도란시스템 - 설비관리 칼럼

스마트팩토리에서 더 효율적인 선행보전(PaM)은 어떻게?

- FMEA와 RCA편

스마트팩토리연구소 소장 정일영

아래 사진에 보이는 것은 무엇일까?

주기적으로 한반도를 찾아오는 태풍 시기에 필요한 물건이다. 바로 태풍이 불면 흔들리는 창문과 창틀을 보호하는 고정장치다. 올해 발생한 6호 태풍 카눈이 70년 만에 한반도를 가로질러 간다는 기상청 소식에 쇼핑몰을 검색해서 구매한 제품이다. 당시 태풍은 아직 한반도에서 멀리 있었다. 또 정말 한반도를 가로질러 간다는 것도 확정되지 않았지만 구매해서 창문에 설치를 했다.

우리는 왜 이런 행동을 하는가?

굳이 답을 하지 않아도 알 수 있는 질문이다. 얼마 전까지는 태풍 소식이 있는 저녁에는 큰 창문부터 작은 창문까지 신문지를 붙이거나 테이프를 가로질러 붙이는 작업을 했었다. ‘우리 집은 괜찮겠지.’라고 하다가 깨진 집들이 더러 있다. 소 잃기 전에 외양간을 고치는 것이 옳다는 것은 다 알지만 소 잃고 외양간을 고치는 모습을 간혹 본다.

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1954년 영국 BOAC 항공사의 Comet 781기가 싱가포르를 출발해서 로마에 착륙했다. 26명의 승객과 주유 등을 한 후 런던으로 가기 위해 이륙했다. 지중해를 건너가는 도중에 비행기는 세 등분으로 분리되어 추락했다, 전 세계는 경악했다. 1949년 제트 여객기 Comet 1이 나오면서 전 세계에서는 새로운 패러다임을 기대하고 있었다. 기존 항공기 보다 속도가 2배 정도 빨랐다. 이 비행기로 여행의 즐거움이 배가 되었고 비즈니스 효과도 배가된 것을 느끼자마자 대형 사고가 났다.

국제항공협회에서 사고조사를 위해 MSG-1, 1st Maintenance Steering Group을 시작으로 보전 활동에 대한 관심이 커졌다. MSG-3에서 유나이트 항공사는 마침 등장한 보잉사의 안전을 배가할 예방보전 프로그램을 선보였다. 그 프로그램이 향후 미 국방성의 보전 프로그램이 되었고 RCM (신뢰성 보전)이라는 이름으로 전 세계 설비관리의 한 축을 세웠다.

항공기가 세상에서 가장 안전한 운송 수단이 되도록 유나이티드 항공사에서 접근한 방법이 있었다. 바로 FMEA (Failure Mode and Effect Analysis)였다. 고장의 유형에 따른 영향을 파악해서 하나하나 고장의 위험도를 줄여 나간 것이다. 아래가 FMEA 작성 양식이다.

FMEA는 대상의 잠재 고장 유형을 확인하고 영향에 대한 중요도를 평가한다. 그 위험도인 RPN으로 공정과 설계 상의 결함에 대한 우선순위를 결정하여 해당 고장을 제거하거나 또는 예방하는데 그 목적이 있다. 잠재 고장 유형이란 공정 운전 단계에서 나타나는 원하지 않은 비정상 결과나 에러들이다.

유나이티드 항공사는 비행기에서 발생 가능한 잠재 고장 유형들의 목록 만들었다. 그리고 각각의 고장 유형에 대해 세가지 인자를 이용해서 위험도(RPN, Risk Priority Number)를 계산했다. 위험도를 구하는 공식은 다음과 같다.

RPN (위험도) = SEV (Severity, 심각도) × OCC (Occurrence, 발생도) × DET (Detection, 검출도)

SEV는 고장으로 인하여 공정이 미치는 영향 정도이다. OCC는 고장이 발생할 확률이다. DET는 문제를 찾아낼 수 있는 능력이다. 이 세 가지 인자는 1~10의 범위를 가지고 있다.

위의 표 Palletizing conveyor의 사례를 보면 세 개의 고장 유형의 RPN 값이 540, 80, 450이다. 일반적으로 100 이하의 값을 안전하다고 기준을 세웠다면 첫 번째 고장 유형과 세 번째 고장 유형이 문제가 있다. FMEA가 좋은 기법이라는 것은 다음 단계 때문이다. RPN 값이 가장 큰 고장 유형이 가장 안 좋은 것이다. 그럼 RPN 값을 540에서 100 이하로 만들 방법을 연구한다. 그리고 조치/수행을 한 후 다시 RPN을 계산한다. 이 과정을 반복해서 RPN 값을 100 이하로 만들면 그 다음 고장 유형으로 넘어간다.

첫 번째 고장 유형의 경우 SEV 10, OCC 6 그리고 DET 9이다. 보통 SEV 심각도가 9 이상일 때는 해당 고장 유형은 모두가 인지할 수 있도록 한다. 그리고 세 개 중에서 낮출 수 있는 기술이나 방법을 검토한다. 검출도가 9인데 고장이 나기 전에 고장을 예지할 수 있는 기술이 있다면 DET 값이 9에서 1로 낮출 수 있다. 그럼 RPN은 50이 될 수 있다. 고장을 제거하거나 사전에 검출해서 대응할 수 있도록 한다면 고장은 피할 수 있다는 것이다.

FMEA는 제조 공장에서 고장이 많은 설비를 대상으로 접근하면 좋다.

고장이 나거나 사고가 나면 재발 방지를 위해 원인을 찾는다. 원인도 근본원인을 찾으려고 노력한다. 그 근본 원인을 찾으려는 근본 원인분석 방법을 RCA, Root Cause Analysis라고 한다. FMEA가 소 잃기 전에 외양간을 고치는 것이라고 하면 RCA는 소 잃고 외양간을 고치는 것이다. RCA는 공장이 발생한 후 가장 신속하게 Trouble Shooting을 하게 한다.

RCA는 근본 원인을 찾아가는 인과관계의 구조체를 활용한다.

위의 도표는 압축기의 고장 원인에 대한 구조체 사례이다. 압축기가 고장 날 수 있는 파트는 네 곳이다. 압축 파트, 모터 파트, 윤활 파트 그리고 공정 파트이다. 고장이 일어나면 분명 이 네 곳 중 한 곳에서 발생할 것이다. 파트별로 사전에 고장이 발생할 항목과 원인의 관계 구조체를 만들어 놓는 것이다. 그럼 고장 시 빠르게 그 원인을 찾을 수 있다. 또한 이 구조체를 온라인으로 구성할 수 있다면 더 신속하게 고장 원인을 알 수 있고 알람과 동시에 작업 통지로 연계될 수도 있다.