Transcript 7. 신뢰성 시험
신뢰성 기초 신뢰성기술 목차 1. 신뢰성의 정의 2. 신뢰성의 필요성 3. 신뢰성 척도 4. 신뢰성 요구조건 5. 신뢰성 업무 6. 신뢰성 문제 7. 신뢰성 시험 8. 신뢰성 보증의 요소 1. 신뢰성의 정의 1/26 재료, 부품 어떤 ITEM이 제품 시스템 신 뢰 규정된 조건에서 정해진 기간동안 사용조건 환경조건 Mission Time 유무 시간, 거리, Cycles 도 의도한 기능을 수행할 확률 열화/파국고장 전기/기계/화학 정량적 측도 2. 신뢰성의 필요성 2/26 시장환경의 변화에 따른 신뢰성 보증의 중요성 증대 소비자 • 제품선택의 기회 확대 - 시장 개방 ; 요구품질 수준의 향상 • 품질기준의 변화 - Maker(요구조건의 일치) ▷ Customer (CS) • 소비자권리/보호 강화 - PL법 시행예정 기 업 • 개발기간의 단축 - 시간적 제약 ; 기술발전 속도 증가로 미지의 요소 증가 ▷ 신부품, 신소재, 신개념 설계의 신뢰성 보증에 어려움 • Field 고장에 의한 손실 및 고객 불만 증가 - A/S 비용의 증가 • Buyer의 신뢰성 요구 증가 (MTBF, 신뢰성 시험 데이터) 경쟁사 • 선진업계의 동향 - 협력업체에 대한 책임한계의 명확화 ▷ PL 대응 - 신뢰성 차별화를 통한 경쟁력 강화 • 선진 기업의 신뢰성 보증 프로그램 - R101(Ford), 보증 프로세스(松下), 부품 신뢰성 인증(HP) • 국내기업: 가속시험, 보증 Process 확립 및 기술확보에 주력 2. 신뢰성의 필요성 3/26 Reliability in Supply Chain • Supply Chain : a network of business relationship • 국산 부품의 신뢰성 부족 ▷ Set와 시스템 업체의 사용 기피 BA BS BU Electron gun Glass Vendor CRT manufacturer TV Set, Monitor maker End user AC AA AS AU A : 내부 신뢰성 보증, B : 고객 신뢰성 요구, Claim 3. 신뢰성의 척도 4/26 확률밀도함수 • 시간에 따른 고장발생 확률을 나타내는 f(t) 함수 분포함수 F(t) • 시간 t 까지 고장이 날 확률 • 불신뢰도 신뢰도함수 R(t)=1-F(t) • 시간 t 이후까지 고장이 나지 않을 확률을 나타내는 함수 고장률함수 h(t)=f(t)/R(t) • 시간 t에서의 순간 고장율을 나타내는 함수 MTTF • MTTF t f(t) dt R(t) dt 0 0 • 수리 불가능한 제품의 평균 고장시간 • MTBF T(t) , T(t): 총 사용시간, r: 고장의 수 MTBF r • 수리가능 시스템의 평균 고장시간 3. 신뢰성의 척도 5/26 R(t) Failure Rate Mission Reliability Prob. Of Success P(S) t(mission) Mean Life or MTBF Time 3. 신뢰성의 척도 : 고장률 함수 고장률 초기 고장 6/26 마모고장 우발고장 (내용수명) CFR (Constant Failure Rate) IFR (Increasing Failure Rate) 과부하에 의한 고장 마모 고장 DFR (Decreasing Failure Rate) 시간, t t0 t1 원인 대책 품질결함 • 품질관리 • 불충분한 번인 • 불충분한 디버깅 • 미 숙련 작업 • 불량 부품/오염 • 부적절한 조업 설계완성도 향상 SPC, Burn-in t3 t2 예상보다 높은 부하 설명할 수 없는 결함 誤用 / 부적절한 사용 Poor design (불충분한 안전계수) • 우연한 원인 • Age • 마모 • 부식 • 피로 • 크립 • Migration 안전계수 Derating 예방정비 • • • • 3. 신뢰성의 척도 : 고장률 함수의 유형 A 7% 7/26 D 14% 11% 4% 2% 5% B E 89% 68% C F Note: Only 11% of the items will benefit by limiting operating age. A: Electric motors B: Reciprocating engines C: Turbine engines D: ? E: Light bulbs F: Electronics 3. 신뢰성의 척도 : 가용도 • 신뢰도 (Reliability) - MTTF / MTBF • 정비도 (Maintainability) - MTTR • 가용도 (Availability) MTBF A MTBF MTTR 8/26 4. 신뢰성 요구조건 설 계 정량적 신 뢰 성 의 척 도 9/26 MTTF 수리 불가능 MTBF 수리 가능 성공확률(one-shot device) Fuse, Airbag, Missile 서비스(내구) 수명 다리, 항공기, 기계부품 Failure-Free Period of Operation 정성적 Damage Tolerance (구조) 피로 균열 성장율 No Single Point Failure 중복설계 Fail-Safe 안전(Elevator) Fault Tolerance Graceful Degradation 4. 신뢰성 요구조건 10/26 • 성능 신뢰성 요구조건: 소비자가 제품의 신뢰성을 판단하는 기준 소비자 대상 제품 성능 신뢰성 요구 척도 항공회사 항공기 일정 (Schedule) 신뢰성 병원 의료장비 가용도 & 안전(Safety) 소비자 자동차 수리 빈도 군대 무기 임무 신뢰도 건설회사 다리 내용수명(Service Life) 4. 신뢰성 요구조건 11/26 • 정량적 성능 신뢰성 요구조건 Mean Time Between Maintenance (MTBM) MMBM: 트럭회사 MCBM: Hydraulic Lifts Mean Time Between Service Calls (MTBSC) 복사기, 가전제품, 통신 시스템 Schedule Reliability 항공기 ; 철도 Warranty Returns 가전제품 5. 신뢰성 업무 12/26 신뢰성 프로그램 고객요구를 만족시키기 위한 신뢰성 목표 ? 신뢰성 프로그램에 포함되어야 할 업무는 ? 효과적인 설계방법 진행 평가방법 신뢰성 평가방법 제조/사용 중 신뢰성 유지 설계(Design) 분석(Analysis) 시험(Test) 기타 5. 신뢰성 업무 13/26 형태 내용 설계 • 중요 아이템 확인 및 관리 • 설계심사(Design Review) • 부품관리(Part Mgt Plan) - 부품선정 및 적용 - 외주 부품 관리 • Derating • 열설계 • Fault Tolerance 시험 • 가속시험 • 개발/성장시험 • 인정시험 • 양산 신뢰도 합격 시험 (PRAT) 형태 내용 분석 • 신뢰도 예측/배분 • SCA / WCCA • FMEA / FTA / FEM • FRACAS • 스트레스 분석 • Simulation • Part Obsolence • Dormancy Analysis 기타 • Benchmarking • 시장조사 • QFD • SPC • Inspection 5. 신뢰성 업무 : 제품 개발과정과 신뢰성 14/26 시장조사, 벤치마킹 제품구상 기능, 성능, 신뢰성 요구 Buyer 요구 QFD SRR 신뢰성 사양 설정 임무개요 사용/환경조건 PDR 예비 설계 신뢰도 예측 설계 가능성 신뢰도 배분 신뢰도 목표 허용차 설계, DOE FMEA / FTA / FEM CDR 상세 설계 부품선정 신뢰성 설계/분석 열 설계, Derating Prototype 제작 설계검증시험 시제품 제작 스트레스 분석, 신뢰성 시험 양산검증시험 신뢰성 시험 양산 6. 신뢰성 문제 15/26 신뢰도 예측 WHEN 언제 고장이 발생할 것인가? RBD/MTBF 계산 시험 데이터 분석 통계적 방법 Field 데이터 분석 WHAT WHY WHERE HOW 무슨 고장이 발생하는가? 고장모드 Worst Circuit Analysis 고장위치 FMEA/FTA/FEM 고장원인 사용/환경조건 고장메커니즘 Physics of Failure 설계 완벽하지 못한 설계 제조 제조 결함 운영 새로운 환경/인간요소 설계개선:고장모드제거 FMEA, 시험/분석 중요 부품 확인 및 개선 시험 데이터조사 신규 설계 Feedback FRACAS 왜 고장이 발생하는가? 고장의 원인 제공? 어떻게 개선할 수 있는가? 6. 신뢰성 문제 : 고장의 원인 16/26 규격의 허용차 환경조건에 대한 이해부족 설계 설계 완성도 부적절한 시험/설계 인정 부품 신뢰성 MAN MACHINE 제조 공정 산포 MATERIAL METHOD ENVIRONMENT 과부하 운영 인간/환경요소 새로운 환경 인간공학에 대한 고려 부족 7. 신뢰성 시험 17/26 • 시험의 종류와 목적 속성 목적 기능 / 성능 시험 품질 보증 환경 시험 시 험 안전 시험 안전 보증 신뢰성 보증 신뢰성 시험 신뢰성 개선 7. 신뢰성 시험 18/26 • 신뢰성 시험의 종류 수명시험 수명시험 가속수명시험 Reliability Growth Test(RGT)/ Test Analyze and Fix(TAAF) Duane Method AMSAA Method Computed ESS Time Interval Environmental Stress Screening (ESS) Graphical Method Standard ESS 신뢰성 시험 MTBF Assurance Test Production Reliability Acceptance Tests (PRAT) Standard PRST Standard Fixed-Duration Test Standard All Equipment Test Reliability Demonstration Test(RDT)/ Reliability Qualification Test(RQT) Standard PRST Standard Fixed-Duration Test 7. 신뢰성 시험 19/26 • 개발단계와 시험 요구조건 CONCEPTUAL VALIDATION Experimental Prototype Prototype Development Testing PRODUCTION, FULL SCALE DEVELOPMENT OPER & MAINT. Screening & Engineering Acceptance Development Testing Testing TEST 기능/성능시험 환경시험/안전시험 신뢰성 개발/성장시험 & TAAF 신뢰성 (개발, 양산) 인정시험 ESS / PRAT Time 7. 신뢰성 시험 : 국내 기업의 Needs 20/26 빠른 기술발전에 따른 미지의 요소 증가 PL 신뢰성보증 Buyer 요구 가속시험? 납기 단축 Field 고장 예방 개발기간 단축 Life Cycle 단축 • 가속시험: 시험시간을 단축할 목적으로 기준보다 가혹한 조건에서 실시하는 시험 - KS A 3004 • 가속시험은 고장 메커니즘 발생시간을 단축 7. 신뢰성 시험 : 가속시험의 종류 21/26 시 험 목 적 대 상 방 법 가속수명시험 (ALT: Accelerated Life Testing) 사용조건에서의 수명 추정 부품 수명/스트레스 관계식 사용 일정 스트레스 적용 가속 스트레스 시험 (AST: Accelerated Stress Testing) 설계 결함 또는 완성도 평가 PBA 복합 환경시험 계단형 스트레스 적용 7. 신뢰성 시험 : 가속수명시험 22/26 • 가속조건의 수명 데이터로부터 사용조건의 수명을 추정하기 위하여 수명과 스트레스의 관계 사용 • 모형: 수명분포 & 수명-스트레스 관계 지수 분포 수 명 수명분포 와이블 분포 대수정규 분포 모 형 아레니우스 수명-스트레스 관계 역 거듭제곱 Eyring Stress 7. 신뢰성 시험 : 가속 스트레스 시험(HALT) • • • • • • Quickly discover design & process flaws. Evaluate & improve design margins. Release mature product at market introduction. Reduce development time & cost. Eliminate design problems before release. Evaluate cost reductions made to product. Developmental HALT is not really a test you pass or fail, it is a process tool for the design engineers. There are no pre-established limits. 23/26 7. 신뢰성 시험 : 가속 스트레스 시험(HALT) Temperature Step Stress Cold Step Hot Step Rapid Temperature Transition Vibration Step Stress 온도 20 10 0 -10 24/26 온도 UOL LOL 온도 40 30 20 진동 UOL 9 6 3 LOL 온도 UOL Combined Environment LOL 3G 6G 7. 신뢰성 시험 : HALT vs. Traditional Testing HALT Traditional Testing • • • • • • • • • • • • • • • “Test, Repair, & Test” Gathers info. on Product Limitations Focus on Design Weakness & Failures 6 DoF Vibration High Thermal Rate of Change Loosely Defined - Modified “On the Fly” Not a “Pass/Fail” Test • • Results used as basis for HASS or ESS • 25/26 “Test, Analyze, & Fix” Simulates a “Lifetime” of use Focus on Finding Failures. Single Axis Vibration Moderate Thermal Rate of Change Narrowly Defined - Rigidly Followed “Pass/Fail” Test Engineering Judgment used on CA - CA Implemented for ALL Deficiencies Usually found too late to be implemented economically. Results typically not used in ESS (Information from United Technologies Presentation by Ronald Horrell, Chief of Reliability) 8. 신뢰성 보증의 요소 26/26 신뢰성 정보관리 CS & 품질경쟁력 DFR 체계 확립 신뢰성 관리 신뢰성 보증 체계 구축 설계완성도 향상 신뢰성 가속시험 법 설계 신뢰성 설계/분석 Skill 신 뢰 성 설 계 신 뢰 성 시 험 정 보 관 리 기 반 구 축 CEO의 지속적인 관심과 지원 신뢰성에 대한 MIND 확산 신뢰성 6 SIGMA 품질개선 6 SIGMA 제조품질 확보 제조 부품 인재육성 Component engineering 외주 품질 확보 교육 및 훈련