1. 서 론

현재 국내에서 보유하고 있는 국산 훈련기는 초등훈 련기와 고등훈련기가 있다. 두 기종 모두 10년 이상 운 용을 해오면서 운용 초기에 비해 신뢰도(reliability)가 점 진적으로 상승되었고, 고장률(failure rate)도 일정 수준을 유지하는 안정화 추세에 접어들었다고 판단되고 있다.

국산 군수용 항공기의 경우, 운용 초기에는 개발단계에 서 밀리터리 규격[11, 12]에 따라 예측한 신뢰도(reliability) 를 기준으로 삼는다. 그러나 예측 신뢰도(predicted reliability) 는 비행이라는 특별한 기능을 가진 항공기라는 특 성을 고려하여 안전의 관점에서 보수적으로, 즉 고장률 (failure rate)이 높게 예측된다. 이는 운용 초기에 고장을 예방하기 위한 정비(maintenance) 활동에 많은 노력이 투입 되도록 유도하며, 동시에 양산 초기에 항공기의 품질이 안 정되지 못해서 발생할 수 있는 초기 고장에도 대응할 수 있도록 해 준다[8].

그러나 운용의 경험이 쌓이고 항공기의 신뢰도가 향 상되면, 항공기의 경제적 운영이라는 관점에서 정비 활 동에 들이는 노력을 합리적인 수준으로 조정할 필요가 있다.

초등훈련기의 경우, 이러한 안정화 추세를 반영하여 운 용 초기에 설정한 정비주기(maintenance period)의 연장이 진행 중이다. 현재 국내에서 운용 중인 초등훈련기의 경우, 개발 초기에는 예측신뢰도를 고려하여 정비주기를 125시 간으로 운영해왔다. 그러나 10년 간의 운용과정을 거치면 서 신뢰도와 고장률이 설계 초기에 비해 개선되었음이 확 인되었고[8], 예측신뢰도를 고려하여 설정한 기존의 125시 간을 계속 유지하는 것은 잦은 정비로 인한 정비성(maintainability) 의 저하와 경제적 비효율성을 초래한다고 판단 하여 250시간으로의 연장을 추진하고 있다. 물론 250시간 은 10년 간의 운용과정에서 수집된 현장자료(field data)를 기반으로 결정된 값이다.

고등훈련기의 경우는, 훈련기의 기능이나 시스템의 복 잡성으로 인해[5], 초등훈련기보다는 조금 느리게 진행되 고 있다. 고등훈련기는 정비주기 200시간을 목표로 설계 하였으나, 개발 초기 50시간으로 운영하다 두 차례의 연 장을 통해 현재는 설계목표인 200시간을 유지하고 있다. 그러나 고등훈련기 역시 10년 이상 운용을 하면서 고장간 평균비행시간(MFTBF; Mean Flight Time Between Failure) 이 두 배로 향상되었고, 고장률 역시 안정화 추세에 접어 들었다고 판단되고 있다. 또한 미공군에서 운용하는 F-16 이 정비주기를 400시간으로 확대하였다는 점을 고려하 면[7], 국내에서 운용하는 국산 고등훈련기 역시 운영 효 율성의 관점에서 운용자료의 신뢰성분석을 통한 정비주 기의 연장을 고려할 때가 되었다고 판단된다.

이에, 본 논문은 국내 고등훈련기의 266개 정비항목 중 일부 항목에 대하여 대상 품목의 운용자료를 분석하여 정 비주기의 연장 가능성을 검토한 내용을 소개하고 있다. 이를 위해 제 2장에서는 본 논문에서 검토한 내용의 이론적 배경이 되는 신뢰성기반정비(RCM; Reliability Centered Maintenance)와 정비주기결정의 개념 그리고 기존의 전문 위원회(working group)에서 제시하고 있는 정비주기 산출 방식 중 널리 수용되어 사용되고 있는 NAVAIR 00-25-403 [17], DOD, U.S[4], CERL, US Army[3]의 내용을 소개한 다. 제 3장에서는 고등훈련기의 운영자료를 활용하여 2장 에서 소개한 가이드라인에 따라 적정정비주기를 산출해 봄으로써 정비주기의 연장 가능성을 검토한 내용을 소개 하고, 제 4장에서는 결론과 연구의 한계점 그리고 추후연 구를 제안하였다.

2. 이론적 배경

신뢰성에 대한 이론 및 평가 방법은 Barlow and Proschan [2]에 의해 수학적인 접근방법이 소개되고, Mann et al.[10] 에 의해 통계적인 분석이 본격적으로 시작되었다. 이후 많 은 연구자들에 의하여 다양한 이론과 평가 방법이 소개되 었으나[15, 16, 19], 적용대상과 환경 등의 상이성으로 인 하여 이론과 실제 유지보수 현장 간의 차이가 자주 확인되 었다. 이에 신뢰성 체계를 구축하기 위해서는 수학적인 접 근법 이외의 적용방법론 연구가 필요함을 인식하에 되었 고, 이러한 요구의 흐름에 따라 Moubray[14]에 의해 신뢰 성기반정비라는 새로운 개념의 유지보수 방법에 대한 연 구가 시작되었다[21].

2.1 신뢰성기반정비(RCM)

신뢰성기반정비는 체계 운용에서 안전성과 경제성을 보장하기 위한 예방정비 소요와 기타 활동에 대하여 신뢰 성을 기반으로 분석하는 논리적 절차이다. 구체적으로, 체 계 요소들의 기능을 파악하고, 고장 유형과 영향을 분석 하여 고장의 영향을 방지하기 위한 예방정비 업무(Preventive Maintenance Task)를 논리적으로 식별한 후, 정비성 향상을 위해 항공기의 각 부품 단위별로 고장해석 및 성향 분석을 사용하여 부품의 교체시기를 예측하고 계획검사시 기를 선정하는 방식을 말한다.

항공기는 비행이라는 특별한 기능을 수행하기에, 첫 단 계인 설계부터 최종 양산단계까지 다양한 요소를 고려하 여 개발한다. 그럼에도 불구하고 실제 운용과정에서는 비 행환경을 포함한 다양한 조건에 따라 기체 구조물에 변형 이 발생하고 반복적인 외부 하중에 의해 파손이 발생하기 도 한다[9]. 이러한 상황에서, 결정된 정비주기에 따른 반 복적 수행을 기본원칙으로 하는 기존의 예방정비 개념으 로는 안정성에 대한 우려를 인내하거나, 안전성을 위한 과 도한 정비비용의 지출을 감수해야 하는 딜레마(Dilemma) 에 빠지게 된다. 이에 항공업체는 최소의 비용으로 항공기의 요구 신뢰성을 유지하기 위해 실제 운영환경과 항공기의 성능, 안전, 경제성 등을 복합적으로 고려하는 신뢰성기반 정비라는 개념 사용하여 예방정비 주기를 선정한다[9].

신뢰성기반정비는 1970년대 미국의 민간 항공 산업에 서 신뢰도 목표를 설정하고 정비프로그램을 운용하는 개 념을 도입한 이후로, 미국방성이 군용 항공기의 정비프 로그램 개발을 위한 방법론으로 채택하고, 1980년대에 컴퓨터 기술의 발전으로 시스템에 대한 신뢰성, 정비성 및 안전성을 고려한 설계가 가능해지면서 일반 산업계로 확산되었다. 항공 산업에서는 MSG-3로 알려져 있으며, 미 해군에서도 <Figure 1>과 같은 형태로 신뢰성기반정 비를 포괄적으로 응용하여 활용하고 있다[9, 14, 17, 18].

2.2 예방정비 및 정비주기의 개념

신뢰성기반정비는 정비 업무를 TDM(Time Directed Maintenance), CDM(Condition Directed Maintenance), FFM(Failure Finding Maintenance), RTF(Run to Failure)로 분류한 다[22].

TDM은 고장이 발생하기 전에 이를 예방하거나 지연 하기 위한 유지보수 업무를 의미하며, 각각의 최적 주기 에 따른 교체 및 보수 등이 주요 업무다. TDM을 효과적 으로 수행하기 위해서는 대상 시스템의 수명주기, 설계 특성, 그리고 고장 데이터를 사용하여 예측한 수명분포 를 반영한 비용 편익 비율(CBR; Cost Benefit Ratio)을 고 려하여 정비주기를 예측해야 한다[20, 22].

CDM은 고장 발생 전에 고장 발생의 징후를 검사를 통해 미리 발견하여 정비하는 업무로써, CDM을 효과적 으로 수행하기 위해서는 신뢰성에 근거한 대상 시스템의 고장 데이터 및 장치특성, 운영에서의 기타 주요 요인들 에 대한 정성적, 정량적 분석을 통하여 적절한 검사주기 (inspection interval)를 결정해야 한다. CDM은 대상 시스 템이 수명주기를 따르는 여부와 상관없이 적용할 수 있 고 시스템의 수명을 최대한 보장하므로 비용 효과적이지 만 안전성과 관련된 부분이나 시스템에 있어서 치명도가 높은 장치의 적용에는 적합하지 않다[20, 22].

FFM은 고장의 발견이 어려운 장치나 추가적인 고장 을 일으킬 수 있는 장치를, 운용 이후 일정 주기마다 테 스트 등을 통하여 고장을 발견하려는 예방정비 업무를 의미한다. 검사를 통해 고장을 발견한다는 것은 CDM과 유사하지만, 고장 발생의 징후를 검사하는 것이 아니라 고장의 발생 유무를 탐색하기 위해 검사한다는 점에서 차이가 있다[20, 22].

RTF는 고장이 발생한 이후에 정비를 수행하는, 즉 고장 이 발생할 때 까지는 정비를 하지 않는 경우를 의미하며, 예방정비라기보다는 사후정비라고 보는 것이 타당하다.

2.3 정비주기 산출방법

2.2절에서 볼 수 있듯이, 신뢰성기반정비는 주기적인 교체, 보수 그리고 검사를 필요로 하며, 다양한 전문위원회 (working group)에서는 신뢰성기반정비를 효과적으로 운영 하기 위한 최적의 주기산출에 대한 가이드라인(guideline) 을 제시하고 있다[1, 3, 4, 6, 13, 17]. 이중, 널리 수용되어 사용되고 있기에 국산훈련기의 정비주기 연장을 고려하 는 과정에서 적용할 가치가 있는 NAVAIR 00-25-403[17], DOD, U.S[4], CERL, US Army[3]에 대하여 구체적으로 소개한다.

2.3.1 NAVAIR 기준 산출방식

미 해군 항공시스템 사령부(U.S. Naval Air Systems Command) 는 오랜 기간 동안 RCM을 통한 예방정비 업무를 실행하는 과정에서 항공 시스템이라는 특수한 부분에서 적용하기 위한 연구를 다수 수행하였다[22]. 이러한 방법 들은 NAVAIR RCM Working Group Steering Committee 에 의해 적절한 경우에 사용될 수 있도록 검토되고 승인 되었으며, NAVAIR 00-25-403[17]에서는 분석 대상이 기 능적 중요 품목인지 아닌지 식별하며, 기능적 중요 품목 에 대해서는 신뢰성기반 결정 논리에 의해 적합한 예방 정비 업무를 선택하도록 제시하고 있다. 이에 대한 검사 주기를 설정하는 정보로는 OEM 업체 자료, 운영/정비사 의 입력자료 및 그 자료에 대한 공학적 판단, 시험 자료, 서비스 데이터의 평가 등을 활용한다. 주기 설정은 잠재 적 결함과 기능적 결함 사이의 시간 간격(PF interval)을 측정하여, 결함에 따른 안전 및 경제적 조건을 고려하여 그 시간 간격을 n등분하여 산출하라고 제시하고 있다.

이 가이드라인은 고장이 발생 전에 고장 발생의 징후를 미리 발견하여 정비하려는 CDM 관점의 산출방식으로써, 잠재고장(potential failure)과 기능고장(functional failure)의 고장 유형이 있다고 가정하고 있다. 이에 <Figure 2>에서 볼 수 있듯이, 해당 결함의 징후를 나타내는 잠재고장 상 태에서 기능을 수행하지 못하는 기능고장까지의 확산시간 을 PF(Potential failure to functional failure) interval로 정의 하고, 검사주기(inspection interval)는 기능고장이 발생하 여 그 파급효과를 일으키는 것을 사전에 방지하기 위해 제품의 중요도 등을 고려하여 검사빈도(n)를 정하여 고장 주기에 검사빈도를 나누어 계산한다.

즉, 검사주기(I)는 식 (1)을 사용하여 결정한다.

여기서 검사빈도(n)는 안전성 관점의 검사빈도와 경제 성관점의 검사빈도를 구하여 더 큰 값을 사용하도록 하 고 있다.

먼저 안정성 관점의 검사빈도는 식 (2)를 사용하여 구 할 수 있다.

여기서 P_acc는 고장의 수용가능확률(acceptable probability of failure), θ는 잠재고장 검출확률(probability of detecting potential failure)을 의미하며, 각각 <Table 1>과 <Table 2>에 따라 정해진다. 그리고 NAVAIR에서는 심 각도가 Category I, II일 경우에만 안정성 검사빈도를 사 용할 것을 권고하고 있다.

그리고 경제성 관점의 검사빈도는 식 (3)을 사용하여 구한다.

여기서 C_i 는 1회 예방정비비용(Cost of inspection), C_npm 는 예방정비 미실시로 인한 비용(Cost of non PM), C_pf는 잠재고장의 수리비용(Cost of potential failure)을 의미한다.

2.3.2 PM Point 적용 산출방식

이 방식은 미국방성에서 발간한 DoD guide for achieving Reliability. Availability, and Maintainability[4]를 참조한다. 해당 문서의 chapter 4.5.2.21에서 신뢰성기반정비와 관련 된 분석 방법을 소개하고 있다. 신뢰성기반정비 분석 절차 로 총 7단계를 나타내고 있으며, 순서대로 나열하면 정비 성 설계, 기능고장모드분석 수행, 고장분포 분류, 정비업무 주기 결정, 업무 패키징, 데이터 수집 및 자료 최적화, 그리고 교정활동결과 분석이다. 본 문서에서는 정비업무주기 선정 방법으로 PM(Preventive Maintenance) point를 사용한다.

PM point란 운영이력자료를 사용한 고장시간(TTF; Time To Failure)에 대한 분포를 기준으로, 허용하는 누적결함비율 을 예방보수 시점으로 선정하는 방식이다. 예를 들어 <Figure 3>과 같은 고장시간에 대한 분포가 있다고 가정하자. 해당 시스템의 고장은 누적결함비율이 10%를 넘어서면서 갑작 스럽게 증가함을 알 수 있다. 이 경우, B10을 PM piont로 결정하는 것이 합리적이라는 판단을 할 수 있을 것이다.

물론 PM point 방식은 장비의 중요도나 위험도, 경제 성 등을 고려하여 누적결함비율을 조정함으로써 정비주 기의 최적화를 꾀할 수 있다. 국산초등훈련기의 정비주 기 연장이 PM point 방식으로 추진되고 있으며, 이때 장 비의 중요도 기준은 고장 영향성 분석 결과에 따른 위험 도 등급 기준을 적용하였다. 위험도 등급에 따른 최소 결 함 주기 비율은 <Table 3>와 같다.

2.3.3 RCM guide 기준 산출방식

이 방법은 미육군에서 발간한 Reliability Centered Maintenance Guide[3]를 기준으로 산출하는 방식이다. 이 지침 서는 예방 정비 주기 설정 방법으로 3가지 기준을 제시하 고 있다. 첫 번째는 과거의 경험으로부터 고장 발생을 예 상하여 검사 주기를 설정하는 것이다. 즉, 장비의 고장 예 상 시점을 고장 내역 및 사용자의 경험으로부터 직관적으 로 결정하는 것이다. 두 번째는 고장 분포 통계량을 사용 하여, 장비의 중요도에 따라 검사 주기를 결정하는 것이 다. 중요도 등급 기준에 따른 검사 주기는 <Table 4>와 같 다. 세 번째는 정보의 부족으로 인해 보수적으로 검사 주 기를 설정하는 것이다. 즉, 격주 또는 월 단위로 장비를 관찰하는 것이다.

본 논문에서 대상으로 하고 있는 고등훈련기는 10년 이상의 운영자료가 있기에, 두 번째 방법인 고장 분포 통 계량을 사용하여, 장비의 중요도에 따라 검사 주기를 결 정하는 방법을 사용한다.

2.3.4 산출방식 간 특징 비교

앞에서 소개한 NAVAIR 00-25-403[17], DOD, U.S[4], CERL, US Army[3]의 산출방식은 주기를 결정하는 각각 나름의 철학을 가지고 있다. 따라서 어떤 산출방식이 더 합리적이라거나 더 효과적이라는 판단을 할 수는 없다. 그러나 각 산출방식의 내용을 살펴보면 상황에 따른 장 단점은 파악할 수 있다. 본 장에서는 각 산출방식이 더 유효할 수 있는 상황을 구분하는 방법으로 장단점을 비 교하려한다.

첫째, NAVAIR 방식은 잠재고장과 기능고장이라는 개 념을 사용하여 PF interval을 도출함으로써 불필요한 정 비를 줄이면서도 정비의 효과성을 극대화 할 수 있는 방 안을 제시한다. 즉, 잠재고장 이전에는 경제성만을 고려 한 최소한의 정비를 실시하고, 잠재고장의 상황이 확인 되면 정비주기를 조정하여(더 자주 정비를 실시하여) 기 능고장으로 인한 손실을 줄이는 것을 목적으로 한다. 그 러나 잠재고장과 기능고장을 구분하기 위해서는 고장메 커니즘에 대한 분석이 필요하기에 다른 산출방식에 비하 여 복잡하고 까다롭다고 할 수 있으며, 결정적으로 잠재 고장과 기능고장을 명확히 구분할 수 없는 부품의 경우 에는 PF interval을 도출할 수 없다는 치명적 단점이 있 다. 특히, 현장자료만을 사용할 경우, 잠재고장과 기능고 장을 분류하기에는 현실적인 한계가 존재한다.

둘째, PM point 방식은 누적고장률이라는 개념을 도입 하였기에, 전체 운영고장의 분포 및 발생 시기 등을 고려 할 수 있다는 장점이 있다. 따라서 운용기간이 길어서 고 장자료를 충분히 확보하고 있는 경우에는, PM point를 산출하는 것이 용이하고 그 정확도도 높아지기에 정비에 의한 효과성도 높아진다. 그러나 반대로, 고장이 거의 발 생하지 않은 경우나, 운용기간이 짧아서 고장자료를 충 분히 확보하지 못한 경우에는, 고장분포의 추정 시 모수 의 변동폭이 커져(신뢰구간이 넓어져) 정확도나 실효성 이 낮아진다. 이러한 경우, 위험성을 고려하여 PM point 의 기준 고장률을 낮추거나, 보수적인 추정값(하한값)을 사용하게 되며, 이는 정비의 효율성을 떨어뜨리게 된다.

마지막으로, RCM guide 방식은 정비주기를 품목의 심 각도에 따라 MTBF, B10, B2의 3등분으로 결정한다는 점 에서 적용하기에는 가장 간단하다. 그러나 MTBF, B10, B2 등의 신뢰성 지표의 추정에서 충분한 고장자료의 확보 여부가 정확성을 좌우하기에 PM point 방식과 동일한 장 단점을 가진다. 추가적으로, 충분한 고장자료를 확보하여 추정한 신뢰성 지표의 정확성이 높다 하더라도 MTBF, B10, B2의 3등분을 정비주기로 결정하는 논리적 근거가 빈약하다는 결정적인 한계점을 드러낸다.

3. 정비주기 연장방안 검토

본 장에서는 2.3절에서 소개한 3가지 정비주기 산출방식 (NAVAIR, PM Point, RCM guide)을 국내 고등훈련기의 실제 운용자료를 사용하여 검토한다. 위의 3가지 정비주기 산출방식은 이미 널리 수용되어 사용되고 있는 산출방식 이기에 산출방식 자체의 논리적 타당성을 검증할 필요는 없다고 판단된다. 그러나 각 방법의 개념이나 철학이 서 로 상이하기에, 도출된 결과를 비교하기 위해서는 이를 적용하는 과정에서 공통적인 기준이 필요하다. 또한, 해 당 산출방식을 국내 고등훈련기로 적용하는 과정에서, 운용자료의 특성이나 사용자의 요구사항 등을 고려한 적 용기준 역시 필요하다.

3.1 주기산출의 절차 및 적용기준

3가지 정비주기 산출방식(NAVAIR, PM Point, RCM guide) 의 결과를 합리적으로 비교하고 사용자의 요구사항을 만 족하기 위하여

의 절차를 따라 진행하였다.

3.1.1 품목 식별 및 분류

해당 품목의 고장 발생이 항공기에 미치는 영향을 기 준으로 중요 품목인지 아닌지 식별하는 절차는 안전이 최우선인 항공기를 대상으로 한다는 점에서는 반드시 확 인해야 하는 절차인 동시에 불필요한 비용을 줄임으로써 경제적 운영을 꾀하는 항공기 사용자에게는 합리적인 절 차로 인식된다.

NAVAIR의 산출방식에서는 이것을 하나의 절차로 안 내하고 있으며[17], PM Point나 RCM guide의 산출방식에 서도 위험도(severity classification)나 중요도(importance) 의 등급에 따라서 주기를 결정하는 기준을 달리하고 있다 [3, 4].

이에, 본 연구에서는 고장 유형 영향 및 치명도 분석 (FMECA; Failure Modes, Effect And Criticality Analysis) 의 내용을 준용하여 중요 품목 여부를 식별하고 분류하 기로 하였다. 항공기는 개발단계에서 반드시 FMECA를 수행하도록 되어 있으며, 이때 심각도 수준은 1~4까지의 4단계로 구분한다.

3.1.2 고장주기 산출

NAVAIR의 산출방식에서는 정비주기를 결정하기 위해 잠재적 결함과 기능적 결함 사이의 시간 간격(PF interval) 이 필요하다. 이때 PF interval은 잠재고장과 기능고장의 고장 유형 파악이 가능하다는 가정하에서 존재하는 개념 이다. 만약 어떠한 부품이 고장의 징후(잠재고장)를 파악 할 수 없는 상황이라면, 현실적으로 파악할 수 있는 시간 은 고장시간(TTF; Time To Failure)이 될 것이다. 따라서 잠재고장의 파악이 가능한 부품은 PF interval을, 그렇지 않은 부품은 평균고장시간(MTTF; Mean Time To Failure) 을 최대 허용값으로 고려하여 적절한 고장시간 관련 기준 통계량을 결정하여 사용하여야 한다.

PM point 산출방식 역시, 고장시간(TTF; Time To Failure) 에 대한 분포를 대상으로 누적결함비율의 허용치를 고려 하는 방식이고, RCM guide 방식 역시 MTTF나 B10과 같은 고장시간 관련 기준통계량(Distribution Statistics)을 정비주기 결정의 기준으로 사용한다.

3가지 방식 모두 정비주기를 결정하기 위해서는 기준이 되는 고장시간 관련 통계량을 추정하는 과정이 필요하며, 이를 고장주기 산출이라는 단계로 구분하여 절차를 진행 하였다. 결국, 고장주기 산출단계는 현장자료를 사용하여 해당 부품의 수명분포를 추정하는 신뢰성분석 단계이다.

그러나 현재 확보하고 있는 고등항공기의 현장자료는 개발과정에서 보수적으로 결정된 200시간을 정비주기로 운영해온 상황에서 수집된 것이다. 즉, 200시간마다 검사 를 통해서 고장 여부를 확인하고 필요할 경우 정비를 수 행해 왔기에, 고장주기가 200시간 이상인 고장에 대해서 는 충분한 고장 정보를 확보하지 못했거나, 200시간마다 정비를 수행하는 과정에서 부품의 상태가 개선되어 수명 이 연장되었을 가능성이 존재한다.

이에, 현장자료를 사용하여 추정한 고장주기가 200시 간이라는 정비주기의 운영으로 인하여 왜곡되었을 가능 성을 고려하여, 유사장비의 수명자료와 설계특성(고장물 리)을 고려한 결함자료 두 종류의 자료를 추가로 분석하 여 각각의 고장주기를 추정한 후, 이렇게 확보된 3개의 고장주기 추정치에 대한 가중평균을 사용하여 최종적인 고장주기로 확정하였다. 이때의 가중치는 전문가들의 의 견을 반영하여 현장자료, 유사자료, 결함자료 각각 43%, 43%, 14%로 결정하였다. 해당 가중치를 살펴보면, 유사 자료를 사용하여 현장자료의 부족함을 보완하고, 결함자 료를 통해 왜곡을 보정하려는 의도임을 알 수 있다.

3.1.3 검사빈도 산출

검사빈도 산출은 NAVAIR의 산출방식에서만 사용하는 개념으로 NAVAIR 00-25-403[17]에서는 식 (2)와 식 (3) 중 에 더 큰 값을 사용하도록 하고 있으며, 식 (2)는 심각도 가 Category I, Ⅱ일 경우에만 사용하도록 권고하고 있다. 본 연구에서는 해당 권고안에 따라 해당 부품의 심각도를 기준으로 심각도가 1 또는 2등급일 경우에는 안정성 관점 의 검사빈도인 식 (2)를 사용하고, 나머지의 경우에는 경제 성 관점의 검사빈도인 식 (3)을 사용하기로 하였다. 이때 식 (3)에서 사용되는 비용들의 산정 기준은 다음과 같다.

3.1.4 정비주기 산출

NAVAIR는 PF interval을 입력값으로 가지는 식 (1)을 사용하여 정비주기를 결정한다. 그러나 3.1.2절에서 언급 하였듯이 PF interval은 잠재고장을 파악할 수 있는 제한 적인 상황에서만 추정이 가능하기에, 현장자료로부터 이 를 추정할 수 있는 경우는 매우 드물다. 그렇다고 첫 가동 시점을 잠재고장 시점이라고 가정하여 MTTF를 PF interval로 사용할 수도 없다. 따라서 적절한 고장시간 관련 기 준통계량을 고장주기로 준용해야 할 필요가 있으며, 현장 의 의견을 반영하여 B20를 PF interval로 사용하였다. 또 한 식 (1)에서의 검사빈도(n)는 3.1.3절에서 소개하였듯이, 해당 부품의 심각도를 기준으로 식 (2)와 식 (3)으로 구분 하여 사용하였다.

PM Point 방식은 이미 초등훈련기의 경우에서 <Table 3>의 기준으로 검토하여 적용하고 있기에, 해당 내용을 그대로 사용하였다.

RCM guide 방식의 경우에는 <Table 4>에서 확인할 수 있듯이 기존의 가이드라인이 기준통계량에 대한 검사 빈도를 3으로 가정하고 있다. 따라서 본 연구에서도 검 사빈도를 3으로 가정하였다. 다만, <Table 4>에서의 중요 도(importance)를 품목의 심각도로 치환하고 각 단계별로 고장주기(고장시간 관련 기준통계량)를 B2, B10, B20, MFTBF로 차등 적용하였다(<Table 5> 참조).

3.2 주기연장 시범적용

본 장에서는 고등훈련기 운영자료를 활용하여 앞서 소개한 3가지 방식으로 정비주기를 산출하는 과정을 소 개하고 결과의 차이를 확인한다.

3.2.1 시범대상품목 선정

시범대상품목은 현재 고등훈련기에서 200시간마다 검 사하는 총 266항목 중 5%에 해당하는 15품목을 계통별 로 수량을 고려하여 무작위로 선정하였다(<Table 6> 참 조). 각 품목명은 보안상 A, B, C 등의 임의의 문자로 대 신 표시하였다.

3.2.2 품목 식별 및 신뢰성 분석

선정한 15개 품목에 대해 FMECA의 결과를 기준으로 중요 품목 여부를 식별하고 1~4까지의 4단계로 심각도 수 준을 결정하였다. 심각도의 숫자가 낮을수록 기능적으로 중요하거나 안전이 중요하게 판단되는 품목이다. 이후, 10 년간의 운영자료를 활용하여 신뢰성 분석을 실시하였으며 해당 결과를 <Table 7>에 정리하였다(업체의 비밀유지를 위하여 각 품목명은 <Table 6>의 임의의 문자와 동일 계통의 item을 구분하기 위한 숫자 1과 2를 조합하여 표시하였다).

NAVAIR 방식을 적용하기 위하여 B20를, RCM 가이 드를 적용하기 위하여 MFTBF, B20, B10, B2를 추정하 였다. 이 과정에서 현재까지 고장이 발생하지 않은 품목 에 대해서는, 현재까지의 비행시간을 고장간평균비행시 간(MFTBF)으로 간주하였다.

3.2.3 정비주기 산출

<Table 7>의 신뢰성 분석 결과를 토대로 각 품목별 정 비주기를 산출하였다.

이때, NAVAIR 산출방식을 적용하기 위해서는 해당 품 목의 검사빈도를 결정하는 단계가 추가로 필요하다. 본 연 구에서는 해당 품목의 심각도가 1 또는 2등급일 경우에는 식 (2)를, 심각도가 3 또는 4등급일 경우에는 식 (3)을 사용 하였으며, 이때 고려하는 고장의 수용가능확률(P_acc)과 잠 재고장 검출확률(θ )은 <Table 1>과 <Table 2>의 값을 기 준으로 하였다. PM point 방식의 경우, 국산초등훈련기의 정비주기 연장 시 고려하였던 기준인 <Table 3>를, RCM guide의 경우는 <Table 5>를 기준으로 사용하였다.

각 품목별로 3가지 방식에 의거하여 산출된 정비주기 의 결과는 <Table 8>과 같으며, <Figure 4>는 3가지 방식 의 결과들을 하나의 그래프에 겹쳐서 도시한 것이다.

3.3 결과 비교 및 고찰

<Figure 4>에서 산출방식별 정비주기 패턴이 품목별로 비슷하게 나타나고 있으며, PM point 방식이 전반적으로 보수적으로 결정되고 있음을 확인할 수 있다. 이는 2.3.4절 에서 언급하였듯이, 충분한 고장자료를 확보하지 못한 경 우에는 보수적으로 결정하는 PM point 방식의 특성에 기 인한 것으로 판단된다. <Table 7>에서 확인할 수 있듯이, 몇 개의 품목을 제외하고는 전반적으로 고장발생수가 그 리 많지 않다. 이는 3.1.2절에서 미리 언급하였듯이, 현재 확보하고 있는 고등항공기의 현장자료는 개발과정에서 보 수적으로 결정된 200시간을 정비주기로 운영해온 상황에 서 수집된 것이기에 고장주기가 200시간 이상인 고장에 대해서는 충분한 고장 정보를 확보하기 어려웠기 때문이 다. RCM guide 방식 역시 같은 한계점을 가지고 있음에도 불구하고 PM point 방식이 더 보수적으로 추정된 이유는 PM point 방식은 중요도(위험도) 단계에 따라 누적고장률 을 1%, 3%, 5%, 10%로 설정한 반면, RCM guide방식은 B2, B10, B20, MFTBF로 PM point보다 여유로운 기준이 제시되었기 때문이다.

NAVAIR 방식은 잠재고장과 기능고장을 구분한 후 PF interval을 사용하여 정비주기를 산출하여야 하나, 현장자 료만으로 잠재고장과 기능고장을 분류하기에는 현실적인 어려움이 존재한다. 특히 본 연구에서 사용한 현장자료는 200시간마다 검사를 수행한 자료이기에 PF interval을 파 악하기가 거의 불가능하였으며, 그 결과 모든 품목들에 대하여 B20이 대체 기준으로 사용되었다. 연구의 정확성 을 위해서는 PF interval을 B20로 대체하는 것에 대한 명 확한 근거가 필요하나, 관련 근거를 찾을 수 없어 현장의 의견을 청취하여 반영하는 수준에서 이루어졌다. B20로 대체한 것에 대한 다툼의 여지는 있지만, NAVAIR 방식 의 정비주기가 다른 방식에 비해 전반적으로 길게 결정되 고 있음을 확인할 수 있다.

4. 결 론

본 연구에서는 현재 200시간으로 운영 중인 훈련기의 점검주기를 400시간으로 연장하는 것을 염두에 두고, 기 존에 널리 수용되어 사용되고 있는 NAVAIR 00-25-403[17], DOD, U.S[4], CERL, US Army[3]의 3가지 정비주기 산출 방식을 비교하였다.

그리고 추가적으로 실제 운용자료를 활용하여 3가지 방식으로 검사주기를 산출해 보았다. 운용자료를 기존의 정비주기 산출방식에 적용하기 위하여 공통적인 기준과 절차를 마련하였고, 절차에 따라 필요한 신뢰성 지표를 도출하고 그 결과를 기준으로 정비주기를 산출하였다. 이 과정에서 3가지 정비주기의 현장 적용성에 대한 고찰도 수행하였다.

산출결과를 토대로 현장과의 인터뷰와 확인 절차를 거쳐 대상이 된 15개 품목 중 11개 품목은 400시간으로 의 연장이 가능할 것으로 예측되었으며. 나머지 4개의 품목에 대해서는 기능분석이나 비행전후간의 검사내용 확인 등의 추가분석과 현장과의 조율을 통하여 검사방식 을 보완하는 방법으로 400시간으로의 연장이 가능할 수 도 있다는 의견이었다.

본 연구는 정비주기에 대하여 학술적 목적보다는 현 재 200시간으로 운영 중인 훈련기의 점검주기를 400시 간으로 연장하고자 하는 실무적인 목적으로 진행되었기 에, 연구결과를 통해 기존의 정비주기 산출 방법론을 개 선하거나 효율성을 높이는 등의 학문적 가치를 얻지는 못했다. 이는 해당 산업분야에서 오랫동안 사용해오던 글로벌 가이드라인을 기업이나 개인의 연구 수준에서 개 선하거나 수정하는 것이 현실에서는 받아들여지기가 거 의 불가능하다는 근본적인 제약에 기인하였다. 따라서 본 논문에서는 기업의 입장에서 자사의 현장자료를 사용 하여 기존의 방법론을 적용해보고, 그 결과로부터 기존 의 운영주기를 연장할 수 있는 논리적 근거를 도출하는 과정을 소개했다는 실무적인 제한적 관점에서 그 가치를 찾고자 했다.

그리고 현장자료를 활용하는 과정에서 다음과 같은 한계점을 가지고 있음을 명시하려 한다.

첫째, NAVAIR의 산출기준을 사용하는 과정에서 현장 자료만으로는 잠재고장과 기능고장을 명확히 구분할 수 없어 PF interval을 B20로 대체하여 준용한 점이다. PF interval은 고장이 발생할 징조를 파악한 이후부터의 기간 이고, NAVAIR의 산출식은 고장징조를 파악하였다는 가 정하에서 개발되었을 것이다. 그러나 본 연구에서 확보한 자료만으로는 PF interval을 파악할 수 없었기에 현장 전 문가들의 의견을 반영하여 B20을 사용하였다.

둘째, 정비주기 200시간의 상황에서 확보된 현장자료 가 잦은 정비로 인해 왜곡되었을 가능성을 상쇄하기 위하 여 현장자료, 유사장비의 수명자료, 설계특성(고장물리) 을 고려한 결함자료를 43%, 43%, 14%의 가중치로 결정 한 부분이다. 이 역시 해당 가중치를 객관적으로 결정한 근거가 없기에 현장 전문가의 의견을 반영하였다.

위의 두 경우 모두, 객관적으로 판단할 자료나 근거가 부족하여 현장 전문가의 의견을 반영할 수밖에 없었다. 따라서 본 논문에서 제시하는 값은 본 연구에서 관련 전 문가의 주관적인 판단에 의한 것임을 명시해 둔다. 해당 한계점을 해결하기 위한 연구가 실무적인 관점에서 매우 필요하다고 판단된다.

또한, 장기적인 관점에서는, 본 연구에서 고려한 NAVAIR 00-25-403[17], DOD, U.S[4], CERL, US Army[3]를 포함 하여 기존의 가이드라인들이 사용하고 있는 정비주기 산 출방식이 합리적인지에 대한 검증 및 개선을 목적으로 하 는 연구가 필요하다. 본 연구에서 고려한 3개의 가이드라 인은 가장 널리 사용되고 있기는 하지만, 해당 가이드라 인에서 고려된 기본이론이나 고장물리(physics of failure) 등은 1990년대의 수준에 머물러 있으며, 해당 가이드라인 이 매우 보수적으로 제정되었다는 것이 현장 실무자들의 공통된 의견이다. 따라서 현 가이드라인에서 사용하는 신 뢰성이론 및 고장물리를 최신의 이론으로 업데이트하는 연구는 학술적으로 매우 가치가 클 것으로 판단된다.