기술개발과 신뢰성평가연계 산업자원부 기술표준원 2004. 8. 신뢰성의 개념 (1) “ 제품에 대한 믿음의 정도 ” 에서 출발한 개념으로, 하나의 제품을 얼마나 오랫동안 사용할 수 있는가를 정량적 수치로 표현 Blue Box 제품고장빈도, 초기성능, 중고평판 축적 신뢰성있는.

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1 기술개발과 신뢰성평가연계 산업자원부 기술표준원 2004. 8

2 신뢰성의 개념 (1) “ 제품에 대한 믿음의 정도 ” 에서 출발한 개념으로, 하나의 제품을 얼마나 오랫동안 사용할 수 있는가를 정량적 수치로 표현 Blue Box 제품고장빈도, 초기성능, 중고평판 축적 신뢰성있는 제품 사람대인관계, 약속, 언행 축적 신뢰성있는 사람 ♧ 학술적정의 : 부품소재나 시스템이 주어진 환경에서 고장없이 일정기간동안 원래의 성능을 유지하는 특성 ◈ Blue box 내의 과정은 장기간에 걸친 feed-back 의 산물로 일시에 형성되거나 일시에 무너지지 않는 속성을 지니고 있음 일시에 무너지지 않는 속성을 지니고 있음 제품의 신뢰성은 Blue box 안의 보이지 않는 요소들이 얼마나 내실있게 ☞ 제품의 신뢰성은 Blue box 안의 보이지 않는 요소들이 얼마나 내실있게 축적되어 왔는가에 따라 좌우 축적되어 왔는가에 따라 좌우 산업자원부 기술표준원

3 신뢰성의 개념 (2) 산업자원부 기술표준원 품질 · 성능평가 개도국수준평가기술 신 뢰 성 평 가 고장 · 수명평가 + 선진국형 평가기술 신뢰성은 선 / 후진국간의 기술수준을 차별화하는 질적척도로 활용 ◈ 후진국 : 기술도입  조립생산기술 확보에 주력  압축성장  원천설계기술 미확보  하청생산기지화  원천설계기술 미확보  하청생산기지화 ◈ 선진국 : 설계 + 생산 + 신뢰성평가  꾸준히 세계일등상품 창출  고정고객 증가  성장잠재력이 확대 재생산  고정고객 증가  성장잠재력이 확대 재생산

4 신뢰성의 구성요소 산업자원부 기술표준원 ◈ ◈ 대상 : 부품, 소재, 완제품, 시스템 뿐만아니라 서비스분야 까지 ◈ ◈ 조건 : 요구되는 성능구현을 위해 대상이 사용되는 환경조건과 사용조건을 사전에 제시함으써 신뢰성의 범위를 규정 - 환경조건 : 온도, 습도, 염분, 기압, 일시 등 자연환경 - 사용조건 : 전압, 전류, 부하 등 인위적인 환경 ※ 정해진 사용조건을 벗어난 상태에서의 사용으로 인한 고장은 신뢰성의 문제가 아님 ( 사용오류 ) ◈ ◈ 시간 : 소비자가 고장으로 인해 불만을 갖지 않을 합리적시간 ※ 제품에 따라 편차가 크나, 전자, 자동차의 경우 보통 10 년 ◈ ◈ 가능성 : 동일조건에서 제조된제품이 정해진기간동안 고장나지않을 확률

5 신뢰성과 품질의 차이 산업자원부 기술표준원 품질 (Quality) 신뢰성 (Reliability) 구 분 현재 품질에 대한 평가미래 품질에 대한 평가가치기준 품질, 성능수명 / 고장율 추가평가대상 규격적합 여부시험고장이 발생할때 까지 시험시헙방법 SPC, TQC, 6 시그마 등 FMEA, FTA, 고장해석개선 tool 규격에 일치하는 적합성 Failure in the Future 정 의정 의 t=0 (None)t>0 (1/hour) 시간 ( 단위 ) 불 량 (defect) 고 장 (Failure) 결함유형 공 정 (Process) 설 계 (Design) 결함요인

6 신뢰성의 필요성 (1) 산업자원부 기술표준원 품질기준의 변화 - 생산자 중심 ( 요구조건 일치 ) → 소비자 중심 ( 고객만족, CS) - 요구품질 수준 향상 : 6 Sigma & DFR(Design for Reliability) WTO 체제 출범과 시장개방에 따른 제품선택 기회 확대 - Global Market & 무한경쟁 시대 돌입 소비자권리 / 보호 강화 : PL 법 2002. 7. 시행 - 손해배상 소송 유효기간 : 10 년 - 안전과 신뢰성의 관계 : PLP (Product Liability Prevention) 품질기준의 변화 - 생산자 중심 ( 요구조건 일치 ) → 소비자 중심 ( 고객만족, CS) - 요구품질 수준 향상 : 6 Sigma & DFR(Design for Reliability) WTO 체제 출범과 시장개방에 따른 제품선택 기회 확대 - Global Market & 무한경쟁 시대 돌입 소비자권리 / 보호 강화 : PL 법 2002. 7. 시행 - 손해배상 소송 유효기간 : 10 년 - 안전과 신뢰성의 관계 : PLP (Product Liability Prevention) 사회적 환경의 변화에 따라 신뢰성 보증의 중요성 증대 소비자 관점

7 신뢰성의 필요성 (2) 산업자원부 기술표준원 개발기간 단축에 따른 시간적 제약 - 가전제품 개발기간 6 개월, 신뢰성 보증 목표 10 년 기술발전 속도 증가에 의한 미지의 요소 증가 - ANALOG → DIGITAL (S/W Reliability 에 대한 필요 대두 ) - 신부품, 신소재, 신개념 설계의 신뢰성 보증에 어려움 Field 고장에 의한 손실 (A/S, 클레임, Recall) 및 고객불만 증가 Buyer 의 신뢰성 요구 증가 (MTBF, 신뢰성 데이터 ) 기타 : Life Extension, Recycling, 안전인증, Supply Chain 개발기간 단축에 따른 시간적 제약 - 가전제품 개발기간 6 개월, 신뢰성 보증 목표 10 년 기술발전 속도 증가에 의한 미지의 요소 증가 - ANALOG → DIGITAL (S/W Reliability 에 대한 필요 대두 ) - 신부품, 신소재, 신개념 설계의 신뢰성 보증에 어려움 Field 고장에 의한 손실 (A/S, 클레임, Recall) 및 고객불만 증가 Buyer 의 신뢰성 요구 증가 (MTBF, 신뢰성 데이터 ) 기타 : Life Extension, Recycling, 안전인증, Supply Chain 기업체 관점

8 신뢰성의 필요성 (3) 산업자원부 기술표준원 Reliability in Supply Chain Supply Chain : a network of business relationship 국산 부품의 신뢰성 부족 ▷ Set 와 시스템 업체의 사용 기피 자동차 모 기업의 신뢰성 보증 (10 년 10 만 miles) 정책에 따른 외주업체의 신뢰성 보증 필요성 증대 Supply Chain : a network of business relationship 국산 부품의 신뢰성 부족 ▷ Set 와 시스템 업체의 사용 기피 자동차 모 기업의 신뢰성 보증 (10 년 10 만 miles) 정책에 따른 외주업체의 신뢰성 보증 필요성 증대 IC 제조업체 ECU 제조업체 자동차 Maker 소비자 10 년 /10 만 miles 12 년 /12 만 miles 15 년 /15 만 miles 20 년 /30 만 miles

9 기술개발과정과정에서의 신뢰성업무 산업자원부 기술표준원 제품구상 신뢰성 사양 설정 예비 설계 상세 설계 Prototype 제작 시장조사, 벤치마킹 Buyer 요구 신뢰도 목표 기능, 성능, 신뢰성 요구 QFD 신뢰도 예측 신뢰도 배분 설계 가능성 사용 / 환경조건임무개요 신뢰성 설계 / 분석부품선정 FMEA / FTA / FEM 열 설계, Derating 설계검증시험시제품 제작양산검증시험 스트레스 분석, 신뢰성 시험신뢰성 시험 허용차 설계, DOE PDR CDR SRR 양산

10 신뢰성 Tool 의 활용 산업자원부 기술표준원 WHEN WHAT WHERE WHY HOW 언제 고장이 발생할 것인가 ? 무슨 고장이 발생하는가 ? 고장의 원인 제공 ? 왜 고장이 발생하는가 ? 어떻게 개선할 수 있는가 ? 신뢰도 예측 시험 데이터 분석 Field 데이터 분석 MIL 217/Telcodia 설계 제조 운영 고장원인 고장메커니즘 고장모드 고장위치 사용 / 환경조건 통계적 방법 고장분석 / POF Stress / Worst Case 분석 FMEA/FTA/FEM 설계개선 : 고장모드제거 중요 부품 확인 및 관리 신규 설계 Feedback 시험 데이터조사 FRACAS FMEA, 시험 / 분석 SPC, ESS & Burn-in 예방정비 & RCM 보증 Process/ 설계지침

11 고장의 원인 산업자원부 기술표준원 설계 제조 운영 규격의 허용차 환경조건에 대한 이해부족 부적절한 시험 / 설계 인정 MATERIAL METHOD ENVIRONMENT MAN MACHINE 부품 신뢰성 과부하 새로운 환경 인간공학에 대한 고려 부족 설계 결함 공정 산포 인간 / 환경요소

12 고장율 함수 ( 욕조곡선 ) 산업자원부 기술표준원 시간 고장율 h(t) 초기 고장률 안정화 시간단축 우발 고장율 감소 Useful Life 연장 급한 불 끄기 고장물리 / 고객 요구수준 Hockey Stick Line 신뢰성 기술 & Cost-Dependent 지수분포

13 수명 또는 고장율 척도 (1) 산업자원부 기술표준원 신뢰도 함수 수명밀도함수 고장률 함수 평균고장시간 정적 신뢰도 동적 신뢰도 분산 MTTFMTBF MTTR 가용도 정비도 함수 정비시간분포 신뢰성 (Reliability) 정비성 (Maintainability) 가용성 (Availability) 안전 안전성 (Safety) 백분위수 B10 수명 누적분포함수

14 수명 또는 고장율 척도 (2) 산업자원부 기술표준원 ◈ ◈ 고장율 : 단위시간당 고장비율 ( 단위 : %/1000h, 10-6/h 등 ) ◈ ◈ 수 명 : 생물의 존속기간으로, 보통 사고나 병에 의하지 않는 자연사까지의 연한을 말함 - 신뢰성공학에서는 수리불가능 아이템이 고장날때까지의 시간 또는 수리 가능 아이템이 더 이상 수리할 수 없는 고장이 발생할 때까지의 기간 ※ 평균수명 - MTBF(Mean Time Between Failure, 평균고장간격 ) 수리가 가능한 제품에서 고장이 발생하면 수리하여 다시 사용하는 경우 고장발생시각과 다음 고장발생 시각사이의 평균간격 - MTTF(Mean Time To Failure) 수리가 불가능한 제품에서 고장이 발생하기까지 걸리는 평균시간

15 수명 또는 고장율 척도 (3) 산업자원부 기술표준원 ◈ ◈ B  수명 :  % 제품이 고장 나는 시간 (B 10, B 5, B 1 등 ) ◈ ◈ B 10 Life: 전체 제품 중 10% 가 고장나는 시점 - B: Brucheinzeleitet (initial fracture) 또는 Bearing - 단위 : 시간, 년, 개월, km, cycle 등 B 10 =100 R(100)=0.90 ◈ ◈ 항공산업 - B 1 (benign failure) ; B 0.1 (serious failure) - B 0.01 (catastrophic failure)

16 신뢰성평가의 의미와 범위 산업자원부 기술표준원 ◈ ◈ 신뢰성평가의 의미 ( 기술개발사업 ) 기술개발 성과물에 대해 당초 기술개발사업자가 사업계획서에 제시한 신뢰성목표 ( 성능, 환경, 수명 등 ) 등을 달성했는지의 여부를 제 3 의 평가기관을 통해 평가 ◈ ◈ 신뢰성평가의 의미 ( 기술개발사업 ) 기술개발 성과물에 대해 당초 기술개발사업자가 사업계획서에 제시한 신뢰성목표 ( 성능, 환경, 수명 등 ) 등을 달성했는지의 여부를 제 3 의 평가기관을 통해 평가 범 위범 위목 적목 적 시 험시 험 물성 / 성능 시험 환 경 시 험환 경 시 험 수명 / 고장율시험 품질 보증 신뢰성 보증 신뢰성 개선 ※ 수명 / 고장율시험 온도, 습도, 염분, 일사 등 자연환경조건과 전압, 전류, 부하 등 사용환 경조건 등을 고려하여 시험방법 결정

17 기술개발사업과 신뢰성평가 연계 산업자원부 기술표준원 R&D 사업계획 ( 신뢰성목표 제시 ) 시제품 제작완료 평가위원회 R&D 성패판정 (R&D 종료 ) R&D 결과 현장실사 신뢰성평가 ( 공인시험기관 ) 신뢰성시험 성적서 첨부 ※ 신뢰성평가의 원칙 : 제 3 자 평가원칙 ( 공인시험기관 ) ◈ ◈ 공인시험기관 (http//kolas.ats.go.kr) - 신뢰성평가센터 (18 개, 별첨 ) 및 기타 KOLAS 인증기관 ( 단, 교정분야 제외 ) - 신뢰성평가는 18 개 신뢰성평가센터에서 가능 - 기타 KOLAS 인증기관을 통한 평가의 경우, 기술개발신청자가 기술개발 목표상에 제시한 시험항목중 1 개항목이상의 KOLAS 인증을 받은 공인 시험기관에서 나머지항목에 대한 평가도 인정 ◈ ◈ 공인시험기관 (http//kolas.ats.go.kr) - 신뢰성평가센터 (18 개, 별첨 ) 및 기타 KOLAS 인증기관 ( 단, 교정분야 제외 ) - 신뢰성평가는 18 개 신뢰성평가센터에서 가능 - 기타 KOLAS 인증기관을 통한 평가의 경우, 기술개발신청자가 기술개발 목표상에 제시한 시험항목중 1 개항목이상의 KOLAS 인증을 받은 공인 시험기관에서 나머지항목에 대한 평가도 인정

18 신뢰성평가의 적용범위 산업자원부 기술표준원 적용범위 : 부품소재 기술개발사업 중 단독주관개발사업 확인서발급 ( 확인기관 ) 개발계획서에 확인서첨부 ( 개발사업자 ) 평가비대상확인 ( 확인기관 ) 확인서작성 ( 개발사업자 ) ※ 확인기간 : 신청일로 부터 5 일이내 ※ 확인기관 : 별첨참조 기계류부품 ( 기계연구원 ), 자동차부품 ( 자동차부 품연구원 ), 전자부품 ( 전자 부품연구원 ), 전기부품 ( 전기연구원 ), 가공금속 ( 생산기술연구원 ), 기초금속 ( 포항산업과학연구원 ), 화학소재 ( 화학연구원 ), 섬유소재 ( 생산기술연구원 ) ※ 신뢰성평가의 적용이 제외되는 경우 확인서를 발급받아야 하며, 비대상인 경우에도 수명 / 고장율시험을 제외한 성능 및 환경시험에 관한 기술개발 목표는 개발계획서에 포함되어 평가를 받아야 함 ※ 신뢰성평가의 적용이 제외되는 경우 확인서를 발급받아야 하며, 비대상인 경우에도 수명 / 고장율시험을 제외한 성능 및 환경시험에 관한 기술개발 목표는 개발계획서에 포함되어 평가를 받아야 함

19 기타 참고사항 산업자원부 기술표준원 ※ 신뢰성평가 관련 개발계획서 작성시 - 설정한 신뢰성목표치 달성이 어려운경우 신뢰성전문기관과 위탁연구 용역을 채결하여 개발계획서에 반영 가능 - 신뢰성평가와 관련된 소요비용은 개발계획서의 시험분석료 ( 직접비 → 재료비 및 전산처리 관리비 ) 항목에 반영하여 기재 ※ 신뢰성평가 관련 개발계획서 작성시 - 설정한 신뢰성목표치 달성이 어려운경우 신뢰성전문기관과 위탁연구 용역을 채결하여 개발계획서에 반영 가능 - 신뢰성평가와 관련된 소요비용은 개발계획서의 시험분석료 ( 직접비 → 재료비 및 전산처리 관리비 ) 항목에 반영하여 기재 ※ 신뢰성 평가시 - 신뢰성평가를 위한 기준제정이 대략 3 개월정도의 기간이 소요되므로 기술개발과정에서 충분히 신뢰성평가기관 및 공인시험기관과 협의 요망 - 기술개발완료시, 신뢰성평가 시험성적서를 제출하기 위해서는 관련 신뢰성평가기관 및 공인시험기관과 사전 협의하여 최소 6 개월전에 평가 관련 작업을 추진하는 것이 바람직 - 수명 / 고장율 시험성적서의 경우, 평가기준이 반드시 첨부되어야 함 ( 신뢰성평가기관이 발급 ) ※ 신뢰성 평가시 - 신뢰성평가를 위한 기준제정이 대략 3 개월정도의 기간이 소요되므로 기술개발과정에서 충분히 신뢰성평가기관 및 공인시험기관과 협의 요망 - 기술개발완료시, 신뢰성평가 시험성적서를 제출하기 위해서는 관련 신뢰성평가기관 및 공인시험기관과 사전 협의하여 최소 6 개월전에 평가 관련 작업을 추진하는 것이 바람직 - 수명 / 고장율 시험성적서의 경우, 평가기준이 반드시 첨부되어야 함 ( 신뢰성평가기관이 발급 )