RCM (신뢰성 중심 유지보수) – case study
지난 포스팅을 통해 Reliability Centered Maintenance(신뢰성 중심 유지보수) 기법에 대한 소개 및 간략한 설명을 진행하였습니다. 이번 글에서는 실제 수행 사례를 예시로, 모의 case study를 통해 RCM의 실 수행에 대한 더욱 구체적인 과정 설명과 기법 도입의 효율성을 알아볼 수 있도록 하겠습니다.
지난 글에서, RCM 기법의 수행 절차를 아래와 같이 설명했었습니다.
| 1. 중요자산 식별(Screening) | 6. 유지보수 작업 결정 PM / CM / PdM / RTF / etc. |
| 2. 기능 분석 | 7. 작업 선택 및 최적화 |
| 3. 기능적 고장 분석 | 8. 결과 및 권고 사항 문서화 |
| 4. 고장 모드 및 영향 분석 (FMEA) | 9. 시행 및 지속적 개선 |
| 5. 고장 결과 분석 |
이어서, 각 단계에서의 RCM 세부 수행 사항을 소개하도록 하겠습니다.
1. 중요자산 식별(Screening)
설비 관리의 최적화를 위한 주 요소 중 하나는, 한정된 자원의 효율적인 활용입니다. 교체주기에 의한 의미없는 반복적인 보전 작업을 수 년 동안 강행하다 보면, 불필요한 보전 자원 낭비 예방과 한정된 보전 자원의 최적화된 적재 적소 활용에 대한 필요성이 대두되게 됩니다. 이를 위한 첫 번째 단계는, 수많은 설비 자산을 중요도 기준으로 등급화 하여 핵심 설비를 집중적으로 관리하게 하는 설비 중요도 평가(ECA)를 통한 Screening 절차입니다. ECA에 대한 국제 기준은, 대표적으로 ISO 55000가 있으며, NORSOK Standard Z-008 등과 같이 각 국가별 / 산업별로 자체 규정을 가지고 있습니다. ISO 55000에서는 다음과 같이 ECA의 필요성에 대한 설명을 시작합니다.
A critical asset is an asset that has the potential to significantly impact the achievement of an organization's objectives.
중요 설비를 구분하는 기준은 관련 ISO 기준인 ISO 55002에서와 같이 Risk Ranking 을 통해서 구분하도록 규정되어 있으며, 많이 알려진 바와 같이 Risk Ranking은 각 대상에 문제(failure) 가 발생할 경우의 수 (Probability x Consequence) 를 통해 순위가 매겨질 수 있으며, 이론적으로는 정성적인 비교 뿐 아니라 정량적인 비교까지 가능하게 됩니다.
ECA의 상세한 기준은 사용자(End-user, 또는 Owner)의 자체적인 기준이 있는 경우 가장 우선시 되며, 공통적으로 다음과 같이 3가지의 카테고리 분류를 하게 됩니다.
- Class/Level A: 필수적인 프로세스에 매우 중요한 설비. 설비 기능 고장이 공정에 큰 영향 또는 피해를 주거나, 안전 사고의 위험이 있거나, 큰 환경 피해를 초래하는 장비.
- Class/Level B: 프로세스에 중요한 설비. 설비 기능 고장 시 상당한 공정 및 품질 문제를 일으킬 수 있는 설비.
- Class/Level C: 설비 기능 고장이 운영, 안전 또는 환경에 즉각적 또는 단기적 영향을 미치지 않는 경우의 기타 설비들.
이 글에서는 ECA가 선행되었다고 가정하겠습니다. ECA에 관한 상세 설명은 다음 포스팅에서 다룰 예정입니다. 여기에서는 ECA의 결과로 Screening 된 설비 중 Class A에 속해 있는 Low Speed Diesel Engine을 RCM Case Study의 예시로 하겠습니다.
2. 기능 분석
기능(function)은 어떤 장비가 수행하고자 하는 것, 기대되는 성능 수준, 시스템, 장비 또는 프로세스가 수행하도록 설계된 특정 작업이나 목적 등을 설명하는 것을 지칭합니다.
이 단계에서는 대상 설비 각 부분의 기능을 살펴보고, 기능이 손상되거나 의도한 대로 작동하지 않을 수 있는 경우를 평가합니다. 기능을 이해하는 것은 잠재적인 문제를 파악하고, 고장의 영향을 파악하며, 문제를 예방하거나 완화하는 전략을 실행하기 위해 매우 중요한 단계입니다.
3. 기능적 고장 분석
기능적 고장 분석은 시스템, 장비 또는 프로세스가 요구되는 성능을 발휘하지 못할 때의 원인을 조사하고 이해하는 데 사용되는 방법입니다. 이 분석은 대상 설비가 수행해야 하는 작업, 예상 성능 수준 및 기능적 고장을 살펴보며, 성비가 최적 성능으로 작동하지 못하게 하는 모든 조건을 상세히 기술합니다. 앞 단계에서 나열된 설비 기능과, 연관된 잠재적 고장 가능성을 검토함으로써 궁극적으로는 설비 유지보수의 효율성을 향상시키고 다운타임을 줄이며 원활한 운영을 꾀할 수 있습니다. 여기까지의 기능 및 기능고장 분석에 대한 예시는 아래와 같습니다.
본 Case Study의 대상 설비인 Low Speed Diesel Engine 의 경우, 앞선 포스팅에서 나열된 공정설명서, 성능 표준 등에 포함된 Operating Context 와 같은 자료를 토대로, 아래와 같이 기능 정의와 주요 기능 고장 유형을 정리할 수 있었습니다. 통상 이와 같은 주요 설비의 경우, 기능의 정의는 20~30여 가지 이상으로 나열될 수 있습니다.
4. 고장 모드 및 영향 분석 (FMEA / FMECA)
FMEA에 대한 정의를 내린 기준 규격의 시초 격인, US 밀리터리 스탠다드 MIL-STD-1629A에 따르면, Failure Mode and Effects Analysis (FMEA)는 "시스템의 각 잠재적 고장 모드가 시스템에 미치는 결과 또는 효과를 분석하여 각 잠재적 고장 모드를 심각도에 따라 분류하는 절차"입니다. Criticality Analysis (CA)는 "각 잠재적 고장 모드가 심각도와 발생 가능성의 결합된 영향에 따라 순위가 매겨지는 절차"입니다. 따라서 Failure Mode, Effects and Criticality Analysis (FMECA)는 FMEA와 Criticality Analysis의 결합입니다.
SAE JA1012 (2002)에 따르면, "고장 모드는 적절한 고장 관리 정책을 선택할 수 있도록 충분한 세부 정보로 설명되어야 하지만, 분석 과정 자체에 지나치게 많은 시간이 소요되지 않도록 세부 정보가 너무 많아서는 안 됩니다."
앞선 단계에서 정의된 기능과 기능 고장을 기준으로, 설비의 각 부분에 대한 기능 고장 모드(Failure Mode)를 정의하고, 원인과 결과, 결과의 심각도와 발생 가능성을 통한 위험도(Risk) 평가를 통한 우선순위를 정하며, 각 케이스에 대한 고장 감지 및 적절 조치까지 확인 되어지는 일련의 과정을 통해 아래 예시와 같이 FMECA가 진행됩니다.
5. 고장 결과 분석
SAE JA1011/12에 따르면, RCM 분석의 중요한 단계 중 하나인 RCM 결과 평가는 숨겨진(hidden) 고장과 명백한(evident) 고장을 초기에 분리한 다음, 고장을 환경, 안전, 운영적/ 비운영적 결과로 분류합니다. 환경 및 안전 기준은 지역 규제 요구사항 등에 따라 결정되며, 운영 및 생산성 기준은 일반적으로 매출, 수익 등의 영업 목표에 의해 결정됩니다.
안전, 환경, 운영 및 비운영적 결과는 각 시스템 또는 장비 항목에 대해 신뢰할 수 있는 각 고장 모드에 대해 평가되어야 합니다. 고장 결과는 SAE JA1012를 기반으로 한 RCM 결정 논리를 따라 기록되어야 합니다. 각 단계의 결과는 분석 팀 구성원 및 감사 인원 등 모든 관련 인원이 RCM 기법에 따른 유지보수 정책이 어떻게 결정되었는지 이해할 수 있도록 기록되어야 합니다.
위와 같은 분류를 통해 앞선 FMECA에서 각 고장 모드의 중요도를 위험도(Risk) 기준으로 구별할 수 있게 됩니다. 위험도(Low-Medium-High) 값을 정하는 기준은 아래의 Risk Matrix를 통해 정해지는데, 여기서의 인자 값인 심각도(Severity)와 고장 빈도(Likely) 또한 정성적 / 정량적인 기준에 따라 결정됩니다. 이론적으로는 Full-quantitative (완전 정량적) 평가도 가능하지만, 통상 분석효율에 의거 아래 예시와 같이 Qualitative(정성적) 기준에 의한 평가가 이뤄지게 됩니다.
6. 유지보수 작업 결정
FMECA 결과를 토대로, 적절한 유지보수 작업(Maintenance Task)이 결정되어지게 됩니다.
FMECA에서 이어지는 유지보수 작업 선택 워크시트의 예시는 아래와 같습니다. 하기의 워크시트는 장비 품목 및 고장 모드에 대한 항목 번호로 구성되며, FMECA에서 발생할 가능성이 낮은 고장 모드는 나열되지 않습니다. 일부 고장 모드에는 모든 원인을 다루기 위해 다수의 고장 관리 전략이 필요할 수 있습니다.
이 유지보수 작업 워크시트에는 총 14개의 열이 있습니다. 처음 10개 열은 FMECA 테이블에서 이어지며, 다음 네 개의 열이 추가되었습니다 : 제안 조치(Proposed Action), PL (고장 빈도), PR (예상 위험도) 및 적용여부(Disposition).
제안된 조치는 특정 고장 모드의 발생 가능성을 줄이기 위해 현재 적용되거나 제안된 다양한 고장 관리 전략을 나열합니다. 적용여부 항목은 현재 유지보수 전략이 유지되는지, 중단되는지, 제안된 전략이 구현되지 않는지 또는 관련된 다른 의견을 나타내는 데 사용됩니다.
7. 작업 선택 및 최적화
이 단계에서는 아래와 같은 절차들이 진행됩니다.
A. 선택된 유지보수 작업 검토
RCM을 통해 결정된 적절한 유지보수 작업 목록을 기존 유지보수 계획과 비교 검토하게 됩니다. 고객의 기존 유지보수 절차를 검토하여 RCM 연구의 결과로 나올 유지보수 작업의 요구 사항을 충족하는지 확인합니다. 기존 유지보수 계획이 RCM에서 권장된 유지보수 작업의 요구 사항을 완전히 충족하지 못하는 경우, 새로운 유지보수 작업이 생성됩니다.
B. 작업 주기 계산
RCM의 결과로 제안되는 유지보수 작업의 빈도는 RCM 기준 규격에 의하여 아래와 같은 방법으로 결정될 수 있습니다.
- 기존 예측 정비(Predictive Maintenance) 항목의 P-F 간격 분석
- 예정된 정비 작업의 고장 확률에 관한 수명 분석
- 숨겨진 고장의 경우의 수를 위한 FFI (Failure Finding Interval) 파악
예방적 정비 또는 교체 작업에 대해 RCM을 보완하는 접근 방식을 택하고, 기존 유지보수 이력을 활용하여 유지보수 활동과 공장 가용성을 최적화 합니다. 유지보수 주기를 계산할 때는 기존 데이터나 엔지니어 경험을 바탕으로 하되, 정보가 부족한 경우에는 국제 표준을 참고합니다. 고장 빈도는 OREDA(Offshore and Onshore Reliability Data) 등 다양한 출처를 통해 결정되며, 이에 대한 평가 과정에서는 선택한 이유를 간단히 설명합니다. 시간 기반 유지보수를 최소화하고 가능한 경우 효과적이고 경제적인 예측 유지보수 기술을 활용하는 것이 목표입니다.
이 단계에서의 결과물에 대한 예시는 아래와 같습니다.
8. 결과 및 권고 사항 문서화
앞선 단계들에서 최종 RCM Recommendation – Maintenance Tasks 결과물이 도출되는 과정을 문서화하는 단계입니다. RCM 분석 결과와 권장 유지보수 작업 및 일정 등이 포함된 종합적 보고서가 작성되며, 이 보고서는 권장된 유지보수 프로그램을 시행하고 시간이 지남에 따라 그 효과를 모니터링하는 가이드 역할을 합니다.
9. 시행 및 지속적 개선
위의 절차를 수행하며, 그 결과를 시스템적으로 관리하고 기존 유지보수 계획과 비교 및 업데이트하기 위해서는, EAM / CMMS와 같은 설비 전산 관리 시스템과의 연동이 필수적입니다. 통상 이를 위해 모든 RCM Study는 RCM 수행을 위한 모든 필요 도구를 포함하고, 시스템 연동을 가능하게 하는 전용 Software를 활용하여 수행되어집니다.
RCM Study 가 완료된 뒤에는 고객사와의 워크샵을 통해 모든 과정에 대한 입증을 하며 Software를 통한 고객사 시스템으로의 적용(Integration)을 진행하게 됩니다. RCM 워크샵에는 APAVE의 RCM 팀이 고객사와 피드백을 논의하고 RCM 결과 및 적용 사항을 필요에 따라 협의하는 과정이 포함됩니다.
여기까지 RCM (신뢰성 중심 유지보수) 기법에 대한 수행 사례(Case Study) 를 예시로 들어 보았습니다. RCM 수행에 대한 문의사항이 있으시면 언제든 연락 바랍니다.
아파브 그룹 서비스
아파브 그룹은 제3자 공인 검사기관으로서, 압력용기들을 포함 설비 자산들의 건전성과 운영 적합성 평가 서비스를 통해 고객 자산 관리의 효율성을 극대화하도록 지원합니다. 이외에도 여러 산업에서 요구하는 다수의 인정, 인증 및 승인 자격을 보유하고 있으며, 공인검사, 기기 검증, 설계평가, 리스크 관리 및 기술 교육 등 다양한 서비스를 제공하고 있습니다.
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