Ⅲ. 고장모드 및 원인분석

Ⅲ-1. 고장모드와 기능고장의 기본개념

설비의 고장을 분석하려면 먼저 해당 설비가 무엇을 해야 하는지 정의해야 한다.

예를 들어 원심펌프의 주요 기능이 일정한 압력과 유량으로 유체를 공급하는 것이라면 다음과 같은 상태가 발생할 수 있다.

• 유량이 요구조건보다 낮아짐
• 토출압력이 기준 이하로 떨어짐
• 유체가 누설됨
• 회전이 불가능해짐

이처럼 요구된 기능을 수행하지 못하는 상태가 기능고장이다.

중요한 점은 설비가 완전히 정지해야만 고장인 것은 아니라는 것이다.

성능이 요구기준 아래로 떨어져도 기능고장으로 정의될 수 있다.
→ 기능, 기능고장, 고장모드, 고장상태의 구분
→ 설비가 원래 수행해야 하는 기능과 실제 기능상실을 구분하고, 고장모드를 구체적인 물리적 현상으로 정의하는 방법
→ 펌프·모터·밸브 등 실제 설비를 대상으로 기능고장과 고장모드를 구분하는 기준

Ⅲ-2. 고장원인과 근본원인의 구분

직접원인은 윤활 부족일 수 있다.

그러나 여기서 분석을 종료하면 재발방지가 어려울 수 있다.
→ 직접원인, 기여원인, 근본원인, 재발원인의 차이
→ 베어링 손상이나 축 파손 같은 현상에서 멈추지 않고 왜 그러한 상태가 발생했는지 단계적으로 추적
→ 정비불량, 윤활부족, 설치오차, 운전조건 등 여러 원인의 관계를 구분하여 분석

그러나 여기서 분석을 종료하면 재발방지가 어려울 수 있다.

근본원인 분석의 목적은 특정 작업자를 지목하는 것이 아니라 같은 조건에서 동일한 고장이 다시 발생하지 않도록 관리·설계·운전상의 원인을 제거하는 것이다.

Ⅲ-3. 고장영향과 고장결과의 분석

고장원인을 찾았다면 그 고장이 시스템에 어떤 영향을 미치는지 평가해야 한다.

예를 들어 펌프 베어링이 손상되면 단순히 베어링 하나만 문제가 되는 것이 아니다.

베어링 손상. 진동 증가. 축계 이상. 씰 손상. 누설. 펌프 정지와 같은 연쇄적인 결과가 발생할 수 있다.

따라서 고장영향은 최소한 다음 수준으로 구분하는 것이 유용하다.

1. 부품 수준 영향
2. 장치 수준 영향
3. 시스템 수준 영향
4. 생산 영향
5. 안전·환경 영향

특히 같은 고장모드라도 설비의 위치와 기능에 따라 결과의 심각성이 달라질 수 있다.

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예를 들어 냉각펌프를 분석하면 다음과 같이 정리할 수 있다.

각 행의 고장모드·원인·영향이 논리적으로 연결되어 있는지 확인하는 것이 핵심이다.

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→ 국부고장, 시스템 영향, 생산·안전 영향의 연결
→ 부품 하나의 고장이 설비 전체와 생산공정에 어떤 영향을 전달하는지 단계적으로 분석
→ 기능저하에서 생산손실·품질저하·안전사고까지 고장결과를 확장하여 평가

Ⅲ-4. 고장모드와 원인의 인과관계
→ 하나의 고장모드에 여러 원인이 존재하는 경우
→ 동일한 고장모드라도 운전조건이나 설비 상태에 따라 서로 다른 원인이 발생할 수 있음을 분석
→ 원인과 결과를 혼동하지 않고 인과관계를 체계적으로 정리하는 방법

Ⅲ-5. 고장경로와 연쇄고장 분석
→ 최초고장 → 2차고장 → 최종 기능상실의 연결
→ 하나의 작은 이상이 다른 부품의 부하 증가나 열화로 이어지는 연쇄적인 고장과정을 분석
→ 단일 고장만 보는 방식에서 벗어나 시간 순서에 따른 고장 전파과정을 파악

Ⅲ-6. 잠재고장과 명백고장의 구분
→ 고장 징후와 실제 기능상실 사이의 관계
→ 진동·온도·소음·압력 등의 변화가 나타났지만 아직 설비 기능이 유지되는 상태를 분석
→ 잠재고장을 조기에 발견하여 실제 기능고장으로 진행되기 전에 정비하는 기준

Ⅲ-7. FMEA의 기본원리와 분석절차

FMEA는 가능한 고장모드를 체계적으로 찾아 고장원인과 영향을 사전에 검토하는 분석방법이다.

예를 들어 냉각펌프를 분석하면 다음과 같이 정리할 수 있다.

각 행의 고장모드·원인·영향이 논리적으로 연결되어 있는지 확인하는 것이 핵심이다.

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기본적인 구조는 다음과 같다.
→ 기능 → 고장모드 → 원인 → 영향의 체계적 분석

기능	고장모드	원인	영향
냉각수 공급	유량 부족	임펠러 마모	냉각성능 저하
축 지지	베어링 손상	윤활 부족	진동 증가
누설 방지	씰 손상	마모·오염	유체 누출
회전력 전달	커플링 손상	정렬불량	펌프 정지

Ⅲ-8. FMEA에서 심각도·발생도·검출도 평가
→ 평가기준과 위험 우선순위 결정
→ 고장이 발생했을 때의 영향 크기, 발생 가능성, 사전 발견 가능성을 각각 평가
→ 평가점수를 이용해 많은 고장모드 가운데 우선적으로 개선해야 할 항목을 선정

Ⅲ-9. FMECA와 고장모드 중요도 분석
→ 단순 FMEA에서 중요도 기반 분석으로 확장
→ 고장모드별 발생확률과 영향도를 함께 고려하여 시스템에 중요한 고장모드를 선별
→ 중요도가 높은 부품에 검사·이중화·예방정비 등을 집중하는 방법

Ⅲ-10. 반복고장의 원인분석
→ 동일 고장 반복, 재고장, 정비 후 초기고장 분석
→ 같은 부품이 반복적으로 고장나는 경우 단순 부품교체가 근본적인 해결책이 되지 않는 이유
→ 정비품질, 설치조건, 운전조건, 설계문제 등을 함께 확인하여 재발원인을 제거

Ⅲ-11. 독립고장과 종속고장의 구분
→ 고장 사이의 의존관계와 신뢰도 평가상의 문제
→ 하나의 고장이 다른 부품의 고장확률을 변화시키는 종속적인 고장관계를 분석
→ 독립고장으로 잘못 가정했을 때 시스템 신뢰도가 실제보다 높게 계산될 수 있는 문제

Ⅲ-12. 공통원인고장 분석
→ 이중화 설비에서도 동시에 고장이 발생하는 원인
→ 전원공급, 냉각, 환경조건, 설계오류처럼 여러 설비에 동시에 영향을 주는 원인을 분석
→ 이중화만으로 해결되지 않는 시스템 취약성을 찾아내는 방법

Ⅲ-13. 단일 고장점과 시스템 취약성 분석
→ 하나의 고장이 전체 기능을 상실시키는 구조
→ 여러 설비가 연결된 시스템에서 특정 부품 하나에 기능이 집중되어 있는지를 확인
→ 단일 고장점을 제거하거나 우회경로·예비설비를 확보하는 개선방법

Ⅲ-14. RCA를 이용한 근본원인 분석
→ 고장현상에서 재발방지 가능한 원인까지 추적
→ 고장 발생 직후의 현상만 조사하지 않고 물리적 원인과 관리적 원인을 단계적으로 분석
→ 원인 제거 후 동일 고장이 다시 발생하지 않도록 개선조치를 설계

Ⅲ-15. 5 Why와 원인-결과 분석의 활용
→ 단순 원인추적의 한계와 논리적 원인 검증
→ “왜?”라는 질문을 반복하여 표면적인 원인에서 보다 근본적인 원인으로 접근
→ 5 Why만 기계적으로 적용하지 않고 실제 데이터와 현장증거를 이용해 원인을 검증

Ⅲ-16. Fault Tree Analysis의 기본구조
→ 최상위 사건에서 기본고장까지 역방향 분석
→ ‘설비 기능상실’이라는 최상위 사건이 어떤 조합의 고장으로 발생하는지 논리적으로 분해
→ 시스템 수준의 위험요인을 시각적인 고장나무 구조로 표현하는 방법

Ⅲ-17. AND·OR 논리와 고장확률 분석
→ 논리게이트와 시스템 고장확률의 관계
→ 여러 기본고장이 동시에 발생해야 하는 경우와 하나만 발생해도 문제가 되는 경우를 구분
→ AND·OR 논리를 이용하여 시스템 고장확률을 정량적으로 계산하는 기초

Ⅲ-18. 최소절단집합과 핵심 고장경로
→ 시스템 고장을 발생시키는 최소 사건조합 분석
→ 여러 기본고장 중 어떤 최소 조합이 최상위 고장을 발생시키는지 파악
→ 시스템 신뢰도를 크게 떨어뜨리는 핵심 고장경로를 찾아 개선 우선순위를 결정

Ⅲ-19. FMEA와 FTA의 결합분석
→ 부품 수준 분석과 시스템 수준 분석의 연결
→ FMEA로 발견한 주요 고장모드를 FTA의 기본사건으로 연결하여 시스템 고장까지 확장
→ 상향식 분석과 하향식 분석을 결합하여 단일 분석방법의 한계를 보완

Ⅲ-20. 고장분석 결과와 신뢰성 개선
→ 원인 제거 → 고장률 변화 → 정비전략 개선
→ 고장원인을 제거한 이후 실제 고장률과 재고장 빈도가 어떻게 변하는지 확인
→ 분석 결과를 설계변경·예방정비·상태감시·예비품 관리 등의 실제 개선활동으로 연결