탐지확률모델 비교를 통한 비파괴검사원 집단의 신뢰성 분석 = Reliability Analysis of Non-destructive Testing Inspector Groups Based on Comparison of Probability of Detection Models

국문 초록 (Abstract)

비파괴검사(Non-destructive Testing, NDT)는 구조물이나 부품을 파괴하지 않고 내부 결함이나 표면 결함을 찾아내는 검사 방법이다. 항공기의 경우 반복적인 운용과 하중으로 인해 미세한 손상이 누적되므로 이러한 손상을 예방하고 구조적 결함을 조기에 식별하여 안전성을 보장하기 위해 주기적인 검사가 필수적이다. 이에 따라 비파괴검사원의 신뢰성 평가는 항공기의 성능을 유지하는데 중요한 요소이다. NDT의 신뢰성을 정량적으로 평가하는 대표적인 방법인 탐지확률(Probability of Detection, POD)은 결함 크기(a)와 신호 크기(â)의 데이터를 활용하여 탐지 성능을 분석한다. NDT의 신뢰성은 동일한 장비를 사용하더라도 검사 장비의 성능, 검사원의 숙련도 등에 따라 탐지 결과가 달라지고, 이러한 변동성은 검사 신뢰성에 직접적인 영향을 미친다.
본 연구는 검사원 간의 변동성을 고려하여 비파괴검사의 신뢰성을 정량적으로 평가하고, 검사원 집단의 신뢰성 평가에 적합한 POD 모델을 제시하였다. 이를 위해 Ti-6Al-4V로 제작된 J85 엔진 1단계 압축기 로터 블레이드의 표면 결함을 모사한 시편을 대상으로 13명의 검사원이 와전류탐상검사를 수행하여 각 검사원의 신호 크기 데이터를 수집하였다. 이 데이터를 기반으로 MIL-HDBK-1823A, Length at Detection(LaD), Random Effects Model(REM)을 적용하여 모델별 POD 곡선을 도출하고 비교 분석하였다.
MIL-HDBK-1823A는 표준화된 모델로 활용도가 높으나 데이터의 독립성을 가정하기 때문에 반복 측정으로 인한 상관성을 반영하는데 한계가 있다. REM은 검사원 간 변동성과 데이터의 종속성을 반영할 수 있으나, 모수 추정 과정이 복잡하고 데이터 수가 적을 경우 불확실성이 증가하여 오차가 커진다. 반면, LaD 모델은 전체 검사원의 데이터 분포를 기반으로 평균과 표준편차를 적용함으로써 검사원 간 변동성을 반영하고 현실적인 분석이 가능하였다. 따라서 각 모델의 특성을 종합적으로 고려할 때, LaD는 MIL-HDBK -1823A의 독립성 가정 한계를 보완하면서도 다른 모델에 비해 구조가 단순하여 계산 효율성이 높고, 소규모 데이터 조건에서도 적용 가능하다는 점에서 검사원 집단의 신뢰성 평가에 가장 효율적인 모델로 판단된다.
본 연구는 기존 단일 검사원 중심의 POD 분석에서 나아가 집단 단위의 변동성과 상관관계를 고려한 새로운 접근법을 제시하였다. 이를 통해 검사원 집단의 신뢰성 평가뿐만 아니라 항공기 및 다양한 산업 분야에서 구조물의 수명 연장을 위한 유지보수 주기 최적화에도 유용한 기초 자료로 활용될 수 있다.

주요어 : 와전류탐상검사, 탐지확률, MIL-HDBK-1823A, Length at Detection (LaD), Random Effets Model (REM)

목차 (Table of Contents)

• 제1장 서 론 1
• 제2장 모델별 이론적 배경 및 선행연구 3
• 2.1. MIL-HDBK-1823A 모델 3
• 2.2. Length at Detection(LaD) 모델 7
• 2.3. Random Effects Model(REM) 모델 10
• 2.4. 선행연구 14
• 제3장 연구방법 17
• 3.1. 연구대상 17
• 3.2. 검사방법 20
• 제4장 결과 분석 24
• 4.1. 각 검사원의 개별 POD 24
• 4.2. 모델별 POD 곡선 비교 29
• 제5장 결 론 33
• 5.1. 연구결과 및 시사점 33
• 5.2. 연구한계 및 향후 연구 방향 36
• 참고문헌 38
• 영문초록 42
• 감사의 글 44