[공장관리기술사 기출] 신뢰성 설계기법
(127회-1교시-11번, 109회-4교시-4번, 133회-4교시-3번)
. 신뢰성 특유의 설계기법 5가지
. 신뢰성 개선은 설계 시 행하는 것이 가장 효과적이라고 할 수 있다. 설계단계에서 적용할 수 있는 신뢰성 설계방법 6가지만 제시하고 각각 설명하시오.
. 신뢰성 특유의 설계기법 5가지를 예를 들어 설명하시오.
1. 고장 매커니즘 분석 및 제거 (Failure Mechanism Analysis and Elimination)
- 제품이나 시스템의 잠재적인 고장 메커니즘을 분석하고, 이를 제거하거나 완화하는 설계 기법임
- 고장 모드 및 영향 분석(FMEA), 고장 트리 분석(FTA) 등의 분석 도구를 활용하여 고장 원인을 파악하고, 설계 개선을 통해 고장 발생 가능성을 최소화함
- (예시)
. 특정 부품의 과열로 인한 고장을 예방하기 위해 냉각 시스템을 설계에 추가함
. 진동으로 인한 고장을 방지하기 위해 진동 흡수 장치를 설계에 반영함
2. 여유 설계 (Redundancy Design)
- 주요 부품이나 시스템을 중복으로 설계하여 하나의 부품에 고장이 발생하더라도 전체 시스템이 정상적으로 작동하도록 하는 설계 기법
- 항공기, 원자력 발전소 등 높은 신뢰성이 요구되는 시스템에 주로 적용
- (예시)
. 항공기 엔진을 2개 이상 장착하여 한쪽 엔진에 고장을 발생해도 비행이 가능하도록 함
. 서버 시스템을 이중화하여 하나의 서버에 장애가 발생해도 서비스가 중단되지 않도록 함
3. 내환경 설계 (Environmental Stress Screening)
- 제품이나 시스템을 가혹한 환경 조건에 노출시켜 잠재적인 결함을 조기에 발견하고 제거하는 설계 기법임
- 온도, 습도, 진동, 충격 등 다양한 환경 스트레스 테스트를 통해 제품의 내구성과 신뢰성을 향상시킴
- (예시)
. 자동차 부품을 고온, 저온, 습도 등의 환경에서 테스트하여 내구성을 검증함
. 전자 제품을 진동 테스트를 통해 운송 중 발생할 수 있는 충격에 대한 내성을 확보함
4. 가속 수명 시험 (Accelerated Life Testing, ALT)
- 제품이나 시스템을 정상 사용 조건보다 가혹한 조건에서 시험하여 수명을 단축하고 고장 데이터를 빠르게 획득하는 설계 기법임
- 획득한 고장 데이터를 분석하여 제품의 수명을 예측하고 신뢰성을 향상시키는 설계 변경을 수행함
- (예시)
. 전구의 수명을 평가하기 위해 높은 전압에서 시험함
. 배터리의 수명을 평가하기 위해 고온에서 시험함
5. 풀 프루프 설계 (Fool Proof design)
- 작업자의 실수나 오류를 방지하여 제품의 품질과 신뢰성을 확보하는 설계 기법임
- 오류 발생 가능성을 사전에 차단하거나, 오류 발생 시 즉각적으로 감지하여 조치할 수 있도록 설계함
- (예시)
. USB 커넥터의 형상을 비대칭으로 설계하여 잘못된 방향으로 삽입할 수 없도록 함
. 자동차 조립 라인에서 부품 누락을 방지하기 위해 센서를 활용해 부품 장착 여부를 확인함
6. 디레이팅 (Derating)
- 부품에 걸리는 전압, 전류, 온도 등의 스트레스를 정격 값보다 낮게 하여 사용하는 설계하는 기법임
- 부품의 수명을 연장하고 고장 발생 확률을 낮춤
- (예시)
. 100V 전압에서 사용 가능한 콘덴서를 80V 전압에서 사용함