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PHM 용어정의 (3) Maintenance

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Intro.

정밀한 AI 모델로 설비의 결함을 조기에 알아차리기만 한다면 설비는 언제나 최적의 상태를 유지할 수 있을까요? 지난 수년간 스마트공장, 스마트플랜트 등 산업설비의 지능화에 대해 막대한 투자가 이뤄지면서 다양한 솔루션들이 산업 현장에 적용되어 왔습니다. 그럼에도 불구하고 기존에 AI, 빅데이터를 활용하는 솔루션이 도입되면 현장에서 효율을 극적으로 증가시킬 수 있을 것이라는 기대와는 달리 효과가 미미하다는 비판도 많이 들립니다. 정말 AI 솔루션들은 아무 효용이 없는 것일까요?
다양한 시행 착오를 통해 나타나는 know-how 중 하나로 현장의 운영 기술(Operation Technology, OT)의 중요성이 두드러집니다. AI 모델을 통해 좋은 인사이트가 도출되더라도 현장이 이를 반영하지 못한다면 효용이 떨어진다는 것입니다. 아무리 정밀한 PHM 모델로 고장을 예측해내더라도 이에 반응해 조기에 설비의 정비(maintenance)를 수행할 수 없다면 효과를 갖기 어렵습니다. 이번 장에서는 설계된 PHM 솔루션이 정비(maintenance) 측면에서 어떤 효용이 있을 수 있는지를 살펴보려 합니다. 대표적인 산업 표준인 IEEE Standard와 ISO에서는 maintenance의 종류를 어떻게 구분하고, 정의하는지 살펴보겠습니다.

ISO 13372:2012

ISO에서 소개하는 maintenance의 종류는 3가지로 구분됩니다. 각각의 정의를 살펴보겠습니다.
Breakdown maintenance: Maintenance performed after a machine has failed
Preventive maintenance: Maintenance performed according to a fixed schedule, or according to a prescribed criterion, that detects or prevents degradation of a functional structure, system or component, in order to sustain or extend its useful life.
Condition-based maintenance: Maintenance performed as governed by condition monitoring programmes
DEPRECATED : predictive maintenance
직역하면 다음과 같습니다.
사후 정비(breakdown maintenance) : 기계가 고장이 난 후 수행되는 정비
예방 정비(preventive maintenance) : 고정된 스케줄이나 정해진 기준에 따라 수행되는 정비로, 설비의 유효 수명을 유지하거나 연장하기 위해 시스템, 구성요소, 혹은 기능적인 구조의 성능 저하를 감지해내고 예방함
상태 기반 정비(condition-based maintenance) : 상태 모니터링 프로그램에 기반해 수행되는 정비 - ISO에서는 predictive maintenance라는 용어를 condition-based maintenance로 대체함
ISO에서는 고장이 발생한 시점을 기준으로 먼저 수행되는지, 나중에 수행되는지 여부로 breakdown maintenance를 구분했습니다. 고장이 이미 발생한 후에 정비를 갖는 것을 breakdown maintenance라 합니다. 반면 고장이 발생하기 이전 시점을 기준으로 정비를 수행하는 방법은 두 가지가 있는데, 이들은 상태모니터링 프로그램을 사용하는지, 사용하지 않는지 여부로 구분됩니다. 즉 preventive maintenance는 설비의 현재 상태에 대한 별도의 분석 없이 고정된 기준에 따라 정비를 수행하는 반면, condition-based maintenance는 설비에서 수집되는 데이터를 기반으로 분석해 이상, 결함, 고장 여부를 진단해내고, 고장을 조기에 예측해 적절한 정비를 수행하는 방식입니다. 다음으로는 IEEE 표준에 대해 살펴보겠습니다.

IEEE Std 1856-2017

IEEE Standard에서 소개하는 maintenance는 크게 '얼마나 정비에 능동적인지'와 와 주기성으로 나눠볼 수 있습니다. 정비의 능동성으로 구분해보면 다음 3가지 단계가 있습니다.

정비의 능동성에 따른 분류

Corrective maintenance: Repair activity that is undertaken to rectify degradation or failure so that the system can be restored to its normal operable state.
Preventive maintenance: Preventive maintenance is the policy for care and servicing of a non-failed system for the purpose of maintaining it in satisfactory operating condition before a failure results in downtime.
Preventive maintenance may take the form of systematic inspection, detection, and correction of incipient failures either before they occur or before they develop into major defects.
Fixed-interval maintenance is a form of preventive maintenance.
Condition-based maintenance: Condition-based maintenance (CBM) is a proactive repair activity based upon the health status of a system at any particular time.
각각을 직역해보면 다음과 같습니다.
고장 정비(Corrective maintenance): 시스템이 정상작동할 수 있는 상태로 복원될 수 있도록 성능 저하 혹은 장애를 수정하는 수리 활동.
예방 정비(Preventive maintenance): 장애가 없는 시스템을 대상으로 앞으로 발생 가능한 장애로 인해 다운타임이 발생하기 전, 정상 상태를 유지할 수 있도록 관리하고 서비스하는 정책. - 예방 정비는 초기 오류가 발생하기 전이나 주요 결함으로 더 발전하기 전에 체계적인 검사, 감지 및 수정의 형태를 취할 수 있음. - 고정 간격 유지 관리(Fixed-interval maintenance)는 예방 유지 관리의 한 형태.
상태 기준 정비(Condition-based maintenance): 특정 시간에 시스템의 상태를 기반으로 문제가 발생하기 이전에 선제적으로 수행하는 수리 활동
즉, Corrective maintenance는 이미 고장이 발생한 시스템에 대해 사후 보전의 성격을 가집니다.반면에 Condition-based maintenance와 preventive maintenance는 고장이 발생하기 이전에 미리 이에 대응하는 방식입니다. Condition-based maintenance와 preventive maintenance는 모두 고장을 사전에 예방한다는 측면에서 유사하지만,  그 과정에서 현재 시스템의 건전성을 반영하는지 여부에 따라 차이를 보입니다. 예를 들어 preventive maintenance는 별도의 설비 건전성 여부를 분석하는 모델 없이 정상인 설비의 부품을 정기적으로 교체하는 행위를 포함합니다. 반면 condition-based maintenance는 설비에서 수집되는 데이터에 기반해 현재 설비의 건전성 인자를 계산하고, 이를 반영해 정비를 수행하게 됩니다. 따라서 preventive maintenance에 비해 condition-based maintenance는 부품의 비용이나 유지보수 인건비를 절감할 수 있다는 장점을 지닙니다.

정비의 주기성에 따른 분류

지금까지 IEEE의 maintenance 방식을 기술적인 수준 관점에서 분류해 보았다면 다음으로는 정비의 주기성을 기반으로 분류된 2가지 maintenance 방식을 살펴보겠습니다.
Scheduled maintenance: Scheduled maintenance refers to maintenance activities (inspection and/or servicing) that take place on a regularly basis measured in calendar time, mileage, operational hours, or other relevant usage metric. Generally, scheduled maintenance activities take place at times (and locations) chosen by the system supporter.
Unscheduled maintenance: Unscheduled maintenance refers to unpredicted or unpredictable maintenance requirements that were not previously scheduled, but require prompt attention and must be added to, integrated with, or substituted for previously scheduled workloads.
각각을 직역해보자면 다음과 같습니다.
계획 정비(Scheduled maintenance) : 날짜, 연비, 운영 기간 등의 사용 지표를 측정하고 정기적으로 수행되는 유지 관리 활동(검사 혹은 서비스). 일반적으로 계획 정비는 시스템 사용자가 선택한 시간(및 위치)에서 수행 됨
비계획 정비(Unscheduled maintenance) : 미리 계획되지 않았지만 즉각적인 주의가 필요해 예정에 없던 워크로드에 추가, 통합 혹은 대체되어야 하는 예측 불가능한 상황에 대한 유지 관리 활동.
정리하자면 scheduled maintenance는 사용 지표를 기준으로 일정한 주기 동안 수행하는 정비 방식을, unscheduled 예상에 없던 갑작스러운 사건에 대응하는 비정기적인 정비 방식입니다. Condition-based maintenance 시스템에서 설비의 이상을 조기에 감지해내고 고장 시점을 예측해낸다면 사용자는 unscheduled maintenance를 준비해야 합니다.

Conclusion

높은 성능의 PHM 모델로 설비의 이상을 감지해내더라도 이를 뒷받침할 수 있는 maintenance 시스템이 부재하다면 예측이 의미가 없습니다. 갑작스러운 정비에 대응할 수 있는 유연한 maintenance 시스템이 갖춰져야 설비의 건전성을 효과적으로 관리하는 PHM 시스템을 구축할 수 있습니다.
세 장에 걸쳐서 PHM과 관련된 용어의 정의를 살펴보았습니다. 다음으로는 PHM 시스템을 구축하기 위한 물리적 지식, 신호처리 기법, 최신 업계 동향 등을 소개해드리도록 하겠습니다.
이상으로 이번 장을 마치겠습니다

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주 요 한 | 스마트팩토리 팀
무언가를 만들고 사람들과 함께하는걸 좋아합니다.
원프레딕트에서 산업용 로봇 진단 솔루션을 개발하고 있습니다. 주말엔 등산도 하고 마라톤도 나가고 회사에서 몰래 빔프로젝터로 영화도 보고.. 아 나는 왜 글까지 잘써서 기술블로그를 담당하고 있을까
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