운영 최적화를 위한 RAMS기반 철도시스템 설계 방안 연구 = A study on RAMS-based system design to optimize railway service

국문 초록 (Abstract)

유럽을 중심으로 시작된 철도산업이 부활 전략은 유럽통합과 함께 더욱 힘을 받으면서 철도산업의 통합을 추진하게 된다. 유럽 국가는 철도산업의 국가 간 연결과 운영체계를 통합하기 위하여 우선 물리적으로 철도산업 시스템에 대한 수평적 통합을 추진하였고, 또한 철도 시스템 운영에 대하여 수직적 분리를 수행하면서 철도시스템에 대한 통합되고 단일화된 접근방법으로 표준화를 제시하여 철도시장 진출에 있어 의무화하고 있다. 국내 철도산업 역시 안전한 서비스 품질을 유지하기 위하여 철도안전법을 통하여 철도산업의 시스템 기반 RAMS(Reliability, Availability, Maintainability and Safety) 적용을 의무화하고 있다. 하지만 철도산업 문화와 환경이 다른 국내 철도산업은 RAMS에 대하여 적합하게 적용하지 못하여 왔다. 따라서 이러한 국내 철도산업의 문제점을 기반으로 시스템 기반의 RAMS 경험이 부족한 국내 철도현실에 적합한 시스템 엔지니어링 관리 프로세스 및 프로세스 활동을 기반으로 RAMS 엔지니어링의 관리의 철도시스템에 대한 적용을 연구하였다.

본 논문은 국제 철도산업에서 제시하고 있는 품질관리 및 안전관리 표준규격을 기반으로 국내 산업의 문제점을 해결하기 위한 방향으로 연구 과제를 선정하였다. 따라서 본 논문은 연구과제를 효과적으로 접근하기 위하여 우선 철도시스템에 대한 문헌 검토, 사례연구 및 서면·면접 조사의 접근 원칙을 제시하였다. 또한 이러한 RAMS 관리 지식 및 정보를 접근하기 위한 연구방법을 확립하여 문헌연구를 추진하여 연구의 기반이 되는 모델링 개발의 기반을 마련하였다.
본 논문은 철도시스템에 대한 RAMS 접근을 첫 단계로 시스템 RAMS 엔지니어링 관리 프로세스 모델을 제시하였다. 또한 이를 기반으로 시스템 엔지니어링 프로세스 활동에 통합할 수 있도록 RAMS 요구 정의 프로세스와 활동(Activity), 기능적 아키텍쳐 정의 및 RAMS 성능 할당 프로세스와 활동, 물리적 구조 및 RAMS 성능 정의 프로세스와 활동, 물리적 구조 및 RAMS 성능 검증 프로세스와 활동, RAMS 관리·통제 프로세스와 활동 그리고 RAMS 기반 위험관리 프로세스를 RAMS 관리 프로세스 및 프로세스 활동으로 단계별 제시하였다.
이어서 RAMS 프로세스 관리의 가장 중요한 활동인 위험관리를 정의하였다. 해저드와 이것이 발생할 경우 미치는 영향을 기반으로 고려해야 하는 경우 해저드에 대한 시나리오 해석의 수행이 필요하고 이를 위해 FMEA(Failure Mode and Effect Analysis)와 FTA(Fault Tree Analysis)를 결합하는 방식을 채택하여 영향요소에 대한 분석력을 향상 시켰다. 또한 위험관리에 필요한 프로세스와 프로세스 활동을 제시하고 효과적인 위험평가 기술을 채택하였다.
RAMS 활동의 기본 요구사항인 RAMS 요구사양 및 시험평가 조건을 설계하는 방법을 제시하고 RAMS 사양을 결정하기 위한 프로세스 모델을 제시하였다. 이 과정에서 신뢰성 할당방법과 유지보수성 할당 방법을 통해 RAMS 성능 조건이 적용되고 할당되는 방법을 제안 하였다.
앞서의 연구를 통해 이를 공진형 보조전원장치를 통해 적용하는 방법으로 사례 연구를 수행하였다. 보조전원장치에 공진형 기술을 적용하여 설계하는데 있어 시스템 수준의 RAMS 성능 결정하고 이를 할당하는 방법에 대하여 제시하였다. 또한 새롭게 설계되는 공진형 장치의 기술적 설계 안을 기반으로 위험평가를 수행하는 방법에 대하여 제시하였다.
따라서 본 연구는 철도용 시스템 및 부품을 설계하는 과정에서 수행하게 될 엔지니어링 과정에서 RAMS 관리를 수행할 수 있도록 전 과정의 관리 프로세스 및 활동을 제시하고 실 사례연구를 통해 산업현장에서 매우 용이하고 효과적으로 RAMS 수행에 적용이 가능함을 보여주었다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

The Application of RAMS for railway systems is an engineering discipline that integrates Reliability, Maintainability, Availability and Safety performance characteristics into system This study is suggested the optimized design solutions for application of RAMS engineering management in the railway systems engineering process. This study firstly performed to establish RAMS management system, which is included engineering concepts, methods, technology and tools, which are developed for application of railway system engineering. Recently RAMS is performed, based on risk management, so this study suggested the risk management process that can implement along with systems engineering process. Also the .techniques for risk assessment are proposed by the combined FTA and FMEA. Next this study shows that how to decide the RAMS technical specification including operational test conditions. Finally a case study provides the application of RAMS and risk assessment to Auxiliary Power system. All outputs of this study is for RAMS engineers in the railway industry.

목차 (Table of Contents)

• 요 약 ⅰ
• 목 차 ⅲ
• 표 목 차 ⅴ
• 그림목차 ⅶ
• 약어 설명 ⅹ
• 기호 설명 ⅻ
• I. 논문 개요 1
• 1. 연구 배경 1
• 2. 철도 RAMS 관리 시스템 2
• 3. 논문주제의 접근방법 6
• 4. 논문 요약 8
• II. 연구방법론 11
• 1. 개 요 11
• 2. 연구주제 정의 11
• 3. 연구 수행 방법 16
• 4. 연구 수행 절차 19
• 5. 연구 추진 계획 21
• 6. 요 약 23
• III. 논문 선행 연구 24
• 1. 개 요 24
• 2. 핵심 용어 정의 25
• 3. 시스템 이론의 발전 29
• 4. 시스템엔지니어링 32
• 5. 시스템 RAMS 엔지니어링 40
• 6. 시스템 RAMS 관리 42
• 7. 시스템 위험도 평가 49
• 8. 위험도 평가를 위한 기술 55
• 9. 요 약 61
• IV. 철도 RAMS 관리 시스템 62
• 1. 개 요 62
• 2. 철도 RAMS 관리 시스템 63
• 3. 철도 RAMS 관리 프로세스 75
• 4. RAMS 기반 위험평가 프로세스 87
• 5. 요 약 92
• V. RAMS 위험 관리 기술 93
• 1. 개 요 93
• 2. 위험 평가 모델 93
• 3. 위험평가 프로세스 모델 105
• 4. FTA 분석 방법 116
• 5. 요 약 129
• VI. RAMS 성능 및 시험조건 설계 130
• 1. 개 요 130
• 2. RAMS 관리 프레임워크 131
• 3. RAMS 성능 사양 개발 프로세스 139
• 4. 요약 165
• VII. RAMS 기반의 보조전원장치 개발 166
• 1. 개 요 166
• 2. 철도차량 보조전원장치 167
• 3. 보조전원장치 RAMS 성능 평가 183
• 4. 보조전원장치의 RAMS 성능 평가 188
• 5. 철도차량 보조전원장치 위험평가 189
• VIII. 결론 및 제안 203
• 1. 결 론 203
• 2. 추가 연구를 위한 제안 208
• 참고문헌 207
• Abstract 214