상태 모니터링의 필요성

2015년 6월 22일 Steve Schickling 작성

공정 산업 제조업체뿐만 아니라 자동차, 가구, 장난감, 항공기와 같이 개별 제품을 생산하는 전통적인 제조업체 역시, 고장 원인과 시점을 예측할 수 없고 설비 정지가 무작위로 발생하는 중요 및 핵심 자산에 대해 상태 모니터링(CM) 프로그램을 도입함으로써 큰 이점을 얻을 수 있다. 기계와 제조 공정이 점점 고가·고복잡화됨에 따라 상태 모니터링의 필요성은 더욱 쉽게 정당화되고 있다.

상태 모니터링은 일반적으로 비용 절감을 목적으로 도입되지만, 데이터에 따르면 생산성/가용성을 증가시키고 결과적으로 수익성에도 긍정적인 영향을 미칠 수 있다.

유지보수 전략

유지보수 분야에서는 대부분의 공장에 설치된 다양한 장비를 유지하기 위한 네 가지 전략이 널리 받아들여지고 있다.

유지보수 전략은 다음 네 가지 일반적인 유형으로 분류된다:

1. 사후 유지보수(고장 후 수리, Reactive/run-to-failure)
   

2. 예방정비(PM)
   

3. 예지정비(PdM)
   

4. 신뢰성 중심 유지보수(RCM)
   

사후 유지보수는 많은 설비 자산에서 일반적으로 사용되는 접근 방식이다. 고장 확률이 매우 낮고, 중요하지 않으며, 안전이나 환경 문제를 유발하지 않고, 예비품이 확보된 자산의 경우 이 방식이 적절할 수 있으며 유지보수 비용 관리에도 도움이 된다.

예방정비는 고장이 잦은 자산에 대해 전통적으로 적용되어 온 방식(시간 기반 유지보수)이다. OEM 권장 시간이나 사용량에 따라 수행된다. 예방정비는 노후, 운전 시간, 사이클 수에 의해 고장이 발생하는 경우에 적합하다. 그러나 여러 연구 결과에 따르면 대부분의 공장 자산은 마모로 인해 고장 나는 것이 아니라 시간이 지나며 무작위로 고장 난다. 다음 표는 마모로 고장 나는 자산과 무작위로 고장 나는 자산의 비율을 나타낸 다양한 연구 결과를 보여준다.

예지정비(PdM)는 진동과 같은 파라미터를 추적하여 설비 상태를 더 잘 이해함으로써 생산에 영향을 주기 전에 잠재적인 문제를 식별하고자 한다. 예지정비는 일반적으로 상태 모니터링(CM) 접근 방식을 포함한다. 흔히 사용되는 기술에는 진동, 적외선, 초음파, 오일 분석, 부식 측정이 있다. 본질적으로 상태 모니터링 시스템은 무작위 고장이 흔하거나 안전, 환경, 제품 품질에 심각한 영향을 주거나 대규모 수리 비용 또는 막대한 생산 손실이 발생할 수 있는 대부분의 설비를 관리하기 위한 선제적 도구이다. 다음 연구들이 보여주듯 PdM은 제조업체의 수익성에 실질적인 영향을 미칠 수 있다.

예지정비를 도입한 공장에서는 다음과 같은 결과를 얻었다.

유지보수 비용 50% 감소
돌발 설비 고장 55% 감소
공정 데이터와 예지정비 데이터를 결합했을 경우 90% 감소
평균 수리 시간(MTTR) 60% 감소
예비 부품 비용 30% 감소
설비 수명 30% 증가
설비 가용성 30% 증가

유지보수 비용 감소 – 30%
설비 고장 감소 – 70%
설비 정지 시간 감소 – 40%
생산 증가 – 25%

*Keith Mobley, “Introduction to Predictive Maintenance”, 500개 공장 설문
**미국 에너지부

4. 신뢰성 중심 유지보수(RCM)는 한 단계 더 나아간다. CM/PdM을 통해 자산 상태를 이해하고 문제가 발생하기 전에 충분히 일찍 징후를 발견할 수 있다면, 고장을 피하기 위한 적절한 조치를 취할 수 있다. 이는 콜레스테롤 수치, 혈압, 심전도 등을 확인한 후 생활 습관(식이, 운동 등)을 바꿔 신체의 신뢰성을 높이는 것과 유사하다. RCM은 향후 이러한 문제를 제거하거나 줄이기 위해 운영 및 유지보수 모범 사례 개선을 포함하는 경우가 많다.
   

상태 모니터링 방식

상태 모니터링 구조는 세 가지로 나뉜다: a) 수동, b) 온라인 연속, c) 온라인 스캐닝.

a) 수동 방식은 기술자가 현장을 직접 이동하며 휴대용 데이터 수집기로 측정하거나 육안으로 공정 데이터를 기록하고 설비에 대해 시각적·청각적 관찰을 수행하는 방식이다. 이는 제조업체가 개념 검증이나 중요하지만 덜 중요한 자산을 대상으로 상태 모니터링을 시작할 때 흔히 사용하는 방법이다. 이 방식은 노동 집약적이며 안전 위험 노출이 증가하고, 데이터 수집 주기가 충분히 잦지 않으면 문제를 놓칠 수 있다. 또한 센서를 손으로 대는 휴대 측정은 반복성이 떨어질 수 있다.

b) 온라인 스캐닝 시스템은 영구 설치된 센서를 사용하여 수동 방식의 반복성 문제를 해결한다. 초기 비용은 증가하지만 반복적인 인력 비용을 크게 줄이고 작업자의 설비 노출을 줄여 안전성을 향상시킨다. 중요한 설비 자산에는 온라인 스캐닝 시스템이 더 적합할 수 있다. 이 시스템은 연속 보호는 제공하지 않지만 설치 비용이 낮고 반복 가능한 측정과 수동 방식보다 훨씬 빈번한 데이터 수집이 가능하다. 온라인 스캐닝에는 유선 방식과 무선 방식이 있다.

유선 방식은 필요 시 시간당 여러 번 데이터를 수집할 수 있지만, 무선 방식은 일반적으로 하루 몇 차례로 제한되며 설치 비용이 더 저렴한 경우가 많다.

c) 연속 모니터링 시스템은 상태 모니터링 외에 설비 보호 기능을 제공한다. 일반적으로 밀리초 단위 릴레이 응답을 갖춘 전용 모니터링 시스템으로, 설정된 알람 한계를 초과할 경우 설비를 자동 정지시킬 수 있다. 또한 설비 상태 신호를 추적·분석하는 진단 시스템의 전단 역할도 수행한다. 이러한 전용 시스템은 고장이 빠르게 발생하고 환경·보건·안전(EHS)이나 생산에 큰 영향을 주거나 높은 교체·수리 비용, 제품 품질 저하를 초래할 수 있는 핵심 설비에 적용된다.

어떤 접근 방식이 가장 적합한지는 설비 중요도에 따라 달라진다.

설비 중요도 평가

각 설비 자산의 중요도는 안전, 환경·보건, 생산, 운영 및 유지보수 비용(O&M), 제품 품질 등 여러 비즈니스 요소에 미치는 고장 영향도를 기준으로 평가된다.

설비 중요도는 유지보수 전략을 결정하며, 이는 다시 적용할 상태 모니터링 구조를 정의하는 기준이 된다.

결론

공장 자산의 대부분(77~94%)이 수명 주기 동안 무작위로 문제를 겪는 상황에서, 상태 모니터링이나 보다 선제적인 유지보수 접근은 설비 상태 변화와 문제 발생 시점을 이해함으로써 돌발 정지를 55~70% 줄이고, 유지보수 비용을 30~50% 절감하며, 자산 가용성을 25~30% 향상시킬 수 있다.

상태 모니터링의 가치는 이제 단순한 비용 절감이 아니라, 제조업체에 실질적인 수익을 가져다주는 요소임이 연구를 통해 입증되고 있다.

orbit에서 추출함.

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