장기 저장 탄약의 예지정비(PdM) 적용을 위한 시험데이터 기반 점검주기 선정에 관한 연구 - 최준혁 (The Graduate School, Ajou University, 2024)
탄약은 일회성시스템으로 개발/생산 이후 장기간 저장 상태를 유지하는 특성을 가지고 있다. 이러한 탄약은 저장되는 기간 동안 화학적, 기계적 노화로 인하여 정상적인 성능 발휘가 제한된다. 성능이 지속적으로 저하된 탄약은 신뢰성과 안전성을 확보하지 못하고 결국 임무 실패로 이어질 수 있는 가능성이 존재한다. 성능의 유지를 위해서 전략적인 유지보수 계획 및 수립하여 탄약 시스템의 안전성 및 신뢰성 확보가 필요한 실정이다. 따라서 본 논문에서는 장기 저장 탄약의 예지정비(Predictive Maintenance, PdM)적용을 위한 시험 데이터 기반 점검주기 선정 방안을 제시하였다. 재래식 일반 탄약의 경우 설계 및 개발 당시 적정 수명이 설정되지 않아 저장 환경의 변화에 따른 성능 저하와 수명이 단축되는 문제가 발생한다. 따라서 적절한 점검 및 정비 주기를 설정하여 탄약의 신뢰성과 안전성을 유지하는 것이 매우 중요하다. 본 연구에서는 탄약의 성능 및 신뢰성에 대한 종합적인 분석을 통해 최적의 점검주기를 산출하고, 이를 기존의 점검주기와 비교하여 효율성을 검토하였다. 연구는 다음과 같은 단계로 진행되었다. 먼저, 재래식 탄약의 성능 저하 요인을 분석하기 위해 저장탄약신뢰성평가(ASRP) 기능시험 데이터를 활용하였다. 이를 통해 탄약의 신뢰도와 수명을 추정하고, 분포 분석 및 신뢰성 분석을 수행하였다. 시스템의 구조 및 고장 유형을 분석하기 위하여 결함수분석법(Fault Tree Analysis, FTA)를 통해 구성품의 고장 유형을 분류하고 시험 데이터를 기반으로 계수형 및 계량형 데이터를 분류하여 각 구성품의 신뢰도 및 수명을 추정하였다. 연구 결과, 박격포 조명탄의 신관, 조명제, 추진장약, 뇌관 등 주요 구성품의 신뢰도와 수명을 추정하였고 신관과 조명제의 경우 약 19년, 15년의 수명을 가지며, 추진장약과 뇌관의 경우 성능 변화가 미미하여 수명 추정이 제한되었으나, 이를 바탕으로 시스템의 전체 신뢰도를 평가하고, 기존 30년 점검 주기와 비교하여 최적의 점검 주기를 8년으로 산출하였다. 최적 점검 주기를 적용하는 경우 평균 신뢰도가 80% 이상 유지되며 기존 점검 주기 대비 신뢰성과 안전성이 크게 향상될 수 있음을 확인하였으나 수집된 데이터가 부족하고 데이터 특성으로 인한 제약성으로 Hidden-Variable 즉, 탄약 데이터에서의 지역별 분류, 구성품 특성별 분류 등과 같이 일부 변수를 고려하지 않고 분석하여 향후 예지정비 적용을 위해서는 추가적인 연구가 필요할 것으로 판단된다. 본 연구는 장기 저장 탄약의 예지정비(PdM)적용을 위한 실질적인 점검주기 설정 방안을 제시함으로써 일회성 시스템의 점검주기 설정 간 방향성을 제공하고, 신뢰도 분석 기법의 활용성을 높이며 장기 저장 탄약의 유지보수 효율성을 증가시키는데 기여할 것으로 기대된다. 또한, 동일 및 유사 품목에 대한 점검주기 설정의 기준을 제공하여 장기 저장 탄약의 신뢰성과 안전성을 보장하고, 예지정비를 통한 유지보수 전략의 발전에 기여할 것으로 판단된다.
학위논문(석사)--시스템공학과,2024. 8
Keywords: Ammunition; Ammunition Stockpile Reliability Program; Failure Time; One-Shot Device; Predictive Maintenance; Reliability Analysis; System Life Cycle