도란시스템 - 설비관리 칼럼

항공사의 보전 프로젝트에서 탄생한 RCM

- 美 국방성이 RCM으로 명명한 유나이티드 항공사의 MSG

스마트팩토리연구소 소장 정일영

1903년 12월 노스캐롤라이나 킬데빌의 모래 언덕에 많은 사람이 모여서 하늘을 나는 무엇인가를 보고 있었다. 3m의 높이로 12초 동안 36m를 날아간 물체는 바로 라이트 형제의 최초의 비행기 프라이어 1호였다. 그로부터 1년이 지난 1904년 비행기에 바퀴가 달렸다. 그런데 안전은 향상되었지만, 연비가 30%나 감소했다. 이제 이 바퀴는 있어야 하면서도 없어야 하는 골칫거리가 되었다. 바퀴가 달렸지만, 비행기는 어느 누구도 목숨을 걸지 않았다. 4년이 지난 5월 라이트 형제의 항공사 기계공이던 찰스 퍼나스가 최초의 비행 장소인 킬데빌 모래 언덕에서 라이트 플라이어 3의 최초 승객이 되었다. 그는 그 비행기를 타고 600m를 날았다.

그 후 10년 동안 비행기는 승객을 태우기보다는 사람을 죽이는 군용으로 발전했다. 1914년 1차 세계대전에 비행기가 정찰기로 등장했다. 초기 정찰기들은 하늘에서는 서로 죽이기 보다 신기한 환경의 친구처럼 인사를 나누기도 했다. 그러다 독일이 정찰기에 폭탄을 싫고 비행 중에 손으로 폭탄을 떨어트리는 폭격 기능을 더했다. 또한 가지고 탄 총으로 비행 중에 적에게 총을 쏘는 전투 기능이 추가되면서 군 비행기는 빠르게 발전했다.

전쟁을 포함해 약 40년 동안 하늘에는 프로펠러 비행기rk 비행을 했다. 1949년 7월 영국 해빌런드 사에서 제트엔진을 이용한 Comet 1이라는 최초의 상용 제트여객기가 선보였다. 알루미늄 합금으로 된 동체를 가지고 740km/h의 순항속도를 내었다. 길이가 28m인 동체에는 약 40명 정도의 승객을 태울 수 있었고 9명 정도의 승무원이 탔다. 이 비행기는 기존 비행기보다 2배 높게 그리고 2배 빠르게 비행할 수 있었다. 하지만 ‘항공기 정비’라는 개념은 없었다.

1954년 1월 10일, 싱가포르에서 출발해서 로마를 거쳐 런던으로 가는 영국 BOAC소속의 Comet 781편이 로마에서 승객을 태우고 있었다. 모든 것이 순조로웠고 기장과 승무원 그리고 26명의 승객 모두 즐거운 여행 중이었다. 이 비행기의 이륙은 10시 30분, 대기하던 비행기는 순서가 되어 이륙했다. 이 항공기가 지중해를 날고 있을 때 로마에서 먼저 이륙한 같은 소속의 항공기 DC-4편에 교신을 넣었다. 몇 마디 대화가 오가던 중 갑자기 Comet 781편이 사라져 버렸다. 그 시각 이탈리아 북부 엘바섬 근처에서 고기를 잡던 어부들은 하늘에서 떨어지는 세 개의 큰 불덩어리를 목격했다. Comet 781편이 하늘에서 갑자기 삼등분으로 공중분해가 되면서 폭발한 것이다.

이 사고는 항공기를 이용하려는 사용자에게 공포로 자리했다. 항공사는 정확한 사고조사와 재발 방지 대책 그리고 고객의 신뢰를 얻는 것이 필요했다. Comet 781이 추락한 인근 바다에서 수거가 가능한 모든 부품을 모았다. 그리고 밤낮으로 사고 원인을 찾았다.

얼마 후 사고에 대한 발표가 있었다. Comet 781편 사고의 시작은 창문 쪽 알루미늄판 접합부에 있었다. 작업표준에 명기된 작업방식인 드릴이 아닌 펀칭을 했던 것이다. 펀칭 된 리벳 구멍 주위에 금속피로를 주어 미세 균열이 발생했고 운항을 통해 균열이 발전한 것이었다. 그로 인해 10000번의 운항을 목표로 제작된 항공기는 3000번 만에 공중분해가 된 것이다. 이 사고는 정비개념조차 없던 항공사에게 항공기 정비방식의 필요성을 인식시켰다.

이 사고 후 모든 항공사는 ‘Overhaul 후 Replace 하라.’는 식으로 정비를 했다. 일정 주기마다 분해점검을 한 후 조금이라도 의심스러우면 무조건 교체 했다. 무식한 방식이었고 비효율적인 방식이었다. 노동력과 정비비용이 손익에 큰 영향을 미칠 정도였다. 이러한 단점을 보완하고 신뢰성을 높일 수 있는 방법을 찾기 시작했다. 항공사들은 항공기 내 부품들의 중요도가 다 다르다는 것을 알았다. 이런 데이터들을 기반으로 정비방법을 결정하는 ‘Decision Logic’이 만들어졌다. 이 Logic은 정비 종류와 주기로 구성됐고 주기적으로 업데이트하게 하는 지침 MSG-1을 등장시켰다.

MSG는 Maintenance Steering Group의 약자로 1936년 미국 워싱턴 DC에 설립된 미국항공연합(A4A, Airline for America) 내 한 그룹이다. 미국연방항공청(FAA) 및 항공기 부품 제작사 관계자의 모임으로 업무 목적은 항공정비 프로그램의 연구와 개발을 하는 것에 있다. 이 그룹에서 Comet 781편 사고 후 처음으로 내 놓은 항공정비의 기준이 바로 MSG-1이다.

MSG-1은 ‘Maintenance Evaluation and Program Development Hand Book’으로 1968년 보잉사 항공기 B747-100에 적합한 정비 스케줄 프로그램이 되어, 그해 9월 30일 B747을 대중에게 첫 공개하는데 큰 도움을 주었다.

그로부터 2년이 지난 1970년, A4A가 주체로 ‘항공기 부품이 제 역할을 하는지?’ 여부와 ‘얼마나 중요한지?’를 판별하여 정비하는 방법인 MSG-2를 발간했다. 그 내용은 분해점검 및 교체 시기를 어떻게 결정할 것인가를 가이드한 것이었다. 분해점검 치 교체 시기 결정을 위해 부품의 상태부터 접근하는 ‘Airline/Manufacture Maintenance Program Planning Document’가 발간된 것이다. 그 안에는 다음 세 가지 품목에 대한 보전활동 방법이 들어 있었다.

첫째, Hard Time (HT, 강제교체품목)

일정 시간이나 사용회수에 도달하면 구성품을 떼어 폐기하거나 Overhaul하라는 방법이다. TBM, Time Based Maintenance Style로 보면 된다.

둘째, On-Condition (OC, 상태점검품목)

일정 주기마다 점검해서 다음 점검 주기까지 운행해도 감항성 유지가 가능하다고 판단되면 계속 사용하고 결함이 발견되면 수리나 교체를 하는 방법이다. 감항성이란 항공기가 항공하기에 적합한 안전성과 신뢰성이 있고 없음을 나타낸다. PM, Preventive Maintenance로 PM 주기에 의한 보전활동으로 보면 된다.

셋째, Condition Monitoring (CM, 상태감시품목)

운항 중인 항공기 부품을 지속적으로 모니터링하면서 고장 징후를 파악하고 그 원인을 제거하여 감항성을 유지하는 방법이다. 이 방법으로 ACMS(Aircraft Condition Monitoring System)가 등장했다. 모니터링 하는 대상에는 엔진 EGT(Exhaust Gas Temperature), 엔진 Vibration, 연료 소모량, 엔진 오일 소모량 등이 있다. 엔진 EGT란 엔진 작동상태를 가늠하는 주요한 요소로서 터빈 내 Exhaust Case에 부착된 4개의 열전대의 평균 온도를 관리하는 것이다. 엔진 Vibration은 진동 뿐 아니라 편심까지 관리해서 엔진 밸런스를 관리하는 것이다. 그리고 엔진 오일은 오일 량과 압력을 관리하는 것이다.

MSG-2가 나오고 6년이 지난 1978년, 미 국방성은 유나이티드 항공사에 정비 프로그램 설계를 의뢰했다. 여기서 설계된 프로그램이 MSG-3이다. 당시 MSG-2가 생각보다 노동력이 많이 들어가는 문제까지 반영하였다. MSG-3은 기본적으로 MSG-2를 포함하고 있다. 그리고 부품보다 계통의 기능과 결함부터 분석해서 장비와 부품의 주기를 결정하고 그 분석을 위한 점검 방법을 점검하는 것이 들어 있다. 또한 부식방지 프로그램과 낙뢰 및 방사 위험 부위 검사 등으로 세밀한 부도 포함을 하고 있고 유지보수 뿐 아니라 고장 발견 작업까지도 포함하고 있다.

MSG-3의 방법은 단순하게 조종간을 왼쪽으로 하면 왼쪽으로 움직이는 것과 어느 정도 움직였는지 설계 수치와 함께 모니터링 부분까지도 포함하고 있다. 방법에는 윤활유 보급과 액체류 보급, 작동점검, 육안점검, 점검, 기능점검, 복원정비, 폐기 등이 있다.

아래는 항공사의 보전활동 사례이다.

1975년 미 국방성은 MSG에 RCM(Reliability Centered Maintenance, 신뢰성 모순)이라는 이름을 부여해서 적용하기 시작했다. RCM의 아버지라고 불리는 영국의 컨설턴트 존 머레이(John Moubray) 도 미 육군장비의 초기 정비 프로그램 개발에 참여했다. 1978년 유나이티드 항공사가 미 국방성에 RCM 지침서를 제공한 것도 이때였다. 그 후 미 국방성은 모든 군무기 시스템에 RCM을 적용했고 관련된 사양서도 제작했다. 1983년 미국전력연구소는 핵 발전소에 적용할 RCM을 연구했고 그 후 민간 핵 발전소도 RCM을 도입했다. 시간이 흐르면서 미국 전 산업에서 RCM을 적용했다.

유나이티드 항공사의 MSG-3 프로젝트가 50년이 지난 지금까지도 설비관리에 중심이 되고 있는 RCM, 신뢰성 보전을 탄생시킨 것이다. 유나이티드 항공사가 도입했던 MSG-3의 과정에는 부품과 설비의 특성과 FMEA를 수행이 들어 있었다. 부품과 설비의 특성은 잘못 알고 있던 욕조곡선(Bath-tub Curve)에 대한 인식을 바꿔 놓았다. 그리고 FMEA는 심각한 고장을 제거하는 방법으로 오늘날 가장 안전한 이동수단으로 자리하게 했다.

디지털 트랜스포메이션을 추진하는 공장에서는 선행보전의 한 방법으로 FMEA를 고민하는 것도 위의 이유에서 이다.