고장모드 영향분석 (FMEA)
고장모드 영향분석 (FMEA)
FMEA는 "Failure Mode and Effects Analysis"의 약자로 고장 모드 영향 분석이라는 의미입니다.
기원은 여러 설이 있지만 1950년대에는 이미 미국 해군에 도입되어 있었습니다. 그후 항공산업과 우주 산업에서의 성과가 평가되어 현재는 다양한 업계로 보급이 확산되어 활용되고 있습니다.
유사한 분석 기법으로 FTA (Fault Tree Analysis, 고장 나무 해석)가 있습니다.
본 포스팅에서는 FMEA의 목적, 중요성 및 FTA와의 차이에 대해서 알아보겠습니다.
1. FMEA의 목적
FMEA는 제품이나 각종 시스템을 구성하는 파트 등 주요 요소의 고장 모드를 추출하고, 그 영향도를 산출하여 대책을 실시함으로써 제품 이상을 미연에 방지하기 위한 분석 기법입니다.
제조 현장에서는 생산 제품과 공정의 신뢰성을 확보하기 위해서 이루어지고 있습니다.
FMEA는 다양한 업무에 적용되며 크게 3가지로 분류할 수 있습니다.
1) 공정 FMEA (PFMEA)
공정 FMEA(Process FMEA, 공정 고장 모드 영향 분석)는 FMEA의 관점을 제조 공정 관리에 적용한 것으로, 공정 관리 분야에서 활용하고 있습니다.
제조 공정에 잠재적인 결함을 제거하여, 발생할 수 있는 실수나 고장을 예방합니다.
제조 공정 개선, 품질 보증 및 신뢰성 향상이 목적이며, 공정 FMEA 에서 고장 모드의 대상은 설비, 사람, 재료, 방법, 측정 등 입니다.
2) 설계 FMEA(DFMEA) 및 기능 FMEA (CFMEA)
설계 FMEA(Design FMEA, 설계 고장 모드 영향 분석)는 주로 제품 설계, 개발 분야에서 이용됩니다.
제품의 설계 단계에서 고장 모드를 도출하고 수정 등의 예방 조치를 취할 수 있습니다.
고장 모드의 해석 대상은 제품을 구성하는 부품이나 단위 유닛입니다.
기능 FMEA는 설계 FMEA의 일부로 구현되며, 제품을 구성하는 하드웨어나 소프트웨어의 기능이 대상입니다.
2. FMEA의 중요성
제조 공정에서 작업이나 설비가 정상으로 운영되고 있다면 제품의 품질을 유지하는 것은 어렵지 않습니다. 하지만 어떤 이상이 발생한다면 제품의 품질에 영향을 주게 됩니다.
제조 공정에서 발생하는 이러한 이상을 모두 정의하는 것은 어렵지만, 경험적으로 알고 있거나 예상 가능한 이상은 존재할 것입니다. 이상 상태에 대한 대비를 준비하고 유효한 대책을 미연에 수립하는 것이 공정 FMEA 입니다.
이를테면 신규로 도입된 장비의 고유한 이상점을 정의하는 것은 쉽지 않습니다. 하지만 사용에 따른 열화로 인해 발생할 수 있는 마모나 단선 이상은 정의가 가능합니다. 이러한 결함의 원인을 고장 모드라고 부르고 고장의 영향을 고려하여 발생할 수 있는 문제를 예방하는 것이 공정 FMEA의 운영 관점입니다.
이런 활동을 통해 공정 FMEA는 각 공정마다 고장의 발생을 줄이기 때문에 안전성 향상이나 품질 개선 등을 기대할 수 있습니다. 그러나 공정 관리 업무가 늘어날 수도 있기 때문에, 관리의 빈도는 적절히 실시할 필요가 있습니다.
3. FMEA와 FTA의 차이
목적의 차이
FMEA는 시스템 및 제품의 각 요소가 어떤 고장을 일으킬 수 있는지 파악하여 고장의 중요성을 평가하고 리스크를 줄이는 것입니다.
FTA는 시스템의 가용성과 신뢰성을 평가하기 위해 고장 모드에서 원인을 추론하고 시스템의 근본 원인을 확인하기 위한 목적입니다.
접근방식의 차이
FMEA는 상향식으로 분석을 진행하고, FTA는 하향식 방식으로 분석합니다.
실시방식의 차이
FMEA는 각 요소의 고장모드를 식별하고 중요도를 평가하기 위해 RPN(위험 우선 순위)을 사용합니다.
FTA는 시스템의 고장을 시각적으로 표현하기 위해 고장 트리 다이어그램을 사용합니다.
4. FMEA 실시할 때의 주의점
FMEA의 효과를 극대화하기 위해서는 고장모드를 추출할 때 전체성과 객관성을 확보해야 합니다.
그리고 실행된 FMEA 의 대책은 실행까지 관리되어야 합니다.
여러 명으로 실시
FMEA를 혼자서 진행하면 품질의 불량이나 고장 요인 등을 누락할 수가 있습니다. 그리고 영향도/발생도/검출도 기반하여 산정하여 위험 우선 순위를 평가하는 경우에 편향이 발생할 가능성도 있습니다. 이를 보완하기 위해서 FMEA는 여러 명으로 실시하고 설계, 제조, 품질 관리 등 각 분야의 전문 지식을 가진 멤버로 팀을 편성한다면 객관성이 높은 평가를 얻을 수 있습니다.
물론 FMEA 리더를 지정하여 최종적인 요약을 책임지고 수행하도록 해야 합니다.
검토에서 끝나지 않고 실시까지 추진
FMEA를 실시하여 고장 모드를 도출하고 대책을 수립했으나, 실시하지 않으면 의미가 없습니다.
실시 대책은 장/단기 대책 유형을 고려하여 관리하거나, RPN으로 우선 순위를 결정한 대책에 대해서는 진척 관리를 통해서 실행되도록 추진하는 것이 좋습니다.
또한 대책 실행 이후 RPN이 어느 정도 감소하는지 대책 실행에 따른 효과를 파악하는 것도 중요합니다.
공정 FMEA는 제품/제조 공정의 리스크를 제거하기 위해, FMEA의 분석적인 기법을 제조 공정 관리에 도입한 것입니다. 공정의 고장이나 결함을 미연에 방지하기 위해 FMEA 실행에는 많은 공수와 시간이 필요하지만 공정 FMEA의 효율적인 활용은 꼭 필요합니다.