고장 요인 분석(FTA)와 고장 모드 영향 분석(FMEA)

고장 요인 분석(FTA)

1962년 미국 벨 연구소에서 고안된 FTA(Fault Tree Analysis)는 고장 나무 해석이라고 합니다. 화재, 폭발 등 특정되는 예상 사고에 대해 사고의 원인이 되는 설비나 기기의 결함과 작업자, 설계자의 오류를 연차적, 순차적, 도식적, 확률적으로 분석하여 해당 설비와 기기 시스템의 안정성을 정량적으로 평가하는 방법입니다. 

 

 FTA는 시스템이나 기기 고장의 바람직하지 않은 현상(Top 사상)의 발생 원인을 하위 레벨로 전개하여 Top 사상과 발생 원인의 관계를 정성적, 정량적으로 파악하여 대책이 가능한 레벨 요인의 최종 사상(기본 사상)을 구하는 수법입니다. 바람직하지 않은 경로가 명확하게 발생에 영향을 미치는 사상, 구성품이 확인되어 설계, 안전, 조작, 취급상의 약점을 판정하게 됩니다. 

 

FTA 작성 시 바람직하지 않은 요인을 검토하여, 다수 도출된 요인을 대항목, 중항목, 소항목으로 정리합니다. FTA 기법에서는 이것을 톱 사상, 중간 사상, 기본 사상이라고 부릅니다. 톱 사상은 가장 근원이 되는 사상으로 설정합니다. 제품이 고장으로 사용되지 못하는 혹은 사용자에게 피해를 주는 것입니다. 기본 사상은 톱 사상을 일으키는 원인을 찾아 FTA도를 전개하여 이것 이상 원인이 전개되지 않는 기본적인 사상 또는 발생 확률이 단독으로 얻어지는 가장 낮은 수준의 기본적인 사상을 말합니다. 중간 사상은 톱 사상과 기본 사상의 중간 사상을 말합니다.

 

 고장 모드 영향 분석(FMEA)

FMEA(Failure Mode Effect Analysis)는 제품 및 프로세스의 가능한 문제점 및 원인들을 사전에 예측하고 위험도를 평가하여 사고를 미연에 방지합니다. 설계의 불완전이나 잠재 결함을 발견하여 구성 요소의 고장 모드와 그 상위 아이템에 미치는 영향을 분석하는 기법입니다.

 

FMEA는 정성적인 고장해석 방법이고 반면에 FTA는 정량적이고 상향적 분석방법입니다. FMEA는 시스템의 기기, 부품 등의 고장요인을 도출해서 시스템을 구성하는 기기나 부품에 고장이 발생한 경우 어떠한 영향을 미치는가를 해석하는 방법입니다. 이때 큰 영향을 미치는 기기 혹은 부품을 도출하여 미연에 대책을 실시하는 것이 중요합니다. 새로운 일을 하는 경우 반드시 문제가 발생한다는 생각으로 예상 가능한 것은 사전에 검출하여 해결해야 합니다. 이처럼 FMEA는 설비고장, 검사시스템 개선 및 예방 목적이 있습니다.

 

FMEA의 유형은 크게 설계 FMEA와 공정 FMEA로 나눕니다. 전자는 제품 설계 단계에서 실시하는 것으로 설계에 활용되는 각종 부품의 기능 및 특성을 분석하여 설계의 신뢰성을 높이는 방법입니다. 후자는 공정개발 단계에서 실시하는 것으로 부문별 공정의 기능과 특성을 분석하여 생산성을 향상하는 방법입니다. FMEA 활동의 주안점은 각 기능별 전문지식이 있는 우수한 인력이 주축이 되어 진행해야 하며, 문제가 발생한 이후에 대책을 강구하는 활동이 아니라 사전 예방조치 활동을 염두에 두어야 성과가 높습니다.

 

FMEA는 제품 및 프로세스의 개발 시 어느 단계에서도 분석이 가능하지만, 새로운 제품이나 프로세스의 개발이 완료되기 이전에 분석하는 것이 최적기입니다. 제품이나 프로세스의 수준이 낮아 개선이 필요할 때, 새로운 설비의 도입으로 프로세스의 변화가 예상이 될 때, 개선으로 인해 잠재적인 위험이 예상되거나 문제의 재발 방지를 위해 문제 해결 기법을 적용할 때 실시하는 것이 바람직합니다.

 

-위험 우선순위 : 심각도(Severity)는 잠재적 고장 증상이 그다음 단계의 구성품이나 하위 시스템 또는 고객에 미치는 영향을 심각성을 평가한 정도로 설계변경에 의해서만 감소합니다. 발생도(Occurrence)는 특정한 원인이나 메커니즘이 발생할 가능성으로 설계변경으로 고장원인이나 메커니즘이 변경될 때 감소합니다. 검출도(Delection)는 잠재적 고장원인이나 메커니즘을 설계도면 배포 전에 현 설계관리로 발견할 수 있는 능력입니다. 검출도는 계획된 설계관리(예방, 유효성 확인, 설계 검증)로 개선이 있어야 증가합니다. 각각의 평가 항목은 등급을 1~10등급으로 나누어 평가를 실시하고 이를 종합하여 설계 위험척도, 위험 우선순위(RPN)를 매깁니다.