 표를 제공 한다. 따라서 FRACAS  기법의 수행에 대한 검증은 [표 1]을 통해서 수행된다.

표 1. FRACAS 주요 항목 및 산출물 체크 리스트


FTA(Fault Tree Analysis) 수행절차

일반적인 FTA 수행절차는 아래와 같다.


  1. 시스템의 이해
    • 원하지 않은 사건이 어떻게 일어나는지 그 원인 인지 식별 한다.
    • 관찰 대상(시스템 또는 컴포넌트) 정의 수행 된다.
    • 분석 목표 정의 수행 한다.
    • 가정(Assumption) 기술 수행 한다.
    • FTA 정보는 구성도/ 기능 구조도/ FMEA / HAZOP을 분석 및 수행하는데 중요 한 정보를 제공한다.
  2. Top / Main event(정상사상) 정의: 분석 목표로부터 “Top Event” 도출 수행 한다.
  3. 분석경계 및 깊이 정의
    • 대상 시스템의 분석경계 정의 한다. 
    • 내/외부 인터페이스 및 타 시스템 포함여부 결정 한다.
    • 시스템 레벨/컴포넌트 등의 분석 대상 깊이 정의 한다.
  4. Fault Tree 작성
  5. 그림1. Fault Tree 구성요소

    • 일반적으로 Fault Tree는 Event와 그것을 연결하는 게이트로 구성된다.
    • Top Event 정의하고 그 아래 단에 그 “Top Event”을 직접적으로 발생시키는 원인이 되는 Event들을 나열 후 Gate로 “Top Event”와 연결
    • 아래 단의 사상과 바로 그 위의 단의 사상을 연결하는 게이트는 기본적으로 AND 게이트 그리고 OR 게이트
    • AND 게이트란 아래 단에서의 사상B1과 B2의 양쪽이 일어나면, 즉, [B1이고 더 구나 B2]이며 위단의 출력 A가 생긴다는 것으로 논리곱의 관계를 표시 할 수 있다. 
    • OR게이트는 아래 단에서 사상B1과 B2의 어느 쪽 한쪽에서 일어나면 즉, [B1 또 는 B2]면 위단의 출력 A가 생긴다는 것으로서 논리합의 관계를 표시하게 된다.
  6. Fault Tree 정성적 분석
    • Fault Tree가 작성되면 Tree의 구조가 정성적으로 고장 메커니즘을 잘 반영하 고 있는지를 분석한다. 
    • Tree의 구조는 모든 가능한 고장유형(즉, 정상사상을 일어날 수 있게 하는 사건 들의 모든 조합들)들을 표현한다. 
    • 이 과정은 보통 Minimal Cutset 분석을 통하여 이루어진다. 
    • 특히, 보호 장치의 유효성, 여러 가지 sub-event들의 정성적인 중요도, 공통 원 인고장의 기여 정도 등을 관찰한다. 
  7. Fault Tree 정량적 분석
    • Fault Tree 작성되고 각 기초사상 들의 발생빈도를 조사하고, 이로부터 정상사 상의 발생빈도나 확률을 계산한다. 
    • 보통, Boolean식으로 표현되는 minimal sut set들을 Poincare식을 사용하여 계산 한다. 
    • 정상사상의 발생빈도가 계산되어지면 Sensitivity, Uncertainty와 Importance 분석 을 시행한다. 
  8. 개선사항 도출 
    • 시험을 통한 개선 
    • 런타임 진단 
    • 설계 변경 
    • 컴포넌트 변경

FTA(Fault Tree Analysis)

FTA는 열거된 원치 않은 사고의 발생확률과 기본 원인을 결정하기 위한 시스템 분석 기술이다. FTA는 잠재적 문제를 이해하고 방지하기 위하여 대규모 복합 기 능의 시스템을 평가하는데 사용된다.

정확하고 조직화된 방법을 사용하여, FTA는 시스템 분석가가 원치 않은 사고의 발생 원인이 되는 고장 사건의 특수한 조합을 만들도록 한다. FTA의 최종 목표는 최상위 위험원의 발생확률을 구성 요소별 고장률을 사용하여 안전 대책을 수립하는데 있다. FTA는 반복적인 분석 과정을 사용하여 여러 가지들로 전개된다. 시스템의 중요한 양상을 표현하는 각각의 주요 층으로 각층에서의 결함트리 전개를 설명한다.

예를 들어, 최상위 결함 트리구조는 대개 시스템 기능과 단계를 모델링하고, 중간 결함트리 구조는 서브시 스템 고장 흐름을 모델링하며, 하부의 결함트리(Fault Tree) 구조는 부품과 컴포넌트 고장 흐름을 모델링 한다. FTA는 서브시스템 레벨에서 기능이나 기능 간 상호작용에 잠재적 고장을 일으킬 수 있는 요인들로부터 위험원을 구분하는데 사용된다. 원인분석은 해당 시스템의 단일 고장과 이들이 전체 시스템에 미치는 영향을 파악하고, 위험원 조건을 제거하거나 이를 허용 가능한 수준까지 필요한 제어 방법을 결정하는데 사용된다.

Fault Tree는 시스템 레벨의 위험원을 하위 레벨 위험원으로 구분하는데 사용된다. FTA는 연역 기법의 하향식 접근법으로 최상위 이벤트에서 상위 이벤트의 원인이 될 수 있는 기본 이벤트에 이르기까지 점진적으로 분석한다. 기본 이벤트(Basic Event)는 서브시스템 기능의 고장 또는 외부 장비와의 서브시스템 인터페이스 장애이다. Fault Tree에서는 단일 혹은 다 수의 기본 이벤트 발생으로 인해 발생될 수 있는 위험원으로 이어지는 경로들을 제시한다.

Fault Tree Diagram은 “AND”, “OR” 등의 로직 게이트 기호를 사 용하여 하위레벨 위험원과 시스템 위험원 사이의 관계를 정의한다.


2017년 3월 29일 수요일

FMEA 수명주기(Vee-Model)

보다 효율적인 FMEA 기법 수행을 위해서는 아키텍처 기반의 물리적 구성품 분석을 통해, 시스템 분석 및 식별된 물리적 구성품을 바탕으로, FMEA를 통한 안전성 분석을 수행해야 한다.

[그림 1]에서 알 수 있듯이, 보다 효과적인 FMEA 수행을 위해서는 설계 산출물을 활용한 안전성 분석을 수행해야 한다. 시스템/ 하드웨어/소프트웨어에 이르기까지, 각각의 계층 레벨에서 설계 산출물이 활용될 수 있다. 개별 시스템 Layer에서, 특히, 구조적 정보, 기능정보, 기능 기반의 고장(Failure)에 대한 정보 데이터를 활용해야 한다.

위험원 분석 가이드에서는 도구 기반의 FMEA 수행을 통해, 설계 산출물에 대한 확보를 통해 개별 산출물 데이터간 추적성(Traceability)를 확립할 수 있다.

그림 1. 설계적 데이터를 활용한 FMEA 수행 





FMEA(FMECA)

FMEA는 서브시스템, 부품, 컴포넌트 혹은 기능들의 잠재적 고장 상태의 영향을 측정하기 위한 분석기법이다.

이것은 종합적인 시스템 신뢰도에 부정적인 영향을 주는 고장상태를 확인하기 위한 분석기법이기도 하다. 또한, FMEA는 정량적인 분석을 위해 각각의 고장상태에 대한 고장률을 포함하는 특성을 가지고 있다. 게다가 FMEA는 시스템 위험원과 같이 원치 않은 시스템 상태에 의한 고장상태를 측정하기 위해 확장될 수 있으므로 위험원 분석에도 사용될 수 있다.

FMEA는 부품 그 자체에 고장 발생 원인이 개입되는 것을 피하기 위한 기법이다. FMEA의 확장된 기법은 FMECA(Failure Mode Effect and Criticality Analysis)이다. FMEA은 위험과 잠재적 고장상태의 발견을 다룰 때의 자세한 분석과 정보가 포함된 더 많은 정보를 요구한다. FMEA 방식은 제품고장이나 프로세스 고장의 위험률을 줄이기 위한 활동의 우선순위를 정하기 위해 제품과 프로세스의 설계나 기능에 초점을 맞춘 체계적인 상향식 접근의 기법이며 분석된 결과를 기록하고 권고된 설계변경을 반영하는 기법이다. 이 기법은 시스템이 고장난 경우에 고장이 미치는 영향을 파악하는 것을 목적으로 한다. FMEA 수행을 위한 단계는 다음과 같다.


  1. 구성요소의 식별: 구성요소의 식별은 아키텍처 산출물을 활용해 수행 대체 가능하다. 
  2. 구성요소별 기능의 확인: 개별 구성품이 지닌 기능을 확인하여 기능 분석된 결과를 나열한다. 
  3. 고장모드의 선택: 개별 구성품이 지닌 기능 작동(운용)시 발생할 수 있는 다양한 모드에서 오작동 발생 될 수 있는 모드를 식별하여 나타낸다. 
  4. 지역적인 오류 확인(결함이 시스템의 다른 부분에 즉시 영향을 주는 것): 해당 결함모드에 따른 기능적 오류 발생 시 발생하는 연계 오류 된 사항을 기 술하게 된다. 
  5. 시스템적 오류 확인(시스템 전체에 대한 영향): 기능적 오류가 미치는 시스템적 차원의 오류를 식별하여 기술한다. 이때, 아키 텍처 산출물을 기반으로 분석 가능하다.
  6. 결함이 영향을 차단하기 위한 방법 확인: 결함이 미치는 영향을 제거 또는 완화하기 위한 방안을 설계적으로 반영될 수 있는 방안을 기술하게 된다. 
  7. 권고안 작성: 최종적으로 설계적 반영하기 위한 권고안에 기술하게 된다. 


고장모드 영향 분석(FMEA) 수행절차



HAZOP 진행 순서

HAZOP은 다음과 같은 순서로 진행된다.

① 설계자의 의도로부터 발생 가능한 차이점을 가정해야 한다.
② 그 차이점으로부터 발생 가능한 원인 및 결과를 조사해야 한다. 다음은 철도 신호 시스템 ATP의‘임시속도 제한 설정’ 오류에 대한 사례 예시이다. 국내 철도도메인에서 적용되는 ‘HAZOP-KR’에서 제공하는 매개변수 및 가이드워 드에 따른 HAZOP 수행을 수행한 사례에 대한 예시이다.  

③ 시스템을 위해 계획된 또는 실제 현장에서의 제어 및 관리 방법 설명 한다.
④ 위험요인의 존재 여부를 결정해야 한다.
⑤ 토의 결과를 기록해야 한다.

HAZOP은 시스템의 위험원을 도출하기 위해 핵심 가이드 워드와 파라미터를 이용한다. 이러한 가이드 워드와 파라미터를 이용하여 설계 의도로부터 벗어나 사고로 이어질 수 있는 상태인 일탈이 정의된다. HAZOP이 수행되는 동안 가이드 워드와 파라미터는 시스템의 특성에 따라 전문가의 충분한 협의를 거쳐 수정이 가능하다. 가이드 워드는 HAZOP에 있어서 상당히 중요한 부분을 차지하며, 설계 자의 의도로부터 특정 차이점을 나타내는 단어 및 설명을 의미한다.