정비성(Maintainability) 설계 Guideline
<목 차>
1. 개요 1
2. 정비성(Maintainability) 설계 고려사항
2.1 주요 고려사항(Specific Considerations)
2.1.1 지원개념(Support Concept)
2.1.2 운용 및 지원환경(Operation and Support Environment)
2.1.3 예방정비 적용
2.1.4 2계단 정비 적용
2.2 인간공학(Human Engineering)
2.2.1 식별성
2.2.2 접근성
2.2.3 취급성
2.2.4 정보의 제공
2.2.5 조종기
2.3 공구 및 지원장비(Tool and Support Equipment)
2.4 교육 및 훈련(Training)
2.5 시험성 및 진단성(Testability and Diagnostics)
2.5.1 시험성(Testability)
2.5.2 진단성(Diagnostics)
2.6 인터페이스 및 연결(Interface and Connections)
2.7 안전성(Safety)
<표 목 차>
표 1 정비계단
표 2 지원 개념 선택 자유도
표 3 교육 및 훈련 종류 및 특징
표 3 시험성 관련 설계 원칙
표 4 시험성 체크리스트
표 5 인터페이스 및 연결 Guideline
표 6 안전성 설계 Guideline
<그 림 목 차>
그림 1 부품 선택, 적용 및 통제 Process Flow
그림 2 공급업체 선정 방법론
그림 3 고장율 vs. 시간 및 성숙도
그림 4 외부 컨넥터 삽입 예
그림 5 전선 연결의 예
개요
본 문서는 00 체계 개발 시 고려해야 할 신뢰성 설계에 대한 지침을 제공하며, 설계자는 본 문서의 정비성 관련 요소들을 반드시 고려하여 설계 해야 한다.
표준화 및 호환성(Standardization & Interchangeability)
공구 및 지원장비(Tool & Support Equipment)
주요 고려사항(Specific Considerations)
고장 발생 시 조치방법(폐기처분 또는 완전 분해수리 등)
정비 수행 주체(소요군, 제작업체, 전문 정비업체 또는 이 3자의 조합)
정비업무 유형은 크게 두 가지 업무로 구분할 수 있다. 첫 번째는 예방정비(PM, Preventive Maintenance)로서 주로 부대급 수준에서 점검(Inspection), 근무(Servicing), 시간제 검사 및 주기검사 등의 방법을 통해 무기체계를 운용 가능한 상태로 유지하는 정비업무를 말한다. 두 번째는 고장정비(CM, Corrective Maintenance)인데 이는 무기체계의 고장 발생 후 운용 가능상태로 회복시키기 위한 고장배제가 주된 업무로 부대, 야전, 창급 단계에서 모두 수행될 수 있다.
지원 개념을 선택할 수 있는 자유도는 무기체계가 신규 개발품인지, 비 개발품인지, 상업규격품(COTS)인지의 여부에 따라 달라지는데, 신규 개발품은 지원 개념의 선택의 자유도가 크고 상업규격품의 경우 지원 개념의 선택 자유도가 거의 없다고 볼 수 있다.
표2 지원 개념 선택 자유도
| 정비계단 | 설명 |
| 신규 개발품 | - 높음 : 설계자는 선택된 개넘에 대한 대응을 할 수 있음 |
| 비개발 품목 | - 신규 개발품 보다 낮음 |
| 상업 규격품 (COTS) |
- 거의 없음 : 부대정비 능력을 개발하는데 필요한 설계자료, 기타 세부자료로의 접근이 어려움. 상업 규격품의 경우 흔히 부대급 장탈 및 교환으로만 구성되며, 야전 및 창정비는 주로 OEM에 의해 수행됨 |
운용 및 지원환경(Operation and Support Environment)
설계자는 무기체계의 운용 및 정비 환경적 요소를 고려하여 설계를 진행해야 한다. 온도, 습도 등과 같은 환경 요소는 임무 및 정비 수행에 제약 요소로 작용하기 때문인데 예를 들어 매우 추운 기후에서 무기체계의 정비를 수행해야 하는 환경일 경우, 두꺼운 옷과 장갑을 착용해야 한다. 이러한 복장은 움직임과 동작을 제한하고 더 많은 정비 공간을 요함으로써 정비능력을 감소시킨다. 따라서 설계자는 소요군의 운용 및 정비 인력을 무기체계 개발 초기 설계 단계에 참여 시키거나, 직접 소요군을 방문하여 운용 및 지원 환경에 대한 정보를 획득하는 등의 방법을 통해 반드시 환경적 요소를 고려한 설계가 진행되도록 해야 한다.
예방정비 적용
무기체계의 가용도를 높이고, 수명주기 비용을 감소시킬 수 있는 효율적 방법 중 하나가 예방정비이다. 고장이 발생하지 않더라도 일정한 주기 별로 주요 구성품에 대한 점검(Inspection) 및 근무(Servicing) 등의 예방적 조치로 무기체계의 효율성을 높일 수 있다. 정비행위를 통해 고장의 발생가능성을 감소시킬 수 있거나 고장 징후에 대한 정량적인 식별이 가능할 경우에 예방정비 업무를 적용할 수 있다. 예방정비는 무작위한(Random) 고장 패턴을 보이는 전자 부품보다는 시간이 지남에 따라 마모되기 시작하는 기계 부품에 더욱 적합한 경향을 보인다. 아울러 예방정비는 정비행위를 수행함으로써 허용할 수 있는 수준으로 고장률을 낮출 수 있거나, 고장정비 만으로 무기체계를 유지하는 것보다 비용효율적인 경우에만 적용하여야 한다. 설계자는 이러한 예방정비 업무의 특성을 충분히 이해하고 무기체계의 주요 구성품에 대해 적절한 예방정비 업무 방법에 대한 고려를 포함하여 설계를 진행해야 한다.
2계단 정비 적용
2계단 정비는 무기체계의 임무 목표를 충족시킴과 동시에 인력, 장비, 시설 및 군수수요를 감소시키기 위한 노력의 일환으로 미공군으로부터 그 개념이 시작되었다. 기존의 부대정비-야전정비-창정비의 3계단 중 야전정비 계단의 업무를 부대정비 및 창정비로 분산시킴으로써 부대정비-창정비(지역 정비 센터:Regional Repair Center)의 2계단 정비 구조를 형성하는 개념이다. 2계단 정비는 정비 효율성을 증대시킬 수 있고, 저비용을 유지하면서 정비 유동성을 향상 시킬 수 있는 장점이 있으므로 무기체계 설계 시 2계단 정비 적용여부를 고려해야 한다.
인간공학(Human Engineering)
설계자는 무기체계 설계 시 다음의 인적요소(Human Factor)를 반드시 고려해야 한다.
식별성
접근성
취급성
정보의 제공
조종기
식별성
식별성 관련 설계 고려사항은 다음과 같다
구성품의 명칭, 부품번호 등 식별을 위한 명판 및 식별표식(Label 등)이 있어야 한다.
장비의 전원인가상태 및 정상/비정상 여부를 판단할 수 있는 표식이 있어야 한다.
장비내부 배선장치들의 오결합 방지를 위한 식별표식이 있어야 한다.
Plug-in 품목은 교환 작업이 용이하도록 한 방향으로 가이드 라인을 표시해야 한다.
극성이 구분되어진 배선을 식별하기 쉽도록 (+), (-) 표시나 Color Code 등을 표시해야 한다.
접근성
접근성 관련 설계 고려사항은 다음과 같다.
점검창(Access Door)의 크기, 위치 및 형태가 적절하게 고려되어야 한다.
시험단자(Probe), 납땜인두, 기타 공구를 사용하는데 있어서 충분한 공간이 있어야 한다.
고장품목 및 교환품목 제거 시 접근의 용이성 및 간섭의 최소화를 실현할 수 있도록 구성품 및 케이블을 배치해야 한다.
고장부품 제거 및 교환 시 타 부품에 손상을 미치지 않도록 설계해야 한다.
시한성 품목과 정비빈도가 많이 예상되는 품목의 접근 및 교환이 용이하도록 덮개만 제거하여 작업 가능하도록 설계해야 한다.
정비 수행이 가능하도록 적절한 접근공간과 작업공간을 확보할 수 있도록 설계해야 한다.
취급성
취급성 관련 설계 고려사항은 다음과 같다.
취급을 용이하도록 하기 위해 구성품 등의 적절한 위치에 손잡이를 설치해야 한다.
구성품의 모듈화 설계 시 한 사람이 취급 및 운반할 수 있는 무게(18kg 이하)를 고려하여 설계해야 한다.
취급장비(인양장비 등)를 이용하여 이동이 필요한 장비의 경우 적절한 부위에 인양고리를 설치해야 한다.
정보의 제공
정보의 제공과 관련한 설계 고려사항은 다음과 같다.
시각, 청각, 촉각 등 적절한 인간의 감각을 통해 무기체계의 주요 정보가 식별될 수 있도록 설계해야 한다.
특히 시각 정보의 경우 칼라(흑, 백), 기호/문자, 움직이는 바늘 등 눈으로 보고 쉽게 정보를 인식할 수 있도록 설계해야 한다.
취급의 주의, 무기체계의 위험한 상태 등에 대한 경고 신호의 경우 신속히 인지할 수 있도록 시각(붉은 계열 색상 사용) 및 청각(알람, 경고음 등) 등 여러 감각에 의해 상황이 인지될 수 있도록 설계해야 한다.
조종기
조종기 관련 설계 고려사항은 다음과 같다.
조작을 위한 공간의 확보 및 식별표식을 고려하여 배치해야 한다.
순서적으로 사용되는 조종기의 경우 왼쪽에서 오른쪽으로 또는 위쪽에서 아래쪽으로 정렬되도록 설계해야 한다.
중요성, 사용빈도, 사용순서, 기능 등에 따라 조종판 및 조종기를 배치해야 한다.
무기체계의 위험한 상태를 초래하거나 중요한 장비의 조종기 또는 스위치에는 안전장치(커버 등)를 적용해야 한다.
기타 인간공학(Human Engineering)적 요소를 고려하여 설계해야 한다.
공구 및 지원장비(Tool and Support Equipment)
설계자는 무기체계의 지원(정비)에 필요한 공구 및 장비를 식별해야 하는데, 운용지원비용 및 교육소요를 최소화하기 위해서 다른 장비에 이미 사용되고 있는 공구 및 지원장비를 사용토록 하는 것이 중요하다. 즉 가능한 한 특수공구 및 지원장비의 소요가 최소화 되도록 설계해야 한다. 공구 및 지원장비의 신규 소요가 불가피할 경우 가상현실(Virtual Reality) 및 시뮬레이션 기술 등을 사용하여 그 적정성을 확인해야 하며, 설계 Trade Off Study 시 공구 및 지원장비에 대한 안건을 포함해야 한다.
교육 및 훈련(Training)
교육 및 훈련관련 설계 고려사항은 다음과 같다.
설계 형상이 훈련 소요를 감소시키도록 각 정비 계단의 진단 자원(Diagnostic Resource)를 포함하도록 설계해야 한다.
다른 장비에 이미 사용되고 있는 공구 및 장비의 사용이 가능토록 설계해야 한다.
특수 교육 소요가 최소화 되도록 해야 한다.
정비인력 인원 수 및 숙련도 요구조건을 감소시키도록 설계해야 한다.
계획된 정비 인원이 그들의 현재 기술로 정비 가능토록 설계해야 한다.
특수 교육훈련 장비의 소요가 최소화 되도록 설계해야 한다.
기본적인 교육 및 훈련 방법은 다음의 표2와 같다.
표2 교육 및 훈련 종류 및 특징
| 종류 | 특징 |
| On-the-Job (OJT) |
- 가장 오래된 교육 방법 - 시간이 많이 걸리며 숙련된 멘토가 필요함 |
| 교실수업 | - 피교육자가 교육자에게 강의 제공 - 이론 및 지적 내용의 학습에 적합한 방법 |
| 시뮬레이션 | - 가상현실 및 기타 시뮬레이션 방법 사용 - 통제된 환경 하에서 현실과 유사한 경험을 제공할 수 있음 |
| 컴퓨터 기반 학습 | - 교실수업의 진보된 형태 - 지식(Knowledge)이 소프트웨어 프로그램화 됨 - 자가 학승 가능 - 자기 주도 진도 조절 가능 |
시험성 및 진단성(Testability and Diagnostics)
시험성(Testability)
시험성은 시스템 엔지니어링 프로세스의 통합된 부분으로서 개발되어야 하며, 효율적이고 효과적으로 고장탐지 및 배제가 가능하도록 각종 요구조건을 포함해야 한다. 시험성 관련 설계 원칙은 다음의 표3과 같다
표3 시험성 관련 설계 원칙
| 원칙 | 설명 |
| 물리적, 기능적 구분 (Physical/Functional Partitioning) |
- 고장배제의 용이성은 교환되는 부품의 크기와 복잡성에 의해 결정됨 - 구성품을 기능적 또는 기술적(디지털/아날로그 등)으로 그룹화하면 고장배제 능력을 강화할 수 있음 |
| 전기적 구분 (Electrical Partitioning) |
- 시험되는 회로망은 시험되지 않는 회로망과 반드시 분리되어야 함 |
| 초기치 설정 (Initialization) |
- 주어진 고장에 대해 여러 번의 시험에 일관되게 반응하도록 초기값을 설정 해야 함 |
| 통제성 (Controllability) |
- 무기체계의 내부에 장착되는 구성품은 고장탐지 및 배제를 위해 외부에서 통제할 수 있도록 설계해야 함 |
| 식별가능성 (Observability) |
- 시험 시스템(기계 또는 사람)이 고장탐지 및 배제에 필요한 충분한 Data를 얻을 수 있도록 Test Point, Data Path, 내부회로 등으로의 충분한 접근성이 제공되어야 함 |
| 시험시스템 적합성 (Test System Compatibility) |
- 다수의 인터페이스 장치 설계 소요를 감소/제거하기 위해 시험되는 각 부품은 시험장비에 전기적, 기계적으로 적합해야 함 |
시험성 관련 세부 체크리스트는 아래의 표4와 같다.
표4 시험성 체크리스트
| 기계적 설계 체크리스트(전자부품) | ||
| -구성품 식별을 용이하게 하기 위해 표준 Grid Layout이 사용 되었는가? -커넥터 I/O Pin No.가 시험장비 I/O 특성에 적합한가? -물리적으로 인접한 Pin이 Shorting 되었을 때의 영향을 최소화 하도록 커넥터 Pin이 배치되는가? -각 구성품 하드웨어의 라벨이 명확한가? |
-구성품 사이의 간격이 클립/시험 Probe를 연결할 만큼 충분한 여유가 있는가? -장착된 장비의 ATE 시험강화를 위한 Test Header 커넥터가 설계에 포함되었는가? -인터페이스 아답터 수를 감소 시키기 위하여 Defeatable Keying이 사용되었는가? -시험을 더디게 하는 특정 Set-Up 요구조건을 포함하고 있는가? |
-모든 구성품은 동일한 방향으로 위치되는가? (1번 Pin은 항상 동일한 위치에 있는가?) -Board Layout에 Guided Probe 시험 기술이 적용되었는가? -I/O 커넥터 또는 Test 커넥터에 Power 및 Ground가 포함 되었는가? -시험 및 정비 요구조건이 Conformal Coating에 영향을 미치는가? -부품이 적절한 시간 안에 Warm Up 되는가? |
| 전자적 구분(Electronic Partitioning) 체크리스트 | ||
| -시험될 각 기능은 모두 하나의 Board에 있는가? -시험될 각 회로의 모든 블록은 경제적 관점에서 고장 탐지 및 배제를 위해 최소화 되었는가? -Power Supply의 수가 시험 장비의 요구 조건에 부합하는가? |
-하나의 Board가 한 개 이상의 기능을 수행할 경우, 각각은 독립적으로 시험될 수 있는가? -필요할 경우 구성품 작동을 위해 Pull-Up Resistor 가 동일한 Board에 위치 하는가? -요구되는 자극(Stimuli)의 수량과 종류는 시험장비에 적합한가? |
-복합 디지털-아날로그 회로는 기능 내에서 독립적으로 시험될 수 있는가? -시험 적합성을 용이하게 하기 위해 아날로그 회로는 주파수로 구분 되는가? -모호한 그룹(Ambiguity Group) 에 포함된 요소는 동일한 패키지 에 위치 하는가? |
| 시험 통제 체크리스트 | ||
| -테스터 시계를 사용하여 Board 상에 있는 발진기를 불능화 시키고 모든 논리를 가동시키는 것이 가능한가? -바이패스 회로가 고려 되었는가? -마이크로프로세서 기반 시스템의 경우, 테스터는 Data Bus, Address Bus 및 주요 통제 라인으로 접근을 제공하는가? |
-회로는 빨리, 쉽게 최초의 상태로 돌아가도록 설계 되었는가? -Long Counter Chain은 작은 부분으로 나뉠 수 있는가? -피드백 루프는 테스터의 통제하에 세분화 될 수 있는가? -테스터가 필요한 내부 노드를 통제할 수 있도록 Active Component (디멀티플렉서, 쉬프트 레지스터 등)가 사용 되는가? |
-설계에 반영된 리던던트 요소는 독립적으로 시험 될 수 있는가? -테스터는 전기적으로 유사한 부품으로 구분 가능한가? -시스템 버스를 Stand- Alone 개체로 시험하기 위한 설계가 반영되는가? -High Fan-in이 포함된 노드에 시험 통제 포인트 가 포함되었는가? |
| 부품 선택 체크리스트 | ||
| -다른 종류의 부품 수를 최소화 하였는가? -고장 유형에 특성화된 부품이 선택되었는가? |
-Single Logic Family가 사용 되었는가? 만약 그렇지 않다면 Common Signal Level이 사용 되었는가? |
-최신화되는 요구조건에 부품들이 독립적인가? 만약 그렇지 않다면 동적 장치가 지원되는가? |
| 시험 접근성 체크 리스트 | ||
| -테스터에게 추가 내부 노드를 제공하기 위한 추가 커넥터 핀이 사용 되는가? -High Fan-out이 포함된 노드에 시험 접근 포인트가 제공되는가? -Active Component가 사용 되는가? |
-신호 선과 시험 포인트가 시험장비의 용량을 충족하도록 설계 되었는가? -테스터 성능에 부합하도록 고전압이 낮추어지도록 설계 되었는가? |
-테스터가 On-Board Clock Circuit을 모니터하고 동기화 하도록 시험 포인트가 설계 되었는가? -시험장비의 측정치가 시험되는 부품의 제한치와 비교하여 적합한가? |
| 아날로그 설계 체크리스트 | ||
| -각 시험 포인트가 메인 신호 결오로부터 적절히 독립 되었는가? -다중 상(Multiple Phase) 또는 시간 관련 자극(Stimuli)이 최소한으로 요구되는가? |
-상(Phase)과 타이밍 측정 (Measurement)이 최소한으로 요구되는가? -온도의 저하 없이 시험이 가능한가? |
-다중, 상호작용하는 조절 (Adjustment)이 생산 아이템에 금지 되는가? -표준 커넥터가 사용 되는가? |
| 디지털 설계 체크리스트 | ||
| -저항 캐패시턴스 One-shot을 회피하도록 설계 되었는가? -Wired OR Logic에 무관하게 설계 되었는가? |
-각 Board의 Fan-out 수는 미리 정해진 값으로 한정되었는가? -Bit Slice 시험이 가능토록 설계 되었는가? |
-주요 인터페이스에 Data Warp-around 회로가 포함되도록 설계 되었는가? |
진단성(Diagnostics)
진단성 관련 설계 고려사항은 다음과 같다.
무기체계 성능 및 운용 요구조건
정비 지원 요구조건(정비계단 등)
무기체계 설계에 반영된 시험성의 정도
유사 무기체계의 식별된 진단 관련 문제점
인터페이스 및 연결(Interface and Connections, I&C)
I&C는 개별 구성품의 장탈착을 용이하게 하기 위한 것이지만 오히려 I&C가 존재함으로 인해 고장 유발 가능성을 증가시키기도 한다. 따라서 다음 표5에 제시된 Guideline을 참고하여 설계를 진행해야 한다.
표5 인터페이스 및 연결 Guideline
| 인터페이스 및 연결 Guideline |
| - 전체가 Locking 되는 메커니즘을 사용하고, Connector가 적절히 Lock 되었는지 보여주는 시각적 장치를 사용해야 함 - 적절한 정렬(Alignment)이 이루어 졌는지 확인하기 위해 비대칭 형상의 커넥터를 사용 - 커넥터의 경우 계획 점검 및 부식 방지 절차를 감소하거나 제거하기 위해 부식방지 물질을 사용 - 전기적 커넥터의 경우 모든 Pin의 식별 가능토록 해야 함 - 그룹화된 커넥터의 경우 연결 또는 분해를 위해 분리 - 교체를 용이하게 하기 위해서 Quick Disconnect 사용 - 시간 단축, FOD 방지 등을 위한 Positive Locking, Quick Disconnector 사용 - Interconnect/Interface를 감소하기 위하여 광섬유 기술 사용 - 시험성 및 군수지원 향상을 위해 커넥터 및 Wire의 Type을 표준화 - Over Torque로 인한 고장을 방지하기 위해 Torque-set 또는 Torque Limit 기계 커넥터를 사용 - 부적절하게 또는 거꾸로 장착되지 않도록 Mating Item 설계 |
안전성(Safety)
무기체계 설계시 고객(소요군), 정부기관, 산업 기준(Industry Standard) 등으로부터 안전성 관련 요구조건들이 도출되며, 이러한 요구조건들을 충분히 설계에 반영하여야 한다. 안전성 관련 설계 Guideline은 다음의 표6과 같다.
표6 안전성 설계 Guideline
| 안전성 설계 Guideline |
| - 장비간 또는 장비와 쉘터간, 랙과 쉘터간 접지가 되도록 설계 - 구성품(회로카드, 부품 등)들이 진동 및 충격에 분리될 위험이 없도록 설계 - 주요 버튼 및 스위치는 접근권한(잠금장치/암호 등)이 있도록 설계 - 무기체계 파손 등의 원인분석을 위한 운용기록 장치 설계 반영 - 장비의 안전을 위한 안전장치(퓨즈, 서지보호기, 회로차단기, 피뢰침 등)가 설계에 포함되어야 함 - 미끄럼방지, 안전손잡이 설치 등 장비 내에 안전장치 설계 반영 - 고온, 고전압 부품에 경고 표식(Label) 부착 - 날카로운 모서리나 돌출부위 최소화 또는 적절히 보호될 수 있도록 설계 |
(End)
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