자동차 현가장치용자동차 현가장치용자동차 현가장치용자동차 현가장치용

부품의 신뢰성 향상부품의 신뢰성 향상부품의 신뢰성 향상부품의 신뢰성 향상Rubber BushingRubber BushingRubber BushingRubber Bushing

최종보고서최종보고서최종보고서최종보고서( )( )( )( )

2006 92006 92006 92006 9

주관기관주관기관주관기관주관기관 주 에나인더스트리주 에나인더스트리주 에나인더스트리주 에나인더스트리( )( )( )( )

위탁기관위탁기관위탁기관위탁기관 대구대학교대구대학교대구대학교대구대학교

산 업 자 원 부산 업 자 원 부산 업 자 원 부산 업 자 원 부

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최 종 보 고 서 제 출 서최 종 보 고 서 제 출 서최 종 보 고 서 제 출 서최 종 보 고 서 제 출 서

년 부품소재신뢰성기반기술확산사업에 의하여 완료한 사업명 자동차 현년 부품소재신뢰성기반기술확산사업에 의하여 완료한 사업명 자동차 현년 부품소재신뢰성기반기술확산사업에 의하여 완료한 사업명 자동차 현년 부품소재신뢰성기반기술확산사업에 의하여 완료한 사업명 자동차 현2005 ( 2005 ( 2005 ( 2005 (

가장치용 부품의 신뢰성 향상 의 최종보고서를 동사업 운영지가장치용 부품의 신뢰성 향상 의 최종보고서를 동사업 운영지가장치용 부품의 신뢰성 향상 의 최종보고서를 동사업 운영지가장치용 부품의 신뢰성 향상 의 최종보고서를 동사업 운영지Rubber Bushing )Rubber Bushing )Rubber Bushing )Rubber Bushing )

침 항에 의하여 별첨과 같이 제출합니다침 항에 의하여 별첨과 같이 제출합니다침 항에 의하여 별첨과 같이 제출합니다침 항에 의하여 별첨과 같이 제출합니다18 18 18 18

첨 부 최종보고서 부첨 부 최종보고서 부첨 부 최종보고서 부첨 부 최종보고서 부 10 10 10 10

2006 9 302006 9 302006 9 302006 9 30

주관책임자주관책임자주관책임자주관책임자 권 영 호권 영 호권 영 호권 영 호

주 관 기 관주 관 기 관주 관 기 관주 관 기 관 주 에나인더스트리주 에나인더스트리주 에나인더스트리주 에나인더스트리( )( )( )( )

대표 신 철 수대표 신 철 수대표 신 철 수대표 신 철 수

한국부품소재산업진흥원 귀하한국부품소재산업진흥원 귀하한국부품소재산업진흥원 귀하한국부품소재산업진흥원 귀하

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제 출 문제 출 문제 출 문제 출 문

한국부품소재산업진흥원장 귀하한국부품소재산업진흥원장 귀하한국부품소재산업진흥원장 귀하한국부품소재산업진흥원장 귀하

본 보고서를 자동차 현가장치용 부품의 신뢰성 향상 사업기본 보고서를 자동차 현가장치용 부품의 신뢰성 향상 사업기본 보고서를 자동차 현가장치용 부품의 신뢰성 향상 사업기본 보고서를 자동차 현가장치용 부품의 신뢰성 향상 사업기ldquo Rubber Bushing rdquo(ldquo Rubber Bushing rdquo(ldquo Rubber Bushing rdquo(ldquo Rubber Bushing rdquo(

간 과제의 최종보고서로 제출합니다간 과제의 최종보고서로 제출합니다간 과제의 최종보고서로 제출합니다간 과제의 최종보고서로 제출합니다2005 9 1 ~ 2006 831) 2005 9 1 ~ 2006 831) 2005 9 1 ~ 2006 831) 2005 9 1 ~ 2006 831)

2006 9 302006 9 302006 9 302006 9 30

주관기관명주관기관명주관기관명주관기관명 주 에나인더스트리주 에나인더스트리주 에나인더스트리주 에나인더스트리 ( ) ( ) ( ) ( )

주관책임자주관책임자주관책임자주관책임자 권 영 호권 영 호권 영 호권 영 호

연 구 원연 구 원연 구 원연 구 원 윤 신 일윤 신 일윤 신 일윤 신 일

연 구 원연 구 원연 구 원연 구 원 박 종 락박 종 락박 종 락박 종 락

연 구 원연 구 원연 구 원연 구 원 조 현 종조 현 종조 현 종조 현 종

위탁기관명위탁기관명위탁기관명위탁기관명 대구대학교대구대학교대구대학교대구대학교

연 구 원연 구 원연 구 원연 구 원 정 원정 원정 원정 원

연 구 원연 구 원연 구 원연 구 원 정 찬 홍정 찬 홍정 찬 홍정 찬 홍

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부품소재 신뢰성기반기술확산사업 보고서 초록부품소재 신뢰성기반기술확산사업 보고서 초록부품소재 신뢰성기반기술확산사업 보고서 초록부품소재 신뢰성기반기술확산사업 보고서 초록

관리번호관리번호관리번호관리번호

사 업 명사 업 명사 업 명사 업 명 자동차 현가장치용 부품의 신뢰성 향상자동차 현가장치용 부품의 신뢰성 향상자동차 현가장치용 부품의 신뢰성 향상자동차 현가장치용 부품의 신뢰성 향상Rubber BushingRubber BushingRubber BushingRubber Bushing

키 워 드키 워 드키 워 드키 워 드 고무 기술 형상설계기술 접착기술 시험기술고무 기술 형상설계기술 접착기술 시험기술고무 기술 형상설계기술 접착기술 시험기술고무 기술 형상설계기술 접착기술 시험기술Compounding Compounding Compounding Compounding

사업목표 및 내용사업목표 및 내용사업목표 및 내용사업목표 및 내용

최종목표최종목표최종목표최종목표1111

본 연구개발의 목표는 수요기업의 요구 성능 대비 내구성은 이상 정특성10

동특성의 성능도 이상 개선을 목표로 한다5~10

신뢰성 저해요인 정밀진단 내용신뢰성 저해요인 정밀진단 내용신뢰성 저해요인 정밀진단 내용신뢰성 저해요인 정밀진단 내용2222

신뢰성확보를 위한 내구성 개선기술 취약-

재료배합 형상설계 공정설계와 관련한 최적 설계 기술 취약-

고장원인 분석 및 신뢰성데이터 분석기술 취약-

고장원인 분석 및 대처결과고장원인 분석 및 대처결과고장원인 분석 및 대처결과고장원인 분석 및 대처결과3333

고무 설계 형상설계 공정설계 기술개발- Compounding

신뢰성관련 요인의 기술적 배치를 위한 실험계획법의 활용기술-

잠재적 고장원인 분석 및 신뢰성 성장관리데이터분석기술 확보-

신뢰성 적용결과 사업전후 정량적 비교신뢰성 적용결과 사업전후 정량적 비교신뢰성 적용결과 사업전후 정량적 비교신뢰성 적용결과 사업전후 정량적 비교4 ( )4 ( )4 ( )4 ( )

내구성은 수요기업 요구수준보다 이상 개선- 15

정적강성 동적강성 비틀림 토크의 이상 개선- 15

기대효과기대효과기대효과기대효과5555

기술적 효과기술적 효과기술적 효과기술적 효과oooo

배합설계 형상설계 공정설계에 대한 설계기술 확보-

실험계획법 활용기술 확보로 최적설계 설계 요소의 기술적 배치가 가능-

잠재적 고장원인 분석 및 신뢰성성장 분석기술 확보-

경제적 효과경제적 효과경제적 효과경제적 효과oooo

수요기업의 요구사양 이상으로 특성관리를 행할 수 있어 경쟁력 우위확보-

기술개발의 표준 정립으로 개발기간을 단축-

신뢰성 데이터의 관리로 글로벌 기업과의 협력관계 수립 및 수출물량의-

획득

활용방안활용방안활용방안활용방안6666

다른 방진제품에 대한 설계 개발 및 신뢰성 관리에 적용가능-

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목 차목 차목 차목 차

제 장 서 론제 장 서 론제 장 서 론제 장 서 론1111 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 7777

제 절개요제 절개요제 절개요제 절개요1111 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot7777

제 절 신뢰성향상 지원목표 및 내용제 절 신뢰성향상 지원목표 및 내용제 절 신뢰성향상 지원목표 및 내용제 절 신뢰성향상 지원목표 및 내용2222 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot8888

제 장 신뢰성평가 기준 및 항목제 장 신뢰성평가 기준 및 항목제 장 신뢰성평가 기준 및 항목제 장 신뢰성평가 기준 및 항목2222 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 10101010

제 장 신뢰성향상을 위한 고려요소 및 고장분석제 장 신뢰성향상을 위한 고려요소 및 고장분석제 장 신뢰성향상을 위한 고려요소 및 고장분석제 장 신뢰성향상을 위한 고려요소 및 고장분석3333 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 12121212

제 절 고려 요소제 절 고려 요소제 절 고려 요소제 절 고려 요소1111 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot12121212

제 절 고장분석 자료 해석제 절 고장분석 자료 해석제 절 고장분석 자료 해석제 절 고장분석 자료 해석2222 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot16161616

제 장 재료배합개선제 장 재료배합개선제 장 재료배합개선제 장 재료배합개선4444 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 24242424

제 절 배합의 기본조건제 절 배합의 기본조건제 절 배합의 기본조건제 절 배합의 기본조건1111 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot24242424

제 절 재료배합개선방안제 절 재료배합개선방안제 절 재료배합개선방안제 절 재료배합개선방안2222 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot26262626

제 절 꼭지점계획법에 의한 최적배합조건제 절 꼭지점계획법에 의한 최적배합조건제 절 꼭지점계획법에 의한 최적배합조건제 절 꼭지점계획법에 의한 최적배합조건3333 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot33333333

제 장 형상개선제 장 형상개선제 장 형상개선제 장 형상개선5555 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 47474747

제 절 외철의 스웨징 율 변화에 의한 개선제 절 외철의 스웨징 율 변화에 의한 개선제 절 외철의 스웨징 율 변화에 의한 개선제 절 외철의 스웨징 율 변화에 의한 개선1111 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot47474747

제 절 내철의 구배변화에 의한 개선제 절 내철의 구배변화에 의한 개선제 절 내철의 구배변화에 의한 개선제 절 내철의 구배변화에 의한 개선2222 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot49494949

제 장 도포공정개선제 장 도포공정개선제 장 도포공정개선제 장 도포공정개선6666 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 52525252

제 장 최적수준 결정을 위한 파라미터 설계제 장 최적수준 결정을 위한 파라미터 설계제 장 최적수준 결정을 위한 파라미터 설계제 장 최적수준 결정을 위한 파라미터 설계7777 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 61616161

제 절 실험계획법에 의한 유의인자 결정제 절 실험계획법에 의한 유의인자 결정제 절 실험계획법에 의한 유의인자 결정제 절 실험계획법에 의한 유의인자 결정1111 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot61616161

제 절 시험데이터의 해석제 절 시험데이터의 해석제 절 시험데이터의 해석제 절 시험데이터의 해석2222 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot64646464

- 6 -

제 장 부품의 신뢰성성장관리제 장 부품의 신뢰성성장관리제 장 부품의 신뢰성성장관리제 장 부품의 신뢰성성장관리8888 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 76767676

제 절 신뢰성성장관리제 절 신뢰성성장관리제 절 신뢰성성장관리제 절 신뢰성성장관리1111 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot76767676

제 절 신뢰성성장 데이터분석제 절 신뢰성성장 데이터분석제 절 신뢰성성장 데이터분석제 절 신뢰성성장 데이터분석2222 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot83838383

제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론9999 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 87878787

참고문헌참고문헌참고문헌참고문헌[ ][ ][ ][ ] middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot90909090

부록 시험장비부록 시험장비부록 시험장비부록 시험장비 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot91919191

- 7 -

제 장 서 론제 장 서 론제 장 서 론제 장 서 론1111

제 절 개요제 절 개요제 절 개요제 절 개요1111

자동차의 현가장치는 주행 중 노면에서 받는 충격이나 진동을 완화시키는 부분

으로서 스프링 쇽업소버 고무부싱 과 컨트롤암등의 요소로 구성 (Rubber bushing)

되어 있으며 여러 형식에 따른 차체 고정 장치나 횡 방향 또는 길이방향의 힘을

지지하는 링크 등으로 이루어져 있다 이 중 고무부싱의 내구성이 약하면 콘트롤

암 에서의 이탈사고나 차량의 떨림 소음으로 인한 고객 불만이 발생(Control arm)

하게 된다 따라서 국내외 시장에서의 경쟁력 향상을 위해 고무부싱에 대한 내구

성 정특성 동특성의 개선을 위한 기술의 개발이 요구되고 있다

그림 자동차 현가장치[ 11]

- 8 -

그림 고무부싱과 콘트롤암[ 12]

제 절 신뢰성향상 지원목표 및 내용제 절 신뢰성향상 지원목표 및 내용제 절 신뢰성향상 지원목표 및 내용제 절 신뢰성향상 지원목표 및 내용2222

최종목표최종목표최종목표최종목표1111

현재 개발 중인 현가장치용 고무부싱 시제품 에 대한 내구성능은 수요(Prototype)

기업의 시험사양 기준 으로 최고부하 의 경우(Delphi 22204309) (Maximum load)

정상부하 의 경우 의 수준을 요구하고20000 Cycle (Nominal load) 150000 Cycle

있다 본 연구개발의 목표는 해외에서의 경쟁력을 확보하기 위하여 시험 사양 기준

으로 최고부하의 경우는 정상부하의 경우는 로의 성22000 Cycle 170000 Cycle

능향상을 목표로 한다 또한 그 외 정특성 동특성의 성능도 고객사에서 요구하는

현재수준의 이상 개선을 목표로 한다5~10

- 9 -

지원내용지원내용지원내용지원내용2222

자동차 신 모델을 개발하는 경우 고무부싱의 시제품은 실차에 적용하여 평가하

고 있으며 시험은 진동에 대한 반응 수직 충격 흡수 과속 방지 턱에 대한 진동흡

수 등에 대하여 종합적으로 평가한다

따라서 고객이 요구하는 품질수준을 만족하기 위해서는 고무배합기술 형상설

계기술 접착공정기술 등에 대한 설계심사 와 설계 단계별 고장모드 (Design review)

분석 실험계획법 수명예측 시험 및 시뮬레이션 평가에 따른 수명한계의 정의를 명

확히 하여 장기내구신뢰성에 대한 보증대책이 절실히 필요한 실정이다

신뢰성을 향상시키기 위해 다음과 같은 내용의 지원을 행한다

고무 배합설계 형상설계 접착기술에 대하여 해당요인의 기술적 배치를 위한-

실험계획법의 활용기술 제공

특성데이터의 화를 통한 기술개발의 표준정립- DB

잠재적 고장원인 분석방법 기술 제공-

신뢰성시험장비 및 고장분석 장비 활용 방법 및 데이터분석기술 제공-

- 10 -

제 장 신뢰성평가 기준 및 항목제 장 신뢰성평가 기준 및 항목제 장 신뢰성평가 기준 및 항목제 장 신뢰성평가 기준 및 항목2222

차량이 주행하면서 노면의 요철이나 돌기부위를 타고 넘어갈 때에는 현가장치에

상하방향의 충격력뿐만 아니라 전후방향으로도 충격력이 작용하여 승차감 및 하시

니스 현상을 악화시킨다 현가장치 부싱류의 스프링정수 값이 낮을수록(Harshness)

차량의 승차감이 좋아지지만 조정 안정성이 악화되고 시미 가 발생하는 (Shimmy)

등의 상반적인 특성이 있다 그러므로 노면 충격에 대해서는 현가장치의 유연성을

부드럽게 설계하고 차량의 좌우방향에 대해서는 강하게 딱딱하게 설계하는 세밀한 ( )

조정이 요구된다

일반적으로 정강성을 동강성을 로 표현하며 동강성과 정강성 간의 비율ks kd

을 동배율이라 한다 동배율이 낮을수록 차량의 실내소음에는 유리한 경향을(kdks)

갖는다

본 연구개발에서는 의GMUTS(General Motors Uniform Test Specification) Test

을 실행하여 내구성을 목표 사이클 이상으로 개선하고 고객사에서 요구하는 정Run

특성과 동특성 비틀림 토크를 개선항목으로 선정하여 제품의 품질 및 신뢰성 향상

을 진행하였다

고객사의 요구 수준 에 따르면(Delphi Test Specification 22204309) Tension

와 가 동시에 일 때Compress Alternating Torsion Stress Max Load 20000 Cycle

일 때 을 요구한다 본 프로젝트의 경우 해외부품메이Normal Loads 150000 Cycle

커들에 대한 경쟁력을 확보하기 위하여 기본 요구 수준을 넘어 향상된 제5~10

품신뢰성을 확보를 목표로 하고 있다

- 11 -

표 평가항목 및 목표[ 21]

본 연구를 위한 대상 부품은 제안당시는 모델이었으나 수요기업 의DA-7 (Delphi)

필요성에 따라 모델로 연구대상을 변경하게 되었다 고무부싱으로서의 기능DA-2

은 동일하나 그림 과 같이 형상의 차이가 있으며 평가항목별 목표수준도 다[ 21]

르다

그림 대상품의 변경[ 21]

- 12 -

제 장 신뢰성향상을 위한 고려요소 및 고장분석제 장 신뢰성향상을 위한 고려요소 및 고장분석제 장 신뢰성향상을 위한 고려요소 및 고장분석제 장 신뢰성향상을 위한 고려요소 및 고장분석3333

제 절 고려 요소제 절 고려 요소제 절 고려 요소제 절 고려 요소1111

고무부싱에 대한 고객의 요구조건 만족과 성능향상을 위한 방안은 크게 세 가지

로 분류할 수 있다

첫째는 재료배합개선으로 고무의 특성을 개선하여 성능을 향상시키는 방안이며

둘째는 처럼 고무의 양이 적은 경우 허용하는 범위 내에서의 형상 변화를 통DA-2

한 성능향상 방안이며

셋째는 도포공정을 포함한 공정개선에 의한 방법이다

그림 은 부싱의 성능향상을 위한 개선방안을 나타내고 있다[ 31]

그림 성능향상을 위한 개선방안[ 31]

재료배합재료배합재료배합재료배합1111

고무의 배합 은 황화제 촉진제 가공제 유기산 금속산화제 노화(compounding)

방지제 보강제 충진제 등으로 기초배합을 설정한 후 인장강도와

- 13 -

신장율 경도 반발탄성 인열강도 인장응력 노화 후 물리적 현상 등을 고려하여

배합 설계를 하게 된다 특히 고무 제품의 경도를 높이기 위한 보강성과 경도가 높

으므로 잘 마모되지 않는 내마모성과 관련하여 카본블랙 을 사용하(Carbon Black)

며 고무제품의 특성을 결정하는 중요한 부분이다 사용 중인 카본블랙은

의 분류 방법에 의해 표 과 같이 구ASTM(American Standard Test Method) [ 31]

분된다

표 카본블랙의 분류[ 31]

ASTM CODE 일 반 명 칭 입자경( )

N110 초내마모성SAF (Super Abrasion Furnace ) 11-19

N220ISAF (Intermediate Super Abrasion Furnace

준초내마모성)20-25

N330 고내마모성HAF (High Abrasion Furnace ) 26-30

N440 초전도성XCF (Extra Conductive Furnace ) 31-39

N550 양압출성FEF (Fast Extruding Furnace ) 40-48

N660 범용성GPF (General Purpose Furnace ) 49-60

N774 중보강성SRF (Semi Reinforcing Furnace ) 61-100

N880 미립열분해FT (Fine Thermal ) 101-200

N990 중립열분해MT (Medium Thermal ) 201-500

카본블랙은 요오드가 와 광흡수도 가 높을수록 입자경은 작고(Iodine number) (Tint)

흡수율 이 클수록 구조가 발달되어 있다DBP(Di-dutyl phthalate) (Oil absorption)

카본블랙은 입자경이 작고 고무와 결합하는 표면적이 클수록 고무의 경도

와 내마모성 등의 물성을 보강하는 능력이 크다 그(Hardness) (abrasion resistant)

러나 경도와 탄성 은 반비례이므로 탄성은 오히려 감소하게 된다 또한(Elasticity)

작은 입자경은 탄성체 의 항복점 을 연장하는데(Elastomer) (Micro-Brownian motion)

탁월하다 탄성체는 항복점 이후

- 14 -

에 탄성의 성질을 잃어버리고 소성을 띠게 되는데 카본블랙은 이러한 고무의 물성

을 조정하는 중요한 인자이다

형상설계형상설계형상설계형상설계2222

자동차 모델에 따라 수요기업에서 의 외형형상에 대한 기본 설계를 제공Bushing

하지만 철과의 접촉부분 등 세부설계는 제조업체에서 실시하여야 한다 따라서 각

부분의 세부적 모양이나 각도에 따라 고무 철의 재료량에 영향을 미치며 이는 결

국 내구성 등 특성 치에도 영향을 미치게 된다

결정하여야 할 주요 요소로는 내철 구배각도 외철 접착(Inner pipe) (Outer pipe)

부분 등이다 이밖에 외경크기의 산포에 따라 내구성에 영향을 미칠 수 있으며 이

는 품질관리 활동에 의해 사이징 공정에서 최종규격을 맞추게 된다(Sizing)

공정설계공정설계공정설계공정설계3333

재료설계와 함께 부품의 내구성 정특성 동특성을 결정하는 주요공정은 철과 고

무를 접착시키는 접착제 도포 공정과 가류 가황 공정이다( )

가 가류공정가 가류공정가 가류공정가 가류공정

고무분자의 공유결합을 유도하여 기계적 강도를 높이는 작업이다 가황 또는

가류라고 하며 생고무에 유황 같은 가황제를 가하여 고무 분자 간에 결합을 강하게

하고 탄성 인장강도 등을 증가시킨다 가황고무의 가장 큰 특징은 탄성이 커지는

것이며 노화 가 더디고 변형 시에도 체적변화가 크지 않다는 것이다 중요한 ( ) 老化

관리 항목으로서는 가류온도 금형 쳄버 스쿠류 가류시간 가류압력 등이며 공정( )

설계에 따라 특성에

- 15 -

중요한 영향을 미친다

나 접착제도포공정나 접착제도포공정나 접착제도포공정나 접착제도포공정

접착강도는 시험방법 접착방법 시험시의 조건 시편의 기하학에 따라 다르게 나

타난다 도포방법으로는 침지법 붓칠법 롤 코팅법 (Dipping) (Brushing) (Roll

스프레이법 그리고 덤브링법 이 있다Coating) (Air Spray) (Tumbling)

프라이머 는 피착제 표면과의 친화성이나 접착제와의 상용성이 뛰어나지(primer)

않으면 안되고 동시에 접착 저해물과의 상용성도 높아야 한다 또 프라이머 중의

유효성분 쪽이 피착제 표면에 흡착되어 있는 저해성분 보다 피착제에 의하여 안정

하게 흡착 되어 있는 것이 중요하다 따라서 프라이머는 충분한 교반(Adsorption)

균일하고 엷은 도포 그리고 완전한 건조가 이루어 져야 한다

고무를 강력하게 접착시키기 위해서는 접착제가 적당히 고무 중으로 확산 된 후

에 고무와의 사이에서 상호 확산과 가교반응을 일으킬 필요가 있다 따라서 고무와

상용성이 있는 적절한 접착제 선정이 필수이며 충분한 교반 점도 조절에 의한 균

일한 도포 적당한 두께 완전한 건조 온도와 시간 가 이루어져야 한다 ( )

- 16 -

제 절 고장분석 자료 해석제 절 고장분석 자료 해석제 절 고장분석 자료 해석제 절 고장분석 자료 해석2222

설계설계설계설계1 FMEA1 FMEA1 FMEA1 FMEA

설계 는 설계 단계에서 발생하는 위험FMEA(Failure Mode and Effect Analysis )

성을 발견하기 위한 것으로 잠재적인 결함을 확인 한 후 그 영향의 심각성을 평가

하고 중점 관리 항목과 잠재적 설계 결함에 대응하기 위한 것으로 설계상의 문제

점들을 검증하고 효율적 설계개선을 행할 수 있도록 해준다 설계에 대한 잠재고장

모드의 리스트 중요 관리 특성 리스트 고장모드의 원인 제거나 발생률 감소를 위

한 설계활동 리스트 등이 그 결과물이 된다 에 대한 설계 는 표 DA-2 FMEA [ 32]

에 열람하였다

본 제품의 설계 에서는 아래 항목들에 대해 중점적으로 고려하였다FMEA

과다한 진동과 소음 형상 및 재료설계 오류로 인한 정특성 동특성 값의 불1) -

만족

내구성 문제 내철 외철의 파손 철 고무의 접착 불량 고무의 미가류 과가류2) -

외관 불량 내철 외철의 부식 미가류 과가류로 인한 고무의 이상 형태 고무3) -

버 나 살 로 인한 외관 불량 형태(burr) (flesh)

- 17 -

표 설계[ 32] FMEA

- 18 -

- 19 -

공정공정공정공정2 FMEA2 FMEA2 FMEA2 FMEA

공정 은 제품생산 공정에서 발생할 수 있는 잠재적인 문제점 또는 위험성FMEA

을 발굴하여 효과적으로 대응하기 위한 분석 기법으로 제품의 중대사고 발생 예방

으로 고객의 불만을 방지할 수 있으며 결함의 영향을 제거 또는 감소를 위한 부분

별 대책 수립의 근거가 되며 생산 문제점 검증을 통한 효율을 제고할 수 있다 공

정상의 잠재고장 모드와 그 영향을 검토 할 수 있으며 엔지니어들이 불량발생을 낮

추거나 불량 탐지 능력을 증대시킬 수 있는 관리 수단 또는 방법에 초점을 맞출 수

있도록 공정결함을 규명할 수 있다 공정에 대한 잠재고장 모드의 리스트 중요 관

리 특성 리스트 고장 모드의 원인 제거나 발생률 감소를 위한 공정 활동 리스트

들 결과물을 얻을 수 있다

표 에 보여준 의 공정 에서는 특히 아래 관련 항목들이 내구성 향[ 33] DA-2 FMEA

상과 품질개선을 위하여 중점적으로 검토되었다

접착제 도포 공정 의 점도관리체계에 의한 접착제 도포두께 관1) Zahn Cup No2

리상태 불량 건조상태에서 발생할 수 있는 접착제의 이상적 화학반응 및 건조상태

등

가류공정 고무와 내철 외철류의 이상적인 화학반응으로 인한 불량 접착상태2)

사출 성형후 고무의 갈라짐 흠집 등에 의한 외관 불량상태

시험 검사 공정 내구사양의 불만족상태 동특성 정특성 값의 사양 불만족상태3)

고무와 내 외철의 고무접착강도 불만족상태 등을 고려함

- 20 -

표 공정[ 33] FMEA

- 21 -

- 22 -

- 23 -

- 24 -

제 장 재료배합개선제 장 재료배합개선제 장 재료배합개선제 장 재료배합개선4444

제 절 배합의 기본 조건제 절 배합의 기본 조건제 절 배합의 기본 조건제 절 배합의 기본 조건1111

방진 고무부품을 만들려면 다음의 가지 공정을 거친다3

배합공정 사용목적에 따라 원료고무를 선택하고 배합약품의 종류와 양을 결middot

정하는 공정

가공공정 정해진 배합에 따라서 고무와 배합약품을 섞고 혼련 일정한 두께middot ( )

의 고무 시트를 제조하고 만들고자 하는 모양으로 절단하는 공정

가황공정 만들고자하는 모양으로 절단한 미가황 고무에 고무 탄성을 갖게middot

하고 물성을 개선하는 공정

이들 중 배합은 가공공정 가황공정 및 만들어진 제품 성능에 절대적인 영항을 미

치므로 배합설계자는 배합설계 를 할 때 다음의 가지 점(Compounding design) 3

에 균형을 잘 조화 시켜야 한다(3P)

최종 제품의 요구물성을 충족시킬 것middot (Property)

가공이 쉬울 것middot (Processing)

부피 당 배합단가가 적정할 것middot (Price)

또한 이와 같은 조건을 충족시키는 배합설계를 하기 위해서 배합설계자는 배합

의 목적 배합에 사용되는 원료고무와 각종 배합제의 성질 배합의 기초 배합단가

제품이 만들어 질 때까지의 작업 및 설비 등을 주지해야 한다

배합에는 원재료의 시험이나 평가를 목적으로 하는 배합과 공장에서 제품을 만들

기 위한 배합으로 나룰 수 있다

원재료의 시험이나 평가를 목적으로 하는 배합은 원재료의 대체나 품질

- 25 -

확인을 위한 기초 배합과 새로운 원재료가 개발됐을 때 이곳에 대한 실제적인 용도

개발을 위한 시험 또는 연구배합이 있다 개발을 위한 시험 또는 연구배합에서는

기초적인 성상을 구하는 배합으로부터 실용화에 대비한 응용배합에 이르기 까지를

검토의 대상으로 하기도 한다

제품을 생산하기 위한 목적으로서의 배합이란 종래에 없었던 새로운 요구가 있

었을 때 종래 사용하던 원재료를 써서 그 목적에 알맞은 배합을 결정하여 공장에

서의 실제 생산에 투입하는 경우를 뜻한다

고무 부싱과 엔진마운트와 같은 방진을 목적으로 하는 고무제품의 재료를 보면

등의 계의 고무가 적합하다는 게 일반적인 고무업체의 정설이NR SBR BR Diene

다 하지만 목적에 맞게 고무의 원재료를 선택하여야 한다 결국 방진이라는 기능의

고무 특성을 만족하기 위해서는 가교라는 차원 구조의 밀도를 요구하고 있다는 것3

을 알 수 있다

일반적인 방진고무의 요구특성으로는 다음과 같은 조건을 만족하여야 한다

첫째 파단 특성을 만족하여야 한다 즉 분자들과의 높은 응집력과 와의 높 Filler

은 친화성으로 응력을 분산시키는 구조로 이루어져야하는 조건을 만족하여야 하며

둘째 특성을 만족하여야 한다 에 대한 조건을 만족시키기 위해서 Creep Creep

는 고무의 분자 회전성이 높고 응집에너지가 낮을수록 좋다

셋째 내열성 및 내열 산화성에 대한 조건을 만족하여야 한다 이것은 일반적으로

기계적인 모든 성질은 온도의 의존성이 낮을수록 바람직하다고 할 수 있다 이에

방진목적의 고무도 이 같은 성질을 만족하여야 한다

- 26 -

넷째 일반적인 방진 제품은 고무만의 단독 현상으로는 그 형태를 유지하기 힘들

며 금속과의 결합을 통하여 그 방진특성을 만족하여야 한다 이에 방진고무의 기본

적인 성질은 금속과 접착성이 좋아야 한다는 조건을 만족하여야 한다

다섯째는 감쇄계수에 대한 부분으로 감쇄계수가 크고 온도의존성이나 주파수 의

존성이 좋아야 한다 일반적으로 은 감쇄가 적고 소변형에서 대변형에 이르기까 NR

지 선형의 복원을 하며 주파수에 의존하지 않은 특성을 가지고 있으므로 방진고무

로 적합하다고 할 수 있다

여섯째 탄성율에 관한 내용으로 일반적으로 방진 고무의 탄성율은 온도 및 진폭

의존성이 낮은 쪽이 좋게 된다

마지막으로는 정적강성과 동적 강성의 비로 표현되는 동배율에 유의해야 한다

일반적으로 방진고무의 감쇄 특성을 고려하면 동배율이 높은 것이 유리하지만 동적

특성의 온도의존성 변형율 동적 변형율에 의한 발열 및 내피로특성을 보면 저동배

율 쪽이 유리하다

제 절 재료배합 개선방안제 절 재료배합 개선방안제 절 재료배합 개선방안제 절 재료배합 개선방안2222

원재료 및 배합제의 개선원재료 및 배합제의 개선원재료 및 배합제의 개선원재료 및 배합제의 개선1111

고무부싱 제품의 경우 그 기능상의 요구로 인하여 주로 계열의 천연고무를NR

원재료로 사용한다 본 연구에서도 계열의 천연고무를 원재료로 하고 요구 특성 NR

의 개선을 위해 배합제의 선정을 대해 연구하였다 일반적으로 천연고무 및 합성고

무에 적용되어지는 배합제는 가황속도 조절 가공의 원활화 품질특성 개선 그리고

특수 성능 등의 목적으로 사용되어

- 27 -

진다 배합제의 종류로는 가공조제 연화제 유기가황제 가황촉진제 노화방지제

등으로 나눌 수 있다

요구 경도의 결정은 함량을 조절하여 설계하였으며 품질특성을 향상 시Carbon

킬 수 있는 재료를 연구한 결과 미세 으Caron Carbon Black(MAF FEF GRADE)

로 물성을 향상 시킬 수 있도록 하였다 특성에 큰 영항을 주는 배합제의 경우 그

용도에 따라 많은 종류를 인자로 적용할 수 있지만 많은 인자로 인하여 발생하는

비용적 시간적 손실을 최소화하기 위해 본 연구에서는 원재료와 함량을 Carbon

고정한 후 촉진제 종류와 가황제의 양을 조절하는 방식으로 배합제에 대한 최적의2

조합을 선택하는 방법으로 접근하였다

내구성 향상을 위한 방안내구성 향상을 위한 방안내구성 향상을 위한 방안내구성 향상을 위한 방안2222

내구성을 향상시키기 위한 일반적인 방법은 경도를 향상시키는 것인데 경도를

높이는 방법만으로는 다른 특성 즉 정 동특성을 동시에 만족시킬 수 없는 어려움이-

있다 이에 본 연구에서는 방진용 제품이 요구하는 정 동특성과 내구성을 Bushing -

동시에 향상 시킬 수 있는 방안을 모색하기 위하여 촉진제와 가황제를 이용하여 최

적을 배합설계를 이루고자 하였다

내구성을 향상시키기 위한 방법으로 보통 량의 조절을 통한 경도 조절법Carbon

을 이용하게 되는데 본 연구에서 적용한 은 미세 Carbon Carbon Black(MAF FEF

으로 인장강도 및 경도 인장응력을 증대하는 효과를 얻고자 하였다 이러GRADE)

한 미세 의 적용과 동시에 보강제의 분산 및 흐름성 개선을 위하여Carbon Black

가공조제를 개선하여 적용하였다

가교시스템의 향상 방안가교시스템의 향상 방안가교시스템의 향상 방안가교시스템의 향상 방안3333

가황반응 고분자 주쇄간 가교결합을 통한 차원 망상구조를 형성하(Vulcanization) 3

여 고분자 화합물의 복원력 탄성 특성 및 기타 요구물성을

- 28 -

증가시킨다 다양한 가교결합 형태 중 방진고무산업에서 많이 이용되고 있는 가교

결합은 을 도입한Polysulfide (-C-Sx-C- x=1~4) Conventional CV(Vulcanization)

계를 많이 사용한다 여기서 사용되고 있는 인 천연고무 Polymer (Natural Rubber

의 배합에 있어 가교 또는 가류형태의 변화에 따라 물성 및 특성의 변화가 있NR)

음을 알 수 있다 즉 가교형태 변화에 따른 유사한 특성을 나타내는 Stress-Strain

조건하에서 공정특성 및 전반적인 물성에 영향을 미침을 알 수 있다 의 기 Polymer

본 배합에서 촉진제나 황 공여체 증가에 따라 가류 유도시간(Sulfur Donor)

은 길어지나 가류속도는 빨라진다 특히 고온 가류 시 과 가류(Induction time)

에 의한 물성하락을 방지하기 위해 열 안정성이 우수한(Overcure) EV(Efficient

계를 사용하는 것이 근래에 소개되고 있다 고분자의 물성은 가교형Vulcanization)

태뿐 아니라 가교밀도에 크게 의존한다 가교계 변화에 따른 인장강도의 영향은 매

우 적은 반면 신장율은 계에서 로 같수록 감소CV(Conventional Vulcanization) EV

하는 경향이 있다

이란 가류시간의 지연 또는 과가류로 인한 고무 물성의 저하를 말한Reversion

다 이러한 현상은 제품의 외면이 과도한 열에 노출될 수 있다 다중황공유 결합의

열적노화현상이 발생하며 가교형태가 다중황 결합에서 단일황(Polysulfidic)

결합으로 바뀌게 되며 밀도가 현저하게 저하되고 환상형 씨오알켄(Monosulfidic)

과 씨오알칸 구조로 바뀌게 된다 결과적으로 재료의 물성(Thioalkene) (Thioalkane)

과 기계적 성질이 떨어지게 된다

이 발생하는 시간을 가교형태에 따라 비교하여 보면Reversion CV lt Semi-CV lt

으로 알려져 있으며 시스템에서는 촉진제 종류에 따라서 인장과 신율의 물EV EV

성에 하락 없이도 공정 안정성 특성이 매우 우수하다 이 Anti-Reversion

으로 인해서 물성과 기계적 성질을 향상시킬 수 있으며 황공여체 사Anti-Reversion

용 또는 계로 가교형태를 전환함으EV

- 29 -

로써 가능하다 이로써 가교의 다중황결합 을 줄이고 단일 또는 이중황 결 (S3~S8)

합으로 내열성 및 결합의 안정성을 증가시킬 수 있다 이러한 과정에서 공정설계상

계보다 더 낮은 가류온도와 더 길어진 가류시간이 필요하게 된다 이러한 계CV EV

에서는 정도의 황과 계에 비해서 다소 많은 양의 촉진제를 사용하02~05 phr CV

게 된다 여기에 근거하여 혼합물성분의 한계 표 표 에 나타난 황과 촉 ([ 42] [ 44])

진제 양의 범위를 정하였다

발생 시간의 효율적인 제어를 위하여 본 연구에서는 적절한 촉진제의Reversion

배합량을 조절하여 방진제품에서 요구하는 특성을 만족하는 조건을 선정하고자 하

였다 그림 은 의 예를 보여준다 [ 41] Reversion

그림 의 예[ 41] Reversion

본 연구에서는 인장 내열 강도의 증가와 동 정특성 내구성 증가를 위한 가교 시- -

스템의 향상 방안으로 황량을 조절하여 Convension Type(Efficient Vulcanization

을 통하여 결합력을 증대시켰으며 촉진제를 조절하여 가- CURE STIES-CC-C)

교효율을 증대하였다 또한 가황 조건에 변화가 적은 배합설계를 하여 향상된 적정

가황이 될 수 있도록

- 30 -

하였으며 를 정립화하여 최적의 적정 가황 포인트를 찾아 인장이 최CURE-STUDY

적일 때 내구성이 최적이고 가황제품과 시편을 동시에 함으로 시편과CURE-STUDY

제품의 상의성을 방지할 수 있었다

자동차업계에서는 일반적으로 고가의 폴리머를 선호하지만 본 연구를 통하여 가

격이 낮은 폴리머로도 성능향상이 가능하다는 것을 입증하였고 향후 타 아이템에도

연계 적용함으로 새로운 배합설계를 구축하였다

실험계획법의 적용실험계획법의 적용실험계획법의 적용실험계획법의 적용4444

기존의 개발 진행 방식은 경험에 의한 시행착오 접근 방법을 사(Trial and Error)

용하여 성능향상을 도모하였으나 본 연구에서는 배합물설계에 위한 실험계획법

기술을 적용하여 이론적으로 최적의 배합설계를 이(DOE Design of Experiment)

룰 수 있는 방법을 연구하였다

일반적인 고무제품의 배합은 많이 알려져 있지만 특성 향상을 위한 방안이나 그

배합에 대한 신뢰성에는 많은 의문점이 제기 되는 게 현실이다 본 연구에서는 요

구특성을 만족시키기 위하여 선정된 촉진제의 배합조건의 최적화를 실현하기 위하

여 실험계획법의 꼭지점계획법을 이용하여 그 효율성을 검증하고자 하였다 배합의

경우 어느 독립적인 인자의 선정으로는 그 효과를 극대화 시킬 수 없는 특성이 있

는데 본 연구에서는 선정된 촉진제 및 폴리머의 조건 하에서 최적의 배합 조건을

찾아보고자 하였다

재료배합설계의 개선을 위한 방안을 정리하면 표 과 같다[ 41]

- 31 -

표 내구성 및 정 동특성 동반향상을 위한 개선방안[ 41] -

항 목항 목항 목항 목 기존 방안기존 방안기존 방안기존 방안 제안된 개선 방안제안된 개선 방안제안된 개선 방안제안된 개선 방안

배합 설계 방안

경험적 배합 설계

고 배합설계COST

국내수급재료사용

실험적 분석기법 도입

저 배합설계COST

해외재료수입

내구성 향상

량 변경Carbon

용도별 적정 적용Carbon

정동특성 향상 방안을 동시==gt

고려

경험적 수치의 가황제 량 선정

가교 시스템 향상 방안을 고려한

가황제 량 선정

(EV - CURE)

결합력 증대==gt

경험적 수치에 의한 촉진제 량

선정 경도별 선정 미비( )

가교 효율을 반영한 촉진제 량의

선정

적정한 가황 포인트 파악을 위한(

실시Cure Study )

정 동특성 향상-

정특성 향상 방안 경도 증가

동특성 향상 방안 경도 하락

두 특성을 만족시키기 위한==gt

경험적 수치의 경도 선정

데이터베이스를 활용한 배합설계

정 동특성을 동시에 만족할 수-

있는 배합제 적용

분산 및 흐름성 개선==gt

형상개선과 동시 고려==gt

- 32 -

표 는 지원 전 배합비율과 특성별 성능수준을 나타낸다[ 42]

표 지원 전 성능수준[ 42]

- 33 -

제 절 꼭지점계획법에 의한 최적배합조건제 절 꼭지점계획법에 의한 최적배합조건제 절 꼭지점계획법에 의한 최적배합조건제 절 꼭지점계획법에 의한 최적배합조건3333

재료설계에 적용되는 실험계획은 혼합물 배합에 관한 실험계획으로서 몇(Mixture)

개 성분의 혼합물 중 어떠한 성분이 품질의 특성에 유의한 영향을 미치는지를 분석

하여 반응을 최대로 만드는 최적혼합비율을 찾고자 하는 실험계획이다

혼합물실험에 적용되는 실험계획으로는 심플렉스 격자형배열법 심플렉스 중심배열

법 꼭지점 계획법 등을 주로 적용한다 본 실험에서는 심플렉스의 전 영역이 아니

라 제한된 영역에서 실험을 하고자 하므로 꼭지점계획법(Extreme vertice design)

을 적용하였다

고무부싱의 재료배합에서는 개의 성분재료가 있고 이들을 어떤 비율로 배합하는

것이 품질특성치를 가장 좋게 하는가를 찾는다 성분의 혼합에 있어서 를 번째

성분의 혼합비율이라고 하면 다음과 같은 관계식을 만족시켜야 한다

이러한 경우는 일반적 실험계획법처럼 심플렉스의 모든 영역에 실험이 배치되는 것

이 아니고 제한된 영역에서만 실험을 하는 경우이다 즉 각 인자 가 (Factor) 0 le

의 모든 값을 취할 수 있는 것이 아니라 제한된 구간1le

안에서만 값을 취한다 이와 같은 경우는 경제적인 이유나 또는 실험 전에 인자들

의 성질에 대하여 상당한 정보가 있는 경우이다 위의 식과 같은 인자의 구간이 설

정되면 실험가능영역은 심플렉스 상의 좁은 영역이 된다

- 34 -

과 은 제한된 실험영역에 대한 실험계획법으로 꼭지점 계획법Mclean Anderson

을 제안하였다 이 계획법은 제한된 영역이 가지는 모든(extreme vertices design)

꼭지점과 이 꼭지점들의 선형조합으로 이루어지는 몇 개의 점을 적절히 선택하는

실험계획법이다 만약 개의 혼합성분이 사용되는 경우 실험영역을 그림으로 그리 4

면 그림 와 같이 사면체 속에 위치하는 면체가 된다 과 은[ 42] 6 Mclean Anderson

이 면체의 꼭지점과 중심점을 실험점으로 선택하는 방법에 대한 예제를 제시하고6

있다

그림 개의 혼합성분에 대한 꼭지점계획법[ 42] 4

고무부싱의 재료설계 시 혼합물은 고무 카본 및 배합원료로서 황화제 촉진제

가공제 유기산 금속산화제 노화방지제 보강제 충진제 등을 사용한다

재료 배합 실험은 경도별로 나누어 실행되었으며 표 은 경도 도 오차범[ 43] 48 (

위 plusmn 도 에 대한 혼합물성분의 한계이다 에 성분의 한계를 입력한 결과2 ) MINITAB

네 가지 성분에 대하여 표 와 같은 총 회의 실[ 44] 17

- 35 -

험점이 생성되었다 실행 의 경우 의 성분을 1 A B C D 09807 00068 00011

의 비율로 섞어서 실험하라는 의미이다00114

표 혼합물 성분의 한계[ 43] (48Hs)

성분 하한 상한

A 외 기타Polymer 09774 09807

B 촉진제1 00068 00085

C 촉진제2 00011 00022

D Sulfur 00114 00119

표 꼭지점계획법에 의한 실험설계와 결과데이터[ 44] (48Hs)

을 활용한 혼합물 설계 데이터분석 결과는 표 표 과 같다MINITAB [ 45][ 46] 17

회의 실험점에 대한 데이터분석 결과 각 실험 점에서의 적합추정치와 신뢰구 95

간을 구할 수 있었다

- 36 -

표 을 보면 실험점 에 의한 배합조건으로는 신뢰구간으로[ 45] 14 95

의 내구성이 나타난다 에서는 각 성142322cycle ~ 146166cycle Nominal Load

분에 대한 제한조건을 만족시키면서 내구성을 최대로 하는 처리조건은 인자의 네

가지 성분 즉 외 에 대한 배합 비율이 Polymer Acc1 Acc2 Sulfur 097740

이었다 그리고 이 처리조건에서 예상되는 내구성은00085 00022 00119

에 도달할 것으로 추정되었다146943cycle

에서는 인자의 네 가지 성분의 배합비율이 와 마찬Maximum Load Nominal Load

가지로 이었다 그리고 이 처리 조건에서 예상되는09774 00085 00022 00119

내구성 추정치는 이었다18917cycle

표 데이터분석 결과[ 45] (48Hs Nominal Load)

에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응Dura(Nom)Dura(Nom)Dura(Nom)Dura(Nom)

- 37 -

반응 최적화 모수반응 최적화 모수반응 최적화 모수반응 최적화 모수

글로벌 솔루션글로벌 솔루션글로벌 솔루션글로벌 솔루션

예측 반응예측 반응예측 반응예측 반응

Dura(Nom) = 146943

- 38 -

표 데이터분석 결과[ 46] (48Hs Maximum Load)

에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응Dura(max)Dura(max)Dura(max)Dura(max)

반응 최적화 모수반응 최적화 모수반응 최적화 모수반응 최적화 모수

글로벌 솔루션글로벌 솔루션글로벌 솔루션글로벌 솔루션

외Polymer = 09774

- 39 -

Acc1 = 00085

Acc2 = 00022

Sulfur = 00119

예측 반응

Duro(max) = 189171

경도 도 오차범위 도 에 대한 혼합물성분의 한계와 에 의한 실험50 ( plusmn 2 ) MINITAB

점은 표 표 과 같다[ 47] [ 48]

표 혼합물 성분의 한계[ 47] (50Hs)

- 40 -

표 실험계획의 결과[ 48] (50Hs)

경도 도에 대한 혼합물 설계 데이터분석 결과는 표 표 과 같다50 [ 49][ 410] 17

개 실험 점에서의 적합추정치와 신뢰구간은 예측반응에 잘 나타나 있다95

에서는 각 성분에 대한 제한조건을 만족시키면서 내구성을 최대로Nominal Load

하는 처리조건은 외 기타 의 각 성분에 대하여 배합비Polymer Acc1 Acc2 Sulfur

율이 이고 이 처리조건에서 예상되는 내구성은09687 00088 00025 00200

에 도달할 것으로 추정되었다159209 Cycle

에서는 인자의 네 가지 성분의 배합비율이 와 마찬가Maximum Load Nominal Load

지로 이었다 그리고 이 처리조건에서 예상되는 내09687 00088 00025 00200

구성 추정치는 이었다 일 때와 일218572 Cycle Nominal Load Maximum Load

때의 적정배합비율이 다르게 나오는 경우가 있는데 이는 오차범위 경도의 경우( plusmn

도 가 비교적 넓은 고무의 특성에서 비2 )

- 41 -

롯되거나 측정오차에 따른 결과로 추정된다

표 데이터분석 결과[ 49] (50Hs Nominal Load)

에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응Duro(Nor)Duro(Nor)Duro(Nor)Duro(Nor)

반응 최적화 모수반응 최적화 모수반응 최적화 모수반응 최적화 모수

- 42 -

글로벌 솔루션글로벌 솔루션글로벌 솔루션글로벌 솔루션

예측 반응예측 반응예측 반응예측 반응

Duro(Nor) = 159209

표 데이터분석 결과[ 410] (50Hs Maximum Load)

에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응Duro(max)Duro(max)Duro(max)Duro(max)

- 43 -

반응 최적화 모수반응 최적화 모수반응 최적화 모수반응 최적화 모수

글로벌 솔루션글로벌 솔루션글로벌 솔루션글로벌 솔루션

예측 반응예측 반응예측 반응예측 반응

Duro(Max) = 218572

재료배합시험에 있어서 가류시간이 특성 치에 영향을 미치므로 레오그래프

분석에 의해 적정가류시간을 결정한다 레오그래프는 다음의 용도에(Rheograph)

활용된다

고무제품의 가류도 측정①

가류속도 측정②

최적의 가류공정 조건 확립③

가류약품 선정 및 배합 작성Recipe④

고무제품의 품질관리⑤

아래 그림 은 경도 도에 대한 재료의 레오그래프이다 그래프에 나타난 용[ 43] 48

어를 설명하면 다음과 같다

혼합물 의 가 가류되었을 때의 시간을 나타내며 가류시간을tc90- (Compound) 90

결정하는 기준으로 사용된다

스코치시간 을 나타내며 원하지 않는 가교가 일어ts2 - (Scorch time)

- 44 -

나는 시간으로 적절한 가류시간을 찾기 위해 필요한 과정임

고무의 특성을 토르크 값으로 나타낸 값으로 일반적으로 혼합물Tmax- (Torque)

의 경도에 따라 변함

평형 토르크MH- (Equilibrium torque)

최소 토르크ML- (Minimum torque)

본 재료시험에 적용된 가류시간은 의 배 사이에서 적정수준을 결정하tc90 1-15

였다

연구의 결과 카본의 입자가 작을수록 내구성은 향상시키지만 대체로 분산이 잘 되

지 않아 혼합물의 품질이 고르지 못하였다 따라서 카본의 분산도를 평가하여 만족

할 만한 수준이 나오는지 확인하였으며 상대적으로 작은 입자경의 카본을 사용하

여 내구성을 높이려 하였다

그림 경도 도 고무에 대한 레오그래프[ 43] 48

- 45 -

실험의 결과 카본블랙과 레오그래프와의 관계는 그림 와 같이 나타났다 그림[ 44]

에서 보는바와 같이 입자경의 크기가 증가함에 따라 결합력이 약해지므로 토르크

값이 낮아짐을 알 수 있다

그림 각종 카본블랙의 레오그래프[ 44]

- 46 -

본 연구에 적용된 카본 입자경의 크기와 양은 표 과 같다[ 411]

경도변화는 카본입자의 크기와 양에 따라 결정이 되며 레오그래프의 값이 Tmax

이러한 사실을 보여주고 있다

표 레오그래프상의 경도와 카본의 관계[ 411]

레오그래프는 섭씨 도에서 그려짐PHR = Part in Hundred Rubber 160

- 47 -

제 장 형상개선제 장 형상개선제 장 형상개선제 장 형상개선5555

제 절 외철의 스웨징 율 변화에 의한 개선제 절 외철의 스웨징 율 변화에 의한 개선제 절 외철의 스웨징 율 변화에 의한 개선제 절 외철의 스웨징 율 변화에 의한 개선1111

높은 품질의 부싱을 개발하기 위해서는 적절한 재료설계에 의한 경도 및 고무 특

성의 설정이 매우 중요한 요소이지만 고무의 특성 개선에만 의존하는 것은 한계점

이 있다 따라서 제품의 형상변화를 통해 고무의 특성을 극대화함으로써 내구성 및

품질특성을 향상시킬 수 있다

그림 은 부품의 세부형상과 설계도이다[ 51]

그림 세부형상[ 51] DA-2

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그림 는 제품의 단면을 보여준다 그림에서 는 다른 모델에 비해 고무[ 52] DA-2

량이 다소 적음을 알 수 있다 형상 변화를 통한 품질특성의 개선을 시도함에 있어

서는 부품에 대한 조립성과 제조성 을 반드시(DFM Design for Manufacturability)

고려하여 형상변화를 꾀하여야 한다 본 제품의 경우 외철 과 내철 (outer pipe)

의 길이는 한정되어 있으며 그 직경의 변화도 허용공차를 미만(Inner pipe) 05 mm

의 수준으로 요구하고 있다

형상변경을 통한 성능향상 방안으로서 외철에 대한 스웨징율 을 변(Swaging rate)

경함으로서 외경크기의 변화를 시도하였으며 또한 내철의 구배각도를 변화시켜 개

선점을 찾으려고 노력하였다

그림 단면[ 52] DA-2

부싱의 경우 일반 적으로 스웨징이라는 공정을 거치게 되는데 이는 공정에서 외

경의 크기 조정을 통하여 성능을 향상 시키는 방법으로서 스웨징율을 조정함으로서

외철의 외경 크기를 허용범위 내어서 변화시키는 것이다 이는 스웨징에 따른 직경

변화에 의해 고무의 조직이 조밀해져 고무 특성을 향상시킬 수 있게된다

그림 은 스웨징의 방향을 나타내며 그림 는 스웨징 전 후의 외철의 크[ 53] [ 54]

기 변화를 보여주고 있다

- 49 -

그림 스웨징 방향[ 53]

그림 스웨징 전후의 외경 크기의 변화 단면[ 54] ( )

제 절 내철의 구배 변화에 의한 개선제 절 내철의 구배 변화에 의한 개선제 절 내철의 구배 변화에 의한 개선제 절 내철의 구배 변화에 의한 개선2222

아래 그림 는 형상 변화를 시도할 수 있는 내철 끝단 부분의 구배를 표시한[ 55]

그림으로서 는 구배각도를 나타낸다a

- 50 -

그림 구배각도[ 55]

그림 은 본 제품의 특성 요구 사항을 그림으로 표시한 것으로 고무부싱은[ 56]

및 의 외력에 대하여 적절하게 대응할 수 있도록 설계되어야 한다 부싱 종류F1 F2

의 경우 일반적으로 고무 제품의 유연함과 동배율 개선을 위하여 저경도의 고무를

적용하는 경우가 많은데 이 경우에는 외력에 대한 특성이 상대적으로 취약하게F1

나타나게 된다 이러한 취약점을 보완하기 위하여 본 연구에서는 그림 과 같 [ 57]

이 제품이 허용하는 범위 내에서 내철의 구배를 변화 시킨 후 실험데이터의 분석을

통해 성능 개선 방안을 찾고자 하였다

그림 부싱의 외력[ 56]

그림 의 의 경우는 구배를 주지 않은 경우이며 의 경우는 구배를 준[ 57] (a) (b)

경우를 표시하고 있다

- 51 -

의 경우 외력에 의하여 발생하는 반발력 은 순수한 고무 특성에 의해서(a) F1 Fr1

만 나타나게 된다 이러한 경우 저경도의 고무을 적용하였을 때 의 크기가 미미 Fr1

하여 적절한 특성을 발휘하지 못하게 된다

의 경우와 같이 내철에 구배를 주게 되면 의 외력에 대하여 구배가 들어간(b) F1

부분 에 의한 반발력 함께 가 생성되어 상대적으로 에 대한 저항력이 커Fr3 Fr2 F1

짐으로써 성능을 향상 시킬 수 있게 된다

그림 구배각도의 적용에 따른 차이 단면[ 57] ( )

그림 구배각도의 적용에 따른 차이 입체[ 58] ( )

- 52 -

제 장 도포공정개선제 장 도포공정개선제 장 도포공정개선제 장 도포공정개선6666

고무부싱의 내구성 향상을 위하여 필수적으로 관리하여야 할 공정이 도포공정이

다 도포공정은 접착의 원리에서부터 접착의 구조 접착의 강도 피착재의 표면처리

법 및 접착제 사용법 등 접착에 관한 전반적인 기술을 공정에 효율적으로 적용하여

야 한다

고무와 금속과의 접착력이란 접착제와 피착제 사이의 계면 결합력을 의미하며 접

착강도는 시험방법 접착방법 시험시의 조건 시편의 기하학 등 여러 인자에 의해

영향을 받는다 접착파괴는 접착제의 가장 약한 곳에서 일어나며 접착강도는 여러

가지 측정법에 따라 고유강도 잔류강도 측정강도 등과 같이 다르게 표현된다 고

무부싱의 접착구조는 그림 과 같다[ 61]

그림 접착의 구조[ 61]

프라이머 는 피착제 표면과의 친화성이나 접착제와의 상용성이 뛰어나야(Primer)

하고 동시에 접착 저해물과의 상용성도 높아야 한다 또 프라이머 중의 유효성분

쪽이 피착제 표면에 흡착되어 있는 저해성분보다 피착제에 의하여 안정하게 흡착되

어 있는 것이 중요하다 따라서 프라이머는

- 53 -

충분한 교반 균일하고 엷은 도포 그리고 완전한 건조가 이루어져야 한다 이러한

도포공정은 피착제의 모앙에 따라 달라진다

열경화성 접착제의 대부분은 유기 중합물과 각종 충진제를 유기용제에 용해 분산

시킨 것으로 사용전이나 사용 중에도 교반기 등으로 균일하게 용해 분산시킨 접착

제를 사용하는 것이 중요하다 따라서 의 도포 공정은 그림 와 같이 교 DA-2 [ 62]

반기를 추가 설치하여 공정 개선을 실시하였다

그림 설치한 교반기[ 62]

또한 피착제의 균일한 도포를 위해 롤타입의 코팅기에 기존 페인트용 롤러에서

그림 에서와 같이 융을 말아 롤러 도포하는 형태로 개선을 실시하여 코팅의[ 415]

두께 정밀도를 향상시켰다

- 54 -

그림 변경된 롤러 모양[ 63]

접착 재료를 프라이머 에서 변경하여 사용함CHEMLOK 220 252 CHEMLOK 205

으로써 접착력을 향상시켰는데 는 금속 및 경길대료의 프라이머로CHEMLOK 205

사용되며 또한 같은 극성고무에 단독으로 접착이 가능하다 NBR

방식의 경우 의 특징을 살펴보면TWO Coat CHEMLOK 205

ㆍㆍㆍㆍ 접착제의 금속 표면에서의 접착강도를 향상시킬 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ 기계적 표면처리 후 활성화된 금속표면을 산화작용으로부터 보호하며 녹방

지 도료적 역할을 한다

ㆍㆍㆍㆍ 크로로프렌이나 에피크로로히드린고무와 같은 가류 중에 염소가스를 발생

시 켜 금속표면을 부식시키기 쉬운 고무배합에 대하여 유효하게 적용된다 프

라 이머는 충분한 교반 균일하고 엷은 도포 그리고 완전한 건조가 이루어져

야 접착성이 뛰어나게 된다

도포공정 개선 전후의 효과는 그림 그림 의 도포두께 비교[ 64]~[ 67] Cpk

를 통해서도 알 수 있다DATA

아래 그림 는 도포공정의 개선전[ 64] 관리도의 그래프를 나타낸

- 55 -

것으로 관리도는 평균치와 범위에 관한 계량형 관리도에서 가장 많이 사용되

는 관리도의 하나이다 관리도는 평균치의 변화를 관리하는 관리도와 산포의

변화를 관리하는 관리도로 구성된다 관리도의 중심선(Central Line) CL=로 나

타내며 관리 상한선 은(Upper Control Limit) UCL= 로 관리하한선인 (Lower

의 경우Control Limit) LCL=

로 구한다

관리도의 관리선의 경우 중심선 관리상한선 UCL= 관리하한선 LCL

의 경우 로 구한다

여기서 등의 계수는 샘플의 크기인 에 따라 결정 되며 일 경우=4

=0729 =0 이다=2282

그림 에서[ 64] 이며=273410 관리도의 로 나타났UCL=307994 LCL=238826

다

관리도의 은CL 이며 이다=4744 UCL=1082581

- 56 -

그림 도포공정 개선전[ 64] 관리도

한편 그림 는 도포공정 개선 전의 경우에 대하여 지정된 규격의 공정능력 [ 65]

지수를 나타낸 것으로서 단기공정능력지수( 와 장기공정능력지수) ( 를 나타낸)

다 단기공정능력지수는 공정능력 ( 과 규격의 폭) ( 과의 비율을 의미하며 일반적)

으로 로 표시한다 규격은 그림 에서처럼 양쪽규격이 모두 주어진 경우 공 [ 65]

정 능력 지수는 다음과 같이 계산할 수 있다

공정 능력

로 나타내고 만약 공정 평균이 규격의 중심으로부터 어느

한쪽으로 치우쳐 있게 되는 경우 치우침도( 와) 를 조합한 단기공정능력지수

( 로 나타낸다 즉)

- 57 -

장기공정능력지수( 의 계산은)

으로서 이다

따라서 그림 에 나타난 것처럼 개선전의 공정능력은[ 65] =17854 =08458

으로서 장기 공정에 대해 만족스럽지 못한 값을 나타내고 있다

그림 도포공정 개선전 공정능력 분석그래프[ 65]

- 58 -

그러나 공정개선후의 관리도인 그림 을 살펴보면[ 66] 이며=28196 관리

도의 이고UCL=300418 LCL=263502 관리도의 은CL 로=2532 UCL=51418

나타난다

그림 도포공정 개선후[ 66] 관리도

- 59 -

개선 후에는 그림 로부터 알 수 있듯이 단기공정능력은[ 67] 으로서=31966

인 장기 공정에 대해 안정적인 것을 확인할 수 있어 도포공정 개선에=23275

대한 효과가 있음을 알 수 있다

그림 정 개선 후 공정능력 분석그래프[ 67]

또한 도포공정의 두께관리를 강화하기 위하여 작업자 교육 및 샘플링 두께 측정

검사를 통해 지속적인 모니터링을 실시하고 공정별 온도관리 및 시간 관리를 통해

작업 환경 유지관리 강화로 변함없는 품질의 제품을 생산하도록 하였다 그림 [

은 롤 코팅 공정이다68] (Roll coating)

- 60 -

그림 롤 코팅 공정[ 68] (Roll coating)

- 61 -

제 장 최적수준 결정을 위한 파라미터 설계제 장 최적수준 결정을 위한 파라미터 설계제 장 최적수준 결정을 위한 파라미터 설계제 장 최적수준 결정을 위한 파라미터 설계7777

제 절 실험계획법에 의한 유의인자 결정제 절 실험계획법에 의한 유의인자 결정제 절 실험계획법에 의한 유의인자 결정제 절 실험계획법에 의한 유의인자 결정1111

재료설계 형상설계 및 공정설계에 대한 최적조건의 결정은 부품의 품질 특성에

대한 사양 을 만족시켜야 할 뿐 아니라 생산부품 간 품질의 산포를(Specification)

최대한 줄여야 한다 의 최적설계를 위해 다구찌 기법 을 적 DA-2 (Taguchi method)

용하였다

다구찌의 강건설계 는 인자 가 품질 특성의 평균에 대해(Robust design) (Factor)

가지는 효과뿐만 아니라 분산에 미치는 효과에 대해서도 초점을 맞추고 있다 분산

을 줄일 수 있는 통제 가능한 인자에 대한 조건을 설정하여 품질특성이 통제 불가

능한 인자의 변화에 대해서는 둔감하도록 할 수 있다 강건설계의 주목적은 품질특

성의 목표값을 유지하면서 분산을 줄이는 인자에 대해 설치값 을 발견하는 (Setting)

데 있다

다구찌 설계에 의한 실험계획법은 특히 확장된 역할로서 다음의 몇 가지를 들 수

있다

ㆍㆍㆍㆍ종래에는 제어 불가능한 환경조건이나 제어하기 어려운 생산조건 공정조건

등의 원인 이를 잡음인자로 통칭 들이 데이터에 주는 영향의 정도를 평가하기 어려( )

웠으나 객관적으로 그리고 계량적으로 이를 평가할 수 있는 방법을 제시하고 있

다 또한 품질 산포의 크기를 계량특성치 손실함수 비 등 로 변환하여 산포를 ( SN )

작게 하는 인자들의 조건을 찾아가는 강건설계를 사용한다

ㆍㆍㆍㆍ직교배열표를 광범위하게 사용하여 인자의 수가 많은 경우에도 크게 실험횟

수를 증가시키지 않고 실험하는 일부 실시법을 사용한다

ㆍㆍㆍㆍ생산라인 내 뿐만 아니라 신제품 개발을 위한 품질설계 파라미터(On-line)

설계 허용오차 설계 등의 라인 외 품질관리를 위하여 유용하게 사용할 (Off-line)

수 있다

ㆍㆍㆍㆍ다구찌 방법에서 추가적으로 다룰 수 있는 주요한 것들로는 직교배열

- 62 -

표의 확대사용 수준계의 표준 직교배열표 이외에 확대 응용 혼합 직교배열표(2 3

의 사용과 조합법의 사용 계량치 데이터의 파라미터 설계 허용차 설계 그리고)

계수치 데이터의 파라미터 설계 동적 특성의 파라미터 설계 등을 들 수 있다

파라미터 설계 는 제품설계와 공정설계에서 유용하게 사용되는(Parameter design)

다구찌 실험계획법의 핵심이다 파라미터는 제품성능의 특성치에 영향을 주는 제어

가능한 인자 를 의미하며 파라미터 설계는 이들 인자들의 최적(Controllable factor)

수준을 정하여 주는 것을 말한다 파라미터를 설계변수 라고도 부 (Design variable)

르며 파라미터 설계에서는 제품의 품질변동이 잡음에 둔감하면서 목표품질을 가질

수 있도록 설계변수들의 최적조건을 구하여 준다 최적조건을 찾을 때 설계변수와

잡음을 주는 인자들을 포함시켜 실험하는 직교배열표 등을 주로 사용한다 이때 목

표 품질을 만족시키는 범위 내에서 가능한 한 비용이 적게 드는 조건이나 부품 등

을 이용한다

만약 신뢰성에 영향을 주는 제어 가능한 인자 에 대한 파라미터설계 A B C D

를 한다고 하자 는 수준 는 수준의 혼합수준 에 대한 설계 A B 4 C D 2 (Mixed level)

분석을 하려고 한다면 각 요인 변동의 계산을 표 과 같은 [ 71] L16(215형 직교배)

열표 를 사용하면 된다(Orthogonal Design)

에 대한 파라미터 설계조건으로는 내구성이 가장 좋은 최적의 설계 및 공정DA-2

조건을 구하여야 하므로 반응변수가 큰 값일수록 좋은 망대특성(Larger-the-better

에 대한 조건을 구하고 부품의 정특성 및 동특성에 대한 분석은 적characteristics)

정한 상호관계를 고려하여 별도의 실험을 행한다

- 63 -

표 다구찌 설계의 예[ 71]

- 64 -

제 절 시험데이터의 해석제 절 시험데이터의 해석제 절 시험데이터의 해석제 절 시험데이터의 해석2222

실험조건실험조건실험조건실험조건1111

제품의 신뢰성향상을 위해 지금까지 재료배합의 개선 형상개선 및 공정개선에

대한 각각의 과정을 설명하였으며 본 장에서는 관련된 여러 인자들을 동시에 고려

하여 최상의 품질특성을 나타낼 수 있는 최적인자수준의 결정에 대하여 설명하려고

한다 이는 인자들 간의 상호 작용이 상승 또는 보완작용을 할 수도 있고 반대로

서로 상극임을 나타낼 수 도 있기 때문이다

일반적으로 고무부싱의 개발에 적용되는 인자 는 다음과 같다(Factor)

ㆍㆍㆍㆍ경도 는 수요기업에서 제시하는 사양 에 따라 적정수(Hardness) (Specification)

준의 경도 도 도 도 도 를 적용하였으며 경험적으로 경도의 산포는(43 45 48 50 ) plusmn

정도이다2

ㆍㆍㆍㆍ각 부분의 모양이나 각도에 따라 고무 량에 영향을 미치게 되는 형상설계에

관해서는 내부 파이프 구배각도를(Inner pipe) 15deg~25deg로 하고 외부파이프 (Outer

의 접착부분을 로 하였으며 외경의 크기는pipe) 13mm~15mm

27mm~ 로 유지하였다278mm

ㆍㆍㆍㆍ공정설계는 가류시간을 로 하였다 가류 온도는240sec~600sec 150deg~180

로 하고 주변 온도에 영향을 받으므로 금형 표면온도는 항상 확인하였다 접착제

도포가 내구성에 영향을 주므로 접착제 두께는 으로 하고 접15micron~40micron

착제 배합조건은 로 하였다120cc~128cc

다구찌 설계에 의한 최적수준을 결정하기 위해 다른 인자는 고정시키고 경도 가

류시간 스웨징 인자에 대하여 표 와 같이 실험수준을 정하였다 [ 72]

- 65 -

표 실험인자 별 수준[ 72]

분석결과의 해석분석결과의 해석분석결과의 해석분석결과의 해석2222

실험결과의 해석은 다음과 같다

을 통해 표 의 실험조건을 입력하여 다구찌 설계를 생성한 결과MMITAB [ 72]

표 과 같은 실험조합을 얻었다 표 는 실험조합 별 시험결과 값이다[ 73] [ 74]

에서의 내구성에 대한 다구찌 설계해석의 결과는 표 의 신호 대Nominal load [ 75]

잡음비 비 평균 표준편차에 대한 반응표에 잘 나타나(SN Signal to noise ratio)

있다 그림 그림 은 비 평균 표준편차에 대한 반응 값을 도식한 [ 71]~[ 73] SN

것이다

표 의 신호 대 잡음비의 반응표를 보면 경도는 스웨징이나 가류시간에 비해[ 75]

반응변수 내구성 에 큰 영향을 미치고 있음을 보여준다 평균에 대한 반응표에서도( )

경도는 다른 인자들에 비해 반응변수의 평균에 크게 영향을 미치고 있음을 알 수

있다 표준편차 역시 경도의 수준 변화에 따라 차이가 가장 많음을 보여주고 있다

- 66 -

표 에 의한 다구찌 설계생성[ 73] MINITAB

- 67 -

표 실험조합 별 시험결과 데이터[ 74]

- 68 -

표 비 평균 표준편차에 대한 반응표[ 75] SN

신호 대 잡음 비에 대한 반응 표신호 대 잡음 비에 대한 반응 표신호 대 잡음 비에 대한 반응 표신호 대 잡음 비에 대한 반응 표

망대특성망대특성망대특성망대특성

평균에 대한 반응 표평균에 대한 반응 표평균에 대한 반응 표평균에 대한 반응 표

표준 편차에 대한 반응 표표준 편차에 대한 반응 표표준 편차에 대한 반응 표표준 편차에 대한 반응 표

- 69 -

그림 신호 대 잡음 비의 주효과도[ 71]

그림 인자수준별 평균의 주효과도[ 72]

그림 인자수준별 표준편차의 주효과도[ 73]

- 70 -

표 와 그림 에서 에서의 내구성 예측값을 가장 크게 하[ 75] [ 72] Nominal Load

는 것은 요인 수준의 조합이 일 때이다 품질 향상을 위해서는 정특성 동(4 2 2)

특성 값도 동시에 고려하여야 하므로 조합 조합 조합(4 2 2) (4 3 2) (4 1 2)

에 대한 예측 값을 함께 구하였다

표 은 에서의 내구성 예측값을 표 은 에[ 76] Nominal Load [ 77] Maximum Load

서의 내구성 예측값 표 은 정특성 예측값 표 는 에서의 동특성 예 [ 78] [ 79] 15Hz

측값 그리고 표 은 에서의 동특성 예측값을 보여주고 있다 [ 710] 150Hz Nominal

에서의 내구성 예측값은 조합 조합 조합에서 각Load (4 2 2) (4 3 2) (4 1 2)

각 목표값인 을 상회한 과170000 Cycle 178023 Cycle 174272 Cycle 175830

로서 조합일 때 더 높게 나타났다Cycle (4 2 2)

동배율은 예측 평균값을 기준으로 할 때 동배율은 조합에서는 에 (4 2 2) 15Hz

서 에서 이고 조합에서의110(1187691079) 150Hz 113(1215561079) (432)

동배율은 에서 에서15Hz 106(112856 106938) 150Hz 108(115769106938)

이며 조합에서의 동배율은 에서 에서 (412) 15Hz 108(118194 1094) 150Hz

이었다109(1195691094)

모델의 경우 수요기업에서 동배율 값이 적은 값을 요구하기 때문에DA-2 (kdks)

동배율을 고려하면 의 조합이 더 좋은 품질을 나타낸다고 할 수 있다(4 1 2)

- 71 -

표 에서의 내구성 예측값[ 76] Nominal Load

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 2 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 3 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 1 2

예측 값

신호 대

- 72 -

표 에서의 내구성 예측값[ 77] Maximum Load

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 2 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 3 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 1 2

신호 대

- 73 -

표 정특성 예측값[ 78]

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 2 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 3 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 1 2

신호 대

- 74 -

표 동특성 예측값[ 79] (15Hz)

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 2 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 3 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 1 2

신호 대

- 75 -

표 동특성 예측값[ 710] (150Hz)

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 2 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 3 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 1 2

신호 대

- 76 -

제 장 부품의 신뢰성성장관리제 장 부품의 신뢰성성장관리제 장 부품의 신뢰성성장관리제 장 부품의 신뢰성성장관리8888

제 절 신뢰성성장관리제 절 신뢰성성장관리제 절 신뢰성성장관리제 절 신뢰성성장관리1111

복잡하고 기술적인 제품의 개발 프로그램을 운영하는 데 있어서는 고객이 요구

하는 신뢰성 수준을 만족시키기 위하여 상당한 규모의 시간 예산 기술인력 등의

자원을 필요로 한다 고객들의 신뢰성 요구수준은 매우 높으므로 이러한 목표를 달

성하기 위하여 시험 개선 시험 개선의 개발과정을 반드시 거친다 이 과정에서 시- - -

스템 서브시스템 또는 모듈을 고장 날 때까지 시험하고 고장모드를 결정해서 이를

제거하기 위한 시도를 하거나 적어도 고장발생을 줄일 수 있는 시도를 하여 설계나

엔지니어링 개선을 이룬다 만약 이러한 과정이 계속되고 설계나 엔지니어링 변경

이 충분히 이루지면 시스템의 신뢰성은 증가한다 개발프로그램이 운영되는 동안

신뢰성 수준의 변화를 추적할 수 있다면 개발책임자로서는 여러 가지 이점이 있다

즉 목표하는 신뢰성 수준을 달성하기 위하여 충분한 비율로 성장하고 있는지의 여

부를 가능한 빠른 시간 내에 판단할 수 있고 그에 따라 필요한 자원을 적절히 배

분할 수 있다 따라서 개발책임자는 시험데이터로부터 현재 시스템의 신뢰성 수준

성장률의 평가 앞으로 기대되는 달성 가능한 수준을 결정하기를 원한다

신뢰성 성장관리 기술은 제품을 개발하는 데(Reliability growth management)

소요되는 많은 시간과 비용 및 엔지니어링 노력을 절감하면서 개념선택 제품과 공

정의 신뢰성 그리고 비용효율을 달성할 수 있도록 유용한 정보를 제공해 준다 군

사장비 자동차 및 전자 중장비개발 등에 적용된 최근의 신뢰성 성장시험 관리기술

은 각 분야의 경쟁적인 사업 환경 아래에서 제품개발을 효율적으로 조직하여 신뢰

성평가를 시작하고 신뢰성 성장과정을 추적할 수 있도록 해준다 신뢰성성장관리기

술은 제품 및 공정설계 관련사항 및 검증시험 항목들에 대하여 사용 환경에 따른

신뢰성 성장 진행과정을 확인하고 그 결과로부터 성장시험곡선을 개발할 수 있게

한다 또한 설계단계 사이의 여러 가지 관련성을 확인하여 관찰하고 그 정보를 다

른 제품보증분석들과 연결하여 고객 요구사항에 대한 제품의

- 77 -

적합도를 적절히 평가하는 데 도움을 준다

신뢰성성장모델은 가 개발한Crow(1975) AMSAA(Army Materiel Systems

모델이 많이 활용되었으나 이는 시스템 또는 서브시스템에서의Analysis Activity)

성장관리에 유용하고 부품수준에서는 모델을 활용하는 것이 더욱 실용적이 Weibull

다 모델은 목표 Weibull B10 수명에 대하여 초기 시작품 으로부터(Early Prototype)

후기 시작품 까지의 신뢰성 개선을 관리하는데 실용적으로 활용할(Later Prototype)

수 있다

신뢰성 성장시험 프로세스신뢰성 성장시험 프로세스신뢰성 성장시험 프로세스신뢰성 성장시험 프로세스1111

신뢰성 성장은 개발시스템에 대하여 여러 시험단계가 시리즈로 이루어지는 동안

고장모드를 발견하고 이를 개선하는 과정을 거쳐 이TAAF(Test Analyze And Fix)

루어진다 또한 기능시험 환경시험 안전시험의 결과는 신뢰성 향상을 위한 FMEA

등과 연계하여 사용된다 분석결과는 설계변경에 반영되고 최종목표가 달성될 때까

지 개선과 시험이 연속적으로 이루어진다 그림 은 일반적인 신뢰성 성장시험 [ 81]

프로세스를 보여준다 프로그램의 시작시점에 신뢰성 성장에 대한 계획을 수립하여

고객의 기대사항을 만족시킬 수 있는 성능수준에 대한 구체적인 측정치를 제시하

고 이 목적을 달성시킬 수 있는 시험조건을 정한다 시험조건은 특정한 부품이나

시스템에 대하여 고객의 사용방법과 환경에 대한 지식을 기초로 하여야 한다

개발프로젝트가 진행되는 동안 신뢰성 성장시험 프로그램이 개발되고 실행되는

과정에서 설계 및 공정의 관심사항을 확인하기 위해 QFD(Quality function

와 같은 제품보증을 위한 분석방법들이 선행되어 실시되는데 신뢰성deployment)

성장관리와 연계하여 이를 통틀어 통합 신뢰성 성장관리(Integrated reliability

라고 한다 신뢰성 성장관리를 포함한 제품설계평가의 모든growth management)

과정은 제품 공정의 신뢰성 향상에 있어 중요한 역할을 하는 제품보증기능의 한부

분이다

- 78 -

통합 신뢰성 성장시험관리 프로세스는 설계뿐 아니라 공정신뢰성(MIL-HDBK-781)

과 관련된 문제에 대응할 수 있도록 신뢰성 성장시험의 이점을 전적으로 활용할 수

있는 수단을 제공한다

신뢰성 성장관리과정을 개발함으로써 신뢰성 수준은 계속적으로 추적될 수 있고

조치를 취하고 다른 분석결과들과 비교되어 초기 신뢰성 예측을 수립하고 제품설

계에 포함된 확신을 증가시킨 후 검증시험에 들어갈 수 있도록 한다 이러한 신뢰

성 성장관리 프로세스는 제품개발 사이클에 있어서 초기 단계 동안에 신뢰성을 확

립하는 데 도움을 줄 수 있는 장치이다

그림 신뢰성성장시험 프로세스[ 81]

제품개발과정에 적용되는 신뢰성 성장시험관리 프로세스는 다음과 같다

신뢰성 성장시험조건을 결정하고 시험 사이클을 개발한다 ①

신뢰성 성장시험곡선의 사용을 통하여 시험과정을 실행하고 추적한다②

시험결과를 평가하고 다른 선행된 분석연구결과들과 비교한다③

확인된 결함을 제거하기 위해 설계변경을 실시한다④

- 79 -

설계검증시험을 준비한다⑤

신뢰성 성장시험의 주된 목적은 설계상의 약점을 확인하고 제거함으로써 설계의

신뢰성을 증가시키는 것이다 정확하게 신뢰성 수준이 변화되는 진행상황을 추적하

기 위해서는 요구사항에 대한 불합치성 을 확인하고 불합치성이(Nonconformance)

일어난 시간을 모두 추적하여야 한다 시험을 시작하기 전에 적절한 시정조치를 용

이하게 하기 위해 사전계획이 수립되어야 하며 고장분포를 결정하기 전에 각각의

고장부품에 대한 고장원인을 분리할 수 있어야 한다

부품의 개발과정에서 몇 개의 표본에 대한 고장시간 데이터가 있을 때 Weibull

분포를 활용한 신뢰성 성장분석에 대하여 설명하면 다음과 같다

가 분석의 개요가 분석의 개요가 분석의 개요가 분석의 개요

밀도함수는 그림 와 같이 특성 수명과 기울기로 고장시간Weibull [ 82] (Cycle

을 설명한다 작은 표본에 대한 고장시간 데이터가 주어졌을 때 분석Km) Weibull

을 사용하여 세 가지의 정보를 얻을 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ특정 시간이 주어졌을 때 등 부품의 신뢰도는 그 시간까지 살아 있(Cycle Km )

을 백분율이다

ㆍㆍㆍㆍ 또는 다른( 수명을 추정할 수 있다) 수명은 부품들 중 가 고장10

날 것이라고 기대되는 시간이다 즉 이 시간에서의 신뢰도는 이다 90

ㆍㆍㆍㆍ 기울기의 값은 고장률 패턴에 대한 정보를 제공해준다 기울기가Weibull 10

이라면 고장률이 일정하다는 것을 의미한다 이 경우 고장은 일반적으로 우연히

일어나며 고장률은 설계의 강건 정도에 따라 달라진다 기울기가 보다 작다면 1

고장률은 감소하고 있음을 의미한다

- 80 -

즉 높은 초기 고장률 을 말한다 기울기가 보다 크면 고장률은 증 (Infant mortality) 1

가하고 이는 마모 되고 있음을 의미한다(Wear-out)

그림 에 의한 부품의 신뢰성성장분석[ 82] Weibull 수명 비교

가장 많이 활용되는 측도는 수명이며 이것은 요구되는 목표 신뢰도가 임 90

을 의미한다 첫 번째 프로토타입이 고장 난다면 신뢰성 목표 달성을 위해 설계 변

경을 행하고 다음 프로토타입을 시험한다 이 과정은 목표 수명이 달성될 때까

지 반복한다

나 의이점나 의이점나 의이점나 의이점WeibullWeibullWeibullWeibull

부품의 개발과정에서 작은 표본에 대한 고장시간 자료가 주어졌을 때 Weibull

분석을 활용하여 신뢰성성장관리를 행하면 다음의 정보를 얻을 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ신뢰성 개선은 목표 수명이 달성될 때까지 하나의 프로토타입에

- 81 -

서 다음 프로토타입까지 추적할 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ신뢰성 개선은 시험한 프로토타입에 대해 타점으로 표현되고 빠르Weibull

게 방향을 파악하여 신뢰성 진전과정에 대한 양적 측면의 관리능력 향상을 그

래프로 확인할 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ컴포넌트를 고장 날 때까지 시험하는 것은 고장모드에 대한 아주 귀중한 정

보를 제공하고 따라서 시정조치 활동이 필요하다

ㆍㆍㆍㆍ많은 표본이 더 좋은 신뢰도를 얻을 수 있지만 분석은 많은 표본을Weibull

필요로 하지 않는다

ㆍㆍㆍㆍ고객의 운영 사용 사이클과 시험 모수의 관계가 알려져 있다면 더 빠르고( )

더 적은 비용으로 가속시험을 할 수도 있다

다 기본가정및제한다 기본가정및제한다 기본가정및제한다 기본가정및제한

ㆍㆍㆍㆍ각 분석에서 오직 하나의 고장모드만 포함되어야 한다 두 개나 그 이상의

고장 모드가 검출된다면 각각에 대해 분리하여 분석해야 한다

ㆍㆍㆍㆍ신뢰도는 시험 제한 한계 로 인해 년 마일까지 확장하여 외삽하면 안( ) 10 150K

된다 왜냐하면 시험 제한 한계 로 인해 다른 고장모드가 발생할 것인지 알 수 ( )

없기 때문이다

ㆍㆍㆍㆍ하나의 프로토타입에서 다음 프로토타입까지 기울기가 변하는 데는 특별히

주의를 하여야 한다 왜냐하면 초기 후기 수명에서 더 높은 신뢰도와 후기 초 ( ) (

기 수명에서 더 낮은 신뢰도의 할 수 도 있기 때문이다) trade-off

라 적용시기라 적용시기라 적용시기라 적용시기

ㆍㆍㆍㆍ수명의 비교는 엔지니어링 사양 이 특정한(Specification) 을 요구할 경

우 사용된다

ㆍㆍㆍㆍ이러한 접근방법은 고장시간 등 에 대하여 동일한 부품의(Cycle Km )

- 82 -

다른 시점에서의 프로토타입을 비교할 때 사용한다

ㆍㆍㆍㆍ신뢰성 목표가 달성될 때까지 계속한다

마 입력자료마 입력자료마 입력자료마 입력자료

ㆍㆍㆍㆍ프로토타입 의 몇 개 표본의 고장시간 등1 (Cycle Km )

ㆍㆍㆍㆍ프로토타입 의 몇 개 표본의 고장시간 등2 (Cycle Km )

⦙

ㆍㆍㆍㆍ마지막 프로토타입의 몇 개 표본의 고장시간 등(Cycle Km )

분석프로세스는 그림 과 같다[ 83]

프로세스프로세스프로세스프로세스 일반적 단계일반적 단계일반적 단계일반적 단계

Ⅰ 요구

또는 수명 결정

프로그램 신뢰성 목표 사용

고객의 운영 사용 프로파일 사용( )

시험 프로그램 적정시간 사용

Ⅱ 시험 프로그램 자료정보

확인과 데이터 수집초기 부품의 프로토타입

후기 부품의 프로토타입

Ⅲ 다른 프로토타입에 대한

누적고장 시간 또는 vs

거리 계산 및 타점

분석이 가능한 사용Weibull SW

가능한 가속수명시험 사용

Ⅳ 프로젝트 검토 시

현재 신뢰성 수준신뢰성 목표 적합성 결정

초기 경고 관련 정보 제공

개선을 위한 계획 정보 제공

그림 프로세스별 단계[ 83]

- 83 -

제 절 신뢰성성장 데이터분석제 절 신뢰성성장 데이터분석제 절 신뢰성성장 데이터분석제 절 신뢰성성장 데이터분석2222

초기 프로토타입 으로 부터 개의 표본을 정상하중 으(Prototype1) 6 (Nominal load)

로 고장 날 때까지 시험하고 고장모드를 기록하였다 여러 개선작업을 거친 후 후

기 프로토타입 으로부터 개의 표본을 고장 날 때까지 시험하고 고장모(Prototype2) 6

드를 기록하였다 시험 데이터는 표 에 주어져 있다 [ 81]

에 고장데이터를 입력하고 각 프로토타입 단계별로 용지에 결과MINITAB Weibull

를 타점한 결과 그림 와 같은 성장곡선이 생성되었다 [ 84] Weibull

정상하중 에서 의 평균수명 추정치는 이(Nominal load) Prototype1 127366Cycle

고 의 평균수명 추정치는 로서 의 개선을 이루었 Prototype2 176882 Cycle 389

음을 알 수 있었다 수명은 은 이었으나Prototype1 112668 Cycle Prototype2

의 수명은 로서 상당한 개선이 이루어졌음을 볼 수 있다168620 Cycle 수

명에 대한 신뢰하한은 로 추정되었다 따라서 정상부하에 의한95 162926 Cycle

시험데이터분석 결과 개선활동 재료배합개선 형상설계개선 공정개선 에 의하여 ( )

내구성 목표가 달성되었음을 알 수 있다

그림 는 에서의 신뢰구간을 보여주고 있다[ 85] Nominal load 90

최대하중 에서는 표 의 데이터 입력결과 그림 의 그래프를(Max load) [ 82] [ 86]

생성하였다 그래프로 부터 추정된 의 Prototype1 수명은 이고16362Cycle

의Prototype2 수명은 이다21850 Cycle 수명에 대한 신뢰하한추정치95

는 으로부터 로 계산된다MINITAB 20983 Cycle

의 수명과 의 수명이 다른 것은 개선 활동의 결과이Prototype1 Prototype2

- 84 -

며 에서 개선목표가 달성되었음을 알 수 있다 Prototype2

표 하중 고장시간[ 81] Nominal (Cycle)

Weibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth Curve

(Nominal Load)(Nominal Load)(Nominal Load)(Nominal Load)

그림 성장곡선[ 84] Weibull (Nominal load data)

- 85 -

Weibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth Curve

(Nominal Load-90 Cl)(Nominal Load-90 Cl)(Nominal Load-90 Cl)(Nominal Load-90 Cl)

그림 신뢰구간[ 85] Nominal Load90

- 86 -

표 하중 고장시간[ 82] Max (Cycle)

Weibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth Curve

(MaxLoad)(MaxLoad)(MaxLoad)(MaxLoad)

그림 성장곡선[ 86] Weibull (Max load data)

- 87 -

제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론9999

본 연구는 자동차현가장치인 고무부싱 의 신뢰성향상을 위한 기(Rubber bushing)

술개발과제이다 에나 인더스트리는 수출전문기업으로서 주요 경쟁사에 비해 고성

능 고내구성의 제품을 짧은 기간 내에 개발할 수 있는 능력을 갖추어야 해외 시장

에서 경쟁력을 가질 수 있다

본 연구개발에서는 수요기업에서 요구하는 GMUTS(General Motors Uniform

의 사양에 따른 시험을 실행하여 내구성을 목표 사이클 이상으Test Specification)

로 개선하고 정특성과 동특성 비틀림 토크를 개선항목으로 선정하여 제품의 품질

및 신뢰성 향상을 진행하였다

수요기업의 요구 수준에 의하면 내구성은 와 Tension Compress Alternating

가 동시에 일 때 일 때Torsion Stress Maximum Load 20000 Cycle Normal Load

을 요구한다 본 프로젝트의 경우 해외의 부품메이커들에 대한 경쟁150000 Cycle

력 우위를 확보하기 위하여 기본 요구 수준을 넘어 향상된 제품신뢰성을5~10

확보를 목표로 하였다 내구성 정특성 및 동특성에 대한 시험은 직접 행하였고 비

틀림토크에 대한 부분은 추가적인 시험장치가 필요하여 수요기업의 실험실에 샘플

을 제출하여 요구수준을 검증받았다

본 연구개발의 성과를 요약하면 다음과 같다

우선 기술적 효과로는

설계기술의 확보(1)

재료배합설계 형상설계 공정설계에 대한 기술을 확보하여 내구성을 비롯한 품

질특성을 향상시킬 수 있었다 종래에는 설계 개발 생산프로세스에서 경험적 방법

에 의존하여 시행착오가 많았으나 본 연구를 통하여 과학적이고 체계적인 방법으

로 접근할 수 있는 기술이 확보되었다

설계 요소의 기술적 배치를 위한 실험계획법의 활용기술 확보(2)

- 88 -

종전에는 고무 배합설계 형상설계 공정설계에 대하여 설계요인 별 수 (Facter)

준 을 무작위로 추출하여 실험하였으나 본 실험계획의 과정을 따르면 요인들(Level)

이 계획적으로 반영되어 품질특성에 각각 어느 정도의 영향을 미치는지 분석이 가

능하게 된다 또한 다구찌에 의한 강건 설계의 생성으로 산포를 줄일 수 있다

잠재적 고장원인 분석방법 기술 확보(3)

제품기능에 대한 잠재적 고장모드의 예측과 시험항목을 판단하고 최종적으로는 설

계검증 과 공정검증 의 세부항목과 효과적(Design verification) (Process verification)

으로 연계가 가능하다

신뢰성 데이터분석기술 확보(4)

부품의 개발과정에서 몇 개의 표본에 대한 고장시간 데이터가 있을 때 Weibull

분포를 활용한 신뢰성 성장분석이 가능하게 되었다 개발프로그램이 운영되는 동안

신뢰성 수준의 변화를 추적할 수 있어 목표하는 신뢰성 수준을 달성하기 위하여 충

분한 비율로 성장하고 있는지의 여부를 가능한 빠른 시간 내에 판단할 수 있고 그

에 따라 필요한 자원을 적절히 배분할 수 있다 따라서 개발책임자는 시험데이터로

부터 현재 시스템의 신뢰성 수준 성장률의 평가 앞으로 기대되는 달성 가능한 수

준에 대한 결정이 가능하다

경제적 측면의 효과로는

제품에 대한 내구성 및 동특성 정특성에 대하여 요구사양 이상으로 특성관리(1)

를 행할 수 있어 해외 부품메이커들에 대한 경쟁력 우위로 수출력을 향상할 수 있

게 되었다

개발기간을 단축할 수 있게 되어 개발비의 절감을 가져올 수 있게 되었다(2)

재료배합 형상설계 및 공정설계에 대한 기술개발의 표준 정립으로 개발 기간의 단

축이 가능하게 되었다

본 과제 결과를 활용하여 다른 방진제품에 대한 신뢰성 관리로 수출(3)

- 89 -

시장을 개척하여 신규거래처를 확보할 예정이다 신뢰성 데이터의 관리가 이루어져

제품수명에 대한 설득력 있는 자료의 제시가 가능하게 되었다

향후 연구계획으로는

고무부싱부품의 특성상 내구성만의 개선이 최선이 아니고 정특성과 동특성을 일

정수준으로 동시에 고려하여야 한다 따라서 이 부분에 대한 동시적인 실험설계가

시스템화 되도록 추가적인 연구가 요구된다

- 90 -

참고문헌참고문헌참고문헌참고문헌[ ][ ][ ][ ]

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[8] McLean R A and Anderson V I Extreme Vertices Design of Mixture

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- 96 -

주 의

이 보고서는 산업자원부에서 시행한 부품소재종합기술지원사업의 최1

종보고서이다

이 신뢰성기반기술확산사업 내용을 대외적으로 발표할 때에는 반드시2

산업자원부에서 시행한 부품소재신뢰성기반기술 사업의 지원결과임을

밝혀야 한다

- 97 -

이 보고서는 산업자원부에서 시행한

부품소재 신뢰성기반기술확산사업의 최종보고서이다

- 2 -

최 종 보 고 서 제 출 서최 종 보 고 서 제 출 서최 종 보 고 서 제 출 서최 종 보 고 서 제 출 서

년 부품소재신뢰성기반기술확산사업에 의하여 완료한 사업명 자동차 현년 부품소재신뢰성기반기술확산사업에 의하여 완료한 사업명 자동차 현년 부품소재신뢰성기반기술확산사업에 의하여 완료한 사업명 자동차 현년 부품소재신뢰성기반기술확산사업에 의하여 완료한 사업명 자동차 현2005 ( 2005 ( 2005 ( 2005 (

가장치용 부품의 신뢰성 향상 의 최종보고서를 동사업 운영지가장치용 부품의 신뢰성 향상 의 최종보고서를 동사업 운영지가장치용 부품의 신뢰성 향상 의 최종보고서를 동사업 운영지가장치용 부품의 신뢰성 향상 의 최종보고서를 동사업 운영지Rubber Bushing )Rubber Bushing )Rubber Bushing )Rubber Bushing )

침 항에 의하여 별첨과 같이 제출합니다침 항에 의하여 별첨과 같이 제출합니다침 항에 의하여 별첨과 같이 제출합니다침 항에 의하여 별첨과 같이 제출합니다18 18 18 18

첨 부 최종보고서 부첨 부 최종보고서 부첨 부 최종보고서 부첨 부 최종보고서 부 10 10 10 10

2006 9 302006 9 302006 9 302006 9 30

주관책임자주관책임자주관책임자주관책임자 권 영 호권 영 호권 영 호권 영 호

주 관 기 관주 관 기 관주 관 기 관주 관 기 관 주 에나인더스트리주 에나인더스트리주 에나인더스트리주 에나인더스트리( )( )( )( )

대표 신 철 수대표 신 철 수대표 신 철 수대표 신 철 수

한국부품소재산업진흥원 귀하한국부품소재산업진흥원 귀하한국부품소재산업진흥원 귀하한국부품소재산업진흥원 귀하

- 3 -

제 출 문제 출 문제 출 문제 출 문

한국부품소재산업진흥원장 귀하한국부품소재산업진흥원장 귀하한국부품소재산업진흥원장 귀하한국부품소재산업진흥원장 귀하

본 보고서를 자동차 현가장치용 부품의 신뢰성 향상 사업기본 보고서를 자동차 현가장치용 부품의 신뢰성 향상 사업기본 보고서를 자동차 현가장치용 부품의 신뢰성 향상 사업기본 보고서를 자동차 현가장치용 부품의 신뢰성 향상 사업기ldquo Rubber Bushing rdquo(ldquo Rubber Bushing rdquo(ldquo Rubber Bushing rdquo(ldquo Rubber Bushing rdquo(

간 과제의 최종보고서로 제출합니다간 과제의 최종보고서로 제출합니다간 과제의 최종보고서로 제출합니다간 과제의 최종보고서로 제출합니다2005 9 1 ~ 2006 831) 2005 9 1 ~ 2006 831) 2005 9 1 ~ 2006 831) 2005 9 1 ~ 2006 831)

2006 9 302006 9 302006 9 302006 9 30

주관기관명주관기관명주관기관명주관기관명 주 에나인더스트리주 에나인더스트리주 에나인더스트리주 에나인더스트리 ( ) ( ) ( ) ( )

주관책임자주관책임자주관책임자주관책임자 권 영 호권 영 호권 영 호권 영 호

연 구 원연 구 원연 구 원연 구 원 윤 신 일윤 신 일윤 신 일윤 신 일

연 구 원연 구 원연 구 원연 구 원 박 종 락박 종 락박 종 락박 종 락

연 구 원연 구 원연 구 원연 구 원 조 현 종조 현 종조 현 종조 현 종

위탁기관명위탁기관명위탁기관명위탁기관명 대구대학교대구대학교대구대학교대구대학교

연 구 원연 구 원연 구 원연 구 원 정 원정 원정 원정 원

연 구 원연 구 원연 구 원연 구 원 정 찬 홍정 찬 홍정 찬 홍정 찬 홍

- 4 -

부품소재 신뢰성기반기술확산사업 보고서 초록부품소재 신뢰성기반기술확산사업 보고서 초록부품소재 신뢰성기반기술확산사업 보고서 초록부품소재 신뢰성기반기술확산사업 보고서 초록

관리번호관리번호관리번호관리번호

사 업 명사 업 명사 업 명사 업 명 자동차 현가장치용 부품의 신뢰성 향상자동차 현가장치용 부품의 신뢰성 향상자동차 현가장치용 부품의 신뢰성 향상자동차 현가장치용 부품의 신뢰성 향상Rubber BushingRubber BushingRubber BushingRubber Bushing

키 워 드키 워 드키 워 드키 워 드 고무 기술 형상설계기술 접착기술 시험기술고무 기술 형상설계기술 접착기술 시험기술고무 기술 형상설계기술 접착기술 시험기술고무 기술 형상설계기술 접착기술 시험기술Compounding Compounding Compounding Compounding

사업목표 및 내용사업목표 및 내용사업목표 및 내용사업목표 및 내용

최종목표최종목표최종목표최종목표1111

본 연구개발의 목표는 수요기업의 요구 성능 대비 내구성은 이상 정특성10

동특성의 성능도 이상 개선을 목표로 한다5~10

신뢰성 저해요인 정밀진단 내용신뢰성 저해요인 정밀진단 내용신뢰성 저해요인 정밀진단 내용신뢰성 저해요인 정밀진단 내용2222

신뢰성확보를 위한 내구성 개선기술 취약-

재료배합 형상설계 공정설계와 관련한 최적 설계 기술 취약-

고장원인 분석 및 신뢰성데이터 분석기술 취약-

고장원인 분석 및 대처결과고장원인 분석 및 대처결과고장원인 분석 및 대처결과고장원인 분석 및 대처결과3333

고무 설계 형상설계 공정설계 기술개발- Compounding

신뢰성관련 요인의 기술적 배치를 위한 실험계획법의 활용기술-

잠재적 고장원인 분석 및 신뢰성 성장관리데이터분석기술 확보-

신뢰성 적용결과 사업전후 정량적 비교신뢰성 적용결과 사업전후 정량적 비교신뢰성 적용결과 사업전후 정량적 비교신뢰성 적용결과 사업전후 정량적 비교4 ( )4 ( )4 ( )4 ( )

내구성은 수요기업 요구수준보다 이상 개선- 15

정적강성 동적강성 비틀림 토크의 이상 개선- 15

기대효과기대효과기대효과기대효과5555

기술적 효과기술적 효과기술적 효과기술적 효과oooo

배합설계 형상설계 공정설계에 대한 설계기술 확보-

실험계획법 활용기술 확보로 최적설계 설계 요소의 기술적 배치가 가능-

잠재적 고장원인 분석 및 신뢰성성장 분석기술 확보-

경제적 효과경제적 효과경제적 효과경제적 효과oooo

수요기업의 요구사양 이상으로 특성관리를 행할 수 있어 경쟁력 우위확보-

기술개발의 표준 정립으로 개발기간을 단축-

신뢰성 데이터의 관리로 글로벌 기업과의 협력관계 수립 및 수출물량의-

획득

활용방안활용방안활용방안활용방안6666

다른 방진제품에 대한 설계 개발 및 신뢰성 관리에 적용가능-

- 5 -

목 차목 차목 차목 차

제 장 서 론제 장 서 론제 장 서 론제 장 서 론1111 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 7777

제 절개요제 절개요제 절개요제 절개요1111 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot7777

제 절 신뢰성향상 지원목표 및 내용제 절 신뢰성향상 지원목표 및 내용제 절 신뢰성향상 지원목표 및 내용제 절 신뢰성향상 지원목표 및 내용2222 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot8888

제 장 신뢰성평가 기준 및 항목제 장 신뢰성평가 기준 및 항목제 장 신뢰성평가 기준 및 항목제 장 신뢰성평가 기준 및 항목2222 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 10101010

제 장 신뢰성향상을 위한 고려요소 및 고장분석제 장 신뢰성향상을 위한 고려요소 및 고장분석제 장 신뢰성향상을 위한 고려요소 및 고장분석제 장 신뢰성향상을 위한 고려요소 및 고장분석3333 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 12121212

제 절 고려 요소제 절 고려 요소제 절 고려 요소제 절 고려 요소1111 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot12121212

제 절 고장분석 자료 해석제 절 고장분석 자료 해석제 절 고장분석 자료 해석제 절 고장분석 자료 해석2222 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot16161616

제 장 재료배합개선제 장 재료배합개선제 장 재료배합개선제 장 재료배합개선4444 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 24242424

제 절 배합의 기본조건제 절 배합의 기본조건제 절 배합의 기본조건제 절 배합의 기본조건1111 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot24242424

제 절 재료배합개선방안제 절 재료배합개선방안제 절 재료배합개선방안제 절 재료배합개선방안2222 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot26262626

제 절 꼭지점계획법에 의한 최적배합조건제 절 꼭지점계획법에 의한 최적배합조건제 절 꼭지점계획법에 의한 최적배합조건제 절 꼭지점계획법에 의한 최적배합조건3333 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot33333333

제 장 형상개선제 장 형상개선제 장 형상개선제 장 형상개선5555 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 47474747

제 절 외철의 스웨징 율 변화에 의한 개선제 절 외철의 스웨징 율 변화에 의한 개선제 절 외철의 스웨징 율 변화에 의한 개선제 절 외철의 스웨징 율 변화에 의한 개선1111 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot47474747

제 절 내철의 구배변화에 의한 개선제 절 내철의 구배변화에 의한 개선제 절 내철의 구배변화에 의한 개선제 절 내철의 구배변화에 의한 개선2222 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot49494949

제 장 도포공정개선제 장 도포공정개선제 장 도포공정개선제 장 도포공정개선6666 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 52525252

제 장 최적수준 결정을 위한 파라미터 설계제 장 최적수준 결정을 위한 파라미터 설계제 장 최적수준 결정을 위한 파라미터 설계제 장 최적수준 결정을 위한 파라미터 설계7777 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 61616161

제 절 실험계획법에 의한 유의인자 결정제 절 실험계획법에 의한 유의인자 결정제 절 실험계획법에 의한 유의인자 결정제 절 실험계획법에 의한 유의인자 결정1111 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot61616161

제 절 시험데이터의 해석제 절 시험데이터의 해석제 절 시험데이터의 해석제 절 시험데이터의 해석2222 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot64646464

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제 장 부품의 신뢰성성장관리제 장 부품의 신뢰성성장관리제 장 부품의 신뢰성성장관리제 장 부품의 신뢰성성장관리8888 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 76767676

제 절 신뢰성성장관리제 절 신뢰성성장관리제 절 신뢰성성장관리제 절 신뢰성성장관리1111 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot76767676

제 절 신뢰성성장 데이터분석제 절 신뢰성성장 데이터분석제 절 신뢰성성장 데이터분석제 절 신뢰성성장 데이터분석2222 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot83838383

제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론9999 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 87878787

참고문헌참고문헌참고문헌참고문헌[ ][ ][ ][ ] middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot90909090

부록 시험장비부록 시험장비부록 시험장비부록 시험장비 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot91919191

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제 장 서 론제 장 서 론제 장 서 론제 장 서 론1111

제 절 개요제 절 개요제 절 개요제 절 개요1111

자동차의 현가장치는 주행 중 노면에서 받는 충격이나 진동을 완화시키는 부분

으로서 스프링 쇽업소버 고무부싱 과 컨트롤암등의 요소로 구성 (Rubber bushing)

되어 있으며 여러 형식에 따른 차체 고정 장치나 횡 방향 또는 길이방향의 힘을

지지하는 링크 등으로 이루어져 있다 이 중 고무부싱의 내구성이 약하면 콘트롤

암 에서의 이탈사고나 차량의 떨림 소음으로 인한 고객 불만이 발생(Control arm)

하게 된다 따라서 국내외 시장에서의 경쟁력 향상을 위해 고무부싱에 대한 내구

성 정특성 동특성의 개선을 위한 기술의 개발이 요구되고 있다

그림 자동차 현가장치[ 11]

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그림 고무부싱과 콘트롤암[ 12]

제 절 신뢰성향상 지원목표 및 내용제 절 신뢰성향상 지원목표 및 내용제 절 신뢰성향상 지원목표 및 내용제 절 신뢰성향상 지원목표 및 내용2222

최종목표최종목표최종목표최종목표1111

현재 개발 중인 현가장치용 고무부싱 시제품 에 대한 내구성능은 수요(Prototype)

기업의 시험사양 기준 으로 최고부하 의 경우(Delphi 22204309) (Maximum load)

정상부하 의 경우 의 수준을 요구하고20000 Cycle (Nominal load) 150000 Cycle

있다 본 연구개발의 목표는 해외에서의 경쟁력을 확보하기 위하여 시험 사양 기준

으로 최고부하의 경우는 정상부하의 경우는 로의 성22000 Cycle 170000 Cycle

능향상을 목표로 한다 또한 그 외 정특성 동특성의 성능도 고객사에서 요구하는

현재수준의 이상 개선을 목표로 한다5~10

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지원내용지원내용지원내용지원내용2222

자동차 신 모델을 개발하는 경우 고무부싱의 시제품은 실차에 적용하여 평가하

고 있으며 시험은 진동에 대한 반응 수직 충격 흡수 과속 방지 턱에 대한 진동흡

수 등에 대하여 종합적으로 평가한다

따라서 고객이 요구하는 품질수준을 만족하기 위해서는 고무배합기술 형상설

계기술 접착공정기술 등에 대한 설계심사 와 설계 단계별 고장모드 (Design review)

분석 실험계획법 수명예측 시험 및 시뮬레이션 평가에 따른 수명한계의 정의를 명

확히 하여 장기내구신뢰성에 대한 보증대책이 절실히 필요한 실정이다

신뢰성을 향상시키기 위해 다음과 같은 내용의 지원을 행한다

고무 배합설계 형상설계 접착기술에 대하여 해당요인의 기술적 배치를 위한-

실험계획법의 활용기술 제공

특성데이터의 화를 통한 기술개발의 표준정립- DB

잠재적 고장원인 분석방법 기술 제공-

신뢰성시험장비 및 고장분석 장비 활용 방법 및 데이터분석기술 제공-

- 10 -

제 장 신뢰성평가 기준 및 항목제 장 신뢰성평가 기준 및 항목제 장 신뢰성평가 기준 및 항목제 장 신뢰성평가 기준 및 항목2222

차량이 주행하면서 노면의 요철이나 돌기부위를 타고 넘어갈 때에는 현가장치에

상하방향의 충격력뿐만 아니라 전후방향으로도 충격력이 작용하여 승차감 및 하시

니스 현상을 악화시킨다 현가장치 부싱류의 스프링정수 값이 낮을수록(Harshness)

차량의 승차감이 좋아지지만 조정 안정성이 악화되고 시미 가 발생하는 (Shimmy)

등의 상반적인 특성이 있다 그러므로 노면 충격에 대해서는 현가장치의 유연성을

부드럽게 설계하고 차량의 좌우방향에 대해서는 강하게 딱딱하게 설계하는 세밀한 ( )

조정이 요구된다

일반적으로 정강성을 동강성을 로 표현하며 동강성과 정강성 간의 비율ks kd

을 동배율이라 한다 동배율이 낮을수록 차량의 실내소음에는 유리한 경향을(kdks)

갖는다

본 연구개발에서는 의GMUTS(General Motors Uniform Test Specification) Test

을 실행하여 내구성을 목표 사이클 이상으로 개선하고 고객사에서 요구하는 정Run

특성과 동특성 비틀림 토크를 개선항목으로 선정하여 제품의 품질 및 신뢰성 향상

을 진행하였다

고객사의 요구 수준 에 따르면(Delphi Test Specification 22204309) Tension

와 가 동시에 일 때Compress Alternating Torsion Stress Max Load 20000 Cycle

일 때 을 요구한다 본 프로젝트의 경우 해외부품메이Normal Loads 150000 Cycle

커들에 대한 경쟁력을 확보하기 위하여 기본 요구 수준을 넘어 향상된 제5~10

품신뢰성을 확보를 목표로 하고 있다

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표 평가항목 및 목표[ 21]

본 연구를 위한 대상 부품은 제안당시는 모델이었으나 수요기업 의DA-7 (Delphi)

필요성에 따라 모델로 연구대상을 변경하게 되었다 고무부싱으로서의 기능DA-2

은 동일하나 그림 과 같이 형상의 차이가 있으며 평가항목별 목표수준도 다[ 21]

르다

그림 대상품의 변경[ 21]

- 12 -

제 장 신뢰성향상을 위한 고려요소 및 고장분석제 장 신뢰성향상을 위한 고려요소 및 고장분석제 장 신뢰성향상을 위한 고려요소 및 고장분석제 장 신뢰성향상을 위한 고려요소 및 고장분석3333

제 절 고려 요소제 절 고려 요소제 절 고려 요소제 절 고려 요소1111

고무부싱에 대한 고객의 요구조건 만족과 성능향상을 위한 방안은 크게 세 가지

로 분류할 수 있다

첫째는 재료배합개선으로 고무의 특성을 개선하여 성능을 향상시키는 방안이며

둘째는 처럼 고무의 양이 적은 경우 허용하는 범위 내에서의 형상 변화를 통DA-2

한 성능향상 방안이며

셋째는 도포공정을 포함한 공정개선에 의한 방법이다

그림 은 부싱의 성능향상을 위한 개선방안을 나타내고 있다[ 31]

그림 성능향상을 위한 개선방안[ 31]

재료배합재료배합재료배합재료배합1111

고무의 배합 은 황화제 촉진제 가공제 유기산 금속산화제 노화(compounding)

방지제 보강제 충진제 등으로 기초배합을 설정한 후 인장강도와

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신장율 경도 반발탄성 인열강도 인장응력 노화 후 물리적 현상 등을 고려하여

배합 설계를 하게 된다 특히 고무 제품의 경도를 높이기 위한 보강성과 경도가 높

으므로 잘 마모되지 않는 내마모성과 관련하여 카본블랙 을 사용하(Carbon Black)

며 고무제품의 특성을 결정하는 중요한 부분이다 사용 중인 카본블랙은

의 분류 방법에 의해 표 과 같이 구ASTM(American Standard Test Method) [ 31]

분된다

표 카본블랙의 분류[ 31]

ASTM CODE 일 반 명 칭 입자경( )

N110 초내마모성SAF (Super Abrasion Furnace ) 11-19

N220ISAF (Intermediate Super Abrasion Furnace

준초내마모성)20-25

N330 고내마모성HAF (High Abrasion Furnace ) 26-30

N440 초전도성XCF (Extra Conductive Furnace ) 31-39

N550 양압출성FEF (Fast Extruding Furnace ) 40-48

N660 범용성GPF (General Purpose Furnace ) 49-60

N774 중보강성SRF (Semi Reinforcing Furnace ) 61-100

N880 미립열분해FT (Fine Thermal ) 101-200

N990 중립열분해MT (Medium Thermal ) 201-500

카본블랙은 요오드가 와 광흡수도 가 높을수록 입자경은 작고(Iodine number) (Tint)

흡수율 이 클수록 구조가 발달되어 있다DBP(Di-dutyl phthalate) (Oil absorption)

카본블랙은 입자경이 작고 고무와 결합하는 표면적이 클수록 고무의 경도

와 내마모성 등의 물성을 보강하는 능력이 크다 그(Hardness) (abrasion resistant)

러나 경도와 탄성 은 반비례이므로 탄성은 오히려 감소하게 된다 또한(Elasticity)

작은 입자경은 탄성체 의 항복점 을 연장하는데(Elastomer) (Micro-Brownian motion)

탁월하다 탄성체는 항복점 이후

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에 탄성의 성질을 잃어버리고 소성을 띠게 되는데 카본블랙은 이러한 고무의 물성

을 조정하는 중요한 인자이다

형상설계형상설계형상설계형상설계2222

자동차 모델에 따라 수요기업에서 의 외형형상에 대한 기본 설계를 제공Bushing

하지만 철과의 접촉부분 등 세부설계는 제조업체에서 실시하여야 한다 따라서 각

부분의 세부적 모양이나 각도에 따라 고무 철의 재료량에 영향을 미치며 이는 결

국 내구성 등 특성 치에도 영향을 미치게 된다

결정하여야 할 주요 요소로는 내철 구배각도 외철 접착(Inner pipe) (Outer pipe)

부분 등이다 이밖에 외경크기의 산포에 따라 내구성에 영향을 미칠 수 있으며 이

는 품질관리 활동에 의해 사이징 공정에서 최종규격을 맞추게 된다(Sizing)

공정설계공정설계공정설계공정설계3333

재료설계와 함께 부품의 내구성 정특성 동특성을 결정하는 주요공정은 철과 고

무를 접착시키는 접착제 도포 공정과 가류 가황 공정이다( )

가 가류공정가 가류공정가 가류공정가 가류공정

고무분자의 공유결합을 유도하여 기계적 강도를 높이는 작업이다 가황 또는

가류라고 하며 생고무에 유황 같은 가황제를 가하여 고무 분자 간에 결합을 강하게

하고 탄성 인장강도 등을 증가시킨다 가황고무의 가장 큰 특징은 탄성이 커지는

것이며 노화 가 더디고 변형 시에도 체적변화가 크지 않다는 것이다 중요한 ( ) 老化

관리 항목으로서는 가류온도 금형 쳄버 스쿠류 가류시간 가류압력 등이며 공정( )

설계에 따라 특성에

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중요한 영향을 미친다

나 접착제도포공정나 접착제도포공정나 접착제도포공정나 접착제도포공정

접착강도는 시험방법 접착방법 시험시의 조건 시편의 기하학에 따라 다르게 나

타난다 도포방법으로는 침지법 붓칠법 롤 코팅법 (Dipping) (Brushing) (Roll

스프레이법 그리고 덤브링법 이 있다Coating) (Air Spray) (Tumbling)

프라이머 는 피착제 표면과의 친화성이나 접착제와의 상용성이 뛰어나지(primer)

않으면 안되고 동시에 접착 저해물과의 상용성도 높아야 한다 또 프라이머 중의

유효성분 쪽이 피착제 표면에 흡착되어 있는 저해성분 보다 피착제에 의하여 안정

하게 흡착 되어 있는 것이 중요하다 따라서 프라이머는 충분한 교반(Adsorption)

균일하고 엷은 도포 그리고 완전한 건조가 이루어 져야 한다

고무를 강력하게 접착시키기 위해서는 접착제가 적당히 고무 중으로 확산 된 후

에 고무와의 사이에서 상호 확산과 가교반응을 일으킬 필요가 있다 따라서 고무와

상용성이 있는 적절한 접착제 선정이 필수이며 충분한 교반 점도 조절에 의한 균

일한 도포 적당한 두께 완전한 건조 온도와 시간 가 이루어져야 한다 ( )

- 16 -

제 절 고장분석 자료 해석제 절 고장분석 자료 해석제 절 고장분석 자료 해석제 절 고장분석 자료 해석2222

설계설계설계설계1 FMEA1 FMEA1 FMEA1 FMEA

설계 는 설계 단계에서 발생하는 위험FMEA(Failure Mode and Effect Analysis )

성을 발견하기 위한 것으로 잠재적인 결함을 확인 한 후 그 영향의 심각성을 평가

하고 중점 관리 항목과 잠재적 설계 결함에 대응하기 위한 것으로 설계상의 문제

점들을 검증하고 효율적 설계개선을 행할 수 있도록 해준다 설계에 대한 잠재고장

모드의 리스트 중요 관리 특성 리스트 고장모드의 원인 제거나 발생률 감소를 위

한 설계활동 리스트 등이 그 결과물이 된다 에 대한 설계 는 표 DA-2 FMEA [ 32]

에 열람하였다

본 제품의 설계 에서는 아래 항목들에 대해 중점적으로 고려하였다FMEA

과다한 진동과 소음 형상 및 재료설계 오류로 인한 정특성 동특성 값의 불1) -

만족

내구성 문제 내철 외철의 파손 철 고무의 접착 불량 고무의 미가류 과가류2) -

외관 불량 내철 외철의 부식 미가류 과가류로 인한 고무의 이상 형태 고무3) -

버 나 살 로 인한 외관 불량 형태(burr) (flesh)

- 17 -

표 설계[ 32] FMEA

- 18 -

- 19 -

공정공정공정공정2 FMEA2 FMEA2 FMEA2 FMEA

공정 은 제품생산 공정에서 발생할 수 있는 잠재적인 문제점 또는 위험성FMEA

을 발굴하여 효과적으로 대응하기 위한 분석 기법으로 제품의 중대사고 발생 예방

으로 고객의 불만을 방지할 수 있으며 결함의 영향을 제거 또는 감소를 위한 부분

별 대책 수립의 근거가 되며 생산 문제점 검증을 통한 효율을 제고할 수 있다 공

정상의 잠재고장 모드와 그 영향을 검토 할 수 있으며 엔지니어들이 불량발생을 낮

추거나 불량 탐지 능력을 증대시킬 수 있는 관리 수단 또는 방법에 초점을 맞출 수

있도록 공정결함을 규명할 수 있다 공정에 대한 잠재고장 모드의 리스트 중요 관

리 특성 리스트 고장 모드의 원인 제거나 발생률 감소를 위한 공정 활동 리스트

들 결과물을 얻을 수 있다

표 에 보여준 의 공정 에서는 특히 아래 관련 항목들이 내구성 향[ 33] DA-2 FMEA

상과 품질개선을 위하여 중점적으로 검토되었다

접착제 도포 공정 의 점도관리체계에 의한 접착제 도포두께 관1) Zahn Cup No2

리상태 불량 건조상태에서 발생할 수 있는 접착제의 이상적 화학반응 및 건조상태

등

가류공정 고무와 내철 외철류의 이상적인 화학반응으로 인한 불량 접착상태2)

사출 성형후 고무의 갈라짐 흠집 등에 의한 외관 불량상태

시험 검사 공정 내구사양의 불만족상태 동특성 정특성 값의 사양 불만족상태3)

고무와 내 외철의 고무접착강도 불만족상태 등을 고려함

- 20 -

표 공정[ 33] FMEA

- 21 -

- 22 -

- 23 -

- 24 -

제 장 재료배합개선제 장 재료배합개선제 장 재료배합개선제 장 재료배합개선4444

제 절 배합의 기본 조건제 절 배합의 기본 조건제 절 배합의 기본 조건제 절 배합의 기본 조건1111

방진 고무부품을 만들려면 다음의 가지 공정을 거친다3

배합공정 사용목적에 따라 원료고무를 선택하고 배합약품의 종류와 양을 결middot

정하는 공정

가공공정 정해진 배합에 따라서 고무와 배합약품을 섞고 혼련 일정한 두께middot ( )

의 고무 시트를 제조하고 만들고자 하는 모양으로 절단하는 공정

가황공정 만들고자하는 모양으로 절단한 미가황 고무에 고무 탄성을 갖게middot

하고 물성을 개선하는 공정

이들 중 배합은 가공공정 가황공정 및 만들어진 제품 성능에 절대적인 영항을 미

치므로 배합설계자는 배합설계 를 할 때 다음의 가지 점(Compounding design) 3

에 균형을 잘 조화 시켜야 한다(3P)

최종 제품의 요구물성을 충족시킬 것middot (Property)

가공이 쉬울 것middot (Processing)

부피 당 배합단가가 적정할 것middot (Price)

또한 이와 같은 조건을 충족시키는 배합설계를 하기 위해서 배합설계자는 배합

의 목적 배합에 사용되는 원료고무와 각종 배합제의 성질 배합의 기초 배합단가

제품이 만들어 질 때까지의 작업 및 설비 등을 주지해야 한다

배합에는 원재료의 시험이나 평가를 목적으로 하는 배합과 공장에서 제품을 만들

기 위한 배합으로 나룰 수 있다

원재료의 시험이나 평가를 목적으로 하는 배합은 원재료의 대체나 품질

- 25 -

확인을 위한 기초 배합과 새로운 원재료가 개발됐을 때 이곳에 대한 실제적인 용도

개발을 위한 시험 또는 연구배합이 있다 개발을 위한 시험 또는 연구배합에서는

기초적인 성상을 구하는 배합으로부터 실용화에 대비한 응용배합에 이르기 까지를

검토의 대상으로 하기도 한다

제품을 생산하기 위한 목적으로서의 배합이란 종래에 없었던 새로운 요구가 있

었을 때 종래 사용하던 원재료를 써서 그 목적에 알맞은 배합을 결정하여 공장에

서의 실제 생산에 투입하는 경우를 뜻한다

고무 부싱과 엔진마운트와 같은 방진을 목적으로 하는 고무제품의 재료를 보면

등의 계의 고무가 적합하다는 게 일반적인 고무업체의 정설이NR SBR BR Diene

다 하지만 목적에 맞게 고무의 원재료를 선택하여야 한다 결국 방진이라는 기능의

고무 특성을 만족하기 위해서는 가교라는 차원 구조의 밀도를 요구하고 있다는 것3

을 알 수 있다

일반적인 방진고무의 요구특성으로는 다음과 같은 조건을 만족하여야 한다

첫째 파단 특성을 만족하여야 한다 즉 분자들과의 높은 응집력과 와의 높 Filler

은 친화성으로 응력을 분산시키는 구조로 이루어져야하는 조건을 만족하여야 하며

둘째 특성을 만족하여야 한다 에 대한 조건을 만족시키기 위해서 Creep Creep

는 고무의 분자 회전성이 높고 응집에너지가 낮을수록 좋다

셋째 내열성 및 내열 산화성에 대한 조건을 만족하여야 한다 이것은 일반적으로

기계적인 모든 성질은 온도의 의존성이 낮을수록 바람직하다고 할 수 있다 이에

방진목적의 고무도 이 같은 성질을 만족하여야 한다

- 26 -

넷째 일반적인 방진 제품은 고무만의 단독 현상으로는 그 형태를 유지하기 힘들

며 금속과의 결합을 통하여 그 방진특성을 만족하여야 한다 이에 방진고무의 기본

적인 성질은 금속과 접착성이 좋아야 한다는 조건을 만족하여야 한다

다섯째는 감쇄계수에 대한 부분으로 감쇄계수가 크고 온도의존성이나 주파수 의

존성이 좋아야 한다 일반적으로 은 감쇄가 적고 소변형에서 대변형에 이르기까 NR

지 선형의 복원을 하며 주파수에 의존하지 않은 특성을 가지고 있으므로 방진고무

로 적합하다고 할 수 있다

여섯째 탄성율에 관한 내용으로 일반적으로 방진 고무의 탄성율은 온도 및 진폭

의존성이 낮은 쪽이 좋게 된다

마지막으로는 정적강성과 동적 강성의 비로 표현되는 동배율에 유의해야 한다

일반적으로 방진고무의 감쇄 특성을 고려하면 동배율이 높은 것이 유리하지만 동적

특성의 온도의존성 변형율 동적 변형율에 의한 발열 및 내피로특성을 보면 저동배

율 쪽이 유리하다

제 절 재료배합 개선방안제 절 재료배합 개선방안제 절 재료배합 개선방안제 절 재료배합 개선방안2222

원재료 및 배합제의 개선원재료 및 배합제의 개선원재료 및 배합제의 개선원재료 및 배합제의 개선1111

고무부싱 제품의 경우 그 기능상의 요구로 인하여 주로 계열의 천연고무를NR

원재료로 사용한다 본 연구에서도 계열의 천연고무를 원재료로 하고 요구 특성 NR

의 개선을 위해 배합제의 선정을 대해 연구하였다 일반적으로 천연고무 및 합성고

무에 적용되어지는 배합제는 가황속도 조절 가공의 원활화 품질특성 개선 그리고

특수 성능 등의 목적으로 사용되어

- 27 -

진다 배합제의 종류로는 가공조제 연화제 유기가황제 가황촉진제 노화방지제

등으로 나눌 수 있다

요구 경도의 결정은 함량을 조절하여 설계하였으며 품질특성을 향상 시Carbon

킬 수 있는 재료를 연구한 결과 미세 으Caron Carbon Black(MAF FEF GRADE)

로 물성을 향상 시킬 수 있도록 하였다 특성에 큰 영항을 주는 배합제의 경우 그

용도에 따라 많은 종류를 인자로 적용할 수 있지만 많은 인자로 인하여 발생하는

비용적 시간적 손실을 최소화하기 위해 본 연구에서는 원재료와 함량을 Carbon

고정한 후 촉진제 종류와 가황제의 양을 조절하는 방식으로 배합제에 대한 최적의2

조합을 선택하는 방법으로 접근하였다

내구성 향상을 위한 방안내구성 향상을 위한 방안내구성 향상을 위한 방안내구성 향상을 위한 방안2222

내구성을 향상시키기 위한 일반적인 방법은 경도를 향상시키는 것인데 경도를

높이는 방법만으로는 다른 특성 즉 정 동특성을 동시에 만족시킬 수 없는 어려움이-

있다 이에 본 연구에서는 방진용 제품이 요구하는 정 동특성과 내구성을 Bushing -

동시에 향상 시킬 수 있는 방안을 모색하기 위하여 촉진제와 가황제를 이용하여 최

적을 배합설계를 이루고자 하였다

내구성을 향상시키기 위한 방법으로 보통 량의 조절을 통한 경도 조절법Carbon

을 이용하게 되는데 본 연구에서 적용한 은 미세 Carbon Carbon Black(MAF FEF

으로 인장강도 및 경도 인장응력을 증대하는 효과를 얻고자 하였다 이러GRADE)

한 미세 의 적용과 동시에 보강제의 분산 및 흐름성 개선을 위하여Carbon Black

가공조제를 개선하여 적용하였다

가교시스템의 향상 방안가교시스템의 향상 방안가교시스템의 향상 방안가교시스템의 향상 방안3333

가황반응 고분자 주쇄간 가교결합을 통한 차원 망상구조를 형성하(Vulcanization) 3

여 고분자 화합물의 복원력 탄성 특성 및 기타 요구물성을

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증가시킨다 다양한 가교결합 형태 중 방진고무산업에서 많이 이용되고 있는 가교

결합은 을 도입한Polysulfide (-C-Sx-C- x=1~4) Conventional CV(Vulcanization)

계를 많이 사용한다 여기서 사용되고 있는 인 천연고무 Polymer (Natural Rubber

의 배합에 있어 가교 또는 가류형태의 변화에 따라 물성 및 특성의 변화가 있NR)

음을 알 수 있다 즉 가교형태 변화에 따른 유사한 특성을 나타내는 Stress-Strain

조건하에서 공정특성 및 전반적인 물성에 영향을 미침을 알 수 있다 의 기 Polymer

본 배합에서 촉진제나 황 공여체 증가에 따라 가류 유도시간(Sulfur Donor)

은 길어지나 가류속도는 빨라진다 특히 고온 가류 시 과 가류(Induction time)

에 의한 물성하락을 방지하기 위해 열 안정성이 우수한(Overcure) EV(Efficient

계를 사용하는 것이 근래에 소개되고 있다 고분자의 물성은 가교형Vulcanization)

태뿐 아니라 가교밀도에 크게 의존한다 가교계 변화에 따른 인장강도의 영향은 매

우 적은 반면 신장율은 계에서 로 같수록 감소CV(Conventional Vulcanization) EV

하는 경향이 있다

이란 가류시간의 지연 또는 과가류로 인한 고무 물성의 저하를 말한Reversion

다 이러한 현상은 제품의 외면이 과도한 열에 노출될 수 있다 다중황공유 결합의

열적노화현상이 발생하며 가교형태가 다중황 결합에서 단일황(Polysulfidic)

결합으로 바뀌게 되며 밀도가 현저하게 저하되고 환상형 씨오알켄(Monosulfidic)

과 씨오알칸 구조로 바뀌게 된다 결과적으로 재료의 물성(Thioalkene) (Thioalkane)

과 기계적 성질이 떨어지게 된다

이 발생하는 시간을 가교형태에 따라 비교하여 보면Reversion CV lt Semi-CV lt

으로 알려져 있으며 시스템에서는 촉진제 종류에 따라서 인장과 신율의 물EV EV

성에 하락 없이도 공정 안정성 특성이 매우 우수하다 이 Anti-Reversion

으로 인해서 물성과 기계적 성질을 향상시킬 수 있으며 황공여체 사Anti-Reversion

용 또는 계로 가교형태를 전환함으EV

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로써 가능하다 이로써 가교의 다중황결합 을 줄이고 단일 또는 이중황 결 (S3~S8)

합으로 내열성 및 결합의 안정성을 증가시킬 수 있다 이러한 과정에서 공정설계상

계보다 더 낮은 가류온도와 더 길어진 가류시간이 필요하게 된다 이러한 계CV EV

에서는 정도의 황과 계에 비해서 다소 많은 양의 촉진제를 사용하02~05 phr CV

게 된다 여기에 근거하여 혼합물성분의 한계 표 표 에 나타난 황과 촉 ([ 42] [ 44])

진제 양의 범위를 정하였다

발생 시간의 효율적인 제어를 위하여 본 연구에서는 적절한 촉진제의Reversion

배합량을 조절하여 방진제품에서 요구하는 특성을 만족하는 조건을 선정하고자 하

였다 그림 은 의 예를 보여준다 [ 41] Reversion

그림 의 예[ 41] Reversion

본 연구에서는 인장 내열 강도의 증가와 동 정특성 내구성 증가를 위한 가교 시- -

스템의 향상 방안으로 황량을 조절하여 Convension Type(Efficient Vulcanization

을 통하여 결합력을 증대시켰으며 촉진제를 조절하여 가- CURE STIES-CC-C)

교효율을 증대하였다 또한 가황 조건에 변화가 적은 배합설계를 하여 향상된 적정

가황이 될 수 있도록

- 30 -

하였으며 를 정립화하여 최적의 적정 가황 포인트를 찾아 인장이 최CURE-STUDY

적일 때 내구성이 최적이고 가황제품과 시편을 동시에 함으로 시편과CURE-STUDY

제품의 상의성을 방지할 수 있었다

자동차업계에서는 일반적으로 고가의 폴리머를 선호하지만 본 연구를 통하여 가

격이 낮은 폴리머로도 성능향상이 가능하다는 것을 입증하였고 향후 타 아이템에도

연계 적용함으로 새로운 배합설계를 구축하였다

실험계획법의 적용실험계획법의 적용실험계획법의 적용실험계획법의 적용4444

기존의 개발 진행 방식은 경험에 의한 시행착오 접근 방법을 사(Trial and Error)

용하여 성능향상을 도모하였으나 본 연구에서는 배합물설계에 위한 실험계획법

기술을 적용하여 이론적으로 최적의 배합설계를 이(DOE Design of Experiment)

룰 수 있는 방법을 연구하였다

일반적인 고무제품의 배합은 많이 알려져 있지만 특성 향상을 위한 방안이나 그

배합에 대한 신뢰성에는 많은 의문점이 제기 되는 게 현실이다 본 연구에서는 요

구특성을 만족시키기 위하여 선정된 촉진제의 배합조건의 최적화를 실현하기 위하

여 실험계획법의 꼭지점계획법을 이용하여 그 효율성을 검증하고자 하였다 배합의

경우 어느 독립적인 인자의 선정으로는 그 효과를 극대화 시킬 수 없는 특성이 있

는데 본 연구에서는 선정된 촉진제 및 폴리머의 조건 하에서 최적의 배합 조건을

찾아보고자 하였다

재료배합설계의 개선을 위한 방안을 정리하면 표 과 같다[ 41]

- 31 -

표 내구성 및 정 동특성 동반향상을 위한 개선방안[ 41] -

항 목항 목항 목항 목 기존 방안기존 방안기존 방안기존 방안 제안된 개선 방안제안된 개선 방안제안된 개선 방안제안된 개선 방안

배합 설계 방안

경험적 배합 설계

고 배합설계COST

국내수급재료사용

실험적 분석기법 도입

저 배합설계COST

해외재료수입

내구성 향상

량 변경Carbon

용도별 적정 적용Carbon

정동특성 향상 방안을 동시==gt

고려

경험적 수치의 가황제 량 선정

가교 시스템 향상 방안을 고려한

가황제 량 선정

(EV - CURE)

결합력 증대==gt

경험적 수치에 의한 촉진제 량

선정 경도별 선정 미비( )

가교 효율을 반영한 촉진제 량의

선정

적정한 가황 포인트 파악을 위한(

실시Cure Study )

정 동특성 향상-

정특성 향상 방안 경도 증가

동특성 향상 방안 경도 하락

두 특성을 만족시키기 위한==gt

경험적 수치의 경도 선정

데이터베이스를 활용한 배합설계

정 동특성을 동시에 만족할 수-

있는 배합제 적용

분산 및 흐름성 개선==gt

형상개선과 동시 고려==gt

- 32 -

표 는 지원 전 배합비율과 특성별 성능수준을 나타낸다[ 42]

표 지원 전 성능수준[ 42]

- 33 -

제 절 꼭지점계획법에 의한 최적배합조건제 절 꼭지점계획법에 의한 최적배합조건제 절 꼭지점계획법에 의한 최적배합조건제 절 꼭지점계획법에 의한 최적배합조건3333

재료설계에 적용되는 실험계획은 혼합물 배합에 관한 실험계획으로서 몇(Mixture)

개 성분의 혼합물 중 어떠한 성분이 품질의 특성에 유의한 영향을 미치는지를 분석

하여 반응을 최대로 만드는 최적혼합비율을 찾고자 하는 실험계획이다

혼합물실험에 적용되는 실험계획으로는 심플렉스 격자형배열법 심플렉스 중심배열

법 꼭지점 계획법 등을 주로 적용한다 본 실험에서는 심플렉스의 전 영역이 아니

라 제한된 영역에서 실험을 하고자 하므로 꼭지점계획법(Extreme vertice design)

을 적용하였다

고무부싱의 재료배합에서는 개의 성분재료가 있고 이들을 어떤 비율로 배합하는

것이 품질특성치를 가장 좋게 하는가를 찾는다 성분의 혼합에 있어서 를 번째

성분의 혼합비율이라고 하면 다음과 같은 관계식을 만족시켜야 한다

이러한 경우는 일반적 실험계획법처럼 심플렉스의 모든 영역에 실험이 배치되는 것

이 아니고 제한된 영역에서만 실험을 하는 경우이다 즉 각 인자 가 (Factor) 0 le

의 모든 값을 취할 수 있는 것이 아니라 제한된 구간1le

안에서만 값을 취한다 이와 같은 경우는 경제적인 이유나 또는 실험 전에 인자들

의 성질에 대하여 상당한 정보가 있는 경우이다 위의 식과 같은 인자의 구간이 설

정되면 실험가능영역은 심플렉스 상의 좁은 영역이 된다

- 34 -

과 은 제한된 실험영역에 대한 실험계획법으로 꼭지점 계획법Mclean Anderson

을 제안하였다 이 계획법은 제한된 영역이 가지는 모든(extreme vertices design)

꼭지점과 이 꼭지점들의 선형조합으로 이루어지는 몇 개의 점을 적절히 선택하는

실험계획법이다 만약 개의 혼합성분이 사용되는 경우 실험영역을 그림으로 그리 4

면 그림 와 같이 사면체 속에 위치하는 면체가 된다 과 은[ 42] 6 Mclean Anderson

이 면체의 꼭지점과 중심점을 실험점으로 선택하는 방법에 대한 예제를 제시하고6

있다

그림 개의 혼합성분에 대한 꼭지점계획법[ 42] 4

고무부싱의 재료설계 시 혼합물은 고무 카본 및 배합원료로서 황화제 촉진제

가공제 유기산 금속산화제 노화방지제 보강제 충진제 등을 사용한다

재료 배합 실험은 경도별로 나누어 실행되었으며 표 은 경도 도 오차범[ 43] 48 (

위 plusmn 도 에 대한 혼합물성분의 한계이다 에 성분의 한계를 입력한 결과2 ) MINITAB

네 가지 성분에 대하여 표 와 같은 총 회의 실[ 44] 17

- 35 -

험점이 생성되었다 실행 의 경우 의 성분을 1 A B C D 09807 00068 00011

의 비율로 섞어서 실험하라는 의미이다00114

표 혼합물 성분의 한계[ 43] (48Hs)

성분 하한 상한

A 외 기타Polymer 09774 09807

B 촉진제1 00068 00085

C 촉진제2 00011 00022

D Sulfur 00114 00119

표 꼭지점계획법에 의한 실험설계와 결과데이터[ 44] (48Hs)

을 활용한 혼합물 설계 데이터분석 결과는 표 표 과 같다MINITAB [ 45][ 46] 17

회의 실험점에 대한 데이터분석 결과 각 실험 점에서의 적합추정치와 신뢰구 95

간을 구할 수 있었다

- 36 -

표 을 보면 실험점 에 의한 배합조건으로는 신뢰구간으로[ 45] 14 95

의 내구성이 나타난다 에서는 각 성142322cycle ~ 146166cycle Nominal Load

분에 대한 제한조건을 만족시키면서 내구성을 최대로 하는 처리조건은 인자의 네

가지 성분 즉 외 에 대한 배합 비율이 Polymer Acc1 Acc2 Sulfur 097740

이었다 그리고 이 처리조건에서 예상되는 내구성은00085 00022 00119

에 도달할 것으로 추정되었다146943cycle

에서는 인자의 네 가지 성분의 배합비율이 와 마찬Maximum Load Nominal Load

가지로 이었다 그리고 이 처리 조건에서 예상되는09774 00085 00022 00119

내구성 추정치는 이었다18917cycle

표 데이터분석 결과[ 45] (48Hs Nominal Load)

에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응Dura(Nom)Dura(Nom)Dura(Nom)Dura(Nom)

- 37 -

반응 최적화 모수반응 최적화 모수반응 최적화 모수반응 최적화 모수

글로벌 솔루션글로벌 솔루션글로벌 솔루션글로벌 솔루션

예측 반응예측 반응예측 반응예측 반응

Dura(Nom) = 146943

- 38 -

표 데이터분석 결과[ 46] (48Hs Maximum Load)

에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응Dura(max)Dura(max)Dura(max)Dura(max)

반응 최적화 모수반응 최적화 모수반응 최적화 모수반응 최적화 모수

글로벌 솔루션글로벌 솔루션글로벌 솔루션글로벌 솔루션

외Polymer = 09774

- 39 -

Acc1 = 00085

Acc2 = 00022

Sulfur = 00119

예측 반응

Duro(max) = 189171

경도 도 오차범위 도 에 대한 혼합물성분의 한계와 에 의한 실험50 ( plusmn 2 ) MINITAB

점은 표 표 과 같다[ 47] [ 48]

표 혼합물 성분의 한계[ 47] (50Hs)

- 40 -

표 실험계획의 결과[ 48] (50Hs)

경도 도에 대한 혼합물 설계 데이터분석 결과는 표 표 과 같다50 [ 49][ 410] 17

개 실험 점에서의 적합추정치와 신뢰구간은 예측반응에 잘 나타나 있다95

에서는 각 성분에 대한 제한조건을 만족시키면서 내구성을 최대로Nominal Load

하는 처리조건은 외 기타 의 각 성분에 대하여 배합비Polymer Acc1 Acc2 Sulfur

율이 이고 이 처리조건에서 예상되는 내구성은09687 00088 00025 00200

에 도달할 것으로 추정되었다159209 Cycle

에서는 인자의 네 가지 성분의 배합비율이 와 마찬가Maximum Load Nominal Load

지로 이었다 그리고 이 처리조건에서 예상되는 내09687 00088 00025 00200

구성 추정치는 이었다 일 때와 일218572 Cycle Nominal Load Maximum Load

때의 적정배합비율이 다르게 나오는 경우가 있는데 이는 오차범위 경도의 경우( plusmn

도 가 비교적 넓은 고무의 특성에서 비2 )

- 41 -

롯되거나 측정오차에 따른 결과로 추정된다

표 데이터분석 결과[ 49] (50Hs Nominal Load)

에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응Duro(Nor)Duro(Nor)Duro(Nor)Duro(Nor)

반응 최적화 모수반응 최적화 모수반응 최적화 모수반응 최적화 모수

- 42 -

글로벌 솔루션글로벌 솔루션글로벌 솔루션글로벌 솔루션

예측 반응예측 반응예측 반응예측 반응

Duro(Nor) = 159209

표 데이터분석 결과[ 410] (50Hs Maximum Load)

에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응Duro(max)Duro(max)Duro(max)Duro(max)

- 43 -

반응 최적화 모수반응 최적화 모수반응 최적화 모수반응 최적화 모수

글로벌 솔루션글로벌 솔루션글로벌 솔루션글로벌 솔루션

예측 반응예측 반응예측 반응예측 반응

Duro(Max) = 218572

재료배합시험에 있어서 가류시간이 특성 치에 영향을 미치므로 레오그래프

분석에 의해 적정가류시간을 결정한다 레오그래프는 다음의 용도에(Rheograph)

활용된다

고무제품의 가류도 측정①

가류속도 측정②

최적의 가류공정 조건 확립③

가류약품 선정 및 배합 작성Recipe④

고무제품의 품질관리⑤

아래 그림 은 경도 도에 대한 재료의 레오그래프이다 그래프에 나타난 용[ 43] 48

어를 설명하면 다음과 같다

혼합물 의 가 가류되었을 때의 시간을 나타내며 가류시간을tc90- (Compound) 90

결정하는 기준으로 사용된다

스코치시간 을 나타내며 원하지 않는 가교가 일어ts2 - (Scorch time)

- 44 -

나는 시간으로 적절한 가류시간을 찾기 위해 필요한 과정임

고무의 특성을 토르크 값으로 나타낸 값으로 일반적으로 혼합물Tmax- (Torque)

의 경도에 따라 변함

평형 토르크MH- (Equilibrium torque)

최소 토르크ML- (Minimum torque)

본 재료시험에 적용된 가류시간은 의 배 사이에서 적정수준을 결정하tc90 1-15

였다

연구의 결과 카본의 입자가 작을수록 내구성은 향상시키지만 대체로 분산이 잘 되

지 않아 혼합물의 품질이 고르지 못하였다 따라서 카본의 분산도를 평가하여 만족

할 만한 수준이 나오는지 확인하였으며 상대적으로 작은 입자경의 카본을 사용하

여 내구성을 높이려 하였다

그림 경도 도 고무에 대한 레오그래프[ 43] 48

- 45 -

실험의 결과 카본블랙과 레오그래프와의 관계는 그림 와 같이 나타났다 그림[ 44]

에서 보는바와 같이 입자경의 크기가 증가함에 따라 결합력이 약해지므로 토르크

값이 낮아짐을 알 수 있다

그림 각종 카본블랙의 레오그래프[ 44]

- 46 -

본 연구에 적용된 카본 입자경의 크기와 양은 표 과 같다[ 411]

경도변화는 카본입자의 크기와 양에 따라 결정이 되며 레오그래프의 값이 Tmax

이러한 사실을 보여주고 있다

표 레오그래프상의 경도와 카본의 관계[ 411]

레오그래프는 섭씨 도에서 그려짐PHR = Part in Hundred Rubber 160

- 47 -

제 장 형상개선제 장 형상개선제 장 형상개선제 장 형상개선5555

제 절 외철의 스웨징 율 변화에 의한 개선제 절 외철의 스웨징 율 변화에 의한 개선제 절 외철의 스웨징 율 변화에 의한 개선제 절 외철의 스웨징 율 변화에 의한 개선1111

높은 품질의 부싱을 개발하기 위해서는 적절한 재료설계에 의한 경도 및 고무 특

성의 설정이 매우 중요한 요소이지만 고무의 특성 개선에만 의존하는 것은 한계점

이 있다 따라서 제품의 형상변화를 통해 고무의 특성을 극대화함으로써 내구성 및

품질특성을 향상시킬 수 있다

그림 은 부품의 세부형상과 설계도이다[ 51]

그림 세부형상[ 51] DA-2

- 48 -

그림 는 제품의 단면을 보여준다 그림에서 는 다른 모델에 비해 고무[ 52] DA-2

량이 다소 적음을 알 수 있다 형상 변화를 통한 품질특성의 개선을 시도함에 있어

서는 부품에 대한 조립성과 제조성 을 반드시(DFM Design for Manufacturability)

고려하여 형상변화를 꾀하여야 한다 본 제품의 경우 외철 과 내철 (outer pipe)

의 길이는 한정되어 있으며 그 직경의 변화도 허용공차를 미만(Inner pipe) 05 mm

의 수준으로 요구하고 있다

형상변경을 통한 성능향상 방안으로서 외철에 대한 스웨징율 을 변(Swaging rate)

경함으로서 외경크기의 변화를 시도하였으며 또한 내철의 구배각도를 변화시켜 개

선점을 찾으려고 노력하였다

그림 단면[ 52] DA-2

부싱의 경우 일반 적으로 스웨징이라는 공정을 거치게 되는데 이는 공정에서 외

경의 크기 조정을 통하여 성능을 향상 시키는 방법으로서 스웨징율을 조정함으로서

외철의 외경 크기를 허용범위 내어서 변화시키는 것이다 이는 스웨징에 따른 직경

변화에 의해 고무의 조직이 조밀해져 고무 특성을 향상시킬 수 있게된다

그림 은 스웨징의 방향을 나타내며 그림 는 스웨징 전 후의 외철의 크[ 53] [ 54]

기 변화를 보여주고 있다

- 49 -

그림 스웨징 방향[ 53]

그림 스웨징 전후의 외경 크기의 변화 단면[ 54] ( )

제 절 내철의 구배 변화에 의한 개선제 절 내철의 구배 변화에 의한 개선제 절 내철의 구배 변화에 의한 개선제 절 내철의 구배 변화에 의한 개선2222

아래 그림 는 형상 변화를 시도할 수 있는 내철 끝단 부분의 구배를 표시한[ 55]

그림으로서 는 구배각도를 나타낸다a

- 50 -

그림 구배각도[ 55]

그림 은 본 제품의 특성 요구 사항을 그림으로 표시한 것으로 고무부싱은[ 56]

및 의 외력에 대하여 적절하게 대응할 수 있도록 설계되어야 한다 부싱 종류F1 F2

의 경우 일반적으로 고무 제품의 유연함과 동배율 개선을 위하여 저경도의 고무를

적용하는 경우가 많은데 이 경우에는 외력에 대한 특성이 상대적으로 취약하게F1

나타나게 된다 이러한 취약점을 보완하기 위하여 본 연구에서는 그림 과 같 [ 57]

이 제품이 허용하는 범위 내에서 내철의 구배를 변화 시킨 후 실험데이터의 분석을

통해 성능 개선 방안을 찾고자 하였다

그림 부싱의 외력[ 56]

그림 의 의 경우는 구배를 주지 않은 경우이며 의 경우는 구배를 준[ 57] (a) (b)

경우를 표시하고 있다

- 51 -

의 경우 외력에 의하여 발생하는 반발력 은 순수한 고무 특성에 의해서(a) F1 Fr1

만 나타나게 된다 이러한 경우 저경도의 고무을 적용하였을 때 의 크기가 미미 Fr1

하여 적절한 특성을 발휘하지 못하게 된다

의 경우와 같이 내철에 구배를 주게 되면 의 외력에 대하여 구배가 들어간(b) F1

부분 에 의한 반발력 함께 가 생성되어 상대적으로 에 대한 저항력이 커Fr3 Fr2 F1

짐으로써 성능을 향상 시킬 수 있게 된다

그림 구배각도의 적용에 따른 차이 단면[ 57] ( )

그림 구배각도의 적용에 따른 차이 입체[ 58] ( )

- 52 -

제 장 도포공정개선제 장 도포공정개선제 장 도포공정개선제 장 도포공정개선6666

고무부싱의 내구성 향상을 위하여 필수적으로 관리하여야 할 공정이 도포공정이

다 도포공정은 접착의 원리에서부터 접착의 구조 접착의 강도 피착재의 표면처리

법 및 접착제 사용법 등 접착에 관한 전반적인 기술을 공정에 효율적으로 적용하여

야 한다

고무와 금속과의 접착력이란 접착제와 피착제 사이의 계면 결합력을 의미하며 접

착강도는 시험방법 접착방법 시험시의 조건 시편의 기하학 등 여러 인자에 의해

영향을 받는다 접착파괴는 접착제의 가장 약한 곳에서 일어나며 접착강도는 여러

가지 측정법에 따라 고유강도 잔류강도 측정강도 등과 같이 다르게 표현된다 고

무부싱의 접착구조는 그림 과 같다[ 61]

그림 접착의 구조[ 61]

프라이머 는 피착제 표면과의 친화성이나 접착제와의 상용성이 뛰어나야(Primer)

하고 동시에 접착 저해물과의 상용성도 높아야 한다 또 프라이머 중의 유효성분

쪽이 피착제 표면에 흡착되어 있는 저해성분보다 피착제에 의하여 안정하게 흡착되

어 있는 것이 중요하다 따라서 프라이머는

- 53 -

충분한 교반 균일하고 엷은 도포 그리고 완전한 건조가 이루어져야 한다 이러한

도포공정은 피착제의 모앙에 따라 달라진다

열경화성 접착제의 대부분은 유기 중합물과 각종 충진제를 유기용제에 용해 분산

시킨 것으로 사용전이나 사용 중에도 교반기 등으로 균일하게 용해 분산시킨 접착

제를 사용하는 것이 중요하다 따라서 의 도포 공정은 그림 와 같이 교 DA-2 [ 62]

반기를 추가 설치하여 공정 개선을 실시하였다

그림 설치한 교반기[ 62]

또한 피착제의 균일한 도포를 위해 롤타입의 코팅기에 기존 페인트용 롤러에서

그림 에서와 같이 융을 말아 롤러 도포하는 형태로 개선을 실시하여 코팅의[ 415]

두께 정밀도를 향상시켰다

- 54 -

그림 변경된 롤러 모양[ 63]

접착 재료를 프라이머 에서 변경하여 사용함CHEMLOK 220 252 CHEMLOK 205

으로써 접착력을 향상시켰는데 는 금속 및 경길대료의 프라이머로CHEMLOK 205

사용되며 또한 같은 극성고무에 단독으로 접착이 가능하다 NBR

방식의 경우 의 특징을 살펴보면TWO Coat CHEMLOK 205

ㆍㆍㆍㆍ 접착제의 금속 표면에서의 접착강도를 향상시킬 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ 기계적 표면처리 후 활성화된 금속표면을 산화작용으로부터 보호하며 녹방

지 도료적 역할을 한다

ㆍㆍㆍㆍ 크로로프렌이나 에피크로로히드린고무와 같은 가류 중에 염소가스를 발생

시 켜 금속표면을 부식시키기 쉬운 고무배합에 대하여 유효하게 적용된다 프

라 이머는 충분한 교반 균일하고 엷은 도포 그리고 완전한 건조가 이루어져

야 접착성이 뛰어나게 된다

도포공정 개선 전후의 효과는 그림 그림 의 도포두께 비교[ 64]~[ 67] Cpk

를 통해서도 알 수 있다DATA

아래 그림 는 도포공정의 개선전[ 64] 관리도의 그래프를 나타낸

- 55 -

것으로 관리도는 평균치와 범위에 관한 계량형 관리도에서 가장 많이 사용되

는 관리도의 하나이다 관리도는 평균치의 변화를 관리하는 관리도와 산포의

변화를 관리하는 관리도로 구성된다 관리도의 중심선(Central Line) CL=로 나

타내며 관리 상한선 은(Upper Control Limit) UCL= 로 관리하한선인 (Lower

의 경우Control Limit) LCL=

로 구한다

관리도의 관리선의 경우 중심선 관리상한선 UCL= 관리하한선 LCL

의 경우 로 구한다

여기서 등의 계수는 샘플의 크기인 에 따라 결정 되며 일 경우=4

=0729 =0 이다=2282

그림 에서[ 64] 이며=273410 관리도의 로 나타났UCL=307994 LCL=238826

다

관리도의 은CL 이며 이다=4744 UCL=1082581

- 56 -

그림 도포공정 개선전[ 64] 관리도

한편 그림 는 도포공정 개선 전의 경우에 대하여 지정된 규격의 공정능력 [ 65]

지수를 나타낸 것으로서 단기공정능력지수( 와 장기공정능력지수) ( 를 나타낸)

다 단기공정능력지수는 공정능력 ( 과 규격의 폭) ( 과의 비율을 의미하며 일반적)

으로 로 표시한다 규격은 그림 에서처럼 양쪽규격이 모두 주어진 경우 공 [ 65]

정 능력 지수는 다음과 같이 계산할 수 있다

공정 능력

로 나타내고 만약 공정 평균이 규격의 중심으로부터 어느

한쪽으로 치우쳐 있게 되는 경우 치우침도( 와) 를 조합한 단기공정능력지수

( 로 나타낸다 즉)

- 57 -

장기공정능력지수( 의 계산은)

으로서 이다

따라서 그림 에 나타난 것처럼 개선전의 공정능력은[ 65] =17854 =08458

으로서 장기 공정에 대해 만족스럽지 못한 값을 나타내고 있다

그림 도포공정 개선전 공정능력 분석그래프[ 65]

- 58 -

그러나 공정개선후의 관리도인 그림 을 살펴보면[ 66] 이며=28196 관리

도의 이고UCL=300418 LCL=263502 관리도의 은CL 로=2532 UCL=51418

나타난다

그림 도포공정 개선후[ 66] 관리도

- 59 -

개선 후에는 그림 로부터 알 수 있듯이 단기공정능력은[ 67] 으로서=31966

인 장기 공정에 대해 안정적인 것을 확인할 수 있어 도포공정 개선에=23275

대한 효과가 있음을 알 수 있다

그림 정 개선 후 공정능력 분석그래프[ 67]

또한 도포공정의 두께관리를 강화하기 위하여 작업자 교육 및 샘플링 두께 측정

검사를 통해 지속적인 모니터링을 실시하고 공정별 온도관리 및 시간 관리를 통해

작업 환경 유지관리 강화로 변함없는 품질의 제품을 생산하도록 하였다 그림 [

은 롤 코팅 공정이다68] (Roll coating)

- 60 -

그림 롤 코팅 공정[ 68] (Roll coating)

- 61 -

제 장 최적수준 결정을 위한 파라미터 설계제 장 최적수준 결정을 위한 파라미터 설계제 장 최적수준 결정을 위한 파라미터 설계제 장 최적수준 결정을 위한 파라미터 설계7777

제 절 실험계획법에 의한 유의인자 결정제 절 실험계획법에 의한 유의인자 결정제 절 실험계획법에 의한 유의인자 결정제 절 실험계획법에 의한 유의인자 결정1111

재료설계 형상설계 및 공정설계에 대한 최적조건의 결정은 부품의 품질 특성에

대한 사양 을 만족시켜야 할 뿐 아니라 생산부품 간 품질의 산포를(Specification)

최대한 줄여야 한다 의 최적설계를 위해 다구찌 기법 을 적 DA-2 (Taguchi method)

용하였다

다구찌의 강건설계 는 인자 가 품질 특성의 평균에 대해(Robust design) (Factor)

가지는 효과뿐만 아니라 분산에 미치는 효과에 대해서도 초점을 맞추고 있다 분산

을 줄일 수 있는 통제 가능한 인자에 대한 조건을 설정하여 품질특성이 통제 불가

능한 인자의 변화에 대해서는 둔감하도록 할 수 있다 강건설계의 주목적은 품질특

성의 목표값을 유지하면서 분산을 줄이는 인자에 대해 설치값 을 발견하는 (Setting)

데 있다

다구찌 설계에 의한 실험계획법은 특히 확장된 역할로서 다음의 몇 가지를 들 수

있다

ㆍㆍㆍㆍ종래에는 제어 불가능한 환경조건이나 제어하기 어려운 생산조건 공정조건

등의 원인 이를 잡음인자로 통칭 들이 데이터에 주는 영향의 정도를 평가하기 어려( )

웠으나 객관적으로 그리고 계량적으로 이를 평가할 수 있는 방법을 제시하고 있

다 또한 품질 산포의 크기를 계량특성치 손실함수 비 등 로 변환하여 산포를 ( SN )

작게 하는 인자들의 조건을 찾아가는 강건설계를 사용한다

ㆍㆍㆍㆍ직교배열표를 광범위하게 사용하여 인자의 수가 많은 경우에도 크게 실험횟

수를 증가시키지 않고 실험하는 일부 실시법을 사용한다

ㆍㆍㆍㆍ생산라인 내 뿐만 아니라 신제품 개발을 위한 품질설계 파라미터(On-line)

설계 허용오차 설계 등의 라인 외 품질관리를 위하여 유용하게 사용할 (Off-line)

수 있다

ㆍㆍㆍㆍ다구찌 방법에서 추가적으로 다룰 수 있는 주요한 것들로는 직교배열

- 62 -

표의 확대사용 수준계의 표준 직교배열표 이외에 확대 응용 혼합 직교배열표(2 3

의 사용과 조합법의 사용 계량치 데이터의 파라미터 설계 허용차 설계 그리고)

계수치 데이터의 파라미터 설계 동적 특성의 파라미터 설계 등을 들 수 있다

파라미터 설계 는 제품설계와 공정설계에서 유용하게 사용되는(Parameter design)

다구찌 실험계획법의 핵심이다 파라미터는 제품성능의 특성치에 영향을 주는 제어

가능한 인자 를 의미하며 파라미터 설계는 이들 인자들의 최적(Controllable factor)

수준을 정하여 주는 것을 말한다 파라미터를 설계변수 라고도 부 (Design variable)

르며 파라미터 설계에서는 제품의 품질변동이 잡음에 둔감하면서 목표품질을 가질

수 있도록 설계변수들의 최적조건을 구하여 준다 최적조건을 찾을 때 설계변수와

잡음을 주는 인자들을 포함시켜 실험하는 직교배열표 등을 주로 사용한다 이때 목

표 품질을 만족시키는 범위 내에서 가능한 한 비용이 적게 드는 조건이나 부품 등

을 이용한다

만약 신뢰성에 영향을 주는 제어 가능한 인자 에 대한 파라미터설계 A B C D

를 한다고 하자 는 수준 는 수준의 혼합수준 에 대한 설계 A B 4 C D 2 (Mixed level)

분석을 하려고 한다면 각 요인 변동의 계산을 표 과 같은 [ 71] L16(215형 직교배)

열표 를 사용하면 된다(Orthogonal Design)

에 대한 파라미터 설계조건으로는 내구성이 가장 좋은 최적의 설계 및 공정DA-2

조건을 구하여야 하므로 반응변수가 큰 값일수록 좋은 망대특성(Larger-the-better

에 대한 조건을 구하고 부품의 정특성 및 동특성에 대한 분석은 적characteristics)

정한 상호관계를 고려하여 별도의 실험을 행한다

- 63 -

표 다구찌 설계의 예[ 71]

- 64 -

제 절 시험데이터의 해석제 절 시험데이터의 해석제 절 시험데이터의 해석제 절 시험데이터의 해석2222

실험조건실험조건실험조건실험조건1111

제품의 신뢰성향상을 위해 지금까지 재료배합의 개선 형상개선 및 공정개선에

대한 각각의 과정을 설명하였으며 본 장에서는 관련된 여러 인자들을 동시에 고려

하여 최상의 품질특성을 나타낼 수 있는 최적인자수준의 결정에 대하여 설명하려고

한다 이는 인자들 간의 상호 작용이 상승 또는 보완작용을 할 수도 있고 반대로

서로 상극임을 나타낼 수 도 있기 때문이다

일반적으로 고무부싱의 개발에 적용되는 인자 는 다음과 같다(Factor)

ㆍㆍㆍㆍ경도 는 수요기업에서 제시하는 사양 에 따라 적정수(Hardness) (Specification)

준의 경도 도 도 도 도 를 적용하였으며 경험적으로 경도의 산포는(43 45 48 50 ) plusmn

정도이다2

ㆍㆍㆍㆍ각 부분의 모양이나 각도에 따라 고무 량에 영향을 미치게 되는 형상설계에

관해서는 내부 파이프 구배각도를(Inner pipe) 15deg~25deg로 하고 외부파이프 (Outer

의 접착부분을 로 하였으며 외경의 크기는pipe) 13mm~15mm

27mm~ 로 유지하였다278mm

ㆍㆍㆍㆍ공정설계는 가류시간을 로 하였다 가류 온도는240sec~600sec 150deg~180

로 하고 주변 온도에 영향을 받으므로 금형 표면온도는 항상 확인하였다 접착제

도포가 내구성에 영향을 주므로 접착제 두께는 으로 하고 접15micron~40micron

착제 배합조건은 로 하였다120cc~128cc

다구찌 설계에 의한 최적수준을 결정하기 위해 다른 인자는 고정시키고 경도 가

류시간 스웨징 인자에 대하여 표 와 같이 실험수준을 정하였다 [ 72]

- 65 -

표 실험인자 별 수준[ 72]

분석결과의 해석분석결과의 해석분석결과의 해석분석결과의 해석2222

실험결과의 해석은 다음과 같다

을 통해 표 의 실험조건을 입력하여 다구찌 설계를 생성한 결과MMITAB [ 72]

표 과 같은 실험조합을 얻었다 표 는 실험조합 별 시험결과 값이다[ 73] [ 74]

에서의 내구성에 대한 다구찌 설계해석의 결과는 표 의 신호 대Nominal load [ 75]

잡음비 비 평균 표준편차에 대한 반응표에 잘 나타나(SN Signal to noise ratio)

있다 그림 그림 은 비 평균 표준편차에 대한 반응 값을 도식한 [ 71]~[ 73] SN

것이다

표 의 신호 대 잡음비의 반응표를 보면 경도는 스웨징이나 가류시간에 비해[ 75]

반응변수 내구성 에 큰 영향을 미치고 있음을 보여준다 평균에 대한 반응표에서도( )

경도는 다른 인자들에 비해 반응변수의 평균에 크게 영향을 미치고 있음을 알 수

있다 표준편차 역시 경도의 수준 변화에 따라 차이가 가장 많음을 보여주고 있다

- 66 -

표 에 의한 다구찌 설계생성[ 73] MINITAB

- 67 -

표 실험조합 별 시험결과 데이터[ 74]

- 68 -

표 비 평균 표준편차에 대한 반응표[ 75] SN

신호 대 잡음 비에 대한 반응 표신호 대 잡음 비에 대한 반응 표신호 대 잡음 비에 대한 반응 표신호 대 잡음 비에 대한 반응 표

망대특성망대특성망대특성망대특성

평균에 대한 반응 표평균에 대한 반응 표평균에 대한 반응 표평균에 대한 반응 표

표준 편차에 대한 반응 표표준 편차에 대한 반응 표표준 편차에 대한 반응 표표준 편차에 대한 반응 표

- 69 -

그림 신호 대 잡음 비의 주효과도[ 71]

그림 인자수준별 평균의 주효과도[ 72]

그림 인자수준별 표준편차의 주효과도[ 73]

- 70 -

표 와 그림 에서 에서의 내구성 예측값을 가장 크게 하[ 75] [ 72] Nominal Load

는 것은 요인 수준의 조합이 일 때이다 품질 향상을 위해서는 정특성 동(4 2 2)

특성 값도 동시에 고려하여야 하므로 조합 조합 조합(4 2 2) (4 3 2) (4 1 2)

에 대한 예측 값을 함께 구하였다

표 은 에서의 내구성 예측값을 표 은 에[ 76] Nominal Load [ 77] Maximum Load

서의 내구성 예측값 표 은 정특성 예측값 표 는 에서의 동특성 예 [ 78] [ 79] 15Hz

측값 그리고 표 은 에서의 동특성 예측값을 보여주고 있다 [ 710] 150Hz Nominal

에서의 내구성 예측값은 조합 조합 조합에서 각Load (4 2 2) (4 3 2) (4 1 2)

각 목표값인 을 상회한 과170000 Cycle 178023 Cycle 174272 Cycle 175830

로서 조합일 때 더 높게 나타났다Cycle (4 2 2)

동배율은 예측 평균값을 기준으로 할 때 동배율은 조합에서는 에 (4 2 2) 15Hz

서 에서 이고 조합에서의110(1187691079) 150Hz 113(1215561079) (432)

동배율은 에서 에서15Hz 106(112856 106938) 150Hz 108(115769106938)

이며 조합에서의 동배율은 에서 에서 (412) 15Hz 108(118194 1094) 150Hz

이었다109(1195691094)

모델의 경우 수요기업에서 동배율 값이 적은 값을 요구하기 때문에DA-2 (kdks)

동배율을 고려하면 의 조합이 더 좋은 품질을 나타낸다고 할 수 있다(4 1 2)

- 71 -

표 에서의 내구성 예측값[ 76] Nominal Load

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 2 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 3 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 1 2

예측 값

신호 대

- 72 -

표 에서의 내구성 예측값[ 77] Maximum Load

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 2 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 3 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 1 2

신호 대

- 73 -

표 정특성 예측값[ 78]

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 2 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 3 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 1 2

신호 대

- 74 -

표 동특성 예측값[ 79] (15Hz)

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 2 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 3 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 1 2

신호 대

- 75 -

표 동특성 예측값[ 710] (150Hz)

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 2 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 3 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 1 2

신호 대

- 76 -

제 장 부품의 신뢰성성장관리제 장 부품의 신뢰성성장관리제 장 부품의 신뢰성성장관리제 장 부품의 신뢰성성장관리8888

제 절 신뢰성성장관리제 절 신뢰성성장관리제 절 신뢰성성장관리제 절 신뢰성성장관리1111

복잡하고 기술적인 제품의 개발 프로그램을 운영하는 데 있어서는 고객이 요구

하는 신뢰성 수준을 만족시키기 위하여 상당한 규모의 시간 예산 기술인력 등의

자원을 필요로 한다 고객들의 신뢰성 요구수준은 매우 높으므로 이러한 목표를 달

성하기 위하여 시험 개선 시험 개선의 개발과정을 반드시 거친다 이 과정에서 시- - -

스템 서브시스템 또는 모듈을 고장 날 때까지 시험하고 고장모드를 결정해서 이를

제거하기 위한 시도를 하거나 적어도 고장발생을 줄일 수 있는 시도를 하여 설계나

엔지니어링 개선을 이룬다 만약 이러한 과정이 계속되고 설계나 엔지니어링 변경

이 충분히 이루지면 시스템의 신뢰성은 증가한다 개발프로그램이 운영되는 동안

신뢰성 수준의 변화를 추적할 수 있다면 개발책임자로서는 여러 가지 이점이 있다

즉 목표하는 신뢰성 수준을 달성하기 위하여 충분한 비율로 성장하고 있는지의 여

부를 가능한 빠른 시간 내에 판단할 수 있고 그에 따라 필요한 자원을 적절히 배

분할 수 있다 따라서 개발책임자는 시험데이터로부터 현재 시스템의 신뢰성 수준

성장률의 평가 앞으로 기대되는 달성 가능한 수준을 결정하기를 원한다

신뢰성 성장관리 기술은 제품을 개발하는 데(Reliability growth management)

소요되는 많은 시간과 비용 및 엔지니어링 노력을 절감하면서 개념선택 제품과 공

정의 신뢰성 그리고 비용효율을 달성할 수 있도록 유용한 정보를 제공해 준다 군

사장비 자동차 및 전자 중장비개발 등에 적용된 최근의 신뢰성 성장시험 관리기술

은 각 분야의 경쟁적인 사업 환경 아래에서 제품개발을 효율적으로 조직하여 신뢰

성평가를 시작하고 신뢰성 성장과정을 추적할 수 있도록 해준다 신뢰성성장관리기

술은 제품 및 공정설계 관련사항 및 검증시험 항목들에 대하여 사용 환경에 따른

신뢰성 성장 진행과정을 확인하고 그 결과로부터 성장시험곡선을 개발할 수 있게

한다 또한 설계단계 사이의 여러 가지 관련성을 확인하여 관찰하고 그 정보를 다

른 제품보증분석들과 연결하여 고객 요구사항에 대한 제품의

- 77 -

적합도를 적절히 평가하는 데 도움을 준다

신뢰성성장모델은 가 개발한Crow(1975) AMSAA(Army Materiel Systems

모델이 많이 활용되었으나 이는 시스템 또는 서브시스템에서의Analysis Activity)

성장관리에 유용하고 부품수준에서는 모델을 활용하는 것이 더욱 실용적이 Weibull

다 모델은 목표 Weibull B10 수명에 대하여 초기 시작품 으로부터(Early Prototype)

후기 시작품 까지의 신뢰성 개선을 관리하는데 실용적으로 활용할(Later Prototype)

수 있다

신뢰성 성장시험 프로세스신뢰성 성장시험 프로세스신뢰성 성장시험 프로세스신뢰성 성장시험 프로세스1111

신뢰성 성장은 개발시스템에 대하여 여러 시험단계가 시리즈로 이루어지는 동안

고장모드를 발견하고 이를 개선하는 과정을 거쳐 이TAAF(Test Analyze And Fix)

루어진다 또한 기능시험 환경시험 안전시험의 결과는 신뢰성 향상을 위한 FMEA

등과 연계하여 사용된다 분석결과는 설계변경에 반영되고 최종목표가 달성될 때까

지 개선과 시험이 연속적으로 이루어진다 그림 은 일반적인 신뢰성 성장시험 [ 81]

프로세스를 보여준다 프로그램의 시작시점에 신뢰성 성장에 대한 계획을 수립하여

고객의 기대사항을 만족시킬 수 있는 성능수준에 대한 구체적인 측정치를 제시하

고 이 목적을 달성시킬 수 있는 시험조건을 정한다 시험조건은 특정한 부품이나

시스템에 대하여 고객의 사용방법과 환경에 대한 지식을 기초로 하여야 한다

개발프로젝트가 진행되는 동안 신뢰성 성장시험 프로그램이 개발되고 실행되는

과정에서 설계 및 공정의 관심사항을 확인하기 위해 QFD(Quality function

와 같은 제품보증을 위한 분석방법들이 선행되어 실시되는데 신뢰성deployment)

성장관리와 연계하여 이를 통틀어 통합 신뢰성 성장관리(Integrated reliability

라고 한다 신뢰성 성장관리를 포함한 제품설계평가의 모든growth management)

과정은 제품 공정의 신뢰성 향상에 있어 중요한 역할을 하는 제품보증기능의 한부

분이다

- 78 -

통합 신뢰성 성장시험관리 프로세스는 설계뿐 아니라 공정신뢰성(MIL-HDBK-781)

과 관련된 문제에 대응할 수 있도록 신뢰성 성장시험의 이점을 전적으로 활용할 수

있는 수단을 제공한다

신뢰성 성장관리과정을 개발함으로써 신뢰성 수준은 계속적으로 추적될 수 있고

조치를 취하고 다른 분석결과들과 비교되어 초기 신뢰성 예측을 수립하고 제품설

계에 포함된 확신을 증가시킨 후 검증시험에 들어갈 수 있도록 한다 이러한 신뢰

성 성장관리 프로세스는 제품개발 사이클에 있어서 초기 단계 동안에 신뢰성을 확

립하는 데 도움을 줄 수 있는 장치이다

그림 신뢰성성장시험 프로세스[ 81]

제품개발과정에 적용되는 신뢰성 성장시험관리 프로세스는 다음과 같다

신뢰성 성장시험조건을 결정하고 시험 사이클을 개발한다 ①

신뢰성 성장시험곡선의 사용을 통하여 시험과정을 실행하고 추적한다②

시험결과를 평가하고 다른 선행된 분석연구결과들과 비교한다③

확인된 결함을 제거하기 위해 설계변경을 실시한다④

- 79 -

설계검증시험을 준비한다⑤

신뢰성 성장시험의 주된 목적은 설계상의 약점을 확인하고 제거함으로써 설계의

신뢰성을 증가시키는 것이다 정확하게 신뢰성 수준이 변화되는 진행상황을 추적하

기 위해서는 요구사항에 대한 불합치성 을 확인하고 불합치성이(Nonconformance)

일어난 시간을 모두 추적하여야 한다 시험을 시작하기 전에 적절한 시정조치를 용

이하게 하기 위해 사전계획이 수립되어야 하며 고장분포를 결정하기 전에 각각의

고장부품에 대한 고장원인을 분리할 수 있어야 한다

부품의 개발과정에서 몇 개의 표본에 대한 고장시간 데이터가 있을 때 Weibull

분포를 활용한 신뢰성 성장분석에 대하여 설명하면 다음과 같다

가 분석의 개요가 분석의 개요가 분석의 개요가 분석의 개요

밀도함수는 그림 와 같이 특성 수명과 기울기로 고장시간Weibull [ 82] (Cycle

을 설명한다 작은 표본에 대한 고장시간 데이터가 주어졌을 때 분석Km) Weibull

을 사용하여 세 가지의 정보를 얻을 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ특정 시간이 주어졌을 때 등 부품의 신뢰도는 그 시간까지 살아 있(Cycle Km )

을 백분율이다

ㆍㆍㆍㆍ 또는 다른( 수명을 추정할 수 있다) 수명은 부품들 중 가 고장10

날 것이라고 기대되는 시간이다 즉 이 시간에서의 신뢰도는 이다 90

ㆍㆍㆍㆍ 기울기의 값은 고장률 패턴에 대한 정보를 제공해준다 기울기가Weibull 10

이라면 고장률이 일정하다는 것을 의미한다 이 경우 고장은 일반적으로 우연히

일어나며 고장률은 설계의 강건 정도에 따라 달라진다 기울기가 보다 작다면 1

고장률은 감소하고 있음을 의미한다

- 80 -

즉 높은 초기 고장률 을 말한다 기울기가 보다 크면 고장률은 증 (Infant mortality) 1

가하고 이는 마모 되고 있음을 의미한다(Wear-out)

그림 에 의한 부품의 신뢰성성장분석[ 82] Weibull 수명 비교

가장 많이 활용되는 측도는 수명이며 이것은 요구되는 목표 신뢰도가 임 90

을 의미한다 첫 번째 프로토타입이 고장 난다면 신뢰성 목표 달성을 위해 설계 변

경을 행하고 다음 프로토타입을 시험한다 이 과정은 목표 수명이 달성될 때까

지 반복한다

나 의이점나 의이점나 의이점나 의이점WeibullWeibullWeibullWeibull

부품의 개발과정에서 작은 표본에 대한 고장시간 자료가 주어졌을 때 Weibull

분석을 활용하여 신뢰성성장관리를 행하면 다음의 정보를 얻을 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ신뢰성 개선은 목표 수명이 달성될 때까지 하나의 프로토타입에

- 81 -

서 다음 프로토타입까지 추적할 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ신뢰성 개선은 시험한 프로토타입에 대해 타점으로 표현되고 빠르Weibull

게 방향을 파악하여 신뢰성 진전과정에 대한 양적 측면의 관리능력 향상을 그

래프로 확인할 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ컴포넌트를 고장 날 때까지 시험하는 것은 고장모드에 대한 아주 귀중한 정

보를 제공하고 따라서 시정조치 활동이 필요하다

ㆍㆍㆍㆍ많은 표본이 더 좋은 신뢰도를 얻을 수 있지만 분석은 많은 표본을Weibull

필요로 하지 않는다

ㆍㆍㆍㆍ고객의 운영 사용 사이클과 시험 모수의 관계가 알려져 있다면 더 빠르고( )

더 적은 비용으로 가속시험을 할 수도 있다

다 기본가정및제한다 기본가정및제한다 기본가정및제한다 기본가정및제한

ㆍㆍㆍㆍ각 분석에서 오직 하나의 고장모드만 포함되어야 한다 두 개나 그 이상의

고장 모드가 검출된다면 각각에 대해 분리하여 분석해야 한다

ㆍㆍㆍㆍ신뢰도는 시험 제한 한계 로 인해 년 마일까지 확장하여 외삽하면 안( ) 10 150K

된다 왜냐하면 시험 제한 한계 로 인해 다른 고장모드가 발생할 것인지 알 수 ( )

없기 때문이다

ㆍㆍㆍㆍ하나의 프로토타입에서 다음 프로토타입까지 기울기가 변하는 데는 특별히

주의를 하여야 한다 왜냐하면 초기 후기 수명에서 더 높은 신뢰도와 후기 초 ( ) (

기 수명에서 더 낮은 신뢰도의 할 수 도 있기 때문이다) trade-off

라 적용시기라 적용시기라 적용시기라 적용시기

ㆍㆍㆍㆍ수명의 비교는 엔지니어링 사양 이 특정한(Specification) 을 요구할 경

우 사용된다

ㆍㆍㆍㆍ이러한 접근방법은 고장시간 등 에 대하여 동일한 부품의(Cycle Km )

- 82 -

다른 시점에서의 프로토타입을 비교할 때 사용한다

ㆍㆍㆍㆍ신뢰성 목표가 달성될 때까지 계속한다

마 입력자료마 입력자료마 입력자료마 입력자료

ㆍㆍㆍㆍ프로토타입 의 몇 개 표본의 고장시간 등1 (Cycle Km )

ㆍㆍㆍㆍ프로토타입 의 몇 개 표본의 고장시간 등2 (Cycle Km )

⦙

ㆍㆍㆍㆍ마지막 프로토타입의 몇 개 표본의 고장시간 등(Cycle Km )

분석프로세스는 그림 과 같다[ 83]

프로세스프로세스프로세스프로세스 일반적 단계일반적 단계일반적 단계일반적 단계

Ⅰ 요구

또는 수명 결정

프로그램 신뢰성 목표 사용

고객의 운영 사용 프로파일 사용( )

시험 프로그램 적정시간 사용

Ⅱ 시험 프로그램 자료정보

확인과 데이터 수집초기 부품의 프로토타입

후기 부품의 프로토타입

Ⅲ 다른 프로토타입에 대한

누적고장 시간 또는 vs

거리 계산 및 타점

분석이 가능한 사용Weibull SW

가능한 가속수명시험 사용

Ⅳ 프로젝트 검토 시

현재 신뢰성 수준신뢰성 목표 적합성 결정

초기 경고 관련 정보 제공

개선을 위한 계획 정보 제공

그림 프로세스별 단계[ 83]

- 83 -

제 절 신뢰성성장 데이터분석제 절 신뢰성성장 데이터분석제 절 신뢰성성장 데이터분석제 절 신뢰성성장 데이터분석2222

초기 프로토타입 으로 부터 개의 표본을 정상하중 으(Prototype1) 6 (Nominal load)

로 고장 날 때까지 시험하고 고장모드를 기록하였다 여러 개선작업을 거친 후 후

기 프로토타입 으로부터 개의 표본을 고장 날 때까지 시험하고 고장모(Prototype2) 6

드를 기록하였다 시험 데이터는 표 에 주어져 있다 [ 81]

에 고장데이터를 입력하고 각 프로토타입 단계별로 용지에 결과MINITAB Weibull

를 타점한 결과 그림 와 같은 성장곡선이 생성되었다 [ 84] Weibull

정상하중 에서 의 평균수명 추정치는 이(Nominal load) Prototype1 127366Cycle

고 의 평균수명 추정치는 로서 의 개선을 이루었 Prototype2 176882 Cycle 389

음을 알 수 있었다 수명은 은 이었으나Prototype1 112668 Cycle Prototype2

의 수명은 로서 상당한 개선이 이루어졌음을 볼 수 있다168620 Cycle 수

명에 대한 신뢰하한은 로 추정되었다 따라서 정상부하에 의한95 162926 Cycle

시험데이터분석 결과 개선활동 재료배합개선 형상설계개선 공정개선 에 의하여 ( )

내구성 목표가 달성되었음을 알 수 있다

그림 는 에서의 신뢰구간을 보여주고 있다[ 85] Nominal load 90

최대하중 에서는 표 의 데이터 입력결과 그림 의 그래프를(Max load) [ 82] [ 86]

생성하였다 그래프로 부터 추정된 의 Prototype1 수명은 이고16362Cycle

의Prototype2 수명은 이다21850 Cycle 수명에 대한 신뢰하한추정치95

는 으로부터 로 계산된다MINITAB 20983 Cycle

의 수명과 의 수명이 다른 것은 개선 활동의 결과이Prototype1 Prototype2

- 84 -

며 에서 개선목표가 달성되었음을 알 수 있다 Prototype2

표 하중 고장시간[ 81] Nominal (Cycle)

Weibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth Curve

(Nominal Load)(Nominal Load)(Nominal Load)(Nominal Load)

그림 성장곡선[ 84] Weibull (Nominal load data)

- 85 -

Weibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth Curve

(Nominal Load-90 Cl)(Nominal Load-90 Cl)(Nominal Load-90 Cl)(Nominal Load-90 Cl)

그림 신뢰구간[ 85] Nominal Load90

- 86 -

표 하중 고장시간[ 82] Max (Cycle)

Weibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth Curve

(MaxLoad)(MaxLoad)(MaxLoad)(MaxLoad)

그림 성장곡선[ 86] Weibull (Max load data)

- 87 -

제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론9999

본 연구는 자동차현가장치인 고무부싱 의 신뢰성향상을 위한 기(Rubber bushing)

술개발과제이다 에나 인더스트리는 수출전문기업으로서 주요 경쟁사에 비해 고성

능 고내구성의 제품을 짧은 기간 내에 개발할 수 있는 능력을 갖추어야 해외 시장

에서 경쟁력을 가질 수 있다

본 연구개발에서는 수요기업에서 요구하는 GMUTS(General Motors Uniform

의 사양에 따른 시험을 실행하여 내구성을 목표 사이클 이상으Test Specification)

로 개선하고 정특성과 동특성 비틀림 토크를 개선항목으로 선정하여 제품의 품질

및 신뢰성 향상을 진행하였다

수요기업의 요구 수준에 의하면 내구성은 와 Tension Compress Alternating

가 동시에 일 때 일 때Torsion Stress Maximum Load 20000 Cycle Normal Load

을 요구한다 본 프로젝트의 경우 해외의 부품메이커들에 대한 경쟁150000 Cycle

력 우위를 확보하기 위하여 기본 요구 수준을 넘어 향상된 제품신뢰성을5~10

확보를 목표로 하였다 내구성 정특성 및 동특성에 대한 시험은 직접 행하였고 비

틀림토크에 대한 부분은 추가적인 시험장치가 필요하여 수요기업의 실험실에 샘플

을 제출하여 요구수준을 검증받았다

본 연구개발의 성과를 요약하면 다음과 같다

우선 기술적 효과로는

설계기술의 확보(1)

재료배합설계 형상설계 공정설계에 대한 기술을 확보하여 내구성을 비롯한 품

질특성을 향상시킬 수 있었다 종래에는 설계 개발 생산프로세스에서 경험적 방법

에 의존하여 시행착오가 많았으나 본 연구를 통하여 과학적이고 체계적인 방법으

로 접근할 수 있는 기술이 확보되었다

설계 요소의 기술적 배치를 위한 실험계획법의 활용기술 확보(2)

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종전에는 고무 배합설계 형상설계 공정설계에 대하여 설계요인 별 수 (Facter)

준 을 무작위로 추출하여 실험하였으나 본 실험계획의 과정을 따르면 요인들(Level)

이 계획적으로 반영되어 품질특성에 각각 어느 정도의 영향을 미치는지 분석이 가

능하게 된다 또한 다구찌에 의한 강건 설계의 생성으로 산포를 줄일 수 있다

잠재적 고장원인 분석방법 기술 확보(3)

제품기능에 대한 잠재적 고장모드의 예측과 시험항목을 판단하고 최종적으로는 설

계검증 과 공정검증 의 세부항목과 효과적(Design verification) (Process verification)

으로 연계가 가능하다

신뢰성 데이터분석기술 확보(4)

부품의 개발과정에서 몇 개의 표본에 대한 고장시간 데이터가 있을 때 Weibull

분포를 활용한 신뢰성 성장분석이 가능하게 되었다 개발프로그램이 운영되는 동안

신뢰성 수준의 변화를 추적할 수 있어 목표하는 신뢰성 수준을 달성하기 위하여 충

분한 비율로 성장하고 있는지의 여부를 가능한 빠른 시간 내에 판단할 수 있고 그

에 따라 필요한 자원을 적절히 배분할 수 있다 따라서 개발책임자는 시험데이터로

부터 현재 시스템의 신뢰성 수준 성장률의 평가 앞으로 기대되는 달성 가능한 수

준에 대한 결정이 가능하다

경제적 측면의 효과로는

제품에 대한 내구성 및 동특성 정특성에 대하여 요구사양 이상으로 특성관리(1)

를 행할 수 있어 해외 부품메이커들에 대한 경쟁력 우위로 수출력을 향상할 수 있

게 되었다

개발기간을 단축할 수 있게 되어 개발비의 절감을 가져올 수 있게 되었다(2)

재료배합 형상설계 및 공정설계에 대한 기술개발의 표준 정립으로 개발 기간의 단

축이 가능하게 되었다

본 과제 결과를 활용하여 다른 방진제품에 대한 신뢰성 관리로 수출(3)

- 89 -

시장을 개척하여 신규거래처를 확보할 예정이다 신뢰성 데이터의 관리가 이루어져

제품수명에 대한 설득력 있는 자료의 제시가 가능하게 되었다

향후 연구계획으로는

고무부싱부품의 특성상 내구성만의 개선이 최선이 아니고 정특성과 동특성을 일

정수준으로 동시에 고려하여야 한다 따라서 이 부분에 대한 동시적인 실험설계가

시스템화 되도록 추가적인 연구가 요구된다

- 90 -

참고문헌참고문헌참고문헌참고문헌[ ][ ][ ][ ]

고정 이상규 권수호 노태성 정원 박창규 김명수 신뢰성성장프로그램 수[1]

원대 신뢰성혁신센터 2005

김명웅 고무공업화학 선진문화사[2] 2006

김완두 김완수 방진고무부품의 유한요소해석 및 수명예측기술 고무기술[3] ldquo rdquo

Vol5 No1 2004

미니탭사업팀 새 실무완성 이레테크[4] Minitab 2004

박성현 실험계획법 민영사[5] 2003

[6] Gil-Negrete N Vinolas J and Kari L A Simplified methodology to

predict the dynamic stiffness of carbon-black filled rubber isolators using

a finite element code Journal of sound and Vibration Vol296 2006

[7] Kim J-H and Jeong H-Y A Study on the material properties and

fatigue life of natural rubber with different carbon blacks International

Journal of Fatigue Vol27 2005

[8] McLean R A and Anderson V I Extreme Vertices Design of Mixture

Experiments Technometrics Vol8 No3 1966

- 96 -

주 의

이 보고서는 산업자원부에서 시행한 부품소재종합기술지원사업의 최1

종보고서이다

이 신뢰성기반기술확산사업 내용을 대외적으로 발표할 때에는 반드시2

산업자원부에서 시행한 부품소재신뢰성기반기술 사업의 지원결과임을

밝혀야 한다

- 97 -

이 보고서는 산업자원부에서 시행한

부품소재 신뢰성기반기술확산사업의 최종보고서이다

- 3 -

제 출 문제 출 문제 출 문제 출 문

한국부품소재산업진흥원장 귀하한국부품소재산업진흥원장 귀하한국부품소재산업진흥원장 귀하한국부품소재산업진흥원장 귀하

본 보고서를 자동차 현가장치용 부품의 신뢰성 향상 사업기본 보고서를 자동차 현가장치용 부품의 신뢰성 향상 사업기본 보고서를 자동차 현가장치용 부품의 신뢰성 향상 사업기본 보고서를 자동차 현가장치용 부품의 신뢰성 향상 사업기ldquo Rubber Bushing rdquo(ldquo Rubber Bushing rdquo(ldquo Rubber Bushing rdquo(ldquo Rubber Bushing rdquo(

간 과제의 최종보고서로 제출합니다간 과제의 최종보고서로 제출합니다간 과제의 최종보고서로 제출합니다간 과제의 최종보고서로 제출합니다2005 9 1 ~ 2006 831) 2005 9 1 ~ 2006 831) 2005 9 1 ~ 2006 831) 2005 9 1 ~ 2006 831)

2006 9 302006 9 302006 9 302006 9 30

주관기관명주관기관명주관기관명주관기관명 주 에나인더스트리주 에나인더스트리주 에나인더스트리주 에나인더스트리 ( ) ( ) ( ) ( )

주관책임자주관책임자주관책임자주관책임자 권 영 호권 영 호권 영 호권 영 호

연 구 원연 구 원연 구 원연 구 원 윤 신 일윤 신 일윤 신 일윤 신 일

연 구 원연 구 원연 구 원연 구 원 박 종 락박 종 락박 종 락박 종 락

연 구 원연 구 원연 구 원연 구 원 조 현 종조 현 종조 현 종조 현 종

위탁기관명위탁기관명위탁기관명위탁기관명 대구대학교대구대학교대구대학교대구대학교

연 구 원연 구 원연 구 원연 구 원 정 원정 원정 원정 원

연 구 원연 구 원연 구 원연 구 원 정 찬 홍정 찬 홍정 찬 홍정 찬 홍

- 4 -

부품소재 신뢰성기반기술확산사업 보고서 초록부품소재 신뢰성기반기술확산사업 보고서 초록부품소재 신뢰성기반기술확산사업 보고서 초록부품소재 신뢰성기반기술확산사업 보고서 초록

관리번호관리번호관리번호관리번호

사 업 명사 업 명사 업 명사 업 명 자동차 현가장치용 부품의 신뢰성 향상자동차 현가장치용 부품의 신뢰성 향상자동차 현가장치용 부품의 신뢰성 향상자동차 현가장치용 부품의 신뢰성 향상Rubber BushingRubber BushingRubber BushingRubber Bushing

키 워 드키 워 드키 워 드키 워 드 고무 기술 형상설계기술 접착기술 시험기술고무 기술 형상설계기술 접착기술 시험기술고무 기술 형상설계기술 접착기술 시험기술고무 기술 형상설계기술 접착기술 시험기술Compounding Compounding Compounding Compounding

사업목표 및 내용사업목표 및 내용사업목표 및 내용사업목표 및 내용

최종목표최종목표최종목표최종목표1111

본 연구개발의 목표는 수요기업의 요구 성능 대비 내구성은 이상 정특성10

동특성의 성능도 이상 개선을 목표로 한다5~10

신뢰성 저해요인 정밀진단 내용신뢰성 저해요인 정밀진단 내용신뢰성 저해요인 정밀진단 내용신뢰성 저해요인 정밀진단 내용2222

신뢰성확보를 위한 내구성 개선기술 취약-

재료배합 형상설계 공정설계와 관련한 최적 설계 기술 취약-

고장원인 분석 및 신뢰성데이터 분석기술 취약-

고장원인 분석 및 대처결과고장원인 분석 및 대처결과고장원인 분석 및 대처결과고장원인 분석 및 대처결과3333

고무 설계 형상설계 공정설계 기술개발- Compounding

신뢰성관련 요인의 기술적 배치를 위한 실험계획법의 활용기술-

잠재적 고장원인 분석 및 신뢰성 성장관리데이터분석기술 확보-

신뢰성 적용결과 사업전후 정량적 비교신뢰성 적용결과 사업전후 정량적 비교신뢰성 적용결과 사업전후 정량적 비교신뢰성 적용결과 사업전후 정량적 비교4 ( )4 ( )4 ( )4 ( )

내구성은 수요기업 요구수준보다 이상 개선- 15

정적강성 동적강성 비틀림 토크의 이상 개선- 15

기대효과기대효과기대효과기대효과5555

기술적 효과기술적 효과기술적 효과기술적 효과oooo

배합설계 형상설계 공정설계에 대한 설계기술 확보-

실험계획법 활용기술 확보로 최적설계 설계 요소의 기술적 배치가 가능-

잠재적 고장원인 분석 및 신뢰성성장 분석기술 확보-

경제적 효과경제적 효과경제적 효과경제적 효과oooo

수요기업의 요구사양 이상으로 특성관리를 행할 수 있어 경쟁력 우위확보-

기술개발의 표준 정립으로 개발기간을 단축-

신뢰성 데이터의 관리로 글로벌 기업과의 협력관계 수립 및 수출물량의-

획득

활용방안활용방안활용방안활용방안6666

다른 방진제품에 대한 설계 개발 및 신뢰성 관리에 적용가능-

- 5 -

목 차목 차목 차목 차

제 장 서 론제 장 서 론제 장 서 론제 장 서 론1111 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 7777

제 절개요제 절개요제 절개요제 절개요1111 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot7777

제 절 신뢰성향상 지원목표 및 내용제 절 신뢰성향상 지원목표 및 내용제 절 신뢰성향상 지원목표 및 내용제 절 신뢰성향상 지원목표 및 내용2222 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot8888

제 장 신뢰성평가 기준 및 항목제 장 신뢰성평가 기준 및 항목제 장 신뢰성평가 기준 및 항목제 장 신뢰성평가 기준 및 항목2222 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 10101010

제 장 신뢰성향상을 위한 고려요소 및 고장분석제 장 신뢰성향상을 위한 고려요소 및 고장분석제 장 신뢰성향상을 위한 고려요소 및 고장분석제 장 신뢰성향상을 위한 고려요소 및 고장분석3333 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 12121212

제 절 고려 요소제 절 고려 요소제 절 고려 요소제 절 고려 요소1111 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot12121212

제 절 고장분석 자료 해석제 절 고장분석 자료 해석제 절 고장분석 자료 해석제 절 고장분석 자료 해석2222 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot16161616

제 장 재료배합개선제 장 재료배합개선제 장 재료배합개선제 장 재료배합개선4444 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 24242424

제 절 배합의 기본조건제 절 배합의 기본조건제 절 배합의 기본조건제 절 배합의 기본조건1111 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot24242424

제 절 재료배합개선방안제 절 재료배합개선방안제 절 재료배합개선방안제 절 재료배합개선방안2222 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot26262626

제 절 꼭지점계획법에 의한 최적배합조건제 절 꼭지점계획법에 의한 최적배합조건제 절 꼭지점계획법에 의한 최적배합조건제 절 꼭지점계획법에 의한 최적배합조건3333 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot33333333

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제 장 도포공정개선제 장 도포공정개선제 장 도포공정개선제 장 도포공정개선6666 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 52525252

제 장 최적수준 결정을 위한 파라미터 설계제 장 최적수준 결정을 위한 파라미터 설계제 장 최적수준 결정을 위한 파라미터 설계제 장 최적수준 결정을 위한 파라미터 설계7777 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 61616161

제 절 실험계획법에 의한 유의인자 결정제 절 실험계획법에 의한 유의인자 결정제 절 실험계획법에 의한 유의인자 결정제 절 실험계획법에 의한 유의인자 결정1111 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot61616161

제 절 시험데이터의 해석제 절 시험데이터의 해석제 절 시험데이터의 해석제 절 시험데이터의 해석2222 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot64646464

- 6 -

제 장 부품의 신뢰성성장관리제 장 부품의 신뢰성성장관리제 장 부품의 신뢰성성장관리제 장 부품의 신뢰성성장관리8888 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 76767676

제 절 신뢰성성장관리제 절 신뢰성성장관리제 절 신뢰성성장관리제 절 신뢰성성장관리1111 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot76767676

제 절 신뢰성성장 데이터분석제 절 신뢰성성장 데이터분석제 절 신뢰성성장 데이터분석제 절 신뢰성성장 데이터분석2222 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot83838383

제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론9999 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 87878787

참고문헌참고문헌참고문헌참고문헌[ ][ ][ ][ ] middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot90909090

부록 시험장비부록 시험장비부록 시험장비부록 시험장비 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot91919191

- 7 -

제 장 서 론제 장 서 론제 장 서 론제 장 서 론1111

제 절 개요제 절 개요제 절 개요제 절 개요1111

자동차의 현가장치는 주행 중 노면에서 받는 충격이나 진동을 완화시키는 부분

으로서 스프링 쇽업소버 고무부싱 과 컨트롤암등의 요소로 구성 (Rubber bushing)

되어 있으며 여러 형식에 따른 차체 고정 장치나 횡 방향 또는 길이방향의 힘을

지지하는 링크 등으로 이루어져 있다 이 중 고무부싱의 내구성이 약하면 콘트롤

암 에서의 이탈사고나 차량의 떨림 소음으로 인한 고객 불만이 발생(Control arm)

하게 된다 따라서 국내외 시장에서의 경쟁력 향상을 위해 고무부싱에 대한 내구

성 정특성 동특성의 개선을 위한 기술의 개발이 요구되고 있다

그림 자동차 현가장치[ 11]

- 8 -

그림 고무부싱과 콘트롤암[ 12]

제 절 신뢰성향상 지원목표 및 내용제 절 신뢰성향상 지원목표 및 내용제 절 신뢰성향상 지원목표 및 내용제 절 신뢰성향상 지원목표 및 내용2222

최종목표최종목표최종목표최종목표1111

현재 개발 중인 현가장치용 고무부싱 시제품 에 대한 내구성능은 수요(Prototype)

기업의 시험사양 기준 으로 최고부하 의 경우(Delphi 22204309) (Maximum load)

정상부하 의 경우 의 수준을 요구하고20000 Cycle (Nominal load) 150000 Cycle

있다 본 연구개발의 목표는 해외에서의 경쟁력을 확보하기 위하여 시험 사양 기준

으로 최고부하의 경우는 정상부하의 경우는 로의 성22000 Cycle 170000 Cycle

능향상을 목표로 한다 또한 그 외 정특성 동특성의 성능도 고객사에서 요구하는

현재수준의 이상 개선을 목표로 한다5~10

- 9 -

지원내용지원내용지원내용지원내용2222

자동차 신 모델을 개발하는 경우 고무부싱의 시제품은 실차에 적용하여 평가하

고 있으며 시험은 진동에 대한 반응 수직 충격 흡수 과속 방지 턱에 대한 진동흡

수 등에 대하여 종합적으로 평가한다

따라서 고객이 요구하는 품질수준을 만족하기 위해서는 고무배합기술 형상설

계기술 접착공정기술 등에 대한 설계심사 와 설계 단계별 고장모드 (Design review)

분석 실험계획법 수명예측 시험 및 시뮬레이션 평가에 따른 수명한계의 정의를 명

확히 하여 장기내구신뢰성에 대한 보증대책이 절실히 필요한 실정이다

신뢰성을 향상시키기 위해 다음과 같은 내용의 지원을 행한다

고무 배합설계 형상설계 접착기술에 대하여 해당요인의 기술적 배치를 위한-

실험계획법의 활용기술 제공

특성데이터의 화를 통한 기술개발의 표준정립- DB

잠재적 고장원인 분석방법 기술 제공-

신뢰성시험장비 및 고장분석 장비 활용 방법 및 데이터분석기술 제공-

- 10 -

제 장 신뢰성평가 기준 및 항목제 장 신뢰성평가 기준 및 항목제 장 신뢰성평가 기준 및 항목제 장 신뢰성평가 기준 및 항목2222

차량이 주행하면서 노면의 요철이나 돌기부위를 타고 넘어갈 때에는 현가장치에

상하방향의 충격력뿐만 아니라 전후방향으로도 충격력이 작용하여 승차감 및 하시

니스 현상을 악화시킨다 현가장치 부싱류의 스프링정수 값이 낮을수록(Harshness)

차량의 승차감이 좋아지지만 조정 안정성이 악화되고 시미 가 발생하는 (Shimmy)

등의 상반적인 특성이 있다 그러므로 노면 충격에 대해서는 현가장치의 유연성을

부드럽게 설계하고 차량의 좌우방향에 대해서는 강하게 딱딱하게 설계하는 세밀한 ( )

조정이 요구된다

일반적으로 정강성을 동강성을 로 표현하며 동강성과 정강성 간의 비율ks kd

을 동배율이라 한다 동배율이 낮을수록 차량의 실내소음에는 유리한 경향을(kdks)

갖는다

본 연구개발에서는 의GMUTS(General Motors Uniform Test Specification) Test

을 실행하여 내구성을 목표 사이클 이상으로 개선하고 고객사에서 요구하는 정Run

특성과 동특성 비틀림 토크를 개선항목으로 선정하여 제품의 품질 및 신뢰성 향상

을 진행하였다

고객사의 요구 수준 에 따르면(Delphi Test Specification 22204309) Tension

와 가 동시에 일 때Compress Alternating Torsion Stress Max Load 20000 Cycle

일 때 을 요구한다 본 프로젝트의 경우 해외부품메이Normal Loads 150000 Cycle

커들에 대한 경쟁력을 확보하기 위하여 기본 요구 수준을 넘어 향상된 제5~10

품신뢰성을 확보를 목표로 하고 있다

- 11 -

표 평가항목 및 목표[ 21]

본 연구를 위한 대상 부품은 제안당시는 모델이었으나 수요기업 의DA-7 (Delphi)

필요성에 따라 모델로 연구대상을 변경하게 되었다 고무부싱으로서의 기능DA-2

은 동일하나 그림 과 같이 형상의 차이가 있으며 평가항목별 목표수준도 다[ 21]

르다

그림 대상품의 변경[ 21]

- 12 -

제 장 신뢰성향상을 위한 고려요소 및 고장분석제 장 신뢰성향상을 위한 고려요소 및 고장분석제 장 신뢰성향상을 위한 고려요소 및 고장분석제 장 신뢰성향상을 위한 고려요소 및 고장분석3333

제 절 고려 요소제 절 고려 요소제 절 고려 요소제 절 고려 요소1111

고무부싱에 대한 고객의 요구조건 만족과 성능향상을 위한 방안은 크게 세 가지

로 분류할 수 있다

첫째는 재료배합개선으로 고무의 특성을 개선하여 성능을 향상시키는 방안이며

둘째는 처럼 고무의 양이 적은 경우 허용하는 범위 내에서의 형상 변화를 통DA-2

한 성능향상 방안이며

셋째는 도포공정을 포함한 공정개선에 의한 방법이다

그림 은 부싱의 성능향상을 위한 개선방안을 나타내고 있다[ 31]

그림 성능향상을 위한 개선방안[ 31]

재료배합재료배합재료배합재료배합1111

고무의 배합 은 황화제 촉진제 가공제 유기산 금속산화제 노화(compounding)

방지제 보강제 충진제 등으로 기초배합을 설정한 후 인장강도와

- 13 -

신장율 경도 반발탄성 인열강도 인장응력 노화 후 물리적 현상 등을 고려하여

배합 설계를 하게 된다 특히 고무 제품의 경도를 높이기 위한 보강성과 경도가 높

으므로 잘 마모되지 않는 내마모성과 관련하여 카본블랙 을 사용하(Carbon Black)

며 고무제품의 특성을 결정하는 중요한 부분이다 사용 중인 카본블랙은

의 분류 방법에 의해 표 과 같이 구ASTM(American Standard Test Method) [ 31]

분된다

표 카본블랙의 분류[ 31]

ASTM CODE 일 반 명 칭 입자경( )

N110 초내마모성SAF (Super Abrasion Furnace ) 11-19

N220ISAF (Intermediate Super Abrasion Furnace

준초내마모성)20-25

N330 고내마모성HAF (High Abrasion Furnace ) 26-30

N440 초전도성XCF (Extra Conductive Furnace ) 31-39

N550 양압출성FEF (Fast Extruding Furnace ) 40-48

N660 범용성GPF (General Purpose Furnace ) 49-60

N774 중보강성SRF (Semi Reinforcing Furnace ) 61-100

N880 미립열분해FT (Fine Thermal ) 101-200

N990 중립열분해MT (Medium Thermal ) 201-500

카본블랙은 요오드가 와 광흡수도 가 높을수록 입자경은 작고(Iodine number) (Tint)

흡수율 이 클수록 구조가 발달되어 있다DBP(Di-dutyl phthalate) (Oil absorption)

카본블랙은 입자경이 작고 고무와 결합하는 표면적이 클수록 고무의 경도

와 내마모성 등의 물성을 보강하는 능력이 크다 그(Hardness) (abrasion resistant)

러나 경도와 탄성 은 반비례이므로 탄성은 오히려 감소하게 된다 또한(Elasticity)

작은 입자경은 탄성체 의 항복점 을 연장하는데(Elastomer) (Micro-Brownian motion)

탁월하다 탄성체는 항복점 이후

- 14 -

에 탄성의 성질을 잃어버리고 소성을 띠게 되는데 카본블랙은 이러한 고무의 물성

을 조정하는 중요한 인자이다

형상설계형상설계형상설계형상설계2222

자동차 모델에 따라 수요기업에서 의 외형형상에 대한 기본 설계를 제공Bushing

하지만 철과의 접촉부분 등 세부설계는 제조업체에서 실시하여야 한다 따라서 각

부분의 세부적 모양이나 각도에 따라 고무 철의 재료량에 영향을 미치며 이는 결

국 내구성 등 특성 치에도 영향을 미치게 된다

결정하여야 할 주요 요소로는 내철 구배각도 외철 접착(Inner pipe) (Outer pipe)

부분 등이다 이밖에 외경크기의 산포에 따라 내구성에 영향을 미칠 수 있으며 이

는 품질관리 활동에 의해 사이징 공정에서 최종규격을 맞추게 된다(Sizing)

공정설계공정설계공정설계공정설계3333

재료설계와 함께 부품의 내구성 정특성 동특성을 결정하는 주요공정은 철과 고

무를 접착시키는 접착제 도포 공정과 가류 가황 공정이다( )

가 가류공정가 가류공정가 가류공정가 가류공정

고무분자의 공유결합을 유도하여 기계적 강도를 높이는 작업이다 가황 또는

가류라고 하며 생고무에 유황 같은 가황제를 가하여 고무 분자 간에 결합을 강하게

하고 탄성 인장강도 등을 증가시킨다 가황고무의 가장 큰 특징은 탄성이 커지는

것이며 노화 가 더디고 변형 시에도 체적변화가 크지 않다는 것이다 중요한 ( ) 老化

관리 항목으로서는 가류온도 금형 쳄버 스쿠류 가류시간 가류압력 등이며 공정( )

설계에 따라 특성에

- 15 -

중요한 영향을 미친다

나 접착제도포공정나 접착제도포공정나 접착제도포공정나 접착제도포공정

접착강도는 시험방법 접착방법 시험시의 조건 시편의 기하학에 따라 다르게 나

타난다 도포방법으로는 침지법 붓칠법 롤 코팅법 (Dipping) (Brushing) (Roll

스프레이법 그리고 덤브링법 이 있다Coating) (Air Spray) (Tumbling)

프라이머 는 피착제 표면과의 친화성이나 접착제와의 상용성이 뛰어나지(primer)

않으면 안되고 동시에 접착 저해물과의 상용성도 높아야 한다 또 프라이머 중의

유효성분 쪽이 피착제 표면에 흡착되어 있는 저해성분 보다 피착제에 의하여 안정

하게 흡착 되어 있는 것이 중요하다 따라서 프라이머는 충분한 교반(Adsorption)

균일하고 엷은 도포 그리고 완전한 건조가 이루어 져야 한다

고무를 강력하게 접착시키기 위해서는 접착제가 적당히 고무 중으로 확산 된 후

에 고무와의 사이에서 상호 확산과 가교반응을 일으킬 필요가 있다 따라서 고무와

상용성이 있는 적절한 접착제 선정이 필수이며 충분한 교반 점도 조절에 의한 균

일한 도포 적당한 두께 완전한 건조 온도와 시간 가 이루어져야 한다 ( )

- 16 -

제 절 고장분석 자료 해석제 절 고장분석 자료 해석제 절 고장분석 자료 해석제 절 고장분석 자료 해석2222

설계설계설계설계1 FMEA1 FMEA1 FMEA1 FMEA

설계 는 설계 단계에서 발생하는 위험FMEA(Failure Mode and Effect Analysis )

성을 발견하기 위한 것으로 잠재적인 결함을 확인 한 후 그 영향의 심각성을 평가

하고 중점 관리 항목과 잠재적 설계 결함에 대응하기 위한 것으로 설계상의 문제

점들을 검증하고 효율적 설계개선을 행할 수 있도록 해준다 설계에 대한 잠재고장

모드의 리스트 중요 관리 특성 리스트 고장모드의 원인 제거나 발생률 감소를 위

한 설계활동 리스트 등이 그 결과물이 된다 에 대한 설계 는 표 DA-2 FMEA [ 32]

에 열람하였다

본 제품의 설계 에서는 아래 항목들에 대해 중점적으로 고려하였다FMEA

과다한 진동과 소음 형상 및 재료설계 오류로 인한 정특성 동특성 값의 불1) -

만족

내구성 문제 내철 외철의 파손 철 고무의 접착 불량 고무의 미가류 과가류2) -

외관 불량 내철 외철의 부식 미가류 과가류로 인한 고무의 이상 형태 고무3) -

버 나 살 로 인한 외관 불량 형태(burr) (flesh)

- 17 -

표 설계[ 32] FMEA

- 18 -

- 19 -

공정공정공정공정2 FMEA2 FMEA2 FMEA2 FMEA

공정 은 제품생산 공정에서 발생할 수 있는 잠재적인 문제점 또는 위험성FMEA

을 발굴하여 효과적으로 대응하기 위한 분석 기법으로 제품의 중대사고 발생 예방

으로 고객의 불만을 방지할 수 있으며 결함의 영향을 제거 또는 감소를 위한 부분

별 대책 수립의 근거가 되며 생산 문제점 검증을 통한 효율을 제고할 수 있다 공

정상의 잠재고장 모드와 그 영향을 검토 할 수 있으며 엔지니어들이 불량발생을 낮

추거나 불량 탐지 능력을 증대시킬 수 있는 관리 수단 또는 방법에 초점을 맞출 수

있도록 공정결함을 규명할 수 있다 공정에 대한 잠재고장 모드의 리스트 중요 관

리 특성 리스트 고장 모드의 원인 제거나 발생률 감소를 위한 공정 활동 리스트

들 결과물을 얻을 수 있다

표 에 보여준 의 공정 에서는 특히 아래 관련 항목들이 내구성 향[ 33] DA-2 FMEA

상과 품질개선을 위하여 중점적으로 검토되었다

접착제 도포 공정 의 점도관리체계에 의한 접착제 도포두께 관1) Zahn Cup No2

리상태 불량 건조상태에서 발생할 수 있는 접착제의 이상적 화학반응 및 건조상태

등

가류공정 고무와 내철 외철류의 이상적인 화학반응으로 인한 불량 접착상태2)

사출 성형후 고무의 갈라짐 흠집 등에 의한 외관 불량상태

시험 검사 공정 내구사양의 불만족상태 동특성 정특성 값의 사양 불만족상태3)

고무와 내 외철의 고무접착강도 불만족상태 등을 고려함

- 20 -

표 공정[ 33] FMEA

- 21 -

- 22 -

- 23 -

- 24 -

제 장 재료배합개선제 장 재료배합개선제 장 재료배합개선제 장 재료배합개선4444

제 절 배합의 기본 조건제 절 배합의 기본 조건제 절 배합의 기본 조건제 절 배합의 기본 조건1111

방진 고무부품을 만들려면 다음의 가지 공정을 거친다3

배합공정 사용목적에 따라 원료고무를 선택하고 배합약품의 종류와 양을 결middot

정하는 공정

가공공정 정해진 배합에 따라서 고무와 배합약품을 섞고 혼련 일정한 두께middot ( )

의 고무 시트를 제조하고 만들고자 하는 모양으로 절단하는 공정

가황공정 만들고자하는 모양으로 절단한 미가황 고무에 고무 탄성을 갖게middot

하고 물성을 개선하는 공정

이들 중 배합은 가공공정 가황공정 및 만들어진 제품 성능에 절대적인 영항을 미

치므로 배합설계자는 배합설계 를 할 때 다음의 가지 점(Compounding design) 3

에 균형을 잘 조화 시켜야 한다(3P)

최종 제품의 요구물성을 충족시킬 것middot (Property)

가공이 쉬울 것middot (Processing)

부피 당 배합단가가 적정할 것middot (Price)

또한 이와 같은 조건을 충족시키는 배합설계를 하기 위해서 배합설계자는 배합

의 목적 배합에 사용되는 원료고무와 각종 배합제의 성질 배합의 기초 배합단가

제품이 만들어 질 때까지의 작업 및 설비 등을 주지해야 한다

배합에는 원재료의 시험이나 평가를 목적으로 하는 배합과 공장에서 제품을 만들

기 위한 배합으로 나룰 수 있다

원재료의 시험이나 평가를 목적으로 하는 배합은 원재료의 대체나 품질

- 25 -

확인을 위한 기초 배합과 새로운 원재료가 개발됐을 때 이곳에 대한 실제적인 용도

개발을 위한 시험 또는 연구배합이 있다 개발을 위한 시험 또는 연구배합에서는

기초적인 성상을 구하는 배합으로부터 실용화에 대비한 응용배합에 이르기 까지를

검토의 대상으로 하기도 한다

제품을 생산하기 위한 목적으로서의 배합이란 종래에 없었던 새로운 요구가 있

었을 때 종래 사용하던 원재료를 써서 그 목적에 알맞은 배합을 결정하여 공장에

서의 실제 생산에 투입하는 경우를 뜻한다

고무 부싱과 엔진마운트와 같은 방진을 목적으로 하는 고무제품의 재료를 보면

등의 계의 고무가 적합하다는 게 일반적인 고무업체의 정설이NR SBR BR Diene

다 하지만 목적에 맞게 고무의 원재료를 선택하여야 한다 결국 방진이라는 기능의

고무 특성을 만족하기 위해서는 가교라는 차원 구조의 밀도를 요구하고 있다는 것3

을 알 수 있다

일반적인 방진고무의 요구특성으로는 다음과 같은 조건을 만족하여야 한다

첫째 파단 특성을 만족하여야 한다 즉 분자들과의 높은 응집력과 와의 높 Filler

은 친화성으로 응력을 분산시키는 구조로 이루어져야하는 조건을 만족하여야 하며

둘째 특성을 만족하여야 한다 에 대한 조건을 만족시키기 위해서 Creep Creep

는 고무의 분자 회전성이 높고 응집에너지가 낮을수록 좋다

셋째 내열성 및 내열 산화성에 대한 조건을 만족하여야 한다 이것은 일반적으로

기계적인 모든 성질은 온도의 의존성이 낮을수록 바람직하다고 할 수 있다 이에

방진목적의 고무도 이 같은 성질을 만족하여야 한다

- 26 -

넷째 일반적인 방진 제품은 고무만의 단독 현상으로는 그 형태를 유지하기 힘들

며 금속과의 결합을 통하여 그 방진특성을 만족하여야 한다 이에 방진고무의 기본

적인 성질은 금속과 접착성이 좋아야 한다는 조건을 만족하여야 한다

다섯째는 감쇄계수에 대한 부분으로 감쇄계수가 크고 온도의존성이나 주파수 의

존성이 좋아야 한다 일반적으로 은 감쇄가 적고 소변형에서 대변형에 이르기까 NR

지 선형의 복원을 하며 주파수에 의존하지 않은 특성을 가지고 있으므로 방진고무

로 적합하다고 할 수 있다

여섯째 탄성율에 관한 내용으로 일반적으로 방진 고무의 탄성율은 온도 및 진폭

의존성이 낮은 쪽이 좋게 된다

마지막으로는 정적강성과 동적 강성의 비로 표현되는 동배율에 유의해야 한다

일반적으로 방진고무의 감쇄 특성을 고려하면 동배율이 높은 것이 유리하지만 동적

특성의 온도의존성 변형율 동적 변형율에 의한 발열 및 내피로특성을 보면 저동배

율 쪽이 유리하다

제 절 재료배합 개선방안제 절 재료배합 개선방안제 절 재료배합 개선방안제 절 재료배합 개선방안2222

원재료 및 배합제의 개선원재료 및 배합제의 개선원재료 및 배합제의 개선원재료 및 배합제의 개선1111

고무부싱 제품의 경우 그 기능상의 요구로 인하여 주로 계열의 천연고무를NR

원재료로 사용한다 본 연구에서도 계열의 천연고무를 원재료로 하고 요구 특성 NR

의 개선을 위해 배합제의 선정을 대해 연구하였다 일반적으로 천연고무 및 합성고

무에 적용되어지는 배합제는 가황속도 조절 가공의 원활화 품질특성 개선 그리고

특수 성능 등의 목적으로 사용되어

- 27 -

진다 배합제의 종류로는 가공조제 연화제 유기가황제 가황촉진제 노화방지제

등으로 나눌 수 있다

요구 경도의 결정은 함량을 조절하여 설계하였으며 품질특성을 향상 시Carbon

킬 수 있는 재료를 연구한 결과 미세 으Caron Carbon Black(MAF FEF GRADE)

로 물성을 향상 시킬 수 있도록 하였다 특성에 큰 영항을 주는 배합제의 경우 그

용도에 따라 많은 종류를 인자로 적용할 수 있지만 많은 인자로 인하여 발생하는

비용적 시간적 손실을 최소화하기 위해 본 연구에서는 원재료와 함량을 Carbon

고정한 후 촉진제 종류와 가황제의 양을 조절하는 방식으로 배합제에 대한 최적의2

조합을 선택하는 방법으로 접근하였다

내구성 향상을 위한 방안내구성 향상을 위한 방안내구성 향상을 위한 방안내구성 향상을 위한 방안2222

내구성을 향상시키기 위한 일반적인 방법은 경도를 향상시키는 것인데 경도를

높이는 방법만으로는 다른 특성 즉 정 동특성을 동시에 만족시킬 수 없는 어려움이-

있다 이에 본 연구에서는 방진용 제품이 요구하는 정 동특성과 내구성을 Bushing -

동시에 향상 시킬 수 있는 방안을 모색하기 위하여 촉진제와 가황제를 이용하여 최

적을 배합설계를 이루고자 하였다

내구성을 향상시키기 위한 방법으로 보통 량의 조절을 통한 경도 조절법Carbon

을 이용하게 되는데 본 연구에서 적용한 은 미세 Carbon Carbon Black(MAF FEF

으로 인장강도 및 경도 인장응력을 증대하는 효과를 얻고자 하였다 이러GRADE)

한 미세 의 적용과 동시에 보강제의 분산 및 흐름성 개선을 위하여Carbon Black

가공조제를 개선하여 적용하였다

가교시스템의 향상 방안가교시스템의 향상 방안가교시스템의 향상 방안가교시스템의 향상 방안3333

가황반응 고분자 주쇄간 가교결합을 통한 차원 망상구조를 형성하(Vulcanization) 3

여 고분자 화합물의 복원력 탄성 특성 및 기타 요구물성을

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증가시킨다 다양한 가교결합 형태 중 방진고무산업에서 많이 이용되고 있는 가교

결합은 을 도입한Polysulfide (-C-Sx-C- x=1~4) Conventional CV(Vulcanization)

계를 많이 사용한다 여기서 사용되고 있는 인 천연고무 Polymer (Natural Rubber

의 배합에 있어 가교 또는 가류형태의 변화에 따라 물성 및 특성의 변화가 있NR)

음을 알 수 있다 즉 가교형태 변화에 따른 유사한 특성을 나타내는 Stress-Strain

조건하에서 공정특성 및 전반적인 물성에 영향을 미침을 알 수 있다 의 기 Polymer

본 배합에서 촉진제나 황 공여체 증가에 따라 가류 유도시간(Sulfur Donor)

은 길어지나 가류속도는 빨라진다 특히 고온 가류 시 과 가류(Induction time)

에 의한 물성하락을 방지하기 위해 열 안정성이 우수한(Overcure) EV(Efficient

계를 사용하는 것이 근래에 소개되고 있다 고분자의 물성은 가교형Vulcanization)

태뿐 아니라 가교밀도에 크게 의존한다 가교계 변화에 따른 인장강도의 영향은 매

우 적은 반면 신장율은 계에서 로 같수록 감소CV(Conventional Vulcanization) EV

하는 경향이 있다

이란 가류시간의 지연 또는 과가류로 인한 고무 물성의 저하를 말한Reversion

다 이러한 현상은 제품의 외면이 과도한 열에 노출될 수 있다 다중황공유 결합의

열적노화현상이 발생하며 가교형태가 다중황 결합에서 단일황(Polysulfidic)

결합으로 바뀌게 되며 밀도가 현저하게 저하되고 환상형 씨오알켄(Monosulfidic)

과 씨오알칸 구조로 바뀌게 된다 결과적으로 재료의 물성(Thioalkene) (Thioalkane)

과 기계적 성질이 떨어지게 된다

이 발생하는 시간을 가교형태에 따라 비교하여 보면Reversion CV lt Semi-CV lt

으로 알려져 있으며 시스템에서는 촉진제 종류에 따라서 인장과 신율의 물EV EV

성에 하락 없이도 공정 안정성 특성이 매우 우수하다 이 Anti-Reversion

으로 인해서 물성과 기계적 성질을 향상시킬 수 있으며 황공여체 사Anti-Reversion

용 또는 계로 가교형태를 전환함으EV

- 29 -

로써 가능하다 이로써 가교의 다중황결합 을 줄이고 단일 또는 이중황 결 (S3~S8)

합으로 내열성 및 결합의 안정성을 증가시킬 수 있다 이러한 과정에서 공정설계상

계보다 더 낮은 가류온도와 더 길어진 가류시간이 필요하게 된다 이러한 계CV EV

에서는 정도의 황과 계에 비해서 다소 많은 양의 촉진제를 사용하02~05 phr CV

게 된다 여기에 근거하여 혼합물성분의 한계 표 표 에 나타난 황과 촉 ([ 42] [ 44])

진제 양의 범위를 정하였다

발생 시간의 효율적인 제어를 위하여 본 연구에서는 적절한 촉진제의Reversion

배합량을 조절하여 방진제품에서 요구하는 특성을 만족하는 조건을 선정하고자 하

였다 그림 은 의 예를 보여준다 [ 41] Reversion

그림 의 예[ 41] Reversion

본 연구에서는 인장 내열 강도의 증가와 동 정특성 내구성 증가를 위한 가교 시- -

스템의 향상 방안으로 황량을 조절하여 Convension Type(Efficient Vulcanization

을 통하여 결합력을 증대시켰으며 촉진제를 조절하여 가- CURE STIES-CC-C)

교효율을 증대하였다 또한 가황 조건에 변화가 적은 배합설계를 하여 향상된 적정

가황이 될 수 있도록

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하였으며 를 정립화하여 최적의 적정 가황 포인트를 찾아 인장이 최CURE-STUDY

적일 때 내구성이 최적이고 가황제품과 시편을 동시에 함으로 시편과CURE-STUDY

제품의 상의성을 방지할 수 있었다

자동차업계에서는 일반적으로 고가의 폴리머를 선호하지만 본 연구를 통하여 가

격이 낮은 폴리머로도 성능향상이 가능하다는 것을 입증하였고 향후 타 아이템에도

연계 적용함으로 새로운 배합설계를 구축하였다

실험계획법의 적용실험계획법의 적용실험계획법의 적용실험계획법의 적용4444

기존의 개발 진행 방식은 경험에 의한 시행착오 접근 방법을 사(Trial and Error)

용하여 성능향상을 도모하였으나 본 연구에서는 배합물설계에 위한 실험계획법

기술을 적용하여 이론적으로 최적의 배합설계를 이(DOE Design of Experiment)

룰 수 있는 방법을 연구하였다

일반적인 고무제품의 배합은 많이 알려져 있지만 특성 향상을 위한 방안이나 그

배합에 대한 신뢰성에는 많은 의문점이 제기 되는 게 현실이다 본 연구에서는 요

구특성을 만족시키기 위하여 선정된 촉진제의 배합조건의 최적화를 실현하기 위하

여 실험계획법의 꼭지점계획법을 이용하여 그 효율성을 검증하고자 하였다 배합의

경우 어느 독립적인 인자의 선정으로는 그 효과를 극대화 시킬 수 없는 특성이 있

는데 본 연구에서는 선정된 촉진제 및 폴리머의 조건 하에서 최적의 배합 조건을

찾아보고자 하였다

재료배합설계의 개선을 위한 방안을 정리하면 표 과 같다[ 41]

- 31 -

표 내구성 및 정 동특성 동반향상을 위한 개선방안[ 41] -

항 목항 목항 목항 목 기존 방안기존 방안기존 방안기존 방안 제안된 개선 방안제안된 개선 방안제안된 개선 방안제안된 개선 방안

배합 설계 방안

경험적 배합 설계

고 배합설계COST

국내수급재료사용

실험적 분석기법 도입

저 배합설계COST

해외재료수입

내구성 향상

량 변경Carbon

용도별 적정 적용Carbon

정동특성 향상 방안을 동시==gt

고려

경험적 수치의 가황제 량 선정

가교 시스템 향상 방안을 고려한

가황제 량 선정

(EV - CURE)

결합력 증대==gt

경험적 수치에 의한 촉진제 량

선정 경도별 선정 미비( )

가교 효율을 반영한 촉진제 량의

선정

적정한 가황 포인트 파악을 위한(

실시Cure Study )

정 동특성 향상-

정특성 향상 방안 경도 증가

동특성 향상 방안 경도 하락

두 특성을 만족시키기 위한==gt

경험적 수치의 경도 선정

데이터베이스를 활용한 배합설계

정 동특성을 동시에 만족할 수-

있는 배합제 적용

분산 및 흐름성 개선==gt

형상개선과 동시 고려==gt

- 32 -

표 는 지원 전 배합비율과 특성별 성능수준을 나타낸다[ 42]

표 지원 전 성능수준[ 42]

- 33 -

제 절 꼭지점계획법에 의한 최적배합조건제 절 꼭지점계획법에 의한 최적배합조건제 절 꼭지점계획법에 의한 최적배합조건제 절 꼭지점계획법에 의한 최적배합조건3333

재료설계에 적용되는 실험계획은 혼합물 배합에 관한 실험계획으로서 몇(Mixture)

개 성분의 혼합물 중 어떠한 성분이 품질의 특성에 유의한 영향을 미치는지를 분석

하여 반응을 최대로 만드는 최적혼합비율을 찾고자 하는 실험계획이다

혼합물실험에 적용되는 실험계획으로는 심플렉스 격자형배열법 심플렉스 중심배열

법 꼭지점 계획법 등을 주로 적용한다 본 실험에서는 심플렉스의 전 영역이 아니

라 제한된 영역에서 실험을 하고자 하므로 꼭지점계획법(Extreme vertice design)

을 적용하였다

고무부싱의 재료배합에서는 개의 성분재료가 있고 이들을 어떤 비율로 배합하는

것이 품질특성치를 가장 좋게 하는가를 찾는다 성분의 혼합에 있어서 를 번째

성분의 혼합비율이라고 하면 다음과 같은 관계식을 만족시켜야 한다

이러한 경우는 일반적 실험계획법처럼 심플렉스의 모든 영역에 실험이 배치되는 것

이 아니고 제한된 영역에서만 실험을 하는 경우이다 즉 각 인자 가 (Factor) 0 le

의 모든 값을 취할 수 있는 것이 아니라 제한된 구간1le

안에서만 값을 취한다 이와 같은 경우는 경제적인 이유나 또는 실험 전에 인자들

의 성질에 대하여 상당한 정보가 있는 경우이다 위의 식과 같은 인자의 구간이 설

정되면 실험가능영역은 심플렉스 상의 좁은 영역이 된다

- 34 -

과 은 제한된 실험영역에 대한 실험계획법으로 꼭지점 계획법Mclean Anderson

을 제안하였다 이 계획법은 제한된 영역이 가지는 모든(extreme vertices design)

꼭지점과 이 꼭지점들의 선형조합으로 이루어지는 몇 개의 점을 적절히 선택하는

실험계획법이다 만약 개의 혼합성분이 사용되는 경우 실험영역을 그림으로 그리 4

면 그림 와 같이 사면체 속에 위치하는 면체가 된다 과 은[ 42] 6 Mclean Anderson

이 면체의 꼭지점과 중심점을 실험점으로 선택하는 방법에 대한 예제를 제시하고6

있다

그림 개의 혼합성분에 대한 꼭지점계획법[ 42] 4

고무부싱의 재료설계 시 혼합물은 고무 카본 및 배합원료로서 황화제 촉진제

가공제 유기산 금속산화제 노화방지제 보강제 충진제 등을 사용한다

재료 배합 실험은 경도별로 나누어 실행되었으며 표 은 경도 도 오차범[ 43] 48 (

위 plusmn 도 에 대한 혼합물성분의 한계이다 에 성분의 한계를 입력한 결과2 ) MINITAB

네 가지 성분에 대하여 표 와 같은 총 회의 실[ 44] 17

- 35 -

험점이 생성되었다 실행 의 경우 의 성분을 1 A B C D 09807 00068 00011

의 비율로 섞어서 실험하라는 의미이다00114

표 혼합물 성분의 한계[ 43] (48Hs)

성분 하한 상한

A 외 기타Polymer 09774 09807

B 촉진제1 00068 00085

C 촉진제2 00011 00022

D Sulfur 00114 00119

표 꼭지점계획법에 의한 실험설계와 결과데이터[ 44] (48Hs)

을 활용한 혼합물 설계 데이터분석 결과는 표 표 과 같다MINITAB [ 45][ 46] 17

회의 실험점에 대한 데이터분석 결과 각 실험 점에서의 적합추정치와 신뢰구 95

간을 구할 수 있었다

- 36 -

표 을 보면 실험점 에 의한 배합조건으로는 신뢰구간으로[ 45] 14 95

의 내구성이 나타난다 에서는 각 성142322cycle ~ 146166cycle Nominal Load

분에 대한 제한조건을 만족시키면서 내구성을 최대로 하는 처리조건은 인자의 네

가지 성분 즉 외 에 대한 배합 비율이 Polymer Acc1 Acc2 Sulfur 097740

이었다 그리고 이 처리조건에서 예상되는 내구성은00085 00022 00119

에 도달할 것으로 추정되었다146943cycle

에서는 인자의 네 가지 성분의 배합비율이 와 마찬Maximum Load Nominal Load

가지로 이었다 그리고 이 처리 조건에서 예상되는09774 00085 00022 00119

내구성 추정치는 이었다18917cycle

표 데이터분석 결과[ 45] (48Hs Nominal Load)

에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응Dura(Nom)Dura(Nom)Dura(Nom)Dura(Nom)

- 37 -

반응 최적화 모수반응 최적화 모수반응 최적화 모수반응 최적화 모수

글로벌 솔루션글로벌 솔루션글로벌 솔루션글로벌 솔루션

예측 반응예측 반응예측 반응예측 반응

Dura(Nom) = 146943

- 38 -

표 데이터분석 결과[ 46] (48Hs Maximum Load)

에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응Dura(max)Dura(max)Dura(max)Dura(max)

반응 최적화 모수반응 최적화 모수반응 최적화 모수반응 최적화 모수

글로벌 솔루션글로벌 솔루션글로벌 솔루션글로벌 솔루션

외Polymer = 09774

- 39 -

Acc1 = 00085

Acc2 = 00022

Sulfur = 00119

예측 반응

Duro(max) = 189171

경도 도 오차범위 도 에 대한 혼합물성분의 한계와 에 의한 실험50 ( plusmn 2 ) MINITAB

점은 표 표 과 같다[ 47] [ 48]

표 혼합물 성분의 한계[ 47] (50Hs)

- 40 -

표 실험계획의 결과[ 48] (50Hs)

경도 도에 대한 혼합물 설계 데이터분석 결과는 표 표 과 같다50 [ 49][ 410] 17

개 실험 점에서의 적합추정치와 신뢰구간은 예측반응에 잘 나타나 있다95

에서는 각 성분에 대한 제한조건을 만족시키면서 내구성을 최대로Nominal Load

하는 처리조건은 외 기타 의 각 성분에 대하여 배합비Polymer Acc1 Acc2 Sulfur

율이 이고 이 처리조건에서 예상되는 내구성은09687 00088 00025 00200

에 도달할 것으로 추정되었다159209 Cycle

에서는 인자의 네 가지 성분의 배합비율이 와 마찬가Maximum Load Nominal Load

지로 이었다 그리고 이 처리조건에서 예상되는 내09687 00088 00025 00200

구성 추정치는 이었다 일 때와 일218572 Cycle Nominal Load Maximum Load

때의 적정배합비율이 다르게 나오는 경우가 있는데 이는 오차범위 경도의 경우( plusmn

도 가 비교적 넓은 고무의 특성에서 비2 )

- 41 -

롯되거나 측정오차에 따른 결과로 추정된다

표 데이터분석 결과[ 49] (50Hs Nominal Load)

에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응Duro(Nor)Duro(Nor)Duro(Nor)Duro(Nor)

반응 최적화 모수반응 최적화 모수반응 최적화 모수반응 최적화 모수

- 42 -

글로벌 솔루션글로벌 솔루션글로벌 솔루션글로벌 솔루션

예측 반응예측 반응예측 반응예측 반응

Duro(Nor) = 159209

표 데이터분석 결과[ 410] (50Hs Maximum Load)

에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응Duro(max)Duro(max)Duro(max)Duro(max)

- 43 -

반응 최적화 모수반응 최적화 모수반응 최적화 모수반응 최적화 모수

글로벌 솔루션글로벌 솔루션글로벌 솔루션글로벌 솔루션

예측 반응예측 반응예측 반응예측 반응

Duro(Max) = 218572

재료배합시험에 있어서 가류시간이 특성 치에 영향을 미치므로 레오그래프

분석에 의해 적정가류시간을 결정한다 레오그래프는 다음의 용도에(Rheograph)

활용된다

고무제품의 가류도 측정①

가류속도 측정②

최적의 가류공정 조건 확립③

가류약품 선정 및 배합 작성Recipe④

고무제품의 품질관리⑤

아래 그림 은 경도 도에 대한 재료의 레오그래프이다 그래프에 나타난 용[ 43] 48

어를 설명하면 다음과 같다

혼합물 의 가 가류되었을 때의 시간을 나타내며 가류시간을tc90- (Compound) 90

결정하는 기준으로 사용된다

스코치시간 을 나타내며 원하지 않는 가교가 일어ts2 - (Scorch time)

- 44 -

나는 시간으로 적절한 가류시간을 찾기 위해 필요한 과정임

고무의 특성을 토르크 값으로 나타낸 값으로 일반적으로 혼합물Tmax- (Torque)

의 경도에 따라 변함

평형 토르크MH- (Equilibrium torque)

최소 토르크ML- (Minimum torque)

본 재료시험에 적용된 가류시간은 의 배 사이에서 적정수준을 결정하tc90 1-15

였다

연구의 결과 카본의 입자가 작을수록 내구성은 향상시키지만 대체로 분산이 잘 되

지 않아 혼합물의 품질이 고르지 못하였다 따라서 카본의 분산도를 평가하여 만족

할 만한 수준이 나오는지 확인하였으며 상대적으로 작은 입자경의 카본을 사용하

여 내구성을 높이려 하였다

그림 경도 도 고무에 대한 레오그래프[ 43] 48

- 45 -

실험의 결과 카본블랙과 레오그래프와의 관계는 그림 와 같이 나타났다 그림[ 44]

에서 보는바와 같이 입자경의 크기가 증가함에 따라 결합력이 약해지므로 토르크

값이 낮아짐을 알 수 있다

그림 각종 카본블랙의 레오그래프[ 44]

- 46 -

본 연구에 적용된 카본 입자경의 크기와 양은 표 과 같다[ 411]

경도변화는 카본입자의 크기와 양에 따라 결정이 되며 레오그래프의 값이 Tmax

이러한 사실을 보여주고 있다

표 레오그래프상의 경도와 카본의 관계[ 411]

레오그래프는 섭씨 도에서 그려짐PHR = Part in Hundred Rubber 160

- 47 -

제 장 형상개선제 장 형상개선제 장 형상개선제 장 형상개선5555

제 절 외철의 스웨징 율 변화에 의한 개선제 절 외철의 스웨징 율 변화에 의한 개선제 절 외철의 스웨징 율 변화에 의한 개선제 절 외철의 스웨징 율 변화에 의한 개선1111

높은 품질의 부싱을 개발하기 위해서는 적절한 재료설계에 의한 경도 및 고무 특

성의 설정이 매우 중요한 요소이지만 고무의 특성 개선에만 의존하는 것은 한계점

이 있다 따라서 제품의 형상변화를 통해 고무의 특성을 극대화함으로써 내구성 및

품질특성을 향상시킬 수 있다

그림 은 부품의 세부형상과 설계도이다[ 51]

그림 세부형상[ 51] DA-2

- 48 -

그림 는 제품의 단면을 보여준다 그림에서 는 다른 모델에 비해 고무[ 52] DA-2

량이 다소 적음을 알 수 있다 형상 변화를 통한 품질특성의 개선을 시도함에 있어

서는 부품에 대한 조립성과 제조성 을 반드시(DFM Design for Manufacturability)

고려하여 형상변화를 꾀하여야 한다 본 제품의 경우 외철 과 내철 (outer pipe)

의 길이는 한정되어 있으며 그 직경의 변화도 허용공차를 미만(Inner pipe) 05 mm

의 수준으로 요구하고 있다

형상변경을 통한 성능향상 방안으로서 외철에 대한 스웨징율 을 변(Swaging rate)

경함으로서 외경크기의 변화를 시도하였으며 또한 내철의 구배각도를 변화시켜 개

선점을 찾으려고 노력하였다

그림 단면[ 52] DA-2

부싱의 경우 일반 적으로 스웨징이라는 공정을 거치게 되는데 이는 공정에서 외

경의 크기 조정을 통하여 성능을 향상 시키는 방법으로서 스웨징율을 조정함으로서

외철의 외경 크기를 허용범위 내어서 변화시키는 것이다 이는 스웨징에 따른 직경

변화에 의해 고무의 조직이 조밀해져 고무 특성을 향상시킬 수 있게된다

그림 은 스웨징의 방향을 나타내며 그림 는 스웨징 전 후의 외철의 크[ 53] [ 54]

기 변화를 보여주고 있다

- 49 -

그림 스웨징 방향[ 53]

그림 스웨징 전후의 외경 크기의 변화 단면[ 54] ( )

제 절 내철의 구배 변화에 의한 개선제 절 내철의 구배 변화에 의한 개선제 절 내철의 구배 변화에 의한 개선제 절 내철의 구배 변화에 의한 개선2222

아래 그림 는 형상 변화를 시도할 수 있는 내철 끝단 부분의 구배를 표시한[ 55]

그림으로서 는 구배각도를 나타낸다a

- 50 -

그림 구배각도[ 55]

그림 은 본 제품의 특성 요구 사항을 그림으로 표시한 것으로 고무부싱은[ 56]

및 의 외력에 대하여 적절하게 대응할 수 있도록 설계되어야 한다 부싱 종류F1 F2

의 경우 일반적으로 고무 제품의 유연함과 동배율 개선을 위하여 저경도의 고무를

적용하는 경우가 많은데 이 경우에는 외력에 대한 특성이 상대적으로 취약하게F1

나타나게 된다 이러한 취약점을 보완하기 위하여 본 연구에서는 그림 과 같 [ 57]

이 제품이 허용하는 범위 내에서 내철의 구배를 변화 시킨 후 실험데이터의 분석을

통해 성능 개선 방안을 찾고자 하였다

그림 부싱의 외력[ 56]

그림 의 의 경우는 구배를 주지 않은 경우이며 의 경우는 구배를 준[ 57] (a) (b)

경우를 표시하고 있다

- 51 -

의 경우 외력에 의하여 발생하는 반발력 은 순수한 고무 특성에 의해서(a) F1 Fr1

만 나타나게 된다 이러한 경우 저경도의 고무을 적용하였을 때 의 크기가 미미 Fr1

하여 적절한 특성을 발휘하지 못하게 된다

의 경우와 같이 내철에 구배를 주게 되면 의 외력에 대하여 구배가 들어간(b) F1

부분 에 의한 반발력 함께 가 생성되어 상대적으로 에 대한 저항력이 커Fr3 Fr2 F1

짐으로써 성능을 향상 시킬 수 있게 된다

그림 구배각도의 적용에 따른 차이 단면[ 57] ( )

그림 구배각도의 적용에 따른 차이 입체[ 58] ( )

- 52 -

제 장 도포공정개선제 장 도포공정개선제 장 도포공정개선제 장 도포공정개선6666

고무부싱의 내구성 향상을 위하여 필수적으로 관리하여야 할 공정이 도포공정이

다 도포공정은 접착의 원리에서부터 접착의 구조 접착의 강도 피착재의 표면처리

법 및 접착제 사용법 등 접착에 관한 전반적인 기술을 공정에 효율적으로 적용하여

야 한다

고무와 금속과의 접착력이란 접착제와 피착제 사이의 계면 결합력을 의미하며 접

착강도는 시험방법 접착방법 시험시의 조건 시편의 기하학 등 여러 인자에 의해

영향을 받는다 접착파괴는 접착제의 가장 약한 곳에서 일어나며 접착강도는 여러

가지 측정법에 따라 고유강도 잔류강도 측정강도 등과 같이 다르게 표현된다 고

무부싱의 접착구조는 그림 과 같다[ 61]

그림 접착의 구조[ 61]

프라이머 는 피착제 표면과의 친화성이나 접착제와의 상용성이 뛰어나야(Primer)

하고 동시에 접착 저해물과의 상용성도 높아야 한다 또 프라이머 중의 유효성분

쪽이 피착제 표면에 흡착되어 있는 저해성분보다 피착제에 의하여 안정하게 흡착되

어 있는 것이 중요하다 따라서 프라이머는

- 53 -

충분한 교반 균일하고 엷은 도포 그리고 완전한 건조가 이루어져야 한다 이러한

도포공정은 피착제의 모앙에 따라 달라진다

열경화성 접착제의 대부분은 유기 중합물과 각종 충진제를 유기용제에 용해 분산

시킨 것으로 사용전이나 사용 중에도 교반기 등으로 균일하게 용해 분산시킨 접착

제를 사용하는 것이 중요하다 따라서 의 도포 공정은 그림 와 같이 교 DA-2 [ 62]

반기를 추가 설치하여 공정 개선을 실시하였다

그림 설치한 교반기[ 62]

또한 피착제의 균일한 도포를 위해 롤타입의 코팅기에 기존 페인트용 롤러에서

그림 에서와 같이 융을 말아 롤러 도포하는 형태로 개선을 실시하여 코팅의[ 415]

두께 정밀도를 향상시켰다

- 54 -

그림 변경된 롤러 모양[ 63]

접착 재료를 프라이머 에서 변경하여 사용함CHEMLOK 220 252 CHEMLOK 205

으로써 접착력을 향상시켰는데 는 금속 및 경길대료의 프라이머로CHEMLOK 205

사용되며 또한 같은 극성고무에 단독으로 접착이 가능하다 NBR

방식의 경우 의 특징을 살펴보면TWO Coat CHEMLOK 205

ㆍㆍㆍㆍ 접착제의 금속 표면에서의 접착강도를 향상시킬 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ 기계적 표면처리 후 활성화된 금속표면을 산화작용으로부터 보호하며 녹방

지 도료적 역할을 한다

ㆍㆍㆍㆍ 크로로프렌이나 에피크로로히드린고무와 같은 가류 중에 염소가스를 발생

시 켜 금속표면을 부식시키기 쉬운 고무배합에 대하여 유효하게 적용된다 프

라 이머는 충분한 교반 균일하고 엷은 도포 그리고 완전한 건조가 이루어져

야 접착성이 뛰어나게 된다

도포공정 개선 전후의 효과는 그림 그림 의 도포두께 비교[ 64]~[ 67] Cpk

를 통해서도 알 수 있다DATA

아래 그림 는 도포공정의 개선전[ 64] 관리도의 그래프를 나타낸

- 55 -

것으로 관리도는 평균치와 범위에 관한 계량형 관리도에서 가장 많이 사용되

는 관리도의 하나이다 관리도는 평균치의 변화를 관리하는 관리도와 산포의

변화를 관리하는 관리도로 구성된다 관리도의 중심선(Central Line) CL=로 나

타내며 관리 상한선 은(Upper Control Limit) UCL= 로 관리하한선인 (Lower

의 경우Control Limit) LCL=

로 구한다

관리도의 관리선의 경우 중심선 관리상한선 UCL= 관리하한선 LCL

의 경우 로 구한다

여기서 등의 계수는 샘플의 크기인 에 따라 결정 되며 일 경우=4

=0729 =0 이다=2282

그림 에서[ 64] 이며=273410 관리도의 로 나타났UCL=307994 LCL=238826

다

관리도의 은CL 이며 이다=4744 UCL=1082581

- 56 -

그림 도포공정 개선전[ 64] 관리도

한편 그림 는 도포공정 개선 전의 경우에 대하여 지정된 규격의 공정능력 [ 65]

지수를 나타낸 것으로서 단기공정능력지수( 와 장기공정능력지수) ( 를 나타낸)

다 단기공정능력지수는 공정능력 ( 과 규격의 폭) ( 과의 비율을 의미하며 일반적)

으로 로 표시한다 규격은 그림 에서처럼 양쪽규격이 모두 주어진 경우 공 [ 65]

정 능력 지수는 다음과 같이 계산할 수 있다

공정 능력

로 나타내고 만약 공정 평균이 규격의 중심으로부터 어느

한쪽으로 치우쳐 있게 되는 경우 치우침도( 와) 를 조합한 단기공정능력지수

( 로 나타낸다 즉)

- 57 -

장기공정능력지수( 의 계산은)

으로서 이다

따라서 그림 에 나타난 것처럼 개선전의 공정능력은[ 65] =17854 =08458

으로서 장기 공정에 대해 만족스럽지 못한 값을 나타내고 있다

그림 도포공정 개선전 공정능력 분석그래프[ 65]

- 58 -

그러나 공정개선후의 관리도인 그림 을 살펴보면[ 66] 이며=28196 관리

도의 이고UCL=300418 LCL=263502 관리도의 은CL 로=2532 UCL=51418

나타난다

그림 도포공정 개선후[ 66] 관리도

- 59 -

개선 후에는 그림 로부터 알 수 있듯이 단기공정능력은[ 67] 으로서=31966

인 장기 공정에 대해 안정적인 것을 확인할 수 있어 도포공정 개선에=23275

대한 효과가 있음을 알 수 있다

그림 정 개선 후 공정능력 분석그래프[ 67]

또한 도포공정의 두께관리를 강화하기 위하여 작업자 교육 및 샘플링 두께 측정

검사를 통해 지속적인 모니터링을 실시하고 공정별 온도관리 및 시간 관리를 통해

작업 환경 유지관리 강화로 변함없는 품질의 제품을 생산하도록 하였다 그림 [

은 롤 코팅 공정이다68] (Roll coating)

- 60 -

그림 롤 코팅 공정[ 68] (Roll coating)

- 61 -

제 장 최적수준 결정을 위한 파라미터 설계제 장 최적수준 결정을 위한 파라미터 설계제 장 최적수준 결정을 위한 파라미터 설계제 장 최적수준 결정을 위한 파라미터 설계7777

제 절 실험계획법에 의한 유의인자 결정제 절 실험계획법에 의한 유의인자 결정제 절 실험계획법에 의한 유의인자 결정제 절 실험계획법에 의한 유의인자 결정1111

재료설계 형상설계 및 공정설계에 대한 최적조건의 결정은 부품의 품질 특성에

대한 사양 을 만족시켜야 할 뿐 아니라 생산부품 간 품질의 산포를(Specification)

최대한 줄여야 한다 의 최적설계를 위해 다구찌 기법 을 적 DA-2 (Taguchi method)

용하였다

다구찌의 강건설계 는 인자 가 품질 특성의 평균에 대해(Robust design) (Factor)

가지는 효과뿐만 아니라 분산에 미치는 효과에 대해서도 초점을 맞추고 있다 분산

을 줄일 수 있는 통제 가능한 인자에 대한 조건을 설정하여 품질특성이 통제 불가

능한 인자의 변화에 대해서는 둔감하도록 할 수 있다 강건설계의 주목적은 품질특

성의 목표값을 유지하면서 분산을 줄이는 인자에 대해 설치값 을 발견하는 (Setting)

데 있다

다구찌 설계에 의한 실험계획법은 특히 확장된 역할로서 다음의 몇 가지를 들 수

있다

ㆍㆍㆍㆍ종래에는 제어 불가능한 환경조건이나 제어하기 어려운 생산조건 공정조건

등의 원인 이를 잡음인자로 통칭 들이 데이터에 주는 영향의 정도를 평가하기 어려( )

웠으나 객관적으로 그리고 계량적으로 이를 평가할 수 있는 방법을 제시하고 있

다 또한 품질 산포의 크기를 계량특성치 손실함수 비 등 로 변환하여 산포를 ( SN )

작게 하는 인자들의 조건을 찾아가는 강건설계를 사용한다

ㆍㆍㆍㆍ직교배열표를 광범위하게 사용하여 인자의 수가 많은 경우에도 크게 실험횟

수를 증가시키지 않고 실험하는 일부 실시법을 사용한다

ㆍㆍㆍㆍ생산라인 내 뿐만 아니라 신제품 개발을 위한 품질설계 파라미터(On-line)

설계 허용오차 설계 등의 라인 외 품질관리를 위하여 유용하게 사용할 (Off-line)

수 있다

ㆍㆍㆍㆍ다구찌 방법에서 추가적으로 다룰 수 있는 주요한 것들로는 직교배열

- 62 -

표의 확대사용 수준계의 표준 직교배열표 이외에 확대 응용 혼합 직교배열표(2 3

의 사용과 조합법의 사용 계량치 데이터의 파라미터 설계 허용차 설계 그리고)

계수치 데이터의 파라미터 설계 동적 특성의 파라미터 설계 등을 들 수 있다

파라미터 설계 는 제품설계와 공정설계에서 유용하게 사용되는(Parameter design)

다구찌 실험계획법의 핵심이다 파라미터는 제품성능의 특성치에 영향을 주는 제어

가능한 인자 를 의미하며 파라미터 설계는 이들 인자들의 최적(Controllable factor)

수준을 정하여 주는 것을 말한다 파라미터를 설계변수 라고도 부 (Design variable)

르며 파라미터 설계에서는 제품의 품질변동이 잡음에 둔감하면서 목표품질을 가질

수 있도록 설계변수들의 최적조건을 구하여 준다 최적조건을 찾을 때 설계변수와

잡음을 주는 인자들을 포함시켜 실험하는 직교배열표 등을 주로 사용한다 이때 목

표 품질을 만족시키는 범위 내에서 가능한 한 비용이 적게 드는 조건이나 부품 등

을 이용한다

만약 신뢰성에 영향을 주는 제어 가능한 인자 에 대한 파라미터설계 A B C D

를 한다고 하자 는 수준 는 수준의 혼합수준 에 대한 설계 A B 4 C D 2 (Mixed level)

분석을 하려고 한다면 각 요인 변동의 계산을 표 과 같은 [ 71] L16(215형 직교배)

열표 를 사용하면 된다(Orthogonal Design)

에 대한 파라미터 설계조건으로는 내구성이 가장 좋은 최적의 설계 및 공정DA-2

조건을 구하여야 하므로 반응변수가 큰 값일수록 좋은 망대특성(Larger-the-better

에 대한 조건을 구하고 부품의 정특성 및 동특성에 대한 분석은 적characteristics)

정한 상호관계를 고려하여 별도의 실험을 행한다

- 63 -

표 다구찌 설계의 예[ 71]

- 64 -

제 절 시험데이터의 해석제 절 시험데이터의 해석제 절 시험데이터의 해석제 절 시험데이터의 해석2222

실험조건실험조건실험조건실험조건1111

제품의 신뢰성향상을 위해 지금까지 재료배합의 개선 형상개선 및 공정개선에

대한 각각의 과정을 설명하였으며 본 장에서는 관련된 여러 인자들을 동시에 고려

하여 최상의 품질특성을 나타낼 수 있는 최적인자수준의 결정에 대하여 설명하려고

한다 이는 인자들 간의 상호 작용이 상승 또는 보완작용을 할 수도 있고 반대로

서로 상극임을 나타낼 수 도 있기 때문이다

일반적으로 고무부싱의 개발에 적용되는 인자 는 다음과 같다(Factor)

ㆍㆍㆍㆍ경도 는 수요기업에서 제시하는 사양 에 따라 적정수(Hardness) (Specification)

준의 경도 도 도 도 도 를 적용하였으며 경험적으로 경도의 산포는(43 45 48 50 ) plusmn

정도이다2

ㆍㆍㆍㆍ각 부분의 모양이나 각도에 따라 고무 량에 영향을 미치게 되는 형상설계에

관해서는 내부 파이프 구배각도를(Inner pipe) 15deg~25deg로 하고 외부파이프 (Outer

의 접착부분을 로 하였으며 외경의 크기는pipe) 13mm~15mm

27mm~ 로 유지하였다278mm

ㆍㆍㆍㆍ공정설계는 가류시간을 로 하였다 가류 온도는240sec~600sec 150deg~180

로 하고 주변 온도에 영향을 받으므로 금형 표면온도는 항상 확인하였다 접착제

도포가 내구성에 영향을 주므로 접착제 두께는 으로 하고 접15micron~40micron

착제 배합조건은 로 하였다120cc~128cc

다구찌 설계에 의한 최적수준을 결정하기 위해 다른 인자는 고정시키고 경도 가

류시간 스웨징 인자에 대하여 표 와 같이 실험수준을 정하였다 [ 72]

- 65 -

표 실험인자 별 수준[ 72]

분석결과의 해석분석결과의 해석분석결과의 해석분석결과의 해석2222

실험결과의 해석은 다음과 같다

을 통해 표 의 실험조건을 입력하여 다구찌 설계를 생성한 결과MMITAB [ 72]

표 과 같은 실험조합을 얻었다 표 는 실험조합 별 시험결과 값이다[ 73] [ 74]

에서의 내구성에 대한 다구찌 설계해석의 결과는 표 의 신호 대Nominal load [ 75]

잡음비 비 평균 표준편차에 대한 반응표에 잘 나타나(SN Signal to noise ratio)

있다 그림 그림 은 비 평균 표준편차에 대한 반응 값을 도식한 [ 71]~[ 73] SN

것이다

표 의 신호 대 잡음비의 반응표를 보면 경도는 스웨징이나 가류시간에 비해[ 75]

반응변수 내구성 에 큰 영향을 미치고 있음을 보여준다 평균에 대한 반응표에서도( )

경도는 다른 인자들에 비해 반응변수의 평균에 크게 영향을 미치고 있음을 알 수

있다 표준편차 역시 경도의 수준 변화에 따라 차이가 가장 많음을 보여주고 있다

- 66 -

표 에 의한 다구찌 설계생성[ 73] MINITAB

- 67 -

표 실험조합 별 시험결과 데이터[ 74]

- 68 -

표 비 평균 표준편차에 대한 반응표[ 75] SN

신호 대 잡음 비에 대한 반응 표신호 대 잡음 비에 대한 반응 표신호 대 잡음 비에 대한 반응 표신호 대 잡음 비에 대한 반응 표

망대특성망대특성망대특성망대특성

평균에 대한 반응 표평균에 대한 반응 표평균에 대한 반응 표평균에 대한 반응 표

표준 편차에 대한 반응 표표준 편차에 대한 반응 표표준 편차에 대한 반응 표표준 편차에 대한 반응 표

- 69 -

그림 신호 대 잡음 비의 주효과도[ 71]

그림 인자수준별 평균의 주효과도[ 72]

그림 인자수준별 표준편차의 주효과도[ 73]

- 70 -

표 와 그림 에서 에서의 내구성 예측값을 가장 크게 하[ 75] [ 72] Nominal Load

는 것은 요인 수준의 조합이 일 때이다 품질 향상을 위해서는 정특성 동(4 2 2)

특성 값도 동시에 고려하여야 하므로 조합 조합 조합(4 2 2) (4 3 2) (4 1 2)

에 대한 예측 값을 함께 구하였다

표 은 에서의 내구성 예측값을 표 은 에[ 76] Nominal Load [ 77] Maximum Load

서의 내구성 예측값 표 은 정특성 예측값 표 는 에서의 동특성 예 [ 78] [ 79] 15Hz

측값 그리고 표 은 에서의 동특성 예측값을 보여주고 있다 [ 710] 150Hz Nominal

에서의 내구성 예측값은 조합 조합 조합에서 각Load (4 2 2) (4 3 2) (4 1 2)

각 목표값인 을 상회한 과170000 Cycle 178023 Cycle 174272 Cycle 175830

로서 조합일 때 더 높게 나타났다Cycle (4 2 2)

동배율은 예측 평균값을 기준으로 할 때 동배율은 조합에서는 에 (4 2 2) 15Hz

서 에서 이고 조합에서의110(1187691079) 150Hz 113(1215561079) (432)

동배율은 에서 에서15Hz 106(112856 106938) 150Hz 108(115769106938)

이며 조합에서의 동배율은 에서 에서 (412) 15Hz 108(118194 1094) 150Hz

이었다109(1195691094)

모델의 경우 수요기업에서 동배율 값이 적은 값을 요구하기 때문에DA-2 (kdks)

동배율을 고려하면 의 조합이 더 좋은 품질을 나타낸다고 할 수 있다(4 1 2)

- 71 -

표 에서의 내구성 예측값[ 76] Nominal Load

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 2 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 3 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 1 2

예측 값

신호 대

- 72 -

표 에서의 내구성 예측값[ 77] Maximum Load

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 2 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 3 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 1 2

신호 대

- 73 -

표 정특성 예측값[ 78]

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 2 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 3 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 1 2

신호 대

- 74 -

표 동특성 예측값[ 79] (15Hz)

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 2 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 3 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 1 2

신호 대

- 75 -

표 동특성 예측값[ 710] (150Hz)

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 2 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 3 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 1 2

신호 대

- 76 -

제 장 부품의 신뢰성성장관리제 장 부품의 신뢰성성장관리제 장 부품의 신뢰성성장관리제 장 부품의 신뢰성성장관리8888

제 절 신뢰성성장관리제 절 신뢰성성장관리제 절 신뢰성성장관리제 절 신뢰성성장관리1111

복잡하고 기술적인 제품의 개발 프로그램을 운영하는 데 있어서는 고객이 요구

하는 신뢰성 수준을 만족시키기 위하여 상당한 규모의 시간 예산 기술인력 등의

자원을 필요로 한다 고객들의 신뢰성 요구수준은 매우 높으므로 이러한 목표를 달

성하기 위하여 시험 개선 시험 개선의 개발과정을 반드시 거친다 이 과정에서 시- - -

스템 서브시스템 또는 모듈을 고장 날 때까지 시험하고 고장모드를 결정해서 이를

제거하기 위한 시도를 하거나 적어도 고장발생을 줄일 수 있는 시도를 하여 설계나

엔지니어링 개선을 이룬다 만약 이러한 과정이 계속되고 설계나 엔지니어링 변경

이 충분히 이루지면 시스템의 신뢰성은 증가한다 개발프로그램이 운영되는 동안

신뢰성 수준의 변화를 추적할 수 있다면 개발책임자로서는 여러 가지 이점이 있다

즉 목표하는 신뢰성 수준을 달성하기 위하여 충분한 비율로 성장하고 있는지의 여

부를 가능한 빠른 시간 내에 판단할 수 있고 그에 따라 필요한 자원을 적절히 배

분할 수 있다 따라서 개발책임자는 시험데이터로부터 현재 시스템의 신뢰성 수준

성장률의 평가 앞으로 기대되는 달성 가능한 수준을 결정하기를 원한다

신뢰성 성장관리 기술은 제품을 개발하는 데(Reliability growth management)

소요되는 많은 시간과 비용 및 엔지니어링 노력을 절감하면서 개념선택 제품과 공

정의 신뢰성 그리고 비용효율을 달성할 수 있도록 유용한 정보를 제공해 준다 군

사장비 자동차 및 전자 중장비개발 등에 적용된 최근의 신뢰성 성장시험 관리기술

은 각 분야의 경쟁적인 사업 환경 아래에서 제품개발을 효율적으로 조직하여 신뢰

성평가를 시작하고 신뢰성 성장과정을 추적할 수 있도록 해준다 신뢰성성장관리기

술은 제품 및 공정설계 관련사항 및 검증시험 항목들에 대하여 사용 환경에 따른

신뢰성 성장 진행과정을 확인하고 그 결과로부터 성장시험곡선을 개발할 수 있게

한다 또한 설계단계 사이의 여러 가지 관련성을 확인하여 관찰하고 그 정보를 다

른 제품보증분석들과 연결하여 고객 요구사항에 대한 제품의

- 77 -

적합도를 적절히 평가하는 데 도움을 준다

신뢰성성장모델은 가 개발한Crow(1975) AMSAA(Army Materiel Systems

모델이 많이 활용되었으나 이는 시스템 또는 서브시스템에서의Analysis Activity)

성장관리에 유용하고 부품수준에서는 모델을 활용하는 것이 더욱 실용적이 Weibull

다 모델은 목표 Weibull B10 수명에 대하여 초기 시작품 으로부터(Early Prototype)

후기 시작품 까지의 신뢰성 개선을 관리하는데 실용적으로 활용할(Later Prototype)

수 있다

신뢰성 성장시험 프로세스신뢰성 성장시험 프로세스신뢰성 성장시험 프로세스신뢰성 성장시험 프로세스1111

신뢰성 성장은 개발시스템에 대하여 여러 시험단계가 시리즈로 이루어지는 동안

고장모드를 발견하고 이를 개선하는 과정을 거쳐 이TAAF(Test Analyze And Fix)

루어진다 또한 기능시험 환경시험 안전시험의 결과는 신뢰성 향상을 위한 FMEA

등과 연계하여 사용된다 분석결과는 설계변경에 반영되고 최종목표가 달성될 때까

지 개선과 시험이 연속적으로 이루어진다 그림 은 일반적인 신뢰성 성장시험 [ 81]

프로세스를 보여준다 프로그램의 시작시점에 신뢰성 성장에 대한 계획을 수립하여

고객의 기대사항을 만족시킬 수 있는 성능수준에 대한 구체적인 측정치를 제시하

고 이 목적을 달성시킬 수 있는 시험조건을 정한다 시험조건은 특정한 부품이나

시스템에 대하여 고객의 사용방법과 환경에 대한 지식을 기초로 하여야 한다

개발프로젝트가 진행되는 동안 신뢰성 성장시험 프로그램이 개발되고 실행되는

과정에서 설계 및 공정의 관심사항을 확인하기 위해 QFD(Quality function

와 같은 제품보증을 위한 분석방법들이 선행되어 실시되는데 신뢰성deployment)

성장관리와 연계하여 이를 통틀어 통합 신뢰성 성장관리(Integrated reliability

라고 한다 신뢰성 성장관리를 포함한 제품설계평가의 모든growth management)

과정은 제품 공정의 신뢰성 향상에 있어 중요한 역할을 하는 제품보증기능의 한부

분이다

- 78 -

통합 신뢰성 성장시험관리 프로세스는 설계뿐 아니라 공정신뢰성(MIL-HDBK-781)

과 관련된 문제에 대응할 수 있도록 신뢰성 성장시험의 이점을 전적으로 활용할 수

있는 수단을 제공한다

신뢰성 성장관리과정을 개발함으로써 신뢰성 수준은 계속적으로 추적될 수 있고

조치를 취하고 다른 분석결과들과 비교되어 초기 신뢰성 예측을 수립하고 제품설

계에 포함된 확신을 증가시킨 후 검증시험에 들어갈 수 있도록 한다 이러한 신뢰

성 성장관리 프로세스는 제품개발 사이클에 있어서 초기 단계 동안에 신뢰성을 확

립하는 데 도움을 줄 수 있는 장치이다

그림 신뢰성성장시험 프로세스[ 81]

제품개발과정에 적용되는 신뢰성 성장시험관리 프로세스는 다음과 같다

신뢰성 성장시험조건을 결정하고 시험 사이클을 개발한다 ①

신뢰성 성장시험곡선의 사용을 통하여 시험과정을 실행하고 추적한다②

시험결과를 평가하고 다른 선행된 분석연구결과들과 비교한다③

확인된 결함을 제거하기 위해 설계변경을 실시한다④

- 79 -

설계검증시험을 준비한다⑤

신뢰성 성장시험의 주된 목적은 설계상의 약점을 확인하고 제거함으로써 설계의

신뢰성을 증가시키는 것이다 정확하게 신뢰성 수준이 변화되는 진행상황을 추적하

기 위해서는 요구사항에 대한 불합치성 을 확인하고 불합치성이(Nonconformance)

일어난 시간을 모두 추적하여야 한다 시험을 시작하기 전에 적절한 시정조치를 용

이하게 하기 위해 사전계획이 수립되어야 하며 고장분포를 결정하기 전에 각각의

고장부품에 대한 고장원인을 분리할 수 있어야 한다

부품의 개발과정에서 몇 개의 표본에 대한 고장시간 데이터가 있을 때 Weibull

분포를 활용한 신뢰성 성장분석에 대하여 설명하면 다음과 같다

가 분석의 개요가 분석의 개요가 분석의 개요가 분석의 개요

밀도함수는 그림 와 같이 특성 수명과 기울기로 고장시간Weibull [ 82] (Cycle

을 설명한다 작은 표본에 대한 고장시간 데이터가 주어졌을 때 분석Km) Weibull

을 사용하여 세 가지의 정보를 얻을 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ특정 시간이 주어졌을 때 등 부품의 신뢰도는 그 시간까지 살아 있(Cycle Km )

을 백분율이다

ㆍㆍㆍㆍ 또는 다른( 수명을 추정할 수 있다) 수명은 부품들 중 가 고장10

날 것이라고 기대되는 시간이다 즉 이 시간에서의 신뢰도는 이다 90

ㆍㆍㆍㆍ 기울기의 값은 고장률 패턴에 대한 정보를 제공해준다 기울기가Weibull 10

이라면 고장률이 일정하다는 것을 의미한다 이 경우 고장은 일반적으로 우연히

일어나며 고장률은 설계의 강건 정도에 따라 달라진다 기울기가 보다 작다면 1

고장률은 감소하고 있음을 의미한다

- 80 -

즉 높은 초기 고장률 을 말한다 기울기가 보다 크면 고장률은 증 (Infant mortality) 1

가하고 이는 마모 되고 있음을 의미한다(Wear-out)

그림 에 의한 부품의 신뢰성성장분석[ 82] Weibull 수명 비교

가장 많이 활용되는 측도는 수명이며 이것은 요구되는 목표 신뢰도가 임 90

을 의미한다 첫 번째 프로토타입이 고장 난다면 신뢰성 목표 달성을 위해 설계 변

경을 행하고 다음 프로토타입을 시험한다 이 과정은 목표 수명이 달성될 때까

지 반복한다

나 의이점나 의이점나 의이점나 의이점WeibullWeibullWeibullWeibull

부품의 개발과정에서 작은 표본에 대한 고장시간 자료가 주어졌을 때 Weibull

분석을 활용하여 신뢰성성장관리를 행하면 다음의 정보를 얻을 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ신뢰성 개선은 목표 수명이 달성될 때까지 하나의 프로토타입에

- 81 -

서 다음 프로토타입까지 추적할 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ신뢰성 개선은 시험한 프로토타입에 대해 타점으로 표현되고 빠르Weibull

게 방향을 파악하여 신뢰성 진전과정에 대한 양적 측면의 관리능력 향상을 그

래프로 확인할 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ컴포넌트를 고장 날 때까지 시험하는 것은 고장모드에 대한 아주 귀중한 정

보를 제공하고 따라서 시정조치 활동이 필요하다

ㆍㆍㆍㆍ많은 표본이 더 좋은 신뢰도를 얻을 수 있지만 분석은 많은 표본을Weibull

필요로 하지 않는다

ㆍㆍㆍㆍ고객의 운영 사용 사이클과 시험 모수의 관계가 알려져 있다면 더 빠르고( )

더 적은 비용으로 가속시험을 할 수도 있다

다 기본가정및제한다 기본가정및제한다 기본가정및제한다 기본가정및제한

ㆍㆍㆍㆍ각 분석에서 오직 하나의 고장모드만 포함되어야 한다 두 개나 그 이상의

고장 모드가 검출된다면 각각에 대해 분리하여 분석해야 한다

ㆍㆍㆍㆍ신뢰도는 시험 제한 한계 로 인해 년 마일까지 확장하여 외삽하면 안( ) 10 150K

된다 왜냐하면 시험 제한 한계 로 인해 다른 고장모드가 발생할 것인지 알 수 ( )

없기 때문이다

ㆍㆍㆍㆍ하나의 프로토타입에서 다음 프로토타입까지 기울기가 변하는 데는 특별히

주의를 하여야 한다 왜냐하면 초기 후기 수명에서 더 높은 신뢰도와 후기 초 ( ) (

기 수명에서 더 낮은 신뢰도의 할 수 도 있기 때문이다) trade-off

라 적용시기라 적용시기라 적용시기라 적용시기

ㆍㆍㆍㆍ수명의 비교는 엔지니어링 사양 이 특정한(Specification) 을 요구할 경

우 사용된다

ㆍㆍㆍㆍ이러한 접근방법은 고장시간 등 에 대하여 동일한 부품의(Cycle Km )

- 82 -

다른 시점에서의 프로토타입을 비교할 때 사용한다

ㆍㆍㆍㆍ신뢰성 목표가 달성될 때까지 계속한다

마 입력자료마 입력자료마 입력자료마 입력자료

ㆍㆍㆍㆍ프로토타입 의 몇 개 표본의 고장시간 등1 (Cycle Km )

ㆍㆍㆍㆍ프로토타입 의 몇 개 표본의 고장시간 등2 (Cycle Km )

⦙

ㆍㆍㆍㆍ마지막 프로토타입의 몇 개 표본의 고장시간 등(Cycle Km )

분석프로세스는 그림 과 같다[ 83]

프로세스프로세스프로세스프로세스 일반적 단계일반적 단계일반적 단계일반적 단계

Ⅰ 요구

또는 수명 결정

프로그램 신뢰성 목표 사용

고객의 운영 사용 프로파일 사용( )

시험 프로그램 적정시간 사용

Ⅱ 시험 프로그램 자료정보

확인과 데이터 수집초기 부품의 프로토타입

후기 부품의 프로토타입

Ⅲ 다른 프로토타입에 대한

누적고장 시간 또는 vs

거리 계산 및 타점

분석이 가능한 사용Weibull SW

가능한 가속수명시험 사용

Ⅳ 프로젝트 검토 시

현재 신뢰성 수준신뢰성 목표 적합성 결정

초기 경고 관련 정보 제공

개선을 위한 계획 정보 제공

그림 프로세스별 단계[ 83]

- 83 -

제 절 신뢰성성장 데이터분석제 절 신뢰성성장 데이터분석제 절 신뢰성성장 데이터분석제 절 신뢰성성장 데이터분석2222

초기 프로토타입 으로 부터 개의 표본을 정상하중 으(Prototype1) 6 (Nominal load)

로 고장 날 때까지 시험하고 고장모드를 기록하였다 여러 개선작업을 거친 후 후

기 프로토타입 으로부터 개의 표본을 고장 날 때까지 시험하고 고장모(Prototype2) 6

드를 기록하였다 시험 데이터는 표 에 주어져 있다 [ 81]

에 고장데이터를 입력하고 각 프로토타입 단계별로 용지에 결과MINITAB Weibull

를 타점한 결과 그림 와 같은 성장곡선이 생성되었다 [ 84] Weibull

정상하중 에서 의 평균수명 추정치는 이(Nominal load) Prototype1 127366Cycle

고 의 평균수명 추정치는 로서 의 개선을 이루었 Prototype2 176882 Cycle 389

음을 알 수 있었다 수명은 은 이었으나Prototype1 112668 Cycle Prototype2

의 수명은 로서 상당한 개선이 이루어졌음을 볼 수 있다168620 Cycle 수

명에 대한 신뢰하한은 로 추정되었다 따라서 정상부하에 의한95 162926 Cycle

시험데이터분석 결과 개선활동 재료배합개선 형상설계개선 공정개선 에 의하여 ( )

내구성 목표가 달성되었음을 알 수 있다

그림 는 에서의 신뢰구간을 보여주고 있다[ 85] Nominal load 90

최대하중 에서는 표 의 데이터 입력결과 그림 의 그래프를(Max load) [ 82] [ 86]

생성하였다 그래프로 부터 추정된 의 Prototype1 수명은 이고16362Cycle

의Prototype2 수명은 이다21850 Cycle 수명에 대한 신뢰하한추정치95

는 으로부터 로 계산된다MINITAB 20983 Cycle

의 수명과 의 수명이 다른 것은 개선 활동의 결과이Prototype1 Prototype2

- 84 -

며 에서 개선목표가 달성되었음을 알 수 있다 Prototype2

표 하중 고장시간[ 81] Nominal (Cycle)

Weibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth Curve

(Nominal Load)(Nominal Load)(Nominal Load)(Nominal Load)

그림 성장곡선[ 84] Weibull (Nominal load data)

- 85 -

Weibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth Curve

(Nominal Load-90 Cl)(Nominal Load-90 Cl)(Nominal Load-90 Cl)(Nominal Load-90 Cl)

그림 신뢰구간[ 85] Nominal Load90

- 86 -

표 하중 고장시간[ 82] Max (Cycle)

Weibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth Curve

(MaxLoad)(MaxLoad)(MaxLoad)(MaxLoad)

그림 성장곡선[ 86] Weibull (Max load data)

- 87 -

제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론9999

본 연구는 자동차현가장치인 고무부싱 의 신뢰성향상을 위한 기(Rubber bushing)

술개발과제이다 에나 인더스트리는 수출전문기업으로서 주요 경쟁사에 비해 고성

능 고내구성의 제품을 짧은 기간 내에 개발할 수 있는 능력을 갖추어야 해외 시장

에서 경쟁력을 가질 수 있다

본 연구개발에서는 수요기업에서 요구하는 GMUTS(General Motors Uniform

의 사양에 따른 시험을 실행하여 내구성을 목표 사이클 이상으Test Specification)

로 개선하고 정특성과 동특성 비틀림 토크를 개선항목으로 선정하여 제품의 품질

및 신뢰성 향상을 진행하였다

수요기업의 요구 수준에 의하면 내구성은 와 Tension Compress Alternating

가 동시에 일 때 일 때Torsion Stress Maximum Load 20000 Cycle Normal Load

을 요구한다 본 프로젝트의 경우 해외의 부품메이커들에 대한 경쟁150000 Cycle

력 우위를 확보하기 위하여 기본 요구 수준을 넘어 향상된 제품신뢰성을5~10

확보를 목표로 하였다 내구성 정특성 및 동특성에 대한 시험은 직접 행하였고 비

틀림토크에 대한 부분은 추가적인 시험장치가 필요하여 수요기업의 실험실에 샘플

을 제출하여 요구수준을 검증받았다

본 연구개발의 성과를 요약하면 다음과 같다

우선 기술적 효과로는

설계기술의 확보(1)

재료배합설계 형상설계 공정설계에 대한 기술을 확보하여 내구성을 비롯한 품

질특성을 향상시킬 수 있었다 종래에는 설계 개발 생산프로세스에서 경험적 방법

에 의존하여 시행착오가 많았으나 본 연구를 통하여 과학적이고 체계적인 방법으

로 접근할 수 있는 기술이 확보되었다

설계 요소의 기술적 배치를 위한 실험계획법의 활용기술 확보(2)

- 88 -

종전에는 고무 배합설계 형상설계 공정설계에 대하여 설계요인 별 수 (Facter)

준 을 무작위로 추출하여 실험하였으나 본 실험계획의 과정을 따르면 요인들(Level)

이 계획적으로 반영되어 품질특성에 각각 어느 정도의 영향을 미치는지 분석이 가

능하게 된다 또한 다구찌에 의한 강건 설계의 생성으로 산포를 줄일 수 있다

잠재적 고장원인 분석방법 기술 확보(3)

제품기능에 대한 잠재적 고장모드의 예측과 시험항목을 판단하고 최종적으로는 설

계검증 과 공정검증 의 세부항목과 효과적(Design verification) (Process verification)

으로 연계가 가능하다

신뢰성 데이터분석기술 확보(4)

부품의 개발과정에서 몇 개의 표본에 대한 고장시간 데이터가 있을 때 Weibull

분포를 활용한 신뢰성 성장분석이 가능하게 되었다 개발프로그램이 운영되는 동안

신뢰성 수준의 변화를 추적할 수 있어 목표하는 신뢰성 수준을 달성하기 위하여 충

분한 비율로 성장하고 있는지의 여부를 가능한 빠른 시간 내에 판단할 수 있고 그

에 따라 필요한 자원을 적절히 배분할 수 있다 따라서 개발책임자는 시험데이터로

부터 현재 시스템의 신뢰성 수준 성장률의 평가 앞으로 기대되는 달성 가능한 수

준에 대한 결정이 가능하다

경제적 측면의 효과로는

제품에 대한 내구성 및 동특성 정특성에 대하여 요구사양 이상으로 특성관리(1)

를 행할 수 있어 해외 부품메이커들에 대한 경쟁력 우위로 수출력을 향상할 수 있

게 되었다

개발기간을 단축할 수 있게 되어 개발비의 절감을 가져올 수 있게 되었다(2)

재료배합 형상설계 및 공정설계에 대한 기술개발의 표준 정립으로 개발 기간의 단

축이 가능하게 되었다

본 과제 결과를 활용하여 다른 방진제품에 대한 신뢰성 관리로 수출(3)

- 89 -

시장을 개척하여 신규거래처를 확보할 예정이다 신뢰성 데이터의 관리가 이루어져

제품수명에 대한 설득력 있는 자료의 제시가 가능하게 되었다

향후 연구계획으로는

고무부싱부품의 특성상 내구성만의 개선이 최선이 아니고 정특성과 동특성을 일

정수준으로 동시에 고려하여야 한다 따라서 이 부분에 대한 동시적인 실험설계가

시스템화 되도록 추가적인 연구가 요구된다

- 90 -

참고문헌참고문헌참고문헌참고문헌[ ][ ][ ][ ]

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[8] McLean R A and Anderson V I Extreme Vertices Design of Mixture

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- 96 -

주 의

이 보고서는 산업자원부에서 시행한 부품소재종합기술지원사업의 최1

종보고서이다

이 신뢰성기반기술확산사업 내용을 대외적으로 발표할 때에는 반드시2

산업자원부에서 시행한 부품소재신뢰성기반기술 사업의 지원결과임을

밝혀야 한다

- 97 -

이 보고서는 산업자원부에서 시행한

부품소재 신뢰성기반기술확산사업의 최종보고서이다

- 4 -

부품소재 신뢰성기반기술확산사업 보고서 초록부품소재 신뢰성기반기술확산사업 보고서 초록부품소재 신뢰성기반기술확산사업 보고서 초록부품소재 신뢰성기반기술확산사업 보고서 초록

관리번호관리번호관리번호관리번호

사 업 명사 업 명사 업 명사 업 명 자동차 현가장치용 부품의 신뢰성 향상자동차 현가장치용 부품의 신뢰성 향상자동차 현가장치용 부품의 신뢰성 향상자동차 현가장치용 부품의 신뢰성 향상Rubber BushingRubber BushingRubber BushingRubber Bushing

키 워 드키 워 드키 워 드키 워 드 고무 기술 형상설계기술 접착기술 시험기술고무 기술 형상설계기술 접착기술 시험기술고무 기술 형상설계기술 접착기술 시험기술고무 기술 형상설계기술 접착기술 시험기술Compounding Compounding Compounding Compounding

사업목표 및 내용사업목표 및 내용사업목표 및 내용사업목표 및 내용

최종목표최종목표최종목표최종목표1111

본 연구개발의 목표는 수요기업의 요구 성능 대비 내구성은 이상 정특성10

동특성의 성능도 이상 개선을 목표로 한다5~10

신뢰성 저해요인 정밀진단 내용신뢰성 저해요인 정밀진단 내용신뢰성 저해요인 정밀진단 내용신뢰성 저해요인 정밀진단 내용2222

신뢰성확보를 위한 내구성 개선기술 취약-

재료배합 형상설계 공정설계와 관련한 최적 설계 기술 취약-

고장원인 분석 및 신뢰성데이터 분석기술 취약-

고장원인 분석 및 대처결과고장원인 분석 및 대처결과고장원인 분석 및 대처결과고장원인 분석 및 대처결과3333

고무 설계 형상설계 공정설계 기술개발- Compounding

신뢰성관련 요인의 기술적 배치를 위한 실험계획법의 활용기술-

잠재적 고장원인 분석 및 신뢰성 성장관리데이터분석기술 확보-

신뢰성 적용결과 사업전후 정량적 비교신뢰성 적용결과 사업전후 정량적 비교신뢰성 적용결과 사업전후 정량적 비교신뢰성 적용결과 사업전후 정량적 비교4 ( )4 ( )4 ( )4 ( )

내구성은 수요기업 요구수준보다 이상 개선- 15

정적강성 동적강성 비틀림 토크의 이상 개선- 15

기대효과기대효과기대효과기대효과5555

기술적 효과기술적 효과기술적 효과기술적 효과oooo

배합설계 형상설계 공정설계에 대한 설계기술 확보-

실험계획법 활용기술 확보로 최적설계 설계 요소의 기술적 배치가 가능-

잠재적 고장원인 분석 및 신뢰성성장 분석기술 확보-

경제적 효과경제적 효과경제적 효과경제적 효과oooo

수요기업의 요구사양 이상으로 특성관리를 행할 수 있어 경쟁력 우위확보-

기술개발의 표준 정립으로 개발기간을 단축-

신뢰성 데이터의 관리로 글로벌 기업과의 협력관계 수립 및 수출물량의-

획득

활용방안활용방안활용방안활용방안6666

다른 방진제품에 대한 설계 개발 및 신뢰성 관리에 적용가능-

- 5 -

목 차목 차목 차목 차

제 장 서 론제 장 서 론제 장 서 론제 장 서 론1111 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 7777

제 절개요제 절개요제 절개요제 절개요1111 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot7777

제 절 신뢰성향상 지원목표 및 내용제 절 신뢰성향상 지원목표 및 내용제 절 신뢰성향상 지원목표 및 내용제 절 신뢰성향상 지원목표 및 내용2222 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot8888

제 장 신뢰성평가 기준 및 항목제 장 신뢰성평가 기준 및 항목제 장 신뢰성평가 기준 및 항목제 장 신뢰성평가 기준 및 항목2222 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 10101010

제 장 신뢰성향상을 위한 고려요소 및 고장분석제 장 신뢰성향상을 위한 고려요소 및 고장분석제 장 신뢰성향상을 위한 고려요소 및 고장분석제 장 신뢰성향상을 위한 고려요소 및 고장분석3333 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 12121212

제 절 고려 요소제 절 고려 요소제 절 고려 요소제 절 고려 요소1111 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot12121212

제 절 고장분석 자료 해석제 절 고장분석 자료 해석제 절 고장분석 자료 해석제 절 고장분석 자료 해석2222 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot16161616

제 장 재료배합개선제 장 재료배합개선제 장 재료배합개선제 장 재료배합개선4444 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 24242424

제 절 배합의 기본조건제 절 배합의 기본조건제 절 배합의 기본조건제 절 배합의 기본조건1111 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot24242424

제 절 재료배합개선방안제 절 재료배합개선방안제 절 재료배합개선방안제 절 재료배합개선방안2222 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot26262626

제 절 꼭지점계획법에 의한 최적배합조건제 절 꼭지점계획법에 의한 최적배합조건제 절 꼭지점계획법에 의한 최적배합조건제 절 꼭지점계획법에 의한 최적배합조건3333 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot33333333

제 장 형상개선제 장 형상개선제 장 형상개선제 장 형상개선5555 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 47474747

제 절 외철의 스웨징 율 변화에 의한 개선제 절 외철의 스웨징 율 변화에 의한 개선제 절 외철의 스웨징 율 변화에 의한 개선제 절 외철의 스웨징 율 변화에 의한 개선1111 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot47474747

제 절 내철의 구배변화에 의한 개선제 절 내철의 구배변화에 의한 개선제 절 내철의 구배변화에 의한 개선제 절 내철의 구배변화에 의한 개선2222 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot49494949

제 장 도포공정개선제 장 도포공정개선제 장 도포공정개선제 장 도포공정개선6666 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 52525252

제 장 최적수준 결정을 위한 파라미터 설계제 장 최적수준 결정을 위한 파라미터 설계제 장 최적수준 결정을 위한 파라미터 설계제 장 최적수준 결정을 위한 파라미터 설계7777 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 61616161

제 절 실험계획법에 의한 유의인자 결정제 절 실험계획법에 의한 유의인자 결정제 절 실험계획법에 의한 유의인자 결정제 절 실험계획법에 의한 유의인자 결정1111 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot61616161

제 절 시험데이터의 해석제 절 시험데이터의 해석제 절 시험데이터의 해석제 절 시험데이터의 해석2222 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot64646464

- 6 -

제 장 부품의 신뢰성성장관리제 장 부품의 신뢰성성장관리제 장 부품의 신뢰성성장관리제 장 부품의 신뢰성성장관리8888 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 76767676

제 절 신뢰성성장관리제 절 신뢰성성장관리제 절 신뢰성성장관리제 절 신뢰성성장관리1111 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot76767676

제 절 신뢰성성장 데이터분석제 절 신뢰성성장 데이터분석제 절 신뢰성성장 데이터분석제 절 신뢰성성장 데이터분석2222 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot83838383

제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론9999 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 87878787

참고문헌참고문헌참고문헌참고문헌[ ][ ][ ][ ] middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot90909090

부록 시험장비부록 시험장비부록 시험장비부록 시험장비 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot91919191

- 7 -

제 장 서 론제 장 서 론제 장 서 론제 장 서 론1111

제 절 개요제 절 개요제 절 개요제 절 개요1111

자동차의 현가장치는 주행 중 노면에서 받는 충격이나 진동을 완화시키는 부분

으로서 스프링 쇽업소버 고무부싱 과 컨트롤암등의 요소로 구성 (Rubber bushing)

되어 있으며 여러 형식에 따른 차체 고정 장치나 횡 방향 또는 길이방향의 힘을

지지하는 링크 등으로 이루어져 있다 이 중 고무부싱의 내구성이 약하면 콘트롤

암 에서의 이탈사고나 차량의 떨림 소음으로 인한 고객 불만이 발생(Control arm)

하게 된다 따라서 국내외 시장에서의 경쟁력 향상을 위해 고무부싱에 대한 내구

성 정특성 동특성의 개선을 위한 기술의 개발이 요구되고 있다

그림 자동차 현가장치[ 11]

- 8 -

그림 고무부싱과 콘트롤암[ 12]

제 절 신뢰성향상 지원목표 및 내용제 절 신뢰성향상 지원목표 및 내용제 절 신뢰성향상 지원목표 및 내용제 절 신뢰성향상 지원목표 및 내용2222

최종목표최종목표최종목표최종목표1111

현재 개발 중인 현가장치용 고무부싱 시제품 에 대한 내구성능은 수요(Prototype)

기업의 시험사양 기준 으로 최고부하 의 경우(Delphi 22204309) (Maximum load)

정상부하 의 경우 의 수준을 요구하고20000 Cycle (Nominal load) 150000 Cycle

있다 본 연구개발의 목표는 해외에서의 경쟁력을 확보하기 위하여 시험 사양 기준

으로 최고부하의 경우는 정상부하의 경우는 로의 성22000 Cycle 170000 Cycle

능향상을 목표로 한다 또한 그 외 정특성 동특성의 성능도 고객사에서 요구하는

현재수준의 이상 개선을 목표로 한다5~10

- 9 -

지원내용지원내용지원내용지원내용2222

자동차 신 모델을 개발하는 경우 고무부싱의 시제품은 실차에 적용하여 평가하

고 있으며 시험은 진동에 대한 반응 수직 충격 흡수 과속 방지 턱에 대한 진동흡

수 등에 대하여 종합적으로 평가한다

따라서 고객이 요구하는 품질수준을 만족하기 위해서는 고무배합기술 형상설

계기술 접착공정기술 등에 대한 설계심사 와 설계 단계별 고장모드 (Design review)

분석 실험계획법 수명예측 시험 및 시뮬레이션 평가에 따른 수명한계의 정의를 명

확히 하여 장기내구신뢰성에 대한 보증대책이 절실히 필요한 실정이다

신뢰성을 향상시키기 위해 다음과 같은 내용의 지원을 행한다

고무 배합설계 형상설계 접착기술에 대하여 해당요인의 기술적 배치를 위한-

실험계획법의 활용기술 제공

특성데이터의 화를 통한 기술개발의 표준정립- DB

잠재적 고장원인 분석방법 기술 제공-

신뢰성시험장비 및 고장분석 장비 활용 방법 및 데이터분석기술 제공-

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제 장 신뢰성평가 기준 및 항목제 장 신뢰성평가 기준 및 항목제 장 신뢰성평가 기준 및 항목제 장 신뢰성평가 기준 및 항목2222

차량이 주행하면서 노면의 요철이나 돌기부위를 타고 넘어갈 때에는 현가장치에

상하방향의 충격력뿐만 아니라 전후방향으로도 충격력이 작용하여 승차감 및 하시

니스 현상을 악화시킨다 현가장치 부싱류의 스프링정수 값이 낮을수록(Harshness)

차량의 승차감이 좋아지지만 조정 안정성이 악화되고 시미 가 발생하는 (Shimmy)

등의 상반적인 특성이 있다 그러므로 노면 충격에 대해서는 현가장치의 유연성을

부드럽게 설계하고 차량의 좌우방향에 대해서는 강하게 딱딱하게 설계하는 세밀한 ( )

조정이 요구된다

일반적으로 정강성을 동강성을 로 표현하며 동강성과 정강성 간의 비율ks kd

을 동배율이라 한다 동배율이 낮을수록 차량의 실내소음에는 유리한 경향을(kdks)

갖는다

본 연구개발에서는 의GMUTS(General Motors Uniform Test Specification) Test

을 실행하여 내구성을 목표 사이클 이상으로 개선하고 고객사에서 요구하는 정Run

특성과 동특성 비틀림 토크를 개선항목으로 선정하여 제품의 품질 및 신뢰성 향상

을 진행하였다

고객사의 요구 수준 에 따르면(Delphi Test Specification 22204309) Tension

와 가 동시에 일 때Compress Alternating Torsion Stress Max Load 20000 Cycle

일 때 을 요구한다 본 프로젝트의 경우 해외부품메이Normal Loads 150000 Cycle

커들에 대한 경쟁력을 확보하기 위하여 기본 요구 수준을 넘어 향상된 제5~10

품신뢰성을 확보를 목표로 하고 있다

- 11 -

표 평가항목 및 목표[ 21]

본 연구를 위한 대상 부품은 제안당시는 모델이었으나 수요기업 의DA-7 (Delphi)

필요성에 따라 모델로 연구대상을 변경하게 되었다 고무부싱으로서의 기능DA-2

은 동일하나 그림 과 같이 형상의 차이가 있으며 평가항목별 목표수준도 다[ 21]

르다

그림 대상품의 변경[ 21]

- 12 -

제 장 신뢰성향상을 위한 고려요소 및 고장분석제 장 신뢰성향상을 위한 고려요소 및 고장분석제 장 신뢰성향상을 위한 고려요소 및 고장분석제 장 신뢰성향상을 위한 고려요소 및 고장분석3333

제 절 고려 요소제 절 고려 요소제 절 고려 요소제 절 고려 요소1111

고무부싱에 대한 고객의 요구조건 만족과 성능향상을 위한 방안은 크게 세 가지

로 분류할 수 있다

첫째는 재료배합개선으로 고무의 특성을 개선하여 성능을 향상시키는 방안이며

둘째는 처럼 고무의 양이 적은 경우 허용하는 범위 내에서의 형상 변화를 통DA-2

한 성능향상 방안이며

셋째는 도포공정을 포함한 공정개선에 의한 방법이다

그림 은 부싱의 성능향상을 위한 개선방안을 나타내고 있다[ 31]

그림 성능향상을 위한 개선방안[ 31]

재료배합재료배합재료배합재료배합1111

고무의 배합 은 황화제 촉진제 가공제 유기산 금속산화제 노화(compounding)

방지제 보강제 충진제 등으로 기초배합을 설정한 후 인장강도와

- 13 -

신장율 경도 반발탄성 인열강도 인장응력 노화 후 물리적 현상 등을 고려하여

배합 설계를 하게 된다 특히 고무 제품의 경도를 높이기 위한 보강성과 경도가 높

으므로 잘 마모되지 않는 내마모성과 관련하여 카본블랙 을 사용하(Carbon Black)

며 고무제품의 특성을 결정하는 중요한 부분이다 사용 중인 카본블랙은

의 분류 방법에 의해 표 과 같이 구ASTM(American Standard Test Method) [ 31]

분된다

표 카본블랙의 분류[ 31]

ASTM CODE 일 반 명 칭 입자경( )

N110 초내마모성SAF (Super Abrasion Furnace ) 11-19

N220ISAF (Intermediate Super Abrasion Furnace

준초내마모성)20-25

N330 고내마모성HAF (High Abrasion Furnace ) 26-30

N440 초전도성XCF (Extra Conductive Furnace ) 31-39

N550 양압출성FEF (Fast Extruding Furnace ) 40-48

N660 범용성GPF (General Purpose Furnace ) 49-60

N774 중보강성SRF (Semi Reinforcing Furnace ) 61-100

N880 미립열분해FT (Fine Thermal ) 101-200

N990 중립열분해MT (Medium Thermal ) 201-500

카본블랙은 요오드가 와 광흡수도 가 높을수록 입자경은 작고(Iodine number) (Tint)

흡수율 이 클수록 구조가 발달되어 있다DBP(Di-dutyl phthalate) (Oil absorption)

카본블랙은 입자경이 작고 고무와 결합하는 표면적이 클수록 고무의 경도

와 내마모성 등의 물성을 보강하는 능력이 크다 그(Hardness) (abrasion resistant)

러나 경도와 탄성 은 반비례이므로 탄성은 오히려 감소하게 된다 또한(Elasticity)

작은 입자경은 탄성체 의 항복점 을 연장하는데(Elastomer) (Micro-Brownian motion)

탁월하다 탄성체는 항복점 이후

- 14 -

에 탄성의 성질을 잃어버리고 소성을 띠게 되는데 카본블랙은 이러한 고무의 물성

을 조정하는 중요한 인자이다

형상설계형상설계형상설계형상설계2222

자동차 모델에 따라 수요기업에서 의 외형형상에 대한 기본 설계를 제공Bushing

하지만 철과의 접촉부분 등 세부설계는 제조업체에서 실시하여야 한다 따라서 각

부분의 세부적 모양이나 각도에 따라 고무 철의 재료량에 영향을 미치며 이는 결

국 내구성 등 특성 치에도 영향을 미치게 된다

결정하여야 할 주요 요소로는 내철 구배각도 외철 접착(Inner pipe) (Outer pipe)

부분 등이다 이밖에 외경크기의 산포에 따라 내구성에 영향을 미칠 수 있으며 이

는 품질관리 활동에 의해 사이징 공정에서 최종규격을 맞추게 된다(Sizing)

공정설계공정설계공정설계공정설계3333

재료설계와 함께 부품의 내구성 정특성 동특성을 결정하는 주요공정은 철과 고

무를 접착시키는 접착제 도포 공정과 가류 가황 공정이다( )

가 가류공정가 가류공정가 가류공정가 가류공정

고무분자의 공유결합을 유도하여 기계적 강도를 높이는 작업이다 가황 또는

가류라고 하며 생고무에 유황 같은 가황제를 가하여 고무 분자 간에 결합을 강하게

하고 탄성 인장강도 등을 증가시킨다 가황고무의 가장 큰 특징은 탄성이 커지는

것이며 노화 가 더디고 변형 시에도 체적변화가 크지 않다는 것이다 중요한 ( ) 老化

관리 항목으로서는 가류온도 금형 쳄버 스쿠류 가류시간 가류압력 등이며 공정( )

설계에 따라 특성에

- 15 -

중요한 영향을 미친다

나 접착제도포공정나 접착제도포공정나 접착제도포공정나 접착제도포공정

접착강도는 시험방법 접착방법 시험시의 조건 시편의 기하학에 따라 다르게 나

타난다 도포방법으로는 침지법 붓칠법 롤 코팅법 (Dipping) (Brushing) (Roll

스프레이법 그리고 덤브링법 이 있다Coating) (Air Spray) (Tumbling)

프라이머 는 피착제 표면과의 친화성이나 접착제와의 상용성이 뛰어나지(primer)

않으면 안되고 동시에 접착 저해물과의 상용성도 높아야 한다 또 프라이머 중의

유효성분 쪽이 피착제 표면에 흡착되어 있는 저해성분 보다 피착제에 의하여 안정

하게 흡착 되어 있는 것이 중요하다 따라서 프라이머는 충분한 교반(Adsorption)

균일하고 엷은 도포 그리고 완전한 건조가 이루어 져야 한다

고무를 강력하게 접착시키기 위해서는 접착제가 적당히 고무 중으로 확산 된 후

에 고무와의 사이에서 상호 확산과 가교반응을 일으킬 필요가 있다 따라서 고무와

상용성이 있는 적절한 접착제 선정이 필수이며 충분한 교반 점도 조절에 의한 균

일한 도포 적당한 두께 완전한 건조 온도와 시간 가 이루어져야 한다 ( )

- 16 -

제 절 고장분석 자료 해석제 절 고장분석 자료 해석제 절 고장분석 자료 해석제 절 고장분석 자료 해석2222

설계설계설계설계1 FMEA1 FMEA1 FMEA1 FMEA

설계 는 설계 단계에서 발생하는 위험FMEA(Failure Mode and Effect Analysis )

성을 발견하기 위한 것으로 잠재적인 결함을 확인 한 후 그 영향의 심각성을 평가

하고 중점 관리 항목과 잠재적 설계 결함에 대응하기 위한 것으로 설계상의 문제

점들을 검증하고 효율적 설계개선을 행할 수 있도록 해준다 설계에 대한 잠재고장

모드의 리스트 중요 관리 특성 리스트 고장모드의 원인 제거나 발생률 감소를 위

한 설계활동 리스트 등이 그 결과물이 된다 에 대한 설계 는 표 DA-2 FMEA [ 32]

에 열람하였다

본 제품의 설계 에서는 아래 항목들에 대해 중점적으로 고려하였다FMEA

과다한 진동과 소음 형상 및 재료설계 오류로 인한 정특성 동특성 값의 불1) -

만족

내구성 문제 내철 외철의 파손 철 고무의 접착 불량 고무의 미가류 과가류2) -

외관 불량 내철 외철의 부식 미가류 과가류로 인한 고무의 이상 형태 고무3) -

버 나 살 로 인한 외관 불량 형태(burr) (flesh)

- 17 -

표 설계[ 32] FMEA

- 18 -

- 19 -

공정공정공정공정2 FMEA2 FMEA2 FMEA2 FMEA

공정 은 제품생산 공정에서 발생할 수 있는 잠재적인 문제점 또는 위험성FMEA

을 발굴하여 효과적으로 대응하기 위한 분석 기법으로 제품의 중대사고 발생 예방

으로 고객의 불만을 방지할 수 있으며 결함의 영향을 제거 또는 감소를 위한 부분

별 대책 수립의 근거가 되며 생산 문제점 검증을 통한 효율을 제고할 수 있다 공

정상의 잠재고장 모드와 그 영향을 검토 할 수 있으며 엔지니어들이 불량발생을 낮

추거나 불량 탐지 능력을 증대시킬 수 있는 관리 수단 또는 방법에 초점을 맞출 수

있도록 공정결함을 규명할 수 있다 공정에 대한 잠재고장 모드의 리스트 중요 관

리 특성 리스트 고장 모드의 원인 제거나 발생률 감소를 위한 공정 활동 리스트

들 결과물을 얻을 수 있다

표 에 보여준 의 공정 에서는 특히 아래 관련 항목들이 내구성 향[ 33] DA-2 FMEA

상과 품질개선을 위하여 중점적으로 검토되었다

접착제 도포 공정 의 점도관리체계에 의한 접착제 도포두께 관1) Zahn Cup No2

리상태 불량 건조상태에서 발생할 수 있는 접착제의 이상적 화학반응 및 건조상태

등

가류공정 고무와 내철 외철류의 이상적인 화학반응으로 인한 불량 접착상태2)

사출 성형후 고무의 갈라짐 흠집 등에 의한 외관 불량상태

시험 검사 공정 내구사양의 불만족상태 동특성 정특성 값의 사양 불만족상태3)

고무와 내 외철의 고무접착강도 불만족상태 등을 고려함

- 20 -

표 공정[ 33] FMEA

- 21 -

- 22 -

- 23 -

- 24 -

제 장 재료배합개선제 장 재료배합개선제 장 재료배합개선제 장 재료배합개선4444

제 절 배합의 기본 조건제 절 배합의 기본 조건제 절 배합의 기본 조건제 절 배합의 기본 조건1111

방진 고무부품을 만들려면 다음의 가지 공정을 거친다3

배합공정 사용목적에 따라 원료고무를 선택하고 배합약품의 종류와 양을 결middot

정하는 공정

가공공정 정해진 배합에 따라서 고무와 배합약품을 섞고 혼련 일정한 두께middot ( )

의 고무 시트를 제조하고 만들고자 하는 모양으로 절단하는 공정

가황공정 만들고자하는 모양으로 절단한 미가황 고무에 고무 탄성을 갖게middot

하고 물성을 개선하는 공정

이들 중 배합은 가공공정 가황공정 및 만들어진 제품 성능에 절대적인 영항을 미

치므로 배합설계자는 배합설계 를 할 때 다음의 가지 점(Compounding design) 3

에 균형을 잘 조화 시켜야 한다(3P)

최종 제품의 요구물성을 충족시킬 것middot (Property)

가공이 쉬울 것middot (Processing)

부피 당 배합단가가 적정할 것middot (Price)

또한 이와 같은 조건을 충족시키는 배합설계를 하기 위해서 배합설계자는 배합

의 목적 배합에 사용되는 원료고무와 각종 배합제의 성질 배합의 기초 배합단가

제품이 만들어 질 때까지의 작업 및 설비 등을 주지해야 한다

배합에는 원재료의 시험이나 평가를 목적으로 하는 배합과 공장에서 제품을 만들

기 위한 배합으로 나룰 수 있다

원재료의 시험이나 평가를 목적으로 하는 배합은 원재료의 대체나 품질

- 25 -

확인을 위한 기초 배합과 새로운 원재료가 개발됐을 때 이곳에 대한 실제적인 용도

개발을 위한 시험 또는 연구배합이 있다 개발을 위한 시험 또는 연구배합에서는

기초적인 성상을 구하는 배합으로부터 실용화에 대비한 응용배합에 이르기 까지를

검토의 대상으로 하기도 한다

제품을 생산하기 위한 목적으로서의 배합이란 종래에 없었던 새로운 요구가 있

었을 때 종래 사용하던 원재료를 써서 그 목적에 알맞은 배합을 결정하여 공장에

서의 실제 생산에 투입하는 경우를 뜻한다

고무 부싱과 엔진마운트와 같은 방진을 목적으로 하는 고무제품의 재료를 보면

등의 계의 고무가 적합하다는 게 일반적인 고무업체의 정설이NR SBR BR Diene

다 하지만 목적에 맞게 고무의 원재료를 선택하여야 한다 결국 방진이라는 기능의

고무 특성을 만족하기 위해서는 가교라는 차원 구조의 밀도를 요구하고 있다는 것3

을 알 수 있다

일반적인 방진고무의 요구특성으로는 다음과 같은 조건을 만족하여야 한다

첫째 파단 특성을 만족하여야 한다 즉 분자들과의 높은 응집력과 와의 높 Filler

은 친화성으로 응력을 분산시키는 구조로 이루어져야하는 조건을 만족하여야 하며

둘째 특성을 만족하여야 한다 에 대한 조건을 만족시키기 위해서 Creep Creep

는 고무의 분자 회전성이 높고 응집에너지가 낮을수록 좋다

셋째 내열성 및 내열 산화성에 대한 조건을 만족하여야 한다 이것은 일반적으로

기계적인 모든 성질은 온도의 의존성이 낮을수록 바람직하다고 할 수 있다 이에

방진목적의 고무도 이 같은 성질을 만족하여야 한다

- 26 -

넷째 일반적인 방진 제품은 고무만의 단독 현상으로는 그 형태를 유지하기 힘들

며 금속과의 결합을 통하여 그 방진특성을 만족하여야 한다 이에 방진고무의 기본

적인 성질은 금속과 접착성이 좋아야 한다는 조건을 만족하여야 한다

다섯째는 감쇄계수에 대한 부분으로 감쇄계수가 크고 온도의존성이나 주파수 의

존성이 좋아야 한다 일반적으로 은 감쇄가 적고 소변형에서 대변형에 이르기까 NR

지 선형의 복원을 하며 주파수에 의존하지 않은 특성을 가지고 있으므로 방진고무

로 적합하다고 할 수 있다

여섯째 탄성율에 관한 내용으로 일반적으로 방진 고무의 탄성율은 온도 및 진폭

의존성이 낮은 쪽이 좋게 된다

마지막으로는 정적강성과 동적 강성의 비로 표현되는 동배율에 유의해야 한다

일반적으로 방진고무의 감쇄 특성을 고려하면 동배율이 높은 것이 유리하지만 동적

특성의 온도의존성 변형율 동적 변형율에 의한 발열 및 내피로특성을 보면 저동배

율 쪽이 유리하다

제 절 재료배합 개선방안제 절 재료배합 개선방안제 절 재료배합 개선방안제 절 재료배합 개선방안2222

원재료 및 배합제의 개선원재료 및 배합제의 개선원재료 및 배합제의 개선원재료 및 배합제의 개선1111

고무부싱 제품의 경우 그 기능상의 요구로 인하여 주로 계열의 천연고무를NR

원재료로 사용한다 본 연구에서도 계열의 천연고무를 원재료로 하고 요구 특성 NR

의 개선을 위해 배합제의 선정을 대해 연구하였다 일반적으로 천연고무 및 합성고

무에 적용되어지는 배합제는 가황속도 조절 가공의 원활화 품질특성 개선 그리고

특수 성능 등의 목적으로 사용되어

- 27 -

진다 배합제의 종류로는 가공조제 연화제 유기가황제 가황촉진제 노화방지제

등으로 나눌 수 있다

요구 경도의 결정은 함량을 조절하여 설계하였으며 품질특성을 향상 시Carbon

킬 수 있는 재료를 연구한 결과 미세 으Caron Carbon Black(MAF FEF GRADE)

로 물성을 향상 시킬 수 있도록 하였다 특성에 큰 영항을 주는 배합제의 경우 그

용도에 따라 많은 종류를 인자로 적용할 수 있지만 많은 인자로 인하여 발생하는

비용적 시간적 손실을 최소화하기 위해 본 연구에서는 원재료와 함량을 Carbon

고정한 후 촉진제 종류와 가황제의 양을 조절하는 방식으로 배합제에 대한 최적의2

조합을 선택하는 방법으로 접근하였다

내구성 향상을 위한 방안내구성 향상을 위한 방안내구성 향상을 위한 방안내구성 향상을 위한 방안2222

내구성을 향상시키기 위한 일반적인 방법은 경도를 향상시키는 것인데 경도를

높이는 방법만으로는 다른 특성 즉 정 동특성을 동시에 만족시킬 수 없는 어려움이-

있다 이에 본 연구에서는 방진용 제품이 요구하는 정 동특성과 내구성을 Bushing -

동시에 향상 시킬 수 있는 방안을 모색하기 위하여 촉진제와 가황제를 이용하여 최

적을 배합설계를 이루고자 하였다

내구성을 향상시키기 위한 방법으로 보통 량의 조절을 통한 경도 조절법Carbon

을 이용하게 되는데 본 연구에서 적용한 은 미세 Carbon Carbon Black(MAF FEF

으로 인장강도 및 경도 인장응력을 증대하는 효과를 얻고자 하였다 이러GRADE)

한 미세 의 적용과 동시에 보강제의 분산 및 흐름성 개선을 위하여Carbon Black

가공조제를 개선하여 적용하였다

가교시스템의 향상 방안가교시스템의 향상 방안가교시스템의 향상 방안가교시스템의 향상 방안3333

가황반응 고분자 주쇄간 가교결합을 통한 차원 망상구조를 형성하(Vulcanization) 3

여 고분자 화합물의 복원력 탄성 특성 및 기타 요구물성을

- 28 -

증가시킨다 다양한 가교결합 형태 중 방진고무산업에서 많이 이용되고 있는 가교

결합은 을 도입한Polysulfide (-C-Sx-C- x=1~4) Conventional CV(Vulcanization)

계를 많이 사용한다 여기서 사용되고 있는 인 천연고무 Polymer (Natural Rubber

의 배합에 있어 가교 또는 가류형태의 변화에 따라 물성 및 특성의 변화가 있NR)

음을 알 수 있다 즉 가교형태 변화에 따른 유사한 특성을 나타내는 Stress-Strain

조건하에서 공정특성 및 전반적인 물성에 영향을 미침을 알 수 있다 의 기 Polymer

본 배합에서 촉진제나 황 공여체 증가에 따라 가류 유도시간(Sulfur Donor)

은 길어지나 가류속도는 빨라진다 특히 고온 가류 시 과 가류(Induction time)

에 의한 물성하락을 방지하기 위해 열 안정성이 우수한(Overcure) EV(Efficient

계를 사용하는 것이 근래에 소개되고 있다 고분자의 물성은 가교형Vulcanization)

태뿐 아니라 가교밀도에 크게 의존한다 가교계 변화에 따른 인장강도의 영향은 매

우 적은 반면 신장율은 계에서 로 같수록 감소CV(Conventional Vulcanization) EV

하는 경향이 있다

이란 가류시간의 지연 또는 과가류로 인한 고무 물성의 저하를 말한Reversion

다 이러한 현상은 제품의 외면이 과도한 열에 노출될 수 있다 다중황공유 결합의

열적노화현상이 발생하며 가교형태가 다중황 결합에서 단일황(Polysulfidic)

결합으로 바뀌게 되며 밀도가 현저하게 저하되고 환상형 씨오알켄(Monosulfidic)

과 씨오알칸 구조로 바뀌게 된다 결과적으로 재료의 물성(Thioalkene) (Thioalkane)

과 기계적 성질이 떨어지게 된다

이 발생하는 시간을 가교형태에 따라 비교하여 보면Reversion CV lt Semi-CV lt

으로 알려져 있으며 시스템에서는 촉진제 종류에 따라서 인장과 신율의 물EV EV

성에 하락 없이도 공정 안정성 특성이 매우 우수하다 이 Anti-Reversion

으로 인해서 물성과 기계적 성질을 향상시킬 수 있으며 황공여체 사Anti-Reversion

용 또는 계로 가교형태를 전환함으EV

- 29 -

로써 가능하다 이로써 가교의 다중황결합 을 줄이고 단일 또는 이중황 결 (S3~S8)

합으로 내열성 및 결합의 안정성을 증가시킬 수 있다 이러한 과정에서 공정설계상

계보다 더 낮은 가류온도와 더 길어진 가류시간이 필요하게 된다 이러한 계CV EV

에서는 정도의 황과 계에 비해서 다소 많은 양의 촉진제를 사용하02~05 phr CV

게 된다 여기에 근거하여 혼합물성분의 한계 표 표 에 나타난 황과 촉 ([ 42] [ 44])

진제 양의 범위를 정하였다

발생 시간의 효율적인 제어를 위하여 본 연구에서는 적절한 촉진제의Reversion

배합량을 조절하여 방진제품에서 요구하는 특성을 만족하는 조건을 선정하고자 하

였다 그림 은 의 예를 보여준다 [ 41] Reversion

그림 의 예[ 41] Reversion

본 연구에서는 인장 내열 강도의 증가와 동 정특성 내구성 증가를 위한 가교 시- -

스템의 향상 방안으로 황량을 조절하여 Convension Type(Efficient Vulcanization

을 통하여 결합력을 증대시켰으며 촉진제를 조절하여 가- CURE STIES-CC-C)

교효율을 증대하였다 또한 가황 조건에 변화가 적은 배합설계를 하여 향상된 적정

가황이 될 수 있도록

- 30 -

하였으며 를 정립화하여 최적의 적정 가황 포인트를 찾아 인장이 최CURE-STUDY

적일 때 내구성이 최적이고 가황제품과 시편을 동시에 함으로 시편과CURE-STUDY

제품의 상의성을 방지할 수 있었다

자동차업계에서는 일반적으로 고가의 폴리머를 선호하지만 본 연구를 통하여 가

격이 낮은 폴리머로도 성능향상이 가능하다는 것을 입증하였고 향후 타 아이템에도

연계 적용함으로 새로운 배합설계를 구축하였다

실험계획법의 적용실험계획법의 적용실험계획법의 적용실험계획법의 적용4444

기존의 개발 진행 방식은 경험에 의한 시행착오 접근 방법을 사(Trial and Error)

용하여 성능향상을 도모하였으나 본 연구에서는 배합물설계에 위한 실험계획법

기술을 적용하여 이론적으로 최적의 배합설계를 이(DOE Design of Experiment)

룰 수 있는 방법을 연구하였다

일반적인 고무제품의 배합은 많이 알려져 있지만 특성 향상을 위한 방안이나 그

배합에 대한 신뢰성에는 많은 의문점이 제기 되는 게 현실이다 본 연구에서는 요

구특성을 만족시키기 위하여 선정된 촉진제의 배합조건의 최적화를 실현하기 위하

여 실험계획법의 꼭지점계획법을 이용하여 그 효율성을 검증하고자 하였다 배합의

경우 어느 독립적인 인자의 선정으로는 그 효과를 극대화 시킬 수 없는 특성이 있

는데 본 연구에서는 선정된 촉진제 및 폴리머의 조건 하에서 최적의 배합 조건을

찾아보고자 하였다

재료배합설계의 개선을 위한 방안을 정리하면 표 과 같다[ 41]

- 31 -

표 내구성 및 정 동특성 동반향상을 위한 개선방안[ 41] -

항 목항 목항 목항 목 기존 방안기존 방안기존 방안기존 방안 제안된 개선 방안제안된 개선 방안제안된 개선 방안제안된 개선 방안

배합 설계 방안

경험적 배합 설계

고 배합설계COST

국내수급재료사용

실험적 분석기법 도입

저 배합설계COST

해외재료수입

내구성 향상

량 변경Carbon

용도별 적정 적용Carbon

정동특성 향상 방안을 동시==gt

고려

경험적 수치의 가황제 량 선정

가교 시스템 향상 방안을 고려한

가황제 량 선정

(EV - CURE)

결합력 증대==gt

경험적 수치에 의한 촉진제 량

선정 경도별 선정 미비( )

가교 효율을 반영한 촉진제 량의

선정

적정한 가황 포인트 파악을 위한(

실시Cure Study )

정 동특성 향상-

정특성 향상 방안 경도 증가

동특성 향상 방안 경도 하락

두 특성을 만족시키기 위한==gt

경험적 수치의 경도 선정

데이터베이스를 활용한 배합설계

정 동특성을 동시에 만족할 수-

있는 배합제 적용

분산 및 흐름성 개선==gt

형상개선과 동시 고려==gt

- 32 -

표 는 지원 전 배합비율과 특성별 성능수준을 나타낸다[ 42]

표 지원 전 성능수준[ 42]

- 33 -

제 절 꼭지점계획법에 의한 최적배합조건제 절 꼭지점계획법에 의한 최적배합조건제 절 꼭지점계획법에 의한 최적배합조건제 절 꼭지점계획법에 의한 최적배합조건3333

재료설계에 적용되는 실험계획은 혼합물 배합에 관한 실험계획으로서 몇(Mixture)

개 성분의 혼합물 중 어떠한 성분이 품질의 특성에 유의한 영향을 미치는지를 분석

하여 반응을 최대로 만드는 최적혼합비율을 찾고자 하는 실험계획이다

혼합물실험에 적용되는 실험계획으로는 심플렉스 격자형배열법 심플렉스 중심배열

법 꼭지점 계획법 등을 주로 적용한다 본 실험에서는 심플렉스의 전 영역이 아니

라 제한된 영역에서 실험을 하고자 하므로 꼭지점계획법(Extreme vertice design)

을 적용하였다

고무부싱의 재료배합에서는 개의 성분재료가 있고 이들을 어떤 비율로 배합하는

것이 품질특성치를 가장 좋게 하는가를 찾는다 성분의 혼합에 있어서 를 번째

성분의 혼합비율이라고 하면 다음과 같은 관계식을 만족시켜야 한다

이러한 경우는 일반적 실험계획법처럼 심플렉스의 모든 영역에 실험이 배치되는 것

이 아니고 제한된 영역에서만 실험을 하는 경우이다 즉 각 인자 가 (Factor) 0 le

의 모든 값을 취할 수 있는 것이 아니라 제한된 구간1le

안에서만 값을 취한다 이와 같은 경우는 경제적인 이유나 또는 실험 전에 인자들

의 성질에 대하여 상당한 정보가 있는 경우이다 위의 식과 같은 인자의 구간이 설

정되면 실험가능영역은 심플렉스 상의 좁은 영역이 된다

- 34 -

과 은 제한된 실험영역에 대한 실험계획법으로 꼭지점 계획법Mclean Anderson

을 제안하였다 이 계획법은 제한된 영역이 가지는 모든(extreme vertices design)

꼭지점과 이 꼭지점들의 선형조합으로 이루어지는 몇 개의 점을 적절히 선택하는

실험계획법이다 만약 개의 혼합성분이 사용되는 경우 실험영역을 그림으로 그리 4

면 그림 와 같이 사면체 속에 위치하는 면체가 된다 과 은[ 42] 6 Mclean Anderson

이 면체의 꼭지점과 중심점을 실험점으로 선택하는 방법에 대한 예제를 제시하고6

있다

그림 개의 혼합성분에 대한 꼭지점계획법[ 42] 4

고무부싱의 재료설계 시 혼합물은 고무 카본 및 배합원료로서 황화제 촉진제

가공제 유기산 금속산화제 노화방지제 보강제 충진제 등을 사용한다

재료 배합 실험은 경도별로 나누어 실행되었으며 표 은 경도 도 오차범[ 43] 48 (

위 plusmn 도 에 대한 혼합물성분의 한계이다 에 성분의 한계를 입력한 결과2 ) MINITAB

네 가지 성분에 대하여 표 와 같은 총 회의 실[ 44] 17

- 35 -

험점이 생성되었다 실행 의 경우 의 성분을 1 A B C D 09807 00068 00011

의 비율로 섞어서 실험하라는 의미이다00114

표 혼합물 성분의 한계[ 43] (48Hs)

성분 하한 상한

A 외 기타Polymer 09774 09807

B 촉진제1 00068 00085

C 촉진제2 00011 00022

D Sulfur 00114 00119

표 꼭지점계획법에 의한 실험설계와 결과데이터[ 44] (48Hs)

을 활용한 혼합물 설계 데이터분석 결과는 표 표 과 같다MINITAB [ 45][ 46] 17

회의 실험점에 대한 데이터분석 결과 각 실험 점에서의 적합추정치와 신뢰구 95

간을 구할 수 있었다

- 36 -

표 을 보면 실험점 에 의한 배합조건으로는 신뢰구간으로[ 45] 14 95

의 내구성이 나타난다 에서는 각 성142322cycle ~ 146166cycle Nominal Load

분에 대한 제한조건을 만족시키면서 내구성을 최대로 하는 처리조건은 인자의 네

가지 성분 즉 외 에 대한 배합 비율이 Polymer Acc1 Acc2 Sulfur 097740

이었다 그리고 이 처리조건에서 예상되는 내구성은00085 00022 00119

에 도달할 것으로 추정되었다146943cycle

에서는 인자의 네 가지 성분의 배합비율이 와 마찬Maximum Load Nominal Load

가지로 이었다 그리고 이 처리 조건에서 예상되는09774 00085 00022 00119

내구성 추정치는 이었다18917cycle

표 데이터분석 결과[ 45] (48Hs Nominal Load)

에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응Dura(Nom)Dura(Nom)Dura(Nom)Dura(Nom)

- 37 -

반응 최적화 모수반응 최적화 모수반응 최적화 모수반응 최적화 모수

글로벌 솔루션글로벌 솔루션글로벌 솔루션글로벌 솔루션

예측 반응예측 반응예측 반응예측 반응

Dura(Nom) = 146943

- 38 -

표 데이터분석 결과[ 46] (48Hs Maximum Load)

에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응Dura(max)Dura(max)Dura(max)Dura(max)

반응 최적화 모수반응 최적화 모수반응 최적화 모수반응 최적화 모수

글로벌 솔루션글로벌 솔루션글로벌 솔루션글로벌 솔루션

외Polymer = 09774

- 39 -

Acc1 = 00085

Acc2 = 00022

Sulfur = 00119

예측 반응

Duro(max) = 189171

경도 도 오차범위 도 에 대한 혼합물성분의 한계와 에 의한 실험50 ( plusmn 2 ) MINITAB

점은 표 표 과 같다[ 47] [ 48]

표 혼합물 성분의 한계[ 47] (50Hs)

- 40 -

표 실험계획의 결과[ 48] (50Hs)

경도 도에 대한 혼합물 설계 데이터분석 결과는 표 표 과 같다50 [ 49][ 410] 17

개 실험 점에서의 적합추정치와 신뢰구간은 예측반응에 잘 나타나 있다95

에서는 각 성분에 대한 제한조건을 만족시키면서 내구성을 최대로Nominal Load

하는 처리조건은 외 기타 의 각 성분에 대하여 배합비Polymer Acc1 Acc2 Sulfur

율이 이고 이 처리조건에서 예상되는 내구성은09687 00088 00025 00200

에 도달할 것으로 추정되었다159209 Cycle

에서는 인자의 네 가지 성분의 배합비율이 와 마찬가Maximum Load Nominal Load

지로 이었다 그리고 이 처리조건에서 예상되는 내09687 00088 00025 00200

구성 추정치는 이었다 일 때와 일218572 Cycle Nominal Load Maximum Load

때의 적정배합비율이 다르게 나오는 경우가 있는데 이는 오차범위 경도의 경우( plusmn

도 가 비교적 넓은 고무의 특성에서 비2 )

- 41 -

롯되거나 측정오차에 따른 결과로 추정된다

표 데이터분석 결과[ 49] (50Hs Nominal Load)

에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응Duro(Nor)Duro(Nor)Duro(Nor)Duro(Nor)

반응 최적화 모수반응 최적화 모수반응 최적화 모수반응 최적화 모수

- 42 -

글로벌 솔루션글로벌 솔루션글로벌 솔루션글로벌 솔루션

예측 반응예측 반응예측 반응예측 반응

Duro(Nor) = 159209

표 데이터분석 결과[ 410] (50Hs Maximum Load)

에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응Duro(max)Duro(max)Duro(max)Duro(max)

- 43 -

반응 최적화 모수반응 최적화 모수반응 최적화 모수반응 최적화 모수

글로벌 솔루션글로벌 솔루션글로벌 솔루션글로벌 솔루션

예측 반응예측 반응예측 반응예측 반응

Duro(Max) = 218572

재료배합시험에 있어서 가류시간이 특성 치에 영향을 미치므로 레오그래프

분석에 의해 적정가류시간을 결정한다 레오그래프는 다음의 용도에(Rheograph)

활용된다

고무제품의 가류도 측정①

가류속도 측정②

최적의 가류공정 조건 확립③

가류약품 선정 및 배합 작성Recipe④

고무제품의 품질관리⑤

아래 그림 은 경도 도에 대한 재료의 레오그래프이다 그래프에 나타난 용[ 43] 48

어를 설명하면 다음과 같다

혼합물 의 가 가류되었을 때의 시간을 나타내며 가류시간을tc90- (Compound) 90

결정하는 기준으로 사용된다

스코치시간 을 나타내며 원하지 않는 가교가 일어ts2 - (Scorch time)

- 44 -

나는 시간으로 적절한 가류시간을 찾기 위해 필요한 과정임

고무의 특성을 토르크 값으로 나타낸 값으로 일반적으로 혼합물Tmax- (Torque)

의 경도에 따라 변함

평형 토르크MH- (Equilibrium torque)

최소 토르크ML- (Minimum torque)

본 재료시험에 적용된 가류시간은 의 배 사이에서 적정수준을 결정하tc90 1-15

였다

연구의 결과 카본의 입자가 작을수록 내구성은 향상시키지만 대체로 분산이 잘 되

지 않아 혼합물의 품질이 고르지 못하였다 따라서 카본의 분산도를 평가하여 만족

할 만한 수준이 나오는지 확인하였으며 상대적으로 작은 입자경의 카본을 사용하

여 내구성을 높이려 하였다

그림 경도 도 고무에 대한 레오그래프[ 43] 48

- 45 -

실험의 결과 카본블랙과 레오그래프와의 관계는 그림 와 같이 나타났다 그림[ 44]

에서 보는바와 같이 입자경의 크기가 증가함에 따라 결합력이 약해지므로 토르크

값이 낮아짐을 알 수 있다

그림 각종 카본블랙의 레오그래프[ 44]

- 46 -

본 연구에 적용된 카본 입자경의 크기와 양은 표 과 같다[ 411]

경도변화는 카본입자의 크기와 양에 따라 결정이 되며 레오그래프의 값이 Tmax

이러한 사실을 보여주고 있다

표 레오그래프상의 경도와 카본의 관계[ 411]

레오그래프는 섭씨 도에서 그려짐PHR = Part in Hundred Rubber 160

- 47 -

제 장 형상개선제 장 형상개선제 장 형상개선제 장 형상개선5555

제 절 외철의 스웨징 율 변화에 의한 개선제 절 외철의 스웨징 율 변화에 의한 개선제 절 외철의 스웨징 율 변화에 의한 개선제 절 외철의 스웨징 율 변화에 의한 개선1111

높은 품질의 부싱을 개발하기 위해서는 적절한 재료설계에 의한 경도 및 고무 특

성의 설정이 매우 중요한 요소이지만 고무의 특성 개선에만 의존하는 것은 한계점

이 있다 따라서 제품의 형상변화를 통해 고무의 특성을 극대화함으로써 내구성 및

품질특성을 향상시킬 수 있다

그림 은 부품의 세부형상과 설계도이다[ 51]

그림 세부형상[ 51] DA-2

- 48 -

그림 는 제품의 단면을 보여준다 그림에서 는 다른 모델에 비해 고무[ 52] DA-2

량이 다소 적음을 알 수 있다 형상 변화를 통한 품질특성의 개선을 시도함에 있어

서는 부품에 대한 조립성과 제조성 을 반드시(DFM Design for Manufacturability)

고려하여 형상변화를 꾀하여야 한다 본 제품의 경우 외철 과 내철 (outer pipe)

의 길이는 한정되어 있으며 그 직경의 변화도 허용공차를 미만(Inner pipe) 05 mm

의 수준으로 요구하고 있다

형상변경을 통한 성능향상 방안으로서 외철에 대한 스웨징율 을 변(Swaging rate)

경함으로서 외경크기의 변화를 시도하였으며 또한 내철의 구배각도를 변화시켜 개

선점을 찾으려고 노력하였다

그림 단면[ 52] DA-2

부싱의 경우 일반 적으로 스웨징이라는 공정을 거치게 되는데 이는 공정에서 외

경의 크기 조정을 통하여 성능을 향상 시키는 방법으로서 스웨징율을 조정함으로서

외철의 외경 크기를 허용범위 내어서 변화시키는 것이다 이는 스웨징에 따른 직경

변화에 의해 고무의 조직이 조밀해져 고무 특성을 향상시킬 수 있게된다

그림 은 스웨징의 방향을 나타내며 그림 는 스웨징 전 후의 외철의 크[ 53] [ 54]

기 변화를 보여주고 있다

- 49 -

그림 스웨징 방향[ 53]

그림 스웨징 전후의 외경 크기의 변화 단면[ 54] ( )

제 절 내철의 구배 변화에 의한 개선제 절 내철의 구배 변화에 의한 개선제 절 내철의 구배 변화에 의한 개선제 절 내철의 구배 변화에 의한 개선2222

아래 그림 는 형상 변화를 시도할 수 있는 내철 끝단 부분의 구배를 표시한[ 55]

그림으로서 는 구배각도를 나타낸다a

- 50 -

그림 구배각도[ 55]

그림 은 본 제품의 특성 요구 사항을 그림으로 표시한 것으로 고무부싱은[ 56]

및 의 외력에 대하여 적절하게 대응할 수 있도록 설계되어야 한다 부싱 종류F1 F2

의 경우 일반적으로 고무 제품의 유연함과 동배율 개선을 위하여 저경도의 고무를

적용하는 경우가 많은데 이 경우에는 외력에 대한 특성이 상대적으로 취약하게F1

나타나게 된다 이러한 취약점을 보완하기 위하여 본 연구에서는 그림 과 같 [ 57]

이 제품이 허용하는 범위 내에서 내철의 구배를 변화 시킨 후 실험데이터의 분석을

통해 성능 개선 방안을 찾고자 하였다

그림 부싱의 외력[ 56]

그림 의 의 경우는 구배를 주지 않은 경우이며 의 경우는 구배를 준[ 57] (a) (b)

경우를 표시하고 있다

- 51 -

의 경우 외력에 의하여 발생하는 반발력 은 순수한 고무 특성에 의해서(a) F1 Fr1

만 나타나게 된다 이러한 경우 저경도의 고무을 적용하였을 때 의 크기가 미미 Fr1

하여 적절한 특성을 발휘하지 못하게 된다

의 경우와 같이 내철에 구배를 주게 되면 의 외력에 대하여 구배가 들어간(b) F1

부분 에 의한 반발력 함께 가 생성되어 상대적으로 에 대한 저항력이 커Fr3 Fr2 F1

짐으로써 성능을 향상 시킬 수 있게 된다

그림 구배각도의 적용에 따른 차이 단면[ 57] ( )

그림 구배각도의 적용에 따른 차이 입체[ 58] ( )

- 52 -

제 장 도포공정개선제 장 도포공정개선제 장 도포공정개선제 장 도포공정개선6666

고무부싱의 내구성 향상을 위하여 필수적으로 관리하여야 할 공정이 도포공정이

다 도포공정은 접착의 원리에서부터 접착의 구조 접착의 강도 피착재의 표면처리

법 및 접착제 사용법 등 접착에 관한 전반적인 기술을 공정에 효율적으로 적용하여

야 한다

고무와 금속과의 접착력이란 접착제와 피착제 사이의 계면 결합력을 의미하며 접

착강도는 시험방법 접착방법 시험시의 조건 시편의 기하학 등 여러 인자에 의해

영향을 받는다 접착파괴는 접착제의 가장 약한 곳에서 일어나며 접착강도는 여러

가지 측정법에 따라 고유강도 잔류강도 측정강도 등과 같이 다르게 표현된다 고

무부싱의 접착구조는 그림 과 같다[ 61]

그림 접착의 구조[ 61]

프라이머 는 피착제 표면과의 친화성이나 접착제와의 상용성이 뛰어나야(Primer)

하고 동시에 접착 저해물과의 상용성도 높아야 한다 또 프라이머 중의 유효성분

쪽이 피착제 표면에 흡착되어 있는 저해성분보다 피착제에 의하여 안정하게 흡착되

어 있는 것이 중요하다 따라서 프라이머는

- 53 -

충분한 교반 균일하고 엷은 도포 그리고 완전한 건조가 이루어져야 한다 이러한

도포공정은 피착제의 모앙에 따라 달라진다

열경화성 접착제의 대부분은 유기 중합물과 각종 충진제를 유기용제에 용해 분산

시킨 것으로 사용전이나 사용 중에도 교반기 등으로 균일하게 용해 분산시킨 접착

제를 사용하는 것이 중요하다 따라서 의 도포 공정은 그림 와 같이 교 DA-2 [ 62]

반기를 추가 설치하여 공정 개선을 실시하였다

그림 설치한 교반기[ 62]

또한 피착제의 균일한 도포를 위해 롤타입의 코팅기에 기존 페인트용 롤러에서

그림 에서와 같이 융을 말아 롤러 도포하는 형태로 개선을 실시하여 코팅의[ 415]

두께 정밀도를 향상시켰다

- 54 -

그림 변경된 롤러 모양[ 63]

접착 재료를 프라이머 에서 변경하여 사용함CHEMLOK 220 252 CHEMLOK 205

으로써 접착력을 향상시켰는데 는 금속 및 경길대료의 프라이머로CHEMLOK 205

사용되며 또한 같은 극성고무에 단독으로 접착이 가능하다 NBR

방식의 경우 의 특징을 살펴보면TWO Coat CHEMLOK 205

ㆍㆍㆍㆍ 접착제의 금속 표면에서의 접착강도를 향상시킬 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ 기계적 표면처리 후 활성화된 금속표면을 산화작용으로부터 보호하며 녹방

지 도료적 역할을 한다

ㆍㆍㆍㆍ 크로로프렌이나 에피크로로히드린고무와 같은 가류 중에 염소가스를 발생

시 켜 금속표면을 부식시키기 쉬운 고무배합에 대하여 유효하게 적용된다 프

라 이머는 충분한 교반 균일하고 엷은 도포 그리고 완전한 건조가 이루어져

야 접착성이 뛰어나게 된다

도포공정 개선 전후의 효과는 그림 그림 의 도포두께 비교[ 64]~[ 67] Cpk

를 통해서도 알 수 있다DATA

아래 그림 는 도포공정의 개선전[ 64] 관리도의 그래프를 나타낸

- 55 -

것으로 관리도는 평균치와 범위에 관한 계량형 관리도에서 가장 많이 사용되

는 관리도의 하나이다 관리도는 평균치의 변화를 관리하는 관리도와 산포의

변화를 관리하는 관리도로 구성된다 관리도의 중심선(Central Line) CL=로 나

타내며 관리 상한선 은(Upper Control Limit) UCL= 로 관리하한선인 (Lower

의 경우Control Limit) LCL=

로 구한다

관리도의 관리선의 경우 중심선 관리상한선 UCL= 관리하한선 LCL

의 경우 로 구한다

여기서 등의 계수는 샘플의 크기인 에 따라 결정 되며 일 경우=4

=0729 =0 이다=2282

그림 에서[ 64] 이며=273410 관리도의 로 나타났UCL=307994 LCL=238826

다

관리도의 은CL 이며 이다=4744 UCL=1082581

- 56 -

그림 도포공정 개선전[ 64] 관리도

한편 그림 는 도포공정 개선 전의 경우에 대하여 지정된 규격의 공정능력 [ 65]

지수를 나타낸 것으로서 단기공정능력지수( 와 장기공정능력지수) ( 를 나타낸)

다 단기공정능력지수는 공정능력 ( 과 규격의 폭) ( 과의 비율을 의미하며 일반적)

으로 로 표시한다 규격은 그림 에서처럼 양쪽규격이 모두 주어진 경우 공 [ 65]

정 능력 지수는 다음과 같이 계산할 수 있다

공정 능력

로 나타내고 만약 공정 평균이 규격의 중심으로부터 어느

한쪽으로 치우쳐 있게 되는 경우 치우침도( 와) 를 조합한 단기공정능력지수

( 로 나타낸다 즉)

- 57 -

장기공정능력지수( 의 계산은)

으로서 이다

따라서 그림 에 나타난 것처럼 개선전의 공정능력은[ 65] =17854 =08458

으로서 장기 공정에 대해 만족스럽지 못한 값을 나타내고 있다

그림 도포공정 개선전 공정능력 분석그래프[ 65]

- 58 -

그러나 공정개선후의 관리도인 그림 을 살펴보면[ 66] 이며=28196 관리

도의 이고UCL=300418 LCL=263502 관리도의 은CL 로=2532 UCL=51418

나타난다

그림 도포공정 개선후[ 66] 관리도

- 59 -

개선 후에는 그림 로부터 알 수 있듯이 단기공정능력은[ 67] 으로서=31966

인 장기 공정에 대해 안정적인 것을 확인할 수 있어 도포공정 개선에=23275

대한 효과가 있음을 알 수 있다

그림 정 개선 후 공정능력 분석그래프[ 67]

또한 도포공정의 두께관리를 강화하기 위하여 작업자 교육 및 샘플링 두께 측정

검사를 통해 지속적인 모니터링을 실시하고 공정별 온도관리 및 시간 관리를 통해

작업 환경 유지관리 강화로 변함없는 품질의 제품을 생산하도록 하였다 그림 [

은 롤 코팅 공정이다68] (Roll coating)

- 60 -

그림 롤 코팅 공정[ 68] (Roll coating)

- 61 -

제 장 최적수준 결정을 위한 파라미터 설계제 장 최적수준 결정을 위한 파라미터 설계제 장 최적수준 결정을 위한 파라미터 설계제 장 최적수준 결정을 위한 파라미터 설계7777

제 절 실험계획법에 의한 유의인자 결정제 절 실험계획법에 의한 유의인자 결정제 절 실험계획법에 의한 유의인자 결정제 절 실험계획법에 의한 유의인자 결정1111

재료설계 형상설계 및 공정설계에 대한 최적조건의 결정은 부품의 품질 특성에

대한 사양 을 만족시켜야 할 뿐 아니라 생산부품 간 품질의 산포를(Specification)

최대한 줄여야 한다 의 최적설계를 위해 다구찌 기법 을 적 DA-2 (Taguchi method)

용하였다

다구찌의 강건설계 는 인자 가 품질 특성의 평균에 대해(Robust design) (Factor)

가지는 효과뿐만 아니라 분산에 미치는 효과에 대해서도 초점을 맞추고 있다 분산

을 줄일 수 있는 통제 가능한 인자에 대한 조건을 설정하여 품질특성이 통제 불가

능한 인자의 변화에 대해서는 둔감하도록 할 수 있다 강건설계의 주목적은 품질특

성의 목표값을 유지하면서 분산을 줄이는 인자에 대해 설치값 을 발견하는 (Setting)

데 있다

다구찌 설계에 의한 실험계획법은 특히 확장된 역할로서 다음의 몇 가지를 들 수

있다

ㆍㆍㆍㆍ종래에는 제어 불가능한 환경조건이나 제어하기 어려운 생산조건 공정조건

등의 원인 이를 잡음인자로 통칭 들이 데이터에 주는 영향의 정도를 평가하기 어려( )

웠으나 객관적으로 그리고 계량적으로 이를 평가할 수 있는 방법을 제시하고 있

다 또한 품질 산포의 크기를 계량특성치 손실함수 비 등 로 변환하여 산포를 ( SN )

작게 하는 인자들의 조건을 찾아가는 강건설계를 사용한다

ㆍㆍㆍㆍ직교배열표를 광범위하게 사용하여 인자의 수가 많은 경우에도 크게 실험횟

수를 증가시키지 않고 실험하는 일부 실시법을 사용한다

ㆍㆍㆍㆍ생산라인 내 뿐만 아니라 신제품 개발을 위한 품질설계 파라미터(On-line)

설계 허용오차 설계 등의 라인 외 품질관리를 위하여 유용하게 사용할 (Off-line)

수 있다

ㆍㆍㆍㆍ다구찌 방법에서 추가적으로 다룰 수 있는 주요한 것들로는 직교배열

- 62 -

표의 확대사용 수준계의 표준 직교배열표 이외에 확대 응용 혼합 직교배열표(2 3

의 사용과 조합법의 사용 계량치 데이터의 파라미터 설계 허용차 설계 그리고)

계수치 데이터의 파라미터 설계 동적 특성의 파라미터 설계 등을 들 수 있다

파라미터 설계 는 제품설계와 공정설계에서 유용하게 사용되는(Parameter design)

다구찌 실험계획법의 핵심이다 파라미터는 제품성능의 특성치에 영향을 주는 제어

가능한 인자 를 의미하며 파라미터 설계는 이들 인자들의 최적(Controllable factor)

수준을 정하여 주는 것을 말한다 파라미터를 설계변수 라고도 부 (Design variable)

르며 파라미터 설계에서는 제품의 품질변동이 잡음에 둔감하면서 목표품질을 가질

수 있도록 설계변수들의 최적조건을 구하여 준다 최적조건을 찾을 때 설계변수와

잡음을 주는 인자들을 포함시켜 실험하는 직교배열표 등을 주로 사용한다 이때 목

표 품질을 만족시키는 범위 내에서 가능한 한 비용이 적게 드는 조건이나 부품 등

을 이용한다

만약 신뢰성에 영향을 주는 제어 가능한 인자 에 대한 파라미터설계 A B C D

를 한다고 하자 는 수준 는 수준의 혼합수준 에 대한 설계 A B 4 C D 2 (Mixed level)

분석을 하려고 한다면 각 요인 변동의 계산을 표 과 같은 [ 71] L16(215형 직교배)

열표 를 사용하면 된다(Orthogonal Design)

에 대한 파라미터 설계조건으로는 내구성이 가장 좋은 최적의 설계 및 공정DA-2

조건을 구하여야 하므로 반응변수가 큰 값일수록 좋은 망대특성(Larger-the-better

에 대한 조건을 구하고 부품의 정특성 및 동특성에 대한 분석은 적characteristics)

정한 상호관계를 고려하여 별도의 실험을 행한다

- 63 -

표 다구찌 설계의 예[ 71]

- 64 -

제 절 시험데이터의 해석제 절 시험데이터의 해석제 절 시험데이터의 해석제 절 시험데이터의 해석2222

실험조건실험조건실험조건실험조건1111

제품의 신뢰성향상을 위해 지금까지 재료배합의 개선 형상개선 및 공정개선에

대한 각각의 과정을 설명하였으며 본 장에서는 관련된 여러 인자들을 동시에 고려

하여 최상의 품질특성을 나타낼 수 있는 최적인자수준의 결정에 대하여 설명하려고

한다 이는 인자들 간의 상호 작용이 상승 또는 보완작용을 할 수도 있고 반대로

서로 상극임을 나타낼 수 도 있기 때문이다

일반적으로 고무부싱의 개발에 적용되는 인자 는 다음과 같다(Factor)

ㆍㆍㆍㆍ경도 는 수요기업에서 제시하는 사양 에 따라 적정수(Hardness) (Specification)

준의 경도 도 도 도 도 를 적용하였으며 경험적으로 경도의 산포는(43 45 48 50 ) plusmn

정도이다2

ㆍㆍㆍㆍ각 부분의 모양이나 각도에 따라 고무 량에 영향을 미치게 되는 형상설계에

관해서는 내부 파이프 구배각도를(Inner pipe) 15deg~25deg로 하고 외부파이프 (Outer

의 접착부분을 로 하였으며 외경의 크기는pipe) 13mm~15mm

27mm~ 로 유지하였다278mm

ㆍㆍㆍㆍ공정설계는 가류시간을 로 하였다 가류 온도는240sec~600sec 150deg~180

로 하고 주변 온도에 영향을 받으므로 금형 표면온도는 항상 확인하였다 접착제

도포가 내구성에 영향을 주므로 접착제 두께는 으로 하고 접15micron~40micron

착제 배합조건은 로 하였다120cc~128cc

다구찌 설계에 의한 최적수준을 결정하기 위해 다른 인자는 고정시키고 경도 가

류시간 스웨징 인자에 대하여 표 와 같이 실험수준을 정하였다 [ 72]

- 65 -

표 실험인자 별 수준[ 72]

분석결과의 해석분석결과의 해석분석결과의 해석분석결과의 해석2222

실험결과의 해석은 다음과 같다

을 통해 표 의 실험조건을 입력하여 다구찌 설계를 생성한 결과MMITAB [ 72]

표 과 같은 실험조합을 얻었다 표 는 실험조합 별 시험결과 값이다[ 73] [ 74]

에서의 내구성에 대한 다구찌 설계해석의 결과는 표 의 신호 대Nominal load [ 75]

잡음비 비 평균 표준편차에 대한 반응표에 잘 나타나(SN Signal to noise ratio)

있다 그림 그림 은 비 평균 표준편차에 대한 반응 값을 도식한 [ 71]~[ 73] SN

것이다

표 의 신호 대 잡음비의 반응표를 보면 경도는 스웨징이나 가류시간에 비해[ 75]

반응변수 내구성 에 큰 영향을 미치고 있음을 보여준다 평균에 대한 반응표에서도( )

경도는 다른 인자들에 비해 반응변수의 평균에 크게 영향을 미치고 있음을 알 수

있다 표준편차 역시 경도의 수준 변화에 따라 차이가 가장 많음을 보여주고 있다

- 66 -

표 에 의한 다구찌 설계생성[ 73] MINITAB

- 67 -

표 실험조합 별 시험결과 데이터[ 74]

- 68 -

표 비 평균 표준편차에 대한 반응표[ 75] SN

신호 대 잡음 비에 대한 반응 표신호 대 잡음 비에 대한 반응 표신호 대 잡음 비에 대한 반응 표신호 대 잡음 비에 대한 반응 표

망대특성망대특성망대특성망대특성

평균에 대한 반응 표평균에 대한 반응 표평균에 대한 반응 표평균에 대한 반응 표

표준 편차에 대한 반응 표표준 편차에 대한 반응 표표준 편차에 대한 반응 표표준 편차에 대한 반응 표

- 69 -

그림 신호 대 잡음 비의 주효과도[ 71]

그림 인자수준별 평균의 주효과도[ 72]

그림 인자수준별 표준편차의 주효과도[ 73]

- 70 -

표 와 그림 에서 에서의 내구성 예측값을 가장 크게 하[ 75] [ 72] Nominal Load

는 것은 요인 수준의 조합이 일 때이다 품질 향상을 위해서는 정특성 동(4 2 2)

특성 값도 동시에 고려하여야 하므로 조합 조합 조합(4 2 2) (4 3 2) (4 1 2)

에 대한 예측 값을 함께 구하였다

표 은 에서의 내구성 예측값을 표 은 에[ 76] Nominal Load [ 77] Maximum Load

서의 내구성 예측값 표 은 정특성 예측값 표 는 에서의 동특성 예 [ 78] [ 79] 15Hz

측값 그리고 표 은 에서의 동특성 예측값을 보여주고 있다 [ 710] 150Hz Nominal

에서의 내구성 예측값은 조합 조합 조합에서 각Load (4 2 2) (4 3 2) (4 1 2)

각 목표값인 을 상회한 과170000 Cycle 178023 Cycle 174272 Cycle 175830

로서 조합일 때 더 높게 나타났다Cycle (4 2 2)

동배율은 예측 평균값을 기준으로 할 때 동배율은 조합에서는 에 (4 2 2) 15Hz

서 에서 이고 조합에서의110(1187691079) 150Hz 113(1215561079) (432)

동배율은 에서 에서15Hz 106(112856 106938) 150Hz 108(115769106938)

이며 조합에서의 동배율은 에서 에서 (412) 15Hz 108(118194 1094) 150Hz

이었다109(1195691094)

모델의 경우 수요기업에서 동배율 값이 적은 값을 요구하기 때문에DA-2 (kdks)

동배율을 고려하면 의 조합이 더 좋은 품질을 나타낸다고 할 수 있다(4 1 2)

- 71 -

표 에서의 내구성 예측값[ 76] Nominal Load

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 2 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 3 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 1 2

예측 값

신호 대

- 72 -

표 에서의 내구성 예측값[ 77] Maximum Load

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 2 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 3 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 1 2

신호 대

- 73 -

표 정특성 예측값[ 78]

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 2 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 3 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 1 2

신호 대

- 74 -

표 동특성 예측값[ 79] (15Hz)

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 2 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 3 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 1 2

신호 대

- 75 -

표 동특성 예측값[ 710] (150Hz)

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 2 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 3 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 1 2

신호 대

- 76 -

제 장 부품의 신뢰성성장관리제 장 부품의 신뢰성성장관리제 장 부품의 신뢰성성장관리제 장 부품의 신뢰성성장관리8888

제 절 신뢰성성장관리제 절 신뢰성성장관리제 절 신뢰성성장관리제 절 신뢰성성장관리1111

복잡하고 기술적인 제품의 개발 프로그램을 운영하는 데 있어서는 고객이 요구

하는 신뢰성 수준을 만족시키기 위하여 상당한 규모의 시간 예산 기술인력 등의

자원을 필요로 한다 고객들의 신뢰성 요구수준은 매우 높으므로 이러한 목표를 달

성하기 위하여 시험 개선 시험 개선의 개발과정을 반드시 거친다 이 과정에서 시- - -

스템 서브시스템 또는 모듈을 고장 날 때까지 시험하고 고장모드를 결정해서 이를

제거하기 위한 시도를 하거나 적어도 고장발생을 줄일 수 있는 시도를 하여 설계나

엔지니어링 개선을 이룬다 만약 이러한 과정이 계속되고 설계나 엔지니어링 변경

이 충분히 이루지면 시스템의 신뢰성은 증가한다 개발프로그램이 운영되는 동안

신뢰성 수준의 변화를 추적할 수 있다면 개발책임자로서는 여러 가지 이점이 있다

즉 목표하는 신뢰성 수준을 달성하기 위하여 충분한 비율로 성장하고 있는지의 여

부를 가능한 빠른 시간 내에 판단할 수 있고 그에 따라 필요한 자원을 적절히 배

분할 수 있다 따라서 개발책임자는 시험데이터로부터 현재 시스템의 신뢰성 수준

성장률의 평가 앞으로 기대되는 달성 가능한 수준을 결정하기를 원한다

신뢰성 성장관리 기술은 제품을 개발하는 데(Reliability growth management)

소요되는 많은 시간과 비용 및 엔지니어링 노력을 절감하면서 개념선택 제품과 공

정의 신뢰성 그리고 비용효율을 달성할 수 있도록 유용한 정보를 제공해 준다 군

사장비 자동차 및 전자 중장비개발 등에 적용된 최근의 신뢰성 성장시험 관리기술

은 각 분야의 경쟁적인 사업 환경 아래에서 제품개발을 효율적으로 조직하여 신뢰

성평가를 시작하고 신뢰성 성장과정을 추적할 수 있도록 해준다 신뢰성성장관리기

술은 제품 및 공정설계 관련사항 및 검증시험 항목들에 대하여 사용 환경에 따른

신뢰성 성장 진행과정을 확인하고 그 결과로부터 성장시험곡선을 개발할 수 있게

한다 또한 설계단계 사이의 여러 가지 관련성을 확인하여 관찰하고 그 정보를 다

른 제품보증분석들과 연결하여 고객 요구사항에 대한 제품의

- 77 -

적합도를 적절히 평가하는 데 도움을 준다

신뢰성성장모델은 가 개발한Crow(1975) AMSAA(Army Materiel Systems

모델이 많이 활용되었으나 이는 시스템 또는 서브시스템에서의Analysis Activity)

성장관리에 유용하고 부품수준에서는 모델을 활용하는 것이 더욱 실용적이 Weibull

다 모델은 목표 Weibull B10 수명에 대하여 초기 시작품 으로부터(Early Prototype)

후기 시작품 까지의 신뢰성 개선을 관리하는데 실용적으로 활용할(Later Prototype)

수 있다

신뢰성 성장시험 프로세스신뢰성 성장시험 프로세스신뢰성 성장시험 프로세스신뢰성 성장시험 프로세스1111

신뢰성 성장은 개발시스템에 대하여 여러 시험단계가 시리즈로 이루어지는 동안

고장모드를 발견하고 이를 개선하는 과정을 거쳐 이TAAF(Test Analyze And Fix)

루어진다 또한 기능시험 환경시험 안전시험의 결과는 신뢰성 향상을 위한 FMEA

등과 연계하여 사용된다 분석결과는 설계변경에 반영되고 최종목표가 달성될 때까

지 개선과 시험이 연속적으로 이루어진다 그림 은 일반적인 신뢰성 성장시험 [ 81]

프로세스를 보여준다 프로그램의 시작시점에 신뢰성 성장에 대한 계획을 수립하여

고객의 기대사항을 만족시킬 수 있는 성능수준에 대한 구체적인 측정치를 제시하

고 이 목적을 달성시킬 수 있는 시험조건을 정한다 시험조건은 특정한 부품이나

시스템에 대하여 고객의 사용방법과 환경에 대한 지식을 기초로 하여야 한다

개발프로젝트가 진행되는 동안 신뢰성 성장시험 프로그램이 개발되고 실행되는

과정에서 설계 및 공정의 관심사항을 확인하기 위해 QFD(Quality function

와 같은 제품보증을 위한 분석방법들이 선행되어 실시되는데 신뢰성deployment)

성장관리와 연계하여 이를 통틀어 통합 신뢰성 성장관리(Integrated reliability

라고 한다 신뢰성 성장관리를 포함한 제품설계평가의 모든growth management)

과정은 제품 공정의 신뢰성 향상에 있어 중요한 역할을 하는 제품보증기능의 한부

분이다

- 78 -

통합 신뢰성 성장시험관리 프로세스는 설계뿐 아니라 공정신뢰성(MIL-HDBK-781)

과 관련된 문제에 대응할 수 있도록 신뢰성 성장시험의 이점을 전적으로 활용할 수

있는 수단을 제공한다

신뢰성 성장관리과정을 개발함으로써 신뢰성 수준은 계속적으로 추적될 수 있고

조치를 취하고 다른 분석결과들과 비교되어 초기 신뢰성 예측을 수립하고 제품설

계에 포함된 확신을 증가시킨 후 검증시험에 들어갈 수 있도록 한다 이러한 신뢰

성 성장관리 프로세스는 제품개발 사이클에 있어서 초기 단계 동안에 신뢰성을 확

립하는 데 도움을 줄 수 있는 장치이다

그림 신뢰성성장시험 프로세스[ 81]

제품개발과정에 적용되는 신뢰성 성장시험관리 프로세스는 다음과 같다

신뢰성 성장시험조건을 결정하고 시험 사이클을 개발한다 ①

신뢰성 성장시험곡선의 사용을 통하여 시험과정을 실행하고 추적한다②

시험결과를 평가하고 다른 선행된 분석연구결과들과 비교한다③

확인된 결함을 제거하기 위해 설계변경을 실시한다④

- 79 -

설계검증시험을 준비한다⑤

신뢰성 성장시험의 주된 목적은 설계상의 약점을 확인하고 제거함으로써 설계의

신뢰성을 증가시키는 것이다 정확하게 신뢰성 수준이 변화되는 진행상황을 추적하

기 위해서는 요구사항에 대한 불합치성 을 확인하고 불합치성이(Nonconformance)

일어난 시간을 모두 추적하여야 한다 시험을 시작하기 전에 적절한 시정조치를 용

이하게 하기 위해 사전계획이 수립되어야 하며 고장분포를 결정하기 전에 각각의

고장부품에 대한 고장원인을 분리할 수 있어야 한다

부품의 개발과정에서 몇 개의 표본에 대한 고장시간 데이터가 있을 때 Weibull

분포를 활용한 신뢰성 성장분석에 대하여 설명하면 다음과 같다

가 분석의 개요가 분석의 개요가 분석의 개요가 분석의 개요

밀도함수는 그림 와 같이 특성 수명과 기울기로 고장시간Weibull [ 82] (Cycle

을 설명한다 작은 표본에 대한 고장시간 데이터가 주어졌을 때 분석Km) Weibull

을 사용하여 세 가지의 정보를 얻을 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ특정 시간이 주어졌을 때 등 부품의 신뢰도는 그 시간까지 살아 있(Cycle Km )

을 백분율이다

ㆍㆍㆍㆍ 또는 다른( 수명을 추정할 수 있다) 수명은 부품들 중 가 고장10

날 것이라고 기대되는 시간이다 즉 이 시간에서의 신뢰도는 이다 90

ㆍㆍㆍㆍ 기울기의 값은 고장률 패턴에 대한 정보를 제공해준다 기울기가Weibull 10

이라면 고장률이 일정하다는 것을 의미한다 이 경우 고장은 일반적으로 우연히

일어나며 고장률은 설계의 강건 정도에 따라 달라진다 기울기가 보다 작다면 1

고장률은 감소하고 있음을 의미한다

- 80 -

즉 높은 초기 고장률 을 말한다 기울기가 보다 크면 고장률은 증 (Infant mortality) 1

가하고 이는 마모 되고 있음을 의미한다(Wear-out)

그림 에 의한 부품의 신뢰성성장분석[ 82] Weibull 수명 비교

가장 많이 활용되는 측도는 수명이며 이것은 요구되는 목표 신뢰도가 임 90

을 의미한다 첫 번째 프로토타입이 고장 난다면 신뢰성 목표 달성을 위해 설계 변

경을 행하고 다음 프로토타입을 시험한다 이 과정은 목표 수명이 달성될 때까

지 반복한다

나 의이점나 의이점나 의이점나 의이점WeibullWeibullWeibullWeibull

부품의 개발과정에서 작은 표본에 대한 고장시간 자료가 주어졌을 때 Weibull

분석을 활용하여 신뢰성성장관리를 행하면 다음의 정보를 얻을 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ신뢰성 개선은 목표 수명이 달성될 때까지 하나의 프로토타입에

- 81 -

서 다음 프로토타입까지 추적할 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ신뢰성 개선은 시험한 프로토타입에 대해 타점으로 표현되고 빠르Weibull

게 방향을 파악하여 신뢰성 진전과정에 대한 양적 측면의 관리능력 향상을 그

래프로 확인할 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ컴포넌트를 고장 날 때까지 시험하는 것은 고장모드에 대한 아주 귀중한 정

보를 제공하고 따라서 시정조치 활동이 필요하다

ㆍㆍㆍㆍ많은 표본이 더 좋은 신뢰도를 얻을 수 있지만 분석은 많은 표본을Weibull

필요로 하지 않는다

ㆍㆍㆍㆍ고객의 운영 사용 사이클과 시험 모수의 관계가 알려져 있다면 더 빠르고( )

더 적은 비용으로 가속시험을 할 수도 있다

다 기본가정및제한다 기본가정및제한다 기본가정및제한다 기본가정및제한

ㆍㆍㆍㆍ각 분석에서 오직 하나의 고장모드만 포함되어야 한다 두 개나 그 이상의

고장 모드가 검출된다면 각각에 대해 분리하여 분석해야 한다

ㆍㆍㆍㆍ신뢰도는 시험 제한 한계 로 인해 년 마일까지 확장하여 외삽하면 안( ) 10 150K

된다 왜냐하면 시험 제한 한계 로 인해 다른 고장모드가 발생할 것인지 알 수 ( )

없기 때문이다

ㆍㆍㆍㆍ하나의 프로토타입에서 다음 프로토타입까지 기울기가 변하는 데는 특별히

주의를 하여야 한다 왜냐하면 초기 후기 수명에서 더 높은 신뢰도와 후기 초 ( ) (

기 수명에서 더 낮은 신뢰도의 할 수 도 있기 때문이다) trade-off

라 적용시기라 적용시기라 적용시기라 적용시기

ㆍㆍㆍㆍ수명의 비교는 엔지니어링 사양 이 특정한(Specification) 을 요구할 경

우 사용된다

ㆍㆍㆍㆍ이러한 접근방법은 고장시간 등 에 대하여 동일한 부품의(Cycle Km )

- 82 -

다른 시점에서의 프로토타입을 비교할 때 사용한다

ㆍㆍㆍㆍ신뢰성 목표가 달성될 때까지 계속한다

마 입력자료마 입력자료마 입력자료마 입력자료

ㆍㆍㆍㆍ프로토타입 의 몇 개 표본의 고장시간 등1 (Cycle Km )

ㆍㆍㆍㆍ프로토타입 의 몇 개 표본의 고장시간 등2 (Cycle Km )

⦙

ㆍㆍㆍㆍ마지막 프로토타입의 몇 개 표본의 고장시간 등(Cycle Km )

분석프로세스는 그림 과 같다[ 83]

프로세스프로세스프로세스프로세스 일반적 단계일반적 단계일반적 단계일반적 단계

Ⅰ 요구

또는 수명 결정

프로그램 신뢰성 목표 사용

고객의 운영 사용 프로파일 사용( )

시험 프로그램 적정시간 사용

Ⅱ 시험 프로그램 자료정보

확인과 데이터 수집초기 부품의 프로토타입

후기 부품의 프로토타입

Ⅲ 다른 프로토타입에 대한

누적고장 시간 또는 vs

거리 계산 및 타점

분석이 가능한 사용Weibull SW

가능한 가속수명시험 사용

Ⅳ 프로젝트 검토 시

현재 신뢰성 수준신뢰성 목표 적합성 결정

초기 경고 관련 정보 제공

개선을 위한 계획 정보 제공

그림 프로세스별 단계[ 83]

- 83 -

제 절 신뢰성성장 데이터분석제 절 신뢰성성장 데이터분석제 절 신뢰성성장 데이터분석제 절 신뢰성성장 데이터분석2222

초기 프로토타입 으로 부터 개의 표본을 정상하중 으(Prototype1) 6 (Nominal load)

로 고장 날 때까지 시험하고 고장모드를 기록하였다 여러 개선작업을 거친 후 후

기 프로토타입 으로부터 개의 표본을 고장 날 때까지 시험하고 고장모(Prototype2) 6

드를 기록하였다 시험 데이터는 표 에 주어져 있다 [ 81]

에 고장데이터를 입력하고 각 프로토타입 단계별로 용지에 결과MINITAB Weibull

를 타점한 결과 그림 와 같은 성장곡선이 생성되었다 [ 84] Weibull

정상하중 에서 의 평균수명 추정치는 이(Nominal load) Prototype1 127366Cycle

고 의 평균수명 추정치는 로서 의 개선을 이루었 Prototype2 176882 Cycle 389

음을 알 수 있었다 수명은 은 이었으나Prototype1 112668 Cycle Prototype2

의 수명은 로서 상당한 개선이 이루어졌음을 볼 수 있다168620 Cycle 수

명에 대한 신뢰하한은 로 추정되었다 따라서 정상부하에 의한95 162926 Cycle

시험데이터분석 결과 개선활동 재료배합개선 형상설계개선 공정개선 에 의하여 ( )

내구성 목표가 달성되었음을 알 수 있다

그림 는 에서의 신뢰구간을 보여주고 있다[ 85] Nominal load 90

최대하중 에서는 표 의 데이터 입력결과 그림 의 그래프를(Max load) [ 82] [ 86]

생성하였다 그래프로 부터 추정된 의 Prototype1 수명은 이고16362Cycle

의Prototype2 수명은 이다21850 Cycle 수명에 대한 신뢰하한추정치95

는 으로부터 로 계산된다MINITAB 20983 Cycle

의 수명과 의 수명이 다른 것은 개선 활동의 결과이Prototype1 Prototype2

- 84 -

며 에서 개선목표가 달성되었음을 알 수 있다 Prototype2

표 하중 고장시간[ 81] Nominal (Cycle)

Weibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth Curve

(Nominal Load)(Nominal Load)(Nominal Load)(Nominal Load)

그림 성장곡선[ 84] Weibull (Nominal load data)

- 85 -

Weibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth Curve

(Nominal Load-90 Cl)(Nominal Load-90 Cl)(Nominal Load-90 Cl)(Nominal Load-90 Cl)

그림 신뢰구간[ 85] Nominal Load90

- 86 -

표 하중 고장시간[ 82] Max (Cycle)

Weibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth Curve

(MaxLoad)(MaxLoad)(MaxLoad)(MaxLoad)

그림 성장곡선[ 86] Weibull (Max load data)

- 87 -

제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론9999

본 연구는 자동차현가장치인 고무부싱 의 신뢰성향상을 위한 기(Rubber bushing)

술개발과제이다 에나 인더스트리는 수출전문기업으로서 주요 경쟁사에 비해 고성

능 고내구성의 제품을 짧은 기간 내에 개발할 수 있는 능력을 갖추어야 해외 시장

에서 경쟁력을 가질 수 있다

본 연구개발에서는 수요기업에서 요구하는 GMUTS(General Motors Uniform

의 사양에 따른 시험을 실행하여 내구성을 목표 사이클 이상으Test Specification)

로 개선하고 정특성과 동특성 비틀림 토크를 개선항목으로 선정하여 제품의 품질

및 신뢰성 향상을 진행하였다

수요기업의 요구 수준에 의하면 내구성은 와 Tension Compress Alternating

가 동시에 일 때 일 때Torsion Stress Maximum Load 20000 Cycle Normal Load

을 요구한다 본 프로젝트의 경우 해외의 부품메이커들에 대한 경쟁150000 Cycle

력 우위를 확보하기 위하여 기본 요구 수준을 넘어 향상된 제품신뢰성을5~10

확보를 목표로 하였다 내구성 정특성 및 동특성에 대한 시험은 직접 행하였고 비

틀림토크에 대한 부분은 추가적인 시험장치가 필요하여 수요기업의 실험실에 샘플

을 제출하여 요구수준을 검증받았다

본 연구개발의 성과를 요약하면 다음과 같다

우선 기술적 효과로는

설계기술의 확보(1)

재료배합설계 형상설계 공정설계에 대한 기술을 확보하여 내구성을 비롯한 품

질특성을 향상시킬 수 있었다 종래에는 설계 개발 생산프로세스에서 경험적 방법

에 의존하여 시행착오가 많았으나 본 연구를 통하여 과학적이고 체계적인 방법으

로 접근할 수 있는 기술이 확보되었다

설계 요소의 기술적 배치를 위한 실험계획법의 활용기술 확보(2)

- 88 -

종전에는 고무 배합설계 형상설계 공정설계에 대하여 설계요인 별 수 (Facter)

준 을 무작위로 추출하여 실험하였으나 본 실험계획의 과정을 따르면 요인들(Level)

이 계획적으로 반영되어 품질특성에 각각 어느 정도의 영향을 미치는지 분석이 가

능하게 된다 또한 다구찌에 의한 강건 설계의 생성으로 산포를 줄일 수 있다

잠재적 고장원인 분석방법 기술 확보(3)

제품기능에 대한 잠재적 고장모드의 예측과 시험항목을 판단하고 최종적으로는 설

계검증 과 공정검증 의 세부항목과 효과적(Design verification) (Process verification)

으로 연계가 가능하다

신뢰성 데이터분석기술 확보(4)

부품의 개발과정에서 몇 개의 표본에 대한 고장시간 데이터가 있을 때 Weibull

분포를 활용한 신뢰성 성장분석이 가능하게 되었다 개발프로그램이 운영되는 동안

신뢰성 수준의 변화를 추적할 수 있어 목표하는 신뢰성 수준을 달성하기 위하여 충

분한 비율로 성장하고 있는지의 여부를 가능한 빠른 시간 내에 판단할 수 있고 그

에 따라 필요한 자원을 적절히 배분할 수 있다 따라서 개발책임자는 시험데이터로

부터 현재 시스템의 신뢰성 수준 성장률의 평가 앞으로 기대되는 달성 가능한 수

준에 대한 결정이 가능하다

경제적 측면의 효과로는

제품에 대한 내구성 및 동특성 정특성에 대하여 요구사양 이상으로 특성관리(1)

를 행할 수 있어 해외 부품메이커들에 대한 경쟁력 우위로 수출력을 향상할 수 있

게 되었다

개발기간을 단축할 수 있게 되어 개발비의 절감을 가져올 수 있게 되었다(2)

재료배합 형상설계 및 공정설계에 대한 기술개발의 표준 정립으로 개발 기간의 단

축이 가능하게 되었다

본 과제 결과를 활용하여 다른 방진제품에 대한 신뢰성 관리로 수출(3)

- 89 -

시장을 개척하여 신규거래처를 확보할 예정이다 신뢰성 데이터의 관리가 이루어져

제품수명에 대한 설득력 있는 자료의 제시가 가능하게 되었다

향후 연구계획으로는

고무부싱부품의 특성상 내구성만의 개선이 최선이 아니고 정특성과 동특성을 일

정수준으로 동시에 고려하여야 한다 따라서 이 부분에 대한 동시적인 실험설계가

시스템화 되도록 추가적인 연구가 요구된다

- 90 -

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- 96 -

주 의

이 보고서는 산업자원부에서 시행한 부품소재종합기술지원사업의 최1

종보고서이다

이 신뢰성기반기술확산사업 내용을 대외적으로 발표할 때에는 반드시2

산업자원부에서 시행한 부품소재신뢰성기반기술 사업의 지원결과임을

밝혀야 한다

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이 보고서는 산업자원부에서 시행한

부품소재 신뢰성기반기술확산사업의 최종보고서이다

- 5 -

목 차목 차목 차목 차

제 장 서 론제 장 서 론제 장 서 론제 장 서 론1111 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 7777

제 절개요제 절개요제 절개요제 절개요1111 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot7777

제 절 신뢰성향상 지원목표 및 내용제 절 신뢰성향상 지원목표 및 내용제 절 신뢰성향상 지원목표 및 내용제 절 신뢰성향상 지원목표 및 내용2222 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot8888

제 장 신뢰성평가 기준 및 항목제 장 신뢰성평가 기준 및 항목제 장 신뢰성평가 기준 및 항목제 장 신뢰성평가 기준 및 항목2222 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 10101010

제 장 신뢰성향상을 위한 고려요소 및 고장분석제 장 신뢰성향상을 위한 고려요소 및 고장분석제 장 신뢰성향상을 위한 고려요소 및 고장분석제 장 신뢰성향상을 위한 고려요소 및 고장분석3333 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 12121212

제 절 고려 요소제 절 고려 요소제 절 고려 요소제 절 고려 요소1111 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot12121212

제 절 고장분석 자료 해석제 절 고장분석 자료 해석제 절 고장분석 자료 해석제 절 고장분석 자료 해석2222 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot16161616

제 장 재료배합개선제 장 재료배합개선제 장 재료배합개선제 장 재료배합개선4444 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 24242424

제 절 배합의 기본조건제 절 배합의 기본조건제 절 배합의 기본조건제 절 배합의 기본조건1111 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot24242424

제 절 재료배합개선방안제 절 재료배합개선방안제 절 재료배합개선방안제 절 재료배합개선방안2222 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot26262626

제 절 꼭지점계획법에 의한 최적배합조건제 절 꼭지점계획법에 의한 최적배합조건제 절 꼭지점계획법에 의한 최적배합조건제 절 꼭지점계획법에 의한 최적배합조건3333 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot33333333

제 장 형상개선제 장 형상개선제 장 형상개선제 장 형상개선5555 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 47474747

제 절 외철의 스웨징 율 변화에 의한 개선제 절 외철의 스웨징 율 변화에 의한 개선제 절 외철의 스웨징 율 변화에 의한 개선제 절 외철의 스웨징 율 변화에 의한 개선1111 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot47474747

제 절 내철의 구배변화에 의한 개선제 절 내철의 구배변화에 의한 개선제 절 내철의 구배변화에 의한 개선제 절 내철의 구배변화에 의한 개선2222 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot49494949

제 장 도포공정개선제 장 도포공정개선제 장 도포공정개선제 장 도포공정개선6666 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 52525252

제 장 최적수준 결정을 위한 파라미터 설계제 장 최적수준 결정을 위한 파라미터 설계제 장 최적수준 결정을 위한 파라미터 설계제 장 최적수준 결정을 위한 파라미터 설계7777 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 61616161

제 절 실험계획법에 의한 유의인자 결정제 절 실험계획법에 의한 유의인자 결정제 절 실험계획법에 의한 유의인자 결정제 절 실험계획법에 의한 유의인자 결정1111 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot61616161

제 절 시험데이터의 해석제 절 시험데이터의 해석제 절 시험데이터의 해석제 절 시험데이터의 해석2222 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot64646464

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제 장 부품의 신뢰성성장관리제 장 부품의 신뢰성성장관리제 장 부품의 신뢰성성장관리제 장 부품의 신뢰성성장관리8888 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 76767676

제 절 신뢰성성장관리제 절 신뢰성성장관리제 절 신뢰성성장관리제 절 신뢰성성장관리1111 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot76767676

제 절 신뢰성성장 데이터분석제 절 신뢰성성장 데이터분석제 절 신뢰성성장 데이터분석제 절 신뢰성성장 데이터분석2222 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot83838383

제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론9999 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 87878787

참고문헌참고문헌참고문헌참고문헌[ ][ ][ ][ ] middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot90909090

부록 시험장비부록 시험장비부록 시험장비부록 시험장비 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot91919191

- 7 -

제 장 서 론제 장 서 론제 장 서 론제 장 서 론1111

제 절 개요제 절 개요제 절 개요제 절 개요1111

자동차의 현가장치는 주행 중 노면에서 받는 충격이나 진동을 완화시키는 부분

으로서 스프링 쇽업소버 고무부싱 과 컨트롤암등의 요소로 구성 (Rubber bushing)

되어 있으며 여러 형식에 따른 차체 고정 장치나 횡 방향 또는 길이방향의 힘을

지지하는 링크 등으로 이루어져 있다 이 중 고무부싱의 내구성이 약하면 콘트롤

암 에서의 이탈사고나 차량의 떨림 소음으로 인한 고객 불만이 발생(Control arm)

하게 된다 따라서 국내외 시장에서의 경쟁력 향상을 위해 고무부싱에 대한 내구

성 정특성 동특성의 개선을 위한 기술의 개발이 요구되고 있다

그림 자동차 현가장치[ 11]

- 8 -

그림 고무부싱과 콘트롤암[ 12]

제 절 신뢰성향상 지원목표 및 내용제 절 신뢰성향상 지원목표 및 내용제 절 신뢰성향상 지원목표 및 내용제 절 신뢰성향상 지원목표 및 내용2222

최종목표최종목표최종목표최종목표1111

현재 개발 중인 현가장치용 고무부싱 시제품 에 대한 내구성능은 수요(Prototype)

기업의 시험사양 기준 으로 최고부하 의 경우(Delphi 22204309) (Maximum load)

정상부하 의 경우 의 수준을 요구하고20000 Cycle (Nominal load) 150000 Cycle

있다 본 연구개발의 목표는 해외에서의 경쟁력을 확보하기 위하여 시험 사양 기준

으로 최고부하의 경우는 정상부하의 경우는 로의 성22000 Cycle 170000 Cycle

능향상을 목표로 한다 또한 그 외 정특성 동특성의 성능도 고객사에서 요구하는

현재수준의 이상 개선을 목표로 한다5~10

- 9 -

지원내용지원내용지원내용지원내용2222

자동차 신 모델을 개발하는 경우 고무부싱의 시제품은 실차에 적용하여 평가하

고 있으며 시험은 진동에 대한 반응 수직 충격 흡수 과속 방지 턱에 대한 진동흡

수 등에 대하여 종합적으로 평가한다

따라서 고객이 요구하는 품질수준을 만족하기 위해서는 고무배합기술 형상설

계기술 접착공정기술 등에 대한 설계심사 와 설계 단계별 고장모드 (Design review)

분석 실험계획법 수명예측 시험 및 시뮬레이션 평가에 따른 수명한계의 정의를 명

확히 하여 장기내구신뢰성에 대한 보증대책이 절실히 필요한 실정이다

신뢰성을 향상시키기 위해 다음과 같은 내용의 지원을 행한다

고무 배합설계 형상설계 접착기술에 대하여 해당요인의 기술적 배치를 위한-

실험계획법의 활용기술 제공

특성데이터의 화를 통한 기술개발의 표준정립- DB

잠재적 고장원인 분석방법 기술 제공-

신뢰성시험장비 및 고장분석 장비 활용 방법 및 데이터분석기술 제공-

- 10 -

제 장 신뢰성평가 기준 및 항목제 장 신뢰성평가 기준 및 항목제 장 신뢰성평가 기준 및 항목제 장 신뢰성평가 기준 및 항목2222

차량이 주행하면서 노면의 요철이나 돌기부위를 타고 넘어갈 때에는 현가장치에

상하방향의 충격력뿐만 아니라 전후방향으로도 충격력이 작용하여 승차감 및 하시

니스 현상을 악화시킨다 현가장치 부싱류의 스프링정수 값이 낮을수록(Harshness)

차량의 승차감이 좋아지지만 조정 안정성이 악화되고 시미 가 발생하는 (Shimmy)

등의 상반적인 특성이 있다 그러므로 노면 충격에 대해서는 현가장치의 유연성을

부드럽게 설계하고 차량의 좌우방향에 대해서는 강하게 딱딱하게 설계하는 세밀한 ( )

조정이 요구된다

일반적으로 정강성을 동강성을 로 표현하며 동강성과 정강성 간의 비율ks kd

을 동배율이라 한다 동배율이 낮을수록 차량의 실내소음에는 유리한 경향을(kdks)

갖는다

본 연구개발에서는 의GMUTS(General Motors Uniform Test Specification) Test

을 실행하여 내구성을 목표 사이클 이상으로 개선하고 고객사에서 요구하는 정Run

특성과 동특성 비틀림 토크를 개선항목으로 선정하여 제품의 품질 및 신뢰성 향상

을 진행하였다

고객사의 요구 수준 에 따르면(Delphi Test Specification 22204309) Tension

와 가 동시에 일 때Compress Alternating Torsion Stress Max Load 20000 Cycle

일 때 을 요구한다 본 프로젝트의 경우 해외부품메이Normal Loads 150000 Cycle

커들에 대한 경쟁력을 확보하기 위하여 기본 요구 수준을 넘어 향상된 제5~10

품신뢰성을 확보를 목표로 하고 있다

- 11 -

표 평가항목 및 목표[ 21]

본 연구를 위한 대상 부품은 제안당시는 모델이었으나 수요기업 의DA-7 (Delphi)

필요성에 따라 모델로 연구대상을 변경하게 되었다 고무부싱으로서의 기능DA-2

은 동일하나 그림 과 같이 형상의 차이가 있으며 평가항목별 목표수준도 다[ 21]

르다

그림 대상품의 변경[ 21]

- 12 -

제 장 신뢰성향상을 위한 고려요소 및 고장분석제 장 신뢰성향상을 위한 고려요소 및 고장분석제 장 신뢰성향상을 위한 고려요소 및 고장분석제 장 신뢰성향상을 위한 고려요소 및 고장분석3333

제 절 고려 요소제 절 고려 요소제 절 고려 요소제 절 고려 요소1111

고무부싱에 대한 고객의 요구조건 만족과 성능향상을 위한 방안은 크게 세 가지

로 분류할 수 있다

첫째는 재료배합개선으로 고무의 특성을 개선하여 성능을 향상시키는 방안이며

둘째는 처럼 고무의 양이 적은 경우 허용하는 범위 내에서의 형상 변화를 통DA-2

한 성능향상 방안이며

셋째는 도포공정을 포함한 공정개선에 의한 방법이다

그림 은 부싱의 성능향상을 위한 개선방안을 나타내고 있다[ 31]

그림 성능향상을 위한 개선방안[ 31]

재료배합재료배합재료배합재료배합1111

고무의 배합 은 황화제 촉진제 가공제 유기산 금속산화제 노화(compounding)

방지제 보강제 충진제 등으로 기초배합을 설정한 후 인장강도와

- 13 -

신장율 경도 반발탄성 인열강도 인장응력 노화 후 물리적 현상 등을 고려하여

배합 설계를 하게 된다 특히 고무 제품의 경도를 높이기 위한 보강성과 경도가 높

으므로 잘 마모되지 않는 내마모성과 관련하여 카본블랙 을 사용하(Carbon Black)

며 고무제품의 특성을 결정하는 중요한 부분이다 사용 중인 카본블랙은

의 분류 방법에 의해 표 과 같이 구ASTM(American Standard Test Method) [ 31]

분된다

표 카본블랙의 분류[ 31]

ASTM CODE 일 반 명 칭 입자경( )

N110 초내마모성SAF (Super Abrasion Furnace ) 11-19

N220ISAF (Intermediate Super Abrasion Furnace

준초내마모성)20-25

N330 고내마모성HAF (High Abrasion Furnace ) 26-30

N440 초전도성XCF (Extra Conductive Furnace ) 31-39

N550 양압출성FEF (Fast Extruding Furnace ) 40-48

N660 범용성GPF (General Purpose Furnace ) 49-60

N774 중보강성SRF (Semi Reinforcing Furnace ) 61-100

N880 미립열분해FT (Fine Thermal ) 101-200

N990 중립열분해MT (Medium Thermal ) 201-500

카본블랙은 요오드가 와 광흡수도 가 높을수록 입자경은 작고(Iodine number) (Tint)

흡수율 이 클수록 구조가 발달되어 있다DBP(Di-dutyl phthalate) (Oil absorption)

카본블랙은 입자경이 작고 고무와 결합하는 표면적이 클수록 고무의 경도

와 내마모성 등의 물성을 보강하는 능력이 크다 그(Hardness) (abrasion resistant)

러나 경도와 탄성 은 반비례이므로 탄성은 오히려 감소하게 된다 또한(Elasticity)

작은 입자경은 탄성체 의 항복점 을 연장하는데(Elastomer) (Micro-Brownian motion)

탁월하다 탄성체는 항복점 이후

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에 탄성의 성질을 잃어버리고 소성을 띠게 되는데 카본블랙은 이러한 고무의 물성

을 조정하는 중요한 인자이다

형상설계형상설계형상설계형상설계2222

자동차 모델에 따라 수요기업에서 의 외형형상에 대한 기본 설계를 제공Bushing

하지만 철과의 접촉부분 등 세부설계는 제조업체에서 실시하여야 한다 따라서 각

부분의 세부적 모양이나 각도에 따라 고무 철의 재료량에 영향을 미치며 이는 결

국 내구성 등 특성 치에도 영향을 미치게 된다

결정하여야 할 주요 요소로는 내철 구배각도 외철 접착(Inner pipe) (Outer pipe)

부분 등이다 이밖에 외경크기의 산포에 따라 내구성에 영향을 미칠 수 있으며 이

는 품질관리 활동에 의해 사이징 공정에서 최종규격을 맞추게 된다(Sizing)

공정설계공정설계공정설계공정설계3333

재료설계와 함께 부품의 내구성 정특성 동특성을 결정하는 주요공정은 철과 고

무를 접착시키는 접착제 도포 공정과 가류 가황 공정이다( )

가 가류공정가 가류공정가 가류공정가 가류공정

고무분자의 공유결합을 유도하여 기계적 강도를 높이는 작업이다 가황 또는

가류라고 하며 생고무에 유황 같은 가황제를 가하여 고무 분자 간에 결합을 강하게

하고 탄성 인장강도 등을 증가시킨다 가황고무의 가장 큰 특징은 탄성이 커지는

것이며 노화 가 더디고 변형 시에도 체적변화가 크지 않다는 것이다 중요한 ( ) 老化

관리 항목으로서는 가류온도 금형 쳄버 스쿠류 가류시간 가류압력 등이며 공정( )

설계에 따라 특성에

- 15 -

중요한 영향을 미친다

나 접착제도포공정나 접착제도포공정나 접착제도포공정나 접착제도포공정

접착강도는 시험방법 접착방법 시험시의 조건 시편의 기하학에 따라 다르게 나

타난다 도포방법으로는 침지법 붓칠법 롤 코팅법 (Dipping) (Brushing) (Roll

스프레이법 그리고 덤브링법 이 있다Coating) (Air Spray) (Tumbling)

프라이머 는 피착제 표면과의 친화성이나 접착제와의 상용성이 뛰어나지(primer)

않으면 안되고 동시에 접착 저해물과의 상용성도 높아야 한다 또 프라이머 중의

유효성분 쪽이 피착제 표면에 흡착되어 있는 저해성분 보다 피착제에 의하여 안정

하게 흡착 되어 있는 것이 중요하다 따라서 프라이머는 충분한 교반(Adsorption)

균일하고 엷은 도포 그리고 완전한 건조가 이루어 져야 한다

고무를 강력하게 접착시키기 위해서는 접착제가 적당히 고무 중으로 확산 된 후

에 고무와의 사이에서 상호 확산과 가교반응을 일으킬 필요가 있다 따라서 고무와

상용성이 있는 적절한 접착제 선정이 필수이며 충분한 교반 점도 조절에 의한 균

일한 도포 적당한 두께 완전한 건조 온도와 시간 가 이루어져야 한다 ( )

- 16 -

제 절 고장분석 자료 해석제 절 고장분석 자료 해석제 절 고장분석 자료 해석제 절 고장분석 자료 해석2222

설계설계설계설계1 FMEA1 FMEA1 FMEA1 FMEA

설계 는 설계 단계에서 발생하는 위험FMEA(Failure Mode and Effect Analysis )

성을 발견하기 위한 것으로 잠재적인 결함을 확인 한 후 그 영향의 심각성을 평가

하고 중점 관리 항목과 잠재적 설계 결함에 대응하기 위한 것으로 설계상의 문제

점들을 검증하고 효율적 설계개선을 행할 수 있도록 해준다 설계에 대한 잠재고장

모드의 리스트 중요 관리 특성 리스트 고장모드의 원인 제거나 발생률 감소를 위

한 설계활동 리스트 등이 그 결과물이 된다 에 대한 설계 는 표 DA-2 FMEA [ 32]

에 열람하였다

본 제품의 설계 에서는 아래 항목들에 대해 중점적으로 고려하였다FMEA

과다한 진동과 소음 형상 및 재료설계 오류로 인한 정특성 동특성 값의 불1) -

만족

내구성 문제 내철 외철의 파손 철 고무의 접착 불량 고무의 미가류 과가류2) -

외관 불량 내철 외철의 부식 미가류 과가류로 인한 고무의 이상 형태 고무3) -

버 나 살 로 인한 외관 불량 형태(burr) (flesh)

- 17 -

표 설계[ 32] FMEA

- 18 -

- 19 -

공정공정공정공정2 FMEA2 FMEA2 FMEA2 FMEA

공정 은 제품생산 공정에서 발생할 수 있는 잠재적인 문제점 또는 위험성FMEA

을 발굴하여 효과적으로 대응하기 위한 분석 기법으로 제품의 중대사고 발생 예방

으로 고객의 불만을 방지할 수 있으며 결함의 영향을 제거 또는 감소를 위한 부분

별 대책 수립의 근거가 되며 생산 문제점 검증을 통한 효율을 제고할 수 있다 공

정상의 잠재고장 모드와 그 영향을 검토 할 수 있으며 엔지니어들이 불량발생을 낮

추거나 불량 탐지 능력을 증대시킬 수 있는 관리 수단 또는 방법에 초점을 맞출 수

있도록 공정결함을 규명할 수 있다 공정에 대한 잠재고장 모드의 리스트 중요 관

리 특성 리스트 고장 모드의 원인 제거나 발생률 감소를 위한 공정 활동 리스트

들 결과물을 얻을 수 있다

표 에 보여준 의 공정 에서는 특히 아래 관련 항목들이 내구성 향[ 33] DA-2 FMEA

상과 품질개선을 위하여 중점적으로 검토되었다

접착제 도포 공정 의 점도관리체계에 의한 접착제 도포두께 관1) Zahn Cup No2

리상태 불량 건조상태에서 발생할 수 있는 접착제의 이상적 화학반응 및 건조상태

등

가류공정 고무와 내철 외철류의 이상적인 화학반응으로 인한 불량 접착상태2)

사출 성형후 고무의 갈라짐 흠집 등에 의한 외관 불량상태

시험 검사 공정 내구사양의 불만족상태 동특성 정특성 값의 사양 불만족상태3)

고무와 내 외철의 고무접착강도 불만족상태 등을 고려함

- 20 -

표 공정[ 33] FMEA

- 21 -

- 22 -

- 23 -

- 24 -

제 장 재료배합개선제 장 재료배합개선제 장 재료배합개선제 장 재료배합개선4444

제 절 배합의 기본 조건제 절 배합의 기본 조건제 절 배합의 기본 조건제 절 배합의 기본 조건1111

방진 고무부품을 만들려면 다음의 가지 공정을 거친다3

배합공정 사용목적에 따라 원료고무를 선택하고 배합약품의 종류와 양을 결middot

정하는 공정

가공공정 정해진 배합에 따라서 고무와 배합약품을 섞고 혼련 일정한 두께middot ( )

의 고무 시트를 제조하고 만들고자 하는 모양으로 절단하는 공정

가황공정 만들고자하는 모양으로 절단한 미가황 고무에 고무 탄성을 갖게middot

하고 물성을 개선하는 공정

이들 중 배합은 가공공정 가황공정 및 만들어진 제품 성능에 절대적인 영항을 미

치므로 배합설계자는 배합설계 를 할 때 다음의 가지 점(Compounding design) 3

에 균형을 잘 조화 시켜야 한다(3P)

최종 제품의 요구물성을 충족시킬 것middot (Property)

가공이 쉬울 것middot (Processing)

부피 당 배합단가가 적정할 것middot (Price)

또한 이와 같은 조건을 충족시키는 배합설계를 하기 위해서 배합설계자는 배합

의 목적 배합에 사용되는 원료고무와 각종 배합제의 성질 배합의 기초 배합단가

제품이 만들어 질 때까지의 작업 및 설비 등을 주지해야 한다

배합에는 원재료의 시험이나 평가를 목적으로 하는 배합과 공장에서 제품을 만들

기 위한 배합으로 나룰 수 있다

원재료의 시험이나 평가를 목적으로 하는 배합은 원재료의 대체나 품질

- 25 -

확인을 위한 기초 배합과 새로운 원재료가 개발됐을 때 이곳에 대한 실제적인 용도

개발을 위한 시험 또는 연구배합이 있다 개발을 위한 시험 또는 연구배합에서는

기초적인 성상을 구하는 배합으로부터 실용화에 대비한 응용배합에 이르기 까지를

검토의 대상으로 하기도 한다

제품을 생산하기 위한 목적으로서의 배합이란 종래에 없었던 새로운 요구가 있

었을 때 종래 사용하던 원재료를 써서 그 목적에 알맞은 배합을 결정하여 공장에

서의 실제 생산에 투입하는 경우를 뜻한다

고무 부싱과 엔진마운트와 같은 방진을 목적으로 하는 고무제품의 재료를 보면

등의 계의 고무가 적합하다는 게 일반적인 고무업체의 정설이NR SBR BR Diene

다 하지만 목적에 맞게 고무의 원재료를 선택하여야 한다 결국 방진이라는 기능의

고무 특성을 만족하기 위해서는 가교라는 차원 구조의 밀도를 요구하고 있다는 것3

을 알 수 있다

일반적인 방진고무의 요구특성으로는 다음과 같은 조건을 만족하여야 한다

첫째 파단 특성을 만족하여야 한다 즉 분자들과의 높은 응집력과 와의 높 Filler

은 친화성으로 응력을 분산시키는 구조로 이루어져야하는 조건을 만족하여야 하며

둘째 특성을 만족하여야 한다 에 대한 조건을 만족시키기 위해서 Creep Creep

는 고무의 분자 회전성이 높고 응집에너지가 낮을수록 좋다

셋째 내열성 및 내열 산화성에 대한 조건을 만족하여야 한다 이것은 일반적으로

기계적인 모든 성질은 온도의 의존성이 낮을수록 바람직하다고 할 수 있다 이에

방진목적의 고무도 이 같은 성질을 만족하여야 한다

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넷째 일반적인 방진 제품은 고무만의 단독 현상으로는 그 형태를 유지하기 힘들

며 금속과의 결합을 통하여 그 방진특성을 만족하여야 한다 이에 방진고무의 기본

적인 성질은 금속과 접착성이 좋아야 한다는 조건을 만족하여야 한다

다섯째는 감쇄계수에 대한 부분으로 감쇄계수가 크고 온도의존성이나 주파수 의

존성이 좋아야 한다 일반적으로 은 감쇄가 적고 소변형에서 대변형에 이르기까 NR

지 선형의 복원을 하며 주파수에 의존하지 않은 특성을 가지고 있으므로 방진고무

로 적합하다고 할 수 있다

여섯째 탄성율에 관한 내용으로 일반적으로 방진 고무의 탄성율은 온도 및 진폭

의존성이 낮은 쪽이 좋게 된다

마지막으로는 정적강성과 동적 강성의 비로 표현되는 동배율에 유의해야 한다

일반적으로 방진고무의 감쇄 특성을 고려하면 동배율이 높은 것이 유리하지만 동적

특성의 온도의존성 변형율 동적 변형율에 의한 발열 및 내피로특성을 보면 저동배

율 쪽이 유리하다

제 절 재료배합 개선방안제 절 재료배합 개선방안제 절 재료배합 개선방안제 절 재료배합 개선방안2222

원재료 및 배합제의 개선원재료 및 배합제의 개선원재료 및 배합제의 개선원재료 및 배합제의 개선1111

고무부싱 제품의 경우 그 기능상의 요구로 인하여 주로 계열의 천연고무를NR

원재료로 사용한다 본 연구에서도 계열의 천연고무를 원재료로 하고 요구 특성 NR

의 개선을 위해 배합제의 선정을 대해 연구하였다 일반적으로 천연고무 및 합성고

무에 적용되어지는 배합제는 가황속도 조절 가공의 원활화 품질특성 개선 그리고

특수 성능 등의 목적으로 사용되어

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진다 배합제의 종류로는 가공조제 연화제 유기가황제 가황촉진제 노화방지제

등으로 나눌 수 있다

요구 경도의 결정은 함량을 조절하여 설계하였으며 품질특성을 향상 시Carbon

킬 수 있는 재료를 연구한 결과 미세 으Caron Carbon Black(MAF FEF GRADE)

로 물성을 향상 시킬 수 있도록 하였다 특성에 큰 영항을 주는 배합제의 경우 그

용도에 따라 많은 종류를 인자로 적용할 수 있지만 많은 인자로 인하여 발생하는

비용적 시간적 손실을 최소화하기 위해 본 연구에서는 원재료와 함량을 Carbon

고정한 후 촉진제 종류와 가황제의 양을 조절하는 방식으로 배합제에 대한 최적의2

조합을 선택하는 방법으로 접근하였다

내구성 향상을 위한 방안내구성 향상을 위한 방안내구성 향상을 위한 방안내구성 향상을 위한 방안2222

내구성을 향상시키기 위한 일반적인 방법은 경도를 향상시키는 것인데 경도를

높이는 방법만으로는 다른 특성 즉 정 동특성을 동시에 만족시킬 수 없는 어려움이-

있다 이에 본 연구에서는 방진용 제품이 요구하는 정 동특성과 내구성을 Bushing -

동시에 향상 시킬 수 있는 방안을 모색하기 위하여 촉진제와 가황제를 이용하여 최

적을 배합설계를 이루고자 하였다

내구성을 향상시키기 위한 방법으로 보통 량의 조절을 통한 경도 조절법Carbon

을 이용하게 되는데 본 연구에서 적용한 은 미세 Carbon Carbon Black(MAF FEF

으로 인장강도 및 경도 인장응력을 증대하는 효과를 얻고자 하였다 이러GRADE)

한 미세 의 적용과 동시에 보강제의 분산 및 흐름성 개선을 위하여Carbon Black

가공조제를 개선하여 적용하였다

가교시스템의 향상 방안가교시스템의 향상 방안가교시스템의 향상 방안가교시스템의 향상 방안3333

가황반응 고분자 주쇄간 가교결합을 통한 차원 망상구조를 형성하(Vulcanization) 3

여 고분자 화합물의 복원력 탄성 특성 및 기타 요구물성을

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증가시킨다 다양한 가교결합 형태 중 방진고무산업에서 많이 이용되고 있는 가교

결합은 을 도입한Polysulfide (-C-Sx-C- x=1~4) Conventional CV(Vulcanization)

계를 많이 사용한다 여기서 사용되고 있는 인 천연고무 Polymer (Natural Rubber

의 배합에 있어 가교 또는 가류형태의 변화에 따라 물성 및 특성의 변화가 있NR)

음을 알 수 있다 즉 가교형태 변화에 따른 유사한 특성을 나타내는 Stress-Strain

조건하에서 공정특성 및 전반적인 물성에 영향을 미침을 알 수 있다 의 기 Polymer

본 배합에서 촉진제나 황 공여체 증가에 따라 가류 유도시간(Sulfur Donor)

은 길어지나 가류속도는 빨라진다 특히 고온 가류 시 과 가류(Induction time)

에 의한 물성하락을 방지하기 위해 열 안정성이 우수한(Overcure) EV(Efficient

계를 사용하는 것이 근래에 소개되고 있다 고분자의 물성은 가교형Vulcanization)

태뿐 아니라 가교밀도에 크게 의존한다 가교계 변화에 따른 인장강도의 영향은 매

우 적은 반면 신장율은 계에서 로 같수록 감소CV(Conventional Vulcanization) EV

하는 경향이 있다

이란 가류시간의 지연 또는 과가류로 인한 고무 물성의 저하를 말한Reversion

다 이러한 현상은 제품의 외면이 과도한 열에 노출될 수 있다 다중황공유 결합의

열적노화현상이 발생하며 가교형태가 다중황 결합에서 단일황(Polysulfidic)

결합으로 바뀌게 되며 밀도가 현저하게 저하되고 환상형 씨오알켄(Monosulfidic)

과 씨오알칸 구조로 바뀌게 된다 결과적으로 재료의 물성(Thioalkene) (Thioalkane)

과 기계적 성질이 떨어지게 된다

이 발생하는 시간을 가교형태에 따라 비교하여 보면Reversion CV lt Semi-CV lt

으로 알려져 있으며 시스템에서는 촉진제 종류에 따라서 인장과 신율의 물EV EV

성에 하락 없이도 공정 안정성 특성이 매우 우수하다 이 Anti-Reversion

으로 인해서 물성과 기계적 성질을 향상시킬 수 있으며 황공여체 사Anti-Reversion

용 또는 계로 가교형태를 전환함으EV

- 29 -

로써 가능하다 이로써 가교의 다중황결합 을 줄이고 단일 또는 이중황 결 (S3~S8)

합으로 내열성 및 결합의 안정성을 증가시킬 수 있다 이러한 과정에서 공정설계상

계보다 더 낮은 가류온도와 더 길어진 가류시간이 필요하게 된다 이러한 계CV EV

에서는 정도의 황과 계에 비해서 다소 많은 양의 촉진제를 사용하02~05 phr CV

게 된다 여기에 근거하여 혼합물성분의 한계 표 표 에 나타난 황과 촉 ([ 42] [ 44])

진제 양의 범위를 정하였다

발생 시간의 효율적인 제어를 위하여 본 연구에서는 적절한 촉진제의Reversion

배합량을 조절하여 방진제품에서 요구하는 특성을 만족하는 조건을 선정하고자 하

였다 그림 은 의 예를 보여준다 [ 41] Reversion

그림 의 예[ 41] Reversion

본 연구에서는 인장 내열 강도의 증가와 동 정특성 내구성 증가를 위한 가교 시- -

스템의 향상 방안으로 황량을 조절하여 Convension Type(Efficient Vulcanization

을 통하여 결합력을 증대시켰으며 촉진제를 조절하여 가- CURE STIES-CC-C)

교효율을 증대하였다 또한 가황 조건에 변화가 적은 배합설계를 하여 향상된 적정

가황이 될 수 있도록

- 30 -

하였으며 를 정립화하여 최적의 적정 가황 포인트를 찾아 인장이 최CURE-STUDY

적일 때 내구성이 최적이고 가황제품과 시편을 동시에 함으로 시편과CURE-STUDY

제품의 상의성을 방지할 수 있었다

자동차업계에서는 일반적으로 고가의 폴리머를 선호하지만 본 연구를 통하여 가

격이 낮은 폴리머로도 성능향상이 가능하다는 것을 입증하였고 향후 타 아이템에도

연계 적용함으로 새로운 배합설계를 구축하였다

실험계획법의 적용실험계획법의 적용실험계획법의 적용실험계획법의 적용4444

기존의 개발 진행 방식은 경험에 의한 시행착오 접근 방법을 사(Trial and Error)

용하여 성능향상을 도모하였으나 본 연구에서는 배합물설계에 위한 실험계획법

기술을 적용하여 이론적으로 최적의 배합설계를 이(DOE Design of Experiment)

룰 수 있는 방법을 연구하였다

일반적인 고무제품의 배합은 많이 알려져 있지만 특성 향상을 위한 방안이나 그

배합에 대한 신뢰성에는 많은 의문점이 제기 되는 게 현실이다 본 연구에서는 요

구특성을 만족시키기 위하여 선정된 촉진제의 배합조건의 최적화를 실현하기 위하

여 실험계획법의 꼭지점계획법을 이용하여 그 효율성을 검증하고자 하였다 배합의

경우 어느 독립적인 인자의 선정으로는 그 효과를 극대화 시킬 수 없는 특성이 있

는데 본 연구에서는 선정된 촉진제 및 폴리머의 조건 하에서 최적의 배합 조건을

찾아보고자 하였다

재료배합설계의 개선을 위한 방안을 정리하면 표 과 같다[ 41]

- 31 -

표 내구성 및 정 동특성 동반향상을 위한 개선방안[ 41] -

항 목항 목항 목항 목 기존 방안기존 방안기존 방안기존 방안 제안된 개선 방안제안된 개선 방안제안된 개선 방안제안된 개선 방안

배합 설계 방안

경험적 배합 설계

고 배합설계COST

국내수급재료사용

실험적 분석기법 도입

저 배합설계COST

해외재료수입

내구성 향상

량 변경Carbon

용도별 적정 적용Carbon

정동특성 향상 방안을 동시==gt

고려

경험적 수치의 가황제 량 선정

가교 시스템 향상 방안을 고려한

가황제 량 선정

(EV - CURE)

결합력 증대==gt

경험적 수치에 의한 촉진제 량

선정 경도별 선정 미비( )

가교 효율을 반영한 촉진제 량의

선정

적정한 가황 포인트 파악을 위한(

실시Cure Study )

정 동특성 향상-

정특성 향상 방안 경도 증가

동특성 향상 방안 경도 하락

두 특성을 만족시키기 위한==gt

경험적 수치의 경도 선정

데이터베이스를 활용한 배합설계

정 동특성을 동시에 만족할 수-

있는 배합제 적용

분산 및 흐름성 개선==gt

형상개선과 동시 고려==gt

- 32 -

표 는 지원 전 배합비율과 특성별 성능수준을 나타낸다[ 42]

표 지원 전 성능수준[ 42]

- 33 -

제 절 꼭지점계획법에 의한 최적배합조건제 절 꼭지점계획법에 의한 최적배합조건제 절 꼭지점계획법에 의한 최적배합조건제 절 꼭지점계획법에 의한 최적배합조건3333

재료설계에 적용되는 실험계획은 혼합물 배합에 관한 실험계획으로서 몇(Mixture)

개 성분의 혼합물 중 어떠한 성분이 품질의 특성에 유의한 영향을 미치는지를 분석

하여 반응을 최대로 만드는 최적혼합비율을 찾고자 하는 실험계획이다

혼합물실험에 적용되는 실험계획으로는 심플렉스 격자형배열법 심플렉스 중심배열

법 꼭지점 계획법 등을 주로 적용한다 본 실험에서는 심플렉스의 전 영역이 아니

라 제한된 영역에서 실험을 하고자 하므로 꼭지점계획법(Extreme vertice design)

을 적용하였다

고무부싱의 재료배합에서는 개의 성분재료가 있고 이들을 어떤 비율로 배합하는

것이 품질특성치를 가장 좋게 하는가를 찾는다 성분의 혼합에 있어서 를 번째

성분의 혼합비율이라고 하면 다음과 같은 관계식을 만족시켜야 한다

이러한 경우는 일반적 실험계획법처럼 심플렉스의 모든 영역에 실험이 배치되는 것

이 아니고 제한된 영역에서만 실험을 하는 경우이다 즉 각 인자 가 (Factor) 0 le

의 모든 값을 취할 수 있는 것이 아니라 제한된 구간1le

안에서만 값을 취한다 이와 같은 경우는 경제적인 이유나 또는 실험 전에 인자들

의 성질에 대하여 상당한 정보가 있는 경우이다 위의 식과 같은 인자의 구간이 설

정되면 실험가능영역은 심플렉스 상의 좁은 영역이 된다

- 34 -

과 은 제한된 실험영역에 대한 실험계획법으로 꼭지점 계획법Mclean Anderson

을 제안하였다 이 계획법은 제한된 영역이 가지는 모든(extreme vertices design)

꼭지점과 이 꼭지점들의 선형조합으로 이루어지는 몇 개의 점을 적절히 선택하는

실험계획법이다 만약 개의 혼합성분이 사용되는 경우 실험영역을 그림으로 그리 4

면 그림 와 같이 사면체 속에 위치하는 면체가 된다 과 은[ 42] 6 Mclean Anderson

이 면체의 꼭지점과 중심점을 실험점으로 선택하는 방법에 대한 예제를 제시하고6

있다

그림 개의 혼합성분에 대한 꼭지점계획법[ 42] 4

고무부싱의 재료설계 시 혼합물은 고무 카본 및 배합원료로서 황화제 촉진제

가공제 유기산 금속산화제 노화방지제 보강제 충진제 등을 사용한다

재료 배합 실험은 경도별로 나누어 실행되었으며 표 은 경도 도 오차범[ 43] 48 (

위 plusmn 도 에 대한 혼합물성분의 한계이다 에 성분의 한계를 입력한 결과2 ) MINITAB

네 가지 성분에 대하여 표 와 같은 총 회의 실[ 44] 17

- 35 -

험점이 생성되었다 실행 의 경우 의 성분을 1 A B C D 09807 00068 00011

의 비율로 섞어서 실험하라는 의미이다00114

표 혼합물 성분의 한계[ 43] (48Hs)

성분 하한 상한

A 외 기타Polymer 09774 09807

B 촉진제1 00068 00085

C 촉진제2 00011 00022

D Sulfur 00114 00119

표 꼭지점계획법에 의한 실험설계와 결과데이터[ 44] (48Hs)

을 활용한 혼합물 설계 데이터분석 결과는 표 표 과 같다MINITAB [ 45][ 46] 17

회의 실험점에 대한 데이터분석 결과 각 실험 점에서의 적합추정치와 신뢰구 95

간을 구할 수 있었다

- 36 -

표 을 보면 실험점 에 의한 배합조건으로는 신뢰구간으로[ 45] 14 95

의 내구성이 나타난다 에서는 각 성142322cycle ~ 146166cycle Nominal Load

분에 대한 제한조건을 만족시키면서 내구성을 최대로 하는 처리조건은 인자의 네

가지 성분 즉 외 에 대한 배합 비율이 Polymer Acc1 Acc2 Sulfur 097740

이었다 그리고 이 처리조건에서 예상되는 내구성은00085 00022 00119

에 도달할 것으로 추정되었다146943cycle

에서는 인자의 네 가지 성분의 배합비율이 와 마찬Maximum Load Nominal Load

가지로 이었다 그리고 이 처리 조건에서 예상되는09774 00085 00022 00119

내구성 추정치는 이었다18917cycle

표 데이터분석 결과[ 45] (48Hs Nominal Load)

에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응Dura(Nom)Dura(Nom)Dura(Nom)Dura(Nom)

- 37 -

반응 최적화 모수반응 최적화 모수반응 최적화 모수반응 최적화 모수

글로벌 솔루션글로벌 솔루션글로벌 솔루션글로벌 솔루션

예측 반응예측 반응예측 반응예측 반응

Dura(Nom) = 146943

- 38 -

표 데이터분석 결과[ 46] (48Hs Maximum Load)

에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응Dura(max)Dura(max)Dura(max)Dura(max)

반응 최적화 모수반응 최적화 모수반응 최적화 모수반응 최적화 모수

글로벌 솔루션글로벌 솔루션글로벌 솔루션글로벌 솔루션

외Polymer = 09774

- 39 -

Acc1 = 00085

Acc2 = 00022

Sulfur = 00119

예측 반응

Duro(max) = 189171

경도 도 오차범위 도 에 대한 혼합물성분의 한계와 에 의한 실험50 ( plusmn 2 ) MINITAB

점은 표 표 과 같다[ 47] [ 48]

표 혼합물 성분의 한계[ 47] (50Hs)

- 40 -

표 실험계획의 결과[ 48] (50Hs)

경도 도에 대한 혼합물 설계 데이터분석 결과는 표 표 과 같다50 [ 49][ 410] 17

개 실험 점에서의 적합추정치와 신뢰구간은 예측반응에 잘 나타나 있다95

에서는 각 성분에 대한 제한조건을 만족시키면서 내구성을 최대로Nominal Load

하는 처리조건은 외 기타 의 각 성분에 대하여 배합비Polymer Acc1 Acc2 Sulfur

율이 이고 이 처리조건에서 예상되는 내구성은09687 00088 00025 00200

에 도달할 것으로 추정되었다159209 Cycle

에서는 인자의 네 가지 성분의 배합비율이 와 마찬가Maximum Load Nominal Load

지로 이었다 그리고 이 처리조건에서 예상되는 내09687 00088 00025 00200

구성 추정치는 이었다 일 때와 일218572 Cycle Nominal Load Maximum Load

때의 적정배합비율이 다르게 나오는 경우가 있는데 이는 오차범위 경도의 경우( plusmn

도 가 비교적 넓은 고무의 특성에서 비2 )

- 41 -

롯되거나 측정오차에 따른 결과로 추정된다

표 데이터분석 결과[ 49] (50Hs Nominal Load)

에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응Duro(Nor)Duro(Nor)Duro(Nor)Duro(Nor)

반응 최적화 모수반응 최적화 모수반응 최적화 모수반응 최적화 모수

- 42 -

글로벌 솔루션글로벌 솔루션글로벌 솔루션글로벌 솔루션

예측 반응예측 반응예측 반응예측 반응

Duro(Nor) = 159209

표 데이터분석 결과[ 410] (50Hs Maximum Load)

에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응Duro(max)Duro(max)Duro(max)Duro(max)

- 43 -

반응 최적화 모수반응 최적화 모수반응 최적화 모수반응 최적화 모수

글로벌 솔루션글로벌 솔루션글로벌 솔루션글로벌 솔루션

예측 반응예측 반응예측 반응예측 반응

Duro(Max) = 218572

재료배합시험에 있어서 가류시간이 특성 치에 영향을 미치므로 레오그래프

분석에 의해 적정가류시간을 결정한다 레오그래프는 다음의 용도에(Rheograph)

활용된다

고무제품의 가류도 측정①

가류속도 측정②

최적의 가류공정 조건 확립③

가류약품 선정 및 배합 작성Recipe④

고무제품의 품질관리⑤

아래 그림 은 경도 도에 대한 재료의 레오그래프이다 그래프에 나타난 용[ 43] 48

어를 설명하면 다음과 같다

혼합물 의 가 가류되었을 때의 시간을 나타내며 가류시간을tc90- (Compound) 90

결정하는 기준으로 사용된다

스코치시간 을 나타내며 원하지 않는 가교가 일어ts2 - (Scorch time)

- 44 -

나는 시간으로 적절한 가류시간을 찾기 위해 필요한 과정임

고무의 특성을 토르크 값으로 나타낸 값으로 일반적으로 혼합물Tmax- (Torque)

의 경도에 따라 변함

평형 토르크MH- (Equilibrium torque)

최소 토르크ML- (Minimum torque)

본 재료시험에 적용된 가류시간은 의 배 사이에서 적정수준을 결정하tc90 1-15

였다

연구의 결과 카본의 입자가 작을수록 내구성은 향상시키지만 대체로 분산이 잘 되

지 않아 혼합물의 품질이 고르지 못하였다 따라서 카본의 분산도를 평가하여 만족

할 만한 수준이 나오는지 확인하였으며 상대적으로 작은 입자경의 카본을 사용하

여 내구성을 높이려 하였다

그림 경도 도 고무에 대한 레오그래프[ 43] 48

- 45 -

실험의 결과 카본블랙과 레오그래프와의 관계는 그림 와 같이 나타났다 그림[ 44]

에서 보는바와 같이 입자경의 크기가 증가함에 따라 결합력이 약해지므로 토르크

값이 낮아짐을 알 수 있다

그림 각종 카본블랙의 레오그래프[ 44]

- 46 -

본 연구에 적용된 카본 입자경의 크기와 양은 표 과 같다[ 411]

경도변화는 카본입자의 크기와 양에 따라 결정이 되며 레오그래프의 값이 Tmax

이러한 사실을 보여주고 있다

표 레오그래프상의 경도와 카본의 관계[ 411]

레오그래프는 섭씨 도에서 그려짐PHR = Part in Hundred Rubber 160

- 47 -

제 장 형상개선제 장 형상개선제 장 형상개선제 장 형상개선5555

제 절 외철의 스웨징 율 변화에 의한 개선제 절 외철의 스웨징 율 변화에 의한 개선제 절 외철의 스웨징 율 변화에 의한 개선제 절 외철의 스웨징 율 변화에 의한 개선1111

높은 품질의 부싱을 개발하기 위해서는 적절한 재료설계에 의한 경도 및 고무 특

성의 설정이 매우 중요한 요소이지만 고무의 특성 개선에만 의존하는 것은 한계점

이 있다 따라서 제품의 형상변화를 통해 고무의 특성을 극대화함으로써 내구성 및

품질특성을 향상시킬 수 있다

그림 은 부품의 세부형상과 설계도이다[ 51]

그림 세부형상[ 51] DA-2

- 48 -

그림 는 제품의 단면을 보여준다 그림에서 는 다른 모델에 비해 고무[ 52] DA-2

량이 다소 적음을 알 수 있다 형상 변화를 통한 품질특성의 개선을 시도함에 있어

서는 부품에 대한 조립성과 제조성 을 반드시(DFM Design for Manufacturability)

고려하여 형상변화를 꾀하여야 한다 본 제품의 경우 외철 과 내철 (outer pipe)

의 길이는 한정되어 있으며 그 직경의 변화도 허용공차를 미만(Inner pipe) 05 mm

의 수준으로 요구하고 있다

형상변경을 통한 성능향상 방안으로서 외철에 대한 스웨징율 을 변(Swaging rate)

경함으로서 외경크기의 변화를 시도하였으며 또한 내철의 구배각도를 변화시켜 개

선점을 찾으려고 노력하였다

그림 단면[ 52] DA-2

부싱의 경우 일반 적으로 스웨징이라는 공정을 거치게 되는데 이는 공정에서 외

경의 크기 조정을 통하여 성능을 향상 시키는 방법으로서 스웨징율을 조정함으로서

외철의 외경 크기를 허용범위 내어서 변화시키는 것이다 이는 스웨징에 따른 직경

변화에 의해 고무의 조직이 조밀해져 고무 특성을 향상시킬 수 있게된다

그림 은 스웨징의 방향을 나타내며 그림 는 스웨징 전 후의 외철의 크[ 53] [ 54]

기 변화를 보여주고 있다

- 49 -

그림 스웨징 방향[ 53]

그림 스웨징 전후의 외경 크기의 변화 단면[ 54] ( )

제 절 내철의 구배 변화에 의한 개선제 절 내철의 구배 변화에 의한 개선제 절 내철의 구배 변화에 의한 개선제 절 내철의 구배 변화에 의한 개선2222

아래 그림 는 형상 변화를 시도할 수 있는 내철 끝단 부분의 구배를 표시한[ 55]

그림으로서 는 구배각도를 나타낸다a

- 50 -

그림 구배각도[ 55]

그림 은 본 제품의 특성 요구 사항을 그림으로 표시한 것으로 고무부싱은[ 56]

및 의 외력에 대하여 적절하게 대응할 수 있도록 설계되어야 한다 부싱 종류F1 F2

의 경우 일반적으로 고무 제품의 유연함과 동배율 개선을 위하여 저경도의 고무를

적용하는 경우가 많은데 이 경우에는 외력에 대한 특성이 상대적으로 취약하게F1

나타나게 된다 이러한 취약점을 보완하기 위하여 본 연구에서는 그림 과 같 [ 57]

이 제품이 허용하는 범위 내에서 내철의 구배를 변화 시킨 후 실험데이터의 분석을

통해 성능 개선 방안을 찾고자 하였다

그림 부싱의 외력[ 56]

그림 의 의 경우는 구배를 주지 않은 경우이며 의 경우는 구배를 준[ 57] (a) (b)

경우를 표시하고 있다

- 51 -

의 경우 외력에 의하여 발생하는 반발력 은 순수한 고무 특성에 의해서(a) F1 Fr1

만 나타나게 된다 이러한 경우 저경도의 고무을 적용하였을 때 의 크기가 미미 Fr1

하여 적절한 특성을 발휘하지 못하게 된다

의 경우와 같이 내철에 구배를 주게 되면 의 외력에 대하여 구배가 들어간(b) F1

부분 에 의한 반발력 함께 가 생성되어 상대적으로 에 대한 저항력이 커Fr3 Fr2 F1

짐으로써 성능을 향상 시킬 수 있게 된다

그림 구배각도의 적용에 따른 차이 단면[ 57] ( )

그림 구배각도의 적용에 따른 차이 입체[ 58] ( )

- 52 -

제 장 도포공정개선제 장 도포공정개선제 장 도포공정개선제 장 도포공정개선6666

고무부싱의 내구성 향상을 위하여 필수적으로 관리하여야 할 공정이 도포공정이

다 도포공정은 접착의 원리에서부터 접착의 구조 접착의 강도 피착재의 표면처리

법 및 접착제 사용법 등 접착에 관한 전반적인 기술을 공정에 효율적으로 적용하여

야 한다

고무와 금속과의 접착력이란 접착제와 피착제 사이의 계면 결합력을 의미하며 접

착강도는 시험방법 접착방법 시험시의 조건 시편의 기하학 등 여러 인자에 의해

영향을 받는다 접착파괴는 접착제의 가장 약한 곳에서 일어나며 접착강도는 여러

가지 측정법에 따라 고유강도 잔류강도 측정강도 등과 같이 다르게 표현된다 고

무부싱의 접착구조는 그림 과 같다[ 61]

그림 접착의 구조[ 61]

프라이머 는 피착제 표면과의 친화성이나 접착제와의 상용성이 뛰어나야(Primer)

하고 동시에 접착 저해물과의 상용성도 높아야 한다 또 프라이머 중의 유효성분

쪽이 피착제 표면에 흡착되어 있는 저해성분보다 피착제에 의하여 안정하게 흡착되

어 있는 것이 중요하다 따라서 프라이머는

- 53 -

충분한 교반 균일하고 엷은 도포 그리고 완전한 건조가 이루어져야 한다 이러한

도포공정은 피착제의 모앙에 따라 달라진다

열경화성 접착제의 대부분은 유기 중합물과 각종 충진제를 유기용제에 용해 분산

시킨 것으로 사용전이나 사용 중에도 교반기 등으로 균일하게 용해 분산시킨 접착

제를 사용하는 것이 중요하다 따라서 의 도포 공정은 그림 와 같이 교 DA-2 [ 62]

반기를 추가 설치하여 공정 개선을 실시하였다

그림 설치한 교반기[ 62]

또한 피착제의 균일한 도포를 위해 롤타입의 코팅기에 기존 페인트용 롤러에서

그림 에서와 같이 융을 말아 롤러 도포하는 형태로 개선을 실시하여 코팅의[ 415]

두께 정밀도를 향상시켰다

- 54 -

그림 변경된 롤러 모양[ 63]

접착 재료를 프라이머 에서 변경하여 사용함CHEMLOK 220 252 CHEMLOK 205

으로써 접착력을 향상시켰는데 는 금속 및 경길대료의 프라이머로CHEMLOK 205

사용되며 또한 같은 극성고무에 단독으로 접착이 가능하다 NBR

방식의 경우 의 특징을 살펴보면TWO Coat CHEMLOK 205

ㆍㆍㆍㆍ 접착제의 금속 표면에서의 접착강도를 향상시킬 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ 기계적 표면처리 후 활성화된 금속표면을 산화작용으로부터 보호하며 녹방

지 도료적 역할을 한다

ㆍㆍㆍㆍ 크로로프렌이나 에피크로로히드린고무와 같은 가류 중에 염소가스를 발생

시 켜 금속표면을 부식시키기 쉬운 고무배합에 대하여 유효하게 적용된다 프

라 이머는 충분한 교반 균일하고 엷은 도포 그리고 완전한 건조가 이루어져

야 접착성이 뛰어나게 된다

도포공정 개선 전후의 효과는 그림 그림 의 도포두께 비교[ 64]~[ 67] Cpk

를 통해서도 알 수 있다DATA

아래 그림 는 도포공정의 개선전[ 64] 관리도의 그래프를 나타낸

- 55 -

것으로 관리도는 평균치와 범위에 관한 계량형 관리도에서 가장 많이 사용되

는 관리도의 하나이다 관리도는 평균치의 변화를 관리하는 관리도와 산포의

변화를 관리하는 관리도로 구성된다 관리도의 중심선(Central Line) CL=로 나

타내며 관리 상한선 은(Upper Control Limit) UCL= 로 관리하한선인 (Lower

의 경우Control Limit) LCL=

로 구한다

관리도의 관리선의 경우 중심선 관리상한선 UCL= 관리하한선 LCL

의 경우 로 구한다

여기서 등의 계수는 샘플의 크기인 에 따라 결정 되며 일 경우=4

=0729 =0 이다=2282

그림 에서[ 64] 이며=273410 관리도의 로 나타났UCL=307994 LCL=238826

다

관리도의 은CL 이며 이다=4744 UCL=1082581

- 56 -

그림 도포공정 개선전[ 64] 관리도

한편 그림 는 도포공정 개선 전의 경우에 대하여 지정된 규격의 공정능력 [ 65]

지수를 나타낸 것으로서 단기공정능력지수( 와 장기공정능력지수) ( 를 나타낸)

다 단기공정능력지수는 공정능력 ( 과 규격의 폭) ( 과의 비율을 의미하며 일반적)

으로 로 표시한다 규격은 그림 에서처럼 양쪽규격이 모두 주어진 경우 공 [ 65]

정 능력 지수는 다음과 같이 계산할 수 있다

공정 능력

로 나타내고 만약 공정 평균이 규격의 중심으로부터 어느

한쪽으로 치우쳐 있게 되는 경우 치우침도( 와) 를 조합한 단기공정능력지수

( 로 나타낸다 즉)

- 57 -

장기공정능력지수( 의 계산은)

으로서 이다

따라서 그림 에 나타난 것처럼 개선전의 공정능력은[ 65] =17854 =08458

으로서 장기 공정에 대해 만족스럽지 못한 값을 나타내고 있다

그림 도포공정 개선전 공정능력 분석그래프[ 65]

- 58 -

그러나 공정개선후의 관리도인 그림 을 살펴보면[ 66] 이며=28196 관리

도의 이고UCL=300418 LCL=263502 관리도의 은CL 로=2532 UCL=51418

나타난다

그림 도포공정 개선후[ 66] 관리도

- 59 -

개선 후에는 그림 로부터 알 수 있듯이 단기공정능력은[ 67] 으로서=31966

인 장기 공정에 대해 안정적인 것을 확인할 수 있어 도포공정 개선에=23275

대한 효과가 있음을 알 수 있다

그림 정 개선 후 공정능력 분석그래프[ 67]

또한 도포공정의 두께관리를 강화하기 위하여 작업자 교육 및 샘플링 두께 측정

검사를 통해 지속적인 모니터링을 실시하고 공정별 온도관리 및 시간 관리를 통해

작업 환경 유지관리 강화로 변함없는 품질의 제품을 생산하도록 하였다 그림 [

은 롤 코팅 공정이다68] (Roll coating)

- 60 -

그림 롤 코팅 공정[ 68] (Roll coating)

- 61 -

제 장 최적수준 결정을 위한 파라미터 설계제 장 최적수준 결정을 위한 파라미터 설계제 장 최적수준 결정을 위한 파라미터 설계제 장 최적수준 결정을 위한 파라미터 설계7777

제 절 실험계획법에 의한 유의인자 결정제 절 실험계획법에 의한 유의인자 결정제 절 실험계획법에 의한 유의인자 결정제 절 실험계획법에 의한 유의인자 결정1111

재료설계 형상설계 및 공정설계에 대한 최적조건의 결정은 부품의 품질 특성에

대한 사양 을 만족시켜야 할 뿐 아니라 생산부품 간 품질의 산포를(Specification)

최대한 줄여야 한다 의 최적설계를 위해 다구찌 기법 을 적 DA-2 (Taguchi method)

용하였다

다구찌의 강건설계 는 인자 가 품질 특성의 평균에 대해(Robust design) (Factor)

가지는 효과뿐만 아니라 분산에 미치는 효과에 대해서도 초점을 맞추고 있다 분산

을 줄일 수 있는 통제 가능한 인자에 대한 조건을 설정하여 품질특성이 통제 불가

능한 인자의 변화에 대해서는 둔감하도록 할 수 있다 강건설계의 주목적은 품질특

성의 목표값을 유지하면서 분산을 줄이는 인자에 대해 설치값 을 발견하는 (Setting)

데 있다

다구찌 설계에 의한 실험계획법은 특히 확장된 역할로서 다음의 몇 가지를 들 수

있다

ㆍㆍㆍㆍ종래에는 제어 불가능한 환경조건이나 제어하기 어려운 생산조건 공정조건

등의 원인 이를 잡음인자로 통칭 들이 데이터에 주는 영향의 정도를 평가하기 어려( )

웠으나 객관적으로 그리고 계량적으로 이를 평가할 수 있는 방법을 제시하고 있

다 또한 품질 산포의 크기를 계량특성치 손실함수 비 등 로 변환하여 산포를 ( SN )

작게 하는 인자들의 조건을 찾아가는 강건설계를 사용한다

ㆍㆍㆍㆍ직교배열표를 광범위하게 사용하여 인자의 수가 많은 경우에도 크게 실험횟

수를 증가시키지 않고 실험하는 일부 실시법을 사용한다

ㆍㆍㆍㆍ생산라인 내 뿐만 아니라 신제품 개발을 위한 품질설계 파라미터(On-line)

설계 허용오차 설계 등의 라인 외 품질관리를 위하여 유용하게 사용할 (Off-line)

수 있다

ㆍㆍㆍㆍ다구찌 방법에서 추가적으로 다룰 수 있는 주요한 것들로는 직교배열

- 62 -

표의 확대사용 수준계의 표준 직교배열표 이외에 확대 응용 혼합 직교배열표(2 3

의 사용과 조합법의 사용 계량치 데이터의 파라미터 설계 허용차 설계 그리고)

계수치 데이터의 파라미터 설계 동적 특성의 파라미터 설계 등을 들 수 있다

파라미터 설계 는 제품설계와 공정설계에서 유용하게 사용되는(Parameter design)

다구찌 실험계획법의 핵심이다 파라미터는 제품성능의 특성치에 영향을 주는 제어

가능한 인자 를 의미하며 파라미터 설계는 이들 인자들의 최적(Controllable factor)

수준을 정하여 주는 것을 말한다 파라미터를 설계변수 라고도 부 (Design variable)

르며 파라미터 설계에서는 제품의 품질변동이 잡음에 둔감하면서 목표품질을 가질

수 있도록 설계변수들의 최적조건을 구하여 준다 최적조건을 찾을 때 설계변수와

잡음을 주는 인자들을 포함시켜 실험하는 직교배열표 등을 주로 사용한다 이때 목

표 품질을 만족시키는 범위 내에서 가능한 한 비용이 적게 드는 조건이나 부품 등

을 이용한다

만약 신뢰성에 영향을 주는 제어 가능한 인자 에 대한 파라미터설계 A B C D

를 한다고 하자 는 수준 는 수준의 혼합수준 에 대한 설계 A B 4 C D 2 (Mixed level)

분석을 하려고 한다면 각 요인 변동의 계산을 표 과 같은 [ 71] L16(215형 직교배)

열표 를 사용하면 된다(Orthogonal Design)

에 대한 파라미터 설계조건으로는 내구성이 가장 좋은 최적의 설계 및 공정DA-2

조건을 구하여야 하므로 반응변수가 큰 값일수록 좋은 망대특성(Larger-the-better

에 대한 조건을 구하고 부품의 정특성 및 동특성에 대한 분석은 적characteristics)

정한 상호관계를 고려하여 별도의 실험을 행한다

- 63 -

표 다구찌 설계의 예[ 71]

- 64 -

제 절 시험데이터의 해석제 절 시험데이터의 해석제 절 시험데이터의 해석제 절 시험데이터의 해석2222

실험조건실험조건실험조건실험조건1111

제품의 신뢰성향상을 위해 지금까지 재료배합의 개선 형상개선 및 공정개선에

대한 각각의 과정을 설명하였으며 본 장에서는 관련된 여러 인자들을 동시에 고려

하여 최상의 품질특성을 나타낼 수 있는 최적인자수준의 결정에 대하여 설명하려고

한다 이는 인자들 간의 상호 작용이 상승 또는 보완작용을 할 수도 있고 반대로

서로 상극임을 나타낼 수 도 있기 때문이다

일반적으로 고무부싱의 개발에 적용되는 인자 는 다음과 같다(Factor)

ㆍㆍㆍㆍ경도 는 수요기업에서 제시하는 사양 에 따라 적정수(Hardness) (Specification)

준의 경도 도 도 도 도 를 적용하였으며 경험적으로 경도의 산포는(43 45 48 50 ) plusmn

정도이다2

ㆍㆍㆍㆍ각 부분의 모양이나 각도에 따라 고무 량에 영향을 미치게 되는 형상설계에

관해서는 내부 파이프 구배각도를(Inner pipe) 15deg~25deg로 하고 외부파이프 (Outer

의 접착부분을 로 하였으며 외경의 크기는pipe) 13mm~15mm

27mm~ 로 유지하였다278mm

ㆍㆍㆍㆍ공정설계는 가류시간을 로 하였다 가류 온도는240sec~600sec 150deg~180

로 하고 주변 온도에 영향을 받으므로 금형 표면온도는 항상 확인하였다 접착제

도포가 내구성에 영향을 주므로 접착제 두께는 으로 하고 접15micron~40micron

착제 배합조건은 로 하였다120cc~128cc

다구찌 설계에 의한 최적수준을 결정하기 위해 다른 인자는 고정시키고 경도 가

류시간 스웨징 인자에 대하여 표 와 같이 실험수준을 정하였다 [ 72]

- 65 -

표 실험인자 별 수준[ 72]

분석결과의 해석분석결과의 해석분석결과의 해석분석결과의 해석2222

실험결과의 해석은 다음과 같다

을 통해 표 의 실험조건을 입력하여 다구찌 설계를 생성한 결과MMITAB [ 72]

표 과 같은 실험조합을 얻었다 표 는 실험조합 별 시험결과 값이다[ 73] [ 74]

에서의 내구성에 대한 다구찌 설계해석의 결과는 표 의 신호 대Nominal load [ 75]

잡음비 비 평균 표준편차에 대한 반응표에 잘 나타나(SN Signal to noise ratio)

있다 그림 그림 은 비 평균 표준편차에 대한 반응 값을 도식한 [ 71]~[ 73] SN

것이다

표 의 신호 대 잡음비의 반응표를 보면 경도는 스웨징이나 가류시간에 비해[ 75]

반응변수 내구성 에 큰 영향을 미치고 있음을 보여준다 평균에 대한 반응표에서도( )

경도는 다른 인자들에 비해 반응변수의 평균에 크게 영향을 미치고 있음을 알 수

있다 표준편차 역시 경도의 수준 변화에 따라 차이가 가장 많음을 보여주고 있다

- 66 -

표 에 의한 다구찌 설계생성[ 73] MINITAB

- 67 -

표 실험조합 별 시험결과 데이터[ 74]

- 68 -

표 비 평균 표준편차에 대한 반응표[ 75] SN

신호 대 잡음 비에 대한 반응 표신호 대 잡음 비에 대한 반응 표신호 대 잡음 비에 대한 반응 표신호 대 잡음 비에 대한 반응 표

망대특성망대특성망대특성망대특성

평균에 대한 반응 표평균에 대한 반응 표평균에 대한 반응 표평균에 대한 반응 표

표준 편차에 대한 반응 표표준 편차에 대한 반응 표표준 편차에 대한 반응 표표준 편차에 대한 반응 표

- 69 -

그림 신호 대 잡음 비의 주효과도[ 71]

그림 인자수준별 평균의 주효과도[ 72]

그림 인자수준별 표준편차의 주효과도[ 73]

- 70 -

표 와 그림 에서 에서의 내구성 예측값을 가장 크게 하[ 75] [ 72] Nominal Load

는 것은 요인 수준의 조합이 일 때이다 품질 향상을 위해서는 정특성 동(4 2 2)

특성 값도 동시에 고려하여야 하므로 조합 조합 조합(4 2 2) (4 3 2) (4 1 2)

에 대한 예측 값을 함께 구하였다

표 은 에서의 내구성 예측값을 표 은 에[ 76] Nominal Load [ 77] Maximum Load

서의 내구성 예측값 표 은 정특성 예측값 표 는 에서의 동특성 예 [ 78] [ 79] 15Hz

측값 그리고 표 은 에서의 동특성 예측값을 보여주고 있다 [ 710] 150Hz Nominal

에서의 내구성 예측값은 조합 조합 조합에서 각Load (4 2 2) (4 3 2) (4 1 2)

각 목표값인 을 상회한 과170000 Cycle 178023 Cycle 174272 Cycle 175830

로서 조합일 때 더 높게 나타났다Cycle (4 2 2)

동배율은 예측 평균값을 기준으로 할 때 동배율은 조합에서는 에 (4 2 2) 15Hz

서 에서 이고 조합에서의110(1187691079) 150Hz 113(1215561079) (432)

동배율은 에서 에서15Hz 106(112856 106938) 150Hz 108(115769106938)

이며 조합에서의 동배율은 에서 에서 (412) 15Hz 108(118194 1094) 150Hz

이었다109(1195691094)

모델의 경우 수요기업에서 동배율 값이 적은 값을 요구하기 때문에DA-2 (kdks)

동배율을 고려하면 의 조합이 더 좋은 품질을 나타낸다고 할 수 있다(4 1 2)

- 71 -

표 에서의 내구성 예측값[ 76] Nominal Load

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 2 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 3 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 1 2

예측 값

신호 대

- 72 -

표 에서의 내구성 예측값[ 77] Maximum Load

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 2 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 3 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 1 2

신호 대

- 73 -

표 정특성 예측값[ 78]

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 2 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 3 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 1 2

신호 대

- 74 -

표 동특성 예측값[ 79] (15Hz)

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 2 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 3 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 1 2

신호 대

- 75 -

표 동특성 예측값[ 710] (150Hz)

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 2 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 3 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 1 2

신호 대

- 76 -

제 장 부품의 신뢰성성장관리제 장 부품의 신뢰성성장관리제 장 부품의 신뢰성성장관리제 장 부품의 신뢰성성장관리8888

제 절 신뢰성성장관리제 절 신뢰성성장관리제 절 신뢰성성장관리제 절 신뢰성성장관리1111

복잡하고 기술적인 제품의 개발 프로그램을 운영하는 데 있어서는 고객이 요구

하는 신뢰성 수준을 만족시키기 위하여 상당한 규모의 시간 예산 기술인력 등의

자원을 필요로 한다 고객들의 신뢰성 요구수준은 매우 높으므로 이러한 목표를 달

성하기 위하여 시험 개선 시험 개선의 개발과정을 반드시 거친다 이 과정에서 시- - -

스템 서브시스템 또는 모듈을 고장 날 때까지 시험하고 고장모드를 결정해서 이를

제거하기 위한 시도를 하거나 적어도 고장발생을 줄일 수 있는 시도를 하여 설계나

엔지니어링 개선을 이룬다 만약 이러한 과정이 계속되고 설계나 엔지니어링 변경

이 충분히 이루지면 시스템의 신뢰성은 증가한다 개발프로그램이 운영되는 동안

신뢰성 수준의 변화를 추적할 수 있다면 개발책임자로서는 여러 가지 이점이 있다

즉 목표하는 신뢰성 수준을 달성하기 위하여 충분한 비율로 성장하고 있는지의 여

부를 가능한 빠른 시간 내에 판단할 수 있고 그에 따라 필요한 자원을 적절히 배

분할 수 있다 따라서 개발책임자는 시험데이터로부터 현재 시스템의 신뢰성 수준

성장률의 평가 앞으로 기대되는 달성 가능한 수준을 결정하기를 원한다

신뢰성 성장관리 기술은 제품을 개발하는 데(Reliability growth management)

소요되는 많은 시간과 비용 및 엔지니어링 노력을 절감하면서 개념선택 제품과 공

정의 신뢰성 그리고 비용효율을 달성할 수 있도록 유용한 정보를 제공해 준다 군

사장비 자동차 및 전자 중장비개발 등에 적용된 최근의 신뢰성 성장시험 관리기술

은 각 분야의 경쟁적인 사업 환경 아래에서 제품개발을 효율적으로 조직하여 신뢰

성평가를 시작하고 신뢰성 성장과정을 추적할 수 있도록 해준다 신뢰성성장관리기

술은 제품 및 공정설계 관련사항 및 검증시험 항목들에 대하여 사용 환경에 따른

신뢰성 성장 진행과정을 확인하고 그 결과로부터 성장시험곡선을 개발할 수 있게

한다 또한 설계단계 사이의 여러 가지 관련성을 확인하여 관찰하고 그 정보를 다

른 제품보증분석들과 연결하여 고객 요구사항에 대한 제품의

- 77 -

적합도를 적절히 평가하는 데 도움을 준다

신뢰성성장모델은 가 개발한Crow(1975) AMSAA(Army Materiel Systems

모델이 많이 활용되었으나 이는 시스템 또는 서브시스템에서의Analysis Activity)

성장관리에 유용하고 부품수준에서는 모델을 활용하는 것이 더욱 실용적이 Weibull

다 모델은 목표 Weibull B10 수명에 대하여 초기 시작품 으로부터(Early Prototype)

후기 시작품 까지의 신뢰성 개선을 관리하는데 실용적으로 활용할(Later Prototype)

수 있다

신뢰성 성장시험 프로세스신뢰성 성장시험 프로세스신뢰성 성장시험 프로세스신뢰성 성장시험 프로세스1111

신뢰성 성장은 개발시스템에 대하여 여러 시험단계가 시리즈로 이루어지는 동안

고장모드를 발견하고 이를 개선하는 과정을 거쳐 이TAAF(Test Analyze And Fix)

루어진다 또한 기능시험 환경시험 안전시험의 결과는 신뢰성 향상을 위한 FMEA

등과 연계하여 사용된다 분석결과는 설계변경에 반영되고 최종목표가 달성될 때까

지 개선과 시험이 연속적으로 이루어진다 그림 은 일반적인 신뢰성 성장시험 [ 81]

프로세스를 보여준다 프로그램의 시작시점에 신뢰성 성장에 대한 계획을 수립하여

고객의 기대사항을 만족시킬 수 있는 성능수준에 대한 구체적인 측정치를 제시하

고 이 목적을 달성시킬 수 있는 시험조건을 정한다 시험조건은 특정한 부품이나

시스템에 대하여 고객의 사용방법과 환경에 대한 지식을 기초로 하여야 한다

개발프로젝트가 진행되는 동안 신뢰성 성장시험 프로그램이 개발되고 실행되는

과정에서 설계 및 공정의 관심사항을 확인하기 위해 QFD(Quality function

와 같은 제품보증을 위한 분석방법들이 선행되어 실시되는데 신뢰성deployment)

성장관리와 연계하여 이를 통틀어 통합 신뢰성 성장관리(Integrated reliability

라고 한다 신뢰성 성장관리를 포함한 제품설계평가의 모든growth management)

과정은 제품 공정의 신뢰성 향상에 있어 중요한 역할을 하는 제품보증기능의 한부

분이다

- 78 -

통합 신뢰성 성장시험관리 프로세스는 설계뿐 아니라 공정신뢰성(MIL-HDBK-781)

과 관련된 문제에 대응할 수 있도록 신뢰성 성장시험의 이점을 전적으로 활용할 수

있는 수단을 제공한다

신뢰성 성장관리과정을 개발함으로써 신뢰성 수준은 계속적으로 추적될 수 있고

조치를 취하고 다른 분석결과들과 비교되어 초기 신뢰성 예측을 수립하고 제품설

계에 포함된 확신을 증가시킨 후 검증시험에 들어갈 수 있도록 한다 이러한 신뢰

성 성장관리 프로세스는 제품개발 사이클에 있어서 초기 단계 동안에 신뢰성을 확

립하는 데 도움을 줄 수 있는 장치이다

그림 신뢰성성장시험 프로세스[ 81]

제품개발과정에 적용되는 신뢰성 성장시험관리 프로세스는 다음과 같다

신뢰성 성장시험조건을 결정하고 시험 사이클을 개발한다 ①

신뢰성 성장시험곡선의 사용을 통하여 시험과정을 실행하고 추적한다②

시험결과를 평가하고 다른 선행된 분석연구결과들과 비교한다③

확인된 결함을 제거하기 위해 설계변경을 실시한다④

- 79 -

설계검증시험을 준비한다⑤

신뢰성 성장시험의 주된 목적은 설계상의 약점을 확인하고 제거함으로써 설계의

신뢰성을 증가시키는 것이다 정확하게 신뢰성 수준이 변화되는 진행상황을 추적하

기 위해서는 요구사항에 대한 불합치성 을 확인하고 불합치성이(Nonconformance)

일어난 시간을 모두 추적하여야 한다 시험을 시작하기 전에 적절한 시정조치를 용

이하게 하기 위해 사전계획이 수립되어야 하며 고장분포를 결정하기 전에 각각의

고장부품에 대한 고장원인을 분리할 수 있어야 한다

부품의 개발과정에서 몇 개의 표본에 대한 고장시간 데이터가 있을 때 Weibull

분포를 활용한 신뢰성 성장분석에 대하여 설명하면 다음과 같다

가 분석의 개요가 분석의 개요가 분석의 개요가 분석의 개요

밀도함수는 그림 와 같이 특성 수명과 기울기로 고장시간Weibull [ 82] (Cycle

을 설명한다 작은 표본에 대한 고장시간 데이터가 주어졌을 때 분석Km) Weibull

을 사용하여 세 가지의 정보를 얻을 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ특정 시간이 주어졌을 때 등 부품의 신뢰도는 그 시간까지 살아 있(Cycle Km )

을 백분율이다

ㆍㆍㆍㆍ 또는 다른( 수명을 추정할 수 있다) 수명은 부품들 중 가 고장10

날 것이라고 기대되는 시간이다 즉 이 시간에서의 신뢰도는 이다 90

ㆍㆍㆍㆍ 기울기의 값은 고장률 패턴에 대한 정보를 제공해준다 기울기가Weibull 10

이라면 고장률이 일정하다는 것을 의미한다 이 경우 고장은 일반적으로 우연히

일어나며 고장률은 설계의 강건 정도에 따라 달라진다 기울기가 보다 작다면 1

고장률은 감소하고 있음을 의미한다

- 80 -

즉 높은 초기 고장률 을 말한다 기울기가 보다 크면 고장률은 증 (Infant mortality) 1

가하고 이는 마모 되고 있음을 의미한다(Wear-out)

그림 에 의한 부품의 신뢰성성장분석[ 82] Weibull 수명 비교

가장 많이 활용되는 측도는 수명이며 이것은 요구되는 목표 신뢰도가 임 90

을 의미한다 첫 번째 프로토타입이 고장 난다면 신뢰성 목표 달성을 위해 설계 변

경을 행하고 다음 프로토타입을 시험한다 이 과정은 목표 수명이 달성될 때까

지 반복한다

나 의이점나 의이점나 의이점나 의이점WeibullWeibullWeibullWeibull

부품의 개발과정에서 작은 표본에 대한 고장시간 자료가 주어졌을 때 Weibull

분석을 활용하여 신뢰성성장관리를 행하면 다음의 정보를 얻을 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ신뢰성 개선은 목표 수명이 달성될 때까지 하나의 프로토타입에

- 81 -

서 다음 프로토타입까지 추적할 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ신뢰성 개선은 시험한 프로토타입에 대해 타점으로 표현되고 빠르Weibull

게 방향을 파악하여 신뢰성 진전과정에 대한 양적 측면의 관리능력 향상을 그

래프로 확인할 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ컴포넌트를 고장 날 때까지 시험하는 것은 고장모드에 대한 아주 귀중한 정

보를 제공하고 따라서 시정조치 활동이 필요하다

ㆍㆍㆍㆍ많은 표본이 더 좋은 신뢰도를 얻을 수 있지만 분석은 많은 표본을Weibull

필요로 하지 않는다

ㆍㆍㆍㆍ고객의 운영 사용 사이클과 시험 모수의 관계가 알려져 있다면 더 빠르고( )

더 적은 비용으로 가속시험을 할 수도 있다

다 기본가정및제한다 기본가정및제한다 기본가정및제한다 기본가정및제한

ㆍㆍㆍㆍ각 분석에서 오직 하나의 고장모드만 포함되어야 한다 두 개나 그 이상의

고장 모드가 검출된다면 각각에 대해 분리하여 분석해야 한다

ㆍㆍㆍㆍ신뢰도는 시험 제한 한계 로 인해 년 마일까지 확장하여 외삽하면 안( ) 10 150K

된다 왜냐하면 시험 제한 한계 로 인해 다른 고장모드가 발생할 것인지 알 수 ( )

없기 때문이다

ㆍㆍㆍㆍ하나의 프로토타입에서 다음 프로토타입까지 기울기가 변하는 데는 특별히

주의를 하여야 한다 왜냐하면 초기 후기 수명에서 더 높은 신뢰도와 후기 초 ( ) (

기 수명에서 더 낮은 신뢰도의 할 수 도 있기 때문이다) trade-off

라 적용시기라 적용시기라 적용시기라 적용시기

ㆍㆍㆍㆍ수명의 비교는 엔지니어링 사양 이 특정한(Specification) 을 요구할 경

우 사용된다

ㆍㆍㆍㆍ이러한 접근방법은 고장시간 등 에 대하여 동일한 부품의(Cycle Km )

- 82 -

다른 시점에서의 프로토타입을 비교할 때 사용한다

ㆍㆍㆍㆍ신뢰성 목표가 달성될 때까지 계속한다

마 입력자료마 입력자료마 입력자료마 입력자료

ㆍㆍㆍㆍ프로토타입 의 몇 개 표본의 고장시간 등1 (Cycle Km )

ㆍㆍㆍㆍ프로토타입 의 몇 개 표본의 고장시간 등2 (Cycle Km )

⦙

ㆍㆍㆍㆍ마지막 프로토타입의 몇 개 표본의 고장시간 등(Cycle Km )

분석프로세스는 그림 과 같다[ 83]

프로세스프로세스프로세스프로세스 일반적 단계일반적 단계일반적 단계일반적 단계

Ⅰ 요구

또는 수명 결정

프로그램 신뢰성 목표 사용

고객의 운영 사용 프로파일 사용( )

시험 프로그램 적정시간 사용

Ⅱ 시험 프로그램 자료정보

확인과 데이터 수집초기 부품의 프로토타입

후기 부품의 프로토타입

Ⅲ 다른 프로토타입에 대한

누적고장 시간 또는 vs

거리 계산 및 타점

분석이 가능한 사용Weibull SW

가능한 가속수명시험 사용

Ⅳ 프로젝트 검토 시

현재 신뢰성 수준신뢰성 목표 적합성 결정

초기 경고 관련 정보 제공

개선을 위한 계획 정보 제공

그림 프로세스별 단계[ 83]

- 83 -

제 절 신뢰성성장 데이터분석제 절 신뢰성성장 데이터분석제 절 신뢰성성장 데이터분석제 절 신뢰성성장 데이터분석2222

초기 프로토타입 으로 부터 개의 표본을 정상하중 으(Prototype1) 6 (Nominal load)

로 고장 날 때까지 시험하고 고장모드를 기록하였다 여러 개선작업을 거친 후 후

기 프로토타입 으로부터 개의 표본을 고장 날 때까지 시험하고 고장모(Prototype2) 6

드를 기록하였다 시험 데이터는 표 에 주어져 있다 [ 81]

에 고장데이터를 입력하고 각 프로토타입 단계별로 용지에 결과MINITAB Weibull

를 타점한 결과 그림 와 같은 성장곡선이 생성되었다 [ 84] Weibull

정상하중 에서 의 평균수명 추정치는 이(Nominal load) Prototype1 127366Cycle

고 의 평균수명 추정치는 로서 의 개선을 이루었 Prototype2 176882 Cycle 389

음을 알 수 있었다 수명은 은 이었으나Prototype1 112668 Cycle Prototype2

의 수명은 로서 상당한 개선이 이루어졌음을 볼 수 있다168620 Cycle 수

명에 대한 신뢰하한은 로 추정되었다 따라서 정상부하에 의한95 162926 Cycle

시험데이터분석 결과 개선활동 재료배합개선 형상설계개선 공정개선 에 의하여 ( )

내구성 목표가 달성되었음을 알 수 있다

그림 는 에서의 신뢰구간을 보여주고 있다[ 85] Nominal load 90

최대하중 에서는 표 의 데이터 입력결과 그림 의 그래프를(Max load) [ 82] [ 86]

생성하였다 그래프로 부터 추정된 의 Prototype1 수명은 이고16362Cycle

의Prototype2 수명은 이다21850 Cycle 수명에 대한 신뢰하한추정치95

는 으로부터 로 계산된다MINITAB 20983 Cycle

의 수명과 의 수명이 다른 것은 개선 활동의 결과이Prototype1 Prototype2

- 84 -

며 에서 개선목표가 달성되었음을 알 수 있다 Prototype2

표 하중 고장시간[ 81] Nominal (Cycle)

Weibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth Curve

(Nominal Load)(Nominal Load)(Nominal Load)(Nominal Load)

그림 성장곡선[ 84] Weibull (Nominal load data)

- 85 -

Weibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth Curve

(Nominal Load-90 Cl)(Nominal Load-90 Cl)(Nominal Load-90 Cl)(Nominal Load-90 Cl)

그림 신뢰구간[ 85] Nominal Load90

- 86 -

표 하중 고장시간[ 82] Max (Cycle)

Weibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth Curve

(MaxLoad)(MaxLoad)(MaxLoad)(MaxLoad)

그림 성장곡선[ 86] Weibull (Max load data)

- 87 -

제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론9999

본 연구는 자동차현가장치인 고무부싱 의 신뢰성향상을 위한 기(Rubber bushing)

술개발과제이다 에나 인더스트리는 수출전문기업으로서 주요 경쟁사에 비해 고성

능 고내구성의 제품을 짧은 기간 내에 개발할 수 있는 능력을 갖추어야 해외 시장

에서 경쟁력을 가질 수 있다

본 연구개발에서는 수요기업에서 요구하는 GMUTS(General Motors Uniform

의 사양에 따른 시험을 실행하여 내구성을 목표 사이클 이상으Test Specification)

로 개선하고 정특성과 동특성 비틀림 토크를 개선항목으로 선정하여 제품의 품질

및 신뢰성 향상을 진행하였다

수요기업의 요구 수준에 의하면 내구성은 와 Tension Compress Alternating

가 동시에 일 때 일 때Torsion Stress Maximum Load 20000 Cycle Normal Load

을 요구한다 본 프로젝트의 경우 해외의 부품메이커들에 대한 경쟁150000 Cycle

력 우위를 확보하기 위하여 기본 요구 수준을 넘어 향상된 제품신뢰성을5~10

확보를 목표로 하였다 내구성 정특성 및 동특성에 대한 시험은 직접 행하였고 비

틀림토크에 대한 부분은 추가적인 시험장치가 필요하여 수요기업의 실험실에 샘플

을 제출하여 요구수준을 검증받았다

본 연구개발의 성과를 요약하면 다음과 같다

우선 기술적 효과로는

설계기술의 확보(1)

재료배합설계 형상설계 공정설계에 대한 기술을 확보하여 내구성을 비롯한 품

질특성을 향상시킬 수 있었다 종래에는 설계 개발 생산프로세스에서 경험적 방법

에 의존하여 시행착오가 많았으나 본 연구를 통하여 과학적이고 체계적인 방법으

로 접근할 수 있는 기술이 확보되었다

설계 요소의 기술적 배치를 위한 실험계획법의 활용기술 확보(2)

- 88 -

종전에는 고무 배합설계 형상설계 공정설계에 대하여 설계요인 별 수 (Facter)

준 을 무작위로 추출하여 실험하였으나 본 실험계획의 과정을 따르면 요인들(Level)

이 계획적으로 반영되어 품질특성에 각각 어느 정도의 영향을 미치는지 분석이 가

능하게 된다 또한 다구찌에 의한 강건 설계의 생성으로 산포를 줄일 수 있다

잠재적 고장원인 분석방법 기술 확보(3)

제품기능에 대한 잠재적 고장모드의 예측과 시험항목을 판단하고 최종적으로는 설

계검증 과 공정검증 의 세부항목과 효과적(Design verification) (Process verification)

으로 연계가 가능하다

신뢰성 데이터분석기술 확보(4)

부품의 개발과정에서 몇 개의 표본에 대한 고장시간 데이터가 있을 때 Weibull

분포를 활용한 신뢰성 성장분석이 가능하게 되었다 개발프로그램이 운영되는 동안

신뢰성 수준의 변화를 추적할 수 있어 목표하는 신뢰성 수준을 달성하기 위하여 충

분한 비율로 성장하고 있는지의 여부를 가능한 빠른 시간 내에 판단할 수 있고 그

에 따라 필요한 자원을 적절히 배분할 수 있다 따라서 개발책임자는 시험데이터로

부터 현재 시스템의 신뢰성 수준 성장률의 평가 앞으로 기대되는 달성 가능한 수

준에 대한 결정이 가능하다

경제적 측면의 효과로는

제품에 대한 내구성 및 동특성 정특성에 대하여 요구사양 이상으로 특성관리(1)

를 행할 수 있어 해외 부품메이커들에 대한 경쟁력 우위로 수출력을 향상할 수 있

게 되었다

개발기간을 단축할 수 있게 되어 개발비의 절감을 가져올 수 있게 되었다(2)

재료배합 형상설계 및 공정설계에 대한 기술개발의 표준 정립으로 개발 기간의 단

축이 가능하게 되었다

본 과제 결과를 활용하여 다른 방진제품에 대한 신뢰성 관리로 수출(3)

- 89 -

시장을 개척하여 신규거래처를 확보할 예정이다 신뢰성 데이터의 관리가 이루어져

제품수명에 대한 설득력 있는 자료의 제시가 가능하게 되었다

향후 연구계획으로는

고무부싱부품의 특성상 내구성만의 개선이 최선이 아니고 정특성과 동특성을 일

정수준으로 동시에 고려하여야 한다 따라서 이 부분에 대한 동시적인 실험설계가

시스템화 되도록 추가적인 연구가 요구된다

- 90 -

참고문헌참고문헌참고문헌참고문헌[ ][ ][ ][ ]

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Journal of Fatigue Vol27 2005

[8] McLean R A and Anderson V I Extreme Vertices Design of Mixture

Experiments Technometrics Vol8 No3 1966

- 96 -

주 의

이 보고서는 산업자원부에서 시행한 부품소재종합기술지원사업의 최1

종보고서이다

이 신뢰성기반기술확산사업 내용을 대외적으로 발표할 때에는 반드시2

산업자원부에서 시행한 부품소재신뢰성기반기술 사업의 지원결과임을

밝혀야 한다

- 97 -

이 보고서는 산업자원부에서 시행한

부품소재 신뢰성기반기술확산사업의 최종보고서이다

- 6 -

제 장 부품의 신뢰성성장관리제 장 부품의 신뢰성성장관리제 장 부품의 신뢰성성장관리제 장 부품의 신뢰성성장관리8888 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 76767676

제 절 신뢰성성장관리제 절 신뢰성성장관리제 절 신뢰성성장관리제 절 신뢰성성장관리1111 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot76767676

제 절 신뢰성성장 데이터분석제 절 신뢰성성장 데이터분석제 절 신뢰성성장 데이터분석제 절 신뢰성성장 데이터분석2222 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot83838383

제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론9999 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot 87878787

참고문헌참고문헌참고문헌참고문헌[ ][ ][ ][ ] middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot90909090

부록 시험장비부록 시험장비부록 시험장비부록 시험장비 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot91919191

- 7 -

제 장 서 론제 장 서 론제 장 서 론제 장 서 론1111

제 절 개요제 절 개요제 절 개요제 절 개요1111

자동차의 현가장치는 주행 중 노면에서 받는 충격이나 진동을 완화시키는 부분

으로서 스프링 쇽업소버 고무부싱 과 컨트롤암등의 요소로 구성 (Rubber bushing)

되어 있으며 여러 형식에 따른 차체 고정 장치나 횡 방향 또는 길이방향의 힘을

지지하는 링크 등으로 이루어져 있다 이 중 고무부싱의 내구성이 약하면 콘트롤

암 에서의 이탈사고나 차량의 떨림 소음으로 인한 고객 불만이 발생(Control arm)

하게 된다 따라서 국내외 시장에서의 경쟁력 향상을 위해 고무부싱에 대한 내구

성 정특성 동특성의 개선을 위한 기술의 개발이 요구되고 있다

그림 자동차 현가장치[ 11]

- 8 -

그림 고무부싱과 콘트롤암[ 12]

제 절 신뢰성향상 지원목표 및 내용제 절 신뢰성향상 지원목표 및 내용제 절 신뢰성향상 지원목표 및 내용제 절 신뢰성향상 지원목표 및 내용2222

최종목표최종목표최종목표최종목표1111

현재 개발 중인 현가장치용 고무부싱 시제품 에 대한 내구성능은 수요(Prototype)

기업의 시험사양 기준 으로 최고부하 의 경우(Delphi 22204309) (Maximum load)

정상부하 의 경우 의 수준을 요구하고20000 Cycle (Nominal load) 150000 Cycle

있다 본 연구개발의 목표는 해외에서의 경쟁력을 확보하기 위하여 시험 사양 기준

으로 최고부하의 경우는 정상부하의 경우는 로의 성22000 Cycle 170000 Cycle

능향상을 목표로 한다 또한 그 외 정특성 동특성의 성능도 고객사에서 요구하는

현재수준의 이상 개선을 목표로 한다5~10

- 9 -

지원내용지원내용지원내용지원내용2222

자동차 신 모델을 개발하는 경우 고무부싱의 시제품은 실차에 적용하여 평가하

고 있으며 시험은 진동에 대한 반응 수직 충격 흡수 과속 방지 턱에 대한 진동흡

수 등에 대하여 종합적으로 평가한다

따라서 고객이 요구하는 품질수준을 만족하기 위해서는 고무배합기술 형상설

계기술 접착공정기술 등에 대한 설계심사 와 설계 단계별 고장모드 (Design review)

분석 실험계획법 수명예측 시험 및 시뮬레이션 평가에 따른 수명한계의 정의를 명

확히 하여 장기내구신뢰성에 대한 보증대책이 절실히 필요한 실정이다

신뢰성을 향상시키기 위해 다음과 같은 내용의 지원을 행한다

고무 배합설계 형상설계 접착기술에 대하여 해당요인의 기술적 배치를 위한-

실험계획법의 활용기술 제공

특성데이터의 화를 통한 기술개발의 표준정립- DB

잠재적 고장원인 분석방법 기술 제공-

신뢰성시험장비 및 고장분석 장비 활용 방법 및 데이터분석기술 제공-

- 10 -

제 장 신뢰성평가 기준 및 항목제 장 신뢰성평가 기준 및 항목제 장 신뢰성평가 기준 및 항목제 장 신뢰성평가 기준 및 항목2222

차량이 주행하면서 노면의 요철이나 돌기부위를 타고 넘어갈 때에는 현가장치에

상하방향의 충격력뿐만 아니라 전후방향으로도 충격력이 작용하여 승차감 및 하시

니스 현상을 악화시킨다 현가장치 부싱류의 스프링정수 값이 낮을수록(Harshness)

차량의 승차감이 좋아지지만 조정 안정성이 악화되고 시미 가 발생하는 (Shimmy)

등의 상반적인 특성이 있다 그러므로 노면 충격에 대해서는 현가장치의 유연성을

부드럽게 설계하고 차량의 좌우방향에 대해서는 강하게 딱딱하게 설계하는 세밀한 ( )

조정이 요구된다

일반적으로 정강성을 동강성을 로 표현하며 동강성과 정강성 간의 비율ks kd

을 동배율이라 한다 동배율이 낮을수록 차량의 실내소음에는 유리한 경향을(kdks)

갖는다

본 연구개발에서는 의GMUTS(General Motors Uniform Test Specification) Test

을 실행하여 내구성을 목표 사이클 이상으로 개선하고 고객사에서 요구하는 정Run

특성과 동특성 비틀림 토크를 개선항목으로 선정하여 제품의 품질 및 신뢰성 향상

을 진행하였다

고객사의 요구 수준 에 따르면(Delphi Test Specification 22204309) Tension

와 가 동시에 일 때Compress Alternating Torsion Stress Max Load 20000 Cycle

일 때 을 요구한다 본 프로젝트의 경우 해외부품메이Normal Loads 150000 Cycle

커들에 대한 경쟁력을 확보하기 위하여 기본 요구 수준을 넘어 향상된 제5~10

품신뢰성을 확보를 목표로 하고 있다

- 11 -

표 평가항목 및 목표[ 21]

본 연구를 위한 대상 부품은 제안당시는 모델이었으나 수요기업 의DA-7 (Delphi)

필요성에 따라 모델로 연구대상을 변경하게 되었다 고무부싱으로서의 기능DA-2

은 동일하나 그림 과 같이 형상의 차이가 있으며 평가항목별 목표수준도 다[ 21]

르다

그림 대상품의 변경[ 21]

- 12 -

제 장 신뢰성향상을 위한 고려요소 및 고장분석제 장 신뢰성향상을 위한 고려요소 및 고장분석제 장 신뢰성향상을 위한 고려요소 및 고장분석제 장 신뢰성향상을 위한 고려요소 및 고장분석3333

제 절 고려 요소제 절 고려 요소제 절 고려 요소제 절 고려 요소1111

고무부싱에 대한 고객의 요구조건 만족과 성능향상을 위한 방안은 크게 세 가지

로 분류할 수 있다

첫째는 재료배합개선으로 고무의 특성을 개선하여 성능을 향상시키는 방안이며

둘째는 처럼 고무의 양이 적은 경우 허용하는 범위 내에서의 형상 변화를 통DA-2

한 성능향상 방안이며

셋째는 도포공정을 포함한 공정개선에 의한 방법이다

그림 은 부싱의 성능향상을 위한 개선방안을 나타내고 있다[ 31]

그림 성능향상을 위한 개선방안[ 31]

재료배합재료배합재료배합재료배합1111

고무의 배합 은 황화제 촉진제 가공제 유기산 금속산화제 노화(compounding)

방지제 보강제 충진제 등으로 기초배합을 설정한 후 인장강도와

- 13 -

신장율 경도 반발탄성 인열강도 인장응력 노화 후 물리적 현상 등을 고려하여

배합 설계를 하게 된다 특히 고무 제품의 경도를 높이기 위한 보강성과 경도가 높

으므로 잘 마모되지 않는 내마모성과 관련하여 카본블랙 을 사용하(Carbon Black)

며 고무제품의 특성을 결정하는 중요한 부분이다 사용 중인 카본블랙은

의 분류 방법에 의해 표 과 같이 구ASTM(American Standard Test Method) [ 31]

분된다

표 카본블랙의 분류[ 31]

ASTM CODE 일 반 명 칭 입자경( )

N110 초내마모성SAF (Super Abrasion Furnace ) 11-19

N220ISAF (Intermediate Super Abrasion Furnace

준초내마모성)20-25

N330 고내마모성HAF (High Abrasion Furnace ) 26-30

N440 초전도성XCF (Extra Conductive Furnace ) 31-39

N550 양압출성FEF (Fast Extruding Furnace ) 40-48

N660 범용성GPF (General Purpose Furnace ) 49-60

N774 중보강성SRF (Semi Reinforcing Furnace ) 61-100

N880 미립열분해FT (Fine Thermal ) 101-200

N990 중립열분해MT (Medium Thermal ) 201-500

카본블랙은 요오드가 와 광흡수도 가 높을수록 입자경은 작고(Iodine number) (Tint)

흡수율 이 클수록 구조가 발달되어 있다DBP(Di-dutyl phthalate) (Oil absorption)

카본블랙은 입자경이 작고 고무와 결합하는 표면적이 클수록 고무의 경도

와 내마모성 등의 물성을 보강하는 능력이 크다 그(Hardness) (abrasion resistant)

러나 경도와 탄성 은 반비례이므로 탄성은 오히려 감소하게 된다 또한(Elasticity)

작은 입자경은 탄성체 의 항복점 을 연장하는데(Elastomer) (Micro-Brownian motion)

탁월하다 탄성체는 항복점 이후

- 14 -

에 탄성의 성질을 잃어버리고 소성을 띠게 되는데 카본블랙은 이러한 고무의 물성

을 조정하는 중요한 인자이다

형상설계형상설계형상설계형상설계2222

자동차 모델에 따라 수요기업에서 의 외형형상에 대한 기본 설계를 제공Bushing

하지만 철과의 접촉부분 등 세부설계는 제조업체에서 실시하여야 한다 따라서 각

부분의 세부적 모양이나 각도에 따라 고무 철의 재료량에 영향을 미치며 이는 결

국 내구성 등 특성 치에도 영향을 미치게 된다

결정하여야 할 주요 요소로는 내철 구배각도 외철 접착(Inner pipe) (Outer pipe)

부분 등이다 이밖에 외경크기의 산포에 따라 내구성에 영향을 미칠 수 있으며 이

는 품질관리 활동에 의해 사이징 공정에서 최종규격을 맞추게 된다(Sizing)

공정설계공정설계공정설계공정설계3333

재료설계와 함께 부품의 내구성 정특성 동특성을 결정하는 주요공정은 철과 고

무를 접착시키는 접착제 도포 공정과 가류 가황 공정이다( )

가 가류공정가 가류공정가 가류공정가 가류공정

고무분자의 공유결합을 유도하여 기계적 강도를 높이는 작업이다 가황 또는

가류라고 하며 생고무에 유황 같은 가황제를 가하여 고무 분자 간에 결합을 강하게

하고 탄성 인장강도 등을 증가시킨다 가황고무의 가장 큰 특징은 탄성이 커지는

것이며 노화 가 더디고 변형 시에도 체적변화가 크지 않다는 것이다 중요한 ( ) 老化

관리 항목으로서는 가류온도 금형 쳄버 스쿠류 가류시간 가류압력 등이며 공정( )

설계에 따라 특성에

- 15 -

중요한 영향을 미친다

나 접착제도포공정나 접착제도포공정나 접착제도포공정나 접착제도포공정

접착강도는 시험방법 접착방법 시험시의 조건 시편의 기하학에 따라 다르게 나

타난다 도포방법으로는 침지법 붓칠법 롤 코팅법 (Dipping) (Brushing) (Roll

스프레이법 그리고 덤브링법 이 있다Coating) (Air Spray) (Tumbling)

프라이머 는 피착제 표면과의 친화성이나 접착제와의 상용성이 뛰어나지(primer)

않으면 안되고 동시에 접착 저해물과의 상용성도 높아야 한다 또 프라이머 중의

유효성분 쪽이 피착제 표면에 흡착되어 있는 저해성분 보다 피착제에 의하여 안정

하게 흡착 되어 있는 것이 중요하다 따라서 프라이머는 충분한 교반(Adsorption)

균일하고 엷은 도포 그리고 완전한 건조가 이루어 져야 한다

고무를 강력하게 접착시키기 위해서는 접착제가 적당히 고무 중으로 확산 된 후

에 고무와의 사이에서 상호 확산과 가교반응을 일으킬 필요가 있다 따라서 고무와

상용성이 있는 적절한 접착제 선정이 필수이며 충분한 교반 점도 조절에 의한 균

일한 도포 적당한 두께 완전한 건조 온도와 시간 가 이루어져야 한다 ( )

- 16 -

제 절 고장분석 자료 해석제 절 고장분석 자료 해석제 절 고장분석 자료 해석제 절 고장분석 자료 해석2222

설계설계설계설계1 FMEA1 FMEA1 FMEA1 FMEA

설계 는 설계 단계에서 발생하는 위험FMEA(Failure Mode and Effect Analysis )

성을 발견하기 위한 것으로 잠재적인 결함을 확인 한 후 그 영향의 심각성을 평가

하고 중점 관리 항목과 잠재적 설계 결함에 대응하기 위한 것으로 설계상의 문제

점들을 검증하고 효율적 설계개선을 행할 수 있도록 해준다 설계에 대한 잠재고장

모드의 리스트 중요 관리 특성 리스트 고장모드의 원인 제거나 발생률 감소를 위

한 설계활동 리스트 등이 그 결과물이 된다 에 대한 설계 는 표 DA-2 FMEA [ 32]

에 열람하였다

본 제품의 설계 에서는 아래 항목들에 대해 중점적으로 고려하였다FMEA

과다한 진동과 소음 형상 및 재료설계 오류로 인한 정특성 동특성 값의 불1) -

만족

내구성 문제 내철 외철의 파손 철 고무의 접착 불량 고무의 미가류 과가류2) -

외관 불량 내철 외철의 부식 미가류 과가류로 인한 고무의 이상 형태 고무3) -

버 나 살 로 인한 외관 불량 형태(burr) (flesh)

- 17 -

표 설계[ 32] FMEA

- 18 -

- 19 -

공정공정공정공정2 FMEA2 FMEA2 FMEA2 FMEA

공정 은 제품생산 공정에서 발생할 수 있는 잠재적인 문제점 또는 위험성FMEA

을 발굴하여 효과적으로 대응하기 위한 분석 기법으로 제품의 중대사고 발생 예방

으로 고객의 불만을 방지할 수 있으며 결함의 영향을 제거 또는 감소를 위한 부분

별 대책 수립의 근거가 되며 생산 문제점 검증을 통한 효율을 제고할 수 있다 공

정상의 잠재고장 모드와 그 영향을 검토 할 수 있으며 엔지니어들이 불량발생을 낮

추거나 불량 탐지 능력을 증대시킬 수 있는 관리 수단 또는 방법에 초점을 맞출 수

있도록 공정결함을 규명할 수 있다 공정에 대한 잠재고장 모드의 리스트 중요 관

리 특성 리스트 고장 모드의 원인 제거나 발생률 감소를 위한 공정 활동 리스트

들 결과물을 얻을 수 있다

표 에 보여준 의 공정 에서는 특히 아래 관련 항목들이 내구성 향[ 33] DA-2 FMEA

상과 품질개선을 위하여 중점적으로 검토되었다

접착제 도포 공정 의 점도관리체계에 의한 접착제 도포두께 관1) Zahn Cup No2

리상태 불량 건조상태에서 발생할 수 있는 접착제의 이상적 화학반응 및 건조상태

등

가류공정 고무와 내철 외철류의 이상적인 화학반응으로 인한 불량 접착상태2)

사출 성형후 고무의 갈라짐 흠집 등에 의한 외관 불량상태

시험 검사 공정 내구사양의 불만족상태 동특성 정특성 값의 사양 불만족상태3)

고무와 내 외철의 고무접착강도 불만족상태 등을 고려함

- 20 -

표 공정[ 33] FMEA

- 21 -

- 22 -

- 23 -

- 24 -

제 장 재료배합개선제 장 재료배합개선제 장 재료배합개선제 장 재료배합개선4444

제 절 배합의 기본 조건제 절 배합의 기본 조건제 절 배합의 기본 조건제 절 배합의 기본 조건1111

방진 고무부품을 만들려면 다음의 가지 공정을 거친다3

배합공정 사용목적에 따라 원료고무를 선택하고 배합약품의 종류와 양을 결middot

정하는 공정

가공공정 정해진 배합에 따라서 고무와 배합약품을 섞고 혼련 일정한 두께middot ( )

의 고무 시트를 제조하고 만들고자 하는 모양으로 절단하는 공정

가황공정 만들고자하는 모양으로 절단한 미가황 고무에 고무 탄성을 갖게middot

하고 물성을 개선하는 공정

이들 중 배합은 가공공정 가황공정 및 만들어진 제품 성능에 절대적인 영항을 미

치므로 배합설계자는 배합설계 를 할 때 다음의 가지 점(Compounding design) 3

에 균형을 잘 조화 시켜야 한다(3P)

최종 제품의 요구물성을 충족시킬 것middot (Property)

가공이 쉬울 것middot (Processing)

부피 당 배합단가가 적정할 것middot (Price)

또한 이와 같은 조건을 충족시키는 배합설계를 하기 위해서 배합설계자는 배합

의 목적 배합에 사용되는 원료고무와 각종 배합제의 성질 배합의 기초 배합단가

제품이 만들어 질 때까지의 작업 및 설비 등을 주지해야 한다

배합에는 원재료의 시험이나 평가를 목적으로 하는 배합과 공장에서 제품을 만들

기 위한 배합으로 나룰 수 있다

원재료의 시험이나 평가를 목적으로 하는 배합은 원재료의 대체나 품질

- 25 -

확인을 위한 기초 배합과 새로운 원재료가 개발됐을 때 이곳에 대한 실제적인 용도

개발을 위한 시험 또는 연구배합이 있다 개발을 위한 시험 또는 연구배합에서는

기초적인 성상을 구하는 배합으로부터 실용화에 대비한 응용배합에 이르기 까지를

검토의 대상으로 하기도 한다

제품을 생산하기 위한 목적으로서의 배합이란 종래에 없었던 새로운 요구가 있

었을 때 종래 사용하던 원재료를 써서 그 목적에 알맞은 배합을 결정하여 공장에

서의 실제 생산에 투입하는 경우를 뜻한다

고무 부싱과 엔진마운트와 같은 방진을 목적으로 하는 고무제품의 재료를 보면

등의 계의 고무가 적합하다는 게 일반적인 고무업체의 정설이NR SBR BR Diene

다 하지만 목적에 맞게 고무의 원재료를 선택하여야 한다 결국 방진이라는 기능의

고무 특성을 만족하기 위해서는 가교라는 차원 구조의 밀도를 요구하고 있다는 것3

을 알 수 있다

일반적인 방진고무의 요구특성으로는 다음과 같은 조건을 만족하여야 한다

첫째 파단 특성을 만족하여야 한다 즉 분자들과의 높은 응집력과 와의 높 Filler

은 친화성으로 응력을 분산시키는 구조로 이루어져야하는 조건을 만족하여야 하며

둘째 특성을 만족하여야 한다 에 대한 조건을 만족시키기 위해서 Creep Creep

는 고무의 분자 회전성이 높고 응집에너지가 낮을수록 좋다

셋째 내열성 및 내열 산화성에 대한 조건을 만족하여야 한다 이것은 일반적으로

기계적인 모든 성질은 온도의 의존성이 낮을수록 바람직하다고 할 수 있다 이에

방진목적의 고무도 이 같은 성질을 만족하여야 한다

- 26 -

넷째 일반적인 방진 제품은 고무만의 단독 현상으로는 그 형태를 유지하기 힘들

며 금속과의 결합을 통하여 그 방진특성을 만족하여야 한다 이에 방진고무의 기본

적인 성질은 금속과 접착성이 좋아야 한다는 조건을 만족하여야 한다

다섯째는 감쇄계수에 대한 부분으로 감쇄계수가 크고 온도의존성이나 주파수 의

존성이 좋아야 한다 일반적으로 은 감쇄가 적고 소변형에서 대변형에 이르기까 NR

지 선형의 복원을 하며 주파수에 의존하지 않은 특성을 가지고 있으므로 방진고무

로 적합하다고 할 수 있다

여섯째 탄성율에 관한 내용으로 일반적으로 방진 고무의 탄성율은 온도 및 진폭

의존성이 낮은 쪽이 좋게 된다

마지막으로는 정적강성과 동적 강성의 비로 표현되는 동배율에 유의해야 한다

일반적으로 방진고무의 감쇄 특성을 고려하면 동배율이 높은 것이 유리하지만 동적

특성의 온도의존성 변형율 동적 변형율에 의한 발열 및 내피로특성을 보면 저동배

율 쪽이 유리하다

제 절 재료배합 개선방안제 절 재료배합 개선방안제 절 재료배합 개선방안제 절 재료배합 개선방안2222

원재료 및 배합제의 개선원재료 및 배합제의 개선원재료 및 배합제의 개선원재료 및 배합제의 개선1111

고무부싱 제품의 경우 그 기능상의 요구로 인하여 주로 계열의 천연고무를NR

원재료로 사용한다 본 연구에서도 계열의 천연고무를 원재료로 하고 요구 특성 NR

의 개선을 위해 배합제의 선정을 대해 연구하였다 일반적으로 천연고무 및 합성고

무에 적용되어지는 배합제는 가황속도 조절 가공의 원활화 품질특성 개선 그리고

특수 성능 등의 목적으로 사용되어

- 27 -

진다 배합제의 종류로는 가공조제 연화제 유기가황제 가황촉진제 노화방지제

등으로 나눌 수 있다

요구 경도의 결정은 함량을 조절하여 설계하였으며 품질특성을 향상 시Carbon

킬 수 있는 재료를 연구한 결과 미세 으Caron Carbon Black(MAF FEF GRADE)

로 물성을 향상 시킬 수 있도록 하였다 특성에 큰 영항을 주는 배합제의 경우 그

용도에 따라 많은 종류를 인자로 적용할 수 있지만 많은 인자로 인하여 발생하는

비용적 시간적 손실을 최소화하기 위해 본 연구에서는 원재료와 함량을 Carbon

고정한 후 촉진제 종류와 가황제의 양을 조절하는 방식으로 배합제에 대한 최적의2

조합을 선택하는 방법으로 접근하였다

내구성 향상을 위한 방안내구성 향상을 위한 방안내구성 향상을 위한 방안내구성 향상을 위한 방안2222

내구성을 향상시키기 위한 일반적인 방법은 경도를 향상시키는 것인데 경도를

높이는 방법만으로는 다른 특성 즉 정 동특성을 동시에 만족시킬 수 없는 어려움이-

있다 이에 본 연구에서는 방진용 제품이 요구하는 정 동특성과 내구성을 Bushing -

동시에 향상 시킬 수 있는 방안을 모색하기 위하여 촉진제와 가황제를 이용하여 최

적을 배합설계를 이루고자 하였다

내구성을 향상시키기 위한 방법으로 보통 량의 조절을 통한 경도 조절법Carbon

을 이용하게 되는데 본 연구에서 적용한 은 미세 Carbon Carbon Black(MAF FEF

으로 인장강도 및 경도 인장응력을 증대하는 효과를 얻고자 하였다 이러GRADE)

한 미세 의 적용과 동시에 보강제의 분산 및 흐름성 개선을 위하여Carbon Black

가공조제를 개선하여 적용하였다

가교시스템의 향상 방안가교시스템의 향상 방안가교시스템의 향상 방안가교시스템의 향상 방안3333

가황반응 고분자 주쇄간 가교결합을 통한 차원 망상구조를 형성하(Vulcanization) 3

여 고분자 화합물의 복원력 탄성 특성 및 기타 요구물성을

- 28 -

증가시킨다 다양한 가교결합 형태 중 방진고무산업에서 많이 이용되고 있는 가교

결합은 을 도입한Polysulfide (-C-Sx-C- x=1~4) Conventional CV(Vulcanization)

계를 많이 사용한다 여기서 사용되고 있는 인 천연고무 Polymer (Natural Rubber

의 배합에 있어 가교 또는 가류형태의 변화에 따라 물성 및 특성의 변화가 있NR)

음을 알 수 있다 즉 가교형태 변화에 따른 유사한 특성을 나타내는 Stress-Strain

조건하에서 공정특성 및 전반적인 물성에 영향을 미침을 알 수 있다 의 기 Polymer

본 배합에서 촉진제나 황 공여체 증가에 따라 가류 유도시간(Sulfur Donor)

은 길어지나 가류속도는 빨라진다 특히 고온 가류 시 과 가류(Induction time)

에 의한 물성하락을 방지하기 위해 열 안정성이 우수한(Overcure) EV(Efficient

계를 사용하는 것이 근래에 소개되고 있다 고분자의 물성은 가교형Vulcanization)

태뿐 아니라 가교밀도에 크게 의존한다 가교계 변화에 따른 인장강도의 영향은 매

우 적은 반면 신장율은 계에서 로 같수록 감소CV(Conventional Vulcanization) EV

하는 경향이 있다

이란 가류시간의 지연 또는 과가류로 인한 고무 물성의 저하를 말한Reversion

다 이러한 현상은 제품의 외면이 과도한 열에 노출될 수 있다 다중황공유 결합의

열적노화현상이 발생하며 가교형태가 다중황 결합에서 단일황(Polysulfidic)

결합으로 바뀌게 되며 밀도가 현저하게 저하되고 환상형 씨오알켄(Monosulfidic)

과 씨오알칸 구조로 바뀌게 된다 결과적으로 재료의 물성(Thioalkene) (Thioalkane)

과 기계적 성질이 떨어지게 된다

이 발생하는 시간을 가교형태에 따라 비교하여 보면Reversion CV lt Semi-CV lt

으로 알려져 있으며 시스템에서는 촉진제 종류에 따라서 인장과 신율의 물EV EV

성에 하락 없이도 공정 안정성 특성이 매우 우수하다 이 Anti-Reversion

으로 인해서 물성과 기계적 성질을 향상시킬 수 있으며 황공여체 사Anti-Reversion

용 또는 계로 가교형태를 전환함으EV

- 29 -

로써 가능하다 이로써 가교의 다중황결합 을 줄이고 단일 또는 이중황 결 (S3~S8)

합으로 내열성 및 결합의 안정성을 증가시킬 수 있다 이러한 과정에서 공정설계상

계보다 더 낮은 가류온도와 더 길어진 가류시간이 필요하게 된다 이러한 계CV EV

에서는 정도의 황과 계에 비해서 다소 많은 양의 촉진제를 사용하02~05 phr CV

게 된다 여기에 근거하여 혼합물성분의 한계 표 표 에 나타난 황과 촉 ([ 42] [ 44])

진제 양의 범위를 정하였다

발생 시간의 효율적인 제어를 위하여 본 연구에서는 적절한 촉진제의Reversion

배합량을 조절하여 방진제품에서 요구하는 특성을 만족하는 조건을 선정하고자 하

였다 그림 은 의 예를 보여준다 [ 41] Reversion

그림 의 예[ 41] Reversion

본 연구에서는 인장 내열 강도의 증가와 동 정특성 내구성 증가를 위한 가교 시- -

스템의 향상 방안으로 황량을 조절하여 Convension Type(Efficient Vulcanization

을 통하여 결합력을 증대시켰으며 촉진제를 조절하여 가- CURE STIES-CC-C)

교효율을 증대하였다 또한 가황 조건에 변화가 적은 배합설계를 하여 향상된 적정

가황이 될 수 있도록

- 30 -

하였으며 를 정립화하여 최적의 적정 가황 포인트를 찾아 인장이 최CURE-STUDY

적일 때 내구성이 최적이고 가황제품과 시편을 동시에 함으로 시편과CURE-STUDY

제품의 상의성을 방지할 수 있었다

자동차업계에서는 일반적으로 고가의 폴리머를 선호하지만 본 연구를 통하여 가

격이 낮은 폴리머로도 성능향상이 가능하다는 것을 입증하였고 향후 타 아이템에도

연계 적용함으로 새로운 배합설계를 구축하였다

실험계획법의 적용실험계획법의 적용실험계획법의 적용실험계획법의 적용4444

기존의 개발 진행 방식은 경험에 의한 시행착오 접근 방법을 사(Trial and Error)

용하여 성능향상을 도모하였으나 본 연구에서는 배합물설계에 위한 실험계획법

기술을 적용하여 이론적으로 최적의 배합설계를 이(DOE Design of Experiment)

룰 수 있는 방법을 연구하였다

일반적인 고무제품의 배합은 많이 알려져 있지만 특성 향상을 위한 방안이나 그

배합에 대한 신뢰성에는 많은 의문점이 제기 되는 게 현실이다 본 연구에서는 요

구특성을 만족시키기 위하여 선정된 촉진제의 배합조건의 최적화를 실현하기 위하

여 실험계획법의 꼭지점계획법을 이용하여 그 효율성을 검증하고자 하였다 배합의

경우 어느 독립적인 인자의 선정으로는 그 효과를 극대화 시킬 수 없는 특성이 있

는데 본 연구에서는 선정된 촉진제 및 폴리머의 조건 하에서 최적의 배합 조건을

찾아보고자 하였다

재료배합설계의 개선을 위한 방안을 정리하면 표 과 같다[ 41]

- 31 -

표 내구성 및 정 동특성 동반향상을 위한 개선방안[ 41] -

항 목항 목항 목항 목 기존 방안기존 방안기존 방안기존 방안 제안된 개선 방안제안된 개선 방안제안된 개선 방안제안된 개선 방안

배합 설계 방안

경험적 배합 설계

고 배합설계COST

국내수급재료사용

실험적 분석기법 도입

저 배합설계COST

해외재료수입

내구성 향상

량 변경Carbon

용도별 적정 적용Carbon

정동특성 향상 방안을 동시==gt

고려

경험적 수치의 가황제 량 선정

가교 시스템 향상 방안을 고려한

가황제 량 선정

(EV - CURE)

결합력 증대==gt

경험적 수치에 의한 촉진제 량

선정 경도별 선정 미비( )

가교 효율을 반영한 촉진제 량의

선정

적정한 가황 포인트 파악을 위한(

실시Cure Study )

정 동특성 향상-

정특성 향상 방안 경도 증가

동특성 향상 방안 경도 하락

두 특성을 만족시키기 위한==gt

경험적 수치의 경도 선정

데이터베이스를 활용한 배합설계

정 동특성을 동시에 만족할 수-

있는 배합제 적용

분산 및 흐름성 개선==gt

형상개선과 동시 고려==gt

- 32 -

표 는 지원 전 배합비율과 특성별 성능수준을 나타낸다[ 42]

표 지원 전 성능수준[ 42]

- 33 -

제 절 꼭지점계획법에 의한 최적배합조건제 절 꼭지점계획법에 의한 최적배합조건제 절 꼭지점계획법에 의한 최적배합조건제 절 꼭지점계획법에 의한 최적배합조건3333

재료설계에 적용되는 실험계획은 혼합물 배합에 관한 실험계획으로서 몇(Mixture)

개 성분의 혼합물 중 어떠한 성분이 품질의 특성에 유의한 영향을 미치는지를 분석

하여 반응을 최대로 만드는 최적혼합비율을 찾고자 하는 실험계획이다

혼합물실험에 적용되는 실험계획으로는 심플렉스 격자형배열법 심플렉스 중심배열

법 꼭지점 계획법 등을 주로 적용한다 본 실험에서는 심플렉스의 전 영역이 아니

라 제한된 영역에서 실험을 하고자 하므로 꼭지점계획법(Extreme vertice design)

을 적용하였다

고무부싱의 재료배합에서는 개의 성분재료가 있고 이들을 어떤 비율로 배합하는

것이 품질특성치를 가장 좋게 하는가를 찾는다 성분의 혼합에 있어서 를 번째

성분의 혼합비율이라고 하면 다음과 같은 관계식을 만족시켜야 한다

이러한 경우는 일반적 실험계획법처럼 심플렉스의 모든 영역에 실험이 배치되는 것

이 아니고 제한된 영역에서만 실험을 하는 경우이다 즉 각 인자 가 (Factor) 0 le

의 모든 값을 취할 수 있는 것이 아니라 제한된 구간1le

안에서만 값을 취한다 이와 같은 경우는 경제적인 이유나 또는 실험 전에 인자들

의 성질에 대하여 상당한 정보가 있는 경우이다 위의 식과 같은 인자의 구간이 설

정되면 실험가능영역은 심플렉스 상의 좁은 영역이 된다

- 34 -

과 은 제한된 실험영역에 대한 실험계획법으로 꼭지점 계획법Mclean Anderson

을 제안하였다 이 계획법은 제한된 영역이 가지는 모든(extreme vertices design)

꼭지점과 이 꼭지점들의 선형조합으로 이루어지는 몇 개의 점을 적절히 선택하는

실험계획법이다 만약 개의 혼합성분이 사용되는 경우 실험영역을 그림으로 그리 4

면 그림 와 같이 사면체 속에 위치하는 면체가 된다 과 은[ 42] 6 Mclean Anderson

이 면체의 꼭지점과 중심점을 실험점으로 선택하는 방법에 대한 예제를 제시하고6

있다

그림 개의 혼합성분에 대한 꼭지점계획법[ 42] 4

고무부싱의 재료설계 시 혼합물은 고무 카본 및 배합원료로서 황화제 촉진제

가공제 유기산 금속산화제 노화방지제 보강제 충진제 등을 사용한다

재료 배합 실험은 경도별로 나누어 실행되었으며 표 은 경도 도 오차범[ 43] 48 (

위 plusmn 도 에 대한 혼합물성분의 한계이다 에 성분의 한계를 입력한 결과2 ) MINITAB

네 가지 성분에 대하여 표 와 같은 총 회의 실[ 44] 17

- 35 -

험점이 생성되었다 실행 의 경우 의 성분을 1 A B C D 09807 00068 00011

의 비율로 섞어서 실험하라는 의미이다00114

표 혼합물 성분의 한계[ 43] (48Hs)

성분 하한 상한

A 외 기타Polymer 09774 09807

B 촉진제1 00068 00085

C 촉진제2 00011 00022

D Sulfur 00114 00119

표 꼭지점계획법에 의한 실험설계와 결과데이터[ 44] (48Hs)

을 활용한 혼합물 설계 데이터분석 결과는 표 표 과 같다MINITAB [ 45][ 46] 17

회의 실험점에 대한 데이터분석 결과 각 실험 점에서의 적합추정치와 신뢰구 95

간을 구할 수 있었다

- 36 -

표 을 보면 실험점 에 의한 배합조건으로는 신뢰구간으로[ 45] 14 95

의 내구성이 나타난다 에서는 각 성142322cycle ~ 146166cycle Nominal Load

분에 대한 제한조건을 만족시키면서 내구성을 최대로 하는 처리조건은 인자의 네

가지 성분 즉 외 에 대한 배합 비율이 Polymer Acc1 Acc2 Sulfur 097740

이었다 그리고 이 처리조건에서 예상되는 내구성은00085 00022 00119

에 도달할 것으로 추정되었다146943cycle

에서는 인자의 네 가지 성분의 배합비율이 와 마찬Maximum Load Nominal Load

가지로 이었다 그리고 이 처리 조건에서 예상되는09774 00085 00022 00119

내구성 추정치는 이었다18917cycle

표 데이터분석 결과[ 45] (48Hs Nominal Load)

에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응Dura(Nom)Dura(Nom)Dura(Nom)Dura(Nom)

- 37 -

반응 최적화 모수반응 최적화 모수반응 최적화 모수반응 최적화 모수

글로벌 솔루션글로벌 솔루션글로벌 솔루션글로벌 솔루션

예측 반응예측 반응예측 반응예측 반응

Dura(Nom) = 146943

- 38 -

표 데이터분석 결과[ 46] (48Hs Maximum Load)

에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응Dura(max)Dura(max)Dura(max)Dura(max)

반응 최적화 모수반응 최적화 모수반응 최적화 모수반응 최적화 모수

글로벌 솔루션글로벌 솔루션글로벌 솔루션글로벌 솔루션

외Polymer = 09774

- 39 -

Acc1 = 00085

Acc2 = 00022

Sulfur = 00119

예측 반응

Duro(max) = 189171

경도 도 오차범위 도 에 대한 혼합물성분의 한계와 에 의한 실험50 ( plusmn 2 ) MINITAB

점은 표 표 과 같다[ 47] [ 48]

표 혼합물 성분의 한계[ 47] (50Hs)

- 40 -

표 실험계획의 결과[ 48] (50Hs)

경도 도에 대한 혼합물 설계 데이터분석 결과는 표 표 과 같다50 [ 49][ 410] 17

개 실험 점에서의 적합추정치와 신뢰구간은 예측반응에 잘 나타나 있다95

에서는 각 성분에 대한 제한조건을 만족시키면서 내구성을 최대로Nominal Load

하는 처리조건은 외 기타 의 각 성분에 대하여 배합비Polymer Acc1 Acc2 Sulfur

율이 이고 이 처리조건에서 예상되는 내구성은09687 00088 00025 00200

에 도달할 것으로 추정되었다159209 Cycle

에서는 인자의 네 가지 성분의 배합비율이 와 마찬가Maximum Load Nominal Load

지로 이었다 그리고 이 처리조건에서 예상되는 내09687 00088 00025 00200

구성 추정치는 이었다 일 때와 일218572 Cycle Nominal Load Maximum Load

때의 적정배합비율이 다르게 나오는 경우가 있는데 이는 오차범위 경도의 경우( plusmn

도 가 비교적 넓은 고무의 특성에서 비2 )

- 41 -

롯되거나 측정오차에 따른 결과로 추정된다

표 데이터분석 결과[ 49] (50Hs Nominal Load)

에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응Duro(Nor)Duro(Nor)Duro(Nor)Duro(Nor)

반응 최적화 모수반응 최적화 모수반응 최적화 모수반응 최적화 모수

- 42 -

글로벌 솔루션글로벌 솔루션글로벌 솔루션글로벌 솔루션

예측 반응예측 반응예측 반응예측 반응

Duro(Nor) = 159209

표 데이터분석 결과[ 410] (50Hs Maximum Load)

에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응Duro(max)Duro(max)Duro(max)Duro(max)

- 43 -

반응 최적화 모수반응 최적화 모수반응 최적화 모수반응 최적화 모수

글로벌 솔루션글로벌 솔루션글로벌 솔루션글로벌 솔루션

예측 반응예측 반응예측 반응예측 반응

Duro(Max) = 218572

재료배합시험에 있어서 가류시간이 특성 치에 영향을 미치므로 레오그래프

분석에 의해 적정가류시간을 결정한다 레오그래프는 다음의 용도에(Rheograph)

활용된다

고무제품의 가류도 측정①

가류속도 측정②

최적의 가류공정 조건 확립③

가류약품 선정 및 배합 작성Recipe④

고무제품의 품질관리⑤

아래 그림 은 경도 도에 대한 재료의 레오그래프이다 그래프에 나타난 용[ 43] 48

어를 설명하면 다음과 같다

혼합물 의 가 가류되었을 때의 시간을 나타내며 가류시간을tc90- (Compound) 90

결정하는 기준으로 사용된다

스코치시간 을 나타내며 원하지 않는 가교가 일어ts2 - (Scorch time)

- 44 -

나는 시간으로 적절한 가류시간을 찾기 위해 필요한 과정임

고무의 특성을 토르크 값으로 나타낸 값으로 일반적으로 혼합물Tmax- (Torque)

의 경도에 따라 변함

평형 토르크MH- (Equilibrium torque)

최소 토르크ML- (Minimum torque)

본 재료시험에 적용된 가류시간은 의 배 사이에서 적정수준을 결정하tc90 1-15

였다

연구의 결과 카본의 입자가 작을수록 내구성은 향상시키지만 대체로 분산이 잘 되

지 않아 혼합물의 품질이 고르지 못하였다 따라서 카본의 분산도를 평가하여 만족

할 만한 수준이 나오는지 확인하였으며 상대적으로 작은 입자경의 카본을 사용하

여 내구성을 높이려 하였다

그림 경도 도 고무에 대한 레오그래프[ 43] 48

- 45 -

실험의 결과 카본블랙과 레오그래프와의 관계는 그림 와 같이 나타났다 그림[ 44]

에서 보는바와 같이 입자경의 크기가 증가함에 따라 결합력이 약해지므로 토르크

값이 낮아짐을 알 수 있다

그림 각종 카본블랙의 레오그래프[ 44]

- 46 -

본 연구에 적용된 카본 입자경의 크기와 양은 표 과 같다[ 411]

경도변화는 카본입자의 크기와 양에 따라 결정이 되며 레오그래프의 값이 Tmax

이러한 사실을 보여주고 있다

표 레오그래프상의 경도와 카본의 관계[ 411]

레오그래프는 섭씨 도에서 그려짐PHR = Part in Hundred Rubber 160

- 47 -

제 장 형상개선제 장 형상개선제 장 형상개선제 장 형상개선5555

제 절 외철의 스웨징 율 변화에 의한 개선제 절 외철의 스웨징 율 변화에 의한 개선제 절 외철의 스웨징 율 변화에 의한 개선제 절 외철의 스웨징 율 변화에 의한 개선1111

높은 품질의 부싱을 개발하기 위해서는 적절한 재료설계에 의한 경도 및 고무 특

성의 설정이 매우 중요한 요소이지만 고무의 특성 개선에만 의존하는 것은 한계점

이 있다 따라서 제품의 형상변화를 통해 고무의 특성을 극대화함으로써 내구성 및

품질특성을 향상시킬 수 있다

그림 은 부품의 세부형상과 설계도이다[ 51]

그림 세부형상[ 51] DA-2

- 48 -

그림 는 제품의 단면을 보여준다 그림에서 는 다른 모델에 비해 고무[ 52] DA-2

량이 다소 적음을 알 수 있다 형상 변화를 통한 품질특성의 개선을 시도함에 있어

서는 부품에 대한 조립성과 제조성 을 반드시(DFM Design for Manufacturability)

고려하여 형상변화를 꾀하여야 한다 본 제품의 경우 외철 과 내철 (outer pipe)

의 길이는 한정되어 있으며 그 직경의 변화도 허용공차를 미만(Inner pipe) 05 mm

의 수준으로 요구하고 있다

형상변경을 통한 성능향상 방안으로서 외철에 대한 스웨징율 을 변(Swaging rate)

경함으로서 외경크기의 변화를 시도하였으며 또한 내철의 구배각도를 변화시켜 개

선점을 찾으려고 노력하였다

그림 단면[ 52] DA-2

부싱의 경우 일반 적으로 스웨징이라는 공정을 거치게 되는데 이는 공정에서 외

경의 크기 조정을 통하여 성능을 향상 시키는 방법으로서 스웨징율을 조정함으로서

외철의 외경 크기를 허용범위 내어서 변화시키는 것이다 이는 스웨징에 따른 직경

변화에 의해 고무의 조직이 조밀해져 고무 특성을 향상시킬 수 있게된다

그림 은 스웨징의 방향을 나타내며 그림 는 스웨징 전 후의 외철의 크[ 53] [ 54]

기 변화를 보여주고 있다

- 49 -

그림 스웨징 방향[ 53]

그림 스웨징 전후의 외경 크기의 변화 단면[ 54] ( )

제 절 내철의 구배 변화에 의한 개선제 절 내철의 구배 변화에 의한 개선제 절 내철의 구배 변화에 의한 개선제 절 내철의 구배 변화에 의한 개선2222

아래 그림 는 형상 변화를 시도할 수 있는 내철 끝단 부분의 구배를 표시한[ 55]

그림으로서 는 구배각도를 나타낸다a

- 50 -

그림 구배각도[ 55]

그림 은 본 제품의 특성 요구 사항을 그림으로 표시한 것으로 고무부싱은[ 56]

및 의 외력에 대하여 적절하게 대응할 수 있도록 설계되어야 한다 부싱 종류F1 F2

의 경우 일반적으로 고무 제품의 유연함과 동배율 개선을 위하여 저경도의 고무를

적용하는 경우가 많은데 이 경우에는 외력에 대한 특성이 상대적으로 취약하게F1

나타나게 된다 이러한 취약점을 보완하기 위하여 본 연구에서는 그림 과 같 [ 57]

이 제품이 허용하는 범위 내에서 내철의 구배를 변화 시킨 후 실험데이터의 분석을

통해 성능 개선 방안을 찾고자 하였다

그림 부싱의 외력[ 56]

그림 의 의 경우는 구배를 주지 않은 경우이며 의 경우는 구배를 준[ 57] (a) (b)

경우를 표시하고 있다

- 51 -

의 경우 외력에 의하여 발생하는 반발력 은 순수한 고무 특성에 의해서(a) F1 Fr1

만 나타나게 된다 이러한 경우 저경도의 고무을 적용하였을 때 의 크기가 미미 Fr1

하여 적절한 특성을 발휘하지 못하게 된다

의 경우와 같이 내철에 구배를 주게 되면 의 외력에 대하여 구배가 들어간(b) F1

부분 에 의한 반발력 함께 가 생성되어 상대적으로 에 대한 저항력이 커Fr3 Fr2 F1

짐으로써 성능을 향상 시킬 수 있게 된다

그림 구배각도의 적용에 따른 차이 단면[ 57] ( )

그림 구배각도의 적용에 따른 차이 입체[ 58] ( )

- 52 -

제 장 도포공정개선제 장 도포공정개선제 장 도포공정개선제 장 도포공정개선6666

고무부싱의 내구성 향상을 위하여 필수적으로 관리하여야 할 공정이 도포공정이

다 도포공정은 접착의 원리에서부터 접착의 구조 접착의 강도 피착재의 표면처리

법 및 접착제 사용법 등 접착에 관한 전반적인 기술을 공정에 효율적으로 적용하여

야 한다

고무와 금속과의 접착력이란 접착제와 피착제 사이의 계면 결합력을 의미하며 접

착강도는 시험방법 접착방법 시험시의 조건 시편의 기하학 등 여러 인자에 의해

영향을 받는다 접착파괴는 접착제의 가장 약한 곳에서 일어나며 접착강도는 여러

가지 측정법에 따라 고유강도 잔류강도 측정강도 등과 같이 다르게 표현된다 고

무부싱의 접착구조는 그림 과 같다[ 61]

그림 접착의 구조[ 61]

프라이머 는 피착제 표면과의 친화성이나 접착제와의 상용성이 뛰어나야(Primer)

하고 동시에 접착 저해물과의 상용성도 높아야 한다 또 프라이머 중의 유효성분

쪽이 피착제 표면에 흡착되어 있는 저해성분보다 피착제에 의하여 안정하게 흡착되

어 있는 것이 중요하다 따라서 프라이머는

- 53 -

충분한 교반 균일하고 엷은 도포 그리고 완전한 건조가 이루어져야 한다 이러한

도포공정은 피착제의 모앙에 따라 달라진다

열경화성 접착제의 대부분은 유기 중합물과 각종 충진제를 유기용제에 용해 분산

시킨 것으로 사용전이나 사용 중에도 교반기 등으로 균일하게 용해 분산시킨 접착

제를 사용하는 것이 중요하다 따라서 의 도포 공정은 그림 와 같이 교 DA-2 [ 62]

반기를 추가 설치하여 공정 개선을 실시하였다

그림 설치한 교반기[ 62]

또한 피착제의 균일한 도포를 위해 롤타입의 코팅기에 기존 페인트용 롤러에서

그림 에서와 같이 융을 말아 롤러 도포하는 형태로 개선을 실시하여 코팅의[ 415]

두께 정밀도를 향상시켰다

- 54 -

그림 변경된 롤러 모양[ 63]

접착 재료를 프라이머 에서 변경하여 사용함CHEMLOK 220 252 CHEMLOK 205

으로써 접착력을 향상시켰는데 는 금속 및 경길대료의 프라이머로CHEMLOK 205

사용되며 또한 같은 극성고무에 단독으로 접착이 가능하다 NBR

방식의 경우 의 특징을 살펴보면TWO Coat CHEMLOK 205

ㆍㆍㆍㆍ 접착제의 금속 표면에서의 접착강도를 향상시킬 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ 기계적 표면처리 후 활성화된 금속표면을 산화작용으로부터 보호하며 녹방

지 도료적 역할을 한다

ㆍㆍㆍㆍ 크로로프렌이나 에피크로로히드린고무와 같은 가류 중에 염소가스를 발생

시 켜 금속표면을 부식시키기 쉬운 고무배합에 대하여 유효하게 적용된다 프

라 이머는 충분한 교반 균일하고 엷은 도포 그리고 완전한 건조가 이루어져

야 접착성이 뛰어나게 된다

도포공정 개선 전후의 효과는 그림 그림 의 도포두께 비교[ 64]~[ 67] Cpk

를 통해서도 알 수 있다DATA

아래 그림 는 도포공정의 개선전[ 64] 관리도의 그래프를 나타낸

- 55 -

것으로 관리도는 평균치와 범위에 관한 계량형 관리도에서 가장 많이 사용되

는 관리도의 하나이다 관리도는 평균치의 변화를 관리하는 관리도와 산포의

변화를 관리하는 관리도로 구성된다 관리도의 중심선(Central Line) CL=로 나

타내며 관리 상한선 은(Upper Control Limit) UCL= 로 관리하한선인 (Lower

의 경우Control Limit) LCL=

로 구한다

관리도의 관리선의 경우 중심선 관리상한선 UCL= 관리하한선 LCL

의 경우 로 구한다

여기서 등의 계수는 샘플의 크기인 에 따라 결정 되며 일 경우=4

=0729 =0 이다=2282

그림 에서[ 64] 이며=273410 관리도의 로 나타났UCL=307994 LCL=238826

다

관리도의 은CL 이며 이다=4744 UCL=1082581

- 56 -

그림 도포공정 개선전[ 64] 관리도

한편 그림 는 도포공정 개선 전의 경우에 대하여 지정된 규격의 공정능력 [ 65]

지수를 나타낸 것으로서 단기공정능력지수( 와 장기공정능력지수) ( 를 나타낸)

다 단기공정능력지수는 공정능력 ( 과 규격의 폭) ( 과의 비율을 의미하며 일반적)

으로 로 표시한다 규격은 그림 에서처럼 양쪽규격이 모두 주어진 경우 공 [ 65]

정 능력 지수는 다음과 같이 계산할 수 있다

공정 능력

로 나타내고 만약 공정 평균이 규격의 중심으로부터 어느

한쪽으로 치우쳐 있게 되는 경우 치우침도( 와) 를 조합한 단기공정능력지수

( 로 나타낸다 즉)

- 57 -

장기공정능력지수( 의 계산은)

으로서 이다

따라서 그림 에 나타난 것처럼 개선전의 공정능력은[ 65] =17854 =08458

으로서 장기 공정에 대해 만족스럽지 못한 값을 나타내고 있다

그림 도포공정 개선전 공정능력 분석그래프[ 65]

- 58 -

그러나 공정개선후의 관리도인 그림 을 살펴보면[ 66] 이며=28196 관리

도의 이고UCL=300418 LCL=263502 관리도의 은CL 로=2532 UCL=51418

나타난다

그림 도포공정 개선후[ 66] 관리도

- 59 -

개선 후에는 그림 로부터 알 수 있듯이 단기공정능력은[ 67] 으로서=31966

인 장기 공정에 대해 안정적인 것을 확인할 수 있어 도포공정 개선에=23275

대한 효과가 있음을 알 수 있다

그림 정 개선 후 공정능력 분석그래프[ 67]

또한 도포공정의 두께관리를 강화하기 위하여 작업자 교육 및 샘플링 두께 측정

검사를 통해 지속적인 모니터링을 실시하고 공정별 온도관리 및 시간 관리를 통해

작업 환경 유지관리 강화로 변함없는 품질의 제품을 생산하도록 하였다 그림 [

은 롤 코팅 공정이다68] (Roll coating)

- 60 -

그림 롤 코팅 공정[ 68] (Roll coating)

- 61 -

제 장 최적수준 결정을 위한 파라미터 설계제 장 최적수준 결정을 위한 파라미터 설계제 장 최적수준 결정을 위한 파라미터 설계제 장 최적수준 결정을 위한 파라미터 설계7777

제 절 실험계획법에 의한 유의인자 결정제 절 실험계획법에 의한 유의인자 결정제 절 실험계획법에 의한 유의인자 결정제 절 실험계획법에 의한 유의인자 결정1111

재료설계 형상설계 및 공정설계에 대한 최적조건의 결정은 부품의 품질 특성에

대한 사양 을 만족시켜야 할 뿐 아니라 생산부품 간 품질의 산포를(Specification)

최대한 줄여야 한다 의 최적설계를 위해 다구찌 기법 을 적 DA-2 (Taguchi method)

용하였다

다구찌의 강건설계 는 인자 가 품질 특성의 평균에 대해(Robust design) (Factor)

가지는 효과뿐만 아니라 분산에 미치는 효과에 대해서도 초점을 맞추고 있다 분산

을 줄일 수 있는 통제 가능한 인자에 대한 조건을 설정하여 품질특성이 통제 불가

능한 인자의 변화에 대해서는 둔감하도록 할 수 있다 강건설계의 주목적은 품질특

성의 목표값을 유지하면서 분산을 줄이는 인자에 대해 설치값 을 발견하는 (Setting)

데 있다

다구찌 설계에 의한 실험계획법은 특히 확장된 역할로서 다음의 몇 가지를 들 수

있다

ㆍㆍㆍㆍ종래에는 제어 불가능한 환경조건이나 제어하기 어려운 생산조건 공정조건

등의 원인 이를 잡음인자로 통칭 들이 데이터에 주는 영향의 정도를 평가하기 어려( )

웠으나 객관적으로 그리고 계량적으로 이를 평가할 수 있는 방법을 제시하고 있

다 또한 품질 산포의 크기를 계량특성치 손실함수 비 등 로 변환하여 산포를 ( SN )

작게 하는 인자들의 조건을 찾아가는 강건설계를 사용한다

ㆍㆍㆍㆍ직교배열표를 광범위하게 사용하여 인자의 수가 많은 경우에도 크게 실험횟

수를 증가시키지 않고 실험하는 일부 실시법을 사용한다

ㆍㆍㆍㆍ생산라인 내 뿐만 아니라 신제품 개발을 위한 품질설계 파라미터(On-line)

설계 허용오차 설계 등의 라인 외 품질관리를 위하여 유용하게 사용할 (Off-line)

수 있다

ㆍㆍㆍㆍ다구찌 방법에서 추가적으로 다룰 수 있는 주요한 것들로는 직교배열

- 62 -

표의 확대사용 수준계의 표준 직교배열표 이외에 확대 응용 혼합 직교배열표(2 3

의 사용과 조합법의 사용 계량치 데이터의 파라미터 설계 허용차 설계 그리고)

계수치 데이터의 파라미터 설계 동적 특성의 파라미터 설계 등을 들 수 있다

파라미터 설계 는 제품설계와 공정설계에서 유용하게 사용되는(Parameter design)

다구찌 실험계획법의 핵심이다 파라미터는 제품성능의 특성치에 영향을 주는 제어

가능한 인자 를 의미하며 파라미터 설계는 이들 인자들의 최적(Controllable factor)

수준을 정하여 주는 것을 말한다 파라미터를 설계변수 라고도 부 (Design variable)

르며 파라미터 설계에서는 제품의 품질변동이 잡음에 둔감하면서 목표품질을 가질

수 있도록 설계변수들의 최적조건을 구하여 준다 최적조건을 찾을 때 설계변수와

잡음을 주는 인자들을 포함시켜 실험하는 직교배열표 등을 주로 사용한다 이때 목

표 품질을 만족시키는 범위 내에서 가능한 한 비용이 적게 드는 조건이나 부품 등

을 이용한다

만약 신뢰성에 영향을 주는 제어 가능한 인자 에 대한 파라미터설계 A B C D

를 한다고 하자 는 수준 는 수준의 혼합수준 에 대한 설계 A B 4 C D 2 (Mixed level)

분석을 하려고 한다면 각 요인 변동의 계산을 표 과 같은 [ 71] L16(215형 직교배)

열표 를 사용하면 된다(Orthogonal Design)

에 대한 파라미터 설계조건으로는 내구성이 가장 좋은 최적의 설계 및 공정DA-2

조건을 구하여야 하므로 반응변수가 큰 값일수록 좋은 망대특성(Larger-the-better

에 대한 조건을 구하고 부품의 정특성 및 동특성에 대한 분석은 적characteristics)

정한 상호관계를 고려하여 별도의 실험을 행한다

- 63 -

표 다구찌 설계의 예[ 71]

- 64 -

제 절 시험데이터의 해석제 절 시험데이터의 해석제 절 시험데이터의 해석제 절 시험데이터의 해석2222

실험조건실험조건실험조건실험조건1111

제품의 신뢰성향상을 위해 지금까지 재료배합의 개선 형상개선 및 공정개선에

대한 각각의 과정을 설명하였으며 본 장에서는 관련된 여러 인자들을 동시에 고려

하여 최상의 품질특성을 나타낼 수 있는 최적인자수준의 결정에 대하여 설명하려고

한다 이는 인자들 간의 상호 작용이 상승 또는 보완작용을 할 수도 있고 반대로

서로 상극임을 나타낼 수 도 있기 때문이다

일반적으로 고무부싱의 개발에 적용되는 인자 는 다음과 같다(Factor)

ㆍㆍㆍㆍ경도 는 수요기업에서 제시하는 사양 에 따라 적정수(Hardness) (Specification)

준의 경도 도 도 도 도 를 적용하였으며 경험적으로 경도의 산포는(43 45 48 50 ) plusmn

정도이다2

ㆍㆍㆍㆍ각 부분의 모양이나 각도에 따라 고무 량에 영향을 미치게 되는 형상설계에

관해서는 내부 파이프 구배각도를(Inner pipe) 15deg~25deg로 하고 외부파이프 (Outer

의 접착부분을 로 하였으며 외경의 크기는pipe) 13mm~15mm

27mm~ 로 유지하였다278mm

ㆍㆍㆍㆍ공정설계는 가류시간을 로 하였다 가류 온도는240sec~600sec 150deg~180

로 하고 주변 온도에 영향을 받으므로 금형 표면온도는 항상 확인하였다 접착제

도포가 내구성에 영향을 주므로 접착제 두께는 으로 하고 접15micron~40micron

착제 배합조건은 로 하였다120cc~128cc

다구찌 설계에 의한 최적수준을 결정하기 위해 다른 인자는 고정시키고 경도 가

류시간 스웨징 인자에 대하여 표 와 같이 실험수준을 정하였다 [ 72]

- 65 -

표 실험인자 별 수준[ 72]

분석결과의 해석분석결과의 해석분석결과의 해석분석결과의 해석2222

실험결과의 해석은 다음과 같다

을 통해 표 의 실험조건을 입력하여 다구찌 설계를 생성한 결과MMITAB [ 72]

표 과 같은 실험조합을 얻었다 표 는 실험조합 별 시험결과 값이다[ 73] [ 74]

에서의 내구성에 대한 다구찌 설계해석의 결과는 표 의 신호 대Nominal load [ 75]

잡음비 비 평균 표준편차에 대한 반응표에 잘 나타나(SN Signal to noise ratio)

있다 그림 그림 은 비 평균 표준편차에 대한 반응 값을 도식한 [ 71]~[ 73] SN

것이다

표 의 신호 대 잡음비의 반응표를 보면 경도는 스웨징이나 가류시간에 비해[ 75]

반응변수 내구성 에 큰 영향을 미치고 있음을 보여준다 평균에 대한 반응표에서도( )

경도는 다른 인자들에 비해 반응변수의 평균에 크게 영향을 미치고 있음을 알 수

있다 표준편차 역시 경도의 수준 변화에 따라 차이가 가장 많음을 보여주고 있다

- 66 -

표 에 의한 다구찌 설계생성[ 73] MINITAB

- 67 -

표 실험조합 별 시험결과 데이터[ 74]

- 68 -

표 비 평균 표준편차에 대한 반응표[ 75] SN

신호 대 잡음 비에 대한 반응 표신호 대 잡음 비에 대한 반응 표신호 대 잡음 비에 대한 반응 표신호 대 잡음 비에 대한 반응 표

망대특성망대특성망대특성망대특성

평균에 대한 반응 표평균에 대한 반응 표평균에 대한 반응 표평균에 대한 반응 표

표준 편차에 대한 반응 표표준 편차에 대한 반응 표표준 편차에 대한 반응 표표준 편차에 대한 반응 표

- 69 -

그림 신호 대 잡음 비의 주효과도[ 71]

그림 인자수준별 평균의 주효과도[ 72]

그림 인자수준별 표준편차의 주효과도[ 73]

- 70 -

표 와 그림 에서 에서의 내구성 예측값을 가장 크게 하[ 75] [ 72] Nominal Load

는 것은 요인 수준의 조합이 일 때이다 품질 향상을 위해서는 정특성 동(4 2 2)

특성 값도 동시에 고려하여야 하므로 조합 조합 조합(4 2 2) (4 3 2) (4 1 2)

에 대한 예측 값을 함께 구하였다

표 은 에서의 내구성 예측값을 표 은 에[ 76] Nominal Load [ 77] Maximum Load

서의 내구성 예측값 표 은 정특성 예측값 표 는 에서의 동특성 예 [ 78] [ 79] 15Hz

측값 그리고 표 은 에서의 동특성 예측값을 보여주고 있다 [ 710] 150Hz Nominal

에서의 내구성 예측값은 조합 조합 조합에서 각Load (4 2 2) (4 3 2) (4 1 2)

각 목표값인 을 상회한 과170000 Cycle 178023 Cycle 174272 Cycle 175830

로서 조합일 때 더 높게 나타났다Cycle (4 2 2)

동배율은 예측 평균값을 기준으로 할 때 동배율은 조합에서는 에 (4 2 2) 15Hz

서 에서 이고 조합에서의110(1187691079) 150Hz 113(1215561079) (432)

동배율은 에서 에서15Hz 106(112856 106938) 150Hz 108(115769106938)

이며 조합에서의 동배율은 에서 에서 (412) 15Hz 108(118194 1094) 150Hz

이었다109(1195691094)

모델의 경우 수요기업에서 동배율 값이 적은 값을 요구하기 때문에DA-2 (kdks)

동배율을 고려하면 의 조합이 더 좋은 품질을 나타낸다고 할 수 있다(4 1 2)

- 71 -

표 에서의 내구성 예측값[ 76] Nominal Load

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 2 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 3 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 1 2

예측 값

신호 대

- 72 -

표 에서의 내구성 예측값[ 77] Maximum Load

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 2 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 3 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 1 2

신호 대

- 73 -

표 정특성 예측값[ 78]

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 2 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 3 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 1 2

신호 대

- 74 -

표 동특성 예측값[ 79] (15Hz)

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 2 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 3 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 1 2

신호 대

- 75 -

표 동특성 예측값[ 710] (150Hz)

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 2 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 3 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 1 2

신호 대

- 76 -

제 장 부품의 신뢰성성장관리제 장 부품의 신뢰성성장관리제 장 부품의 신뢰성성장관리제 장 부품의 신뢰성성장관리8888

제 절 신뢰성성장관리제 절 신뢰성성장관리제 절 신뢰성성장관리제 절 신뢰성성장관리1111

복잡하고 기술적인 제품의 개발 프로그램을 운영하는 데 있어서는 고객이 요구

하는 신뢰성 수준을 만족시키기 위하여 상당한 규모의 시간 예산 기술인력 등의

자원을 필요로 한다 고객들의 신뢰성 요구수준은 매우 높으므로 이러한 목표를 달

성하기 위하여 시험 개선 시험 개선의 개발과정을 반드시 거친다 이 과정에서 시- - -

스템 서브시스템 또는 모듈을 고장 날 때까지 시험하고 고장모드를 결정해서 이를

제거하기 위한 시도를 하거나 적어도 고장발생을 줄일 수 있는 시도를 하여 설계나

엔지니어링 개선을 이룬다 만약 이러한 과정이 계속되고 설계나 엔지니어링 변경

이 충분히 이루지면 시스템의 신뢰성은 증가한다 개발프로그램이 운영되는 동안

신뢰성 수준의 변화를 추적할 수 있다면 개발책임자로서는 여러 가지 이점이 있다

즉 목표하는 신뢰성 수준을 달성하기 위하여 충분한 비율로 성장하고 있는지의 여

부를 가능한 빠른 시간 내에 판단할 수 있고 그에 따라 필요한 자원을 적절히 배

분할 수 있다 따라서 개발책임자는 시험데이터로부터 현재 시스템의 신뢰성 수준

성장률의 평가 앞으로 기대되는 달성 가능한 수준을 결정하기를 원한다

신뢰성 성장관리 기술은 제품을 개발하는 데(Reliability growth management)

소요되는 많은 시간과 비용 및 엔지니어링 노력을 절감하면서 개념선택 제품과 공

정의 신뢰성 그리고 비용효율을 달성할 수 있도록 유용한 정보를 제공해 준다 군

사장비 자동차 및 전자 중장비개발 등에 적용된 최근의 신뢰성 성장시험 관리기술

은 각 분야의 경쟁적인 사업 환경 아래에서 제품개발을 효율적으로 조직하여 신뢰

성평가를 시작하고 신뢰성 성장과정을 추적할 수 있도록 해준다 신뢰성성장관리기

술은 제품 및 공정설계 관련사항 및 검증시험 항목들에 대하여 사용 환경에 따른

신뢰성 성장 진행과정을 확인하고 그 결과로부터 성장시험곡선을 개발할 수 있게

한다 또한 설계단계 사이의 여러 가지 관련성을 확인하여 관찰하고 그 정보를 다

른 제품보증분석들과 연결하여 고객 요구사항에 대한 제품의

- 77 -

적합도를 적절히 평가하는 데 도움을 준다

신뢰성성장모델은 가 개발한Crow(1975) AMSAA(Army Materiel Systems

모델이 많이 활용되었으나 이는 시스템 또는 서브시스템에서의Analysis Activity)

성장관리에 유용하고 부품수준에서는 모델을 활용하는 것이 더욱 실용적이 Weibull

다 모델은 목표 Weibull B10 수명에 대하여 초기 시작품 으로부터(Early Prototype)

후기 시작품 까지의 신뢰성 개선을 관리하는데 실용적으로 활용할(Later Prototype)

수 있다

신뢰성 성장시험 프로세스신뢰성 성장시험 프로세스신뢰성 성장시험 프로세스신뢰성 성장시험 프로세스1111

신뢰성 성장은 개발시스템에 대하여 여러 시험단계가 시리즈로 이루어지는 동안

고장모드를 발견하고 이를 개선하는 과정을 거쳐 이TAAF(Test Analyze And Fix)

루어진다 또한 기능시험 환경시험 안전시험의 결과는 신뢰성 향상을 위한 FMEA

등과 연계하여 사용된다 분석결과는 설계변경에 반영되고 최종목표가 달성될 때까

지 개선과 시험이 연속적으로 이루어진다 그림 은 일반적인 신뢰성 성장시험 [ 81]

프로세스를 보여준다 프로그램의 시작시점에 신뢰성 성장에 대한 계획을 수립하여

고객의 기대사항을 만족시킬 수 있는 성능수준에 대한 구체적인 측정치를 제시하

고 이 목적을 달성시킬 수 있는 시험조건을 정한다 시험조건은 특정한 부품이나

시스템에 대하여 고객의 사용방법과 환경에 대한 지식을 기초로 하여야 한다

개발프로젝트가 진행되는 동안 신뢰성 성장시험 프로그램이 개발되고 실행되는

과정에서 설계 및 공정의 관심사항을 확인하기 위해 QFD(Quality function

와 같은 제품보증을 위한 분석방법들이 선행되어 실시되는데 신뢰성deployment)

성장관리와 연계하여 이를 통틀어 통합 신뢰성 성장관리(Integrated reliability

라고 한다 신뢰성 성장관리를 포함한 제품설계평가의 모든growth management)

과정은 제품 공정의 신뢰성 향상에 있어 중요한 역할을 하는 제품보증기능의 한부

분이다

- 78 -

통합 신뢰성 성장시험관리 프로세스는 설계뿐 아니라 공정신뢰성(MIL-HDBK-781)

과 관련된 문제에 대응할 수 있도록 신뢰성 성장시험의 이점을 전적으로 활용할 수

있는 수단을 제공한다

신뢰성 성장관리과정을 개발함으로써 신뢰성 수준은 계속적으로 추적될 수 있고

조치를 취하고 다른 분석결과들과 비교되어 초기 신뢰성 예측을 수립하고 제품설

계에 포함된 확신을 증가시킨 후 검증시험에 들어갈 수 있도록 한다 이러한 신뢰

성 성장관리 프로세스는 제품개발 사이클에 있어서 초기 단계 동안에 신뢰성을 확

립하는 데 도움을 줄 수 있는 장치이다

그림 신뢰성성장시험 프로세스[ 81]

제품개발과정에 적용되는 신뢰성 성장시험관리 프로세스는 다음과 같다

신뢰성 성장시험조건을 결정하고 시험 사이클을 개발한다 ①

신뢰성 성장시험곡선의 사용을 통하여 시험과정을 실행하고 추적한다②

시험결과를 평가하고 다른 선행된 분석연구결과들과 비교한다③

확인된 결함을 제거하기 위해 설계변경을 실시한다④

- 79 -

설계검증시험을 준비한다⑤

신뢰성 성장시험의 주된 목적은 설계상의 약점을 확인하고 제거함으로써 설계의

신뢰성을 증가시키는 것이다 정확하게 신뢰성 수준이 변화되는 진행상황을 추적하

기 위해서는 요구사항에 대한 불합치성 을 확인하고 불합치성이(Nonconformance)

일어난 시간을 모두 추적하여야 한다 시험을 시작하기 전에 적절한 시정조치를 용

이하게 하기 위해 사전계획이 수립되어야 하며 고장분포를 결정하기 전에 각각의

고장부품에 대한 고장원인을 분리할 수 있어야 한다

부품의 개발과정에서 몇 개의 표본에 대한 고장시간 데이터가 있을 때 Weibull

분포를 활용한 신뢰성 성장분석에 대하여 설명하면 다음과 같다

가 분석의 개요가 분석의 개요가 분석의 개요가 분석의 개요

밀도함수는 그림 와 같이 특성 수명과 기울기로 고장시간Weibull [ 82] (Cycle

을 설명한다 작은 표본에 대한 고장시간 데이터가 주어졌을 때 분석Km) Weibull

을 사용하여 세 가지의 정보를 얻을 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ특정 시간이 주어졌을 때 등 부품의 신뢰도는 그 시간까지 살아 있(Cycle Km )

을 백분율이다

ㆍㆍㆍㆍ 또는 다른( 수명을 추정할 수 있다) 수명은 부품들 중 가 고장10

날 것이라고 기대되는 시간이다 즉 이 시간에서의 신뢰도는 이다 90

ㆍㆍㆍㆍ 기울기의 값은 고장률 패턴에 대한 정보를 제공해준다 기울기가Weibull 10

이라면 고장률이 일정하다는 것을 의미한다 이 경우 고장은 일반적으로 우연히

일어나며 고장률은 설계의 강건 정도에 따라 달라진다 기울기가 보다 작다면 1

고장률은 감소하고 있음을 의미한다

- 80 -

즉 높은 초기 고장률 을 말한다 기울기가 보다 크면 고장률은 증 (Infant mortality) 1

가하고 이는 마모 되고 있음을 의미한다(Wear-out)

그림 에 의한 부품의 신뢰성성장분석[ 82] Weibull 수명 비교

가장 많이 활용되는 측도는 수명이며 이것은 요구되는 목표 신뢰도가 임 90

을 의미한다 첫 번째 프로토타입이 고장 난다면 신뢰성 목표 달성을 위해 설계 변

경을 행하고 다음 프로토타입을 시험한다 이 과정은 목표 수명이 달성될 때까

지 반복한다

나 의이점나 의이점나 의이점나 의이점WeibullWeibullWeibullWeibull

부품의 개발과정에서 작은 표본에 대한 고장시간 자료가 주어졌을 때 Weibull

분석을 활용하여 신뢰성성장관리를 행하면 다음의 정보를 얻을 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ신뢰성 개선은 목표 수명이 달성될 때까지 하나의 프로토타입에

- 81 -

서 다음 프로토타입까지 추적할 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ신뢰성 개선은 시험한 프로토타입에 대해 타점으로 표현되고 빠르Weibull

게 방향을 파악하여 신뢰성 진전과정에 대한 양적 측면의 관리능력 향상을 그

래프로 확인할 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ컴포넌트를 고장 날 때까지 시험하는 것은 고장모드에 대한 아주 귀중한 정

보를 제공하고 따라서 시정조치 활동이 필요하다

ㆍㆍㆍㆍ많은 표본이 더 좋은 신뢰도를 얻을 수 있지만 분석은 많은 표본을Weibull

필요로 하지 않는다

ㆍㆍㆍㆍ고객의 운영 사용 사이클과 시험 모수의 관계가 알려져 있다면 더 빠르고( )

더 적은 비용으로 가속시험을 할 수도 있다

다 기본가정및제한다 기본가정및제한다 기본가정및제한다 기본가정및제한

ㆍㆍㆍㆍ각 분석에서 오직 하나의 고장모드만 포함되어야 한다 두 개나 그 이상의

고장 모드가 검출된다면 각각에 대해 분리하여 분석해야 한다

ㆍㆍㆍㆍ신뢰도는 시험 제한 한계 로 인해 년 마일까지 확장하여 외삽하면 안( ) 10 150K

된다 왜냐하면 시험 제한 한계 로 인해 다른 고장모드가 발생할 것인지 알 수 ( )

없기 때문이다

ㆍㆍㆍㆍ하나의 프로토타입에서 다음 프로토타입까지 기울기가 변하는 데는 특별히

주의를 하여야 한다 왜냐하면 초기 후기 수명에서 더 높은 신뢰도와 후기 초 ( ) (

기 수명에서 더 낮은 신뢰도의 할 수 도 있기 때문이다) trade-off

라 적용시기라 적용시기라 적용시기라 적용시기

ㆍㆍㆍㆍ수명의 비교는 엔지니어링 사양 이 특정한(Specification) 을 요구할 경

우 사용된다

ㆍㆍㆍㆍ이러한 접근방법은 고장시간 등 에 대하여 동일한 부품의(Cycle Km )

- 82 -

다른 시점에서의 프로토타입을 비교할 때 사용한다

ㆍㆍㆍㆍ신뢰성 목표가 달성될 때까지 계속한다

마 입력자료마 입력자료마 입력자료마 입력자료

ㆍㆍㆍㆍ프로토타입 의 몇 개 표본의 고장시간 등1 (Cycle Km )

ㆍㆍㆍㆍ프로토타입 의 몇 개 표본의 고장시간 등2 (Cycle Km )

⦙

ㆍㆍㆍㆍ마지막 프로토타입의 몇 개 표본의 고장시간 등(Cycle Km )

분석프로세스는 그림 과 같다[ 83]

프로세스프로세스프로세스프로세스 일반적 단계일반적 단계일반적 단계일반적 단계

Ⅰ 요구

또는 수명 결정

프로그램 신뢰성 목표 사용

고객의 운영 사용 프로파일 사용( )

시험 프로그램 적정시간 사용

Ⅱ 시험 프로그램 자료정보

확인과 데이터 수집초기 부품의 프로토타입

후기 부품의 프로토타입

Ⅲ 다른 프로토타입에 대한

누적고장 시간 또는 vs

거리 계산 및 타점

분석이 가능한 사용Weibull SW

가능한 가속수명시험 사용

Ⅳ 프로젝트 검토 시

현재 신뢰성 수준신뢰성 목표 적합성 결정

초기 경고 관련 정보 제공

개선을 위한 계획 정보 제공

그림 프로세스별 단계[ 83]

- 83 -

제 절 신뢰성성장 데이터분석제 절 신뢰성성장 데이터분석제 절 신뢰성성장 데이터분석제 절 신뢰성성장 데이터분석2222

초기 프로토타입 으로 부터 개의 표본을 정상하중 으(Prototype1) 6 (Nominal load)

로 고장 날 때까지 시험하고 고장모드를 기록하였다 여러 개선작업을 거친 후 후

기 프로토타입 으로부터 개의 표본을 고장 날 때까지 시험하고 고장모(Prototype2) 6

드를 기록하였다 시험 데이터는 표 에 주어져 있다 [ 81]

에 고장데이터를 입력하고 각 프로토타입 단계별로 용지에 결과MINITAB Weibull

를 타점한 결과 그림 와 같은 성장곡선이 생성되었다 [ 84] Weibull

정상하중 에서 의 평균수명 추정치는 이(Nominal load) Prototype1 127366Cycle

고 의 평균수명 추정치는 로서 의 개선을 이루었 Prototype2 176882 Cycle 389

음을 알 수 있었다 수명은 은 이었으나Prototype1 112668 Cycle Prototype2

의 수명은 로서 상당한 개선이 이루어졌음을 볼 수 있다168620 Cycle 수

명에 대한 신뢰하한은 로 추정되었다 따라서 정상부하에 의한95 162926 Cycle

시험데이터분석 결과 개선활동 재료배합개선 형상설계개선 공정개선 에 의하여 ( )

내구성 목표가 달성되었음을 알 수 있다

그림 는 에서의 신뢰구간을 보여주고 있다[ 85] Nominal load 90

최대하중 에서는 표 의 데이터 입력결과 그림 의 그래프를(Max load) [ 82] [ 86]

생성하였다 그래프로 부터 추정된 의 Prototype1 수명은 이고16362Cycle

의Prototype2 수명은 이다21850 Cycle 수명에 대한 신뢰하한추정치95

는 으로부터 로 계산된다MINITAB 20983 Cycle

의 수명과 의 수명이 다른 것은 개선 활동의 결과이Prototype1 Prototype2

- 84 -

며 에서 개선목표가 달성되었음을 알 수 있다 Prototype2

표 하중 고장시간[ 81] Nominal (Cycle)

Weibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth Curve

(Nominal Load)(Nominal Load)(Nominal Load)(Nominal Load)

그림 성장곡선[ 84] Weibull (Nominal load data)

- 85 -

Weibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth Curve

(Nominal Load-90 Cl)(Nominal Load-90 Cl)(Nominal Load-90 Cl)(Nominal Load-90 Cl)

그림 신뢰구간[ 85] Nominal Load90

- 86 -

표 하중 고장시간[ 82] Max (Cycle)

Weibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth Curve

(MaxLoad)(MaxLoad)(MaxLoad)(MaxLoad)

그림 성장곡선[ 86] Weibull (Max load data)

- 87 -

제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론9999

본 연구는 자동차현가장치인 고무부싱 의 신뢰성향상을 위한 기(Rubber bushing)

술개발과제이다 에나 인더스트리는 수출전문기업으로서 주요 경쟁사에 비해 고성

능 고내구성의 제품을 짧은 기간 내에 개발할 수 있는 능력을 갖추어야 해외 시장

에서 경쟁력을 가질 수 있다

본 연구개발에서는 수요기업에서 요구하는 GMUTS(General Motors Uniform

의 사양에 따른 시험을 실행하여 내구성을 목표 사이클 이상으Test Specification)

로 개선하고 정특성과 동특성 비틀림 토크를 개선항목으로 선정하여 제품의 품질

및 신뢰성 향상을 진행하였다

수요기업의 요구 수준에 의하면 내구성은 와 Tension Compress Alternating

가 동시에 일 때 일 때Torsion Stress Maximum Load 20000 Cycle Normal Load

을 요구한다 본 프로젝트의 경우 해외의 부품메이커들에 대한 경쟁150000 Cycle

력 우위를 확보하기 위하여 기본 요구 수준을 넘어 향상된 제품신뢰성을5~10

확보를 목표로 하였다 내구성 정특성 및 동특성에 대한 시험은 직접 행하였고 비

틀림토크에 대한 부분은 추가적인 시험장치가 필요하여 수요기업의 실험실에 샘플

을 제출하여 요구수준을 검증받았다

본 연구개발의 성과를 요약하면 다음과 같다

우선 기술적 효과로는

설계기술의 확보(1)

재료배합설계 형상설계 공정설계에 대한 기술을 확보하여 내구성을 비롯한 품

질특성을 향상시킬 수 있었다 종래에는 설계 개발 생산프로세스에서 경험적 방법

에 의존하여 시행착오가 많았으나 본 연구를 통하여 과학적이고 체계적인 방법으

로 접근할 수 있는 기술이 확보되었다

설계 요소의 기술적 배치를 위한 실험계획법의 활용기술 확보(2)

- 88 -

종전에는 고무 배합설계 형상설계 공정설계에 대하여 설계요인 별 수 (Facter)

준 을 무작위로 추출하여 실험하였으나 본 실험계획의 과정을 따르면 요인들(Level)

이 계획적으로 반영되어 품질특성에 각각 어느 정도의 영향을 미치는지 분석이 가

능하게 된다 또한 다구찌에 의한 강건 설계의 생성으로 산포를 줄일 수 있다

잠재적 고장원인 분석방법 기술 확보(3)

제품기능에 대한 잠재적 고장모드의 예측과 시험항목을 판단하고 최종적으로는 설

계검증 과 공정검증 의 세부항목과 효과적(Design verification) (Process verification)

으로 연계가 가능하다

신뢰성 데이터분석기술 확보(4)

부품의 개발과정에서 몇 개의 표본에 대한 고장시간 데이터가 있을 때 Weibull

분포를 활용한 신뢰성 성장분석이 가능하게 되었다 개발프로그램이 운영되는 동안

신뢰성 수준의 변화를 추적할 수 있어 목표하는 신뢰성 수준을 달성하기 위하여 충

분한 비율로 성장하고 있는지의 여부를 가능한 빠른 시간 내에 판단할 수 있고 그

에 따라 필요한 자원을 적절히 배분할 수 있다 따라서 개발책임자는 시험데이터로

부터 현재 시스템의 신뢰성 수준 성장률의 평가 앞으로 기대되는 달성 가능한 수

준에 대한 결정이 가능하다

경제적 측면의 효과로는

제품에 대한 내구성 및 동특성 정특성에 대하여 요구사양 이상으로 특성관리(1)

를 행할 수 있어 해외 부품메이커들에 대한 경쟁력 우위로 수출력을 향상할 수 있

게 되었다

개발기간을 단축할 수 있게 되어 개발비의 절감을 가져올 수 있게 되었다(2)

재료배합 형상설계 및 공정설계에 대한 기술개발의 표준 정립으로 개발 기간의 단

축이 가능하게 되었다

본 과제 결과를 활용하여 다른 방진제품에 대한 신뢰성 관리로 수출(3)

- 89 -

시장을 개척하여 신규거래처를 확보할 예정이다 신뢰성 데이터의 관리가 이루어져

제품수명에 대한 설득력 있는 자료의 제시가 가능하게 되었다

향후 연구계획으로는

고무부싱부품의 특성상 내구성만의 개선이 최선이 아니고 정특성과 동특성을 일

정수준으로 동시에 고려하여야 한다 따라서 이 부분에 대한 동시적인 실험설계가

시스템화 되도록 추가적인 연구가 요구된다

- 90 -

참고문헌참고문헌참고문헌참고문헌[ ][ ][ ][ ]

고정 이상규 권수호 노태성 정원 박창규 김명수 신뢰성성장프로그램 수[1]

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김명웅 고무공업화학 선진문화사[2] 2006

김완두 김완수 방진고무부품의 유한요소해석 및 수명예측기술 고무기술[3] ldquo rdquo

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미니탭사업팀 새 실무완성 이레테크[4] Minitab 2004

박성현 실험계획법 민영사[5] 2003

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a finite element code Journal of sound and Vibration Vol296 2006

[7] Kim J-H and Jeong H-Y A Study on the material properties and

fatigue life of natural rubber with different carbon blacks International

Journal of Fatigue Vol27 2005

[8] McLean R A and Anderson V I Extreme Vertices Design of Mixture

Experiments Technometrics Vol8 No3 1966

- 96 -

주 의

이 보고서는 산업자원부에서 시행한 부품소재종합기술지원사업의 최1

종보고서이다

이 신뢰성기반기술확산사업 내용을 대외적으로 발표할 때에는 반드시2

산업자원부에서 시행한 부품소재신뢰성기반기술 사업의 지원결과임을

밝혀야 한다

- 97 -

이 보고서는 산업자원부에서 시행한

부품소재 신뢰성기반기술확산사업의 최종보고서이다

- 7 -

제 장 서 론제 장 서 론제 장 서 론제 장 서 론1111

제 절 개요제 절 개요제 절 개요제 절 개요1111

자동차의 현가장치는 주행 중 노면에서 받는 충격이나 진동을 완화시키는 부분

으로서 스프링 쇽업소버 고무부싱 과 컨트롤암등의 요소로 구성 (Rubber bushing)

되어 있으며 여러 형식에 따른 차체 고정 장치나 횡 방향 또는 길이방향의 힘을

지지하는 링크 등으로 이루어져 있다 이 중 고무부싱의 내구성이 약하면 콘트롤

암 에서의 이탈사고나 차량의 떨림 소음으로 인한 고객 불만이 발생(Control arm)

하게 된다 따라서 국내외 시장에서의 경쟁력 향상을 위해 고무부싱에 대한 내구

성 정특성 동특성의 개선을 위한 기술의 개발이 요구되고 있다

그림 자동차 현가장치[ 11]

- 8 -

그림 고무부싱과 콘트롤암[ 12]

제 절 신뢰성향상 지원목표 및 내용제 절 신뢰성향상 지원목표 및 내용제 절 신뢰성향상 지원목표 및 내용제 절 신뢰성향상 지원목표 및 내용2222

최종목표최종목표최종목표최종목표1111

현재 개발 중인 현가장치용 고무부싱 시제품 에 대한 내구성능은 수요(Prototype)

기업의 시험사양 기준 으로 최고부하 의 경우(Delphi 22204309) (Maximum load)

정상부하 의 경우 의 수준을 요구하고20000 Cycle (Nominal load) 150000 Cycle

있다 본 연구개발의 목표는 해외에서의 경쟁력을 확보하기 위하여 시험 사양 기준

으로 최고부하의 경우는 정상부하의 경우는 로의 성22000 Cycle 170000 Cycle

능향상을 목표로 한다 또한 그 외 정특성 동특성의 성능도 고객사에서 요구하는

현재수준의 이상 개선을 목표로 한다5~10

- 9 -

지원내용지원내용지원내용지원내용2222

자동차 신 모델을 개발하는 경우 고무부싱의 시제품은 실차에 적용하여 평가하

고 있으며 시험은 진동에 대한 반응 수직 충격 흡수 과속 방지 턱에 대한 진동흡

수 등에 대하여 종합적으로 평가한다

따라서 고객이 요구하는 품질수준을 만족하기 위해서는 고무배합기술 형상설

계기술 접착공정기술 등에 대한 설계심사 와 설계 단계별 고장모드 (Design review)

분석 실험계획법 수명예측 시험 및 시뮬레이션 평가에 따른 수명한계의 정의를 명

확히 하여 장기내구신뢰성에 대한 보증대책이 절실히 필요한 실정이다

신뢰성을 향상시키기 위해 다음과 같은 내용의 지원을 행한다

고무 배합설계 형상설계 접착기술에 대하여 해당요인의 기술적 배치를 위한-

실험계획법의 활용기술 제공

특성데이터의 화를 통한 기술개발의 표준정립- DB

잠재적 고장원인 분석방법 기술 제공-

신뢰성시험장비 및 고장분석 장비 활용 방법 및 데이터분석기술 제공-

- 10 -

제 장 신뢰성평가 기준 및 항목제 장 신뢰성평가 기준 및 항목제 장 신뢰성평가 기준 및 항목제 장 신뢰성평가 기준 및 항목2222

차량이 주행하면서 노면의 요철이나 돌기부위를 타고 넘어갈 때에는 현가장치에

상하방향의 충격력뿐만 아니라 전후방향으로도 충격력이 작용하여 승차감 및 하시

니스 현상을 악화시킨다 현가장치 부싱류의 스프링정수 값이 낮을수록(Harshness)

차량의 승차감이 좋아지지만 조정 안정성이 악화되고 시미 가 발생하는 (Shimmy)

등의 상반적인 특성이 있다 그러므로 노면 충격에 대해서는 현가장치의 유연성을

부드럽게 설계하고 차량의 좌우방향에 대해서는 강하게 딱딱하게 설계하는 세밀한 ( )

조정이 요구된다

일반적으로 정강성을 동강성을 로 표현하며 동강성과 정강성 간의 비율ks kd

을 동배율이라 한다 동배율이 낮을수록 차량의 실내소음에는 유리한 경향을(kdks)

갖는다

본 연구개발에서는 의GMUTS(General Motors Uniform Test Specification) Test

을 실행하여 내구성을 목표 사이클 이상으로 개선하고 고객사에서 요구하는 정Run

특성과 동특성 비틀림 토크를 개선항목으로 선정하여 제품의 품질 및 신뢰성 향상

을 진행하였다

고객사의 요구 수준 에 따르면(Delphi Test Specification 22204309) Tension

와 가 동시에 일 때Compress Alternating Torsion Stress Max Load 20000 Cycle

일 때 을 요구한다 본 프로젝트의 경우 해외부품메이Normal Loads 150000 Cycle

커들에 대한 경쟁력을 확보하기 위하여 기본 요구 수준을 넘어 향상된 제5~10

품신뢰성을 확보를 목표로 하고 있다

- 11 -

표 평가항목 및 목표[ 21]

본 연구를 위한 대상 부품은 제안당시는 모델이었으나 수요기업 의DA-7 (Delphi)

필요성에 따라 모델로 연구대상을 변경하게 되었다 고무부싱으로서의 기능DA-2

은 동일하나 그림 과 같이 형상의 차이가 있으며 평가항목별 목표수준도 다[ 21]

르다

그림 대상품의 변경[ 21]

- 12 -

제 장 신뢰성향상을 위한 고려요소 및 고장분석제 장 신뢰성향상을 위한 고려요소 및 고장분석제 장 신뢰성향상을 위한 고려요소 및 고장분석제 장 신뢰성향상을 위한 고려요소 및 고장분석3333

제 절 고려 요소제 절 고려 요소제 절 고려 요소제 절 고려 요소1111

고무부싱에 대한 고객의 요구조건 만족과 성능향상을 위한 방안은 크게 세 가지

로 분류할 수 있다

첫째는 재료배합개선으로 고무의 특성을 개선하여 성능을 향상시키는 방안이며

둘째는 처럼 고무의 양이 적은 경우 허용하는 범위 내에서의 형상 변화를 통DA-2

한 성능향상 방안이며

셋째는 도포공정을 포함한 공정개선에 의한 방법이다

그림 은 부싱의 성능향상을 위한 개선방안을 나타내고 있다[ 31]

그림 성능향상을 위한 개선방안[ 31]

재료배합재료배합재료배합재료배합1111

고무의 배합 은 황화제 촉진제 가공제 유기산 금속산화제 노화(compounding)

방지제 보강제 충진제 등으로 기초배합을 설정한 후 인장강도와

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신장율 경도 반발탄성 인열강도 인장응력 노화 후 물리적 현상 등을 고려하여

배합 설계를 하게 된다 특히 고무 제품의 경도를 높이기 위한 보강성과 경도가 높

으므로 잘 마모되지 않는 내마모성과 관련하여 카본블랙 을 사용하(Carbon Black)

며 고무제품의 특성을 결정하는 중요한 부분이다 사용 중인 카본블랙은

의 분류 방법에 의해 표 과 같이 구ASTM(American Standard Test Method) [ 31]

분된다

표 카본블랙의 분류[ 31]

ASTM CODE 일 반 명 칭 입자경( )

N110 초내마모성SAF (Super Abrasion Furnace ) 11-19

N220ISAF (Intermediate Super Abrasion Furnace

준초내마모성)20-25

N330 고내마모성HAF (High Abrasion Furnace ) 26-30

N440 초전도성XCF (Extra Conductive Furnace ) 31-39

N550 양압출성FEF (Fast Extruding Furnace ) 40-48

N660 범용성GPF (General Purpose Furnace ) 49-60

N774 중보강성SRF (Semi Reinforcing Furnace ) 61-100

N880 미립열분해FT (Fine Thermal ) 101-200

N990 중립열분해MT (Medium Thermal ) 201-500

카본블랙은 요오드가 와 광흡수도 가 높을수록 입자경은 작고(Iodine number) (Tint)

흡수율 이 클수록 구조가 발달되어 있다DBP(Di-dutyl phthalate) (Oil absorption)

카본블랙은 입자경이 작고 고무와 결합하는 표면적이 클수록 고무의 경도

와 내마모성 등의 물성을 보강하는 능력이 크다 그(Hardness) (abrasion resistant)

러나 경도와 탄성 은 반비례이므로 탄성은 오히려 감소하게 된다 또한(Elasticity)

작은 입자경은 탄성체 의 항복점 을 연장하는데(Elastomer) (Micro-Brownian motion)

탁월하다 탄성체는 항복점 이후

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에 탄성의 성질을 잃어버리고 소성을 띠게 되는데 카본블랙은 이러한 고무의 물성

을 조정하는 중요한 인자이다

형상설계형상설계형상설계형상설계2222

자동차 모델에 따라 수요기업에서 의 외형형상에 대한 기본 설계를 제공Bushing

하지만 철과의 접촉부분 등 세부설계는 제조업체에서 실시하여야 한다 따라서 각

부분의 세부적 모양이나 각도에 따라 고무 철의 재료량에 영향을 미치며 이는 결

국 내구성 등 특성 치에도 영향을 미치게 된다

결정하여야 할 주요 요소로는 내철 구배각도 외철 접착(Inner pipe) (Outer pipe)

부분 등이다 이밖에 외경크기의 산포에 따라 내구성에 영향을 미칠 수 있으며 이

는 품질관리 활동에 의해 사이징 공정에서 최종규격을 맞추게 된다(Sizing)

공정설계공정설계공정설계공정설계3333

재료설계와 함께 부품의 내구성 정특성 동특성을 결정하는 주요공정은 철과 고

무를 접착시키는 접착제 도포 공정과 가류 가황 공정이다( )

가 가류공정가 가류공정가 가류공정가 가류공정

고무분자의 공유결합을 유도하여 기계적 강도를 높이는 작업이다 가황 또는

가류라고 하며 생고무에 유황 같은 가황제를 가하여 고무 분자 간에 결합을 강하게

하고 탄성 인장강도 등을 증가시킨다 가황고무의 가장 큰 특징은 탄성이 커지는

것이며 노화 가 더디고 변형 시에도 체적변화가 크지 않다는 것이다 중요한 ( ) 老化

관리 항목으로서는 가류온도 금형 쳄버 스쿠류 가류시간 가류압력 등이며 공정( )

설계에 따라 특성에

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중요한 영향을 미친다

나 접착제도포공정나 접착제도포공정나 접착제도포공정나 접착제도포공정

접착강도는 시험방법 접착방법 시험시의 조건 시편의 기하학에 따라 다르게 나

타난다 도포방법으로는 침지법 붓칠법 롤 코팅법 (Dipping) (Brushing) (Roll

스프레이법 그리고 덤브링법 이 있다Coating) (Air Spray) (Tumbling)

프라이머 는 피착제 표면과의 친화성이나 접착제와의 상용성이 뛰어나지(primer)

않으면 안되고 동시에 접착 저해물과의 상용성도 높아야 한다 또 프라이머 중의

유효성분 쪽이 피착제 표면에 흡착되어 있는 저해성분 보다 피착제에 의하여 안정

하게 흡착 되어 있는 것이 중요하다 따라서 프라이머는 충분한 교반(Adsorption)

균일하고 엷은 도포 그리고 완전한 건조가 이루어 져야 한다

고무를 강력하게 접착시키기 위해서는 접착제가 적당히 고무 중으로 확산 된 후

에 고무와의 사이에서 상호 확산과 가교반응을 일으킬 필요가 있다 따라서 고무와

상용성이 있는 적절한 접착제 선정이 필수이며 충분한 교반 점도 조절에 의한 균

일한 도포 적당한 두께 완전한 건조 온도와 시간 가 이루어져야 한다 ( )

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제 절 고장분석 자료 해석제 절 고장분석 자료 해석제 절 고장분석 자료 해석제 절 고장분석 자료 해석2222

설계설계설계설계1 FMEA1 FMEA1 FMEA1 FMEA

설계 는 설계 단계에서 발생하는 위험FMEA(Failure Mode and Effect Analysis )

성을 발견하기 위한 것으로 잠재적인 결함을 확인 한 후 그 영향의 심각성을 평가

하고 중점 관리 항목과 잠재적 설계 결함에 대응하기 위한 것으로 설계상의 문제

점들을 검증하고 효율적 설계개선을 행할 수 있도록 해준다 설계에 대한 잠재고장

모드의 리스트 중요 관리 특성 리스트 고장모드의 원인 제거나 발생률 감소를 위

한 설계활동 리스트 등이 그 결과물이 된다 에 대한 설계 는 표 DA-2 FMEA [ 32]

에 열람하였다

본 제품의 설계 에서는 아래 항목들에 대해 중점적으로 고려하였다FMEA

과다한 진동과 소음 형상 및 재료설계 오류로 인한 정특성 동특성 값의 불1) -

만족

내구성 문제 내철 외철의 파손 철 고무의 접착 불량 고무의 미가류 과가류2) -

외관 불량 내철 외철의 부식 미가류 과가류로 인한 고무의 이상 형태 고무3) -

버 나 살 로 인한 외관 불량 형태(burr) (flesh)

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표 설계[ 32] FMEA

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공정공정공정공정2 FMEA2 FMEA2 FMEA2 FMEA

공정 은 제품생산 공정에서 발생할 수 있는 잠재적인 문제점 또는 위험성FMEA

을 발굴하여 효과적으로 대응하기 위한 분석 기법으로 제품의 중대사고 발생 예방

으로 고객의 불만을 방지할 수 있으며 결함의 영향을 제거 또는 감소를 위한 부분

별 대책 수립의 근거가 되며 생산 문제점 검증을 통한 효율을 제고할 수 있다 공

정상의 잠재고장 모드와 그 영향을 검토 할 수 있으며 엔지니어들이 불량발생을 낮

추거나 불량 탐지 능력을 증대시킬 수 있는 관리 수단 또는 방법에 초점을 맞출 수

있도록 공정결함을 규명할 수 있다 공정에 대한 잠재고장 모드의 리스트 중요 관

리 특성 리스트 고장 모드의 원인 제거나 발생률 감소를 위한 공정 활동 리스트

들 결과물을 얻을 수 있다

표 에 보여준 의 공정 에서는 특히 아래 관련 항목들이 내구성 향[ 33] DA-2 FMEA

상과 품질개선을 위하여 중점적으로 검토되었다

접착제 도포 공정 의 점도관리체계에 의한 접착제 도포두께 관1) Zahn Cup No2

리상태 불량 건조상태에서 발생할 수 있는 접착제의 이상적 화학반응 및 건조상태

등

가류공정 고무와 내철 외철류의 이상적인 화학반응으로 인한 불량 접착상태2)

사출 성형후 고무의 갈라짐 흠집 등에 의한 외관 불량상태

시험 검사 공정 내구사양의 불만족상태 동특성 정특성 값의 사양 불만족상태3)

고무와 내 외철의 고무접착강도 불만족상태 등을 고려함

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표 공정[ 33] FMEA

- 21 -

- 22 -

- 23 -

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제 장 재료배합개선제 장 재료배합개선제 장 재료배합개선제 장 재료배합개선4444

제 절 배합의 기본 조건제 절 배합의 기본 조건제 절 배합의 기본 조건제 절 배합의 기본 조건1111

방진 고무부품을 만들려면 다음의 가지 공정을 거친다3

배합공정 사용목적에 따라 원료고무를 선택하고 배합약품의 종류와 양을 결middot

정하는 공정

가공공정 정해진 배합에 따라서 고무와 배합약품을 섞고 혼련 일정한 두께middot ( )

의 고무 시트를 제조하고 만들고자 하는 모양으로 절단하는 공정

가황공정 만들고자하는 모양으로 절단한 미가황 고무에 고무 탄성을 갖게middot

하고 물성을 개선하는 공정

이들 중 배합은 가공공정 가황공정 및 만들어진 제품 성능에 절대적인 영항을 미

치므로 배합설계자는 배합설계 를 할 때 다음의 가지 점(Compounding design) 3

에 균형을 잘 조화 시켜야 한다(3P)

최종 제품의 요구물성을 충족시킬 것middot (Property)

가공이 쉬울 것middot (Processing)

부피 당 배합단가가 적정할 것middot (Price)

또한 이와 같은 조건을 충족시키는 배합설계를 하기 위해서 배합설계자는 배합

의 목적 배합에 사용되는 원료고무와 각종 배합제의 성질 배합의 기초 배합단가

제품이 만들어 질 때까지의 작업 및 설비 등을 주지해야 한다

배합에는 원재료의 시험이나 평가를 목적으로 하는 배합과 공장에서 제품을 만들

기 위한 배합으로 나룰 수 있다

원재료의 시험이나 평가를 목적으로 하는 배합은 원재료의 대체나 품질

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확인을 위한 기초 배합과 새로운 원재료가 개발됐을 때 이곳에 대한 실제적인 용도

개발을 위한 시험 또는 연구배합이 있다 개발을 위한 시험 또는 연구배합에서는

기초적인 성상을 구하는 배합으로부터 실용화에 대비한 응용배합에 이르기 까지를

검토의 대상으로 하기도 한다

제품을 생산하기 위한 목적으로서의 배합이란 종래에 없었던 새로운 요구가 있

었을 때 종래 사용하던 원재료를 써서 그 목적에 알맞은 배합을 결정하여 공장에

서의 실제 생산에 투입하는 경우를 뜻한다

고무 부싱과 엔진마운트와 같은 방진을 목적으로 하는 고무제품의 재료를 보면

등의 계의 고무가 적합하다는 게 일반적인 고무업체의 정설이NR SBR BR Diene

다 하지만 목적에 맞게 고무의 원재료를 선택하여야 한다 결국 방진이라는 기능의

고무 특성을 만족하기 위해서는 가교라는 차원 구조의 밀도를 요구하고 있다는 것3

을 알 수 있다

일반적인 방진고무의 요구특성으로는 다음과 같은 조건을 만족하여야 한다

첫째 파단 특성을 만족하여야 한다 즉 분자들과의 높은 응집력과 와의 높 Filler

은 친화성으로 응력을 분산시키는 구조로 이루어져야하는 조건을 만족하여야 하며

둘째 특성을 만족하여야 한다 에 대한 조건을 만족시키기 위해서 Creep Creep

는 고무의 분자 회전성이 높고 응집에너지가 낮을수록 좋다

셋째 내열성 및 내열 산화성에 대한 조건을 만족하여야 한다 이것은 일반적으로

기계적인 모든 성질은 온도의 의존성이 낮을수록 바람직하다고 할 수 있다 이에

방진목적의 고무도 이 같은 성질을 만족하여야 한다

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넷째 일반적인 방진 제품은 고무만의 단독 현상으로는 그 형태를 유지하기 힘들

며 금속과의 결합을 통하여 그 방진특성을 만족하여야 한다 이에 방진고무의 기본

적인 성질은 금속과 접착성이 좋아야 한다는 조건을 만족하여야 한다

다섯째는 감쇄계수에 대한 부분으로 감쇄계수가 크고 온도의존성이나 주파수 의

존성이 좋아야 한다 일반적으로 은 감쇄가 적고 소변형에서 대변형에 이르기까 NR

지 선형의 복원을 하며 주파수에 의존하지 않은 특성을 가지고 있으므로 방진고무

로 적합하다고 할 수 있다

여섯째 탄성율에 관한 내용으로 일반적으로 방진 고무의 탄성율은 온도 및 진폭

의존성이 낮은 쪽이 좋게 된다

마지막으로는 정적강성과 동적 강성의 비로 표현되는 동배율에 유의해야 한다

일반적으로 방진고무의 감쇄 특성을 고려하면 동배율이 높은 것이 유리하지만 동적

특성의 온도의존성 변형율 동적 변형율에 의한 발열 및 내피로특성을 보면 저동배

율 쪽이 유리하다

제 절 재료배합 개선방안제 절 재료배합 개선방안제 절 재료배합 개선방안제 절 재료배합 개선방안2222

원재료 및 배합제의 개선원재료 및 배합제의 개선원재료 및 배합제의 개선원재료 및 배합제의 개선1111

고무부싱 제품의 경우 그 기능상의 요구로 인하여 주로 계열의 천연고무를NR

원재료로 사용한다 본 연구에서도 계열의 천연고무를 원재료로 하고 요구 특성 NR

의 개선을 위해 배합제의 선정을 대해 연구하였다 일반적으로 천연고무 및 합성고

무에 적용되어지는 배합제는 가황속도 조절 가공의 원활화 품질특성 개선 그리고

특수 성능 등의 목적으로 사용되어

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진다 배합제의 종류로는 가공조제 연화제 유기가황제 가황촉진제 노화방지제

등으로 나눌 수 있다

요구 경도의 결정은 함량을 조절하여 설계하였으며 품질특성을 향상 시Carbon

킬 수 있는 재료를 연구한 결과 미세 으Caron Carbon Black(MAF FEF GRADE)

로 물성을 향상 시킬 수 있도록 하였다 특성에 큰 영항을 주는 배합제의 경우 그

용도에 따라 많은 종류를 인자로 적용할 수 있지만 많은 인자로 인하여 발생하는

비용적 시간적 손실을 최소화하기 위해 본 연구에서는 원재료와 함량을 Carbon

고정한 후 촉진제 종류와 가황제의 양을 조절하는 방식으로 배합제에 대한 최적의2

조합을 선택하는 방법으로 접근하였다

내구성 향상을 위한 방안내구성 향상을 위한 방안내구성 향상을 위한 방안내구성 향상을 위한 방안2222

내구성을 향상시키기 위한 일반적인 방법은 경도를 향상시키는 것인데 경도를

높이는 방법만으로는 다른 특성 즉 정 동특성을 동시에 만족시킬 수 없는 어려움이-

있다 이에 본 연구에서는 방진용 제품이 요구하는 정 동특성과 내구성을 Bushing -

동시에 향상 시킬 수 있는 방안을 모색하기 위하여 촉진제와 가황제를 이용하여 최

적을 배합설계를 이루고자 하였다

내구성을 향상시키기 위한 방법으로 보통 량의 조절을 통한 경도 조절법Carbon

을 이용하게 되는데 본 연구에서 적용한 은 미세 Carbon Carbon Black(MAF FEF

으로 인장강도 및 경도 인장응력을 증대하는 효과를 얻고자 하였다 이러GRADE)

한 미세 의 적용과 동시에 보강제의 분산 및 흐름성 개선을 위하여Carbon Black

가공조제를 개선하여 적용하였다

가교시스템의 향상 방안가교시스템의 향상 방안가교시스템의 향상 방안가교시스템의 향상 방안3333

가황반응 고분자 주쇄간 가교결합을 통한 차원 망상구조를 형성하(Vulcanization) 3

여 고분자 화합물의 복원력 탄성 특성 및 기타 요구물성을

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증가시킨다 다양한 가교결합 형태 중 방진고무산업에서 많이 이용되고 있는 가교

결합은 을 도입한Polysulfide (-C-Sx-C- x=1~4) Conventional CV(Vulcanization)

계를 많이 사용한다 여기서 사용되고 있는 인 천연고무 Polymer (Natural Rubber

의 배합에 있어 가교 또는 가류형태의 변화에 따라 물성 및 특성의 변화가 있NR)

음을 알 수 있다 즉 가교형태 변화에 따른 유사한 특성을 나타내는 Stress-Strain

조건하에서 공정특성 및 전반적인 물성에 영향을 미침을 알 수 있다 의 기 Polymer

본 배합에서 촉진제나 황 공여체 증가에 따라 가류 유도시간(Sulfur Donor)

은 길어지나 가류속도는 빨라진다 특히 고온 가류 시 과 가류(Induction time)

에 의한 물성하락을 방지하기 위해 열 안정성이 우수한(Overcure) EV(Efficient

계를 사용하는 것이 근래에 소개되고 있다 고분자의 물성은 가교형Vulcanization)

태뿐 아니라 가교밀도에 크게 의존한다 가교계 변화에 따른 인장강도의 영향은 매

우 적은 반면 신장율은 계에서 로 같수록 감소CV(Conventional Vulcanization) EV

하는 경향이 있다

이란 가류시간의 지연 또는 과가류로 인한 고무 물성의 저하를 말한Reversion

다 이러한 현상은 제품의 외면이 과도한 열에 노출될 수 있다 다중황공유 결합의

열적노화현상이 발생하며 가교형태가 다중황 결합에서 단일황(Polysulfidic)

결합으로 바뀌게 되며 밀도가 현저하게 저하되고 환상형 씨오알켄(Monosulfidic)

과 씨오알칸 구조로 바뀌게 된다 결과적으로 재료의 물성(Thioalkene) (Thioalkane)

과 기계적 성질이 떨어지게 된다

이 발생하는 시간을 가교형태에 따라 비교하여 보면Reversion CV lt Semi-CV lt

으로 알려져 있으며 시스템에서는 촉진제 종류에 따라서 인장과 신율의 물EV EV

성에 하락 없이도 공정 안정성 특성이 매우 우수하다 이 Anti-Reversion

으로 인해서 물성과 기계적 성질을 향상시킬 수 있으며 황공여체 사Anti-Reversion

용 또는 계로 가교형태를 전환함으EV

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로써 가능하다 이로써 가교의 다중황결합 을 줄이고 단일 또는 이중황 결 (S3~S8)

합으로 내열성 및 결합의 안정성을 증가시킬 수 있다 이러한 과정에서 공정설계상

계보다 더 낮은 가류온도와 더 길어진 가류시간이 필요하게 된다 이러한 계CV EV

에서는 정도의 황과 계에 비해서 다소 많은 양의 촉진제를 사용하02~05 phr CV

게 된다 여기에 근거하여 혼합물성분의 한계 표 표 에 나타난 황과 촉 ([ 42] [ 44])

진제 양의 범위를 정하였다

발생 시간의 효율적인 제어를 위하여 본 연구에서는 적절한 촉진제의Reversion

배합량을 조절하여 방진제품에서 요구하는 특성을 만족하는 조건을 선정하고자 하

였다 그림 은 의 예를 보여준다 [ 41] Reversion

그림 의 예[ 41] Reversion

본 연구에서는 인장 내열 강도의 증가와 동 정특성 내구성 증가를 위한 가교 시- -

스템의 향상 방안으로 황량을 조절하여 Convension Type(Efficient Vulcanization

을 통하여 결합력을 증대시켰으며 촉진제를 조절하여 가- CURE STIES-CC-C)

교효율을 증대하였다 또한 가황 조건에 변화가 적은 배합설계를 하여 향상된 적정

가황이 될 수 있도록

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하였으며 를 정립화하여 최적의 적정 가황 포인트를 찾아 인장이 최CURE-STUDY

적일 때 내구성이 최적이고 가황제품과 시편을 동시에 함으로 시편과CURE-STUDY

제품의 상의성을 방지할 수 있었다

자동차업계에서는 일반적으로 고가의 폴리머를 선호하지만 본 연구를 통하여 가

격이 낮은 폴리머로도 성능향상이 가능하다는 것을 입증하였고 향후 타 아이템에도

연계 적용함으로 새로운 배합설계를 구축하였다

실험계획법의 적용실험계획법의 적용실험계획법의 적용실험계획법의 적용4444

기존의 개발 진행 방식은 경험에 의한 시행착오 접근 방법을 사(Trial and Error)

용하여 성능향상을 도모하였으나 본 연구에서는 배합물설계에 위한 실험계획법

기술을 적용하여 이론적으로 최적의 배합설계를 이(DOE Design of Experiment)

룰 수 있는 방법을 연구하였다

일반적인 고무제품의 배합은 많이 알려져 있지만 특성 향상을 위한 방안이나 그

배합에 대한 신뢰성에는 많은 의문점이 제기 되는 게 현실이다 본 연구에서는 요

구특성을 만족시키기 위하여 선정된 촉진제의 배합조건의 최적화를 실현하기 위하

여 실험계획법의 꼭지점계획법을 이용하여 그 효율성을 검증하고자 하였다 배합의

경우 어느 독립적인 인자의 선정으로는 그 효과를 극대화 시킬 수 없는 특성이 있

는데 본 연구에서는 선정된 촉진제 및 폴리머의 조건 하에서 최적의 배합 조건을

찾아보고자 하였다

재료배합설계의 개선을 위한 방안을 정리하면 표 과 같다[ 41]

- 31 -

표 내구성 및 정 동특성 동반향상을 위한 개선방안[ 41] -

항 목항 목항 목항 목 기존 방안기존 방안기존 방안기존 방안 제안된 개선 방안제안된 개선 방안제안된 개선 방안제안된 개선 방안

배합 설계 방안

경험적 배합 설계

고 배합설계COST

국내수급재료사용

실험적 분석기법 도입

저 배합설계COST

해외재료수입

내구성 향상

량 변경Carbon

용도별 적정 적용Carbon

정동특성 향상 방안을 동시==gt

고려

경험적 수치의 가황제 량 선정

가교 시스템 향상 방안을 고려한

가황제 량 선정

(EV - CURE)

결합력 증대==gt

경험적 수치에 의한 촉진제 량

선정 경도별 선정 미비( )

가교 효율을 반영한 촉진제 량의

선정

적정한 가황 포인트 파악을 위한(

실시Cure Study )

정 동특성 향상-

정특성 향상 방안 경도 증가

동특성 향상 방안 경도 하락

두 특성을 만족시키기 위한==gt

경험적 수치의 경도 선정

데이터베이스를 활용한 배합설계

정 동특성을 동시에 만족할 수-

있는 배합제 적용

분산 및 흐름성 개선==gt

형상개선과 동시 고려==gt

- 32 -

표 는 지원 전 배합비율과 특성별 성능수준을 나타낸다[ 42]

표 지원 전 성능수준[ 42]

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제 절 꼭지점계획법에 의한 최적배합조건제 절 꼭지점계획법에 의한 최적배합조건제 절 꼭지점계획법에 의한 최적배합조건제 절 꼭지점계획법에 의한 최적배합조건3333

재료설계에 적용되는 실험계획은 혼합물 배합에 관한 실험계획으로서 몇(Mixture)

개 성분의 혼합물 중 어떠한 성분이 품질의 특성에 유의한 영향을 미치는지를 분석

하여 반응을 최대로 만드는 최적혼합비율을 찾고자 하는 실험계획이다

혼합물실험에 적용되는 실험계획으로는 심플렉스 격자형배열법 심플렉스 중심배열

법 꼭지점 계획법 등을 주로 적용한다 본 실험에서는 심플렉스의 전 영역이 아니

라 제한된 영역에서 실험을 하고자 하므로 꼭지점계획법(Extreme vertice design)

을 적용하였다

고무부싱의 재료배합에서는 개의 성분재료가 있고 이들을 어떤 비율로 배합하는

것이 품질특성치를 가장 좋게 하는가를 찾는다 성분의 혼합에 있어서 를 번째

성분의 혼합비율이라고 하면 다음과 같은 관계식을 만족시켜야 한다

이러한 경우는 일반적 실험계획법처럼 심플렉스의 모든 영역에 실험이 배치되는 것

이 아니고 제한된 영역에서만 실험을 하는 경우이다 즉 각 인자 가 (Factor) 0 le

의 모든 값을 취할 수 있는 것이 아니라 제한된 구간1le

안에서만 값을 취한다 이와 같은 경우는 경제적인 이유나 또는 실험 전에 인자들

의 성질에 대하여 상당한 정보가 있는 경우이다 위의 식과 같은 인자의 구간이 설

정되면 실험가능영역은 심플렉스 상의 좁은 영역이 된다

- 34 -

과 은 제한된 실험영역에 대한 실험계획법으로 꼭지점 계획법Mclean Anderson

을 제안하였다 이 계획법은 제한된 영역이 가지는 모든(extreme vertices design)

꼭지점과 이 꼭지점들의 선형조합으로 이루어지는 몇 개의 점을 적절히 선택하는

실험계획법이다 만약 개의 혼합성분이 사용되는 경우 실험영역을 그림으로 그리 4

면 그림 와 같이 사면체 속에 위치하는 면체가 된다 과 은[ 42] 6 Mclean Anderson

이 면체의 꼭지점과 중심점을 실험점으로 선택하는 방법에 대한 예제를 제시하고6

있다

그림 개의 혼합성분에 대한 꼭지점계획법[ 42] 4

고무부싱의 재료설계 시 혼합물은 고무 카본 및 배합원료로서 황화제 촉진제

가공제 유기산 금속산화제 노화방지제 보강제 충진제 등을 사용한다

재료 배합 실험은 경도별로 나누어 실행되었으며 표 은 경도 도 오차범[ 43] 48 (

위 plusmn 도 에 대한 혼합물성분의 한계이다 에 성분의 한계를 입력한 결과2 ) MINITAB

네 가지 성분에 대하여 표 와 같은 총 회의 실[ 44] 17

- 35 -

험점이 생성되었다 실행 의 경우 의 성분을 1 A B C D 09807 00068 00011

의 비율로 섞어서 실험하라는 의미이다00114

표 혼합물 성분의 한계[ 43] (48Hs)

성분 하한 상한

A 외 기타Polymer 09774 09807

B 촉진제1 00068 00085

C 촉진제2 00011 00022

D Sulfur 00114 00119

표 꼭지점계획법에 의한 실험설계와 결과데이터[ 44] (48Hs)

을 활용한 혼합물 설계 데이터분석 결과는 표 표 과 같다MINITAB [ 45][ 46] 17

회의 실험점에 대한 데이터분석 결과 각 실험 점에서의 적합추정치와 신뢰구 95

간을 구할 수 있었다

- 36 -

표 을 보면 실험점 에 의한 배합조건으로는 신뢰구간으로[ 45] 14 95

의 내구성이 나타난다 에서는 각 성142322cycle ~ 146166cycle Nominal Load

분에 대한 제한조건을 만족시키면서 내구성을 최대로 하는 처리조건은 인자의 네

가지 성분 즉 외 에 대한 배합 비율이 Polymer Acc1 Acc2 Sulfur 097740

이었다 그리고 이 처리조건에서 예상되는 내구성은00085 00022 00119

에 도달할 것으로 추정되었다146943cycle

에서는 인자의 네 가지 성분의 배합비율이 와 마찬Maximum Load Nominal Load

가지로 이었다 그리고 이 처리 조건에서 예상되는09774 00085 00022 00119

내구성 추정치는 이었다18917cycle

표 데이터분석 결과[ 45] (48Hs Nominal Load)

에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응Dura(Nom)Dura(Nom)Dura(Nom)Dura(Nom)

- 37 -

반응 최적화 모수반응 최적화 모수반응 최적화 모수반응 최적화 모수

글로벌 솔루션글로벌 솔루션글로벌 솔루션글로벌 솔루션

예측 반응예측 반응예측 반응예측 반응

Dura(Nom) = 146943

- 38 -

표 데이터분석 결과[ 46] (48Hs Maximum Load)

에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응Dura(max)Dura(max)Dura(max)Dura(max)

반응 최적화 모수반응 최적화 모수반응 최적화 모수반응 최적화 모수

글로벌 솔루션글로벌 솔루션글로벌 솔루션글로벌 솔루션

외Polymer = 09774

- 39 -

Acc1 = 00085

Acc2 = 00022

Sulfur = 00119

예측 반응

Duro(max) = 189171

경도 도 오차범위 도 에 대한 혼합물성분의 한계와 에 의한 실험50 ( plusmn 2 ) MINITAB

점은 표 표 과 같다[ 47] [ 48]

표 혼합물 성분의 한계[ 47] (50Hs)

- 40 -

표 실험계획의 결과[ 48] (50Hs)

경도 도에 대한 혼합물 설계 데이터분석 결과는 표 표 과 같다50 [ 49][ 410] 17

개 실험 점에서의 적합추정치와 신뢰구간은 예측반응에 잘 나타나 있다95

에서는 각 성분에 대한 제한조건을 만족시키면서 내구성을 최대로Nominal Load

하는 처리조건은 외 기타 의 각 성분에 대하여 배합비Polymer Acc1 Acc2 Sulfur

율이 이고 이 처리조건에서 예상되는 내구성은09687 00088 00025 00200

에 도달할 것으로 추정되었다159209 Cycle

에서는 인자의 네 가지 성분의 배합비율이 와 마찬가Maximum Load Nominal Load

지로 이었다 그리고 이 처리조건에서 예상되는 내09687 00088 00025 00200

구성 추정치는 이었다 일 때와 일218572 Cycle Nominal Load Maximum Load

때의 적정배합비율이 다르게 나오는 경우가 있는데 이는 오차범위 경도의 경우( plusmn

도 가 비교적 넓은 고무의 특성에서 비2 )

- 41 -

롯되거나 측정오차에 따른 결과로 추정된다

표 데이터분석 결과[ 49] (50Hs Nominal Load)

에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응Duro(Nor)Duro(Nor)Duro(Nor)Duro(Nor)

반응 최적화 모수반응 최적화 모수반응 최적화 모수반응 최적화 모수

- 42 -

글로벌 솔루션글로벌 솔루션글로벌 솔루션글로벌 솔루션

예측 반응예측 반응예측 반응예측 반응

Duro(Nor) = 159209

표 데이터분석 결과[ 410] (50Hs Maximum Load)

에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응Duro(max)Duro(max)Duro(max)Duro(max)

- 43 -

반응 최적화 모수반응 최적화 모수반응 최적화 모수반응 최적화 모수

글로벌 솔루션글로벌 솔루션글로벌 솔루션글로벌 솔루션

예측 반응예측 반응예측 반응예측 반응

Duro(Max) = 218572

재료배합시험에 있어서 가류시간이 특성 치에 영향을 미치므로 레오그래프

분석에 의해 적정가류시간을 결정한다 레오그래프는 다음의 용도에(Rheograph)

활용된다

고무제품의 가류도 측정①

가류속도 측정②

최적의 가류공정 조건 확립③

가류약품 선정 및 배합 작성Recipe④

고무제품의 품질관리⑤

아래 그림 은 경도 도에 대한 재료의 레오그래프이다 그래프에 나타난 용[ 43] 48

어를 설명하면 다음과 같다

혼합물 의 가 가류되었을 때의 시간을 나타내며 가류시간을tc90- (Compound) 90

결정하는 기준으로 사용된다

스코치시간 을 나타내며 원하지 않는 가교가 일어ts2 - (Scorch time)

- 44 -

나는 시간으로 적절한 가류시간을 찾기 위해 필요한 과정임

고무의 특성을 토르크 값으로 나타낸 값으로 일반적으로 혼합물Tmax- (Torque)

의 경도에 따라 변함

평형 토르크MH- (Equilibrium torque)

최소 토르크ML- (Minimum torque)

본 재료시험에 적용된 가류시간은 의 배 사이에서 적정수준을 결정하tc90 1-15

였다

연구의 결과 카본의 입자가 작을수록 내구성은 향상시키지만 대체로 분산이 잘 되

지 않아 혼합물의 품질이 고르지 못하였다 따라서 카본의 분산도를 평가하여 만족

할 만한 수준이 나오는지 확인하였으며 상대적으로 작은 입자경의 카본을 사용하

여 내구성을 높이려 하였다

그림 경도 도 고무에 대한 레오그래프[ 43] 48

- 45 -

실험의 결과 카본블랙과 레오그래프와의 관계는 그림 와 같이 나타났다 그림[ 44]

에서 보는바와 같이 입자경의 크기가 증가함에 따라 결합력이 약해지므로 토르크

값이 낮아짐을 알 수 있다

그림 각종 카본블랙의 레오그래프[ 44]

- 46 -

본 연구에 적용된 카본 입자경의 크기와 양은 표 과 같다[ 411]

경도변화는 카본입자의 크기와 양에 따라 결정이 되며 레오그래프의 값이 Tmax

이러한 사실을 보여주고 있다

표 레오그래프상의 경도와 카본의 관계[ 411]

레오그래프는 섭씨 도에서 그려짐PHR = Part in Hundred Rubber 160

- 47 -

제 장 형상개선제 장 형상개선제 장 형상개선제 장 형상개선5555

제 절 외철의 스웨징 율 변화에 의한 개선제 절 외철의 스웨징 율 변화에 의한 개선제 절 외철의 스웨징 율 변화에 의한 개선제 절 외철의 스웨징 율 변화에 의한 개선1111

높은 품질의 부싱을 개발하기 위해서는 적절한 재료설계에 의한 경도 및 고무 특

성의 설정이 매우 중요한 요소이지만 고무의 특성 개선에만 의존하는 것은 한계점

이 있다 따라서 제품의 형상변화를 통해 고무의 특성을 극대화함으로써 내구성 및

품질특성을 향상시킬 수 있다

그림 은 부품의 세부형상과 설계도이다[ 51]

그림 세부형상[ 51] DA-2

- 48 -

그림 는 제품의 단면을 보여준다 그림에서 는 다른 모델에 비해 고무[ 52] DA-2

량이 다소 적음을 알 수 있다 형상 변화를 통한 품질특성의 개선을 시도함에 있어

서는 부품에 대한 조립성과 제조성 을 반드시(DFM Design for Manufacturability)

고려하여 형상변화를 꾀하여야 한다 본 제품의 경우 외철 과 내철 (outer pipe)

의 길이는 한정되어 있으며 그 직경의 변화도 허용공차를 미만(Inner pipe) 05 mm

의 수준으로 요구하고 있다

형상변경을 통한 성능향상 방안으로서 외철에 대한 스웨징율 을 변(Swaging rate)

경함으로서 외경크기의 변화를 시도하였으며 또한 내철의 구배각도를 변화시켜 개

선점을 찾으려고 노력하였다

그림 단면[ 52] DA-2

부싱의 경우 일반 적으로 스웨징이라는 공정을 거치게 되는데 이는 공정에서 외

경의 크기 조정을 통하여 성능을 향상 시키는 방법으로서 스웨징율을 조정함으로서

외철의 외경 크기를 허용범위 내어서 변화시키는 것이다 이는 스웨징에 따른 직경

변화에 의해 고무의 조직이 조밀해져 고무 특성을 향상시킬 수 있게된다

그림 은 스웨징의 방향을 나타내며 그림 는 스웨징 전 후의 외철의 크[ 53] [ 54]

기 변화를 보여주고 있다

- 49 -

그림 스웨징 방향[ 53]

그림 스웨징 전후의 외경 크기의 변화 단면[ 54] ( )

제 절 내철의 구배 변화에 의한 개선제 절 내철의 구배 변화에 의한 개선제 절 내철의 구배 변화에 의한 개선제 절 내철의 구배 변화에 의한 개선2222

아래 그림 는 형상 변화를 시도할 수 있는 내철 끝단 부분의 구배를 표시한[ 55]

그림으로서 는 구배각도를 나타낸다a

- 50 -

그림 구배각도[ 55]

그림 은 본 제품의 특성 요구 사항을 그림으로 표시한 것으로 고무부싱은[ 56]

및 의 외력에 대하여 적절하게 대응할 수 있도록 설계되어야 한다 부싱 종류F1 F2

의 경우 일반적으로 고무 제품의 유연함과 동배율 개선을 위하여 저경도의 고무를

적용하는 경우가 많은데 이 경우에는 외력에 대한 특성이 상대적으로 취약하게F1

나타나게 된다 이러한 취약점을 보완하기 위하여 본 연구에서는 그림 과 같 [ 57]

이 제품이 허용하는 범위 내에서 내철의 구배를 변화 시킨 후 실험데이터의 분석을

통해 성능 개선 방안을 찾고자 하였다

그림 부싱의 외력[ 56]

그림 의 의 경우는 구배를 주지 않은 경우이며 의 경우는 구배를 준[ 57] (a) (b)

경우를 표시하고 있다

- 51 -

의 경우 외력에 의하여 발생하는 반발력 은 순수한 고무 특성에 의해서(a) F1 Fr1

만 나타나게 된다 이러한 경우 저경도의 고무을 적용하였을 때 의 크기가 미미 Fr1

하여 적절한 특성을 발휘하지 못하게 된다

의 경우와 같이 내철에 구배를 주게 되면 의 외력에 대하여 구배가 들어간(b) F1

부분 에 의한 반발력 함께 가 생성되어 상대적으로 에 대한 저항력이 커Fr3 Fr2 F1

짐으로써 성능을 향상 시킬 수 있게 된다

그림 구배각도의 적용에 따른 차이 단면[ 57] ( )

그림 구배각도의 적용에 따른 차이 입체[ 58] ( )

- 52 -

제 장 도포공정개선제 장 도포공정개선제 장 도포공정개선제 장 도포공정개선6666

고무부싱의 내구성 향상을 위하여 필수적으로 관리하여야 할 공정이 도포공정이

다 도포공정은 접착의 원리에서부터 접착의 구조 접착의 강도 피착재의 표면처리

법 및 접착제 사용법 등 접착에 관한 전반적인 기술을 공정에 효율적으로 적용하여

야 한다

고무와 금속과의 접착력이란 접착제와 피착제 사이의 계면 결합력을 의미하며 접

착강도는 시험방법 접착방법 시험시의 조건 시편의 기하학 등 여러 인자에 의해

영향을 받는다 접착파괴는 접착제의 가장 약한 곳에서 일어나며 접착강도는 여러

가지 측정법에 따라 고유강도 잔류강도 측정강도 등과 같이 다르게 표현된다 고

무부싱의 접착구조는 그림 과 같다[ 61]

그림 접착의 구조[ 61]

프라이머 는 피착제 표면과의 친화성이나 접착제와의 상용성이 뛰어나야(Primer)

하고 동시에 접착 저해물과의 상용성도 높아야 한다 또 프라이머 중의 유효성분

쪽이 피착제 표면에 흡착되어 있는 저해성분보다 피착제에 의하여 안정하게 흡착되

어 있는 것이 중요하다 따라서 프라이머는

- 53 -

충분한 교반 균일하고 엷은 도포 그리고 완전한 건조가 이루어져야 한다 이러한

도포공정은 피착제의 모앙에 따라 달라진다

열경화성 접착제의 대부분은 유기 중합물과 각종 충진제를 유기용제에 용해 분산

시킨 것으로 사용전이나 사용 중에도 교반기 등으로 균일하게 용해 분산시킨 접착

제를 사용하는 것이 중요하다 따라서 의 도포 공정은 그림 와 같이 교 DA-2 [ 62]

반기를 추가 설치하여 공정 개선을 실시하였다

그림 설치한 교반기[ 62]

또한 피착제의 균일한 도포를 위해 롤타입의 코팅기에 기존 페인트용 롤러에서

그림 에서와 같이 융을 말아 롤러 도포하는 형태로 개선을 실시하여 코팅의[ 415]

두께 정밀도를 향상시켰다

- 54 -

그림 변경된 롤러 모양[ 63]

접착 재료를 프라이머 에서 변경하여 사용함CHEMLOK 220 252 CHEMLOK 205

으로써 접착력을 향상시켰는데 는 금속 및 경길대료의 프라이머로CHEMLOK 205

사용되며 또한 같은 극성고무에 단독으로 접착이 가능하다 NBR

방식의 경우 의 특징을 살펴보면TWO Coat CHEMLOK 205

ㆍㆍㆍㆍ 접착제의 금속 표면에서의 접착강도를 향상시킬 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ 기계적 표면처리 후 활성화된 금속표면을 산화작용으로부터 보호하며 녹방

지 도료적 역할을 한다

ㆍㆍㆍㆍ 크로로프렌이나 에피크로로히드린고무와 같은 가류 중에 염소가스를 발생

시 켜 금속표면을 부식시키기 쉬운 고무배합에 대하여 유효하게 적용된다 프

라 이머는 충분한 교반 균일하고 엷은 도포 그리고 완전한 건조가 이루어져

야 접착성이 뛰어나게 된다

도포공정 개선 전후의 효과는 그림 그림 의 도포두께 비교[ 64]~[ 67] Cpk

를 통해서도 알 수 있다DATA

아래 그림 는 도포공정의 개선전[ 64] 관리도의 그래프를 나타낸

- 55 -

것으로 관리도는 평균치와 범위에 관한 계량형 관리도에서 가장 많이 사용되

는 관리도의 하나이다 관리도는 평균치의 변화를 관리하는 관리도와 산포의

변화를 관리하는 관리도로 구성된다 관리도의 중심선(Central Line) CL=로 나

타내며 관리 상한선 은(Upper Control Limit) UCL= 로 관리하한선인 (Lower

의 경우Control Limit) LCL=

로 구한다

관리도의 관리선의 경우 중심선 관리상한선 UCL= 관리하한선 LCL

의 경우 로 구한다

여기서 등의 계수는 샘플의 크기인 에 따라 결정 되며 일 경우=4

=0729 =0 이다=2282

그림 에서[ 64] 이며=273410 관리도의 로 나타났UCL=307994 LCL=238826

다

관리도의 은CL 이며 이다=4744 UCL=1082581

- 56 -

그림 도포공정 개선전[ 64] 관리도

한편 그림 는 도포공정 개선 전의 경우에 대하여 지정된 규격의 공정능력 [ 65]

지수를 나타낸 것으로서 단기공정능력지수( 와 장기공정능력지수) ( 를 나타낸)

다 단기공정능력지수는 공정능력 ( 과 규격의 폭) ( 과의 비율을 의미하며 일반적)

으로 로 표시한다 규격은 그림 에서처럼 양쪽규격이 모두 주어진 경우 공 [ 65]

정 능력 지수는 다음과 같이 계산할 수 있다

공정 능력

로 나타내고 만약 공정 평균이 규격의 중심으로부터 어느

한쪽으로 치우쳐 있게 되는 경우 치우침도( 와) 를 조합한 단기공정능력지수

( 로 나타낸다 즉)

- 57 -

장기공정능력지수( 의 계산은)

으로서 이다

따라서 그림 에 나타난 것처럼 개선전의 공정능력은[ 65] =17854 =08458

으로서 장기 공정에 대해 만족스럽지 못한 값을 나타내고 있다

그림 도포공정 개선전 공정능력 분석그래프[ 65]

- 58 -

그러나 공정개선후의 관리도인 그림 을 살펴보면[ 66] 이며=28196 관리

도의 이고UCL=300418 LCL=263502 관리도의 은CL 로=2532 UCL=51418

나타난다

그림 도포공정 개선후[ 66] 관리도

- 59 -

개선 후에는 그림 로부터 알 수 있듯이 단기공정능력은[ 67] 으로서=31966

인 장기 공정에 대해 안정적인 것을 확인할 수 있어 도포공정 개선에=23275

대한 효과가 있음을 알 수 있다

그림 정 개선 후 공정능력 분석그래프[ 67]

또한 도포공정의 두께관리를 강화하기 위하여 작업자 교육 및 샘플링 두께 측정

검사를 통해 지속적인 모니터링을 실시하고 공정별 온도관리 및 시간 관리를 통해

작업 환경 유지관리 강화로 변함없는 품질의 제품을 생산하도록 하였다 그림 [

은 롤 코팅 공정이다68] (Roll coating)

- 60 -

그림 롤 코팅 공정[ 68] (Roll coating)

- 61 -

제 장 최적수준 결정을 위한 파라미터 설계제 장 최적수준 결정을 위한 파라미터 설계제 장 최적수준 결정을 위한 파라미터 설계제 장 최적수준 결정을 위한 파라미터 설계7777

제 절 실험계획법에 의한 유의인자 결정제 절 실험계획법에 의한 유의인자 결정제 절 실험계획법에 의한 유의인자 결정제 절 실험계획법에 의한 유의인자 결정1111

재료설계 형상설계 및 공정설계에 대한 최적조건의 결정은 부품의 품질 특성에

대한 사양 을 만족시켜야 할 뿐 아니라 생산부품 간 품질의 산포를(Specification)

최대한 줄여야 한다 의 최적설계를 위해 다구찌 기법 을 적 DA-2 (Taguchi method)

용하였다

다구찌의 강건설계 는 인자 가 품질 특성의 평균에 대해(Robust design) (Factor)

가지는 효과뿐만 아니라 분산에 미치는 효과에 대해서도 초점을 맞추고 있다 분산

을 줄일 수 있는 통제 가능한 인자에 대한 조건을 설정하여 품질특성이 통제 불가

능한 인자의 변화에 대해서는 둔감하도록 할 수 있다 강건설계의 주목적은 품질특

성의 목표값을 유지하면서 분산을 줄이는 인자에 대해 설치값 을 발견하는 (Setting)

데 있다

다구찌 설계에 의한 실험계획법은 특히 확장된 역할로서 다음의 몇 가지를 들 수

있다

ㆍㆍㆍㆍ종래에는 제어 불가능한 환경조건이나 제어하기 어려운 생산조건 공정조건

등의 원인 이를 잡음인자로 통칭 들이 데이터에 주는 영향의 정도를 평가하기 어려( )

웠으나 객관적으로 그리고 계량적으로 이를 평가할 수 있는 방법을 제시하고 있

다 또한 품질 산포의 크기를 계량특성치 손실함수 비 등 로 변환하여 산포를 ( SN )

작게 하는 인자들의 조건을 찾아가는 강건설계를 사용한다

ㆍㆍㆍㆍ직교배열표를 광범위하게 사용하여 인자의 수가 많은 경우에도 크게 실험횟

수를 증가시키지 않고 실험하는 일부 실시법을 사용한다

ㆍㆍㆍㆍ생산라인 내 뿐만 아니라 신제품 개발을 위한 품질설계 파라미터(On-line)

설계 허용오차 설계 등의 라인 외 품질관리를 위하여 유용하게 사용할 (Off-line)

수 있다

ㆍㆍㆍㆍ다구찌 방법에서 추가적으로 다룰 수 있는 주요한 것들로는 직교배열

- 62 -

표의 확대사용 수준계의 표준 직교배열표 이외에 확대 응용 혼합 직교배열표(2 3

의 사용과 조합법의 사용 계량치 데이터의 파라미터 설계 허용차 설계 그리고)

계수치 데이터의 파라미터 설계 동적 특성의 파라미터 설계 등을 들 수 있다

파라미터 설계 는 제품설계와 공정설계에서 유용하게 사용되는(Parameter design)

다구찌 실험계획법의 핵심이다 파라미터는 제품성능의 특성치에 영향을 주는 제어

가능한 인자 를 의미하며 파라미터 설계는 이들 인자들의 최적(Controllable factor)

수준을 정하여 주는 것을 말한다 파라미터를 설계변수 라고도 부 (Design variable)

르며 파라미터 설계에서는 제품의 품질변동이 잡음에 둔감하면서 목표품질을 가질

수 있도록 설계변수들의 최적조건을 구하여 준다 최적조건을 찾을 때 설계변수와

잡음을 주는 인자들을 포함시켜 실험하는 직교배열표 등을 주로 사용한다 이때 목

표 품질을 만족시키는 범위 내에서 가능한 한 비용이 적게 드는 조건이나 부품 등

을 이용한다

만약 신뢰성에 영향을 주는 제어 가능한 인자 에 대한 파라미터설계 A B C D

를 한다고 하자 는 수준 는 수준의 혼합수준 에 대한 설계 A B 4 C D 2 (Mixed level)

분석을 하려고 한다면 각 요인 변동의 계산을 표 과 같은 [ 71] L16(215형 직교배)

열표 를 사용하면 된다(Orthogonal Design)

에 대한 파라미터 설계조건으로는 내구성이 가장 좋은 최적의 설계 및 공정DA-2

조건을 구하여야 하므로 반응변수가 큰 값일수록 좋은 망대특성(Larger-the-better

에 대한 조건을 구하고 부품의 정특성 및 동특성에 대한 분석은 적characteristics)

정한 상호관계를 고려하여 별도의 실험을 행한다

- 63 -

표 다구찌 설계의 예[ 71]

- 64 -

제 절 시험데이터의 해석제 절 시험데이터의 해석제 절 시험데이터의 해석제 절 시험데이터의 해석2222

실험조건실험조건실험조건실험조건1111

제품의 신뢰성향상을 위해 지금까지 재료배합의 개선 형상개선 및 공정개선에

대한 각각의 과정을 설명하였으며 본 장에서는 관련된 여러 인자들을 동시에 고려

하여 최상의 품질특성을 나타낼 수 있는 최적인자수준의 결정에 대하여 설명하려고

한다 이는 인자들 간의 상호 작용이 상승 또는 보완작용을 할 수도 있고 반대로

서로 상극임을 나타낼 수 도 있기 때문이다

일반적으로 고무부싱의 개발에 적용되는 인자 는 다음과 같다(Factor)

ㆍㆍㆍㆍ경도 는 수요기업에서 제시하는 사양 에 따라 적정수(Hardness) (Specification)

준의 경도 도 도 도 도 를 적용하였으며 경험적으로 경도의 산포는(43 45 48 50 ) plusmn

정도이다2

ㆍㆍㆍㆍ각 부분의 모양이나 각도에 따라 고무 량에 영향을 미치게 되는 형상설계에

관해서는 내부 파이프 구배각도를(Inner pipe) 15deg~25deg로 하고 외부파이프 (Outer

의 접착부분을 로 하였으며 외경의 크기는pipe) 13mm~15mm

27mm~ 로 유지하였다278mm

ㆍㆍㆍㆍ공정설계는 가류시간을 로 하였다 가류 온도는240sec~600sec 150deg~180

로 하고 주변 온도에 영향을 받으므로 금형 표면온도는 항상 확인하였다 접착제

도포가 내구성에 영향을 주므로 접착제 두께는 으로 하고 접15micron~40micron

착제 배합조건은 로 하였다120cc~128cc

다구찌 설계에 의한 최적수준을 결정하기 위해 다른 인자는 고정시키고 경도 가

류시간 스웨징 인자에 대하여 표 와 같이 실험수준을 정하였다 [ 72]

- 65 -

표 실험인자 별 수준[ 72]

분석결과의 해석분석결과의 해석분석결과의 해석분석결과의 해석2222

실험결과의 해석은 다음과 같다

을 통해 표 의 실험조건을 입력하여 다구찌 설계를 생성한 결과MMITAB [ 72]

표 과 같은 실험조합을 얻었다 표 는 실험조합 별 시험결과 값이다[ 73] [ 74]

에서의 내구성에 대한 다구찌 설계해석의 결과는 표 의 신호 대Nominal load [ 75]

잡음비 비 평균 표준편차에 대한 반응표에 잘 나타나(SN Signal to noise ratio)

있다 그림 그림 은 비 평균 표준편차에 대한 반응 값을 도식한 [ 71]~[ 73] SN

것이다

표 의 신호 대 잡음비의 반응표를 보면 경도는 스웨징이나 가류시간에 비해[ 75]

반응변수 내구성 에 큰 영향을 미치고 있음을 보여준다 평균에 대한 반응표에서도( )

경도는 다른 인자들에 비해 반응변수의 평균에 크게 영향을 미치고 있음을 알 수

있다 표준편차 역시 경도의 수준 변화에 따라 차이가 가장 많음을 보여주고 있다

- 66 -

표 에 의한 다구찌 설계생성[ 73] MINITAB

- 67 -

표 실험조합 별 시험결과 데이터[ 74]

- 68 -

표 비 평균 표준편차에 대한 반응표[ 75] SN

신호 대 잡음 비에 대한 반응 표신호 대 잡음 비에 대한 반응 표신호 대 잡음 비에 대한 반응 표신호 대 잡음 비에 대한 반응 표

망대특성망대특성망대특성망대특성

평균에 대한 반응 표평균에 대한 반응 표평균에 대한 반응 표평균에 대한 반응 표

표준 편차에 대한 반응 표표준 편차에 대한 반응 표표준 편차에 대한 반응 표표준 편차에 대한 반응 표

- 69 -

그림 신호 대 잡음 비의 주효과도[ 71]

그림 인자수준별 평균의 주효과도[ 72]

그림 인자수준별 표준편차의 주효과도[ 73]

- 70 -

표 와 그림 에서 에서의 내구성 예측값을 가장 크게 하[ 75] [ 72] Nominal Load

는 것은 요인 수준의 조합이 일 때이다 품질 향상을 위해서는 정특성 동(4 2 2)

특성 값도 동시에 고려하여야 하므로 조합 조합 조합(4 2 2) (4 3 2) (4 1 2)

에 대한 예측 값을 함께 구하였다

표 은 에서의 내구성 예측값을 표 은 에[ 76] Nominal Load [ 77] Maximum Load

서의 내구성 예측값 표 은 정특성 예측값 표 는 에서의 동특성 예 [ 78] [ 79] 15Hz

측값 그리고 표 은 에서의 동특성 예측값을 보여주고 있다 [ 710] 150Hz Nominal

에서의 내구성 예측값은 조합 조합 조합에서 각Load (4 2 2) (4 3 2) (4 1 2)

각 목표값인 을 상회한 과170000 Cycle 178023 Cycle 174272 Cycle 175830

로서 조합일 때 더 높게 나타났다Cycle (4 2 2)

동배율은 예측 평균값을 기준으로 할 때 동배율은 조합에서는 에 (4 2 2) 15Hz

서 에서 이고 조합에서의110(1187691079) 150Hz 113(1215561079) (432)

동배율은 에서 에서15Hz 106(112856 106938) 150Hz 108(115769106938)

이며 조합에서의 동배율은 에서 에서 (412) 15Hz 108(118194 1094) 150Hz

이었다109(1195691094)

모델의 경우 수요기업에서 동배율 값이 적은 값을 요구하기 때문에DA-2 (kdks)

동배율을 고려하면 의 조합이 더 좋은 품질을 나타낸다고 할 수 있다(4 1 2)

- 71 -

표 에서의 내구성 예측값[ 76] Nominal Load

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 2 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 3 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 1 2

예측 값

신호 대

- 72 -

표 에서의 내구성 예측값[ 77] Maximum Load

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 2 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 3 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 1 2

신호 대

- 73 -

표 정특성 예측값[ 78]

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 2 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 3 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 1 2

신호 대

- 74 -

표 동특성 예측값[ 79] (15Hz)

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 2 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 3 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 1 2

신호 대

- 75 -

표 동특성 예측값[ 710] (150Hz)

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 2 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 3 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 1 2

신호 대

- 76 -

제 장 부품의 신뢰성성장관리제 장 부품의 신뢰성성장관리제 장 부품의 신뢰성성장관리제 장 부품의 신뢰성성장관리8888

제 절 신뢰성성장관리제 절 신뢰성성장관리제 절 신뢰성성장관리제 절 신뢰성성장관리1111

복잡하고 기술적인 제품의 개발 프로그램을 운영하는 데 있어서는 고객이 요구

하는 신뢰성 수준을 만족시키기 위하여 상당한 규모의 시간 예산 기술인력 등의

자원을 필요로 한다 고객들의 신뢰성 요구수준은 매우 높으므로 이러한 목표를 달

성하기 위하여 시험 개선 시험 개선의 개발과정을 반드시 거친다 이 과정에서 시- - -

스템 서브시스템 또는 모듈을 고장 날 때까지 시험하고 고장모드를 결정해서 이를

제거하기 위한 시도를 하거나 적어도 고장발생을 줄일 수 있는 시도를 하여 설계나

엔지니어링 개선을 이룬다 만약 이러한 과정이 계속되고 설계나 엔지니어링 변경

이 충분히 이루지면 시스템의 신뢰성은 증가한다 개발프로그램이 운영되는 동안

신뢰성 수준의 변화를 추적할 수 있다면 개발책임자로서는 여러 가지 이점이 있다

즉 목표하는 신뢰성 수준을 달성하기 위하여 충분한 비율로 성장하고 있는지의 여

부를 가능한 빠른 시간 내에 판단할 수 있고 그에 따라 필요한 자원을 적절히 배

분할 수 있다 따라서 개발책임자는 시험데이터로부터 현재 시스템의 신뢰성 수준

성장률의 평가 앞으로 기대되는 달성 가능한 수준을 결정하기를 원한다

신뢰성 성장관리 기술은 제품을 개발하는 데(Reliability growth management)

소요되는 많은 시간과 비용 및 엔지니어링 노력을 절감하면서 개념선택 제품과 공

정의 신뢰성 그리고 비용효율을 달성할 수 있도록 유용한 정보를 제공해 준다 군

사장비 자동차 및 전자 중장비개발 등에 적용된 최근의 신뢰성 성장시험 관리기술

은 각 분야의 경쟁적인 사업 환경 아래에서 제품개발을 효율적으로 조직하여 신뢰

성평가를 시작하고 신뢰성 성장과정을 추적할 수 있도록 해준다 신뢰성성장관리기

술은 제품 및 공정설계 관련사항 및 검증시험 항목들에 대하여 사용 환경에 따른

신뢰성 성장 진행과정을 확인하고 그 결과로부터 성장시험곡선을 개발할 수 있게

한다 또한 설계단계 사이의 여러 가지 관련성을 확인하여 관찰하고 그 정보를 다

른 제품보증분석들과 연결하여 고객 요구사항에 대한 제품의

- 77 -

적합도를 적절히 평가하는 데 도움을 준다

신뢰성성장모델은 가 개발한Crow(1975) AMSAA(Army Materiel Systems

모델이 많이 활용되었으나 이는 시스템 또는 서브시스템에서의Analysis Activity)

성장관리에 유용하고 부품수준에서는 모델을 활용하는 것이 더욱 실용적이 Weibull

다 모델은 목표 Weibull B10 수명에 대하여 초기 시작품 으로부터(Early Prototype)

후기 시작품 까지의 신뢰성 개선을 관리하는데 실용적으로 활용할(Later Prototype)

수 있다

신뢰성 성장시험 프로세스신뢰성 성장시험 프로세스신뢰성 성장시험 프로세스신뢰성 성장시험 프로세스1111

신뢰성 성장은 개발시스템에 대하여 여러 시험단계가 시리즈로 이루어지는 동안

고장모드를 발견하고 이를 개선하는 과정을 거쳐 이TAAF(Test Analyze And Fix)

루어진다 또한 기능시험 환경시험 안전시험의 결과는 신뢰성 향상을 위한 FMEA

등과 연계하여 사용된다 분석결과는 설계변경에 반영되고 최종목표가 달성될 때까

지 개선과 시험이 연속적으로 이루어진다 그림 은 일반적인 신뢰성 성장시험 [ 81]

프로세스를 보여준다 프로그램의 시작시점에 신뢰성 성장에 대한 계획을 수립하여

고객의 기대사항을 만족시킬 수 있는 성능수준에 대한 구체적인 측정치를 제시하

고 이 목적을 달성시킬 수 있는 시험조건을 정한다 시험조건은 특정한 부품이나

시스템에 대하여 고객의 사용방법과 환경에 대한 지식을 기초로 하여야 한다

개발프로젝트가 진행되는 동안 신뢰성 성장시험 프로그램이 개발되고 실행되는

과정에서 설계 및 공정의 관심사항을 확인하기 위해 QFD(Quality function

와 같은 제품보증을 위한 분석방법들이 선행되어 실시되는데 신뢰성deployment)

성장관리와 연계하여 이를 통틀어 통합 신뢰성 성장관리(Integrated reliability

라고 한다 신뢰성 성장관리를 포함한 제품설계평가의 모든growth management)

과정은 제품 공정의 신뢰성 향상에 있어 중요한 역할을 하는 제품보증기능의 한부

분이다

- 78 -

통합 신뢰성 성장시험관리 프로세스는 설계뿐 아니라 공정신뢰성(MIL-HDBK-781)

과 관련된 문제에 대응할 수 있도록 신뢰성 성장시험의 이점을 전적으로 활용할 수

있는 수단을 제공한다

신뢰성 성장관리과정을 개발함으로써 신뢰성 수준은 계속적으로 추적될 수 있고

조치를 취하고 다른 분석결과들과 비교되어 초기 신뢰성 예측을 수립하고 제품설

계에 포함된 확신을 증가시킨 후 검증시험에 들어갈 수 있도록 한다 이러한 신뢰

성 성장관리 프로세스는 제품개발 사이클에 있어서 초기 단계 동안에 신뢰성을 확

립하는 데 도움을 줄 수 있는 장치이다

그림 신뢰성성장시험 프로세스[ 81]

제품개발과정에 적용되는 신뢰성 성장시험관리 프로세스는 다음과 같다

신뢰성 성장시험조건을 결정하고 시험 사이클을 개발한다 ①

신뢰성 성장시험곡선의 사용을 통하여 시험과정을 실행하고 추적한다②

시험결과를 평가하고 다른 선행된 분석연구결과들과 비교한다③

확인된 결함을 제거하기 위해 설계변경을 실시한다④

- 79 -

설계검증시험을 준비한다⑤

신뢰성 성장시험의 주된 목적은 설계상의 약점을 확인하고 제거함으로써 설계의

신뢰성을 증가시키는 것이다 정확하게 신뢰성 수준이 변화되는 진행상황을 추적하

기 위해서는 요구사항에 대한 불합치성 을 확인하고 불합치성이(Nonconformance)

일어난 시간을 모두 추적하여야 한다 시험을 시작하기 전에 적절한 시정조치를 용

이하게 하기 위해 사전계획이 수립되어야 하며 고장분포를 결정하기 전에 각각의

고장부품에 대한 고장원인을 분리할 수 있어야 한다

부품의 개발과정에서 몇 개의 표본에 대한 고장시간 데이터가 있을 때 Weibull

분포를 활용한 신뢰성 성장분석에 대하여 설명하면 다음과 같다

가 분석의 개요가 분석의 개요가 분석의 개요가 분석의 개요

밀도함수는 그림 와 같이 특성 수명과 기울기로 고장시간Weibull [ 82] (Cycle

을 설명한다 작은 표본에 대한 고장시간 데이터가 주어졌을 때 분석Km) Weibull

을 사용하여 세 가지의 정보를 얻을 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ특정 시간이 주어졌을 때 등 부품의 신뢰도는 그 시간까지 살아 있(Cycle Km )

을 백분율이다

ㆍㆍㆍㆍ 또는 다른( 수명을 추정할 수 있다) 수명은 부품들 중 가 고장10

날 것이라고 기대되는 시간이다 즉 이 시간에서의 신뢰도는 이다 90

ㆍㆍㆍㆍ 기울기의 값은 고장률 패턴에 대한 정보를 제공해준다 기울기가Weibull 10

이라면 고장률이 일정하다는 것을 의미한다 이 경우 고장은 일반적으로 우연히

일어나며 고장률은 설계의 강건 정도에 따라 달라진다 기울기가 보다 작다면 1

고장률은 감소하고 있음을 의미한다

- 80 -

즉 높은 초기 고장률 을 말한다 기울기가 보다 크면 고장률은 증 (Infant mortality) 1

가하고 이는 마모 되고 있음을 의미한다(Wear-out)

그림 에 의한 부품의 신뢰성성장분석[ 82] Weibull 수명 비교

가장 많이 활용되는 측도는 수명이며 이것은 요구되는 목표 신뢰도가 임 90

을 의미한다 첫 번째 프로토타입이 고장 난다면 신뢰성 목표 달성을 위해 설계 변

경을 행하고 다음 프로토타입을 시험한다 이 과정은 목표 수명이 달성될 때까

지 반복한다

나 의이점나 의이점나 의이점나 의이점WeibullWeibullWeibullWeibull

부품의 개발과정에서 작은 표본에 대한 고장시간 자료가 주어졌을 때 Weibull

분석을 활용하여 신뢰성성장관리를 행하면 다음의 정보를 얻을 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ신뢰성 개선은 목표 수명이 달성될 때까지 하나의 프로토타입에

- 81 -

서 다음 프로토타입까지 추적할 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ신뢰성 개선은 시험한 프로토타입에 대해 타점으로 표현되고 빠르Weibull

게 방향을 파악하여 신뢰성 진전과정에 대한 양적 측면의 관리능력 향상을 그

래프로 확인할 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ컴포넌트를 고장 날 때까지 시험하는 것은 고장모드에 대한 아주 귀중한 정

보를 제공하고 따라서 시정조치 활동이 필요하다

ㆍㆍㆍㆍ많은 표본이 더 좋은 신뢰도를 얻을 수 있지만 분석은 많은 표본을Weibull

필요로 하지 않는다

ㆍㆍㆍㆍ고객의 운영 사용 사이클과 시험 모수의 관계가 알려져 있다면 더 빠르고( )

더 적은 비용으로 가속시험을 할 수도 있다

다 기본가정및제한다 기본가정및제한다 기본가정및제한다 기본가정및제한

ㆍㆍㆍㆍ각 분석에서 오직 하나의 고장모드만 포함되어야 한다 두 개나 그 이상의

고장 모드가 검출된다면 각각에 대해 분리하여 분석해야 한다

ㆍㆍㆍㆍ신뢰도는 시험 제한 한계 로 인해 년 마일까지 확장하여 외삽하면 안( ) 10 150K

된다 왜냐하면 시험 제한 한계 로 인해 다른 고장모드가 발생할 것인지 알 수 ( )

없기 때문이다

ㆍㆍㆍㆍ하나의 프로토타입에서 다음 프로토타입까지 기울기가 변하는 데는 특별히

주의를 하여야 한다 왜냐하면 초기 후기 수명에서 더 높은 신뢰도와 후기 초 ( ) (

기 수명에서 더 낮은 신뢰도의 할 수 도 있기 때문이다) trade-off

라 적용시기라 적용시기라 적용시기라 적용시기

ㆍㆍㆍㆍ수명의 비교는 엔지니어링 사양 이 특정한(Specification) 을 요구할 경

우 사용된다

ㆍㆍㆍㆍ이러한 접근방법은 고장시간 등 에 대하여 동일한 부품의(Cycle Km )

- 82 -

다른 시점에서의 프로토타입을 비교할 때 사용한다

ㆍㆍㆍㆍ신뢰성 목표가 달성될 때까지 계속한다

마 입력자료마 입력자료마 입력자료마 입력자료

ㆍㆍㆍㆍ프로토타입 의 몇 개 표본의 고장시간 등1 (Cycle Km )

ㆍㆍㆍㆍ프로토타입 의 몇 개 표본의 고장시간 등2 (Cycle Km )

⦙

ㆍㆍㆍㆍ마지막 프로토타입의 몇 개 표본의 고장시간 등(Cycle Km )

분석프로세스는 그림 과 같다[ 83]

프로세스프로세스프로세스프로세스 일반적 단계일반적 단계일반적 단계일반적 단계

Ⅰ 요구

또는 수명 결정

프로그램 신뢰성 목표 사용

고객의 운영 사용 프로파일 사용( )

시험 프로그램 적정시간 사용

Ⅱ 시험 프로그램 자료정보

확인과 데이터 수집초기 부품의 프로토타입

후기 부품의 프로토타입

Ⅲ 다른 프로토타입에 대한

누적고장 시간 또는 vs

거리 계산 및 타점

분석이 가능한 사용Weibull SW

가능한 가속수명시험 사용

Ⅳ 프로젝트 검토 시

현재 신뢰성 수준신뢰성 목표 적합성 결정

초기 경고 관련 정보 제공

개선을 위한 계획 정보 제공

그림 프로세스별 단계[ 83]

- 83 -

제 절 신뢰성성장 데이터분석제 절 신뢰성성장 데이터분석제 절 신뢰성성장 데이터분석제 절 신뢰성성장 데이터분석2222

초기 프로토타입 으로 부터 개의 표본을 정상하중 으(Prototype1) 6 (Nominal load)

로 고장 날 때까지 시험하고 고장모드를 기록하였다 여러 개선작업을 거친 후 후

기 프로토타입 으로부터 개의 표본을 고장 날 때까지 시험하고 고장모(Prototype2) 6

드를 기록하였다 시험 데이터는 표 에 주어져 있다 [ 81]

에 고장데이터를 입력하고 각 프로토타입 단계별로 용지에 결과MINITAB Weibull

를 타점한 결과 그림 와 같은 성장곡선이 생성되었다 [ 84] Weibull

정상하중 에서 의 평균수명 추정치는 이(Nominal load) Prototype1 127366Cycle

고 의 평균수명 추정치는 로서 의 개선을 이루었 Prototype2 176882 Cycle 389

음을 알 수 있었다 수명은 은 이었으나Prototype1 112668 Cycle Prototype2

의 수명은 로서 상당한 개선이 이루어졌음을 볼 수 있다168620 Cycle 수

명에 대한 신뢰하한은 로 추정되었다 따라서 정상부하에 의한95 162926 Cycle

시험데이터분석 결과 개선활동 재료배합개선 형상설계개선 공정개선 에 의하여 ( )

내구성 목표가 달성되었음을 알 수 있다

그림 는 에서의 신뢰구간을 보여주고 있다[ 85] Nominal load 90

최대하중 에서는 표 의 데이터 입력결과 그림 의 그래프를(Max load) [ 82] [ 86]

생성하였다 그래프로 부터 추정된 의 Prototype1 수명은 이고16362Cycle

의Prototype2 수명은 이다21850 Cycle 수명에 대한 신뢰하한추정치95

는 으로부터 로 계산된다MINITAB 20983 Cycle

의 수명과 의 수명이 다른 것은 개선 활동의 결과이Prototype1 Prototype2

- 84 -

며 에서 개선목표가 달성되었음을 알 수 있다 Prototype2

표 하중 고장시간[ 81] Nominal (Cycle)

Weibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth Curve

(Nominal Load)(Nominal Load)(Nominal Load)(Nominal Load)

그림 성장곡선[ 84] Weibull (Nominal load data)

- 85 -

Weibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth Curve

(Nominal Load-90 Cl)(Nominal Load-90 Cl)(Nominal Load-90 Cl)(Nominal Load-90 Cl)

그림 신뢰구간[ 85] Nominal Load90

- 86 -

표 하중 고장시간[ 82] Max (Cycle)

Weibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth Curve

(MaxLoad)(MaxLoad)(MaxLoad)(MaxLoad)

그림 성장곡선[ 86] Weibull (Max load data)

- 87 -

제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론9999

본 연구는 자동차현가장치인 고무부싱 의 신뢰성향상을 위한 기(Rubber bushing)

술개발과제이다 에나 인더스트리는 수출전문기업으로서 주요 경쟁사에 비해 고성

능 고내구성의 제품을 짧은 기간 내에 개발할 수 있는 능력을 갖추어야 해외 시장

에서 경쟁력을 가질 수 있다

본 연구개발에서는 수요기업에서 요구하는 GMUTS(General Motors Uniform

의 사양에 따른 시험을 실행하여 내구성을 목표 사이클 이상으Test Specification)

로 개선하고 정특성과 동특성 비틀림 토크를 개선항목으로 선정하여 제품의 품질

및 신뢰성 향상을 진행하였다

수요기업의 요구 수준에 의하면 내구성은 와 Tension Compress Alternating

가 동시에 일 때 일 때Torsion Stress Maximum Load 20000 Cycle Normal Load

을 요구한다 본 프로젝트의 경우 해외의 부품메이커들에 대한 경쟁150000 Cycle

력 우위를 확보하기 위하여 기본 요구 수준을 넘어 향상된 제품신뢰성을5~10

확보를 목표로 하였다 내구성 정특성 및 동특성에 대한 시험은 직접 행하였고 비

틀림토크에 대한 부분은 추가적인 시험장치가 필요하여 수요기업의 실험실에 샘플

을 제출하여 요구수준을 검증받았다

본 연구개발의 성과를 요약하면 다음과 같다

우선 기술적 효과로는

설계기술의 확보(1)

재료배합설계 형상설계 공정설계에 대한 기술을 확보하여 내구성을 비롯한 품

질특성을 향상시킬 수 있었다 종래에는 설계 개발 생산프로세스에서 경험적 방법

에 의존하여 시행착오가 많았으나 본 연구를 통하여 과학적이고 체계적인 방법으

로 접근할 수 있는 기술이 확보되었다

설계 요소의 기술적 배치를 위한 실험계획법의 활용기술 확보(2)

- 88 -

종전에는 고무 배합설계 형상설계 공정설계에 대하여 설계요인 별 수 (Facter)

준 을 무작위로 추출하여 실험하였으나 본 실험계획의 과정을 따르면 요인들(Level)

이 계획적으로 반영되어 품질특성에 각각 어느 정도의 영향을 미치는지 분석이 가

능하게 된다 또한 다구찌에 의한 강건 설계의 생성으로 산포를 줄일 수 있다

잠재적 고장원인 분석방법 기술 확보(3)

제품기능에 대한 잠재적 고장모드의 예측과 시험항목을 판단하고 최종적으로는 설

계검증 과 공정검증 의 세부항목과 효과적(Design verification) (Process verification)

으로 연계가 가능하다

신뢰성 데이터분석기술 확보(4)

부품의 개발과정에서 몇 개의 표본에 대한 고장시간 데이터가 있을 때 Weibull

분포를 활용한 신뢰성 성장분석이 가능하게 되었다 개발프로그램이 운영되는 동안

신뢰성 수준의 변화를 추적할 수 있어 목표하는 신뢰성 수준을 달성하기 위하여 충

분한 비율로 성장하고 있는지의 여부를 가능한 빠른 시간 내에 판단할 수 있고 그

에 따라 필요한 자원을 적절히 배분할 수 있다 따라서 개발책임자는 시험데이터로

부터 현재 시스템의 신뢰성 수준 성장률의 평가 앞으로 기대되는 달성 가능한 수

준에 대한 결정이 가능하다

경제적 측면의 효과로는

제품에 대한 내구성 및 동특성 정특성에 대하여 요구사양 이상으로 특성관리(1)

를 행할 수 있어 해외 부품메이커들에 대한 경쟁력 우위로 수출력을 향상할 수 있

게 되었다

개발기간을 단축할 수 있게 되어 개발비의 절감을 가져올 수 있게 되었다(2)

재료배합 형상설계 및 공정설계에 대한 기술개발의 표준 정립으로 개발 기간의 단

축이 가능하게 되었다

본 과제 결과를 활용하여 다른 방진제품에 대한 신뢰성 관리로 수출(3)

- 89 -

시장을 개척하여 신규거래처를 확보할 예정이다 신뢰성 데이터의 관리가 이루어져

제품수명에 대한 설득력 있는 자료의 제시가 가능하게 되었다

향후 연구계획으로는

고무부싱부품의 특성상 내구성만의 개선이 최선이 아니고 정특성과 동특성을 일

정수준으로 동시에 고려하여야 한다 따라서 이 부분에 대한 동시적인 실험설계가

시스템화 되도록 추가적인 연구가 요구된다

- 90 -

참고문헌참고문헌참고문헌참고문헌[ ][ ][ ][ ]

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Journal of Fatigue Vol27 2005

[8] McLean R A and Anderson V I Extreme Vertices Design of Mixture

Experiments Technometrics Vol8 No3 1966

- 96 -

주 의

이 보고서는 산업자원부에서 시행한 부품소재종합기술지원사업의 최1

종보고서이다

이 신뢰성기반기술확산사업 내용을 대외적으로 발표할 때에는 반드시2

산업자원부에서 시행한 부품소재신뢰성기반기술 사업의 지원결과임을

밝혀야 한다

- 97 -

이 보고서는 산업자원부에서 시행한

부품소재 신뢰성기반기술확산사업의 최종보고서이다

- 8 -

그림 고무부싱과 콘트롤암[ 12]

제 절 신뢰성향상 지원목표 및 내용제 절 신뢰성향상 지원목표 및 내용제 절 신뢰성향상 지원목표 및 내용제 절 신뢰성향상 지원목표 및 내용2222

최종목표최종목표최종목표최종목표1111

현재 개발 중인 현가장치용 고무부싱 시제품 에 대한 내구성능은 수요(Prototype)

기업의 시험사양 기준 으로 최고부하 의 경우(Delphi 22204309) (Maximum load)

정상부하 의 경우 의 수준을 요구하고20000 Cycle (Nominal load) 150000 Cycle

있다 본 연구개발의 목표는 해외에서의 경쟁력을 확보하기 위하여 시험 사양 기준

으로 최고부하의 경우는 정상부하의 경우는 로의 성22000 Cycle 170000 Cycle

능향상을 목표로 한다 또한 그 외 정특성 동특성의 성능도 고객사에서 요구하는

현재수준의 이상 개선을 목표로 한다5~10

- 9 -

지원내용지원내용지원내용지원내용2222

자동차 신 모델을 개발하는 경우 고무부싱의 시제품은 실차에 적용하여 평가하

고 있으며 시험은 진동에 대한 반응 수직 충격 흡수 과속 방지 턱에 대한 진동흡

수 등에 대하여 종합적으로 평가한다

따라서 고객이 요구하는 품질수준을 만족하기 위해서는 고무배합기술 형상설

계기술 접착공정기술 등에 대한 설계심사 와 설계 단계별 고장모드 (Design review)

분석 실험계획법 수명예측 시험 및 시뮬레이션 평가에 따른 수명한계의 정의를 명

확히 하여 장기내구신뢰성에 대한 보증대책이 절실히 필요한 실정이다

신뢰성을 향상시키기 위해 다음과 같은 내용의 지원을 행한다

고무 배합설계 형상설계 접착기술에 대하여 해당요인의 기술적 배치를 위한-

실험계획법의 활용기술 제공

특성데이터의 화를 통한 기술개발의 표준정립- DB

잠재적 고장원인 분석방법 기술 제공-

신뢰성시험장비 및 고장분석 장비 활용 방법 및 데이터분석기술 제공-

- 10 -

제 장 신뢰성평가 기준 및 항목제 장 신뢰성평가 기준 및 항목제 장 신뢰성평가 기준 및 항목제 장 신뢰성평가 기준 및 항목2222

차량이 주행하면서 노면의 요철이나 돌기부위를 타고 넘어갈 때에는 현가장치에

상하방향의 충격력뿐만 아니라 전후방향으로도 충격력이 작용하여 승차감 및 하시

니스 현상을 악화시킨다 현가장치 부싱류의 스프링정수 값이 낮을수록(Harshness)

차량의 승차감이 좋아지지만 조정 안정성이 악화되고 시미 가 발생하는 (Shimmy)

등의 상반적인 특성이 있다 그러므로 노면 충격에 대해서는 현가장치의 유연성을

부드럽게 설계하고 차량의 좌우방향에 대해서는 강하게 딱딱하게 설계하는 세밀한 ( )

조정이 요구된다

일반적으로 정강성을 동강성을 로 표현하며 동강성과 정강성 간의 비율ks kd

을 동배율이라 한다 동배율이 낮을수록 차량의 실내소음에는 유리한 경향을(kdks)

갖는다

본 연구개발에서는 의GMUTS(General Motors Uniform Test Specification) Test

을 실행하여 내구성을 목표 사이클 이상으로 개선하고 고객사에서 요구하는 정Run

특성과 동특성 비틀림 토크를 개선항목으로 선정하여 제품의 품질 및 신뢰성 향상

을 진행하였다

고객사의 요구 수준 에 따르면(Delphi Test Specification 22204309) Tension

와 가 동시에 일 때Compress Alternating Torsion Stress Max Load 20000 Cycle

일 때 을 요구한다 본 프로젝트의 경우 해외부품메이Normal Loads 150000 Cycle

커들에 대한 경쟁력을 확보하기 위하여 기본 요구 수준을 넘어 향상된 제5~10

품신뢰성을 확보를 목표로 하고 있다

- 11 -

표 평가항목 및 목표[ 21]

본 연구를 위한 대상 부품은 제안당시는 모델이었으나 수요기업 의DA-7 (Delphi)

필요성에 따라 모델로 연구대상을 변경하게 되었다 고무부싱으로서의 기능DA-2

은 동일하나 그림 과 같이 형상의 차이가 있으며 평가항목별 목표수준도 다[ 21]

르다

그림 대상품의 변경[ 21]

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제 장 신뢰성향상을 위한 고려요소 및 고장분석제 장 신뢰성향상을 위한 고려요소 및 고장분석제 장 신뢰성향상을 위한 고려요소 및 고장분석제 장 신뢰성향상을 위한 고려요소 및 고장분석3333

제 절 고려 요소제 절 고려 요소제 절 고려 요소제 절 고려 요소1111

고무부싱에 대한 고객의 요구조건 만족과 성능향상을 위한 방안은 크게 세 가지

로 분류할 수 있다

첫째는 재료배합개선으로 고무의 특성을 개선하여 성능을 향상시키는 방안이며

둘째는 처럼 고무의 양이 적은 경우 허용하는 범위 내에서의 형상 변화를 통DA-2

한 성능향상 방안이며

셋째는 도포공정을 포함한 공정개선에 의한 방법이다

그림 은 부싱의 성능향상을 위한 개선방안을 나타내고 있다[ 31]

그림 성능향상을 위한 개선방안[ 31]

재료배합재료배합재료배합재료배합1111

고무의 배합 은 황화제 촉진제 가공제 유기산 금속산화제 노화(compounding)

방지제 보강제 충진제 등으로 기초배합을 설정한 후 인장강도와

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신장율 경도 반발탄성 인열강도 인장응력 노화 후 물리적 현상 등을 고려하여

배합 설계를 하게 된다 특히 고무 제품의 경도를 높이기 위한 보강성과 경도가 높

으므로 잘 마모되지 않는 내마모성과 관련하여 카본블랙 을 사용하(Carbon Black)

며 고무제품의 특성을 결정하는 중요한 부분이다 사용 중인 카본블랙은

의 분류 방법에 의해 표 과 같이 구ASTM(American Standard Test Method) [ 31]

분된다

표 카본블랙의 분류[ 31]

ASTM CODE 일 반 명 칭 입자경( )

N110 초내마모성SAF (Super Abrasion Furnace ) 11-19

N220ISAF (Intermediate Super Abrasion Furnace

준초내마모성)20-25

N330 고내마모성HAF (High Abrasion Furnace ) 26-30

N440 초전도성XCF (Extra Conductive Furnace ) 31-39

N550 양압출성FEF (Fast Extruding Furnace ) 40-48

N660 범용성GPF (General Purpose Furnace ) 49-60

N774 중보강성SRF (Semi Reinforcing Furnace ) 61-100

N880 미립열분해FT (Fine Thermal ) 101-200

N990 중립열분해MT (Medium Thermal ) 201-500

카본블랙은 요오드가 와 광흡수도 가 높을수록 입자경은 작고(Iodine number) (Tint)

흡수율 이 클수록 구조가 발달되어 있다DBP(Di-dutyl phthalate) (Oil absorption)

카본블랙은 입자경이 작고 고무와 결합하는 표면적이 클수록 고무의 경도

와 내마모성 등의 물성을 보강하는 능력이 크다 그(Hardness) (abrasion resistant)

러나 경도와 탄성 은 반비례이므로 탄성은 오히려 감소하게 된다 또한(Elasticity)

작은 입자경은 탄성체 의 항복점 을 연장하는데(Elastomer) (Micro-Brownian motion)

탁월하다 탄성체는 항복점 이후

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에 탄성의 성질을 잃어버리고 소성을 띠게 되는데 카본블랙은 이러한 고무의 물성

을 조정하는 중요한 인자이다

형상설계형상설계형상설계형상설계2222

자동차 모델에 따라 수요기업에서 의 외형형상에 대한 기본 설계를 제공Bushing

하지만 철과의 접촉부분 등 세부설계는 제조업체에서 실시하여야 한다 따라서 각

부분의 세부적 모양이나 각도에 따라 고무 철의 재료량에 영향을 미치며 이는 결

국 내구성 등 특성 치에도 영향을 미치게 된다

결정하여야 할 주요 요소로는 내철 구배각도 외철 접착(Inner pipe) (Outer pipe)

부분 등이다 이밖에 외경크기의 산포에 따라 내구성에 영향을 미칠 수 있으며 이

는 품질관리 활동에 의해 사이징 공정에서 최종규격을 맞추게 된다(Sizing)

공정설계공정설계공정설계공정설계3333

재료설계와 함께 부품의 내구성 정특성 동특성을 결정하는 주요공정은 철과 고

무를 접착시키는 접착제 도포 공정과 가류 가황 공정이다( )

가 가류공정가 가류공정가 가류공정가 가류공정

고무분자의 공유결합을 유도하여 기계적 강도를 높이는 작업이다 가황 또는

가류라고 하며 생고무에 유황 같은 가황제를 가하여 고무 분자 간에 결합을 강하게

하고 탄성 인장강도 등을 증가시킨다 가황고무의 가장 큰 특징은 탄성이 커지는

것이며 노화 가 더디고 변형 시에도 체적변화가 크지 않다는 것이다 중요한 ( ) 老化

관리 항목으로서는 가류온도 금형 쳄버 스쿠류 가류시간 가류압력 등이며 공정( )

설계에 따라 특성에

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중요한 영향을 미친다

나 접착제도포공정나 접착제도포공정나 접착제도포공정나 접착제도포공정

접착강도는 시험방법 접착방법 시험시의 조건 시편의 기하학에 따라 다르게 나

타난다 도포방법으로는 침지법 붓칠법 롤 코팅법 (Dipping) (Brushing) (Roll

스프레이법 그리고 덤브링법 이 있다Coating) (Air Spray) (Tumbling)

프라이머 는 피착제 표면과의 친화성이나 접착제와의 상용성이 뛰어나지(primer)

않으면 안되고 동시에 접착 저해물과의 상용성도 높아야 한다 또 프라이머 중의

유효성분 쪽이 피착제 표면에 흡착되어 있는 저해성분 보다 피착제에 의하여 안정

하게 흡착 되어 있는 것이 중요하다 따라서 프라이머는 충분한 교반(Adsorption)

균일하고 엷은 도포 그리고 완전한 건조가 이루어 져야 한다

고무를 강력하게 접착시키기 위해서는 접착제가 적당히 고무 중으로 확산 된 후

에 고무와의 사이에서 상호 확산과 가교반응을 일으킬 필요가 있다 따라서 고무와

상용성이 있는 적절한 접착제 선정이 필수이며 충분한 교반 점도 조절에 의한 균

일한 도포 적당한 두께 완전한 건조 온도와 시간 가 이루어져야 한다 ( )

- 16 -

제 절 고장분석 자료 해석제 절 고장분석 자료 해석제 절 고장분석 자료 해석제 절 고장분석 자료 해석2222

설계설계설계설계1 FMEA1 FMEA1 FMEA1 FMEA

설계 는 설계 단계에서 발생하는 위험FMEA(Failure Mode and Effect Analysis )

성을 발견하기 위한 것으로 잠재적인 결함을 확인 한 후 그 영향의 심각성을 평가

하고 중점 관리 항목과 잠재적 설계 결함에 대응하기 위한 것으로 설계상의 문제

점들을 검증하고 효율적 설계개선을 행할 수 있도록 해준다 설계에 대한 잠재고장

모드의 리스트 중요 관리 특성 리스트 고장모드의 원인 제거나 발생률 감소를 위

한 설계활동 리스트 등이 그 결과물이 된다 에 대한 설계 는 표 DA-2 FMEA [ 32]

에 열람하였다

본 제품의 설계 에서는 아래 항목들에 대해 중점적으로 고려하였다FMEA

과다한 진동과 소음 형상 및 재료설계 오류로 인한 정특성 동특성 값의 불1) -

만족

내구성 문제 내철 외철의 파손 철 고무의 접착 불량 고무의 미가류 과가류2) -

외관 불량 내철 외철의 부식 미가류 과가류로 인한 고무의 이상 형태 고무3) -

버 나 살 로 인한 외관 불량 형태(burr) (flesh)

- 17 -

표 설계[ 32] FMEA

- 18 -

- 19 -

공정공정공정공정2 FMEA2 FMEA2 FMEA2 FMEA

공정 은 제품생산 공정에서 발생할 수 있는 잠재적인 문제점 또는 위험성FMEA

을 발굴하여 효과적으로 대응하기 위한 분석 기법으로 제품의 중대사고 발생 예방

으로 고객의 불만을 방지할 수 있으며 결함의 영향을 제거 또는 감소를 위한 부분

별 대책 수립의 근거가 되며 생산 문제점 검증을 통한 효율을 제고할 수 있다 공

정상의 잠재고장 모드와 그 영향을 검토 할 수 있으며 엔지니어들이 불량발생을 낮

추거나 불량 탐지 능력을 증대시킬 수 있는 관리 수단 또는 방법에 초점을 맞출 수

있도록 공정결함을 규명할 수 있다 공정에 대한 잠재고장 모드의 리스트 중요 관

리 특성 리스트 고장 모드의 원인 제거나 발생률 감소를 위한 공정 활동 리스트

들 결과물을 얻을 수 있다

표 에 보여준 의 공정 에서는 특히 아래 관련 항목들이 내구성 향[ 33] DA-2 FMEA

상과 품질개선을 위하여 중점적으로 검토되었다

접착제 도포 공정 의 점도관리체계에 의한 접착제 도포두께 관1) Zahn Cup No2

리상태 불량 건조상태에서 발생할 수 있는 접착제의 이상적 화학반응 및 건조상태

등

가류공정 고무와 내철 외철류의 이상적인 화학반응으로 인한 불량 접착상태2)

사출 성형후 고무의 갈라짐 흠집 등에 의한 외관 불량상태

시험 검사 공정 내구사양의 불만족상태 동특성 정특성 값의 사양 불만족상태3)

고무와 내 외철의 고무접착강도 불만족상태 등을 고려함

- 20 -

표 공정[ 33] FMEA

- 21 -

- 22 -

- 23 -

- 24 -

제 장 재료배합개선제 장 재료배합개선제 장 재료배합개선제 장 재료배합개선4444

제 절 배합의 기본 조건제 절 배합의 기본 조건제 절 배합의 기본 조건제 절 배합의 기본 조건1111

방진 고무부품을 만들려면 다음의 가지 공정을 거친다3

배합공정 사용목적에 따라 원료고무를 선택하고 배합약품의 종류와 양을 결middot

정하는 공정

가공공정 정해진 배합에 따라서 고무와 배합약품을 섞고 혼련 일정한 두께middot ( )

의 고무 시트를 제조하고 만들고자 하는 모양으로 절단하는 공정

가황공정 만들고자하는 모양으로 절단한 미가황 고무에 고무 탄성을 갖게middot

하고 물성을 개선하는 공정

이들 중 배합은 가공공정 가황공정 및 만들어진 제품 성능에 절대적인 영항을 미

치므로 배합설계자는 배합설계 를 할 때 다음의 가지 점(Compounding design) 3

에 균형을 잘 조화 시켜야 한다(3P)

최종 제품의 요구물성을 충족시킬 것middot (Property)

가공이 쉬울 것middot (Processing)

부피 당 배합단가가 적정할 것middot (Price)

또한 이와 같은 조건을 충족시키는 배합설계를 하기 위해서 배합설계자는 배합

의 목적 배합에 사용되는 원료고무와 각종 배합제의 성질 배합의 기초 배합단가

제품이 만들어 질 때까지의 작업 및 설비 등을 주지해야 한다

배합에는 원재료의 시험이나 평가를 목적으로 하는 배합과 공장에서 제품을 만들

기 위한 배합으로 나룰 수 있다

원재료의 시험이나 평가를 목적으로 하는 배합은 원재료의 대체나 품질

- 25 -

확인을 위한 기초 배합과 새로운 원재료가 개발됐을 때 이곳에 대한 실제적인 용도

개발을 위한 시험 또는 연구배합이 있다 개발을 위한 시험 또는 연구배합에서는

기초적인 성상을 구하는 배합으로부터 실용화에 대비한 응용배합에 이르기 까지를

검토의 대상으로 하기도 한다

제품을 생산하기 위한 목적으로서의 배합이란 종래에 없었던 새로운 요구가 있

었을 때 종래 사용하던 원재료를 써서 그 목적에 알맞은 배합을 결정하여 공장에

서의 실제 생산에 투입하는 경우를 뜻한다

고무 부싱과 엔진마운트와 같은 방진을 목적으로 하는 고무제품의 재료를 보면

등의 계의 고무가 적합하다는 게 일반적인 고무업체의 정설이NR SBR BR Diene

다 하지만 목적에 맞게 고무의 원재료를 선택하여야 한다 결국 방진이라는 기능의

고무 특성을 만족하기 위해서는 가교라는 차원 구조의 밀도를 요구하고 있다는 것3

을 알 수 있다

일반적인 방진고무의 요구특성으로는 다음과 같은 조건을 만족하여야 한다

첫째 파단 특성을 만족하여야 한다 즉 분자들과의 높은 응집력과 와의 높 Filler

은 친화성으로 응력을 분산시키는 구조로 이루어져야하는 조건을 만족하여야 하며

둘째 특성을 만족하여야 한다 에 대한 조건을 만족시키기 위해서 Creep Creep

는 고무의 분자 회전성이 높고 응집에너지가 낮을수록 좋다

셋째 내열성 및 내열 산화성에 대한 조건을 만족하여야 한다 이것은 일반적으로

기계적인 모든 성질은 온도의 의존성이 낮을수록 바람직하다고 할 수 있다 이에

방진목적의 고무도 이 같은 성질을 만족하여야 한다

- 26 -

넷째 일반적인 방진 제품은 고무만의 단독 현상으로는 그 형태를 유지하기 힘들

며 금속과의 결합을 통하여 그 방진특성을 만족하여야 한다 이에 방진고무의 기본

적인 성질은 금속과 접착성이 좋아야 한다는 조건을 만족하여야 한다

다섯째는 감쇄계수에 대한 부분으로 감쇄계수가 크고 온도의존성이나 주파수 의

존성이 좋아야 한다 일반적으로 은 감쇄가 적고 소변형에서 대변형에 이르기까 NR

지 선형의 복원을 하며 주파수에 의존하지 않은 특성을 가지고 있으므로 방진고무

로 적합하다고 할 수 있다

여섯째 탄성율에 관한 내용으로 일반적으로 방진 고무의 탄성율은 온도 및 진폭

의존성이 낮은 쪽이 좋게 된다

마지막으로는 정적강성과 동적 강성의 비로 표현되는 동배율에 유의해야 한다

일반적으로 방진고무의 감쇄 특성을 고려하면 동배율이 높은 것이 유리하지만 동적

특성의 온도의존성 변형율 동적 변형율에 의한 발열 및 내피로특성을 보면 저동배

율 쪽이 유리하다

제 절 재료배합 개선방안제 절 재료배합 개선방안제 절 재료배합 개선방안제 절 재료배합 개선방안2222

원재료 및 배합제의 개선원재료 및 배합제의 개선원재료 및 배합제의 개선원재료 및 배합제의 개선1111

고무부싱 제품의 경우 그 기능상의 요구로 인하여 주로 계열의 천연고무를NR

원재료로 사용한다 본 연구에서도 계열의 천연고무를 원재료로 하고 요구 특성 NR

의 개선을 위해 배합제의 선정을 대해 연구하였다 일반적으로 천연고무 및 합성고

무에 적용되어지는 배합제는 가황속도 조절 가공의 원활화 품질특성 개선 그리고

특수 성능 등의 목적으로 사용되어

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진다 배합제의 종류로는 가공조제 연화제 유기가황제 가황촉진제 노화방지제

등으로 나눌 수 있다

요구 경도의 결정은 함량을 조절하여 설계하였으며 품질특성을 향상 시Carbon

킬 수 있는 재료를 연구한 결과 미세 으Caron Carbon Black(MAF FEF GRADE)

로 물성을 향상 시킬 수 있도록 하였다 특성에 큰 영항을 주는 배합제의 경우 그

용도에 따라 많은 종류를 인자로 적용할 수 있지만 많은 인자로 인하여 발생하는

비용적 시간적 손실을 최소화하기 위해 본 연구에서는 원재료와 함량을 Carbon

고정한 후 촉진제 종류와 가황제의 양을 조절하는 방식으로 배합제에 대한 최적의2

조합을 선택하는 방법으로 접근하였다

내구성 향상을 위한 방안내구성 향상을 위한 방안내구성 향상을 위한 방안내구성 향상을 위한 방안2222

내구성을 향상시키기 위한 일반적인 방법은 경도를 향상시키는 것인데 경도를

높이는 방법만으로는 다른 특성 즉 정 동특성을 동시에 만족시킬 수 없는 어려움이-

있다 이에 본 연구에서는 방진용 제품이 요구하는 정 동특성과 내구성을 Bushing -

동시에 향상 시킬 수 있는 방안을 모색하기 위하여 촉진제와 가황제를 이용하여 최

적을 배합설계를 이루고자 하였다

내구성을 향상시키기 위한 방법으로 보통 량의 조절을 통한 경도 조절법Carbon

을 이용하게 되는데 본 연구에서 적용한 은 미세 Carbon Carbon Black(MAF FEF

으로 인장강도 및 경도 인장응력을 증대하는 효과를 얻고자 하였다 이러GRADE)

한 미세 의 적용과 동시에 보강제의 분산 및 흐름성 개선을 위하여Carbon Black

가공조제를 개선하여 적용하였다

가교시스템의 향상 방안가교시스템의 향상 방안가교시스템의 향상 방안가교시스템의 향상 방안3333

가황반응 고분자 주쇄간 가교결합을 통한 차원 망상구조를 형성하(Vulcanization) 3

여 고분자 화합물의 복원력 탄성 특성 및 기타 요구물성을

- 28 -

증가시킨다 다양한 가교결합 형태 중 방진고무산업에서 많이 이용되고 있는 가교

결합은 을 도입한Polysulfide (-C-Sx-C- x=1~4) Conventional CV(Vulcanization)

계를 많이 사용한다 여기서 사용되고 있는 인 천연고무 Polymer (Natural Rubber

의 배합에 있어 가교 또는 가류형태의 변화에 따라 물성 및 특성의 변화가 있NR)

음을 알 수 있다 즉 가교형태 변화에 따른 유사한 특성을 나타내는 Stress-Strain

조건하에서 공정특성 및 전반적인 물성에 영향을 미침을 알 수 있다 의 기 Polymer

본 배합에서 촉진제나 황 공여체 증가에 따라 가류 유도시간(Sulfur Donor)

은 길어지나 가류속도는 빨라진다 특히 고온 가류 시 과 가류(Induction time)

에 의한 물성하락을 방지하기 위해 열 안정성이 우수한(Overcure) EV(Efficient

계를 사용하는 것이 근래에 소개되고 있다 고분자의 물성은 가교형Vulcanization)

태뿐 아니라 가교밀도에 크게 의존한다 가교계 변화에 따른 인장강도의 영향은 매

우 적은 반면 신장율은 계에서 로 같수록 감소CV(Conventional Vulcanization) EV

하는 경향이 있다

이란 가류시간의 지연 또는 과가류로 인한 고무 물성의 저하를 말한Reversion

다 이러한 현상은 제품의 외면이 과도한 열에 노출될 수 있다 다중황공유 결합의

열적노화현상이 발생하며 가교형태가 다중황 결합에서 단일황(Polysulfidic)

결합으로 바뀌게 되며 밀도가 현저하게 저하되고 환상형 씨오알켄(Monosulfidic)

과 씨오알칸 구조로 바뀌게 된다 결과적으로 재료의 물성(Thioalkene) (Thioalkane)

과 기계적 성질이 떨어지게 된다

이 발생하는 시간을 가교형태에 따라 비교하여 보면Reversion CV lt Semi-CV lt

으로 알려져 있으며 시스템에서는 촉진제 종류에 따라서 인장과 신율의 물EV EV

성에 하락 없이도 공정 안정성 특성이 매우 우수하다 이 Anti-Reversion

으로 인해서 물성과 기계적 성질을 향상시킬 수 있으며 황공여체 사Anti-Reversion

용 또는 계로 가교형태를 전환함으EV

- 29 -

로써 가능하다 이로써 가교의 다중황결합 을 줄이고 단일 또는 이중황 결 (S3~S8)

합으로 내열성 및 결합의 안정성을 증가시킬 수 있다 이러한 과정에서 공정설계상

계보다 더 낮은 가류온도와 더 길어진 가류시간이 필요하게 된다 이러한 계CV EV

에서는 정도의 황과 계에 비해서 다소 많은 양의 촉진제를 사용하02~05 phr CV

게 된다 여기에 근거하여 혼합물성분의 한계 표 표 에 나타난 황과 촉 ([ 42] [ 44])

진제 양의 범위를 정하였다

발생 시간의 효율적인 제어를 위하여 본 연구에서는 적절한 촉진제의Reversion

배합량을 조절하여 방진제품에서 요구하는 특성을 만족하는 조건을 선정하고자 하

였다 그림 은 의 예를 보여준다 [ 41] Reversion

그림 의 예[ 41] Reversion

본 연구에서는 인장 내열 강도의 증가와 동 정특성 내구성 증가를 위한 가교 시- -

스템의 향상 방안으로 황량을 조절하여 Convension Type(Efficient Vulcanization

을 통하여 결합력을 증대시켰으며 촉진제를 조절하여 가- CURE STIES-CC-C)

교효율을 증대하였다 또한 가황 조건에 변화가 적은 배합설계를 하여 향상된 적정

가황이 될 수 있도록

- 30 -

하였으며 를 정립화하여 최적의 적정 가황 포인트를 찾아 인장이 최CURE-STUDY

적일 때 내구성이 최적이고 가황제품과 시편을 동시에 함으로 시편과CURE-STUDY

제품의 상의성을 방지할 수 있었다

자동차업계에서는 일반적으로 고가의 폴리머를 선호하지만 본 연구를 통하여 가

격이 낮은 폴리머로도 성능향상이 가능하다는 것을 입증하였고 향후 타 아이템에도

연계 적용함으로 새로운 배합설계를 구축하였다

실험계획법의 적용실험계획법의 적용실험계획법의 적용실험계획법의 적용4444

기존의 개발 진행 방식은 경험에 의한 시행착오 접근 방법을 사(Trial and Error)

용하여 성능향상을 도모하였으나 본 연구에서는 배합물설계에 위한 실험계획법

기술을 적용하여 이론적으로 최적의 배합설계를 이(DOE Design of Experiment)

룰 수 있는 방법을 연구하였다

일반적인 고무제품의 배합은 많이 알려져 있지만 특성 향상을 위한 방안이나 그

배합에 대한 신뢰성에는 많은 의문점이 제기 되는 게 현실이다 본 연구에서는 요

구특성을 만족시키기 위하여 선정된 촉진제의 배합조건의 최적화를 실현하기 위하

여 실험계획법의 꼭지점계획법을 이용하여 그 효율성을 검증하고자 하였다 배합의

경우 어느 독립적인 인자의 선정으로는 그 효과를 극대화 시킬 수 없는 특성이 있

는데 본 연구에서는 선정된 촉진제 및 폴리머의 조건 하에서 최적의 배합 조건을

찾아보고자 하였다

재료배합설계의 개선을 위한 방안을 정리하면 표 과 같다[ 41]

- 31 -

표 내구성 및 정 동특성 동반향상을 위한 개선방안[ 41] -

항 목항 목항 목항 목 기존 방안기존 방안기존 방안기존 방안 제안된 개선 방안제안된 개선 방안제안된 개선 방안제안된 개선 방안

배합 설계 방안

경험적 배합 설계

고 배합설계COST

국내수급재료사용

실험적 분석기법 도입

저 배합설계COST

해외재료수입

내구성 향상

량 변경Carbon

용도별 적정 적용Carbon

정동특성 향상 방안을 동시==gt

고려

경험적 수치의 가황제 량 선정

가교 시스템 향상 방안을 고려한

가황제 량 선정

(EV - CURE)

결합력 증대==gt

경험적 수치에 의한 촉진제 량

선정 경도별 선정 미비( )

가교 효율을 반영한 촉진제 량의

선정

적정한 가황 포인트 파악을 위한(

실시Cure Study )

정 동특성 향상-

정특성 향상 방안 경도 증가

동특성 향상 방안 경도 하락

두 특성을 만족시키기 위한==gt

경험적 수치의 경도 선정

데이터베이스를 활용한 배합설계

정 동특성을 동시에 만족할 수-

있는 배합제 적용

분산 및 흐름성 개선==gt

형상개선과 동시 고려==gt

- 32 -

표 는 지원 전 배합비율과 특성별 성능수준을 나타낸다[ 42]

표 지원 전 성능수준[ 42]

- 33 -

제 절 꼭지점계획법에 의한 최적배합조건제 절 꼭지점계획법에 의한 최적배합조건제 절 꼭지점계획법에 의한 최적배합조건제 절 꼭지점계획법에 의한 최적배합조건3333

재료설계에 적용되는 실험계획은 혼합물 배합에 관한 실험계획으로서 몇(Mixture)

개 성분의 혼합물 중 어떠한 성분이 품질의 특성에 유의한 영향을 미치는지를 분석

하여 반응을 최대로 만드는 최적혼합비율을 찾고자 하는 실험계획이다

혼합물실험에 적용되는 실험계획으로는 심플렉스 격자형배열법 심플렉스 중심배열

법 꼭지점 계획법 등을 주로 적용한다 본 실험에서는 심플렉스의 전 영역이 아니

라 제한된 영역에서 실험을 하고자 하므로 꼭지점계획법(Extreme vertice design)

을 적용하였다

고무부싱의 재료배합에서는 개의 성분재료가 있고 이들을 어떤 비율로 배합하는

것이 품질특성치를 가장 좋게 하는가를 찾는다 성분의 혼합에 있어서 를 번째

성분의 혼합비율이라고 하면 다음과 같은 관계식을 만족시켜야 한다

이러한 경우는 일반적 실험계획법처럼 심플렉스의 모든 영역에 실험이 배치되는 것

이 아니고 제한된 영역에서만 실험을 하는 경우이다 즉 각 인자 가 (Factor) 0 le

의 모든 값을 취할 수 있는 것이 아니라 제한된 구간1le

안에서만 값을 취한다 이와 같은 경우는 경제적인 이유나 또는 실험 전에 인자들

의 성질에 대하여 상당한 정보가 있는 경우이다 위의 식과 같은 인자의 구간이 설

정되면 실험가능영역은 심플렉스 상의 좁은 영역이 된다

- 34 -

과 은 제한된 실험영역에 대한 실험계획법으로 꼭지점 계획법Mclean Anderson

을 제안하였다 이 계획법은 제한된 영역이 가지는 모든(extreme vertices design)

꼭지점과 이 꼭지점들의 선형조합으로 이루어지는 몇 개의 점을 적절히 선택하는

실험계획법이다 만약 개의 혼합성분이 사용되는 경우 실험영역을 그림으로 그리 4

면 그림 와 같이 사면체 속에 위치하는 면체가 된다 과 은[ 42] 6 Mclean Anderson

이 면체의 꼭지점과 중심점을 실험점으로 선택하는 방법에 대한 예제를 제시하고6

있다

그림 개의 혼합성분에 대한 꼭지점계획법[ 42] 4

고무부싱의 재료설계 시 혼합물은 고무 카본 및 배합원료로서 황화제 촉진제

가공제 유기산 금속산화제 노화방지제 보강제 충진제 등을 사용한다

재료 배합 실험은 경도별로 나누어 실행되었으며 표 은 경도 도 오차범[ 43] 48 (

위 plusmn 도 에 대한 혼합물성분의 한계이다 에 성분의 한계를 입력한 결과2 ) MINITAB

네 가지 성분에 대하여 표 와 같은 총 회의 실[ 44] 17

- 35 -

험점이 생성되었다 실행 의 경우 의 성분을 1 A B C D 09807 00068 00011

의 비율로 섞어서 실험하라는 의미이다00114

표 혼합물 성분의 한계[ 43] (48Hs)

성분 하한 상한

A 외 기타Polymer 09774 09807

B 촉진제1 00068 00085

C 촉진제2 00011 00022

D Sulfur 00114 00119

표 꼭지점계획법에 의한 실험설계와 결과데이터[ 44] (48Hs)

을 활용한 혼합물 설계 데이터분석 결과는 표 표 과 같다MINITAB [ 45][ 46] 17

회의 실험점에 대한 데이터분석 결과 각 실험 점에서의 적합추정치와 신뢰구 95

간을 구할 수 있었다

- 36 -

표 을 보면 실험점 에 의한 배합조건으로는 신뢰구간으로[ 45] 14 95

의 내구성이 나타난다 에서는 각 성142322cycle ~ 146166cycle Nominal Load

분에 대한 제한조건을 만족시키면서 내구성을 최대로 하는 처리조건은 인자의 네

가지 성분 즉 외 에 대한 배합 비율이 Polymer Acc1 Acc2 Sulfur 097740

이었다 그리고 이 처리조건에서 예상되는 내구성은00085 00022 00119

에 도달할 것으로 추정되었다146943cycle

에서는 인자의 네 가지 성분의 배합비율이 와 마찬Maximum Load Nominal Load

가지로 이었다 그리고 이 처리 조건에서 예상되는09774 00085 00022 00119

내구성 추정치는 이었다18917cycle

표 데이터분석 결과[ 45] (48Hs Nominal Load)

에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응Dura(Nom)Dura(Nom)Dura(Nom)Dura(Nom)

- 37 -

반응 최적화 모수반응 최적화 모수반응 최적화 모수반응 최적화 모수

글로벌 솔루션글로벌 솔루션글로벌 솔루션글로벌 솔루션

예측 반응예측 반응예측 반응예측 반응

Dura(Nom) = 146943

- 38 -

표 데이터분석 결과[ 46] (48Hs Maximum Load)

에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응Dura(max)Dura(max)Dura(max)Dura(max)

반응 최적화 모수반응 최적화 모수반응 최적화 모수반응 최적화 모수

글로벌 솔루션글로벌 솔루션글로벌 솔루션글로벌 솔루션

외Polymer = 09774

- 39 -

Acc1 = 00085

Acc2 = 00022

Sulfur = 00119

예측 반응

Duro(max) = 189171

경도 도 오차범위 도 에 대한 혼합물성분의 한계와 에 의한 실험50 ( plusmn 2 ) MINITAB

점은 표 표 과 같다[ 47] [ 48]

표 혼합물 성분의 한계[ 47] (50Hs)

- 40 -

표 실험계획의 결과[ 48] (50Hs)

경도 도에 대한 혼합물 설계 데이터분석 결과는 표 표 과 같다50 [ 49][ 410] 17

개 실험 점에서의 적합추정치와 신뢰구간은 예측반응에 잘 나타나 있다95

에서는 각 성분에 대한 제한조건을 만족시키면서 내구성을 최대로Nominal Load

하는 처리조건은 외 기타 의 각 성분에 대하여 배합비Polymer Acc1 Acc2 Sulfur

율이 이고 이 처리조건에서 예상되는 내구성은09687 00088 00025 00200

에 도달할 것으로 추정되었다159209 Cycle

에서는 인자의 네 가지 성분의 배합비율이 와 마찬가Maximum Load Nominal Load

지로 이었다 그리고 이 처리조건에서 예상되는 내09687 00088 00025 00200

구성 추정치는 이었다 일 때와 일218572 Cycle Nominal Load Maximum Load

때의 적정배합비율이 다르게 나오는 경우가 있는데 이는 오차범위 경도의 경우( plusmn

도 가 비교적 넓은 고무의 특성에서 비2 )

- 41 -

롯되거나 측정오차에 따른 결과로 추정된다

표 데이터분석 결과[ 49] (50Hs Nominal Load)

에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응Duro(Nor)Duro(Nor)Duro(Nor)Duro(Nor)

반응 최적화 모수반응 최적화 모수반응 최적화 모수반응 최적화 모수

- 42 -

글로벌 솔루션글로벌 솔루션글로벌 솔루션글로벌 솔루션

예측 반응예측 반응예측 반응예측 반응

Duro(Nor) = 159209

표 데이터분석 결과[ 410] (50Hs Maximum Load)

에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응Duro(max)Duro(max)Duro(max)Duro(max)

- 43 -

반응 최적화 모수반응 최적화 모수반응 최적화 모수반응 최적화 모수

글로벌 솔루션글로벌 솔루션글로벌 솔루션글로벌 솔루션

예측 반응예측 반응예측 반응예측 반응

Duro(Max) = 218572

재료배합시험에 있어서 가류시간이 특성 치에 영향을 미치므로 레오그래프

분석에 의해 적정가류시간을 결정한다 레오그래프는 다음의 용도에(Rheograph)

활용된다

고무제품의 가류도 측정①

가류속도 측정②

최적의 가류공정 조건 확립③

가류약품 선정 및 배합 작성Recipe④

고무제품의 품질관리⑤

아래 그림 은 경도 도에 대한 재료의 레오그래프이다 그래프에 나타난 용[ 43] 48

어를 설명하면 다음과 같다

혼합물 의 가 가류되었을 때의 시간을 나타내며 가류시간을tc90- (Compound) 90

결정하는 기준으로 사용된다

스코치시간 을 나타내며 원하지 않는 가교가 일어ts2 - (Scorch time)

- 44 -

나는 시간으로 적절한 가류시간을 찾기 위해 필요한 과정임

고무의 특성을 토르크 값으로 나타낸 값으로 일반적으로 혼합물Tmax- (Torque)

의 경도에 따라 변함

평형 토르크MH- (Equilibrium torque)

최소 토르크ML- (Minimum torque)

본 재료시험에 적용된 가류시간은 의 배 사이에서 적정수준을 결정하tc90 1-15

였다

연구의 결과 카본의 입자가 작을수록 내구성은 향상시키지만 대체로 분산이 잘 되

지 않아 혼합물의 품질이 고르지 못하였다 따라서 카본의 분산도를 평가하여 만족

할 만한 수준이 나오는지 확인하였으며 상대적으로 작은 입자경의 카본을 사용하

여 내구성을 높이려 하였다

그림 경도 도 고무에 대한 레오그래프[ 43] 48

- 45 -

실험의 결과 카본블랙과 레오그래프와의 관계는 그림 와 같이 나타났다 그림[ 44]

에서 보는바와 같이 입자경의 크기가 증가함에 따라 결합력이 약해지므로 토르크

값이 낮아짐을 알 수 있다

그림 각종 카본블랙의 레오그래프[ 44]

- 46 -

본 연구에 적용된 카본 입자경의 크기와 양은 표 과 같다[ 411]

경도변화는 카본입자의 크기와 양에 따라 결정이 되며 레오그래프의 값이 Tmax

이러한 사실을 보여주고 있다

표 레오그래프상의 경도와 카본의 관계[ 411]

레오그래프는 섭씨 도에서 그려짐PHR = Part in Hundred Rubber 160

- 47 -

제 장 형상개선제 장 형상개선제 장 형상개선제 장 형상개선5555

제 절 외철의 스웨징 율 변화에 의한 개선제 절 외철의 스웨징 율 변화에 의한 개선제 절 외철의 스웨징 율 변화에 의한 개선제 절 외철의 스웨징 율 변화에 의한 개선1111

높은 품질의 부싱을 개발하기 위해서는 적절한 재료설계에 의한 경도 및 고무 특

성의 설정이 매우 중요한 요소이지만 고무의 특성 개선에만 의존하는 것은 한계점

이 있다 따라서 제품의 형상변화를 통해 고무의 특성을 극대화함으로써 내구성 및

품질특성을 향상시킬 수 있다

그림 은 부품의 세부형상과 설계도이다[ 51]

그림 세부형상[ 51] DA-2

- 48 -

그림 는 제품의 단면을 보여준다 그림에서 는 다른 모델에 비해 고무[ 52] DA-2

량이 다소 적음을 알 수 있다 형상 변화를 통한 품질특성의 개선을 시도함에 있어

서는 부품에 대한 조립성과 제조성 을 반드시(DFM Design for Manufacturability)

고려하여 형상변화를 꾀하여야 한다 본 제품의 경우 외철 과 내철 (outer pipe)

의 길이는 한정되어 있으며 그 직경의 변화도 허용공차를 미만(Inner pipe) 05 mm

의 수준으로 요구하고 있다

형상변경을 통한 성능향상 방안으로서 외철에 대한 스웨징율 을 변(Swaging rate)

경함으로서 외경크기의 변화를 시도하였으며 또한 내철의 구배각도를 변화시켜 개

선점을 찾으려고 노력하였다

그림 단면[ 52] DA-2

부싱의 경우 일반 적으로 스웨징이라는 공정을 거치게 되는데 이는 공정에서 외

경의 크기 조정을 통하여 성능을 향상 시키는 방법으로서 스웨징율을 조정함으로서

외철의 외경 크기를 허용범위 내어서 변화시키는 것이다 이는 스웨징에 따른 직경

변화에 의해 고무의 조직이 조밀해져 고무 특성을 향상시킬 수 있게된다

그림 은 스웨징의 방향을 나타내며 그림 는 스웨징 전 후의 외철의 크[ 53] [ 54]

기 변화를 보여주고 있다

- 49 -

그림 스웨징 방향[ 53]

그림 스웨징 전후의 외경 크기의 변화 단면[ 54] ( )

제 절 내철의 구배 변화에 의한 개선제 절 내철의 구배 변화에 의한 개선제 절 내철의 구배 변화에 의한 개선제 절 내철의 구배 변화에 의한 개선2222

아래 그림 는 형상 변화를 시도할 수 있는 내철 끝단 부분의 구배를 표시한[ 55]

그림으로서 는 구배각도를 나타낸다a

- 50 -

그림 구배각도[ 55]

그림 은 본 제품의 특성 요구 사항을 그림으로 표시한 것으로 고무부싱은[ 56]

및 의 외력에 대하여 적절하게 대응할 수 있도록 설계되어야 한다 부싱 종류F1 F2

의 경우 일반적으로 고무 제품의 유연함과 동배율 개선을 위하여 저경도의 고무를

적용하는 경우가 많은데 이 경우에는 외력에 대한 특성이 상대적으로 취약하게F1

나타나게 된다 이러한 취약점을 보완하기 위하여 본 연구에서는 그림 과 같 [ 57]

이 제품이 허용하는 범위 내에서 내철의 구배를 변화 시킨 후 실험데이터의 분석을

통해 성능 개선 방안을 찾고자 하였다

그림 부싱의 외력[ 56]

그림 의 의 경우는 구배를 주지 않은 경우이며 의 경우는 구배를 준[ 57] (a) (b)

경우를 표시하고 있다

- 51 -

의 경우 외력에 의하여 발생하는 반발력 은 순수한 고무 특성에 의해서(a) F1 Fr1

만 나타나게 된다 이러한 경우 저경도의 고무을 적용하였을 때 의 크기가 미미 Fr1

하여 적절한 특성을 발휘하지 못하게 된다

의 경우와 같이 내철에 구배를 주게 되면 의 외력에 대하여 구배가 들어간(b) F1

부분 에 의한 반발력 함께 가 생성되어 상대적으로 에 대한 저항력이 커Fr3 Fr2 F1

짐으로써 성능을 향상 시킬 수 있게 된다

그림 구배각도의 적용에 따른 차이 단면[ 57] ( )

그림 구배각도의 적용에 따른 차이 입체[ 58] ( )

- 52 -

제 장 도포공정개선제 장 도포공정개선제 장 도포공정개선제 장 도포공정개선6666

고무부싱의 내구성 향상을 위하여 필수적으로 관리하여야 할 공정이 도포공정이

다 도포공정은 접착의 원리에서부터 접착의 구조 접착의 강도 피착재의 표면처리

법 및 접착제 사용법 등 접착에 관한 전반적인 기술을 공정에 효율적으로 적용하여

야 한다

고무와 금속과의 접착력이란 접착제와 피착제 사이의 계면 결합력을 의미하며 접

착강도는 시험방법 접착방법 시험시의 조건 시편의 기하학 등 여러 인자에 의해

영향을 받는다 접착파괴는 접착제의 가장 약한 곳에서 일어나며 접착강도는 여러

가지 측정법에 따라 고유강도 잔류강도 측정강도 등과 같이 다르게 표현된다 고

무부싱의 접착구조는 그림 과 같다[ 61]

그림 접착의 구조[ 61]

프라이머 는 피착제 표면과의 친화성이나 접착제와의 상용성이 뛰어나야(Primer)

하고 동시에 접착 저해물과의 상용성도 높아야 한다 또 프라이머 중의 유효성분

쪽이 피착제 표면에 흡착되어 있는 저해성분보다 피착제에 의하여 안정하게 흡착되

어 있는 것이 중요하다 따라서 프라이머는

- 53 -

충분한 교반 균일하고 엷은 도포 그리고 완전한 건조가 이루어져야 한다 이러한

도포공정은 피착제의 모앙에 따라 달라진다

열경화성 접착제의 대부분은 유기 중합물과 각종 충진제를 유기용제에 용해 분산

시킨 것으로 사용전이나 사용 중에도 교반기 등으로 균일하게 용해 분산시킨 접착

제를 사용하는 것이 중요하다 따라서 의 도포 공정은 그림 와 같이 교 DA-2 [ 62]

반기를 추가 설치하여 공정 개선을 실시하였다

그림 설치한 교반기[ 62]

또한 피착제의 균일한 도포를 위해 롤타입의 코팅기에 기존 페인트용 롤러에서

그림 에서와 같이 융을 말아 롤러 도포하는 형태로 개선을 실시하여 코팅의[ 415]

두께 정밀도를 향상시켰다

- 54 -

그림 변경된 롤러 모양[ 63]

접착 재료를 프라이머 에서 변경하여 사용함CHEMLOK 220 252 CHEMLOK 205

으로써 접착력을 향상시켰는데 는 금속 및 경길대료의 프라이머로CHEMLOK 205

사용되며 또한 같은 극성고무에 단독으로 접착이 가능하다 NBR

방식의 경우 의 특징을 살펴보면TWO Coat CHEMLOK 205

ㆍㆍㆍㆍ 접착제의 금속 표면에서의 접착강도를 향상시킬 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ 기계적 표면처리 후 활성화된 금속표면을 산화작용으로부터 보호하며 녹방

지 도료적 역할을 한다

ㆍㆍㆍㆍ 크로로프렌이나 에피크로로히드린고무와 같은 가류 중에 염소가스를 발생

시 켜 금속표면을 부식시키기 쉬운 고무배합에 대하여 유효하게 적용된다 프

라 이머는 충분한 교반 균일하고 엷은 도포 그리고 완전한 건조가 이루어져

야 접착성이 뛰어나게 된다

도포공정 개선 전후의 효과는 그림 그림 의 도포두께 비교[ 64]~[ 67] Cpk

를 통해서도 알 수 있다DATA

아래 그림 는 도포공정의 개선전[ 64] 관리도의 그래프를 나타낸

- 55 -

것으로 관리도는 평균치와 범위에 관한 계량형 관리도에서 가장 많이 사용되

는 관리도의 하나이다 관리도는 평균치의 변화를 관리하는 관리도와 산포의

변화를 관리하는 관리도로 구성된다 관리도의 중심선(Central Line) CL=로 나

타내며 관리 상한선 은(Upper Control Limit) UCL= 로 관리하한선인 (Lower

의 경우Control Limit) LCL=

로 구한다

관리도의 관리선의 경우 중심선 관리상한선 UCL= 관리하한선 LCL

의 경우 로 구한다

여기서 등의 계수는 샘플의 크기인 에 따라 결정 되며 일 경우=4

=0729 =0 이다=2282

그림 에서[ 64] 이며=273410 관리도의 로 나타났UCL=307994 LCL=238826

다

관리도의 은CL 이며 이다=4744 UCL=1082581

- 56 -

그림 도포공정 개선전[ 64] 관리도

한편 그림 는 도포공정 개선 전의 경우에 대하여 지정된 규격의 공정능력 [ 65]

지수를 나타낸 것으로서 단기공정능력지수( 와 장기공정능력지수) ( 를 나타낸)

다 단기공정능력지수는 공정능력 ( 과 규격의 폭) ( 과의 비율을 의미하며 일반적)

으로 로 표시한다 규격은 그림 에서처럼 양쪽규격이 모두 주어진 경우 공 [ 65]

정 능력 지수는 다음과 같이 계산할 수 있다

공정 능력

로 나타내고 만약 공정 평균이 규격의 중심으로부터 어느

한쪽으로 치우쳐 있게 되는 경우 치우침도( 와) 를 조합한 단기공정능력지수

( 로 나타낸다 즉)

- 57 -

장기공정능력지수( 의 계산은)

으로서 이다

따라서 그림 에 나타난 것처럼 개선전의 공정능력은[ 65] =17854 =08458

으로서 장기 공정에 대해 만족스럽지 못한 값을 나타내고 있다

그림 도포공정 개선전 공정능력 분석그래프[ 65]

- 58 -

그러나 공정개선후의 관리도인 그림 을 살펴보면[ 66] 이며=28196 관리

도의 이고UCL=300418 LCL=263502 관리도의 은CL 로=2532 UCL=51418

나타난다

그림 도포공정 개선후[ 66] 관리도

- 59 -

개선 후에는 그림 로부터 알 수 있듯이 단기공정능력은[ 67] 으로서=31966

인 장기 공정에 대해 안정적인 것을 확인할 수 있어 도포공정 개선에=23275

대한 효과가 있음을 알 수 있다

그림 정 개선 후 공정능력 분석그래프[ 67]

또한 도포공정의 두께관리를 강화하기 위하여 작업자 교육 및 샘플링 두께 측정

검사를 통해 지속적인 모니터링을 실시하고 공정별 온도관리 및 시간 관리를 통해

작업 환경 유지관리 강화로 변함없는 품질의 제품을 생산하도록 하였다 그림 [

은 롤 코팅 공정이다68] (Roll coating)

- 60 -

그림 롤 코팅 공정[ 68] (Roll coating)

- 61 -

제 장 최적수준 결정을 위한 파라미터 설계제 장 최적수준 결정을 위한 파라미터 설계제 장 최적수준 결정을 위한 파라미터 설계제 장 최적수준 결정을 위한 파라미터 설계7777

제 절 실험계획법에 의한 유의인자 결정제 절 실험계획법에 의한 유의인자 결정제 절 실험계획법에 의한 유의인자 결정제 절 실험계획법에 의한 유의인자 결정1111

재료설계 형상설계 및 공정설계에 대한 최적조건의 결정은 부품의 품질 특성에

대한 사양 을 만족시켜야 할 뿐 아니라 생산부품 간 품질의 산포를(Specification)

최대한 줄여야 한다 의 최적설계를 위해 다구찌 기법 을 적 DA-2 (Taguchi method)

용하였다

다구찌의 강건설계 는 인자 가 품질 특성의 평균에 대해(Robust design) (Factor)

가지는 효과뿐만 아니라 분산에 미치는 효과에 대해서도 초점을 맞추고 있다 분산

을 줄일 수 있는 통제 가능한 인자에 대한 조건을 설정하여 품질특성이 통제 불가

능한 인자의 변화에 대해서는 둔감하도록 할 수 있다 강건설계의 주목적은 품질특

성의 목표값을 유지하면서 분산을 줄이는 인자에 대해 설치값 을 발견하는 (Setting)

데 있다

다구찌 설계에 의한 실험계획법은 특히 확장된 역할로서 다음의 몇 가지를 들 수

있다

ㆍㆍㆍㆍ종래에는 제어 불가능한 환경조건이나 제어하기 어려운 생산조건 공정조건

등의 원인 이를 잡음인자로 통칭 들이 데이터에 주는 영향의 정도를 평가하기 어려( )

웠으나 객관적으로 그리고 계량적으로 이를 평가할 수 있는 방법을 제시하고 있

다 또한 품질 산포의 크기를 계량특성치 손실함수 비 등 로 변환하여 산포를 ( SN )

작게 하는 인자들의 조건을 찾아가는 강건설계를 사용한다

ㆍㆍㆍㆍ직교배열표를 광범위하게 사용하여 인자의 수가 많은 경우에도 크게 실험횟

수를 증가시키지 않고 실험하는 일부 실시법을 사용한다

ㆍㆍㆍㆍ생산라인 내 뿐만 아니라 신제품 개발을 위한 품질설계 파라미터(On-line)

설계 허용오차 설계 등의 라인 외 품질관리를 위하여 유용하게 사용할 (Off-line)

수 있다

ㆍㆍㆍㆍ다구찌 방법에서 추가적으로 다룰 수 있는 주요한 것들로는 직교배열

- 62 -

표의 확대사용 수준계의 표준 직교배열표 이외에 확대 응용 혼합 직교배열표(2 3

의 사용과 조합법의 사용 계량치 데이터의 파라미터 설계 허용차 설계 그리고)

계수치 데이터의 파라미터 설계 동적 특성의 파라미터 설계 등을 들 수 있다

파라미터 설계 는 제품설계와 공정설계에서 유용하게 사용되는(Parameter design)

다구찌 실험계획법의 핵심이다 파라미터는 제품성능의 특성치에 영향을 주는 제어

가능한 인자 를 의미하며 파라미터 설계는 이들 인자들의 최적(Controllable factor)

수준을 정하여 주는 것을 말한다 파라미터를 설계변수 라고도 부 (Design variable)

르며 파라미터 설계에서는 제품의 품질변동이 잡음에 둔감하면서 목표품질을 가질

수 있도록 설계변수들의 최적조건을 구하여 준다 최적조건을 찾을 때 설계변수와

잡음을 주는 인자들을 포함시켜 실험하는 직교배열표 등을 주로 사용한다 이때 목

표 품질을 만족시키는 범위 내에서 가능한 한 비용이 적게 드는 조건이나 부품 등

을 이용한다

만약 신뢰성에 영향을 주는 제어 가능한 인자 에 대한 파라미터설계 A B C D

를 한다고 하자 는 수준 는 수준의 혼합수준 에 대한 설계 A B 4 C D 2 (Mixed level)

분석을 하려고 한다면 각 요인 변동의 계산을 표 과 같은 [ 71] L16(215형 직교배)

열표 를 사용하면 된다(Orthogonal Design)

에 대한 파라미터 설계조건으로는 내구성이 가장 좋은 최적의 설계 및 공정DA-2

조건을 구하여야 하므로 반응변수가 큰 값일수록 좋은 망대특성(Larger-the-better

에 대한 조건을 구하고 부품의 정특성 및 동특성에 대한 분석은 적characteristics)

정한 상호관계를 고려하여 별도의 실험을 행한다

- 63 -

표 다구찌 설계의 예[ 71]

- 64 -

제 절 시험데이터의 해석제 절 시험데이터의 해석제 절 시험데이터의 해석제 절 시험데이터의 해석2222

실험조건실험조건실험조건실험조건1111

제품의 신뢰성향상을 위해 지금까지 재료배합의 개선 형상개선 및 공정개선에

대한 각각의 과정을 설명하였으며 본 장에서는 관련된 여러 인자들을 동시에 고려

하여 최상의 품질특성을 나타낼 수 있는 최적인자수준의 결정에 대하여 설명하려고

한다 이는 인자들 간의 상호 작용이 상승 또는 보완작용을 할 수도 있고 반대로

서로 상극임을 나타낼 수 도 있기 때문이다

일반적으로 고무부싱의 개발에 적용되는 인자 는 다음과 같다(Factor)

ㆍㆍㆍㆍ경도 는 수요기업에서 제시하는 사양 에 따라 적정수(Hardness) (Specification)

준의 경도 도 도 도 도 를 적용하였으며 경험적으로 경도의 산포는(43 45 48 50 ) plusmn

정도이다2

ㆍㆍㆍㆍ각 부분의 모양이나 각도에 따라 고무 량에 영향을 미치게 되는 형상설계에

관해서는 내부 파이프 구배각도를(Inner pipe) 15deg~25deg로 하고 외부파이프 (Outer

의 접착부분을 로 하였으며 외경의 크기는pipe) 13mm~15mm

27mm~ 로 유지하였다278mm

ㆍㆍㆍㆍ공정설계는 가류시간을 로 하였다 가류 온도는240sec~600sec 150deg~180

로 하고 주변 온도에 영향을 받으므로 금형 표면온도는 항상 확인하였다 접착제

도포가 내구성에 영향을 주므로 접착제 두께는 으로 하고 접15micron~40micron

착제 배합조건은 로 하였다120cc~128cc

다구찌 설계에 의한 최적수준을 결정하기 위해 다른 인자는 고정시키고 경도 가

류시간 스웨징 인자에 대하여 표 와 같이 실험수준을 정하였다 [ 72]

- 65 -

표 실험인자 별 수준[ 72]

분석결과의 해석분석결과의 해석분석결과의 해석분석결과의 해석2222

실험결과의 해석은 다음과 같다

을 통해 표 의 실험조건을 입력하여 다구찌 설계를 생성한 결과MMITAB [ 72]

표 과 같은 실험조합을 얻었다 표 는 실험조합 별 시험결과 값이다[ 73] [ 74]

에서의 내구성에 대한 다구찌 설계해석의 결과는 표 의 신호 대Nominal load [ 75]

잡음비 비 평균 표준편차에 대한 반응표에 잘 나타나(SN Signal to noise ratio)

있다 그림 그림 은 비 평균 표준편차에 대한 반응 값을 도식한 [ 71]~[ 73] SN

것이다

표 의 신호 대 잡음비의 반응표를 보면 경도는 스웨징이나 가류시간에 비해[ 75]

반응변수 내구성 에 큰 영향을 미치고 있음을 보여준다 평균에 대한 반응표에서도( )

경도는 다른 인자들에 비해 반응변수의 평균에 크게 영향을 미치고 있음을 알 수

있다 표준편차 역시 경도의 수준 변화에 따라 차이가 가장 많음을 보여주고 있다

- 66 -

표 에 의한 다구찌 설계생성[ 73] MINITAB

- 67 -

표 실험조합 별 시험결과 데이터[ 74]

- 68 -

표 비 평균 표준편차에 대한 반응표[ 75] SN

신호 대 잡음 비에 대한 반응 표신호 대 잡음 비에 대한 반응 표신호 대 잡음 비에 대한 반응 표신호 대 잡음 비에 대한 반응 표

망대특성망대특성망대특성망대특성

평균에 대한 반응 표평균에 대한 반응 표평균에 대한 반응 표평균에 대한 반응 표

표준 편차에 대한 반응 표표준 편차에 대한 반응 표표준 편차에 대한 반응 표표준 편차에 대한 반응 표

- 69 -

그림 신호 대 잡음 비의 주효과도[ 71]

그림 인자수준별 평균의 주효과도[ 72]

그림 인자수준별 표준편차의 주효과도[ 73]

- 70 -

표 와 그림 에서 에서의 내구성 예측값을 가장 크게 하[ 75] [ 72] Nominal Load

는 것은 요인 수준의 조합이 일 때이다 품질 향상을 위해서는 정특성 동(4 2 2)

특성 값도 동시에 고려하여야 하므로 조합 조합 조합(4 2 2) (4 3 2) (4 1 2)

에 대한 예측 값을 함께 구하였다

표 은 에서의 내구성 예측값을 표 은 에[ 76] Nominal Load [ 77] Maximum Load

서의 내구성 예측값 표 은 정특성 예측값 표 는 에서의 동특성 예 [ 78] [ 79] 15Hz

측값 그리고 표 은 에서의 동특성 예측값을 보여주고 있다 [ 710] 150Hz Nominal

에서의 내구성 예측값은 조합 조합 조합에서 각Load (4 2 2) (4 3 2) (4 1 2)

각 목표값인 을 상회한 과170000 Cycle 178023 Cycle 174272 Cycle 175830

로서 조합일 때 더 높게 나타났다Cycle (4 2 2)

동배율은 예측 평균값을 기준으로 할 때 동배율은 조합에서는 에 (4 2 2) 15Hz

서 에서 이고 조합에서의110(1187691079) 150Hz 113(1215561079) (432)

동배율은 에서 에서15Hz 106(112856 106938) 150Hz 108(115769106938)

이며 조합에서의 동배율은 에서 에서 (412) 15Hz 108(118194 1094) 150Hz

이었다109(1195691094)

모델의 경우 수요기업에서 동배율 값이 적은 값을 요구하기 때문에DA-2 (kdks)

동배율을 고려하면 의 조합이 더 좋은 품질을 나타낸다고 할 수 있다(4 1 2)

- 71 -

표 에서의 내구성 예측값[ 76] Nominal Load

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 2 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 3 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 1 2

예측 값

신호 대

- 72 -

표 에서의 내구성 예측값[ 77] Maximum Load

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 2 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 3 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 1 2

신호 대

- 73 -

표 정특성 예측값[ 78]

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 2 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 3 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 1 2

신호 대

- 74 -

표 동특성 예측값[ 79] (15Hz)

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 2 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 3 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 1 2

신호 대

- 75 -

표 동특성 예측값[ 710] (150Hz)

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 2 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 3 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 1 2

신호 대

- 76 -

제 장 부품의 신뢰성성장관리제 장 부품의 신뢰성성장관리제 장 부품의 신뢰성성장관리제 장 부품의 신뢰성성장관리8888

제 절 신뢰성성장관리제 절 신뢰성성장관리제 절 신뢰성성장관리제 절 신뢰성성장관리1111

복잡하고 기술적인 제품의 개발 프로그램을 운영하는 데 있어서는 고객이 요구

하는 신뢰성 수준을 만족시키기 위하여 상당한 규모의 시간 예산 기술인력 등의

자원을 필요로 한다 고객들의 신뢰성 요구수준은 매우 높으므로 이러한 목표를 달

성하기 위하여 시험 개선 시험 개선의 개발과정을 반드시 거친다 이 과정에서 시- - -

스템 서브시스템 또는 모듈을 고장 날 때까지 시험하고 고장모드를 결정해서 이를

제거하기 위한 시도를 하거나 적어도 고장발생을 줄일 수 있는 시도를 하여 설계나

엔지니어링 개선을 이룬다 만약 이러한 과정이 계속되고 설계나 엔지니어링 변경

이 충분히 이루지면 시스템의 신뢰성은 증가한다 개발프로그램이 운영되는 동안

신뢰성 수준의 변화를 추적할 수 있다면 개발책임자로서는 여러 가지 이점이 있다

즉 목표하는 신뢰성 수준을 달성하기 위하여 충분한 비율로 성장하고 있는지의 여

부를 가능한 빠른 시간 내에 판단할 수 있고 그에 따라 필요한 자원을 적절히 배

분할 수 있다 따라서 개발책임자는 시험데이터로부터 현재 시스템의 신뢰성 수준

성장률의 평가 앞으로 기대되는 달성 가능한 수준을 결정하기를 원한다

신뢰성 성장관리 기술은 제품을 개발하는 데(Reliability growth management)

소요되는 많은 시간과 비용 및 엔지니어링 노력을 절감하면서 개념선택 제품과 공

정의 신뢰성 그리고 비용효율을 달성할 수 있도록 유용한 정보를 제공해 준다 군

사장비 자동차 및 전자 중장비개발 등에 적용된 최근의 신뢰성 성장시험 관리기술

은 각 분야의 경쟁적인 사업 환경 아래에서 제품개발을 효율적으로 조직하여 신뢰

성평가를 시작하고 신뢰성 성장과정을 추적할 수 있도록 해준다 신뢰성성장관리기

술은 제품 및 공정설계 관련사항 및 검증시험 항목들에 대하여 사용 환경에 따른

신뢰성 성장 진행과정을 확인하고 그 결과로부터 성장시험곡선을 개발할 수 있게

한다 또한 설계단계 사이의 여러 가지 관련성을 확인하여 관찰하고 그 정보를 다

른 제품보증분석들과 연결하여 고객 요구사항에 대한 제품의

- 77 -

적합도를 적절히 평가하는 데 도움을 준다

신뢰성성장모델은 가 개발한Crow(1975) AMSAA(Army Materiel Systems

모델이 많이 활용되었으나 이는 시스템 또는 서브시스템에서의Analysis Activity)

성장관리에 유용하고 부품수준에서는 모델을 활용하는 것이 더욱 실용적이 Weibull

다 모델은 목표 Weibull B10 수명에 대하여 초기 시작품 으로부터(Early Prototype)

후기 시작품 까지의 신뢰성 개선을 관리하는데 실용적으로 활용할(Later Prototype)

수 있다

신뢰성 성장시험 프로세스신뢰성 성장시험 프로세스신뢰성 성장시험 프로세스신뢰성 성장시험 프로세스1111

신뢰성 성장은 개발시스템에 대하여 여러 시험단계가 시리즈로 이루어지는 동안

고장모드를 발견하고 이를 개선하는 과정을 거쳐 이TAAF(Test Analyze And Fix)

루어진다 또한 기능시험 환경시험 안전시험의 결과는 신뢰성 향상을 위한 FMEA

등과 연계하여 사용된다 분석결과는 설계변경에 반영되고 최종목표가 달성될 때까

지 개선과 시험이 연속적으로 이루어진다 그림 은 일반적인 신뢰성 성장시험 [ 81]

프로세스를 보여준다 프로그램의 시작시점에 신뢰성 성장에 대한 계획을 수립하여

고객의 기대사항을 만족시킬 수 있는 성능수준에 대한 구체적인 측정치를 제시하

고 이 목적을 달성시킬 수 있는 시험조건을 정한다 시험조건은 특정한 부품이나

시스템에 대하여 고객의 사용방법과 환경에 대한 지식을 기초로 하여야 한다

개발프로젝트가 진행되는 동안 신뢰성 성장시험 프로그램이 개발되고 실행되는

과정에서 설계 및 공정의 관심사항을 확인하기 위해 QFD(Quality function

와 같은 제품보증을 위한 분석방법들이 선행되어 실시되는데 신뢰성deployment)

성장관리와 연계하여 이를 통틀어 통합 신뢰성 성장관리(Integrated reliability

라고 한다 신뢰성 성장관리를 포함한 제품설계평가의 모든growth management)

과정은 제품 공정의 신뢰성 향상에 있어 중요한 역할을 하는 제품보증기능의 한부

분이다

- 78 -

통합 신뢰성 성장시험관리 프로세스는 설계뿐 아니라 공정신뢰성(MIL-HDBK-781)

과 관련된 문제에 대응할 수 있도록 신뢰성 성장시험의 이점을 전적으로 활용할 수

있는 수단을 제공한다

신뢰성 성장관리과정을 개발함으로써 신뢰성 수준은 계속적으로 추적될 수 있고

조치를 취하고 다른 분석결과들과 비교되어 초기 신뢰성 예측을 수립하고 제품설

계에 포함된 확신을 증가시킨 후 검증시험에 들어갈 수 있도록 한다 이러한 신뢰

성 성장관리 프로세스는 제품개발 사이클에 있어서 초기 단계 동안에 신뢰성을 확

립하는 데 도움을 줄 수 있는 장치이다

그림 신뢰성성장시험 프로세스[ 81]

제품개발과정에 적용되는 신뢰성 성장시험관리 프로세스는 다음과 같다

신뢰성 성장시험조건을 결정하고 시험 사이클을 개발한다 ①

신뢰성 성장시험곡선의 사용을 통하여 시험과정을 실행하고 추적한다②

시험결과를 평가하고 다른 선행된 분석연구결과들과 비교한다③

확인된 결함을 제거하기 위해 설계변경을 실시한다④

- 79 -

설계검증시험을 준비한다⑤

신뢰성 성장시험의 주된 목적은 설계상의 약점을 확인하고 제거함으로써 설계의

신뢰성을 증가시키는 것이다 정확하게 신뢰성 수준이 변화되는 진행상황을 추적하

기 위해서는 요구사항에 대한 불합치성 을 확인하고 불합치성이(Nonconformance)

일어난 시간을 모두 추적하여야 한다 시험을 시작하기 전에 적절한 시정조치를 용

이하게 하기 위해 사전계획이 수립되어야 하며 고장분포를 결정하기 전에 각각의

고장부품에 대한 고장원인을 분리할 수 있어야 한다

부품의 개발과정에서 몇 개의 표본에 대한 고장시간 데이터가 있을 때 Weibull

분포를 활용한 신뢰성 성장분석에 대하여 설명하면 다음과 같다

가 분석의 개요가 분석의 개요가 분석의 개요가 분석의 개요

밀도함수는 그림 와 같이 특성 수명과 기울기로 고장시간Weibull [ 82] (Cycle

을 설명한다 작은 표본에 대한 고장시간 데이터가 주어졌을 때 분석Km) Weibull

을 사용하여 세 가지의 정보를 얻을 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ특정 시간이 주어졌을 때 등 부품의 신뢰도는 그 시간까지 살아 있(Cycle Km )

을 백분율이다

ㆍㆍㆍㆍ 또는 다른( 수명을 추정할 수 있다) 수명은 부품들 중 가 고장10

날 것이라고 기대되는 시간이다 즉 이 시간에서의 신뢰도는 이다 90

ㆍㆍㆍㆍ 기울기의 값은 고장률 패턴에 대한 정보를 제공해준다 기울기가Weibull 10

이라면 고장률이 일정하다는 것을 의미한다 이 경우 고장은 일반적으로 우연히

일어나며 고장률은 설계의 강건 정도에 따라 달라진다 기울기가 보다 작다면 1

고장률은 감소하고 있음을 의미한다

- 80 -

즉 높은 초기 고장률 을 말한다 기울기가 보다 크면 고장률은 증 (Infant mortality) 1

가하고 이는 마모 되고 있음을 의미한다(Wear-out)

그림 에 의한 부품의 신뢰성성장분석[ 82] Weibull 수명 비교

가장 많이 활용되는 측도는 수명이며 이것은 요구되는 목표 신뢰도가 임 90

을 의미한다 첫 번째 프로토타입이 고장 난다면 신뢰성 목표 달성을 위해 설계 변

경을 행하고 다음 프로토타입을 시험한다 이 과정은 목표 수명이 달성될 때까

지 반복한다

나 의이점나 의이점나 의이점나 의이점WeibullWeibullWeibullWeibull

부품의 개발과정에서 작은 표본에 대한 고장시간 자료가 주어졌을 때 Weibull

분석을 활용하여 신뢰성성장관리를 행하면 다음의 정보를 얻을 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ신뢰성 개선은 목표 수명이 달성될 때까지 하나의 프로토타입에

- 81 -

서 다음 프로토타입까지 추적할 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ신뢰성 개선은 시험한 프로토타입에 대해 타점으로 표현되고 빠르Weibull

게 방향을 파악하여 신뢰성 진전과정에 대한 양적 측면의 관리능력 향상을 그

래프로 확인할 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ컴포넌트를 고장 날 때까지 시험하는 것은 고장모드에 대한 아주 귀중한 정

보를 제공하고 따라서 시정조치 활동이 필요하다

ㆍㆍㆍㆍ많은 표본이 더 좋은 신뢰도를 얻을 수 있지만 분석은 많은 표본을Weibull

필요로 하지 않는다

ㆍㆍㆍㆍ고객의 운영 사용 사이클과 시험 모수의 관계가 알려져 있다면 더 빠르고( )

더 적은 비용으로 가속시험을 할 수도 있다

다 기본가정및제한다 기본가정및제한다 기본가정및제한다 기본가정및제한

ㆍㆍㆍㆍ각 분석에서 오직 하나의 고장모드만 포함되어야 한다 두 개나 그 이상의

고장 모드가 검출된다면 각각에 대해 분리하여 분석해야 한다

ㆍㆍㆍㆍ신뢰도는 시험 제한 한계 로 인해 년 마일까지 확장하여 외삽하면 안( ) 10 150K

된다 왜냐하면 시험 제한 한계 로 인해 다른 고장모드가 발생할 것인지 알 수 ( )

없기 때문이다

ㆍㆍㆍㆍ하나의 프로토타입에서 다음 프로토타입까지 기울기가 변하는 데는 특별히

주의를 하여야 한다 왜냐하면 초기 후기 수명에서 더 높은 신뢰도와 후기 초 ( ) (

기 수명에서 더 낮은 신뢰도의 할 수 도 있기 때문이다) trade-off

라 적용시기라 적용시기라 적용시기라 적용시기

ㆍㆍㆍㆍ수명의 비교는 엔지니어링 사양 이 특정한(Specification) 을 요구할 경

우 사용된다

ㆍㆍㆍㆍ이러한 접근방법은 고장시간 등 에 대하여 동일한 부품의(Cycle Km )

- 82 -

다른 시점에서의 프로토타입을 비교할 때 사용한다

ㆍㆍㆍㆍ신뢰성 목표가 달성될 때까지 계속한다

마 입력자료마 입력자료마 입력자료마 입력자료

ㆍㆍㆍㆍ프로토타입 의 몇 개 표본의 고장시간 등1 (Cycle Km )

ㆍㆍㆍㆍ프로토타입 의 몇 개 표본의 고장시간 등2 (Cycle Km )

⦙

ㆍㆍㆍㆍ마지막 프로토타입의 몇 개 표본의 고장시간 등(Cycle Km )

분석프로세스는 그림 과 같다[ 83]

프로세스프로세스프로세스프로세스 일반적 단계일반적 단계일반적 단계일반적 단계

Ⅰ 요구

또는 수명 결정

프로그램 신뢰성 목표 사용

고객의 운영 사용 프로파일 사용( )

시험 프로그램 적정시간 사용

Ⅱ 시험 프로그램 자료정보

확인과 데이터 수집초기 부품의 프로토타입

후기 부품의 프로토타입

Ⅲ 다른 프로토타입에 대한

누적고장 시간 또는 vs

거리 계산 및 타점

분석이 가능한 사용Weibull SW

가능한 가속수명시험 사용

Ⅳ 프로젝트 검토 시

현재 신뢰성 수준신뢰성 목표 적합성 결정

초기 경고 관련 정보 제공

개선을 위한 계획 정보 제공

그림 프로세스별 단계[ 83]

- 83 -

제 절 신뢰성성장 데이터분석제 절 신뢰성성장 데이터분석제 절 신뢰성성장 데이터분석제 절 신뢰성성장 데이터분석2222

초기 프로토타입 으로 부터 개의 표본을 정상하중 으(Prototype1) 6 (Nominal load)

로 고장 날 때까지 시험하고 고장모드를 기록하였다 여러 개선작업을 거친 후 후

기 프로토타입 으로부터 개의 표본을 고장 날 때까지 시험하고 고장모(Prototype2) 6

드를 기록하였다 시험 데이터는 표 에 주어져 있다 [ 81]

에 고장데이터를 입력하고 각 프로토타입 단계별로 용지에 결과MINITAB Weibull

를 타점한 결과 그림 와 같은 성장곡선이 생성되었다 [ 84] Weibull

정상하중 에서 의 평균수명 추정치는 이(Nominal load) Prototype1 127366Cycle

고 의 평균수명 추정치는 로서 의 개선을 이루었 Prototype2 176882 Cycle 389

음을 알 수 있었다 수명은 은 이었으나Prototype1 112668 Cycle Prototype2

의 수명은 로서 상당한 개선이 이루어졌음을 볼 수 있다168620 Cycle 수

명에 대한 신뢰하한은 로 추정되었다 따라서 정상부하에 의한95 162926 Cycle

시험데이터분석 결과 개선활동 재료배합개선 형상설계개선 공정개선 에 의하여 ( )

내구성 목표가 달성되었음을 알 수 있다

그림 는 에서의 신뢰구간을 보여주고 있다[ 85] Nominal load 90

최대하중 에서는 표 의 데이터 입력결과 그림 의 그래프를(Max load) [ 82] [ 86]

생성하였다 그래프로 부터 추정된 의 Prototype1 수명은 이고16362Cycle

의Prototype2 수명은 이다21850 Cycle 수명에 대한 신뢰하한추정치95

는 으로부터 로 계산된다MINITAB 20983 Cycle

의 수명과 의 수명이 다른 것은 개선 활동의 결과이Prototype1 Prototype2

- 84 -

며 에서 개선목표가 달성되었음을 알 수 있다 Prototype2

표 하중 고장시간[ 81] Nominal (Cycle)

Weibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth Curve

(Nominal Load)(Nominal Load)(Nominal Load)(Nominal Load)

그림 성장곡선[ 84] Weibull (Nominal load data)

- 85 -

Weibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth Curve

(Nominal Load-90 Cl)(Nominal Load-90 Cl)(Nominal Load-90 Cl)(Nominal Load-90 Cl)

그림 신뢰구간[ 85] Nominal Load90

- 86 -

표 하중 고장시간[ 82] Max (Cycle)

Weibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth Curve

(MaxLoad)(MaxLoad)(MaxLoad)(MaxLoad)

그림 성장곡선[ 86] Weibull (Max load data)

- 87 -

제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론9999

본 연구는 자동차현가장치인 고무부싱 의 신뢰성향상을 위한 기(Rubber bushing)

술개발과제이다 에나 인더스트리는 수출전문기업으로서 주요 경쟁사에 비해 고성

능 고내구성의 제품을 짧은 기간 내에 개발할 수 있는 능력을 갖추어야 해외 시장

에서 경쟁력을 가질 수 있다

본 연구개발에서는 수요기업에서 요구하는 GMUTS(General Motors Uniform

의 사양에 따른 시험을 실행하여 내구성을 목표 사이클 이상으Test Specification)

로 개선하고 정특성과 동특성 비틀림 토크를 개선항목으로 선정하여 제품의 품질

및 신뢰성 향상을 진행하였다

수요기업의 요구 수준에 의하면 내구성은 와 Tension Compress Alternating

가 동시에 일 때 일 때Torsion Stress Maximum Load 20000 Cycle Normal Load

을 요구한다 본 프로젝트의 경우 해외의 부품메이커들에 대한 경쟁150000 Cycle

력 우위를 확보하기 위하여 기본 요구 수준을 넘어 향상된 제품신뢰성을5~10

확보를 목표로 하였다 내구성 정특성 및 동특성에 대한 시험은 직접 행하였고 비

틀림토크에 대한 부분은 추가적인 시험장치가 필요하여 수요기업의 실험실에 샘플

을 제출하여 요구수준을 검증받았다

본 연구개발의 성과를 요약하면 다음과 같다

우선 기술적 효과로는

설계기술의 확보(1)

재료배합설계 형상설계 공정설계에 대한 기술을 확보하여 내구성을 비롯한 품

질특성을 향상시킬 수 있었다 종래에는 설계 개발 생산프로세스에서 경험적 방법

에 의존하여 시행착오가 많았으나 본 연구를 통하여 과학적이고 체계적인 방법으

로 접근할 수 있는 기술이 확보되었다

설계 요소의 기술적 배치를 위한 실험계획법의 활용기술 확보(2)

- 88 -

종전에는 고무 배합설계 형상설계 공정설계에 대하여 설계요인 별 수 (Facter)

준 을 무작위로 추출하여 실험하였으나 본 실험계획의 과정을 따르면 요인들(Level)

이 계획적으로 반영되어 품질특성에 각각 어느 정도의 영향을 미치는지 분석이 가

능하게 된다 또한 다구찌에 의한 강건 설계의 생성으로 산포를 줄일 수 있다

잠재적 고장원인 분석방법 기술 확보(3)

제품기능에 대한 잠재적 고장모드의 예측과 시험항목을 판단하고 최종적으로는 설

계검증 과 공정검증 의 세부항목과 효과적(Design verification) (Process verification)

으로 연계가 가능하다

신뢰성 데이터분석기술 확보(4)

부품의 개발과정에서 몇 개의 표본에 대한 고장시간 데이터가 있을 때 Weibull

분포를 활용한 신뢰성 성장분석이 가능하게 되었다 개발프로그램이 운영되는 동안

신뢰성 수준의 변화를 추적할 수 있어 목표하는 신뢰성 수준을 달성하기 위하여 충

분한 비율로 성장하고 있는지의 여부를 가능한 빠른 시간 내에 판단할 수 있고 그

에 따라 필요한 자원을 적절히 배분할 수 있다 따라서 개발책임자는 시험데이터로

부터 현재 시스템의 신뢰성 수준 성장률의 평가 앞으로 기대되는 달성 가능한 수

준에 대한 결정이 가능하다

경제적 측면의 효과로는

제품에 대한 내구성 및 동특성 정특성에 대하여 요구사양 이상으로 특성관리(1)

를 행할 수 있어 해외 부품메이커들에 대한 경쟁력 우위로 수출력을 향상할 수 있

게 되었다

개발기간을 단축할 수 있게 되어 개발비의 절감을 가져올 수 있게 되었다(2)

재료배합 형상설계 및 공정설계에 대한 기술개발의 표준 정립으로 개발 기간의 단

축이 가능하게 되었다

본 과제 결과를 활용하여 다른 방진제품에 대한 신뢰성 관리로 수출(3)

- 89 -

시장을 개척하여 신규거래처를 확보할 예정이다 신뢰성 데이터의 관리가 이루어져

제품수명에 대한 설득력 있는 자료의 제시가 가능하게 되었다

향후 연구계획으로는

고무부싱부품의 특성상 내구성만의 개선이 최선이 아니고 정특성과 동특성을 일

정수준으로 동시에 고려하여야 한다 따라서 이 부분에 대한 동시적인 실험설계가

시스템화 되도록 추가적인 연구가 요구된다

- 90 -

참고문헌참고문헌참고문헌참고문헌[ ][ ][ ][ ]

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- 96 -

주 의

이 보고서는 산업자원부에서 시행한 부품소재종합기술지원사업의 최1

종보고서이다

이 신뢰성기반기술확산사업 내용을 대외적으로 발표할 때에는 반드시2

산업자원부에서 시행한 부품소재신뢰성기반기술 사업의 지원결과임을

밝혀야 한다

- 97 -

이 보고서는 산업자원부에서 시행한

부품소재 신뢰성기반기술확산사업의 최종보고서이다

- 9 -

지원내용지원내용지원내용지원내용2222

자동차 신 모델을 개발하는 경우 고무부싱의 시제품은 실차에 적용하여 평가하

고 있으며 시험은 진동에 대한 반응 수직 충격 흡수 과속 방지 턱에 대한 진동흡

수 등에 대하여 종합적으로 평가한다

따라서 고객이 요구하는 품질수준을 만족하기 위해서는 고무배합기술 형상설

계기술 접착공정기술 등에 대한 설계심사 와 설계 단계별 고장모드 (Design review)

분석 실험계획법 수명예측 시험 및 시뮬레이션 평가에 따른 수명한계의 정의를 명

확히 하여 장기내구신뢰성에 대한 보증대책이 절실히 필요한 실정이다

신뢰성을 향상시키기 위해 다음과 같은 내용의 지원을 행한다

고무 배합설계 형상설계 접착기술에 대하여 해당요인의 기술적 배치를 위한-

실험계획법의 활용기술 제공

특성데이터의 화를 통한 기술개발의 표준정립- DB

잠재적 고장원인 분석방법 기술 제공-

신뢰성시험장비 및 고장분석 장비 활용 방법 및 데이터분석기술 제공-

- 10 -

제 장 신뢰성평가 기준 및 항목제 장 신뢰성평가 기준 및 항목제 장 신뢰성평가 기준 및 항목제 장 신뢰성평가 기준 및 항목2222

차량이 주행하면서 노면의 요철이나 돌기부위를 타고 넘어갈 때에는 현가장치에

상하방향의 충격력뿐만 아니라 전후방향으로도 충격력이 작용하여 승차감 및 하시

니스 현상을 악화시킨다 현가장치 부싱류의 스프링정수 값이 낮을수록(Harshness)

차량의 승차감이 좋아지지만 조정 안정성이 악화되고 시미 가 발생하는 (Shimmy)

등의 상반적인 특성이 있다 그러므로 노면 충격에 대해서는 현가장치의 유연성을

부드럽게 설계하고 차량의 좌우방향에 대해서는 강하게 딱딱하게 설계하는 세밀한 ( )

조정이 요구된다

일반적으로 정강성을 동강성을 로 표현하며 동강성과 정강성 간의 비율ks kd

을 동배율이라 한다 동배율이 낮을수록 차량의 실내소음에는 유리한 경향을(kdks)

갖는다

본 연구개발에서는 의GMUTS(General Motors Uniform Test Specification) Test

을 실행하여 내구성을 목표 사이클 이상으로 개선하고 고객사에서 요구하는 정Run

특성과 동특성 비틀림 토크를 개선항목으로 선정하여 제품의 품질 및 신뢰성 향상

을 진행하였다

고객사의 요구 수준 에 따르면(Delphi Test Specification 22204309) Tension

와 가 동시에 일 때Compress Alternating Torsion Stress Max Load 20000 Cycle

일 때 을 요구한다 본 프로젝트의 경우 해외부품메이Normal Loads 150000 Cycle

커들에 대한 경쟁력을 확보하기 위하여 기본 요구 수준을 넘어 향상된 제5~10

품신뢰성을 확보를 목표로 하고 있다

- 11 -

표 평가항목 및 목표[ 21]

본 연구를 위한 대상 부품은 제안당시는 모델이었으나 수요기업 의DA-7 (Delphi)

필요성에 따라 모델로 연구대상을 변경하게 되었다 고무부싱으로서의 기능DA-2

은 동일하나 그림 과 같이 형상의 차이가 있으며 평가항목별 목표수준도 다[ 21]

르다

그림 대상품의 변경[ 21]

- 12 -

제 장 신뢰성향상을 위한 고려요소 및 고장분석제 장 신뢰성향상을 위한 고려요소 및 고장분석제 장 신뢰성향상을 위한 고려요소 및 고장분석제 장 신뢰성향상을 위한 고려요소 및 고장분석3333

제 절 고려 요소제 절 고려 요소제 절 고려 요소제 절 고려 요소1111

고무부싱에 대한 고객의 요구조건 만족과 성능향상을 위한 방안은 크게 세 가지

로 분류할 수 있다

첫째는 재료배합개선으로 고무의 특성을 개선하여 성능을 향상시키는 방안이며

둘째는 처럼 고무의 양이 적은 경우 허용하는 범위 내에서의 형상 변화를 통DA-2

한 성능향상 방안이며

셋째는 도포공정을 포함한 공정개선에 의한 방법이다

그림 은 부싱의 성능향상을 위한 개선방안을 나타내고 있다[ 31]

그림 성능향상을 위한 개선방안[ 31]

재료배합재료배합재료배합재료배합1111

고무의 배합 은 황화제 촉진제 가공제 유기산 금속산화제 노화(compounding)

방지제 보강제 충진제 등으로 기초배합을 설정한 후 인장강도와

- 13 -

신장율 경도 반발탄성 인열강도 인장응력 노화 후 물리적 현상 등을 고려하여

배합 설계를 하게 된다 특히 고무 제품의 경도를 높이기 위한 보강성과 경도가 높

으므로 잘 마모되지 않는 내마모성과 관련하여 카본블랙 을 사용하(Carbon Black)

며 고무제품의 특성을 결정하는 중요한 부분이다 사용 중인 카본블랙은

의 분류 방법에 의해 표 과 같이 구ASTM(American Standard Test Method) [ 31]

분된다

표 카본블랙의 분류[ 31]

ASTM CODE 일 반 명 칭 입자경( )

N110 초내마모성SAF (Super Abrasion Furnace ) 11-19

N220ISAF (Intermediate Super Abrasion Furnace

준초내마모성)20-25

N330 고내마모성HAF (High Abrasion Furnace ) 26-30

N440 초전도성XCF (Extra Conductive Furnace ) 31-39

N550 양압출성FEF (Fast Extruding Furnace ) 40-48

N660 범용성GPF (General Purpose Furnace ) 49-60

N774 중보강성SRF (Semi Reinforcing Furnace ) 61-100

N880 미립열분해FT (Fine Thermal ) 101-200

N990 중립열분해MT (Medium Thermal ) 201-500

카본블랙은 요오드가 와 광흡수도 가 높을수록 입자경은 작고(Iodine number) (Tint)

흡수율 이 클수록 구조가 발달되어 있다DBP(Di-dutyl phthalate) (Oil absorption)

카본블랙은 입자경이 작고 고무와 결합하는 표면적이 클수록 고무의 경도

와 내마모성 등의 물성을 보강하는 능력이 크다 그(Hardness) (abrasion resistant)

러나 경도와 탄성 은 반비례이므로 탄성은 오히려 감소하게 된다 또한(Elasticity)

작은 입자경은 탄성체 의 항복점 을 연장하는데(Elastomer) (Micro-Brownian motion)

탁월하다 탄성체는 항복점 이후

- 14 -

에 탄성의 성질을 잃어버리고 소성을 띠게 되는데 카본블랙은 이러한 고무의 물성

을 조정하는 중요한 인자이다

형상설계형상설계형상설계형상설계2222

자동차 모델에 따라 수요기업에서 의 외형형상에 대한 기본 설계를 제공Bushing

하지만 철과의 접촉부분 등 세부설계는 제조업체에서 실시하여야 한다 따라서 각

부분의 세부적 모양이나 각도에 따라 고무 철의 재료량에 영향을 미치며 이는 결

국 내구성 등 특성 치에도 영향을 미치게 된다

결정하여야 할 주요 요소로는 내철 구배각도 외철 접착(Inner pipe) (Outer pipe)

부분 등이다 이밖에 외경크기의 산포에 따라 내구성에 영향을 미칠 수 있으며 이

는 품질관리 활동에 의해 사이징 공정에서 최종규격을 맞추게 된다(Sizing)

공정설계공정설계공정설계공정설계3333

재료설계와 함께 부품의 내구성 정특성 동특성을 결정하는 주요공정은 철과 고

무를 접착시키는 접착제 도포 공정과 가류 가황 공정이다( )

가 가류공정가 가류공정가 가류공정가 가류공정

고무분자의 공유결합을 유도하여 기계적 강도를 높이는 작업이다 가황 또는

가류라고 하며 생고무에 유황 같은 가황제를 가하여 고무 분자 간에 결합을 강하게

하고 탄성 인장강도 등을 증가시킨다 가황고무의 가장 큰 특징은 탄성이 커지는

것이며 노화 가 더디고 변형 시에도 체적변화가 크지 않다는 것이다 중요한 ( ) 老化

관리 항목으로서는 가류온도 금형 쳄버 스쿠류 가류시간 가류압력 등이며 공정( )

설계에 따라 특성에

- 15 -

중요한 영향을 미친다

나 접착제도포공정나 접착제도포공정나 접착제도포공정나 접착제도포공정

접착강도는 시험방법 접착방법 시험시의 조건 시편의 기하학에 따라 다르게 나

타난다 도포방법으로는 침지법 붓칠법 롤 코팅법 (Dipping) (Brushing) (Roll

스프레이법 그리고 덤브링법 이 있다Coating) (Air Spray) (Tumbling)

프라이머 는 피착제 표면과의 친화성이나 접착제와의 상용성이 뛰어나지(primer)

않으면 안되고 동시에 접착 저해물과의 상용성도 높아야 한다 또 프라이머 중의

유효성분 쪽이 피착제 표면에 흡착되어 있는 저해성분 보다 피착제에 의하여 안정

하게 흡착 되어 있는 것이 중요하다 따라서 프라이머는 충분한 교반(Adsorption)

균일하고 엷은 도포 그리고 완전한 건조가 이루어 져야 한다

고무를 강력하게 접착시키기 위해서는 접착제가 적당히 고무 중으로 확산 된 후

에 고무와의 사이에서 상호 확산과 가교반응을 일으킬 필요가 있다 따라서 고무와

상용성이 있는 적절한 접착제 선정이 필수이며 충분한 교반 점도 조절에 의한 균

일한 도포 적당한 두께 완전한 건조 온도와 시간 가 이루어져야 한다 ( )

- 16 -

제 절 고장분석 자료 해석제 절 고장분석 자료 해석제 절 고장분석 자료 해석제 절 고장분석 자료 해석2222

설계설계설계설계1 FMEA1 FMEA1 FMEA1 FMEA

설계 는 설계 단계에서 발생하는 위험FMEA(Failure Mode and Effect Analysis )

성을 발견하기 위한 것으로 잠재적인 결함을 확인 한 후 그 영향의 심각성을 평가

하고 중점 관리 항목과 잠재적 설계 결함에 대응하기 위한 것으로 설계상의 문제

점들을 검증하고 효율적 설계개선을 행할 수 있도록 해준다 설계에 대한 잠재고장

모드의 리스트 중요 관리 특성 리스트 고장모드의 원인 제거나 발생률 감소를 위

한 설계활동 리스트 등이 그 결과물이 된다 에 대한 설계 는 표 DA-2 FMEA [ 32]

에 열람하였다

본 제품의 설계 에서는 아래 항목들에 대해 중점적으로 고려하였다FMEA

과다한 진동과 소음 형상 및 재료설계 오류로 인한 정특성 동특성 값의 불1) -

만족

내구성 문제 내철 외철의 파손 철 고무의 접착 불량 고무의 미가류 과가류2) -

외관 불량 내철 외철의 부식 미가류 과가류로 인한 고무의 이상 형태 고무3) -

버 나 살 로 인한 외관 불량 형태(burr) (flesh)

- 17 -

표 설계[ 32] FMEA

- 18 -

- 19 -

공정공정공정공정2 FMEA2 FMEA2 FMEA2 FMEA

공정 은 제품생산 공정에서 발생할 수 있는 잠재적인 문제점 또는 위험성FMEA

을 발굴하여 효과적으로 대응하기 위한 분석 기법으로 제품의 중대사고 발생 예방

으로 고객의 불만을 방지할 수 있으며 결함의 영향을 제거 또는 감소를 위한 부분

별 대책 수립의 근거가 되며 생산 문제점 검증을 통한 효율을 제고할 수 있다 공

정상의 잠재고장 모드와 그 영향을 검토 할 수 있으며 엔지니어들이 불량발생을 낮

추거나 불량 탐지 능력을 증대시킬 수 있는 관리 수단 또는 방법에 초점을 맞출 수

있도록 공정결함을 규명할 수 있다 공정에 대한 잠재고장 모드의 리스트 중요 관

리 특성 리스트 고장 모드의 원인 제거나 발생률 감소를 위한 공정 활동 리스트

들 결과물을 얻을 수 있다

표 에 보여준 의 공정 에서는 특히 아래 관련 항목들이 내구성 향[ 33] DA-2 FMEA

상과 품질개선을 위하여 중점적으로 검토되었다

접착제 도포 공정 의 점도관리체계에 의한 접착제 도포두께 관1) Zahn Cup No2

리상태 불량 건조상태에서 발생할 수 있는 접착제의 이상적 화학반응 및 건조상태

등

가류공정 고무와 내철 외철류의 이상적인 화학반응으로 인한 불량 접착상태2)

사출 성형후 고무의 갈라짐 흠집 등에 의한 외관 불량상태

시험 검사 공정 내구사양의 불만족상태 동특성 정특성 값의 사양 불만족상태3)

고무와 내 외철의 고무접착강도 불만족상태 등을 고려함

- 20 -

표 공정[ 33] FMEA

- 21 -

- 22 -

- 23 -

- 24 -

제 장 재료배합개선제 장 재료배합개선제 장 재료배합개선제 장 재료배합개선4444

제 절 배합의 기본 조건제 절 배합의 기본 조건제 절 배합의 기본 조건제 절 배합의 기본 조건1111

방진 고무부품을 만들려면 다음의 가지 공정을 거친다3

배합공정 사용목적에 따라 원료고무를 선택하고 배합약품의 종류와 양을 결middot

정하는 공정

가공공정 정해진 배합에 따라서 고무와 배합약품을 섞고 혼련 일정한 두께middot ( )

의 고무 시트를 제조하고 만들고자 하는 모양으로 절단하는 공정

가황공정 만들고자하는 모양으로 절단한 미가황 고무에 고무 탄성을 갖게middot

하고 물성을 개선하는 공정

이들 중 배합은 가공공정 가황공정 및 만들어진 제품 성능에 절대적인 영항을 미

치므로 배합설계자는 배합설계 를 할 때 다음의 가지 점(Compounding design) 3

에 균형을 잘 조화 시켜야 한다(3P)

최종 제품의 요구물성을 충족시킬 것middot (Property)

가공이 쉬울 것middot (Processing)

부피 당 배합단가가 적정할 것middot (Price)

또한 이와 같은 조건을 충족시키는 배합설계를 하기 위해서 배합설계자는 배합

의 목적 배합에 사용되는 원료고무와 각종 배합제의 성질 배합의 기초 배합단가

제품이 만들어 질 때까지의 작업 및 설비 등을 주지해야 한다

배합에는 원재료의 시험이나 평가를 목적으로 하는 배합과 공장에서 제품을 만들

기 위한 배합으로 나룰 수 있다

원재료의 시험이나 평가를 목적으로 하는 배합은 원재료의 대체나 품질

- 25 -

확인을 위한 기초 배합과 새로운 원재료가 개발됐을 때 이곳에 대한 실제적인 용도

개발을 위한 시험 또는 연구배합이 있다 개발을 위한 시험 또는 연구배합에서는

기초적인 성상을 구하는 배합으로부터 실용화에 대비한 응용배합에 이르기 까지를

검토의 대상으로 하기도 한다

제품을 생산하기 위한 목적으로서의 배합이란 종래에 없었던 새로운 요구가 있

었을 때 종래 사용하던 원재료를 써서 그 목적에 알맞은 배합을 결정하여 공장에

서의 실제 생산에 투입하는 경우를 뜻한다

고무 부싱과 엔진마운트와 같은 방진을 목적으로 하는 고무제품의 재료를 보면

등의 계의 고무가 적합하다는 게 일반적인 고무업체의 정설이NR SBR BR Diene

다 하지만 목적에 맞게 고무의 원재료를 선택하여야 한다 결국 방진이라는 기능의

고무 특성을 만족하기 위해서는 가교라는 차원 구조의 밀도를 요구하고 있다는 것3

을 알 수 있다

일반적인 방진고무의 요구특성으로는 다음과 같은 조건을 만족하여야 한다

첫째 파단 특성을 만족하여야 한다 즉 분자들과의 높은 응집력과 와의 높 Filler

은 친화성으로 응력을 분산시키는 구조로 이루어져야하는 조건을 만족하여야 하며

둘째 특성을 만족하여야 한다 에 대한 조건을 만족시키기 위해서 Creep Creep

는 고무의 분자 회전성이 높고 응집에너지가 낮을수록 좋다

셋째 내열성 및 내열 산화성에 대한 조건을 만족하여야 한다 이것은 일반적으로

기계적인 모든 성질은 온도의 의존성이 낮을수록 바람직하다고 할 수 있다 이에

방진목적의 고무도 이 같은 성질을 만족하여야 한다

- 26 -

넷째 일반적인 방진 제품은 고무만의 단독 현상으로는 그 형태를 유지하기 힘들

며 금속과의 결합을 통하여 그 방진특성을 만족하여야 한다 이에 방진고무의 기본

적인 성질은 금속과 접착성이 좋아야 한다는 조건을 만족하여야 한다

다섯째는 감쇄계수에 대한 부분으로 감쇄계수가 크고 온도의존성이나 주파수 의

존성이 좋아야 한다 일반적으로 은 감쇄가 적고 소변형에서 대변형에 이르기까 NR

지 선형의 복원을 하며 주파수에 의존하지 않은 특성을 가지고 있으므로 방진고무

로 적합하다고 할 수 있다

여섯째 탄성율에 관한 내용으로 일반적으로 방진 고무의 탄성율은 온도 및 진폭

의존성이 낮은 쪽이 좋게 된다

마지막으로는 정적강성과 동적 강성의 비로 표현되는 동배율에 유의해야 한다

일반적으로 방진고무의 감쇄 특성을 고려하면 동배율이 높은 것이 유리하지만 동적

특성의 온도의존성 변형율 동적 변형율에 의한 발열 및 내피로특성을 보면 저동배

율 쪽이 유리하다

제 절 재료배합 개선방안제 절 재료배합 개선방안제 절 재료배합 개선방안제 절 재료배합 개선방안2222

원재료 및 배합제의 개선원재료 및 배합제의 개선원재료 및 배합제의 개선원재료 및 배합제의 개선1111

고무부싱 제품의 경우 그 기능상의 요구로 인하여 주로 계열의 천연고무를NR

원재료로 사용한다 본 연구에서도 계열의 천연고무를 원재료로 하고 요구 특성 NR

의 개선을 위해 배합제의 선정을 대해 연구하였다 일반적으로 천연고무 및 합성고

무에 적용되어지는 배합제는 가황속도 조절 가공의 원활화 품질특성 개선 그리고

특수 성능 등의 목적으로 사용되어

- 27 -

진다 배합제의 종류로는 가공조제 연화제 유기가황제 가황촉진제 노화방지제

등으로 나눌 수 있다

요구 경도의 결정은 함량을 조절하여 설계하였으며 품질특성을 향상 시Carbon

킬 수 있는 재료를 연구한 결과 미세 으Caron Carbon Black(MAF FEF GRADE)

로 물성을 향상 시킬 수 있도록 하였다 특성에 큰 영항을 주는 배합제의 경우 그

용도에 따라 많은 종류를 인자로 적용할 수 있지만 많은 인자로 인하여 발생하는

비용적 시간적 손실을 최소화하기 위해 본 연구에서는 원재료와 함량을 Carbon

고정한 후 촉진제 종류와 가황제의 양을 조절하는 방식으로 배합제에 대한 최적의2

조합을 선택하는 방법으로 접근하였다

내구성 향상을 위한 방안내구성 향상을 위한 방안내구성 향상을 위한 방안내구성 향상을 위한 방안2222

내구성을 향상시키기 위한 일반적인 방법은 경도를 향상시키는 것인데 경도를

높이는 방법만으로는 다른 특성 즉 정 동특성을 동시에 만족시킬 수 없는 어려움이-

있다 이에 본 연구에서는 방진용 제품이 요구하는 정 동특성과 내구성을 Bushing -

동시에 향상 시킬 수 있는 방안을 모색하기 위하여 촉진제와 가황제를 이용하여 최

적을 배합설계를 이루고자 하였다

내구성을 향상시키기 위한 방법으로 보통 량의 조절을 통한 경도 조절법Carbon

을 이용하게 되는데 본 연구에서 적용한 은 미세 Carbon Carbon Black(MAF FEF

으로 인장강도 및 경도 인장응력을 증대하는 효과를 얻고자 하였다 이러GRADE)

한 미세 의 적용과 동시에 보강제의 분산 및 흐름성 개선을 위하여Carbon Black

가공조제를 개선하여 적용하였다

가교시스템의 향상 방안가교시스템의 향상 방안가교시스템의 향상 방안가교시스템의 향상 방안3333

가황반응 고분자 주쇄간 가교결합을 통한 차원 망상구조를 형성하(Vulcanization) 3

여 고분자 화합물의 복원력 탄성 특성 및 기타 요구물성을

- 28 -

증가시킨다 다양한 가교결합 형태 중 방진고무산업에서 많이 이용되고 있는 가교

결합은 을 도입한Polysulfide (-C-Sx-C- x=1~4) Conventional CV(Vulcanization)

계를 많이 사용한다 여기서 사용되고 있는 인 천연고무 Polymer (Natural Rubber

의 배합에 있어 가교 또는 가류형태의 변화에 따라 물성 및 특성의 변화가 있NR)

음을 알 수 있다 즉 가교형태 변화에 따른 유사한 특성을 나타내는 Stress-Strain

조건하에서 공정특성 및 전반적인 물성에 영향을 미침을 알 수 있다 의 기 Polymer

본 배합에서 촉진제나 황 공여체 증가에 따라 가류 유도시간(Sulfur Donor)

은 길어지나 가류속도는 빨라진다 특히 고온 가류 시 과 가류(Induction time)

에 의한 물성하락을 방지하기 위해 열 안정성이 우수한(Overcure) EV(Efficient

계를 사용하는 것이 근래에 소개되고 있다 고분자의 물성은 가교형Vulcanization)

태뿐 아니라 가교밀도에 크게 의존한다 가교계 변화에 따른 인장강도의 영향은 매

우 적은 반면 신장율은 계에서 로 같수록 감소CV(Conventional Vulcanization) EV

하는 경향이 있다

이란 가류시간의 지연 또는 과가류로 인한 고무 물성의 저하를 말한Reversion

다 이러한 현상은 제품의 외면이 과도한 열에 노출될 수 있다 다중황공유 결합의

열적노화현상이 발생하며 가교형태가 다중황 결합에서 단일황(Polysulfidic)

결합으로 바뀌게 되며 밀도가 현저하게 저하되고 환상형 씨오알켄(Monosulfidic)

과 씨오알칸 구조로 바뀌게 된다 결과적으로 재료의 물성(Thioalkene) (Thioalkane)

과 기계적 성질이 떨어지게 된다

이 발생하는 시간을 가교형태에 따라 비교하여 보면Reversion CV lt Semi-CV lt

으로 알려져 있으며 시스템에서는 촉진제 종류에 따라서 인장과 신율의 물EV EV

성에 하락 없이도 공정 안정성 특성이 매우 우수하다 이 Anti-Reversion

으로 인해서 물성과 기계적 성질을 향상시킬 수 있으며 황공여체 사Anti-Reversion

용 또는 계로 가교형태를 전환함으EV

- 29 -

로써 가능하다 이로써 가교의 다중황결합 을 줄이고 단일 또는 이중황 결 (S3~S8)

합으로 내열성 및 결합의 안정성을 증가시킬 수 있다 이러한 과정에서 공정설계상

계보다 더 낮은 가류온도와 더 길어진 가류시간이 필요하게 된다 이러한 계CV EV

에서는 정도의 황과 계에 비해서 다소 많은 양의 촉진제를 사용하02~05 phr CV

게 된다 여기에 근거하여 혼합물성분의 한계 표 표 에 나타난 황과 촉 ([ 42] [ 44])

진제 양의 범위를 정하였다

발생 시간의 효율적인 제어를 위하여 본 연구에서는 적절한 촉진제의Reversion

배합량을 조절하여 방진제품에서 요구하는 특성을 만족하는 조건을 선정하고자 하

였다 그림 은 의 예를 보여준다 [ 41] Reversion

그림 의 예[ 41] Reversion

본 연구에서는 인장 내열 강도의 증가와 동 정특성 내구성 증가를 위한 가교 시- -

스템의 향상 방안으로 황량을 조절하여 Convension Type(Efficient Vulcanization

을 통하여 결합력을 증대시켰으며 촉진제를 조절하여 가- CURE STIES-CC-C)

교효율을 증대하였다 또한 가황 조건에 변화가 적은 배합설계를 하여 향상된 적정

가황이 될 수 있도록

- 30 -

하였으며 를 정립화하여 최적의 적정 가황 포인트를 찾아 인장이 최CURE-STUDY

적일 때 내구성이 최적이고 가황제품과 시편을 동시에 함으로 시편과CURE-STUDY

제품의 상의성을 방지할 수 있었다

자동차업계에서는 일반적으로 고가의 폴리머를 선호하지만 본 연구를 통하여 가

격이 낮은 폴리머로도 성능향상이 가능하다는 것을 입증하였고 향후 타 아이템에도

연계 적용함으로 새로운 배합설계를 구축하였다

실험계획법의 적용실험계획법의 적용실험계획법의 적용실험계획법의 적용4444

기존의 개발 진행 방식은 경험에 의한 시행착오 접근 방법을 사(Trial and Error)

용하여 성능향상을 도모하였으나 본 연구에서는 배합물설계에 위한 실험계획법

기술을 적용하여 이론적으로 최적의 배합설계를 이(DOE Design of Experiment)

룰 수 있는 방법을 연구하였다

일반적인 고무제품의 배합은 많이 알려져 있지만 특성 향상을 위한 방안이나 그

배합에 대한 신뢰성에는 많은 의문점이 제기 되는 게 현실이다 본 연구에서는 요

구특성을 만족시키기 위하여 선정된 촉진제의 배합조건의 최적화를 실현하기 위하

여 실험계획법의 꼭지점계획법을 이용하여 그 효율성을 검증하고자 하였다 배합의

경우 어느 독립적인 인자의 선정으로는 그 효과를 극대화 시킬 수 없는 특성이 있

는데 본 연구에서는 선정된 촉진제 및 폴리머의 조건 하에서 최적의 배합 조건을

찾아보고자 하였다

재료배합설계의 개선을 위한 방안을 정리하면 표 과 같다[ 41]

- 31 -

표 내구성 및 정 동특성 동반향상을 위한 개선방안[ 41] -

항 목항 목항 목항 목 기존 방안기존 방안기존 방안기존 방안 제안된 개선 방안제안된 개선 방안제안된 개선 방안제안된 개선 방안

배합 설계 방안

경험적 배합 설계

고 배합설계COST

국내수급재료사용

실험적 분석기법 도입

저 배합설계COST

해외재료수입

내구성 향상

량 변경Carbon

용도별 적정 적용Carbon

정동특성 향상 방안을 동시==gt

고려

경험적 수치의 가황제 량 선정

가교 시스템 향상 방안을 고려한

가황제 량 선정

(EV - CURE)

결합력 증대==gt

경험적 수치에 의한 촉진제 량

선정 경도별 선정 미비( )

가교 효율을 반영한 촉진제 량의

선정

적정한 가황 포인트 파악을 위한(

실시Cure Study )

정 동특성 향상-

정특성 향상 방안 경도 증가

동특성 향상 방안 경도 하락

두 특성을 만족시키기 위한==gt

경험적 수치의 경도 선정

데이터베이스를 활용한 배합설계

정 동특성을 동시에 만족할 수-

있는 배합제 적용

분산 및 흐름성 개선==gt

형상개선과 동시 고려==gt

- 32 -

표 는 지원 전 배합비율과 특성별 성능수준을 나타낸다[ 42]

표 지원 전 성능수준[ 42]

- 33 -

제 절 꼭지점계획법에 의한 최적배합조건제 절 꼭지점계획법에 의한 최적배합조건제 절 꼭지점계획법에 의한 최적배합조건제 절 꼭지점계획법에 의한 최적배합조건3333

재료설계에 적용되는 실험계획은 혼합물 배합에 관한 실험계획으로서 몇(Mixture)

개 성분의 혼합물 중 어떠한 성분이 품질의 특성에 유의한 영향을 미치는지를 분석

하여 반응을 최대로 만드는 최적혼합비율을 찾고자 하는 실험계획이다

혼합물실험에 적용되는 실험계획으로는 심플렉스 격자형배열법 심플렉스 중심배열

법 꼭지점 계획법 등을 주로 적용한다 본 실험에서는 심플렉스의 전 영역이 아니

라 제한된 영역에서 실험을 하고자 하므로 꼭지점계획법(Extreme vertice design)

을 적용하였다

고무부싱의 재료배합에서는 개의 성분재료가 있고 이들을 어떤 비율로 배합하는

것이 품질특성치를 가장 좋게 하는가를 찾는다 성분의 혼합에 있어서 를 번째

성분의 혼합비율이라고 하면 다음과 같은 관계식을 만족시켜야 한다

이러한 경우는 일반적 실험계획법처럼 심플렉스의 모든 영역에 실험이 배치되는 것

이 아니고 제한된 영역에서만 실험을 하는 경우이다 즉 각 인자 가 (Factor) 0 le

의 모든 값을 취할 수 있는 것이 아니라 제한된 구간1le

안에서만 값을 취한다 이와 같은 경우는 경제적인 이유나 또는 실험 전에 인자들

의 성질에 대하여 상당한 정보가 있는 경우이다 위의 식과 같은 인자의 구간이 설

정되면 실험가능영역은 심플렉스 상의 좁은 영역이 된다

- 34 -

과 은 제한된 실험영역에 대한 실험계획법으로 꼭지점 계획법Mclean Anderson

을 제안하였다 이 계획법은 제한된 영역이 가지는 모든(extreme vertices design)

꼭지점과 이 꼭지점들의 선형조합으로 이루어지는 몇 개의 점을 적절히 선택하는

실험계획법이다 만약 개의 혼합성분이 사용되는 경우 실험영역을 그림으로 그리 4

면 그림 와 같이 사면체 속에 위치하는 면체가 된다 과 은[ 42] 6 Mclean Anderson

이 면체의 꼭지점과 중심점을 실험점으로 선택하는 방법에 대한 예제를 제시하고6

있다

그림 개의 혼합성분에 대한 꼭지점계획법[ 42] 4

고무부싱의 재료설계 시 혼합물은 고무 카본 및 배합원료로서 황화제 촉진제

가공제 유기산 금속산화제 노화방지제 보강제 충진제 등을 사용한다

재료 배합 실험은 경도별로 나누어 실행되었으며 표 은 경도 도 오차범[ 43] 48 (

위 plusmn 도 에 대한 혼합물성분의 한계이다 에 성분의 한계를 입력한 결과2 ) MINITAB

네 가지 성분에 대하여 표 와 같은 총 회의 실[ 44] 17

- 35 -

험점이 생성되었다 실행 의 경우 의 성분을 1 A B C D 09807 00068 00011

의 비율로 섞어서 실험하라는 의미이다00114

표 혼합물 성분의 한계[ 43] (48Hs)

성분 하한 상한

A 외 기타Polymer 09774 09807

B 촉진제1 00068 00085

C 촉진제2 00011 00022

D Sulfur 00114 00119

표 꼭지점계획법에 의한 실험설계와 결과데이터[ 44] (48Hs)

을 활용한 혼합물 설계 데이터분석 결과는 표 표 과 같다MINITAB [ 45][ 46] 17

회의 실험점에 대한 데이터분석 결과 각 실험 점에서의 적합추정치와 신뢰구 95

간을 구할 수 있었다

- 36 -

표 을 보면 실험점 에 의한 배합조건으로는 신뢰구간으로[ 45] 14 95

의 내구성이 나타난다 에서는 각 성142322cycle ~ 146166cycle Nominal Load

분에 대한 제한조건을 만족시키면서 내구성을 최대로 하는 처리조건은 인자의 네

가지 성분 즉 외 에 대한 배합 비율이 Polymer Acc1 Acc2 Sulfur 097740

이었다 그리고 이 처리조건에서 예상되는 내구성은00085 00022 00119

에 도달할 것으로 추정되었다146943cycle

에서는 인자의 네 가지 성분의 배합비율이 와 마찬Maximum Load Nominal Load

가지로 이었다 그리고 이 처리 조건에서 예상되는09774 00085 00022 00119

내구성 추정치는 이었다18917cycle

표 데이터분석 결과[ 45] (48Hs Nominal Load)

에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응Dura(Nom)Dura(Nom)Dura(Nom)Dura(Nom)

- 37 -

반응 최적화 모수반응 최적화 모수반응 최적화 모수반응 최적화 모수

글로벌 솔루션글로벌 솔루션글로벌 솔루션글로벌 솔루션

예측 반응예측 반응예측 반응예측 반응

Dura(Nom) = 146943

- 38 -

표 데이터분석 결과[ 46] (48Hs Maximum Load)

에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응Dura(max)Dura(max)Dura(max)Dura(max)

반응 최적화 모수반응 최적화 모수반응 최적화 모수반응 최적화 모수

글로벌 솔루션글로벌 솔루션글로벌 솔루션글로벌 솔루션

외Polymer = 09774

- 39 -

Acc1 = 00085

Acc2 = 00022

Sulfur = 00119

예측 반응

Duro(max) = 189171

경도 도 오차범위 도 에 대한 혼합물성분의 한계와 에 의한 실험50 ( plusmn 2 ) MINITAB

점은 표 표 과 같다[ 47] [ 48]

표 혼합물 성분의 한계[ 47] (50Hs)

- 40 -

표 실험계획의 결과[ 48] (50Hs)

경도 도에 대한 혼합물 설계 데이터분석 결과는 표 표 과 같다50 [ 49][ 410] 17

개 실험 점에서의 적합추정치와 신뢰구간은 예측반응에 잘 나타나 있다95

에서는 각 성분에 대한 제한조건을 만족시키면서 내구성을 최대로Nominal Load

하는 처리조건은 외 기타 의 각 성분에 대하여 배합비Polymer Acc1 Acc2 Sulfur

율이 이고 이 처리조건에서 예상되는 내구성은09687 00088 00025 00200

에 도달할 것으로 추정되었다159209 Cycle

에서는 인자의 네 가지 성분의 배합비율이 와 마찬가Maximum Load Nominal Load

지로 이었다 그리고 이 처리조건에서 예상되는 내09687 00088 00025 00200

구성 추정치는 이었다 일 때와 일218572 Cycle Nominal Load Maximum Load

때의 적정배합비율이 다르게 나오는 경우가 있는데 이는 오차범위 경도의 경우( plusmn

도 가 비교적 넓은 고무의 특성에서 비2 )

- 41 -

롯되거나 측정오차에 따른 결과로 추정된다

표 데이터분석 결과[ 49] (50Hs Nominal Load)

에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응Duro(Nor)Duro(Nor)Duro(Nor)Duro(Nor)

반응 최적화 모수반응 최적화 모수반응 최적화 모수반응 최적화 모수

- 42 -

글로벌 솔루션글로벌 솔루션글로벌 솔루션글로벌 솔루션

예측 반응예측 반응예측 반응예측 반응

Duro(Nor) = 159209

표 데이터분석 결과[ 410] (50Hs Maximum Load)

에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응Duro(max)Duro(max)Duro(max)Duro(max)

- 43 -

반응 최적화 모수반응 최적화 모수반응 최적화 모수반응 최적화 모수

글로벌 솔루션글로벌 솔루션글로벌 솔루션글로벌 솔루션

예측 반응예측 반응예측 반응예측 반응

Duro(Max) = 218572

재료배합시험에 있어서 가류시간이 특성 치에 영향을 미치므로 레오그래프

분석에 의해 적정가류시간을 결정한다 레오그래프는 다음의 용도에(Rheograph)

활용된다

고무제품의 가류도 측정①

가류속도 측정②

최적의 가류공정 조건 확립③

가류약품 선정 및 배합 작성Recipe④

고무제품의 품질관리⑤

아래 그림 은 경도 도에 대한 재료의 레오그래프이다 그래프에 나타난 용[ 43] 48

어를 설명하면 다음과 같다

혼합물 의 가 가류되었을 때의 시간을 나타내며 가류시간을tc90- (Compound) 90

결정하는 기준으로 사용된다

스코치시간 을 나타내며 원하지 않는 가교가 일어ts2 - (Scorch time)

- 44 -

나는 시간으로 적절한 가류시간을 찾기 위해 필요한 과정임

고무의 특성을 토르크 값으로 나타낸 값으로 일반적으로 혼합물Tmax- (Torque)

의 경도에 따라 변함

평형 토르크MH- (Equilibrium torque)

최소 토르크ML- (Minimum torque)

본 재료시험에 적용된 가류시간은 의 배 사이에서 적정수준을 결정하tc90 1-15

였다

연구의 결과 카본의 입자가 작을수록 내구성은 향상시키지만 대체로 분산이 잘 되

지 않아 혼합물의 품질이 고르지 못하였다 따라서 카본의 분산도를 평가하여 만족

할 만한 수준이 나오는지 확인하였으며 상대적으로 작은 입자경의 카본을 사용하

여 내구성을 높이려 하였다

그림 경도 도 고무에 대한 레오그래프[ 43] 48

- 45 -

실험의 결과 카본블랙과 레오그래프와의 관계는 그림 와 같이 나타났다 그림[ 44]

에서 보는바와 같이 입자경의 크기가 증가함에 따라 결합력이 약해지므로 토르크

값이 낮아짐을 알 수 있다

그림 각종 카본블랙의 레오그래프[ 44]

- 46 -

본 연구에 적용된 카본 입자경의 크기와 양은 표 과 같다[ 411]

경도변화는 카본입자의 크기와 양에 따라 결정이 되며 레오그래프의 값이 Tmax

이러한 사실을 보여주고 있다

표 레오그래프상의 경도와 카본의 관계[ 411]

레오그래프는 섭씨 도에서 그려짐PHR = Part in Hundred Rubber 160

- 47 -

제 장 형상개선제 장 형상개선제 장 형상개선제 장 형상개선5555

제 절 외철의 스웨징 율 변화에 의한 개선제 절 외철의 스웨징 율 변화에 의한 개선제 절 외철의 스웨징 율 변화에 의한 개선제 절 외철의 스웨징 율 변화에 의한 개선1111

높은 품질의 부싱을 개발하기 위해서는 적절한 재료설계에 의한 경도 및 고무 특

성의 설정이 매우 중요한 요소이지만 고무의 특성 개선에만 의존하는 것은 한계점

이 있다 따라서 제품의 형상변화를 통해 고무의 특성을 극대화함으로써 내구성 및

품질특성을 향상시킬 수 있다

그림 은 부품의 세부형상과 설계도이다[ 51]

그림 세부형상[ 51] DA-2

- 48 -

그림 는 제품의 단면을 보여준다 그림에서 는 다른 모델에 비해 고무[ 52] DA-2

량이 다소 적음을 알 수 있다 형상 변화를 통한 품질특성의 개선을 시도함에 있어

서는 부품에 대한 조립성과 제조성 을 반드시(DFM Design for Manufacturability)

고려하여 형상변화를 꾀하여야 한다 본 제품의 경우 외철 과 내철 (outer pipe)

의 길이는 한정되어 있으며 그 직경의 변화도 허용공차를 미만(Inner pipe) 05 mm

의 수준으로 요구하고 있다

형상변경을 통한 성능향상 방안으로서 외철에 대한 스웨징율 을 변(Swaging rate)

경함으로서 외경크기의 변화를 시도하였으며 또한 내철의 구배각도를 변화시켜 개

선점을 찾으려고 노력하였다

그림 단면[ 52] DA-2

부싱의 경우 일반 적으로 스웨징이라는 공정을 거치게 되는데 이는 공정에서 외

경의 크기 조정을 통하여 성능을 향상 시키는 방법으로서 스웨징율을 조정함으로서

외철의 외경 크기를 허용범위 내어서 변화시키는 것이다 이는 스웨징에 따른 직경

변화에 의해 고무의 조직이 조밀해져 고무 특성을 향상시킬 수 있게된다

그림 은 스웨징의 방향을 나타내며 그림 는 스웨징 전 후의 외철의 크[ 53] [ 54]

기 변화를 보여주고 있다

- 49 -

그림 스웨징 방향[ 53]

그림 스웨징 전후의 외경 크기의 변화 단면[ 54] ( )

제 절 내철의 구배 변화에 의한 개선제 절 내철의 구배 변화에 의한 개선제 절 내철의 구배 변화에 의한 개선제 절 내철의 구배 변화에 의한 개선2222

아래 그림 는 형상 변화를 시도할 수 있는 내철 끝단 부분의 구배를 표시한[ 55]

그림으로서 는 구배각도를 나타낸다a

- 50 -

그림 구배각도[ 55]

그림 은 본 제품의 특성 요구 사항을 그림으로 표시한 것으로 고무부싱은[ 56]

및 의 외력에 대하여 적절하게 대응할 수 있도록 설계되어야 한다 부싱 종류F1 F2

의 경우 일반적으로 고무 제품의 유연함과 동배율 개선을 위하여 저경도의 고무를

적용하는 경우가 많은데 이 경우에는 외력에 대한 특성이 상대적으로 취약하게F1

나타나게 된다 이러한 취약점을 보완하기 위하여 본 연구에서는 그림 과 같 [ 57]

이 제품이 허용하는 범위 내에서 내철의 구배를 변화 시킨 후 실험데이터의 분석을

통해 성능 개선 방안을 찾고자 하였다

그림 부싱의 외력[ 56]

그림 의 의 경우는 구배를 주지 않은 경우이며 의 경우는 구배를 준[ 57] (a) (b)

경우를 표시하고 있다

- 51 -

의 경우 외력에 의하여 발생하는 반발력 은 순수한 고무 특성에 의해서(a) F1 Fr1

만 나타나게 된다 이러한 경우 저경도의 고무을 적용하였을 때 의 크기가 미미 Fr1

하여 적절한 특성을 발휘하지 못하게 된다

의 경우와 같이 내철에 구배를 주게 되면 의 외력에 대하여 구배가 들어간(b) F1

부분 에 의한 반발력 함께 가 생성되어 상대적으로 에 대한 저항력이 커Fr3 Fr2 F1

짐으로써 성능을 향상 시킬 수 있게 된다

그림 구배각도의 적용에 따른 차이 단면[ 57] ( )

그림 구배각도의 적용에 따른 차이 입체[ 58] ( )

- 52 -

제 장 도포공정개선제 장 도포공정개선제 장 도포공정개선제 장 도포공정개선6666

고무부싱의 내구성 향상을 위하여 필수적으로 관리하여야 할 공정이 도포공정이

다 도포공정은 접착의 원리에서부터 접착의 구조 접착의 강도 피착재의 표면처리

법 및 접착제 사용법 등 접착에 관한 전반적인 기술을 공정에 효율적으로 적용하여

야 한다

고무와 금속과의 접착력이란 접착제와 피착제 사이의 계면 결합력을 의미하며 접

착강도는 시험방법 접착방법 시험시의 조건 시편의 기하학 등 여러 인자에 의해

영향을 받는다 접착파괴는 접착제의 가장 약한 곳에서 일어나며 접착강도는 여러

가지 측정법에 따라 고유강도 잔류강도 측정강도 등과 같이 다르게 표현된다 고

무부싱의 접착구조는 그림 과 같다[ 61]

그림 접착의 구조[ 61]

프라이머 는 피착제 표면과의 친화성이나 접착제와의 상용성이 뛰어나야(Primer)

하고 동시에 접착 저해물과의 상용성도 높아야 한다 또 프라이머 중의 유효성분

쪽이 피착제 표면에 흡착되어 있는 저해성분보다 피착제에 의하여 안정하게 흡착되

어 있는 것이 중요하다 따라서 프라이머는

- 53 -

충분한 교반 균일하고 엷은 도포 그리고 완전한 건조가 이루어져야 한다 이러한

도포공정은 피착제의 모앙에 따라 달라진다

열경화성 접착제의 대부분은 유기 중합물과 각종 충진제를 유기용제에 용해 분산

시킨 것으로 사용전이나 사용 중에도 교반기 등으로 균일하게 용해 분산시킨 접착

제를 사용하는 것이 중요하다 따라서 의 도포 공정은 그림 와 같이 교 DA-2 [ 62]

반기를 추가 설치하여 공정 개선을 실시하였다

그림 설치한 교반기[ 62]

또한 피착제의 균일한 도포를 위해 롤타입의 코팅기에 기존 페인트용 롤러에서

그림 에서와 같이 융을 말아 롤러 도포하는 형태로 개선을 실시하여 코팅의[ 415]

두께 정밀도를 향상시켰다

- 54 -

그림 변경된 롤러 모양[ 63]

접착 재료를 프라이머 에서 변경하여 사용함CHEMLOK 220 252 CHEMLOK 205

으로써 접착력을 향상시켰는데 는 금속 및 경길대료의 프라이머로CHEMLOK 205

사용되며 또한 같은 극성고무에 단독으로 접착이 가능하다 NBR

방식의 경우 의 특징을 살펴보면TWO Coat CHEMLOK 205

ㆍㆍㆍㆍ 접착제의 금속 표면에서의 접착강도를 향상시킬 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ 기계적 표면처리 후 활성화된 금속표면을 산화작용으로부터 보호하며 녹방

지 도료적 역할을 한다

ㆍㆍㆍㆍ 크로로프렌이나 에피크로로히드린고무와 같은 가류 중에 염소가스를 발생

시 켜 금속표면을 부식시키기 쉬운 고무배합에 대하여 유효하게 적용된다 프

라 이머는 충분한 교반 균일하고 엷은 도포 그리고 완전한 건조가 이루어져

야 접착성이 뛰어나게 된다

도포공정 개선 전후의 효과는 그림 그림 의 도포두께 비교[ 64]~[ 67] Cpk

를 통해서도 알 수 있다DATA

아래 그림 는 도포공정의 개선전[ 64] 관리도의 그래프를 나타낸

- 55 -

것으로 관리도는 평균치와 범위에 관한 계량형 관리도에서 가장 많이 사용되

는 관리도의 하나이다 관리도는 평균치의 변화를 관리하는 관리도와 산포의

변화를 관리하는 관리도로 구성된다 관리도의 중심선(Central Line) CL=로 나

타내며 관리 상한선 은(Upper Control Limit) UCL= 로 관리하한선인 (Lower

의 경우Control Limit) LCL=

로 구한다

관리도의 관리선의 경우 중심선 관리상한선 UCL= 관리하한선 LCL

의 경우 로 구한다

여기서 등의 계수는 샘플의 크기인 에 따라 결정 되며 일 경우=4

=0729 =0 이다=2282

그림 에서[ 64] 이며=273410 관리도의 로 나타났UCL=307994 LCL=238826

다

관리도의 은CL 이며 이다=4744 UCL=1082581

- 56 -

그림 도포공정 개선전[ 64] 관리도

한편 그림 는 도포공정 개선 전의 경우에 대하여 지정된 규격의 공정능력 [ 65]

지수를 나타낸 것으로서 단기공정능력지수( 와 장기공정능력지수) ( 를 나타낸)

다 단기공정능력지수는 공정능력 ( 과 규격의 폭) ( 과의 비율을 의미하며 일반적)

으로 로 표시한다 규격은 그림 에서처럼 양쪽규격이 모두 주어진 경우 공 [ 65]

정 능력 지수는 다음과 같이 계산할 수 있다

공정 능력

로 나타내고 만약 공정 평균이 규격의 중심으로부터 어느

한쪽으로 치우쳐 있게 되는 경우 치우침도( 와) 를 조합한 단기공정능력지수

( 로 나타낸다 즉)

- 57 -

장기공정능력지수( 의 계산은)

으로서 이다

따라서 그림 에 나타난 것처럼 개선전의 공정능력은[ 65] =17854 =08458

으로서 장기 공정에 대해 만족스럽지 못한 값을 나타내고 있다

그림 도포공정 개선전 공정능력 분석그래프[ 65]

- 58 -

그러나 공정개선후의 관리도인 그림 을 살펴보면[ 66] 이며=28196 관리

도의 이고UCL=300418 LCL=263502 관리도의 은CL 로=2532 UCL=51418

나타난다

그림 도포공정 개선후[ 66] 관리도

- 59 -

개선 후에는 그림 로부터 알 수 있듯이 단기공정능력은[ 67] 으로서=31966

인 장기 공정에 대해 안정적인 것을 확인할 수 있어 도포공정 개선에=23275

대한 효과가 있음을 알 수 있다

그림 정 개선 후 공정능력 분석그래프[ 67]

또한 도포공정의 두께관리를 강화하기 위하여 작업자 교육 및 샘플링 두께 측정

검사를 통해 지속적인 모니터링을 실시하고 공정별 온도관리 및 시간 관리를 통해

작업 환경 유지관리 강화로 변함없는 품질의 제품을 생산하도록 하였다 그림 [

은 롤 코팅 공정이다68] (Roll coating)

- 60 -

그림 롤 코팅 공정[ 68] (Roll coating)

- 61 -

제 장 최적수준 결정을 위한 파라미터 설계제 장 최적수준 결정을 위한 파라미터 설계제 장 최적수준 결정을 위한 파라미터 설계제 장 최적수준 결정을 위한 파라미터 설계7777

제 절 실험계획법에 의한 유의인자 결정제 절 실험계획법에 의한 유의인자 결정제 절 실험계획법에 의한 유의인자 결정제 절 실험계획법에 의한 유의인자 결정1111

재료설계 형상설계 및 공정설계에 대한 최적조건의 결정은 부품의 품질 특성에

대한 사양 을 만족시켜야 할 뿐 아니라 생산부품 간 품질의 산포를(Specification)

최대한 줄여야 한다 의 최적설계를 위해 다구찌 기법 을 적 DA-2 (Taguchi method)

용하였다

다구찌의 강건설계 는 인자 가 품질 특성의 평균에 대해(Robust design) (Factor)

가지는 효과뿐만 아니라 분산에 미치는 효과에 대해서도 초점을 맞추고 있다 분산

을 줄일 수 있는 통제 가능한 인자에 대한 조건을 설정하여 품질특성이 통제 불가

능한 인자의 변화에 대해서는 둔감하도록 할 수 있다 강건설계의 주목적은 품질특

성의 목표값을 유지하면서 분산을 줄이는 인자에 대해 설치값 을 발견하는 (Setting)

데 있다

다구찌 설계에 의한 실험계획법은 특히 확장된 역할로서 다음의 몇 가지를 들 수

있다

ㆍㆍㆍㆍ종래에는 제어 불가능한 환경조건이나 제어하기 어려운 생산조건 공정조건

등의 원인 이를 잡음인자로 통칭 들이 데이터에 주는 영향의 정도를 평가하기 어려( )

웠으나 객관적으로 그리고 계량적으로 이를 평가할 수 있는 방법을 제시하고 있

다 또한 품질 산포의 크기를 계량특성치 손실함수 비 등 로 변환하여 산포를 ( SN )

작게 하는 인자들의 조건을 찾아가는 강건설계를 사용한다

ㆍㆍㆍㆍ직교배열표를 광범위하게 사용하여 인자의 수가 많은 경우에도 크게 실험횟

수를 증가시키지 않고 실험하는 일부 실시법을 사용한다

ㆍㆍㆍㆍ생산라인 내 뿐만 아니라 신제품 개발을 위한 품질설계 파라미터(On-line)

설계 허용오차 설계 등의 라인 외 품질관리를 위하여 유용하게 사용할 (Off-line)

수 있다

ㆍㆍㆍㆍ다구찌 방법에서 추가적으로 다룰 수 있는 주요한 것들로는 직교배열

- 62 -

표의 확대사용 수준계의 표준 직교배열표 이외에 확대 응용 혼합 직교배열표(2 3

의 사용과 조합법의 사용 계량치 데이터의 파라미터 설계 허용차 설계 그리고)

계수치 데이터의 파라미터 설계 동적 특성의 파라미터 설계 등을 들 수 있다

파라미터 설계 는 제품설계와 공정설계에서 유용하게 사용되는(Parameter design)

다구찌 실험계획법의 핵심이다 파라미터는 제품성능의 특성치에 영향을 주는 제어

가능한 인자 를 의미하며 파라미터 설계는 이들 인자들의 최적(Controllable factor)

수준을 정하여 주는 것을 말한다 파라미터를 설계변수 라고도 부 (Design variable)

르며 파라미터 설계에서는 제품의 품질변동이 잡음에 둔감하면서 목표품질을 가질

수 있도록 설계변수들의 최적조건을 구하여 준다 최적조건을 찾을 때 설계변수와

잡음을 주는 인자들을 포함시켜 실험하는 직교배열표 등을 주로 사용한다 이때 목

표 품질을 만족시키는 범위 내에서 가능한 한 비용이 적게 드는 조건이나 부품 등

을 이용한다

만약 신뢰성에 영향을 주는 제어 가능한 인자 에 대한 파라미터설계 A B C D

를 한다고 하자 는 수준 는 수준의 혼합수준 에 대한 설계 A B 4 C D 2 (Mixed level)

분석을 하려고 한다면 각 요인 변동의 계산을 표 과 같은 [ 71] L16(215형 직교배)

열표 를 사용하면 된다(Orthogonal Design)

에 대한 파라미터 설계조건으로는 내구성이 가장 좋은 최적의 설계 및 공정DA-2

조건을 구하여야 하므로 반응변수가 큰 값일수록 좋은 망대특성(Larger-the-better

에 대한 조건을 구하고 부품의 정특성 및 동특성에 대한 분석은 적characteristics)

정한 상호관계를 고려하여 별도의 실험을 행한다

- 63 -

표 다구찌 설계의 예[ 71]

- 64 -

제 절 시험데이터의 해석제 절 시험데이터의 해석제 절 시험데이터의 해석제 절 시험데이터의 해석2222

실험조건실험조건실험조건실험조건1111

제품의 신뢰성향상을 위해 지금까지 재료배합의 개선 형상개선 및 공정개선에

대한 각각의 과정을 설명하였으며 본 장에서는 관련된 여러 인자들을 동시에 고려

하여 최상의 품질특성을 나타낼 수 있는 최적인자수준의 결정에 대하여 설명하려고

한다 이는 인자들 간의 상호 작용이 상승 또는 보완작용을 할 수도 있고 반대로

서로 상극임을 나타낼 수 도 있기 때문이다

일반적으로 고무부싱의 개발에 적용되는 인자 는 다음과 같다(Factor)

ㆍㆍㆍㆍ경도 는 수요기업에서 제시하는 사양 에 따라 적정수(Hardness) (Specification)

준의 경도 도 도 도 도 를 적용하였으며 경험적으로 경도의 산포는(43 45 48 50 ) plusmn

정도이다2

ㆍㆍㆍㆍ각 부분의 모양이나 각도에 따라 고무 량에 영향을 미치게 되는 형상설계에

관해서는 내부 파이프 구배각도를(Inner pipe) 15deg~25deg로 하고 외부파이프 (Outer

의 접착부분을 로 하였으며 외경의 크기는pipe) 13mm~15mm

27mm~ 로 유지하였다278mm

ㆍㆍㆍㆍ공정설계는 가류시간을 로 하였다 가류 온도는240sec~600sec 150deg~180

로 하고 주변 온도에 영향을 받으므로 금형 표면온도는 항상 확인하였다 접착제

도포가 내구성에 영향을 주므로 접착제 두께는 으로 하고 접15micron~40micron

착제 배합조건은 로 하였다120cc~128cc

다구찌 설계에 의한 최적수준을 결정하기 위해 다른 인자는 고정시키고 경도 가

류시간 스웨징 인자에 대하여 표 와 같이 실험수준을 정하였다 [ 72]

- 65 -

표 실험인자 별 수준[ 72]

분석결과의 해석분석결과의 해석분석결과의 해석분석결과의 해석2222

실험결과의 해석은 다음과 같다

을 통해 표 의 실험조건을 입력하여 다구찌 설계를 생성한 결과MMITAB [ 72]

표 과 같은 실험조합을 얻었다 표 는 실험조합 별 시험결과 값이다[ 73] [ 74]

에서의 내구성에 대한 다구찌 설계해석의 결과는 표 의 신호 대Nominal load [ 75]

잡음비 비 평균 표준편차에 대한 반응표에 잘 나타나(SN Signal to noise ratio)

있다 그림 그림 은 비 평균 표준편차에 대한 반응 값을 도식한 [ 71]~[ 73] SN

것이다

표 의 신호 대 잡음비의 반응표를 보면 경도는 스웨징이나 가류시간에 비해[ 75]

반응변수 내구성 에 큰 영향을 미치고 있음을 보여준다 평균에 대한 반응표에서도( )

경도는 다른 인자들에 비해 반응변수의 평균에 크게 영향을 미치고 있음을 알 수

있다 표준편차 역시 경도의 수준 변화에 따라 차이가 가장 많음을 보여주고 있다

- 66 -

표 에 의한 다구찌 설계생성[ 73] MINITAB

- 67 -

표 실험조합 별 시험결과 데이터[ 74]

- 68 -

표 비 평균 표준편차에 대한 반응표[ 75] SN

신호 대 잡음 비에 대한 반응 표신호 대 잡음 비에 대한 반응 표신호 대 잡음 비에 대한 반응 표신호 대 잡음 비에 대한 반응 표

망대특성망대특성망대특성망대특성

평균에 대한 반응 표평균에 대한 반응 표평균에 대한 반응 표평균에 대한 반응 표

표준 편차에 대한 반응 표표준 편차에 대한 반응 표표준 편차에 대한 반응 표표준 편차에 대한 반응 표

- 69 -

그림 신호 대 잡음 비의 주효과도[ 71]

그림 인자수준별 평균의 주효과도[ 72]

그림 인자수준별 표준편차의 주효과도[ 73]

- 70 -

표 와 그림 에서 에서의 내구성 예측값을 가장 크게 하[ 75] [ 72] Nominal Load

는 것은 요인 수준의 조합이 일 때이다 품질 향상을 위해서는 정특성 동(4 2 2)

특성 값도 동시에 고려하여야 하므로 조합 조합 조합(4 2 2) (4 3 2) (4 1 2)

에 대한 예측 값을 함께 구하였다

표 은 에서의 내구성 예측값을 표 은 에[ 76] Nominal Load [ 77] Maximum Load

서의 내구성 예측값 표 은 정특성 예측값 표 는 에서의 동특성 예 [ 78] [ 79] 15Hz

측값 그리고 표 은 에서의 동특성 예측값을 보여주고 있다 [ 710] 150Hz Nominal

에서의 내구성 예측값은 조합 조합 조합에서 각Load (4 2 2) (4 3 2) (4 1 2)

각 목표값인 을 상회한 과170000 Cycle 178023 Cycle 174272 Cycle 175830

로서 조합일 때 더 높게 나타났다Cycle (4 2 2)

동배율은 예측 평균값을 기준으로 할 때 동배율은 조합에서는 에 (4 2 2) 15Hz

서 에서 이고 조합에서의110(1187691079) 150Hz 113(1215561079) (432)

동배율은 에서 에서15Hz 106(112856 106938) 150Hz 108(115769106938)

이며 조합에서의 동배율은 에서 에서 (412) 15Hz 108(118194 1094) 150Hz

이었다109(1195691094)

모델의 경우 수요기업에서 동배율 값이 적은 값을 요구하기 때문에DA-2 (kdks)

동배율을 고려하면 의 조합이 더 좋은 품질을 나타낸다고 할 수 있다(4 1 2)

- 71 -

표 에서의 내구성 예측값[ 76] Nominal Load

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 2 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 3 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 1 2

예측 값

신호 대

- 72 -

표 에서의 내구성 예측값[ 77] Maximum Load

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 2 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 3 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 1 2

신호 대

- 73 -

표 정특성 예측값[ 78]

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 2 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 3 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 1 2

신호 대

- 74 -

표 동특성 예측값[ 79] (15Hz)

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 2 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 3 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 1 2

신호 대

- 75 -

표 동특성 예측값[ 710] (150Hz)

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 2 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 3 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 1 2

신호 대

- 76 -

제 장 부품의 신뢰성성장관리제 장 부품의 신뢰성성장관리제 장 부품의 신뢰성성장관리제 장 부품의 신뢰성성장관리8888

제 절 신뢰성성장관리제 절 신뢰성성장관리제 절 신뢰성성장관리제 절 신뢰성성장관리1111

복잡하고 기술적인 제품의 개발 프로그램을 운영하는 데 있어서는 고객이 요구

하는 신뢰성 수준을 만족시키기 위하여 상당한 규모의 시간 예산 기술인력 등의

자원을 필요로 한다 고객들의 신뢰성 요구수준은 매우 높으므로 이러한 목표를 달

성하기 위하여 시험 개선 시험 개선의 개발과정을 반드시 거친다 이 과정에서 시- - -

스템 서브시스템 또는 모듈을 고장 날 때까지 시험하고 고장모드를 결정해서 이를

제거하기 위한 시도를 하거나 적어도 고장발생을 줄일 수 있는 시도를 하여 설계나

엔지니어링 개선을 이룬다 만약 이러한 과정이 계속되고 설계나 엔지니어링 변경

이 충분히 이루지면 시스템의 신뢰성은 증가한다 개발프로그램이 운영되는 동안

신뢰성 수준의 변화를 추적할 수 있다면 개발책임자로서는 여러 가지 이점이 있다

즉 목표하는 신뢰성 수준을 달성하기 위하여 충분한 비율로 성장하고 있는지의 여

부를 가능한 빠른 시간 내에 판단할 수 있고 그에 따라 필요한 자원을 적절히 배

분할 수 있다 따라서 개발책임자는 시험데이터로부터 현재 시스템의 신뢰성 수준

성장률의 평가 앞으로 기대되는 달성 가능한 수준을 결정하기를 원한다

신뢰성 성장관리 기술은 제품을 개발하는 데(Reliability growth management)

소요되는 많은 시간과 비용 및 엔지니어링 노력을 절감하면서 개념선택 제품과 공

정의 신뢰성 그리고 비용효율을 달성할 수 있도록 유용한 정보를 제공해 준다 군

사장비 자동차 및 전자 중장비개발 등에 적용된 최근의 신뢰성 성장시험 관리기술

은 각 분야의 경쟁적인 사업 환경 아래에서 제품개발을 효율적으로 조직하여 신뢰

성평가를 시작하고 신뢰성 성장과정을 추적할 수 있도록 해준다 신뢰성성장관리기

술은 제품 및 공정설계 관련사항 및 검증시험 항목들에 대하여 사용 환경에 따른

신뢰성 성장 진행과정을 확인하고 그 결과로부터 성장시험곡선을 개발할 수 있게

한다 또한 설계단계 사이의 여러 가지 관련성을 확인하여 관찰하고 그 정보를 다

른 제품보증분석들과 연결하여 고객 요구사항에 대한 제품의

- 77 -

적합도를 적절히 평가하는 데 도움을 준다

신뢰성성장모델은 가 개발한Crow(1975) AMSAA(Army Materiel Systems

모델이 많이 활용되었으나 이는 시스템 또는 서브시스템에서의Analysis Activity)

성장관리에 유용하고 부품수준에서는 모델을 활용하는 것이 더욱 실용적이 Weibull

다 모델은 목표 Weibull B10 수명에 대하여 초기 시작품 으로부터(Early Prototype)

후기 시작품 까지의 신뢰성 개선을 관리하는데 실용적으로 활용할(Later Prototype)

수 있다

신뢰성 성장시험 프로세스신뢰성 성장시험 프로세스신뢰성 성장시험 프로세스신뢰성 성장시험 프로세스1111

신뢰성 성장은 개발시스템에 대하여 여러 시험단계가 시리즈로 이루어지는 동안

고장모드를 발견하고 이를 개선하는 과정을 거쳐 이TAAF(Test Analyze And Fix)

루어진다 또한 기능시험 환경시험 안전시험의 결과는 신뢰성 향상을 위한 FMEA

등과 연계하여 사용된다 분석결과는 설계변경에 반영되고 최종목표가 달성될 때까

지 개선과 시험이 연속적으로 이루어진다 그림 은 일반적인 신뢰성 성장시험 [ 81]

프로세스를 보여준다 프로그램의 시작시점에 신뢰성 성장에 대한 계획을 수립하여

고객의 기대사항을 만족시킬 수 있는 성능수준에 대한 구체적인 측정치를 제시하

고 이 목적을 달성시킬 수 있는 시험조건을 정한다 시험조건은 특정한 부품이나

시스템에 대하여 고객의 사용방법과 환경에 대한 지식을 기초로 하여야 한다

개발프로젝트가 진행되는 동안 신뢰성 성장시험 프로그램이 개발되고 실행되는

과정에서 설계 및 공정의 관심사항을 확인하기 위해 QFD(Quality function

와 같은 제품보증을 위한 분석방법들이 선행되어 실시되는데 신뢰성deployment)

성장관리와 연계하여 이를 통틀어 통합 신뢰성 성장관리(Integrated reliability

라고 한다 신뢰성 성장관리를 포함한 제품설계평가의 모든growth management)

과정은 제품 공정의 신뢰성 향상에 있어 중요한 역할을 하는 제품보증기능의 한부

분이다

- 78 -

통합 신뢰성 성장시험관리 프로세스는 설계뿐 아니라 공정신뢰성(MIL-HDBK-781)

과 관련된 문제에 대응할 수 있도록 신뢰성 성장시험의 이점을 전적으로 활용할 수

있는 수단을 제공한다

신뢰성 성장관리과정을 개발함으로써 신뢰성 수준은 계속적으로 추적될 수 있고

조치를 취하고 다른 분석결과들과 비교되어 초기 신뢰성 예측을 수립하고 제품설

계에 포함된 확신을 증가시킨 후 검증시험에 들어갈 수 있도록 한다 이러한 신뢰

성 성장관리 프로세스는 제품개발 사이클에 있어서 초기 단계 동안에 신뢰성을 확

립하는 데 도움을 줄 수 있는 장치이다

그림 신뢰성성장시험 프로세스[ 81]

제품개발과정에 적용되는 신뢰성 성장시험관리 프로세스는 다음과 같다

신뢰성 성장시험조건을 결정하고 시험 사이클을 개발한다 ①

신뢰성 성장시험곡선의 사용을 통하여 시험과정을 실행하고 추적한다②

시험결과를 평가하고 다른 선행된 분석연구결과들과 비교한다③

확인된 결함을 제거하기 위해 설계변경을 실시한다④

- 79 -

설계검증시험을 준비한다⑤

신뢰성 성장시험의 주된 목적은 설계상의 약점을 확인하고 제거함으로써 설계의

신뢰성을 증가시키는 것이다 정확하게 신뢰성 수준이 변화되는 진행상황을 추적하

기 위해서는 요구사항에 대한 불합치성 을 확인하고 불합치성이(Nonconformance)

일어난 시간을 모두 추적하여야 한다 시험을 시작하기 전에 적절한 시정조치를 용

이하게 하기 위해 사전계획이 수립되어야 하며 고장분포를 결정하기 전에 각각의

고장부품에 대한 고장원인을 분리할 수 있어야 한다

부품의 개발과정에서 몇 개의 표본에 대한 고장시간 데이터가 있을 때 Weibull

분포를 활용한 신뢰성 성장분석에 대하여 설명하면 다음과 같다

가 분석의 개요가 분석의 개요가 분석의 개요가 분석의 개요

밀도함수는 그림 와 같이 특성 수명과 기울기로 고장시간Weibull [ 82] (Cycle

을 설명한다 작은 표본에 대한 고장시간 데이터가 주어졌을 때 분석Km) Weibull

을 사용하여 세 가지의 정보를 얻을 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ특정 시간이 주어졌을 때 등 부품의 신뢰도는 그 시간까지 살아 있(Cycle Km )

을 백분율이다

ㆍㆍㆍㆍ 또는 다른( 수명을 추정할 수 있다) 수명은 부품들 중 가 고장10

날 것이라고 기대되는 시간이다 즉 이 시간에서의 신뢰도는 이다 90

ㆍㆍㆍㆍ 기울기의 값은 고장률 패턴에 대한 정보를 제공해준다 기울기가Weibull 10

이라면 고장률이 일정하다는 것을 의미한다 이 경우 고장은 일반적으로 우연히

일어나며 고장률은 설계의 강건 정도에 따라 달라진다 기울기가 보다 작다면 1

고장률은 감소하고 있음을 의미한다

- 80 -

즉 높은 초기 고장률 을 말한다 기울기가 보다 크면 고장률은 증 (Infant mortality) 1

가하고 이는 마모 되고 있음을 의미한다(Wear-out)

그림 에 의한 부품의 신뢰성성장분석[ 82] Weibull 수명 비교

가장 많이 활용되는 측도는 수명이며 이것은 요구되는 목표 신뢰도가 임 90

을 의미한다 첫 번째 프로토타입이 고장 난다면 신뢰성 목표 달성을 위해 설계 변

경을 행하고 다음 프로토타입을 시험한다 이 과정은 목표 수명이 달성될 때까

지 반복한다

나 의이점나 의이점나 의이점나 의이점WeibullWeibullWeibullWeibull

부품의 개발과정에서 작은 표본에 대한 고장시간 자료가 주어졌을 때 Weibull

분석을 활용하여 신뢰성성장관리를 행하면 다음의 정보를 얻을 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ신뢰성 개선은 목표 수명이 달성될 때까지 하나의 프로토타입에

- 81 -

서 다음 프로토타입까지 추적할 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ신뢰성 개선은 시험한 프로토타입에 대해 타점으로 표현되고 빠르Weibull

게 방향을 파악하여 신뢰성 진전과정에 대한 양적 측면의 관리능력 향상을 그

래프로 확인할 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ컴포넌트를 고장 날 때까지 시험하는 것은 고장모드에 대한 아주 귀중한 정

보를 제공하고 따라서 시정조치 활동이 필요하다

ㆍㆍㆍㆍ많은 표본이 더 좋은 신뢰도를 얻을 수 있지만 분석은 많은 표본을Weibull

필요로 하지 않는다

ㆍㆍㆍㆍ고객의 운영 사용 사이클과 시험 모수의 관계가 알려져 있다면 더 빠르고( )

더 적은 비용으로 가속시험을 할 수도 있다

다 기본가정및제한다 기본가정및제한다 기본가정및제한다 기본가정및제한

ㆍㆍㆍㆍ각 분석에서 오직 하나의 고장모드만 포함되어야 한다 두 개나 그 이상의

고장 모드가 검출된다면 각각에 대해 분리하여 분석해야 한다

ㆍㆍㆍㆍ신뢰도는 시험 제한 한계 로 인해 년 마일까지 확장하여 외삽하면 안( ) 10 150K

된다 왜냐하면 시험 제한 한계 로 인해 다른 고장모드가 발생할 것인지 알 수 ( )

없기 때문이다

ㆍㆍㆍㆍ하나의 프로토타입에서 다음 프로토타입까지 기울기가 변하는 데는 특별히

주의를 하여야 한다 왜냐하면 초기 후기 수명에서 더 높은 신뢰도와 후기 초 ( ) (

기 수명에서 더 낮은 신뢰도의 할 수 도 있기 때문이다) trade-off

라 적용시기라 적용시기라 적용시기라 적용시기

ㆍㆍㆍㆍ수명의 비교는 엔지니어링 사양 이 특정한(Specification) 을 요구할 경

우 사용된다

ㆍㆍㆍㆍ이러한 접근방법은 고장시간 등 에 대하여 동일한 부품의(Cycle Km )

- 82 -

다른 시점에서의 프로토타입을 비교할 때 사용한다

ㆍㆍㆍㆍ신뢰성 목표가 달성될 때까지 계속한다

마 입력자료마 입력자료마 입력자료마 입력자료

ㆍㆍㆍㆍ프로토타입 의 몇 개 표본의 고장시간 등1 (Cycle Km )

ㆍㆍㆍㆍ프로토타입 의 몇 개 표본의 고장시간 등2 (Cycle Km )

⦙

ㆍㆍㆍㆍ마지막 프로토타입의 몇 개 표본의 고장시간 등(Cycle Km )

분석프로세스는 그림 과 같다[ 83]

프로세스프로세스프로세스프로세스 일반적 단계일반적 단계일반적 단계일반적 단계

Ⅰ 요구

또는 수명 결정

프로그램 신뢰성 목표 사용

고객의 운영 사용 프로파일 사용( )

시험 프로그램 적정시간 사용

Ⅱ 시험 프로그램 자료정보

확인과 데이터 수집초기 부품의 프로토타입

후기 부품의 프로토타입

Ⅲ 다른 프로토타입에 대한

누적고장 시간 또는 vs

거리 계산 및 타점

분석이 가능한 사용Weibull SW

가능한 가속수명시험 사용

Ⅳ 프로젝트 검토 시

현재 신뢰성 수준신뢰성 목표 적합성 결정

초기 경고 관련 정보 제공

개선을 위한 계획 정보 제공

그림 프로세스별 단계[ 83]

- 83 -

제 절 신뢰성성장 데이터분석제 절 신뢰성성장 데이터분석제 절 신뢰성성장 데이터분석제 절 신뢰성성장 데이터분석2222

초기 프로토타입 으로 부터 개의 표본을 정상하중 으(Prototype1) 6 (Nominal load)

로 고장 날 때까지 시험하고 고장모드를 기록하였다 여러 개선작업을 거친 후 후

기 프로토타입 으로부터 개의 표본을 고장 날 때까지 시험하고 고장모(Prototype2) 6

드를 기록하였다 시험 데이터는 표 에 주어져 있다 [ 81]

에 고장데이터를 입력하고 각 프로토타입 단계별로 용지에 결과MINITAB Weibull

를 타점한 결과 그림 와 같은 성장곡선이 생성되었다 [ 84] Weibull

정상하중 에서 의 평균수명 추정치는 이(Nominal load) Prototype1 127366Cycle

고 의 평균수명 추정치는 로서 의 개선을 이루었 Prototype2 176882 Cycle 389

음을 알 수 있었다 수명은 은 이었으나Prototype1 112668 Cycle Prototype2

의 수명은 로서 상당한 개선이 이루어졌음을 볼 수 있다168620 Cycle 수

명에 대한 신뢰하한은 로 추정되었다 따라서 정상부하에 의한95 162926 Cycle

시험데이터분석 결과 개선활동 재료배합개선 형상설계개선 공정개선 에 의하여 ( )

내구성 목표가 달성되었음을 알 수 있다

그림 는 에서의 신뢰구간을 보여주고 있다[ 85] Nominal load 90

최대하중 에서는 표 의 데이터 입력결과 그림 의 그래프를(Max load) [ 82] [ 86]

생성하였다 그래프로 부터 추정된 의 Prototype1 수명은 이고16362Cycle

의Prototype2 수명은 이다21850 Cycle 수명에 대한 신뢰하한추정치95

는 으로부터 로 계산된다MINITAB 20983 Cycle

의 수명과 의 수명이 다른 것은 개선 활동의 결과이Prototype1 Prototype2

- 84 -

며 에서 개선목표가 달성되었음을 알 수 있다 Prototype2

표 하중 고장시간[ 81] Nominal (Cycle)

Weibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth Curve

(Nominal Load)(Nominal Load)(Nominal Load)(Nominal Load)

그림 성장곡선[ 84] Weibull (Nominal load data)

- 85 -

Weibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth Curve

(Nominal Load-90 Cl)(Nominal Load-90 Cl)(Nominal Load-90 Cl)(Nominal Load-90 Cl)

그림 신뢰구간[ 85] Nominal Load90

- 86 -

표 하중 고장시간[ 82] Max (Cycle)

Weibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth Curve

(MaxLoad)(MaxLoad)(MaxLoad)(MaxLoad)

그림 성장곡선[ 86] Weibull (Max load data)

- 87 -

제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론9999

본 연구는 자동차현가장치인 고무부싱 의 신뢰성향상을 위한 기(Rubber bushing)

술개발과제이다 에나 인더스트리는 수출전문기업으로서 주요 경쟁사에 비해 고성

능 고내구성의 제품을 짧은 기간 내에 개발할 수 있는 능력을 갖추어야 해외 시장

에서 경쟁력을 가질 수 있다

본 연구개발에서는 수요기업에서 요구하는 GMUTS(General Motors Uniform

의 사양에 따른 시험을 실행하여 내구성을 목표 사이클 이상으Test Specification)

로 개선하고 정특성과 동특성 비틀림 토크를 개선항목으로 선정하여 제품의 품질

및 신뢰성 향상을 진행하였다

수요기업의 요구 수준에 의하면 내구성은 와 Tension Compress Alternating

가 동시에 일 때 일 때Torsion Stress Maximum Load 20000 Cycle Normal Load

을 요구한다 본 프로젝트의 경우 해외의 부품메이커들에 대한 경쟁150000 Cycle

력 우위를 확보하기 위하여 기본 요구 수준을 넘어 향상된 제품신뢰성을5~10

확보를 목표로 하였다 내구성 정특성 및 동특성에 대한 시험은 직접 행하였고 비

틀림토크에 대한 부분은 추가적인 시험장치가 필요하여 수요기업의 실험실에 샘플

을 제출하여 요구수준을 검증받았다

본 연구개발의 성과를 요약하면 다음과 같다

우선 기술적 효과로는

설계기술의 확보(1)

재료배합설계 형상설계 공정설계에 대한 기술을 확보하여 내구성을 비롯한 품

질특성을 향상시킬 수 있었다 종래에는 설계 개발 생산프로세스에서 경험적 방법

에 의존하여 시행착오가 많았으나 본 연구를 통하여 과학적이고 체계적인 방법으

로 접근할 수 있는 기술이 확보되었다

설계 요소의 기술적 배치를 위한 실험계획법의 활용기술 확보(2)

- 88 -

종전에는 고무 배합설계 형상설계 공정설계에 대하여 설계요인 별 수 (Facter)

준 을 무작위로 추출하여 실험하였으나 본 실험계획의 과정을 따르면 요인들(Level)

이 계획적으로 반영되어 품질특성에 각각 어느 정도의 영향을 미치는지 분석이 가

능하게 된다 또한 다구찌에 의한 강건 설계의 생성으로 산포를 줄일 수 있다

잠재적 고장원인 분석방법 기술 확보(3)

제품기능에 대한 잠재적 고장모드의 예측과 시험항목을 판단하고 최종적으로는 설

계검증 과 공정검증 의 세부항목과 효과적(Design verification) (Process verification)

으로 연계가 가능하다

신뢰성 데이터분석기술 확보(4)

부품의 개발과정에서 몇 개의 표본에 대한 고장시간 데이터가 있을 때 Weibull

분포를 활용한 신뢰성 성장분석이 가능하게 되었다 개발프로그램이 운영되는 동안

신뢰성 수준의 변화를 추적할 수 있어 목표하는 신뢰성 수준을 달성하기 위하여 충

분한 비율로 성장하고 있는지의 여부를 가능한 빠른 시간 내에 판단할 수 있고 그

에 따라 필요한 자원을 적절히 배분할 수 있다 따라서 개발책임자는 시험데이터로

부터 현재 시스템의 신뢰성 수준 성장률의 평가 앞으로 기대되는 달성 가능한 수

준에 대한 결정이 가능하다

경제적 측면의 효과로는

제품에 대한 내구성 및 동특성 정특성에 대하여 요구사양 이상으로 특성관리(1)

를 행할 수 있어 해외 부품메이커들에 대한 경쟁력 우위로 수출력을 향상할 수 있

게 되었다

개발기간을 단축할 수 있게 되어 개발비의 절감을 가져올 수 있게 되었다(2)

재료배합 형상설계 및 공정설계에 대한 기술개발의 표준 정립으로 개발 기간의 단

축이 가능하게 되었다

본 과제 결과를 활용하여 다른 방진제품에 대한 신뢰성 관리로 수출(3)

- 89 -

시장을 개척하여 신규거래처를 확보할 예정이다 신뢰성 데이터의 관리가 이루어져

제품수명에 대한 설득력 있는 자료의 제시가 가능하게 되었다

향후 연구계획으로는

고무부싱부품의 특성상 내구성만의 개선이 최선이 아니고 정특성과 동특성을 일

정수준으로 동시에 고려하여야 한다 따라서 이 부분에 대한 동시적인 실험설계가

시스템화 되도록 추가적인 연구가 요구된다

- 90 -

참고문헌참고문헌참고문헌참고문헌[ ][ ][ ][ ]

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- 96 -

주 의

이 보고서는 산업자원부에서 시행한 부품소재종합기술지원사업의 최1

종보고서이다

이 신뢰성기반기술확산사업 내용을 대외적으로 발표할 때에는 반드시2

산업자원부에서 시행한 부품소재신뢰성기반기술 사업의 지원결과임을

밝혀야 한다

- 97 -

이 보고서는 산업자원부에서 시행한

부품소재 신뢰성기반기술확산사업의 최종보고서이다

- 10 -

제 장 신뢰성평가 기준 및 항목제 장 신뢰성평가 기준 및 항목제 장 신뢰성평가 기준 및 항목제 장 신뢰성평가 기준 및 항목2222

차량이 주행하면서 노면의 요철이나 돌기부위를 타고 넘어갈 때에는 현가장치에

상하방향의 충격력뿐만 아니라 전후방향으로도 충격력이 작용하여 승차감 및 하시

니스 현상을 악화시킨다 현가장치 부싱류의 스프링정수 값이 낮을수록(Harshness)

차량의 승차감이 좋아지지만 조정 안정성이 악화되고 시미 가 발생하는 (Shimmy)

등의 상반적인 특성이 있다 그러므로 노면 충격에 대해서는 현가장치의 유연성을

부드럽게 설계하고 차량의 좌우방향에 대해서는 강하게 딱딱하게 설계하는 세밀한 ( )

조정이 요구된다

일반적으로 정강성을 동강성을 로 표현하며 동강성과 정강성 간의 비율ks kd

을 동배율이라 한다 동배율이 낮을수록 차량의 실내소음에는 유리한 경향을(kdks)

갖는다

본 연구개발에서는 의GMUTS(General Motors Uniform Test Specification) Test

을 실행하여 내구성을 목표 사이클 이상으로 개선하고 고객사에서 요구하는 정Run

특성과 동특성 비틀림 토크를 개선항목으로 선정하여 제품의 품질 및 신뢰성 향상

을 진행하였다

고객사의 요구 수준 에 따르면(Delphi Test Specification 22204309) Tension

와 가 동시에 일 때Compress Alternating Torsion Stress Max Load 20000 Cycle

일 때 을 요구한다 본 프로젝트의 경우 해외부품메이Normal Loads 150000 Cycle

커들에 대한 경쟁력을 확보하기 위하여 기본 요구 수준을 넘어 향상된 제5~10

품신뢰성을 확보를 목표로 하고 있다

- 11 -

표 평가항목 및 목표[ 21]

본 연구를 위한 대상 부품은 제안당시는 모델이었으나 수요기업 의DA-7 (Delphi)

필요성에 따라 모델로 연구대상을 변경하게 되었다 고무부싱으로서의 기능DA-2

은 동일하나 그림 과 같이 형상의 차이가 있으며 평가항목별 목표수준도 다[ 21]

르다

그림 대상품의 변경[ 21]

- 12 -

제 장 신뢰성향상을 위한 고려요소 및 고장분석제 장 신뢰성향상을 위한 고려요소 및 고장분석제 장 신뢰성향상을 위한 고려요소 및 고장분석제 장 신뢰성향상을 위한 고려요소 및 고장분석3333

제 절 고려 요소제 절 고려 요소제 절 고려 요소제 절 고려 요소1111

고무부싱에 대한 고객의 요구조건 만족과 성능향상을 위한 방안은 크게 세 가지

로 분류할 수 있다

첫째는 재료배합개선으로 고무의 특성을 개선하여 성능을 향상시키는 방안이며

둘째는 처럼 고무의 양이 적은 경우 허용하는 범위 내에서의 형상 변화를 통DA-2

한 성능향상 방안이며

셋째는 도포공정을 포함한 공정개선에 의한 방법이다

그림 은 부싱의 성능향상을 위한 개선방안을 나타내고 있다[ 31]

그림 성능향상을 위한 개선방안[ 31]

재료배합재료배합재료배합재료배합1111

고무의 배합 은 황화제 촉진제 가공제 유기산 금속산화제 노화(compounding)

방지제 보강제 충진제 등으로 기초배합을 설정한 후 인장강도와

- 13 -

신장율 경도 반발탄성 인열강도 인장응력 노화 후 물리적 현상 등을 고려하여

배합 설계를 하게 된다 특히 고무 제품의 경도를 높이기 위한 보강성과 경도가 높

으므로 잘 마모되지 않는 내마모성과 관련하여 카본블랙 을 사용하(Carbon Black)

며 고무제품의 특성을 결정하는 중요한 부분이다 사용 중인 카본블랙은

의 분류 방법에 의해 표 과 같이 구ASTM(American Standard Test Method) [ 31]

분된다

표 카본블랙의 분류[ 31]

ASTM CODE 일 반 명 칭 입자경( )

N110 초내마모성SAF (Super Abrasion Furnace ) 11-19

N220ISAF (Intermediate Super Abrasion Furnace

준초내마모성)20-25

N330 고내마모성HAF (High Abrasion Furnace ) 26-30

N440 초전도성XCF (Extra Conductive Furnace ) 31-39

N550 양압출성FEF (Fast Extruding Furnace ) 40-48

N660 범용성GPF (General Purpose Furnace ) 49-60

N774 중보강성SRF (Semi Reinforcing Furnace ) 61-100

N880 미립열분해FT (Fine Thermal ) 101-200

N990 중립열분해MT (Medium Thermal ) 201-500

카본블랙은 요오드가 와 광흡수도 가 높을수록 입자경은 작고(Iodine number) (Tint)

흡수율 이 클수록 구조가 발달되어 있다DBP(Di-dutyl phthalate) (Oil absorption)

카본블랙은 입자경이 작고 고무와 결합하는 표면적이 클수록 고무의 경도

와 내마모성 등의 물성을 보강하는 능력이 크다 그(Hardness) (abrasion resistant)

러나 경도와 탄성 은 반비례이므로 탄성은 오히려 감소하게 된다 또한(Elasticity)

작은 입자경은 탄성체 의 항복점 을 연장하는데(Elastomer) (Micro-Brownian motion)

탁월하다 탄성체는 항복점 이후

- 14 -

에 탄성의 성질을 잃어버리고 소성을 띠게 되는데 카본블랙은 이러한 고무의 물성

을 조정하는 중요한 인자이다

형상설계형상설계형상설계형상설계2222

자동차 모델에 따라 수요기업에서 의 외형형상에 대한 기본 설계를 제공Bushing

하지만 철과의 접촉부분 등 세부설계는 제조업체에서 실시하여야 한다 따라서 각

부분의 세부적 모양이나 각도에 따라 고무 철의 재료량에 영향을 미치며 이는 결

국 내구성 등 특성 치에도 영향을 미치게 된다

결정하여야 할 주요 요소로는 내철 구배각도 외철 접착(Inner pipe) (Outer pipe)

부분 등이다 이밖에 외경크기의 산포에 따라 내구성에 영향을 미칠 수 있으며 이

는 품질관리 활동에 의해 사이징 공정에서 최종규격을 맞추게 된다(Sizing)

공정설계공정설계공정설계공정설계3333

재료설계와 함께 부품의 내구성 정특성 동특성을 결정하는 주요공정은 철과 고

무를 접착시키는 접착제 도포 공정과 가류 가황 공정이다( )

가 가류공정가 가류공정가 가류공정가 가류공정

고무분자의 공유결합을 유도하여 기계적 강도를 높이는 작업이다 가황 또는

가류라고 하며 생고무에 유황 같은 가황제를 가하여 고무 분자 간에 결합을 강하게

하고 탄성 인장강도 등을 증가시킨다 가황고무의 가장 큰 특징은 탄성이 커지는

것이며 노화 가 더디고 변형 시에도 체적변화가 크지 않다는 것이다 중요한 ( ) 老化

관리 항목으로서는 가류온도 금형 쳄버 스쿠류 가류시간 가류압력 등이며 공정( )

설계에 따라 특성에

- 15 -

중요한 영향을 미친다

나 접착제도포공정나 접착제도포공정나 접착제도포공정나 접착제도포공정

접착강도는 시험방법 접착방법 시험시의 조건 시편의 기하학에 따라 다르게 나

타난다 도포방법으로는 침지법 붓칠법 롤 코팅법 (Dipping) (Brushing) (Roll

스프레이법 그리고 덤브링법 이 있다Coating) (Air Spray) (Tumbling)

프라이머 는 피착제 표면과의 친화성이나 접착제와의 상용성이 뛰어나지(primer)

않으면 안되고 동시에 접착 저해물과의 상용성도 높아야 한다 또 프라이머 중의

유효성분 쪽이 피착제 표면에 흡착되어 있는 저해성분 보다 피착제에 의하여 안정

하게 흡착 되어 있는 것이 중요하다 따라서 프라이머는 충분한 교반(Adsorption)

균일하고 엷은 도포 그리고 완전한 건조가 이루어 져야 한다

고무를 강력하게 접착시키기 위해서는 접착제가 적당히 고무 중으로 확산 된 후

에 고무와의 사이에서 상호 확산과 가교반응을 일으킬 필요가 있다 따라서 고무와

상용성이 있는 적절한 접착제 선정이 필수이며 충분한 교반 점도 조절에 의한 균

일한 도포 적당한 두께 완전한 건조 온도와 시간 가 이루어져야 한다 ( )

- 16 -

제 절 고장분석 자료 해석제 절 고장분석 자료 해석제 절 고장분석 자료 해석제 절 고장분석 자료 해석2222

설계설계설계설계1 FMEA1 FMEA1 FMEA1 FMEA

설계 는 설계 단계에서 발생하는 위험FMEA(Failure Mode and Effect Analysis )

성을 발견하기 위한 것으로 잠재적인 결함을 확인 한 후 그 영향의 심각성을 평가

하고 중점 관리 항목과 잠재적 설계 결함에 대응하기 위한 것으로 설계상의 문제

점들을 검증하고 효율적 설계개선을 행할 수 있도록 해준다 설계에 대한 잠재고장

모드의 리스트 중요 관리 특성 리스트 고장모드의 원인 제거나 발생률 감소를 위

한 설계활동 리스트 등이 그 결과물이 된다 에 대한 설계 는 표 DA-2 FMEA [ 32]

에 열람하였다

본 제품의 설계 에서는 아래 항목들에 대해 중점적으로 고려하였다FMEA

과다한 진동과 소음 형상 및 재료설계 오류로 인한 정특성 동특성 값의 불1) -

만족

내구성 문제 내철 외철의 파손 철 고무의 접착 불량 고무의 미가류 과가류2) -

외관 불량 내철 외철의 부식 미가류 과가류로 인한 고무의 이상 형태 고무3) -

버 나 살 로 인한 외관 불량 형태(burr) (flesh)

- 17 -

표 설계[ 32] FMEA

- 18 -

- 19 -

공정공정공정공정2 FMEA2 FMEA2 FMEA2 FMEA

공정 은 제품생산 공정에서 발생할 수 있는 잠재적인 문제점 또는 위험성FMEA

을 발굴하여 효과적으로 대응하기 위한 분석 기법으로 제품의 중대사고 발생 예방

으로 고객의 불만을 방지할 수 있으며 결함의 영향을 제거 또는 감소를 위한 부분

별 대책 수립의 근거가 되며 생산 문제점 검증을 통한 효율을 제고할 수 있다 공

정상의 잠재고장 모드와 그 영향을 검토 할 수 있으며 엔지니어들이 불량발생을 낮

추거나 불량 탐지 능력을 증대시킬 수 있는 관리 수단 또는 방법에 초점을 맞출 수

있도록 공정결함을 규명할 수 있다 공정에 대한 잠재고장 모드의 리스트 중요 관

리 특성 리스트 고장 모드의 원인 제거나 발생률 감소를 위한 공정 활동 리스트

들 결과물을 얻을 수 있다

표 에 보여준 의 공정 에서는 특히 아래 관련 항목들이 내구성 향[ 33] DA-2 FMEA

상과 품질개선을 위하여 중점적으로 검토되었다

접착제 도포 공정 의 점도관리체계에 의한 접착제 도포두께 관1) Zahn Cup No2

리상태 불량 건조상태에서 발생할 수 있는 접착제의 이상적 화학반응 및 건조상태

등

가류공정 고무와 내철 외철류의 이상적인 화학반응으로 인한 불량 접착상태2)

사출 성형후 고무의 갈라짐 흠집 등에 의한 외관 불량상태

시험 검사 공정 내구사양의 불만족상태 동특성 정특성 값의 사양 불만족상태3)

고무와 내 외철의 고무접착강도 불만족상태 등을 고려함

- 20 -

표 공정[ 33] FMEA

- 21 -

- 22 -

- 23 -

- 24 -

제 장 재료배합개선제 장 재료배합개선제 장 재료배합개선제 장 재료배합개선4444

제 절 배합의 기본 조건제 절 배합의 기본 조건제 절 배합의 기본 조건제 절 배합의 기본 조건1111

방진 고무부품을 만들려면 다음의 가지 공정을 거친다3

배합공정 사용목적에 따라 원료고무를 선택하고 배합약품의 종류와 양을 결middot

정하는 공정

가공공정 정해진 배합에 따라서 고무와 배합약품을 섞고 혼련 일정한 두께middot ( )

의 고무 시트를 제조하고 만들고자 하는 모양으로 절단하는 공정

가황공정 만들고자하는 모양으로 절단한 미가황 고무에 고무 탄성을 갖게middot

하고 물성을 개선하는 공정

이들 중 배합은 가공공정 가황공정 및 만들어진 제품 성능에 절대적인 영항을 미

치므로 배합설계자는 배합설계 를 할 때 다음의 가지 점(Compounding design) 3

에 균형을 잘 조화 시켜야 한다(3P)

최종 제품의 요구물성을 충족시킬 것middot (Property)

가공이 쉬울 것middot (Processing)

부피 당 배합단가가 적정할 것middot (Price)

또한 이와 같은 조건을 충족시키는 배합설계를 하기 위해서 배합설계자는 배합

의 목적 배합에 사용되는 원료고무와 각종 배합제의 성질 배합의 기초 배합단가

제품이 만들어 질 때까지의 작업 및 설비 등을 주지해야 한다

배합에는 원재료의 시험이나 평가를 목적으로 하는 배합과 공장에서 제품을 만들

기 위한 배합으로 나룰 수 있다

원재료의 시험이나 평가를 목적으로 하는 배합은 원재료의 대체나 품질

- 25 -

확인을 위한 기초 배합과 새로운 원재료가 개발됐을 때 이곳에 대한 실제적인 용도

개발을 위한 시험 또는 연구배합이 있다 개발을 위한 시험 또는 연구배합에서는

기초적인 성상을 구하는 배합으로부터 실용화에 대비한 응용배합에 이르기 까지를

검토의 대상으로 하기도 한다

제품을 생산하기 위한 목적으로서의 배합이란 종래에 없었던 새로운 요구가 있

었을 때 종래 사용하던 원재료를 써서 그 목적에 알맞은 배합을 결정하여 공장에

서의 실제 생산에 투입하는 경우를 뜻한다

고무 부싱과 엔진마운트와 같은 방진을 목적으로 하는 고무제품의 재료를 보면

등의 계의 고무가 적합하다는 게 일반적인 고무업체의 정설이NR SBR BR Diene

다 하지만 목적에 맞게 고무의 원재료를 선택하여야 한다 결국 방진이라는 기능의

고무 특성을 만족하기 위해서는 가교라는 차원 구조의 밀도를 요구하고 있다는 것3

을 알 수 있다

일반적인 방진고무의 요구특성으로는 다음과 같은 조건을 만족하여야 한다

첫째 파단 특성을 만족하여야 한다 즉 분자들과의 높은 응집력과 와의 높 Filler

은 친화성으로 응력을 분산시키는 구조로 이루어져야하는 조건을 만족하여야 하며

둘째 특성을 만족하여야 한다 에 대한 조건을 만족시키기 위해서 Creep Creep

는 고무의 분자 회전성이 높고 응집에너지가 낮을수록 좋다

셋째 내열성 및 내열 산화성에 대한 조건을 만족하여야 한다 이것은 일반적으로

기계적인 모든 성질은 온도의 의존성이 낮을수록 바람직하다고 할 수 있다 이에

방진목적의 고무도 이 같은 성질을 만족하여야 한다

- 26 -

넷째 일반적인 방진 제품은 고무만의 단독 현상으로는 그 형태를 유지하기 힘들

며 금속과의 결합을 통하여 그 방진특성을 만족하여야 한다 이에 방진고무의 기본

적인 성질은 금속과 접착성이 좋아야 한다는 조건을 만족하여야 한다

다섯째는 감쇄계수에 대한 부분으로 감쇄계수가 크고 온도의존성이나 주파수 의

존성이 좋아야 한다 일반적으로 은 감쇄가 적고 소변형에서 대변형에 이르기까 NR

지 선형의 복원을 하며 주파수에 의존하지 않은 특성을 가지고 있으므로 방진고무

로 적합하다고 할 수 있다

여섯째 탄성율에 관한 내용으로 일반적으로 방진 고무의 탄성율은 온도 및 진폭

의존성이 낮은 쪽이 좋게 된다

마지막으로는 정적강성과 동적 강성의 비로 표현되는 동배율에 유의해야 한다

일반적으로 방진고무의 감쇄 특성을 고려하면 동배율이 높은 것이 유리하지만 동적

특성의 온도의존성 변형율 동적 변형율에 의한 발열 및 내피로특성을 보면 저동배

율 쪽이 유리하다

제 절 재료배합 개선방안제 절 재료배합 개선방안제 절 재료배합 개선방안제 절 재료배합 개선방안2222

원재료 및 배합제의 개선원재료 및 배합제의 개선원재료 및 배합제의 개선원재료 및 배합제의 개선1111

고무부싱 제품의 경우 그 기능상의 요구로 인하여 주로 계열의 천연고무를NR

원재료로 사용한다 본 연구에서도 계열의 천연고무를 원재료로 하고 요구 특성 NR

의 개선을 위해 배합제의 선정을 대해 연구하였다 일반적으로 천연고무 및 합성고

무에 적용되어지는 배합제는 가황속도 조절 가공의 원활화 품질특성 개선 그리고

특수 성능 등의 목적으로 사용되어

- 27 -

진다 배합제의 종류로는 가공조제 연화제 유기가황제 가황촉진제 노화방지제

등으로 나눌 수 있다

요구 경도의 결정은 함량을 조절하여 설계하였으며 품질특성을 향상 시Carbon

킬 수 있는 재료를 연구한 결과 미세 으Caron Carbon Black(MAF FEF GRADE)

로 물성을 향상 시킬 수 있도록 하였다 특성에 큰 영항을 주는 배합제의 경우 그

용도에 따라 많은 종류를 인자로 적용할 수 있지만 많은 인자로 인하여 발생하는

비용적 시간적 손실을 최소화하기 위해 본 연구에서는 원재료와 함량을 Carbon

고정한 후 촉진제 종류와 가황제의 양을 조절하는 방식으로 배합제에 대한 최적의2

조합을 선택하는 방법으로 접근하였다

내구성 향상을 위한 방안내구성 향상을 위한 방안내구성 향상을 위한 방안내구성 향상을 위한 방안2222

내구성을 향상시키기 위한 일반적인 방법은 경도를 향상시키는 것인데 경도를

높이는 방법만으로는 다른 특성 즉 정 동특성을 동시에 만족시킬 수 없는 어려움이-

있다 이에 본 연구에서는 방진용 제품이 요구하는 정 동특성과 내구성을 Bushing -

동시에 향상 시킬 수 있는 방안을 모색하기 위하여 촉진제와 가황제를 이용하여 최

적을 배합설계를 이루고자 하였다

내구성을 향상시키기 위한 방법으로 보통 량의 조절을 통한 경도 조절법Carbon

을 이용하게 되는데 본 연구에서 적용한 은 미세 Carbon Carbon Black(MAF FEF

으로 인장강도 및 경도 인장응력을 증대하는 효과를 얻고자 하였다 이러GRADE)

한 미세 의 적용과 동시에 보강제의 분산 및 흐름성 개선을 위하여Carbon Black

가공조제를 개선하여 적용하였다

가교시스템의 향상 방안가교시스템의 향상 방안가교시스템의 향상 방안가교시스템의 향상 방안3333

가황반응 고분자 주쇄간 가교결합을 통한 차원 망상구조를 형성하(Vulcanization) 3

여 고분자 화합물의 복원력 탄성 특성 및 기타 요구물성을

- 28 -

증가시킨다 다양한 가교결합 형태 중 방진고무산업에서 많이 이용되고 있는 가교

결합은 을 도입한Polysulfide (-C-Sx-C- x=1~4) Conventional CV(Vulcanization)

계를 많이 사용한다 여기서 사용되고 있는 인 천연고무 Polymer (Natural Rubber

의 배합에 있어 가교 또는 가류형태의 변화에 따라 물성 및 특성의 변화가 있NR)

음을 알 수 있다 즉 가교형태 변화에 따른 유사한 특성을 나타내는 Stress-Strain

조건하에서 공정특성 및 전반적인 물성에 영향을 미침을 알 수 있다 의 기 Polymer

본 배합에서 촉진제나 황 공여체 증가에 따라 가류 유도시간(Sulfur Donor)

은 길어지나 가류속도는 빨라진다 특히 고온 가류 시 과 가류(Induction time)

에 의한 물성하락을 방지하기 위해 열 안정성이 우수한(Overcure) EV(Efficient

계를 사용하는 것이 근래에 소개되고 있다 고분자의 물성은 가교형Vulcanization)

태뿐 아니라 가교밀도에 크게 의존한다 가교계 변화에 따른 인장강도의 영향은 매

우 적은 반면 신장율은 계에서 로 같수록 감소CV(Conventional Vulcanization) EV

하는 경향이 있다

이란 가류시간의 지연 또는 과가류로 인한 고무 물성의 저하를 말한Reversion

다 이러한 현상은 제품의 외면이 과도한 열에 노출될 수 있다 다중황공유 결합의

열적노화현상이 발생하며 가교형태가 다중황 결합에서 단일황(Polysulfidic)

결합으로 바뀌게 되며 밀도가 현저하게 저하되고 환상형 씨오알켄(Monosulfidic)

과 씨오알칸 구조로 바뀌게 된다 결과적으로 재료의 물성(Thioalkene) (Thioalkane)

과 기계적 성질이 떨어지게 된다

이 발생하는 시간을 가교형태에 따라 비교하여 보면Reversion CV lt Semi-CV lt

으로 알려져 있으며 시스템에서는 촉진제 종류에 따라서 인장과 신율의 물EV EV

성에 하락 없이도 공정 안정성 특성이 매우 우수하다 이 Anti-Reversion

으로 인해서 물성과 기계적 성질을 향상시킬 수 있으며 황공여체 사Anti-Reversion

용 또는 계로 가교형태를 전환함으EV

- 29 -

로써 가능하다 이로써 가교의 다중황결합 을 줄이고 단일 또는 이중황 결 (S3~S8)

합으로 내열성 및 결합의 안정성을 증가시킬 수 있다 이러한 과정에서 공정설계상

계보다 더 낮은 가류온도와 더 길어진 가류시간이 필요하게 된다 이러한 계CV EV

에서는 정도의 황과 계에 비해서 다소 많은 양의 촉진제를 사용하02~05 phr CV

게 된다 여기에 근거하여 혼합물성분의 한계 표 표 에 나타난 황과 촉 ([ 42] [ 44])

진제 양의 범위를 정하였다

발생 시간의 효율적인 제어를 위하여 본 연구에서는 적절한 촉진제의Reversion

배합량을 조절하여 방진제품에서 요구하는 특성을 만족하는 조건을 선정하고자 하

였다 그림 은 의 예를 보여준다 [ 41] Reversion

그림 의 예[ 41] Reversion

본 연구에서는 인장 내열 강도의 증가와 동 정특성 내구성 증가를 위한 가교 시- -

스템의 향상 방안으로 황량을 조절하여 Convension Type(Efficient Vulcanization

을 통하여 결합력을 증대시켰으며 촉진제를 조절하여 가- CURE STIES-CC-C)

교효율을 증대하였다 또한 가황 조건에 변화가 적은 배합설계를 하여 향상된 적정

가황이 될 수 있도록

- 30 -

하였으며 를 정립화하여 최적의 적정 가황 포인트를 찾아 인장이 최CURE-STUDY

적일 때 내구성이 최적이고 가황제품과 시편을 동시에 함으로 시편과CURE-STUDY

제품의 상의성을 방지할 수 있었다

자동차업계에서는 일반적으로 고가의 폴리머를 선호하지만 본 연구를 통하여 가

격이 낮은 폴리머로도 성능향상이 가능하다는 것을 입증하였고 향후 타 아이템에도

연계 적용함으로 새로운 배합설계를 구축하였다

실험계획법의 적용실험계획법의 적용실험계획법의 적용실험계획법의 적용4444

기존의 개발 진행 방식은 경험에 의한 시행착오 접근 방법을 사(Trial and Error)

용하여 성능향상을 도모하였으나 본 연구에서는 배합물설계에 위한 실험계획법

기술을 적용하여 이론적으로 최적의 배합설계를 이(DOE Design of Experiment)

룰 수 있는 방법을 연구하였다

일반적인 고무제품의 배합은 많이 알려져 있지만 특성 향상을 위한 방안이나 그

배합에 대한 신뢰성에는 많은 의문점이 제기 되는 게 현실이다 본 연구에서는 요

구특성을 만족시키기 위하여 선정된 촉진제의 배합조건의 최적화를 실현하기 위하

여 실험계획법의 꼭지점계획법을 이용하여 그 효율성을 검증하고자 하였다 배합의

경우 어느 독립적인 인자의 선정으로는 그 효과를 극대화 시킬 수 없는 특성이 있

는데 본 연구에서는 선정된 촉진제 및 폴리머의 조건 하에서 최적의 배합 조건을

찾아보고자 하였다

재료배합설계의 개선을 위한 방안을 정리하면 표 과 같다[ 41]

- 31 -

표 내구성 및 정 동특성 동반향상을 위한 개선방안[ 41] -

항 목항 목항 목항 목 기존 방안기존 방안기존 방안기존 방안 제안된 개선 방안제안된 개선 방안제안된 개선 방안제안된 개선 방안

배합 설계 방안

경험적 배합 설계

고 배합설계COST

국내수급재료사용

실험적 분석기법 도입

저 배합설계COST

해외재료수입

내구성 향상

량 변경Carbon

용도별 적정 적용Carbon

정동특성 향상 방안을 동시==gt

고려

경험적 수치의 가황제 량 선정

가교 시스템 향상 방안을 고려한

가황제 량 선정

(EV - CURE)

결합력 증대==gt

경험적 수치에 의한 촉진제 량

선정 경도별 선정 미비( )

가교 효율을 반영한 촉진제 량의

선정

적정한 가황 포인트 파악을 위한(

실시Cure Study )

정 동특성 향상-

정특성 향상 방안 경도 증가

동특성 향상 방안 경도 하락

두 특성을 만족시키기 위한==gt

경험적 수치의 경도 선정

데이터베이스를 활용한 배합설계

정 동특성을 동시에 만족할 수-

있는 배합제 적용

분산 및 흐름성 개선==gt

형상개선과 동시 고려==gt

- 32 -

표 는 지원 전 배합비율과 특성별 성능수준을 나타낸다[ 42]

표 지원 전 성능수준[ 42]

- 33 -

제 절 꼭지점계획법에 의한 최적배합조건제 절 꼭지점계획법에 의한 최적배합조건제 절 꼭지점계획법에 의한 최적배합조건제 절 꼭지점계획법에 의한 최적배합조건3333

재료설계에 적용되는 실험계획은 혼합물 배합에 관한 실험계획으로서 몇(Mixture)

개 성분의 혼합물 중 어떠한 성분이 품질의 특성에 유의한 영향을 미치는지를 분석

하여 반응을 최대로 만드는 최적혼합비율을 찾고자 하는 실험계획이다

혼합물실험에 적용되는 실험계획으로는 심플렉스 격자형배열법 심플렉스 중심배열

법 꼭지점 계획법 등을 주로 적용한다 본 실험에서는 심플렉스의 전 영역이 아니

라 제한된 영역에서 실험을 하고자 하므로 꼭지점계획법(Extreme vertice design)

을 적용하였다

고무부싱의 재료배합에서는 개의 성분재료가 있고 이들을 어떤 비율로 배합하는

것이 품질특성치를 가장 좋게 하는가를 찾는다 성분의 혼합에 있어서 를 번째

성분의 혼합비율이라고 하면 다음과 같은 관계식을 만족시켜야 한다

이러한 경우는 일반적 실험계획법처럼 심플렉스의 모든 영역에 실험이 배치되는 것

이 아니고 제한된 영역에서만 실험을 하는 경우이다 즉 각 인자 가 (Factor) 0 le

의 모든 값을 취할 수 있는 것이 아니라 제한된 구간1le

안에서만 값을 취한다 이와 같은 경우는 경제적인 이유나 또는 실험 전에 인자들

의 성질에 대하여 상당한 정보가 있는 경우이다 위의 식과 같은 인자의 구간이 설

정되면 실험가능영역은 심플렉스 상의 좁은 영역이 된다

- 34 -

과 은 제한된 실험영역에 대한 실험계획법으로 꼭지점 계획법Mclean Anderson

을 제안하였다 이 계획법은 제한된 영역이 가지는 모든(extreme vertices design)

꼭지점과 이 꼭지점들의 선형조합으로 이루어지는 몇 개의 점을 적절히 선택하는

실험계획법이다 만약 개의 혼합성분이 사용되는 경우 실험영역을 그림으로 그리 4

면 그림 와 같이 사면체 속에 위치하는 면체가 된다 과 은[ 42] 6 Mclean Anderson

이 면체의 꼭지점과 중심점을 실험점으로 선택하는 방법에 대한 예제를 제시하고6

있다

그림 개의 혼합성분에 대한 꼭지점계획법[ 42] 4

고무부싱의 재료설계 시 혼합물은 고무 카본 및 배합원료로서 황화제 촉진제

가공제 유기산 금속산화제 노화방지제 보강제 충진제 등을 사용한다

재료 배합 실험은 경도별로 나누어 실행되었으며 표 은 경도 도 오차범[ 43] 48 (

위 plusmn 도 에 대한 혼합물성분의 한계이다 에 성분의 한계를 입력한 결과2 ) MINITAB

네 가지 성분에 대하여 표 와 같은 총 회의 실[ 44] 17

- 35 -

험점이 생성되었다 실행 의 경우 의 성분을 1 A B C D 09807 00068 00011

의 비율로 섞어서 실험하라는 의미이다00114

표 혼합물 성분의 한계[ 43] (48Hs)

성분 하한 상한

A 외 기타Polymer 09774 09807

B 촉진제1 00068 00085

C 촉진제2 00011 00022

D Sulfur 00114 00119

표 꼭지점계획법에 의한 실험설계와 결과데이터[ 44] (48Hs)

을 활용한 혼합물 설계 데이터분석 결과는 표 표 과 같다MINITAB [ 45][ 46] 17

회의 실험점에 대한 데이터분석 결과 각 실험 점에서의 적합추정치와 신뢰구 95

간을 구할 수 있었다

- 36 -

표 을 보면 실험점 에 의한 배합조건으로는 신뢰구간으로[ 45] 14 95

의 내구성이 나타난다 에서는 각 성142322cycle ~ 146166cycle Nominal Load

분에 대한 제한조건을 만족시키면서 내구성을 최대로 하는 처리조건은 인자의 네

가지 성분 즉 외 에 대한 배합 비율이 Polymer Acc1 Acc2 Sulfur 097740

이었다 그리고 이 처리조건에서 예상되는 내구성은00085 00022 00119

에 도달할 것으로 추정되었다146943cycle

에서는 인자의 네 가지 성분의 배합비율이 와 마찬Maximum Load Nominal Load

가지로 이었다 그리고 이 처리 조건에서 예상되는09774 00085 00022 00119

내구성 추정치는 이었다18917cycle

표 데이터분석 결과[ 45] (48Hs Nominal Load)

에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응Dura(Nom)Dura(Nom)Dura(Nom)Dura(Nom)

- 37 -

반응 최적화 모수반응 최적화 모수반응 최적화 모수반응 최적화 모수

글로벌 솔루션글로벌 솔루션글로벌 솔루션글로벌 솔루션

예측 반응예측 반응예측 반응예측 반응

Dura(Nom) = 146943

- 38 -

표 데이터분석 결과[ 46] (48Hs Maximum Load)

에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응Dura(max)Dura(max)Dura(max)Dura(max)

반응 최적화 모수반응 최적화 모수반응 최적화 모수반응 최적화 모수

글로벌 솔루션글로벌 솔루션글로벌 솔루션글로벌 솔루션

외Polymer = 09774

- 39 -

Acc1 = 00085

Acc2 = 00022

Sulfur = 00119

예측 반응

Duro(max) = 189171

경도 도 오차범위 도 에 대한 혼합물성분의 한계와 에 의한 실험50 ( plusmn 2 ) MINITAB

점은 표 표 과 같다[ 47] [ 48]

표 혼합물 성분의 한계[ 47] (50Hs)

- 40 -

표 실험계획의 결과[ 48] (50Hs)

경도 도에 대한 혼합물 설계 데이터분석 결과는 표 표 과 같다50 [ 49][ 410] 17

개 실험 점에서의 적합추정치와 신뢰구간은 예측반응에 잘 나타나 있다95

에서는 각 성분에 대한 제한조건을 만족시키면서 내구성을 최대로Nominal Load

하는 처리조건은 외 기타 의 각 성분에 대하여 배합비Polymer Acc1 Acc2 Sulfur

율이 이고 이 처리조건에서 예상되는 내구성은09687 00088 00025 00200

에 도달할 것으로 추정되었다159209 Cycle

에서는 인자의 네 가지 성분의 배합비율이 와 마찬가Maximum Load Nominal Load

지로 이었다 그리고 이 처리조건에서 예상되는 내09687 00088 00025 00200

구성 추정치는 이었다 일 때와 일218572 Cycle Nominal Load Maximum Load

때의 적정배합비율이 다르게 나오는 경우가 있는데 이는 오차범위 경도의 경우( plusmn

도 가 비교적 넓은 고무의 특성에서 비2 )

- 41 -

롯되거나 측정오차에 따른 결과로 추정된다

표 데이터분석 결과[ 49] (50Hs Nominal Load)

에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응Duro(Nor)Duro(Nor)Duro(Nor)Duro(Nor)

반응 최적화 모수반응 최적화 모수반응 최적화 모수반응 최적화 모수

- 42 -

글로벌 솔루션글로벌 솔루션글로벌 솔루션글로벌 솔루션

예측 반응예측 반응예측 반응예측 반응

Duro(Nor) = 159209

표 데이터분석 결과[ 410] (50Hs Maximum Load)

에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응Duro(max)Duro(max)Duro(max)Duro(max)

- 43 -

반응 최적화 모수반응 최적화 모수반응 최적화 모수반응 최적화 모수

글로벌 솔루션글로벌 솔루션글로벌 솔루션글로벌 솔루션

예측 반응예측 반응예측 반응예측 반응

Duro(Max) = 218572

재료배합시험에 있어서 가류시간이 특성 치에 영향을 미치므로 레오그래프

분석에 의해 적정가류시간을 결정한다 레오그래프는 다음의 용도에(Rheograph)

활용된다

고무제품의 가류도 측정①

가류속도 측정②

최적의 가류공정 조건 확립③

가류약품 선정 및 배합 작성Recipe④

고무제품의 품질관리⑤

아래 그림 은 경도 도에 대한 재료의 레오그래프이다 그래프에 나타난 용[ 43] 48

어를 설명하면 다음과 같다

혼합물 의 가 가류되었을 때의 시간을 나타내며 가류시간을tc90- (Compound) 90

결정하는 기준으로 사용된다

스코치시간 을 나타내며 원하지 않는 가교가 일어ts2 - (Scorch time)

- 44 -

나는 시간으로 적절한 가류시간을 찾기 위해 필요한 과정임

고무의 특성을 토르크 값으로 나타낸 값으로 일반적으로 혼합물Tmax- (Torque)

의 경도에 따라 변함

평형 토르크MH- (Equilibrium torque)

최소 토르크ML- (Minimum torque)

본 재료시험에 적용된 가류시간은 의 배 사이에서 적정수준을 결정하tc90 1-15

였다

연구의 결과 카본의 입자가 작을수록 내구성은 향상시키지만 대체로 분산이 잘 되

지 않아 혼합물의 품질이 고르지 못하였다 따라서 카본의 분산도를 평가하여 만족

할 만한 수준이 나오는지 확인하였으며 상대적으로 작은 입자경의 카본을 사용하

여 내구성을 높이려 하였다

그림 경도 도 고무에 대한 레오그래프[ 43] 48

- 45 -

실험의 결과 카본블랙과 레오그래프와의 관계는 그림 와 같이 나타났다 그림[ 44]

에서 보는바와 같이 입자경의 크기가 증가함에 따라 결합력이 약해지므로 토르크

값이 낮아짐을 알 수 있다

그림 각종 카본블랙의 레오그래프[ 44]

- 46 -

본 연구에 적용된 카본 입자경의 크기와 양은 표 과 같다[ 411]

경도변화는 카본입자의 크기와 양에 따라 결정이 되며 레오그래프의 값이 Tmax

이러한 사실을 보여주고 있다

표 레오그래프상의 경도와 카본의 관계[ 411]

레오그래프는 섭씨 도에서 그려짐PHR = Part in Hundred Rubber 160

- 47 -

제 장 형상개선제 장 형상개선제 장 형상개선제 장 형상개선5555

제 절 외철의 스웨징 율 변화에 의한 개선제 절 외철의 스웨징 율 변화에 의한 개선제 절 외철의 스웨징 율 변화에 의한 개선제 절 외철의 스웨징 율 변화에 의한 개선1111

높은 품질의 부싱을 개발하기 위해서는 적절한 재료설계에 의한 경도 및 고무 특

성의 설정이 매우 중요한 요소이지만 고무의 특성 개선에만 의존하는 것은 한계점

이 있다 따라서 제품의 형상변화를 통해 고무의 특성을 극대화함으로써 내구성 및

품질특성을 향상시킬 수 있다

그림 은 부품의 세부형상과 설계도이다[ 51]

그림 세부형상[ 51] DA-2

- 48 -

그림 는 제품의 단면을 보여준다 그림에서 는 다른 모델에 비해 고무[ 52] DA-2

량이 다소 적음을 알 수 있다 형상 변화를 통한 품질특성의 개선을 시도함에 있어

서는 부품에 대한 조립성과 제조성 을 반드시(DFM Design for Manufacturability)

고려하여 형상변화를 꾀하여야 한다 본 제품의 경우 외철 과 내철 (outer pipe)

의 길이는 한정되어 있으며 그 직경의 변화도 허용공차를 미만(Inner pipe) 05 mm

의 수준으로 요구하고 있다

형상변경을 통한 성능향상 방안으로서 외철에 대한 스웨징율 을 변(Swaging rate)

경함으로서 외경크기의 변화를 시도하였으며 또한 내철의 구배각도를 변화시켜 개

선점을 찾으려고 노력하였다

그림 단면[ 52] DA-2

부싱의 경우 일반 적으로 스웨징이라는 공정을 거치게 되는데 이는 공정에서 외

경의 크기 조정을 통하여 성능을 향상 시키는 방법으로서 스웨징율을 조정함으로서

외철의 외경 크기를 허용범위 내어서 변화시키는 것이다 이는 스웨징에 따른 직경

변화에 의해 고무의 조직이 조밀해져 고무 특성을 향상시킬 수 있게된다

그림 은 스웨징의 방향을 나타내며 그림 는 스웨징 전 후의 외철의 크[ 53] [ 54]

기 변화를 보여주고 있다

- 49 -

그림 스웨징 방향[ 53]

그림 스웨징 전후의 외경 크기의 변화 단면[ 54] ( )

제 절 내철의 구배 변화에 의한 개선제 절 내철의 구배 변화에 의한 개선제 절 내철의 구배 변화에 의한 개선제 절 내철의 구배 변화에 의한 개선2222

아래 그림 는 형상 변화를 시도할 수 있는 내철 끝단 부분의 구배를 표시한[ 55]

그림으로서 는 구배각도를 나타낸다a

- 50 -

그림 구배각도[ 55]

그림 은 본 제품의 특성 요구 사항을 그림으로 표시한 것으로 고무부싱은[ 56]

및 의 외력에 대하여 적절하게 대응할 수 있도록 설계되어야 한다 부싱 종류F1 F2

의 경우 일반적으로 고무 제품의 유연함과 동배율 개선을 위하여 저경도의 고무를

적용하는 경우가 많은데 이 경우에는 외력에 대한 특성이 상대적으로 취약하게F1

나타나게 된다 이러한 취약점을 보완하기 위하여 본 연구에서는 그림 과 같 [ 57]

이 제품이 허용하는 범위 내에서 내철의 구배를 변화 시킨 후 실험데이터의 분석을

통해 성능 개선 방안을 찾고자 하였다

그림 부싱의 외력[ 56]

그림 의 의 경우는 구배를 주지 않은 경우이며 의 경우는 구배를 준[ 57] (a) (b)

경우를 표시하고 있다

- 51 -

의 경우 외력에 의하여 발생하는 반발력 은 순수한 고무 특성에 의해서(a) F1 Fr1

만 나타나게 된다 이러한 경우 저경도의 고무을 적용하였을 때 의 크기가 미미 Fr1

하여 적절한 특성을 발휘하지 못하게 된다

의 경우와 같이 내철에 구배를 주게 되면 의 외력에 대하여 구배가 들어간(b) F1

부분 에 의한 반발력 함께 가 생성되어 상대적으로 에 대한 저항력이 커Fr3 Fr2 F1

짐으로써 성능을 향상 시킬 수 있게 된다

그림 구배각도의 적용에 따른 차이 단면[ 57] ( )

그림 구배각도의 적용에 따른 차이 입체[ 58] ( )

- 52 -

제 장 도포공정개선제 장 도포공정개선제 장 도포공정개선제 장 도포공정개선6666

고무부싱의 내구성 향상을 위하여 필수적으로 관리하여야 할 공정이 도포공정이

다 도포공정은 접착의 원리에서부터 접착의 구조 접착의 강도 피착재의 표면처리

법 및 접착제 사용법 등 접착에 관한 전반적인 기술을 공정에 효율적으로 적용하여

야 한다

고무와 금속과의 접착력이란 접착제와 피착제 사이의 계면 결합력을 의미하며 접

착강도는 시험방법 접착방법 시험시의 조건 시편의 기하학 등 여러 인자에 의해

영향을 받는다 접착파괴는 접착제의 가장 약한 곳에서 일어나며 접착강도는 여러

가지 측정법에 따라 고유강도 잔류강도 측정강도 등과 같이 다르게 표현된다 고

무부싱의 접착구조는 그림 과 같다[ 61]

그림 접착의 구조[ 61]

프라이머 는 피착제 표면과의 친화성이나 접착제와의 상용성이 뛰어나야(Primer)

하고 동시에 접착 저해물과의 상용성도 높아야 한다 또 프라이머 중의 유효성분

쪽이 피착제 표면에 흡착되어 있는 저해성분보다 피착제에 의하여 안정하게 흡착되

어 있는 것이 중요하다 따라서 프라이머는

- 53 -

충분한 교반 균일하고 엷은 도포 그리고 완전한 건조가 이루어져야 한다 이러한

도포공정은 피착제의 모앙에 따라 달라진다

열경화성 접착제의 대부분은 유기 중합물과 각종 충진제를 유기용제에 용해 분산

시킨 것으로 사용전이나 사용 중에도 교반기 등으로 균일하게 용해 분산시킨 접착

제를 사용하는 것이 중요하다 따라서 의 도포 공정은 그림 와 같이 교 DA-2 [ 62]

반기를 추가 설치하여 공정 개선을 실시하였다

그림 설치한 교반기[ 62]

또한 피착제의 균일한 도포를 위해 롤타입의 코팅기에 기존 페인트용 롤러에서

그림 에서와 같이 융을 말아 롤러 도포하는 형태로 개선을 실시하여 코팅의[ 415]

두께 정밀도를 향상시켰다

- 54 -

그림 변경된 롤러 모양[ 63]

접착 재료를 프라이머 에서 변경하여 사용함CHEMLOK 220 252 CHEMLOK 205

으로써 접착력을 향상시켰는데 는 금속 및 경길대료의 프라이머로CHEMLOK 205

사용되며 또한 같은 극성고무에 단독으로 접착이 가능하다 NBR

방식의 경우 의 특징을 살펴보면TWO Coat CHEMLOK 205

ㆍㆍㆍㆍ 접착제의 금속 표면에서의 접착강도를 향상시킬 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ 기계적 표면처리 후 활성화된 금속표면을 산화작용으로부터 보호하며 녹방

지 도료적 역할을 한다

ㆍㆍㆍㆍ 크로로프렌이나 에피크로로히드린고무와 같은 가류 중에 염소가스를 발생

시 켜 금속표면을 부식시키기 쉬운 고무배합에 대하여 유효하게 적용된다 프

라 이머는 충분한 교반 균일하고 엷은 도포 그리고 완전한 건조가 이루어져

야 접착성이 뛰어나게 된다

도포공정 개선 전후의 효과는 그림 그림 의 도포두께 비교[ 64]~[ 67] Cpk

를 통해서도 알 수 있다DATA

아래 그림 는 도포공정의 개선전[ 64] 관리도의 그래프를 나타낸

- 55 -

것으로 관리도는 평균치와 범위에 관한 계량형 관리도에서 가장 많이 사용되

는 관리도의 하나이다 관리도는 평균치의 변화를 관리하는 관리도와 산포의

변화를 관리하는 관리도로 구성된다 관리도의 중심선(Central Line) CL=로 나

타내며 관리 상한선 은(Upper Control Limit) UCL= 로 관리하한선인 (Lower

의 경우Control Limit) LCL=

로 구한다

관리도의 관리선의 경우 중심선 관리상한선 UCL= 관리하한선 LCL

의 경우 로 구한다

여기서 등의 계수는 샘플의 크기인 에 따라 결정 되며 일 경우=4

=0729 =0 이다=2282

그림 에서[ 64] 이며=273410 관리도의 로 나타났UCL=307994 LCL=238826

다

관리도의 은CL 이며 이다=4744 UCL=1082581

- 56 -

그림 도포공정 개선전[ 64] 관리도

한편 그림 는 도포공정 개선 전의 경우에 대하여 지정된 규격의 공정능력 [ 65]

지수를 나타낸 것으로서 단기공정능력지수( 와 장기공정능력지수) ( 를 나타낸)

다 단기공정능력지수는 공정능력 ( 과 규격의 폭) ( 과의 비율을 의미하며 일반적)

으로 로 표시한다 규격은 그림 에서처럼 양쪽규격이 모두 주어진 경우 공 [ 65]

정 능력 지수는 다음과 같이 계산할 수 있다

공정 능력

로 나타내고 만약 공정 평균이 규격의 중심으로부터 어느

한쪽으로 치우쳐 있게 되는 경우 치우침도( 와) 를 조합한 단기공정능력지수

( 로 나타낸다 즉)

- 57 -

장기공정능력지수( 의 계산은)

으로서 이다

따라서 그림 에 나타난 것처럼 개선전의 공정능력은[ 65] =17854 =08458

으로서 장기 공정에 대해 만족스럽지 못한 값을 나타내고 있다

그림 도포공정 개선전 공정능력 분석그래프[ 65]

- 58 -

그러나 공정개선후의 관리도인 그림 을 살펴보면[ 66] 이며=28196 관리

도의 이고UCL=300418 LCL=263502 관리도의 은CL 로=2532 UCL=51418

나타난다

그림 도포공정 개선후[ 66] 관리도

- 59 -

개선 후에는 그림 로부터 알 수 있듯이 단기공정능력은[ 67] 으로서=31966

인 장기 공정에 대해 안정적인 것을 확인할 수 있어 도포공정 개선에=23275

대한 효과가 있음을 알 수 있다

그림 정 개선 후 공정능력 분석그래프[ 67]

또한 도포공정의 두께관리를 강화하기 위하여 작업자 교육 및 샘플링 두께 측정

검사를 통해 지속적인 모니터링을 실시하고 공정별 온도관리 및 시간 관리를 통해

작업 환경 유지관리 강화로 변함없는 품질의 제품을 생산하도록 하였다 그림 [

은 롤 코팅 공정이다68] (Roll coating)

- 60 -

그림 롤 코팅 공정[ 68] (Roll coating)

- 61 -

제 장 최적수준 결정을 위한 파라미터 설계제 장 최적수준 결정을 위한 파라미터 설계제 장 최적수준 결정을 위한 파라미터 설계제 장 최적수준 결정을 위한 파라미터 설계7777

제 절 실험계획법에 의한 유의인자 결정제 절 실험계획법에 의한 유의인자 결정제 절 실험계획법에 의한 유의인자 결정제 절 실험계획법에 의한 유의인자 결정1111

재료설계 형상설계 및 공정설계에 대한 최적조건의 결정은 부품의 품질 특성에

대한 사양 을 만족시켜야 할 뿐 아니라 생산부품 간 품질의 산포를(Specification)

최대한 줄여야 한다 의 최적설계를 위해 다구찌 기법 을 적 DA-2 (Taguchi method)

용하였다

다구찌의 강건설계 는 인자 가 품질 특성의 평균에 대해(Robust design) (Factor)

가지는 효과뿐만 아니라 분산에 미치는 효과에 대해서도 초점을 맞추고 있다 분산

을 줄일 수 있는 통제 가능한 인자에 대한 조건을 설정하여 품질특성이 통제 불가

능한 인자의 변화에 대해서는 둔감하도록 할 수 있다 강건설계의 주목적은 품질특

성의 목표값을 유지하면서 분산을 줄이는 인자에 대해 설치값 을 발견하는 (Setting)

데 있다

다구찌 설계에 의한 실험계획법은 특히 확장된 역할로서 다음의 몇 가지를 들 수

있다

ㆍㆍㆍㆍ종래에는 제어 불가능한 환경조건이나 제어하기 어려운 생산조건 공정조건

등의 원인 이를 잡음인자로 통칭 들이 데이터에 주는 영향의 정도를 평가하기 어려( )

웠으나 객관적으로 그리고 계량적으로 이를 평가할 수 있는 방법을 제시하고 있

다 또한 품질 산포의 크기를 계량특성치 손실함수 비 등 로 변환하여 산포를 ( SN )

작게 하는 인자들의 조건을 찾아가는 강건설계를 사용한다

ㆍㆍㆍㆍ직교배열표를 광범위하게 사용하여 인자의 수가 많은 경우에도 크게 실험횟

수를 증가시키지 않고 실험하는 일부 실시법을 사용한다

ㆍㆍㆍㆍ생산라인 내 뿐만 아니라 신제품 개발을 위한 품질설계 파라미터(On-line)

설계 허용오차 설계 등의 라인 외 품질관리를 위하여 유용하게 사용할 (Off-line)

수 있다

ㆍㆍㆍㆍ다구찌 방법에서 추가적으로 다룰 수 있는 주요한 것들로는 직교배열

- 62 -

표의 확대사용 수준계의 표준 직교배열표 이외에 확대 응용 혼합 직교배열표(2 3

의 사용과 조합법의 사용 계량치 데이터의 파라미터 설계 허용차 설계 그리고)

계수치 데이터의 파라미터 설계 동적 특성의 파라미터 설계 등을 들 수 있다

파라미터 설계 는 제품설계와 공정설계에서 유용하게 사용되는(Parameter design)

다구찌 실험계획법의 핵심이다 파라미터는 제품성능의 특성치에 영향을 주는 제어

가능한 인자 를 의미하며 파라미터 설계는 이들 인자들의 최적(Controllable factor)

수준을 정하여 주는 것을 말한다 파라미터를 설계변수 라고도 부 (Design variable)

르며 파라미터 설계에서는 제품의 품질변동이 잡음에 둔감하면서 목표품질을 가질

수 있도록 설계변수들의 최적조건을 구하여 준다 최적조건을 찾을 때 설계변수와

잡음을 주는 인자들을 포함시켜 실험하는 직교배열표 등을 주로 사용한다 이때 목

표 품질을 만족시키는 범위 내에서 가능한 한 비용이 적게 드는 조건이나 부품 등

을 이용한다

만약 신뢰성에 영향을 주는 제어 가능한 인자 에 대한 파라미터설계 A B C D

를 한다고 하자 는 수준 는 수준의 혼합수준 에 대한 설계 A B 4 C D 2 (Mixed level)

분석을 하려고 한다면 각 요인 변동의 계산을 표 과 같은 [ 71] L16(215형 직교배)

열표 를 사용하면 된다(Orthogonal Design)

에 대한 파라미터 설계조건으로는 내구성이 가장 좋은 최적의 설계 및 공정DA-2

조건을 구하여야 하므로 반응변수가 큰 값일수록 좋은 망대특성(Larger-the-better

에 대한 조건을 구하고 부품의 정특성 및 동특성에 대한 분석은 적characteristics)

정한 상호관계를 고려하여 별도의 실험을 행한다

- 63 -

표 다구찌 설계의 예[ 71]

- 64 -

제 절 시험데이터의 해석제 절 시험데이터의 해석제 절 시험데이터의 해석제 절 시험데이터의 해석2222

실험조건실험조건실험조건실험조건1111

제품의 신뢰성향상을 위해 지금까지 재료배합의 개선 형상개선 및 공정개선에

대한 각각의 과정을 설명하였으며 본 장에서는 관련된 여러 인자들을 동시에 고려

하여 최상의 품질특성을 나타낼 수 있는 최적인자수준의 결정에 대하여 설명하려고

한다 이는 인자들 간의 상호 작용이 상승 또는 보완작용을 할 수도 있고 반대로

서로 상극임을 나타낼 수 도 있기 때문이다

일반적으로 고무부싱의 개발에 적용되는 인자 는 다음과 같다(Factor)

ㆍㆍㆍㆍ경도 는 수요기업에서 제시하는 사양 에 따라 적정수(Hardness) (Specification)

준의 경도 도 도 도 도 를 적용하였으며 경험적으로 경도의 산포는(43 45 48 50 ) plusmn

정도이다2

ㆍㆍㆍㆍ각 부분의 모양이나 각도에 따라 고무 량에 영향을 미치게 되는 형상설계에

관해서는 내부 파이프 구배각도를(Inner pipe) 15deg~25deg로 하고 외부파이프 (Outer

의 접착부분을 로 하였으며 외경의 크기는pipe) 13mm~15mm

27mm~ 로 유지하였다278mm

ㆍㆍㆍㆍ공정설계는 가류시간을 로 하였다 가류 온도는240sec~600sec 150deg~180

로 하고 주변 온도에 영향을 받으므로 금형 표면온도는 항상 확인하였다 접착제

도포가 내구성에 영향을 주므로 접착제 두께는 으로 하고 접15micron~40micron

착제 배합조건은 로 하였다120cc~128cc

다구찌 설계에 의한 최적수준을 결정하기 위해 다른 인자는 고정시키고 경도 가

류시간 스웨징 인자에 대하여 표 와 같이 실험수준을 정하였다 [ 72]

- 65 -

표 실험인자 별 수준[ 72]

분석결과의 해석분석결과의 해석분석결과의 해석분석결과의 해석2222

실험결과의 해석은 다음과 같다

을 통해 표 의 실험조건을 입력하여 다구찌 설계를 생성한 결과MMITAB [ 72]

표 과 같은 실험조합을 얻었다 표 는 실험조합 별 시험결과 값이다[ 73] [ 74]

에서의 내구성에 대한 다구찌 설계해석의 결과는 표 의 신호 대Nominal load [ 75]

잡음비 비 평균 표준편차에 대한 반응표에 잘 나타나(SN Signal to noise ratio)

있다 그림 그림 은 비 평균 표준편차에 대한 반응 값을 도식한 [ 71]~[ 73] SN

것이다

표 의 신호 대 잡음비의 반응표를 보면 경도는 스웨징이나 가류시간에 비해[ 75]

반응변수 내구성 에 큰 영향을 미치고 있음을 보여준다 평균에 대한 반응표에서도( )

경도는 다른 인자들에 비해 반응변수의 평균에 크게 영향을 미치고 있음을 알 수

있다 표준편차 역시 경도의 수준 변화에 따라 차이가 가장 많음을 보여주고 있다

- 66 -

표 에 의한 다구찌 설계생성[ 73] MINITAB

- 67 -

표 실험조합 별 시험결과 데이터[ 74]

- 68 -

표 비 평균 표준편차에 대한 반응표[ 75] SN

신호 대 잡음 비에 대한 반응 표신호 대 잡음 비에 대한 반응 표신호 대 잡음 비에 대한 반응 표신호 대 잡음 비에 대한 반응 표

망대특성망대특성망대특성망대특성

평균에 대한 반응 표평균에 대한 반응 표평균에 대한 반응 표평균에 대한 반응 표

표준 편차에 대한 반응 표표준 편차에 대한 반응 표표준 편차에 대한 반응 표표준 편차에 대한 반응 표

- 69 -

그림 신호 대 잡음 비의 주효과도[ 71]

그림 인자수준별 평균의 주효과도[ 72]

그림 인자수준별 표준편차의 주효과도[ 73]

- 70 -

표 와 그림 에서 에서의 내구성 예측값을 가장 크게 하[ 75] [ 72] Nominal Load

는 것은 요인 수준의 조합이 일 때이다 품질 향상을 위해서는 정특성 동(4 2 2)

특성 값도 동시에 고려하여야 하므로 조합 조합 조합(4 2 2) (4 3 2) (4 1 2)

에 대한 예측 값을 함께 구하였다

표 은 에서의 내구성 예측값을 표 은 에[ 76] Nominal Load [ 77] Maximum Load

서의 내구성 예측값 표 은 정특성 예측값 표 는 에서의 동특성 예 [ 78] [ 79] 15Hz

측값 그리고 표 은 에서의 동특성 예측값을 보여주고 있다 [ 710] 150Hz Nominal

에서의 내구성 예측값은 조합 조합 조합에서 각Load (4 2 2) (4 3 2) (4 1 2)

각 목표값인 을 상회한 과170000 Cycle 178023 Cycle 174272 Cycle 175830

로서 조합일 때 더 높게 나타났다Cycle (4 2 2)

동배율은 예측 평균값을 기준으로 할 때 동배율은 조합에서는 에 (4 2 2) 15Hz

서 에서 이고 조합에서의110(1187691079) 150Hz 113(1215561079) (432)

동배율은 에서 에서15Hz 106(112856 106938) 150Hz 108(115769106938)

이며 조합에서의 동배율은 에서 에서 (412) 15Hz 108(118194 1094) 150Hz

이었다109(1195691094)

모델의 경우 수요기업에서 동배율 값이 적은 값을 요구하기 때문에DA-2 (kdks)

동배율을 고려하면 의 조합이 더 좋은 품질을 나타낸다고 할 수 있다(4 1 2)

- 71 -

표 에서의 내구성 예측값[ 76] Nominal Load

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 2 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 3 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 1 2

예측 값

신호 대

- 72 -

표 에서의 내구성 예측값[ 77] Maximum Load

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 2 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 3 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 1 2

신호 대

- 73 -

표 정특성 예측값[ 78]

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 2 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 3 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 1 2

신호 대

- 74 -

표 동특성 예측값[ 79] (15Hz)

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 2 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 3 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 1 2

신호 대

- 75 -

표 동특성 예측값[ 710] (150Hz)

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 2 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 3 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 1 2

신호 대

- 76 -

제 장 부품의 신뢰성성장관리제 장 부품의 신뢰성성장관리제 장 부품의 신뢰성성장관리제 장 부품의 신뢰성성장관리8888

제 절 신뢰성성장관리제 절 신뢰성성장관리제 절 신뢰성성장관리제 절 신뢰성성장관리1111

복잡하고 기술적인 제품의 개발 프로그램을 운영하는 데 있어서는 고객이 요구

하는 신뢰성 수준을 만족시키기 위하여 상당한 규모의 시간 예산 기술인력 등의

자원을 필요로 한다 고객들의 신뢰성 요구수준은 매우 높으므로 이러한 목표를 달

성하기 위하여 시험 개선 시험 개선의 개발과정을 반드시 거친다 이 과정에서 시- - -

스템 서브시스템 또는 모듈을 고장 날 때까지 시험하고 고장모드를 결정해서 이를

제거하기 위한 시도를 하거나 적어도 고장발생을 줄일 수 있는 시도를 하여 설계나

엔지니어링 개선을 이룬다 만약 이러한 과정이 계속되고 설계나 엔지니어링 변경

이 충분히 이루지면 시스템의 신뢰성은 증가한다 개발프로그램이 운영되는 동안

신뢰성 수준의 변화를 추적할 수 있다면 개발책임자로서는 여러 가지 이점이 있다

즉 목표하는 신뢰성 수준을 달성하기 위하여 충분한 비율로 성장하고 있는지의 여

부를 가능한 빠른 시간 내에 판단할 수 있고 그에 따라 필요한 자원을 적절히 배

분할 수 있다 따라서 개발책임자는 시험데이터로부터 현재 시스템의 신뢰성 수준

성장률의 평가 앞으로 기대되는 달성 가능한 수준을 결정하기를 원한다

신뢰성 성장관리 기술은 제품을 개발하는 데(Reliability growth management)

소요되는 많은 시간과 비용 및 엔지니어링 노력을 절감하면서 개념선택 제품과 공

정의 신뢰성 그리고 비용효율을 달성할 수 있도록 유용한 정보를 제공해 준다 군

사장비 자동차 및 전자 중장비개발 등에 적용된 최근의 신뢰성 성장시험 관리기술

은 각 분야의 경쟁적인 사업 환경 아래에서 제품개발을 효율적으로 조직하여 신뢰

성평가를 시작하고 신뢰성 성장과정을 추적할 수 있도록 해준다 신뢰성성장관리기

술은 제품 및 공정설계 관련사항 및 검증시험 항목들에 대하여 사용 환경에 따른

신뢰성 성장 진행과정을 확인하고 그 결과로부터 성장시험곡선을 개발할 수 있게

한다 또한 설계단계 사이의 여러 가지 관련성을 확인하여 관찰하고 그 정보를 다

른 제품보증분석들과 연결하여 고객 요구사항에 대한 제품의

- 77 -

적합도를 적절히 평가하는 데 도움을 준다

신뢰성성장모델은 가 개발한Crow(1975) AMSAA(Army Materiel Systems

모델이 많이 활용되었으나 이는 시스템 또는 서브시스템에서의Analysis Activity)

성장관리에 유용하고 부품수준에서는 모델을 활용하는 것이 더욱 실용적이 Weibull

다 모델은 목표 Weibull B10 수명에 대하여 초기 시작품 으로부터(Early Prototype)

후기 시작품 까지의 신뢰성 개선을 관리하는데 실용적으로 활용할(Later Prototype)

수 있다

신뢰성 성장시험 프로세스신뢰성 성장시험 프로세스신뢰성 성장시험 프로세스신뢰성 성장시험 프로세스1111

신뢰성 성장은 개발시스템에 대하여 여러 시험단계가 시리즈로 이루어지는 동안

고장모드를 발견하고 이를 개선하는 과정을 거쳐 이TAAF(Test Analyze And Fix)

루어진다 또한 기능시험 환경시험 안전시험의 결과는 신뢰성 향상을 위한 FMEA

등과 연계하여 사용된다 분석결과는 설계변경에 반영되고 최종목표가 달성될 때까

지 개선과 시험이 연속적으로 이루어진다 그림 은 일반적인 신뢰성 성장시험 [ 81]

프로세스를 보여준다 프로그램의 시작시점에 신뢰성 성장에 대한 계획을 수립하여

고객의 기대사항을 만족시킬 수 있는 성능수준에 대한 구체적인 측정치를 제시하

고 이 목적을 달성시킬 수 있는 시험조건을 정한다 시험조건은 특정한 부품이나

시스템에 대하여 고객의 사용방법과 환경에 대한 지식을 기초로 하여야 한다

개발프로젝트가 진행되는 동안 신뢰성 성장시험 프로그램이 개발되고 실행되는

과정에서 설계 및 공정의 관심사항을 확인하기 위해 QFD(Quality function

와 같은 제품보증을 위한 분석방법들이 선행되어 실시되는데 신뢰성deployment)

성장관리와 연계하여 이를 통틀어 통합 신뢰성 성장관리(Integrated reliability

라고 한다 신뢰성 성장관리를 포함한 제품설계평가의 모든growth management)

과정은 제품 공정의 신뢰성 향상에 있어 중요한 역할을 하는 제품보증기능의 한부

분이다

- 78 -

통합 신뢰성 성장시험관리 프로세스는 설계뿐 아니라 공정신뢰성(MIL-HDBK-781)

과 관련된 문제에 대응할 수 있도록 신뢰성 성장시험의 이점을 전적으로 활용할 수

있는 수단을 제공한다

신뢰성 성장관리과정을 개발함으로써 신뢰성 수준은 계속적으로 추적될 수 있고

조치를 취하고 다른 분석결과들과 비교되어 초기 신뢰성 예측을 수립하고 제품설

계에 포함된 확신을 증가시킨 후 검증시험에 들어갈 수 있도록 한다 이러한 신뢰

성 성장관리 프로세스는 제품개발 사이클에 있어서 초기 단계 동안에 신뢰성을 확

립하는 데 도움을 줄 수 있는 장치이다

그림 신뢰성성장시험 프로세스[ 81]

제품개발과정에 적용되는 신뢰성 성장시험관리 프로세스는 다음과 같다

신뢰성 성장시험조건을 결정하고 시험 사이클을 개발한다 ①

신뢰성 성장시험곡선의 사용을 통하여 시험과정을 실행하고 추적한다②

시험결과를 평가하고 다른 선행된 분석연구결과들과 비교한다③

확인된 결함을 제거하기 위해 설계변경을 실시한다④

- 79 -

설계검증시험을 준비한다⑤

신뢰성 성장시험의 주된 목적은 설계상의 약점을 확인하고 제거함으로써 설계의

신뢰성을 증가시키는 것이다 정확하게 신뢰성 수준이 변화되는 진행상황을 추적하

기 위해서는 요구사항에 대한 불합치성 을 확인하고 불합치성이(Nonconformance)

일어난 시간을 모두 추적하여야 한다 시험을 시작하기 전에 적절한 시정조치를 용

이하게 하기 위해 사전계획이 수립되어야 하며 고장분포를 결정하기 전에 각각의

고장부품에 대한 고장원인을 분리할 수 있어야 한다

부품의 개발과정에서 몇 개의 표본에 대한 고장시간 데이터가 있을 때 Weibull

분포를 활용한 신뢰성 성장분석에 대하여 설명하면 다음과 같다

가 분석의 개요가 분석의 개요가 분석의 개요가 분석의 개요

밀도함수는 그림 와 같이 특성 수명과 기울기로 고장시간Weibull [ 82] (Cycle

을 설명한다 작은 표본에 대한 고장시간 데이터가 주어졌을 때 분석Km) Weibull

을 사용하여 세 가지의 정보를 얻을 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ특정 시간이 주어졌을 때 등 부품의 신뢰도는 그 시간까지 살아 있(Cycle Km )

을 백분율이다

ㆍㆍㆍㆍ 또는 다른( 수명을 추정할 수 있다) 수명은 부품들 중 가 고장10

날 것이라고 기대되는 시간이다 즉 이 시간에서의 신뢰도는 이다 90

ㆍㆍㆍㆍ 기울기의 값은 고장률 패턴에 대한 정보를 제공해준다 기울기가Weibull 10

이라면 고장률이 일정하다는 것을 의미한다 이 경우 고장은 일반적으로 우연히

일어나며 고장률은 설계의 강건 정도에 따라 달라진다 기울기가 보다 작다면 1

고장률은 감소하고 있음을 의미한다

- 80 -

즉 높은 초기 고장률 을 말한다 기울기가 보다 크면 고장률은 증 (Infant mortality) 1

가하고 이는 마모 되고 있음을 의미한다(Wear-out)

그림 에 의한 부품의 신뢰성성장분석[ 82] Weibull 수명 비교

가장 많이 활용되는 측도는 수명이며 이것은 요구되는 목표 신뢰도가 임 90

을 의미한다 첫 번째 프로토타입이 고장 난다면 신뢰성 목표 달성을 위해 설계 변

경을 행하고 다음 프로토타입을 시험한다 이 과정은 목표 수명이 달성될 때까

지 반복한다

나 의이점나 의이점나 의이점나 의이점WeibullWeibullWeibullWeibull

부품의 개발과정에서 작은 표본에 대한 고장시간 자료가 주어졌을 때 Weibull

분석을 활용하여 신뢰성성장관리를 행하면 다음의 정보를 얻을 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ신뢰성 개선은 목표 수명이 달성될 때까지 하나의 프로토타입에

- 81 -

서 다음 프로토타입까지 추적할 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ신뢰성 개선은 시험한 프로토타입에 대해 타점으로 표현되고 빠르Weibull

게 방향을 파악하여 신뢰성 진전과정에 대한 양적 측면의 관리능력 향상을 그

래프로 확인할 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ컴포넌트를 고장 날 때까지 시험하는 것은 고장모드에 대한 아주 귀중한 정

보를 제공하고 따라서 시정조치 활동이 필요하다

ㆍㆍㆍㆍ많은 표본이 더 좋은 신뢰도를 얻을 수 있지만 분석은 많은 표본을Weibull

필요로 하지 않는다

ㆍㆍㆍㆍ고객의 운영 사용 사이클과 시험 모수의 관계가 알려져 있다면 더 빠르고( )

더 적은 비용으로 가속시험을 할 수도 있다

다 기본가정및제한다 기본가정및제한다 기본가정및제한다 기본가정및제한

ㆍㆍㆍㆍ각 분석에서 오직 하나의 고장모드만 포함되어야 한다 두 개나 그 이상의

고장 모드가 검출된다면 각각에 대해 분리하여 분석해야 한다

ㆍㆍㆍㆍ신뢰도는 시험 제한 한계 로 인해 년 마일까지 확장하여 외삽하면 안( ) 10 150K

된다 왜냐하면 시험 제한 한계 로 인해 다른 고장모드가 발생할 것인지 알 수 ( )

없기 때문이다

ㆍㆍㆍㆍ하나의 프로토타입에서 다음 프로토타입까지 기울기가 변하는 데는 특별히

주의를 하여야 한다 왜냐하면 초기 후기 수명에서 더 높은 신뢰도와 후기 초 ( ) (

기 수명에서 더 낮은 신뢰도의 할 수 도 있기 때문이다) trade-off

라 적용시기라 적용시기라 적용시기라 적용시기

ㆍㆍㆍㆍ수명의 비교는 엔지니어링 사양 이 특정한(Specification) 을 요구할 경

우 사용된다

ㆍㆍㆍㆍ이러한 접근방법은 고장시간 등 에 대하여 동일한 부품의(Cycle Km )

- 82 -

다른 시점에서의 프로토타입을 비교할 때 사용한다

ㆍㆍㆍㆍ신뢰성 목표가 달성될 때까지 계속한다

마 입력자료마 입력자료마 입력자료마 입력자료

ㆍㆍㆍㆍ프로토타입 의 몇 개 표본의 고장시간 등1 (Cycle Km )

ㆍㆍㆍㆍ프로토타입 의 몇 개 표본의 고장시간 등2 (Cycle Km )

⦙

ㆍㆍㆍㆍ마지막 프로토타입의 몇 개 표본의 고장시간 등(Cycle Km )

분석프로세스는 그림 과 같다[ 83]

프로세스프로세스프로세스프로세스 일반적 단계일반적 단계일반적 단계일반적 단계

Ⅰ 요구

또는 수명 결정

프로그램 신뢰성 목표 사용

고객의 운영 사용 프로파일 사용( )

시험 프로그램 적정시간 사용

Ⅱ 시험 프로그램 자료정보

확인과 데이터 수집초기 부품의 프로토타입

후기 부품의 프로토타입

Ⅲ 다른 프로토타입에 대한

누적고장 시간 또는 vs

거리 계산 및 타점

분석이 가능한 사용Weibull SW

가능한 가속수명시험 사용

Ⅳ 프로젝트 검토 시

현재 신뢰성 수준신뢰성 목표 적합성 결정

초기 경고 관련 정보 제공

개선을 위한 계획 정보 제공

그림 프로세스별 단계[ 83]

- 83 -

제 절 신뢰성성장 데이터분석제 절 신뢰성성장 데이터분석제 절 신뢰성성장 데이터분석제 절 신뢰성성장 데이터분석2222

초기 프로토타입 으로 부터 개의 표본을 정상하중 으(Prototype1) 6 (Nominal load)

로 고장 날 때까지 시험하고 고장모드를 기록하였다 여러 개선작업을 거친 후 후

기 프로토타입 으로부터 개의 표본을 고장 날 때까지 시험하고 고장모(Prototype2) 6

드를 기록하였다 시험 데이터는 표 에 주어져 있다 [ 81]

에 고장데이터를 입력하고 각 프로토타입 단계별로 용지에 결과MINITAB Weibull

를 타점한 결과 그림 와 같은 성장곡선이 생성되었다 [ 84] Weibull

정상하중 에서 의 평균수명 추정치는 이(Nominal load) Prototype1 127366Cycle

고 의 평균수명 추정치는 로서 의 개선을 이루었 Prototype2 176882 Cycle 389

음을 알 수 있었다 수명은 은 이었으나Prototype1 112668 Cycle Prototype2

의 수명은 로서 상당한 개선이 이루어졌음을 볼 수 있다168620 Cycle 수

명에 대한 신뢰하한은 로 추정되었다 따라서 정상부하에 의한95 162926 Cycle

시험데이터분석 결과 개선활동 재료배합개선 형상설계개선 공정개선 에 의하여 ( )

내구성 목표가 달성되었음을 알 수 있다

그림 는 에서의 신뢰구간을 보여주고 있다[ 85] Nominal load 90

최대하중 에서는 표 의 데이터 입력결과 그림 의 그래프를(Max load) [ 82] [ 86]

생성하였다 그래프로 부터 추정된 의 Prototype1 수명은 이고16362Cycle

의Prototype2 수명은 이다21850 Cycle 수명에 대한 신뢰하한추정치95

는 으로부터 로 계산된다MINITAB 20983 Cycle

의 수명과 의 수명이 다른 것은 개선 활동의 결과이Prototype1 Prototype2

- 84 -

며 에서 개선목표가 달성되었음을 알 수 있다 Prototype2

표 하중 고장시간[ 81] Nominal (Cycle)

Weibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth Curve

(Nominal Load)(Nominal Load)(Nominal Load)(Nominal Load)

그림 성장곡선[ 84] Weibull (Nominal load data)

- 85 -

Weibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth Curve

(Nominal Load-90 Cl)(Nominal Load-90 Cl)(Nominal Load-90 Cl)(Nominal Load-90 Cl)

그림 신뢰구간[ 85] Nominal Load90

- 86 -

표 하중 고장시간[ 82] Max (Cycle)

Weibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth Curve

(MaxLoad)(MaxLoad)(MaxLoad)(MaxLoad)

그림 성장곡선[ 86] Weibull (Max load data)

- 87 -

제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론9999

본 연구는 자동차현가장치인 고무부싱 의 신뢰성향상을 위한 기(Rubber bushing)

술개발과제이다 에나 인더스트리는 수출전문기업으로서 주요 경쟁사에 비해 고성

능 고내구성의 제품을 짧은 기간 내에 개발할 수 있는 능력을 갖추어야 해외 시장

에서 경쟁력을 가질 수 있다

본 연구개발에서는 수요기업에서 요구하는 GMUTS(General Motors Uniform

의 사양에 따른 시험을 실행하여 내구성을 목표 사이클 이상으Test Specification)

로 개선하고 정특성과 동특성 비틀림 토크를 개선항목으로 선정하여 제품의 품질

및 신뢰성 향상을 진행하였다

수요기업의 요구 수준에 의하면 내구성은 와 Tension Compress Alternating

가 동시에 일 때 일 때Torsion Stress Maximum Load 20000 Cycle Normal Load

을 요구한다 본 프로젝트의 경우 해외의 부품메이커들에 대한 경쟁150000 Cycle

력 우위를 확보하기 위하여 기본 요구 수준을 넘어 향상된 제품신뢰성을5~10

확보를 목표로 하였다 내구성 정특성 및 동특성에 대한 시험은 직접 행하였고 비

틀림토크에 대한 부분은 추가적인 시험장치가 필요하여 수요기업의 실험실에 샘플

을 제출하여 요구수준을 검증받았다

본 연구개발의 성과를 요약하면 다음과 같다

우선 기술적 효과로는

설계기술의 확보(1)

재료배합설계 형상설계 공정설계에 대한 기술을 확보하여 내구성을 비롯한 품

질특성을 향상시킬 수 있었다 종래에는 설계 개발 생산프로세스에서 경험적 방법

에 의존하여 시행착오가 많았으나 본 연구를 통하여 과학적이고 체계적인 방법으

로 접근할 수 있는 기술이 확보되었다

설계 요소의 기술적 배치를 위한 실험계획법의 활용기술 확보(2)

- 88 -

종전에는 고무 배합설계 형상설계 공정설계에 대하여 설계요인 별 수 (Facter)

준 을 무작위로 추출하여 실험하였으나 본 실험계획의 과정을 따르면 요인들(Level)

이 계획적으로 반영되어 품질특성에 각각 어느 정도의 영향을 미치는지 분석이 가

능하게 된다 또한 다구찌에 의한 강건 설계의 생성으로 산포를 줄일 수 있다

잠재적 고장원인 분석방법 기술 확보(3)

제품기능에 대한 잠재적 고장모드의 예측과 시험항목을 판단하고 최종적으로는 설

계검증 과 공정검증 의 세부항목과 효과적(Design verification) (Process verification)

으로 연계가 가능하다

신뢰성 데이터분석기술 확보(4)

부품의 개발과정에서 몇 개의 표본에 대한 고장시간 데이터가 있을 때 Weibull

분포를 활용한 신뢰성 성장분석이 가능하게 되었다 개발프로그램이 운영되는 동안

신뢰성 수준의 변화를 추적할 수 있어 목표하는 신뢰성 수준을 달성하기 위하여 충

분한 비율로 성장하고 있는지의 여부를 가능한 빠른 시간 내에 판단할 수 있고 그

에 따라 필요한 자원을 적절히 배분할 수 있다 따라서 개발책임자는 시험데이터로

부터 현재 시스템의 신뢰성 수준 성장률의 평가 앞으로 기대되는 달성 가능한 수

준에 대한 결정이 가능하다

경제적 측면의 효과로는

제품에 대한 내구성 및 동특성 정특성에 대하여 요구사양 이상으로 특성관리(1)

를 행할 수 있어 해외 부품메이커들에 대한 경쟁력 우위로 수출력을 향상할 수 있

게 되었다

개발기간을 단축할 수 있게 되어 개발비의 절감을 가져올 수 있게 되었다(2)

재료배합 형상설계 및 공정설계에 대한 기술개발의 표준 정립으로 개발 기간의 단

축이 가능하게 되었다

본 과제 결과를 활용하여 다른 방진제품에 대한 신뢰성 관리로 수출(3)

- 89 -

시장을 개척하여 신규거래처를 확보할 예정이다 신뢰성 데이터의 관리가 이루어져

제품수명에 대한 설득력 있는 자료의 제시가 가능하게 되었다

향후 연구계획으로는

고무부싱부품의 특성상 내구성만의 개선이 최선이 아니고 정특성과 동특성을 일

정수준으로 동시에 고려하여야 한다 따라서 이 부분에 대한 동시적인 실험설계가

시스템화 되도록 추가적인 연구가 요구된다

- 90 -

참고문헌참고문헌참고문헌참고문헌[ ][ ][ ][ ]

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- 96 -

주 의

이 보고서는 산업자원부에서 시행한 부품소재종합기술지원사업의 최1

종보고서이다

이 신뢰성기반기술확산사업 내용을 대외적으로 발표할 때에는 반드시2

산업자원부에서 시행한 부품소재신뢰성기반기술 사업의 지원결과임을

밝혀야 한다

- 97 -

이 보고서는 산업자원부에서 시행한

부품소재 신뢰성기반기술확산사업의 최종보고서이다

- 11 -

표 평가항목 및 목표[ 21]

본 연구를 위한 대상 부품은 제안당시는 모델이었으나 수요기업 의DA-7 (Delphi)

필요성에 따라 모델로 연구대상을 변경하게 되었다 고무부싱으로서의 기능DA-2

은 동일하나 그림 과 같이 형상의 차이가 있으며 평가항목별 목표수준도 다[ 21]

르다

그림 대상품의 변경[ 21]

- 12 -

제 장 신뢰성향상을 위한 고려요소 및 고장분석제 장 신뢰성향상을 위한 고려요소 및 고장분석제 장 신뢰성향상을 위한 고려요소 및 고장분석제 장 신뢰성향상을 위한 고려요소 및 고장분석3333

제 절 고려 요소제 절 고려 요소제 절 고려 요소제 절 고려 요소1111

고무부싱에 대한 고객의 요구조건 만족과 성능향상을 위한 방안은 크게 세 가지

로 분류할 수 있다

첫째는 재료배합개선으로 고무의 특성을 개선하여 성능을 향상시키는 방안이며

둘째는 처럼 고무의 양이 적은 경우 허용하는 범위 내에서의 형상 변화를 통DA-2

한 성능향상 방안이며

셋째는 도포공정을 포함한 공정개선에 의한 방법이다

그림 은 부싱의 성능향상을 위한 개선방안을 나타내고 있다[ 31]

그림 성능향상을 위한 개선방안[ 31]

재료배합재료배합재료배합재료배합1111

고무의 배합 은 황화제 촉진제 가공제 유기산 금속산화제 노화(compounding)

방지제 보강제 충진제 등으로 기초배합을 설정한 후 인장강도와

- 13 -

신장율 경도 반발탄성 인열강도 인장응력 노화 후 물리적 현상 등을 고려하여

배합 설계를 하게 된다 특히 고무 제품의 경도를 높이기 위한 보강성과 경도가 높

으므로 잘 마모되지 않는 내마모성과 관련하여 카본블랙 을 사용하(Carbon Black)

며 고무제품의 특성을 결정하는 중요한 부분이다 사용 중인 카본블랙은

의 분류 방법에 의해 표 과 같이 구ASTM(American Standard Test Method) [ 31]

분된다

표 카본블랙의 분류[ 31]

ASTM CODE 일 반 명 칭 입자경( )

N110 초내마모성SAF (Super Abrasion Furnace ) 11-19

N220ISAF (Intermediate Super Abrasion Furnace

준초내마모성)20-25

N330 고내마모성HAF (High Abrasion Furnace ) 26-30

N440 초전도성XCF (Extra Conductive Furnace ) 31-39

N550 양압출성FEF (Fast Extruding Furnace ) 40-48

N660 범용성GPF (General Purpose Furnace ) 49-60

N774 중보강성SRF (Semi Reinforcing Furnace ) 61-100

N880 미립열분해FT (Fine Thermal ) 101-200

N990 중립열분해MT (Medium Thermal ) 201-500

카본블랙은 요오드가 와 광흡수도 가 높을수록 입자경은 작고(Iodine number) (Tint)

흡수율 이 클수록 구조가 발달되어 있다DBP(Di-dutyl phthalate) (Oil absorption)

카본블랙은 입자경이 작고 고무와 결합하는 표면적이 클수록 고무의 경도

와 내마모성 등의 물성을 보강하는 능력이 크다 그(Hardness) (abrasion resistant)

러나 경도와 탄성 은 반비례이므로 탄성은 오히려 감소하게 된다 또한(Elasticity)

작은 입자경은 탄성체 의 항복점 을 연장하는데(Elastomer) (Micro-Brownian motion)

탁월하다 탄성체는 항복점 이후

- 14 -

에 탄성의 성질을 잃어버리고 소성을 띠게 되는데 카본블랙은 이러한 고무의 물성

을 조정하는 중요한 인자이다

형상설계형상설계형상설계형상설계2222

자동차 모델에 따라 수요기업에서 의 외형형상에 대한 기본 설계를 제공Bushing

하지만 철과의 접촉부분 등 세부설계는 제조업체에서 실시하여야 한다 따라서 각

부분의 세부적 모양이나 각도에 따라 고무 철의 재료량에 영향을 미치며 이는 결

국 내구성 등 특성 치에도 영향을 미치게 된다

결정하여야 할 주요 요소로는 내철 구배각도 외철 접착(Inner pipe) (Outer pipe)

부분 등이다 이밖에 외경크기의 산포에 따라 내구성에 영향을 미칠 수 있으며 이

는 품질관리 활동에 의해 사이징 공정에서 최종규격을 맞추게 된다(Sizing)

공정설계공정설계공정설계공정설계3333

재료설계와 함께 부품의 내구성 정특성 동특성을 결정하는 주요공정은 철과 고

무를 접착시키는 접착제 도포 공정과 가류 가황 공정이다( )

가 가류공정가 가류공정가 가류공정가 가류공정

고무분자의 공유결합을 유도하여 기계적 강도를 높이는 작업이다 가황 또는

가류라고 하며 생고무에 유황 같은 가황제를 가하여 고무 분자 간에 결합을 강하게

하고 탄성 인장강도 등을 증가시킨다 가황고무의 가장 큰 특징은 탄성이 커지는

것이며 노화 가 더디고 변형 시에도 체적변화가 크지 않다는 것이다 중요한 ( ) 老化

관리 항목으로서는 가류온도 금형 쳄버 스쿠류 가류시간 가류압력 등이며 공정( )

설계에 따라 특성에

- 15 -

중요한 영향을 미친다

나 접착제도포공정나 접착제도포공정나 접착제도포공정나 접착제도포공정

접착강도는 시험방법 접착방법 시험시의 조건 시편의 기하학에 따라 다르게 나

타난다 도포방법으로는 침지법 붓칠법 롤 코팅법 (Dipping) (Brushing) (Roll

스프레이법 그리고 덤브링법 이 있다Coating) (Air Spray) (Tumbling)

프라이머 는 피착제 표면과의 친화성이나 접착제와의 상용성이 뛰어나지(primer)

않으면 안되고 동시에 접착 저해물과의 상용성도 높아야 한다 또 프라이머 중의

유효성분 쪽이 피착제 표면에 흡착되어 있는 저해성분 보다 피착제에 의하여 안정

하게 흡착 되어 있는 것이 중요하다 따라서 프라이머는 충분한 교반(Adsorption)

균일하고 엷은 도포 그리고 완전한 건조가 이루어 져야 한다

고무를 강력하게 접착시키기 위해서는 접착제가 적당히 고무 중으로 확산 된 후

에 고무와의 사이에서 상호 확산과 가교반응을 일으킬 필요가 있다 따라서 고무와

상용성이 있는 적절한 접착제 선정이 필수이며 충분한 교반 점도 조절에 의한 균

일한 도포 적당한 두께 완전한 건조 온도와 시간 가 이루어져야 한다 ( )

- 16 -

제 절 고장분석 자료 해석제 절 고장분석 자료 해석제 절 고장분석 자료 해석제 절 고장분석 자료 해석2222

설계설계설계설계1 FMEA1 FMEA1 FMEA1 FMEA

설계 는 설계 단계에서 발생하는 위험FMEA(Failure Mode and Effect Analysis )

성을 발견하기 위한 것으로 잠재적인 결함을 확인 한 후 그 영향의 심각성을 평가

하고 중점 관리 항목과 잠재적 설계 결함에 대응하기 위한 것으로 설계상의 문제

점들을 검증하고 효율적 설계개선을 행할 수 있도록 해준다 설계에 대한 잠재고장

모드의 리스트 중요 관리 특성 리스트 고장모드의 원인 제거나 발생률 감소를 위

한 설계활동 리스트 등이 그 결과물이 된다 에 대한 설계 는 표 DA-2 FMEA [ 32]

에 열람하였다

본 제품의 설계 에서는 아래 항목들에 대해 중점적으로 고려하였다FMEA

과다한 진동과 소음 형상 및 재료설계 오류로 인한 정특성 동특성 값의 불1) -

만족

내구성 문제 내철 외철의 파손 철 고무의 접착 불량 고무의 미가류 과가류2) -

외관 불량 내철 외철의 부식 미가류 과가류로 인한 고무의 이상 형태 고무3) -

버 나 살 로 인한 외관 불량 형태(burr) (flesh)

- 17 -

표 설계[ 32] FMEA

- 18 -

- 19 -

공정공정공정공정2 FMEA2 FMEA2 FMEA2 FMEA

공정 은 제품생산 공정에서 발생할 수 있는 잠재적인 문제점 또는 위험성FMEA

을 발굴하여 효과적으로 대응하기 위한 분석 기법으로 제품의 중대사고 발생 예방

으로 고객의 불만을 방지할 수 있으며 결함의 영향을 제거 또는 감소를 위한 부분

별 대책 수립의 근거가 되며 생산 문제점 검증을 통한 효율을 제고할 수 있다 공

정상의 잠재고장 모드와 그 영향을 검토 할 수 있으며 엔지니어들이 불량발생을 낮

추거나 불량 탐지 능력을 증대시킬 수 있는 관리 수단 또는 방법에 초점을 맞출 수

있도록 공정결함을 규명할 수 있다 공정에 대한 잠재고장 모드의 리스트 중요 관

리 특성 리스트 고장 모드의 원인 제거나 발생률 감소를 위한 공정 활동 리스트

들 결과물을 얻을 수 있다

표 에 보여준 의 공정 에서는 특히 아래 관련 항목들이 내구성 향[ 33] DA-2 FMEA

상과 품질개선을 위하여 중점적으로 검토되었다

접착제 도포 공정 의 점도관리체계에 의한 접착제 도포두께 관1) Zahn Cup No2

리상태 불량 건조상태에서 발생할 수 있는 접착제의 이상적 화학반응 및 건조상태

등

가류공정 고무와 내철 외철류의 이상적인 화학반응으로 인한 불량 접착상태2)

사출 성형후 고무의 갈라짐 흠집 등에 의한 외관 불량상태

시험 검사 공정 내구사양의 불만족상태 동특성 정특성 값의 사양 불만족상태3)

고무와 내 외철의 고무접착강도 불만족상태 등을 고려함

- 20 -

표 공정[ 33] FMEA

- 21 -

- 22 -

- 23 -

- 24 -

제 장 재료배합개선제 장 재료배합개선제 장 재료배합개선제 장 재료배합개선4444

제 절 배합의 기본 조건제 절 배합의 기본 조건제 절 배합의 기본 조건제 절 배합의 기본 조건1111

방진 고무부품을 만들려면 다음의 가지 공정을 거친다3

배합공정 사용목적에 따라 원료고무를 선택하고 배합약품의 종류와 양을 결middot

정하는 공정

가공공정 정해진 배합에 따라서 고무와 배합약품을 섞고 혼련 일정한 두께middot ( )

의 고무 시트를 제조하고 만들고자 하는 모양으로 절단하는 공정

가황공정 만들고자하는 모양으로 절단한 미가황 고무에 고무 탄성을 갖게middot

하고 물성을 개선하는 공정

이들 중 배합은 가공공정 가황공정 및 만들어진 제품 성능에 절대적인 영항을 미

치므로 배합설계자는 배합설계 를 할 때 다음의 가지 점(Compounding design) 3

에 균형을 잘 조화 시켜야 한다(3P)

최종 제품의 요구물성을 충족시킬 것middot (Property)

가공이 쉬울 것middot (Processing)

부피 당 배합단가가 적정할 것middot (Price)

또한 이와 같은 조건을 충족시키는 배합설계를 하기 위해서 배합설계자는 배합

의 목적 배합에 사용되는 원료고무와 각종 배합제의 성질 배합의 기초 배합단가

제품이 만들어 질 때까지의 작업 및 설비 등을 주지해야 한다

배합에는 원재료의 시험이나 평가를 목적으로 하는 배합과 공장에서 제품을 만들

기 위한 배합으로 나룰 수 있다

원재료의 시험이나 평가를 목적으로 하는 배합은 원재료의 대체나 품질

- 25 -

확인을 위한 기초 배합과 새로운 원재료가 개발됐을 때 이곳에 대한 실제적인 용도

개발을 위한 시험 또는 연구배합이 있다 개발을 위한 시험 또는 연구배합에서는

기초적인 성상을 구하는 배합으로부터 실용화에 대비한 응용배합에 이르기 까지를

검토의 대상으로 하기도 한다

제품을 생산하기 위한 목적으로서의 배합이란 종래에 없었던 새로운 요구가 있

었을 때 종래 사용하던 원재료를 써서 그 목적에 알맞은 배합을 결정하여 공장에

서의 실제 생산에 투입하는 경우를 뜻한다

고무 부싱과 엔진마운트와 같은 방진을 목적으로 하는 고무제품의 재료를 보면

등의 계의 고무가 적합하다는 게 일반적인 고무업체의 정설이NR SBR BR Diene

다 하지만 목적에 맞게 고무의 원재료를 선택하여야 한다 결국 방진이라는 기능의

고무 특성을 만족하기 위해서는 가교라는 차원 구조의 밀도를 요구하고 있다는 것3

을 알 수 있다

일반적인 방진고무의 요구특성으로는 다음과 같은 조건을 만족하여야 한다

첫째 파단 특성을 만족하여야 한다 즉 분자들과의 높은 응집력과 와의 높 Filler

은 친화성으로 응력을 분산시키는 구조로 이루어져야하는 조건을 만족하여야 하며

둘째 특성을 만족하여야 한다 에 대한 조건을 만족시키기 위해서 Creep Creep

는 고무의 분자 회전성이 높고 응집에너지가 낮을수록 좋다

셋째 내열성 및 내열 산화성에 대한 조건을 만족하여야 한다 이것은 일반적으로

기계적인 모든 성질은 온도의 의존성이 낮을수록 바람직하다고 할 수 있다 이에

방진목적의 고무도 이 같은 성질을 만족하여야 한다

- 26 -

넷째 일반적인 방진 제품은 고무만의 단독 현상으로는 그 형태를 유지하기 힘들

며 금속과의 결합을 통하여 그 방진특성을 만족하여야 한다 이에 방진고무의 기본

적인 성질은 금속과 접착성이 좋아야 한다는 조건을 만족하여야 한다

다섯째는 감쇄계수에 대한 부분으로 감쇄계수가 크고 온도의존성이나 주파수 의

존성이 좋아야 한다 일반적으로 은 감쇄가 적고 소변형에서 대변형에 이르기까 NR

지 선형의 복원을 하며 주파수에 의존하지 않은 특성을 가지고 있으므로 방진고무

로 적합하다고 할 수 있다

여섯째 탄성율에 관한 내용으로 일반적으로 방진 고무의 탄성율은 온도 및 진폭

의존성이 낮은 쪽이 좋게 된다

마지막으로는 정적강성과 동적 강성의 비로 표현되는 동배율에 유의해야 한다

일반적으로 방진고무의 감쇄 특성을 고려하면 동배율이 높은 것이 유리하지만 동적

특성의 온도의존성 변형율 동적 변형율에 의한 발열 및 내피로특성을 보면 저동배

율 쪽이 유리하다

제 절 재료배합 개선방안제 절 재료배합 개선방안제 절 재료배합 개선방안제 절 재료배합 개선방안2222

원재료 및 배합제의 개선원재료 및 배합제의 개선원재료 및 배합제의 개선원재료 및 배합제의 개선1111

고무부싱 제품의 경우 그 기능상의 요구로 인하여 주로 계열의 천연고무를NR

원재료로 사용한다 본 연구에서도 계열의 천연고무를 원재료로 하고 요구 특성 NR

의 개선을 위해 배합제의 선정을 대해 연구하였다 일반적으로 천연고무 및 합성고

무에 적용되어지는 배합제는 가황속도 조절 가공의 원활화 품질특성 개선 그리고

특수 성능 등의 목적으로 사용되어

- 27 -

진다 배합제의 종류로는 가공조제 연화제 유기가황제 가황촉진제 노화방지제

등으로 나눌 수 있다

요구 경도의 결정은 함량을 조절하여 설계하였으며 품질특성을 향상 시Carbon

킬 수 있는 재료를 연구한 결과 미세 으Caron Carbon Black(MAF FEF GRADE)

로 물성을 향상 시킬 수 있도록 하였다 특성에 큰 영항을 주는 배합제의 경우 그

용도에 따라 많은 종류를 인자로 적용할 수 있지만 많은 인자로 인하여 발생하는

비용적 시간적 손실을 최소화하기 위해 본 연구에서는 원재료와 함량을 Carbon

고정한 후 촉진제 종류와 가황제의 양을 조절하는 방식으로 배합제에 대한 최적의2

조합을 선택하는 방법으로 접근하였다

내구성 향상을 위한 방안내구성 향상을 위한 방안내구성 향상을 위한 방안내구성 향상을 위한 방안2222

내구성을 향상시키기 위한 일반적인 방법은 경도를 향상시키는 것인데 경도를

높이는 방법만으로는 다른 특성 즉 정 동특성을 동시에 만족시킬 수 없는 어려움이-

있다 이에 본 연구에서는 방진용 제품이 요구하는 정 동특성과 내구성을 Bushing -

동시에 향상 시킬 수 있는 방안을 모색하기 위하여 촉진제와 가황제를 이용하여 최

적을 배합설계를 이루고자 하였다

내구성을 향상시키기 위한 방법으로 보통 량의 조절을 통한 경도 조절법Carbon

을 이용하게 되는데 본 연구에서 적용한 은 미세 Carbon Carbon Black(MAF FEF

으로 인장강도 및 경도 인장응력을 증대하는 효과를 얻고자 하였다 이러GRADE)

한 미세 의 적용과 동시에 보강제의 분산 및 흐름성 개선을 위하여Carbon Black

가공조제를 개선하여 적용하였다

가교시스템의 향상 방안가교시스템의 향상 방안가교시스템의 향상 방안가교시스템의 향상 방안3333

가황반응 고분자 주쇄간 가교결합을 통한 차원 망상구조를 형성하(Vulcanization) 3

여 고분자 화합물의 복원력 탄성 특성 및 기타 요구물성을

- 28 -

증가시킨다 다양한 가교결합 형태 중 방진고무산업에서 많이 이용되고 있는 가교

결합은 을 도입한Polysulfide (-C-Sx-C- x=1~4) Conventional CV(Vulcanization)

계를 많이 사용한다 여기서 사용되고 있는 인 천연고무 Polymer (Natural Rubber

의 배합에 있어 가교 또는 가류형태의 변화에 따라 물성 및 특성의 변화가 있NR)

음을 알 수 있다 즉 가교형태 변화에 따른 유사한 특성을 나타내는 Stress-Strain

조건하에서 공정특성 및 전반적인 물성에 영향을 미침을 알 수 있다 의 기 Polymer

본 배합에서 촉진제나 황 공여체 증가에 따라 가류 유도시간(Sulfur Donor)

은 길어지나 가류속도는 빨라진다 특히 고온 가류 시 과 가류(Induction time)

에 의한 물성하락을 방지하기 위해 열 안정성이 우수한(Overcure) EV(Efficient

계를 사용하는 것이 근래에 소개되고 있다 고분자의 물성은 가교형Vulcanization)

태뿐 아니라 가교밀도에 크게 의존한다 가교계 변화에 따른 인장강도의 영향은 매

우 적은 반면 신장율은 계에서 로 같수록 감소CV(Conventional Vulcanization) EV

하는 경향이 있다

이란 가류시간의 지연 또는 과가류로 인한 고무 물성의 저하를 말한Reversion

다 이러한 현상은 제품의 외면이 과도한 열에 노출될 수 있다 다중황공유 결합의

열적노화현상이 발생하며 가교형태가 다중황 결합에서 단일황(Polysulfidic)

결합으로 바뀌게 되며 밀도가 현저하게 저하되고 환상형 씨오알켄(Monosulfidic)

과 씨오알칸 구조로 바뀌게 된다 결과적으로 재료의 물성(Thioalkene) (Thioalkane)

과 기계적 성질이 떨어지게 된다

이 발생하는 시간을 가교형태에 따라 비교하여 보면Reversion CV lt Semi-CV lt

으로 알려져 있으며 시스템에서는 촉진제 종류에 따라서 인장과 신율의 물EV EV

성에 하락 없이도 공정 안정성 특성이 매우 우수하다 이 Anti-Reversion

으로 인해서 물성과 기계적 성질을 향상시킬 수 있으며 황공여체 사Anti-Reversion

용 또는 계로 가교형태를 전환함으EV

- 29 -

로써 가능하다 이로써 가교의 다중황결합 을 줄이고 단일 또는 이중황 결 (S3~S8)

합으로 내열성 및 결합의 안정성을 증가시킬 수 있다 이러한 과정에서 공정설계상

계보다 더 낮은 가류온도와 더 길어진 가류시간이 필요하게 된다 이러한 계CV EV

에서는 정도의 황과 계에 비해서 다소 많은 양의 촉진제를 사용하02~05 phr CV

게 된다 여기에 근거하여 혼합물성분의 한계 표 표 에 나타난 황과 촉 ([ 42] [ 44])

진제 양의 범위를 정하였다

발생 시간의 효율적인 제어를 위하여 본 연구에서는 적절한 촉진제의Reversion

배합량을 조절하여 방진제품에서 요구하는 특성을 만족하는 조건을 선정하고자 하

였다 그림 은 의 예를 보여준다 [ 41] Reversion

그림 의 예[ 41] Reversion

본 연구에서는 인장 내열 강도의 증가와 동 정특성 내구성 증가를 위한 가교 시- -

스템의 향상 방안으로 황량을 조절하여 Convension Type(Efficient Vulcanization

을 통하여 결합력을 증대시켰으며 촉진제를 조절하여 가- CURE STIES-CC-C)

교효율을 증대하였다 또한 가황 조건에 변화가 적은 배합설계를 하여 향상된 적정

가황이 될 수 있도록

- 30 -

하였으며 를 정립화하여 최적의 적정 가황 포인트를 찾아 인장이 최CURE-STUDY

적일 때 내구성이 최적이고 가황제품과 시편을 동시에 함으로 시편과CURE-STUDY

제품의 상의성을 방지할 수 있었다

자동차업계에서는 일반적으로 고가의 폴리머를 선호하지만 본 연구를 통하여 가

격이 낮은 폴리머로도 성능향상이 가능하다는 것을 입증하였고 향후 타 아이템에도

연계 적용함으로 새로운 배합설계를 구축하였다

실험계획법의 적용실험계획법의 적용실험계획법의 적용실험계획법의 적용4444

기존의 개발 진행 방식은 경험에 의한 시행착오 접근 방법을 사(Trial and Error)

용하여 성능향상을 도모하였으나 본 연구에서는 배합물설계에 위한 실험계획법

기술을 적용하여 이론적으로 최적의 배합설계를 이(DOE Design of Experiment)

룰 수 있는 방법을 연구하였다

일반적인 고무제품의 배합은 많이 알려져 있지만 특성 향상을 위한 방안이나 그

배합에 대한 신뢰성에는 많은 의문점이 제기 되는 게 현실이다 본 연구에서는 요

구특성을 만족시키기 위하여 선정된 촉진제의 배합조건의 최적화를 실현하기 위하

여 실험계획법의 꼭지점계획법을 이용하여 그 효율성을 검증하고자 하였다 배합의

경우 어느 독립적인 인자의 선정으로는 그 효과를 극대화 시킬 수 없는 특성이 있

는데 본 연구에서는 선정된 촉진제 및 폴리머의 조건 하에서 최적의 배합 조건을

찾아보고자 하였다

재료배합설계의 개선을 위한 방안을 정리하면 표 과 같다[ 41]

- 31 -

표 내구성 및 정 동특성 동반향상을 위한 개선방안[ 41] -

항 목항 목항 목항 목 기존 방안기존 방안기존 방안기존 방안 제안된 개선 방안제안된 개선 방안제안된 개선 방안제안된 개선 방안

배합 설계 방안

경험적 배합 설계

고 배합설계COST

국내수급재료사용

실험적 분석기법 도입

저 배합설계COST

해외재료수입

내구성 향상

량 변경Carbon

용도별 적정 적용Carbon

정동특성 향상 방안을 동시==gt

고려

경험적 수치의 가황제 량 선정

가교 시스템 향상 방안을 고려한

가황제 량 선정

(EV - CURE)

결합력 증대==gt

경험적 수치에 의한 촉진제 량

선정 경도별 선정 미비( )

가교 효율을 반영한 촉진제 량의

선정

적정한 가황 포인트 파악을 위한(

실시Cure Study )

정 동특성 향상-

정특성 향상 방안 경도 증가

동특성 향상 방안 경도 하락

두 특성을 만족시키기 위한==gt

경험적 수치의 경도 선정

데이터베이스를 활용한 배합설계

정 동특성을 동시에 만족할 수-

있는 배합제 적용

분산 및 흐름성 개선==gt

형상개선과 동시 고려==gt

- 32 -

표 는 지원 전 배합비율과 특성별 성능수준을 나타낸다[ 42]

표 지원 전 성능수준[ 42]

- 33 -

제 절 꼭지점계획법에 의한 최적배합조건제 절 꼭지점계획법에 의한 최적배합조건제 절 꼭지점계획법에 의한 최적배합조건제 절 꼭지점계획법에 의한 최적배합조건3333

재료설계에 적용되는 실험계획은 혼합물 배합에 관한 실험계획으로서 몇(Mixture)

개 성분의 혼합물 중 어떠한 성분이 품질의 특성에 유의한 영향을 미치는지를 분석

하여 반응을 최대로 만드는 최적혼합비율을 찾고자 하는 실험계획이다

혼합물실험에 적용되는 실험계획으로는 심플렉스 격자형배열법 심플렉스 중심배열

법 꼭지점 계획법 등을 주로 적용한다 본 실험에서는 심플렉스의 전 영역이 아니

라 제한된 영역에서 실험을 하고자 하므로 꼭지점계획법(Extreme vertice design)

을 적용하였다

고무부싱의 재료배합에서는 개의 성분재료가 있고 이들을 어떤 비율로 배합하는

것이 품질특성치를 가장 좋게 하는가를 찾는다 성분의 혼합에 있어서 를 번째

성분의 혼합비율이라고 하면 다음과 같은 관계식을 만족시켜야 한다

이러한 경우는 일반적 실험계획법처럼 심플렉스의 모든 영역에 실험이 배치되는 것

이 아니고 제한된 영역에서만 실험을 하는 경우이다 즉 각 인자 가 (Factor) 0 le

의 모든 값을 취할 수 있는 것이 아니라 제한된 구간1le

안에서만 값을 취한다 이와 같은 경우는 경제적인 이유나 또는 실험 전에 인자들

의 성질에 대하여 상당한 정보가 있는 경우이다 위의 식과 같은 인자의 구간이 설

정되면 실험가능영역은 심플렉스 상의 좁은 영역이 된다

- 34 -

과 은 제한된 실험영역에 대한 실험계획법으로 꼭지점 계획법Mclean Anderson

을 제안하였다 이 계획법은 제한된 영역이 가지는 모든(extreme vertices design)

꼭지점과 이 꼭지점들의 선형조합으로 이루어지는 몇 개의 점을 적절히 선택하는

실험계획법이다 만약 개의 혼합성분이 사용되는 경우 실험영역을 그림으로 그리 4

면 그림 와 같이 사면체 속에 위치하는 면체가 된다 과 은[ 42] 6 Mclean Anderson

이 면체의 꼭지점과 중심점을 실험점으로 선택하는 방법에 대한 예제를 제시하고6

있다

그림 개의 혼합성분에 대한 꼭지점계획법[ 42] 4

고무부싱의 재료설계 시 혼합물은 고무 카본 및 배합원료로서 황화제 촉진제

가공제 유기산 금속산화제 노화방지제 보강제 충진제 등을 사용한다

재료 배합 실험은 경도별로 나누어 실행되었으며 표 은 경도 도 오차범[ 43] 48 (

위 plusmn 도 에 대한 혼합물성분의 한계이다 에 성분의 한계를 입력한 결과2 ) MINITAB

네 가지 성분에 대하여 표 와 같은 총 회의 실[ 44] 17

- 35 -

험점이 생성되었다 실행 의 경우 의 성분을 1 A B C D 09807 00068 00011

의 비율로 섞어서 실험하라는 의미이다00114

표 혼합물 성분의 한계[ 43] (48Hs)

성분 하한 상한

A 외 기타Polymer 09774 09807

B 촉진제1 00068 00085

C 촉진제2 00011 00022

D Sulfur 00114 00119

표 꼭지점계획법에 의한 실험설계와 결과데이터[ 44] (48Hs)

을 활용한 혼합물 설계 데이터분석 결과는 표 표 과 같다MINITAB [ 45][ 46] 17

회의 실험점에 대한 데이터분석 결과 각 실험 점에서의 적합추정치와 신뢰구 95

간을 구할 수 있었다

- 36 -

표 을 보면 실험점 에 의한 배합조건으로는 신뢰구간으로[ 45] 14 95

의 내구성이 나타난다 에서는 각 성142322cycle ~ 146166cycle Nominal Load

분에 대한 제한조건을 만족시키면서 내구성을 최대로 하는 처리조건은 인자의 네

가지 성분 즉 외 에 대한 배합 비율이 Polymer Acc1 Acc2 Sulfur 097740

이었다 그리고 이 처리조건에서 예상되는 내구성은00085 00022 00119

에 도달할 것으로 추정되었다146943cycle

에서는 인자의 네 가지 성분의 배합비율이 와 마찬Maximum Load Nominal Load

가지로 이었다 그리고 이 처리 조건에서 예상되는09774 00085 00022 00119

내구성 추정치는 이었다18917cycle

표 데이터분석 결과[ 45] (48Hs Nominal Load)

에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응Dura(Nom)Dura(Nom)Dura(Nom)Dura(Nom)

- 37 -

반응 최적화 모수반응 최적화 모수반응 최적화 모수반응 최적화 모수

글로벌 솔루션글로벌 솔루션글로벌 솔루션글로벌 솔루션

예측 반응예측 반응예측 반응예측 반응

Dura(Nom) = 146943

- 38 -

표 데이터분석 결과[ 46] (48Hs Maximum Load)

에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응Dura(max)Dura(max)Dura(max)Dura(max)

반응 최적화 모수반응 최적화 모수반응 최적화 모수반응 최적화 모수

글로벌 솔루션글로벌 솔루션글로벌 솔루션글로벌 솔루션

외Polymer = 09774

- 39 -

Acc1 = 00085

Acc2 = 00022

Sulfur = 00119

예측 반응

Duro(max) = 189171

경도 도 오차범위 도 에 대한 혼합물성분의 한계와 에 의한 실험50 ( plusmn 2 ) MINITAB

점은 표 표 과 같다[ 47] [ 48]

표 혼합물 성분의 한계[ 47] (50Hs)

- 40 -

표 실험계획의 결과[ 48] (50Hs)

경도 도에 대한 혼합물 설계 데이터분석 결과는 표 표 과 같다50 [ 49][ 410] 17

개 실험 점에서의 적합추정치와 신뢰구간은 예측반응에 잘 나타나 있다95

에서는 각 성분에 대한 제한조건을 만족시키면서 내구성을 최대로Nominal Load

하는 처리조건은 외 기타 의 각 성분에 대하여 배합비Polymer Acc1 Acc2 Sulfur

율이 이고 이 처리조건에서 예상되는 내구성은09687 00088 00025 00200

에 도달할 것으로 추정되었다159209 Cycle

에서는 인자의 네 가지 성분의 배합비율이 와 마찬가Maximum Load Nominal Load

지로 이었다 그리고 이 처리조건에서 예상되는 내09687 00088 00025 00200

구성 추정치는 이었다 일 때와 일218572 Cycle Nominal Load Maximum Load

때의 적정배합비율이 다르게 나오는 경우가 있는데 이는 오차범위 경도의 경우( plusmn

도 가 비교적 넓은 고무의 특성에서 비2 )

- 41 -

롯되거나 측정오차에 따른 결과로 추정된다

표 데이터분석 결과[ 49] (50Hs Nominal Load)

에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응Duro(Nor)Duro(Nor)Duro(Nor)Duro(Nor)

반응 최적화 모수반응 최적화 모수반응 최적화 모수반응 최적화 모수

- 42 -

글로벌 솔루션글로벌 솔루션글로벌 솔루션글로벌 솔루션

예측 반응예측 반응예측 반응예측 반응

Duro(Nor) = 159209

표 데이터분석 결과[ 410] (50Hs Maximum Load)

에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응Duro(max)Duro(max)Duro(max)Duro(max)

- 43 -

반응 최적화 모수반응 최적화 모수반응 최적화 모수반응 최적화 모수

글로벌 솔루션글로벌 솔루션글로벌 솔루션글로벌 솔루션

예측 반응예측 반응예측 반응예측 반응

Duro(Max) = 218572

재료배합시험에 있어서 가류시간이 특성 치에 영향을 미치므로 레오그래프

분석에 의해 적정가류시간을 결정한다 레오그래프는 다음의 용도에(Rheograph)

활용된다

고무제품의 가류도 측정①

가류속도 측정②

최적의 가류공정 조건 확립③

가류약품 선정 및 배합 작성Recipe④

고무제품의 품질관리⑤

아래 그림 은 경도 도에 대한 재료의 레오그래프이다 그래프에 나타난 용[ 43] 48

어를 설명하면 다음과 같다

혼합물 의 가 가류되었을 때의 시간을 나타내며 가류시간을tc90- (Compound) 90

결정하는 기준으로 사용된다

스코치시간 을 나타내며 원하지 않는 가교가 일어ts2 - (Scorch time)

- 44 -

나는 시간으로 적절한 가류시간을 찾기 위해 필요한 과정임

고무의 특성을 토르크 값으로 나타낸 값으로 일반적으로 혼합물Tmax- (Torque)

의 경도에 따라 변함

평형 토르크MH- (Equilibrium torque)

최소 토르크ML- (Minimum torque)

본 재료시험에 적용된 가류시간은 의 배 사이에서 적정수준을 결정하tc90 1-15

였다

연구의 결과 카본의 입자가 작을수록 내구성은 향상시키지만 대체로 분산이 잘 되

지 않아 혼합물의 품질이 고르지 못하였다 따라서 카본의 분산도를 평가하여 만족

할 만한 수준이 나오는지 확인하였으며 상대적으로 작은 입자경의 카본을 사용하

여 내구성을 높이려 하였다

그림 경도 도 고무에 대한 레오그래프[ 43] 48

- 45 -

실험의 결과 카본블랙과 레오그래프와의 관계는 그림 와 같이 나타났다 그림[ 44]

에서 보는바와 같이 입자경의 크기가 증가함에 따라 결합력이 약해지므로 토르크

값이 낮아짐을 알 수 있다

그림 각종 카본블랙의 레오그래프[ 44]

- 46 -

본 연구에 적용된 카본 입자경의 크기와 양은 표 과 같다[ 411]

경도변화는 카본입자의 크기와 양에 따라 결정이 되며 레오그래프의 값이 Tmax

이러한 사실을 보여주고 있다

표 레오그래프상의 경도와 카본의 관계[ 411]

레오그래프는 섭씨 도에서 그려짐PHR = Part in Hundred Rubber 160

- 47 -

제 장 형상개선제 장 형상개선제 장 형상개선제 장 형상개선5555

제 절 외철의 스웨징 율 변화에 의한 개선제 절 외철의 스웨징 율 변화에 의한 개선제 절 외철의 스웨징 율 변화에 의한 개선제 절 외철의 스웨징 율 변화에 의한 개선1111

높은 품질의 부싱을 개발하기 위해서는 적절한 재료설계에 의한 경도 및 고무 특

성의 설정이 매우 중요한 요소이지만 고무의 특성 개선에만 의존하는 것은 한계점

이 있다 따라서 제품의 형상변화를 통해 고무의 특성을 극대화함으로써 내구성 및

품질특성을 향상시킬 수 있다

그림 은 부품의 세부형상과 설계도이다[ 51]

그림 세부형상[ 51] DA-2

- 48 -

그림 는 제품의 단면을 보여준다 그림에서 는 다른 모델에 비해 고무[ 52] DA-2

량이 다소 적음을 알 수 있다 형상 변화를 통한 품질특성의 개선을 시도함에 있어

서는 부품에 대한 조립성과 제조성 을 반드시(DFM Design for Manufacturability)

고려하여 형상변화를 꾀하여야 한다 본 제품의 경우 외철 과 내철 (outer pipe)

의 길이는 한정되어 있으며 그 직경의 변화도 허용공차를 미만(Inner pipe) 05 mm

의 수준으로 요구하고 있다

형상변경을 통한 성능향상 방안으로서 외철에 대한 스웨징율 을 변(Swaging rate)

경함으로서 외경크기의 변화를 시도하였으며 또한 내철의 구배각도를 변화시켜 개

선점을 찾으려고 노력하였다

그림 단면[ 52] DA-2

부싱의 경우 일반 적으로 스웨징이라는 공정을 거치게 되는데 이는 공정에서 외

경의 크기 조정을 통하여 성능을 향상 시키는 방법으로서 스웨징율을 조정함으로서

외철의 외경 크기를 허용범위 내어서 변화시키는 것이다 이는 스웨징에 따른 직경

변화에 의해 고무의 조직이 조밀해져 고무 특성을 향상시킬 수 있게된다

그림 은 스웨징의 방향을 나타내며 그림 는 스웨징 전 후의 외철의 크[ 53] [ 54]

기 변화를 보여주고 있다

- 49 -

그림 스웨징 방향[ 53]

그림 스웨징 전후의 외경 크기의 변화 단면[ 54] ( )

제 절 내철의 구배 변화에 의한 개선제 절 내철의 구배 변화에 의한 개선제 절 내철의 구배 변화에 의한 개선제 절 내철의 구배 변화에 의한 개선2222

아래 그림 는 형상 변화를 시도할 수 있는 내철 끝단 부분의 구배를 표시한[ 55]

그림으로서 는 구배각도를 나타낸다a

- 50 -

그림 구배각도[ 55]

그림 은 본 제품의 특성 요구 사항을 그림으로 표시한 것으로 고무부싱은[ 56]

및 의 외력에 대하여 적절하게 대응할 수 있도록 설계되어야 한다 부싱 종류F1 F2

의 경우 일반적으로 고무 제품의 유연함과 동배율 개선을 위하여 저경도의 고무를

적용하는 경우가 많은데 이 경우에는 외력에 대한 특성이 상대적으로 취약하게F1

나타나게 된다 이러한 취약점을 보완하기 위하여 본 연구에서는 그림 과 같 [ 57]

이 제품이 허용하는 범위 내에서 내철의 구배를 변화 시킨 후 실험데이터의 분석을

통해 성능 개선 방안을 찾고자 하였다

그림 부싱의 외력[ 56]

그림 의 의 경우는 구배를 주지 않은 경우이며 의 경우는 구배를 준[ 57] (a) (b)

경우를 표시하고 있다

- 51 -

의 경우 외력에 의하여 발생하는 반발력 은 순수한 고무 특성에 의해서(a) F1 Fr1

만 나타나게 된다 이러한 경우 저경도의 고무을 적용하였을 때 의 크기가 미미 Fr1

하여 적절한 특성을 발휘하지 못하게 된다

의 경우와 같이 내철에 구배를 주게 되면 의 외력에 대하여 구배가 들어간(b) F1

부분 에 의한 반발력 함께 가 생성되어 상대적으로 에 대한 저항력이 커Fr3 Fr2 F1

짐으로써 성능을 향상 시킬 수 있게 된다

그림 구배각도의 적용에 따른 차이 단면[ 57] ( )

그림 구배각도의 적용에 따른 차이 입체[ 58] ( )

- 52 -

제 장 도포공정개선제 장 도포공정개선제 장 도포공정개선제 장 도포공정개선6666

고무부싱의 내구성 향상을 위하여 필수적으로 관리하여야 할 공정이 도포공정이

다 도포공정은 접착의 원리에서부터 접착의 구조 접착의 강도 피착재의 표면처리

법 및 접착제 사용법 등 접착에 관한 전반적인 기술을 공정에 효율적으로 적용하여

야 한다

고무와 금속과의 접착력이란 접착제와 피착제 사이의 계면 결합력을 의미하며 접

착강도는 시험방법 접착방법 시험시의 조건 시편의 기하학 등 여러 인자에 의해

영향을 받는다 접착파괴는 접착제의 가장 약한 곳에서 일어나며 접착강도는 여러

가지 측정법에 따라 고유강도 잔류강도 측정강도 등과 같이 다르게 표현된다 고

무부싱의 접착구조는 그림 과 같다[ 61]

그림 접착의 구조[ 61]

프라이머 는 피착제 표면과의 친화성이나 접착제와의 상용성이 뛰어나야(Primer)

하고 동시에 접착 저해물과의 상용성도 높아야 한다 또 프라이머 중의 유효성분

쪽이 피착제 표면에 흡착되어 있는 저해성분보다 피착제에 의하여 안정하게 흡착되

어 있는 것이 중요하다 따라서 프라이머는

- 53 -

충분한 교반 균일하고 엷은 도포 그리고 완전한 건조가 이루어져야 한다 이러한

도포공정은 피착제의 모앙에 따라 달라진다

열경화성 접착제의 대부분은 유기 중합물과 각종 충진제를 유기용제에 용해 분산

시킨 것으로 사용전이나 사용 중에도 교반기 등으로 균일하게 용해 분산시킨 접착

제를 사용하는 것이 중요하다 따라서 의 도포 공정은 그림 와 같이 교 DA-2 [ 62]

반기를 추가 설치하여 공정 개선을 실시하였다

그림 설치한 교반기[ 62]

또한 피착제의 균일한 도포를 위해 롤타입의 코팅기에 기존 페인트용 롤러에서

그림 에서와 같이 융을 말아 롤러 도포하는 형태로 개선을 실시하여 코팅의[ 415]

두께 정밀도를 향상시켰다

- 54 -

그림 변경된 롤러 모양[ 63]

접착 재료를 프라이머 에서 변경하여 사용함CHEMLOK 220 252 CHEMLOK 205

으로써 접착력을 향상시켰는데 는 금속 및 경길대료의 프라이머로CHEMLOK 205

사용되며 또한 같은 극성고무에 단독으로 접착이 가능하다 NBR

방식의 경우 의 특징을 살펴보면TWO Coat CHEMLOK 205

ㆍㆍㆍㆍ 접착제의 금속 표면에서의 접착강도를 향상시킬 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ 기계적 표면처리 후 활성화된 금속표면을 산화작용으로부터 보호하며 녹방

지 도료적 역할을 한다

ㆍㆍㆍㆍ 크로로프렌이나 에피크로로히드린고무와 같은 가류 중에 염소가스를 발생

시 켜 금속표면을 부식시키기 쉬운 고무배합에 대하여 유효하게 적용된다 프

라 이머는 충분한 교반 균일하고 엷은 도포 그리고 완전한 건조가 이루어져

야 접착성이 뛰어나게 된다

도포공정 개선 전후의 효과는 그림 그림 의 도포두께 비교[ 64]~[ 67] Cpk

를 통해서도 알 수 있다DATA

아래 그림 는 도포공정의 개선전[ 64] 관리도의 그래프를 나타낸

- 55 -

것으로 관리도는 평균치와 범위에 관한 계량형 관리도에서 가장 많이 사용되

는 관리도의 하나이다 관리도는 평균치의 변화를 관리하는 관리도와 산포의

변화를 관리하는 관리도로 구성된다 관리도의 중심선(Central Line) CL=로 나

타내며 관리 상한선 은(Upper Control Limit) UCL= 로 관리하한선인 (Lower

의 경우Control Limit) LCL=

로 구한다

관리도의 관리선의 경우 중심선 관리상한선 UCL= 관리하한선 LCL

의 경우 로 구한다

여기서 등의 계수는 샘플의 크기인 에 따라 결정 되며 일 경우=4

=0729 =0 이다=2282

그림 에서[ 64] 이며=273410 관리도의 로 나타났UCL=307994 LCL=238826

다

관리도의 은CL 이며 이다=4744 UCL=1082581

- 56 -

그림 도포공정 개선전[ 64] 관리도

한편 그림 는 도포공정 개선 전의 경우에 대하여 지정된 규격의 공정능력 [ 65]

지수를 나타낸 것으로서 단기공정능력지수( 와 장기공정능력지수) ( 를 나타낸)

다 단기공정능력지수는 공정능력 ( 과 규격의 폭) ( 과의 비율을 의미하며 일반적)

으로 로 표시한다 규격은 그림 에서처럼 양쪽규격이 모두 주어진 경우 공 [ 65]

정 능력 지수는 다음과 같이 계산할 수 있다

공정 능력

로 나타내고 만약 공정 평균이 규격의 중심으로부터 어느

한쪽으로 치우쳐 있게 되는 경우 치우침도( 와) 를 조합한 단기공정능력지수

( 로 나타낸다 즉)

- 57 -

장기공정능력지수( 의 계산은)

으로서 이다

따라서 그림 에 나타난 것처럼 개선전의 공정능력은[ 65] =17854 =08458

으로서 장기 공정에 대해 만족스럽지 못한 값을 나타내고 있다

그림 도포공정 개선전 공정능력 분석그래프[ 65]

- 58 -

그러나 공정개선후의 관리도인 그림 을 살펴보면[ 66] 이며=28196 관리

도의 이고UCL=300418 LCL=263502 관리도의 은CL 로=2532 UCL=51418

나타난다

그림 도포공정 개선후[ 66] 관리도

- 59 -

개선 후에는 그림 로부터 알 수 있듯이 단기공정능력은[ 67] 으로서=31966

인 장기 공정에 대해 안정적인 것을 확인할 수 있어 도포공정 개선에=23275

대한 효과가 있음을 알 수 있다

그림 정 개선 후 공정능력 분석그래프[ 67]

또한 도포공정의 두께관리를 강화하기 위하여 작업자 교육 및 샘플링 두께 측정

검사를 통해 지속적인 모니터링을 실시하고 공정별 온도관리 및 시간 관리를 통해

작업 환경 유지관리 강화로 변함없는 품질의 제품을 생산하도록 하였다 그림 [

은 롤 코팅 공정이다68] (Roll coating)

- 60 -

그림 롤 코팅 공정[ 68] (Roll coating)

- 61 -

제 장 최적수준 결정을 위한 파라미터 설계제 장 최적수준 결정을 위한 파라미터 설계제 장 최적수준 결정을 위한 파라미터 설계제 장 최적수준 결정을 위한 파라미터 설계7777

제 절 실험계획법에 의한 유의인자 결정제 절 실험계획법에 의한 유의인자 결정제 절 실험계획법에 의한 유의인자 결정제 절 실험계획법에 의한 유의인자 결정1111

재료설계 형상설계 및 공정설계에 대한 최적조건의 결정은 부품의 품질 특성에

대한 사양 을 만족시켜야 할 뿐 아니라 생산부품 간 품질의 산포를(Specification)

최대한 줄여야 한다 의 최적설계를 위해 다구찌 기법 을 적 DA-2 (Taguchi method)

용하였다

다구찌의 강건설계 는 인자 가 품질 특성의 평균에 대해(Robust design) (Factor)

가지는 효과뿐만 아니라 분산에 미치는 효과에 대해서도 초점을 맞추고 있다 분산

을 줄일 수 있는 통제 가능한 인자에 대한 조건을 설정하여 품질특성이 통제 불가

능한 인자의 변화에 대해서는 둔감하도록 할 수 있다 강건설계의 주목적은 품질특

성의 목표값을 유지하면서 분산을 줄이는 인자에 대해 설치값 을 발견하는 (Setting)

데 있다

다구찌 설계에 의한 실험계획법은 특히 확장된 역할로서 다음의 몇 가지를 들 수

있다

ㆍㆍㆍㆍ종래에는 제어 불가능한 환경조건이나 제어하기 어려운 생산조건 공정조건

등의 원인 이를 잡음인자로 통칭 들이 데이터에 주는 영향의 정도를 평가하기 어려( )

웠으나 객관적으로 그리고 계량적으로 이를 평가할 수 있는 방법을 제시하고 있

다 또한 품질 산포의 크기를 계량특성치 손실함수 비 등 로 변환하여 산포를 ( SN )

작게 하는 인자들의 조건을 찾아가는 강건설계를 사용한다

ㆍㆍㆍㆍ직교배열표를 광범위하게 사용하여 인자의 수가 많은 경우에도 크게 실험횟

수를 증가시키지 않고 실험하는 일부 실시법을 사용한다

ㆍㆍㆍㆍ생산라인 내 뿐만 아니라 신제품 개발을 위한 품질설계 파라미터(On-line)

설계 허용오차 설계 등의 라인 외 품질관리를 위하여 유용하게 사용할 (Off-line)

수 있다

ㆍㆍㆍㆍ다구찌 방법에서 추가적으로 다룰 수 있는 주요한 것들로는 직교배열

- 62 -

표의 확대사용 수준계의 표준 직교배열표 이외에 확대 응용 혼합 직교배열표(2 3

의 사용과 조합법의 사용 계량치 데이터의 파라미터 설계 허용차 설계 그리고)

계수치 데이터의 파라미터 설계 동적 특성의 파라미터 설계 등을 들 수 있다

파라미터 설계 는 제품설계와 공정설계에서 유용하게 사용되는(Parameter design)

다구찌 실험계획법의 핵심이다 파라미터는 제품성능의 특성치에 영향을 주는 제어

가능한 인자 를 의미하며 파라미터 설계는 이들 인자들의 최적(Controllable factor)

수준을 정하여 주는 것을 말한다 파라미터를 설계변수 라고도 부 (Design variable)

르며 파라미터 설계에서는 제품의 품질변동이 잡음에 둔감하면서 목표품질을 가질

수 있도록 설계변수들의 최적조건을 구하여 준다 최적조건을 찾을 때 설계변수와

잡음을 주는 인자들을 포함시켜 실험하는 직교배열표 등을 주로 사용한다 이때 목

표 품질을 만족시키는 범위 내에서 가능한 한 비용이 적게 드는 조건이나 부품 등

을 이용한다

만약 신뢰성에 영향을 주는 제어 가능한 인자 에 대한 파라미터설계 A B C D

를 한다고 하자 는 수준 는 수준의 혼합수준 에 대한 설계 A B 4 C D 2 (Mixed level)

분석을 하려고 한다면 각 요인 변동의 계산을 표 과 같은 [ 71] L16(215형 직교배)

열표 를 사용하면 된다(Orthogonal Design)

에 대한 파라미터 설계조건으로는 내구성이 가장 좋은 최적의 설계 및 공정DA-2

조건을 구하여야 하므로 반응변수가 큰 값일수록 좋은 망대특성(Larger-the-better

에 대한 조건을 구하고 부품의 정특성 및 동특성에 대한 분석은 적characteristics)

정한 상호관계를 고려하여 별도의 실험을 행한다

- 63 -

표 다구찌 설계의 예[ 71]

- 64 -

제 절 시험데이터의 해석제 절 시험데이터의 해석제 절 시험데이터의 해석제 절 시험데이터의 해석2222

실험조건실험조건실험조건실험조건1111

제품의 신뢰성향상을 위해 지금까지 재료배합의 개선 형상개선 및 공정개선에

대한 각각의 과정을 설명하였으며 본 장에서는 관련된 여러 인자들을 동시에 고려

하여 최상의 품질특성을 나타낼 수 있는 최적인자수준의 결정에 대하여 설명하려고

한다 이는 인자들 간의 상호 작용이 상승 또는 보완작용을 할 수도 있고 반대로

서로 상극임을 나타낼 수 도 있기 때문이다

일반적으로 고무부싱의 개발에 적용되는 인자 는 다음과 같다(Factor)

ㆍㆍㆍㆍ경도 는 수요기업에서 제시하는 사양 에 따라 적정수(Hardness) (Specification)

준의 경도 도 도 도 도 를 적용하였으며 경험적으로 경도의 산포는(43 45 48 50 ) plusmn

정도이다2

ㆍㆍㆍㆍ각 부분의 모양이나 각도에 따라 고무 량에 영향을 미치게 되는 형상설계에

관해서는 내부 파이프 구배각도를(Inner pipe) 15deg~25deg로 하고 외부파이프 (Outer

의 접착부분을 로 하였으며 외경의 크기는pipe) 13mm~15mm

27mm~ 로 유지하였다278mm

ㆍㆍㆍㆍ공정설계는 가류시간을 로 하였다 가류 온도는240sec~600sec 150deg~180

로 하고 주변 온도에 영향을 받으므로 금형 표면온도는 항상 확인하였다 접착제

도포가 내구성에 영향을 주므로 접착제 두께는 으로 하고 접15micron~40micron

착제 배합조건은 로 하였다120cc~128cc

다구찌 설계에 의한 최적수준을 결정하기 위해 다른 인자는 고정시키고 경도 가

류시간 스웨징 인자에 대하여 표 와 같이 실험수준을 정하였다 [ 72]

- 65 -

표 실험인자 별 수준[ 72]

분석결과의 해석분석결과의 해석분석결과의 해석분석결과의 해석2222

실험결과의 해석은 다음과 같다

을 통해 표 의 실험조건을 입력하여 다구찌 설계를 생성한 결과MMITAB [ 72]

표 과 같은 실험조합을 얻었다 표 는 실험조합 별 시험결과 값이다[ 73] [ 74]

에서의 내구성에 대한 다구찌 설계해석의 결과는 표 의 신호 대Nominal load [ 75]

잡음비 비 평균 표준편차에 대한 반응표에 잘 나타나(SN Signal to noise ratio)

있다 그림 그림 은 비 평균 표준편차에 대한 반응 값을 도식한 [ 71]~[ 73] SN

것이다

표 의 신호 대 잡음비의 반응표를 보면 경도는 스웨징이나 가류시간에 비해[ 75]

반응변수 내구성 에 큰 영향을 미치고 있음을 보여준다 평균에 대한 반응표에서도( )

경도는 다른 인자들에 비해 반응변수의 평균에 크게 영향을 미치고 있음을 알 수

있다 표준편차 역시 경도의 수준 변화에 따라 차이가 가장 많음을 보여주고 있다

- 66 -

표 에 의한 다구찌 설계생성[ 73] MINITAB

- 67 -

표 실험조합 별 시험결과 데이터[ 74]

- 68 -

표 비 평균 표준편차에 대한 반응표[ 75] SN

신호 대 잡음 비에 대한 반응 표신호 대 잡음 비에 대한 반응 표신호 대 잡음 비에 대한 반응 표신호 대 잡음 비에 대한 반응 표

망대특성망대특성망대특성망대특성

평균에 대한 반응 표평균에 대한 반응 표평균에 대한 반응 표평균에 대한 반응 표

표준 편차에 대한 반응 표표준 편차에 대한 반응 표표준 편차에 대한 반응 표표준 편차에 대한 반응 표

- 69 -

그림 신호 대 잡음 비의 주효과도[ 71]

그림 인자수준별 평균의 주효과도[ 72]

그림 인자수준별 표준편차의 주효과도[ 73]

- 70 -

표 와 그림 에서 에서의 내구성 예측값을 가장 크게 하[ 75] [ 72] Nominal Load

는 것은 요인 수준의 조합이 일 때이다 품질 향상을 위해서는 정특성 동(4 2 2)

특성 값도 동시에 고려하여야 하므로 조합 조합 조합(4 2 2) (4 3 2) (4 1 2)

에 대한 예측 값을 함께 구하였다

표 은 에서의 내구성 예측값을 표 은 에[ 76] Nominal Load [ 77] Maximum Load

서의 내구성 예측값 표 은 정특성 예측값 표 는 에서의 동특성 예 [ 78] [ 79] 15Hz

측값 그리고 표 은 에서의 동특성 예측값을 보여주고 있다 [ 710] 150Hz Nominal

에서의 내구성 예측값은 조합 조합 조합에서 각Load (4 2 2) (4 3 2) (4 1 2)

각 목표값인 을 상회한 과170000 Cycle 178023 Cycle 174272 Cycle 175830

로서 조합일 때 더 높게 나타났다Cycle (4 2 2)

동배율은 예측 평균값을 기준으로 할 때 동배율은 조합에서는 에 (4 2 2) 15Hz

서 에서 이고 조합에서의110(1187691079) 150Hz 113(1215561079) (432)

동배율은 에서 에서15Hz 106(112856 106938) 150Hz 108(115769106938)

이며 조합에서의 동배율은 에서 에서 (412) 15Hz 108(118194 1094) 150Hz

이었다109(1195691094)

모델의 경우 수요기업에서 동배율 값이 적은 값을 요구하기 때문에DA-2 (kdks)

동배율을 고려하면 의 조합이 더 좋은 품질을 나타낸다고 할 수 있다(4 1 2)

- 71 -

표 에서의 내구성 예측값[ 76] Nominal Load

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 2 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 3 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 1 2

예측 값

신호 대

- 72 -

표 에서의 내구성 예측값[ 77] Maximum Load

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 2 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 3 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 1 2

신호 대

- 73 -

표 정특성 예측값[ 78]

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 2 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 3 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 1 2

신호 대

- 74 -

표 동특성 예측값[ 79] (15Hz)

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 2 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 3 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 1 2

신호 대

- 75 -

표 동특성 예측값[ 710] (150Hz)

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 2 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 3 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 1 2

신호 대

- 76 -

제 장 부품의 신뢰성성장관리제 장 부품의 신뢰성성장관리제 장 부품의 신뢰성성장관리제 장 부품의 신뢰성성장관리8888

제 절 신뢰성성장관리제 절 신뢰성성장관리제 절 신뢰성성장관리제 절 신뢰성성장관리1111

복잡하고 기술적인 제품의 개발 프로그램을 운영하는 데 있어서는 고객이 요구

하는 신뢰성 수준을 만족시키기 위하여 상당한 규모의 시간 예산 기술인력 등의

자원을 필요로 한다 고객들의 신뢰성 요구수준은 매우 높으므로 이러한 목표를 달

성하기 위하여 시험 개선 시험 개선의 개발과정을 반드시 거친다 이 과정에서 시- - -

스템 서브시스템 또는 모듈을 고장 날 때까지 시험하고 고장모드를 결정해서 이를

제거하기 위한 시도를 하거나 적어도 고장발생을 줄일 수 있는 시도를 하여 설계나

엔지니어링 개선을 이룬다 만약 이러한 과정이 계속되고 설계나 엔지니어링 변경

이 충분히 이루지면 시스템의 신뢰성은 증가한다 개발프로그램이 운영되는 동안

신뢰성 수준의 변화를 추적할 수 있다면 개발책임자로서는 여러 가지 이점이 있다

즉 목표하는 신뢰성 수준을 달성하기 위하여 충분한 비율로 성장하고 있는지의 여

부를 가능한 빠른 시간 내에 판단할 수 있고 그에 따라 필요한 자원을 적절히 배

분할 수 있다 따라서 개발책임자는 시험데이터로부터 현재 시스템의 신뢰성 수준

성장률의 평가 앞으로 기대되는 달성 가능한 수준을 결정하기를 원한다

신뢰성 성장관리 기술은 제품을 개발하는 데(Reliability growth management)

소요되는 많은 시간과 비용 및 엔지니어링 노력을 절감하면서 개념선택 제품과 공

정의 신뢰성 그리고 비용효율을 달성할 수 있도록 유용한 정보를 제공해 준다 군

사장비 자동차 및 전자 중장비개발 등에 적용된 최근의 신뢰성 성장시험 관리기술

은 각 분야의 경쟁적인 사업 환경 아래에서 제품개발을 효율적으로 조직하여 신뢰

성평가를 시작하고 신뢰성 성장과정을 추적할 수 있도록 해준다 신뢰성성장관리기

술은 제품 및 공정설계 관련사항 및 검증시험 항목들에 대하여 사용 환경에 따른

신뢰성 성장 진행과정을 확인하고 그 결과로부터 성장시험곡선을 개발할 수 있게

한다 또한 설계단계 사이의 여러 가지 관련성을 확인하여 관찰하고 그 정보를 다

른 제품보증분석들과 연결하여 고객 요구사항에 대한 제품의

- 77 -

적합도를 적절히 평가하는 데 도움을 준다

신뢰성성장모델은 가 개발한Crow(1975) AMSAA(Army Materiel Systems

모델이 많이 활용되었으나 이는 시스템 또는 서브시스템에서의Analysis Activity)

성장관리에 유용하고 부품수준에서는 모델을 활용하는 것이 더욱 실용적이 Weibull

다 모델은 목표 Weibull B10 수명에 대하여 초기 시작품 으로부터(Early Prototype)

후기 시작품 까지의 신뢰성 개선을 관리하는데 실용적으로 활용할(Later Prototype)

수 있다

신뢰성 성장시험 프로세스신뢰성 성장시험 프로세스신뢰성 성장시험 프로세스신뢰성 성장시험 프로세스1111

신뢰성 성장은 개발시스템에 대하여 여러 시험단계가 시리즈로 이루어지는 동안

고장모드를 발견하고 이를 개선하는 과정을 거쳐 이TAAF(Test Analyze And Fix)

루어진다 또한 기능시험 환경시험 안전시험의 결과는 신뢰성 향상을 위한 FMEA

등과 연계하여 사용된다 분석결과는 설계변경에 반영되고 최종목표가 달성될 때까

지 개선과 시험이 연속적으로 이루어진다 그림 은 일반적인 신뢰성 성장시험 [ 81]

프로세스를 보여준다 프로그램의 시작시점에 신뢰성 성장에 대한 계획을 수립하여

고객의 기대사항을 만족시킬 수 있는 성능수준에 대한 구체적인 측정치를 제시하

고 이 목적을 달성시킬 수 있는 시험조건을 정한다 시험조건은 특정한 부품이나

시스템에 대하여 고객의 사용방법과 환경에 대한 지식을 기초로 하여야 한다

개발프로젝트가 진행되는 동안 신뢰성 성장시험 프로그램이 개발되고 실행되는

과정에서 설계 및 공정의 관심사항을 확인하기 위해 QFD(Quality function

와 같은 제품보증을 위한 분석방법들이 선행되어 실시되는데 신뢰성deployment)

성장관리와 연계하여 이를 통틀어 통합 신뢰성 성장관리(Integrated reliability

라고 한다 신뢰성 성장관리를 포함한 제품설계평가의 모든growth management)

과정은 제품 공정의 신뢰성 향상에 있어 중요한 역할을 하는 제품보증기능의 한부

분이다

- 78 -

통합 신뢰성 성장시험관리 프로세스는 설계뿐 아니라 공정신뢰성(MIL-HDBK-781)

과 관련된 문제에 대응할 수 있도록 신뢰성 성장시험의 이점을 전적으로 활용할 수

있는 수단을 제공한다

신뢰성 성장관리과정을 개발함으로써 신뢰성 수준은 계속적으로 추적될 수 있고

조치를 취하고 다른 분석결과들과 비교되어 초기 신뢰성 예측을 수립하고 제품설

계에 포함된 확신을 증가시킨 후 검증시험에 들어갈 수 있도록 한다 이러한 신뢰

성 성장관리 프로세스는 제품개발 사이클에 있어서 초기 단계 동안에 신뢰성을 확

립하는 데 도움을 줄 수 있는 장치이다

그림 신뢰성성장시험 프로세스[ 81]

제품개발과정에 적용되는 신뢰성 성장시험관리 프로세스는 다음과 같다

신뢰성 성장시험조건을 결정하고 시험 사이클을 개발한다 ①

신뢰성 성장시험곡선의 사용을 통하여 시험과정을 실행하고 추적한다②

시험결과를 평가하고 다른 선행된 분석연구결과들과 비교한다③

확인된 결함을 제거하기 위해 설계변경을 실시한다④

- 79 -

설계검증시험을 준비한다⑤

신뢰성 성장시험의 주된 목적은 설계상의 약점을 확인하고 제거함으로써 설계의

신뢰성을 증가시키는 것이다 정확하게 신뢰성 수준이 변화되는 진행상황을 추적하

기 위해서는 요구사항에 대한 불합치성 을 확인하고 불합치성이(Nonconformance)

일어난 시간을 모두 추적하여야 한다 시험을 시작하기 전에 적절한 시정조치를 용

이하게 하기 위해 사전계획이 수립되어야 하며 고장분포를 결정하기 전에 각각의

고장부품에 대한 고장원인을 분리할 수 있어야 한다

부품의 개발과정에서 몇 개의 표본에 대한 고장시간 데이터가 있을 때 Weibull

분포를 활용한 신뢰성 성장분석에 대하여 설명하면 다음과 같다

가 분석의 개요가 분석의 개요가 분석의 개요가 분석의 개요

밀도함수는 그림 와 같이 특성 수명과 기울기로 고장시간Weibull [ 82] (Cycle

을 설명한다 작은 표본에 대한 고장시간 데이터가 주어졌을 때 분석Km) Weibull

을 사용하여 세 가지의 정보를 얻을 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ특정 시간이 주어졌을 때 등 부품의 신뢰도는 그 시간까지 살아 있(Cycle Km )

을 백분율이다

ㆍㆍㆍㆍ 또는 다른( 수명을 추정할 수 있다) 수명은 부품들 중 가 고장10

날 것이라고 기대되는 시간이다 즉 이 시간에서의 신뢰도는 이다 90

ㆍㆍㆍㆍ 기울기의 값은 고장률 패턴에 대한 정보를 제공해준다 기울기가Weibull 10

이라면 고장률이 일정하다는 것을 의미한다 이 경우 고장은 일반적으로 우연히

일어나며 고장률은 설계의 강건 정도에 따라 달라진다 기울기가 보다 작다면 1

고장률은 감소하고 있음을 의미한다

- 80 -

즉 높은 초기 고장률 을 말한다 기울기가 보다 크면 고장률은 증 (Infant mortality) 1

가하고 이는 마모 되고 있음을 의미한다(Wear-out)

그림 에 의한 부품의 신뢰성성장분석[ 82] Weibull 수명 비교

가장 많이 활용되는 측도는 수명이며 이것은 요구되는 목표 신뢰도가 임 90

을 의미한다 첫 번째 프로토타입이 고장 난다면 신뢰성 목표 달성을 위해 설계 변

경을 행하고 다음 프로토타입을 시험한다 이 과정은 목표 수명이 달성될 때까

지 반복한다

나 의이점나 의이점나 의이점나 의이점WeibullWeibullWeibullWeibull

부품의 개발과정에서 작은 표본에 대한 고장시간 자료가 주어졌을 때 Weibull

분석을 활용하여 신뢰성성장관리를 행하면 다음의 정보를 얻을 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ신뢰성 개선은 목표 수명이 달성될 때까지 하나의 프로토타입에

- 81 -

서 다음 프로토타입까지 추적할 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ신뢰성 개선은 시험한 프로토타입에 대해 타점으로 표현되고 빠르Weibull

게 방향을 파악하여 신뢰성 진전과정에 대한 양적 측면의 관리능력 향상을 그

래프로 확인할 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ컴포넌트를 고장 날 때까지 시험하는 것은 고장모드에 대한 아주 귀중한 정

보를 제공하고 따라서 시정조치 활동이 필요하다

ㆍㆍㆍㆍ많은 표본이 더 좋은 신뢰도를 얻을 수 있지만 분석은 많은 표본을Weibull

필요로 하지 않는다

ㆍㆍㆍㆍ고객의 운영 사용 사이클과 시험 모수의 관계가 알려져 있다면 더 빠르고( )

더 적은 비용으로 가속시험을 할 수도 있다

다 기본가정및제한다 기본가정및제한다 기본가정및제한다 기본가정및제한

ㆍㆍㆍㆍ각 분석에서 오직 하나의 고장모드만 포함되어야 한다 두 개나 그 이상의

고장 모드가 검출된다면 각각에 대해 분리하여 분석해야 한다

ㆍㆍㆍㆍ신뢰도는 시험 제한 한계 로 인해 년 마일까지 확장하여 외삽하면 안( ) 10 150K

된다 왜냐하면 시험 제한 한계 로 인해 다른 고장모드가 발생할 것인지 알 수 ( )

없기 때문이다

ㆍㆍㆍㆍ하나의 프로토타입에서 다음 프로토타입까지 기울기가 변하는 데는 특별히

주의를 하여야 한다 왜냐하면 초기 후기 수명에서 더 높은 신뢰도와 후기 초 ( ) (

기 수명에서 더 낮은 신뢰도의 할 수 도 있기 때문이다) trade-off

라 적용시기라 적용시기라 적용시기라 적용시기

ㆍㆍㆍㆍ수명의 비교는 엔지니어링 사양 이 특정한(Specification) 을 요구할 경

우 사용된다

ㆍㆍㆍㆍ이러한 접근방법은 고장시간 등 에 대하여 동일한 부품의(Cycle Km )

- 82 -

다른 시점에서의 프로토타입을 비교할 때 사용한다

ㆍㆍㆍㆍ신뢰성 목표가 달성될 때까지 계속한다

마 입력자료마 입력자료마 입력자료마 입력자료

ㆍㆍㆍㆍ프로토타입 의 몇 개 표본의 고장시간 등1 (Cycle Km )

ㆍㆍㆍㆍ프로토타입 의 몇 개 표본의 고장시간 등2 (Cycle Km )

⦙

ㆍㆍㆍㆍ마지막 프로토타입의 몇 개 표본의 고장시간 등(Cycle Km )

분석프로세스는 그림 과 같다[ 83]

프로세스프로세스프로세스프로세스 일반적 단계일반적 단계일반적 단계일반적 단계

Ⅰ 요구

또는 수명 결정

프로그램 신뢰성 목표 사용

고객의 운영 사용 프로파일 사용( )

시험 프로그램 적정시간 사용

Ⅱ 시험 프로그램 자료정보

확인과 데이터 수집초기 부품의 프로토타입

후기 부품의 프로토타입

Ⅲ 다른 프로토타입에 대한

누적고장 시간 또는 vs

거리 계산 및 타점

분석이 가능한 사용Weibull SW

가능한 가속수명시험 사용

Ⅳ 프로젝트 검토 시

현재 신뢰성 수준신뢰성 목표 적합성 결정

초기 경고 관련 정보 제공

개선을 위한 계획 정보 제공

그림 프로세스별 단계[ 83]

- 83 -

제 절 신뢰성성장 데이터분석제 절 신뢰성성장 데이터분석제 절 신뢰성성장 데이터분석제 절 신뢰성성장 데이터분석2222

초기 프로토타입 으로 부터 개의 표본을 정상하중 으(Prototype1) 6 (Nominal load)

로 고장 날 때까지 시험하고 고장모드를 기록하였다 여러 개선작업을 거친 후 후

기 프로토타입 으로부터 개의 표본을 고장 날 때까지 시험하고 고장모(Prototype2) 6

드를 기록하였다 시험 데이터는 표 에 주어져 있다 [ 81]

에 고장데이터를 입력하고 각 프로토타입 단계별로 용지에 결과MINITAB Weibull

를 타점한 결과 그림 와 같은 성장곡선이 생성되었다 [ 84] Weibull

정상하중 에서 의 평균수명 추정치는 이(Nominal load) Prototype1 127366Cycle

고 의 평균수명 추정치는 로서 의 개선을 이루었 Prototype2 176882 Cycle 389

음을 알 수 있었다 수명은 은 이었으나Prototype1 112668 Cycle Prototype2

의 수명은 로서 상당한 개선이 이루어졌음을 볼 수 있다168620 Cycle 수

명에 대한 신뢰하한은 로 추정되었다 따라서 정상부하에 의한95 162926 Cycle

시험데이터분석 결과 개선활동 재료배합개선 형상설계개선 공정개선 에 의하여 ( )

내구성 목표가 달성되었음을 알 수 있다

그림 는 에서의 신뢰구간을 보여주고 있다[ 85] Nominal load 90

최대하중 에서는 표 의 데이터 입력결과 그림 의 그래프를(Max load) [ 82] [ 86]

생성하였다 그래프로 부터 추정된 의 Prototype1 수명은 이고16362Cycle

의Prototype2 수명은 이다21850 Cycle 수명에 대한 신뢰하한추정치95

는 으로부터 로 계산된다MINITAB 20983 Cycle

의 수명과 의 수명이 다른 것은 개선 활동의 결과이Prototype1 Prototype2

- 84 -

며 에서 개선목표가 달성되었음을 알 수 있다 Prototype2

표 하중 고장시간[ 81] Nominal (Cycle)

Weibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth Curve

(Nominal Load)(Nominal Load)(Nominal Load)(Nominal Load)

그림 성장곡선[ 84] Weibull (Nominal load data)

- 85 -

Weibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth Curve

(Nominal Load-90 Cl)(Nominal Load-90 Cl)(Nominal Load-90 Cl)(Nominal Load-90 Cl)

그림 신뢰구간[ 85] Nominal Load90

- 86 -

표 하중 고장시간[ 82] Max (Cycle)

Weibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth Curve

(MaxLoad)(MaxLoad)(MaxLoad)(MaxLoad)

그림 성장곡선[ 86] Weibull (Max load data)

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제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론9999

본 연구는 자동차현가장치인 고무부싱 의 신뢰성향상을 위한 기(Rubber bushing)

술개발과제이다 에나 인더스트리는 수출전문기업으로서 주요 경쟁사에 비해 고성

능 고내구성의 제품을 짧은 기간 내에 개발할 수 있는 능력을 갖추어야 해외 시장

에서 경쟁력을 가질 수 있다

본 연구개발에서는 수요기업에서 요구하는 GMUTS(General Motors Uniform

의 사양에 따른 시험을 실행하여 내구성을 목표 사이클 이상으Test Specification)

로 개선하고 정특성과 동특성 비틀림 토크를 개선항목으로 선정하여 제품의 품질

및 신뢰성 향상을 진행하였다

수요기업의 요구 수준에 의하면 내구성은 와 Tension Compress Alternating

가 동시에 일 때 일 때Torsion Stress Maximum Load 20000 Cycle Normal Load

을 요구한다 본 프로젝트의 경우 해외의 부품메이커들에 대한 경쟁150000 Cycle

력 우위를 확보하기 위하여 기본 요구 수준을 넘어 향상된 제품신뢰성을5~10

확보를 목표로 하였다 내구성 정특성 및 동특성에 대한 시험은 직접 행하였고 비

틀림토크에 대한 부분은 추가적인 시험장치가 필요하여 수요기업의 실험실에 샘플

을 제출하여 요구수준을 검증받았다

본 연구개발의 성과를 요약하면 다음과 같다

우선 기술적 효과로는

설계기술의 확보(1)

재료배합설계 형상설계 공정설계에 대한 기술을 확보하여 내구성을 비롯한 품

질특성을 향상시킬 수 있었다 종래에는 설계 개발 생산프로세스에서 경험적 방법

에 의존하여 시행착오가 많았으나 본 연구를 통하여 과학적이고 체계적인 방법으

로 접근할 수 있는 기술이 확보되었다

설계 요소의 기술적 배치를 위한 실험계획법의 활용기술 확보(2)

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종전에는 고무 배합설계 형상설계 공정설계에 대하여 설계요인 별 수 (Facter)

준 을 무작위로 추출하여 실험하였으나 본 실험계획의 과정을 따르면 요인들(Level)

이 계획적으로 반영되어 품질특성에 각각 어느 정도의 영향을 미치는지 분석이 가

능하게 된다 또한 다구찌에 의한 강건 설계의 생성으로 산포를 줄일 수 있다

잠재적 고장원인 분석방법 기술 확보(3)

제품기능에 대한 잠재적 고장모드의 예측과 시험항목을 판단하고 최종적으로는 설

계검증 과 공정검증 의 세부항목과 효과적(Design verification) (Process verification)

으로 연계가 가능하다

신뢰성 데이터분석기술 확보(4)

부품의 개발과정에서 몇 개의 표본에 대한 고장시간 데이터가 있을 때 Weibull

분포를 활용한 신뢰성 성장분석이 가능하게 되었다 개발프로그램이 운영되는 동안

신뢰성 수준의 변화를 추적할 수 있어 목표하는 신뢰성 수준을 달성하기 위하여 충

분한 비율로 성장하고 있는지의 여부를 가능한 빠른 시간 내에 판단할 수 있고 그

에 따라 필요한 자원을 적절히 배분할 수 있다 따라서 개발책임자는 시험데이터로

부터 현재 시스템의 신뢰성 수준 성장률의 평가 앞으로 기대되는 달성 가능한 수

준에 대한 결정이 가능하다

경제적 측면의 효과로는

제품에 대한 내구성 및 동특성 정특성에 대하여 요구사양 이상으로 특성관리(1)

를 행할 수 있어 해외 부품메이커들에 대한 경쟁력 우위로 수출력을 향상할 수 있

게 되었다

개발기간을 단축할 수 있게 되어 개발비의 절감을 가져올 수 있게 되었다(2)

재료배합 형상설계 및 공정설계에 대한 기술개발의 표준 정립으로 개발 기간의 단

축이 가능하게 되었다

본 과제 결과를 활용하여 다른 방진제품에 대한 신뢰성 관리로 수출(3)

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시장을 개척하여 신규거래처를 확보할 예정이다 신뢰성 데이터의 관리가 이루어져

제품수명에 대한 설득력 있는 자료의 제시가 가능하게 되었다

향후 연구계획으로는

고무부싱부품의 특성상 내구성만의 개선이 최선이 아니고 정특성과 동특성을 일

정수준으로 동시에 고려하여야 한다 따라서 이 부분에 대한 동시적인 실험설계가

시스템화 되도록 추가적인 연구가 요구된다

- 90 -

참고문헌참고문헌참고문헌참고문헌[ ][ ][ ][ ]

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- 96 -

주 의

이 보고서는 산업자원부에서 시행한 부품소재종합기술지원사업의 최1

종보고서이다

이 신뢰성기반기술확산사업 내용을 대외적으로 발표할 때에는 반드시2

산업자원부에서 시행한 부품소재신뢰성기반기술 사업의 지원결과임을

밝혀야 한다

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이 보고서는 산업자원부에서 시행한

부품소재 신뢰성기반기술확산사업의 최종보고서이다

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제 장 신뢰성향상을 위한 고려요소 및 고장분석제 장 신뢰성향상을 위한 고려요소 및 고장분석제 장 신뢰성향상을 위한 고려요소 및 고장분석제 장 신뢰성향상을 위한 고려요소 및 고장분석3333

제 절 고려 요소제 절 고려 요소제 절 고려 요소제 절 고려 요소1111

고무부싱에 대한 고객의 요구조건 만족과 성능향상을 위한 방안은 크게 세 가지

로 분류할 수 있다

첫째는 재료배합개선으로 고무의 특성을 개선하여 성능을 향상시키는 방안이며

둘째는 처럼 고무의 양이 적은 경우 허용하는 범위 내에서의 형상 변화를 통DA-2

한 성능향상 방안이며

셋째는 도포공정을 포함한 공정개선에 의한 방법이다

그림 은 부싱의 성능향상을 위한 개선방안을 나타내고 있다[ 31]

그림 성능향상을 위한 개선방안[ 31]

재료배합재료배합재료배합재료배합1111

고무의 배합 은 황화제 촉진제 가공제 유기산 금속산화제 노화(compounding)

방지제 보강제 충진제 등으로 기초배합을 설정한 후 인장강도와

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신장율 경도 반발탄성 인열강도 인장응력 노화 후 물리적 현상 등을 고려하여

배합 설계를 하게 된다 특히 고무 제품의 경도를 높이기 위한 보강성과 경도가 높

으므로 잘 마모되지 않는 내마모성과 관련하여 카본블랙 을 사용하(Carbon Black)

며 고무제품의 특성을 결정하는 중요한 부분이다 사용 중인 카본블랙은

의 분류 방법에 의해 표 과 같이 구ASTM(American Standard Test Method) [ 31]

분된다

표 카본블랙의 분류[ 31]

ASTM CODE 일 반 명 칭 입자경( )

N110 초내마모성SAF (Super Abrasion Furnace ) 11-19

N220ISAF (Intermediate Super Abrasion Furnace

준초내마모성)20-25

N330 고내마모성HAF (High Abrasion Furnace ) 26-30

N440 초전도성XCF (Extra Conductive Furnace ) 31-39

N550 양압출성FEF (Fast Extruding Furnace ) 40-48

N660 범용성GPF (General Purpose Furnace ) 49-60

N774 중보강성SRF (Semi Reinforcing Furnace ) 61-100

N880 미립열분해FT (Fine Thermal ) 101-200

N990 중립열분해MT (Medium Thermal ) 201-500

카본블랙은 요오드가 와 광흡수도 가 높을수록 입자경은 작고(Iodine number) (Tint)

흡수율 이 클수록 구조가 발달되어 있다DBP(Di-dutyl phthalate) (Oil absorption)

카본블랙은 입자경이 작고 고무와 결합하는 표면적이 클수록 고무의 경도

와 내마모성 등의 물성을 보강하는 능력이 크다 그(Hardness) (abrasion resistant)

러나 경도와 탄성 은 반비례이므로 탄성은 오히려 감소하게 된다 또한(Elasticity)

작은 입자경은 탄성체 의 항복점 을 연장하는데(Elastomer) (Micro-Brownian motion)

탁월하다 탄성체는 항복점 이후

- 14 -

에 탄성의 성질을 잃어버리고 소성을 띠게 되는데 카본블랙은 이러한 고무의 물성

을 조정하는 중요한 인자이다

형상설계형상설계형상설계형상설계2222

자동차 모델에 따라 수요기업에서 의 외형형상에 대한 기본 설계를 제공Bushing

하지만 철과의 접촉부분 등 세부설계는 제조업체에서 실시하여야 한다 따라서 각

부분의 세부적 모양이나 각도에 따라 고무 철의 재료량에 영향을 미치며 이는 결

국 내구성 등 특성 치에도 영향을 미치게 된다

결정하여야 할 주요 요소로는 내철 구배각도 외철 접착(Inner pipe) (Outer pipe)

부분 등이다 이밖에 외경크기의 산포에 따라 내구성에 영향을 미칠 수 있으며 이

는 품질관리 활동에 의해 사이징 공정에서 최종규격을 맞추게 된다(Sizing)

공정설계공정설계공정설계공정설계3333

재료설계와 함께 부품의 내구성 정특성 동특성을 결정하는 주요공정은 철과 고

무를 접착시키는 접착제 도포 공정과 가류 가황 공정이다( )

가 가류공정가 가류공정가 가류공정가 가류공정

고무분자의 공유결합을 유도하여 기계적 강도를 높이는 작업이다 가황 또는

가류라고 하며 생고무에 유황 같은 가황제를 가하여 고무 분자 간에 결합을 강하게

하고 탄성 인장강도 등을 증가시킨다 가황고무의 가장 큰 특징은 탄성이 커지는

것이며 노화 가 더디고 변형 시에도 체적변화가 크지 않다는 것이다 중요한 ( ) 老化

관리 항목으로서는 가류온도 금형 쳄버 스쿠류 가류시간 가류압력 등이며 공정( )

설계에 따라 특성에

- 15 -

중요한 영향을 미친다

나 접착제도포공정나 접착제도포공정나 접착제도포공정나 접착제도포공정

접착강도는 시험방법 접착방법 시험시의 조건 시편의 기하학에 따라 다르게 나

타난다 도포방법으로는 침지법 붓칠법 롤 코팅법 (Dipping) (Brushing) (Roll

스프레이법 그리고 덤브링법 이 있다Coating) (Air Spray) (Tumbling)

프라이머 는 피착제 표면과의 친화성이나 접착제와의 상용성이 뛰어나지(primer)

않으면 안되고 동시에 접착 저해물과의 상용성도 높아야 한다 또 프라이머 중의

유효성분 쪽이 피착제 표면에 흡착되어 있는 저해성분 보다 피착제에 의하여 안정

하게 흡착 되어 있는 것이 중요하다 따라서 프라이머는 충분한 교반(Adsorption)

균일하고 엷은 도포 그리고 완전한 건조가 이루어 져야 한다

고무를 강력하게 접착시키기 위해서는 접착제가 적당히 고무 중으로 확산 된 후

에 고무와의 사이에서 상호 확산과 가교반응을 일으킬 필요가 있다 따라서 고무와

상용성이 있는 적절한 접착제 선정이 필수이며 충분한 교반 점도 조절에 의한 균

일한 도포 적당한 두께 완전한 건조 온도와 시간 가 이루어져야 한다 ( )

- 16 -

제 절 고장분석 자료 해석제 절 고장분석 자료 해석제 절 고장분석 자료 해석제 절 고장분석 자료 해석2222

설계설계설계설계1 FMEA1 FMEA1 FMEA1 FMEA

설계 는 설계 단계에서 발생하는 위험FMEA(Failure Mode and Effect Analysis )

성을 발견하기 위한 것으로 잠재적인 결함을 확인 한 후 그 영향의 심각성을 평가

하고 중점 관리 항목과 잠재적 설계 결함에 대응하기 위한 것으로 설계상의 문제

점들을 검증하고 효율적 설계개선을 행할 수 있도록 해준다 설계에 대한 잠재고장

모드의 리스트 중요 관리 특성 리스트 고장모드의 원인 제거나 발생률 감소를 위

한 설계활동 리스트 등이 그 결과물이 된다 에 대한 설계 는 표 DA-2 FMEA [ 32]

에 열람하였다

본 제품의 설계 에서는 아래 항목들에 대해 중점적으로 고려하였다FMEA

과다한 진동과 소음 형상 및 재료설계 오류로 인한 정특성 동특성 값의 불1) -

만족

내구성 문제 내철 외철의 파손 철 고무의 접착 불량 고무의 미가류 과가류2) -

외관 불량 내철 외철의 부식 미가류 과가류로 인한 고무의 이상 형태 고무3) -

버 나 살 로 인한 외관 불량 형태(burr) (flesh)

- 17 -

표 설계[ 32] FMEA

- 18 -

- 19 -

공정공정공정공정2 FMEA2 FMEA2 FMEA2 FMEA

공정 은 제품생산 공정에서 발생할 수 있는 잠재적인 문제점 또는 위험성FMEA

을 발굴하여 효과적으로 대응하기 위한 분석 기법으로 제품의 중대사고 발생 예방

으로 고객의 불만을 방지할 수 있으며 결함의 영향을 제거 또는 감소를 위한 부분

별 대책 수립의 근거가 되며 생산 문제점 검증을 통한 효율을 제고할 수 있다 공

정상의 잠재고장 모드와 그 영향을 검토 할 수 있으며 엔지니어들이 불량발생을 낮

추거나 불량 탐지 능력을 증대시킬 수 있는 관리 수단 또는 방법에 초점을 맞출 수

있도록 공정결함을 규명할 수 있다 공정에 대한 잠재고장 모드의 리스트 중요 관

리 특성 리스트 고장 모드의 원인 제거나 발생률 감소를 위한 공정 활동 리스트

들 결과물을 얻을 수 있다

표 에 보여준 의 공정 에서는 특히 아래 관련 항목들이 내구성 향[ 33] DA-2 FMEA

상과 품질개선을 위하여 중점적으로 검토되었다

접착제 도포 공정 의 점도관리체계에 의한 접착제 도포두께 관1) Zahn Cup No2

리상태 불량 건조상태에서 발생할 수 있는 접착제의 이상적 화학반응 및 건조상태

등

가류공정 고무와 내철 외철류의 이상적인 화학반응으로 인한 불량 접착상태2)

사출 성형후 고무의 갈라짐 흠집 등에 의한 외관 불량상태

시험 검사 공정 내구사양의 불만족상태 동특성 정특성 값의 사양 불만족상태3)

고무와 내 외철의 고무접착강도 불만족상태 등을 고려함

- 20 -

표 공정[ 33] FMEA

- 21 -

- 22 -

- 23 -

- 24 -

제 장 재료배합개선제 장 재료배합개선제 장 재료배합개선제 장 재료배합개선4444

제 절 배합의 기본 조건제 절 배합의 기본 조건제 절 배합의 기본 조건제 절 배합의 기본 조건1111

방진 고무부품을 만들려면 다음의 가지 공정을 거친다3

배합공정 사용목적에 따라 원료고무를 선택하고 배합약품의 종류와 양을 결middot

정하는 공정

가공공정 정해진 배합에 따라서 고무와 배합약품을 섞고 혼련 일정한 두께middot ( )

의 고무 시트를 제조하고 만들고자 하는 모양으로 절단하는 공정

가황공정 만들고자하는 모양으로 절단한 미가황 고무에 고무 탄성을 갖게middot

하고 물성을 개선하는 공정

이들 중 배합은 가공공정 가황공정 및 만들어진 제품 성능에 절대적인 영항을 미

치므로 배합설계자는 배합설계 를 할 때 다음의 가지 점(Compounding design) 3

에 균형을 잘 조화 시켜야 한다(3P)

최종 제품의 요구물성을 충족시킬 것middot (Property)

가공이 쉬울 것middot (Processing)

부피 당 배합단가가 적정할 것middot (Price)

또한 이와 같은 조건을 충족시키는 배합설계를 하기 위해서 배합설계자는 배합

의 목적 배합에 사용되는 원료고무와 각종 배합제의 성질 배합의 기초 배합단가

제품이 만들어 질 때까지의 작업 및 설비 등을 주지해야 한다

배합에는 원재료의 시험이나 평가를 목적으로 하는 배합과 공장에서 제품을 만들

기 위한 배합으로 나룰 수 있다

원재료의 시험이나 평가를 목적으로 하는 배합은 원재료의 대체나 품질

- 25 -

확인을 위한 기초 배합과 새로운 원재료가 개발됐을 때 이곳에 대한 실제적인 용도

개발을 위한 시험 또는 연구배합이 있다 개발을 위한 시험 또는 연구배합에서는

기초적인 성상을 구하는 배합으로부터 실용화에 대비한 응용배합에 이르기 까지를

검토의 대상으로 하기도 한다

제품을 생산하기 위한 목적으로서의 배합이란 종래에 없었던 새로운 요구가 있

었을 때 종래 사용하던 원재료를 써서 그 목적에 알맞은 배합을 결정하여 공장에

서의 실제 생산에 투입하는 경우를 뜻한다

고무 부싱과 엔진마운트와 같은 방진을 목적으로 하는 고무제품의 재료를 보면

등의 계의 고무가 적합하다는 게 일반적인 고무업체의 정설이NR SBR BR Diene

다 하지만 목적에 맞게 고무의 원재료를 선택하여야 한다 결국 방진이라는 기능의

고무 특성을 만족하기 위해서는 가교라는 차원 구조의 밀도를 요구하고 있다는 것3

을 알 수 있다

일반적인 방진고무의 요구특성으로는 다음과 같은 조건을 만족하여야 한다

첫째 파단 특성을 만족하여야 한다 즉 분자들과의 높은 응집력과 와의 높 Filler

은 친화성으로 응력을 분산시키는 구조로 이루어져야하는 조건을 만족하여야 하며

둘째 특성을 만족하여야 한다 에 대한 조건을 만족시키기 위해서 Creep Creep

는 고무의 분자 회전성이 높고 응집에너지가 낮을수록 좋다

셋째 내열성 및 내열 산화성에 대한 조건을 만족하여야 한다 이것은 일반적으로

기계적인 모든 성질은 온도의 의존성이 낮을수록 바람직하다고 할 수 있다 이에

방진목적의 고무도 이 같은 성질을 만족하여야 한다

- 26 -

넷째 일반적인 방진 제품은 고무만의 단독 현상으로는 그 형태를 유지하기 힘들

며 금속과의 결합을 통하여 그 방진특성을 만족하여야 한다 이에 방진고무의 기본

적인 성질은 금속과 접착성이 좋아야 한다는 조건을 만족하여야 한다

다섯째는 감쇄계수에 대한 부분으로 감쇄계수가 크고 온도의존성이나 주파수 의

존성이 좋아야 한다 일반적으로 은 감쇄가 적고 소변형에서 대변형에 이르기까 NR

지 선형의 복원을 하며 주파수에 의존하지 않은 특성을 가지고 있으므로 방진고무

로 적합하다고 할 수 있다

여섯째 탄성율에 관한 내용으로 일반적으로 방진 고무의 탄성율은 온도 및 진폭

의존성이 낮은 쪽이 좋게 된다

마지막으로는 정적강성과 동적 강성의 비로 표현되는 동배율에 유의해야 한다

일반적으로 방진고무의 감쇄 특성을 고려하면 동배율이 높은 것이 유리하지만 동적

특성의 온도의존성 변형율 동적 변형율에 의한 발열 및 내피로특성을 보면 저동배

율 쪽이 유리하다

제 절 재료배합 개선방안제 절 재료배합 개선방안제 절 재료배합 개선방안제 절 재료배합 개선방안2222

원재료 및 배합제의 개선원재료 및 배합제의 개선원재료 및 배합제의 개선원재료 및 배합제의 개선1111

고무부싱 제품의 경우 그 기능상의 요구로 인하여 주로 계열의 천연고무를NR

원재료로 사용한다 본 연구에서도 계열의 천연고무를 원재료로 하고 요구 특성 NR

의 개선을 위해 배합제의 선정을 대해 연구하였다 일반적으로 천연고무 및 합성고

무에 적용되어지는 배합제는 가황속도 조절 가공의 원활화 품질특성 개선 그리고

특수 성능 등의 목적으로 사용되어

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진다 배합제의 종류로는 가공조제 연화제 유기가황제 가황촉진제 노화방지제

등으로 나눌 수 있다

요구 경도의 결정은 함량을 조절하여 설계하였으며 품질특성을 향상 시Carbon

킬 수 있는 재료를 연구한 결과 미세 으Caron Carbon Black(MAF FEF GRADE)

로 물성을 향상 시킬 수 있도록 하였다 특성에 큰 영항을 주는 배합제의 경우 그

용도에 따라 많은 종류를 인자로 적용할 수 있지만 많은 인자로 인하여 발생하는

비용적 시간적 손실을 최소화하기 위해 본 연구에서는 원재료와 함량을 Carbon

고정한 후 촉진제 종류와 가황제의 양을 조절하는 방식으로 배합제에 대한 최적의2

조합을 선택하는 방법으로 접근하였다

내구성 향상을 위한 방안내구성 향상을 위한 방안내구성 향상을 위한 방안내구성 향상을 위한 방안2222

내구성을 향상시키기 위한 일반적인 방법은 경도를 향상시키는 것인데 경도를

높이는 방법만으로는 다른 특성 즉 정 동특성을 동시에 만족시킬 수 없는 어려움이-

있다 이에 본 연구에서는 방진용 제품이 요구하는 정 동특성과 내구성을 Bushing -

동시에 향상 시킬 수 있는 방안을 모색하기 위하여 촉진제와 가황제를 이용하여 최

적을 배합설계를 이루고자 하였다

내구성을 향상시키기 위한 방법으로 보통 량의 조절을 통한 경도 조절법Carbon

을 이용하게 되는데 본 연구에서 적용한 은 미세 Carbon Carbon Black(MAF FEF

으로 인장강도 및 경도 인장응력을 증대하는 효과를 얻고자 하였다 이러GRADE)

한 미세 의 적용과 동시에 보강제의 분산 및 흐름성 개선을 위하여Carbon Black

가공조제를 개선하여 적용하였다

가교시스템의 향상 방안가교시스템의 향상 방안가교시스템의 향상 방안가교시스템의 향상 방안3333

가황반응 고분자 주쇄간 가교결합을 통한 차원 망상구조를 형성하(Vulcanization) 3

여 고분자 화합물의 복원력 탄성 특성 및 기타 요구물성을

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증가시킨다 다양한 가교결합 형태 중 방진고무산업에서 많이 이용되고 있는 가교

결합은 을 도입한Polysulfide (-C-Sx-C- x=1~4) Conventional CV(Vulcanization)

계를 많이 사용한다 여기서 사용되고 있는 인 천연고무 Polymer (Natural Rubber

의 배합에 있어 가교 또는 가류형태의 변화에 따라 물성 및 특성의 변화가 있NR)

음을 알 수 있다 즉 가교형태 변화에 따른 유사한 특성을 나타내는 Stress-Strain

조건하에서 공정특성 및 전반적인 물성에 영향을 미침을 알 수 있다 의 기 Polymer

본 배합에서 촉진제나 황 공여체 증가에 따라 가류 유도시간(Sulfur Donor)

은 길어지나 가류속도는 빨라진다 특히 고온 가류 시 과 가류(Induction time)

에 의한 물성하락을 방지하기 위해 열 안정성이 우수한(Overcure) EV(Efficient

계를 사용하는 것이 근래에 소개되고 있다 고분자의 물성은 가교형Vulcanization)

태뿐 아니라 가교밀도에 크게 의존한다 가교계 변화에 따른 인장강도의 영향은 매

우 적은 반면 신장율은 계에서 로 같수록 감소CV(Conventional Vulcanization) EV

하는 경향이 있다

이란 가류시간의 지연 또는 과가류로 인한 고무 물성의 저하를 말한Reversion

다 이러한 현상은 제품의 외면이 과도한 열에 노출될 수 있다 다중황공유 결합의

열적노화현상이 발생하며 가교형태가 다중황 결합에서 단일황(Polysulfidic)

결합으로 바뀌게 되며 밀도가 현저하게 저하되고 환상형 씨오알켄(Monosulfidic)

과 씨오알칸 구조로 바뀌게 된다 결과적으로 재료의 물성(Thioalkene) (Thioalkane)

과 기계적 성질이 떨어지게 된다

이 발생하는 시간을 가교형태에 따라 비교하여 보면Reversion CV lt Semi-CV lt

으로 알려져 있으며 시스템에서는 촉진제 종류에 따라서 인장과 신율의 물EV EV

성에 하락 없이도 공정 안정성 특성이 매우 우수하다 이 Anti-Reversion

으로 인해서 물성과 기계적 성질을 향상시킬 수 있으며 황공여체 사Anti-Reversion

용 또는 계로 가교형태를 전환함으EV

- 29 -

로써 가능하다 이로써 가교의 다중황결합 을 줄이고 단일 또는 이중황 결 (S3~S8)

합으로 내열성 및 결합의 안정성을 증가시킬 수 있다 이러한 과정에서 공정설계상

계보다 더 낮은 가류온도와 더 길어진 가류시간이 필요하게 된다 이러한 계CV EV

에서는 정도의 황과 계에 비해서 다소 많은 양의 촉진제를 사용하02~05 phr CV

게 된다 여기에 근거하여 혼합물성분의 한계 표 표 에 나타난 황과 촉 ([ 42] [ 44])

진제 양의 범위를 정하였다

발생 시간의 효율적인 제어를 위하여 본 연구에서는 적절한 촉진제의Reversion

배합량을 조절하여 방진제품에서 요구하는 특성을 만족하는 조건을 선정하고자 하

였다 그림 은 의 예를 보여준다 [ 41] Reversion

그림 의 예[ 41] Reversion

본 연구에서는 인장 내열 강도의 증가와 동 정특성 내구성 증가를 위한 가교 시- -

스템의 향상 방안으로 황량을 조절하여 Convension Type(Efficient Vulcanization

을 통하여 결합력을 증대시켰으며 촉진제를 조절하여 가- CURE STIES-CC-C)

교효율을 증대하였다 또한 가황 조건에 변화가 적은 배합설계를 하여 향상된 적정

가황이 될 수 있도록

- 30 -

하였으며 를 정립화하여 최적의 적정 가황 포인트를 찾아 인장이 최CURE-STUDY

적일 때 내구성이 최적이고 가황제품과 시편을 동시에 함으로 시편과CURE-STUDY

제품의 상의성을 방지할 수 있었다

자동차업계에서는 일반적으로 고가의 폴리머를 선호하지만 본 연구를 통하여 가

격이 낮은 폴리머로도 성능향상이 가능하다는 것을 입증하였고 향후 타 아이템에도

연계 적용함으로 새로운 배합설계를 구축하였다

실험계획법의 적용실험계획법의 적용실험계획법의 적용실험계획법의 적용4444

기존의 개발 진행 방식은 경험에 의한 시행착오 접근 방법을 사(Trial and Error)

용하여 성능향상을 도모하였으나 본 연구에서는 배합물설계에 위한 실험계획법

기술을 적용하여 이론적으로 최적의 배합설계를 이(DOE Design of Experiment)

룰 수 있는 방법을 연구하였다

일반적인 고무제품의 배합은 많이 알려져 있지만 특성 향상을 위한 방안이나 그

배합에 대한 신뢰성에는 많은 의문점이 제기 되는 게 현실이다 본 연구에서는 요

구특성을 만족시키기 위하여 선정된 촉진제의 배합조건의 최적화를 실현하기 위하

여 실험계획법의 꼭지점계획법을 이용하여 그 효율성을 검증하고자 하였다 배합의

경우 어느 독립적인 인자의 선정으로는 그 효과를 극대화 시킬 수 없는 특성이 있

는데 본 연구에서는 선정된 촉진제 및 폴리머의 조건 하에서 최적의 배합 조건을

찾아보고자 하였다

재료배합설계의 개선을 위한 방안을 정리하면 표 과 같다[ 41]

- 31 -

표 내구성 및 정 동특성 동반향상을 위한 개선방안[ 41] -

항 목항 목항 목항 목 기존 방안기존 방안기존 방안기존 방안 제안된 개선 방안제안된 개선 방안제안된 개선 방안제안된 개선 방안

배합 설계 방안

경험적 배합 설계

고 배합설계COST

국내수급재료사용

실험적 분석기법 도입

저 배합설계COST

해외재료수입

내구성 향상

량 변경Carbon

용도별 적정 적용Carbon

정동특성 향상 방안을 동시==gt

고려

경험적 수치의 가황제 량 선정

가교 시스템 향상 방안을 고려한

가황제 량 선정

(EV - CURE)

결합력 증대==gt

경험적 수치에 의한 촉진제 량

선정 경도별 선정 미비( )

가교 효율을 반영한 촉진제 량의

선정

적정한 가황 포인트 파악을 위한(

실시Cure Study )

정 동특성 향상-

정특성 향상 방안 경도 증가

동특성 향상 방안 경도 하락

두 특성을 만족시키기 위한==gt

경험적 수치의 경도 선정

데이터베이스를 활용한 배합설계

정 동특성을 동시에 만족할 수-

있는 배합제 적용

분산 및 흐름성 개선==gt

형상개선과 동시 고려==gt

- 32 -

표 는 지원 전 배합비율과 특성별 성능수준을 나타낸다[ 42]

표 지원 전 성능수준[ 42]

- 33 -

제 절 꼭지점계획법에 의한 최적배합조건제 절 꼭지점계획법에 의한 최적배합조건제 절 꼭지점계획법에 의한 최적배합조건제 절 꼭지점계획법에 의한 최적배합조건3333

재료설계에 적용되는 실험계획은 혼합물 배합에 관한 실험계획으로서 몇(Mixture)

개 성분의 혼합물 중 어떠한 성분이 품질의 특성에 유의한 영향을 미치는지를 분석

하여 반응을 최대로 만드는 최적혼합비율을 찾고자 하는 실험계획이다

혼합물실험에 적용되는 실험계획으로는 심플렉스 격자형배열법 심플렉스 중심배열

법 꼭지점 계획법 등을 주로 적용한다 본 실험에서는 심플렉스의 전 영역이 아니

라 제한된 영역에서 실험을 하고자 하므로 꼭지점계획법(Extreme vertice design)

을 적용하였다

고무부싱의 재료배합에서는 개의 성분재료가 있고 이들을 어떤 비율로 배합하는

것이 품질특성치를 가장 좋게 하는가를 찾는다 성분의 혼합에 있어서 를 번째

성분의 혼합비율이라고 하면 다음과 같은 관계식을 만족시켜야 한다

이러한 경우는 일반적 실험계획법처럼 심플렉스의 모든 영역에 실험이 배치되는 것

이 아니고 제한된 영역에서만 실험을 하는 경우이다 즉 각 인자 가 (Factor) 0 le

의 모든 값을 취할 수 있는 것이 아니라 제한된 구간1le

안에서만 값을 취한다 이와 같은 경우는 경제적인 이유나 또는 실험 전에 인자들

의 성질에 대하여 상당한 정보가 있는 경우이다 위의 식과 같은 인자의 구간이 설

정되면 실험가능영역은 심플렉스 상의 좁은 영역이 된다

- 34 -

과 은 제한된 실험영역에 대한 실험계획법으로 꼭지점 계획법Mclean Anderson

을 제안하였다 이 계획법은 제한된 영역이 가지는 모든(extreme vertices design)

꼭지점과 이 꼭지점들의 선형조합으로 이루어지는 몇 개의 점을 적절히 선택하는

실험계획법이다 만약 개의 혼합성분이 사용되는 경우 실험영역을 그림으로 그리 4

면 그림 와 같이 사면체 속에 위치하는 면체가 된다 과 은[ 42] 6 Mclean Anderson

이 면체의 꼭지점과 중심점을 실험점으로 선택하는 방법에 대한 예제를 제시하고6

있다

그림 개의 혼합성분에 대한 꼭지점계획법[ 42] 4

고무부싱의 재료설계 시 혼합물은 고무 카본 및 배합원료로서 황화제 촉진제

가공제 유기산 금속산화제 노화방지제 보강제 충진제 등을 사용한다

재료 배합 실험은 경도별로 나누어 실행되었으며 표 은 경도 도 오차범[ 43] 48 (

위 plusmn 도 에 대한 혼합물성분의 한계이다 에 성분의 한계를 입력한 결과2 ) MINITAB

네 가지 성분에 대하여 표 와 같은 총 회의 실[ 44] 17

- 35 -

험점이 생성되었다 실행 의 경우 의 성분을 1 A B C D 09807 00068 00011

의 비율로 섞어서 실험하라는 의미이다00114

표 혼합물 성분의 한계[ 43] (48Hs)

성분 하한 상한

A 외 기타Polymer 09774 09807

B 촉진제1 00068 00085

C 촉진제2 00011 00022

D Sulfur 00114 00119

표 꼭지점계획법에 의한 실험설계와 결과데이터[ 44] (48Hs)

을 활용한 혼합물 설계 데이터분석 결과는 표 표 과 같다MINITAB [ 45][ 46] 17

회의 실험점에 대한 데이터분석 결과 각 실험 점에서의 적합추정치와 신뢰구 95

간을 구할 수 있었다

- 36 -

표 을 보면 실험점 에 의한 배합조건으로는 신뢰구간으로[ 45] 14 95

의 내구성이 나타난다 에서는 각 성142322cycle ~ 146166cycle Nominal Load

분에 대한 제한조건을 만족시키면서 내구성을 최대로 하는 처리조건은 인자의 네

가지 성분 즉 외 에 대한 배합 비율이 Polymer Acc1 Acc2 Sulfur 097740

이었다 그리고 이 처리조건에서 예상되는 내구성은00085 00022 00119

에 도달할 것으로 추정되었다146943cycle

에서는 인자의 네 가지 성분의 배합비율이 와 마찬Maximum Load Nominal Load

가지로 이었다 그리고 이 처리 조건에서 예상되는09774 00085 00022 00119

내구성 추정치는 이었다18917cycle

표 데이터분석 결과[ 45] (48Hs Nominal Load)

에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응Dura(Nom)Dura(Nom)Dura(Nom)Dura(Nom)

- 37 -

반응 최적화 모수반응 최적화 모수반응 최적화 모수반응 최적화 모수

글로벌 솔루션글로벌 솔루션글로벌 솔루션글로벌 솔루션

예측 반응예측 반응예측 반응예측 반응

Dura(Nom) = 146943

- 38 -

표 데이터분석 결과[ 46] (48Hs Maximum Load)

에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응Dura(max)Dura(max)Dura(max)Dura(max)

반응 최적화 모수반응 최적화 모수반응 최적화 모수반응 최적화 모수

글로벌 솔루션글로벌 솔루션글로벌 솔루션글로벌 솔루션

외Polymer = 09774

- 39 -

Acc1 = 00085

Acc2 = 00022

Sulfur = 00119

예측 반응

Duro(max) = 189171

경도 도 오차범위 도 에 대한 혼합물성분의 한계와 에 의한 실험50 ( plusmn 2 ) MINITAB

점은 표 표 과 같다[ 47] [ 48]

표 혼합물 성분의 한계[ 47] (50Hs)

- 40 -

표 실험계획의 결과[ 48] (50Hs)

경도 도에 대한 혼합물 설계 데이터분석 결과는 표 표 과 같다50 [ 49][ 410] 17

개 실험 점에서의 적합추정치와 신뢰구간은 예측반응에 잘 나타나 있다95

에서는 각 성분에 대한 제한조건을 만족시키면서 내구성을 최대로Nominal Load

하는 처리조건은 외 기타 의 각 성분에 대하여 배합비Polymer Acc1 Acc2 Sulfur

율이 이고 이 처리조건에서 예상되는 내구성은09687 00088 00025 00200

에 도달할 것으로 추정되었다159209 Cycle

에서는 인자의 네 가지 성분의 배합비율이 와 마찬가Maximum Load Nominal Load

지로 이었다 그리고 이 처리조건에서 예상되는 내09687 00088 00025 00200

구성 추정치는 이었다 일 때와 일218572 Cycle Nominal Load Maximum Load

때의 적정배합비율이 다르게 나오는 경우가 있는데 이는 오차범위 경도의 경우( plusmn

도 가 비교적 넓은 고무의 특성에서 비2 )

- 41 -

롯되거나 측정오차에 따른 결과로 추정된다

표 데이터분석 결과[ 49] (50Hs Nominal Load)

에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응Duro(Nor)Duro(Nor)Duro(Nor)Duro(Nor)

반응 최적화 모수반응 최적화 모수반응 최적화 모수반응 최적화 모수

- 42 -

글로벌 솔루션글로벌 솔루션글로벌 솔루션글로벌 솔루션

예측 반응예측 반응예측 반응예측 반응

Duro(Nor) = 159209

표 데이터분석 결과[ 410] (50Hs Maximum Load)

에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응Duro(max)Duro(max)Duro(max)Duro(max)

- 43 -

반응 최적화 모수반응 최적화 모수반응 최적화 모수반응 최적화 모수

글로벌 솔루션글로벌 솔루션글로벌 솔루션글로벌 솔루션

예측 반응예측 반응예측 반응예측 반응

Duro(Max) = 218572

재료배합시험에 있어서 가류시간이 특성 치에 영향을 미치므로 레오그래프

분석에 의해 적정가류시간을 결정한다 레오그래프는 다음의 용도에(Rheograph)

활용된다

고무제품의 가류도 측정①

가류속도 측정②

최적의 가류공정 조건 확립③

가류약품 선정 및 배합 작성Recipe④

고무제품의 품질관리⑤

아래 그림 은 경도 도에 대한 재료의 레오그래프이다 그래프에 나타난 용[ 43] 48

어를 설명하면 다음과 같다

혼합물 의 가 가류되었을 때의 시간을 나타내며 가류시간을tc90- (Compound) 90

결정하는 기준으로 사용된다

스코치시간 을 나타내며 원하지 않는 가교가 일어ts2 - (Scorch time)

- 44 -

나는 시간으로 적절한 가류시간을 찾기 위해 필요한 과정임

고무의 특성을 토르크 값으로 나타낸 값으로 일반적으로 혼합물Tmax- (Torque)

의 경도에 따라 변함

평형 토르크MH- (Equilibrium torque)

최소 토르크ML- (Minimum torque)

본 재료시험에 적용된 가류시간은 의 배 사이에서 적정수준을 결정하tc90 1-15

였다

연구의 결과 카본의 입자가 작을수록 내구성은 향상시키지만 대체로 분산이 잘 되

지 않아 혼합물의 품질이 고르지 못하였다 따라서 카본의 분산도를 평가하여 만족

할 만한 수준이 나오는지 확인하였으며 상대적으로 작은 입자경의 카본을 사용하

여 내구성을 높이려 하였다

그림 경도 도 고무에 대한 레오그래프[ 43] 48

- 45 -

실험의 결과 카본블랙과 레오그래프와의 관계는 그림 와 같이 나타났다 그림[ 44]

에서 보는바와 같이 입자경의 크기가 증가함에 따라 결합력이 약해지므로 토르크

값이 낮아짐을 알 수 있다

그림 각종 카본블랙의 레오그래프[ 44]

- 46 -

본 연구에 적용된 카본 입자경의 크기와 양은 표 과 같다[ 411]

경도변화는 카본입자의 크기와 양에 따라 결정이 되며 레오그래프의 값이 Tmax

이러한 사실을 보여주고 있다

표 레오그래프상의 경도와 카본의 관계[ 411]

레오그래프는 섭씨 도에서 그려짐PHR = Part in Hundred Rubber 160

- 47 -

제 장 형상개선제 장 형상개선제 장 형상개선제 장 형상개선5555

제 절 외철의 스웨징 율 변화에 의한 개선제 절 외철의 스웨징 율 변화에 의한 개선제 절 외철의 스웨징 율 변화에 의한 개선제 절 외철의 스웨징 율 변화에 의한 개선1111

높은 품질의 부싱을 개발하기 위해서는 적절한 재료설계에 의한 경도 및 고무 특

성의 설정이 매우 중요한 요소이지만 고무의 특성 개선에만 의존하는 것은 한계점

이 있다 따라서 제품의 형상변화를 통해 고무의 특성을 극대화함으로써 내구성 및

품질특성을 향상시킬 수 있다

그림 은 부품의 세부형상과 설계도이다[ 51]

그림 세부형상[ 51] DA-2

- 48 -

그림 는 제품의 단면을 보여준다 그림에서 는 다른 모델에 비해 고무[ 52] DA-2

량이 다소 적음을 알 수 있다 형상 변화를 통한 품질특성의 개선을 시도함에 있어

서는 부품에 대한 조립성과 제조성 을 반드시(DFM Design for Manufacturability)

고려하여 형상변화를 꾀하여야 한다 본 제품의 경우 외철 과 내철 (outer pipe)

의 길이는 한정되어 있으며 그 직경의 변화도 허용공차를 미만(Inner pipe) 05 mm

의 수준으로 요구하고 있다

형상변경을 통한 성능향상 방안으로서 외철에 대한 스웨징율 을 변(Swaging rate)

경함으로서 외경크기의 변화를 시도하였으며 또한 내철의 구배각도를 변화시켜 개

선점을 찾으려고 노력하였다

그림 단면[ 52] DA-2

부싱의 경우 일반 적으로 스웨징이라는 공정을 거치게 되는데 이는 공정에서 외

경의 크기 조정을 통하여 성능을 향상 시키는 방법으로서 스웨징율을 조정함으로서

외철의 외경 크기를 허용범위 내어서 변화시키는 것이다 이는 스웨징에 따른 직경

변화에 의해 고무의 조직이 조밀해져 고무 특성을 향상시킬 수 있게된다

그림 은 스웨징의 방향을 나타내며 그림 는 스웨징 전 후의 외철의 크[ 53] [ 54]

기 변화를 보여주고 있다

- 49 -

그림 스웨징 방향[ 53]

그림 스웨징 전후의 외경 크기의 변화 단면[ 54] ( )

제 절 내철의 구배 변화에 의한 개선제 절 내철의 구배 변화에 의한 개선제 절 내철의 구배 변화에 의한 개선제 절 내철의 구배 변화에 의한 개선2222

아래 그림 는 형상 변화를 시도할 수 있는 내철 끝단 부분의 구배를 표시한[ 55]

그림으로서 는 구배각도를 나타낸다a

- 50 -

그림 구배각도[ 55]

그림 은 본 제품의 특성 요구 사항을 그림으로 표시한 것으로 고무부싱은[ 56]

및 의 외력에 대하여 적절하게 대응할 수 있도록 설계되어야 한다 부싱 종류F1 F2

의 경우 일반적으로 고무 제품의 유연함과 동배율 개선을 위하여 저경도의 고무를

적용하는 경우가 많은데 이 경우에는 외력에 대한 특성이 상대적으로 취약하게F1

나타나게 된다 이러한 취약점을 보완하기 위하여 본 연구에서는 그림 과 같 [ 57]

이 제품이 허용하는 범위 내에서 내철의 구배를 변화 시킨 후 실험데이터의 분석을

통해 성능 개선 방안을 찾고자 하였다

그림 부싱의 외력[ 56]

그림 의 의 경우는 구배를 주지 않은 경우이며 의 경우는 구배를 준[ 57] (a) (b)

경우를 표시하고 있다

- 51 -

의 경우 외력에 의하여 발생하는 반발력 은 순수한 고무 특성에 의해서(a) F1 Fr1

만 나타나게 된다 이러한 경우 저경도의 고무을 적용하였을 때 의 크기가 미미 Fr1

하여 적절한 특성을 발휘하지 못하게 된다

의 경우와 같이 내철에 구배를 주게 되면 의 외력에 대하여 구배가 들어간(b) F1

부분 에 의한 반발력 함께 가 생성되어 상대적으로 에 대한 저항력이 커Fr3 Fr2 F1

짐으로써 성능을 향상 시킬 수 있게 된다

그림 구배각도의 적용에 따른 차이 단면[ 57] ( )

그림 구배각도의 적용에 따른 차이 입체[ 58] ( )

- 52 -

제 장 도포공정개선제 장 도포공정개선제 장 도포공정개선제 장 도포공정개선6666

고무부싱의 내구성 향상을 위하여 필수적으로 관리하여야 할 공정이 도포공정이

다 도포공정은 접착의 원리에서부터 접착의 구조 접착의 강도 피착재의 표면처리

법 및 접착제 사용법 등 접착에 관한 전반적인 기술을 공정에 효율적으로 적용하여

야 한다

고무와 금속과의 접착력이란 접착제와 피착제 사이의 계면 결합력을 의미하며 접

착강도는 시험방법 접착방법 시험시의 조건 시편의 기하학 등 여러 인자에 의해

영향을 받는다 접착파괴는 접착제의 가장 약한 곳에서 일어나며 접착강도는 여러

가지 측정법에 따라 고유강도 잔류강도 측정강도 등과 같이 다르게 표현된다 고

무부싱의 접착구조는 그림 과 같다[ 61]

그림 접착의 구조[ 61]

프라이머 는 피착제 표면과의 친화성이나 접착제와의 상용성이 뛰어나야(Primer)

하고 동시에 접착 저해물과의 상용성도 높아야 한다 또 프라이머 중의 유효성분

쪽이 피착제 표면에 흡착되어 있는 저해성분보다 피착제에 의하여 안정하게 흡착되

어 있는 것이 중요하다 따라서 프라이머는

- 53 -

충분한 교반 균일하고 엷은 도포 그리고 완전한 건조가 이루어져야 한다 이러한

도포공정은 피착제의 모앙에 따라 달라진다

열경화성 접착제의 대부분은 유기 중합물과 각종 충진제를 유기용제에 용해 분산

시킨 것으로 사용전이나 사용 중에도 교반기 등으로 균일하게 용해 분산시킨 접착

제를 사용하는 것이 중요하다 따라서 의 도포 공정은 그림 와 같이 교 DA-2 [ 62]

반기를 추가 설치하여 공정 개선을 실시하였다

그림 설치한 교반기[ 62]

또한 피착제의 균일한 도포를 위해 롤타입의 코팅기에 기존 페인트용 롤러에서

그림 에서와 같이 융을 말아 롤러 도포하는 형태로 개선을 실시하여 코팅의[ 415]

두께 정밀도를 향상시켰다

- 54 -

그림 변경된 롤러 모양[ 63]

접착 재료를 프라이머 에서 변경하여 사용함CHEMLOK 220 252 CHEMLOK 205

으로써 접착력을 향상시켰는데 는 금속 및 경길대료의 프라이머로CHEMLOK 205

사용되며 또한 같은 극성고무에 단독으로 접착이 가능하다 NBR

방식의 경우 의 특징을 살펴보면TWO Coat CHEMLOK 205

ㆍㆍㆍㆍ 접착제의 금속 표면에서의 접착강도를 향상시킬 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ 기계적 표면처리 후 활성화된 금속표면을 산화작용으로부터 보호하며 녹방

지 도료적 역할을 한다

ㆍㆍㆍㆍ 크로로프렌이나 에피크로로히드린고무와 같은 가류 중에 염소가스를 발생

시 켜 금속표면을 부식시키기 쉬운 고무배합에 대하여 유효하게 적용된다 프

라 이머는 충분한 교반 균일하고 엷은 도포 그리고 완전한 건조가 이루어져

야 접착성이 뛰어나게 된다

도포공정 개선 전후의 효과는 그림 그림 의 도포두께 비교[ 64]~[ 67] Cpk

를 통해서도 알 수 있다DATA

아래 그림 는 도포공정의 개선전[ 64] 관리도의 그래프를 나타낸

- 55 -

것으로 관리도는 평균치와 범위에 관한 계량형 관리도에서 가장 많이 사용되

는 관리도의 하나이다 관리도는 평균치의 변화를 관리하는 관리도와 산포의

변화를 관리하는 관리도로 구성된다 관리도의 중심선(Central Line) CL=로 나

타내며 관리 상한선 은(Upper Control Limit) UCL= 로 관리하한선인 (Lower

의 경우Control Limit) LCL=

로 구한다

관리도의 관리선의 경우 중심선 관리상한선 UCL= 관리하한선 LCL

의 경우 로 구한다

여기서 등의 계수는 샘플의 크기인 에 따라 결정 되며 일 경우=4

=0729 =0 이다=2282

그림 에서[ 64] 이며=273410 관리도의 로 나타났UCL=307994 LCL=238826

다

관리도의 은CL 이며 이다=4744 UCL=1082581

- 56 -

그림 도포공정 개선전[ 64] 관리도

한편 그림 는 도포공정 개선 전의 경우에 대하여 지정된 규격의 공정능력 [ 65]

지수를 나타낸 것으로서 단기공정능력지수( 와 장기공정능력지수) ( 를 나타낸)

다 단기공정능력지수는 공정능력 ( 과 규격의 폭) ( 과의 비율을 의미하며 일반적)

으로 로 표시한다 규격은 그림 에서처럼 양쪽규격이 모두 주어진 경우 공 [ 65]

정 능력 지수는 다음과 같이 계산할 수 있다

공정 능력

로 나타내고 만약 공정 평균이 규격의 중심으로부터 어느

한쪽으로 치우쳐 있게 되는 경우 치우침도( 와) 를 조합한 단기공정능력지수

( 로 나타낸다 즉)

- 57 -

장기공정능력지수( 의 계산은)

으로서 이다

따라서 그림 에 나타난 것처럼 개선전의 공정능력은[ 65] =17854 =08458

으로서 장기 공정에 대해 만족스럽지 못한 값을 나타내고 있다

그림 도포공정 개선전 공정능력 분석그래프[ 65]

- 58 -

그러나 공정개선후의 관리도인 그림 을 살펴보면[ 66] 이며=28196 관리

도의 이고UCL=300418 LCL=263502 관리도의 은CL 로=2532 UCL=51418

나타난다

그림 도포공정 개선후[ 66] 관리도

- 59 -

개선 후에는 그림 로부터 알 수 있듯이 단기공정능력은[ 67] 으로서=31966

인 장기 공정에 대해 안정적인 것을 확인할 수 있어 도포공정 개선에=23275

대한 효과가 있음을 알 수 있다

그림 정 개선 후 공정능력 분석그래프[ 67]

또한 도포공정의 두께관리를 강화하기 위하여 작업자 교육 및 샘플링 두께 측정

검사를 통해 지속적인 모니터링을 실시하고 공정별 온도관리 및 시간 관리를 통해

작업 환경 유지관리 강화로 변함없는 품질의 제품을 생산하도록 하였다 그림 [

은 롤 코팅 공정이다68] (Roll coating)

- 60 -

그림 롤 코팅 공정[ 68] (Roll coating)

- 61 -

제 장 최적수준 결정을 위한 파라미터 설계제 장 최적수준 결정을 위한 파라미터 설계제 장 최적수준 결정을 위한 파라미터 설계제 장 최적수준 결정을 위한 파라미터 설계7777

제 절 실험계획법에 의한 유의인자 결정제 절 실험계획법에 의한 유의인자 결정제 절 실험계획법에 의한 유의인자 결정제 절 실험계획법에 의한 유의인자 결정1111

재료설계 형상설계 및 공정설계에 대한 최적조건의 결정은 부품의 품질 특성에

대한 사양 을 만족시켜야 할 뿐 아니라 생산부품 간 품질의 산포를(Specification)

최대한 줄여야 한다 의 최적설계를 위해 다구찌 기법 을 적 DA-2 (Taguchi method)

용하였다

다구찌의 강건설계 는 인자 가 품질 특성의 평균에 대해(Robust design) (Factor)

가지는 효과뿐만 아니라 분산에 미치는 효과에 대해서도 초점을 맞추고 있다 분산

을 줄일 수 있는 통제 가능한 인자에 대한 조건을 설정하여 품질특성이 통제 불가

능한 인자의 변화에 대해서는 둔감하도록 할 수 있다 강건설계의 주목적은 품질특

성의 목표값을 유지하면서 분산을 줄이는 인자에 대해 설치값 을 발견하는 (Setting)

데 있다

다구찌 설계에 의한 실험계획법은 특히 확장된 역할로서 다음의 몇 가지를 들 수

있다

ㆍㆍㆍㆍ종래에는 제어 불가능한 환경조건이나 제어하기 어려운 생산조건 공정조건

등의 원인 이를 잡음인자로 통칭 들이 데이터에 주는 영향의 정도를 평가하기 어려( )

웠으나 객관적으로 그리고 계량적으로 이를 평가할 수 있는 방법을 제시하고 있

다 또한 품질 산포의 크기를 계량특성치 손실함수 비 등 로 변환하여 산포를 ( SN )

작게 하는 인자들의 조건을 찾아가는 강건설계를 사용한다

ㆍㆍㆍㆍ직교배열표를 광범위하게 사용하여 인자의 수가 많은 경우에도 크게 실험횟

수를 증가시키지 않고 실험하는 일부 실시법을 사용한다

ㆍㆍㆍㆍ생산라인 내 뿐만 아니라 신제품 개발을 위한 품질설계 파라미터(On-line)

설계 허용오차 설계 등의 라인 외 품질관리를 위하여 유용하게 사용할 (Off-line)

수 있다

ㆍㆍㆍㆍ다구찌 방법에서 추가적으로 다룰 수 있는 주요한 것들로는 직교배열

- 62 -

표의 확대사용 수준계의 표준 직교배열표 이외에 확대 응용 혼합 직교배열표(2 3

의 사용과 조합법의 사용 계량치 데이터의 파라미터 설계 허용차 설계 그리고)

계수치 데이터의 파라미터 설계 동적 특성의 파라미터 설계 등을 들 수 있다

파라미터 설계 는 제품설계와 공정설계에서 유용하게 사용되는(Parameter design)

다구찌 실험계획법의 핵심이다 파라미터는 제품성능의 특성치에 영향을 주는 제어

가능한 인자 를 의미하며 파라미터 설계는 이들 인자들의 최적(Controllable factor)

수준을 정하여 주는 것을 말한다 파라미터를 설계변수 라고도 부 (Design variable)

르며 파라미터 설계에서는 제품의 품질변동이 잡음에 둔감하면서 목표품질을 가질

수 있도록 설계변수들의 최적조건을 구하여 준다 최적조건을 찾을 때 설계변수와

잡음을 주는 인자들을 포함시켜 실험하는 직교배열표 등을 주로 사용한다 이때 목

표 품질을 만족시키는 범위 내에서 가능한 한 비용이 적게 드는 조건이나 부품 등

을 이용한다

만약 신뢰성에 영향을 주는 제어 가능한 인자 에 대한 파라미터설계 A B C D

를 한다고 하자 는 수준 는 수준의 혼합수준 에 대한 설계 A B 4 C D 2 (Mixed level)

분석을 하려고 한다면 각 요인 변동의 계산을 표 과 같은 [ 71] L16(215형 직교배)

열표 를 사용하면 된다(Orthogonal Design)

에 대한 파라미터 설계조건으로는 내구성이 가장 좋은 최적의 설계 및 공정DA-2

조건을 구하여야 하므로 반응변수가 큰 값일수록 좋은 망대특성(Larger-the-better

에 대한 조건을 구하고 부품의 정특성 및 동특성에 대한 분석은 적characteristics)

정한 상호관계를 고려하여 별도의 실험을 행한다

- 63 -

표 다구찌 설계의 예[ 71]

- 64 -

제 절 시험데이터의 해석제 절 시험데이터의 해석제 절 시험데이터의 해석제 절 시험데이터의 해석2222

실험조건실험조건실험조건실험조건1111

제품의 신뢰성향상을 위해 지금까지 재료배합의 개선 형상개선 및 공정개선에

대한 각각의 과정을 설명하였으며 본 장에서는 관련된 여러 인자들을 동시에 고려

하여 최상의 품질특성을 나타낼 수 있는 최적인자수준의 결정에 대하여 설명하려고

한다 이는 인자들 간의 상호 작용이 상승 또는 보완작용을 할 수도 있고 반대로

서로 상극임을 나타낼 수 도 있기 때문이다

일반적으로 고무부싱의 개발에 적용되는 인자 는 다음과 같다(Factor)

ㆍㆍㆍㆍ경도 는 수요기업에서 제시하는 사양 에 따라 적정수(Hardness) (Specification)

준의 경도 도 도 도 도 를 적용하였으며 경험적으로 경도의 산포는(43 45 48 50 ) plusmn

정도이다2

ㆍㆍㆍㆍ각 부분의 모양이나 각도에 따라 고무 량에 영향을 미치게 되는 형상설계에

관해서는 내부 파이프 구배각도를(Inner pipe) 15deg~25deg로 하고 외부파이프 (Outer

의 접착부분을 로 하였으며 외경의 크기는pipe) 13mm~15mm

27mm~ 로 유지하였다278mm

ㆍㆍㆍㆍ공정설계는 가류시간을 로 하였다 가류 온도는240sec~600sec 150deg~180

로 하고 주변 온도에 영향을 받으므로 금형 표면온도는 항상 확인하였다 접착제

도포가 내구성에 영향을 주므로 접착제 두께는 으로 하고 접15micron~40micron

착제 배합조건은 로 하였다120cc~128cc

다구찌 설계에 의한 최적수준을 결정하기 위해 다른 인자는 고정시키고 경도 가

류시간 스웨징 인자에 대하여 표 와 같이 실험수준을 정하였다 [ 72]

- 65 -

표 실험인자 별 수준[ 72]

분석결과의 해석분석결과의 해석분석결과의 해석분석결과의 해석2222

실험결과의 해석은 다음과 같다

을 통해 표 의 실험조건을 입력하여 다구찌 설계를 생성한 결과MMITAB [ 72]

표 과 같은 실험조합을 얻었다 표 는 실험조합 별 시험결과 값이다[ 73] [ 74]

에서의 내구성에 대한 다구찌 설계해석의 결과는 표 의 신호 대Nominal load [ 75]

잡음비 비 평균 표준편차에 대한 반응표에 잘 나타나(SN Signal to noise ratio)

있다 그림 그림 은 비 평균 표준편차에 대한 반응 값을 도식한 [ 71]~[ 73] SN

것이다

표 의 신호 대 잡음비의 반응표를 보면 경도는 스웨징이나 가류시간에 비해[ 75]

반응변수 내구성 에 큰 영향을 미치고 있음을 보여준다 평균에 대한 반응표에서도( )

경도는 다른 인자들에 비해 반응변수의 평균에 크게 영향을 미치고 있음을 알 수

있다 표준편차 역시 경도의 수준 변화에 따라 차이가 가장 많음을 보여주고 있다

- 66 -

표 에 의한 다구찌 설계생성[ 73] MINITAB

- 67 -

표 실험조합 별 시험결과 데이터[ 74]

- 68 -

표 비 평균 표준편차에 대한 반응표[ 75] SN

신호 대 잡음 비에 대한 반응 표신호 대 잡음 비에 대한 반응 표신호 대 잡음 비에 대한 반응 표신호 대 잡음 비에 대한 반응 표

망대특성망대특성망대특성망대특성

평균에 대한 반응 표평균에 대한 반응 표평균에 대한 반응 표평균에 대한 반응 표

표준 편차에 대한 반응 표표준 편차에 대한 반응 표표준 편차에 대한 반응 표표준 편차에 대한 반응 표

- 69 -

그림 신호 대 잡음 비의 주효과도[ 71]

그림 인자수준별 평균의 주효과도[ 72]

그림 인자수준별 표준편차의 주효과도[ 73]

- 70 -

표 와 그림 에서 에서의 내구성 예측값을 가장 크게 하[ 75] [ 72] Nominal Load

는 것은 요인 수준의 조합이 일 때이다 품질 향상을 위해서는 정특성 동(4 2 2)

특성 값도 동시에 고려하여야 하므로 조합 조합 조합(4 2 2) (4 3 2) (4 1 2)

에 대한 예측 값을 함께 구하였다

표 은 에서의 내구성 예측값을 표 은 에[ 76] Nominal Load [ 77] Maximum Load

서의 내구성 예측값 표 은 정특성 예측값 표 는 에서의 동특성 예 [ 78] [ 79] 15Hz

측값 그리고 표 은 에서의 동특성 예측값을 보여주고 있다 [ 710] 150Hz Nominal

에서의 내구성 예측값은 조합 조합 조합에서 각Load (4 2 2) (4 3 2) (4 1 2)

각 목표값인 을 상회한 과170000 Cycle 178023 Cycle 174272 Cycle 175830

로서 조합일 때 더 높게 나타났다Cycle (4 2 2)

동배율은 예측 평균값을 기준으로 할 때 동배율은 조합에서는 에 (4 2 2) 15Hz

서 에서 이고 조합에서의110(1187691079) 150Hz 113(1215561079) (432)

동배율은 에서 에서15Hz 106(112856 106938) 150Hz 108(115769106938)

이며 조합에서의 동배율은 에서 에서 (412) 15Hz 108(118194 1094) 150Hz

이었다109(1195691094)

모델의 경우 수요기업에서 동배율 값이 적은 값을 요구하기 때문에DA-2 (kdks)

동배율을 고려하면 의 조합이 더 좋은 품질을 나타낸다고 할 수 있다(4 1 2)

- 71 -

표 에서의 내구성 예측값[ 76] Nominal Load

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 2 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 3 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 1 2

예측 값

신호 대

- 72 -

표 에서의 내구성 예측값[ 77] Maximum Load

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 2 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 3 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 1 2

신호 대

- 73 -

표 정특성 예측값[ 78]

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 2 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 3 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 1 2

신호 대

- 74 -

표 동특성 예측값[ 79] (15Hz)

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 2 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 3 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 1 2

신호 대

- 75 -

표 동특성 예측값[ 710] (150Hz)

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 2 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 3 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 1 2

신호 대

- 76 -

제 장 부품의 신뢰성성장관리제 장 부품의 신뢰성성장관리제 장 부품의 신뢰성성장관리제 장 부품의 신뢰성성장관리8888

제 절 신뢰성성장관리제 절 신뢰성성장관리제 절 신뢰성성장관리제 절 신뢰성성장관리1111

복잡하고 기술적인 제품의 개발 프로그램을 운영하는 데 있어서는 고객이 요구

하는 신뢰성 수준을 만족시키기 위하여 상당한 규모의 시간 예산 기술인력 등의

자원을 필요로 한다 고객들의 신뢰성 요구수준은 매우 높으므로 이러한 목표를 달

성하기 위하여 시험 개선 시험 개선의 개발과정을 반드시 거친다 이 과정에서 시- - -

스템 서브시스템 또는 모듈을 고장 날 때까지 시험하고 고장모드를 결정해서 이를

제거하기 위한 시도를 하거나 적어도 고장발생을 줄일 수 있는 시도를 하여 설계나

엔지니어링 개선을 이룬다 만약 이러한 과정이 계속되고 설계나 엔지니어링 변경

이 충분히 이루지면 시스템의 신뢰성은 증가한다 개발프로그램이 운영되는 동안

신뢰성 수준의 변화를 추적할 수 있다면 개발책임자로서는 여러 가지 이점이 있다

즉 목표하는 신뢰성 수준을 달성하기 위하여 충분한 비율로 성장하고 있는지의 여

부를 가능한 빠른 시간 내에 판단할 수 있고 그에 따라 필요한 자원을 적절히 배

분할 수 있다 따라서 개발책임자는 시험데이터로부터 현재 시스템의 신뢰성 수준

성장률의 평가 앞으로 기대되는 달성 가능한 수준을 결정하기를 원한다

신뢰성 성장관리 기술은 제품을 개발하는 데(Reliability growth management)

소요되는 많은 시간과 비용 및 엔지니어링 노력을 절감하면서 개념선택 제품과 공

정의 신뢰성 그리고 비용효율을 달성할 수 있도록 유용한 정보를 제공해 준다 군

사장비 자동차 및 전자 중장비개발 등에 적용된 최근의 신뢰성 성장시험 관리기술

은 각 분야의 경쟁적인 사업 환경 아래에서 제품개발을 효율적으로 조직하여 신뢰

성평가를 시작하고 신뢰성 성장과정을 추적할 수 있도록 해준다 신뢰성성장관리기

술은 제품 및 공정설계 관련사항 및 검증시험 항목들에 대하여 사용 환경에 따른

신뢰성 성장 진행과정을 확인하고 그 결과로부터 성장시험곡선을 개발할 수 있게

한다 또한 설계단계 사이의 여러 가지 관련성을 확인하여 관찰하고 그 정보를 다

른 제품보증분석들과 연결하여 고객 요구사항에 대한 제품의

- 77 -

적합도를 적절히 평가하는 데 도움을 준다

신뢰성성장모델은 가 개발한Crow(1975) AMSAA(Army Materiel Systems

모델이 많이 활용되었으나 이는 시스템 또는 서브시스템에서의Analysis Activity)

성장관리에 유용하고 부품수준에서는 모델을 활용하는 것이 더욱 실용적이 Weibull

다 모델은 목표 Weibull B10 수명에 대하여 초기 시작품 으로부터(Early Prototype)

후기 시작품 까지의 신뢰성 개선을 관리하는데 실용적으로 활용할(Later Prototype)

수 있다

신뢰성 성장시험 프로세스신뢰성 성장시험 프로세스신뢰성 성장시험 프로세스신뢰성 성장시험 프로세스1111

신뢰성 성장은 개발시스템에 대하여 여러 시험단계가 시리즈로 이루어지는 동안

고장모드를 발견하고 이를 개선하는 과정을 거쳐 이TAAF(Test Analyze And Fix)

루어진다 또한 기능시험 환경시험 안전시험의 결과는 신뢰성 향상을 위한 FMEA

등과 연계하여 사용된다 분석결과는 설계변경에 반영되고 최종목표가 달성될 때까

지 개선과 시험이 연속적으로 이루어진다 그림 은 일반적인 신뢰성 성장시험 [ 81]

프로세스를 보여준다 프로그램의 시작시점에 신뢰성 성장에 대한 계획을 수립하여

고객의 기대사항을 만족시킬 수 있는 성능수준에 대한 구체적인 측정치를 제시하

고 이 목적을 달성시킬 수 있는 시험조건을 정한다 시험조건은 특정한 부품이나

시스템에 대하여 고객의 사용방법과 환경에 대한 지식을 기초로 하여야 한다

개발프로젝트가 진행되는 동안 신뢰성 성장시험 프로그램이 개발되고 실행되는

과정에서 설계 및 공정의 관심사항을 확인하기 위해 QFD(Quality function

와 같은 제품보증을 위한 분석방법들이 선행되어 실시되는데 신뢰성deployment)

성장관리와 연계하여 이를 통틀어 통합 신뢰성 성장관리(Integrated reliability

라고 한다 신뢰성 성장관리를 포함한 제품설계평가의 모든growth management)

과정은 제품 공정의 신뢰성 향상에 있어 중요한 역할을 하는 제품보증기능의 한부

분이다

- 78 -

통합 신뢰성 성장시험관리 프로세스는 설계뿐 아니라 공정신뢰성(MIL-HDBK-781)

과 관련된 문제에 대응할 수 있도록 신뢰성 성장시험의 이점을 전적으로 활용할 수

있는 수단을 제공한다

신뢰성 성장관리과정을 개발함으로써 신뢰성 수준은 계속적으로 추적될 수 있고

조치를 취하고 다른 분석결과들과 비교되어 초기 신뢰성 예측을 수립하고 제품설

계에 포함된 확신을 증가시킨 후 검증시험에 들어갈 수 있도록 한다 이러한 신뢰

성 성장관리 프로세스는 제품개발 사이클에 있어서 초기 단계 동안에 신뢰성을 확

립하는 데 도움을 줄 수 있는 장치이다

그림 신뢰성성장시험 프로세스[ 81]

제품개발과정에 적용되는 신뢰성 성장시험관리 프로세스는 다음과 같다

신뢰성 성장시험조건을 결정하고 시험 사이클을 개발한다 ①

신뢰성 성장시험곡선의 사용을 통하여 시험과정을 실행하고 추적한다②

시험결과를 평가하고 다른 선행된 분석연구결과들과 비교한다③

확인된 결함을 제거하기 위해 설계변경을 실시한다④

- 79 -

설계검증시험을 준비한다⑤

신뢰성 성장시험의 주된 목적은 설계상의 약점을 확인하고 제거함으로써 설계의

신뢰성을 증가시키는 것이다 정확하게 신뢰성 수준이 변화되는 진행상황을 추적하

기 위해서는 요구사항에 대한 불합치성 을 확인하고 불합치성이(Nonconformance)

일어난 시간을 모두 추적하여야 한다 시험을 시작하기 전에 적절한 시정조치를 용

이하게 하기 위해 사전계획이 수립되어야 하며 고장분포를 결정하기 전에 각각의

고장부품에 대한 고장원인을 분리할 수 있어야 한다

부품의 개발과정에서 몇 개의 표본에 대한 고장시간 데이터가 있을 때 Weibull

분포를 활용한 신뢰성 성장분석에 대하여 설명하면 다음과 같다

가 분석의 개요가 분석의 개요가 분석의 개요가 분석의 개요

밀도함수는 그림 와 같이 특성 수명과 기울기로 고장시간Weibull [ 82] (Cycle

을 설명한다 작은 표본에 대한 고장시간 데이터가 주어졌을 때 분석Km) Weibull

을 사용하여 세 가지의 정보를 얻을 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ특정 시간이 주어졌을 때 등 부품의 신뢰도는 그 시간까지 살아 있(Cycle Km )

을 백분율이다

ㆍㆍㆍㆍ 또는 다른( 수명을 추정할 수 있다) 수명은 부품들 중 가 고장10

날 것이라고 기대되는 시간이다 즉 이 시간에서의 신뢰도는 이다 90

ㆍㆍㆍㆍ 기울기의 값은 고장률 패턴에 대한 정보를 제공해준다 기울기가Weibull 10

이라면 고장률이 일정하다는 것을 의미한다 이 경우 고장은 일반적으로 우연히

일어나며 고장률은 설계의 강건 정도에 따라 달라진다 기울기가 보다 작다면 1

고장률은 감소하고 있음을 의미한다

- 80 -

즉 높은 초기 고장률 을 말한다 기울기가 보다 크면 고장률은 증 (Infant mortality) 1

가하고 이는 마모 되고 있음을 의미한다(Wear-out)

그림 에 의한 부품의 신뢰성성장분석[ 82] Weibull 수명 비교

가장 많이 활용되는 측도는 수명이며 이것은 요구되는 목표 신뢰도가 임 90

을 의미한다 첫 번째 프로토타입이 고장 난다면 신뢰성 목표 달성을 위해 설계 변

경을 행하고 다음 프로토타입을 시험한다 이 과정은 목표 수명이 달성될 때까

지 반복한다

나 의이점나 의이점나 의이점나 의이점WeibullWeibullWeibullWeibull

부품의 개발과정에서 작은 표본에 대한 고장시간 자료가 주어졌을 때 Weibull

분석을 활용하여 신뢰성성장관리를 행하면 다음의 정보를 얻을 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ신뢰성 개선은 목표 수명이 달성될 때까지 하나의 프로토타입에

- 81 -

서 다음 프로토타입까지 추적할 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ신뢰성 개선은 시험한 프로토타입에 대해 타점으로 표현되고 빠르Weibull

게 방향을 파악하여 신뢰성 진전과정에 대한 양적 측면의 관리능력 향상을 그

래프로 확인할 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ컴포넌트를 고장 날 때까지 시험하는 것은 고장모드에 대한 아주 귀중한 정

보를 제공하고 따라서 시정조치 활동이 필요하다

ㆍㆍㆍㆍ많은 표본이 더 좋은 신뢰도를 얻을 수 있지만 분석은 많은 표본을Weibull

필요로 하지 않는다

ㆍㆍㆍㆍ고객의 운영 사용 사이클과 시험 모수의 관계가 알려져 있다면 더 빠르고( )

더 적은 비용으로 가속시험을 할 수도 있다

다 기본가정및제한다 기본가정및제한다 기본가정및제한다 기본가정및제한

ㆍㆍㆍㆍ각 분석에서 오직 하나의 고장모드만 포함되어야 한다 두 개나 그 이상의

고장 모드가 검출된다면 각각에 대해 분리하여 분석해야 한다

ㆍㆍㆍㆍ신뢰도는 시험 제한 한계 로 인해 년 마일까지 확장하여 외삽하면 안( ) 10 150K

된다 왜냐하면 시험 제한 한계 로 인해 다른 고장모드가 발생할 것인지 알 수 ( )

없기 때문이다

ㆍㆍㆍㆍ하나의 프로토타입에서 다음 프로토타입까지 기울기가 변하는 데는 특별히

주의를 하여야 한다 왜냐하면 초기 후기 수명에서 더 높은 신뢰도와 후기 초 ( ) (

기 수명에서 더 낮은 신뢰도의 할 수 도 있기 때문이다) trade-off

라 적용시기라 적용시기라 적용시기라 적용시기

ㆍㆍㆍㆍ수명의 비교는 엔지니어링 사양 이 특정한(Specification) 을 요구할 경

우 사용된다

ㆍㆍㆍㆍ이러한 접근방법은 고장시간 등 에 대하여 동일한 부품의(Cycle Km )

- 82 -

다른 시점에서의 프로토타입을 비교할 때 사용한다

ㆍㆍㆍㆍ신뢰성 목표가 달성될 때까지 계속한다

마 입력자료마 입력자료마 입력자료마 입력자료

ㆍㆍㆍㆍ프로토타입 의 몇 개 표본의 고장시간 등1 (Cycle Km )

ㆍㆍㆍㆍ프로토타입 의 몇 개 표본의 고장시간 등2 (Cycle Km )

⦙

ㆍㆍㆍㆍ마지막 프로토타입의 몇 개 표본의 고장시간 등(Cycle Km )

분석프로세스는 그림 과 같다[ 83]

프로세스프로세스프로세스프로세스 일반적 단계일반적 단계일반적 단계일반적 단계

Ⅰ 요구

또는 수명 결정

프로그램 신뢰성 목표 사용

고객의 운영 사용 프로파일 사용( )

시험 프로그램 적정시간 사용

Ⅱ 시험 프로그램 자료정보

확인과 데이터 수집초기 부품의 프로토타입

후기 부품의 프로토타입

Ⅲ 다른 프로토타입에 대한

누적고장 시간 또는 vs

거리 계산 및 타점

분석이 가능한 사용Weibull SW

가능한 가속수명시험 사용

Ⅳ 프로젝트 검토 시

현재 신뢰성 수준신뢰성 목표 적합성 결정

초기 경고 관련 정보 제공

개선을 위한 계획 정보 제공

그림 프로세스별 단계[ 83]

- 83 -

제 절 신뢰성성장 데이터분석제 절 신뢰성성장 데이터분석제 절 신뢰성성장 데이터분석제 절 신뢰성성장 데이터분석2222

초기 프로토타입 으로 부터 개의 표본을 정상하중 으(Prototype1) 6 (Nominal load)

로 고장 날 때까지 시험하고 고장모드를 기록하였다 여러 개선작업을 거친 후 후

기 프로토타입 으로부터 개의 표본을 고장 날 때까지 시험하고 고장모(Prototype2) 6

드를 기록하였다 시험 데이터는 표 에 주어져 있다 [ 81]

에 고장데이터를 입력하고 각 프로토타입 단계별로 용지에 결과MINITAB Weibull

를 타점한 결과 그림 와 같은 성장곡선이 생성되었다 [ 84] Weibull

정상하중 에서 의 평균수명 추정치는 이(Nominal load) Prototype1 127366Cycle

고 의 평균수명 추정치는 로서 의 개선을 이루었 Prototype2 176882 Cycle 389

음을 알 수 있었다 수명은 은 이었으나Prototype1 112668 Cycle Prototype2

의 수명은 로서 상당한 개선이 이루어졌음을 볼 수 있다168620 Cycle 수

명에 대한 신뢰하한은 로 추정되었다 따라서 정상부하에 의한95 162926 Cycle

시험데이터분석 결과 개선활동 재료배합개선 형상설계개선 공정개선 에 의하여 ( )

내구성 목표가 달성되었음을 알 수 있다

그림 는 에서의 신뢰구간을 보여주고 있다[ 85] Nominal load 90

최대하중 에서는 표 의 데이터 입력결과 그림 의 그래프를(Max load) [ 82] [ 86]

생성하였다 그래프로 부터 추정된 의 Prototype1 수명은 이고16362Cycle

의Prototype2 수명은 이다21850 Cycle 수명에 대한 신뢰하한추정치95

는 으로부터 로 계산된다MINITAB 20983 Cycle

의 수명과 의 수명이 다른 것은 개선 활동의 결과이Prototype1 Prototype2

- 84 -

며 에서 개선목표가 달성되었음을 알 수 있다 Prototype2

표 하중 고장시간[ 81] Nominal (Cycle)

Weibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth Curve

(Nominal Load)(Nominal Load)(Nominal Load)(Nominal Load)

그림 성장곡선[ 84] Weibull (Nominal load data)

- 85 -

Weibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth Curve

(Nominal Load-90 Cl)(Nominal Load-90 Cl)(Nominal Load-90 Cl)(Nominal Load-90 Cl)

그림 신뢰구간[ 85] Nominal Load90

- 86 -

표 하중 고장시간[ 82] Max (Cycle)

Weibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth Curve

(MaxLoad)(MaxLoad)(MaxLoad)(MaxLoad)

그림 성장곡선[ 86] Weibull (Max load data)

- 87 -

제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론9999

본 연구는 자동차현가장치인 고무부싱 의 신뢰성향상을 위한 기(Rubber bushing)

술개발과제이다 에나 인더스트리는 수출전문기업으로서 주요 경쟁사에 비해 고성

능 고내구성의 제품을 짧은 기간 내에 개발할 수 있는 능력을 갖추어야 해외 시장

에서 경쟁력을 가질 수 있다

본 연구개발에서는 수요기업에서 요구하는 GMUTS(General Motors Uniform

의 사양에 따른 시험을 실행하여 내구성을 목표 사이클 이상으Test Specification)

로 개선하고 정특성과 동특성 비틀림 토크를 개선항목으로 선정하여 제품의 품질

및 신뢰성 향상을 진행하였다

수요기업의 요구 수준에 의하면 내구성은 와 Tension Compress Alternating

가 동시에 일 때 일 때Torsion Stress Maximum Load 20000 Cycle Normal Load

을 요구한다 본 프로젝트의 경우 해외의 부품메이커들에 대한 경쟁150000 Cycle

력 우위를 확보하기 위하여 기본 요구 수준을 넘어 향상된 제품신뢰성을5~10

확보를 목표로 하였다 내구성 정특성 및 동특성에 대한 시험은 직접 행하였고 비

틀림토크에 대한 부분은 추가적인 시험장치가 필요하여 수요기업의 실험실에 샘플

을 제출하여 요구수준을 검증받았다

본 연구개발의 성과를 요약하면 다음과 같다

우선 기술적 효과로는

설계기술의 확보(1)

재료배합설계 형상설계 공정설계에 대한 기술을 확보하여 내구성을 비롯한 품

질특성을 향상시킬 수 있었다 종래에는 설계 개발 생산프로세스에서 경험적 방법

에 의존하여 시행착오가 많았으나 본 연구를 통하여 과학적이고 체계적인 방법으

로 접근할 수 있는 기술이 확보되었다

설계 요소의 기술적 배치를 위한 실험계획법의 활용기술 확보(2)

- 88 -

종전에는 고무 배합설계 형상설계 공정설계에 대하여 설계요인 별 수 (Facter)

준 을 무작위로 추출하여 실험하였으나 본 실험계획의 과정을 따르면 요인들(Level)

이 계획적으로 반영되어 품질특성에 각각 어느 정도의 영향을 미치는지 분석이 가

능하게 된다 또한 다구찌에 의한 강건 설계의 생성으로 산포를 줄일 수 있다

잠재적 고장원인 분석방법 기술 확보(3)

제품기능에 대한 잠재적 고장모드의 예측과 시험항목을 판단하고 최종적으로는 설

계검증 과 공정검증 의 세부항목과 효과적(Design verification) (Process verification)

으로 연계가 가능하다

신뢰성 데이터분석기술 확보(4)

부품의 개발과정에서 몇 개의 표본에 대한 고장시간 데이터가 있을 때 Weibull

분포를 활용한 신뢰성 성장분석이 가능하게 되었다 개발프로그램이 운영되는 동안

신뢰성 수준의 변화를 추적할 수 있어 목표하는 신뢰성 수준을 달성하기 위하여 충

분한 비율로 성장하고 있는지의 여부를 가능한 빠른 시간 내에 판단할 수 있고 그

에 따라 필요한 자원을 적절히 배분할 수 있다 따라서 개발책임자는 시험데이터로

부터 현재 시스템의 신뢰성 수준 성장률의 평가 앞으로 기대되는 달성 가능한 수

준에 대한 결정이 가능하다

경제적 측면의 효과로는

제품에 대한 내구성 및 동특성 정특성에 대하여 요구사양 이상으로 특성관리(1)

를 행할 수 있어 해외 부품메이커들에 대한 경쟁력 우위로 수출력을 향상할 수 있

게 되었다

개발기간을 단축할 수 있게 되어 개발비의 절감을 가져올 수 있게 되었다(2)

재료배합 형상설계 및 공정설계에 대한 기술개발의 표준 정립으로 개발 기간의 단

축이 가능하게 되었다

본 과제 결과를 활용하여 다른 방진제품에 대한 신뢰성 관리로 수출(3)

- 89 -

시장을 개척하여 신규거래처를 확보할 예정이다 신뢰성 데이터의 관리가 이루어져

제품수명에 대한 설득력 있는 자료의 제시가 가능하게 되었다

향후 연구계획으로는

고무부싱부품의 특성상 내구성만의 개선이 최선이 아니고 정특성과 동특성을 일

정수준으로 동시에 고려하여야 한다 따라서 이 부분에 대한 동시적인 실험설계가

시스템화 되도록 추가적인 연구가 요구된다

- 90 -

참고문헌참고문헌참고문헌참고문헌[ ][ ][ ][ ]

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[8] McLean R A and Anderson V I Extreme Vertices Design of Mixture

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- 96 -

주 의

이 보고서는 산업자원부에서 시행한 부품소재종합기술지원사업의 최1

종보고서이다

이 신뢰성기반기술확산사업 내용을 대외적으로 발표할 때에는 반드시2

산업자원부에서 시행한 부품소재신뢰성기반기술 사업의 지원결과임을

밝혀야 한다

- 97 -

이 보고서는 산업자원부에서 시행한

부품소재 신뢰성기반기술확산사업의 최종보고서이다

- 13 -

신장율 경도 반발탄성 인열강도 인장응력 노화 후 물리적 현상 등을 고려하여

배합 설계를 하게 된다 특히 고무 제품의 경도를 높이기 위한 보강성과 경도가 높

으므로 잘 마모되지 않는 내마모성과 관련하여 카본블랙 을 사용하(Carbon Black)

며 고무제품의 특성을 결정하는 중요한 부분이다 사용 중인 카본블랙은

의 분류 방법에 의해 표 과 같이 구ASTM(American Standard Test Method) [ 31]

분된다

표 카본블랙의 분류[ 31]

ASTM CODE 일 반 명 칭 입자경( )

N110 초내마모성SAF (Super Abrasion Furnace ) 11-19

N220ISAF (Intermediate Super Abrasion Furnace

준초내마모성)20-25

N330 고내마모성HAF (High Abrasion Furnace ) 26-30

N440 초전도성XCF (Extra Conductive Furnace ) 31-39

N550 양압출성FEF (Fast Extruding Furnace ) 40-48

N660 범용성GPF (General Purpose Furnace ) 49-60

N774 중보강성SRF (Semi Reinforcing Furnace ) 61-100

N880 미립열분해FT (Fine Thermal ) 101-200

N990 중립열분해MT (Medium Thermal ) 201-500

카본블랙은 요오드가 와 광흡수도 가 높을수록 입자경은 작고(Iodine number) (Tint)

흡수율 이 클수록 구조가 발달되어 있다DBP(Di-dutyl phthalate) (Oil absorption)

카본블랙은 입자경이 작고 고무와 결합하는 표면적이 클수록 고무의 경도

와 내마모성 등의 물성을 보강하는 능력이 크다 그(Hardness) (abrasion resistant)

러나 경도와 탄성 은 반비례이므로 탄성은 오히려 감소하게 된다 또한(Elasticity)

작은 입자경은 탄성체 의 항복점 을 연장하는데(Elastomer) (Micro-Brownian motion)

탁월하다 탄성체는 항복점 이후

- 14 -

에 탄성의 성질을 잃어버리고 소성을 띠게 되는데 카본블랙은 이러한 고무의 물성

을 조정하는 중요한 인자이다

형상설계형상설계형상설계형상설계2222

자동차 모델에 따라 수요기업에서 의 외형형상에 대한 기본 설계를 제공Bushing

하지만 철과의 접촉부분 등 세부설계는 제조업체에서 실시하여야 한다 따라서 각

부분의 세부적 모양이나 각도에 따라 고무 철의 재료량에 영향을 미치며 이는 결

국 내구성 등 특성 치에도 영향을 미치게 된다

결정하여야 할 주요 요소로는 내철 구배각도 외철 접착(Inner pipe) (Outer pipe)

부분 등이다 이밖에 외경크기의 산포에 따라 내구성에 영향을 미칠 수 있으며 이

는 품질관리 활동에 의해 사이징 공정에서 최종규격을 맞추게 된다(Sizing)

공정설계공정설계공정설계공정설계3333

재료설계와 함께 부품의 내구성 정특성 동특성을 결정하는 주요공정은 철과 고

무를 접착시키는 접착제 도포 공정과 가류 가황 공정이다( )

가 가류공정가 가류공정가 가류공정가 가류공정

고무분자의 공유결합을 유도하여 기계적 강도를 높이는 작업이다 가황 또는

가류라고 하며 생고무에 유황 같은 가황제를 가하여 고무 분자 간에 결합을 강하게

하고 탄성 인장강도 등을 증가시킨다 가황고무의 가장 큰 특징은 탄성이 커지는

것이며 노화 가 더디고 변형 시에도 체적변화가 크지 않다는 것이다 중요한 ( ) 老化

관리 항목으로서는 가류온도 금형 쳄버 스쿠류 가류시간 가류압력 등이며 공정( )

설계에 따라 특성에

- 15 -

중요한 영향을 미친다

나 접착제도포공정나 접착제도포공정나 접착제도포공정나 접착제도포공정

접착강도는 시험방법 접착방법 시험시의 조건 시편의 기하학에 따라 다르게 나

타난다 도포방법으로는 침지법 붓칠법 롤 코팅법 (Dipping) (Brushing) (Roll

스프레이법 그리고 덤브링법 이 있다Coating) (Air Spray) (Tumbling)

프라이머 는 피착제 표면과의 친화성이나 접착제와의 상용성이 뛰어나지(primer)

않으면 안되고 동시에 접착 저해물과의 상용성도 높아야 한다 또 프라이머 중의

유효성분 쪽이 피착제 표면에 흡착되어 있는 저해성분 보다 피착제에 의하여 안정

하게 흡착 되어 있는 것이 중요하다 따라서 프라이머는 충분한 교반(Adsorption)

균일하고 엷은 도포 그리고 완전한 건조가 이루어 져야 한다

고무를 강력하게 접착시키기 위해서는 접착제가 적당히 고무 중으로 확산 된 후

에 고무와의 사이에서 상호 확산과 가교반응을 일으킬 필요가 있다 따라서 고무와

상용성이 있는 적절한 접착제 선정이 필수이며 충분한 교반 점도 조절에 의한 균

일한 도포 적당한 두께 완전한 건조 온도와 시간 가 이루어져야 한다 ( )

- 16 -

제 절 고장분석 자료 해석제 절 고장분석 자료 해석제 절 고장분석 자료 해석제 절 고장분석 자료 해석2222

설계설계설계설계1 FMEA1 FMEA1 FMEA1 FMEA

설계 는 설계 단계에서 발생하는 위험FMEA(Failure Mode and Effect Analysis )

성을 발견하기 위한 것으로 잠재적인 결함을 확인 한 후 그 영향의 심각성을 평가

하고 중점 관리 항목과 잠재적 설계 결함에 대응하기 위한 것으로 설계상의 문제

점들을 검증하고 효율적 설계개선을 행할 수 있도록 해준다 설계에 대한 잠재고장

모드의 리스트 중요 관리 특성 리스트 고장모드의 원인 제거나 발생률 감소를 위

한 설계활동 리스트 등이 그 결과물이 된다 에 대한 설계 는 표 DA-2 FMEA [ 32]

에 열람하였다

본 제품의 설계 에서는 아래 항목들에 대해 중점적으로 고려하였다FMEA

과다한 진동과 소음 형상 및 재료설계 오류로 인한 정특성 동특성 값의 불1) -

만족

내구성 문제 내철 외철의 파손 철 고무의 접착 불량 고무의 미가류 과가류2) -

외관 불량 내철 외철의 부식 미가류 과가류로 인한 고무의 이상 형태 고무3) -

버 나 살 로 인한 외관 불량 형태(burr) (flesh)

- 17 -

표 설계[ 32] FMEA

- 18 -

- 19 -

공정공정공정공정2 FMEA2 FMEA2 FMEA2 FMEA

공정 은 제품생산 공정에서 발생할 수 있는 잠재적인 문제점 또는 위험성FMEA

을 발굴하여 효과적으로 대응하기 위한 분석 기법으로 제품의 중대사고 발생 예방

으로 고객의 불만을 방지할 수 있으며 결함의 영향을 제거 또는 감소를 위한 부분

별 대책 수립의 근거가 되며 생산 문제점 검증을 통한 효율을 제고할 수 있다 공

정상의 잠재고장 모드와 그 영향을 검토 할 수 있으며 엔지니어들이 불량발생을 낮

추거나 불량 탐지 능력을 증대시킬 수 있는 관리 수단 또는 방법에 초점을 맞출 수

있도록 공정결함을 규명할 수 있다 공정에 대한 잠재고장 모드의 리스트 중요 관

리 특성 리스트 고장 모드의 원인 제거나 발생률 감소를 위한 공정 활동 리스트

들 결과물을 얻을 수 있다

표 에 보여준 의 공정 에서는 특히 아래 관련 항목들이 내구성 향[ 33] DA-2 FMEA

상과 품질개선을 위하여 중점적으로 검토되었다

접착제 도포 공정 의 점도관리체계에 의한 접착제 도포두께 관1) Zahn Cup No2

리상태 불량 건조상태에서 발생할 수 있는 접착제의 이상적 화학반응 및 건조상태

등

가류공정 고무와 내철 외철류의 이상적인 화학반응으로 인한 불량 접착상태2)

사출 성형후 고무의 갈라짐 흠집 등에 의한 외관 불량상태

시험 검사 공정 내구사양의 불만족상태 동특성 정특성 값의 사양 불만족상태3)

고무와 내 외철의 고무접착강도 불만족상태 등을 고려함

- 20 -

표 공정[ 33] FMEA

- 21 -

- 22 -

- 23 -

- 24 -

제 장 재료배합개선제 장 재료배합개선제 장 재료배합개선제 장 재료배합개선4444

제 절 배합의 기본 조건제 절 배합의 기본 조건제 절 배합의 기본 조건제 절 배합의 기본 조건1111

방진 고무부품을 만들려면 다음의 가지 공정을 거친다3

배합공정 사용목적에 따라 원료고무를 선택하고 배합약품의 종류와 양을 결middot

정하는 공정

가공공정 정해진 배합에 따라서 고무와 배합약품을 섞고 혼련 일정한 두께middot ( )

의 고무 시트를 제조하고 만들고자 하는 모양으로 절단하는 공정

가황공정 만들고자하는 모양으로 절단한 미가황 고무에 고무 탄성을 갖게middot

하고 물성을 개선하는 공정

이들 중 배합은 가공공정 가황공정 및 만들어진 제품 성능에 절대적인 영항을 미

치므로 배합설계자는 배합설계 를 할 때 다음의 가지 점(Compounding design) 3

에 균형을 잘 조화 시켜야 한다(3P)

최종 제품의 요구물성을 충족시킬 것middot (Property)

가공이 쉬울 것middot (Processing)

부피 당 배합단가가 적정할 것middot (Price)

또한 이와 같은 조건을 충족시키는 배합설계를 하기 위해서 배합설계자는 배합

의 목적 배합에 사용되는 원료고무와 각종 배합제의 성질 배합의 기초 배합단가

제품이 만들어 질 때까지의 작업 및 설비 등을 주지해야 한다

배합에는 원재료의 시험이나 평가를 목적으로 하는 배합과 공장에서 제품을 만들

기 위한 배합으로 나룰 수 있다

원재료의 시험이나 평가를 목적으로 하는 배합은 원재료의 대체나 품질

- 25 -

확인을 위한 기초 배합과 새로운 원재료가 개발됐을 때 이곳에 대한 실제적인 용도

개발을 위한 시험 또는 연구배합이 있다 개발을 위한 시험 또는 연구배합에서는

기초적인 성상을 구하는 배합으로부터 실용화에 대비한 응용배합에 이르기 까지를

검토의 대상으로 하기도 한다

제품을 생산하기 위한 목적으로서의 배합이란 종래에 없었던 새로운 요구가 있

었을 때 종래 사용하던 원재료를 써서 그 목적에 알맞은 배합을 결정하여 공장에

서의 실제 생산에 투입하는 경우를 뜻한다

고무 부싱과 엔진마운트와 같은 방진을 목적으로 하는 고무제품의 재료를 보면

등의 계의 고무가 적합하다는 게 일반적인 고무업체의 정설이NR SBR BR Diene

다 하지만 목적에 맞게 고무의 원재료를 선택하여야 한다 결국 방진이라는 기능의

고무 특성을 만족하기 위해서는 가교라는 차원 구조의 밀도를 요구하고 있다는 것3

을 알 수 있다

일반적인 방진고무의 요구특성으로는 다음과 같은 조건을 만족하여야 한다

첫째 파단 특성을 만족하여야 한다 즉 분자들과의 높은 응집력과 와의 높 Filler

은 친화성으로 응력을 분산시키는 구조로 이루어져야하는 조건을 만족하여야 하며

둘째 특성을 만족하여야 한다 에 대한 조건을 만족시키기 위해서 Creep Creep

는 고무의 분자 회전성이 높고 응집에너지가 낮을수록 좋다

셋째 내열성 및 내열 산화성에 대한 조건을 만족하여야 한다 이것은 일반적으로

기계적인 모든 성질은 온도의 의존성이 낮을수록 바람직하다고 할 수 있다 이에

방진목적의 고무도 이 같은 성질을 만족하여야 한다

- 26 -

넷째 일반적인 방진 제품은 고무만의 단독 현상으로는 그 형태를 유지하기 힘들

며 금속과의 결합을 통하여 그 방진특성을 만족하여야 한다 이에 방진고무의 기본

적인 성질은 금속과 접착성이 좋아야 한다는 조건을 만족하여야 한다

다섯째는 감쇄계수에 대한 부분으로 감쇄계수가 크고 온도의존성이나 주파수 의

존성이 좋아야 한다 일반적으로 은 감쇄가 적고 소변형에서 대변형에 이르기까 NR

지 선형의 복원을 하며 주파수에 의존하지 않은 특성을 가지고 있으므로 방진고무

로 적합하다고 할 수 있다

여섯째 탄성율에 관한 내용으로 일반적으로 방진 고무의 탄성율은 온도 및 진폭

의존성이 낮은 쪽이 좋게 된다

마지막으로는 정적강성과 동적 강성의 비로 표현되는 동배율에 유의해야 한다

일반적으로 방진고무의 감쇄 특성을 고려하면 동배율이 높은 것이 유리하지만 동적

특성의 온도의존성 변형율 동적 변형율에 의한 발열 및 내피로특성을 보면 저동배

율 쪽이 유리하다

제 절 재료배합 개선방안제 절 재료배합 개선방안제 절 재료배합 개선방안제 절 재료배합 개선방안2222

원재료 및 배합제의 개선원재료 및 배합제의 개선원재료 및 배합제의 개선원재료 및 배합제의 개선1111

고무부싱 제품의 경우 그 기능상의 요구로 인하여 주로 계열의 천연고무를NR

원재료로 사용한다 본 연구에서도 계열의 천연고무를 원재료로 하고 요구 특성 NR

의 개선을 위해 배합제의 선정을 대해 연구하였다 일반적으로 천연고무 및 합성고

무에 적용되어지는 배합제는 가황속도 조절 가공의 원활화 품질특성 개선 그리고

특수 성능 등의 목적으로 사용되어

- 27 -

진다 배합제의 종류로는 가공조제 연화제 유기가황제 가황촉진제 노화방지제

등으로 나눌 수 있다

요구 경도의 결정은 함량을 조절하여 설계하였으며 품질특성을 향상 시Carbon

킬 수 있는 재료를 연구한 결과 미세 으Caron Carbon Black(MAF FEF GRADE)

로 물성을 향상 시킬 수 있도록 하였다 특성에 큰 영항을 주는 배합제의 경우 그

용도에 따라 많은 종류를 인자로 적용할 수 있지만 많은 인자로 인하여 발생하는

비용적 시간적 손실을 최소화하기 위해 본 연구에서는 원재료와 함량을 Carbon

고정한 후 촉진제 종류와 가황제의 양을 조절하는 방식으로 배합제에 대한 최적의2

조합을 선택하는 방법으로 접근하였다

내구성 향상을 위한 방안내구성 향상을 위한 방안내구성 향상을 위한 방안내구성 향상을 위한 방안2222

내구성을 향상시키기 위한 일반적인 방법은 경도를 향상시키는 것인데 경도를

높이는 방법만으로는 다른 특성 즉 정 동특성을 동시에 만족시킬 수 없는 어려움이-

있다 이에 본 연구에서는 방진용 제품이 요구하는 정 동특성과 내구성을 Bushing -

동시에 향상 시킬 수 있는 방안을 모색하기 위하여 촉진제와 가황제를 이용하여 최

적을 배합설계를 이루고자 하였다

내구성을 향상시키기 위한 방법으로 보통 량의 조절을 통한 경도 조절법Carbon

을 이용하게 되는데 본 연구에서 적용한 은 미세 Carbon Carbon Black(MAF FEF

으로 인장강도 및 경도 인장응력을 증대하는 효과를 얻고자 하였다 이러GRADE)

한 미세 의 적용과 동시에 보강제의 분산 및 흐름성 개선을 위하여Carbon Black

가공조제를 개선하여 적용하였다

가교시스템의 향상 방안가교시스템의 향상 방안가교시스템의 향상 방안가교시스템의 향상 방안3333

가황반응 고분자 주쇄간 가교결합을 통한 차원 망상구조를 형성하(Vulcanization) 3

여 고분자 화합물의 복원력 탄성 특성 및 기타 요구물성을

- 28 -

증가시킨다 다양한 가교결합 형태 중 방진고무산업에서 많이 이용되고 있는 가교

결합은 을 도입한Polysulfide (-C-Sx-C- x=1~4) Conventional CV(Vulcanization)

계를 많이 사용한다 여기서 사용되고 있는 인 천연고무 Polymer (Natural Rubber

의 배합에 있어 가교 또는 가류형태의 변화에 따라 물성 및 특성의 변화가 있NR)

음을 알 수 있다 즉 가교형태 변화에 따른 유사한 특성을 나타내는 Stress-Strain

조건하에서 공정특성 및 전반적인 물성에 영향을 미침을 알 수 있다 의 기 Polymer

본 배합에서 촉진제나 황 공여체 증가에 따라 가류 유도시간(Sulfur Donor)

은 길어지나 가류속도는 빨라진다 특히 고온 가류 시 과 가류(Induction time)

에 의한 물성하락을 방지하기 위해 열 안정성이 우수한(Overcure) EV(Efficient

계를 사용하는 것이 근래에 소개되고 있다 고분자의 물성은 가교형Vulcanization)

태뿐 아니라 가교밀도에 크게 의존한다 가교계 변화에 따른 인장강도의 영향은 매

우 적은 반면 신장율은 계에서 로 같수록 감소CV(Conventional Vulcanization) EV

하는 경향이 있다

이란 가류시간의 지연 또는 과가류로 인한 고무 물성의 저하를 말한Reversion

다 이러한 현상은 제품의 외면이 과도한 열에 노출될 수 있다 다중황공유 결합의

열적노화현상이 발생하며 가교형태가 다중황 결합에서 단일황(Polysulfidic)

결합으로 바뀌게 되며 밀도가 현저하게 저하되고 환상형 씨오알켄(Monosulfidic)

과 씨오알칸 구조로 바뀌게 된다 결과적으로 재료의 물성(Thioalkene) (Thioalkane)

과 기계적 성질이 떨어지게 된다

이 발생하는 시간을 가교형태에 따라 비교하여 보면Reversion CV lt Semi-CV lt

으로 알려져 있으며 시스템에서는 촉진제 종류에 따라서 인장과 신율의 물EV EV

성에 하락 없이도 공정 안정성 특성이 매우 우수하다 이 Anti-Reversion

으로 인해서 물성과 기계적 성질을 향상시킬 수 있으며 황공여체 사Anti-Reversion

용 또는 계로 가교형태를 전환함으EV

- 29 -

로써 가능하다 이로써 가교의 다중황결합 을 줄이고 단일 또는 이중황 결 (S3~S8)

합으로 내열성 및 결합의 안정성을 증가시킬 수 있다 이러한 과정에서 공정설계상

계보다 더 낮은 가류온도와 더 길어진 가류시간이 필요하게 된다 이러한 계CV EV

에서는 정도의 황과 계에 비해서 다소 많은 양의 촉진제를 사용하02~05 phr CV

게 된다 여기에 근거하여 혼합물성분의 한계 표 표 에 나타난 황과 촉 ([ 42] [ 44])

진제 양의 범위를 정하였다

발생 시간의 효율적인 제어를 위하여 본 연구에서는 적절한 촉진제의Reversion

배합량을 조절하여 방진제품에서 요구하는 특성을 만족하는 조건을 선정하고자 하

였다 그림 은 의 예를 보여준다 [ 41] Reversion

그림 의 예[ 41] Reversion

본 연구에서는 인장 내열 강도의 증가와 동 정특성 내구성 증가를 위한 가교 시- -

스템의 향상 방안으로 황량을 조절하여 Convension Type(Efficient Vulcanization

을 통하여 결합력을 증대시켰으며 촉진제를 조절하여 가- CURE STIES-CC-C)

교효율을 증대하였다 또한 가황 조건에 변화가 적은 배합설계를 하여 향상된 적정

가황이 될 수 있도록

- 30 -

하였으며 를 정립화하여 최적의 적정 가황 포인트를 찾아 인장이 최CURE-STUDY

적일 때 내구성이 최적이고 가황제품과 시편을 동시에 함으로 시편과CURE-STUDY

제품의 상의성을 방지할 수 있었다

자동차업계에서는 일반적으로 고가의 폴리머를 선호하지만 본 연구를 통하여 가

격이 낮은 폴리머로도 성능향상이 가능하다는 것을 입증하였고 향후 타 아이템에도

연계 적용함으로 새로운 배합설계를 구축하였다

실험계획법의 적용실험계획법의 적용실험계획법의 적용실험계획법의 적용4444

기존의 개발 진행 방식은 경험에 의한 시행착오 접근 방법을 사(Trial and Error)

용하여 성능향상을 도모하였으나 본 연구에서는 배합물설계에 위한 실험계획법

기술을 적용하여 이론적으로 최적의 배합설계를 이(DOE Design of Experiment)

룰 수 있는 방법을 연구하였다

일반적인 고무제품의 배합은 많이 알려져 있지만 특성 향상을 위한 방안이나 그

배합에 대한 신뢰성에는 많은 의문점이 제기 되는 게 현실이다 본 연구에서는 요

구특성을 만족시키기 위하여 선정된 촉진제의 배합조건의 최적화를 실현하기 위하

여 실험계획법의 꼭지점계획법을 이용하여 그 효율성을 검증하고자 하였다 배합의

경우 어느 독립적인 인자의 선정으로는 그 효과를 극대화 시킬 수 없는 특성이 있

는데 본 연구에서는 선정된 촉진제 및 폴리머의 조건 하에서 최적의 배합 조건을

찾아보고자 하였다

재료배합설계의 개선을 위한 방안을 정리하면 표 과 같다[ 41]

- 31 -

표 내구성 및 정 동특성 동반향상을 위한 개선방안[ 41] -

항 목항 목항 목항 목 기존 방안기존 방안기존 방안기존 방안 제안된 개선 방안제안된 개선 방안제안된 개선 방안제안된 개선 방안

배합 설계 방안

경험적 배합 설계

고 배합설계COST

국내수급재료사용

실험적 분석기법 도입

저 배합설계COST

해외재료수입

내구성 향상

량 변경Carbon

용도별 적정 적용Carbon

정동특성 향상 방안을 동시==gt

고려

경험적 수치의 가황제 량 선정

가교 시스템 향상 방안을 고려한

가황제 량 선정

(EV - CURE)

결합력 증대==gt

경험적 수치에 의한 촉진제 량

선정 경도별 선정 미비( )

가교 효율을 반영한 촉진제 량의

선정

적정한 가황 포인트 파악을 위한(

실시Cure Study )

정 동특성 향상-

정특성 향상 방안 경도 증가

동특성 향상 방안 경도 하락

두 특성을 만족시키기 위한==gt

경험적 수치의 경도 선정

데이터베이스를 활용한 배합설계

정 동특성을 동시에 만족할 수-

있는 배합제 적용

분산 및 흐름성 개선==gt

형상개선과 동시 고려==gt

- 32 -

표 는 지원 전 배합비율과 특성별 성능수준을 나타낸다[ 42]

표 지원 전 성능수준[ 42]

- 33 -

제 절 꼭지점계획법에 의한 최적배합조건제 절 꼭지점계획법에 의한 최적배합조건제 절 꼭지점계획법에 의한 최적배합조건제 절 꼭지점계획법에 의한 최적배합조건3333

재료설계에 적용되는 실험계획은 혼합물 배합에 관한 실험계획으로서 몇(Mixture)

개 성분의 혼합물 중 어떠한 성분이 품질의 특성에 유의한 영향을 미치는지를 분석

하여 반응을 최대로 만드는 최적혼합비율을 찾고자 하는 실험계획이다

혼합물실험에 적용되는 실험계획으로는 심플렉스 격자형배열법 심플렉스 중심배열

법 꼭지점 계획법 등을 주로 적용한다 본 실험에서는 심플렉스의 전 영역이 아니

라 제한된 영역에서 실험을 하고자 하므로 꼭지점계획법(Extreme vertice design)

을 적용하였다

고무부싱의 재료배합에서는 개의 성분재료가 있고 이들을 어떤 비율로 배합하는

것이 품질특성치를 가장 좋게 하는가를 찾는다 성분의 혼합에 있어서 를 번째

성분의 혼합비율이라고 하면 다음과 같은 관계식을 만족시켜야 한다

이러한 경우는 일반적 실험계획법처럼 심플렉스의 모든 영역에 실험이 배치되는 것

이 아니고 제한된 영역에서만 실험을 하는 경우이다 즉 각 인자 가 (Factor) 0 le

의 모든 값을 취할 수 있는 것이 아니라 제한된 구간1le

안에서만 값을 취한다 이와 같은 경우는 경제적인 이유나 또는 실험 전에 인자들

의 성질에 대하여 상당한 정보가 있는 경우이다 위의 식과 같은 인자의 구간이 설

정되면 실험가능영역은 심플렉스 상의 좁은 영역이 된다

- 34 -

과 은 제한된 실험영역에 대한 실험계획법으로 꼭지점 계획법Mclean Anderson

을 제안하였다 이 계획법은 제한된 영역이 가지는 모든(extreme vertices design)

꼭지점과 이 꼭지점들의 선형조합으로 이루어지는 몇 개의 점을 적절히 선택하는

실험계획법이다 만약 개의 혼합성분이 사용되는 경우 실험영역을 그림으로 그리 4

면 그림 와 같이 사면체 속에 위치하는 면체가 된다 과 은[ 42] 6 Mclean Anderson

이 면체의 꼭지점과 중심점을 실험점으로 선택하는 방법에 대한 예제를 제시하고6

있다

그림 개의 혼합성분에 대한 꼭지점계획법[ 42] 4

고무부싱의 재료설계 시 혼합물은 고무 카본 및 배합원료로서 황화제 촉진제

가공제 유기산 금속산화제 노화방지제 보강제 충진제 등을 사용한다

재료 배합 실험은 경도별로 나누어 실행되었으며 표 은 경도 도 오차범[ 43] 48 (

위 plusmn 도 에 대한 혼합물성분의 한계이다 에 성분의 한계를 입력한 결과2 ) MINITAB

네 가지 성분에 대하여 표 와 같은 총 회의 실[ 44] 17

- 35 -

험점이 생성되었다 실행 의 경우 의 성분을 1 A B C D 09807 00068 00011

의 비율로 섞어서 실험하라는 의미이다00114

표 혼합물 성분의 한계[ 43] (48Hs)

성분 하한 상한

A 외 기타Polymer 09774 09807

B 촉진제1 00068 00085

C 촉진제2 00011 00022

D Sulfur 00114 00119

표 꼭지점계획법에 의한 실험설계와 결과데이터[ 44] (48Hs)

을 활용한 혼합물 설계 데이터분석 결과는 표 표 과 같다MINITAB [ 45][ 46] 17

회의 실험점에 대한 데이터분석 결과 각 실험 점에서의 적합추정치와 신뢰구 95

간을 구할 수 있었다

- 36 -

표 을 보면 실험점 에 의한 배합조건으로는 신뢰구간으로[ 45] 14 95

의 내구성이 나타난다 에서는 각 성142322cycle ~ 146166cycle Nominal Load

분에 대한 제한조건을 만족시키면서 내구성을 최대로 하는 처리조건은 인자의 네

가지 성분 즉 외 에 대한 배합 비율이 Polymer Acc1 Acc2 Sulfur 097740

이었다 그리고 이 처리조건에서 예상되는 내구성은00085 00022 00119

에 도달할 것으로 추정되었다146943cycle

에서는 인자의 네 가지 성분의 배합비율이 와 마찬Maximum Load Nominal Load

가지로 이었다 그리고 이 처리 조건에서 예상되는09774 00085 00022 00119

내구성 추정치는 이었다18917cycle

표 데이터분석 결과[ 45] (48Hs Nominal Load)

에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응Dura(Nom)Dura(Nom)Dura(Nom)Dura(Nom)

- 37 -

반응 최적화 모수반응 최적화 모수반응 최적화 모수반응 최적화 모수

글로벌 솔루션글로벌 솔루션글로벌 솔루션글로벌 솔루션

예측 반응예측 반응예측 반응예측 반응

Dura(Nom) = 146943

- 38 -

표 데이터분석 결과[ 46] (48Hs Maximum Load)

에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응Dura(max)Dura(max)Dura(max)Dura(max)

반응 최적화 모수반응 최적화 모수반응 최적화 모수반응 최적화 모수

글로벌 솔루션글로벌 솔루션글로벌 솔루션글로벌 솔루션

외Polymer = 09774

- 39 -

Acc1 = 00085

Acc2 = 00022

Sulfur = 00119

예측 반응

Duro(max) = 189171

경도 도 오차범위 도 에 대한 혼합물성분의 한계와 에 의한 실험50 ( plusmn 2 ) MINITAB

점은 표 표 과 같다[ 47] [ 48]

표 혼합물 성분의 한계[ 47] (50Hs)

- 40 -

표 실험계획의 결과[ 48] (50Hs)

경도 도에 대한 혼합물 설계 데이터분석 결과는 표 표 과 같다50 [ 49][ 410] 17

개 실험 점에서의 적합추정치와 신뢰구간은 예측반응에 잘 나타나 있다95

에서는 각 성분에 대한 제한조건을 만족시키면서 내구성을 최대로Nominal Load

하는 처리조건은 외 기타 의 각 성분에 대하여 배합비Polymer Acc1 Acc2 Sulfur

율이 이고 이 처리조건에서 예상되는 내구성은09687 00088 00025 00200

에 도달할 것으로 추정되었다159209 Cycle

에서는 인자의 네 가지 성분의 배합비율이 와 마찬가Maximum Load Nominal Load

지로 이었다 그리고 이 처리조건에서 예상되는 내09687 00088 00025 00200

구성 추정치는 이었다 일 때와 일218572 Cycle Nominal Load Maximum Load

때의 적정배합비율이 다르게 나오는 경우가 있는데 이는 오차범위 경도의 경우( plusmn

도 가 비교적 넓은 고무의 특성에서 비2 )

- 41 -

롯되거나 측정오차에 따른 결과로 추정된다

표 데이터분석 결과[ 49] (50Hs Nominal Load)

에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응Duro(Nor)Duro(Nor)Duro(Nor)Duro(Nor)

반응 최적화 모수반응 최적화 모수반응 최적화 모수반응 최적화 모수

- 42 -

글로벌 솔루션글로벌 솔루션글로벌 솔루션글로벌 솔루션

예측 반응예측 반응예측 반응예측 반응

Duro(Nor) = 159209

표 데이터분석 결과[ 410] (50Hs Maximum Load)

에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응Duro(max)Duro(max)Duro(max)Duro(max)

- 43 -

반응 최적화 모수반응 최적화 모수반응 최적화 모수반응 최적화 모수

글로벌 솔루션글로벌 솔루션글로벌 솔루션글로벌 솔루션

예측 반응예측 반응예측 반응예측 반응

Duro(Max) = 218572

재료배합시험에 있어서 가류시간이 특성 치에 영향을 미치므로 레오그래프

분석에 의해 적정가류시간을 결정한다 레오그래프는 다음의 용도에(Rheograph)

활용된다

고무제품의 가류도 측정①

가류속도 측정②

최적의 가류공정 조건 확립③

가류약품 선정 및 배합 작성Recipe④

고무제품의 품질관리⑤

아래 그림 은 경도 도에 대한 재료의 레오그래프이다 그래프에 나타난 용[ 43] 48

어를 설명하면 다음과 같다

혼합물 의 가 가류되었을 때의 시간을 나타내며 가류시간을tc90- (Compound) 90

결정하는 기준으로 사용된다

스코치시간 을 나타내며 원하지 않는 가교가 일어ts2 - (Scorch time)

- 44 -

나는 시간으로 적절한 가류시간을 찾기 위해 필요한 과정임

고무의 특성을 토르크 값으로 나타낸 값으로 일반적으로 혼합물Tmax- (Torque)

의 경도에 따라 변함

평형 토르크MH- (Equilibrium torque)

최소 토르크ML- (Minimum torque)

본 재료시험에 적용된 가류시간은 의 배 사이에서 적정수준을 결정하tc90 1-15

였다

연구의 결과 카본의 입자가 작을수록 내구성은 향상시키지만 대체로 분산이 잘 되

지 않아 혼합물의 품질이 고르지 못하였다 따라서 카본의 분산도를 평가하여 만족

할 만한 수준이 나오는지 확인하였으며 상대적으로 작은 입자경의 카본을 사용하

여 내구성을 높이려 하였다

그림 경도 도 고무에 대한 레오그래프[ 43] 48

- 45 -

실험의 결과 카본블랙과 레오그래프와의 관계는 그림 와 같이 나타났다 그림[ 44]

에서 보는바와 같이 입자경의 크기가 증가함에 따라 결합력이 약해지므로 토르크

값이 낮아짐을 알 수 있다

그림 각종 카본블랙의 레오그래프[ 44]

- 46 -

본 연구에 적용된 카본 입자경의 크기와 양은 표 과 같다[ 411]

경도변화는 카본입자의 크기와 양에 따라 결정이 되며 레오그래프의 값이 Tmax

이러한 사실을 보여주고 있다

표 레오그래프상의 경도와 카본의 관계[ 411]

레오그래프는 섭씨 도에서 그려짐PHR = Part in Hundred Rubber 160

- 47 -

제 장 형상개선제 장 형상개선제 장 형상개선제 장 형상개선5555

제 절 외철의 스웨징 율 변화에 의한 개선제 절 외철의 스웨징 율 변화에 의한 개선제 절 외철의 스웨징 율 변화에 의한 개선제 절 외철의 스웨징 율 변화에 의한 개선1111

높은 품질의 부싱을 개발하기 위해서는 적절한 재료설계에 의한 경도 및 고무 특

성의 설정이 매우 중요한 요소이지만 고무의 특성 개선에만 의존하는 것은 한계점

이 있다 따라서 제품의 형상변화를 통해 고무의 특성을 극대화함으로써 내구성 및

품질특성을 향상시킬 수 있다

그림 은 부품의 세부형상과 설계도이다[ 51]

그림 세부형상[ 51] DA-2

- 48 -

그림 는 제품의 단면을 보여준다 그림에서 는 다른 모델에 비해 고무[ 52] DA-2

량이 다소 적음을 알 수 있다 형상 변화를 통한 품질특성의 개선을 시도함에 있어

서는 부품에 대한 조립성과 제조성 을 반드시(DFM Design for Manufacturability)

고려하여 형상변화를 꾀하여야 한다 본 제품의 경우 외철 과 내철 (outer pipe)

의 길이는 한정되어 있으며 그 직경의 변화도 허용공차를 미만(Inner pipe) 05 mm

의 수준으로 요구하고 있다

형상변경을 통한 성능향상 방안으로서 외철에 대한 스웨징율 을 변(Swaging rate)

경함으로서 외경크기의 변화를 시도하였으며 또한 내철의 구배각도를 변화시켜 개

선점을 찾으려고 노력하였다

그림 단면[ 52] DA-2

부싱의 경우 일반 적으로 스웨징이라는 공정을 거치게 되는데 이는 공정에서 외

경의 크기 조정을 통하여 성능을 향상 시키는 방법으로서 스웨징율을 조정함으로서

외철의 외경 크기를 허용범위 내어서 변화시키는 것이다 이는 스웨징에 따른 직경

변화에 의해 고무의 조직이 조밀해져 고무 특성을 향상시킬 수 있게된다

그림 은 스웨징의 방향을 나타내며 그림 는 스웨징 전 후의 외철의 크[ 53] [ 54]

기 변화를 보여주고 있다

- 49 -

그림 스웨징 방향[ 53]

그림 스웨징 전후의 외경 크기의 변화 단면[ 54] ( )

제 절 내철의 구배 변화에 의한 개선제 절 내철의 구배 변화에 의한 개선제 절 내철의 구배 변화에 의한 개선제 절 내철의 구배 변화에 의한 개선2222

아래 그림 는 형상 변화를 시도할 수 있는 내철 끝단 부분의 구배를 표시한[ 55]

그림으로서 는 구배각도를 나타낸다a

- 50 -

그림 구배각도[ 55]

그림 은 본 제품의 특성 요구 사항을 그림으로 표시한 것으로 고무부싱은[ 56]

및 의 외력에 대하여 적절하게 대응할 수 있도록 설계되어야 한다 부싱 종류F1 F2

의 경우 일반적으로 고무 제품의 유연함과 동배율 개선을 위하여 저경도의 고무를

적용하는 경우가 많은데 이 경우에는 외력에 대한 특성이 상대적으로 취약하게F1

나타나게 된다 이러한 취약점을 보완하기 위하여 본 연구에서는 그림 과 같 [ 57]

이 제품이 허용하는 범위 내에서 내철의 구배를 변화 시킨 후 실험데이터의 분석을

통해 성능 개선 방안을 찾고자 하였다

그림 부싱의 외력[ 56]

그림 의 의 경우는 구배를 주지 않은 경우이며 의 경우는 구배를 준[ 57] (a) (b)

경우를 표시하고 있다

- 51 -

의 경우 외력에 의하여 발생하는 반발력 은 순수한 고무 특성에 의해서(a) F1 Fr1

만 나타나게 된다 이러한 경우 저경도의 고무을 적용하였을 때 의 크기가 미미 Fr1

하여 적절한 특성을 발휘하지 못하게 된다

의 경우와 같이 내철에 구배를 주게 되면 의 외력에 대하여 구배가 들어간(b) F1

부분 에 의한 반발력 함께 가 생성되어 상대적으로 에 대한 저항력이 커Fr3 Fr2 F1

짐으로써 성능을 향상 시킬 수 있게 된다

그림 구배각도의 적용에 따른 차이 단면[ 57] ( )

그림 구배각도의 적용에 따른 차이 입체[ 58] ( )

- 52 -

제 장 도포공정개선제 장 도포공정개선제 장 도포공정개선제 장 도포공정개선6666

고무부싱의 내구성 향상을 위하여 필수적으로 관리하여야 할 공정이 도포공정이

다 도포공정은 접착의 원리에서부터 접착의 구조 접착의 강도 피착재의 표면처리

법 및 접착제 사용법 등 접착에 관한 전반적인 기술을 공정에 효율적으로 적용하여

야 한다

고무와 금속과의 접착력이란 접착제와 피착제 사이의 계면 결합력을 의미하며 접

착강도는 시험방법 접착방법 시험시의 조건 시편의 기하학 등 여러 인자에 의해

영향을 받는다 접착파괴는 접착제의 가장 약한 곳에서 일어나며 접착강도는 여러

가지 측정법에 따라 고유강도 잔류강도 측정강도 등과 같이 다르게 표현된다 고

무부싱의 접착구조는 그림 과 같다[ 61]

그림 접착의 구조[ 61]

프라이머 는 피착제 표면과의 친화성이나 접착제와의 상용성이 뛰어나야(Primer)

하고 동시에 접착 저해물과의 상용성도 높아야 한다 또 프라이머 중의 유효성분

쪽이 피착제 표면에 흡착되어 있는 저해성분보다 피착제에 의하여 안정하게 흡착되

어 있는 것이 중요하다 따라서 프라이머는

- 53 -

충분한 교반 균일하고 엷은 도포 그리고 완전한 건조가 이루어져야 한다 이러한

도포공정은 피착제의 모앙에 따라 달라진다

열경화성 접착제의 대부분은 유기 중합물과 각종 충진제를 유기용제에 용해 분산

시킨 것으로 사용전이나 사용 중에도 교반기 등으로 균일하게 용해 분산시킨 접착

제를 사용하는 것이 중요하다 따라서 의 도포 공정은 그림 와 같이 교 DA-2 [ 62]

반기를 추가 설치하여 공정 개선을 실시하였다

그림 설치한 교반기[ 62]

또한 피착제의 균일한 도포를 위해 롤타입의 코팅기에 기존 페인트용 롤러에서

그림 에서와 같이 융을 말아 롤러 도포하는 형태로 개선을 실시하여 코팅의[ 415]

두께 정밀도를 향상시켰다

- 54 -

그림 변경된 롤러 모양[ 63]

접착 재료를 프라이머 에서 변경하여 사용함CHEMLOK 220 252 CHEMLOK 205

으로써 접착력을 향상시켰는데 는 금속 및 경길대료의 프라이머로CHEMLOK 205

사용되며 또한 같은 극성고무에 단독으로 접착이 가능하다 NBR

방식의 경우 의 특징을 살펴보면TWO Coat CHEMLOK 205

ㆍㆍㆍㆍ 접착제의 금속 표면에서의 접착강도를 향상시킬 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ 기계적 표면처리 후 활성화된 금속표면을 산화작용으로부터 보호하며 녹방

지 도료적 역할을 한다

ㆍㆍㆍㆍ 크로로프렌이나 에피크로로히드린고무와 같은 가류 중에 염소가스를 발생

시 켜 금속표면을 부식시키기 쉬운 고무배합에 대하여 유효하게 적용된다 프

라 이머는 충분한 교반 균일하고 엷은 도포 그리고 완전한 건조가 이루어져

야 접착성이 뛰어나게 된다

도포공정 개선 전후의 효과는 그림 그림 의 도포두께 비교[ 64]~[ 67] Cpk

를 통해서도 알 수 있다DATA

아래 그림 는 도포공정의 개선전[ 64] 관리도의 그래프를 나타낸

- 55 -

것으로 관리도는 평균치와 범위에 관한 계량형 관리도에서 가장 많이 사용되

는 관리도의 하나이다 관리도는 평균치의 변화를 관리하는 관리도와 산포의

변화를 관리하는 관리도로 구성된다 관리도의 중심선(Central Line) CL=로 나

타내며 관리 상한선 은(Upper Control Limit) UCL= 로 관리하한선인 (Lower

의 경우Control Limit) LCL=

로 구한다

관리도의 관리선의 경우 중심선 관리상한선 UCL= 관리하한선 LCL

의 경우 로 구한다

여기서 등의 계수는 샘플의 크기인 에 따라 결정 되며 일 경우=4

=0729 =0 이다=2282

그림 에서[ 64] 이며=273410 관리도의 로 나타났UCL=307994 LCL=238826

다

관리도의 은CL 이며 이다=4744 UCL=1082581

- 56 -

그림 도포공정 개선전[ 64] 관리도

한편 그림 는 도포공정 개선 전의 경우에 대하여 지정된 규격의 공정능력 [ 65]

지수를 나타낸 것으로서 단기공정능력지수( 와 장기공정능력지수) ( 를 나타낸)

다 단기공정능력지수는 공정능력 ( 과 규격의 폭) ( 과의 비율을 의미하며 일반적)

으로 로 표시한다 규격은 그림 에서처럼 양쪽규격이 모두 주어진 경우 공 [ 65]

정 능력 지수는 다음과 같이 계산할 수 있다

공정 능력

로 나타내고 만약 공정 평균이 규격의 중심으로부터 어느

한쪽으로 치우쳐 있게 되는 경우 치우침도( 와) 를 조합한 단기공정능력지수

( 로 나타낸다 즉)

- 57 -

장기공정능력지수( 의 계산은)

으로서 이다

따라서 그림 에 나타난 것처럼 개선전의 공정능력은[ 65] =17854 =08458

으로서 장기 공정에 대해 만족스럽지 못한 값을 나타내고 있다

그림 도포공정 개선전 공정능력 분석그래프[ 65]

- 58 -

그러나 공정개선후의 관리도인 그림 을 살펴보면[ 66] 이며=28196 관리

도의 이고UCL=300418 LCL=263502 관리도의 은CL 로=2532 UCL=51418

나타난다

그림 도포공정 개선후[ 66] 관리도

- 59 -

개선 후에는 그림 로부터 알 수 있듯이 단기공정능력은[ 67] 으로서=31966

인 장기 공정에 대해 안정적인 것을 확인할 수 있어 도포공정 개선에=23275

대한 효과가 있음을 알 수 있다

그림 정 개선 후 공정능력 분석그래프[ 67]

또한 도포공정의 두께관리를 강화하기 위하여 작업자 교육 및 샘플링 두께 측정

검사를 통해 지속적인 모니터링을 실시하고 공정별 온도관리 및 시간 관리를 통해

작업 환경 유지관리 강화로 변함없는 품질의 제품을 생산하도록 하였다 그림 [

은 롤 코팅 공정이다68] (Roll coating)

- 60 -

그림 롤 코팅 공정[ 68] (Roll coating)

- 61 -

제 장 최적수준 결정을 위한 파라미터 설계제 장 최적수준 결정을 위한 파라미터 설계제 장 최적수준 결정을 위한 파라미터 설계제 장 최적수준 결정을 위한 파라미터 설계7777

제 절 실험계획법에 의한 유의인자 결정제 절 실험계획법에 의한 유의인자 결정제 절 실험계획법에 의한 유의인자 결정제 절 실험계획법에 의한 유의인자 결정1111

재료설계 형상설계 및 공정설계에 대한 최적조건의 결정은 부품의 품질 특성에

대한 사양 을 만족시켜야 할 뿐 아니라 생산부품 간 품질의 산포를(Specification)

최대한 줄여야 한다 의 최적설계를 위해 다구찌 기법 을 적 DA-2 (Taguchi method)

용하였다

다구찌의 강건설계 는 인자 가 품질 특성의 평균에 대해(Robust design) (Factor)

가지는 효과뿐만 아니라 분산에 미치는 효과에 대해서도 초점을 맞추고 있다 분산

을 줄일 수 있는 통제 가능한 인자에 대한 조건을 설정하여 품질특성이 통제 불가

능한 인자의 변화에 대해서는 둔감하도록 할 수 있다 강건설계의 주목적은 품질특

성의 목표값을 유지하면서 분산을 줄이는 인자에 대해 설치값 을 발견하는 (Setting)

데 있다

다구찌 설계에 의한 실험계획법은 특히 확장된 역할로서 다음의 몇 가지를 들 수

있다

ㆍㆍㆍㆍ종래에는 제어 불가능한 환경조건이나 제어하기 어려운 생산조건 공정조건

등의 원인 이를 잡음인자로 통칭 들이 데이터에 주는 영향의 정도를 평가하기 어려( )

웠으나 객관적으로 그리고 계량적으로 이를 평가할 수 있는 방법을 제시하고 있

다 또한 품질 산포의 크기를 계량특성치 손실함수 비 등 로 변환하여 산포를 ( SN )

작게 하는 인자들의 조건을 찾아가는 강건설계를 사용한다

ㆍㆍㆍㆍ직교배열표를 광범위하게 사용하여 인자의 수가 많은 경우에도 크게 실험횟

수를 증가시키지 않고 실험하는 일부 실시법을 사용한다

ㆍㆍㆍㆍ생산라인 내 뿐만 아니라 신제품 개발을 위한 품질설계 파라미터(On-line)

설계 허용오차 설계 등의 라인 외 품질관리를 위하여 유용하게 사용할 (Off-line)

수 있다

ㆍㆍㆍㆍ다구찌 방법에서 추가적으로 다룰 수 있는 주요한 것들로는 직교배열

- 62 -

표의 확대사용 수준계의 표준 직교배열표 이외에 확대 응용 혼합 직교배열표(2 3

의 사용과 조합법의 사용 계량치 데이터의 파라미터 설계 허용차 설계 그리고)

계수치 데이터의 파라미터 설계 동적 특성의 파라미터 설계 등을 들 수 있다

파라미터 설계 는 제품설계와 공정설계에서 유용하게 사용되는(Parameter design)

다구찌 실험계획법의 핵심이다 파라미터는 제품성능의 특성치에 영향을 주는 제어

가능한 인자 를 의미하며 파라미터 설계는 이들 인자들의 최적(Controllable factor)

수준을 정하여 주는 것을 말한다 파라미터를 설계변수 라고도 부 (Design variable)

르며 파라미터 설계에서는 제품의 품질변동이 잡음에 둔감하면서 목표품질을 가질

수 있도록 설계변수들의 최적조건을 구하여 준다 최적조건을 찾을 때 설계변수와

잡음을 주는 인자들을 포함시켜 실험하는 직교배열표 등을 주로 사용한다 이때 목

표 품질을 만족시키는 범위 내에서 가능한 한 비용이 적게 드는 조건이나 부품 등

을 이용한다

만약 신뢰성에 영향을 주는 제어 가능한 인자 에 대한 파라미터설계 A B C D

를 한다고 하자 는 수준 는 수준의 혼합수준 에 대한 설계 A B 4 C D 2 (Mixed level)

분석을 하려고 한다면 각 요인 변동의 계산을 표 과 같은 [ 71] L16(215형 직교배)

열표 를 사용하면 된다(Orthogonal Design)

에 대한 파라미터 설계조건으로는 내구성이 가장 좋은 최적의 설계 및 공정DA-2

조건을 구하여야 하므로 반응변수가 큰 값일수록 좋은 망대특성(Larger-the-better

에 대한 조건을 구하고 부품의 정특성 및 동특성에 대한 분석은 적characteristics)

정한 상호관계를 고려하여 별도의 실험을 행한다

- 63 -

표 다구찌 설계의 예[ 71]

- 64 -

제 절 시험데이터의 해석제 절 시험데이터의 해석제 절 시험데이터의 해석제 절 시험데이터의 해석2222

실험조건실험조건실험조건실험조건1111

제품의 신뢰성향상을 위해 지금까지 재료배합의 개선 형상개선 및 공정개선에

대한 각각의 과정을 설명하였으며 본 장에서는 관련된 여러 인자들을 동시에 고려

하여 최상의 품질특성을 나타낼 수 있는 최적인자수준의 결정에 대하여 설명하려고

한다 이는 인자들 간의 상호 작용이 상승 또는 보완작용을 할 수도 있고 반대로

서로 상극임을 나타낼 수 도 있기 때문이다

일반적으로 고무부싱의 개발에 적용되는 인자 는 다음과 같다(Factor)

ㆍㆍㆍㆍ경도 는 수요기업에서 제시하는 사양 에 따라 적정수(Hardness) (Specification)

준의 경도 도 도 도 도 를 적용하였으며 경험적으로 경도의 산포는(43 45 48 50 ) plusmn

정도이다2

ㆍㆍㆍㆍ각 부분의 모양이나 각도에 따라 고무 량에 영향을 미치게 되는 형상설계에

관해서는 내부 파이프 구배각도를(Inner pipe) 15deg~25deg로 하고 외부파이프 (Outer

의 접착부분을 로 하였으며 외경의 크기는pipe) 13mm~15mm

27mm~ 로 유지하였다278mm

ㆍㆍㆍㆍ공정설계는 가류시간을 로 하였다 가류 온도는240sec~600sec 150deg~180

로 하고 주변 온도에 영향을 받으므로 금형 표면온도는 항상 확인하였다 접착제

도포가 내구성에 영향을 주므로 접착제 두께는 으로 하고 접15micron~40micron

착제 배합조건은 로 하였다120cc~128cc

다구찌 설계에 의한 최적수준을 결정하기 위해 다른 인자는 고정시키고 경도 가

류시간 스웨징 인자에 대하여 표 와 같이 실험수준을 정하였다 [ 72]

- 65 -

표 실험인자 별 수준[ 72]

분석결과의 해석분석결과의 해석분석결과의 해석분석결과의 해석2222

실험결과의 해석은 다음과 같다

을 통해 표 의 실험조건을 입력하여 다구찌 설계를 생성한 결과MMITAB [ 72]

표 과 같은 실험조합을 얻었다 표 는 실험조합 별 시험결과 값이다[ 73] [ 74]

에서의 내구성에 대한 다구찌 설계해석의 결과는 표 의 신호 대Nominal load [ 75]

잡음비 비 평균 표준편차에 대한 반응표에 잘 나타나(SN Signal to noise ratio)

있다 그림 그림 은 비 평균 표준편차에 대한 반응 값을 도식한 [ 71]~[ 73] SN

것이다

표 의 신호 대 잡음비의 반응표를 보면 경도는 스웨징이나 가류시간에 비해[ 75]

반응변수 내구성 에 큰 영향을 미치고 있음을 보여준다 평균에 대한 반응표에서도( )

경도는 다른 인자들에 비해 반응변수의 평균에 크게 영향을 미치고 있음을 알 수

있다 표준편차 역시 경도의 수준 변화에 따라 차이가 가장 많음을 보여주고 있다

- 66 -

표 에 의한 다구찌 설계생성[ 73] MINITAB

- 67 -

표 실험조합 별 시험결과 데이터[ 74]

- 68 -

표 비 평균 표준편차에 대한 반응표[ 75] SN

신호 대 잡음 비에 대한 반응 표신호 대 잡음 비에 대한 반응 표신호 대 잡음 비에 대한 반응 표신호 대 잡음 비에 대한 반응 표

망대특성망대특성망대특성망대특성

평균에 대한 반응 표평균에 대한 반응 표평균에 대한 반응 표평균에 대한 반응 표

표준 편차에 대한 반응 표표준 편차에 대한 반응 표표준 편차에 대한 반응 표표준 편차에 대한 반응 표

- 69 -

그림 신호 대 잡음 비의 주효과도[ 71]

그림 인자수준별 평균의 주효과도[ 72]

그림 인자수준별 표준편차의 주효과도[ 73]

- 70 -

표 와 그림 에서 에서의 내구성 예측값을 가장 크게 하[ 75] [ 72] Nominal Load

는 것은 요인 수준의 조합이 일 때이다 품질 향상을 위해서는 정특성 동(4 2 2)

특성 값도 동시에 고려하여야 하므로 조합 조합 조합(4 2 2) (4 3 2) (4 1 2)

에 대한 예측 값을 함께 구하였다

표 은 에서의 내구성 예측값을 표 은 에[ 76] Nominal Load [ 77] Maximum Load

서의 내구성 예측값 표 은 정특성 예측값 표 는 에서의 동특성 예 [ 78] [ 79] 15Hz

측값 그리고 표 은 에서의 동특성 예측값을 보여주고 있다 [ 710] 150Hz Nominal

에서의 내구성 예측값은 조합 조합 조합에서 각Load (4 2 2) (4 3 2) (4 1 2)

각 목표값인 을 상회한 과170000 Cycle 178023 Cycle 174272 Cycle 175830

로서 조합일 때 더 높게 나타났다Cycle (4 2 2)

동배율은 예측 평균값을 기준으로 할 때 동배율은 조합에서는 에 (4 2 2) 15Hz

서 에서 이고 조합에서의110(1187691079) 150Hz 113(1215561079) (432)

동배율은 에서 에서15Hz 106(112856 106938) 150Hz 108(115769106938)

이며 조합에서의 동배율은 에서 에서 (412) 15Hz 108(118194 1094) 150Hz

이었다109(1195691094)

모델의 경우 수요기업에서 동배율 값이 적은 값을 요구하기 때문에DA-2 (kdks)

동배율을 고려하면 의 조합이 더 좋은 품질을 나타낸다고 할 수 있다(4 1 2)

- 71 -

표 에서의 내구성 예측값[ 76] Nominal Load

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 2 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 3 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 1 2

예측 값

신호 대

- 72 -

표 에서의 내구성 예측값[ 77] Maximum Load

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 2 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 3 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 1 2

신호 대

- 73 -

표 정특성 예측값[ 78]

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 2 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 3 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 1 2

신호 대

- 74 -

표 동특성 예측값[ 79] (15Hz)

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 2 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 3 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 1 2

신호 대

- 75 -

표 동특성 예측값[ 710] (150Hz)

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 2 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 3 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 1 2

신호 대

- 76 -

제 장 부품의 신뢰성성장관리제 장 부품의 신뢰성성장관리제 장 부품의 신뢰성성장관리제 장 부품의 신뢰성성장관리8888

제 절 신뢰성성장관리제 절 신뢰성성장관리제 절 신뢰성성장관리제 절 신뢰성성장관리1111

복잡하고 기술적인 제품의 개발 프로그램을 운영하는 데 있어서는 고객이 요구

하는 신뢰성 수준을 만족시키기 위하여 상당한 규모의 시간 예산 기술인력 등의

자원을 필요로 한다 고객들의 신뢰성 요구수준은 매우 높으므로 이러한 목표를 달

성하기 위하여 시험 개선 시험 개선의 개발과정을 반드시 거친다 이 과정에서 시- - -

스템 서브시스템 또는 모듈을 고장 날 때까지 시험하고 고장모드를 결정해서 이를

제거하기 위한 시도를 하거나 적어도 고장발생을 줄일 수 있는 시도를 하여 설계나

엔지니어링 개선을 이룬다 만약 이러한 과정이 계속되고 설계나 엔지니어링 변경

이 충분히 이루지면 시스템의 신뢰성은 증가한다 개발프로그램이 운영되는 동안

신뢰성 수준의 변화를 추적할 수 있다면 개발책임자로서는 여러 가지 이점이 있다

즉 목표하는 신뢰성 수준을 달성하기 위하여 충분한 비율로 성장하고 있는지의 여

부를 가능한 빠른 시간 내에 판단할 수 있고 그에 따라 필요한 자원을 적절히 배

분할 수 있다 따라서 개발책임자는 시험데이터로부터 현재 시스템의 신뢰성 수준

성장률의 평가 앞으로 기대되는 달성 가능한 수준을 결정하기를 원한다

신뢰성 성장관리 기술은 제품을 개발하는 데(Reliability growth management)

소요되는 많은 시간과 비용 및 엔지니어링 노력을 절감하면서 개념선택 제품과 공

정의 신뢰성 그리고 비용효율을 달성할 수 있도록 유용한 정보를 제공해 준다 군

사장비 자동차 및 전자 중장비개발 등에 적용된 최근의 신뢰성 성장시험 관리기술

은 각 분야의 경쟁적인 사업 환경 아래에서 제품개발을 효율적으로 조직하여 신뢰

성평가를 시작하고 신뢰성 성장과정을 추적할 수 있도록 해준다 신뢰성성장관리기

술은 제품 및 공정설계 관련사항 및 검증시험 항목들에 대하여 사용 환경에 따른

신뢰성 성장 진행과정을 확인하고 그 결과로부터 성장시험곡선을 개발할 수 있게

한다 또한 설계단계 사이의 여러 가지 관련성을 확인하여 관찰하고 그 정보를 다

른 제품보증분석들과 연결하여 고객 요구사항에 대한 제품의

- 77 -

적합도를 적절히 평가하는 데 도움을 준다

신뢰성성장모델은 가 개발한Crow(1975) AMSAA(Army Materiel Systems

모델이 많이 활용되었으나 이는 시스템 또는 서브시스템에서의Analysis Activity)

성장관리에 유용하고 부품수준에서는 모델을 활용하는 것이 더욱 실용적이 Weibull

다 모델은 목표 Weibull B10 수명에 대하여 초기 시작품 으로부터(Early Prototype)

후기 시작품 까지의 신뢰성 개선을 관리하는데 실용적으로 활용할(Later Prototype)

수 있다

신뢰성 성장시험 프로세스신뢰성 성장시험 프로세스신뢰성 성장시험 프로세스신뢰성 성장시험 프로세스1111

신뢰성 성장은 개발시스템에 대하여 여러 시험단계가 시리즈로 이루어지는 동안

고장모드를 발견하고 이를 개선하는 과정을 거쳐 이TAAF(Test Analyze And Fix)

루어진다 또한 기능시험 환경시험 안전시험의 결과는 신뢰성 향상을 위한 FMEA

등과 연계하여 사용된다 분석결과는 설계변경에 반영되고 최종목표가 달성될 때까

지 개선과 시험이 연속적으로 이루어진다 그림 은 일반적인 신뢰성 성장시험 [ 81]

프로세스를 보여준다 프로그램의 시작시점에 신뢰성 성장에 대한 계획을 수립하여

고객의 기대사항을 만족시킬 수 있는 성능수준에 대한 구체적인 측정치를 제시하

고 이 목적을 달성시킬 수 있는 시험조건을 정한다 시험조건은 특정한 부품이나

시스템에 대하여 고객의 사용방법과 환경에 대한 지식을 기초로 하여야 한다

개발프로젝트가 진행되는 동안 신뢰성 성장시험 프로그램이 개발되고 실행되는

과정에서 설계 및 공정의 관심사항을 확인하기 위해 QFD(Quality function

와 같은 제품보증을 위한 분석방법들이 선행되어 실시되는데 신뢰성deployment)

성장관리와 연계하여 이를 통틀어 통합 신뢰성 성장관리(Integrated reliability

라고 한다 신뢰성 성장관리를 포함한 제품설계평가의 모든growth management)

과정은 제품 공정의 신뢰성 향상에 있어 중요한 역할을 하는 제품보증기능의 한부

분이다

- 78 -

통합 신뢰성 성장시험관리 프로세스는 설계뿐 아니라 공정신뢰성(MIL-HDBK-781)

과 관련된 문제에 대응할 수 있도록 신뢰성 성장시험의 이점을 전적으로 활용할 수

있는 수단을 제공한다

신뢰성 성장관리과정을 개발함으로써 신뢰성 수준은 계속적으로 추적될 수 있고

조치를 취하고 다른 분석결과들과 비교되어 초기 신뢰성 예측을 수립하고 제품설

계에 포함된 확신을 증가시킨 후 검증시험에 들어갈 수 있도록 한다 이러한 신뢰

성 성장관리 프로세스는 제품개발 사이클에 있어서 초기 단계 동안에 신뢰성을 확

립하는 데 도움을 줄 수 있는 장치이다

그림 신뢰성성장시험 프로세스[ 81]

제품개발과정에 적용되는 신뢰성 성장시험관리 프로세스는 다음과 같다

신뢰성 성장시험조건을 결정하고 시험 사이클을 개발한다 ①

신뢰성 성장시험곡선의 사용을 통하여 시험과정을 실행하고 추적한다②

시험결과를 평가하고 다른 선행된 분석연구결과들과 비교한다③

확인된 결함을 제거하기 위해 설계변경을 실시한다④

- 79 -

설계검증시험을 준비한다⑤

신뢰성 성장시험의 주된 목적은 설계상의 약점을 확인하고 제거함으로써 설계의

신뢰성을 증가시키는 것이다 정확하게 신뢰성 수준이 변화되는 진행상황을 추적하

기 위해서는 요구사항에 대한 불합치성 을 확인하고 불합치성이(Nonconformance)

일어난 시간을 모두 추적하여야 한다 시험을 시작하기 전에 적절한 시정조치를 용

이하게 하기 위해 사전계획이 수립되어야 하며 고장분포를 결정하기 전에 각각의

고장부품에 대한 고장원인을 분리할 수 있어야 한다

부품의 개발과정에서 몇 개의 표본에 대한 고장시간 데이터가 있을 때 Weibull

분포를 활용한 신뢰성 성장분석에 대하여 설명하면 다음과 같다

가 분석의 개요가 분석의 개요가 분석의 개요가 분석의 개요

밀도함수는 그림 와 같이 특성 수명과 기울기로 고장시간Weibull [ 82] (Cycle

을 설명한다 작은 표본에 대한 고장시간 데이터가 주어졌을 때 분석Km) Weibull

을 사용하여 세 가지의 정보를 얻을 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ특정 시간이 주어졌을 때 등 부품의 신뢰도는 그 시간까지 살아 있(Cycle Km )

을 백분율이다

ㆍㆍㆍㆍ 또는 다른( 수명을 추정할 수 있다) 수명은 부품들 중 가 고장10

날 것이라고 기대되는 시간이다 즉 이 시간에서의 신뢰도는 이다 90

ㆍㆍㆍㆍ 기울기의 값은 고장률 패턴에 대한 정보를 제공해준다 기울기가Weibull 10

이라면 고장률이 일정하다는 것을 의미한다 이 경우 고장은 일반적으로 우연히

일어나며 고장률은 설계의 강건 정도에 따라 달라진다 기울기가 보다 작다면 1

고장률은 감소하고 있음을 의미한다

- 80 -

즉 높은 초기 고장률 을 말한다 기울기가 보다 크면 고장률은 증 (Infant mortality) 1

가하고 이는 마모 되고 있음을 의미한다(Wear-out)

그림 에 의한 부품의 신뢰성성장분석[ 82] Weibull 수명 비교

가장 많이 활용되는 측도는 수명이며 이것은 요구되는 목표 신뢰도가 임 90

을 의미한다 첫 번째 프로토타입이 고장 난다면 신뢰성 목표 달성을 위해 설계 변

경을 행하고 다음 프로토타입을 시험한다 이 과정은 목표 수명이 달성될 때까

지 반복한다

나 의이점나 의이점나 의이점나 의이점WeibullWeibullWeibullWeibull

부품의 개발과정에서 작은 표본에 대한 고장시간 자료가 주어졌을 때 Weibull

분석을 활용하여 신뢰성성장관리를 행하면 다음의 정보를 얻을 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ신뢰성 개선은 목표 수명이 달성될 때까지 하나의 프로토타입에

- 81 -

서 다음 프로토타입까지 추적할 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ신뢰성 개선은 시험한 프로토타입에 대해 타점으로 표현되고 빠르Weibull

게 방향을 파악하여 신뢰성 진전과정에 대한 양적 측면의 관리능력 향상을 그

래프로 확인할 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ컴포넌트를 고장 날 때까지 시험하는 것은 고장모드에 대한 아주 귀중한 정

보를 제공하고 따라서 시정조치 활동이 필요하다

ㆍㆍㆍㆍ많은 표본이 더 좋은 신뢰도를 얻을 수 있지만 분석은 많은 표본을Weibull

필요로 하지 않는다

ㆍㆍㆍㆍ고객의 운영 사용 사이클과 시험 모수의 관계가 알려져 있다면 더 빠르고( )

더 적은 비용으로 가속시험을 할 수도 있다

다 기본가정및제한다 기본가정및제한다 기본가정및제한다 기본가정및제한

ㆍㆍㆍㆍ각 분석에서 오직 하나의 고장모드만 포함되어야 한다 두 개나 그 이상의

고장 모드가 검출된다면 각각에 대해 분리하여 분석해야 한다

ㆍㆍㆍㆍ신뢰도는 시험 제한 한계 로 인해 년 마일까지 확장하여 외삽하면 안( ) 10 150K

된다 왜냐하면 시험 제한 한계 로 인해 다른 고장모드가 발생할 것인지 알 수 ( )

없기 때문이다

ㆍㆍㆍㆍ하나의 프로토타입에서 다음 프로토타입까지 기울기가 변하는 데는 특별히

주의를 하여야 한다 왜냐하면 초기 후기 수명에서 더 높은 신뢰도와 후기 초 ( ) (

기 수명에서 더 낮은 신뢰도의 할 수 도 있기 때문이다) trade-off

라 적용시기라 적용시기라 적용시기라 적용시기

ㆍㆍㆍㆍ수명의 비교는 엔지니어링 사양 이 특정한(Specification) 을 요구할 경

우 사용된다

ㆍㆍㆍㆍ이러한 접근방법은 고장시간 등 에 대하여 동일한 부품의(Cycle Km )

- 82 -

다른 시점에서의 프로토타입을 비교할 때 사용한다

ㆍㆍㆍㆍ신뢰성 목표가 달성될 때까지 계속한다

마 입력자료마 입력자료마 입력자료마 입력자료

ㆍㆍㆍㆍ프로토타입 의 몇 개 표본의 고장시간 등1 (Cycle Km )

ㆍㆍㆍㆍ프로토타입 의 몇 개 표본의 고장시간 등2 (Cycle Km )

⦙

ㆍㆍㆍㆍ마지막 프로토타입의 몇 개 표본의 고장시간 등(Cycle Km )

분석프로세스는 그림 과 같다[ 83]

프로세스프로세스프로세스프로세스 일반적 단계일반적 단계일반적 단계일반적 단계

Ⅰ 요구

또는 수명 결정

프로그램 신뢰성 목표 사용

고객의 운영 사용 프로파일 사용( )

시험 프로그램 적정시간 사용

Ⅱ 시험 프로그램 자료정보

확인과 데이터 수집초기 부품의 프로토타입

후기 부품의 프로토타입

Ⅲ 다른 프로토타입에 대한

누적고장 시간 또는 vs

거리 계산 및 타점

분석이 가능한 사용Weibull SW

가능한 가속수명시험 사용

Ⅳ 프로젝트 검토 시

현재 신뢰성 수준신뢰성 목표 적합성 결정

초기 경고 관련 정보 제공

개선을 위한 계획 정보 제공

그림 프로세스별 단계[ 83]

- 83 -

제 절 신뢰성성장 데이터분석제 절 신뢰성성장 데이터분석제 절 신뢰성성장 데이터분석제 절 신뢰성성장 데이터분석2222

초기 프로토타입 으로 부터 개의 표본을 정상하중 으(Prototype1) 6 (Nominal load)

로 고장 날 때까지 시험하고 고장모드를 기록하였다 여러 개선작업을 거친 후 후

기 프로토타입 으로부터 개의 표본을 고장 날 때까지 시험하고 고장모(Prototype2) 6

드를 기록하였다 시험 데이터는 표 에 주어져 있다 [ 81]

에 고장데이터를 입력하고 각 프로토타입 단계별로 용지에 결과MINITAB Weibull

를 타점한 결과 그림 와 같은 성장곡선이 생성되었다 [ 84] Weibull

정상하중 에서 의 평균수명 추정치는 이(Nominal load) Prototype1 127366Cycle

고 의 평균수명 추정치는 로서 의 개선을 이루었 Prototype2 176882 Cycle 389

음을 알 수 있었다 수명은 은 이었으나Prototype1 112668 Cycle Prototype2

의 수명은 로서 상당한 개선이 이루어졌음을 볼 수 있다168620 Cycle 수

명에 대한 신뢰하한은 로 추정되었다 따라서 정상부하에 의한95 162926 Cycle

시험데이터분석 결과 개선활동 재료배합개선 형상설계개선 공정개선 에 의하여 ( )

내구성 목표가 달성되었음을 알 수 있다

그림 는 에서의 신뢰구간을 보여주고 있다[ 85] Nominal load 90

최대하중 에서는 표 의 데이터 입력결과 그림 의 그래프를(Max load) [ 82] [ 86]

생성하였다 그래프로 부터 추정된 의 Prototype1 수명은 이고16362Cycle

의Prototype2 수명은 이다21850 Cycle 수명에 대한 신뢰하한추정치95

는 으로부터 로 계산된다MINITAB 20983 Cycle

의 수명과 의 수명이 다른 것은 개선 활동의 결과이Prototype1 Prototype2

- 84 -

며 에서 개선목표가 달성되었음을 알 수 있다 Prototype2

표 하중 고장시간[ 81] Nominal (Cycle)

Weibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth Curve

(Nominal Load)(Nominal Load)(Nominal Load)(Nominal Load)

그림 성장곡선[ 84] Weibull (Nominal load data)

- 85 -

Weibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth Curve

(Nominal Load-90 Cl)(Nominal Load-90 Cl)(Nominal Load-90 Cl)(Nominal Load-90 Cl)

그림 신뢰구간[ 85] Nominal Load90

- 86 -

표 하중 고장시간[ 82] Max (Cycle)

Weibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth Curve

(MaxLoad)(MaxLoad)(MaxLoad)(MaxLoad)

그림 성장곡선[ 86] Weibull (Max load data)

- 87 -

제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론9999

본 연구는 자동차현가장치인 고무부싱 의 신뢰성향상을 위한 기(Rubber bushing)

술개발과제이다 에나 인더스트리는 수출전문기업으로서 주요 경쟁사에 비해 고성

능 고내구성의 제품을 짧은 기간 내에 개발할 수 있는 능력을 갖추어야 해외 시장

에서 경쟁력을 가질 수 있다

본 연구개발에서는 수요기업에서 요구하는 GMUTS(General Motors Uniform

의 사양에 따른 시험을 실행하여 내구성을 목표 사이클 이상으Test Specification)

로 개선하고 정특성과 동특성 비틀림 토크를 개선항목으로 선정하여 제품의 품질

및 신뢰성 향상을 진행하였다

수요기업의 요구 수준에 의하면 내구성은 와 Tension Compress Alternating

가 동시에 일 때 일 때Torsion Stress Maximum Load 20000 Cycle Normal Load

을 요구한다 본 프로젝트의 경우 해외의 부품메이커들에 대한 경쟁150000 Cycle

력 우위를 확보하기 위하여 기본 요구 수준을 넘어 향상된 제품신뢰성을5~10

확보를 목표로 하였다 내구성 정특성 및 동특성에 대한 시험은 직접 행하였고 비

틀림토크에 대한 부분은 추가적인 시험장치가 필요하여 수요기업의 실험실에 샘플

을 제출하여 요구수준을 검증받았다

본 연구개발의 성과를 요약하면 다음과 같다

우선 기술적 효과로는

설계기술의 확보(1)

재료배합설계 형상설계 공정설계에 대한 기술을 확보하여 내구성을 비롯한 품

질특성을 향상시킬 수 있었다 종래에는 설계 개발 생산프로세스에서 경험적 방법

에 의존하여 시행착오가 많았으나 본 연구를 통하여 과학적이고 체계적인 방법으

로 접근할 수 있는 기술이 확보되었다

설계 요소의 기술적 배치를 위한 실험계획법의 활용기술 확보(2)

- 88 -

종전에는 고무 배합설계 형상설계 공정설계에 대하여 설계요인 별 수 (Facter)

준 을 무작위로 추출하여 실험하였으나 본 실험계획의 과정을 따르면 요인들(Level)

이 계획적으로 반영되어 품질특성에 각각 어느 정도의 영향을 미치는지 분석이 가

능하게 된다 또한 다구찌에 의한 강건 설계의 생성으로 산포를 줄일 수 있다

잠재적 고장원인 분석방법 기술 확보(3)

제품기능에 대한 잠재적 고장모드의 예측과 시험항목을 판단하고 최종적으로는 설

계검증 과 공정검증 의 세부항목과 효과적(Design verification) (Process verification)

으로 연계가 가능하다

신뢰성 데이터분석기술 확보(4)

부품의 개발과정에서 몇 개의 표본에 대한 고장시간 데이터가 있을 때 Weibull

분포를 활용한 신뢰성 성장분석이 가능하게 되었다 개발프로그램이 운영되는 동안

신뢰성 수준의 변화를 추적할 수 있어 목표하는 신뢰성 수준을 달성하기 위하여 충

분한 비율로 성장하고 있는지의 여부를 가능한 빠른 시간 내에 판단할 수 있고 그

에 따라 필요한 자원을 적절히 배분할 수 있다 따라서 개발책임자는 시험데이터로

부터 현재 시스템의 신뢰성 수준 성장률의 평가 앞으로 기대되는 달성 가능한 수

준에 대한 결정이 가능하다

경제적 측면의 효과로는

제품에 대한 내구성 및 동특성 정특성에 대하여 요구사양 이상으로 특성관리(1)

를 행할 수 있어 해외 부품메이커들에 대한 경쟁력 우위로 수출력을 향상할 수 있

게 되었다

개발기간을 단축할 수 있게 되어 개발비의 절감을 가져올 수 있게 되었다(2)

재료배합 형상설계 및 공정설계에 대한 기술개발의 표준 정립으로 개발 기간의 단

축이 가능하게 되었다

본 과제 결과를 활용하여 다른 방진제품에 대한 신뢰성 관리로 수출(3)

- 89 -

시장을 개척하여 신규거래처를 확보할 예정이다 신뢰성 데이터의 관리가 이루어져

제품수명에 대한 설득력 있는 자료의 제시가 가능하게 되었다

향후 연구계획으로는

고무부싱부품의 특성상 내구성만의 개선이 최선이 아니고 정특성과 동특성을 일

정수준으로 동시에 고려하여야 한다 따라서 이 부분에 대한 동시적인 실험설계가

시스템화 되도록 추가적인 연구가 요구된다

- 90 -

참고문헌참고문헌참고문헌참고문헌[ ][ ][ ][ ]

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- 96 -

주 의

이 보고서는 산업자원부에서 시행한 부품소재종합기술지원사업의 최1

종보고서이다

이 신뢰성기반기술확산사업 내용을 대외적으로 발표할 때에는 반드시2

산업자원부에서 시행한 부품소재신뢰성기반기술 사업의 지원결과임을

밝혀야 한다

- 97 -

이 보고서는 산업자원부에서 시행한

부품소재 신뢰성기반기술확산사업의 최종보고서이다

- 14 -

에 탄성의 성질을 잃어버리고 소성을 띠게 되는데 카본블랙은 이러한 고무의 물성

을 조정하는 중요한 인자이다

형상설계형상설계형상설계형상설계2222

자동차 모델에 따라 수요기업에서 의 외형형상에 대한 기본 설계를 제공Bushing

하지만 철과의 접촉부분 등 세부설계는 제조업체에서 실시하여야 한다 따라서 각

부분의 세부적 모양이나 각도에 따라 고무 철의 재료량에 영향을 미치며 이는 결

국 내구성 등 특성 치에도 영향을 미치게 된다

결정하여야 할 주요 요소로는 내철 구배각도 외철 접착(Inner pipe) (Outer pipe)

부분 등이다 이밖에 외경크기의 산포에 따라 내구성에 영향을 미칠 수 있으며 이

는 품질관리 활동에 의해 사이징 공정에서 최종규격을 맞추게 된다(Sizing)

공정설계공정설계공정설계공정설계3333

재료설계와 함께 부품의 내구성 정특성 동특성을 결정하는 주요공정은 철과 고

무를 접착시키는 접착제 도포 공정과 가류 가황 공정이다( )

가 가류공정가 가류공정가 가류공정가 가류공정

고무분자의 공유결합을 유도하여 기계적 강도를 높이는 작업이다 가황 또는

가류라고 하며 생고무에 유황 같은 가황제를 가하여 고무 분자 간에 결합을 강하게

하고 탄성 인장강도 등을 증가시킨다 가황고무의 가장 큰 특징은 탄성이 커지는

것이며 노화 가 더디고 변형 시에도 체적변화가 크지 않다는 것이다 중요한 ( ) 老化

관리 항목으로서는 가류온도 금형 쳄버 스쿠류 가류시간 가류압력 등이며 공정( )

설계에 따라 특성에

- 15 -

중요한 영향을 미친다

나 접착제도포공정나 접착제도포공정나 접착제도포공정나 접착제도포공정

접착강도는 시험방법 접착방법 시험시의 조건 시편의 기하학에 따라 다르게 나

타난다 도포방법으로는 침지법 붓칠법 롤 코팅법 (Dipping) (Brushing) (Roll

스프레이법 그리고 덤브링법 이 있다Coating) (Air Spray) (Tumbling)

프라이머 는 피착제 표면과의 친화성이나 접착제와의 상용성이 뛰어나지(primer)

않으면 안되고 동시에 접착 저해물과의 상용성도 높아야 한다 또 프라이머 중의

유효성분 쪽이 피착제 표면에 흡착되어 있는 저해성분 보다 피착제에 의하여 안정

하게 흡착 되어 있는 것이 중요하다 따라서 프라이머는 충분한 교반(Adsorption)

균일하고 엷은 도포 그리고 완전한 건조가 이루어 져야 한다

고무를 강력하게 접착시키기 위해서는 접착제가 적당히 고무 중으로 확산 된 후

에 고무와의 사이에서 상호 확산과 가교반응을 일으킬 필요가 있다 따라서 고무와

상용성이 있는 적절한 접착제 선정이 필수이며 충분한 교반 점도 조절에 의한 균

일한 도포 적당한 두께 완전한 건조 온도와 시간 가 이루어져야 한다 ( )

- 16 -

제 절 고장분석 자료 해석제 절 고장분석 자료 해석제 절 고장분석 자료 해석제 절 고장분석 자료 해석2222

설계설계설계설계1 FMEA1 FMEA1 FMEA1 FMEA

설계 는 설계 단계에서 발생하는 위험FMEA(Failure Mode and Effect Analysis )

성을 발견하기 위한 것으로 잠재적인 결함을 확인 한 후 그 영향의 심각성을 평가

하고 중점 관리 항목과 잠재적 설계 결함에 대응하기 위한 것으로 설계상의 문제

점들을 검증하고 효율적 설계개선을 행할 수 있도록 해준다 설계에 대한 잠재고장

모드의 리스트 중요 관리 특성 리스트 고장모드의 원인 제거나 발생률 감소를 위

한 설계활동 리스트 등이 그 결과물이 된다 에 대한 설계 는 표 DA-2 FMEA [ 32]

에 열람하였다

본 제품의 설계 에서는 아래 항목들에 대해 중점적으로 고려하였다FMEA

과다한 진동과 소음 형상 및 재료설계 오류로 인한 정특성 동특성 값의 불1) -

만족

내구성 문제 내철 외철의 파손 철 고무의 접착 불량 고무의 미가류 과가류2) -

외관 불량 내철 외철의 부식 미가류 과가류로 인한 고무의 이상 형태 고무3) -

버 나 살 로 인한 외관 불량 형태(burr) (flesh)

- 17 -

표 설계[ 32] FMEA

- 18 -

- 19 -

공정공정공정공정2 FMEA2 FMEA2 FMEA2 FMEA

공정 은 제품생산 공정에서 발생할 수 있는 잠재적인 문제점 또는 위험성FMEA

을 발굴하여 효과적으로 대응하기 위한 분석 기법으로 제품의 중대사고 발생 예방

으로 고객의 불만을 방지할 수 있으며 결함의 영향을 제거 또는 감소를 위한 부분

별 대책 수립의 근거가 되며 생산 문제점 검증을 통한 효율을 제고할 수 있다 공

정상의 잠재고장 모드와 그 영향을 검토 할 수 있으며 엔지니어들이 불량발생을 낮

추거나 불량 탐지 능력을 증대시킬 수 있는 관리 수단 또는 방법에 초점을 맞출 수

있도록 공정결함을 규명할 수 있다 공정에 대한 잠재고장 모드의 리스트 중요 관

리 특성 리스트 고장 모드의 원인 제거나 발생률 감소를 위한 공정 활동 리스트

들 결과물을 얻을 수 있다

표 에 보여준 의 공정 에서는 특히 아래 관련 항목들이 내구성 향[ 33] DA-2 FMEA

상과 품질개선을 위하여 중점적으로 검토되었다

접착제 도포 공정 의 점도관리체계에 의한 접착제 도포두께 관1) Zahn Cup No2

리상태 불량 건조상태에서 발생할 수 있는 접착제의 이상적 화학반응 및 건조상태

등

가류공정 고무와 내철 외철류의 이상적인 화학반응으로 인한 불량 접착상태2)

사출 성형후 고무의 갈라짐 흠집 등에 의한 외관 불량상태

시험 검사 공정 내구사양의 불만족상태 동특성 정특성 값의 사양 불만족상태3)

고무와 내 외철의 고무접착강도 불만족상태 등을 고려함

- 20 -

표 공정[ 33] FMEA

- 21 -

- 22 -

- 23 -

- 24 -

제 장 재료배합개선제 장 재료배합개선제 장 재료배합개선제 장 재료배합개선4444

제 절 배합의 기본 조건제 절 배합의 기본 조건제 절 배합의 기본 조건제 절 배합의 기본 조건1111

방진 고무부품을 만들려면 다음의 가지 공정을 거친다3

배합공정 사용목적에 따라 원료고무를 선택하고 배합약품의 종류와 양을 결middot

정하는 공정

가공공정 정해진 배합에 따라서 고무와 배합약품을 섞고 혼련 일정한 두께middot ( )

의 고무 시트를 제조하고 만들고자 하는 모양으로 절단하는 공정

가황공정 만들고자하는 모양으로 절단한 미가황 고무에 고무 탄성을 갖게middot

하고 물성을 개선하는 공정

이들 중 배합은 가공공정 가황공정 및 만들어진 제품 성능에 절대적인 영항을 미

치므로 배합설계자는 배합설계 를 할 때 다음의 가지 점(Compounding design) 3

에 균형을 잘 조화 시켜야 한다(3P)

최종 제품의 요구물성을 충족시킬 것middot (Property)

가공이 쉬울 것middot (Processing)

부피 당 배합단가가 적정할 것middot (Price)

또한 이와 같은 조건을 충족시키는 배합설계를 하기 위해서 배합설계자는 배합

의 목적 배합에 사용되는 원료고무와 각종 배합제의 성질 배합의 기초 배합단가

제품이 만들어 질 때까지의 작업 및 설비 등을 주지해야 한다

배합에는 원재료의 시험이나 평가를 목적으로 하는 배합과 공장에서 제품을 만들

기 위한 배합으로 나룰 수 있다

원재료의 시험이나 평가를 목적으로 하는 배합은 원재료의 대체나 품질

- 25 -

확인을 위한 기초 배합과 새로운 원재료가 개발됐을 때 이곳에 대한 실제적인 용도

개발을 위한 시험 또는 연구배합이 있다 개발을 위한 시험 또는 연구배합에서는

기초적인 성상을 구하는 배합으로부터 실용화에 대비한 응용배합에 이르기 까지를

검토의 대상으로 하기도 한다

제품을 생산하기 위한 목적으로서의 배합이란 종래에 없었던 새로운 요구가 있

었을 때 종래 사용하던 원재료를 써서 그 목적에 알맞은 배합을 결정하여 공장에

서의 실제 생산에 투입하는 경우를 뜻한다

고무 부싱과 엔진마운트와 같은 방진을 목적으로 하는 고무제품의 재료를 보면

등의 계의 고무가 적합하다는 게 일반적인 고무업체의 정설이NR SBR BR Diene

다 하지만 목적에 맞게 고무의 원재료를 선택하여야 한다 결국 방진이라는 기능의

고무 특성을 만족하기 위해서는 가교라는 차원 구조의 밀도를 요구하고 있다는 것3

을 알 수 있다

일반적인 방진고무의 요구특성으로는 다음과 같은 조건을 만족하여야 한다

첫째 파단 특성을 만족하여야 한다 즉 분자들과의 높은 응집력과 와의 높 Filler

은 친화성으로 응력을 분산시키는 구조로 이루어져야하는 조건을 만족하여야 하며

둘째 특성을 만족하여야 한다 에 대한 조건을 만족시키기 위해서 Creep Creep

는 고무의 분자 회전성이 높고 응집에너지가 낮을수록 좋다

셋째 내열성 및 내열 산화성에 대한 조건을 만족하여야 한다 이것은 일반적으로

기계적인 모든 성질은 온도의 의존성이 낮을수록 바람직하다고 할 수 있다 이에

방진목적의 고무도 이 같은 성질을 만족하여야 한다

- 26 -

넷째 일반적인 방진 제품은 고무만의 단독 현상으로는 그 형태를 유지하기 힘들

며 금속과의 결합을 통하여 그 방진특성을 만족하여야 한다 이에 방진고무의 기본

적인 성질은 금속과 접착성이 좋아야 한다는 조건을 만족하여야 한다

다섯째는 감쇄계수에 대한 부분으로 감쇄계수가 크고 온도의존성이나 주파수 의

존성이 좋아야 한다 일반적으로 은 감쇄가 적고 소변형에서 대변형에 이르기까 NR

지 선형의 복원을 하며 주파수에 의존하지 않은 특성을 가지고 있으므로 방진고무

로 적합하다고 할 수 있다

여섯째 탄성율에 관한 내용으로 일반적으로 방진 고무의 탄성율은 온도 및 진폭

의존성이 낮은 쪽이 좋게 된다

마지막으로는 정적강성과 동적 강성의 비로 표현되는 동배율에 유의해야 한다

일반적으로 방진고무의 감쇄 특성을 고려하면 동배율이 높은 것이 유리하지만 동적

특성의 온도의존성 변형율 동적 변형율에 의한 발열 및 내피로특성을 보면 저동배

율 쪽이 유리하다

제 절 재료배합 개선방안제 절 재료배합 개선방안제 절 재료배합 개선방안제 절 재료배합 개선방안2222

원재료 및 배합제의 개선원재료 및 배합제의 개선원재료 및 배합제의 개선원재료 및 배합제의 개선1111

고무부싱 제품의 경우 그 기능상의 요구로 인하여 주로 계열의 천연고무를NR

원재료로 사용한다 본 연구에서도 계열의 천연고무를 원재료로 하고 요구 특성 NR

의 개선을 위해 배합제의 선정을 대해 연구하였다 일반적으로 천연고무 및 합성고

무에 적용되어지는 배합제는 가황속도 조절 가공의 원활화 품질특성 개선 그리고

특수 성능 등의 목적으로 사용되어

- 27 -

진다 배합제의 종류로는 가공조제 연화제 유기가황제 가황촉진제 노화방지제

등으로 나눌 수 있다

요구 경도의 결정은 함량을 조절하여 설계하였으며 품질특성을 향상 시Carbon

킬 수 있는 재료를 연구한 결과 미세 으Caron Carbon Black(MAF FEF GRADE)

로 물성을 향상 시킬 수 있도록 하였다 특성에 큰 영항을 주는 배합제의 경우 그

용도에 따라 많은 종류를 인자로 적용할 수 있지만 많은 인자로 인하여 발생하는

비용적 시간적 손실을 최소화하기 위해 본 연구에서는 원재료와 함량을 Carbon

고정한 후 촉진제 종류와 가황제의 양을 조절하는 방식으로 배합제에 대한 최적의2

조합을 선택하는 방법으로 접근하였다

내구성 향상을 위한 방안내구성 향상을 위한 방안내구성 향상을 위한 방안내구성 향상을 위한 방안2222

내구성을 향상시키기 위한 일반적인 방법은 경도를 향상시키는 것인데 경도를

높이는 방법만으로는 다른 특성 즉 정 동특성을 동시에 만족시킬 수 없는 어려움이-

있다 이에 본 연구에서는 방진용 제품이 요구하는 정 동특성과 내구성을 Bushing -

동시에 향상 시킬 수 있는 방안을 모색하기 위하여 촉진제와 가황제를 이용하여 최

적을 배합설계를 이루고자 하였다

내구성을 향상시키기 위한 방법으로 보통 량의 조절을 통한 경도 조절법Carbon

을 이용하게 되는데 본 연구에서 적용한 은 미세 Carbon Carbon Black(MAF FEF

으로 인장강도 및 경도 인장응력을 증대하는 효과를 얻고자 하였다 이러GRADE)

한 미세 의 적용과 동시에 보강제의 분산 및 흐름성 개선을 위하여Carbon Black

가공조제를 개선하여 적용하였다

가교시스템의 향상 방안가교시스템의 향상 방안가교시스템의 향상 방안가교시스템의 향상 방안3333

가황반응 고분자 주쇄간 가교결합을 통한 차원 망상구조를 형성하(Vulcanization) 3

여 고분자 화합물의 복원력 탄성 특성 및 기타 요구물성을

- 28 -

증가시킨다 다양한 가교결합 형태 중 방진고무산업에서 많이 이용되고 있는 가교

결합은 을 도입한Polysulfide (-C-Sx-C- x=1~4) Conventional CV(Vulcanization)

계를 많이 사용한다 여기서 사용되고 있는 인 천연고무 Polymer (Natural Rubber

의 배합에 있어 가교 또는 가류형태의 변화에 따라 물성 및 특성의 변화가 있NR)

음을 알 수 있다 즉 가교형태 변화에 따른 유사한 특성을 나타내는 Stress-Strain

조건하에서 공정특성 및 전반적인 물성에 영향을 미침을 알 수 있다 의 기 Polymer

본 배합에서 촉진제나 황 공여체 증가에 따라 가류 유도시간(Sulfur Donor)

은 길어지나 가류속도는 빨라진다 특히 고온 가류 시 과 가류(Induction time)

에 의한 물성하락을 방지하기 위해 열 안정성이 우수한(Overcure) EV(Efficient

계를 사용하는 것이 근래에 소개되고 있다 고분자의 물성은 가교형Vulcanization)

태뿐 아니라 가교밀도에 크게 의존한다 가교계 변화에 따른 인장강도의 영향은 매

우 적은 반면 신장율은 계에서 로 같수록 감소CV(Conventional Vulcanization) EV

하는 경향이 있다

이란 가류시간의 지연 또는 과가류로 인한 고무 물성의 저하를 말한Reversion

다 이러한 현상은 제품의 외면이 과도한 열에 노출될 수 있다 다중황공유 결합의

열적노화현상이 발생하며 가교형태가 다중황 결합에서 단일황(Polysulfidic)

결합으로 바뀌게 되며 밀도가 현저하게 저하되고 환상형 씨오알켄(Monosulfidic)

과 씨오알칸 구조로 바뀌게 된다 결과적으로 재료의 물성(Thioalkene) (Thioalkane)

과 기계적 성질이 떨어지게 된다

이 발생하는 시간을 가교형태에 따라 비교하여 보면Reversion CV lt Semi-CV lt

으로 알려져 있으며 시스템에서는 촉진제 종류에 따라서 인장과 신율의 물EV EV

성에 하락 없이도 공정 안정성 특성이 매우 우수하다 이 Anti-Reversion

으로 인해서 물성과 기계적 성질을 향상시킬 수 있으며 황공여체 사Anti-Reversion

용 또는 계로 가교형태를 전환함으EV

- 29 -

로써 가능하다 이로써 가교의 다중황결합 을 줄이고 단일 또는 이중황 결 (S3~S8)

합으로 내열성 및 결합의 안정성을 증가시킬 수 있다 이러한 과정에서 공정설계상

계보다 더 낮은 가류온도와 더 길어진 가류시간이 필요하게 된다 이러한 계CV EV

에서는 정도의 황과 계에 비해서 다소 많은 양의 촉진제를 사용하02~05 phr CV

게 된다 여기에 근거하여 혼합물성분의 한계 표 표 에 나타난 황과 촉 ([ 42] [ 44])

진제 양의 범위를 정하였다

발생 시간의 효율적인 제어를 위하여 본 연구에서는 적절한 촉진제의Reversion

배합량을 조절하여 방진제품에서 요구하는 특성을 만족하는 조건을 선정하고자 하

였다 그림 은 의 예를 보여준다 [ 41] Reversion

그림 의 예[ 41] Reversion

본 연구에서는 인장 내열 강도의 증가와 동 정특성 내구성 증가를 위한 가교 시- -

스템의 향상 방안으로 황량을 조절하여 Convension Type(Efficient Vulcanization

을 통하여 결합력을 증대시켰으며 촉진제를 조절하여 가- CURE STIES-CC-C)

교효율을 증대하였다 또한 가황 조건에 변화가 적은 배합설계를 하여 향상된 적정

가황이 될 수 있도록

- 30 -

하였으며 를 정립화하여 최적의 적정 가황 포인트를 찾아 인장이 최CURE-STUDY

적일 때 내구성이 최적이고 가황제품과 시편을 동시에 함으로 시편과CURE-STUDY

제품의 상의성을 방지할 수 있었다

자동차업계에서는 일반적으로 고가의 폴리머를 선호하지만 본 연구를 통하여 가

격이 낮은 폴리머로도 성능향상이 가능하다는 것을 입증하였고 향후 타 아이템에도

연계 적용함으로 새로운 배합설계를 구축하였다

실험계획법의 적용실험계획법의 적용실험계획법의 적용실험계획법의 적용4444

기존의 개발 진행 방식은 경험에 의한 시행착오 접근 방법을 사(Trial and Error)

용하여 성능향상을 도모하였으나 본 연구에서는 배합물설계에 위한 실험계획법

기술을 적용하여 이론적으로 최적의 배합설계를 이(DOE Design of Experiment)

룰 수 있는 방법을 연구하였다

일반적인 고무제품의 배합은 많이 알려져 있지만 특성 향상을 위한 방안이나 그

배합에 대한 신뢰성에는 많은 의문점이 제기 되는 게 현실이다 본 연구에서는 요

구특성을 만족시키기 위하여 선정된 촉진제의 배합조건의 최적화를 실현하기 위하

여 실험계획법의 꼭지점계획법을 이용하여 그 효율성을 검증하고자 하였다 배합의

경우 어느 독립적인 인자의 선정으로는 그 효과를 극대화 시킬 수 없는 특성이 있

는데 본 연구에서는 선정된 촉진제 및 폴리머의 조건 하에서 최적의 배합 조건을

찾아보고자 하였다

재료배합설계의 개선을 위한 방안을 정리하면 표 과 같다[ 41]

- 31 -

표 내구성 및 정 동특성 동반향상을 위한 개선방안[ 41] -

항 목항 목항 목항 목 기존 방안기존 방안기존 방안기존 방안 제안된 개선 방안제안된 개선 방안제안된 개선 방안제안된 개선 방안

배합 설계 방안

경험적 배합 설계

고 배합설계COST

국내수급재료사용

실험적 분석기법 도입

저 배합설계COST

해외재료수입

내구성 향상

량 변경Carbon

용도별 적정 적용Carbon

정동특성 향상 방안을 동시==gt

고려

경험적 수치의 가황제 량 선정

가교 시스템 향상 방안을 고려한

가황제 량 선정

(EV - CURE)

결합력 증대==gt

경험적 수치에 의한 촉진제 량

선정 경도별 선정 미비( )

가교 효율을 반영한 촉진제 량의

선정

적정한 가황 포인트 파악을 위한(

실시Cure Study )

정 동특성 향상-

정특성 향상 방안 경도 증가

동특성 향상 방안 경도 하락

두 특성을 만족시키기 위한==gt

경험적 수치의 경도 선정

데이터베이스를 활용한 배합설계

정 동특성을 동시에 만족할 수-

있는 배합제 적용

분산 및 흐름성 개선==gt

형상개선과 동시 고려==gt

- 32 -

표 는 지원 전 배합비율과 특성별 성능수준을 나타낸다[ 42]

표 지원 전 성능수준[ 42]

- 33 -

제 절 꼭지점계획법에 의한 최적배합조건제 절 꼭지점계획법에 의한 최적배합조건제 절 꼭지점계획법에 의한 최적배합조건제 절 꼭지점계획법에 의한 최적배합조건3333

재료설계에 적용되는 실험계획은 혼합물 배합에 관한 실험계획으로서 몇(Mixture)

개 성분의 혼합물 중 어떠한 성분이 품질의 특성에 유의한 영향을 미치는지를 분석

하여 반응을 최대로 만드는 최적혼합비율을 찾고자 하는 실험계획이다

혼합물실험에 적용되는 실험계획으로는 심플렉스 격자형배열법 심플렉스 중심배열

법 꼭지점 계획법 등을 주로 적용한다 본 실험에서는 심플렉스의 전 영역이 아니

라 제한된 영역에서 실험을 하고자 하므로 꼭지점계획법(Extreme vertice design)

을 적용하였다

고무부싱의 재료배합에서는 개의 성분재료가 있고 이들을 어떤 비율로 배합하는

것이 품질특성치를 가장 좋게 하는가를 찾는다 성분의 혼합에 있어서 를 번째

성분의 혼합비율이라고 하면 다음과 같은 관계식을 만족시켜야 한다

이러한 경우는 일반적 실험계획법처럼 심플렉스의 모든 영역에 실험이 배치되는 것

이 아니고 제한된 영역에서만 실험을 하는 경우이다 즉 각 인자 가 (Factor) 0 le

의 모든 값을 취할 수 있는 것이 아니라 제한된 구간1le

안에서만 값을 취한다 이와 같은 경우는 경제적인 이유나 또는 실험 전에 인자들

의 성질에 대하여 상당한 정보가 있는 경우이다 위의 식과 같은 인자의 구간이 설

정되면 실험가능영역은 심플렉스 상의 좁은 영역이 된다

- 34 -

과 은 제한된 실험영역에 대한 실험계획법으로 꼭지점 계획법Mclean Anderson

을 제안하였다 이 계획법은 제한된 영역이 가지는 모든(extreme vertices design)

꼭지점과 이 꼭지점들의 선형조합으로 이루어지는 몇 개의 점을 적절히 선택하는

실험계획법이다 만약 개의 혼합성분이 사용되는 경우 실험영역을 그림으로 그리 4

면 그림 와 같이 사면체 속에 위치하는 면체가 된다 과 은[ 42] 6 Mclean Anderson

이 면체의 꼭지점과 중심점을 실험점으로 선택하는 방법에 대한 예제를 제시하고6

있다

그림 개의 혼합성분에 대한 꼭지점계획법[ 42] 4

고무부싱의 재료설계 시 혼합물은 고무 카본 및 배합원료로서 황화제 촉진제

가공제 유기산 금속산화제 노화방지제 보강제 충진제 등을 사용한다

재료 배합 실험은 경도별로 나누어 실행되었으며 표 은 경도 도 오차범[ 43] 48 (

위 plusmn 도 에 대한 혼합물성분의 한계이다 에 성분의 한계를 입력한 결과2 ) MINITAB

네 가지 성분에 대하여 표 와 같은 총 회의 실[ 44] 17

- 35 -

험점이 생성되었다 실행 의 경우 의 성분을 1 A B C D 09807 00068 00011

의 비율로 섞어서 실험하라는 의미이다00114

표 혼합물 성분의 한계[ 43] (48Hs)

성분 하한 상한

A 외 기타Polymer 09774 09807

B 촉진제1 00068 00085

C 촉진제2 00011 00022

D Sulfur 00114 00119

표 꼭지점계획법에 의한 실험설계와 결과데이터[ 44] (48Hs)

을 활용한 혼합물 설계 데이터분석 결과는 표 표 과 같다MINITAB [ 45][ 46] 17

회의 실험점에 대한 데이터분석 결과 각 실험 점에서의 적합추정치와 신뢰구 95

간을 구할 수 있었다

- 36 -

표 을 보면 실험점 에 의한 배합조건으로는 신뢰구간으로[ 45] 14 95

의 내구성이 나타난다 에서는 각 성142322cycle ~ 146166cycle Nominal Load

분에 대한 제한조건을 만족시키면서 내구성을 최대로 하는 처리조건은 인자의 네

가지 성분 즉 외 에 대한 배합 비율이 Polymer Acc1 Acc2 Sulfur 097740

이었다 그리고 이 처리조건에서 예상되는 내구성은00085 00022 00119

에 도달할 것으로 추정되었다146943cycle

에서는 인자의 네 가지 성분의 배합비율이 와 마찬Maximum Load Nominal Load

가지로 이었다 그리고 이 처리 조건에서 예상되는09774 00085 00022 00119

내구성 추정치는 이었다18917cycle

표 데이터분석 결과[ 45] (48Hs Nominal Load)

에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응Dura(Nom)Dura(Nom)Dura(Nom)Dura(Nom)

- 37 -

반응 최적화 모수반응 최적화 모수반응 최적화 모수반응 최적화 모수

글로벌 솔루션글로벌 솔루션글로벌 솔루션글로벌 솔루션

예측 반응예측 반응예측 반응예측 반응

Dura(Nom) = 146943

- 38 -

표 데이터분석 결과[ 46] (48Hs Maximum Load)

에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응Dura(max)Dura(max)Dura(max)Dura(max)

반응 최적화 모수반응 최적화 모수반응 최적화 모수반응 최적화 모수

글로벌 솔루션글로벌 솔루션글로벌 솔루션글로벌 솔루션

외Polymer = 09774

- 39 -

Acc1 = 00085

Acc2 = 00022

Sulfur = 00119

예측 반응

Duro(max) = 189171

경도 도 오차범위 도 에 대한 혼합물성분의 한계와 에 의한 실험50 ( plusmn 2 ) MINITAB

점은 표 표 과 같다[ 47] [ 48]

표 혼합물 성분의 한계[ 47] (50Hs)

- 40 -

표 실험계획의 결과[ 48] (50Hs)

경도 도에 대한 혼합물 설계 데이터분석 결과는 표 표 과 같다50 [ 49][ 410] 17

개 실험 점에서의 적합추정치와 신뢰구간은 예측반응에 잘 나타나 있다95

에서는 각 성분에 대한 제한조건을 만족시키면서 내구성을 최대로Nominal Load

하는 처리조건은 외 기타 의 각 성분에 대하여 배합비Polymer Acc1 Acc2 Sulfur

율이 이고 이 처리조건에서 예상되는 내구성은09687 00088 00025 00200

에 도달할 것으로 추정되었다159209 Cycle

에서는 인자의 네 가지 성분의 배합비율이 와 마찬가Maximum Load Nominal Load

지로 이었다 그리고 이 처리조건에서 예상되는 내09687 00088 00025 00200

구성 추정치는 이었다 일 때와 일218572 Cycle Nominal Load Maximum Load

때의 적정배합비율이 다르게 나오는 경우가 있는데 이는 오차범위 경도의 경우( plusmn

도 가 비교적 넓은 고무의 특성에서 비2 )

- 41 -

롯되거나 측정오차에 따른 결과로 추정된다

표 데이터분석 결과[ 49] (50Hs Nominal Load)

에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응Duro(Nor)Duro(Nor)Duro(Nor)Duro(Nor)

반응 최적화 모수반응 최적화 모수반응 최적화 모수반응 최적화 모수

- 42 -

글로벌 솔루션글로벌 솔루션글로벌 솔루션글로벌 솔루션

예측 반응예측 반응예측 반응예측 반응

Duro(Nor) = 159209

표 데이터분석 결과[ 410] (50Hs Maximum Load)

에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응Duro(max)Duro(max)Duro(max)Duro(max)

- 43 -

반응 최적화 모수반응 최적화 모수반응 최적화 모수반응 최적화 모수

글로벌 솔루션글로벌 솔루션글로벌 솔루션글로벌 솔루션

예측 반응예측 반응예측 반응예측 반응

Duro(Max) = 218572

재료배합시험에 있어서 가류시간이 특성 치에 영향을 미치므로 레오그래프

분석에 의해 적정가류시간을 결정한다 레오그래프는 다음의 용도에(Rheograph)

활용된다

고무제품의 가류도 측정①

가류속도 측정②

최적의 가류공정 조건 확립③

가류약품 선정 및 배합 작성Recipe④

고무제품의 품질관리⑤

아래 그림 은 경도 도에 대한 재료의 레오그래프이다 그래프에 나타난 용[ 43] 48

어를 설명하면 다음과 같다

혼합물 의 가 가류되었을 때의 시간을 나타내며 가류시간을tc90- (Compound) 90

결정하는 기준으로 사용된다

스코치시간 을 나타내며 원하지 않는 가교가 일어ts2 - (Scorch time)

- 44 -

나는 시간으로 적절한 가류시간을 찾기 위해 필요한 과정임

고무의 특성을 토르크 값으로 나타낸 값으로 일반적으로 혼합물Tmax- (Torque)

의 경도에 따라 변함

평형 토르크MH- (Equilibrium torque)

최소 토르크ML- (Minimum torque)

본 재료시험에 적용된 가류시간은 의 배 사이에서 적정수준을 결정하tc90 1-15

였다

연구의 결과 카본의 입자가 작을수록 내구성은 향상시키지만 대체로 분산이 잘 되

지 않아 혼합물의 품질이 고르지 못하였다 따라서 카본의 분산도를 평가하여 만족

할 만한 수준이 나오는지 확인하였으며 상대적으로 작은 입자경의 카본을 사용하

여 내구성을 높이려 하였다

그림 경도 도 고무에 대한 레오그래프[ 43] 48

- 45 -

실험의 결과 카본블랙과 레오그래프와의 관계는 그림 와 같이 나타났다 그림[ 44]

에서 보는바와 같이 입자경의 크기가 증가함에 따라 결합력이 약해지므로 토르크

값이 낮아짐을 알 수 있다

그림 각종 카본블랙의 레오그래프[ 44]

- 46 -

본 연구에 적용된 카본 입자경의 크기와 양은 표 과 같다[ 411]

경도변화는 카본입자의 크기와 양에 따라 결정이 되며 레오그래프의 값이 Tmax

이러한 사실을 보여주고 있다

표 레오그래프상의 경도와 카본의 관계[ 411]

레오그래프는 섭씨 도에서 그려짐PHR = Part in Hundred Rubber 160

- 47 -

제 장 형상개선제 장 형상개선제 장 형상개선제 장 형상개선5555

제 절 외철의 스웨징 율 변화에 의한 개선제 절 외철의 스웨징 율 변화에 의한 개선제 절 외철의 스웨징 율 변화에 의한 개선제 절 외철의 스웨징 율 변화에 의한 개선1111

높은 품질의 부싱을 개발하기 위해서는 적절한 재료설계에 의한 경도 및 고무 특

성의 설정이 매우 중요한 요소이지만 고무의 특성 개선에만 의존하는 것은 한계점

이 있다 따라서 제품의 형상변화를 통해 고무의 특성을 극대화함으로써 내구성 및

품질특성을 향상시킬 수 있다

그림 은 부품의 세부형상과 설계도이다[ 51]

그림 세부형상[ 51] DA-2

- 48 -

그림 는 제품의 단면을 보여준다 그림에서 는 다른 모델에 비해 고무[ 52] DA-2

량이 다소 적음을 알 수 있다 형상 변화를 통한 품질특성의 개선을 시도함에 있어

서는 부품에 대한 조립성과 제조성 을 반드시(DFM Design for Manufacturability)

고려하여 형상변화를 꾀하여야 한다 본 제품의 경우 외철 과 내철 (outer pipe)

의 길이는 한정되어 있으며 그 직경의 변화도 허용공차를 미만(Inner pipe) 05 mm

의 수준으로 요구하고 있다

형상변경을 통한 성능향상 방안으로서 외철에 대한 스웨징율 을 변(Swaging rate)

경함으로서 외경크기의 변화를 시도하였으며 또한 내철의 구배각도를 변화시켜 개

선점을 찾으려고 노력하였다

그림 단면[ 52] DA-2

부싱의 경우 일반 적으로 스웨징이라는 공정을 거치게 되는데 이는 공정에서 외

경의 크기 조정을 통하여 성능을 향상 시키는 방법으로서 스웨징율을 조정함으로서

외철의 외경 크기를 허용범위 내어서 변화시키는 것이다 이는 스웨징에 따른 직경

변화에 의해 고무의 조직이 조밀해져 고무 특성을 향상시킬 수 있게된다

그림 은 스웨징의 방향을 나타내며 그림 는 스웨징 전 후의 외철의 크[ 53] [ 54]

기 변화를 보여주고 있다

- 49 -

그림 스웨징 방향[ 53]

그림 스웨징 전후의 외경 크기의 변화 단면[ 54] ( )

제 절 내철의 구배 변화에 의한 개선제 절 내철의 구배 변화에 의한 개선제 절 내철의 구배 변화에 의한 개선제 절 내철의 구배 변화에 의한 개선2222

아래 그림 는 형상 변화를 시도할 수 있는 내철 끝단 부분의 구배를 표시한[ 55]

그림으로서 는 구배각도를 나타낸다a

- 50 -

그림 구배각도[ 55]

그림 은 본 제품의 특성 요구 사항을 그림으로 표시한 것으로 고무부싱은[ 56]

및 의 외력에 대하여 적절하게 대응할 수 있도록 설계되어야 한다 부싱 종류F1 F2

의 경우 일반적으로 고무 제품의 유연함과 동배율 개선을 위하여 저경도의 고무를

적용하는 경우가 많은데 이 경우에는 외력에 대한 특성이 상대적으로 취약하게F1

나타나게 된다 이러한 취약점을 보완하기 위하여 본 연구에서는 그림 과 같 [ 57]

이 제품이 허용하는 범위 내에서 내철의 구배를 변화 시킨 후 실험데이터의 분석을

통해 성능 개선 방안을 찾고자 하였다

그림 부싱의 외력[ 56]

그림 의 의 경우는 구배를 주지 않은 경우이며 의 경우는 구배를 준[ 57] (a) (b)

경우를 표시하고 있다

- 51 -

의 경우 외력에 의하여 발생하는 반발력 은 순수한 고무 특성에 의해서(a) F1 Fr1

만 나타나게 된다 이러한 경우 저경도의 고무을 적용하였을 때 의 크기가 미미 Fr1

하여 적절한 특성을 발휘하지 못하게 된다

의 경우와 같이 내철에 구배를 주게 되면 의 외력에 대하여 구배가 들어간(b) F1

부분 에 의한 반발력 함께 가 생성되어 상대적으로 에 대한 저항력이 커Fr3 Fr2 F1

짐으로써 성능을 향상 시킬 수 있게 된다

그림 구배각도의 적용에 따른 차이 단면[ 57] ( )

그림 구배각도의 적용에 따른 차이 입체[ 58] ( )

- 52 -

제 장 도포공정개선제 장 도포공정개선제 장 도포공정개선제 장 도포공정개선6666

고무부싱의 내구성 향상을 위하여 필수적으로 관리하여야 할 공정이 도포공정이

다 도포공정은 접착의 원리에서부터 접착의 구조 접착의 강도 피착재의 표면처리

법 및 접착제 사용법 등 접착에 관한 전반적인 기술을 공정에 효율적으로 적용하여

야 한다

고무와 금속과의 접착력이란 접착제와 피착제 사이의 계면 결합력을 의미하며 접

착강도는 시험방법 접착방법 시험시의 조건 시편의 기하학 등 여러 인자에 의해

영향을 받는다 접착파괴는 접착제의 가장 약한 곳에서 일어나며 접착강도는 여러

가지 측정법에 따라 고유강도 잔류강도 측정강도 등과 같이 다르게 표현된다 고

무부싱의 접착구조는 그림 과 같다[ 61]

그림 접착의 구조[ 61]

프라이머 는 피착제 표면과의 친화성이나 접착제와의 상용성이 뛰어나야(Primer)

하고 동시에 접착 저해물과의 상용성도 높아야 한다 또 프라이머 중의 유효성분

쪽이 피착제 표면에 흡착되어 있는 저해성분보다 피착제에 의하여 안정하게 흡착되

어 있는 것이 중요하다 따라서 프라이머는

- 53 -

충분한 교반 균일하고 엷은 도포 그리고 완전한 건조가 이루어져야 한다 이러한

도포공정은 피착제의 모앙에 따라 달라진다

열경화성 접착제의 대부분은 유기 중합물과 각종 충진제를 유기용제에 용해 분산

시킨 것으로 사용전이나 사용 중에도 교반기 등으로 균일하게 용해 분산시킨 접착

제를 사용하는 것이 중요하다 따라서 의 도포 공정은 그림 와 같이 교 DA-2 [ 62]

반기를 추가 설치하여 공정 개선을 실시하였다

그림 설치한 교반기[ 62]

또한 피착제의 균일한 도포를 위해 롤타입의 코팅기에 기존 페인트용 롤러에서

그림 에서와 같이 융을 말아 롤러 도포하는 형태로 개선을 실시하여 코팅의[ 415]

두께 정밀도를 향상시켰다

- 54 -

그림 변경된 롤러 모양[ 63]

접착 재료를 프라이머 에서 변경하여 사용함CHEMLOK 220 252 CHEMLOK 205

으로써 접착력을 향상시켰는데 는 금속 및 경길대료의 프라이머로CHEMLOK 205

사용되며 또한 같은 극성고무에 단독으로 접착이 가능하다 NBR

방식의 경우 의 특징을 살펴보면TWO Coat CHEMLOK 205

ㆍㆍㆍㆍ 접착제의 금속 표면에서의 접착강도를 향상시킬 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ 기계적 표면처리 후 활성화된 금속표면을 산화작용으로부터 보호하며 녹방

지 도료적 역할을 한다

ㆍㆍㆍㆍ 크로로프렌이나 에피크로로히드린고무와 같은 가류 중에 염소가스를 발생

시 켜 금속표면을 부식시키기 쉬운 고무배합에 대하여 유효하게 적용된다 프

라 이머는 충분한 교반 균일하고 엷은 도포 그리고 완전한 건조가 이루어져

야 접착성이 뛰어나게 된다

도포공정 개선 전후의 효과는 그림 그림 의 도포두께 비교[ 64]~[ 67] Cpk

를 통해서도 알 수 있다DATA

아래 그림 는 도포공정의 개선전[ 64] 관리도의 그래프를 나타낸

- 55 -

것으로 관리도는 평균치와 범위에 관한 계량형 관리도에서 가장 많이 사용되

는 관리도의 하나이다 관리도는 평균치의 변화를 관리하는 관리도와 산포의

변화를 관리하는 관리도로 구성된다 관리도의 중심선(Central Line) CL=로 나

타내며 관리 상한선 은(Upper Control Limit) UCL= 로 관리하한선인 (Lower

의 경우Control Limit) LCL=

로 구한다

관리도의 관리선의 경우 중심선 관리상한선 UCL= 관리하한선 LCL

의 경우 로 구한다

여기서 등의 계수는 샘플의 크기인 에 따라 결정 되며 일 경우=4

=0729 =0 이다=2282

그림 에서[ 64] 이며=273410 관리도의 로 나타났UCL=307994 LCL=238826

다

관리도의 은CL 이며 이다=4744 UCL=1082581

- 56 -

그림 도포공정 개선전[ 64] 관리도

한편 그림 는 도포공정 개선 전의 경우에 대하여 지정된 규격의 공정능력 [ 65]

지수를 나타낸 것으로서 단기공정능력지수( 와 장기공정능력지수) ( 를 나타낸)

다 단기공정능력지수는 공정능력 ( 과 규격의 폭) ( 과의 비율을 의미하며 일반적)

으로 로 표시한다 규격은 그림 에서처럼 양쪽규격이 모두 주어진 경우 공 [ 65]

정 능력 지수는 다음과 같이 계산할 수 있다

공정 능력

로 나타내고 만약 공정 평균이 규격의 중심으로부터 어느

한쪽으로 치우쳐 있게 되는 경우 치우침도( 와) 를 조합한 단기공정능력지수

( 로 나타낸다 즉)

- 57 -

장기공정능력지수( 의 계산은)

으로서 이다

따라서 그림 에 나타난 것처럼 개선전의 공정능력은[ 65] =17854 =08458

으로서 장기 공정에 대해 만족스럽지 못한 값을 나타내고 있다

그림 도포공정 개선전 공정능력 분석그래프[ 65]

- 58 -

그러나 공정개선후의 관리도인 그림 을 살펴보면[ 66] 이며=28196 관리

도의 이고UCL=300418 LCL=263502 관리도의 은CL 로=2532 UCL=51418

나타난다

그림 도포공정 개선후[ 66] 관리도

- 59 -

개선 후에는 그림 로부터 알 수 있듯이 단기공정능력은[ 67] 으로서=31966

인 장기 공정에 대해 안정적인 것을 확인할 수 있어 도포공정 개선에=23275

대한 효과가 있음을 알 수 있다

그림 정 개선 후 공정능력 분석그래프[ 67]

또한 도포공정의 두께관리를 강화하기 위하여 작업자 교육 및 샘플링 두께 측정

검사를 통해 지속적인 모니터링을 실시하고 공정별 온도관리 및 시간 관리를 통해

작업 환경 유지관리 강화로 변함없는 품질의 제품을 생산하도록 하였다 그림 [

은 롤 코팅 공정이다68] (Roll coating)

- 60 -

그림 롤 코팅 공정[ 68] (Roll coating)

- 61 -

제 장 최적수준 결정을 위한 파라미터 설계제 장 최적수준 결정을 위한 파라미터 설계제 장 최적수준 결정을 위한 파라미터 설계제 장 최적수준 결정을 위한 파라미터 설계7777

제 절 실험계획법에 의한 유의인자 결정제 절 실험계획법에 의한 유의인자 결정제 절 실험계획법에 의한 유의인자 결정제 절 실험계획법에 의한 유의인자 결정1111

재료설계 형상설계 및 공정설계에 대한 최적조건의 결정은 부품의 품질 특성에

대한 사양 을 만족시켜야 할 뿐 아니라 생산부품 간 품질의 산포를(Specification)

최대한 줄여야 한다 의 최적설계를 위해 다구찌 기법 을 적 DA-2 (Taguchi method)

용하였다

다구찌의 강건설계 는 인자 가 품질 특성의 평균에 대해(Robust design) (Factor)

가지는 효과뿐만 아니라 분산에 미치는 효과에 대해서도 초점을 맞추고 있다 분산

을 줄일 수 있는 통제 가능한 인자에 대한 조건을 설정하여 품질특성이 통제 불가

능한 인자의 변화에 대해서는 둔감하도록 할 수 있다 강건설계의 주목적은 품질특

성의 목표값을 유지하면서 분산을 줄이는 인자에 대해 설치값 을 발견하는 (Setting)

데 있다

다구찌 설계에 의한 실험계획법은 특히 확장된 역할로서 다음의 몇 가지를 들 수

있다

ㆍㆍㆍㆍ종래에는 제어 불가능한 환경조건이나 제어하기 어려운 생산조건 공정조건

등의 원인 이를 잡음인자로 통칭 들이 데이터에 주는 영향의 정도를 평가하기 어려( )

웠으나 객관적으로 그리고 계량적으로 이를 평가할 수 있는 방법을 제시하고 있

다 또한 품질 산포의 크기를 계량특성치 손실함수 비 등 로 변환하여 산포를 ( SN )

작게 하는 인자들의 조건을 찾아가는 강건설계를 사용한다

ㆍㆍㆍㆍ직교배열표를 광범위하게 사용하여 인자의 수가 많은 경우에도 크게 실험횟

수를 증가시키지 않고 실험하는 일부 실시법을 사용한다

ㆍㆍㆍㆍ생산라인 내 뿐만 아니라 신제품 개발을 위한 품질설계 파라미터(On-line)

설계 허용오차 설계 등의 라인 외 품질관리를 위하여 유용하게 사용할 (Off-line)

수 있다

ㆍㆍㆍㆍ다구찌 방법에서 추가적으로 다룰 수 있는 주요한 것들로는 직교배열

- 62 -

표의 확대사용 수준계의 표준 직교배열표 이외에 확대 응용 혼합 직교배열표(2 3

의 사용과 조합법의 사용 계량치 데이터의 파라미터 설계 허용차 설계 그리고)

계수치 데이터의 파라미터 설계 동적 특성의 파라미터 설계 등을 들 수 있다

파라미터 설계 는 제품설계와 공정설계에서 유용하게 사용되는(Parameter design)

다구찌 실험계획법의 핵심이다 파라미터는 제품성능의 특성치에 영향을 주는 제어

가능한 인자 를 의미하며 파라미터 설계는 이들 인자들의 최적(Controllable factor)

수준을 정하여 주는 것을 말한다 파라미터를 설계변수 라고도 부 (Design variable)

르며 파라미터 설계에서는 제품의 품질변동이 잡음에 둔감하면서 목표품질을 가질

수 있도록 설계변수들의 최적조건을 구하여 준다 최적조건을 찾을 때 설계변수와

잡음을 주는 인자들을 포함시켜 실험하는 직교배열표 등을 주로 사용한다 이때 목

표 품질을 만족시키는 범위 내에서 가능한 한 비용이 적게 드는 조건이나 부품 등

을 이용한다

만약 신뢰성에 영향을 주는 제어 가능한 인자 에 대한 파라미터설계 A B C D

를 한다고 하자 는 수준 는 수준의 혼합수준 에 대한 설계 A B 4 C D 2 (Mixed level)

분석을 하려고 한다면 각 요인 변동의 계산을 표 과 같은 [ 71] L16(215형 직교배)

열표 를 사용하면 된다(Orthogonal Design)

에 대한 파라미터 설계조건으로는 내구성이 가장 좋은 최적의 설계 및 공정DA-2

조건을 구하여야 하므로 반응변수가 큰 값일수록 좋은 망대특성(Larger-the-better

에 대한 조건을 구하고 부품의 정특성 및 동특성에 대한 분석은 적characteristics)

정한 상호관계를 고려하여 별도의 실험을 행한다

- 63 -

표 다구찌 설계의 예[ 71]

- 64 -

제 절 시험데이터의 해석제 절 시험데이터의 해석제 절 시험데이터의 해석제 절 시험데이터의 해석2222

실험조건실험조건실험조건실험조건1111

제품의 신뢰성향상을 위해 지금까지 재료배합의 개선 형상개선 및 공정개선에

대한 각각의 과정을 설명하였으며 본 장에서는 관련된 여러 인자들을 동시에 고려

하여 최상의 품질특성을 나타낼 수 있는 최적인자수준의 결정에 대하여 설명하려고

한다 이는 인자들 간의 상호 작용이 상승 또는 보완작용을 할 수도 있고 반대로

서로 상극임을 나타낼 수 도 있기 때문이다

일반적으로 고무부싱의 개발에 적용되는 인자 는 다음과 같다(Factor)

ㆍㆍㆍㆍ경도 는 수요기업에서 제시하는 사양 에 따라 적정수(Hardness) (Specification)

준의 경도 도 도 도 도 를 적용하였으며 경험적으로 경도의 산포는(43 45 48 50 ) plusmn

정도이다2

ㆍㆍㆍㆍ각 부분의 모양이나 각도에 따라 고무 량에 영향을 미치게 되는 형상설계에

관해서는 내부 파이프 구배각도를(Inner pipe) 15deg~25deg로 하고 외부파이프 (Outer

의 접착부분을 로 하였으며 외경의 크기는pipe) 13mm~15mm

27mm~ 로 유지하였다278mm

ㆍㆍㆍㆍ공정설계는 가류시간을 로 하였다 가류 온도는240sec~600sec 150deg~180

로 하고 주변 온도에 영향을 받으므로 금형 표면온도는 항상 확인하였다 접착제

도포가 내구성에 영향을 주므로 접착제 두께는 으로 하고 접15micron~40micron

착제 배합조건은 로 하였다120cc~128cc

다구찌 설계에 의한 최적수준을 결정하기 위해 다른 인자는 고정시키고 경도 가

류시간 스웨징 인자에 대하여 표 와 같이 실험수준을 정하였다 [ 72]

- 65 -

표 실험인자 별 수준[ 72]

분석결과의 해석분석결과의 해석분석결과의 해석분석결과의 해석2222

실험결과의 해석은 다음과 같다

을 통해 표 의 실험조건을 입력하여 다구찌 설계를 생성한 결과MMITAB [ 72]

표 과 같은 실험조합을 얻었다 표 는 실험조합 별 시험결과 값이다[ 73] [ 74]

에서의 내구성에 대한 다구찌 설계해석의 결과는 표 의 신호 대Nominal load [ 75]

잡음비 비 평균 표준편차에 대한 반응표에 잘 나타나(SN Signal to noise ratio)

있다 그림 그림 은 비 평균 표준편차에 대한 반응 값을 도식한 [ 71]~[ 73] SN

것이다

표 의 신호 대 잡음비의 반응표를 보면 경도는 스웨징이나 가류시간에 비해[ 75]

반응변수 내구성 에 큰 영향을 미치고 있음을 보여준다 평균에 대한 반응표에서도( )

경도는 다른 인자들에 비해 반응변수의 평균에 크게 영향을 미치고 있음을 알 수

있다 표준편차 역시 경도의 수준 변화에 따라 차이가 가장 많음을 보여주고 있다

- 66 -

표 에 의한 다구찌 설계생성[ 73] MINITAB

- 67 -

표 실험조합 별 시험결과 데이터[ 74]

- 68 -

표 비 평균 표준편차에 대한 반응표[ 75] SN

신호 대 잡음 비에 대한 반응 표신호 대 잡음 비에 대한 반응 표신호 대 잡음 비에 대한 반응 표신호 대 잡음 비에 대한 반응 표

망대특성망대특성망대특성망대특성

평균에 대한 반응 표평균에 대한 반응 표평균에 대한 반응 표평균에 대한 반응 표

표준 편차에 대한 반응 표표준 편차에 대한 반응 표표준 편차에 대한 반응 표표준 편차에 대한 반응 표

- 69 -

그림 신호 대 잡음 비의 주효과도[ 71]

그림 인자수준별 평균의 주효과도[ 72]

그림 인자수준별 표준편차의 주효과도[ 73]

- 70 -

표 와 그림 에서 에서의 내구성 예측값을 가장 크게 하[ 75] [ 72] Nominal Load

는 것은 요인 수준의 조합이 일 때이다 품질 향상을 위해서는 정특성 동(4 2 2)

특성 값도 동시에 고려하여야 하므로 조합 조합 조합(4 2 2) (4 3 2) (4 1 2)

에 대한 예측 값을 함께 구하였다

표 은 에서의 내구성 예측값을 표 은 에[ 76] Nominal Load [ 77] Maximum Load

서의 내구성 예측값 표 은 정특성 예측값 표 는 에서의 동특성 예 [ 78] [ 79] 15Hz

측값 그리고 표 은 에서의 동특성 예측값을 보여주고 있다 [ 710] 150Hz Nominal

에서의 내구성 예측값은 조합 조합 조합에서 각Load (4 2 2) (4 3 2) (4 1 2)

각 목표값인 을 상회한 과170000 Cycle 178023 Cycle 174272 Cycle 175830

로서 조합일 때 더 높게 나타났다Cycle (4 2 2)

동배율은 예측 평균값을 기준으로 할 때 동배율은 조합에서는 에 (4 2 2) 15Hz

서 에서 이고 조합에서의110(1187691079) 150Hz 113(1215561079) (432)

동배율은 에서 에서15Hz 106(112856 106938) 150Hz 108(115769106938)

이며 조합에서의 동배율은 에서 에서 (412) 15Hz 108(118194 1094) 150Hz

이었다109(1195691094)

모델의 경우 수요기업에서 동배율 값이 적은 값을 요구하기 때문에DA-2 (kdks)

동배율을 고려하면 의 조합이 더 좋은 품질을 나타낸다고 할 수 있다(4 1 2)

- 71 -

표 에서의 내구성 예측값[ 76] Nominal Load

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 2 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 3 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 1 2

예측 값

신호 대

- 72 -

표 에서의 내구성 예측값[ 77] Maximum Load

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 2 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 3 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 1 2

신호 대

- 73 -

표 정특성 예측값[ 78]

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 2 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 3 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 1 2

신호 대

- 74 -

표 동특성 예측값[ 79] (15Hz)

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 2 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 3 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 1 2

신호 대

- 75 -

표 동특성 예측값[ 710] (150Hz)

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 2 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 3 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 1 2

신호 대

- 76 -

제 장 부품의 신뢰성성장관리제 장 부품의 신뢰성성장관리제 장 부품의 신뢰성성장관리제 장 부품의 신뢰성성장관리8888

제 절 신뢰성성장관리제 절 신뢰성성장관리제 절 신뢰성성장관리제 절 신뢰성성장관리1111

복잡하고 기술적인 제품의 개발 프로그램을 운영하는 데 있어서는 고객이 요구

하는 신뢰성 수준을 만족시키기 위하여 상당한 규모의 시간 예산 기술인력 등의

자원을 필요로 한다 고객들의 신뢰성 요구수준은 매우 높으므로 이러한 목표를 달

성하기 위하여 시험 개선 시험 개선의 개발과정을 반드시 거친다 이 과정에서 시- - -

스템 서브시스템 또는 모듈을 고장 날 때까지 시험하고 고장모드를 결정해서 이를

제거하기 위한 시도를 하거나 적어도 고장발생을 줄일 수 있는 시도를 하여 설계나

엔지니어링 개선을 이룬다 만약 이러한 과정이 계속되고 설계나 엔지니어링 변경

이 충분히 이루지면 시스템의 신뢰성은 증가한다 개발프로그램이 운영되는 동안

신뢰성 수준의 변화를 추적할 수 있다면 개발책임자로서는 여러 가지 이점이 있다

즉 목표하는 신뢰성 수준을 달성하기 위하여 충분한 비율로 성장하고 있는지의 여

부를 가능한 빠른 시간 내에 판단할 수 있고 그에 따라 필요한 자원을 적절히 배

분할 수 있다 따라서 개발책임자는 시험데이터로부터 현재 시스템의 신뢰성 수준

성장률의 평가 앞으로 기대되는 달성 가능한 수준을 결정하기를 원한다

신뢰성 성장관리 기술은 제품을 개발하는 데(Reliability growth management)

소요되는 많은 시간과 비용 및 엔지니어링 노력을 절감하면서 개념선택 제품과 공

정의 신뢰성 그리고 비용효율을 달성할 수 있도록 유용한 정보를 제공해 준다 군

사장비 자동차 및 전자 중장비개발 등에 적용된 최근의 신뢰성 성장시험 관리기술

은 각 분야의 경쟁적인 사업 환경 아래에서 제품개발을 효율적으로 조직하여 신뢰

성평가를 시작하고 신뢰성 성장과정을 추적할 수 있도록 해준다 신뢰성성장관리기

술은 제품 및 공정설계 관련사항 및 검증시험 항목들에 대하여 사용 환경에 따른

신뢰성 성장 진행과정을 확인하고 그 결과로부터 성장시험곡선을 개발할 수 있게

한다 또한 설계단계 사이의 여러 가지 관련성을 확인하여 관찰하고 그 정보를 다

른 제품보증분석들과 연결하여 고객 요구사항에 대한 제품의

- 77 -

적합도를 적절히 평가하는 데 도움을 준다

신뢰성성장모델은 가 개발한Crow(1975) AMSAA(Army Materiel Systems

모델이 많이 활용되었으나 이는 시스템 또는 서브시스템에서의Analysis Activity)

성장관리에 유용하고 부품수준에서는 모델을 활용하는 것이 더욱 실용적이 Weibull

다 모델은 목표 Weibull B10 수명에 대하여 초기 시작품 으로부터(Early Prototype)

후기 시작품 까지의 신뢰성 개선을 관리하는데 실용적으로 활용할(Later Prototype)

수 있다

신뢰성 성장시험 프로세스신뢰성 성장시험 프로세스신뢰성 성장시험 프로세스신뢰성 성장시험 프로세스1111

신뢰성 성장은 개발시스템에 대하여 여러 시험단계가 시리즈로 이루어지는 동안

고장모드를 발견하고 이를 개선하는 과정을 거쳐 이TAAF(Test Analyze And Fix)

루어진다 또한 기능시험 환경시험 안전시험의 결과는 신뢰성 향상을 위한 FMEA

등과 연계하여 사용된다 분석결과는 설계변경에 반영되고 최종목표가 달성될 때까

지 개선과 시험이 연속적으로 이루어진다 그림 은 일반적인 신뢰성 성장시험 [ 81]

프로세스를 보여준다 프로그램의 시작시점에 신뢰성 성장에 대한 계획을 수립하여

고객의 기대사항을 만족시킬 수 있는 성능수준에 대한 구체적인 측정치를 제시하

고 이 목적을 달성시킬 수 있는 시험조건을 정한다 시험조건은 특정한 부품이나

시스템에 대하여 고객의 사용방법과 환경에 대한 지식을 기초로 하여야 한다

개발프로젝트가 진행되는 동안 신뢰성 성장시험 프로그램이 개발되고 실행되는

과정에서 설계 및 공정의 관심사항을 확인하기 위해 QFD(Quality function

와 같은 제품보증을 위한 분석방법들이 선행되어 실시되는데 신뢰성deployment)

성장관리와 연계하여 이를 통틀어 통합 신뢰성 성장관리(Integrated reliability

라고 한다 신뢰성 성장관리를 포함한 제품설계평가의 모든growth management)

과정은 제품 공정의 신뢰성 향상에 있어 중요한 역할을 하는 제품보증기능의 한부

분이다

- 78 -

통합 신뢰성 성장시험관리 프로세스는 설계뿐 아니라 공정신뢰성(MIL-HDBK-781)

과 관련된 문제에 대응할 수 있도록 신뢰성 성장시험의 이점을 전적으로 활용할 수

있는 수단을 제공한다

신뢰성 성장관리과정을 개발함으로써 신뢰성 수준은 계속적으로 추적될 수 있고

조치를 취하고 다른 분석결과들과 비교되어 초기 신뢰성 예측을 수립하고 제품설

계에 포함된 확신을 증가시킨 후 검증시험에 들어갈 수 있도록 한다 이러한 신뢰

성 성장관리 프로세스는 제품개발 사이클에 있어서 초기 단계 동안에 신뢰성을 확

립하는 데 도움을 줄 수 있는 장치이다

그림 신뢰성성장시험 프로세스[ 81]

제품개발과정에 적용되는 신뢰성 성장시험관리 프로세스는 다음과 같다

신뢰성 성장시험조건을 결정하고 시험 사이클을 개발한다 ①

신뢰성 성장시험곡선의 사용을 통하여 시험과정을 실행하고 추적한다②

시험결과를 평가하고 다른 선행된 분석연구결과들과 비교한다③

확인된 결함을 제거하기 위해 설계변경을 실시한다④

- 79 -

설계검증시험을 준비한다⑤

신뢰성 성장시험의 주된 목적은 설계상의 약점을 확인하고 제거함으로써 설계의

신뢰성을 증가시키는 것이다 정확하게 신뢰성 수준이 변화되는 진행상황을 추적하

기 위해서는 요구사항에 대한 불합치성 을 확인하고 불합치성이(Nonconformance)

일어난 시간을 모두 추적하여야 한다 시험을 시작하기 전에 적절한 시정조치를 용

이하게 하기 위해 사전계획이 수립되어야 하며 고장분포를 결정하기 전에 각각의

고장부품에 대한 고장원인을 분리할 수 있어야 한다

부품의 개발과정에서 몇 개의 표본에 대한 고장시간 데이터가 있을 때 Weibull

분포를 활용한 신뢰성 성장분석에 대하여 설명하면 다음과 같다

가 분석의 개요가 분석의 개요가 분석의 개요가 분석의 개요

밀도함수는 그림 와 같이 특성 수명과 기울기로 고장시간Weibull [ 82] (Cycle

을 설명한다 작은 표본에 대한 고장시간 데이터가 주어졌을 때 분석Km) Weibull

을 사용하여 세 가지의 정보를 얻을 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ특정 시간이 주어졌을 때 등 부품의 신뢰도는 그 시간까지 살아 있(Cycle Km )

을 백분율이다

ㆍㆍㆍㆍ 또는 다른( 수명을 추정할 수 있다) 수명은 부품들 중 가 고장10

날 것이라고 기대되는 시간이다 즉 이 시간에서의 신뢰도는 이다 90

ㆍㆍㆍㆍ 기울기의 값은 고장률 패턴에 대한 정보를 제공해준다 기울기가Weibull 10

이라면 고장률이 일정하다는 것을 의미한다 이 경우 고장은 일반적으로 우연히

일어나며 고장률은 설계의 강건 정도에 따라 달라진다 기울기가 보다 작다면 1

고장률은 감소하고 있음을 의미한다

- 80 -

즉 높은 초기 고장률 을 말한다 기울기가 보다 크면 고장률은 증 (Infant mortality) 1

가하고 이는 마모 되고 있음을 의미한다(Wear-out)

그림 에 의한 부품의 신뢰성성장분석[ 82] Weibull 수명 비교

가장 많이 활용되는 측도는 수명이며 이것은 요구되는 목표 신뢰도가 임 90

을 의미한다 첫 번째 프로토타입이 고장 난다면 신뢰성 목표 달성을 위해 설계 변

경을 행하고 다음 프로토타입을 시험한다 이 과정은 목표 수명이 달성될 때까

지 반복한다

나 의이점나 의이점나 의이점나 의이점WeibullWeibullWeibullWeibull

부품의 개발과정에서 작은 표본에 대한 고장시간 자료가 주어졌을 때 Weibull

분석을 활용하여 신뢰성성장관리를 행하면 다음의 정보를 얻을 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ신뢰성 개선은 목표 수명이 달성될 때까지 하나의 프로토타입에

- 81 -

서 다음 프로토타입까지 추적할 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ신뢰성 개선은 시험한 프로토타입에 대해 타점으로 표현되고 빠르Weibull

게 방향을 파악하여 신뢰성 진전과정에 대한 양적 측면의 관리능력 향상을 그

래프로 확인할 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ컴포넌트를 고장 날 때까지 시험하는 것은 고장모드에 대한 아주 귀중한 정

보를 제공하고 따라서 시정조치 활동이 필요하다

ㆍㆍㆍㆍ많은 표본이 더 좋은 신뢰도를 얻을 수 있지만 분석은 많은 표본을Weibull

필요로 하지 않는다

ㆍㆍㆍㆍ고객의 운영 사용 사이클과 시험 모수의 관계가 알려져 있다면 더 빠르고( )

더 적은 비용으로 가속시험을 할 수도 있다

다 기본가정및제한다 기본가정및제한다 기본가정및제한다 기본가정및제한

ㆍㆍㆍㆍ각 분석에서 오직 하나의 고장모드만 포함되어야 한다 두 개나 그 이상의

고장 모드가 검출된다면 각각에 대해 분리하여 분석해야 한다

ㆍㆍㆍㆍ신뢰도는 시험 제한 한계 로 인해 년 마일까지 확장하여 외삽하면 안( ) 10 150K

된다 왜냐하면 시험 제한 한계 로 인해 다른 고장모드가 발생할 것인지 알 수 ( )

없기 때문이다

ㆍㆍㆍㆍ하나의 프로토타입에서 다음 프로토타입까지 기울기가 변하는 데는 특별히

주의를 하여야 한다 왜냐하면 초기 후기 수명에서 더 높은 신뢰도와 후기 초 ( ) (

기 수명에서 더 낮은 신뢰도의 할 수 도 있기 때문이다) trade-off

라 적용시기라 적용시기라 적용시기라 적용시기

ㆍㆍㆍㆍ수명의 비교는 엔지니어링 사양 이 특정한(Specification) 을 요구할 경

우 사용된다

ㆍㆍㆍㆍ이러한 접근방법은 고장시간 등 에 대하여 동일한 부품의(Cycle Km )

- 82 -

다른 시점에서의 프로토타입을 비교할 때 사용한다

ㆍㆍㆍㆍ신뢰성 목표가 달성될 때까지 계속한다

마 입력자료마 입력자료마 입력자료마 입력자료

ㆍㆍㆍㆍ프로토타입 의 몇 개 표본의 고장시간 등1 (Cycle Km )

ㆍㆍㆍㆍ프로토타입 의 몇 개 표본의 고장시간 등2 (Cycle Km )

⦙

ㆍㆍㆍㆍ마지막 프로토타입의 몇 개 표본의 고장시간 등(Cycle Km )

분석프로세스는 그림 과 같다[ 83]

프로세스프로세스프로세스프로세스 일반적 단계일반적 단계일반적 단계일반적 단계

Ⅰ 요구

또는 수명 결정

프로그램 신뢰성 목표 사용

고객의 운영 사용 프로파일 사용( )

시험 프로그램 적정시간 사용

Ⅱ 시험 프로그램 자료정보

확인과 데이터 수집초기 부품의 프로토타입

후기 부품의 프로토타입

Ⅲ 다른 프로토타입에 대한

누적고장 시간 또는 vs

거리 계산 및 타점

분석이 가능한 사용Weibull SW

가능한 가속수명시험 사용

Ⅳ 프로젝트 검토 시

현재 신뢰성 수준신뢰성 목표 적합성 결정

초기 경고 관련 정보 제공

개선을 위한 계획 정보 제공

그림 프로세스별 단계[ 83]

- 83 -

제 절 신뢰성성장 데이터분석제 절 신뢰성성장 데이터분석제 절 신뢰성성장 데이터분석제 절 신뢰성성장 데이터분석2222

초기 프로토타입 으로 부터 개의 표본을 정상하중 으(Prototype1) 6 (Nominal load)

로 고장 날 때까지 시험하고 고장모드를 기록하였다 여러 개선작업을 거친 후 후

기 프로토타입 으로부터 개의 표본을 고장 날 때까지 시험하고 고장모(Prototype2) 6

드를 기록하였다 시험 데이터는 표 에 주어져 있다 [ 81]

에 고장데이터를 입력하고 각 프로토타입 단계별로 용지에 결과MINITAB Weibull

를 타점한 결과 그림 와 같은 성장곡선이 생성되었다 [ 84] Weibull

정상하중 에서 의 평균수명 추정치는 이(Nominal load) Prototype1 127366Cycle

고 의 평균수명 추정치는 로서 의 개선을 이루었 Prototype2 176882 Cycle 389

음을 알 수 있었다 수명은 은 이었으나Prototype1 112668 Cycle Prototype2

의 수명은 로서 상당한 개선이 이루어졌음을 볼 수 있다168620 Cycle 수

명에 대한 신뢰하한은 로 추정되었다 따라서 정상부하에 의한95 162926 Cycle

시험데이터분석 결과 개선활동 재료배합개선 형상설계개선 공정개선 에 의하여 ( )

내구성 목표가 달성되었음을 알 수 있다

그림 는 에서의 신뢰구간을 보여주고 있다[ 85] Nominal load 90

최대하중 에서는 표 의 데이터 입력결과 그림 의 그래프를(Max load) [ 82] [ 86]

생성하였다 그래프로 부터 추정된 의 Prototype1 수명은 이고16362Cycle

의Prototype2 수명은 이다21850 Cycle 수명에 대한 신뢰하한추정치95

는 으로부터 로 계산된다MINITAB 20983 Cycle

의 수명과 의 수명이 다른 것은 개선 활동의 결과이Prototype1 Prototype2

- 84 -

며 에서 개선목표가 달성되었음을 알 수 있다 Prototype2

표 하중 고장시간[ 81] Nominal (Cycle)

Weibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth Curve

(Nominal Load)(Nominal Load)(Nominal Load)(Nominal Load)

그림 성장곡선[ 84] Weibull (Nominal load data)

- 85 -

Weibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth Curve

(Nominal Load-90 Cl)(Nominal Load-90 Cl)(Nominal Load-90 Cl)(Nominal Load-90 Cl)

그림 신뢰구간[ 85] Nominal Load90

- 86 -

표 하중 고장시간[ 82] Max (Cycle)

Weibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth Curve

(MaxLoad)(MaxLoad)(MaxLoad)(MaxLoad)

그림 성장곡선[ 86] Weibull (Max load data)

- 87 -

제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론9999

본 연구는 자동차현가장치인 고무부싱 의 신뢰성향상을 위한 기(Rubber bushing)

술개발과제이다 에나 인더스트리는 수출전문기업으로서 주요 경쟁사에 비해 고성

능 고내구성의 제품을 짧은 기간 내에 개발할 수 있는 능력을 갖추어야 해외 시장

에서 경쟁력을 가질 수 있다

본 연구개발에서는 수요기업에서 요구하는 GMUTS(General Motors Uniform

의 사양에 따른 시험을 실행하여 내구성을 목표 사이클 이상으Test Specification)

로 개선하고 정특성과 동특성 비틀림 토크를 개선항목으로 선정하여 제품의 품질

및 신뢰성 향상을 진행하였다

수요기업의 요구 수준에 의하면 내구성은 와 Tension Compress Alternating

가 동시에 일 때 일 때Torsion Stress Maximum Load 20000 Cycle Normal Load

을 요구한다 본 프로젝트의 경우 해외의 부품메이커들에 대한 경쟁150000 Cycle

력 우위를 확보하기 위하여 기본 요구 수준을 넘어 향상된 제품신뢰성을5~10

확보를 목표로 하였다 내구성 정특성 및 동특성에 대한 시험은 직접 행하였고 비

틀림토크에 대한 부분은 추가적인 시험장치가 필요하여 수요기업의 실험실에 샘플

을 제출하여 요구수준을 검증받았다

본 연구개발의 성과를 요약하면 다음과 같다

우선 기술적 효과로는

설계기술의 확보(1)

재료배합설계 형상설계 공정설계에 대한 기술을 확보하여 내구성을 비롯한 품

질특성을 향상시킬 수 있었다 종래에는 설계 개발 생산프로세스에서 경험적 방법

에 의존하여 시행착오가 많았으나 본 연구를 통하여 과학적이고 체계적인 방법으

로 접근할 수 있는 기술이 확보되었다

설계 요소의 기술적 배치를 위한 실험계획법의 활용기술 확보(2)

- 88 -

종전에는 고무 배합설계 형상설계 공정설계에 대하여 설계요인 별 수 (Facter)

준 을 무작위로 추출하여 실험하였으나 본 실험계획의 과정을 따르면 요인들(Level)

이 계획적으로 반영되어 품질특성에 각각 어느 정도의 영향을 미치는지 분석이 가

능하게 된다 또한 다구찌에 의한 강건 설계의 생성으로 산포를 줄일 수 있다

잠재적 고장원인 분석방법 기술 확보(3)

제품기능에 대한 잠재적 고장모드의 예측과 시험항목을 판단하고 최종적으로는 설

계검증 과 공정검증 의 세부항목과 효과적(Design verification) (Process verification)

으로 연계가 가능하다

신뢰성 데이터분석기술 확보(4)

부품의 개발과정에서 몇 개의 표본에 대한 고장시간 데이터가 있을 때 Weibull

분포를 활용한 신뢰성 성장분석이 가능하게 되었다 개발프로그램이 운영되는 동안

신뢰성 수준의 변화를 추적할 수 있어 목표하는 신뢰성 수준을 달성하기 위하여 충

분한 비율로 성장하고 있는지의 여부를 가능한 빠른 시간 내에 판단할 수 있고 그

에 따라 필요한 자원을 적절히 배분할 수 있다 따라서 개발책임자는 시험데이터로

부터 현재 시스템의 신뢰성 수준 성장률의 평가 앞으로 기대되는 달성 가능한 수

준에 대한 결정이 가능하다

경제적 측면의 효과로는

제품에 대한 내구성 및 동특성 정특성에 대하여 요구사양 이상으로 특성관리(1)

를 행할 수 있어 해외 부품메이커들에 대한 경쟁력 우위로 수출력을 향상할 수 있

게 되었다

개발기간을 단축할 수 있게 되어 개발비의 절감을 가져올 수 있게 되었다(2)

재료배합 형상설계 및 공정설계에 대한 기술개발의 표준 정립으로 개발 기간의 단

축이 가능하게 되었다

본 과제 결과를 활용하여 다른 방진제품에 대한 신뢰성 관리로 수출(3)

- 89 -

시장을 개척하여 신규거래처를 확보할 예정이다 신뢰성 데이터의 관리가 이루어져

제품수명에 대한 설득력 있는 자료의 제시가 가능하게 되었다

향후 연구계획으로는

고무부싱부품의 특성상 내구성만의 개선이 최선이 아니고 정특성과 동특성을 일

정수준으로 동시에 고려하여야 한다 따라서 이 부분에 대한 동시적인 실험설계가

시스템화 되도록 추가적인 연구가 요구된다

- 90 -

참고문헌참고문헌참고문헌참고문헌[ ][ ][ ][ ]

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[8] McLean R A and Anderson V I Extreme Vertices Design of Mixture

Experiments Technometrics Vol8 No3 1966

- 96 -

주 의

이 보고서는 산업자원부에서 시행한 부품소재종합기술지원사업의 최1

종보고서이다

이 신뢰성기반기술확산사업 내용을 대외적으로 발표할 때에는 반드시2

산업자원부에서 시행한 부품소재신뢰성기반기술 사업의 지원결과임을

밝혀야 한다

- 97 -

이 보고서는 산업자원부에서 시행한

부품소재 신뢰성기반기술확산사업의 최종보고서이다

- 15 -

중요한 영향을 미친다

나 접착제도포공정나 접착제도포공정나 접착제도포공정나 접착제도포공정

접착강도는 시험방법 접착방법 시험시의 조건 시편의 기하학에 따라 다르게 나

타난다 도포방법으로는 침지법 붓칠법 롤 코팅법 (Dipping) (Brushing) (Roll

스프레이법 그리고 덤브링법 이 있다Coating) (Air Spray) (Tumbling)

프라이머 는 피착제 표면과의 친화성이나 접착제와의 상용성이 뛰어나지(primer)

않으면 안되고 동시에 접착 저해물과의 상용성도 높아야 한다 또 프라이머 중의

유효성분 쪽이 피착제 표면에 흡착되어 있는 저해성분 보다 피착제에 의하여 안정

하게 흡착 되어 있는 것이 중요하다 따라서 프라이머는 충분한 교반(Adsorption)

균일하고 엷은 도포 그리고 완전한 건조가 이루어 져야 한다

고무를 강력하게 접착시키기 위해서는 접착제가 적당히 고무 중으로 확산 된 후

에 고무와의 사이에서 상호 확산과 가교반응을 일으킬 필요가 있다 따라서 고무와

상용성이 있는 적절한 접착제 선정이 필수이며 충분한 교반 점도 조절에 의한 균

일한 도포 적당한 두께 완전한 건조 온도와 시간 가 이루어져야 한다 ( )

- 16 -

제 절 고장분석 자료 해석제 절 고장분석 자료 해석제 절 고장분석 자료 해석제 절 고장분석 자료 해석2222

설계설계설계설계1 FMEA1 FMEA1 FMEA1 FMEA

설계 는 설계 단계에서 발생하는 위험FMEA(Failure Mode and Effect Analysis )

성을 발견하기 위한 것으로 잠재적인 결함을 확인 한 후 그 영향의 심각성을 평가

하고 중점 관리 항목과 잠재적 설계 결함에 대응하기 위한 것으로 설계상의 문제

점들을 검증하고 효율적 설계개선을 행할 수 있도록 해준다 설계에 대한 잠재고장

모드의 리스트 중요 관리 특성 리스트 고장모드의 원인 제거나 발생률 감소를 위

한 설계활동 리스트 등이 그 결과물이 된다 에 대한 설계 는 표 DA-2 FMEA [ 32]

에 열람하였다

본 제품의 설계 에서는 아래 항목들에 대해 중점적으로 고려하였다FMEA

과다한 진동과 소음 형상 및 재료설계 오류로 인한 정특성 동특성 값의 불1) -

만족

내구성 문제 내철 외철의 파손 철 고무의 접착 불량 고무의 미가류 과가류2) -

외관 불량 내철 외철의 부식 미가류 과가류로 인한 고무의 이상 형태 고무3) -

버 나 살 로 인한 외관 불량 형태(burr) (flesh)

- 17 -

표 설계[ 32] FMEA

- 18 -

- 19 -

공정공정공정공정2 FMEA2 FMEA2 FMEA2 FMEA

공정 은 제품생산 공정에서 발생할 수 있는 잠재적인 문제점 또는 위험성FMEA

을 발굴하여 효과적으로 대응하기 위한 분석 기법으로 제품의 중대사고 발생 예방

으로 고객의 불만을 방지할 수 있으며 결함의 영향을 제거 또는 감소를 위한 부분

별 대책 수립의 근거가 되며 생산 문제점 검증을 통한 효율을 제고할 수 있다 공

정상의 잠재고장 모드와 그 영향을 검토 할 수 있으며 엔지니어들이 불량발생을 낮

추거나 불량 탐지 능력을 증대시킬 수 있는 관리 수단 또는 방법에 초점을 맞출 수

있도록 공정결함을 규명할 수 있다 공정에 대한 잠재고장 모드의 리스트 중요 관

리 특성 리스트 고장 모드의 원인 제거나 발생률 감소를 위한 공정 활동 리스트

들 결과물을 얻을 수 있다

표 에 보여준 의 공정 에서는 특히 아래 관련 항목들이 내구성 향[ 33] DA-2 FMEA

상과 품질개선을 위하여 중점적으로 검토되었다

접착제 도포 공정 의 점도관리체계에 의한 접착제 도포두께 관1) Zahn Cup No2

리상태 불량 건조상태에서 발생할 수 있는 접착제의 이상적 화학반응 및 건조상태

등

가류공정 고무와 내철 외철류의 이상적인 화학반응으로 인한 불량 접착상태2)

사출 성형후 고무의 갈라짐 흠집 등에 의한 외관 불량상태

시험 검사 공정 내구사양의 불만족상태 동특성 정특성 값의 사양 불만족상태3)

고무와 내 외철의 고무접착강도 불만족상태 등을 고려함

- 20 -

표 공정[ 33] FMEA

- 21 -

- 22 -

- 23 -

- 24 -

제 장 재료배합개선제 장 재료배합개선제 장 재료배합개선제 장 재료배합개선4444

제 절 배합의 기본 조건제 절 배합의 기본 조건제 절 배합의 기본 조건제 절 배합의 기본 조건1111

방진 고무부품을 만들려면 다음의 가지 공정을 거친다3

배합공정 사용목적에 따라 원료고무를 선택하고 배합약품의 종류와 양을 결middot

정하는 공정

가공공정 정해진 배합에 따라서 고무와 배합약품을 섞고 혼련 일정한 두께middot ( )

의 고무 시트를 제조하고 만들고자 하는 모양으로 절단하는 공정

가황공정 만들고자하는 모양으로 절단한 미가황 고무에 고무 탄성을 갖게middot

하고 물성을 개선하는 공정

이들 중 배합은 가공공정 가황공정 및 만들어진 제품 성능에 절대적인 영항을 미

치므로 배합설계자는 배합설계 를 할 때 다음의 가지 점(Compounding design) 3

에 균형을 잘 조화 시켜야 한다(3P)

최종 제품의 요구물성을 충족시킬 것middot (Property)

가공이 쉬울 것middot (Processing)

부피 당 배합단가가 적정할 것middot (Price)

또한 이와 같은 조건을 충족시키는 배합설계를 하기 위해서 배합설계자는 배합

의 목적 배합에 사용되는 원료고무와 각종 배합제의 성질 배합의 기초 배합단가

제품이 만들어 질 때까지의 작업 및 설비 등을 주지해야 한다

배합에는 원재료의 시험이나 평가를 목적으로 하는 배합과 공장에서 제품을 만들

기 위한 배합으로 나룰 수 있다

원재료의 시험이나 평가를 목적으로 하는 배합은 원재료의 대체나 품질

- 25 -

확인을 위한 기초 배합과 새로운 원재료가 개발됐을 때 이곳에 대한 실제적인 용도

개발을 위한 시험 또는 연구배합이 있다 개발을 위한 시험 또는 연구배합에서는

기초적인 성상을 구하는 배합으로부터 실용화에 대비한 응용배합에 이르기 까지를

검토의 대상으로 하기도 한다

제품을 생산하기 위한 목적으로서의 배합이란 종래에 없었던 새로운 요구가 있

었을 때 종래 사용하던 원재료를 써서 그 목적에 알맞은 배합을 결정하여 공장에

서의 실제 생산에 투입하는 경우를 뜻한다

고무 부싱과 엔진마운트와 같은 방진을 목적으로 하는 고무제품의 재료를 보면

등의 계의 고무가 적합하다는 게 일반적인 고무업체의 정설이NR SBR BR Diene

다 하지만 목적에 맞게 고무의 원재료를 선택하여야 한다 결국 방진이라는 기능의

고무 특성을 만족하기 위해서는 가교라는 차원 구조의 밀도를 요구하고 있다는 것3

을 알 수 있다

일반적인 방진고무의 요구특성으로는 다음과 같은 조건을 만족하여야 한다

첫째 파단 특성을 만족하여야 한다 즉 분자들과의 높은 응집력과 와의 높 Filler

은 친화성으로 응력을 분산시키는 구조로 이루어져야하는 조건을 만족하여야 하며

둘째 특성을 만족하여야 한다 에 대한 조건을 만족시키기 위해서 Creep Creep

는 고무의 분자 회전성이 높고 응집에너지가 낮을수록 좋다

셋째 내열성 및 내열 산화성에 대한 조건을 만족하여야 한다 이것은 일반적으로

기계적인 모든 성질은 온도의 의존성이 낮을수록 바람직하다고 할 수 있다 이에

방진목적의 고무도 이 같은 성질을 만족하여야 한다

- 26 -

넷째 일반적인 방진 제품은 고무만의 단독 현상으로는 그 형태를 유지하기 힘들

며 금속과의 결합을 통하여 그 방진특성을 만족하여야 한다 이에 방진고무의 기본

적인 성질은 금속과 접착성이 좋아야 한다는 조건을 만족하여야 한다

다섯째는 감쇄계수에 대한 부분으로 감쇄계수가 크고 온도의존성이나 주파수 의

존성이 좋아야 한다 일반적으로 은 감쇄가 적고 소변형에서 대변형에 이르기까 NR

지 선형의 복원을 하며 주파수에 의존하지 않은 특성을 가지고 있으므로 방진고무

로 적합하다고 할 수 있다

여섯째 탄성율에 관한 내용으로 일반적으로 방진 고무의 탄성율은 온도 및 진폭

의존성이 낮은 쪽이 좋게 된다

마지막으로는 정적강성과 동적 강성의 비로 표현되는 동배율에 유의해야 한다

일반적으로 방진고무의 감쇄 특성을 고려하면 동배율이 높은 것이 유리하지만 동적

특성의 온도의존성 변형율 동적 변형율에 의한 발열 및 내피로특성을 보면 저동배

율 쪽이 유리하다

제 절 재료배합 개선방안제 절 재료배합 개선방안제 절 재료배합 개선방안제 절 재료배합 개선방안2222

원재료 및 배합제의 개선원재료 및 배합제의 개선원재료 및 배합제의 개선원재료 및 배합제의 개선1111

고무부싱 제품의 경우 그 기능상의 요구로 인하여 주로 계열의 천연고무를NR

원재료로 사용한다 본 연구에서도 계열의 천연고무를 원재료로 하고 요구 특성 NR

의 개선을 위해 배합제의 선정을 대해 연구하였다 일반적으로 천연고무 및 합성고

무에 적용되어지는 배합제는 가황속도 조절 가공의 원활화 품질특성 개선 그리고

특수 성능 등의 목적으로 사용되어

- 27 -

진다 배합제의 종류로는 가공조제 연화제 유기가황제 가황촉진제 노화방지제

등으로 나눌 수 있다

요구 경도의 결정은 함량을 조절하여 설계하였으며 품질특성을 향상 시Carbon

킬 수 있는 재료를 연구한 결과 미세 으Caron Carbon Black(MAF FEF GRADE)

로 물성을 향상 시킬 수 있도록 하였다 특성에 큰 영항을 주는 배합제의 경우 그

용도에 따라 많은 종류를 인자로 적용할 수 있지만 많은 인자로 인하여 발생하는

비용적 시간적 손실을 최소화하기 위해 본 연구에서는 원재료와 함량을 Carbon

고정한 후 촉진제 종류와 가황제의 양을 조절하는 방식으로 배합제에 대한 최적의2

조합을 선택하는 방법으로 접근하였다

내구성 향상을 위한 방안내구성 향상을 위한 방안내구성 향상을 위한 방안내구성 향상을 위한 방안2222

내구성을 향상시키기 위한 일반적인 방법은 경도를 향상시키는 것인데 경도를

높이는 방법만으로는 다른 특성 즉 정 동특성을 동시에 만족시킬 수 없는 어려움이-

있다 이에 본 연구에서는 방진용 제품이 요구하는 정 동특성과 내구성을 Bushing -

동시에 향상 시킬 수 있는 방안을 모색하기 위하여 촉진제와 가황제를 이용하여 최

적을 배합설계를 이루고자 하였다

내구성을 향상시키기 위한 방법으로 보통 량의 조절을 통한 경도 조절법Carbon

을 이용하게 되는데 본 연구에서 적용한 은 미세 Carbon Carbon Black(MAF FEF

으로 인장강도 및 경도 인장응력을 증대하는 효과를 얻고자 하였다 이러GRADE)

한 미세 의 적용과 동시에 보강제의 분산 및 흐름성 개선을 위하여Carbon Black

가공조제를 개선하여 적용하였다

가교시스템의 향상 방안가교시스템의 향상 방안가교시스템의 향상 방안가교시스템의 향상 방안3333

가황반응 고분자 주쇄간 가교결합을 통한 차원 망상구조를 형성하(Vulcanization) 3

여 고분자 화합물의 복원력 탄성 특성 및 기타 요구물성을

- 28 -

증가시킨다 다양한 가교결합 형태 중 방진고무산업에서 많이 이용되고 있는 가교

결합은 을 도입한Polysulfide (-C-Sx-C- x=1~4) Conventional CV(Vulcanization)

계를 많이 사용한다 여기서 사용되고 있는 인 천연고무 Polymer (Natural Rubber

의 배합에 있어 가교 또는 가류형태의 변화에 따라 물성 및 특성의 변화가 있NR)

음을 알 수 있다 즉 가교형태 변화에 따른 유사한 특성을 나타내는 Stress-Strain

조건하에서 공정특성 및 전반적인 물성에 영향을 미침을 알 수 있다 의 기 Polymer

본 배합에서 촉진제나 황 공여체 증가에 따라 가류 유도시간(Sulfur Donor)

은 길어지나 가류속도는 빨라진다 특히 고온 가류 시 과 가류(Induction time)

에 의한 물성하락을 방지하기 위해 열 안정성이 우수한(Overcure) EV(Efficient

계를 사용하는 것이 근래에 소개되고 있다 고분자의 물성은 가교형Vulcanization)

태뿐 아니라 가교밀도에 크게 의존한다 가교계 변화에 따른 인장강도의 영향은 매

우 적은 반면 신장율은 계에서 로 같수록 감소CV(Conventional Vulcanization) EV

하는 경향이 있다

이란 가류시간의 지연 또는 과가류로 인한 고무 물성의 저하를 말한Reversion

다 이러한 현상은 제품의 외면이 과도한 열에 노출될 수 있다 다중황공유 결합의

열적노화현상이 발생하며 가교형태가 다중황 결합에서 단일황(Polysulfidic)

결합으로 바뀌게 되며 밀도가 현저하게 저하되고 환상형 씨오알켄(Monosulfidic)

과 씨오알칸 구조로 바뀌게 된다 결과적으로 재료의 물성(Thioalkene) (Thioalkane)

과 기계적 성질이 떨어지게 된다

이 발생하는 시간을 가교형태에 따라 비교하여 보면Reversion CV lt Semi-CV lt

으로 알려져 있으며 시스템에서는 촉진제 종류에 따라서 인장과 신율의 물EV EV

성에 하락 없이도 공정 안정성 특성이 매우 우수하다 이 Anti-Reversion

으로 인해서 물성과 기계적 성질을 향상시킬 수 있으며 황공여체 사Anti-Reversion

용 또는 계로 가교형태를 전환함으EV

- 29 -

로써 가능하다 이로써 가교의 다중황결합 을 줄이고 단일 또는 이중황 결 (S3~S8)

합으로 내열성 및 결합의 안정성을 증가시킬 수 있다 이러한 과정에서 공정설계상

계보다 더 낮은 가류온도와 더 길어진 가류시간이 필요하게 된다 이러한 계CV EV

에서는 정도의 황과 계에 비해서 다소 많은 양의 촉진제를 사용하02~05 phr CV

게 된다 여기에 근거하여 혼합물성분의 한계 표 표 에 나타난 황과 촉 ([ 42] [ 44])

진제 양의 범위를 정하였다

발생 시간의 효율적인 제어를 위하여 본 연구에서는 적절한 촉진제의Reversion

배합량을 조절하여 방진제품에서 요구하는 특성을 만족하는 조건을 선정하고자 하

였다 그림 은 의 예를 보여준다 [ 41] Reversion

그림 의 예[ 41] Reversion

본 연구에서는 인장 내열 강도의 증가와 동 정특성 내구성 증가를 위한 가교 시- -

스템의 향상 방안으로 황량을 조절하여 Convension Type(Efficient Vulcanization

을 통하여 결합력을 증대시켰으며 촉진제를 조절하여 가- CURE STIES-CC-C)

교효율을 증대하였다 또한 가황 조건에 변화가 적은 배합설계를 하여 향상된 적정

가황이 될 수 있도록

- 30 -

하였으며 를 정립화하여 최적의 적정 가황 포인트를 찾아 인장이 최CURE-STUDY

적일 때 내구성이 최적이고 가황제품과 시편을 동시에 함으로 시편과CURE-STUDY

제품의 상의성을 방지할 수 있었다

자동차업계에서는 일반적으로 고가의 폴리머를 선호하지만 본 연구를 통하여 가

격이 낮은 폴리머로도 성능향상이 가능하다는 것을 입증하였고 향후 타 아이템에도

연계 적용함으로 새로운 배합설계를 구축하였다

실험계획법의 적용실험계획법의 적용실험계획법의 적용실험계획법의 적용4444

기존의 개발 진행 방식은 경험에 의한 시행착오 접근 방법을 사(Trial and Error)

용하여 성능향상을 도모하였으나 본 연구에서는 배합물설계에 위한 실험계획법

기술을 적용하여 이론적으로 최적의 배합설계를 이(DOE Design of Experiment)

룰 수 있는 방법을 연구하였다

일반적인 고무제품의 배합은 많이 알려져 있지만 특성 향상을 위한 방안이나 그

배합에 대한 신뢰성에는 많은 의문점이 제기 되는 게 현실이다 본 연구에서는 요

구특성을 만족시키기 위하여 선정된 촉진제의 배합조건의 최적화를 실현하기 위하

여 실험계획법의 꼭지점계획법을 이용하여 그 효율성을 검증하고자 하였다 배합의

경우 어느 독립적인 인자의 선정으로는 그 효과를 극대화 시킬 수 없는 특성이 있

는데 본 연구에서는 선정된 촉진제 및 폴리머의 조건 하에서 최적의 배합 조건을

찾아보고자 하였다

재료배합설계의 개선을 위한 방안을 정리하면 표 과 같다[ 41]

- 31 -

표 내구성 및 정 동특성 동반향상을 위한 개선방안[ 41] -

항 목항 목항 목항 목 기존 방안기존 방안기존 방안기존 방안 제안된 개선 방안제안된 개선 방안제안된 개선 방안제안된 개선 방안

배합 설계 방안

경험적 배합 설계

고 배합설계COST

국내수급재료사용

실험적 분석기법 도입

저 배합설계COST

해외재료수입

내구성 향상

량 변경Carbon

용도별 적정 적용Carbon

정동특성 향상 방안을 동시==gt

고려

경험적 수치의 가황제 량 선정

가교 시스템 향상 방안을 고려한

가황제 량 선정

(EV - CURE)

결합력 증대==gt

경험적 수치에 의한 촉진제 량

선정 경도별 선정 미비( )

가교 효율을 반영한 촉진제 량의

선정

적정한 가황 포인트 파악을 위한(

실시Cure Study )

정 동특성 향상-

정특성 향상 방안 경도 증가

동특성 향상 방안 경도 하락

두 특성을 만족시키기 위한==gt

경험적 수치의 경도 선정

데이터베이스를 활용한 배합설계

정 동특성을 동시에 만족할 수-

있는 배합제 적용

분산 및 흐름성 개선==gt

형상개선과 동시 고려==gt

- 32 -

표 는 지원 전 배합비율과 특성별 성능수준을 나타낸다[ 42]

표 지원 전 성능수준[ 42]

- 33 -

제 절 꼭지점계획법에 의한 최적배합조건제 절 꼭지점계획법에 의한 최적배합조건제 절 꼭지점계획법에 의한 최적배합조건제 절 꼭지점계획법에 의한 최적배합조건3333

재료설계에 적용되는 실험계획은 혼합물 배합에 관한 실험계획으로서 몇(Mixture)

개 성분의 혼합물 중 어떠한 성분이 품질의 특성에 유의한 영향을 미치는지를 분석

하여 반응을 최대로 만드는 최적혼합비율을 찾고자 하는 실험계획이다

혼합물실험에 적용되는 실험계획으로는 심플렉스 격자형배열법 심플렉스 중심배열

법 꼭지점 계획법 등을 주로 적용한다 본 실험에서는 심플렉스의 전 영역이 아니

라 제한된 영역에서 실험을 하고자 하므로 꼭지점계획법(Extreme vertice design)

을 적용하였다

고무부싱의 재료배합에서는 개의 성분재료가 있고 이들을 어떤 비율로 배합하는

것이 품질특성치를 가장 좋게 하는가를 찾는다 성분의 혼합에 있어서 를 번째

성분의 혼합비율이라고 하면 다음과 같은 관계식을 만족시켜야 한다

이러한 경우는 일반적 실험계획법처럼 심플렉스의 모든 영역에 실험이 배치되는 것

이 아니고 제한된 영역에서만 실험을 하는 경우이다 즉 각 인자 가 (Factor) 0 le

의 모든 값을 취할 수 있는 것이 아니라 제한된 구간1le

안에서만 값을 취한다 이와 같은 경우는 경제적인 이유나 또는 실험 전에 인자들

의 성질에 대하여 상당한 정보가 있는 경우이다 위의 식과 같은 인자의 구간이 설

정되면 실험가능영역은 심플렉스 상의 좁은 영역이 된다

- 34 -

과 은 제한된 실험영역에 대한 실험계획법으로 꼭지점 계획법Mclean Anderson

을 제안하였다 이 계획법은 제한된 영역이 가지는 모든(extreme vertices design)

꼭지점과 이 꼭지점들의 선형조합으로 이루어지는 몇 개의 점을 적절히 선택하는

실험계획법이다 만약 개의 혼합성분이 사용되는 경우 실험영역을 그림으로 그리 4

면 그림 와 같이 사면체 속에 위치하는 면체가 된다 과 은[ 42] 6 Mclean Anderson

이 면체의 꼭지점과 중심점을 실험점으로 선택하는 방법에 대한 예제를 제시하고6

있다

그림 개의 혼합성분에 대한 꼭지점계획법[ 42] 4

고무부싱의 재료설계 시 혼합물은 고무 카본 및 배합원료로서 황화제 촉진제

가공제 유기산 금속산화제 노화방지제 보강제 충진제 등을 사용한다

재료 배합 실험은 경도별로 나누어 실행되었으며 표 은 경도 도 오차범[ 43] 48 (

위 plusmn 도 에 대한 혼합물성분의 한계이다 에 성분의 한계를 입력한 결과2 ) MINITAB

네 가지 성분에 대하여 표 와 같은 총 회의 실[ 44] 17

- 35 -

험점이 생성되었다 실행 의 경우 의 성분을 1 A B C D 09807 00068 00011

의 비율로 섞어서 실험하라는 의미이다00114

표 혼합물 성분의 한계[ 43] (48Hs)

성분 하한 상한

A 외 기타Polymer 09774 09807

B 촉진제1 00068 00085

C 촉진제2 00011 00022

D Sulfur 00114 00119

표 꼭지점계획법에 의한 실험설계와 결과데이터[ 44] (48Hs)

을 활용한 혼합물 설계 데이터분석 결과는 표 표 과 같다MINITAB [ 45][ 46] 17

회의 실험점에 대한 데이터분석 결과 각 실험 점에서의 적합추정치와 신뢰구 95

간을 구할 수 있었다

- 36 -

표 을 보면 실험점 에 의한 배합조건으로는 신뢰구간으로[ 45] 14 95

의 내구성이 나타난다 에서는 각 성142322cycle ~ 146166cycle Nominal Load

분에 대한 제한조건을 만족시키면서 내구성을 최대로 하는 처리조건은 인자의 네

가지 성분 즉 외 에 대한 배합 비율이 Polymer Acc1 Acc2 Sulfur 097740

이었다 그리고 이 처리조건에서 예상되는 내구성은00085 00022 00119

에 도달할 것으로 추정되었다146943cycle

에서는 인자의 네 가지 성분의 배합비율이 와 마찬Maximum Load Nominal Load

가지로 이었다 그리고 이 처리 조건에서 예상되는09774 00085 00022 00119

내구성 추정치는 이었다18917cycle

표 데이터분석 결과[ 45] (48Hs Nominal Load)

에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응Dura(Nom)Dura(Nom)Dura(Nom)Dura(Nom)

- 37 -

반응 최적화 모수반응 최적화 모수반응 최적화 모수반응 최적화 모수

글로벌 솔루션글로벌 솔루션글로벌 솔루션글로벌 솔루션

예측 반응예측 반응예측 반응예측 반응

Dura(Nom) = 146943

- 38 -

표 데이터분석 결과[ 46] (48Hs Maximum Load)

에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응Dura(max)Dura(max)Dura(max)Dura(max)

반응 최적화 모수반응 최적화 모수반응 최적화 모수반응 최적화 모수

글로벌 솔루션글로벌 솔루션글로벌 솔루션글로벌 솔루션

외Polymer = 09774

- 39 -

Acc1 = 00085

Acc2 = 00022

Sulfur = 00119

예측 반응

Duro(max) = 189171

경도 도 오차범위 도 에 대한 혼합물성분의 한계와 에 의한 실험50 ( plusmn 2 ) MINITAB

점은 표 표 과 같다[ 47] [ 48]

표 혼합물 성분의 한계[ 47] (50Hs)

- 40 -

표 실험계획의 결과[ 48] (50Hs)

경도 도에 대한 혼합물 설계 데이터분석 결과는 표 표 과 같다50 [ 49][ 410] 17

개 실험 점에서의 적합추정치와 신뢰구간은 예측반응에 잘 나타나 있다95

에서는 각 성분에 대한 제한조건을 만족시키면서 내구성을 최대로Nominal Load

하는 처리조건은 외 기타 의 각 성분에 대하여 배합비Polymer Acc1 Acc2 Sulfur

율이 이고 이 처리조건에서 예상되는 내구성은09687 00088 00025 00200

에 도달할 것으로 추정되었다159209 Cycle

에서는 인자의 네 가지 성분의 배합비율이 와 마찬가Maximum Load Nominal Load

지로 이었다 그리고 이 처리조건에서 예상되는 내09687 00088 00025 00200

구성 추정치는 이었다 일 때와 일218572 Cycle Nominal Load Maximum Load

때의 적정배합비율이 다르게 나오는 경우가 있는데 이는 오차범위 경도의 경우( plusmn

도 가 비교적 넓은 고무의 특성에서 비2 )

- 41 -

롯되거나 측정오차에 따른 결과로 추정된다

표 데이터분석 결과[ 49] (50Hs Nominal Load)

에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응Duro(Nor)Duro(Nor)Duro(Nor)Duro(Nor)

반응 최적화 모수반응 최적화 모수반응 최적화 모수반응 최적화 모수

- 42 -

글로벌 솔루션글로벌 솔루션글로벌 솔루션글로벌 솔루션

예측 반응예측 반응예측 반응예측 반응

Duro(Nor) = 159209

표 데이터분석 결과[ 410] (50Hs Maximum Load)

에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응Duro(max)Duro(max)Duro(max)Duro(max)

- 43 -

반응 최적화 모수반응 최적화 모수반응 최적화 모수반응 최적화 모수

글로벌 솔루션글로벌 솔루션글로벌 솔루션글로벌 솔루션

예측 반응예측 반응예측 반응예측 반응

Duro(Max) = 218572

재료배합시험에 있어서 가류시간이 특성 치에 영향을 미치므로 레오그래프

분석에 의해 적정가류시간을 결정한다 레오그래프는 다음의 용도에(Rheograph)

활용된다

고무제품의 가류도 측정①

가류속도 측정②

최적의 가류공정 조건 확립③

가류약품 선정 및 배합 작성Recipe④

고무제품의 품질관리⑤

아래 그림 은 경도 도에 대한 재료의 레오그래프이다 그래프에 나타난 용[ 43] 48

어를 설명하면 다음과 같다

혼합물 의 가 가류되었을 때의 시간을 나타내며 가류시간을tc90- (Compound) 90

결정하는 기준으로 사용된다

스코치시간 을 나타내며 원하지 않는 가교가 일어ts2 - (Scorch time)

- 44 -

나는 시간으로 적절한 가류시간을 찾기 위해 필요한 과정임

고무의 특성을 토르크 값으로 나타낸 값으로 일반적으로 혼합물Tmax- (Torque)

의 경도에 따라 변함

평형 토르크MH- (Equilibrium torque)

최소 토르크ML- (Minimum torque)

본 재료시험에 적용된 가류시간은 의 배 사이에서 적정수준을 결정하tc90 1-15

였다

연구의 결과 카본의 입자가 작을수록 내구성은 향상시키지만 대체로 분산이 잘 되

지 않아 혼합물의 품질이 고르지 못하였다 따라서 카본의 분산도를 평가하여 만족

할 만한 수준이 나오는지 확인하였으며 상대적으로 작은 입자경의 카본을 사용하

여 내구성을 높이려 하였다

그림 경도 도 고무에 대한 레오그래프[ 43] 48

- 45 -

실험의 결과 카본블랙과 레오그래프와의 관계는 그림 와 같이 나타났다 그림[ 44]

에서 보는바와 같이 입자경의 크기가 증가함에 따라 결합력이 약해지므로 토르크

값이 낮아짐을 알 수 있다

그림 각종 카본블랙의 레오그래프[ 44]

- 46 -

본 연구에 적용된 카본 입자경의 크기와 양은 표 과 같다[ 411]

경도변화는 카본입자의 크기와 양에 따라 결정이 되며 레오그래프의 값이 Tmax

이러한 사실을 보여주고 있다

표 레오그래프상의 경도와 카본의 관계[ 411]

레오그래프는 섭씨 도에서 그려짐PHR = Part in Hundred Rubber 160

- 47 -

제 장 형상개선제 장 형상개선제 장 형상개선제 장 형상개선5555

제 절 외철의 스웨징 율 변화에 의한 개선제 절 외철의 스웨징 율 변화에 의한 개선제 절 외철의 스웨징 율 변화에 의한 개선제 절 외철의 스웨징 율 변화에 의한 개선1111

높은 품질의 부싱을 개발하기 위해서는 적절한 재료설계에 의한 경도 및 고무 특

성의 설정이 매우 중요한 요소이지만 고무의 특성 개선에만 의존하는 것은 한계점

이 있다 따라서 제품의 형상변화를 통해 고무의 특성을 극대화함으로써 내구성 및

품질특성을 향상시킬 수 있다

그림 은 부품의 세부형상과 설계도이다[ 51]

그림 세부형상[ 51] DA-2

- 48 -

그림 는 제품의 단면을 보여준다 그림에서 는 다른 모델에 비해 고무[ 52] DA-2

량이 다소 적음을 알 수 있다 형상 변화를 통한 품질특성의 개선을 시도함에 있어

서는 부품에 대한 조립성과 제조성 을 반드시(DFM Design for Manufacturability)

고려하여 형상변화를 꾀하여야 한다 본 제품의 경우 외철 과 내철 (outer pipe)

의 길이는 한정되어 있으며 그 직경의 변화도 허용공차를 미만(Inner pipe) 05 mm

의 수준으로 요구하고 있다

형상변경을 통한 성능향상 방안으로서 외철에 대한 스웨징율 을 변(Swaging rate)

경함으로서 외경크기의 변화를 시도하였으며 또한 내철의 구배각도를 변화시켜 개

선점을 찾으려고 노력하였다

그림 단면[ 52] DA-2

부싱의 경우 일반 적으로 스웨징이라는 공정을 거치게 되는데 이는 공정에서 외

경의 크기 조정을 통하여 성능을 향상 시키는 방법으로서 스웨징율을 조정함으로서

외철의 외경 크기를 허용범위 내어서 변화시키는 것이다 이는 스웨징에 따른 직경

변화에 의해 고무의 조직이 조밀해져 고무 특성을 향상시킬 수 있게된다

그림 은 스웨징의 방향을 나타내며 그림 는 스웨징 전 후의 외철의 크[ 53] [ 54]

기 변화를 보여주고 있다

- 49 -

그림 스웨징 방향[ 53]

그림 스웨징 전후의 외경 크기의 변화 단면[ 54] ( )

제 절 내철의 구배 변화에 의한 개선제 절 내철의 구배 변화에 의한 개선제 절 내철의 구배 변화에 의한 개선제 절 내철의 구배 변화에 의한 개선2222

아래 그림 는 형상 변화를 시도할 수 있는 내철 끝단 부분의 구배를 표시한[ 55]

그림으로서 는 구배각도를 나타낸다a

- 50 -

그림 구배각도[ 55]

그림 은 본 제품의 특성 요구 사항을 그림으로 표시한 것으로 고무부싱은[ 56]

및 의 외력에 대하여 적절하게 대응할 수 있도록 설계되어야 한다 부싱 종류F1 F2

의 경우 일반적으로 고무 제품의 유연함과 동배율 개선을 위하여 저경도의 고무를

적용하는 경우가 많은데 이 경우에는 외력에 대한 특성이 상대적으로 취약하게F1

나타나게 된다 이러한 취약점을 보완하기 위하여 본 연구에서는 그림 과 같 [ 57]

이 제품이 허용하는 범위 내에서 내철의 구배를 변화 시킨 후 실험데이터의 분석을

통해 성능 개선 방안을 찾고자 하였다

그림 부싱의 외력[ 56]

그림 의 의 경우는 구배를 주지 않은 경우이며 의 경우는 구배를 준[ 57] (a) (b)

경우를 표시하고 있다

- 51 -

의 경우 외력에 의하여 발생하는 반발력 은 순수한 고무 특성에 의해서(a) F1 Fr1

만 나타나게 된다 이러한 경우 저경도의 고무을 적용하였을 때 의 크기가 미미 Fr1

하여 적절한 특성을 발휘하지 못하게 된다

의 경우와 같이 내철에 구배를 주게 되면 의 외력에 대하여 구배가 들어간(b) F1

부분 에 의한 반발력 함께 가 생성되어 상대적으로 에 대한 저항력이 커Fr3 Fr2 F1

짐으로써 성능을 향상 시킬 수 있게 된다

그림 구배각도의 적용에 따른 차이 단면[ 57] ( )

그림 구배각도의 적용에 따른 차이 입체[ 58] ( )

- 52 -

제 장 도포공정개선제 장 도포공정개선제 장 도포공정개선제 장 도포공정개선6666

고무부싱의 내구성 향상을 위하여 필수적으로 관리하여야 할 공정이 도포공정이

다 도포공정은 접착의 원리에서부터 접착의 구조 접착의 강도 피착재의 표면처리

법 및 접착제 사용법 등 접착에 관한 전반적인 기술을 공정에 효율적으로 적용하여

야 한다

고무와 금속과의 접착력이란 접착제와 피착제 사이의 계면 결합력을 의미하며 접

착강도는 시험방법 접착방법 시험시의 조건 시편의 기하학 등 여러 인자에 의해

영향을 받는다 접착파괴는 접착제의 가장 약한 곳에서 일어나며 접착강도는 여러

가지 측정법에 따라 고유강도 잔류강도 측정강도 등과 같이 다르게 표현된다 고

무부싱의 접착구조는 그림 과 같다[ 61]

그림 접착의 구조[ 61]

프라이머 는 피착제 표면과의 친화성이나 접착제와의 상용성이 뛰어나야(Primer)

하고 동시에 접착 저해물과의 상용성도 높아야 한다 또 프라이머 중의 유효성분

쪽이 피착제 표면에 흡착되어 있는 저해성분보다 피착제에 의하여 안정하게 흡착되

어 있는 것이 중요하다 따라서 프라이머는

- 53 -

충분한 교반 균일하고 엷은 도포 그리고 완전한 건조가 이루어져야 한다 이러한

도포공정은 피착제의 모앙에 따라 달라진다

열경화성 접착제의 대부분은 유기 중합물과 각종 충진제를 유기용제에 용해 분산

시킨 것으로 사용전이나 사용 중에도 교반기 등으로 균일하게 용해 분산시킨 접착

제를 사용하는 것이 중요하다 따라서 의 도포 공정은 그림 와 같이 교 DA-2 [ 62]

반기를 추가 설치하여 공정 개선을 실시하였다

그림 설치한 교반기[ 62]

또한 피착제의 균일한 도포를 위해 롤타입의 코팅기에 기존 페인트용 롤러에서

그림 에서와 같이 융을 말아 롤러 도포하는 형태로 개선을 실시하여 코팅의[ 415]

두께 정밀도를 향상시켰다

- 54 -

그림 변경된 롤러 모양[ 63]

접착 재료를 프라이머 에서 변경하여 사용함CHEMLOK 220 252 CHEMLOK 205

으로써 접착력을 향상시켰는데 는 금속 및 경길대료의 프라이머로CHEMLOK 205

사용되며 또한 같은 극성고무에 단독으로 접착이 가능하다 NBR

방식의 경우 의 특징을 살펴보면TWO Coat CHEMLOK 205

ㆍㆍㆍㆍ 접착제의 금속 표면에서의 접착강도를 향상시킬 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ 기계적 표면처리 후 활성화된 금속표면을 산화작용으로부터 보호하며 녹방

지 도료적 역할을 한다

ㆍㆍㆍㆍ 크로로프렌이나 에피크로로히드린고무와 같은 가류 중에 염소가스를 발생

시 켜 금속표면을 부식시키기 쉬운 고무배합에 대하여 유효하게 적용된다 프

라 이머는 충분한 교반 균일하고 엷은 도포 그리고 완전한 건조가 이루어져

야 접착성이 뛰어나게 된다

도포공정 개선 전후의 효과는 그림 그림 의 도포두께 비교[ 64]~[ 67] Cpk

를 통해서도 알 수 있다DATA

아래 그림 는 도포공정의 개선전[ 64] 관리도의 그래프를 나타낸

- 55 -

것으로 관리도는 평균치와 범위에 관한 계량형 관리도에서 가장 많이 사용되

는 관리도의 하나이다 관리도는 평균치의 변화를 관리하는 관리도와 산포의

변화를 관리하는 관리도로 구성된다 관리도의 중심선(Central Line) CL=로 나

타내며 관리 상한선 은(Upper Control Limit) UCL= 로 관리하한선인 (Lower

의 경우Control Limit) LCL=

로 구한다

관리도의 관리선의 경우 중심선 관리상한선 UCL= 관리하한선 LCL

의 경우 로 구한다

여기서 등의 계수는 샘플의 크기인 에 따라 결정 되며 일 경우=4

=0729 =0 이다=2282

그림 에서[ 64] 이며=273410 관리도의 로 나타났UCL=307994 LCL=238826

다

관리도의 은CL 이며 이다=4744 UCL=1082581

- 56 -

그림 도포공정 개선전[ 64] 관리도

한편 그림 는 도포공정 개선 전의 경우에 대하여 지정된 규격의 공정능력 [ 65]

지수를 나타낸 것으로서 단기공정능력지수( 와 장기공정능력지수) ( 를 나타낸)

다 단기공정능력지수는 공정능력 ( 과 규격의 폭) ( 과의 비율을 의미하며 일반적)

으로 로 표시한다 규격은 그림 에서처럼 양쪽규격이 모두 주어진 경우 공 [ 65]

정 능력 지수는 다음과 같이 계산할 수 있다

공정 능력

로 나타내고 만약 공정 평균이 규격의 중심으로부터 어느

한쪽으로 치우쳐 있게 되는 경우 치우침도( 와) 를 조합한 단기공정능력지수

( 로 나타낸다 즉)

- 57 -

장기공정능력지수( 의 계산은)

으로서 이다

따라서 그림 에 나타난 것처럼 개선전의 공정능력은[ 65] =17854 =08458

으로서 장기 공정에 대해 만족스럽지 못한 값을 나타내고 있다

그림 도포공정 개선전 공정능력 분석그래프[ 65]

- 58 -

그러나 공정개선후의 관리도인 그림 을 살펴보면[ 66] 이며=28196 관리

도의 이고UCL=300418 LCL=263502 관리도의 은CL 로=2532 UCL=51418

나타난다

그림 도포공정 개선후[ 66] 관리도

- 59 -

개선 후에는 그림 로부터 알 수 있듯이 단기공정능력은[ 67] 으로서=31966

인 장기 공정에 대해 안정적인 것을 확인할 수 있어 도포공정 개선에=23275

대한 효과가 있음을 알 수 있다

그림 정 개선 후 공정능력 분석그래프[ 67]

또한 도포공정의 두께관리를 강화하기 위하여 작업자 교육 및 샘플링 두께 측정

검사를 통해 지속적인 모니터링을 실시하고 공정별 온도관리 및 시간 관리를 통해

작업 환경 유지관리 강화로 변함없는 품질의 제품을 생산하도록 하였다 그림 [

은 롤 코팅 공정이다68] (Roll coating)

- 60 -

그림 롤 코팅 공정[ 68] (Roll coating)

- 61 -

제 장 최적수준 결정을 위한 파라미터 설계제 장 최적수준 결정을 위한 파라미터 설계제 장 최적수준 결정을 위한 파라미터 설계제 장 최적수준 결정을 위한 파라미터 설계7777

제 절 실험계획법에 의한 유의인자 결정제 절 실험계획법에 의한 유의인자 결정제 절 실험계획법에 의한 유의인자 결정제 절 실험계획법에 의한 유의인자 결정1111

재료설계 형상설계 및 공정설계에 대한 최적조건의 결정은 부품의 품질 특성에

대한 사양 을 만족시켜야 할 뿐 아니라 생산부품 간 품질의 산포를(Specification)

최대한 줄여야 한다 의 최적설계를 위해 다구찌 기법 을 적 DA-2 (Taguchi method)

용하였다

다구찌의 강건설계 는 인자 가 품질 특성의 평균에 대해(Robust design) (Factor)

가지는 효과뿐만 아니라 분산에 미치는 효과에 대해서도 초점을 맞추고 있다 분산

을 줄일 수 있는 통제 가능한 인자에 대한 조건을 설정하여 품질특성이 통제 불가

능한 인자의 변화에 대해서는 둔감하도록 할 수 있다 강건설계의 주목적은 품질특

성의 목표값을 유지하면서 분산을 줄이는 인자에 대해 설치값 을 발견하는 (Setting)

데 있다

다구찌 설계에 의한 실험계획법은 특히 확장된 역할로서 다음의 몇 가지를 들 수

있다

ㆍㆍㆍㆍ종래에는 제어 불가능한 환경조건이나 제어하기 어려운 생산조건 공정조건

등의 원인 이를 잡음인자로 통칭 들이 데이터에 주는 영향의 정도를 평가하기 어려( )

웠으나 객관적으로 그리고 계량적으로 이를 평가할 수 있는 방법을 제시하고 있

다 또한 품질 산포의 크기를 계량특성치 손실함수 비 등 로 변환하여 산포를 ( SN )

작게 하는 인자들의 조건을 찾아가는 강건설계를 사용한다

ㆍㆍㆍㆍ직교배열표를 광범위하게 사용하여 인자의 수가 많은 경우에도 크게 실험횟

수를 증가시키지 않고 실험하는 일부 실시법을 사용한다

ㆍㆍㆍㆍ생산라인 내 뿐만 아니라 신제품 개발을 위한 품질설계 파라미터(On-line)

설계 허용오차 설계 등의 라인 외 품질관리를 위하여 유용하게 사용할 (Off-line)

수 있다

ㆍㆍㆍㆍ다구찌 방법에서 추가적으로 다룰 수 있는 주요한 것들로는 직교배열

- 62 -

표의 확대사용 수준계의 표준 직교배열표 이외에 확대 응용 혼합 직교배열표(2 3

의 사용과 조합법의 사용 계량치 데이터의 파라미터 설계 허용차 설계 그리고)

계수치 데이터의 파라미터 설계 동적 특성의 파라미터 설계 등을 들 수 있다

파라미터 설계 는 제품설계와 공정설계에서 유용하게 사용되는(Parameter design)

다구찌 실험계획법의 핵심이다 파라미터는 제품성능의 특성치에 영향을 주는 제어

가능한 인자 를 의미하며 파라미터 설계는 이들 인자들의 최적(Controllable factor)

수준을 정하여 주는 것을 말한다 파라미터를 설계변수 라고도 부 (Design variable)

르며 파라미터 설계에서는 제품의 품질변동이 잡음에 둔감하면서 목표품질을 가질

수 있도록 설계변수들의 최적조건을 구하여 준다 최적조건을 찾을 때 설계변수와

잡음을 주는 인자들을 포함시켜 실험하는 직교배열표 등을 주로 사용한다 이때 목

표 품질을 만족시키는 범위 내에서 가능한 한 비용이 적게 드는 조건이나 부품 등

을 이용한다

만약 신뢰성에 영향을 주는 제어 가능한 인자 에 대한 파라미터설계 A B C D

를 한다고 하자 는 수준 는 수준의 혼합수준 에 대한 설계 A B 4 C D 2 (Mixed level)

분석을 하려고 한다면 각 요인 변동의 계산을 표 과 같은 [ 71] L16(215형 직교배)

열표 를 사용하면 된다(Orthogonal Design)

에 대한 파라미터 설계조건으로는 내구성이 가장 좋은 최적의 설계 및 공정DA-2

조건을 구하여야 하므로 반응변수가 큰 값일수록 좋은 망대특성(Larger-the-better

에 대한 조건을 구하고 부품의 정특성 및 동특성에 대한 분석은 적characteristics)

정한 상호관계를 고려하여 별도의 실험을 행한다

- 63 -

표 다구찌 설계의 예[ 71]

- 64 -

제 절 시험데이터의 해석제 절 시험데이터의 해석제 절 시험데이터의 해석제 절 시험데이터의 해석2222

실험조건실험조건실험조건실험조건1111

제품의 신뢰성향상을 위해 지금까지 재료배합의 개선 형상개선 및 공정개선에

대한 각각의 과정을 설명하였으며 본 장에서는 관련된 여러 인자들을 동시에 고려

하여 최상의 품질특성을 나타낼 수 있는 최적인자수준의 결정에 대하여 설명하려고

한다 이는 인자들 간의 상호 작용이 상승 또는 보완작용을 할 수도 있고 반대로

서로 상극임을 나타낼 수 도 있기 때문이다

일반적으로 고무부싱의 개발에 적용되는 인자 는 다음과 같다(Factor)

ㆍㆍㆍㆍ경도 는 수요기업에서 제시하는 사양 에 따라 적정수(Hardness) (Specification)

준의 경도 도 도 도 도 를 적용하였으며 경험적으로 경도의 산포는(43 45 48 50 ) plusmn

정도이다2

ㆍㆍㆍㆍ각 부분의 모양이나 각도에 따라 고무 량에 영향을 미치게 되는 형상설계에

관해서는 내부 파이프 구배각도를(Inner pipe) 15deg~25deg로 하고 외부파이프 (Outer

의 접착부분을 로 하였으며 외경의 크기는pipe) 13mm~15mm

27mm~ 로 유지하였다278mm

ㆍㆍㆍㆍ공정설계는 가류시간을 로 하였다 가류 온도는240sec~600sec 150deg~180

로 하고 주변 온도에 영향을 받으므로 금형 표면온도는 항상 확인하였다 접착제

도포가 내구성에 영향을 주므로 접착제 두께는 으로 하고 접15micron~40micron

착제 배합조건은 로 하였다120cc~128cc

다구찌 설계에 의한 최적수준을 결정하기 위해 다른 인자는 고정시키고 경도 가

류시간 스웨징 인자에 대하여 표 와 같이 실험수준을 정하였다 [ 72]

- 65 -

표 실험인자 별 수준[ 72]

분석결과의 해석분석결과의 해석분석결과의 해석분석결과의 해석2222

실험결과의 해석은 다음과 같다

을 통해 표 의 실험조건을 입력하여 다구찌 설계를 생성한 결과MMITAB [ 72]

표 과 같은 실험조합을 얻었다 표 는 실험조합 별 시험결과 값이다[ 73] [ 74]

에서의 내구성에 대한 다구찌 설계해석의 결과는 표 의 신호 대Nominal load [ 75]

잡음비 비 평균 표준편차에 대한 반응표에 잘 나타나(SN Signal to noise ratio)

있다 그림 그림 은 비 평균 표준편차에 대한 반응 값을 도식한 [ 71]~[ 73] SN

것이다

표 의 신호 대 잡음비의 반응표를 보면 경도는 스웨징이나 가류시간에 비해[ 75]

반응변수 내구성 에 큰 영향을 미치고 있음을 보여준다 평균에 대한 반응표에서도( )

경도는 다른 인자들에 비해 반응변수의 평균에 크게 영향을 미치고 있음을 알 수

있다 표준편차 역시 경도의 수준 변화에 따라 차이가 가장 많음을 보여주고 있다

- 66 -

표 에 의한 다구찌 설계생성[ 73] MINITAB

- 67 -

표 실험조합 별 시험결과 데이터[ 74]

- 68 -

표 비 평균 표준편차에 대한 반응표[ 75] SN

신호 대 잡음 비에 대한 반응 표신호 대 잡음 비에 대한 반응 표신호 대 잡음 비에 대한 반응 표신호 대 잡음 비에 대한 반응 표

망대특성망대특성망대특성망대특성

평균에 대한 반응 표평균에 대한 반응 표평균에 대한 반응 표평균에 대한 반응 표

표준 편차에 대한 반응 표표준 편차에 대한 반응 표표준 편차에 대한 반응 표표준 편차에 대한 반응 표

- 69 -

그림 신호 대 잡음 비의 주효과도[ 71]

그림 인자수준별 평균의 주효과도[ 72]

그림 인자수준별 표준편차의 주효과도[ 73]

- 70 -

표 와 그림 에서 에서의 내구성 예측값을 가장 크게 하[ 75] [ 72] Nominal Load

는 것은 요인 수준의 조합이 일 때이다 품질 향상을 위해서는 정특성 동(4 2 2)

특성 값도 동시에 고려하여야 하므로 조합 조합 조합(4 2 2) (4 3 2) (4 1 2)

에 대한 예측 값을 함께 구하였다

표 은 에서의 내구성 예측값을 표 은 에[ 76] Nominal Load [ 77] Maximum Load

서의 내구성 예측값 표 은 정특성 예측값 표 는 에서의 동특성 예 [ 78] [ 79] 15Hz

측값 그리고 표 은 에서의 동특성 예측값을 보여주고 있다 [ 710] 150Hz Nominal

에서의 내구성 예측값은 조합 조합 조합에서 각Load (4 2 2) (4 3 2) (4 1 2)

각 목표값인 을 상회한 과170000 Cycle 178023 Cycle 174272 Cycle 175830

로서 조합일 때 더 높게 나타났다Cycle (4 2 2)

동배율은 예측 평균값을 기준으로 할 때 동배율은 조합에서는 에 (4 2 2) 15Hz

서 에서 이고 조합에서의110(1187691079) 150Hz 113(1215561079) (432)

동배율은 에서 에서15Hz 106(112856 106938) 150Hz 108(115769106938)

이며 조합에서의 동배율은 에서 에서 (412) 15Hz 108(118194 1094) 150Hz

이었다109(1195691094)

모델의 경우 수요기업에서 동배율 값이 적은 값을 요구하기 때문에DA-2 (kdks)

동배율을 고려하면 의 조합이 더 좋은 품질을 나타낸다고 할 수 있다(4 1 2)

- 71 -

표 에서의 내구성 예측값[ 76] Nominal Load

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 2 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 3 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 1 2

예측 값

신호 대

- 72 -

표 에서의 내구성 예측값[ 77] Maximum Load

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 2 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 3 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 1 2

신호 대

- 73 -

표 정특성 예측값[ 78]

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 2 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 3 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 1 2

신호 대

- 74 -

표 동특성 예측값[ 79] (15Hz)

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 2 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 3 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 1 2

신호 대

- 75 -

표 동특성 예측값[ 710] (150Hz)

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 2 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 3 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 1 2

신호 대

- 76 -

제 장 부품의 신뢰성성장관리제 장 부품의 신뢰성성장관리제 장 부품의 신뢰성성장관리제 장 부품의 신뢰성성장관리8888

제 절 신뢰성성장관리제 절 신뢰성성장관리제 절 신뢰성성장관리제 절 신뢰성성장관리1111

복잡하고 기술적인 제품의 개발 프로그램을 운영하는 데 있어서는 고객이 요구

하는 신뢰성 수준을 만족시키기 위하여 상당한 규모의 시간 예산 기술인력 등의

자원을 필요로 한다 고객들의 신뢰성 요구수준은 매우 높으므로 이러한 목표를 달

성하기 위하여 시험 개선 시험 개선의 개발과정을 반드시 거친다 이 과정에서 시- - -

스템 서브시스템 또는 모듈을 고장 날 때까지 시험하고 고장모드를 결정해서 이를

제거하기 위한 시도를 하거나 적어도 고장발생을 줄일 수 있는 시도를 하여 설계나

엔지니어링 개선을 이룬다 만약 이러한 과정이 계속되고 설계나 엔지니어링 변경

이 충분히 이루지면 시스템의 신뢰성은 증가한다 개발프로그램이 운영되는 동안

신뢰성 수준의 변화를 추적할 수 있다면 개발책임자로서는 여러 가지 이점이 있다

즉 목표하는 신뢰성 수준을 달성하기 위하여 충분한 비율로 성장하고 있는지의 여

부를 가능한 빠른 시간 내에 판단할 수 있고 그에 따라 필요한 자원을 적절히 배

분할 수 있다 따라서 개발책임자는 시험데이터로부터 현재 시스템의 신뢰성 수준

성장률의 평가 앞으로 기대되는 달성 가능한 수준을 결정하기를 원한다

신뢰성 성장관리 기술은 제품을 개발하는 데(Reliability growth management)

소요되는 많은 시간과 비용 및 엔지니어링 노력을 절감하면서 개념선택 제품과 공

정의 신뢰성 그리고 비용효율을 달성할 수 있도록 유용한 정보를 제공해 준다 군

사장비 자동차 및 전자 중장비개발 등에 적용된 최근의 신뢰성 성장시험 관리기술

은 각 분야의 경쟁적인 사업 환경 아래에서 제품개발을 효율적으로 조직하여 신뢰

성평가를 시작하고 신뢰성 성장과정을 추적할 수 있도록 해준다 신뢰성성장관리기

술은 제품 및 공정설계 관련사항 및 검증시험 항목들에 대하여 사용 환경에 따른

신뢰성 성장 진행과정을 확인하고 그 결과로부터 성장시험곡선을 개발할 수 있게

한다 또한 설계단계 사이의 여러 가지 관련성을 확인하여 관찰하고 그 정보를 다

른 제품보증분석들과 연결하여 고객 요구사항에 대한 제품의

- 77 -

적합도를 적절히 평가하는 데 도움을 준다

신뢰성성장모델은 가 개발한Crow(1975) AMSAA(Army Materiel Systems

모델이 많이 활용되었으나 이는 시스템 또는 서브시스템에서의Analysis Activity)

성장관리에 유용하고 부품수준에서는 모델을 활용하는 것이 더욱 실용적이 Weibull

다 모델은 목표 Weibull B10 수명에 대하여 초기 시작품 으로부터(Early Prototype)

후기 시작품 까지의 신뢰성 개선을 관리하는데 실용적으로 활용할(Later Prototype)

수 있다

신뢰성 성장시험 프로세스신뢰성 성장시험 프로세스신뢰성 성장시험 프로세스신뢰성 성장시험 프로세스1111

신뢰성 성장은 개발시스템에 대하여 여러 시험단계가 시리즈로 이루어지는 동안

고장모드를 발견하고 이를 개선하는 과정을 거쳐 이TAAF(Test Analyze And Fix)

루어진다 또한 기능시험 환경시험 안전시험의 결과는 신뢰성 향상을 위한 FMEA

등과 연계하여 사용된다 분석결과는 설계변경에 반영되고 최종목표가 달성될 때까

지 개선과 시험이 연속적으로 이루어진다 그림 은 일반적인 신뢰성 성장시험 [ 81]

프로세스를 보여준다 프로그램의 시작시점에 신뢰성 성장에 대한 계획을 수립하여

고객의 기대사항을 만족시킬 수 있는 성능수준에 대한 구체적인 측정치를 제시하

고 이 목적을 달성시킬 수 있는 시험조건을 정한다 시험조건은 특정한 부품이나

시스템에 대하여 고객의 사용방법과 환경에 대한 지식을 기초로 하여야 한다

개발프로젝트가 진행되는 동안 신뢰성 성장시험 프로그램이 개발되고 실행되는

과정에서 설계 및 공정의 관심사항을 확인하기 위해 QFD(Quality function

와 같은 제품보증을 위한 분석방법들이 선행되어 실시되는데 신뢰성deployment)

성장관리와 연계하여 이를 통틀어 통합 신뢰성 성장관리(Integrated reliability

라고 한다 신뢰성 성장관리를 포함한 제품설계평가의 모든growth management)

과정은 제품 공정의 신뢰성 향상에 있어 중요한 역할을 하는 제품보증기능의 한부

분이다

- 78 -

통합 신뢰성 성장시험관리 프로세스는 설계뿐 아니라 공정신뢰성(MIL-HDBK-781)

과 관련된 문제에 대응할 수 있도록 신뢰성 성장시험의 이점을 전적으로 활용할 수

있는 수단을 제공한다

신뢰성 성장관리과정을 개발함으로써 신뢰성 수준은 계속적으로 추적될 수 있고

조치를 취하고 다른 분석결과들과 비교되어 초기 신뢰성 예측을 수립하고 제품설

계에 포함된 확신을 증가시킨 후 검증시험에 들어갈 수 있도록 한다 이러한 신뢰

성 성장관리 프로세스는 제품개발 사이클에 있어서 초기 단계 동안에 신뢰성을 확

립하는 데 도움을 줄 수 있는 장치이다

그림 신뢰성성장시험 프로세스[ 81]

제품개발과정에 적용되는 신뢰성 성장시험관리 프로세스는 다음과 같다

신뢰성 성장시험조건을 결정하고 시험 사이클을 개발한다 ①

신뢰성 성장시험곡선의 사용을 통하여 시험과정을 실행하고 추적한다②

시험결과를 평가하고 다른 선행된 분석연구결과들과 비교한다③

확인된 결함을 제거하기 위해 설계변경을 실시한다④

- 79 -

설계검증시험을 준비한다⑤

신뢰성 성장시험의 주된 목적은 설계상의 약점을 확인하고 제거함으로써 설계의

신뢰성을 증가시키는 것이다 정확하게 신뢰성 수준이 변화되는 진행상황을 추적하

기 위해서는 요구사항에 대한 불합치성 을 확인하고 불합치성이(Nonconformance)

일어난 시간을 모두 추적하여야 한다 시험을 시작하기 전에 적절한 시정조치를 용

이하게 하기 위해 사전계획이 수립되어야 하며 고장분포를 결정하기 전에 각각의

고장부품에 대한 고장원인을 분리할 수 있어야 한다

부품의 개발과정에서 몇 개의 표본에 대한 고장시간 데이터가 있을 때 Weibull

분포를 활용한 신뢰성 성장분석에 대하여 설명하면 다음과 같다

가 분석의 개요가 분석의 개요가 분석의 개요가 분석의 개요

밀도함수는 그림 와 같이 특성 수명과 기울기로 고장시간Weibull [ 82] (Cycle

을 설명한다 작은 표본에 대한 고장시간 데이터가 주어졌을 때 분석Km) Weibull

을 사용하여 세 가지의 정보를 얻을 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ특정 시간이 주어졌을 때 등 부품의 신뢰도는 그 시간까지 살아 있(Cycle Km )

을 백분율이다

ㆍㆍㆍㆍ 또는 다른( 수명을 추정할 수 있다) 수명은 부품들 중 가 고장10

날 것이라고 기대되는 시간이다 즉 이 시간에서의 신뢰도는 이다 90

ㆍㆍㆍㆍ 기울기의 값은 고장률 패턴에 대한 정보를 제공해준다 기울기가Weibull 10

이라면 고장률이 일정하다는 것을 의미한다 이 경우 고장은 일반적으로 우연히

일어나며 고장률은 설계의 강건 정도에 따라 달라진다 기울기가 보다 작다면 1

고장률은 감소하고 있음을 의미한다

- 80 -

즉 높은 초기 고장률 을 말한다 기울기가 보다 크면 고장률은 증 (Infant mortality) 1

가하고 이는 마모 되고 있음을 의미한다(Wear-out)

그림 에 의한 부품의 신뢰성성장분석[ 82] Weibull 수명 비교

가장 많이 활용되는 측도는 수명이며 이것은 요구되는 목표 신뢰도가 임 90

을 의미한다 첫 번째 프로토타입이 고장 난다면 신뢰성 목표 달성을 위해 설계 변

경을 행하고 다음 프로토타입을 시험한다 이 과정은 목표 수명이 달성될 때까

지 반복한다

나 의이점나 의이점나 의이점나 의이점WeibullWeibullWeibullWeibull

부품의 개발과정에서 작은 표본에 대한 고장시간 자료가 주어졌을 때 Weibull

분석을 활용하여 신뢰성성장관리를 행하면 다음의 정보를 얻을 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ신뢰성 개선은 목표 수명이 달성될 때까지 하나의 프로토타입에

- 81 -

서 다음 프로토타입까지 추적할 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ신뢰성 개선은 시험한 프로토타입에 대해 타점으로 표현되고 빠르Weibull

게 방향을 파악하여 신뢰성 진전과정에 대한 양적 측면의 관리능력 향상을 그

래프로 확인할 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ컴포넌트를 고장 날 때까지 시험하는 것은 고장모드에 대한 아주 귀중한 정

보를 제공하고 따라서 시정조치 활동이 필요하다

ㆍㆍㆍㆍ많은 표본이 더 좋은 신뢰도를 얻을 수 있지만 분석은 많은 표본을Weibull

필요로 하지 않는다

ㆍㆍㆍㆍ고객의 운영 사용 사이클과 시험 모수의 관계가 알려져 있다면 더 빠르고( )

더 적은 비용으로 가속시험을 할 수도 있다

다 기본가정및제한다 기본가정및제한다 기본가정및제한다 기본가정및제한

ㆍㆍㆍㆍ각 분석에서 오직 하나의 고장모드만 포함되어야 한다 두 개나 그 이상의

고장 모드가 검출된다면 각각에 대해 분리하여 분석해야 한다

ㆍㆍㆍㆍ신뢰도는 시험 제한 한계 로 인해 년 마일까지 확장하여 외삽하면 안( ) 10 150K

된다 왜냐하면 시험 제한 한계 로 인해 다른 고장모드가 발생할 것인지 알 수 ( )

없기 때문이다

ㆍㆍㆍㆍ하나의 프로토타입에서 다음 프로토타입까지 기울기가 변하는 데는 특별히

주의를 하여야 한다 왜냐하면 초기 후기 수명에서 더 높은 신뢰도와 후기 초 ( ) (

기 수명에서 더 낮은 신뢰도의 할 수 도 있기 때문이다) trade-off

라 적용시기라 적용시기라 적용시기라 적용시기

ㆍㆍㆍㆍ수명의 비교는 엔지니어링 사양 이 특정한(Specification) 을 요구할 경

우 사용된다

ㆍㆍㆍㆍ이러한 접근방법은 고장시간 등 에 대하여 동일한 부품의(Cycle Km )

- 82 -

다른 시점에서의 프로토타입을 비교할 때 사용한다

ㆍㆍㆍㆍ신뢰성 목표가 달성될 때까지 계속한다

마 입력자료마 입력자료마 입력자료마 입력자료

ㆍㆍㆍㆍ프로토타입 의 몇 개 표본의 고장시간 등1 (Cycle Km )

ㆍㆍㆍㆍ프로토타입 의 몇 개 표본의 고장시간 등2 (Cycle Km )

⦙

ㆍㆍㆍㆍ마지막 프로토타입의 몇 개 표본의 고장시간 등(Cycle Km )

분석프로세스는 그림 과 같다[ 83]

프로세스프로세스프로세스프로세스 일반적 단계일반적 단계일반적 단계일반적 단계

Ⅰ 요구

또는 수명 결정

프로그램 신뢰성 목표 사용

고객의 운영 사용 프로파일 사용( )

시험 프로그램 적정시간 사용

Ⅱ 시험 프로그램 자료정보

확인과 데이터 수집초기 부품의 프로토타입

후기 부품의 프로토타입

Ⅲ 다른 프로토타입에 대한

누적고장 시간 또는 vs

거리 계산 및 타점

분석이 가능한 사용Weibull SW

가능한 가속수명시험 사용

Ⅳ 프로젝트 검토 시

현재 신뢰성 수준신뢰성 목표 적합성 결정

초기 경고 관련 정보 제공

개선을 위한 계획 정보 제공

그림 프로세스별 단계[ 83]

- 83 -

제 절 신뢰성성장 데이터분석제 절 신뢰성성장 데이터분석제 절 신뢰성성장 데이터분석제 절 신뢰성성장 데이터분석2222

초기 프로토타입 으로 부터 개의 표본을 정상하중 으(Prototype1) 6 (Nominal load)

로 고장 날 때까지 시험하고 고장모드를 기록하였다 여러 개선작업을 거친 후 후

기 프로토타입 으로부터 개의 표본을 고장 날 때까지 시험하고 고장모(Prototype2) 6

드를 기록하였다 시험 데이터는 표 에 주어져 있다 [ 81]

에 고장데이터를 입력하고 각 프로토타입 단계별로 용지에 결과MINITAB Weibull

를 타점한 결과 그림 와 같은 성장곡선이 생성되었다 [ 84] Weibull

정상하중 에서 의 평균수명 추정치는 이(Nominal load) Prototype1 127366Cycle

고 의 평균수명 추정치는 로서 의 개선을 이루었 Prototype2 176882 Cycle 389

음을 알 수 있었다 수명은 은 이었으나Prototype1 112668 Cycle Prototype2

의 수명은 로서 상당한 개선이 이루어졌음을 볼 수 있다168620 Cycle 수

명에 대한 신뢰하한은 로 추정되었다 따라서 정상부하에 의한95 162926 Cycle

시험데이터분석 결과 개선활동 재료배합개선 형상설계개선 공정개선 에 의하여 ( )

내구성 목표가 달성되었음을 알 수 있다

그림 는 에서의 신뢰구간을 보여주고 있다[ 85] Nominal load 90

최대하중 에서는 표 의 데이터 입력결과 그림 의 그래프를(Max load) [ 82] [ 86]

생성하였다 그래프로 부터 추정된 의 Prototype1 수명은 이고16362Cycle

의Prototype2 수명은 이다21850 Cycle 수명에 대한 신뢰하한추정치95

는 으로부터 로 계산된다MINITAB 20983 Cycle

의 수명과 의 수명이 다른 것은 개선 활동의 결과이Prototype1 Prototype2

- 84 -

며 에서 개선목표가 달성되었음을 알 수 있다 Prototype2

표 하중 고장시간[ 81] Nominal (Cycle)

Weibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth Curve

(Nominal Load)(Nominal Load)(Nominal Load)(Nominal Load)

그림 성장곡선[ 84] Weibull (Nominal load data)

- 85 -

Weibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth Curve

(Nominal Load-90 Cl)(Nominal Load-90 Cl)(Nominal Load-90 Cl)(Nominal Load-90 Cl)

그림 신뢰구간[ 85] Nominal Load90

- 86 -

표 하중 고장시간[ 82] Max (Cycle)

Weibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth Curve

(MaxLoad)(MaxLoad)(MaxLoad)(MaxLoad)

그림 성장곡선[ 86] Weibull (Max load data)

- 87 -

제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론9999

본 연구는 자동차현가장치인 고무부싱 의 신뢰성향상을 위한 기(Rubber bushing)

술개발과제이다 에나 인더스트리는 수출전문기업으로서 주요 경쟁사에 비해 고성

능 고내구성의 제품을 짧은 기간 내에 개발할 수 있는 능력을 갖추어야 해외 시장

에서 경쟁력을 가질 수 있다

본 연구개발에서는 수요기업에서 요구하는 GMUTS(General Motors Uniform

의 사양에 따른 시험을 실행하여 내구성을 목표 사이클 이상으Test Specification)

로 개선하고 정특성과 동특성 비틀림 토크를 개선항목으로 선정하여 제품의 품질

및 신뢰성 향상을 진행하였다

수요기업의 요구 수준에 의하면 내구성은 와 Tension Compress Alternating

가 동시에 일 때 일 때Torsion Stress Maximum Load 20000 Cycle Normal Load

을 요구한다 본 프로젝트의 경우 해외의 부품메이커들에 대한 경쟁150000 Cycle

력 우위를 확보하기 위하여 기본 요구 수준을 넘어 향상된 제품신뢰성을5~10

확보를 목표로 하였다 내구성 정특성 및 동특성에 대한 시험은 직접 행하였고 비

틀림토크에 대한 부분은 추가적인 시험장치가 필요하여 수요기업의 실험실에 샘플

을 제출하여 요구수준을 검증받았다

본 연구개발의 성과를 요약하면 다음과 같다

우선 기술적 효과로는

설계기술의 확보(1)

재료배합설계 형상설계 공정설계에 대한 기술을 확보하여 내구성을 비롯한 품

질특성을 향상시킬 수 있었다 종래에는 설계 개발 생산프로세스에서 경험적 방법

에 의존하여 시행착오가 많았으나 본 연구를 통하여 과학적이고 체계적인 방법으

로 접근할 수 있는 기술이 확보되었다

설계 요소의 기술적 배치를 위한 실험계획법의 활용기술 확보(2)

- 88 -

종전에는 고무 배합설계 형상설계 공정설계에 대하여 설계요인 별 수 (Facter)

준 을 무작위로 추출하여 실험하였으나 본 실험계획의 과정을 따르면 요인들(Level)

이 계획적으로 반영되어 품질특성에 각각 어느 정도의 영향을 미치는지 분석이 가

능하게 된다 또한 다구찌에 의한 강건 설계의 생성으로 산포를 줄일 수 있다

잠재적 고장원인 분석방법 기술 확보(3)

제품기능에 대한 잠재적 고장모드의 예측과 시험항목을 판단하고 최종적으로는 설

계검증 과 공정검증 의 세부항목과 효과적(Design verification) (Process verification)

으로 연계가 가능하다

신뢰성 데이터분석기술 확보(4)

부품의 개발과정에서 몇 개의 표본에 대한 고장시간 데이터가 있을 때 Weibull

분포를 활용한 신뢰성 성장분석이 가능하게 되었다 개발프로그램이 운영되는 동안

신뢰성 수준의 변화를 추적할 수 있어 목표하는 신뢰성 수준을 달성하기 위하여 충

분한 비율로 성장하고 있는지의 여부를 가능한 빠른 시간 내에 판단할 수 있고 그

에 따라 필요한 자원을 적절히 배분할 수 있다 따라서 개발책임자는 시험데이터로

부터 현재 시스템의 신뢰성 수준 성장률의 평가 앞으로 기대되는 달성 가능한 수

준에 대한 결정이 가능하다

경제적 측면의 효과로는

제품에 대한 내구성 및 동특성 정특성에 대하여 요구사양 이상으로 특성관리(1)

를 행할 수 있어 해외 부품메이커들에 대한 경쟁력 우위로 수출력을 향상할 수 있

게 되었다

개발기간을 단축할 수 있게 되어 개발비의 절감을 가져올 수 있게 되었다(2)

재료배합 형상설계 및 공정설계에 대한 기술개발의 표준 정립으로 개발 기간의 단

축이 가능하게 되었다

본 과제 결과를 활용하여 다른 방진제품에 대한 신뢰성 관리로 수출(3)

- 89 -

시장을 개척하여 신규거래처를 확보할 예정이다 신뢰성 데이터의 관리가 이루어져

제품수명에 대한 설득력 있는 자료의 제시가 가능하게 되었다

향후 연구계획으로는

고무부싱부품의 특성상 내구성만의 개선이 최선이 아니고 정특성과 동특성을 일

정수준으로 동시에 고려하여야 한다 따라서 이 부분에 대한 동시적인 실험설계가

시스템화 되도록 추가적인 연구가 요구된다

- 90 -

참고문헌참고문헌참고문헌참고문헌[ ][ ][ ][ ]

고정 이상규 권수호 노태성 정원 박창규 김명수 신뢰성성장프로그램 수[1]

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김완두 김완수 방진고무부품의 유한요소해석 및 수명예측기술 고무기술[3] ldquo rdquo

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미니탭사업팀 새 실무완성 이레테크[4] Minitab 2004

박성현 실험계획법 민영사[5] 2003

[6] Gil-Negrete N Vinolas J and Kari L A Simplified methodology to

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[7] Kim J-H and Jeong H-Y A Study on the material properties and

fatigue life of natural rubber with different carbon blacks International

Journal of Fatigue Vol27 2005

[8] McLean R A and Anderson V I Extreme Vertices Design of Mixture

Experiments Technometrics Vol8 No3 1966

- 96 -

주 의

이 보고서는 산업자원부에서 시행한 부품소재종합기술지원사업의 최1

종보고서이다

이 신뢰성기반기술확산사업 내용을 대외적으로 발표할 때에는 반드시2

산업자원부에서 시행한 부품소재신뢰성기반기술 사업의 지원결과임을

밝혀야 한다

- 97 -

이 보고서는 산업자원부에서 시행한

부품소재 신뢰성기반기술확산사업의 최종보고서이다

- 16 -

제 절 고장분석 자료 해석제 절 고장분석 자료 해석제 절 고장분석 자료 해석제 절 고장분석 자료 해석2222

설계설계설계설계1 FMEA1 FMEA1 FMEA1 FMEA

설계 는 설계 단계에서 발생하는 위험FMEA(Failure Mode and Effect Analysis )

성을 발견하기 위한 것으로 잠재적인 결함을 확인 한 후 그 영향의 심각성을 평가

하고 중점 관리 항목과 잠재적 설계 결함에 대응하기 위한 것으로 설계상의 문제

점들을 검증하고 효율적 설계개선을 행할 수 있도록 해준다 설계에 대한 잠재고장

모드의 리스트 중요 관리 특성 리스트 고장모드의 원인 제거나 발생률 감소를 위

한 설계활동 리스트 등이 그 결과물이 된다 에 대한 설계 는 표 DA-2 FMEA [ 32]

에 열람하였다

본 제품의 설계 에서는 아래 항목들에 대해 중점적으로 고려하였다FMEA

과다한 진동과 소음 형상 및 재료설계 오류로 인한 정특성 동특성 값의 불1) -

만족

내구성 문제 내철 외철의 파손 철 고무의 접착 불량 고무의 미가류 과가류2) -

외관 불량 내철 외철의 부식 미가류 과가류로 인한 고무의 이상 형태 고무3) -

버 나 살 로 인한 외관 불량 형태(burr) (flesh)

- 17 -

표 설계[ 32] FMEA

- 18 -

- 19 -

공정공정공정공정2 FMEA2 FMEA2 FMEA2 FMEA

공정 은 제품생산 공정에서 발생할 수 있는 잠재적인 문제점 또는 위험성FMEA

을 발굴하여 효과적으로 대응하기 위한 분석 기법으로 제품의 중대사고 발생 예방

으로 고객의 불만을 방지할 수 있으며 결함의 영향을 제거 또는 감소를 위한 부분

별 대책 수립의 근거가 되며 생산 문제점 검증을 통한 효율을 제고할 수 있다 공

정상의 잠재고장 모드와 그 영향을 검토 할 수 있으며 엔지니어들이 불량발생을 낮

추거나 불량 탐지 능력을 증대시킬 수 있는 관리 수단 또는 방법에 초점을 맞출 수

있도록 공정결함을 규명할 수 있다 공정에 대한 잠재고장 모드의 리스트 중요 관

리 특성 리스트 고장 모드의 원인 제거나 발생률 감소를 위한 공정 활동 리스트

들 결과물을 얻을 수 있다

표 에 보여준 의 공정 에서는 특히 아래 관련 항목들이 내구성 향[ 33] DA-2 FMEA

상과 품질개선을 위하여 중점적으로 검토되었다

접착제 도포 공정 의 점도관리체계에 의한 접착제 도포두께 관1) Zahn Cup No2

리상태 불량 건조상태에서 발생할 수 있는 접착제의 이상적 화학반응 및 건조상태

등

가류공정 고무와 내철 외철류의 이상적인 화학반응으로 인한 불량 접착상태2)

사출 성형후 고무의 갈라짐 흠집 등에 의한 외관 불량상태

시험 검사 공정 내구사양의 불만족상태 동특성 정특성 값의 사양 불만족상태3)

고무와 내 외철의 고무접착강도 불만족상태 등을 고려함

- 20 -

표 공정[ 33] FMEA

- 21 -

- 22 -

- 23 -

- 24 -

제 장 재료배합개선제 장 재료배합개선제 장 재료배합개선제 장 재료배합개선4444

제 절 배합의 기본 조건제 절 배합의 기본 조건제 절 배합의 기본 조건제 절 배합의 기본 조건1111

방진 고무부품을 만들려면 다음의 가지 공정을 거친다3

배합공정 사용목적에 따라 원료고무를 선택하고 배합약품의 종류와 양을 결middot

정하는 공정

가공공정 정해진 배합에 따라서 고무와 배합약품을 섞고 혼련 일정한 두께middot ( )

의 고무 시트를 제조하고 만들고자 하는 모양으로 절단하는 공정

가황공정 만들고자하는 모양으로 절단한 미가황 고무에 고무 탄성을 갖게middot

하고 물성을 개선하는 공정

이들 중 배합은 가공공정 가황공정 및 만들어진 제품 성능에 절대적인 영항을 미

치므로 배합설계자는 배합설계 를 할 때 다음의 가지 점(Compounding design) 3

에 균형을 잘 조화 시켜야 한다(3P)

최종 제품의 요구물성을 충족시킬 것middot (Property)

가공이 쉬울 것middot (Processing)

부피 당 배합단가가 적정할 것middot (Price)

또한 이와 같은 조건을 충족시키는 배합설계를 하기 위해서 배합설계자는 배합

의 목적 배합에 사용되는 원료고무와 각종 배합제의 성질 배합의 기초 배합단가

제품이 만들어 질 때까지의 작업 및 설비 등을 주지해야 한다

배합에는 원재료의 시험이나 평가를 목적으로 하는 배합과 공장에서 제품을 만들

기 위한 배합으로 나룰 수 있다

원재료의 시험이나 평가를 목적으로 하는 배합은 원재료의 대체나 품질

- 25 -

확인을 위한 기초 배합과 새로운 원재료가 개발됐을 때 이곳에 대한 실제적인 용도

개발을 위한 시험 또는 연구배합이 있다 개발을 위한 시험 또는 연구배합에서는

기초적인 성상을 구하는 배합으로부터 실용화에 대비한 응용배합에 이르기 까지를

검토의 대상으로 하기도 한다

제품을 생산하기 위한 목적으로서의 배합이란 종래에 없었던 새로운 요구가 있

었을 때 종래 사용하던 원재료를 써서 그 목적에 알맞은 배합을 결정하여 공장에

서의 실제 생산에 투입하는 경우를 뜻한다

고무 부싱과 엔진마운트와 같은 방진을 목적으로 하는 고무제품의 재료를 보면

등의 계의 고무가 적합하다는 게 일반적인 고무업체의 정설이NR SBR BR Diene

다 하지만 목적에 맞게 고무의 원재료를 선택하여야 한다 결국 방진이라는 기능의

고무 특성을 만족하기 위해서는 가교라는 차원 구조의 밀도를 요구하고 있다는 것3

을 알 수 있다

일반적인 방진고무의 요구특성으로는 다음과 같은 조건을 만족하여야 한다

첫째 파단 특성을 만족하여야 한다 즉 분자들과의 높은 응집력과 와의 높 Filler

은 친화성으로 응력을 분산시키는 구조로 이루어져야하는 조건을 만족하여야 하며

둘째 특성을 만족하여야 한다 에 대한 조건을 만족시키기 위해서 Creep Creep

는 고무의 분자 회전성이 높고 응집에너지가 낮을수록 좋다

셋째 내열성 및 내열 산화성에 대한 조건을 만족하여야 한다 이것은 일반적으로

기계적인 모든 성질은 온도의 의존성이 낮을수록 바람직하다고 할 수 있다 이에

방진목적의 고무도 이 같은 성질을 만족하여야 한다

- 26 -

넷째 일반적인 방진 제품은 고무만의 단독 현상으로는 그 형태를 유지하기 힘들

며 금속과의 결합을 통하여 그 방진특성을 만족하여야 한다 이에 방진고무의 기본

적인 성질은 금속과 접착성이 좋아야 한다는 조건을 만족하여야 한다

다섯째는 감쇄계수에 대한 부분으로 감쇄계수가 크고 온도의존성이나 주파수 의

존성이 좋아야 한다 일반적으로 은 감쇄가 적고 소변형에서 대변형에 이르기까 NR

지 선형의 복원을 하며 주파수에 의존하지 않은 특성을 가지고 있으므로 방진고무

로 적합하다고 할 수 있다

여섯째 탄성율에 관한 내용으로 일반적으로 방진 고무의 탄성율은 온도 및 진폭

의존성이 낮은 쪽이 좋게 된다

마지막으로는 정적강성과 동적 강성의 비로 표현되는 동배율에 유의해야 한다

일반적으로 방진고무의 감쇄 특성을 고려하면 동배율이 높은 것이 유리하지만 동적

특성의 온도의존성 변형율 동적 변형율에 의한 발열 및 내피로특성을 보면 저동배

율 쪽이 유리하다

제 절 재료배합 개선방안제 절 재료배합 개선방안제 절 재료배합 개선방안제 절 재료배합 개선방안2222

원재료 및 배합제의 개선원재료 및 배합제의 개선원재료 및 배합제의 개선원재료 및 배합제의 개선1111

고무부싱 제품의 경우 그 기능상의 요구로 인하여 주로 계열의 천연고무를NR

원재료로 사용한다 본 연구에서도 계열의 천연고무를 원재료로 하고 요구 특성 NR

의 개선을 위해 배합제의 선정을 대해 연구하였다 일반적으로 천연고무 및 합성고

무에 적용되어지는 배합제는 가황속도 조절 가공의 원활화 품질특성 개선 그리고

특수 성능 등의 목적으로 사용되어

- 27 -

진다 배합제의 종류로는 가공조제 연화제 유기가황제 가황촉진제 노화방지제

등으로 나눌 수 있다

요구 경도의 결정은 함량을 조절하여 설계하였으며 품질특성을 향상 시Carbon

킬 수 있는 재료를 연구한 결과 미세 으Caron Carbon Black(MAF FEF GRADE)

로 물성을 향상 시킬 수 있도록 하였다 특성에 큰 영항을 주는 배합제의 경우 그

용도에 따라 많은 종류를 인자로 적용할 수 있지만 많은 인자로 인하여 발생하는

비용적 시간적 손실을 최소화하기 위해 본 연구에서는 원재료와 함량을 Carbon

고정한 후 촉진제 종류와 가황제의 양을 조절하는 방식으로 배합제에 대한 최적의2

조합을 선택하는 방법으로 접근하였다

내구성 향상을 위한 방안내구성 향상을 위한 방안내구성 향상을 위한 방안내구성 향상을 위한 방안2222

내구성을 향상시키기 위한 일반적인 방법은 경도를 향상시키는 것인데 경도를

높이는 방법만으로는 다른 특성 즉 정 동특성을 동시에 만족시킬 수 없는 어려움이-

있다 이에 본 연구에서는 방진용 제품이 요구하는 정 동특성과 내구성을 Bushing -

동시에 향상 시킬 수 있는 방안을 모색하기 위하여 촉진제와 가황제를 이용하여 최

적을 배합설계를 이루고자 하였다

내구성을 향상시키기 위한 방법으로 보통 량의 조절을 통한 경도 조절법Carbon

을 이용하게 되는데 본 연구에서 적용한 은 미세 Carbon Carbon Black(MAF FEF

으로 인장강도 및 경도 인장응력을 증대하는 효과를 얻고자 하였다 이러GRADE)

한 미세 의 적용과 동시에 보강제의 분산 및 흐름성 개선을 위하여Carbon Black

가공조제를 개선하여 적용하였다

가교시스템의 향상 방안가교시스템의 향상 방안가교시스템의 향상 방안가교시스템의 향상 방안3333

가황반응 고분자 주쇄간 가교결합을 통한 차원 망상구조를 형성하(Vulcanization) 3

여 고분자 화합물의 복원력 탄성 특성 및 기타 요구물성을

- 28 -

증가시킨다 다양한 가교결합 형태 중 방진고무산업에서 많이 이용되고 있는 가교

결합은 을 도입한Polysulfide (-C-Sx-C- x=1~4) Conventional CV(Vulcanization)

계를 많이 사용한다 여기서 사용되고 있는 인 천연고무 Polymer (Natural Rubber

의 배합에 있어 가교 또는 가류형태의 변화에 따라 물성 및 특성의 변화가 있NR)

음을 알 수 있다 즉 가교형태 변화에 따른 유사한 특성을 나타내는 Stress-Strain

조건하에서 공정특성 및 전반적인 물성에 영향을 미침을 알 수 있다 의 기 Polymer

본 배합에서 촉진제나 황 공여체 증가에 따라 가류 유도시간(Sulfur Donor)

은 길어지나 가류속도는 빨라진다 특히 고온 가류 시 과 가류(Induction time)

에 의한 물성하락을 방지하기 위해 열 안정성이 우수한(Overcure) EV(Efficient

계를 사용하는 것이 근래에 소개되고 있다 고분자의 물성은 가교형Vulcanization)

태뿐 아니라 가교밀도에 크게 의존한다 가교계 변화에 따른 인장강도의 영향은 매

우 적은 반면 신장율은 계에서 로 같수록 감소CV(Conventional Vulcanization) EV

하는 경향이 있다

이란 가류시간의 지연 또는 과가류로 인한 고무 물성의 저하를 말한Reversion

다 이러한 현상은 제품의 외면이 과도한 열에 노출될 수 있다 다중황공유 결합의

열적노화현상이 발생하며 가교형태가 다중황 결합에서 단일황(Polysulfidic)

결합으로 바뀌게 되며 밀도가 현저하게 저하되고 환상형 씨오알켄(Monosulfidic)

과 씨오알칸 구조로 바뀌게 된다 결과적으로 재료의 물성(Thioalkene) (Thioalkane)

과 기계적 성질이 떨어지게 된다

이 발생하는 시간을 가교형태에 따라 비교하여 보면Reversion CV lt Semi-CV lt

으로 알려져 있으며 시스템에서는 촉진제 종류에 따라서 인장과 신율의 물EV EV

성에 하락 없이도 공정 안정성 특성이 매우 우수하다 이 Anti-Reversion

으로 인해서 물성과 기계적 성질을 향상시킬 수 있으며 황공여체 사Anti-Reversion

용 또는 계로 가교형태를 전환함으EV

- 29 -

로써 가능하다 이로써 가교의 다중황결합 을 줄이고 단일 또는 이중황 결 (S3~S8)

합으로 내열성 및 결합의 안정성을 증가시킬 수 있다 이러한 과정에서 공정설계상

계보다 더 낮은 가류온도와 더 길어진 가류시간이 필요하게 된다 이러한 계CV EV

에서는 정도의 황과 계에 비해서 다소 많은 양의 촉진제를 사용하02~05 phr CV

게 된다 여기에 근거하여 혼합물성분의 한계 표 표 에 나타난 황과 촉 ([ 42] [ 44])

진제 양의 범위를 정하였다

발생 시간의 효율적인 제어를 위하여 본 연구에서는 적절한 촉진제의Reversion

배합량을 조절하여 방진제품에서 요구하는 특성을 만족하는 조건을 선정하고자 하

였다 그림 은 의 예를 보여준다 [ 41] Reversion

그림 의 예[ 41] Reversion

본 연구에서는 인장 내열 강도의 증가와 동 정특성 내구성 증가를 위한 가교 시- -

스템의 향상 방안으로 황량을 조절하여 Convension Type(Efficient Vulcanization

을 통하여 결합력을 증대시켰으며 촉진제를 조절하여 가- CURE STIES-CC-C)

교효율을 증대하였다 또한 가황 조건에 변화가 적은 배합설계를 하여 향상된 적정

가황이 될 수 있도록

- 30 -

하였으며 를 정립화하여 최적의 적정 가황 포인트를 찾아 인장이 최CURE-STUDY

적일 때 내구성이 최적이고 가황제품과 시편을 동시에 함으로 시편과CURE-STUDY

제품의 상의성을 방지할 수 있었다

자동차업계에서는 일반적으로 고가의 폴리머를 선호하지만 본 연구를 통하여 가

격이 낮은 폴리머로도 성능향상이 가능하다는 것을 입증하였고 향후 타 아이템에도

연계 적용함으로 새로운 배합설계를 구축하였다

실험계획법의 적용실험계획법의 적용실험계획법의 적용실험계획법의 적용4444

기존의 개발 진행 방식은 경험에 의한 시행착오 접근 방법을 사(Trial and Error)

용하여 성능향상을 도모하였으나 본 연구에서는 배합물설계에 위한 실험계획법

기술을 적용하여 이론적으로 최적의 배합설계를 이(DOE Design of Experiment)

룰 수 있는 방법을 연구하였다

일반적인 고무제품의 배합은 많이 알려져 있지만 특성 향상을 위한 방안이나 그

배합에 대한 신뢰성에는 많은 의문점이 제기 되는 게 현실이다 본 연구에서는 요

구특성을 만족시키기 위하여 선정된 촉진제의 배합조건의 최적화를 실현하기 위하

여 실험계획법의 꼭지점계획법을 이용하여 그 효율성을 검증하고자 하였다 배합의

경우 어느 독립적인 인자의 선정으로는 그 효과를 극대화 시킬 수 없는 특성이 있

는데 본 연구에서는 선정된 촉진제 및 폴리머의 조건 하에서 최적의 배합 조건을

찾아보고자 하였다

재료배합설계의 개선을 위한 방안을 정리하면 표 과 같다[ 41]

- 31 -

표 내구성 및 정 동특성 동반향상을 위한 개선방안[ 41] -

항 목항 목항 목항 목 기존 방안기존 방안기존 방안기존 방안 제안된 개선 방안제안된 개선 방안제안된 개선 방안제안된 개선 방안

배합 설계 방안

경험적 배합 설계

고 배합설계COST

국내수급재료사용

실험적 분석기법 도입

저 배합설계COST

해외재료수입

내구성 향상

량 변경Carbon

용도별 적정 적용Carbon

정동특성 향상 방안을 동시==gt

고려

경험적 수치의 가황제 량 선정

가교 시스템 향상 방안을 고려한

가황제 량 선정

(EV - CURE)

결합력 증대==gt

경험적 수치에 의한 촉진제 량

선정 경도별 선정 미비( )

가교 효율을 반영한 촉진제 량의

선정

적정한 가황 포인트 파악을 위한(

실시Cure Study )

정 동특성 향상-

정특성 향상 방안 경도 증가

동특성 향상 방안 경도 하락

두 특성을 만족시키기 위한==gt

경험적 수치의 경도 선정

데이터베이스를 활용한 배합설계

정 동특성을 동시에 만족할 수-

있는 배합제 적용

분산 및 흐름성 개선==gt

형상개선과 동시 고려==gt

- 32 -

표 는 지원 전 배합비율과 특성별 성능수준을 나타낸다[ 42]

표 지원 전 성능수준[ 42]

- 33 -

제 절 꼭지점계획법에 의한 최적배합조건제 절 꼭지점계획법에 의한 최적배합조건제 절 꼭지점계획법에 의한 최적배합조건제 절 꼭지점계획법에 의한 최적배합조건3333

재료설계에 적용되는 실험계획은 혼합물 배합에 관한 실험계획으로서 몇(Mixture)

개 성분의 혼합물 중 어떠한 성분이 품질의 특성에 유의한 영향을 미치는지를 분석

하여 반응을 최대로 만드는 최적혼합비율을 찾고자 하는 실험계획이다

혼합물실험에 적용되는 실험계획으로는 심플렉스 격자형배열법 심플렉스 중심배열

법 꼭지점 계획법 등을 주로 적용한다 본 실험에서는 심플렉스의 전 영역이 아니

라 제한된 영역에서 실험을 하고자 하므로 꼭지점계획법(Extreme vertice design)

을 적용하였다

고무부싱의 재료배합에서는 개의 성분재료가 있고 이들을 어떤 비율로 배합하는

것이 품질특성치를 가장 좋게 하는가를 찾는다 성분의 혼합에 있어서 를 번째

성분의 혼합비율이라고 하면 다음과 같은 관계식을 만족시켜야 한다

이러한 경우는 일반적 실험계획법처럼 심플렉스의 모든 영역에 실험이 배치되는 것

이 아니고 제한된 영역에서만 실험을 하는 경우이다 즉 각 인자 가 (Factor) 0 le

의 모든 값을 취할 수 있는 것이 아니라 제한된 구간1le

안에서만 값을 취한다 이와 같은 경우는 경제적인 이유나 또는 실험 전에 인자들

의 성질에 대하여 상당한 정보가 있는 경우이다 위의 식과 같은 인자의 구간이 설

정되면 실험가능영역은 심플렉스 상의 좁은 영역이 된다

- 34 -

과 은 제한된 실험영역에 대한 실험계획법으로 꼭지점 계획법Mclean Anderson

을 제안하였다 이 계획법은 제한된 영역이 가지는 모든(extreme vertices design)

꼭지점과 이 꼭지점들의 선형조합으로 이루어지는 몇 개의 점을 적절히 선택하는

실험계획법이다 만약 개의 혼합성분이 사용되는 경우 실험영역을 그림으로 그리 4

면 그림 와 같이 사면체 속에 위치하는 면체가 된다 과 은[ 42] 6 Mclean Anderson

이 면체의 꼭지점과 중심점을 실험점으로 선택하는 방법에 대한 예제를 제시하고6

있다

그림 개의 혼합성분에 대한 꼭지점계획법[ 42] 4

고무부싱의 재료설계 시 혼합물은 고무 카본 및 배합원료로서 황화제 촉진제

가공제 유기산 금속산화제 노화방지제 보강제 충진제 등을 사용한다

재료 배합 실험은 경도별로 나누어 실행되었으며 표 은 경도 도 오차범[ 43] 48 (

위 plusmn 도 에 대한 혼합물성분의 한계이다 에 성분의 한계를 입력한 결과2 ) MINITAB

네 가지 성분에 대하여 표 와 같은 총 회의 실[ 44] 17

- 35 -

험점이 생성되었다 실행 의 경우 의 성분을 1 A B C D 09807 00068 00011

의 비율로 섞어서 실험하라는 의미이다00114

표 혼합물 성분의 한계[ 43] (48Hs)

성분 하한 상한

A 외 기타Polymer 09774 09807

B 촉진제1 00068 00085

C 촉진제2 00011 00022

D Sulfur 00114 00119

표 꼭지점계획법에 의한 실험설계와 결과데이터[ 44] (48Hs)

을 활용한 혼합물 설계 데이터분석 결과는 표 표 과 같다MINITAB [ 45][ 46] 17

회의 실험점에 대한 데이터분석 결과 각 실험 점에서의 적합추정치와 신뢰구 95

간을 구할 수 있었다

- 36 -

표 을 보면 실험점 에 의한 배합조건으로는 신뢰구간으로[ 45] 14 95

의 내구성이 나타난다 에서는 각 성142322cycle ~ 146166cycle Nominal Load

분에 대한 제한조건을 만족시키면서 내구성을 최대로 하는 처리조건은 인자의 네

가지 성분 즉 외 에 대한 배합 비율이 Polymer Acc1 Acc2 Sulfur 097740

이었다 그리고 이 처리조건에서 예상되는 내구성은00085 00022 00119

에 도달할 것으로 추정되었다146943cycle

에서는 인자의 네 가지 성분의 배합비율이 와 마찬Maximum Load Nominal Load

가지로 이었다 그리고 이 처리 조건에서 예상되는09774 00085 00022 00119

내구성 추정치는 이었다18917cycle

표 데이터분석 결과[ 45] (48Hs Nominal Load)

에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응Dura(Nom)Dura(Nom)Dura(Nom)Dura(Nom)

- 37 -

반응 최적화 모수반응 최적화 모수반응 최적화 모수반응 최적화 모수

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예측 반응예측 반응예측 반응예측 반응

Dura(Nom) = 146943

- 38 -

표 데이터분석 결과[ 46] (48Hs Maximum Load)

에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응Dura(max)Dura(max)Dura(max)Dura(max)

반응 최적화 모수반응 최적화 모수반응 최적화 모수반응 최적화 모수

글로벌 솔루션글로벌 솔루션글로벌 솔루션글로벌 솔루션

외Polymer = 09774

- 39 -

Acc1 = 00085

Acc2 = 00022

Sulfur = 00119

예측 반응

Duro(max) = 189171

경도 도 오차범위 도 에 대한 혼합물성분의 한계와 에 의한 실험50 ( plusmn 2 ) MINITAB

점은 표 표 과 같다[ 47] [ 48]

표 혼합물 성분의 한계[ 47] (50Hs)

- 40 -

표 실험계획의 결과[ 48] (50Hs)

경도 도에 대한 혼합물 설계 데이터분석 결과는 표 표 과 같다50 [ 49][ 410] 17

개 실험 점에서의 적합추정치와 신뢰구간은 예측반응에 잘 나타나 있다95

에서는 각 성분에 대한 제한조건을 만족시키면서 내구성을 최대로Nominal Load

하는 처리조건은 외 기타 의 각 성분에 대하여 배합비Polymer Acc1 Acc2 Sulfur

율이 이고 이 처리조건에서 예상되는 내구성은09687 00088 00025 00200

에 도달할 것으로 추정되었다159209 Cycle

에서는 인자의 네 가지 성분의 배합비율이 와 마찬가Maximum Load Nominal Load

지로 이었다 그리고 이 처리조건에서 예상되는 내09687 00088 00025 00200

구성 추정치는 이었다 일 때와 일218572 Cycle Nominal Load Maximum Load

때의 적정배합비율이 다르게 나오는 경우가 있는데 이는 오차범위 경도의 경우( plusmn

도 가 비교적 넓은 고무의 특성에서 비2 )

- 41 -

롯되거나 측정오차에 따른 결과로 추정된다

표 데이터분석 결과[ 49] (50Hs Nominal Load)

에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응Duro(Nor)Duro(Nor)Duro(Nor)Duro(Nor)

반응 최적화 모수반응 최적화 모수반응 최적화 모수반응 최적화 모수

- 42 -

글로벌 솔루션글로벌 솔루션글로벌 솔루션글로벌 솔루션

예측 반응예측 반응예측 반응예측 반응

Duro(Nor) = 159209

표 데이터분석 결과[ 410] (50Hs Maximum Load)

에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응Duro(max)Duro(max)Duro(max)Duro(max)

- 43 -

반응 최적화 모수반응 최적화 모수반응 최적화 모수반응 최적화 모수

글로벌 솔루션글로벌 솔루션글로벌 솔루션글로벌 솔루션

예측 반응예측 반응예측 반응예측 반응

Duro(Max) = 218572

재료배합시험에 있어서 가류시간이 특성 치에 영향을 미치므로 레오그래프

분석에 의해 적정가류시간을 결정한다 레오그래프는 다음의 용도에(Rheograph)

활용된다

고무제품의 가류도 측정①

가류속도 측정②

최적의 가류공정 조건 확립③

가류약품 선정 및 배합 작성Recipe④

고무제품의 품질관리⑤

아래 그림 은 경도 도에 대한 재료의 레오그래프이다 그래프에 나타난 용[ 43] 48

어를 설명하면 다음과 같다

혼합물 의 가 가류되었을 때의 시간을 나타내며 가류시간을tc90- (Compound) 90

결정하는 기준으로 사용된다

스코치시간 을 나타내며 원하지 않는 가교가 일어ts2 - (Scorch time)

- 44 -

나는 시간으로 적절한 가류시간을 찾기 위해 필요한 과정임

고무의 특성을 토르크 값으로 나타낸 값으로 일반적으로 혼합물Tmax- (Torque)

의 경도에 따라 변함

평형 토르크MH- (Equilibrium torque)

최소 토르크ML- (Minimum torque)

본 재료시험에 적용된 가류시간은 의 배 사이에서 적정수준을 결정하tc90 1-15

였다

연구의 결과 카본의 입자가 작을수록 내구성은 향상시키지만 대체로 분산이 잘 되

지 않아 혼합물의 품질이 고르지 못하였다 따라서 카본의 분산도를 평가하여 만족

할 만한 수준이 나오는지 확인하였으며 상대적으로 작은 입자경의 카본을 사용하

여 내구성을 높이려 하였다

그림 경도 도 고무에 대한 레오그래프[ 43] 48

- 45 -

실험의 결과 카본블랙과 레오그래프와의 관계는 그림 와 같이 나타났다 그림[ 44]

에서 보는바와 같이 입자경의 크기가 증가함에 따라 결합력이 약해지므로 토르크

값이 낮아짐을 알 수 있다

그림 각종 카본블랙의 레오그래프[ 44]

- 46 -

본 연구에 적용된 카본 입자경의 크기와 양은 표 과 같다[ 411]

경도변화는 카본입자의 크기와 양에 따라 결정이 되며 레오그래프의 값이 Tmax

이러한 사실을 보여주고 있다

표 레오그래프상의 경도와 카본의 관계[ 411]

레오그래프는 섭씨 도에서 그려짐PHR = Part in Hundred Rubber 160

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제 장 형상개선제 장 형상개선제 장 형상개선제 장 형상개선5555

제 절 외철의 스웨징 율 변화에 의한 개선제 절 외철의 스웨징 율 변화에 의한 개선제 절 외철의 스웨징 율 변화에 의한 개선제 절 외철의 스웨징 율 변화에 의한 개선1111

높은 품질의 부싱을 개발하기 위해서는 적절한 재료설계에 의한 경도 및 고무 특

성의 설정이 매우 중요한 요소이지만 고무의 특성 개선에만 의존하는 것은 한계점

이 있다 따라서 제품의 형상변화를 통해 고무의 특성을 극대화함으로써 내구성 및

품질특성을 향상시킬 수 있다

그림 은 부품의 세부형상과 설계도이다[ 51]

그림 세부형상[ 51] DA-2

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그림 는 제품의 단면을 보여준다 그림에서 는 다른 모델에 비해 고무[ 52] DA-2

량이 다소 적음을 알 수 있다 형상 변화를 통한 품질특성의 개선을 시도함에 있어

서는 부품에 대한 조립성과 제조성 을 반드시(DFM Design for Manufacturability)

고려하여 형상변화를 꾀하여야 한다 본 제품의 경우 외철 과 내철 (outer pipe)

의 길이는 한정되어 있으며 그 직경의 변화도 허용공차를 미만(Inner pipe) 05 mm

의 수준으로 요구하고 있다

형상변경을 통한 성능향상 방안으로서 외철에 대한 스웨징율 을 변(Swaging rate)

경함으로서 외경크기의 변화를 시도하였으며 또한 내철의 구배각도를 변화시켜 개

선점을 찾으려고 노력하였다

그림 단면[ 52] DA-2

부싱의 경우 일반 적으로 스웨징이라는 공정을 거치게 되는데 이는 공정에서 외

경의 크기 조정을 통하여 성능을 향상 시키는 방법으로서 스웨징율을 조정함으로서

외철의 외경 크기를 허용범위 내어서 변화시키는 것이다 이는 스웨징에 따른 직경

변화에 의해 고무의 조직이 조밀해져 고무 특성을 향상시킬 수 있게된다

그림 은 스웨징의 방향을 나타내며 그림 는 스웨징 전 후의 외철의 크[ 53] [ 54]

기 변화를 보여주고 있다

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그림 스웨징 방향[ 53]

그림 스웨징 전후의 외경 크기의 변화 단면[ 54] ( )

제 절 내철의 구배 변화에 의한 개선제 절 내철의 구배 변화에 의한 개선제 절 내철의 구배 변화에 의한 개선제 절 내철의 구배 변화에 의한 개선2222

아래 그림 는 형상 변화를 시도할 수 있는 내철 끝단 부분의 구배를 표시한[ 55]

그림으로서 는 구배각도를 나타낸다a

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그림 구배각도[ 55]

그림 은 본 제품의 특성 요구 사항을 그림으로 표시한 것으로 고무부싱은[ 56]

및 의 외력에 대하여 적절하게 대응할 수 있도록 설계되어야 한다 부싱 종류F1 F2

의 경우 일반적으로 고무 제품의 유연함과 동배율 개선을 위하여 저경도의 고무를

적용하는 경우가 많은데 이 경우에는 외력에 대한 특성이 상대적으로 취약하게F1

나타나게 된다 이러한 취약점을 보완하기 위하여 본 연구에서는 그림 과 같 [ 57]

이 제품이 허용하는 범위 내에서 내철의 구배를 변화 시킨 후 실험데이터의 분석을

통해 성능 개선 방안을 찾고자 하였다

그림 부싱의 외력[ 56]

그림 의 의 경우는 구배를 주지 않은 경우이며 의 경우는 구배를 준[ 57] (a) (b)

경우를 표시하고 있다

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의 경우 외력에 의하여 발생하는 반발력 은 순수한 고무 특성에 의해서(a) F1 Fr1

만 나타나게 된다 이러한 경우 저경도의 고무을 적용하였을 때 의 크기가 미미 Fr1

하여 적절한 특성을 발휘하지 못하게 된다

의 경우와 같이 내철에 구배를 주게 되면 의 외력에 대하여 구배가 들어간(b) F1

부분 에 의한 반발력 함께 가 생성되어 상대적으로 에 대한 저항력이 커Fr3 Fr2 F1

짐으로써 성능을 향상 시킬 수 있게 된다

그림 구배각도의 적용에 따른 차이 단면[ 57] ( )

그림 구배각도의 적용에 따른 차이 입체[ 58] ( )

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제 장 도포공정개선제 장 도포공정개선제 장 도포공정개선제 장 도포공정개선6666

고무부싱의 내구성 향상을 위하여 필수적으로 관리하여야 할 공정이 도포공정이

다 도포공정은 접착의 원리에서부터 접착의 구조 접착의 강도 피착재의 표면처리

법 및 접착제 사용법 등 접착에 관한 전반적인 기술을 공정에 효율적으로 적용하여

야 한다

고무와 금속과의 접착력이란 접착제와 피착제 사이의 계면 결합력을 의미하며 접

착강도는 시험방법 접착방법 시험시의 조건 시편의 기하학 등 여러 인자에 의해

영향을 받는다 접착파괴는 접착제의 가장 약한 곳에서 일어나며 접착강도는 여러

가지 측정법에 따라 고유강도 잔류강도 측정강도 등과 같이 다르게 표현된다 고

무부싱의 접착구조는 그림 과 같다[ 61]

그림 접착의 구조[ 61]

프라이머 는 피착제 표면과의 친화성이나 접착제와의 상용성이 뛰어나야(Primer)

하고 동시에 접착 저해물과의 상용성도 높아야 한다 또 프라이머 중의 유효성분

쪽이 피착제 표면에 흡착되어 있는 저해성분보다 피착제에 의하여 안정하게 흡착되

어 있는 것이 중요하다 따라서 프라이머는

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충분한 교반 균일하고 엷은 도포 그리고 완전한 건조가 이루어져야 한다 이러한

도포공정은 피착제의 모앙에 따라 달라진다

열경화성 접착제의 대부분은 유기 중합물과 각종 충진제를 유기용제에 용해 분산

시킨 것으로 사용전이나 사용 중에도 교반기 등으로 균일하게 용해 분산시킨 접착

제를 사용하는 것이 중요하다 따라서 의 도포 공정은 그림 와 같이 교 DA-2 [ 62]

반기를 추가 설치하여 공정 개선을 실시하였다

그림 설치한 교반기[ 62]

또한 피착제의 균일한 도포를 위해 롤타입의 코팅기에 기존 페인트용 롤러에서

그림 에서와 같이 융을 말아 롤러 도포하는 형태로 개선을 실시하여 코팅의[ 415]

두께 정밀도를 향상시켰다

- 54 -

그림 변경된 롤러 모양[ 63]

접착 재료를 프라이머 에서 변경하여 사용함CHEMLOK 220 252 CHEMLOK 205

으로써 접착력을 향상시켰는데 는 금속 및 경길대료의 프라이머로CHEMLOK 205

사용되며 또한 같은 극성고무에 단독으로 접착이 가능하다 NBR

방식의 경우 의 특징을 살펴보면TWO Coat CHEMLOK 205

ㆍㆍㆍㆍ 접착제의 금속 표면에서의 접착강도를 향상시킬 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ 기계적 표면처리 후 활성화된 금속표면을 산화작용으로부터 보호하며 녹방

지 도료적 역할을 한다

ㆍㆍㆍㆍ 크로로프렌이나 에피크로로히드린고무와 같은 가류 중에 염소가스를 발생

시 켜 금속표면을 부식시키기 쉬운 고무배합에 대하여 유효하게 적용된다 프

라 이머는 충분한 교반 균일하고 엷은 도포 그리고 완전한 건조가 이루어져

야 접착성이 뛰어나게 된다

도포공정 개선 전후의 효과는 그림 그림 의 도포두께 비교[ 64]~[ 67] Cpk

를 통해서도 알 수 있다DATA

아래 그림 는 도포공정의 개선전[ 64] 관리도의 그래프를 나타낸

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것으로 관리도는 평균치와 범위에 관한 계량형 관리도에서 가장 많이 사용되

는 관리도의 하나이다 관리도는 평균치의 변화를 관리하는 관리도와 산포의

변화를 관리하는 관리도로 구성된다 관리도의 중심선(Central Line) CL=로 나

타내며 관리 상한선 은(Upper Control Limit) UCL= 로 관리하한선인 (Lower

의 경우Control Limit) LCL=

로 구한다

관리도의 관리선의 경우 중심선 관리상한선 UCL= 관리하한선 LCL

의 경우 로 구한다

여기서 등의 계수는 샘플의 크기인 에 따라 결정 되며 일 경우=4

=0729 =0 이다=2282

그림 에서[ 64] 이며=273410 관리도의 로 나타났UCL=307994 LCL=238826

다

관리도의 은CL 이며 이다=4744 UCL=1082581

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그림 도포공정 개선전[ 64] 관리도

한편 그림 는 도포공정 개선 전의 경우에 대하여 지정된 규격의 공정능력 [ 65]

지수를 나타낸 것으로서 단기공정능력지수( 와 장기공정능력지수) ( 를 나타낸)

다 단기공정능력지수는 공정능력 ( 과 규격의 폭) ( 과의 비율을 의미하며 일반적)

으로 로 표시한다 규격은 그림 에서처럼 양쪽규격이 모두 주어진 경우 공 [ 65]

정 능력 지수는 다음과 같이 계산할 수 있다

공정 능력

로 나타내고 만약 공정 평균이 규격의 중심으로부터 어느

한쪽으로 치우쳐 있게 되는 경우 치우침도( 와) 를 조합한 단기공정능력지수

( 로 나타낸다 즉)

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장기공정능력지수( 의 계산은)

으로서 이다

따라서 그림 에 나타난 것처럼 개선전의 공정능력은[ 65] =17854 =08458

으로서 장기 공정에 대해 만족스럽지 못한 값을 나타내고 있다

그림 도포공정 개선전 공정능력 분석그래프[ 65]

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그러나 공정개선후의 관리도인 그림 을 살펴보면[ 66] 이며=28196 관리

도의 이고UCL=300418 LCL=263502 관리도의 은CL 로=2532 UCL=51418

나타난다

그림 도포공정 개선후[ 66] 관리도

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개선 후에는 그림 로부터 알 수 있듯이 단기공정능력은[ 67] 으로서=31966

인 장기 공정에 대해 안정적인 것을 확인할 수 있어 도포공정 개선에=23275

대한 효과가 있음을 알 수 있다

그림 정 개선 후 공정능력 분석그래프[ 67]

또한 도포공정의 두께관리를 강화하기 위하여 작업자 교육 및 샘플링 두께 측정

검사를 통해 지속적인 모니터링을 실시하고 공정별 온도관리 및 시간 관리를 통해

작업 환경 유지관리 강화로 변함없는 품질의 제품을 생산하도록 하였다 그림 [

은 롤 코팅 공정이다68] (Roll coating)

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그림 롤 코팅 공정[ 68] (Roll coating)

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제 장 최적수준 결정을 위한 파라미터 설계제 장 최적수준 결정을 위한 파라미터 설계제 장 최적수준 결정을 위한 파라미터 설계제 장 최적수준 결정을 위한 파라미터 설계7777

제 절 실험계획법에 의한 유의인자 결정제 절 실험계획법에 의한 유의인자 결정제 절 실험계획법에 의한 유의인자 결정제 절 실험계획법에 의한 유의인자 결정1111

재료설계 형상설계 및 공정설계에 대한 최적조건의 결정은 부품의 품질 특성에

대한 사양 을 만족시켜야 할 뿐 아니라 생산부품 간 품질의 산포를(Specification)

최대한 줄여야 한다 의 최적설계를 위해 다구찌 기법 을 적 DA-2 (Taguchi method)

용하였다

다구찌의 강건설계 는 인자 가 품질 특성의 평균에 대해(Robust design) (Factor)

가지는 효과뿐만 아니라 분산에 미치는 효과에 대해서도 초점을 맞추고 있다 분산

을 줄일 수 있는 통제 가능한 인자에 대한 조건을 설정하여 품질특성이 통제 불가

능한 인자의 변화에 대해서는 둔감하도록 할 수 있다 강건설계의 주목적은 품질특

성의 목표값을 유지하면서 분산을 줄이는 인자에 대해 설치값 을 발견하는 (Setting)

데 있다

다구찌 설계에 의한 실험계획법은 특히 확장된 역할로서 다음의 몇 가지를 들 수

있다

ㆍㆍㆍㆍ종래에는 제어 불가능한 환경조건이나 제어하기 어려운 생산조건 공정조건

등의 원인 이를 잡음인자로 통칭 들이 데이터에 주는 영향의 정도를 평가하기 어려( )

웠으나 객관적으로 그리고 계량적으로 이를 평가할 수 있는 방법을 제시하고 있

다 또한 품질 산포의 크기를 계량특성치 손실함수 비 등 로 변환하여 산포를 ( SN )

작게 하는 인자들의 조건을 찾아가는 강건설계를 사용한다

ㆍㆍㆍㆍ직교배열표를 광범위하게 사용하여 인자의 수가 많은 경우에도 크게 실험횟

수를 증가시키지 않고 실험하는 일부 실시법을 사용한다

ㆍㆍㆍㆍ생산라인 내 뿐만 아니라 신제품 개발을 위한 품질설계 파라미터(On-line)

설계 허용오차 설계 등의 라인 외 품질관리를 위하여 유용하게 사용할 (Off-line)

수 있다

ㆍㆍㆍㆍ다구찌 방법에서 추가적으로 다룰 수 있는 주요한 것들로는 직교배열

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표의 확대사용 수준계의 표준 직교배열표 이외에 확대 응용 혼합 직교배열표(2 3

의 사용과 조합법의 사용 계량치 데이터의 파라미터 설계 허용차 설계 그리고)

계수치 데이터의 파라미터 설계 동적 특성의 파라미터 설계 등을 들 수 있다

파라미터 설계 는 제품설계와 공정설계에서 유용하게 사용되는(Parameter design)

다구찌 실험계획법의 핵심이다 파라미터는 제품성능의 특성치에 영향을 주는 제어

가능한 인자 를 의미하며 파라미터 설계는 이들 인자들의 최적(Controllable factor)

수준을 정하여 주는 것을 말한다 파라미터를 설계변수 라고도 부 (Design variable)

르며 파라미터 설계에서는 제품의 품질변동이 잡음에 둔감하면서 목표품질을 가질

수 있도록 설계변수들의 최적조건을 구하여 준다 최적조건을 찾을 때 설계변수와

잡음을 주는 인자들을 포함시켜 실험하는 직교배열표 등을 주로 사용한다 이때 목

표 품질을 만족시키는 범위 내에서 가능한 한 비용이 적게 드는 조건이나 부품 등

을 이용한다

만약 신뢰성에 영향을 주는 제어 가능한 인자 에 대한 파라미터설계 A B C D

를 한다고 하자 는 수준 는 수준의 혼합수준 에 대한 설계 A B 4 C D 2 (Mixed level)

분석을 하려고 한다면 각 요인 변동의 계산을 표 과 같은 [ 71] L16(215형 직교배)

열표 를 사용하면 된다(Orthogonal Design)

에 대한 파라미터 설계조건으로는 내구성이 가장 좋은 최적의 설계 및 공정DA-2

조건을 구하여야 하므로 반응변수가 큰 값일수록 좋은 망대특성(Larger-the-better

에 대한 조건을 구하고 부품의 정특성 및 동특성에 대한 분석은 적characteristics)

정한 상호관계를 고려하여 별도의 실험을 행한다

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표 다구찌 설계의 예[ 71]

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제 절 시험데이터의 해석제 절 시험데이터의 해석제 절 시험데이터의 해석제 절 시험데이터의 해석2222

실험조건실험조건실험조건실험조건1111

제품의 신뢰성향상을 위해 지금까지 재료배합의 개선 형상개선 및 공정개선에

대한 각각의 과정을 설명하였으며 본 장에서는 관련된 여러 인자들을 동시에 고려

하여 최상의 품질특성을 나타낼 수 있는 최적인자수준의 결정에 대하여 설명하려고

한다 이는 인자들 간의 상호 작용이 상승 또는 보완작용을 할 수도 있고 반대로

서로 상극임을 나타낼 수 도 있기 때문이다

일반적으로 고무부싱의 개발에 적용되는 인자 는 다음과 같다(Factor)

ㆍㆍㆍㆍ경도 는 수요기업에서 제시하는 사양 에 따라 적정수(Hardness) (Specification)

준의 경도 도 도 도 도 를 적용하였으며 경험적으로 경도의 산포는(43 45 48 50 ) plusmn

정도이다2

ㆍㆍㆍㆍ각 부분의 모양이나 각도에 따라 고무 량에 영향을 미치게 되는 형상설계에

관해서는 내부 파이프 구배각도를(Inner pipe) 15deg~25deg로 하고 외부파이프 (Outer

의 접착부분을 로 하였으며 외경의 크기는pipe) 13mm~15mm

27mm~ 로 유지하였다278mm

ㆍㆍㆍㆍ공정설계는 가류시간을 로 하였다 가류 온도는240sec~600sec 150deg~180

로 하고 주변 온도에 영향을 받으므로 금형 표면온도는 항상 확인하였다 접착제

도포가 내구성에 영향을 주므로 접착제 두께는 으로 하고 접15micron~40micron

착제 배합조건은 로 하였다120cc~128cc

다구찌 설계에 의한 최적수준을 결정하기 위해 다른 인자는 고정시키고 경도 가

류시간 스웨징 인자에 대하여 표 와 같이 실험수준을 정하였다 [ 72]

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표 실험인자 별 수준[ 72]

분석결과의 해석분석결과의 해석분석결과의 해석분석결과의 해석2222

실험결과의 해석은 다음과 같다

을 통해 표 의 실험조건을 입력하여 다구찌 설계를 생성한 결과MMITAB [ 72]

표 과 같은 실험조합을 얻었다 표 는 실험조합 별 시험결과 값이다[ 73] [ 74]

에서의 내구성에 대한 다구찌 설계해석의 결과는 표 의 신호 대Nominal load [ 75]

잡음비 비 평균 표준편차에 대한 반응표에 잘 나타나(SN Signal to noise ratio)

있다 그림 그림 은 비 평균 표준편차에 대한 반응 값을 도식한 [ 71]~[ 73] SN

것이다

표 의 신호 대 잡음비의 반응표를 보면 경도는 스웨징이나 가류시간에 비해[ 75]

반응변수 내구성 에 큰 영향을 미치고 있음을 보여준다 평균에 대한 반응표에서도( )

경도는 다른 인자들에 비해 반응변수의 평균에 크게 영향을 미치고 있음을 알 수

있다 표준편차 역시 경도의 수준 변화에 따라 차이가 가장 많음을 보여주고 있다

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표 에 의한 다구찌 설계생성[ 73] MINITAB

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표 실험조합 별 시험결과 데이터[ 74]

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표 비 평균 표준편차에 대한 반응표[ 75] SN

신호 대 잡음 비에 대한 반응 표신호 대 잡음 비에 대한 반응 표신호 대 잡음 비에 대한 반응 표신호 대 잡음 비에 대한 반응 표

망대특성망대특성망대특성망대특성

평균에 대한 반응 표평균에 대한 반응 표평균에 대한 반응 표평균에 대한 반응 표

표준 편차에 대한 반응 표표준 편차에 대한 반응 표표준 편차에 대한 반응 표표준 편차에 대한 반응 표

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그림 신호 대 잡음 비의 주효과도[ 71]

그림 인자수준별 평균의 주효과도[ 72]

그림 인자수준별 표준편차의 주효과도[ 73]

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표 와 그림 에서 에서의 내구성 예측값을 가장 크게 하[ 75] [ 72] Nominal Load

는 것은 요인 수준의 조합이 일 때이다 품질 향상을 위해서는 정특성 동(4 2 2)

특성 값도 동시에 고려하여야 하므로 조합 조합 조합(4 2 2) (4 3 2) (4 1 2)

에 대한 예측 값을 함께 구하였다

표 은 에서의 내구성 예측값을 표 은 에[ 76] Nominal Load [ 77] Maximum Load

서의 내구성 예측값 표 은 정특성 예측값 표 는 에서의 동특성 예 [ 78] [ 79] 15Hz

측값 그리고 표 은 에서의 동특성 예측값을 보여주고 있다 [ 710] 150Hz Nominal

에서의 내구성 예측값은 조합 조합 조합에서 각Load (4 2 2) (4 3 2) (4 1 2)

각 목표값인 을 상회한 과170000 Cycle 178023 Cycle 174272 Cycle 175830

로서 조합일 때 더 높게 나타났다Cycle (4 2 2)

동배율은 예측 평균값을 기준으로 할 때 동배율은 조합에서는 에 (4 2 2) 15Hz

서 에서 이고 조합에서의110(1187691079) 150Hz 113(1215561079) (432)

동배율은 에서 에서15Hz 106(112856 106938) 150Hz 108(115769106938)

이며 조합에서의 동배율은 에서 에서 (412) 15Hz 108(118194 1094) 150Hz

이었다109(1195691094)

모델의 경우 수요기업에서 동배율 값이 적은 값을 요구하기 때문에DA-2 (kdks)

동배율을 고려하면 의 조합이 더 좋은 품질을 나타낸다고 할 수 있다(4 1 2)

- 71 -

표 에서의 내구성 예측값[ 76] Nominal Load

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 2 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 3 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 1 2

예측 값

신호 대

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표 에서의 내구성 예측값[ 77] Maximum Load

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 2 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 3 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 1 2

신호 대

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표 정특성 예측값[ 78]

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 2 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 3 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 1 2

신호 대

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표 동특성 예측값[ 79] (15Hz)

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 2 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 3 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 1 2

신호 대

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표 동특성 예측값[ 710] (150Hz)

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 2 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 3 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 1 2

신호 대

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제 장 부품의 신뢰성성장관리제 장 부품의 신뢰성성장관리제 장 부품의 신뢰성성장관리제 장 부품의 신뢰성성장관리8888

제 절 신뢰성성장관리제 절 신뢰성성장관리제 절 신뢰성성장관리제 절 신뢰성성장관리1111

복잡하고 기술적인 제품의 개발 프로그램을 운영하는 데 있어서는 고객이 요구

하는 신뢰성 수준을 만족시키기 위하여 상당한 규모의 시간 예산 기술인력 등의

자원을 필요로 한다 고객들의 신뢰성 요구수준은 매우 높으므로 이러한 목표를 달

성하기 위하여 시험 개선 시험 개선의 개발과정을 반드시 거친다 이 과정에서 시- - -

스템 서브시스템 또는 모듈을 고장 날 때까지 시험하고 고장모드를 결정해서 이를

제거하기 위한 시도를 하거나 적어도 고장발생을 줄일 수 있는 시도를 하여 설계나

엔지니어링 개선을 이룬다 만약 이러한 과정이 계속되고 설계나 엔지니어링 변경

이 충분히 이루지면 시스템의 신뢰성은 증가한다 개발프로그램이 운영되는 동안

신뢰성 수준의 변화를 추적할 수 있다면 개발책임자로서는 여러 가지 이점이 있다

즉 목표하는 신뢰성 수준을 달성하기 위하여 충분한 비율로 성장하고 있는지의 여

부를 가능한 빠른 시간 내에 판단할 수 있고 그에 따라 필요한 자원을 적절히 배

분할 수 있다 따라서 개발책임자는 시험데이터로부터 현재 시스템의 신뢰성 수준

성장률의 평가 앞으로 기대되는 달성 가능한 수준을 결정하기를 원한다

신뢰성 성장관리 기술은 제품을 개발하는 데(Reliability growth management)

소요되는 많은 시간과 비용 및 엔지니어링 노력을 절감하면서 개념선택 제품과 공

정의 신뢰성 그리고 비용효율을 달성할 수 있도록 유용한 정보를 제공해 준다 군

사장비 자동차 및 전자 중장비개발 등에 적용된 최근의 신뢰성 성장시험 관리기술

은 각 분야의 경쟁적인 사업 환경 아래에서 제품개발을 효율적으로 조직하여 신뢰

성평가를 시작하고 신뢰성 성장과정을 추적할 수 있도록 해준다 신뢰성성장관리기

술은 제품 및 공정설계 관련사항 및 검증시험 항목들에 대하여 사용 환경에 따른

신뢰성 성장 진행과정을 확인하고 그 결과로부터 성장시험곡선을 개발할 수 있게

한다 또한 설계단계 사이의 여러 가지 관련성을 확인하여 관찰하고 그 정보를 다

른 제품보증분석들과 연결하여 고객 요구사항에 대한 제품의

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적합도를 적절히 평가하는 데 도움을 준다

신뢰성성장모델은 가 개발한Crow(1975) AMSAA(Army Materiel Systems

모델이 많이 활용되었으나 이는 시스템 또는 서브시스템에서의Analysis Activity)

성장관리에 유용하고 부품수준에서는 모델을 활용하는 것이 더욱 실용적이 Weibull

다 모델은 목표 Weibull B10 수명에 대하여 초기 시작품 으로부터(Early Prototype)

후기 시작품 까지의 신뢰성 개선을 관리하는데 실용적으로 활용할(Later Prototype)

수 있다

신뢰성 성장시험 프로세스신뢰성 성장시험 프로세스신뢰성 성장시험 프로세스신뢰성 성장시험 프로세스1111

신뢰성 성장은 개발시스템에 대하여 여러 시험단계가 시리즈로 이루어지는 동안

고장모드를 발견하고 이를 개선하는 과정을 거쳐 이TAAF(Test Analyze And Fix)

루어진다 또한 기능시험 환경시험 안전시험의 결과는 신뢰성 향상을 위한 FMEA

등과 연계하여 사용된다 분석결과는 설계변경에 반영되고 최종목표가 달성될 때까

지 개선과 시험이 연속적으로 이루어진다 그림 은 일반적인 신뢰성 성장시험 [ 81]

프로세스를 보여준다 프로그램의 시작시점에 신뢰성 성장에 대한 계획을 수립하여

고객의 기대사항을 만족시킬 수 있는 성능수준에 대한 구체적인 측정치를 제시하

고 이 목적을 달성시킬 수 있는 시험조건을 정한다 시험조건은 특정한 부품이나

시스템에 대하여 고객의 사용방법과 환경에 대한 지식을 기초로 하여야 한다

개발프로젝트가 진행되는 동안 신뢰성 성장시험 프로그램이 개발되고 실행되는

과정에서 설계 및 공정의 관심사항을 확인하기 위해 QFD(Quality function

와 같은 제품보증을 위한 분석방법들이 선행되어 실시되는데 신뢰성deployment)

성장관리와 연계하여 이를 통틀어 통합 신뢰성 성장관리(Integrated reliability

라고 한다 신뢰성 성장관리를 포함한 제품설계평가의 모든growth management)

과정은 제품 공정의 신뢰성 향상에 있어 중요한 역할을 하는 제품보증기능의 한부

분이다

- 78 -

통합 신뢰성 성장시험관리 프로세스는 설계뿐 아니라 공정신뢰성(MIL-HDBK-781)

과 관련된 문제에 대응할 수 있도록 신뢰성 성장시험의 이점을 전적으로 활용할 수

있는 수단을 제공한다

신뢰성 성장관리과정을 개발함으로써 신뢰성 수준은 계속적으로 추적될 수 있고

조치를 취하고 다른 분석결과들과 비교되어 초기 신뢰성 예측을 수립하고 제품설

계에 포함된 확신을 증가시킨 후 검증시험에 들어갈 수 있도록 한다 이러한 신뢰

성 성장관리 프로세스는 제품개발 사이클에 있어서 초기 단계 동안에 신뢰성을 확

립하는 데 도움을 줄 수 있는 장치이다

그림 신뢰성성장시험 프로세스[ 81]

제품개발과정에 적용되는 신뢰성 성장시험관리 프로세스는 다음과 같다

신뢰성 성장시험조건을 결정하고 시험 사이클을 개발한다 ①

신뢰성 성장시험곡선의 사용을 통하여 시험과정을 실행하고 추적한다②

시험결과를 평가하고 다른 선행된 분석연구결과들과 비교한다③

확인된 결함을 제거하기 위해 설계변경을 실시한다④

- 79 -

설계검증시험을 준비한다⑤

신뢰성 성장시험의 주된 목적은 설계상의 약점을 확인하고 제거함으로써 설계의

신뢰성을 증가시키는 것이다 정확하게 신뢰성 수준이 변화되는 진행상황을 추적하

기 위해서는 요구사항에 대한 불합치성 을 확인하고 불합치성이(Nonconformance)

일어난 시간을 모두 추적하여야 한다 시험을 시작하기 전에 적절한 시정조치를 용

이하게 하기 위해 사전계획이 수립되어야 하며 고장분포를 결정하기 전에 각각의

고장부품에 대한 고장원인을 분리할 수 있어야 한다

부품의 개발과정에서 몇 개의 표본에 대한 고장시간 데이터가 있을 때 Weibull

분포를 활용한 신뢰성 성장분석에 대하여 설명하면 다음과 같다

가 분석의 개요가 분석의 개요가 분석의 개요가 분석의 개요

밀도함수는 그림 와 같이 특성 수명과 기울기로 고장시간Weibull [ 82] (Cycle

을 설명한다 작은 표본에 대한 고장시간 데이터가 주어졌을 때 분석Km) Weibull

을 사용하여 세 가지의 정보를 얻을 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ특정 시간이 주어졌을 때 등 부품의 신뢰도는 그 시간까지 살아 있(Cycle Km )

을 백분율이다

ㆍㆍㆍㆍ 또는 다른( 수명을 추정할 수 있다) 수명은 부품들 중 가 고장10

날 것이라고 기대되는 시간이다 즉 이 시간에서의 신뢰도는 이다 90

ㆍㆍㆍㆍ 기울기의 값은 고장률 패턴에 대한 정보를 제공해준다 기울기가Weibull 10

이라면 고장률이 일정하다는 것을 의미한다 이 경우 고장은 일반적으로 우연히

일어나며 고장률은 설계의 강건 정도에 따라 달라진다 기울기가 보다 작다면 1

고장률은 감소하고 있음을 의미한다

- 80 -

즉 높은 초기 고장률 을 말한다 기울기가 보다 크면 고장률은 증 (Infant mortality) 1

가하고 이는 마모 되고 있음을 의미한다(Wear-out)

그림 에 의한 부품의 신뢰성성장분석[ 82] Weibull 수명 비교

가장 많이 활용되는 측도는 수명이며 이것은 요구되는 목표 신뢰도가 임 90

을 의미한다 첫 번째 프로토타입이 고장 난다면 신뢰성 목표 달성을 위해 설계 변

경을 행하고 다음 프로토타입을 시험한다 이 과정은 목표 수명이 달성될 때까

지 반복한다

나 의이점나 의이점나 의이점나 의이점WeibullWeibullWeibullWeibull

부품의 개발과정에서 작은 표본에 대한 고장시간 자료가 주어졌을 때 Weibull

분석을 활용하여 신뢰성성장관리를 행하면 다음의 정보를 얻을 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ신뢰성 개선은 목표 수명이 달성될 때까지 하나의 프로토타입에

- 81 -

서 다음 프로토타입까지 추적할 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ신뢰성 개선은 시험한 프로토타입에 대해 타점으로 표현되고 빠르Weibull

게 방향을 파악하여 신뢰성 진전과정에 대한 양적 측면의 관리능력 향상을 그

래프로 확인할 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ컴포넌트를 고장 날 때까지 시험하는 것은 고장모드에 대한 아주 귀중한 정

보를 제공하고 따라서 시정조치 활동이 필요하다

ㆍㆍㆍㆍ많은 표본이 더 좋은 신뢰도를 얻을 수 있지만 분석은 많은 표본을Weibull

필요로 하지 않는다

ㆍㆍㆍㆍ고객의 운영 사용 사이클과 시험 모수의 관계가 알려져 있다면 더 빠르고( )

더 적은 비용으로 가속시험을 할 수도 있다

다 기본가정및제한다 기본가정및제한다 기본가정및제한다 기본가정및제한

ㆍㆍㆍㆍ각 분석에서 오직 하나의 고장모드만 포함되어야 한다 두 개나 그 이상의

고장 모드가 검출된다면 각각에 대해 분리하여 분석해야 한다

ㆍㆍㆍㆍ신뢰도는 시험 제한 한계 로 인해 년 마일까지 확장하여 외삽하면 안( ) 10 150K

된다 왜냐하면 시험 제한 한계 로 인해 다른 고장모드가 발생할 것인지 알 수 ( )

없기 때문이다

ㆍㆍㆍㆍ하나의 프로토타입에서 다음 프로토타입까지 기울기가 변하는 데는 특별히

주의를 하여야 한다 왜냐하면 초기 후기 수명에서 더 높은 신뢰도와 후기 초 ( ) (

기 수명에서 더 낮은 신뢰도의 할 수 도 있기 때문이다) trade-off

라 적용시기라 적용시기라 적용시기라 적용시기

ㆍㆍㆍㆍ수명의 비교는 엔지니어링 사양 이 특정한(Specification) 을 요구할 경

우 사용된다

ㆍㆍㆍㆍ이러한 접근방법은 고장시간 등 에 대하여 동일한 부품의(Cycle Km )

- 82 -

다른 시점에서의 프로토타입을 비교할 때 사용한다

ㆍㆍㆍㆍ신뢰성 목표가 달성될 때까지 계속한다

마 입력자료마 입력자료마 입력자료마 입력자료

ㆍㆍㆍㆍ프로토타입 의 몇 개 표본의 고장시간 등1 (Cycle Km )

ㆍㆍㆍㆍ프로토타입 의 몇 개 표본의 고장시간 등2 (Cycle Km )

⦙

ㆍㆍㆍㆍ마지막 프로토타입의 몇 개 표본의 고장시간 등(Cycle Km )

분석프로세스는 그림 과 같다[ 83]

프로세스프로세스프로세스프로세스 일반적 단계일반적 단계일반적 단계일반적 단계

Ⅰ 요구

또는 수명 결정

프로그램 신뢰성 목표 사용

고객의 운영 사용 프로파일 사용( )

시험 프로그램 적정시간 사용

Ⅱ 시험 프로그램 자료정보

확인과 데이터 수집초기 부품의 프로토타입

후기 부품의 프로토타입

Ⅲ 다른 프로토타입에 대한

누적고장 시간 또는 vs

거리 계산 및 타점

분석이 가능한 사용Weibull SW

가능한 가속수명시험 사용

Ⅳ 프로젝트 검토 시

현재 신뢰성 수준신뢰성 목표 적합성 결정

초기 경고 관련 정보 제공

개선을 위한 계획 정보 제공

그림 프로세스별 단계[ 83]

- 83 -

제 절 신뢰성성장 데이터분석제 절 신뢰성성장 데이터분석제 절 신뢰성성장 데이터분석제 절 신뢰성성장 데이터분석2222

초기 프로토타입 으로 부터 개의 표본을 정상하중 으(Prototype1) 6 (Nominal load)

로 고장 날 때까지 시험하고 고장모드를 기록하였다 여러 개선작업을 거친 후 후

기 프로토타입 으로부터 개의 표본을 고장 날 때까지 시험하고 고장모(Prototype2) 6

드를 기록하였다 시험 데이터는 표 에 주어져 있다 [ 81]

에 고장데이터를 입력하고 각 프로토타입 단계별로 용지에 결과MINITAB Weibull

를 타점한 결과 그림 와 같은 성장곡선이 생성되었다 [ 84] Weibull

정상하중 에서 의 평균수명 추정치는 이(Nominal load) Prototype1 127366Cycle

고 의 평균수명 추정치는 로서 의 개선을 이루었 Prototype2 176882 Cycle 389

음을 알 수 있었다 수명은 은 이었으나Prototype1 112668 Cycle Prototype2

의 수명은 로서 상당한 개선이 이루어졌음을 볼 수 있다168620 Cycle 수

명에 대한 신뢰하한은 로 추정되었다 따라서 정상부하에 의한95 162926 Cycle

시험데이터분석 결과 개선활동 재료배합개선 형상설계개선 공정개선 에 의하여 ( )

내구성 목표가 달성되었음을 알 수 있다

그림 는 에서의 신뢰구간을 보여주고 있다[ 85] Nominal load 90

최대하중 에서는 표 의 데이터 입력결과 그림 의 그래프를(Max load) [ 82] [ 86]

생성하였다 그래프로 부터 추정된 의 Prototype1 수명은 이고16362Cycle

의Prototype2 수명은 이다21850 Cycle 수명에 대한 신뢰하한추정치95

는 으로부터 로 계산된다MINITAB 20983 Cycle

의 수명과 의 수명이 다른 것은 개선 활동의 결과이Prototype1 Prototype2

- 84 -

며 에서 개선목표가 달성되었음을 알 수 있다 Prototype2

표 하중 고장시간[ 81] Nominal (Cycle)

Weibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth Curve

(Nominal Load)(Nominal Load)(Nominal Load)(Nominal Load)

그림 성장곡선[ 84] Weibull (Nominal load data)

- 85 -

Weibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth Curve

(Nominal Load-90 Cl)(Nominal Load-90 Cl)(Nominal Load-90 Cl)(Nominal Load-90 Cl)

그림 신뢰구간[ 85] Nominal Load90

- 86 -

표 하중 고장시간[ 82] Max (Cycle)

Weibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth Curve

(MaxLoad)(MaxLoad)(MaxLoad)(MaxLoad)

그림 성장곡선[ 86] Weibull (Max load data)

- 87 -

제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론9999

본 연구는 자동차현가장치인 고무부싱 의 신뢰성향상을 위한 기(Rubber bushing)

술개발과제이다 에나 인더스트리는 수출전문기업으로서 주요 경쟁사에 비해 고성

능 고내구성의 제품을 짧은 기간 내에 개발할 수 있는 능력을 갖추어야 해외 시장

에서 경쟁력을 가질 수 있다

본 연구개발에서는 수요기업에서 요구하는 GMUTS(General Motors Uniform

의 사양에 따른 시험을 실행하여 내구성을 목표 사이클 이상으Test Specification)

로 개선하고 정특성과 동특성 비틀림 토크를 개선항목으로 선정하여 제품의 품질

및 신뢰성 향상을 진행하였다

수요기업의 요구 수준에 의하면 내구성은 와 Tension Compress Alternating

가 동시에 일 때 일 때Torsion Stress Maximum Load 20000 Cycle Normal Load

을 요구한다 본 프로젝트의 경우 해외의 부품메이커들에 대한 경쟁150000 Cycle

력 우위를 확보하기 위하여 기본 요구 수준을 넘어 향상된 제품신뢰성을5~10

확보를 목표로 하였다 내구성 정특성 및 동특성에 대한 시험은 직접 행하였고 비

틀림토크에 대한 부분은 추가적인 시험장치가 필요하여 수요기업의 실험실에 샘플

을 제출하여 요구수준을 검증받았다

본 연구개발의 성과를 요약하면 다음과 같다

우선 기술적 효과로는

설계기술의 확보(1)

재료배합설계 형상설계 공정설계에 대한 기술을 확보하여 내구성을 비롯한 품

질특성을 향상시킬 수 있었다 종래에는 설계 개발 생산프로세스에서 경험적 방법

에 의존하여 시행착오가 많았으나 본 연구를 통하여 과학적이고 체계적인 방법으

로 접근할 수 있는 기술이 확보되었다

설계 요소의 기술적 배치를 위한 실험계획법의 활용기술 확보(2)

- 88 -

종전에는 고무 배합설계 형상설계 공정설계에 대하여 설계요인 별 수 (Facter)

준 을 무작위로 추출하여 실험하였으나 본 실험계획의 과정을 따르면 요인들(Level)

이 계획적으로 반영되어 품질특성에 각각 어느 정도의 영향을 미치는지 분석이 가

능하게 된다 또한 다구찌에 의한 강건 설계의 생성으로 산포를 줄일 수 있다

잠재적 고장원인 분석방법 기술 확보(3)

제품기능에 대한 잠재적 고장모드의 예측과 시험항목을 판단하고 최종적으로는 설

계검증 과 공정검증 의 세부항목과 효과적(Design verification) (Process verification)

으로 연계가 가능하다

신뢰성 데이터분석기술 확보(4)

부품의 개발과정에서 몇 개의 표본에 대한 고장시간 데이터가 있을 때 Weibull

분포를 활용한 신뢰성 성장분석이 가능하게 되었다 개발프로그램이 운영되는 동안

신뢰성 수준의 변화를 추적할 수 있어 목표하는 신뢰성 수준을 달성하기 위하여 충

분한 비율로 성장하고 있는지의 여부를 가능한 빠른 시간 내에 판단할 수 있고 그

에 따라 필요한 자원을 적절히 배분할 수 있다 따라서 개발책임자는 시험데이터로

부터 현재 시스템의 신뢰성 수준 성장률의 평가 앞으로 기대되는 달성 가능한 수

준에 대한 결정이 가능하다

경제적 측면의 효과로는

제품에 대한 내구성 및 동특성 정특성에 대하여 요구사양 이상으로 특성관리(1)

를 행할 수 있어 해외 부품메이커들에 대한 경쟁력 우위로 수출력을 향상할 수 있

게 되었다

개발기간을 단축할 수 있게 되어 개발비의 절감을 가져올 수 있게 되었다(2)

재료배합 형상설계 및 공정설계에 대한 기술개발의 표준 정립으로 개발 기간의 단

축이 가능하게 되었다

본 과제 결과를 활용하여 다른 방진제품에 대한 신뢰성 관리로 수출(3)

- 89 -

시장을 개척하여 신규거래처를 확보할 예정이다 신뢰성 데이터의 관리가 이루어져

제품수명에 대한 설득력 있는 자료의 제시가 가능하게 되었다

향후 연구계획으로는

고무부싱부품의 특성상 내구성만의 개선이 최선이 아니고 정특성과 동특성을 일

정수준으로 동시에 고려하여야 한다 따라서 이 부분에 대한 동시적인 실험설계가

시스템화 되도록 추가적인 연구가 요구된다

- 90 -

참고문헌참고문헌참고문헌참고문헌[ ][ ][ ][ ]

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[8] McLean R A and Anderson V I Extreme Vertices Design of Mixture

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- 96 -

주 의

이 보고서는 산업자원부에서 시행한 부품소재종합기술지원사업의 최1

종보고서이다

이 신뢰성기반기술확산사업 내용을 대외적으로 발표할 때에는 반드시2

산업자원부에서 시행한 부품소재신뢰성기반기술 사업의 지원결과임을

밝혀야 한다

- 97 -

이 보고서는 산업자원부에서 시행한

부품소재 신뢰성기반기술확산사업의 최종보고서이다

- 17 -

표 설계[ 32] FMEA

- 18 -

- 19 -

공정공정공정공정2 FMEA2 FMEA2 FMEA2 FMEA

공정 은 제품생산 공정에서 발생할 수 있는 잠재적인 문제점 또는 위험성FMEA

을 발굴하여 효과적으로 대응하기 위한 분석 기법으로 제품의 중대사고 발생 예방

으로 고객의 불만을 방지할 수 있으며 결함의 영향을 제거 또는 감소를 위한 부분

별 대책 수립의 근거가 되며 생산 문제점 검증을 통한 효율을 제고할 수 있다 공

정상의 잠재고장 모드와 그 영향을 검토 할 수 있으며 엔지니어들이 불량발생을 낮

추거나 불량 탐지 능력을 증대시킬 수 있는 관리 수단 또는 방법에 초점을 맞출 수

있도록 공정결함을 규명할 수 있다 공정에 대한 잠재고장 모드의 리스트 중요 관

리 특성 리스트 고장 모드의 원인 제거나 발생률 감소를 위한 공정 활동 리스트

들 결과물을 얻을 수 있다

표 에 보여준 의 공정 에서는 특히 아래 관련 항목들이 내구성 향[ 33] DA-2 FMEA

상과 품질개선을 위하여 중점적으로 검토되었다

접착제 도포 공정 의 점도관리체계에 의한 접착제 도포두께 관1) Zahn Cup No2

리상태 불량 건조상태에서 발생할 수 있는 접착제의 이상적 화학반응 및 건조상태

등

가류공정 고무와 내철 외철류의 이상적인 화학반응으로 인한 불량 접착상태2)

사출 성형후 고무의 갈라짐 흠집 등에 의한 외관 불량상태

시험 검사 공정 내구사양의 불만족상태 동특성 정특성 값의 사양 불만족상태3)

고무와 내 외철의 고무접착강도 불만족상태 등을 고려함

- 20 -

표 공정[ 33] FMEA

- 21 -

- 22 -

- 23 -

- 24 -

제 장 재료배합개선제 장 재료배합개선제 장 재료배합개선제 장 재료배합개선4444

제 절 배합의 기본 조건제 절 배합의 기본 조건제 절 배합의 기본 조건제 절 배합의 기본 조건1111

방진 고무부품을 만들려면 다음의 가지 공정을 거친다3

배합공정 사용목적에 따라 원료고무를 선택하고 배합약품의 종류와 양을 결middot

정하는 공정

가공공정 정해진 배합에 따라서 고무와 배합약품을 섞고 혼련 일정한 두께middot ( )

의 고무 시트를 제조하고 만들고자 하는 모양으로 절단하는 공정

가황공정 만들고자하는 모양으로 절단한 미가황 고무에 고무 탄성을 갖게middot

하고 물성을 개선하는 공정

이들 중 배합은 가공공정 가황공정 및 만들어진 제품 성능에 절대적인 영항을 미

치므로 배합설계자는 배합설계 를 할 때 다음의 가지 점(Compounding design) 3

에 균형을 잘 조화 시켜야 한다(3P)

최종 제품의 요구물성을 충족시킬 것middot (Property)

가공이 쉬울 것middot (Processing)

부피 당 배합단가가 적정할 것middot (Price)

또한 이와 같은 조건을 충족시키는 배합설계를 하기 위해서 배합설계자는 배합

의 목적 배합에 사용되는 원료고무와 각종 배합제의 성질 배합의 기초 배합단가

제품이 만들어 질 때까지의 작업 및 설비 등을 주지해야 한다

배합에는 원재료의 시험이나 평가를 목적으로 하는 배합과 공장에서 제품을 만들

기 위한 배합으로 나룰 수 있다

원재료의 시험이나 평가를 목적으로 하는 배합은 원재료의 대체나 품질

- 25 -

확인을 위한 기초 배합과 새로운 원재료가 개발됐을 때 이곳에 대한 실제적인 용도

개발을 위한 시험 또는 연구배합이 있다 개발을 위한 시험 또는 연구배합에서는

기초적인 성상을 구하는 배합으로부터 실용화에 대비한 응용배합에 이르기 까지를

검토의 대상으로 하기도 한다

제품을 생산하기 위한 목적으로서의 배합이란 종래에 없었던 새로운 요구가 있

었을 때 종래 사용하던 원재료를 써서 그 목적에 알맞은 배합을 결정하여 공장에

서의 실제 생산에 투입하는 경우를 뜻한다

고무 부싱과 엔진마운트와 같은 방진을 목적으로 하는 고무제품의 재료를 보면

등의 계의 고무가 적합하다는 게 일반적인 고무업체의 정설이NR SBR BR Diene

다 하지만 목적에 맞게 고무의 원재료를 선택하여야 한다 결국 방진이라는 기능의

고무 특성을 만족하기 위해서는 가교라는 차원 구조의 밀도를 요구하고 있다는 것3

을 알 수 있다

일반적인 방진고무의 요구특성으로는 다음과 같은 조건을 만족하여야 한다

첫째 파단 특성을 만족하여야 한다 즉 분자들과의 높은 응집력과 와의 높 Filler

은 친화성으로 응력을 분산시키는 구조로 이루어져야하는 조건을 만족하여야 하며

둘째 특성을 만족하여야 한다 에 대한 조건을 만족시키기 위해서 Creep Creep

는 고무의 분자 회전성이 높고 응집에너지가 낮을수록 좋다

셋째 내열성 및 내열 산화성에 대한 조건을 만족하여야 한다 이것은 일반적으로

기계적인 모든 성질은 온도의 의존성이 낮을수록 바람직하다고 할 수 있다 이에

방진목적의 고무도 이 같은 성질을 만족하여야 한다

- 26 -

넷째 일반적인 방진 제품은 고무만의 단독 현상으로는 그 형태를 유지하기 힘들

며 금속과의 결합을 통하여 그 방진특성을 만족하여야 한다 이에 방진고무의 기본

적인 성질은 금속과 접착성이 좋아야 한다는 조건을 만족하여야 한다

다섯째는 감쇄계수에 대한 부분으로 감쇄계수가 크고 온도의존성이나 주파수 의

존성이 좋아야 한다 일반적으로 은 감쇄가 적고 소변형에서 대변형에 이르기까 NR

지 선형의 복원을 하며 주파수에 의존하지 않은 특성을 가지고 있으므로 방진고무

로 적합하다고 할 수 있다

여섯째 탄성율에 관한 내용으로 일반적으로 방진 고무의 탄성율은 온도 및 진폭

의존성이 낮은 쪽이 좋게 된다

마지막으로는 정적강성과 동적 강성의 비로 표현되는 동배율에 유의해야 한다

일반적으로 방진고무의 감쇄 특성을 고려하면 동배율이 높은 것이 유리하지만 동적

특성의 온도의존성 변형율 동적 변형율에 의한 발열 및 내피로특성을 보면 저동배

율 쪽이 유리하다

제 절 재료배합 개선방안제 절 재료배합 개선방안제 절 재료배합 개선방안제 절 재료배합 개선방안2222

원재료 및 배합제의 개선원재료 및 배합제의 개선원재료 및 배합제의 개선원재료 및 배합제의 개선1111

고무부싱 제품의 경우 그 기능상의 요구로 인하여 주로 계열의 천연고무를NR

원재료로 사용한다 본 연구에서도 계열의 천연고무를 원재료로 하고 요구 특성 NR

의 개선을 위해 배합제의 선정을 대해 연구하였다 일반적으로 천연고무 및 합성고

무에 적용되어지는 배합제는 가황속도 조절 가공의 원활화 품질특성 개선 그리고

특수 성능 등의 목적으로 사용되어

- 27 -

진다 배합제의 종류로는 가공조제 연화제 유기가황제 가황촉진제 노화방지제

등으로 나눌 수 있다

요구 경도의 결정은 함량을 조절하여 설계하였으며 품질특성을 향상 시Carbon

킬 수 있는 재료를 연구한 결과 미세 으Caron Carbon Black(MAF FEF GRADE)

로 물성을 향상 시킬 수 있도록 하였다 특성에 큰 영항을 주는 배합제의 경우 그

용도에 따라 많은 종류를 인자로 적용할 수 있지만 많은 인자로 인하여 발생하는

비용적 시간적 손실을 최소화하기 위해 본 연구에서는 원재료와 함량을 Carbon

고정한 후 촉진제 종류와 가황제의 양을 조절하는 방식으로 배합제에 대한 최적의2

조합을 선택하는 방법으로 접근하였다

내구성 향상을 위한 방안내구성 향상을 위한 방안내구성 향상을 위한 방안내구성 향상을 위한 방안2222

내구성을 향상시키기 위한 일반적인 방법은 경도를 향상시키는 것인데 경도를

높이는 방법만으로는 다른 특성 즉 정 동특성을 동시에 만족시킬 수 없는 어려움이-

있다 이에 본 연구에서는 방진용 제품이 요구하는 정 동특성과 내구성을 Bushing -

동시에 향상 시킬 수 있는 방안을 모색하기 위하여 촉진제와 가황제를 이용하여 최

적을 배합설계를 이루고자 하였다

내구성을 향상시키기 위한 방법으로 보통 량의 조절을 통한 경도 조절법Carbon

을 이용하게 되는데 본 연구에서 적용한 은 미세 Carbon Carbon Black(MAF FEF

으로 인장강도 및 경도 인장응력을 증대하는 효과를 얻고자 하였다 이러GRADE)

한 미세 의 적용과 동시에 보강제의 분산 및 흐름성 개선을 위하여Carbon Black

가공조제를 개선하여 적용하였다

가교시스템의 향상 방안가교시스템의 향상 방안가교시스템의 향상 방안가교시스템의 향상 방안3333

가황반응 고분자 주쇄간 가교결합을 통한 차원 망상구조를 형성하(Vulcanization) 3

여 고분자 화합물의 복원력 탄성 특성 및 기타 요구물성을

- 28 -

증가시킨다 다양한 가교결합 형태 중 방진고무산업에서 많이 이용되고 있는 가교

결합은 을 도입한Polysulfide (-C-Sx-C- x=1~4) Conventional CV(Vulcanization)

계를 많이 사용한다 여기서 사용되고 있는 인 천연고무 Polymer (Natural Rubber

의 배합에 있어 가교 또는 가류형태의 변화에 따라 물성 및 특성의 변화가 있NR)

음을 알 수 있다 즉 가교형태 변화에 따른 유사한 특성을 나타내는 Stress-Strain

조건하에서 공정특성 및 전반적인 물성에 영향을 미침을 알 수 있다 의 기 Polymer

본 배합에서 촉진제나 황 공여체 증가에 따라 가류 유도시간(Sulfur Donor)

은 길어지나 가류속도는 빨라진다 특히 고온 가류 시 과 가류(Induction time)

에 의한 물성하락을 방지하기 위해 열 안정성이 우수한(Overcure) EV(Efficient

계를 사용하는 것이 근래에 소개되고 있다 고분자의 물성은 가교형Vulcanization)

태뿐 아니라 가교밀도에 크게 의존한다 가교계 변화에 따른 인장강도의 영향은 매

우 적은 반면 신장율은 계에서 로 같수록 감소CV(Conventional Vulcanization) EV

하는 경향이 있다

이란 가류시간의 지연 또는 과가류로 인한 고무 물성의 저하를 말한Reversion

다 이러한 현상은 제품의 외면이 과도한 열에 노출될 수 있다 다중황공유 결합의

열적노화현상이 발생하며 가교형태가 다중황 결합에서 단일황(Polysulfidic)

결합으로 바뀌게 되며 밀도가 현저하게 저하되고 환상형 씨오알켄(Monosulfidic)

과 씨오알칸 구조로 바뀌게 된다 결과적으로 재료의 물성(Thioalkene) (Thioalkane)

과 기계적 성질이 떨어지게 된다

이 발생하는 시간을 가교형태에 따라 비교하여 보면Reversion CV lt Semi-CV lt

으로 알려져 있으며 시스템에서는 촉진제 종류에 따라서 인장과 신율의 물EV EV

성에 하락 없이도 공정 안정성 특성이 매우 우수하다 이 Anti-Reversion

으로 인해서 물성과 기계적 성질을 향상시킬 수 있으며 황공여체 사Anti-Reversion

용 또는 계로 가교형태를 전환함으EV

- 29 -

로써 가능하다 이로써 가교의 다중황결합 을 줄이고 단일 또는 이중황 결 (S3~S8)

합으로 내열성 및 결합의 안정성을 증가시킬 수 있다 이러한 과정에서 공정설계상

계보다 더 낮은 가류온도와 더 길어진 가류시간이 필요하게 된다 이러한 계CV EV

에서는 정도의 황과 계에 비해서 다소 많은 양의 촉진제를 사용하02~05 phr CV

게 된다 여기에 근거하여 혼합물성분의 한계 표 표 에 나타난 황과 촉 ([ 42] [ 44])

진제 양의 범위를 정하였다

발생 시간의 효율적인 제어를 위하여 본 연구에서는 적절한 촉진제의Reversion

배합량을 조절하여 방진제품에서 요구하는 특성을 만족하는 조건을 선정하고자 하

였다 그림 은 의 예를 보여준다 [ 41] Reversion

그림 의 예[ 41] Reversion

본 연구에서는 인장 내열 강도의 증가와 동 정특성 내구성 증가를 위한 가교 시- -

스템의 향상 방안으로 황량을 조절하여 Convension Type(Efficient Vulcanization

을 통하여 결합력을 증대시켰으며 촉진제를 조절하여 가- CURE STIES-CC-C)

교효율을 증대하였다 또한 가황 조건에 변화가 적은 배합설계를 하여 향상된 적정

가황이 될 수 있도록

- 30 -

하였으며 를 정립화하여 최적의 적정 가황 포인트를 찾아 인장이 최CURE-STUDY

적일 때 내구성이 최적이고 가황제품과 시편을 동시에 함으로 시편과CURE-STUDY

제품의 상의성을 방지할 수 있었다

자동차업계에서는 일반적으로 고가의 폴리머를 선호하지만 본 연구를 통하여 가

격이 낮은 폴리머로도 성능향상이 가능하다는 것을 입증하였고 향후 타 아이템에도

연계 적용함으로 새로운 배합설계를 구축하였다

실험계획법의 적용실험계획법의 적용실험계획법의 적용실험계획법의 적용4444

기존의 개발 진행 방식은 경험에 의한 시행착오 접근 방법을 사(Trial and Error)

용하여 성능향상을 도모하였으나 본 연구에서는 배합물설계에 위한 실험계획법

기술을 적용하여 이론적으로 최적의 배합설계를 이(DOE Design of Experiment)

룰 수 있는 방법을 연구하였다

일반적인 고무제품의 배합은 많이 알려져 있지만 특성 향상을 위한 방안이나 그

배합에 대한 신뢰성에는 많은 의문점이 제기 되는 게 현실이다 본 연구에서는 요

구특성을 만족시키기 위하여 선정된 촉진제의 배합조건의 최적화를 실현하기 위하

여 실험계획법의 꼭지점계획법을 이용하여 그 효율성을 검증하고자 하였다 배합의

경우 어느 독립적인 인자의 선정으로는 그 효과를 극대화 시킬 수 없는 특성이 있

는데 본 연구에서는 선정된 촉진제 및 폴리머의 조건 하에서 최적의 배합 조건을

찾아보고자 하였다

재료배합설계의 개선을 위한 방안을 정리하면 표 과 같다[ 41]

- 31 -

표 내구성 및 정 동특성 동반향상을 위한 개선방안[ 41] -

항 목항 목항 목항 목 기존 방안기존 방안기존 방안기존 방안 제안된 개선 방안제안된 개선 방안제안된 개선 방안제안된 개선 방안

배합 설계 방안

경험적 배합 설계

고 배합설계COST

국내수급재료사용

실험적 분석기법 도입

저 배합설계COST

해외재료수입

내구성 향상

량 변경Carbon

용도별 적정 적용Carbon

정동특성 향상 방안을 동시==gt

고려

경험적 수치의 가황제 량 선정

가교 시스템 향상 방안을 고려한

가황제 량 선정

(EV - CURE)

결합력 증대==gt

경험적 수치에 의한 촉진제 량

선정 경도별 선정 미비( )

가교 효율을 반영한 촉진제 량의

선정

적정한 가황 포인트 파악을 위한(

실시Cure Study )

정 동특성 향상-

정특성 향상 방안 경도 증가

동특성 향상 방안 경도 하락

두 특성을 만족시키기 위한==gt

경험적 수치의 경도 선정

데이터베이스를 활용한 배합설계

정 동특성을 동시에 만족할 수-

있는 배합제 적용

분산 및 흐름성 개선==gt

형상개선과 동시 고려==gt

- 32 -

표 는 지원 전 배합비율과 특성별 성능수준을 나타낸다[ 42]

표 지원 전 성능수준[ 42]

- 33 -

제 절 꼭지점계획법에 의한 최적배합조건제 절 꼭지점계획법에 의한 최적배합조건제 절 꼭지점계획법에 의한 최적배합조건제 절 꼭지점계획법에 의한 최적배합조건3333

재료설계에 적용되는 실험계획은 혼합물 배합에 관한 실험계획으로서 몇(Mixture)

개 성분의 혼합물 중 어떠한 성분이 품질의 특성에 유의한 영향을 미치는지를 분석

하여 반응을 최대로 만드는 최적혼합비율을 찾고자 하는 실험계획이다

혼합물실험에 적용되는 실험계획으로는 심플렉스 격자형배열법 심플렉스 중심배열

법 꼭지점 계획법 등을 주로 적용한다 본 실험에서는 심플렉스의 전 영역이 아니

라 제한된 영역에서 실험을 하고자 하므로 꼭지점계획법(Extreme vertice design)

을 적용하였다

고무부싱의 재료배합에서는 개의 성분재료가 있고 이들을 어떤 비율로 배합하는

것이 품질특성치를 가장 좋게 하는가를 찾는다 성분의 혼합에 있어서 를 번째

성분의 혼합비율이라고 하면 다음과 같은 관계식을 만족시켜야 한다

이러한 경우는 일반적 실험계획법처럼 심플렉스의 모든 영역에 실험이 배치되는 것

이 아니고 제한된 영역에서만 실험을 하는 경우이다 즉 각 인자 가 (Factor) 0 le

의 모든 값을 취할 수 있는 것이 아니라 제한된 구간1le

안에서만 값을 취한다 이와 같은 경우는 경제적인 이유나 또는 실험 전에 인자들

의 성질에 대하여 상당한 정보가 있는 경우이다 위의 식과 같은 인자의 구간이 설

정되면 실험가능영역은 심플렉스 상의 좁은 영역이 된다

- 34 -

과 은 제한된 실험영역에 대한 실험계획법으로 꼭지점 계획법Mclean Anderson

을 제안하였다 이 계획법은 제한된 영역이 가지는 모든(extreme vertices design)

꼭지점과 이 꼭지점들의 선형조합으로 이루어지는 몇 개의 점을 적절히 선택하는

실험계획법이다 만약 개의 혼합성분이 사용되는 경우 실험영역을 그림으로 그리 4

면 그림 와 같이 사면체 속에 위치하는 면체가 된다 과 은[ 42] 6 Mclean Anderson

이 면체의 꼭지점과 중심점을 실험점으로 선택하는 방법에 대한 예제를 제시하고6

있다

그림 개의 혼합성분에 대한 꼭지점계획법[ 42] 4

고무부싱의 재료설계 시 혼합물은 고무 카본 및 배합원료로서 황화제 촉진제

가공제 유기산 금속산화제 노화방지제 보강제 충진제 등을 사용한다

재료 배합 실험은 경도별로 나누어 실행되었으며 표 은 경도 도 오차범[ 43] 48 (

위 plusmn 도 에 대한 혼합물성분의 한계이다 에 성분의 한계를 입력한 결과2 ) MINITAB

네 가지 성분에 대하여 표 와 같은 총 회의 실[ 44] 17

- 35 -

험점이 생성되었다 실행 의 경우 의 성분을 1 A B C D 09807 00068 00011

의 비율로 섞어서 실험하라는 의미이다00114

표 혼합물 성분의 한계[ 43] (48Hs)

성분 하한 상한

A 외 기타Polymer 09774 09807

B 촉진제1 00068 00085

C 촉진제2 00011 00022

D Sulfur 00114 00119

표 꼭지점계획법에 의한 실험설계와 결과데이터[ 44] (48Hs)

을 활용한 혼합물 설계 데이터분석 결과는 표 표 과 같다MINITAB [ 45][ 46] 17

회의 실험점에 대한 데이터분석 결과 각 실험 점에서의 적합추정치와 신뢰구 95

간을 구할 수 있었다

- 36 -

표 을 보면 실험점 에 의한 배합조건으로는 신뢰구간으로[ 45] 14 95

의 내구성이 나타난다 에서는 각 성142322cycle ~ 146166cycle Nominal Load

분에 대한 제한조건을 만족시키면서 내구성을 최대로 하는 처리조건은 인자의 네

가지 성분 즉 외 에 대한 배합 비율이 Polymer Acc1 Acc2 Sulfur 097740

이었다 그리고 이 처리조건에서 예상되는 내구성은00085 00022 00119

에 도달할 것으로 추정되었다146943cycle

에서는 인자의 네 가지 성분의 배합비율이 와 마찬Maximum Load Nominal Load

가지로 이었다 그리고 이 처리 조건에서 예상되는09774 00085 00022 00119

내구성 추정치는 이었다18917cycle

표 데이터분석 결과[ 45] (48Hs Nominal Load)

에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응Dura(Nom)Dura(Nom)Dura(Nom)Dura(Nom)

- 37 -

반응 최적화 모수반응 최적화 모수반응 최적화 모수반응 최적화 모수

글로벌 솔루션글로벌 솔루션글로벌 솔루션글로벌 솔루션

예측 반응예측 반응예측 반응예측 반응

Dura(Nom) = 146943

- 38 -

표 데이터분석 결과[ 46] (48Hs Maximum Load)

에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응Dura(max)Dura(max)Dura(max)Dura(max)

반응 최적화 모수반응 최적화 모수반응 최적화 모수반응 최적화 모수

글로벌 솔루션글로벌 솔루션글로벌 솔루션글로벌 솔루션

외Polymer = 09774

- 39 -

Acc1 = 00085

Acc2 = 00022

Sulfur = 00119

예측 반응

Duro(max) = 189171

경도 도 오차범위 도 에 대한 혼합물성분의 한계와 에 의한 실험50 ( plusmn 2 ) MINITAB

점은 표 표 과 같다[ 47] [ 48]

표 혼합물 성분의 한계[ 47] (50Hs)

- 40 -

표 실험계획의 결과[ 48] (50Hs)

경도 도에 대한 혼합물 설계 데이터분석 결과는 표 표 과 같다50 [ 49][ 410] 17

개 실험 점에서의 적합추정치와 신뢰구간은 예측반응에 잘 나타나 있다95

에서는 각 성분에 대한 제한조건을 만족시키면서 내구성을 최대로Nominal Load

하는 처리조건은 외 기타 의 각 성분에 대하여 배합비Polymer Acc1 Acc2 Sulfur

율이 이고 이 처리조건에서 예상되는 내구성은09687 00088 00025 00200

에 도달할 것으로 추정되었다159209 Cycle

에서는 인자의 네 가지 성분의 배합비율이 와 마찬가Maximum Load Nominal Load

지로 이었다 그리고 이 처리조건에서 예상되는 내09687 00088 00025 00200

구성 추정치는 이었다 일 때와 일218572 Cycle Nominal Load Maximum Load

때의 적정배합비율이 다르게 나오는 경우가 있는데 이는 오차범위 경도의 경우( plusmn

도 가 비교적 넓은 고무의 특성에서 비2 )

- 41 -

롯되거나 측정오차에 따른 결과로 추정된다

표 데이터분석 결과[ 49] (50Hs Nominal Load)

에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응Duro(Nor)Duro(Nor)Duro(Nor)Duro(Nor)

반응 최적화 모수반응 최적화 모수반응 최적화 모수반응 최적화 모수

- 42 -

글로벌 솔루션글로벌 솔루션글로벌 솔루션글로벌 솔루션

예측 반응예측 반응예측 반응예측 반응

Duro(Nor) = 159209

표 데이터분석 결과[ 410] (50Hs Maximum Load)

에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응Duro(max)Duro(max)Duro(max)Duro(max)

- 43 -

반응 최적화 모수반응 최적화 모수반응 최적화 모수반응 최적화 모수

글로벌 솔루션글로벌 솔루션글로벌 솔루션글로벌 솔루션

예측 반응예측 반응예측 반응예측 반응

Duro(Max) = 218572

재료배합시험에 있어서 가류시간이 특성 치에 영향을 미치므로 레오그래프

분석에 의해 적정가류시간을 결정한다 레오그래프는 다음의 용도에(Rheograph)

활용된다

고무제품의 가류도 측정①

가류속도 측정②

최적의 가류공정 조건 확립③

가류약품 선정 및 배합 작성Recipe④

고무제품의 품질관리⑤

아래 그림 은 경도 도에 대한 재료의 레오그래프이다 그래프에 나타난 용[ 43] 48

어를 설명하면 다음과 같다

혼합물 의 가 가류되었을 때의 시간을 나타내며 가류시간을tc90- (Compound) 90

결정하는 기준으로 사용된다

스코치시간 을 나타내며 원하지 않는 가교가 일어ts2 - (Scorch time)

- 44 -

나는 시간으로 적절한 가류시간을 찾기 위해 필요한 과정임

고무의 특성을 토르크 값으로 나타낸 값으로 일반적으로 혼합물Tmax- (Torque)

의 경도에 따라 변함

평형 토르크MH- (Equilibrium torque)

최소 토르크ML- (Minimum torque)

본 재료시험에 적용된 가류시간은 의 배 사이에서 적정수준을 결정하tc90 1-15

였다

연구의 결과 카본의 입자가 작을수록 내구성은 향상시키지만 대체로 분산이 잘 되

지 않아 혼합물의 품질이 고르지 못하였다 따라서 카본의 분산도를 평가하여 만족

할 만한 수준이 나오는지 확인하였으며 상대적으로 작은 입자경의 카본을 사용하

여 내구성을 높이려 하였다

그림 경도 도 고무에 대한 레오그래프[ 43] 48

- 45 -

실험의 결과 카본블랙과 레오그래프와의 관계는 그림 와 같이 나타났다 그림[ 44]

에서 보는바와 같이 입자경의 크기가 증가함에 따라 결합력이 약해지므로 토르크

값이 낮아짐을 알 수 있다

그림 각종 카본블랙의 레오그래프[ 44]

- 46 -

본 연구에 적용된 카본 입자경의 크기와 양은 표 과 같다[ 411]

경도변화는 카본입자의 크기와 양에 따라 결정이 되며 레오그래프의 값이 Tmax

이러한 사실을 보여주고 있다

표 레오그래프상의 경도와 카본의 관계[ 411]

레오그래프는 섭씨 도에서 그려짐PHR = Part in Hundred Rubber 160

- 47 -

제 장 형상개선제 장 형상개선제 장 형상개선제 장 형상개선5555

제 절 외철의 스웨징 율 변화에 의한 개선제 절 외철의 스웨징 율 변화에 의한 개선제 절 외철의 스웨징 율 변화에 의한 개선제 절 외철의 스웨징 율 변화에 의한 개선1111

높은 품질의 부싱을 개발하기 위해서는 적절한 재료설계에 의한 경도 및 고무 특

성의 설정이 매우 중요한 요소이지만 고무의 특성 개선에만 의존하는 것은 한계점

이 있다 따라서 제품의 형상변화를 통해 고무의 특성을 극대화함으로써 내구성 및

품질특성을 향상시킬 수 있다

그림 은 부품의 세부형상과 설계도이다[ 51]

그림 세부형상[ 51] DA-2

- 48 -

그림 는 제품의 단면을 보여준다 그림에서 는 다른 모델에 비해 고무[ 52] DA-2

량이 다소 적음을 알 수 있다 형상 변화를 통한 품질특성의 개선을 시도함에 있어

서는 부품에 대한 조립성과 제조성 을 반드시(DFM Design for Manufacturability)

고려하여 형상변화를 꾀하여야 한다 본 제품의 경우 외철 과 내철 (outer pipe)

의 길이는 한정되어 있으며 그 직경의 변화도 허용공차를 미만(Inner pipe) 05 mm

의 수준으로 요구하고 있다

형상변경을 통한 성능향상 방안으로서 외철에 대한 스웨징율 을 변(Swaging rate)

경함으로서 외경크기의 변화를 시도하였으며 또한 내철의 구배각도를 변화시켜 개

선점을 찾으려고 노력하였다

그림 단면[ 52] DA-2

부싱의 경우 일반 적으로 스웨징이라는 공정을 거치게 되는데 이는 공정에서 외

경의 크기 조정을 통하여 성능을 향상 시키는 방법으로서 스웨징율을 조정함으로서

외철의 외경 크기를 허용범위 내어서 변화시키는 것이다 이는 스웨징에 따른 직경

변화에 의해 고무의 조직이 조밀해져 고무 특성을 향상시킬 수 있게된다

그림 은 스웨징의 방향을 나타내며 그림 는 스웨징 전 후의 외철의 크[ 53] [ 54]

기 변화를 보여주고 있다

- 49 -

그림 스웨징 방향[ 53]

그림 스웨징 전후의 외경 크기의 변화 단면[ 54] ( )

제 절 내철의 구배 변화에 의한 개선제 절 내철의 구배 변화에 의한 개선제 절 내철의 구배 변화에 의한 개선제 절 내철의 구배 변화에 의한 개선2222

아래 그림 는 형상 변화를 시도할 수 있는 내철 끝단 부분의 구배를 표시한[ 55]

그림으로서 는 구배각도를 나타낸다a

- 50 -

그림 구배각도[ 55]

그림 은 본 제품의 특성 요구 사항을 그림으로 표시한 것으로 고무부싱은[ 56]

및 의 외력에 대하여 적절하게 대응할 수 있도록 설계되어야 한다 부싱 종류F1 F2

의 경우 일반적으로 고무 제품의 유연함과 동배율 개선을 위하여 저경도의 고무를

적용하는 경우가 많은데 이 경우에는 외력에 대한 특성이 상대적으로 취약하게F1

나타나게 된다 이러한 취약점을 보완하기 위하여 본 연구에서는 그림 과 같 [ 57]

이 제품이 허용하는 범위 내에서 내철의 구배를 변화 시킨 후 실험데이터의 분석을

통해 성능 개선 방안을 찾고자 하였다

그림 부싱의 외력[ 56]

그림 의 의 경우는 구배를 주지 않은 경우이며 의 경우는 구배를 준[ 57] (a) (b)

경우를 표시하고 있다

- 51 -

의 경우 외력에 의하여 발생하는 반발력 은 순수한 고무 특성에 의해서(a) F1 Fr1

만 나타나게 된다 이러한 경우 저경도의 고무을 적용하였을 때 의 크기가 미미 Fr1

하여 적절한 특성을 발휘하지 못하게 된다

의 경우와 같이 내철에 구배를 주게 되면 의 외력에 대하여 구배가 들어간(b) F1

부분 에 의한 반발력 함께 가 생성되어 상대적으로 에 대한 저항력이 커Fr3 Fr2 F1

짐으로써 성능을 향상 시킬 수 있게 된다

그림 구배각도의 적용에 따른 차이 단면[ 57] ( )

그림 구배각도의 적용에 따른 차이 입체[ 58] ( )

- 52 -

제 장 도포공정개선제 장 도포공정개선제 장 도포공정개선제 장 도포공정개선6666

고무부싱의 내구성 향상을 위하여 필수적으로 관리하여야 할 공정이 도포공정이

다 도포공정은 접착의 원리에서부터 접착의 구조 접착의 강도 피착재의 표면처리

법 및 접착제 사용법 등 접착에 관한 전반적인 기술을 공정에 효율적으로 적용하여

야 한다

고무와 금속과의 접착력이란 접착제와 피착제 사이의 계면 결합력을 의미하며 접

착강도는 시험방법 접착방법 시험시의 조건 시편의 기하학 등 여러 인자에 의해

영향을 받는다 접착파괴는 접착제의 가장 약한 곳에서 일어나며 접착강도는 여러

가지 측정법에 따라 고유강도 잔류강도 측정강도 등과 같이 다르게 표현된다 고

무부싱의 접착구조는 그림 과 같다[ 61]

그림 접착의 구조[ 61]

프라이머 는 피착제 표면과의 친화성이나 접착제와의 상용성이 뛰어나야(Primer)

하고 동시에 접착 저해물과의 상용성도 높아야 한다 또 프라이머 중의 유효성분

쪽이 피착제 표면에 흡착되어 있는 저해성분보다 피착제에 의하여 안정하게 흡착되

어 있는 것이 중요하다 따라서 프라이머는

- 53 -

충분한 교반 균일하고 엷은 도포 그리고 완전한 건조가 이루어져야 한다 이러한

도포공정은 피착제의 모앙에 따라 달라진다

열경화성 접착제의 대부분은 유기 중합물과 각종 충진제를 유기용제에 용해 분산

시킨 것으로 사용전이나 사용 중에도 교반기 등으로 균일하게 용해 분산시킨 접착

제를 사용하는 것이 중요하다 따라서 의 도포 공정은 그림 와 같이 교 DA-2 [ 62]

반기를 추가 설치하여 공정 개선을 실시하였다

그림 설치한 교반기[ 62]

또한 피착제의 균일한 도포를 위해 롤타입의 코팅기에 기존 페인트용 롤러에서

그림 에서와 같이 융을 말아 롤러 도포하는 형태로 개선을 실시하여 코팅의[ 415]

두께 정밀도를 향상시켰다

- 54 -

그림 변경된 롤러 모양[ 63]

접착 재료를 프라이머 에서 변경하여 사용함CHEMLOK 220 252 CHEMLOK 205

으로써 접착력을 향상시켰는데 는 금속 및 경길대료의 프라이머로CHEMLOK 205

사용되며 또한 같은 극성고무에 단독으로 접착이 가능하다 NBR

방식의 경우 의 특징을 살펴보면TWO Coat CHEMLOK 205

ㆍㆍㆍㆍ 접착제의 금속 표면에서의 접착강도를 향상시킬 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ 기계적 표면처리 후 활성화된 금속표면을 산화작용으로부터 보호하며 녹방

지 도료적 역할을 한다

ㆍㆍㆍㆍ 크로로프렌이나 에피크로로히드린고무와 같은 가류 중에 염소가스를 발생

시 켜 금속표면을 부식시키기 쉬운 고무배합에 대하여 유효하게 적용된다 프

라 이머는 충분한 교반 균일하고 엷은 도포 그리고 완전한 건조가 이루어져

야 접착성이 뛰어나게 된다

도포공정 개선 전후의 효과는 그림 그림 의 도포두께 비교[ 64]~[ 67] Cpk

를 통해서도 알 수 있다DATA

아래 그림 는 도포공정의 개선전[ 64] 관리도의 그래프를 나타낸

- 55 -

것으로 관리도는 평균치와 범위에 관한 계량형 관리도에서 가장 많이 사용되

는 관리도의 하나이다 관리도는 평균치의 변화를 관리하는 관리도와 산포의

변화를 관리하는 관리도로 구성된다 관리도의 중심선(Central Line) CL=로 나

타내며 관리 상한선 은(Upper Control Limit) UCL= 로 관리하한선인 (Lower

의 경우Control Limit) LCL=

로 구한다

관리도의 관리선의 경우 중심선 관리상한선 UCL= 관리하한선 LCL

의 경우 로 구한다

여기서 등의 계수는 샘플의 크기인 에 따라 결정 되며 일 경우=4

=0729 =0 이다=2282

그림 에서[ 64] 이며=273410 관리도의 로 나타났UCL=307994 LCL=238826

다

관리도의 은CL 이며 이다=4744 UCL=1082581

- 56 -

그림 도포공정 개선전[ 64] 관리도

한편 그림 는 도포공정 개선 전의 경우에 대하여 지정된 규격의 공정능력 [ 65]

지수를 나타낸 것으로서 단기공정능력지수( 와 장기공정능력지수) ( 를 나타낸)

다 단기공정능력지수는 공정능력 ( 과 규격의 폭) ( 과의 비율을 의미하며 일반적)

으로 로 표시한다 규격은 그림 에서처럼 양쪽규격이 모두 주어진 경우 공 [ 65]

정 능력 지수는 다음과 같이 계산할 수 있다

공정 능력

로 나타내고 만약 공정 평균이 규격의 중심으로부터 어느

한쪽으로 치우쳐 있게 되는 경우 치우침도( 와) 를 조합한 단기공정능력지수

( 로 나타낸다 즉)

- 57 -

장기공정능력지수( 의 계산은)

으로서 이다

따라서 그림 에 나타난 것처럼 개선전의 공정능력은[ 65] =17854 =08458

으로서 장기 공정에 대해 만족스럽지 못한 값을 나타내고 있다

그림 도포공정 개선전 공정능력 분석그래프[ 65]

- 58 -

그러나 공정개선후의 관리도인 그림 을 살펴보면[ 66] 이며=28196 관리

도의 이고UCL=300418 LCL=263502 관리도의 은CL 로=2532 UCL=51418

나타난다

그림 도포공정 개선후[ 66] 관리도

- 59 -

개선 후에는 그림 로부터 알 수 있듯이 단기공정능력은[ 67] 으로서=31966

인 장기 공정에 대해 안정적인 것을 확인할 수 있어 도포공정 개선에=23275

대한 효과가 있음을 알 수 있다

그림 정 개선 후 공정능력 분석그래프[ 67]

또한 도포공정의 두께관리를 강화하기 위하여 작업자 교육 및 샘플링 두께 측정

검사를 통해 지속적인 모니터링을 실시하고 공정별 온도관리 및 시간 관리를 통해

작업 환경 유지관리 강화로 변함없는 품질의 제품을 생산하도록 하였다 그림 [

은 롤 코팅 공정이다68] (Roll coating)

- 60 -

그림 롤 코팅 공정[ 68] (Roll coating)

- 61 -

제 장 최적수준 결정을 위한 파라미터 설계제 장 최적수준 결정을 위한 파라미터 설계제 장 최적수준 결정을 위한 파라미터 설계제 장 최적수준 결정을 위한 파라미터 설계7777

제 절 실험계획법에 의한 유의인자 결정제 절 실험계획법에 의한 유의인자 결정제 절 실험계획법에 의한 유의인자 결정제 절 실험계획법에 의한 유의인자 결정1111

재료설계 형상설계 및 공정설계에 대한 최적조건의 결정은 부품의 품질 특성에

대한 사양 을 만족시켜야 할 뿐 아니라 생산부품 간 품질의 산포를(Specification)

최대한 줄여야 한다 의 최적설계를 위해 다구찌 기법 을 적 DA-2 (Taguchi method)

용하였다

다구찌의 강건설계 는 인자 가 품질 특성의 평균에 대해(Robust design) (Factor)

가지는 효과뿐만 아니라 분산에 미치는 효과에 대해서도 초점을 맞추고 있다 분산

을 줄일 수 있는 통제 가능한 인자에 대한 조건을 설정하여 품질특성이 통제 불가

능한 인자의 변화에 대해서는 둔감하도록 할 수 있다 강건설계의 주목적은 품질특

성의 목표값을 유지하면서 분산을 줄이는 인자에 대해 설치값 을 발견하는 (Setting)

데 있다

다구찌 설계에 의한 실험계획법은 특히 확장된 역할로서 다음의 몇 가지를 들 수

있다

ㆍㆍㆍㆍ종래에는 제어 불가능한 환경조건이나 제어하기 어려운 생산조건 공정조건

등의 원인 이를 잡음인자로 통칭 들이 데이터에 주는 영향의 정도를 평가하기 어려( )

웠으나 객관적으로 그리고 계량적으로 이를 평가할 수 있는 방법을 제시하고 있

다 또한 품질 산포의 크기를 계량특성치 손실함수 비 등 로 변환하여 산포를 ( SN )

작게 하는 인자들의 조건을 찾아가는 강건설계를 사용한다

ㆍㆍㆍㆍ직교배열표를 광범위하게 사용하여 인자의 수가 많은 경우에도 크게 실험횟

수를 증가시키지 않고 실험하는 일부 실시법을 사용한다

ㆍㆍㆍㆍ생산라인 내 뿐만 아니라 신제품 개발을 위한 품질설계 파라미터(On-line)

설계 허용오차 설계 등의 라인 외 품질관리를 위하여 유용하게 사용할 (Off-line)

수 있다

ㆍㆍㆍㆍ다구찌 방법에서 추가적으로 다룰 수 있는 주요한 것들로는 직교배열

- 62 -

표의 확대사용 수준계의 표준 직교배열표 이외에 확대 응용 혼합 직교배열표(2 3

의 사용과 조합법의 사용 계량치 데이터의 파라미터 설계 허용차 설계 그리고)

계수치 데이터의 파라미터 설계 동적 특성의 파라미터 설계 등을 들 수 있다

파라미터 설계 는 제품설계와 공정설계에서 유용하게 사용되는(Parameter design)

다구찌 실험계획법의 핵심이다 파라미터는 제품성능의 특성치에 영향을 주는 제어

가능한 인자 를 의미하며 파라미터 설계는 이들 인자들의 최적(Controllable factor)

수준을 정하여 주는 것을 말한다 파라미터를 설계변수 라고도 부 (Design variable)

르며 파라미터 설계에서는 제품의 품질변동이 잡음에 둔감하면서 목표품질을 가질

수 있도록 설계변수들의 최적조건을 구하여 준다 최적조건을 찾을 때 설계변수와

잡음을 주는 인자들을 포함시켜 실험하는 직교배열표 등을 주로 사용한다 이때 목

표 품질을 만족시키는 범위 내에서 가능한 한 비용이 적게 드는 조건이나 부품 등

을 이용한다

만약 신뢰성에 영향을 주는 제어 가능한 인자 에 대한 파라미터설계 A B C D

를 한다고 하자 는 수준 는 수준의 혼합수준 에 대한 설계 A B 4 C D 2 (Mixed level)

분석을 하려고 한다면 각 요인 변동의 계산을 표 과 같은 [ 71] L16(215형 직교배)

열표 를 사용하면 된다(Orthogonal Design)

에 대한 파라미터 설계조건으로는 내구성이 가장 좋은 최적의 설계 및 공정DA-2

조건을 구하여야 하므로 반응변수가 큰 값일수록 좋은 망대특성(Larger-the-better

에 대한 조건을 구하고 부품의 정특성 및 동특성에 대한 분석은 적characteristics)

정한 상호관계를 고려하여 별도의 실험을 행한다

- 63 -

표 다구찌 설계의 예[ 71]

- 64 -

제 절 시험데이터의 해석제 절 시험데이터의 해석제 절 시험데이터의 해석제 절 시험데이터의 해석2222

실험조건실험조건실험조건실험조건1111

제품의 신뢰성향상을 위해 지금까지 재료배합의 개선 형상개선 및 공정개선에

대한 각각의 과정을 설명하였으며 본 장에서는 관련된 여러 인자들을 동시에 고려

하여 최상의 품질특성을 나타낼 수 있는 최적인자수준의 결정에 대하여 설명하려고

한다 이는 인자들 간의 상호 작용이 상승 또는 보완작용을 할 수도 있고 반대로

서로 상극임을 나타낼 수 도 있기 때문이다

일반적으로 고무부싱의 개발에 적용되는 인자 는 다음과 같다(Factor)

ㆍㆍㆍㆍ경도 는 수요기업에서 제시하는 사양 에 따라 적정수(Hardness) (Specification)

준의 경도 도 도 도 도 를 적용하였으며 경험적으로 경도의 산포는(43 45 48 50 ) plusmn

정도이다2

ㆍㆍㆍㆍ각 부분의 모양이나 각도에 따라 고무 량에 영향을 미치게 되는 형상설계에

관해서는 내부 파이프 구배각도를(Inner pipe) 15deg~25deg로 하고 외부파이프 (Outer

의 접착부분을 로 하였으며 외경의 크기는pipe) 13mm~15mm

27mm~ 로 유지하였다278mm

ㆍㆍㆍㆍ공정설계는 가류시간을 로 하였다 가류 온도는240sec~600sec 150deg~180

로 하고 주변 온도에 영향을 받으므로 금형 표면온도는 항상 확인하였다 접착제

도포가 내구성에 영향을 주므로 접착제 두께는 으로 하고 접15micron~40micron

착제 배합조건은 로 하였다120cc~128cc

다구찌 설계에 의한 최적수준을 결정하기 위해 다른 인자는 고정시키고 경도 가

류시간 스웨징 인자에 대하여 표 와 같이 실험수준을 정하였다 [ 72]

- 65 -

표 실험인자 별 수준[ 72]

분석결과의 해석분석결과의 해석분석결과의 해석분석결과의 해석2222

실험결과의 해석은 다음과 같다

을 통해 표 의 실험조건을 입력하여 다구찌 설계를 생성한 결과MMITAB [ 72]

표 과 같은 실험조합을 얻었다 표 는 실험조합 별 시험결과 값이다[ 73] [ 74]

에서의 내구성에 대한 다구찌 설계해석의 결과는 표 의 신호 대Nominal load [ 75]

잡음비 비 평균 표준편차에 대한 반응표에 잘 나타나(SN Signal to noise ratio)

있다 그림 그림 은 비 평균 표준편차에 대한 반응 값을 도식한 [ 71]~[ 73] SN

것이다

표 의 신호 대 잡음비의 반응표를 보면 경도는 스웨징이나 가류시간에 비해[ 75]

반응변수 내구성 에 큰 영향을 미치고 있음을 보여준다 평균에 대한 반응표에서도( )

경도는 다른 인자들에 비해 반응변수의 평균에 크게 영향을 미치고 있음을 알 수

있다 표준편차 역시 경도의 수준 변화에 따라 차이가 가장 많음을 보여주고 있다

- 66 -

표 에 의한 다구찌 설계생성[ 73] MINITAB

- 67 -

표 실험조합 별 시험결과 데이터[ 74]

- 68 -

표 비 평균 표준편차에 대한 반응표[ 75] SN

신호 대 잡음 비에 대한 반응 표신호 대 잡음 비에 대한 반응 표신호 대 잡음 비에 대한 반응 표신호 대 잡음 비에 대한 반응 표

망대특성망대특성망대특성망대특성

평균에 대한 반응 표평균에 대한 반응 표평균에 대한 반응 표평균에 대한 반응 표

표준 편차에 대한 반응 표표준 편차에 대한 반응 표표준 편차에 대한 반응 표표준 편차에 대한 반응 표

- 69 -

그림 신호 대 잡음 비의 주효과도[ 71]

그림 인자수준별 평균의 주효과도[ 72]

그림 인자수준별 표준편차의 주효과도[ 73]

- 70 -

표 와 그림 에서 에서의 내구성 예측값을 가장 크게 하[ 75] [ 72] Nominal Load

는 것은 요인 수준의 조합이 일 때이다 품질 향상을 위해서는 정특성 동(4 2 2)

특성 값도 동시에 고려하여야 하므로 조합 조합 조합(4 2 2) (4 3 2) (4 1 2)

에 대한 예측 값을 함께 구하였다

표 은 에서의 내구성 예측값을 표 은 에[ 76] Nominal Load [ 77] Maximum Load

서의 내구성 예측값 표 은 정특성 예측값 표 는 에서의 동특성 예 [ 78] [ 79] 15Hz

측값 그리고 표 은 에서의 동특성 예측값을 보여주고 있다 [ 710] 150Hz Nominal

에서의 내구성 예측값은 조합 조합 조합에서 각Load (4 2 2) (4 3 2) (4 1 2)

각 목표값인 을 상회한 과170000 Cycle 178023 Cycle 174272 Cycle 175830

로서 조합일 때 더 높게 나타났다Cycle (4 2 2)

동배율은 예측 평균값을 기준으로 할 때 동배율은 조합에서는 에 (4 2 2) 15Hz

서 에서 이고 조합에서의110(1187691079) 150Hz 113(1215561079) (432)

동배율은 에서 에서15Hz 106(112856 106938) 150Hz 108(115769106938)

이며 조합에서의 동배율은 에서 에서 (412) 15Hz 108(118194 1094) 150Hz

이었다109(1195691094)

모델의 경우 수요기업에서 동배율 값이 적은 값을 요구하기 때문에DA-2 (kdks)

동배율을 고려하면 의 조합이 더 좋은 품질을 나타낸다고 할 수 있다(4 1 2)

- 71 -

표 에서의 내구성 예측값[ 76] Nominal Load

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 2 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 3 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 1 2

예측 값

신호 대

- 72 -

표 에서의 내구성 예측값[ 77] Maximum Load

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 2 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 3 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 1 2

신호 대

- 73 -

표 정특성 예측값[ 78]

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 2 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 3 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 1 2

신호 대

- 74 -

표 동특성 예측값[ 79] (15Hz)

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 2 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 3 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 1 2

신호 대

- 75 -

표 동특성 예측값[ 710] (150Hz)

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 2 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 3 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 1 2

신호 대

- 76 -

제 장 부품의 신뢰성성장관리제 장 부품의 신뢰성성장관리제 장 부품의 신뢰성성장관리제 장 부품의 신뢰성성장관리8888

제 절 신뢰성성장관리제 절 신뢰성성장관리제 절 신뢰성성장관리제 절 신뢰성성장관리1111

복잡하고 기술적인 제품의 개발 프로그램을 운영하는 데 있어서는 고객이 요구

하는 신뢰성 수준을 만족시키기 위하여 상당한 규모의 시간 예산 기술인력 등의

자원을 필요로 한다 고객들의 신뢰성 요구수준은 매우 높으므로 이러한 목표를 달

성하기 위하여 시험 개선 시험 개선의 개발과정을 반드시 거친다 이 과정에서 시- - -

스템 서브시스템 또는 모듈을 고장 날 때까지 시험하고 고장모드를 결정해서 이를

제거하기 위한 시도를 하거나 적어도 고장발생을 줄일 수 있는 시도를 하여 설계나

엔지니어링 개선을 이룬다 만약 이러한 과정이 계속되고 설계나 엔지니어링 변경

이 충분히 이루지면 시스템의 신뢰성은 증가한다 개발프로그램이 운영되는 동안

신뢰성 수준의 변화를 추적할 수 있다면 개발책임자로서는 여러 가지 이점이 있다

즉 목표하는 신뢰성 수준을 달성하기 위하여 충분한 비율로 성장하고 있는지의 여

부를 가능한 빠른 시간 내에 판단할 수 있고 그에 따라 필요한 자원을 적절히 배

분할 수 있다 따라서 개발책임자는 시험데이터로부터 현재 시스템의 신뢰성 수준

성장률의 평가 앞으로 기대되는 달성 가능한 수준을 결정하기를 원한다

신뢰성 성장관리 기술은 제품을 개발하는 데(Reliability growth management)

소요되는 많은 시간과 비용 및 엔지니어링 노력을 절감하면서 개념선택 제품과 공

정의 신뢰성 그리고 비용효율을 달성할 수 있도록 유용한 정보를 제공해 준다 군

사장비 자동차 및 전자 중장비개발 등에 적용된 최근의 신뢰성 성장시험 관리기술

은 각 분야의 경쟁적인 사업 환경 아래에서 제품개발을 효율적으로 조직하여 신뢰

성평가를 시작하고 신뢰성 성장과정을 추적할 수 있도록 해준다 신뢰성성장관리기

술은 제품 및 공정설계 관련사항 및 검증시험 항목들에 대하여 사용 환경에 따른

신뢰성 성장 진행과정을 확인하고 그 결과로부터 성장시험곡선을 개발할 수 있게

한다 또한 설계단계 사이의 여러 가지 관련성을 확인하여 관찰하고 그 정보를 다

른 제품보증분석들과 연결하여 고객 요구사항에 대한 제품의

- 77 -

적합도를 적절히 평가하는 데 도움을 준다

신뢰성성장모델은 가 개발한Crow(1975) AMSAA(Army Materiel Systems

모델이 많이 활용되었으나 이는 시스템 또는 서브시스템에서의Analysis Activity)

성장관리에 유용하고 부품수준에서는 모델을 활용하는 것이 더욱 실용적이 Weibull

다 모델은 목표 Weibull B10 수명에 대하여 초기 시작품 으로부터(Early Prototype)

후기 시작품 까지의 신뢰성 개선을 관리하는데 실용적으로 활용할(Later Prototype)

수 있다

신뢰성 성장시험 프로세스신뢰성 성장시험 프로세스신뢰성 성장시험 프로세스신뢰성 성장시험 프로세스1111

신뢰성 성장은 개발시스템에 대하여 여러 시험단계가 시리즈로 이루어지는 동안

고장모드를 발견하고 이를 개선하는 과정을 거쳐 이TAAF(Test Analyze And Fix)

루어진다 또한 기능시험 환경시험 안전시험의 결과는 신뢰성 향상을 위한 FMEA

등과 연계하여 사용된다 분석결과는 설계변경에 반영되고 최종목표가 달성될 때까

지 개선과 시험이 연속적으로 이루어진다 그림 은 일반적인 신뢰성 성장시험 [ 81]

프로세스를 보여준다 프로그램의 시작시점에 신뢰성 성장에 대한 계획을 수립하여

고객의 기대사항을 만족시킬 수 있는 성능수준에 대한 구체적인 측정치를 제시하

고 이 목적을 달성시킬 수 있는 시험조건을 정한다 시험조건은 특정한 부품이나

시스템에 대하여 고객의 사용방법과 환경에 대한 지식을 기초로 하여야 한다

개발프로젝트가 진행되는 동안 신뢰성 성장시험 프로그램이 개발되고 실행되는

과정에서 설계 및 공정의 관심사항을 확인하기 위해 QFD(Quality function

와 같은 제품보증을 위한 분석방법들이 선행되어 실시되는데 신뢰성deployment)

성장관리와 연계하여 이를 통틀어 통합 신뢰성 성장관리(Integrated reliability

라고 한다 신뢰성 성장관리를 포함한 제품설계평가의 모든growth management)

과정은 제품 공정의 신뢰성 향상에 있어 중요한 역할을 하는 제품보증기능의 한부

분이다

- 78 -

통합 신뢰성 성장시험관리 프로세스는 설계뿐 아니라 공정신뢰성(MIL-HDBK-781)

과 관련된 문제에 대응할 수 있도록 신뢰성 성장시험의 이점을 전적으로 활용할 수

있는 수단을 제공한다

신뢰성 성장관리과정을 개발함으로써 신뢰성 수준은 계속적으로 추적될 수 있고

조치를 취하고 다른 분석결과들과 비교되어 초기 신뢰성 예측을 수립하고 제품설

계에 포함된 확신을 증가시킨 후 검증시험에 들어갈 수 있도록 한다 이러한 신뢰

성 성장관리 프로세스는 제품개발 사이클에 있어서 초기 단계 동안에 신뢰성을 확

립하는 데 도움을 줄 수 있는 장치이다

그림 신뢰성성장시험 프로세스[ 81]

제품개발과정에 적용되는 신뢰성 성장시험관리 프로세스는 다음과 같다

신뢰성 성장시험조건을 결정하고 시험 사이클을 개발한다 ①

신뢰성 성장시험곡선의 사용을 통하여 시험과정을 실행하고 추적한다②

시험결과를 평가하고 다른 선행된 분석연구결과들과 비교한다③

확인된 결함을 제거하기 위해 설계변경을 실시한다④

- 79 -

설계검증시험을 준비한다⑤

신뢰성 성장시험의 주된 목적은 설계상의 약점을 확인하고 제거함으로써 설계의

신뢰성을 증가시키는 것이다 정확하게 신뢰성 수준이 변화되는 진행상황을 추적하

기 위해서는 요구사항에 대한 불합치성 을 확인하고 불합치성이(Nonconformance)

일어난 시간을 모두 추적하여야 한다 시험을 시작하기 전에 적절한 시정조치를 용

이하게 하기 위해 사전계획이 수립되어야 하며 고장분포를 결정하기 전에 각각의

고장부품에 대한 고장원인을 분리할 수 있어야 한다

부품의 개발과정에서 몇 개의 표본에 대한 고장시간 데이터가 있을 때 Weibull

분포를 활용한 신뢰성 성장분석에 대하여 설명하면 다음과 같다

가 분석의 개요가 분석의 개요가 분석의 개요가 분석의 개요

밀도함수는 그림 와 같이 특성 수명과 기울기로 고장시간Weibull [ 82] (Cycle

을 설명한다 작은 표본에 대한 고장시간 데이터가 주어졌을 때 분석Km) Weibull

을 사용하여 세 가지의 정보를 얻을 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ특정 시간이 주어졌을 때 등 부품의 신뢰도는 그 시간까지 살아 있(Cycle Km )

을 백분율이다

ㆍㆍㆍㆍ 또는 다른( 수명을 추정할 수 있다) 수명은 부품들 중 가 고장10

날 것이라고 기대되는 시간이다 즉 이 시간에서의 신뢰도는 이다 90

ㆍㆍㆍㆍ 기울기의 값은 고장률 패턴에 대한 정보를 제공해준다 기울기가Weibull 10

이라면 고장률이 일정하다는 것을 의미한다 이 경우 고장은 일반적으로 우연히

일어나며 고장률은 설계의 강건 정도에 따라 달라진다 기울기가 보다 작다면 1

고장률은 감소하고 있음을 의미한다

- 80 -

즉 높은 초기 고장률 을 말한다 기울기가 보다 크면 고장률은 증 (Infant mortality) 1

가하고 이는 마모 되고 있음을 의미한다(Wear-out)

그림 에 의한 부품의 신뢰성성장분석[ 82] Weibull 수명 비교

가장 많이 활용되는 측도는 수명이며 이것은 요구되는 목표 신뢰도가 임 90

을 의미한다 첫 번째 프로토타입이 고장 난다면 신뢰성 목표 달성을 위해 설계 변

경을 행하고 다음 프로토타입을 시험한다 이 과정은 목표 수명이 달성될 때까

지 반복한다

나 의이점나 의이점나 의이점나 의이점WeibullWeibullWeibullWeibull

부품의 개발과정에서 작은 표본에 대한 고장시간 자료가 주어졌을 때 Weibull

분석을 활용하여 신뢰성성장관리를 행하면 다음의 정보를 얻을 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ신뢰성 개선은 목표 수명이 달성될 때까지 하나의 프로토타입에

- 81 -

서 다음 프로토타입까지 추적할 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ신뢰성 개선은 시험한 프로토타입에 대해 타점으로 표현되고 빠르Weibull

게 방향을 파악하여 신뢰성 진전과정에 대한 양적 측면의 관리능력 향상을 그

래프로 확인할 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ컴포넌트를 고장 날 때까지 시험하는 것은 고장모드에 대한 아주 귀중한 정

보를 제공하고 따라서 시정조치 활동이 필요하다

ㆍㆍㆍㆍ많은 표본이 더 좋은 신뢰도를 얻을 수 있지만 분석은 많은 표본을Weibull

필요로 하지 않는다

ㆍㆍㆍㆍ고객의 운영 사용 사이클과 시험 모수의 관계가 알려져 있다면 더 빠르고( )

더 적은 비용으로 가속시험을 할 수도 있다

다 기본가정및제한다 기본가정및제한다 기본가정및제한다 기본가정및제한

ㆍㆍㆍㆍ각 분석에서 오직 하나의 고장모드만 포함되어야 한다 두 개나 그 이상의

고장 모드가 검출된다면 각각에 대해 분리하여 분석해야 한다

ㆍㆍㆍㆍ신뢰도는 시험 제한 한계 로 인해 년 마일까지 확장하여 외삽하면 안( ) 10 150K

된다 왜냐하면 시험 제한 한계 로 인해 다른 고장모드가 발생할 것인지 알 수 ( )

없기 때문이다

ㆍㆍㆍㆍ하나의 프로토타입에서 다음 프로토타입까지 기울기가 변하는 데는 특별히

주의를 하여야 한다 왜냐하면 초기 후기 수명에서 더 높은 신뢰도와 후기 초 ( ) (

기 수명에서 더 낮은 신뢰도의 할 수 도 있기 때문이다) trade-off

라 적용시기라 적용시기라 적용시기라 적용시기

ㆍㆍㆍㆍ수명의 비교는 엔지니어링 사양 이 특정한(Specification) 을 요구할 경

우 사용된다

ㆍㆍㆍㆍ이러한 접근방법은 고장시간 등 에 대하여 동일한 부품의(Cycle Km )

- 82 -

다른 시점에서의 프로토타입을 비교할 때 사용한다

ㆍㆍㆍㆍ신뢰성 목표가 달성될 때까지 계속한다

마 입력자료마 입력자료마 입력자료마 입력자료

ㆍㆍㆍㆍ프로토타입 의 몇 개 표본의 고장시간 등1 (Cycle Km )

ㆍㆍㆍㆍ프로토타입 의 몇 개 표본의 고장시간 등2 (Cycle Km )

⦙

ㆍㆍㆍㆍ마지막 프로토타입의 몇 개 표본의 고장시간 등(Cycle Km )

분석프로세스는 그림 과 같다[ 83]

프로세스프로세스프로세스프로세스 일반적 단계일반적 단계일반적 단계일반적 단계

Ⅰ 요구

또는 수명 결정

프로그램 신뢰성 목표 사용

고객의 운영 사용 프로파일 사용( )

시험 프로그램 적정시간 사용

Ⅱ 시험 프로그램 자료정보

확인과 데이터 수집초기 부품의 프로토타입

후기 부품의 프로토타입

Ⅲ 다른 프로토타입에 대한

누적고장 시간 또는 vs

거리 계산 및 타점

분석이 가능한 사용Weibull SW

가능한 가속수명시험 사용

Ⅳ 프로젝트 검토 시

현재 신뢰성 수준신뢰성 목표 적합성 결정

초기 경고 관련 정보 제공

개선을 위한 계획 정보 제공

그림 프로세스별 단계[ 83]

- 83 -

제 절 신뢰성성장 데이터분석제 절 신뢰성성장 데이터분석제 절 신뢰성성장 데이터분석제 절 신뢰성성장 데이터분석2222

초기 프로토타입 으로 부터 개의 표본을 정상하중 으(Prototype1) 6 (Nominal load)

로 고장 날 때까지 시험하고 고장모드를 기록하였다 여러 개선작업을 거친 후 후

기 프로토타입 으로부터 개의 표본을 고장 날 때까지 시험하고 고장모(Prototype2) 6

드를 기록하였다 시험 데이터는 표 에 주어져 있다 [ 81]

에 고장데이터를 입력하고 각 프로토타입 단계별로 용지에 결과MINITAB Weibull

를 타점한 결과 그림 와 같은 성장곡선이 생성되었다 [ 84] Weibull

정상하중 에서 의 평균수명 추정치는 이(Nominal load) Prototype1 127366Cycle

고 의 평균수명 추정치는 로서 의 개선을 이루었 Prototype2 176882 Cycle 389

음을 알 수 있었다 수명은 은 이었으나Prototype1 112668 Cycle Prototype2

의 수명은 로서 상당한 개선이 이루어졌음을 볼 수 있다168620 Cycle 수

명에 대한 신뢰하한은 로 추정되었다 따라서 정상부하에 의한95 162926 Cycle

시험데이터분석 결과 개선활동 재료배합개선 형상설계개선 공정개선 에 의하여 ( )

내구성 목표가 달성되었음을 알 수 있다

그림 는 에서의 신뢰구간을 보여주고 있다[ 85] Nominal load 90

최대하중 에서는 표 의 데이터 입력결과 그림 의 그래프를(Max load) [ 82] [ 86]

생성하였다 그래프로 부터 추정된 의 Prototype1 수명은 이고16362Cycle

의Prototype2 수명은 이다21850 Cycle 수명에 대한 신뢰하한추정치95

는 으로부터 로 계산된다MINITAB 20983 Cycle

의 수명과 의 수명이 다른 것은 개선 활동의 결과이Prototype1 Prototype2

- 84 -

며 에서 개선목표가 달성되었음을 알 수 있다 Prototype2

표 하중 고장시간[ 81] Nominal (Cycle)

Weibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth Curve

(Nominal Load)(Nominal Load)(Nominal Load)(Nominal Load)

그림 성장곡선[ 84] Weibull (Nominal load data)

- 85 -

Weibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth Curve

(Nominal Load-90 Cl)(Nominal Load-90 Cl)(Nominal Load-90 Cl)(Nominal Load-90 Cl)

그림 신뢰구간[ 85] Nominal Load90

- 86 -

표 하중 고장시간[ 82] Max (Cycle)

Weibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth Curve

(MaxLoad)(MaxLoad)(MaxLoad)(MaxLoad)

그림 성장곡선[ 86] Weibull (Max load data)

- 87 -

제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론9999

본 연구는 자동차현가장치인 고무부싱 의 신뢰성향상을 위한 기(Rubber bushing)

술개발과제이다 에나 인더스트리는 수출전문기업으로서 주요 경쟁사에 비해 고성

능 고내구성의 제품을 짧은 기간 내에 개발할 수 있는 능력을 갖추어야 해외 시장

에서 경쟁력을 가질 수 있다

본 연구개발에서는 수요기업에서 요구하는 GMUTS(General Motors Uniform

의 사양에 따른 시험을 실행하여 내구성을 목표 사이클 이상으Test Specification)

로 개선하고 정특성과 동특성 비틀림 토크를 개선항목으로 선정하여 제품의 품질

및 신뢰성 향상을 진행하였다

수요기업의 요구 수준에 의하면 내구성은 와 Tension Compress Alternating

가 동시에 일 때 일 때Torsion Stress Maximum Load 20000 Cycle Normal Load

을 요구한다 본 프로젝트의 경우 해외의 부품메이커들에 대한 경쟁150000 Cycle

력 우위를 확보하기 위하여 기본 요구 수준을 넘어 향상된 제품신뢰성을5~10

확보를 목표로 하였다 내구성 정특성 및 동특성에 대한 시험은 직접 행하였고 비

틀림토크에 대한 부분은 추가적인 시험장치가 필요하여 수요기업의 실험실에 샘플

을 제출하여 요구수준을 검증받았다

본 연구개발의 성과를 요약하면 다음과 같다

우선 기술적 효과로는

설계기술의 확보(1)

재료배합설계 형상설계 공정설계에 대한 기술을 확보하여 내구성을 비롯한 품

질특성을 향상시킬 수 있었다 종래에는 설계 개발 생산프로세스에서 경험적 방법

에 의존하여 시행착오가 많았으나 본 연구를 통하여 과학적이고 체계적인 방법으

로 접근할 수 있는 기술이 확보되었다

설계 요소의 기술적 배치를 위한 실험계획법의 활용기술 확보(2)

- 88 -

종전에는 고무 배합설계 형상설계 공정설계에 대하여 설계요인 별 수 (Facter)

준 을 무작위로 추출하여 실험하였으나 본 실험계획의 과정을 따르면 요인들(Level)

이 계획적으로 반영되어 품질특성에 각각 어느 정도의 영향을 미치는지 분석이 가

능하게 된다 또한 다구찌에 의한 강건 설계의 생성으로 산포를 줄일 수 있다

잠재적 고장원인 분석방법 기술 확보(3)

제품기능에 대한 잠재적 고장모드의 예측과 시험항목을 판단하고 최종적으로는 설

계검증 과 공정검증 의 세부항목과 효과적(Design verification) (Process verification)

으로 연계가 가능하다

신뢰성 데이터분석기술 확보(4)

부품의 개발과정에서 몇 개의 표본에 대한 고장시간 데이터가 있을 때 Weibull

분포를 활용한 신뢰성 성장분석이 가능하게 되었다 개발프로그램이 운영되는 동안

신뢰성 수준의 변화를 추적할 수 있어 목표하는 신뢰성 수준을 달성하기 위하여 충

분한 비율로 성장하고 있는지의 여부를 가능한 빠른 시간 내에 판단할 수 있고 그

에 따라 필요한 자원을 적절히 배분할 수 있다 따라서 개발책임자는 시험데이터로

부터 현재 시스템의 신뢰성 수준 성장률의 평가 앞으로 기대되는 달성 가능한 수

준에 대한 결정이 가능하다

경제적 측면의 효과로는

제품에 대한 내구성 및 동특성 정특성에 대하여 요구사양 이상으로 특성관리(1)

를 행할 수 있어 해외 부품메이커들에 대한 경쟁력 우위로 수출력을 향상할 수 있

게 되었다

개발기간을 단축할 수 있게 되어 개발비의 절감을 가져올 수 있게 되었다(2)

재료배합 형상설계 및 공정설계에 대한 기술개발의 표준 정립으로 개발 기간의 단

축이 가능하게 되었다

본 과제 결과를 활용하여 다른 방진제품에 대한 신뢰성 관리로 수출(3)

- 89 -

시장을 개척하여 신규거래처를 확보할 예정이다 신뢰성 데이터의 관리가 이루어져

제품수명에 대한 설득력 있는 자료의 제시가 가능하게 되었다

향후 연구계획으로는

고무부싱부품의 특성상 내구성만의 개선이 최선이 아니고 정특성과 동특성을 일

정수준으로 동시에 고려하여야 한다 따라서 이 부분에 대한 동시적인 실험설계가

시스템화 되도록 추가적인 연구가 요구된다

- 90 -

참고문헌참고문헌참고문헌참고문헌[ ][ ][ ][ ]

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[8] McLean R A and Anderson V I Extreme Vertices Design of Mixture

Experiments Technometrics Vol8 No3 1966

- 96 -

주 의

이 보고서는 산업자원부에서 시행한 부품소재종합기술지원사업의 최1

종보고서이다

이 신뢰성기반기술확산사업 내용을 대외적으로 발표할 때에는 반드시2

산업자원부에서 시행한 부품소재신뢰성기반기술 사업의 지원결과임을

밝혀야 한다

- 97 -

이 보고서는 산업자원부에서 시행한

부품소재 신뢰성기반기술확산사업의 최종보고서이다

- 18 -

- 19 -

공정공정공정공정2 FMEA2 FMEA2 FMEA2 FMEA

공정 은 제품생산 공정에서 발생할 수 있는 잠재적인 문제점 또는 위험성FMEA

을 발굴하여 효과적으로 대응하기 위한 분석 기법으로 제품의 중대사고 발생 예방

으로 고객의 불만을 방지할 수 있으며 결함의 영향을 제거 또는 감소를 위한 부분

별 대책 수립의 근거가 되며 생산 문제점 검증을 통한 효율을 제고할 수 있다 공

정상의 잠재고장 모드와 그 영향을 검토 할 수 있으며 엔지니어들이 불량발생을 낮

추거나 불량 탐지 능력을 증대시킬 수 있는 관리 수단 또는 방법에 초점을 맞출 수

있도록 공정결함을 규명할 수 있다 공정에 대한 잠재고장 모드의 리스트 중요 관

리 특성 리스트 고장 모드의 원인 제거나 발생률 감소를 위한 공정 활동 리스트

들 결과물을 얻을 수 있다

표 에 보여준 의 공정 에서는 특히 아래 관련 항목들이 내구성 향[ 33] DA-2 FMEA

상과 품질개선을 위하여 중점적으로 검토되었다

접착제 도포 공정 의 점도관리체계에 의한 접착제 도포두께 관1) Zahn Cup No2

리상태 불량 건조상태에서 발생할 수 있는 접착제의 이상적 화학반응 및 건조상태

등

가류공정 고무와 내철 외철류의 이상적인 화학반응으로 인한 불량 접착상태2)

사출 성형후 고무의 갈라짐 흠집 등에 의한 외관 불량상태

시험 검사 공정 내구사양의 불만족상태 동특성 정특성 값의 사양 불만족상태3)

고무와 내 외철의 고무접착강도 불만족상태 등을 고려함

- 20 -

표 공정[ 33] FMEA

- 21 -

- 22 -

- 23 -

- 24 -

제 장 재료배합개선제 장 재료배합개선제 장 재료배합개선제 장 재료배합개선4444

제 절 배합의 기본 조건제 절 배합의 기본 조건제 절 배합의 기본 조건제 절 배합의 기본 조건1111

방진 고무부품을 만들려면 다음의 가지 공정을 거친다3

배합공정 사용목적에 따라 원료고무를 선택하고 배합약품의 종류와 양을 결middot

정하는 공정

가공공정 정해진 배합에 따라서 고무와 배합약품을 섞고 혼련 일정한 두께middot ( )

의 고무 시트를 제조하고 만들고자 하는 모양으로 절단하는 공정

가황공정 만들고자하는 모양으로 절단한 미가황 고무에 고무 탄성을 갖게middot

하고 물성을 개선하는 공정

이들 중 배합은 가공공정 가황공정 및 만들어진 제품 성능에 절대적인 영항을 미

치므로 배합설계자는 배합설계 를 할 때 다음의 가지 점(Compounding design) 3

에 균형을 잘 조화 시켜야 한다(3P)

최종 제품의 요구물성을 충족시킬 것middot (Property)

가공이 쉬울 것middot (Processing)

부피 당 배합단가가 적정할 것middot (Price)

또한 이와 같은 조건을 충족시키는 배합설계를 하기 위해서 배합설계자는 배합

의 목적 배합에 사용되는 원료고무와 각종 배합제의 성질 배합의 기초 배합단가

제품이 만들어 질 때까지의 작업 및 설비 등을 주지해야 한다

배합에는 원재료의 시험이나 평가를 목적으로 하는 배합과 공장에서 제품을 만들

기 위한 배합으로 나룰 수 있다

원재료의 시험이나 평가를 목적으로 하는 배합은 원재료의 대체나 품질

- 25 -

확인을 위한 기초 배합과 새로운 원재료가 개발됐을 때 이곳에 대한 실제적인 용도

개발을 위한 시험 또는 연구배합이 있다 개발을 위한 시험 또는 연구배합에서는

기초적인 성상을 구하는 배합으로부터 실용화에 대비한 응용배합에 이르기 까지를

검토의 대상으로 하기도 한다

제품을 생산하기 위한 목적으로서의 배합이란 종래에 없었던 새로운 요구가 있

었을 때 종래 사용하던 원재료를 써서 그 목적에 알맞은 배합을 결정하여 공장에

서의 실제 생산에 투입하는 경우를 뜻한다

고무 부싱과 엔진마운트와 같은 방진을 목적으로 하는 고무제품의 재료를 보면

등의 계의 고무가 적합하다는 게 일반적인 고무업체의 정설이NR SBR BR Diene

다 하지만 목적에 맞게 고무의 원재료를 선택하여야 한다 결국 방진이라는 기능의

고무 특성을 만족하기 위해서는 가교라는 차원 구조의 밀도를 요구하고 있다는 것3

을 알 수 있다

일반적인 방진고무의 요구특성으로는 다음과 같은 조건을 만족하여야 한다

첫째 파단 특성을 만족하여야 한다 즉 분자들과의 높은 응집력과 와의 높 Filler

은 친화성으로 응력을 분산시키는 구조로 이루어져야하는 조건을 만족하여야 하며

둘째 특성을 만족하여야 한다 에 대한 조건을 만족시키기 위해서 Creep Creep

는 고무의 분자 회전성이 높고 응집에너지가 낮을수록 좋다

셋째 내열성 및 내열 산화성에 대한 조건을 만족하여야 한다 이것은 일반적으로

기계적인 모든 성질은 온도의 의존성이 낮을수록 바람직하다고 할 수 있다 이에

방진목적의 고무도 이 같은 성질을 만족하여야 한다

- 26 -

넷째 일반적인 방진 제품은 고무만의 단독 현상으로는 그 형태를 유지하기 힘들

며 금속과의 결합을 통하여 그 방진특성을 만족하여야 한다 이에 방진고무의 기본

적인 성질은 금속과 접착성이 좋아야 한다는 조건을 만족하여야 한다

다섯째는 감쇄계수에 대한 부분으로 감쇄계수가 크고 온도의존성이나 주파수 의

존성이 좋아야 한다 일반적으로 은 감쇄가 적고 소변형에서 대변형에 이르기까 NR

지 선형의 복원을 하며 주파수에 의존하지 않은 특성을 가지고 있으므로 방진고무

로 적합하다고 할 수 있다

여섯째 탄성율에 관한 내용으로 일반적으로 방진 고무의 탄성율은 온도 및 진폭

의존성이 낮은 쪽이 좋게 된다

마지막으로는 정적강성과 동적 강성의 비로 표현되는 동배율에 유의해야 한다

일반적으로 방진고무의 감쇄 특성을 고려하면 동배율이 높은 것이 유리하지만 동적

특성의 온도의존성 변형율 동적 변형율에 의한 발열 및 내피로특성을 보면 저동배

율 쪽이 유리하다

제 절 재료배합 개선방안제 절 재료배합 개선방안제 절 재료배합 개선방안제 절 재료배합 개선방안2222

원재료 및 배합제의 개선원재료 및 배합제의 개선원재료 및 배합제의 개선원재료 및 배합제의 개선1111

고무부싱 제품의 경우 그 기능상의 요구로 인하여 주로 계열의 천연고무를NR

원재료로 사용한다 본 연구에서도 계열의 천연고무를 원재료로 하고 요구 특성 NR

의 개선을 위해 배합제의 선정을 대해 연구하였다 일반적으로 천연고무 및 합성고

무에 적용되어지는 배합제는 가황속도 조절 가공의 원활화 품질특성 개선 그리고

특수 성능 등의 목적으로 사용되어

- 27 -

진다 배합제의 종류로는 가공조제 연화제 유기가황제 가황촉진제 노화방지제

등으로 나눌 수 있다

요구 경도의 결정은 함량을 조절하여 설계하였으며 품질특성을 향상 시Carbon

킬 수 있는 재료를 연구한 결과 미세 으Caron Carbon Black(MAF FEF GRADE)

로 물성을 향상 시킬 수 있도록 하였다 특성에 큰 영항을 주는 배합제의 경우 그

용도에 따라 많은 종류를 인자로 적용할 수 있지만 많은 인자로 인하여 발생하는

비용적 시간적 손실을 최소화하기 위해 본 연구에서는 원재료와 함량을 Carbon

고정한 후 촉진제 종류와 가황제의 양을 조절하는 방식으로 배합제에 대한 최적의2

조합을 선택하는 방법으로 접근하였다

내구성 향상을 위한 방안내구성 향상을 위한 방안내구성 향상을 위한 방안내구성 향상을 위한 방안2222

내구성을 향상시키기 위한 일반적인 방법은 경도를 향상시키는 것인데 경도를

높이는 방법만으로는 다른 특성 즉 정 동특성을 동시에 만족시킬 수 없는 어려움이-

있다 이에 본 연구에서는 방진용 제품이 요구하는 정 동특성과 내구성을 Bushing -

동시에 향상 시킬 수 있는 방안을 모색하기 위하여 촉진제와 가황제를 이용하여 최

적을 배합설계를 이루고자 하였다

내구성을 향상시키기 위한 방법으로 보통 량의 조절을 통한 경도 조절법Carbon

을 이용하게 되는데 본 연구에서 적용한 은 미세 Carbon Carbon Black(MAF FEF

으로 인장강도 및 경도 인장응력을 증대하는 효과를 얻고자 하였다 이러GRADE)

한 미세 의 적용과 동시에 보강제의 분산 및 흐름성 개선을 위하여Carbon Black

가공조제를 개선하여 적용하였다

가교시스템의 향상 방안가교시스템의 향상 방안가교시스템의 향상 방안가교시스템의 향상 방안3333

가황반응 고분자 주쇄간 가교결합을 통한 차원 망상구조를 형성하(Vulcanization) 3

여 고분자 화합물의 복원력 탄성 특성 및 기타 요구물성을

- 28 -

증가시킨다 다양한 가교결합 형태 중 방진고무산업에서 많이 이용되고 있는 가교

결합은 을 도입한Polysulfide (-C-Sx-C- x=1~4) Conventional CV(Vulcanization)

계를 많이 사용한다 여기서 사용되고 있는 인 천연고무 Polymer (Natural Rubber

의 배합에 있어 가교 또는 가류형태의 변화에 따라 물성 및 특성의 변화가 있NR)

음을 알 수 있다 즉 가교형태 변화에 따른 유사한 특성을 나타내는 Stress-Strain

조건하에서 공정특성 및 전반적인 물성에 영향을 미침을 알 수 있다 의 기 Polymer

본 배합에서 촉진제나 황 공여체 증가에 따라 가류 유도시간(Sulfur Donor)

은 길어지나 가류속도는 빨라진다 특히 고온 가류 시 과 가류(Induction time)

에 의한 물성하락을 방지하기 위해 열 안정성이 우수한(Overcure) EV(Efficient

계를 사용하는 것이 근래에 소개되고 있다 고분자의 물성은 가교형Vulcanization)

태뿐 아니라 가교밀도에 크게 의존한다 가교계 변화에 따른 인장강도의 영향은 매

우 적은 반면 신장율은 계에서 로 같수록 감소CV(Conventional Vulcanization) EV

하는 경향이 있다

이란 가류시간의 지연 또는 과가류로 인한 고무 물성의 저하를 말한Reversion

다 이러한 현상은 제품의 외면이 과도한 열에 노출될 수 있다 다중황공유 결합의

열적노화현상이 발생하며 가교형태가 다중황 결합에서 단일황(Polysulfidic)

결합으로 바뀌게 되며 밀도가 현저하게 저하되고 환상형 씨오알켄(Monosulfidic)

과 씨오알칸 구조로 바뀌게 된다 결과적으로 재료의 물성(Thioalkene) (Thioalkane)

과 기계적 성질이 떨어지게 된다

이 발생하는 시간을 가교형태에 따라 비교하여 보면Reversion CV lt Semi-CV lt

으로 알려져 있으며 시스템에서는 촉진제 종류에 따라서 인장과 신율의 물EV EV

성에 하락 없이도 공정 안정성 특성이 매우 우수하다 이 Anti-Reversion

으로 인해서 물성과 기계적 성질을 향상시킬 수 있으며 황공여체 사Anti-Reversion

용 또는 계로 가교형태를 전환함으EV

- 29 -

로써 가능하다 이로써 가교의 다중황결합 을 줄이고 단일 또는 이중황 결 (S3~S8)

합으로 내열성 및 결합의 안정성을 증가시킬 수 있다 이러한 과정에서 공정설계상

계보다 더 낮은 가류온도와 더 길어진 가류시간이 필요하게 된다 이러한 계CV EV

에서는 정도의 황과 계에 비해서 다소 많은 양의 촉진제를 사용하02~05 phr CV

게 된다 여기에 근거하여 혼합물성분의 한계 표 표 에 나타난 황과 촉 ([ 42] [ 44])

진제 양의 범위를 정하였다

발생 시간의 효율적인 제어를 위하여 본 연구에서는 적절한 촉진제의Reversion

배합량을 조절하여 방진제품에서 요구하는 특성을 만족하는 조건을 선정하고자 하

였다 그림 은 의 예를 보여준다 [ 41] Reversion

그림 의 예[ 41] Reversion

본 연구에서는 인장 내열 강도의 증가와 동 정특성 내구성 증가를 위한 가교 시- -

스템의 향상 방안으로 황량을 조절하여 Convension Type(Efficient Vulcanization

을 통하여 결합력을 증대시켰으며 촉진제를 조절하여 가- CURE STIES-CC-C)

교효율을 증대하였다 또한 가황 조건에 변화가 적은 배합설계를 하여 향상된 적정

가황이 될 수 있도록

- 30 -

하였으며 를 정립화하여 최적의 적정 가황 포인트를 찾아 인장이 최CURE-STUDY

적일 때 내구성이 최적이고 가황제품과 시편을 동시에 함으로 시편과CURE-STUDY

제품의 상의성을 방지할 수 있었다

자동차업계에서는 일반적으로 고가의 폴리머를 선호하지만 본 연구를 통하여 가

격이 낮은 폴리머로도 성능향상이 가능하다는 것을 입증하였고 향후 타 아이템에도

연계 적용함으로 새로운 배합설계를 구축하였다

실험계획법의 적용실험계획법의 적용실험계획법의 적용실험계획법의 적용4444

기존의 개발 진행 방식은 경험에 의한 시행착오 접근 방법을 사(Trial and Error)

용하여 성능향상을 도모하였으나 본 연구에서는 배합물설계에 위한 실험계획법

기술을 적용하여 이론적으로 최적의 배합설계를 이(DOE Design of Experiment)

룰 수 있는 방법을 연구하였다

일반적인 고무제품의 배합은 많이 알려져 있지만 특성 향상을 위한 방안이나 그

배합에 대한 신뢰성에는 많은 의문점이 제기 되는 게 현실이다 본 연구에서는 요

구특성을 만족시키기 위하여 선정된 촉진제의 배합조건의 최적화를 실현하기 위하

여 실험계획법의 꼭지점계획법을 이용하여 그 효율성을 검증하고자 하였다 배합의

경우 어느 독립적인 인자의 선정으로는 그 효과를 극대화 시킬 수 없는 특성이 있

는데 본 연구에서는 선정된 촉진제 및 폴리머의 조건 하에서 최적의 배합 조건을

찾아보고자 하였다

재료배합설계의 개선을 위한 방안을 정리하면 표 과 같다[ 41]

- 31 -

표 내구성 및 정 동특성 동반향상을 위한 개선방안[ 41] -

항 목항 목항 목항 목 기존 방안기존 방안기존 방안기존 방안 제안된 개선 방안제안된 개선 방안제안된 개선 방안제안된 개선 방안

배합 설계 방안

경험적 배합 설계

고 배합설계COST

국내수급재료사용

실험적 분석기법 도입

저 배합설계COST

해외재료수입

내구성 향상

량 변경Carbon

용도별 적정 적용Carbon

정동특성 향상 방안을 동시==gt

고려

경험적 수치의 가황제 량 선정

가교 시스템 향상 방안을 고려한

가황제 량 선정

(EV - CURE)

결합력 증대==gt

경험적 수치에 의한 촉진제 량

선정 경도별 선정 미비( )

가교 효율을 반영한 촉진제 량의

선정

적정한 가황 포인트 파악을 위한(

실시Cure Study )

정 동특성 향상-

정특성 향상 방안 경도 증가

동특성 향상 방안 경도 하락

두 특성을 만족시키기 위한==gt

경험적 수치의 경도 선정

데이터베이스를 활용한 배합설계

정 동특성을 동시에 만족할 수-

있는 배합제 적용

분산 및 흐름성 개선==gt

형상개선과 동시 고려==gt

- 32 -

표 는 지원 전 배합비율과 특성별 성능수준을 나타낸다[ 42]

표 지원 전 성능수준[ 42]

- 33 -

제 절 꼭지점계획법에 의한 최적배합조건제 절 꼭지점계획법에 의한 최적배합조건제 절 꼭지점계획법에 의한 최적배합조건제 절 꼭지점계획법에 의한 최적배합조건3333

재료설계에 적용되는 실험계획은 혼합물 배합에 관한 실험계획으로서 몇(Mixture)

개 성분의 혼합물 중 어떠한 성분이 품질의 특성에 유의한 영향을 미치는지를 분석

하여 반응을 최대로 만드는 최적혼합비율을 찾고자 하는 실험계획이다

혼합물실험에 적용되는 실험계획으로는 심플렉스 격자형배열법 심플렉스 중심배열

법 꼭지점 계획법 등을 주로 적용한다 본 실험에서는 심플렉스의 전 영역이 아니

라 제한된 영역에서 실험을 하고자 하므로 꼭지점계획법(Extreme vertice design)

을 적용하였다

고무부싱의 재료배합에서는 개의 성분재료가 있고 이들을 어떤 비율로 배합하는

것이 품질특성치를 가장 좋게 하는가를 찾는다 성분의 혼합에 있어서 를 번째

성분의 혼합비율이라고 하면 다음과 같은 관계식을 만족시켜야 한다

이러한 경우는 일반적 실험계획법처럼 심플렉스의 모든 영역에 실험이 배치되는 것

이 아니고 제한된 영역에서만 실험을 하는 경우이다 즉 각 인자 가 (Factor) 0 le

의 모든 값을 취할 수 있는 것이 아니라 제한된 구간1le

안에서만 값을 취한다 이와 같은 경우는 경제적인 이유나 또는 실험 전에 인자들

의 성질에 대하여 상당한 정보가 있는 경우이다 위의 식과 같은 인자의 구간이 설

정되면 실험가능영역은 심플렉스 상의 좁은 영역이 된다

- 34 -

과 은 제한된 실험영역에 대한 실험계획법으로 꼭지점 계획법Mclean Anderson

을 제안하였다 이 계획법은 제한된 영역이 가지는 모든(extreme vertices design)

꼭지점과 이 꼭지점들의 선형조합으로 이루어지는 몇 개의 점을 적절히 선택하는

실험계획법이다 만약 개의 혼합성분이 사용되는 경우 실험영역을 그림으로 그리 4

면 그림 와 같이 사면체 속에 위치하는 면체가 된다 과 은[ 42] 6 Mclean Anderson

이 면체의 꼭지점과 중심점을 실험점으로 선택하는 방법에 대한 예제를 제시하고6

있다

그림 개의 혼합성분에 대한 꼭지점계획법[ 42] 4

고무부싱의 재료설계 시 혼합물은 고무 카본 및 배합원료로서 황화제 촉진제

가공제 유기산 금속산화제 노화방지제 보강제 충진제 등을 사용한다

재료 배합 실험은 경도별로 나누어 실행되었으며 표 은 경도 도 오차범[ 43] 48 (

위 plusmn 도 에 대한 혼합물성분의 한계이다 에 성분의 한계를 입력한 결과2 ) MINITAB

네 가지 성분에 대하여 표 와 같은 총 회의 실[ 44] 17

- 35 -

험점이 생성되었다 실행 의 경우 의 성분을 1 A B C D 09807 00068 00011

의 비율로 섞어서 실험하라는 의미이다00114

표 혼합물 성분의 한계[ 43] (48Hs)

성분 하한 상한

A 외 기타Polymer 09774 09807

B 촉진제1 00068 00085

C 촉진제2 00011 00022

D Sulfur 00114 00119

표 꼭지점계획법에 의한 실험설계와 결과데이터[ 44] (48Hs)

을 활용한 혼합물 설계 데이터분석 결과는 표 표 과 같다MINITAB [ 45][ 46] 17

회의 실험점에 대한 데이터분석 결과 각 실험 점에서의 적합추정치와 신뢰구 95

간을 구할 수 있었다

- 36 -

표 을 보면 실험점 에 의한 배합조건으로는 신뢰구간으로[ 45] 14 95

의 내구성이 나타난다 에서는 각 성142322cycle ~ 146166cycle Nominal Load

분에 대한 제한조건을 만족시키면서 내구성을 최대로 하는 처리조건은 인자의 네

가지 성분 즉 외 에 대한 배합 비율이 Polymer Acc1 Acc2 Sulfur 097740

이었다 그리고 이 처리조건에서 예상되는 내구성은00085 00022 00119

에 도달할 것으로 추정되었다146943cycle

에서는 인자의 네 가지 성분의 배합비율이 와 마찬Maximum Load Nominal Load

가지로 이었다 그리고 이 처리 조건에서 예상되는09774 00085 00022 00119

내구성 추정치는 이었다18917cycle

표 데이터분석 결과[ 45] (48Hs Nominal Load)

에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응Dura(Nom)Dura(Nom)Dura(Nom)Dura(Nom)

- 37 -

반응 최적화 모수반응 최적화 모수반응 최적화 모수반응 최적화 모수

글로벌 솔루션글로벌 솔루션글로벌 솔루션글로벌 솔루션

예측 반응예측 반응예측 반응예측 반응

Dura(Nom) = 146943

- 38 -

표 데이터분석 결과[ 46] (48Hs Maximum Load)

에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응Dura(max)Dura(max)Dura(max)Dura(max)

반응 최적화 모수반응 최적화 모수반응 최적화 모수반응 최적화 모수

글로벌 솔루션글로벌 솔루션글로벌 솔루션글로벌 솔루션

외Polymer = 09774

- 39 -

Acc1 = 00085

Acc2 = 00022

Sulfur = 00119

예측 반응

Duro(max) = 189171

경도 도 오차범위 도 에 대한 혼합물성분의 한계와 에 의한 실험50 ( plusmn 2 ) MINITAB

점은 표 표 과 같다[ 47] [ 48]

표 혼합물 성분의 한계[ 47] (50Hs)

- 40 -

표 실험계획의 결과[ 48] (50Hs)

경도 도에 대한 혼합물 설계 데이터분석 결과는 표 표 과 같다50 [ 49][ 410] 17

개 실험 점에서의 적합추정치와 신뢰구간은 예측반응에 잘 나타나 있다95

에서는 각 성분에 대한 제한조건을 만족시키면서 내구성을 최대로Nominal Load

하는 처리조건은 외 기타 의 각 성분에 대하여 배합비Polymer Acc1 Acc2 Sulfur

율이 이고 이 처리조건에서 예상되는 내구성은09687 00088 00025 00200

에 도달할 것으로 추정되었다159209 Cycle

에서는 인자의 네 가지 성분의 배합비율이 와 마찬가Maximum Load Nominal Load

지로 이었다 그리고 이 처리조건에서 예상되는 내09687 00088 00025 00200

구성 추정치는 이었다 일 때와 일218572 Cycle Nominal Load Maximum Load

때의 적정배합비율이 다르게 나오는 경우가 있는데 이는 오차범위 경도의 경우( plusmn

도 가 비교적 넓은 고무의 특성에서 비2 )

- 41 -

롯되거나 측정오차에 따른 결과로 추정된다

표 데이터분석 결과[ 49] (50Hs Nominal Load)

에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응Duro(Nor)Duro(Nor)Duro(Nor)Duro(Nor)

반응 최적화 모수반응 최적화 모수반응 최적화 모수반응 최적화 모수

- 42 -

글로벌 솔루션글로벌 솔루션글로벌 솔루션글로벌 솔루션

예측 반응예측 반응예측 반응예측 반응

Duro(Nor) = 159209

표 데이터분석 결과[ 410] (50Hs Maximum Load)

에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응Duro(max)Duro(max)Duro(max)Duro(max)

- 43 -

반응 최적화 모수반응 최적화 모수반응 최적화 모수반응 최적화 모수

글로벌 솔루션글로벌 솔루션글로벌 솔루션글로벌 솔루션

예측 반응예측 반응예측 반응예측 반응

Duro(Max) = 218572

재료배합시험에 있어서 가류시간이 특성 치에 영향을 미치므로 레오그래프

분석에 의해 적정가류시간을 결정한다 레오그래프는 다음의 용도에(Rheograph)

활용된다

고무제품의 가류도 측정①

가류속도 측정②

최적의 가류공정 조건 확립③

가류약품 선정 및 배합 작성Recipe④

고무제품의 품질관리⑤

아래 그림 은 경도 도에 대한 재료의 레오그래프이다 그래프에 나타난 용[ 43] 48

어를 설명하면 다음과 같다

혼합물 의 가 가류되었을 때의 시간을 나타내며 가류시간을tc90- (Compound) 90

결정하는 기준으로 사용된다

스코치시간 을 나타내며 원하지 않는 가교가 일어ts2 - (Scorch time)

- 44 -

나는 시간으로 적절한 가류시간을 찾기 위해 필요한 과정임

고무의 특성을 토르크 값으로 나타낸 값으로 일반적으로 혼합물Tmax- (Torque)

의 경도에 따라 변함

평형 토르크MH- (Equilibrium torque)

최소 토르크ML- (Minimum torque)

본 재료시험에 적용된 가류시간은 의 배 사이에서 적정수준을 결정하tc90 1-15

였다

연구의 결과 카본의 입자가 작을수록 내구성은 향상시키지만 대체로 분산이 잘 되

지 않아 혼합물의 품질이 고르지 못하였다 따라서 카본의 분산도를 평가하여 만족

할 만한 수준이 나오는지 확인하였으며 상대적으로 작은 입자경의 카본을 사용하

여 내구성을 높이려 하였다

그림 경도 도 고무에 대한 레오그래프[ 43] 48

- 45 -

실험의 결과 카본블랙과 레오그래프와의 관계는 그림 와 같이 나타났다 그림[ 44]

에서 보는바와 같이 입자경의 크기가 증가함에 따라 결합력이 약해지므로 토르크

값이 낮아짐을 알 수 있다

그림 각종 카본블랙의 레오그래프[ 44]

- 46 -

본 연구에 적용된 카본 입자경의 크기와 양은 표 과 같다[ 411]

경도변화는 카본입자의 크기와 양에 따라 결정이 되며 레오그래프의 값이 Tmax

이러한 사실을 보여주고 있다

표 레오그래프상의 경도와 카본의 관계[ 411]

레오그래프는 섭씨 도에서 그려짐PHR = Part in Hundred Rubber 160

- 47 -

제 장 형상개선제 장 형상개선제 장 형상개선제 장 형상개선5555

제 절 외철의 스웨징 율 변화에 의한 개선제 절 외철의 스웨징 율 변화에 의한 개선제 절 외철의 스웨징 율 변화에 의한 개선제 절 외철의 스웨징 율 변화에 의한 개선1111

높은 품질의 부싱을 개발하기 위해서는 적절한 재료설계에 의한 경도 및 고무 특

성의 설정이 매우 중요한 요소이지만 고무의 특성 개선에만 의존하는 것은 한계점

이 있다 따라서 제품의 형상변화를 통해 고무의 특성을 극대화함으로써 내구성 및

품질특성을 향상시킬 수 있다

그림 은 부품의 세부형상과 설계도이다[ 51]

그림 세부형상[ 51] DA-2

- 48 -

그림 는 제품의 단면을 보여준다 그림에서 는 다른 모델에 비해 고무[ 52] DA-2

량이 다소 적음을 알 수 있다 형상 변화를 통한 품질특성의 개선을 시도함에 있어

서는 부품에 대한 조립성과 제조성 을 반드시(DFM Design for Manufacturability)

고려하여 형상변화를 꾀하여야 한다 본 제품의 경우 외철 과 내철 (outer pipe)

의 길이는 한정되어 있으며 그 직경의 변화도 허용공차를 미만(Inner pipe) 05 mm

의 수준으로 요구하고 있다

형상변경을 통한 성능향상 방안으로서 외철에 대한 스웨징율 을 변(Swaging rate)

경함으로서 외경크기의 변화를 시도하였으며 또한 내철의 구배각도를 변화시켜 개

선점을 찾으려고 노력하였다

그림 단면[ 52] DA-2

부싱의 경우 일반 적으로 스웨징이라는 공정을 거치게 되는데 이는 공정에서 외

경의 크기 조정을 통하여 성능을 향상 시키는 방법으로서 스웨징율을 조정함으로서

외철의 외경 크기를 허용범위 내어서 변화시키는 것이다 이는 스웨징에 따른 직경

변화에 의해 고무의 조직이 조밀해져 고무 특성을 향상시킬 수 있게된다

그림 은 스웨징의 방향을 나타내며 그림 는 스웨징 전 후의 외철의 크[ 53] [ 54]

기 변화를 보여주고 있다

- 49 -

그림 스웨징 방향[ 53]

그림 스웨징 전후의 외경 크기의 변화 단면[ 54] ( )

제 절 내철의 구배 변화에 의한 개선제 절 내철의 구배 변화에 의한 개선제 절 내철의 구배 변화에 의한 개선제 절 내철의 구배 변화에 의한 개선2222

아래 그림 는 형상 변화를 시도할 수 있는 내철 끝단 부분의 구배를 표시한[ 55]

그림으로서 는 구배각도를 나타낸다a

- 50 -

그림 구배각도[ 55]

그림 은 본 제품의 특성 요구 사항을 그림으로 표시한 것으로 고무부싱은[ 56]

및 의 외력에 대하여 적절하게 대응할 수 있도록 설계되어야 한다 부싱 종류F1 F2

의 경우 일반적으로 고무 제품의 유연함과 동배율 개선을 위하여 저경도의 고무를

적용하는 경우가 많은데 이 경우에는 외력에 대한 특성이 상대적으로 취약하게F1

나타나게 된다 이러한 취약점을 보완하기 위하여 본 연구에서는 그림 과 같 [ 57]

이 제품이 허용하는 범위 내에서 내철의 구배를 변화 시킨 후 실험데이터의 분석을

통해 성능 개선 방안을 찾고자 하였다

그림 부싱의 외력[ 56]

그림 의 의 경우는 구배를 주지 않은 경우이며 의 경우는 구배를 준[ 57] (a) (b)

경우를 표시하고 있다

- 51 -

의 경우 외력에 의하여 발생하는 반발력 은 순수한 고무 특성에 의해서(a) F1 Fr1

만 나타나게 된다 이러한 경우 저경도의 고무을 적용하였을 때 의 크기가 미미 Fr1

하여 적절한 특성을 발휘하지 못하게 된다

의 경우와 같이 내철에 구배를 주게 되면 의 외력에 대하여 구배가 들어간(b) F1

부분 에 의한 반발력 함께 가 생성되어 상대적으로 에 대한 저항력이 커Fr3 Fr2 F1

짐으로써 성능을 향상 시킬 수 있게 된다

그림 구배각도의 적용에 따른 차이 단면[ 57] ( )

그림 구배각도의 적용에 따른 차이 입체[ 58] ( )

- 52 -

제 장 도포공정개선제 장 도포공정개선제 장 도포공정개선제 장 도포공정개선6666

고무부싱의 내구성 향상을 위하여 필수적으로 관리하여야 할 공정이 도포공정이

다 도포공정은 접착의 원리에서부터 접착의 구조 접착의 강도 피착재의 표면처리

법 및 접착제 사용법 등 접착에 관한 전반적인 기술을 공정에 효율적으로 적용하여

야 한다

고무와 금속과의 접착력이란 접착제와 피착제 사이의 계면 결합력을 의미하며 접

착강도는 시험방법 접착방법 시험시의 조건 시편의 기하학 등 여러 인자에 의해

영향을 받는다 접착파괴는 접착제의 가장 약한 곳에서 일어나며 접착강도는 여러

가지 측정법에 따라 고유강도 잔류강도 측정강도 등과 같이 다르게 표현된다 고

무부싱의 접착구조는 그림 과 같다[ 61]

그림 접착의 구조[ 61]

프라이머 는 피착제 표면과의 친화성이나 접착제와의 상용성이 뛰어나야(Primer)

하고 동시에 접착 저해물과의 상용성도 높아야 한다 또 프라이머 중의 유효성분

쪽이 피착제 표면에 흡착되어 있는 저해성분보다 피착제에 의하여 안정하게 흡착되

어 있는 것이 중요하다 따라서 프라이머는

- 53 -

충분한 교반 균일하고 엷은 도포 그리고 완전한 건조가 이루어져야 한다 이러한

도포공정은 피착제의 모앙에 따라 달라진다

열경화성 접착제의 대부분은 유기 중합물과 각종 충진제를 유기용제에 용해 분산

시킨 것으로 사용전이나 사용 중에도 교반기 등으로 균일하게 용해 분산시킨 접착

제를 사용하는 것이 중요하다 따라서 의 도포 공정은 그림 와 같이 교 DA-2 [ 62]

반기를 추가 설치하여 공정 개선을 실시하였다

그림 설치한 교반기[ 62]

또한 피착제의 균일한 도포를 위해 롤타입의 코팅기에 기존 페인트용 롤러에서

그림 에서와 같이 융을 말아 롤러 도포하는 형태로 개선을 실시하여 코팅의[ 415]

두께 정밀도를 향상시켰다

- 54 -

그림 변경된 롤러 모양[ 63]

접착 재료를 프라이머 에서 변경하여 사용함CHEMLOK 220 252 CHEMLOK 205

으로써 접착력을 향상시켰는데 는 금속 및 경길대료의 프라이머로CHEMLOK 205

사용되며 또한 같은 극성고무에 단독으로 접착이 가능하다 NBR

방식의 경우 의 특징을 살펴보면TWO Coat CHEMLOK 205

ㆍㆍㆍㆍ 접착제의 금속 표면에서의 접착강도를 향상시킬 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ 기계적 표면처리 후 활성화된 금속표면을 산화작용으로부터 보호하며 녹방

지 도료적 역할을 한다

ㆍㆍㆍㆍ 크로로프렌이나 에피크로로히드린고무와 같은 가류 중에 염소가스를 발생

시 켜 금속표면을 부식시키기 쉬운 고무배합에 대하여 유효하게 적용된다 프

라 이머는 충분한 교반 균일하고 엷은 도포 그리고 완전한 건조가 이루어져

야 접착성이 뛰어나게 된다

도포공정 개선 전후의 효과는 그림 그림 의 도포두께 비교[ 64]~[ 67] Cpk

를 통해서도 알 수 있다DATA

아래 그림 는 도포공정의 개선전[ 64] 관리도의 그래프를 나타낸

- 55 -

것으로 관리도는 평균치와 범위에 관한 계량형 관리도에서 가장 많이 사용되

는 관리도의 하나이다 관리도는 평균치의 변화를 관리하는 관리도와 산포의

변화를 관리하는 관리도로 구성된다 관리도의 중심선(Central Line) CL=로 나

타내며 관리 상한선 은(Upper Control Limit) UCL= 로 관리하한선인 (Lower

의 경우Control Limit) LCL=

로 구한다

관리도의 관리선의 경우 중심선 관리상한선 UCL= 관리하한선 LCL

의 경우 로 구한다

여기서 등의 계수는 샘플의 크기인 에 따라 결정 되며 일 경우=4

=0729 =0 이다=2282

그림 에서[ 64] 이며=273410 관리도의 로 나타났UCL=307994 LCL=238826

다

관리도의 은CL 이며 이다=4744 UCL=1082581

- 56 -

그림 도포공정 개선전[ 64] 관리도

한편 그림 는 도포공정 개선 전의 경우에 대하여 지정된 규격의 공정능력 [ 65]

지수를 나타낸 것으로서 단기공정능력지수( 와 장기공정능력지수) ( 를 나타낸)

다 단기공정능력지수는 공정능력 ( 과 규격의 폭) ( 과의 비율을 의미하며 일반적)

으로 로 표시한다 규격은 그림 에서처럼 양쪽규격이 모두 주어진 경우 공 [ 65]

정 능력 지수는 다음과 같이 계산할 수 있다

공정 능력

로 나타내고 만약 공정 평균이 규격의 중심으로부터 어느

한쪽으로 치우쳐 있게 되는 경우 치우침도( 와) 를 조합한 단기공정능력지수

( 로 나타낸다 즉)

- 57 -

장기공정능력지수( 의 계산은)

으로서 이다

따라서 그림 에 나타난 것처럼 개선전의 공정능력은[ 65] =17854 =08458

으로서 장기 공정에 대해 만족스럽지 못한 값을 나타내고 있다

그림 도포공정 개선전 공정능력 분석그래프[ 65]

- 58 -

그러나 공정개선후의 관리도인 그림 을 살펴보면[ 66] 이며=28196 관리

도의 이고UCL=300418 LCL=263502 관리도의 은CL 로=2532 UCL=51418

나타난다

그림 도포공정 개선후[ 66] 관리도

- 59 -

개선 후에는 그림 로부터 알 수 있듯이 단기공정능력은[ 67] 으로서=31966

인 장기 공정에 대해 안정적인 것을 확인할 수 있어 도포공정 개선에=23275

대한 효과가 있음을 알 수 있다

그림 정 개선 후 공정능력 분석그래프[ 67]

또한 도포공정의 두께관리를 강화하기 위하여 작업자 교육 및 샘플링 두께 측정

검사를 통해 지속적인 모니터링을 실시하고 공정별 온도관리 및 시간 관리를 통해

작업 환경 유지관리 강화로 변함없는 품질의 제품을 생산하도록 하였다 그림 [

은 롤 코팅 공정이다68] (Roll coating)

- 60 -

그림 롤 코팅 공정[ 68] (Roll coating)

- 61 -

제 장 최적수준 결정을 위한 파라미터 설계제 장 최적수준 결정을 위한 파라미터 설계제 장 최적수준 결정을 위한 파라미터 설계제 장 최적수준 결정을 위한 파라미터 설계7777

제 절 실험계획법에 의한 유의인자 결정제 절 실험계획법에 의한 유의인자 결정제 절 실험계획법에 의한 유의인자 결정제 절 실험계획법에 의한 유의인자 결정1111

재료설계 형상설계 및 공정설계에 대한 최적조건의 결정은 부품의 품질 특성에

대한 사양 을 만족시켜야 할 뿐 아니라 생산부품 간 품질의 산포를(Specification)

최대한 줄여야 한다 의 최적설계를 위해 다구찌 기법 을 적 DA-2 (Taguchi method)

용하였다

다구찌의 강건설계 는 인자 가 품질 특성의 평균에 대해(Robust design) (Factor)

가지는 효과뿐만 아니라 분산에 미치는 효과에 대해서도 초점을 맞추고 있다 분산

을 줄일 수 있는 통제 가능한 인자에 대한 조건을 설정하여 품질특성이 통제 불가

능한 인자의 변화에 대해서는 둔감하도록 할 수 있다 강건설계의 주목적은 품질특

성의 목표값을 유지하면서 분산을 줄이는 인자에 대해 설치값 을 발견하는 (Setting)

데 있다

다구찌 설계에 의한 실험계획법은 특히 확장된 역할로서 다음의 몇 가지를 들 수

있다

ㆍㆍㆍㆍ종래에는 제어 불가능한 환경조건이나 제어하기 어려운 생산조건 공정조건

등의 원인 이를 잡음인자로 통칭 들이 데이터에 주는 영향의 정도를 평가하기 어려( )

웠으나 객관적으로 그리고 계량적으로 이를 평가할 수 있는 방법을 제시하고 있

다 또한 품질 산포의 크기를 계량특성치 손실함수 비 등 로 변환하여 산포를 ( SN )

작게 하는 인자들의 조건을 찾아가는 강건설계를 사용한다

ㆍㆍㆍㆍ직교배열표를 광범위하게 사용하여 인자의 수가 많은 경우에도 크게 실험횟

수를 증가시키지 않고 실험하는 일부 실시법을 사용한다

ㆍㆍㆍㆍ생산라인 내 뿐만 아니라 신제품 개발을 위한 품질설계 파라미터(On-line)

설계 허용오차 설계 등의 라인 외 품질관리를 위하여 유용하게 사용할 (Off-line)

수 있다

ㆍㆍㆍㆍ다구찌 방법에서 추가적으로 다룰 수 있는 주요한 것들로는 직교배열

- 62 -

표의 확대사용 수준계의 표준 직교배열표 이외에 확대 응용 혼합 직교배열표(2 3

의 사용과 조합법의 사용 계량치 데이터의 파라미터 설계 허용차 설계 그리고)

계수치 데이터의 파라미터 설계 동적 특성의 파라미터 설계 등을 들 수 있다

파라미터 설계 는 제품설계와 공정설계에서 유용하게 사용되는(Parameter design)

다구찌 실험계획법의 핵심이다 파라미터는 제품성능의 특성치에 영향을 주는 제어

가능한 인자 를 의미하며 파라미터 설계는 이들 인자들의 최적(Controllable factor)

수준을 정하여 주는 것을 말한다 파라미터를 설계변수 라고도 부 (Design variable)

르며 파라미터 설계에서는 제품의 품질변동이 잡음에 둔감하면서 목표품질을 가질

수 있도록 설계변수들의 최적조건을 구하여 준다 최적조건을 찾을 때 설계변수와

잡음을 주는 인자들을 포함시켜 실험하는 직교배열표 등을 주로 사용한다 이때 목

표 품질을 만족시키는 범위 내에서 가능한 한 비용이 적게 드는 조건이나 부품 등

을 이용한다

만약 신뢰성에 영향을 주는 제어 가능한 인자 에 대한 파라미터설계 A B C D

를 한다고 하자 는 수준 는 수준의 혼합수준 에 대한 설계 A B 4 C D 2 (Mixed level)

분석을 하려고 한다면 각 요인 변동의 계산을 표 과 같은 [ 71] L16(215형 직교배)

열표 를 사용하면 된다(Orthogonal Design)

에 대한 파라미터 설계조건으로는 내구성이 가장 좋은 최적의 설계 및 공정DA-2

조건을 구하여야 하므로 반응변수가 큰 값일수록 좋은 망대특성(Larger-the-better

에 대한 조건을 구하고 부품의 정특성 및 동특성에 대한 분석은 적characteristics)

정한 상호관계를 고려하여 별도의 실험을 행한다

- 63 -

표 다구찌 설계의 예[ 71]

- 64 -

제 절 시험데이터의 해석제 절 시험데이터의 해석제 절 시험데이터의 해석제 절 시험데이터의 해석2222

실험조건실험조건실험조건실험조건1111

제품의 신뢰성향상을 위해 지금까지 재료배합의 개선 형상개선 및 공정개선에

대한 각각의 과정을 설명하였으며 본 장에서는 관련된 여러 인자들을 동시에 고려

하여 최상의 품질특성을 나타낼 수 있는 최적인자수준의 결정에 대하여 설명하려고

한다 이는 인자들 간의 상호 작용이 상승 또는 보완작용을 할 수도 있고 반대로

서로 상극임을 나타낼 수 도 있기 때문이다

일반적으로 고무부싱의 개발에 적용되는 인자 는 다음과 같다(Factor)

ㆍㆍㆍㆍ경도 는 수요기업에서 제시하는 사양 에 따라 적정수(Hardness) (Specification)

준의 경도 도 도 도 도 를 적용하였으며 경험적으로 경도의 산포는(43 45 48 50 ) plusmn

정도이다2

ㆍㆍㆍㆍ각 부분의 모양이나 각도에 따라 고무 량에 영향을 미치게 되는 형상설계에

관해서는 내부 파이프 구배각도를(Inner pipe) 15deg~25deg로 하고 외부파이프 (Outer

의 접착부분을 로 하였으며 외경의 크기는pipe) 13mm~15mm

27mm~ 로 유지하였다278mm

ㆍㆍㆍㆍ공정설계는 가류시간을 로 하였다 가류 온도는240sec~600sec 150deg~180

로 하고 주변 온도에 영향을 받으므로 금형 표면온도는 항상 확인하였다 접착제

도포가 내구성에 영향을 주므로 접착제 두께는 으로 하고 접15micron~40micron

착제 배합조건은 로 하였다120cc~128cc

다구찌 설계에 의한 최적수준을 결정하기 위해 다른 인자는 고정시키고 경도 가

류시간 스웨징 인자에 대하여 표 와 같이 실험수준을 정하였다 [ 72]

- 65 -

표 실험인자 별 수준[ 72]

분석결과의 해석분석결과의 해석분석결과의 해석분석결과의 해석2222

실험결과의 해석은 다음과 같다

을 통해 표 의 실험조건을 입력하여 다구찌 설계를 생성한 결과MMITAB [ 72]

표 과 같은 실험조합을 얻었다 표 는 실험조합 별 시험결과 값이다[ 73] [ 74]

에서의 내구성에 대한 다구찌 설계해석의 결과는 표 의 신호 대Nominal load [ 75]

잡음비 비 평균 표준편차에 대한 반응표에 잘 나타나(SN Signal to noise ratio)

있다 그림 그림 은 비 평균 표준편차에 대한 반응 값을 도식한 [ 71]~[ 73] SN

것이다

표 의 신호 대 잡음비의 반응표를 보면 경도는 스웨징이나 가류시간에 비해[ 75]

반응변수 내구성 에 큰 영향을 미치고 있음을 보여준다 평균에 대한 반응표에서도( )

경도는 다른 인자들에 비해 반응변수의 평균에 크게 영향을 미치고 있음을 알 수

있다 표준편차 역시 경도의 수준 변화에 따라 차이가 가장 많음을 보여주고 있다

- 66 -

표 에 의한 다구찌 설계생성[ 73] MINITAB

- 67 -

표 실험조합 별 시험결과 데이터[ 74]

- 68 -

표 비 평균 표준편차에 대한 반응표[ 75] SN

신호 대 잡음 비에 대한 반응 표신호 대 잡음 비에 대한 반응 표신호 대 잡음 비에 대한 반응 표신호 대 잡음 비에 대한 반응 표

망대특성망대특성망대특성망대특성

평균에 대한 반응 표평균에 대한 반응 표평균에 대한 반응 표평균에 대한 반응 표

표준 편차에 대한 반응 표표준 편차에 대한 반응 표표준 편차에 대한 반응 표표준 편차에 대한 반응 표

- 69 -

그림 신호 대 잡음 비의 주효과도[ 71]

그림 인자수준별 평균의 주효과도[ 72]

그림 인자수준별 표준편차의 주효과도[ 73]

- 70 -

표 와 그림 에서 에서의 내구성 예측값을 가장 크게 하[ 75] [ 72] Nominal Load

는 것은 요인 수준의 조합이 일 때이다 품질 향상을 위해서는 정특성 동(4 2 2)

특성 값도 동시에 고려하여야 하므로 조합 조합 조합(4 2 2) (4 3 2) (4 1 2)

에 대한 예측 값을 함께 구하였다

표 은 에서의 내구성 예측값을 표 은 에[ 76] Nominal Load [ 77] Maximum Load

서의 내구성 예측값 표 은 정특성 예측값 표 는 에서의 동특성 예 [ 78] [ 79] 15Hz

측값 그리고 표 은 에서의 동특성 예측값을 보여주고 있다 [ 710] 150Hz Nominal

에서의 내구성 예측값은 조합 조합 조합에서 각Load (4 2 2) (4 3 2) (4 1 2)

각 목표값인 을 상회한 과170000 Cycle 178023 Cycle 174272 Cycle 175830

로서 조합일 때 더 높게 나타났다Cycle (4 2 2)

동배율은 예측 평균값을 기준으로 할 때 동배율은 조합에서는 에 (4 2 2) 15Hz

서 에서 이고 조합에서의110(1187691079) 150Hz 113(1215561079) (432)

동배율은 에서 에서15Hz 106(112856 106938) 150Hz 108(115769106938)

이며 조합에서의 동배율은 에서 에서 (412) 15Hz 108(118194 1094) 150Hz

이었다109(1195691094)

모델의 경우 수요기업에서 동배율 값이 적은 값을 요구하기 때문에DA-2 (kdks)

동배율을 고려하면 의 조합이 더 좋은 품질을 나타낸다고 할 수 있다(4 1 2)

- 71 -

표 에서의 내구성 예측값[ 76] Nominal Load

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 2 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 3 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 1 2

예측 값

신호 대

- 72 -

표 에서의 내구성 예측값[ 77] Maximum Load

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 2 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 3 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 1 2

신호 대

- 73 -

표 정특성 예측값[ 78]

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 2 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 3 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 1 2

신호 대

- 74 -

표 동특성 예측값[ 79] (15Hz)

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 2 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 3 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 1 2

신호 대

- 75 -

표 동특성 예측값[ 710] (150Hz)

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 2 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 3 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 1 2

신호 대

- 76 -

제 장 부품의 신뢰성성장관리제 장 부품의 신뢰성성장관리제 장 부품의 신뢰성성장관리제 장 부품의 신뢰성성장관리8888

제 절 신뢰성성장관리제 절 신뢰성성장관리제 절 신뢰성성장관리제 절 신뢰성성장관리1111

복잡하고 기술적인 제품의 개발 프로그램을 운영하는 데 있어서는 고객이 요구

하는 신뢰성 수준을 만족시키기 위하여 상당한 규모의 시간 예산 기술인력 등의

자원을 필요로 한다 고객들의 신뢰성 요구수준은 매우 높으므로 이러한 목표를 달

성하기 위하여 시험 개선 시험 개선의 개발과정을 반드시 거친다 이 과정에서 시- - -

스템 서브시스템 또는 모듈을 고장 날 때까지 시험하고 고장모드를 결정해서 이를

제거하기 위한 시도를 하거나 적어도 고장발생을 줄일 수 있는 시도를 하여 설계나

엔지니어링 개선을 이룬다 만약 이러한 과정이 계속되고 설계나 엔지니어링 변경

이 충분히 이루지면 시스템의 신뢰성은 증가한다 개발프로그램이 운영되는 동안

신뢰성 수준의 변화를 추적할 수 있다면 개발책임자로서는 여러 가지 이점이 있다

즉 목표하는 신뢰성 수준을 달성하기 위하여 충분한 비율로 성장하고 있는지의 여

부를 가능한 빠른 시간 내에 판단할 수 있고 그에 따라 필요한 자원을 적절히 배

분할 수 있다 따라서 개발책임자는 시험데이터로부터 현재 시스템의 신뢰성 수준

성장률의 평가 앞으로 기대되는 달성 가능한 수준을 결정하기를 원한다

신뢰성 성장관리 기술은 제품을 개발하는 데(Reliability growth management)

소요되는 많은 시간과 비용 및 엔지니어링 노력을 절감하면서 개념선택 제품과 공

정의 신뢰성 그리고 비용효율을 달성할 수 있도록 유용한 정보를 제공해 준다 군

사장비 자동차 및 전자 중장비개발 등에 적용된 최근의 신뢰성 성장시험 관리기술

은 각 분야의 경쟁적인 사업 환경 아래에서 제품개발을 효율적으로 조직하여 신뢰

성평가를 시작하고 신뢰성 성장과정을 추적할 수 있도록 해준다 신뢰성성장관리기

술은 제품 및 공정설계 관련사항 및 검증시험 항목들에 대하여 사용 환경에 따른

신뢰성 성장 진행과정을 확인하고 그 결과로부터 성장시험곡선을 개발할 수 있게

한다 또한 설계단계 사이의 여러 가지 관련성을 확인하여 관찰하고 그 정보를 다

른 제품보증분석들과 연결하여 고객 요구사항에 대한 제품의

- 77 -

적합도를 적절히 평가하는 데 도움을 준다

신뢰성성장모델은 가 개발한Crow(1975) AMSAA(Army Materiel Systems

모델이 많이 활용되었으나 이는 시스템 또는 서브시스템에서의Analysis Activity)

성장관리에 유용하고 부품수준에서는 모델을 활용하는 것이 더욱 실용적이 Weibull

다 모델은 목표 Weibull B10 수명에 대하여 초기 시작품 으로부터(Early Prototype)

후기 시작품 까지의 신뢰성 개선을 관리하는데 실용적으로 활용할(Later Prototype)

수 있다

신뢰성 성장시험 프로세스신뢰성 성장시험 프로세스신뢰성 성장시험 프로세스신뢰성 성장시험 프로세스1111

신뢰성 성장은 개발시스템에 대하여 여러 시험단계가 시리즈로 이루어지는 동안

고장모드를 발견하고 이를 개선하는 과정을 거쳐 이TAAF(Test Analyze And Fix)

루어진다 또한 기능시험 환경시험 안전시험의 결과는 신뢰성 향상을 위한 FMEA

등과 연계하여 사용된다 분석결과는 설계변경에 반영되고 최종목표가 달성될 때까

지 개선과 시험이 연속적으로 이루어진다 그림 은 일반적인 신뢰성 성장시험 [ 81]

프로세스를 보여준다 프로그램의 시작시점에 신뢰성 성장에 대한 계획을 수립하여

고객의 기대사항을 만족시킬 수 있는 성능수준에 대한 구체적인 측정치를 제시하

고 이 목적을 달성시킬 수 있는 시험조건을 정한다 시험조건은 특정한 부품이나

시스템에 대하여 고객의 사용방법과 환경에 대한 지식을 기초로 하여야 한다

개발프로젝트가 진행되는 동안 신뢰성 성장시험 프로그램이 개발되고 실행되는

과정에서 설계 및 공정의 관심사항을 확인하기 위해 QFD(Quality function

와 같은 제품보증을 위한 분석방법들이 선행되어 실시되는데 신뢰성deployment)

성장관리와 연계하여 이를 통틀어 통합 신뢰성 성장관리(Integrated reliability

라고 한다 신뢰성 성장관리를 포함한 제품설계평가의 모든growth management)

과정은 제품 공정의 신뢰성 향상에 있어 중요한 역할을 하는 제품보증기능의 한부

분이다

- 78 -

통합 신뢰성 성장시험관리 프로세스는 설계뿐 아니라 공정신뢰성(MIL-HDBK-781)

과 관련된 문제에 대응할 수 있도록 신뢰성 성장시험의 이점을 전적으로 활용할 수

있는 수단을 제공한다

신뢰성 성장관리과정을 개발함으로써 신뢰성 수준은 계속적으로 추적될 수 있고

조치를 취하고 다른 분석결과들과 비교되어 초기 신뢰성 예측을 수립하고 제품설

계에 포함된 확신을 증가시킨 후 검증시험에 들어갈 수 있도록 한다 이러한 신뢰

성 성장관리 프로세스는 제품개발 사이클에 있어서 초기 단계 동안에 신뢰성을 확

립하는 데 도움을 줄 수 있는 장치이다

그림 신뢰성성장시험 프로세스[ 81]

제품개발과정에 적용되는 신뢰성 성장시험관리 프로세스는 다음과 같다

신뢰성 성장시험조건을 결정하고 시험 사이클을 개발한다 ①

신뢰성 성장시험곡선의 사용을 통하여 시험과정을 실행하고 추적한다②

시험결과를 평가하고 다른 선행된 분석연구결과들과 비교한다③

확인된 결함을 제거하기 위해 설계변경을 실시한다④

- 79 -

설계검증시험을 준비한다⑤

신뢰성 성장시험의 주된 목적은 설계상의 약점을 확인하고 제거함으로써 설계의

신뢰성을 증가시키는 것이다 정확하게 신뢰성 수준이 변화되는 진행상황을 추적하

기 위해서는 요구사항에 대한 불합치성 을 확인하고 불합치성이(Nonconformance)

일어난 시간을 모두 추적하여야 한다 시험을 시작하기 전에 적절한 시정조치를 용

이하게 하기 위해 사전계획이 수립되어야 하며 고장분포를 결정하기 전에 각각의

고장부품에 대한 고장원인을 분리할 수 있어야 한다

부품의 개발과정에서 몇 개의 표본에 대한 고장시간 데이터가 있을 때 Weibull

분포를 활용한 신뢰성 성장분석에 대하여 설명하면 다음과 같다

가 분석의 개요가 분석의 개요가 분석의 개요가 분석의 개요

밀도함수는 그림 와 같이 특성 수명과 기울기로 고장시간Weibull [ 82] (Cycle

을 설명한다 작은 표본에 대한 고장시간 데이터가 주어졌을 때 분석Km) Weibull

을 사용하여 세 가지의 정보를 얻을 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ특정 시간이 주어졌을 때 등 부품의 신뢰도는 그 시간까지 살아 있(Cycle Km )

을 백분율이다

ㆍㆍㆍㆍ 또는 다른( 수명을 추정할 수 있다) 수명은 부품들 중 가 고장10

날 것이라고 기대되는 시간이다 즉 이 시간에서의 신뢰도는 이다 90

ㆍㆍㆍㆍ 기울기의 값은 고장률 패턴에 대한 정보를 제공해준다 기울기가Weibull 10

이라면 고장률이 일정하다는 것을 의미한다 이 경우 고장은 일반적으로 우연히

일어나며 고장률은 설계의 강건 정도에 따라 달라진다 기울기가 보다 작다면 1

고장률은 감소하고 있음을 의미한다

- 80 -

즉 높은 초기 고장률 을 말한다 기울기가 보다 크면 고장률은 증 (Infant mortality) 1

가하고 이는 마모 되고 있음을 의미한다(Wear-out)

그림 에 의한 부품의 신뢰성성장분석[ 82] Weibull 수명 비교

가장 많이 활용되는 측도는 수명이며 이것은 요구되는 목표 신뢰도가 임 90

을 의미한다 첫 번째 프로토타입이 고장 난다면 신뢰성 목표 달성을 위해 설계 변

경을 행하고 다음 프로토타입을 시험한다 이 과정은 목표 수명이 달성될 때까

지 반복한다

나 의이점나 의이점나 의이점나 의이점WeibullWeibullWeibullWeibull

부품의 개발과정에서 작은 표본에 대한 고장시간 자료가 주어졌을 때 Weibull

분석을 활용하여 신뢰성성장관리를 행하면 다음의 정보를 얻을 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ신뢰성 개선은 목표 수명이 달성될 때까지 하나의 프로토타입에

- 81 -

서 다음 프로토타입까지 추적할 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ신뢰성 개선은 시험한 프로토타입에 대해 타점으로 표현되고 빠르Weibull

게 방향을 파악하여 신뢰성 진전과정에 대한 양적 측면의 관리능력 향상을 그

래프로 확인할 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ컴포넌트를 고장 날 때까지 시험하는 것은 고장모드에 대한 아주 귀중한 정

보를 제공하고 따라서 시정조치 활동이 필요하다

ㆍㆍㆍㆍ많은 표본이 더 좋은 신뢰도를 얻을 수 있지만 분석은 많은 표본을Weibull

필요로 하지 않는다

ㆍㆍㆍㆍ고객의 운영 사용 사이클과 시험 모수의 관계가 알려져 있다면 더 빠르고( )

더 적은 비용으로 가속시험을 할 수도 있다

다 기본가정및제한다 기본가정및제한다 기본가정및제한다 기본가정및제한

ㆍㆍㆍㆍ각 분석에서 오직 하나의 고장모드만 포함되어야 한다 두 개나 그 이상의

고장 모드가 검출된다면 각각에 대해 분리하여 분석해야 한다

ㆍㆍㆍㆍ신뢰도는 시험 제한 한계 로 인해 년 마일까지 확장하여 외삽하면 안( ) 10 150K

된다 왜냐하면 시험 제한 한계 로 인해 다른 고장모드가 발생할 것인지 알 수 ( )

없기 때문이다

ㆍㆍㆍㆍ하나의 프로토타입에서 다음 프로토타입까지 기울기가 변하는 데는 특별히

주의를 하여야 한다 왜냐하면 초기 후기 수명에서 더 높은 신뢰도와 후기 초 ( ) (

기 수명에서 더 낮은 신뢰도의 할 수 도 있기 때문이다) trade-off

라 적용시기라 적용시기라 적용시기라 적용시기

ㆍㆍㆍㆍ수명의 비교는 엔지니어링 사양 이 특정한(Specification) 을 요구할 경

우 사용된다

ㆍㆍㆍㆍ이러한 접근방법은 고장시간 등 에 대하여 동일한 부품의(Cycle Km )

- 82 -

다른 시점에서의 프로토타입을 비교할 때 사용한다

ㆍㆍㆍㆍ신뢰성 목표가 달성될 때까지 계속한다

마 입력자료마 입력자료마 입력자료마 입력자료

ㆍㆍㆍㆍ프로토타입 의 몇 개 표본의 고장시간 등1 (Cycle Km )

ㆍㆍㆍㆍ프로토타입 의 몇 개 표본의 고장시간 등2 (Cycle Km )

⦙

ㆍㆍㆍㆍ마지막 프로토타입의 몇 개 표본의 고장시간 등(Cycle Km )

분석프로세스는 그림 과 같다[ 83]

프로세스프로세스프로세스프로세스 일반적 단계일반적 단계일반적 단계일반적 단계

Ⅰ 요구

또는 수명 결정

프로그램 신뢰성 목표 사용

고객의 운영 사용 프로파일 사용( )

시험 프로그램 적정시간 사용

Ⅱ 시험 프로그램 자료정보

확인과 데이터 수집초기 부품의 프로토타입

후기 부품의 프로토타입

Ⅲ 다른 프로토타입에 대한

누적고장 시간 또는 vs

거리 계산 및 타점

분석이 가능한 사용Weibull SW

가능한 가속수명시험 사용

Ⅳ 프로젝트 검토 시

현재 신뢰성 수준신뢰성 목표 적합성 결정

초기 경고 관련 정보 제공

개선을 위한 계획 정보 제공

그림 프로세스별 단계[ 83]

- 83 -

제 절 신뢰성성장 데이터분석제 절 신뢰성성장 데이터분석제 절 신뢰성성장 데이터분석제 절 신뢰성성장 데이터분석2222

초기 프로토타입 으로 부터 개의 표본을 정상하중 으(Prototype1) 6 (Nominal load)

로 고장 날 때까지 시험하고 고장모드를 기록하였다 여러 개선작업을 거친 후 후

기 프로토타입 으로부터 개의 표본을 고장 날 때까지 시험하고 고장모(Prototype2) 6

드를 기록하였다 시험 데이터는 표 에 주어져 있다 [ 81]

에 고장데이터를 입력하고 각 프로토타입 단계별로 용지에 결과MINITAB Weibull

를 타점한 결과 그림 와 같은 성장곡선이 생성되었다 [ 84] Weibull

정상하중 에서 의 평균수명 추정치는 이(Nominal load) Prototype1 127366Cycle

고 의 평균수명 추정치는 로서 의 개선을 이루었 Prototype2 176882 Cycle 389

음을 알 수 있었다 수명은 은 이었으나Prototype1 112668 Cycle Prototype2

의 수명은 로서 상당한 개선이 이루어졌음을 볼 수 있다168620 Cycle 수

명에 대한 신뢰하한은 로 추정되었다 따라서 정상부하에 의한95 162926 Cycle

시험데이터분석 결과 개선활동 재료배합개선 형상설계개선 공정개선 에 의하여 ( )

내구성 목표가 달성되었음을 알 수 있다

그림 는 에서의 신뢰구간을 보여주고 있다[ 85] Nominal load 90

최대하중 에서는 표 의 데이터 입력결과 그림 의 그래프를(Max load) [ 82] [ 86]

생성하였다 그래프로 부터 추정된 의 Prototype1 수명은 이고16362Cycle

의Prototype2 수명은 이다21850 Cycle 수명에 대한 신뢰하한추정치95

는 으로부터 로 계산된다MINITAB 20983 Cycle

의 수명과 의 수명이 다른 것은 개선 활동의 결과이Prototype1 Prototype2

- 84 -

며 에서 개선목표가 달성되었음을 알 수 있다 Prototype2

표 하중 고장시간[ 81] Nominal (Cycle)

Weibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth Curve

(Nominal Load)(Nominal Load)(Nominal Load)(Nominal Load)

그림 성장곡선[ 84] Weibull (Nominal load data)

- 85 -

Weibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth Curve

(Nominal Load-90 Cl)(Nominal Load-90 Cl)(Nominal Load-90 Cl)(Nominal Load-90 Cl)

그림 신뢰구간[ 85] Nominal Load90

- 86 -

표 하중 고장시간[ 82] Max (Cycle)

Weibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth Curve

(MaxLoad)(MaxLoad)(MaxLoad)(MaxLoad)

그림 성장곡선[ 86] Weibull (Max load data)

- 87 -

제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론9999

본 연구는 자동차현가장치인 고무부싱 의 신뢰성향상을 위한 기(Rubber bushing)

술개발과제이다 에나 인더스트리는 수출전문기업으로서 주요 경쟁사에 비해 고성

능 고내구성의 제품을 짧은 기간 내에 개발할 수 있는 능력을 갖추어야 해외 시장

에서 경쟁력을 가질 수 있다

본 연구개발에서는 수요기업에서 요구하는 GMUTS(General Motors Uniform

의 사양에 따른 시험을 실행하여 내구성을 목표 사이클 이상으Test Specification)

로 개선하고 정특성과 동특성 비틀림 토크를 개선항목으로 선정하여 제품의 품질

및 신뢰성 향상을 진행하였다

수요기업의 요구 수준에 의하면 내구성은 와 Tension Compress Alternating

가 동시에 일 때 일 때Torsion Stress Maximum Load 20000 Cycle Normal Load

을 요구한다 본 프로젝트의 경우 해외의 부품메이커들에 대한 경쟁150000 Cycle

력 우위를 확보하기 위하여 기본 요구 수준을 넘어 향상된 제품신뢰성을5~10

확보를 목표로 하였다 내구성 정특성 및 동특성에 대한 시험은 직접 행하였고 비

틀림토크에 대한 부분은 추가적인 시험장치가 필요하여 수요기업의 실험실에 샘플

을 제출하여 요구수준을 검증받았다

본 연구개발의 성과를 요약하면 다음과 같다

우선 기술적 효과로는

설계기술의 확보(1)

재료배합설계 형상설계 공정설계에 대한 기술을 확보하여 내구성을 비롯한 품

질특성을 향상시킬 수 있었다 종래에는 설계 개발 생산프로세스에서 경험적 방법

에 의존하여 시행착오가 많았으나 본 연구를 통하여 과학적이고 체계적인 방법으

로 접근할 수 있는 기술이 확보되었다

설계 요소의 기술적 배치를 위한 실험계획법의 활용기술 확보(2)

- 88 -

종전에는 고무 배합설계 형상설계 공정설계에 대하여 설계요인 별 수 (Facter)

준 을 무작위로 추출하여 실험하였으나 본 실험계획의 과정을 따르면 요인들(Level)

이 계획적으로 반영되어 품질특성에 각각 어느 정도의 영향을 미치는지 분석이 가

능하게 된다 또한 다구찌에 의한 강건 설계의 생성으로 산포를 줄일 수 있다

잠재적 고장원인 분석방법 기술 확보(3)

제품기능에 대한 잠재적 고장모드의 예측과 시험항목을 판단하고 최종적으로는 설

계검증 과 공정검증 의 세부항목과 효과적(Design verification) (Process verification)

으로 연계가 가능하다

신뢰성 데이터분석기술 확보(4)

부품의 개발과정에서 몇 개의 표본에 대한 고장시간 데이터가 있을 때 Weibull

분포를 활용한 신뢰성 성장분석이 가능하게 되었다 개발프로그램이 운영되는 동안

신뢰성 수준의 변화를 추적할 수 있어 목표하는 신뢰성 수준을 달성하기 위하여 충

분한 비율로 성장하고 있는지의 여부를 가능한 빠른 시간 내에 판단할 수 있고 그

에 따라 필요한 자원을 적절히 배분할 수 있다 따라서 개발책임자는 시험데이터로

부터 현재 시스템의 신뢰성 수준 성장률의 평가 앞으로 기대되는 달성 가능한 수

준에 대한 결정이 가능하다

경제적 측면의 효과로는

제품에 대한 내구성 및 동특성 정특성에 대하여 요구사양 이상으로 특성관리(1)

를 행할 수 있어 해외 부품메이커들에 대한 경쟁력 우위로 수출력을 향상할 수 있

게 되었다

개발기간을 단축할 수 있게 되어 개발비의 절감을 가져올 수 있게 되었다(2)

재료배합 형상설계 및 공정설계에 대한 기술개발의 표준 정립으로 개발 기간의 단

축이 가능하게 되었다

본 과제 결과를 활용하여 다른 방진제품에 대한 신뢰성 관리로 수출(3)

- 89 -

시장을 개척하여 신규거래처를 확보할 예정이다 신뢰성 데이터의 관리가 이루어져

제품수명에 대한 설득력 있는 자료의 제시가 가능하게 되었다

향후 연구계획으로는

고무부싱부품의 특성상 내구성만의 개선이 최선이 아니고 정특성과 동특성을 일

정수준으로 동시에 고려하여야 한다 따라서 이 부분에 대한 동시적인 실험설계가

시스템화 되도록 추가적인 연구가 요구된다

- 90 -

참고문헌참고문헌참고문헌참고문헌[ ][ ][ ][ ]

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a finite element code Journal of sound and Vibration Vol296 2006

[7] Kim J-H and Jeong H-Y A Study on the material properties and

fatigue life of natural rubber with different carbon blacks International

Journal of Fatigue Vol27 2005

[8] McLean R A and Anderson V I Extreme Vertices Design of Mixture

Experiments Technometrics Vol8 No3 1966

- 96 -

주 의

이 보고서는 산업자원부에서 시행한 부품소재종합기술지원사업의 최1

종보고서이다

이 신뢰성기반기술확산사업 내용을 대외적으로 발표할 때에는 반드시2

산업자원부에서 시행한 부품소재신뢰성기반기술 사업의 지원결과임을

밝혀야 한다

- 97 -

이 보고서는 산업자원부에서 시행한

부품소재 신뢰성기반기술확산사업의 최종보고서이다

- 19 -

공정공정공정공정2 FMEA2 FMEA2 FMEA2 FMEA

공정 은 제품생산 공정에서 발생할 수 있는 잠재적인 문제점 또는 위험성FMEA

을 발굴하여 효과적으로 대응하기 위한 분석 기법으로 제품의 중대사고 발생 예방

으로 고객의 불만을 방지할 수 있으며 결함의 영향을 제거 또는 감소를 위한 부분

별 대책 수립의 근거가 되며 생산 문제점 검증을 통한 효율을 제고할 수 있다 공

정상의 잠재고장 모드와 그 영향을 검토 할 수 있으며 엔지니어들이 불량발생을 낮

추거나 불량 탐지 능력을 증대시킬 수 있는 관리 수단 또는 방법에 초점을 맞출 수

있도록 공정결함을 규명할 수 있다 공정에 대한 잠재고장 모드의 리스트 중요 관

리 특성 리스트 고장 모드의 원인 제거나 발생률 감소를 위한 공정 활동 리스트

들 결과물을 얻을 수 있다

표 에 보여준 의 공정 에서는 특히 아래 관련 항목들이 내구성 향[ 33] DA-2 FMEA

상과 품질개선을 위하여 중점적으로 검토되었다

접착제 도포 공정 의 점도관리체계에 의한 접착제 도포두께 관1) Zahn Cup No2

리상태 불량 건조상태에서 발생할 수 있는 접착제의 이상적 화학반응 및 건조상태

등

가류공정 고무와 내철 외철류의 이상적인 화학반응으로 인한 불량 접착상태2)

사출 성형후 고무의 갈라짐 흠집 등에 의한 외관 불량상태

시험 검사 공정 내구사양의 불만족상태 동특성 정특성 값의 사양 불만족상태3)

고무와 내 외철의 고무접착강도 불만족상태 등을 고려함

- 20 -

표 공정[ 33] FMEA

- 21 -

- 22 -

- 23 -

- 24 -

제 장 재료배합개선제 장 재료배합개선제 장 재료배합개선제 장 재료배합개선4444

제 절 배합의 기본 조건제 절 배합의 기본 조건제 절 배합의 기본 조건제 절 배합의 기본 조건1111

방진 고무부품을 만들려면 다음의 가지 공정을 거친다3

배합공정 사용목적에 따라 원료고무를 선택하고 배합약품의 종류와 양을 결middot

정하는 공정

가공공정 정해진 배합에 따라서 고무와 배합약품을 섞고 혼련 일정한 두께middot ( )

의 고무 시트를 제조하고 만들고자 하는 모양으로 절단하는 공정

가황공정 만들고자하는 모양으로 절단한 미가황 고무에 고무 탄성을 갖게middot

하고 물성을 개선하는 공정

이들 중 배합은 가공공정 가황공정 및 만들어진 제품 성능에 절대적인 영항을 미

치므로 배합설계자는 배합설계 를 할 때 다음의 가지 점(Compounding design) 3

에 균형을 잘 조화 시켜야 한다(3P)

최종 제품의 요구물성을 충족시킬 것middot (Property)

가공이 쉬울 것middot (Processing)

부피 당 배합단가가 적정할 것middot (Price)

또한 이와 같은 조건을 충족시키는 배합설계를 하기 위해서 배합설계자는 배합

의 목적 배합에 사용되는 원료고무와 각종 배합제의 성질 배합의 기초 배합단가

제품이 만들어 질 때까지의 작업 및 설비 등을 주지해야 한다

배합에는 원재료의 시험이나 평가를 목적으로 하는 배합과 공장에서 제품을 만들

기 위한 배합으로 나룰 수 있다

원재료의 시험이나 평가를 목적으로 하는 배합은 원재료의 대체나 품질

- 25 -

확인을 위한 기초 배합과 새로운 원재료가 개발됐을 때 이곳에 대한 실제적인 용도

개발을 위한 시험 또는 연구배합이 있다 개발을 위한 시험 또는 연구배합에서는

기초적인 성상을 구하는 배합으로부터 실용화에 대비한 응용배합에 이르기 까지를

검토의 대상으로 하기도 한다

제품을 생산하기 위한 목적으로서의 배합이란 종래에 없었던 새로운 요구가 있

었을 때 종래 사용하던 원재료를 써서 그 목적에 알맞은 배합을 결정하여 공장에

서의 실제 생산에 투입하는 경우를 뜻한다

고무 부싱과 엔진마운트와 같은 방진을 목적으로 하는 고무제품의 재료를 보면

등의 계의 고무가 적합하다는 게 일반적인 고무업체의 정설이NR SBR BR Diene

다 하지만 목적에 맞게 고무의 원재료를 선택하여야 한다 결국 방진이라는 기능의

고무 특성을 만족하기 위해서는 가교라는 차원 구조의 밀도를 요구하고 있다는 것3

을 알 수 있다

일반적인 방진고무의 요구특성으로는 다음과 같은 조건을 만족하여야 한다

첫째 파단 특성을 만족하여야 한다 즉 분자들과의 높은 응집력과 와의 높 Filler

은 친화성으로 응력을 분산시키는 구조로 이루어져야하는 조건을 만족하여야 하며

둘째 특성을 만족하여야 한다 에 대한 조건을 만족시키기 위해서 Creep Creep

는 고무의 분자 회전성이 높고 응집에너지가 낮을수록 좋다

셋째 내열성 및 내열 산화성에 대한 조건을 만족하여야 한다 이것은 일반적으로

기계적인 모든 성질은 온도의 의존성이 낮을수록 바람직하다고 할 수 있다 이에

방진목적의 고무도 이 같은 성질을 만족하여야 한다

- 26 -

넷째 일반적인 방진 제품은 고무만의 단독 현상으로는 그 형태를 유지하기 힘들

며 금속과의 결합을 통하여 그 방진특성을 만족하여야 한다 이에 방진고무의 기본

적인 성질은 금속과 접착성이 좋아야 한다는 조건을 만족하여야 한다

다섯째는 감쇄계수에 대한 부분으로 감쇄계수가 크고 온도의존성이나 주파수 의

존성이 좋아야 한다 일반적으로 은 감쇄가 적고 소변형에서 대변형에 이르기까 NR

지 선형의 복원을 하며 주파수에 의존하지 않은 특성을 가지고 있으므로 방진고무

로 적합하다고 할 수 있다

여섯째 탄성율에 관한 내용으로 일반적으로 방진 고무의 탄성율은 온도 및 진폭

의존성이 낮은 쪽이 좋게 된다

마지막으로는 정적강성과 동적 강성의 비로 표현되는 동배율에 유의해야 한다

일반적으로 방진고무의 감쇄 특성을 고려하면 동배율이 높은 것이 유리하지만 동적

특성의 온도의존성 변형율 동적 변형율에 의한 발열 및 내피로특성을 보면 저동배

율 쪽이 유리하다

제 절 재료배합 개선방안제 절 재료배합 개선방안제 절 재료배합 개선방안제 절 재료배합 개선방안2222

원재료 및 배합제의 개선원재료 및 배합제의 개선원재료 및 배합제의 개선원재료 및 배합제의 개선1111

고무부싱 제품의 경우 그 기능상의 요구로 인하여 주로 계열의 천연고무를NR

원재료로 사용한다 본 연구에서도 계열의 천연고무를 원재료로 하고 요구 특성 NR

의 개선을 위해 배합제의 선정을 대해 연구하였다 일반적으로 천연고무 및 합성고

무에 적용되어지는 배합제는 가황속도 조절 가공의 원활화 품질특성 개선 그리고

특수 성능 등의 목적으로 사용되어

- 27 -

진다 배합제의 종류로는 가공조제 연화제 유기가황제 가황촉진제 노화방지제

등으로 나눌 수 있다

요구 경도의 결정은 함량을 조절하여 설계하였으며 품질특성을 향상 시Carbon

킬 수 있는 재료를 연구한 결과 미세 으Caron Carbon Black(MAF FEF GRADE)

로 물성을 향상 시킬 수 있도록 하였다 특성에 큰 영항을 주는 배합제의 경우 그

용도에 따라 많은 종류를 인자로 적용할 수 있지만 많은 인자로 인하여 발생하는

비용적 시간적 손실을 최소화하기 위해 본 연구에서는 원재료와 함량을 Carbon

고정한 후 촉진제 종류와 가황제의 양을 조절하는 방식으로 배합제에 대한 최적의2

조합을 선택하는 방법으로 접근하였다

내구성 향상을 위한 방안내구성 향상을 위한 방안내구성 향상을 위한 방안내구성 향상을 위한 방안2222

내구성을 향상시키기 위한 일반적인 방법은 경도를 향상시키는 것인데 경도를

높이는 방법만으로는 다른 특성 즉 정 동특성을 동시에 만족시킬 수 없는 어려움이-

있다 이에 본 연구에서는 방진용 제품이 요구하는 정 동특성과 내구성을 Bushing -

동시에 향상 시킬 수 있는 방안을 모색하기 위하여 촉진제와 가황제를 이용하여 최

적을 배합설계를 이루고자 하였다

내구성을 향상시키기 위한 방법으로 보통 량의 조절을 통한 경도 조절법Carbon

을 이용하게 되는데 본 연구에서 적용한 은 미세 Carbon Carbon Black(MAF FEF

으로 인장강도 및 경도 인장응력을 증대하는 효과를 얻고자 하였다 이러GRADE)

한 미세 의 적용과 동시에 보강제의 분산 및 흐름성 개선을 위하여Carbon Black

가공조제를 개선하여 적용하였다

가교시스템의 향상 방안가교시스템의 향상 방안가교시스템의 향상 방안가교시스템의 향상 방안3333

가황반응 고분자 주쇄간 가교결합을 통한 차원 망상구조를 형성하(Vulcanization) 3

여 고분자 화합물의 복원력 탄성 특성 및 기타 요구물성을

- 28 -

증가시킨다 다양한 가교결합 형태 중 방진고무산업에서 많이 이용되고 있는 가교

결합은 을 도입한Polysulfide (-C-Sx-C- x=1~4) Conventional CV(Vulcanization)

계를 많이 사용한다 여기서 사용되고 있는 인 천연고무 Polymer (Natural Rubber

의 배합에 있어 가교 또는 가류형태의 변화에 따라 물성 및 특성의 변화가 있NR)

음을 알 수 있다 즉 가교형태 변화에 따른 유사한 특성을 나타내는 Stress-Strain

조건하에서 공정특성 및 전반적인 물성에 영향을 미침을 알 수 있다 의 기 Polymer

본 배합에서 촉진제나 황 공여체 증가에 따라 가류 유도시간(Sulfur Donor)

은 길어지나 가류속도는 빨라진다 특히 고온 가류 시 과 가류(Induction time)

에 의한 물성하락을 방지하기 위해 열 안정성이 우수한(Overcure) EV(Efficient

계를 사용하는 것이 근래에 소개되고 있다 고분자의 물성은 가교형Vulcanization)

태뿐 아니라 가교밀도에 크게 의존한다 가교계 변화에 따른 인장강도의 영향은 매

우 적은 반면 신장율은 계에서 로 같수록 감소CV(Conventional Vulcanization) EV

하는 경향이 있다

이란 가류시간의 지연 또는 과가류로 인한 고무 물성의 저하를 말한Reversion

다 이러한 현상은 제품의 외면이 과도한 열에 노출될 수 있다 다중황공유 결합의

열적노화현상이 발생하며 가교형태가 다중황 결합에서 단일황(Polysulfidic)

결합으로 바뀌게 되며 밀도가 현저하게 저하되고 환상형 씨오알켄(Monosulfidic)

과 씨오알칸 구조로 바뀌게 된다 결과적으로 재료의 물성(Thioalkene) (Thioalkane)

과 기계적 성질이 떨어지게 된다

이 발생하는 시간을 가교형태에 따라 비교하여 보면Reversion CV lt Semi-CV lt

으로 알려져 있으며 시스템에서는 촉진제 종류에 따라서 인장과 신율의 물EV EV

성에 하락 없이도 공정 안정성 특성이 매우 우수하다 이 Anti-Reversion

으로 인해서 물성과 기계적 성질을 향상시킬 수 있으며 황공여체 사Anti-Reversion

용 또는 계로 가교형태를 전환함으EV

- 29 -

로써 가능하다 이로써 가교의 다중황결합 을 줄이고 단일 또는 이중황 결 (S3~S8)

합으로 내열성 및 결합의 안정성을 증가시킬 수 있다 이러한 과정에서 공정설계상

계보다 더 낮은 가류온도와 더 길어진 가류시간이 필요하게 된다 이러한 계CV EV

에서는 정도의 황과 계에 비해서 다소 많은 양의 촉진제를 사용하02~05 phr CV

게 된다 여기에 근거하여 혼합물성분의 한계 표 표 에 나타난 황과 촉 ([ 42] [ 44])

진제 양의 범위를 정하였다

발생 시간의 효율적인 제어를 위하여 본 연구에서는 적절한 촉진제의Reversion

배합량을 조절하여 방진제품에서 요구하는 특성을 만족하는 조건을 선정하고자 하

였다 그림 은 의 예를 보여준다 [ 41] Reversion

그림 의 예[ 41] Reversion

본 연구에서는 인장 내열 강도의 증가와 동 정특성 내구성 증가를 위한 가교 시- -

스템의 향상 방안으로 황량을 조절하여 Convension Type(Efficient Vulcanization

을 통하여 결합력을 증대시켰으며 촉진제를 조절하여 가- CURE STIES-CC-C)

교효율을 증대하였다 또한 가황 조건에 변화가 적은 배합설계를 하여 향상된 적정

가황이 될 수 있도록

- 30 -

하였으며 를 정립화하여 최적의 적정 가황 포인트를 찾아 인장이 최CURE-STUDY

적일 때 내구성이 최적이고 가황제품과 시편을 동시에 함으로 시편과CURE-STUDY

제품의 상의성을 방지할 수 있었다

자동차업계에서는 일반적으로 고가의 폴리머를 선호하지만 본 연구를 통하여 가

격이 낮은 폴리머로도 성능향상이 가능하다는 것을 입증하였고 향후 타 아이템에도

연계 적용함으로 새로운 배합설계를 구축하였다

실험계획법의 적용실험계획법의 적용실험계획법의 적용실험계획법의 적용4444

기존의 개발 진행 방식은 경험에 의한 시행착오 접근 방법을 사(Trial and Error)

용하여 성능향상을 도모하였으나 본 연구에서는 배합물설계에 위한 실험계획법

기술을 적용하여 이론적으로 최적의 배합설계를 이(DOE Design of Experiment)

룰 수 있는 방법을 연구하였다

일반적인 고무제품의 배합은 많이 알려져 있지만 특성 향상을 위한 방안이나 그

배합에 대한 신뢰성에는 많은 의문점이 제기 되는 게 현실이다 본 연구에서는 요

구특성을 만족시키기 위하여 선정된 촉진제의 배합조건의 최적화를 실현하기 위하

여 실험계획법의 꼭지점계획법을 이용하여 그 효율성을 검증하고자 하였다 배합의

경우 어느 독립적인 인자의 선정으로는 그 효과를 극대화 시킬 수 없는 특성이 있

는데 본 연구에서는 선정된 촉진제 및 폴리머의 조건 하에서 최적의 배합 조건을

찾아보고자 하였다

재료배합설계의 개선을 위한 방안을 정리하면 표 과 같다[ 41]

- 31 -

표 내구성 및 정 동특성 동반향상을 위한 개선방안[ 41] -

항 목항 목항 목항 목 기존 방안기존 방안기존 방안기존 방안 제안된 개선 방안제안된 개선 방안제안된 개선 방안제안된 개선 방안

배합 설계 방안

경험적 배합 설계

고 배합설계COST

국내수급재료사용

실험적 분석기법 도입

저 배합설계COST

해외재료수입

내구성 향상

량 변경Carbon

용도별 적정 적용Carbon

정동특성 향상 방안을 동시==gt

고려

경험적 수치의 가황제 량 선정

가교 시스템 향상 방안을 고려한

가황제 량 선정

(EV - CURE)

결합력 증대==gt

경험적 수치에 의한 촉진제 량

선정 경도별 선정 미비( )

가교 효율을 반영한 촉진제 량의

선정

적정한 가황 포인트 파악을 위한(

실시Cure Study )

정 동특성 향상-

정특성 향상 방안 경도 증가

동특성 향상 방안 경도 하락

두 특성을 만족시키기 위한==gt

경험적 수치의 경도 선정

데이터베이스를 활용한 배합설계

정 동특성을 동시에 만족할 수-

있는 배합제 적용

분산 및 흐름성 개선==gt

형상개선과 동시 고려==gt

- 32 -

표 는 지원 전 배합비율과 특성별 성능수준을 나타낸다[ 42]

표 지원 전 성능수준[ 42]

- 33 -

제 절 꼭지점계획법에 의한 최적배합조건제 절 꼭지점계획법에 의한 최적배합조건제 절 꼭지점계획법에 의한 최적배합조건제 절 꼭지점계획법에 의한 최적배합조건3333

재료설계에 적용되는 실험계획은 혼합물 배합에 관한 실험계획으로서 몇(Mixture)

개 성분의 혼합물 중 어떠한 성분이 품질의 특성에 유의한 영향을 미치는지를 분석

하여 반응을 최대로 만드는 최적혼합비율을 찾고자 하는 실험계획이다

혼합물실험에 적용되는 실험계획으로는 심플렉스 격자형배열법 심플렉스 중심배열

법 꼭지점 계획법 등을 주로 적용한다 본 실험에서는 심플렉스의 전 영역이 아니

라 제한된 영역에서 실험을 하고자 하므로 꼭지점계획법(Extreme vertice design)

을 적용하였다

고무부싱의 재료배합에서는 개의 성분재료가 있고 이들을 어떤 비율로 배합하는

것이 품질특성치를 가장 좋게 하는가를 찾는다 성분의 혼합에 있어서 를 번째

성분의 혼합비율이라고 하면 다음과 같은 관계식을 만족시켜야 한다

이러한 경우는 일반적 실험계획법처럼 심플렉스의 모든 영역에 실험이 배치되는 것

이 아니고 제한된 영역에서만 실험을 하는 경우이다 즉 각 인자 가 (Factor) 0 le

의 모든 값을 취할 수 있는 것이 아니라 제한된 구간1le

안에서만 값을 취한다 이와 같은 경우는 경제적인 이유나 또는 실험 전에 인자들

의 성질에 대하여 상당한 정보가 있는 경우이다 위의 식과 같은 인자의 구간이 설

정되면 실험가능영역은 심플렉스 상의 좁은 영역이 된다

- 34 -

과 은 제한된 실험영역에 대한 실험계획법으로 꼭지점 계획법Mclean Anderson

을 제안하였다 이 계획법은 제한된 영역이 가지는 모든(extreme vertices design)

꼭지점과 이 꼭지점들의 선형조합으로 이루어지는 몇 개의 점을 적절히 선택하는

실험계획법이다 만약 개의 혼합성분이 사용되는 경우 실험영역을 그림으로 그리 4

면 그림 와 같이 사면체 속에 위치하는 면체가 된다 과 은[ 42] 6 Mclean Anderson

이 면체의 꼭지점과 중심점을 실험점으로 선택하는 방법에 대한 예제를 제시하고6

있다

그림 개의 혼합성분에 대한 꼭지점계획법[ 42] 4

고무부싱의 재료설계 시 혼합물은 고무 카본 및 배합원료로서 황화제 촉진제

가공제 유기산 금속산화제 노화방지제 보강제 충진제 등을 사용한다

재료 배합 실험은 경도별로 나누어 실행되었으며 표 은 경도 도 오차범[ 43] 48 (

위 plusmn 도 에 대한 혼합물성분의 한계이다 에 성분의 한계를 입력한 결과2 ) MINITAB

네 가지 성분에 대하여 표 와 같은 총 회의 실[ 44] 17

- 35 -

험점이 생성되었다 실행 의 경우 의 성분을 1 A B C D 09807 00068 00011

의 비율로 섞어서 실험하라는 의미이다00114

표 혼합물 성분의 한계[ 43] (48Hs)

성분 하한 상한

A 외 기타Polymer 09774 09807

B 촉진제1 00068 00085

C 촉진제2 00011 00022

D Sulfur 00114 00119

표 꼭지점계획법에 의한 실험설계와 결과데이터[ 44] (48Hs)

을 활용한 혼합물 설계 데이터분석 결과는 표 표 과 같다MINITAB [ 45][ 46] 17

회의 실험점에 대한 데이터분석 결과 각 실험 점에서의 적합추정치와 신뢰구 95

간을 구할 수 있었다

- 36 -

표 을 보면 실험점 에 의한 배합조건으로는 신뢰구간으로[ 45] 14 95

의 내구성이 나타난다 에서는 각 성142322cycle ~ 146166cycle Nominal Load

분에 대한 제한조건을 만족시키면서 내구성을 최대로 하는 처리조건은 인자의 네

가지 성분 즉 외 에 대한 배합 비율이 Polymer Acc1 Acc2 Sulfur 097740

이었다 그리고 이 처리조건에서 예상되는 내구성은00085 00022 00119

에 도달할 것으로 추정되었다146943cycle

에서는 인자의 네 가지 성분의 배합비율이 와 마찬Maximum Load Nominal Load

가지로 이었다 그리고 이 처리 조건에서 예상되는09774 00085 00022 00119

내구성 추정치는 이었다18917cycle

표 데이터분석 결과[ 45] (48Hs Nominal Load)

에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응Dura(Nom)Dura(Nom)Dura(Nom)Dura(Nom)

- 37 -

반응 최적화 모수반응 최적화 모수반응 최적화 모수반응 최적화 모수

글로벌 솔루션글로벌 솔루션글로벌 솔루션글로벌 솔루션

예측 반응예측 반응예측 반응예측 반응

Dura(Nom) = 146943

- 38 -

표 데이터분석 결과[ 46] (48Hs Maximum Load)

에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응Dura(max)Dura(max)Dura(max)Dura(max)

반응 최적화 모수반응 최적화 모수반응 최적화 모수반응 최적화 모수

글로벌 솔루션글로벌 솔루션글로벌 솔루션글로벌 솔루션

외Polymer = 09774

- 39 -

Acc1 = 00085

Acc2 = 00022

Sulfur = 00119

예측 반응

Duro(max) = 189171

경도 도 오차범위 도 에 대한 혼합물성분의 한계와 에 의한 실험50 ( plusmn 2 ) MINITAB

점은 표 표 과 같다[ 47] [ 48]

표 혼합물 성분의 한계[ 47] (50Hs)

- 40 -

표 실험계획의 결과[ 48] (50Hs)

경도 도에 대한 혼합물 설계 데이터분석 결과는 표 표 과 같다50 [ 49][ 410] 17

개 실험 점에서의 적합추정치와 신뢰구간은 예측반응에 잘 나타나 있다95

에서는 각 성분에 대한 제한조건을 만족시키면서 내구성을 최대로Nominal Load

하는 처리조건은 외 기타 의 각 성분에 대하여 배합비Polymer Acc1 Acc2 Sulfur

율이 이고 이 처리조건에서 예상되는 내구성은09687 00088 00025 00200

에 도달할 것으로 추정되었다159209 Cycle

에서는 인자의 네 가지 성분의 배합비율이 와 마찬가Maximum Load Nominal Load

지로 이었다 그리고 이 처리조건에서 예상되는 내09687 00088 00025 00200

구성 추정치는 이었다 일 때와 일218572 Cycle Nominal Load Maximum Load

때의 적정배합비율이 다르게 나오는 경우가 있는데 이는 오차범위 경도의 경우( plusmn

도 가 비교적 넓은 고무의 특성에서 비2 )

- 41 -

롯되거나 측정오차에 따른 결과로 추정된다

표 데이터분석 결과[ 49] (50Hs Nominal Load)

에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응Duro(Nor)Duro(Nor)Duro(Nor)Duro(Nor)

반응 최적화 모수반응 최적화 모수반응 최적화 모수반응 최적화 모수

- 42 -

글로벌 솔루션글로벌 솔루션글로벌 솔루션글로벌 솔루션

예측 반응예측 반응예측 반응예측 반응

Duro(Nor) = 159209

표 데이터분석 결과[ 410] (50Hs Maximum Load)

에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응Duro(max)Duro(max)Duro(max)Duro(max)

- 43 -

반응 최적화 모수반응 최적화 모수반응 최적화 모수반응 최적화 모수

글로벌 솔루션글로벌 솔루션글로벌 솔루션글로벌 솔루션

예측 반응예측 반응예측 반응예측 반응

Duro(Max) = 218572

재료배합시험에 있어서 가류시간이 특성 치에 영향을 미치므로 레오그래프

분석에 의해 적정가류시간을 결정한다 레오그래프는 다음의 용도에(Rheograph)

활용된다

고무제품의 가류도 측정①

가류속도 측정②

최적의 가류공정 조건 확립③

가류약품 선정 및 배합 작성Recipe④

고무제품의 품질관리⑤

아래 그림 은 경도 도에 대한 재료의 레오그래프이다 그래프에 나타난 용[ 43] 48

어를 설명하면 다음과 같다

혼합물 의 가 가류되었을 때의 시간을 나타내며 가류시간을tc90- (Compound) 90

결정하는 기준으로 사용된다

스코치시간 을 나타내며 원하지 않는 가교가 일어ts2 - (Scorch time)

- 44 -

나는 시간으로 적절한 가류시간을 찾기 위해 필요한 과정임

고무의 특성을 토르크 값으로 나타낸 값으로 일반적으로 혼합물Tmax- (Torque)

의 경도에 따라 변함

평형 토르크MH- (Equilibrium torque)

최소 토르크ML- (Minimum torque)

본 재료시험에 적용된 가류시간은 의 배 사이에서 적정수준을 결정하tc90 1-15

였다

연구의 결과 카본의 입자가 작을수록 내구성은 향상시키지만 대체로 분산이 잘 되

지 않아 혼합물의 품질이 고르지 못하였다 따라서 카본의 분산도를 평가하여 만족

할 만한 수준이 나오는지 확인하였으며 상대적으로 작은 입자경의 카본을 사용하

여 내구성을 높이려 하였다

그림 경도 도 고무에 대한 레오그래프[ 43] 48

- 45 -

실험의 결과 카본블랙과 레오그래프와의 관계는 그림 와 같이 나타났다 그림[ 44]

에서 보는바와 같이 입자경의 크기가 증가함에 따라 결합력이 약해지므로 토르크

값이 낮아짐을 알 수 있다

그림 각종 카본블랙의 레오그래프[ 44]

- 46 -

본 연구에 적용된 카본 입자경의 크기와 양은 표 과 같다[ 411]

경도변화는 카본입자의 크기와 양에 따라 결정이 되며 레오그래프의 값이 Tmax

이러한 사실을 보여주고 있다

표 레오그래프상의 경도와 카본의 관계[ 411]

레오그래프는 섭씨 도에서 그려짐PHR = Part in Hundred Rubber 160

- 47 -

제 장 형상개선제 장 형상개선제 장 형상개선제 장 형상개선5555

제 절 외철의 스웨징 율 변화에 의한 개선제 절 외철의 스웨징 율 변화에 의한 개선제 절 외철의 스웨징 율 변화에 의한 개선제 절 외철의 스웨징 율 변화에 의한 개선1111

높은 품질의 부싱을 개발하기 위해서는 적절한 재료설계에 의한 경도 및 고무 특

성의 설정이 매우 중요한 요소이지만 고무의 특성 개선에만 의존하는 것은 한계점

이 있다 따라서 제품의 형상변화를 통해 고무의 특성을 극대화함으로써 내구성 및

품질특성을 향상시킬 수 있다

그림 은 부품의 세부형상과 설계도이다[ 51]

그림 세부형상[ 51] DA-2

- 48 -

그림 는 제품의 단면을 보여준다 그림에서 는 다른 모델에 비해 고무[ 52] DA-2

량이 다소 적음을 알 수 있다 형상 변화를 통한 품질특성의 개선을 시도함에 있어

서는 부품에 대한 조립성과 제조성 을 반드시(DFM Design for Manufacturability)

고려하여 형상변화를 꾀하여야 한다 본 제품의 경우 외철 과 내철 (outer pipe)

의 길이는 한정되어 있으며 그 직경의 변화도 허용공차를 미만(Inner pipe) 05 mm

의 수준으로 요구하고 있다

형상변경을 통한 성능향상 방안으로서 외철에 대한 스웨징율 을 변(Swaging rate)

경함으로서 외경크기의 변화를 시도하였으며 또한 내철의 구배각도를 변화시켜 개

선점을 찾으려고 노력하였다

그림 단면[ 52] DA-2

부싱의 경우 일반 적으로 스웨징이라는 공정을 거치게 되는데 이는 공정에서 외

경의 크기 조정을 통하여 성능을 향상 시키는 방법으로서 스웨징율을 조정함으로서

외철의 외경 크기를 허용범위 내어서 변화시키는 것이다 이는 스웨징에 따른 직경

변화에 의해 고무의 조직이 조밀해져 고무 특성을 향상시킬 수 있게된다

그림 은 스웨징의 방향을 나타내며 그림 는 스웨징 전 후의 외철의 크[ 53] [ 54]

기 변화를 보여주고 있다

- 49 -

그림 스웨징 방향[ 53]

그림 스웨징 전후의 외경 크기의 변화 단면[ 54] ( )

제 절 내철의 구배 변화에 의한 개선제 절 내철의 구배 변화에 의한 개선제 절 내철의 구배 변화에 의한 개선제 절 내철의 구배 변화에 의한 개선2222

아래 그림 는 형상 변화를 시도할 수 있는 내철 끝단 부분의 구배를 표시한[ 55]

그림으로서 는 구배각도를 나타낸다a

- 50 -

그림 구배각도[ 55]

그림 은 본 제품의 특성 요구 사항을 그림으로 표시한 것으로 고무부싱은[ 56]

및 의 외력에 대하여 적절하게 대응할 수 있도록 설계되어야 한다 부싱 종류F1 F2

의 경우 일반적으로 고무 제품의 유연함과 동배율 개선을 위하여 저경도의 고무를

적용하는 경우가 많은데 이 경우에는 외력에 대한 특성이 상대적으로 취약하게F1

나타나게 된다 이러한 취약점을 보완하기 위하여 본 연구에서는 그림 과 같 [ 57]

이 제품이 허용하는 범위 내에서 내철의 구배를 변화 시킨 후 실험데이터의 분석을

통해 성능 개선 방안을 찾고자 하였다

그림 부싱의 외력[ 56]

그림 의 의 경우는 구배를 주지 않은 경우이며 의 경우는 구배를 준[ 57] (a) (b)

경우를 표시하고 있다

- 51 -

의 경우 외력에 의하여 발생하는 반발력 은 순수한 고무 특성에 의해서(a) F1 Fr1

만 나타나게 된다 이러한 경우 저경도의 고무을 적용하였을 때 의 크기가 미미 Fr1

하여 적절한 특성을 발휘하지 못하게 된다

의 경우와 같이 내철에 구배를 주게 되면 의 외력에 대하여 구배가 들어간(b) F1

부분 에 의한 반발력 함께 가 생성되어 상대적으로 에 대한 저항력이 커Fr3 Fr2 F1

짐으로써 성능을 향상 시킬 수 있게 된다

그림 구배각도의 적용에 따른 차이 단면[ 57] ( )

그림 구배각도의 적용에 따른 차이 입체[ 58] ( )

- 52 -

제 장 도포공정개선제 장 도포공정개선제 장 도포공정개선제 장 도포공정개선6666

고무부싱의 내구성 향상을 위하여 필수적으로 관리하여야 할 공정이 도포공정이

다 도포공정은 접착의 원리에서부터 접착의 구조 접착의 강도 피착재의 표면처리

법 및 접착제 사용법 등 접착에 관한 전반적인 기술을 공정에 효율적으로 적용하여

야 한다

고무와 금속과의 접착력이란 접착제와 피착제 사이의 계면 결합력을 의미하며 접

착강도는 시험방법 접착방법 시험시의 조건 시편의 기하학 등 여러 인자에 의해

영향을 받는다 접착파괴는 접착제의 가장 약한 곳에서 일어나며 접착강도는 여러

가지 측정법에 따라 고유강도 잔류강도 측정강도 등과 같이 다르게 표현된다 고

무부싱의 접착구조는 그림 과 같다[ 61]

그림 접착의 구조[ 61]

프라이머 는 피착제 표면과의 친화성이나 접착제와의 상용성이 뛰어나야(Primer)

하고 동시에 접착 저해물과의 상용성도 높아야 한다 또 프라이머 중의 유효성분

쪽이 피착제 표면에 흡착되어 있는 저해성분보다 피착제에 의하여 안정하게 흡착되

어 있는 것이 중요하다 따라서 프라이머는

- 53 -

충분한 교반 균일하고 엷은 도포 그리고 완전한 건조가 이루어져야 한다 이러한

도포공정은 피착제의 모앙에 따라 달라진다

열경화성 접착제의 대부분은 유기 중합물과 각종 충진제를 유기용제에 용해 분산

시킨 것으로 사용전이나 사용 중에도 교반기 등으로 균일하게 용해 분산시킨 접착

제를 사용하는 것이 중요하다 따라서 의 도포 공정은 그림 와 같이 교 DA-2 [ 62]

반기를 추가 설치하여 공정 개선을 실시하였다

그림 설치한 교반기[ 62]

또한 피착제의 균일한 도포를 위해 롤타입의 코팅기에 기존 페인트용 롤러에서

그림 에서와 같이 융을 말아 롤러 도포하는 형태로 개선을 실시하여 코팅의[ 415]

두께 정밀도를 향상시켰다

- 54 -

그림 변경된 롤러 모양[ 63]

접착 재료를 프라이머 에서 변경하여 사용함CHEMLOK 220 252 CHEMLOK 205

으로써 접착력을 향상시켰는데 는 금속 및 경길대료의 프라이머로CHEMLOK 205

사용되며 또한 같은 극성고무에 단독으로 접착이 가능하다 NBR

방식의 경우 의 특징을 살펴보면TWO Coat CHEMLOK 205

ㆍㆍㆍㆍ 접착제의 금속 표면에서의 접착강도를 향상시킬 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ 기계적 표면처리 후 활성화된 금속표면을 산화작용으로부터 보호하며 녹방

지 도료적 역할을 한다

ㆍㆍㆍㆍ 크로로프렌이나 에피크로로히드린고무와 같은 가류 중에 염소가스를 발생

시 켜 금속표면을 부식시키기 쉬운 고무배합에 대하여 유효하게 적용된다 프

라 이머는 충분한 교반 균일하고 엷은 도포 그리고 완전한 건조가 이루어져

야 접착성이 뛰어나게 된다

도포공정 개선 전후의 효과는 그림 그림 의 도포두께 비교[ 64]~[ 67] Cpk

를 통해서도 알 수 있다DATA

아래 그림 는 도포공정의 개선전[ 64] 관리도의 그래프를 나타낸

- 55 -

것으로 관리도는 평균치와 범위에 관한 계량형 관리도에서 가장 많이 사용되

는 관리도의 하나이다 관리도는 평균치의 변화를 관리하는 관리도와 산포의

변화를 관리하는 관리도로 구성된다 관리도의 중심선(Central Line) CL=로 나

타내며 관리 상한선 은(Upper Control Limit) UCL= 로 관리하한선인 (Lower

의 경우Control Limit) LCL=

로 구한다

관리도의 관리선의 경우 중심선 관리상한선 UCL= 관리하한선 LCL

의 경우 로 구한다

여기서 등의 계수는 샘플의 크기인 에 따라 결정 되며 일 경우=4

=0729 =0 이다=2282

그림 에서[ 64] 이며=273410 관리도의 로 나타났UCL=307994 LCL=238826

다

관리도의 은CL 이며 이다=4744 UCL=1082581

- 56 -

그림 도포공정 개선전[ 64] 관리도

한편 그림 는 도포공정 개선 전의 경우에 대하여 지정된 규격의 공정능력 [ 65]

지수를 나타낸 것으로서 단기공정능력지수( 와 장기공정능력지수) ( 를 나타낸)

다 단기공정능력지수는 공정능력 ( 과 규격의 폭) ( 과의 비율을 의미하며 일반적)

으로 로 표시한다 규격은 그림 에서처럼 양쪽규격이 모두 주어진 경우 공 [ 65]

정 능력 지수는 다음과 같이 계산할 수 있다

공정 능력

로 나타내고 만약 공정 평균이 규격의 중심으로부터 어느

한쪽으로 치우쳐 있게 되는 경우 치우침도( 와) 를 조합한 단기공정능력지수

( 로 나타낸다 즉)

- 57 -

장기공정능력지수( 의 계산은)

으로서 이다

따라서 그림 에 나타난 것처럼 개선전의 공정능력은[ 65] =17854 =08458

으로서 장기 공정에 대해 만족스럽지 못한 값을 나타내고 있다

그림 도포공정 개선전 공정능력 분석그래프[ 65]

- 58 -

그러나 공정개선후의 관리도인 그림 을 살펴보면[ 66] 이며=28196 관리

도의 이고UCL=300418 LCL=263502 관리도의 은CL 로=2532 UCL=51418

나타난다

그림 도포공정 개선후[ 66] 관리도

- 59 -

개선 후에는 그림 로부터 알 수 있듯이 단기공정능력은[ 67] 으로서=31966

인 장기 공정에 대해 안정적인 것을 확인할 수 있어 도포공정 개선에=23275

대한 효과가 있음을 알 수 있다

그림 정 개선 후 공정능력 분석그래프[ 67]

또한 도포공정의 두께관리를 강화하기 위하여 작업자 교육 및 샘플링 두께 측정

검사를 통해 지속적인 모니터링을 실시하고 공정별 온도관리 및 시간 관리를 통해

작업 환경 유지관리 강화로 변함없는 품질의 제품을 생산하도록 하였다 그림 [

은 롤 코팅 공정이다68] (Roll coating)

- 60 -

그림 롤 코팅 공정[ 68] (Roll coating)

- 61 -

제 장 최적수준 결정을 위한 파라미터 설계제 장 최적수준 결정을 위한 파라미터 설계제 장 최적수준 결정을 위한 파라미터 설계제 장 최적수준 결정을 위한 파라미터 설계7777

제 절 실험계획법에 의한 유의인자 결정제 절 실험계획법에 의한 유의인자 결정제 절 실험계획법에 의한 유의인자 결정제 절 실험계획법에 의한 유의인자 결정1111

재료설계 형상설계 및 공정설계에 대한 최적조건의 결정은 부품의 품질 특성에

대한 사양 을 만족시켜야 할 뿐 아니라 생산부품 간 품질의 산포를(Specification)

최대한 줄여야 한다 의 최적설계를 위해 다구찌 기법 을 적 DA-2 (Taguchi method)

용하였다

다구찌의 강건설계 는 인자 가 품질 특성의 평균에 대해(Robust design) (Factor)

가지는 효과뿐만 아니라 분산에 미치는 효과에 대해서도 초점을 맞추고 있다 분산

을 줄일 수 있는 통제 가능한 인자에 대한 조건을 설정하여 품질특성이 통제 불가

능한 인자의 변화에 대해서는 둔감하도록 할 수 있다 강건설계의 주목적은 품질특

성의 목표값을 유지하면서 분산을 줄이는 인자에 대해 설치값 을 발견하는 (Setting)

데 있다

다구찌 설계에 의한 실험계획법은 특히 확장된 역할로서 다음의 몇 가지를 들 수

있다

ㆍㆍㆍㆍ종래에는 제어 불가능한 환경조건이나 제어하기 어려운 생산조건 공정조건

등의 원인 이를 잡음인자로 통칭 들이 데이터에 주는 영향의 정도를 평가하기 어려( )

웠으나 객관적으로 그리고 계량적으로 이를 평가할 수 있는 방법을 제시하고 있

다 또한 품질 산포의 크기를 계량특성치 손실함수 비 등 로 변환하여 산포를 ( SN )

작게 하는 인자들의 조건을 찾아가는 강건설계를 사용한다

ㆍㆍㆍㆍ직교배열표를 광범위하게 사용하여 인자의 수가 많은 경우에도 크게 실험횟

수를 증가시키지 않고 실험하는 일부 실시법을 사용한다

ㆍㆍㆍㆍ생산라인 내 뿐만 아니라 신제품 개발을 위한 품질설계 파라미터(On-line)

설계 허용오차 설계 등의 라인 외 품질관리를 위하여 유용하게 사용할 (Off-line)

수 있다

ㆍㆍㆍㆍ다구찌 방법에서 추가적으로 다룰 수 있는 주요한 것들로는 직교배열

- 62 -

표의 확대사용 수준계의 표준 직교배열표 이외에 확대 응용 혼합 직교배열표(2 3

의 사용과 조합법의 사용 계량치 데이터의 파라미터 설계 허용차 설계 그리고)

계수치 데이터의 파라미터 설계 동적 특성의 파라미터 설계 등을 들 수 있다

파라미터 설계 는 제품설계와 공정설계에서 유용하게 사용되는(Parameter design)

다구찌 실험계획법의 핵심이다 파라미터는 제품성능의 특성치에 영향을 주는 제어

가능한 인자 를 의미하며 파라미터 설계는 이들 인자들의 최적(Controllable factor)

수준을 정하여 주는 것을 말한다 파라미터를 설계변수 라고도 부 (Design variable)

르며 파라미터 설계에서는 제품의 품질변동이 잡음에 둔감하면서 목표품질을 가질

수 있도록 설계변수들의 최적조건을 구하여 준다 최적조건을 찾을 때 설계변수와

잡음을 주는 인자들을 포함시켜 실험하는 직교배열표 등을 주로 사용한다 이때 목

표 품질을 만족시키는 범위 내에서 가능한 한 비용이 적게 드는 조건이나 부품 등

을 이용한다

만약 신뢰성에 영향을 주는 제어 가능한 인자 에 대한 파라미터설계 A B C D

를 한다고 하자 는 수준 는 수준의 혼합수준 에 대한 설계 A B 4 C D 2 (Mixed level)

분석을 하려고 한다면 각 요인 변동의 계산을 표 과 같은 [ 71] L16(215형 직교배)

열표 를 사용하면 된다(Orthogonal Design)

에 대한 파라미터 설계조건으로는 내구성이 가장 좋은 최적의 설계 및 공정DA-2

조건을 구하여야 하므로 반응변수가 큰 값일수록 좋은 망대특성(Larger-the-better

에 대한 조건을 구하고 부품의 정특성 및 동특성에 대한 분석은 적characteristics)

정한 상호관계를 고려하여 별도의 실험을 행한다

- 63 -

표 다구찌 설계의 예[ 71]

- 64 -

제 절 시험데이터의 해석제 절 시험데이터의 해석제 절 시험데이터의 해석제 절 시험데이터의 해석2222

실험조건실험조건실험조건실험조건1111

제품의 신뢰성향상을 위해 지금까지 재료배합의 개선 형상개선 및 공정개선에

대한 각각의 과정을 설명하였으며 본 장에서는 관련된 여러 인자들을 동시에 고려

하여 최상의 품질특성을 나타낼 수 있는 최적인자수준의 결정에 대하여 설명하려고

한다 이는 인자들 간의 상호 작용이 상승 또는 보완작용을 할 수도 있고 반대로

서로 상극임을 나타낼 수 도 있기 때문이다

일반적으로 고무부싱의 개발에 적용되는 인자 는 다음과 같다(Factor)

ㆍㆍㆍㆍ경도 는 수요기업에서 제시하는 사양 에 따라 적정수(Hardness) (Specification)

준의 경도 도 도 도 도 를 적용하였으며 경험적으로 경도의 산포는(43 45 48 50 ) plusmn

정도이다2

ㆍㆍㆍㆍ각 부분의 모양이나 각도에 따라 고무 량에 영향을 미치게 되는 형상설계에

관해서는 내부 파이프 구배각도를(Inner pipe) 15deg~25deg로 하고 외부파이프 (Outer

의 접착부분을 로 하였으며 외경의 크기는pipe) 13mm~15mm

27mm~ 로 유지하였다278mm

ㆍㆍㆍㆍ공정설계는 가류시간을 로 하였다 가류 온도는240sec~600sec 150deg~180

로 하고 주변 온도에 영향을 받으므로 금형 표면온도는 항상 확인하였다 접착제

도포가 내구성에 영향을 주므로 접착제 두께는 으로 하고 접15micron~40micron

착제 배합조건은 로 하였다120cc~128cc

다구찌 설계에 의한 최적수준을 결정하기 위해 다른 인자는 고정시키고 경도 가

류시간 스웨징 인자에 대하여 표 와 같이 실험수준을 정하였다 [ 72]

- 65 -

표 실험인자 별 수준[ 72]

분석결과의 해석분석결과의 해석분석결과의 해석분석결과의 해석2222

실험결과의 해석은 다음과 같다

을 통해 표 의 실험조건을 입력하여 다구찌 설계를 생성한 결과MMITAB [ 72]

표 과 같은 실험조합을 얻었다 표 는 실험조합 별 시험결과 값이다[ 73] [ 74]

에서의 내구성에 대한 다구찌 설계해석의 결과는 표 의 신호 대Nominal load [ 75]

잡음비 비 평균 표준편차에 대한 반응표에 잘 나타나(SN Signal to noise ratio)

있다 그림 그림 은 비 평균 표준편차에 대한 반응 값을 도식한 [ 71]~[ 73] SN

것이다

표 의 신호 대 잡음비의 반응표를 보면 경도는 스웨징이나 가류시간에 비해[ 75]

반응변수 내구성 에 큰 영향을 미치고 있음을 보여준다 평균에 대한 반응표에서도( )

경도는 다른 인자들에 비해 반응변수의 평균에 크게 영향을 미치고 있음을 알 수

있다 표준편차 역시 경도의 수준 변화에 따라 차이가 가장 많음을 보여주고 있다

- 66 -

표 에 의한 다구찌 설계생성[ 73] MINITAB

- 67 -

표 실험조합 별 시험결과 데이터[ 74]

- 68 -

표 비 평균 표준편차에 대한 반응표[ 75] SN

신호 대 잡음 비에 대한 반응 표신호 대 잡음 비에 대한 반응 표신호 대 잡음 비에 대한 반응 표신호 대 잡음 비에 대한 반응 표

망대특성망대특성망대특성망대특성

평균에 대한 반응 표평균에 대한 반응 표평균에 대한 반응 표평균에 대한 반응 표

표준 편차에 대한 반응 표표준 편차에 대한 반응 표표준 편차에 대한 반응 표표준 편차에 대한 반응 표

- 69 -

그림 신호 대 잡음 비의 주효과도[ 71]

그림 인자수준별 평균의 주효과도[ 72]

그림 인자수준별 표준편차의 주효과도[ 73]

- 70 -

표 와 그림 에서 에서의 내구성 예측값을 가장 크게 하[ 75] [ 72] Nominal Load

는 것은 요인 수준의 조합이 일 때이다 품질 향상을 위해서는 정특성 동(4 2 2)

특성 값도 동시에 고려하여야 하므로 조합 조합 조합(4 2 2) (4 3 2) (4 1 2)

에 대한 예측 값을 함께 구하였다

표 은 에서의 내구성 예측값을 표 은 에[ 76] Nominal Load [ 77] Maximum Load

서의 내구성 예측값 표 은 정특성 예측값 표 는 에서의 동특성 예 [ 78] [ 79] 15Hz

측값 그리고 표 은 에서의 동특성 예측값을 보여주고 있다 [ 710] 150Hz Nominal

에서의 내구성 예측값은 조합 조합 조합에서 각Load (4 2 2) (4 3 2) (4 1 2)

각 목표값인 을 상회한 과170000 Cycle 178023 Cycle 174272 Cycle 175830

로서 조합일 때 더 높게 나타났다Cycle (4 2 2)

동배율은 예측 평균값을 기준으로 할 때 동배율은 조합에서는 에 (4 2 2) 15Hz

서 에서 이고 조합에서의110(1187691079) 150Hz 113(1215561079) (432)

동배율은 에서 에서15Hz 106(112856 106938) 150Hz 108(115769106938)

이며 조합에서의 동배율은 에서 에서 (412) 15Hz 108(118194 1094) 150Hz

이었다109(1195691094)

모델의 경우 수요기업에서 동배율 값이 적은 값을 요구하기 때문에DA-2 (kdks)

동배율을 고려하면 의 조합이 더 좋은 품질을 나타낸다고 할 수 있다(4 1 2)

- 71 -

표 에서의 내구성 예측값[ 76] Nominal Load

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 2 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 3 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 1 2

예측 값

신호 대

- 72 -

표 에서의 내구성 예측값[ 77] Maximum Load

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 2 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 3 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 1 2

신호 대

- 73 -

표 정특성 예측값[ 78]

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 2 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 3 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 1 2

신호 대

- 74 -

표 동특성 예측값[ 79] (15Hz)

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 2 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 3 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 1 2

신호 대

- 75 -

표 동특성 예측값[ 710] (150Hz)

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 2 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 3 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 1 2

신호 대

- 76 -

제 장 부품의 신뢰성성장관리제 장 부품의 신뢰성성장관리제 장 부품의 신뢰성성장관리제 장 부품의 신뢰성성장관리8888

제 절 신뢰성성장관리제 절 신뢰성성장관리제 절 신뢰성성장관리제 절 신뢰성성장관리1111

복잡하고 기술적인 제품의 개발 프로그램을 운영하는 데 있어서는 고객이 요구

하는 신뢰성 수준을 만족시키기 위하여 상당한 규모의 시간 예산 기술인력 등의

자원을 필요로 한다 고객들의 신뢰성 요구수준은 매우 높으므로 이러한 목표를 달

성하기 위하여 시험 개선 시험 개선의 개발과정을 반드시 거친다 이 과정에서 시- - -

스템 서브시스템 또는 모듈을 고장 날 때까지 시험하고 고장모드를 결정해서 이를

제거하기 위한 시도를 하거나 적어도 고장발생을 줄일 수 있는 시도를 하여 설계나

엔지니어링 개선을 이룬다 만약 이러한 과정이 계속되고 설계나 엔지니어링 변경

이 충분히 이루지면 시스템의 신뢰성은 증가한다 개발프로그램이 운영되는 동안

신뢰성 수준의 변화를 추적할 수 있다면 개발책임자로서는 여러 가지 이점이 있다

즉 목표하는 신뢰성 수준을 달성하기 위하여 충분한 비율로 성장하고 있는지의 여

부를 가능한 빠른 시간 내에 판단할 수 있고 그에 따라 필요한 자원을 적절히 배

분할 수 있다 따라서 개발책임자는 시험데이터로부터 현재 시스템의 신뢰성 수준

성장률의 평가 앞으로 기대되는 달성 가능한 수준을 결정하기를 원한다

신뢰성 성장관리 기술은 제품을 개발하는 데(Reliability growth management)

소요되는 많은 시간과 비용 및 엔지니어링 노력을 절감하면서 개념선택 제품과 공

정의 신뢰성 그리고 비용효율을 달성할 수 있도록 유용한 정보를 제공해 준다 군

사장비 자동차 및 전자 중장비개발 등에 적용된 최근의 신뢰성 성장시험 관리기술

은 각 분야의 경쟁적인 사업 환경 아래에서 제품개발을 효율적으로 조직하여 신뢰

성평가를 시작하고 신뢰성 성장과정을 추적할 수 있도록 해준다 신뢰성성장관리기

술은 제품 및 공정설계 관련사항 및 검증시험 항목들에 대하여 사용 환경에 따른

신뢰성 성장 진행과정을 확인하고 그 결과로부터 성장시험곡선을 개발할 수 있게

한다 또한 설계단계 사이의 여러 가지 관련성을 확인하여 관찰하고 그 정보를 다

른 제품보증분석들과 연결하여 고객 요구사항에 대한 제품의

- 77 -

적합도를 적절히 평가하는 데 도움을 준다

신뢰성성장모델은 가 개발한Crow(1975) AMSAA(Army Materiel Systems

모델이 많이 활용되었으나 이는 시스템 또는 서브시스템에서의Analysis Activity)

성장관리에 유용하고 부품수준에서는 모델을 활용하는 것이 더욱 실용적이 Weibull

다 모델은 목표 Weibull B10 수명에 대하여 초기 시작품 으로부터(Early Prototype)

후기 시작품 까지의 신뢰성 개선을 관리하는데 실용적으로 활용할(Later Prototype)

수 있다

신뢰성 성장시험 프로세스신뢰성 성장시험 프로세스신뢰성 성장시험 프로세스신뢰성 성장시험 프로세스1111

신뢰성 성장은 개발시스템에 대하여 여러 시험단계가 시리즈로 이루어지는 동안

고장모드를 발견하고 이를 개선하는 과정을 거쳐 이TAAF(Test Analyze And Fix)

루어진다 또한 기능시험 환경시험 안전시험의 결과는 신뢰성 향상을 위한 FMEA

등과 연계하여 사용된다 분석결과는 설계변경에 반영되고 최종목표가 달성될 때까

지 개선과 시험이 연속적으로 이루어진다 그림 은 일반적인 신뢰성 성장시험 [ 81]

프로세스를 보여준다 프로그램의 시작시점에 신뢰성 성장에 대한 계획을 수립하여

고객의 기대사항을 만족시킬 수 있는 성능수준에 대한 구체적인 측정치를 제시하

고 이 목적을 달성시킬 수 있는 시험조건을 정한다 시험조건은 특정한 부품이나

시스템에 대하여 고객의 사용방법과 환경에 대한 지식을 기초로 하여야 한다

개발프로젝트가 진행되는 동안 신뢰성 성장시험 프로그램이 개발되고 실행되는

과정에서 설계 및 공정의 관심사항을 확인하기 위해 QFD(Quality function

와 같은 제품보증을 위한 분석방법들이 선행되어 실시되는데 신뢰성deployment)

성장관리와 연계하여 이를 통틀어 통합 신뢰성 성장관리(Integrated reliability

라고 한다 신뢰성 성장관리를 포함한 제품설계평가의 모든growth management)

과정은 제품 공정의 신뢰성 향상에 있어 중요한 역할을 하는 제품보증기능의 한부

분이다

- 78 -

통합 신뢰성 성장시험관리 프로세스는 설계뿐 아니라 공정신뢰성(MIL-HDBK-781)

과 관련된 문제에 대응할 수 있도록 신뢰성 성장시험의 이점을 전적으로 활용할 수

있는 수단을 제공한다

신뢰성 성장관리과정을 개발함으로써 신뢰성 수준은 계속적으로 추적될 수 있고

조치를 취하고 다른 분석결과들과 비교되어 초기 신뢰성 예측을 수립하고 제품설

계에 포함된 확신을 증가시킨 후 검증시험에 들어갈 수 있도록 한다 이러한 신뢰

성 성장관리 프로세스는 제품개발 사이클에 있어서 초기 단계 동안에 신뢰성을 확

립하는 데 도움을 줄 수 있는 장치이다

그림 신뢰성성장시험 프로세스[ 81]

제품개발과정에 적용되는 신뢰성 성장시험관리 프로세스는 다음과 같다

신뢰성 성장시험조건을 결정하고 시험 사이클을 개발한다 ①

신뢰성 성장시험곡선의 사용을 통하여 시험과정을 실행하고 추적한다②

시험결과를 평가하고 다른 선행된 분석연구결과들과 비교한다③

확인된 결함을 제거하기 위해 설계변경을 실시한다④

- 79 -

설계검증시험을 준비한다⑤

신뢰성 성장시험의 주된 목적은 설계상의 약점을 확인하고 제거함으로써 설계의

신뢰성을 증가시키는 것이다 정확하게 신뢰성 수준이 변화되는 진행상황을 추적하

기 위해서는 요구사항에 대한 불합치성 을 확인하고 불합치성이(Nonconformance)

일어난 시간을 모두 추적하여야 한다 시험을 시작하기 전에 적절한 시정조치를 용

이하게 하기 위해 사전계획이 수립되어야 하며 고장분포를 결정하기 전에 각각의

고장부품에 대한 고장원인을 분리할 수 있어야 한다

부품의 개발과정에서 몇 개의 표본에 대한 고장시간 데이터가 있을 때 Weibull

분포를 활용한 신뢰성 성장분석에 대하여 설명하면 다음과 같다

가 분석의 개요가 분석의 개요가 분석의 개요가 분석의 개요

밀도함수는 그림 와 같이 특성 수명과 기울기로 고장시간Weibull [ 82] (Cycle

을 설명한다 작은 표본에 대한 고장시간 데이터가 주어졌을 때 분석Km) Weibull

을 사용하여 세 가지의 정보를 얻을 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ특정 시간이 주어졌을 때 등 부품의 신뢰도는 그 시간까지 살아 있(Cycle Km )

을 백분율이다

ㆍㆍㆍㆍ 또는 다른( 수명을 추정할 수 있다) 수명은 부품들 중 가 고장10

날 것이라고 기대되는 시간이다 즉 이 시간에서의 신뢰도는 이다 90

ㆍㆍㆍㆍ 기울기의 값은 고장률 패턴에 대한 정보를 제공해준다 기울기가Weibull 10

이라면 고장률이 일정하다는 것을 의미한다 이 경우 고장은 일반적으로 우연히

일어나며 고장률은 설계의 강건 정도에 따라 달라진다 기울기가 보다 작다면 1

고장률은 감소하고 있음을 의미한다

- 80 -

즉 높은 초기 고장률 을 말한다 기울기가 보다 크면 고장률은 증 (Infant mortality) 1

가하고 이는 마모 되고 있음을 의미한다(Wear-out)

그림 에 의한 부품의 신뢰성성장분석[ 82] Weibull 수명 비교

가장 많이 활용되는 측도는 수명이며 이것은 요구되는 목표 신뢰도가 임 90

을 의미한다 첫 번째 프로토타입이 고장 난다면 신뢰성 목표 달성을 위해 설계 변

경을 행하고 다음 프로토타입을 시험한다 이 과정은 목표 수명이 달성될 때까

지 반복한다

나 의이점나 의이점나 의이점나 의이점WeibullWeibullWeibullWeibull

부품의 개발과정에서 작은 표본에 대한 고장시간 자료가 주어졌을 때 Weibull

분석을 활용하여 신뢰성성장관리를 행하면 다음의 정보를 얻을 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ신뢰성 개선은 목표 수명이 달성될 때까지 하나의 프로토타입에

- 81 -

서 다음 프로토타입까지 추적할 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ신뢰성 개선은 시험한 프로토타입에 대해 타점으로 표현되고 빠르Weibull

게 방향을 파악하여 신뢰성 진전과정에 대한 양적 측면의 관리능력 향상을 그

래프로 확인할 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ컴포넌트를 고장 날 때까지 시험하는 것은 고장모드에 대한 아주 귀중한 정

보를 제공하고 따라서 시정조치 활동이 필요하다

ㆍㆍㆍㆍ많은 표본이 더 좋은 신뢰도를 얻을 수 있지만 분석은 많은 표본을Weibull

필요로 하지 않는다

ㆍㆍㆍㆍ고객의 운영 사용 사이클과 시험 모수의 관계가 알려져 있다면 더 빠르고( )

더 적은 비용으로 가속시험을 할 수도 있다

다 기본가정및제한다 기본가정및제한다 기본가정및제한다 기본가정및제한

ㆍㆍㆍㆍ각 분석에서 오직 하나의 고장모드만 포함되어야 한다 두 개나 그 이상의

고장 모드가 검출된다면 각각에 대해 분리하여 분석해야 한다

ㆍㆍㆍㆍ신뢰도는 시험 제한 한계 로 인해 년 마일까지 확장하여 외삽하면 안( ) 10 150K

된다 왜냐하면 시험 제한 한계 로 인해 다른 고장모드가 발생할 것인지 알 수 ( )

없기 때문이다

ㆍㆍㆍㆍ하나의 프로토타입에서 다음 프로토타입까지 기울기가 변하는 데는 특별히

주의를 하여야 한다 왜냐하면 초기 후기 수명에서 더 높은 신뢰도와 후기 초 ( ) (

기 수명에서 더 낮은 신뢰도의 할 수 도 있기 때문이다) trade-off

라 적용시기라 적용시기라 적용시기라 적용시기

ㆍㆍㆍㆍ수명의 비교는 엔지니어링 사양 이 특정한(Specification) 을 요구할 경

우 사용된다

ㆍㆍㆍㆍ이러한 접근방법은 고장시간 등 에 대하여 동일한 부품의(Cycle Km )

- 82 -

다른 시점에서의 프로토타입을 비교할 때 사용한다

ㆍㆍㆍㆍ신뢰성 목표가 달성될 때까지 계속한다

마 입력자료마 입력자료마 입력자료마 입력자료

ㆍㆍㆍㆍ프로토타입 의 몇 개 표본의 고장시간 등1 (Cycle Km )

ㆍㆍㆍㆍ프로토타입 의 몇 개 표본의 고장시간 등2 (Cycle Km )

⦙

ㆍㆍㆍㆍ마지막 프로토타입의 몇 개 표본의 고장시간 등(Cycle Km )

분석프로세스는 그림 과 같다[ 83]

프로세스프로세스프로세스프로세스 일반적 단계일반적 단계일반적 단계일반적 단계

Ⅰ 요구

또는 수명 결정

프로그램 신뢰성 목표 사용

고객의 운영 사용 프로파일 사용( )

시험 프로그램 적정시간 사용

Ⅱ 시험 프로그램 자료정보

확인과 데이터 수집초기 부품의 프로토타입

후기 부품의 프로토타입

Ⅲ 다른 프로토타입에 대한

누적고장 시간 또는 vs

거리 계산 및 타점

분석이 가능한 사용Weibull SW

가능한 가속수명시험 사용

Ⅳ 프로젝트 검토 시

현재 신뢰성 수준신뢰성 목표 적합성 결정

초기 경고 관련 정보 제공

개선을 위한 계획 정보 제공

그림 프로세스별 단계[ 83]

- 83 -

제 절 신뢰성성장 데이터분석제 절 신뢰성성장 데이터분석제 절 신뢰성성장 데이터분석제 절 신뢰성성장 데이터분석2222

초기 프로토타입 으로 부터 개의 표본을 정상하중 으(Prototype1) 6 (Nominal load)

로 고장 날 때까지 시험하고 고장모드를 기록하였다 여러 개선작업을 거친 후 후

기 프로토타입 으로부터 개의 표본을 고장 날 때까지 시험하고 고장모(Prototype2) 6

드를 기록하였다 시험 데이터는 표 에 주어져 있다 [ 81]

에 고장데이터를 입력하고 각 프로토타입 단계별로 용지에 결과MINITAB Weibull

를 타점한 결과 그림 와 같은 성장곡선이 생성되었다 [ 84] Weibull

정상하중 에서 의 평균수명 추정치는 이(Nominal load) Prototype1 127366Cycle

고 의 평균수명 추정치는 로서 의 개선을 이루었 Prototype2 176882 Cycle 389

음을 알 수 있었다 수명은 은 이었으나Prototype1 112668 Cycle Prototype2

의 수명은 로서 상당한 개선이 이루어졌음을 볼 수 있다168620 Cycle 수

명에 대한 신뢰하한은 로 추정되었다 따라서 정상부하에 의한95 162926 Cycle

시험데이터분석 결과 개선활동 재료배합개선 형상설계개선 공정개선 에 의하여 ( )

내구성 목표가 달성되었음을 알 수 있다

그림 는 에서의 신뢰구간을 보여주고 있다[ 85] Nominal load 90

최대하중 에서는 표 의 데이터 입력결과 그림 의 그래프를(Max load) [ 82] [ 86]

생성하였다 그래프로 부터 추정된 의 Prototype1 수명은 이고16362Cycle

의Prototype2 수명은 이다21850 Cycle 수명에 대한 신뢰하한추정치95

는 으로부터 로 계산된다MINITAB 20983 Cycle

의 수명과 의 수명이 다른 것은 개선 활동의 결과이Prototype1 Prototype2

- 84 -

며 에서 개선목표가 달성되었음을 알 수 있다 Prototype2

표 하중 고장시간[ 81] Nominal (Cycle)

Weibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth Curve

(Nominal Load)(Nominal Load)(Nominal Load)(Nominal Load)

그림 성장곡선[ 84] Weibull (Nominal load data)

- 85 -

Weibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth Curve

(Nominal Load-90 Cl)(Nominal Load-90 Cl)(Nominal Load-90 Cl)(Nominal Load-90 Cl)

그림 신뢰구간[ 85] Nominal Load90

- 86 -

표 하중 고장시간[ 82] Max (Cycle)

Weibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth Curve

(MaxLoad)(MaxLoad)(MaxLoad)(MaxLoad)

그림 성장곡선[ 86] Weibull (Max load data)

- 87 -

제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론9999

본 연구는 자동차현가장치인 고무부싱 의 신뢰성향상을 위한 기(Rubber bushing)

술개발과제이다 에나 인더스트리는 수출전문기업으로서 주요 경쟁사에 비해 고성

능 고내구성의 제품을 짧은 기간 내에 개발할 수 있는 능력을 갖추어야 해외 시장

에서 경쟁력을 가질 수 있다

본 연구개발에서는 수요기업에서 요구하는 GMUTS(General Motors Uniform

의 사양에 따른 시험을 실행하여 내구성을 목표 사이클 이상으Test Specification)

로 개선하고 정특성과 동특성 비틀림 토크를 개선항목으로 선정하여 제품의 품질

및 신뢰성 향상을 진행하였다

수요기업의 요구 수준에 의하면 내구성은 와 Tension Compress Alternating

가 동시에 일 때 일 때Torsion Stress Maximum Load 20000 Cycle Normal Load

을 요구한다 본 프로젝트의 경우 해외의 부품메이커들에 대한 경쟁150000 Cycle

력 우위를 확보하기 위하여 기본 요구 수준을 넘어 향상된 제품신뢰성을5~10

확보를 목표로 하였다 내구성 정특성 및 동특성에 대한 시험은 직접 행하였고 비

틀림토크에 대한 부분은 추가적인 시험장치가 필요하여 수요기업의 실험실에 샘플

을 제출하여 요구수준을 검증받았다

본 연구개발의 성과를 요약하면 다음과 같다

우선 기술적 효과로는

설계기술의 확보(1)

재료배합설계 형상설계 공정설계에 대한 기술을 확보하여 내구성을 비롯한 품

질특성을 향상시킬 수 있었다 종래에는 설계 개발 생산프로세스에서 경험적 방법

에 의존하여 시행착오가 많았으나 본 연구를 통하여 과학적이고 체계적인 방법으

로 접근할 수 있는 기술이 확보되었다

설계 요소의 기술적 배치를 위한 실험계획법의 활용기술 확보(2)

- 88 -

종전에는 고무 배합설계 형상설계 공정설계에 대하여 설계요인 별 수 (Facter)

준 을 무작위로 추출하여 실험하였으나 본 실험계획의 과정을 따르면 요인들(Level)

이 계획적으로 반영되어 품질특성에 각각 어느 정도의 영향을 미치는지 분석이 가

능하게 된다 또한 다구찌에 의한 강건 설계의 생성으로 산포를 줄일 수 있다

잠재적 고장원인 분석방법 기술 확보(3)

제품기능에 대한 잠재적 고장모드의 예측과 시험항목을 판단하고 최종적으로는 설

계검증 과 공정검증 의 세부항목과 효과적(Design verification) (Process verification)

으로 연계가 가능하다

신뢰성 데이터분석기술 확보(4)

부품의 개발과정에서 몇 개의 표본에 대한 고장시간 데이터가 있을 때 Weibull

분포를 활용한 신뢰성 성장분석이 가능하게 되었다 개발프로그램이 운영되는 동안

신뢰성 수준의 변화를 추적할 수 있어 목표하는 신뢰성 수준을 달성하기 위하여 충

분한 비율로 성장하고 있는지의 여부를 가능한 빠른 시간 내에 판단할 수 있고 그

에 따라 필요한 자원을 적절히 배분할 수 있다 따라서 개발책임자는 시험데이터로

부터 현재 시스템의 신뢰성 수준 성장률의 평가 앞으로 기대되는 달성 가능한 수

준에 대한 결정이 가능하다

경제적 측면의 효과로는

제품에 대한 내구성 및 동특성 정특성에 대하여 요구사양 이상으로 특성관리(1)

를 행할 수 있어 해외 부품메이커들에 대한 경쟁력 우위로 수출력을 향상할 수 있

게 되었다

개발기간을 단축할 수 있게 되어 개발비의 절감을 가져올 수 있게 되었다(2)

재료배합 형상설계 및 공정설계에 대한 기술개발의 표준 정립으로 개발 기간의 단

축이 가능하게 되었다

본 과제 결과를 활용하여 다른 방진제품에 대한 신뢰성 관리로 수출(3)

- 89 -

시장을 개척하여 신규거래처를 확보할 예정이다 신뢰성 데이터의 관리가 이루어져

제품수명에 대한 설득력 있는 자료의 제시가 가능하게 되었다

향후 연구계획으로는

고무부싱부품의 특성상 내구성만의 개선이 최선이 아니고 정특성과 동특성을 일

정수준으로 동시에 고려하여야 한다 따라서 이 부분에 대한 동시적인 실험설계가

시스템화 되도록 추가적인 연구가 요구된다

- 90 -

참고문헌참고문헌참고문헌참고문헌[ ][ ][ ][ ]

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박성현 실험계획법 민영사[5] 2003

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Journal of Fatigue Vol27 2005

[8] McLean R A and Anderson V I Extreme Vertices Design of Mixture

Experiments Technometrics Vol8 No3 1966

- 96 -

주 의

이 보고서는 산업자원부에서 시행한 부품소재종합기술지원사업의 최1

종보고서이다

이 신뢰성기반기술확산사업 내용을 대외적으로 발표할 때에는 반드시2

산업자원부에서 시행한 부품소재신뢰성기반기술 사업의 지원결과임을

밝혀야 한다

- 97 -

이 보고서는 산업자원부에서 시행한

부품소재 신뢰성기반기술확산사업의 최종보고서이다

- 20 -

표 공정[ 33] FMEA

- 21 -

- 22 -

- 23 -

- 24 -

제 장 재료배합개선제 장 재료배합개선제 장 재료배합개선제 장 재료배합개선4444

제 절 배합의 기본 조건제 절 배합의 기본 조건제 절 배합의 기본 조건제 절 배합의 기본 조건1111

방진 고무부품을 만들려면 다음의 가지 공정을 거친다3

배합공정 사용목적에 따라 원료고무를 선택하고 배합약품의 종류와 양을 결middot

정하는 공정

가공공정 정해진 배합에 따라서 고무와 배합약품을 섞고 혼련 일정한 두께middot ( )

의 고무 시트를 제조하고 만들고자 하는 모양으로 절단하는 공정

가황공정 만들고자하는 모양으로 절단한 미가황 고무에 고무 탄성을 갖게middot

하고 물성을 개선하는 공정

이들 중 배합은 가공공정 가황공정 및 만들어진 제품 성능에 절대적인 영항을 미

치므로 배합설계자는 배합설계 를 할 때 다음의 가지 점(Compounding design) 3

에 균형을 잘 조화 시켜야 한다(3P)

최종 제품의 요구물성을 충족시킬 것middot (Property)

가공이 쉬울 것middot (Processing)

부피 당 배합단가가 적정할 것middot (Price)

또한 이와 같은 조건을 충족시키는 배합설계를 하기 위해서 배합설계자는 배합

의 목적 배합에 사용되는 원료고무와 각종 배합제의 성질 배합의 기초 배합단가

제품이 만들어 질 때까지의 작업 및 설비 등을 주지해야 한다

배합에는 원재료의 시험이나 평가를 목적으로 하는 배합과 공장에서 제품을 만들

기 위한 배합으로 나룰 수 있다

원재료의 시험이나 평가를 목적으로 하는 배합은 원재료의 대체나 품질

- 25 -

확인을 위한 기초 배합과 새로운 원재료가 개발됐을 때 이곳에 대한 실제적인 용도

개발을 위한 시험 또는 연구배합이 있다 개발을 위한 시험 또는 연구배합에서는

기초적인 성상을 구하는 배합으로부터 실용화에 대비한 응용배합에 이르기 까지를

검토의 대상으로 하기도 한다

제품을 생산하기 위한 목적으로서의 배합이란 종래에 없었던 새로운 요구가 있

었을 때 종래 사용하던 원재료를 써서 그 목적에 알맞은 배합을 결정하여 공장에

서의 실제 생산에 투입하는 경우를 뜻한다

고무 부싱과 엔진마운트와 같은 방진을 목적으로 하는 고무제품의 재료를 보면

등의 계의 고무가 적합하다는 게 일반적인 고무업체의 정설이NR SBR BR Diene

다 하지만 목적에 맞게 고무의 원재료를 선택하여야 한다 결국 방진이라는 기능의

고무 특성을 만족하기 위해서는 가교라는 차원 구조의 밀도를 요구하고 있다는 것3

을 알 수 있다

일반적인 방진고무의 요구특성으로는 다음과 같은 조건을 만족하여야 한다

첫째 파단 특성을 만족하여야 한다 즉 분자들과의 높은 응집력과 와의 높 Filler

은 친화성으로 응력을 분산시키는 구조로 이루어져야하는 조건을 만족하여야 하며

둘째 특성을 만족하여야 한다 에 대한 조건을 만족시키기 위해서 Creep Creep

는 고무의 분자 회전성이 높고 응집에너지가 낮을수록 좋다

셋째 내열성 및 내열 산화성에 대한 조건을 만족하여야 한다 이것은 일반적으로

기계적인 모든 성질은 온도의 의존성이 낮을수록 바람직하다고 할 수 있다 이에

방진목적의 고무도 이 같은 성질을 만족하여야 한다

- 26 -

넷째 일반적인 방진 제품은 고무만의 단독 현상으로는 그 형태를 유지하기 힘들

며 금속과의 결합을 통하여 그 방진특성을 만족하여야 한다 이에 방진고무의 기본

적인 성질은 금속과 접착성이 좋아야 한다는 조건을 만족하여야 한다

다섯째는 감쇄계수에 대한 부분으로 감쇄계수가 크고 온도의존성이나 주파수 의

존성이 좋아야 한다 일반적으로 은 감쇄가 적고 소변형에서 대변형에 이르기까 NR

지 선형의 복원을 하며 주파수에 의존하지 않은 특성을 가지고 있으므로 방진고무

로 적합하다고 할 수 있다

여섯째 탄성율에 관한 내용으로 일반적으로 방진 고무의 탄성율은 온도 및 진폭

의존성이 낮은 쪽이 좋게 된다

마지막으로는 정적강성과 동적 강성의 비로 표현되는 동배율에 유의해야 한다

일반적으로 방진고무의 감쇄 특성을 고려하면 동배율이 높은 것이 유리하지만 동적

특성의 온도의존성 변형율 동적 변형율에 의한 발열 및 내피로특성을 보면 저동배

율 쪽이 유리하다

제 절 재료배합 개선방안제 절 재료배합 개선방안제 절 재료배합 개선방안제 절 재료배합 개선방안2222

원재료 및 배합제의 개선원재료 및 배합제의 개선원재료 및 배합제의 개선원재료 및 배합제의 개선1111

고무부싱 제품의 경우 그 기능상의 요구로 인하여 주로 계열의 천연고무를NR

원재료로 사용한다 본 연구에서도 계열의 천연고무를 원재료로 하고 요구 특성 NR

의 개선을 위해 배합제의 선정을 대해 연구하였다 일반적으로 천연고무 및 합성고

무에 적용되어지는 배합제는 가황속도 조절 가공의 원활화 품질특성 개선 그리고

특수 성능 등의 목적으로 사용되어

- 27 -

진다 배합제의 종류로는 가공조제 연화제 유기가황제 가황촉진제 노화방지제

등으로 나눌 수 있다

요구 경도의 결정은 함량을 조절하여 설계하였으며 품질특성을 향상 시Carbon

킬 수 있는 재료를 연구한 결과 미세 으Caron Carbon Black(MAF FEF GRADE)

로 물성을 향상 시킬 수 있도록 하였다 특성에 큰 영항을 주는 배합제의 경우 그

용도에 따라 많은 종류를 인자로 적용할 수 있지만 많은 인자로 인하여 발생하는

비용적 시간적 손실을 최소화하기 위해 본 연구에서는 원재료와 함량을 Carbon

고정한 후 촉진제 종류와 가황제의 양을 조절하는 방식으로 배합제에 대한 최적의2

조합을 선택하는 방법으로 접근하였다

내구성 향상을 위한 방안내구성 향상을 위한 방안내구성 향상을 위한 방안내구성 향상을 위한 방안2222

내구성을 향상시키기 위한 일반적인 방법은 경도를 향상시키는 것인데 경도를

높이는 방법만으로는 다른 특성 즉 정 동특성을 동시에 만족시킬 수 없는 어려움이-

있다 이에 본 연구에서는 방진용 제품이 요구하는 정 동특성과 내구성을 Bushing -

동시에 향상 시킬 수 있는 방안을 모색하기 위하여 촉진제와 가황제를 이용하여 최

적을 배합설계를 이루고자 하였다

내구성을 향상시키기 위한 방법으로 보통 량의 조절을 통한 경도 조절법Carbon

을 이용하게 되는데 본 연구에서 적용한 은 미세 Carbon Carbon Black(MAF FEF

으로 인장강도 및 경도 인장응력을 증대하는 효과를 얻고자 하였다 이러GRADE)

한 미세 의 적용과 동시에 보강제의 분산 및 흐름성 개선을 위하여Carbon Black

가공조제를 개선하여 적용하였다

가교시스템의 향상 방안가교시스템의 향상 방안가교시스템의 향상 방안가교시스템의 향상 방안3333

가황반응 고분자 주쇄간 가교결합을 통한 차원 망상구조를 형성하(Vulcanization) 3

여 고분자 화합물의 복원력 탄성 특성 및 기타 요구물성을

- 28 -

증가시킨다 다양한 가교결합 형태 중 방진고무산업에서 많이 이용되고 있는 가교

결합은 을 도입한Polysulfide (-C-Sx-C- x=1~4) Conventional CV(Vulcanization)

계를 많이 사용한다 여기서 사용되고 있는 인 천연고무 Polymer (Natural Rubber

의 배합에 있어 가교 또는 가류형태의 변화에 따라 물성 및 특성의 변화가 있NR)

음을 알 수 있다 즉 가교형태 변화에 따른 유사한 특성을 나타내는 Stress-Strain

조건하에서 공정특성 및 전반적인 물성에 영향을 미침을 알 수 있다 의 기 Polymer

본 배합에서 촉진제나 황 공여체 증가에 따라 가류 유도시간(Sulfur Donor)

은 길어지나 가류속도는 빨라진다 특히 고온 가류 시 과 가류(Induction time)

에 의한 물성하락을 방지하기 위해 열 안정성이 우수한(Overcure) EV(Efficient

계를 사용하는 것이 근래에 소개되고 있다 고분자의 물성은 가교형Vulcanization)

태뿐 아니라 가교밀도에 크게 의존한다 가교계 변화에 따른 인장강도의 영향은 매

우 적은 반면 신장율은 계에서 로 같수록 감소CV(Conventional Vulcanization) EV

하는 경향이 있다

이란 가류시간의 지연 또는 과가류로 인한 고무 물성의 저하를 말한Reversion

다 이러한 현상은 제품의 외면이 과도한 열에 노출될 수 있다 다중황공유 결합의

열적노화현상이 발생하며 가교형태가 다중황 결합에서 단일황(Polysulfidic)

결합으로 바뀌게 되며 밀도가 현저하게 저하되고 환상형 씨오알켄(Monosulfidic)

과 씨오알칸 구조로 바뀌게 된다 결과적으로 재료의 물성(Thioalkene) (Thioalkane)

과 기계적 성질이 떨어지게 된다

이 발생하는 시간을 가교형태에 따라 비교하여 보면Reversion CV lt Semi-CV lt

으로 알려져 있으며 시스템에서는 촉진제 종류에 따라서 인장과 신율의 물EV EV

성에 하락 없이도 공정 안정성 특성이 매우 우수하다 이 Anti-Reversion

으로 인해서 물성과 기계적 성질을 향상시킬 수 있으며 황공여체 사Anti-Reversion

용 또는 계로 가교형태를 전환함으EV

- 29 -

로써 가능하다 이로써 가교의 다중황결합 을 줄이고 단일 또는 이중황 결 (S3~S8)

합으로 내열성 및 결합의 안정성을 증가시킬 수 있다 이러한 과정에서 공정설계상

계보다 더 낮은 가류온도와 더 길어진 가류시간이 필요하게 된다 이러한 계CV EV

에서는 정도의 황과 계에 비해서 다소 많은 양의 촉진제를 사용하02~05 phr CV

게 된다 여기에 근거하여 혼합물성분의 한계 표 표 에 나타난 황과 촉 ([ 42] [ 44])

진제 양의 범위를 정하였다

발생 시간의 효율적인 제어를 위하여 본 연구에서는 적절한 촉진제의Reversion

배합량을 조절하여 방진제품에서 요구하는 특성을 만족하는 조건을 선정하고자 하

였다 그림 은 의 예를 보여준다 [ 41] Reversion

그림 의 예[ 41] Reversion

본 연구에서는 인장 내열 강도의 증가와 동 정특성 내구성 증가를 위한 가교 시- -

스템의 향상 방안으로 황량을 조절하여 Convension Type(Efficient Vulcanization

을 통하여 결합력을 증대시켰으며 촉진제를 조절하여 가- CURE STIES-CC-C)

교효율을 증대하였다 또한 가황 조건에 변화가 적은 배합설계를 하여 향상된 적정

가황이 될 수 있도록

- 30 -

하였으며 를 정립화하여 최적의 적정 가황 포인트를 찾아 인장이 최CURE-STUDY

적일 때 내구성이 최적이고 가황제품과 시편을 동시에 함으로 시편과CURE-STUDY

제품의 상의성을 방지할 수 있었다

자동차업계에서는 일반적으로 고가의 폴리머를 선호하지만 본 연구를 통하여 가

격이 낮은 폴리머로도 성능향상이 가능하다는 것을 입증하였고 향후 타 아이템에도

연계 적용함으로 새로운 배합설계를 구축하였다

실험계획법의 적용실험계획법의 적용실험계획법의 적용실험계획법의 적용4444

기존의 개발 진행 방식은 경험에 의한 시행착오 접근 방법을 사(Trial and Error)

용하여 성능향상을 도모하였으나 본 연구에서는 배합물설계에 위한 실험계획법

기술을 적용하여 이론적으로 최적의 배합설계를 이(DOE Design of Experiment)

룰 수 있는 방법을 연구하였다

일반적인 고무제품의 배합은 많이 알려져 있지만 특성 향상을 위한 방안이나 그

배합에 대한 신뢰성에는 많은 의문점이 제기 되는 게 현실이다 본 연구에서는 요

구특성을 만족시키기 위하여 선정된 촉진제의 배합조건의 최적화를 실현하기 위하

여 실험계획법의 꼭지점계획법을 이용하여 그 효율성을 검증하고자 하였다 배합의

경우 어느 독립적인 인자의 선정으로는 그 효과를 극대화 시킬 수 없는 특성이 있

는데 본 연구에서는 선정된 촉진제 및 폴리머의 조건 하에서 최적의 배합 조건을

찾아보고자 하였다

재료배합설계의 개선을 위한 방안을 정리하면 표 과 같다[ 41]

- 31 -

표 내구성 및 정 동특성 동반향상을 위한 개선방안[ 41] -

항 목항 목항 목항 목 기존 방안기존 방안기존 방안기존 방안 제안된 개선 방안제안된 개선 방안제안된 개선 방안제안된 개선 방안

배합 설계 방안

경험적 배합 설계

고 배합설계COST

국내수급재료사용

실험적 분석기법 도입

저 배합설계COST

해외재료수입

내구성 향상

량 변경Carbon

용도별 적정 적용Carbon

정동특성 향상 방안을 동시==gt

고려

경험적 수치의 가황제 량 선정

가교 시스템 향상 방안을 고려한

가황제 량 선정

(EV - CURE)

결합력 증대==gt

경험적 수치에 의한 촉진제 량

선정 경도별 선정 미비( )

가교 효율을 반영한 촉진제 량의

선정

적정한 가황 포인트 파악을 위한(

실시Cure Study )

정 동특성 향상-

정특성 향상 방안 경도 증가

동특성 향상 방안 경도 하락

두 특성을 만족시키기 위한==gt

경험적 수치의 경도 선정

데이터베이스를 활용한 배합설계

정 동특성을 동시에 만족할 수-

있는 배합제 적용

분산 및 흐름성 개선==gt

형상개선과 동시 고려==gt

- 32 -

표 는 지원 전 배합비율과 특성별 성능수준을 나타낸다[ 42]

표 지원 전 성능수준[ 42]

- 33 -

제 절 꼭지점계획법에 의한 최적배합조건제 절 꼭지점계획법에 의한 최적배합조건제 절 꼭지점계획법에 의한 최적배합조건제 절 꼭지점계획법에 의한 최적배합조건3333

재료설계에 적용되는 실험계획은 혼합물 배합에 관한 실험계획으로서 몇(Mixture)

개 성분의 혼합물 중 어떠한 성분이 품질의 특성에 유의한 영향을 미치는지를 분석

하여 반응을 최대로 만드는 최적혼합비율을 찾고자 하는 실험계획이다

혼합물실험에 적용되는 실험계획으로는 심플렉스 격자형배열법 심플렉스 중심배열

법 꼭지점 계획법 등을 주로 적용한다 본 실험에서는 심플렉스의 전 영역이 아니

라 제한된 영역에서 실험을 하고자 하므로 꼭지점계획법(Extreme vertice design)

을 적용하였다

고무부싱의 재료배합에서는 개의 성분재료가 있고 이들을 어떤 비율로 배합하는

것이 품질특성치를 가장 좋게 하는가를 찾는다 성분의 혼합에 있어서 를 번째

성분의 혼합비율이라고 하면 다음과 같은 관계식을 만족시켜야 한다

이러한 경우는 일반적 실험계획법처럼 심플렉스의 모든 영역에 실험이 배치되는 것

이 아니고 제한된 영역에서만 실험을 하는 경우이다 즉 각 인자 가 (Factor) 0 le

의 모든 값을 취할 수 있는 것이 아니라 제한된 구간1le

안에서만 값을 취한다 이와 같은 경우는 경제적인 이유나 또는 실험 전에 인자들

의 성질에 대하여 상당한 정보가 있는 경우이다 위의 식과 같은 인자의 구간이 설

정되면 실험가능영역은 심플렉스 상의 좁은 영역이 된다

- 34 -

과 은 제한된 실험영역에 대한 실험계획법으로 꼭지점 계획법Mclean Anderson

을 제안하였다 이 계획법은 제한된 영역이 가지는 모든(extreme vertices design)

꼭지점과 이 꼭지점들의 선형조합으로 이루어지는 몇 개의 점을 적절히 선택하는

실험계획법이다 만약 개의 혼합성분이 사용되는 경우 실험영역을 그림으로 그리 4

면 그림 와 같이 사면체 속에 위치하는 면체가 된다 과 은[ 42] 6 Mclean Anderson

이 면체의 꼭지점과 중심점을 실험점으로 선택하는 방법에 대한 예제를 제시하고6

있다

그림 개의 혼합성분에 대한 꼭지점계획법[ 42] 4

고무부싱의 재료설계 시 혼합물은 고무 카본 및 배합원료로서 황화제 촉진제

가공제 유기산 금속산화제 노화방지제 보강제 충진제 등을 사용한다

재료 배합 실험은 경도별로 나누어 실행되었으며 표 은 경도 도 오차범[ 43] 48 (

위 plusmn 도 에 대한 혼합물성분의 한계이다 에 성분의 한계를 입력한 결과2 ) MINITAB

네 가지 성분에 대하여 표 와 같은 총 회의 실[ 44] 17

- 35 -

험점이 생성되었다 실행 의 경우 의 성분을 1 A B C D 09807 00068 00011

의 비율로 섞어서 실험하라는 의미이다00114

표 혼합물 성분의 한계[ 43] (48Hs)

성분 하한 상한

A 외 기타Polymer 09774 09807

B 촉진제1 00068 00085

C 촉진제2 00011 00022

D Sulfur 00114 00119

표 꼭지점계획법에 의한 실험설계와 결과데이터[ 44] (48Hs)

을 활용한 혼합물 설계 데이터분석 결과는 표 표 과 같다MINITAB [ 45][ 46] 17

회의 실험점에 대한 데이터분석 결과 각 실험 점에서의 적합추정치와 신뢰구 95

간을 구할 수 있었다

- 36 -

표 을 보면 실험점 에 의한 배합조건으로는 신뢰구간으로[ 45] 14 95

의 내구성이 나타난다 에서는 각 성142322cycle ~ 146166cycle Nominal Load

분에 대한 제한조건을 만족시키면서 내구성을 최대로 하는 처리조건은 인자의 네

가지 성분 즉 외 에 대한 배합 비율이 Polymer Acc1 Acc2 Sulfur 097740

이었다 그리고 이 처리조건에서 예상되는 내구성은00085 00022 00119

에 도달할 것으로 추정되었다146943cycle

에서는 인자의 네 가지 성분의 배합비율이 와 마찬Maximum Load Nominal Load

가지로 이었다 그리고 이 처리 조건에서 예상되는09774 00085 00022 00119

내구성 추정치는 이었다18917cycle

표 데이터분석 결과[ 45] (48Hs Nominal Load)

에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응Dura(Nom)Dura(Nom)Dura(Nom)Dura(Nom)

- 37 -

반응 최적화 모수반응 최적화 모수반응 최적화 모수반응 최적화 모수

글로벌 솔루션글로벌 솔루션글로벌 솔루션글로벌 솔루션

예측 반응예측 반응예측 반응예측 반응

Dura(Nom) = 146943

- 38 -

표 데이터분석 결과[ 46] (48Hs Maximum Load)

에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응Dura(max)Dura(max)Dura(max)Dura(max)

반응 최적화 모수반응 최적화 모수반응 최적화 모수반응 최적화 모수

글로벌 솔루션글로벌 솔루션글로벌 솔루션글로벌 솔루션

외Polymer = 09774

- 39 -

Acc1 = 00085

Acc2 = 00022

Sulfur = 00119

예측 반응

Duro(max) = 189171

경도 도 오차범위 도 에 대한 혼합물성분의 한계와 에 의한 실험50 ( plusmn 2 ) MINITAB

점은 표 표 과 같다[ 47] [ 48]

표 혼합물 성분의 한계[ 47] (50Hs)

- 40 -

표 실험계획의 결과[ 48] (50Hs)

경도 도에 대한 혼합물 설계 데이터분석 결과는 표 표 과 같다50 [ 49][ 410] 17

개 실험 점에서의 적합추정치와 신뢰구간은 예측반응에 잘 나타나 있다95

에서는 각 성분에 대한 제한조건을 만족시키면서 내구성을 최대로Nominal Load

하는 처리조건은 외 기타 의 각 성분에 대하여 배합비Polymer Acc1 Acc2 Sulfur

율이 이고 이 처리조건에서 예상되는 내구성은09687 00088 00025 00200

에 도달할 것으로 추정되었다159209 Cycle

에서는 인자의 네 가지 성분의 배합비율이 와 마찬가Maximum Load Nominal Load

지로 이었다 그리고 이 처리조건에서 예상되는 내09687 00088 00025 00200

구성 추정치는 이었다 일 때와 일218572 Cycle Nominal Load Maximum Load

때의 적정배합비율이 다르게 나오는 경우가 있는데 이는 오차범위 경도의 경우( plusmn

도 가 비교적 넓은 고무의 특성에서 비2 )

- 41 -

롯되거나 측정오차에 따른 결과로 추정된다

표 데이터분석 결과[ 49] (50Hs Nominal Load)

에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응Duro(Nor)Duro(Nor)Duro(Nor)Duro(Nor)

반응 최적화 모수반응 최적화 모수반응 최적화 모수반응 최적화 모수

- 42 -

글로벌 솔루션글로벌 솔루션글로벌 솔루션글로벌 솔루션

예측 반응예측 반응예측 반응예측 반응

Duro(Nor) = 159209

표 데이터분석 결과[ 410] (50Hs Maximum Load)

에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응Duro(max)Duro(max)Duro(max)Duro(max)

- 43 -

반응 최적화 모수반응 최적화 모수반응 최적화 모수반응 최적화 모수

글로벌 솔루션글로벌 솔루션글로벌 솔루션글로벌 솔루션

예측 반응예측 반응예측 반응예측 반응

Duro(Max) = 218572

재료배합시험에 있어서 가류시간이 특성 치에 영향을 미치므로 레오그래프

분석에 의해 적정가류시간을 결정한다 레오그래프는 다음의 용도에(Rheograph)

활용된다

고무제품의 가류도 측정①

가류속도 측정②

최적의 가류공정 조건 확립③

가류약품 선정 및 배합 작성Recipe④

고무제품의 품질관리⑤

아래 그림 은 경도 도에 대한 재료의 레오그래프이다 그래프에 나타난 용[ 43] 48

어를 설명하면 다음과 같다

혼합물 의 가 가류되었을 때의 시간을 나타내며 가류시간을tc90- (Compound) 90

결정하는 기준으로 사용된다

스코치시간 을 나타내며 원하지 않는 가교가 일어ts2 - (Scorch time)

- 44 -

나는 시간으로 적절한 가류시간을 찾기 위해 필요한 과정임

고무의 특성을 토르크 값으로 나타낸 값으로 일반적으로 혼합물Tmax- (Torque)

의 경도에 따라 변함

평형 토르크MH- (Equilibrium torque)

최소 토르크ML- (Minimum torque)

본 재료시험에 적용된 가류시간은 의 배 사이에서 적정수준을 결정하tc90 1-15

였다

연구의 결과 카본의 입자가 작을수록 내구성은 향상시키지만 대체로 분산이 잘 되

지 않아 혼합물의 품질이 고르지 못하였다 따라서 카본의 분산도를 평가하여 만족

할 만한 수준이 나오는지 확인하였으며 상대적으로 작은 입자경의 카본을 사용하

여 내구성을 높이려 하였다

그림 경도 도 고무에 대한 레오그래프[ 43] 48

- 45 -

실험의 결과 카본블랙과 레오그래프와의 관계는 그림 와 같이 나타났다 그림[ 44]

에서 보는바와 같이 입자경의 크기가 증가함에 따라 결합력이 약해지므로 토르크

값이 낮아짐을 알 수 있다

그림 각종 카본블랙의 레오그래프[ 44]

- 46 -

본 연구에 적용된 카본 입자경의 크기와 양은 표 과 같다[ 411]

경도변화는 카본입자의 크기와 양에 따라 결정이 되며 레오그래프의 값이 Tmax

이러한 사실을 보여주고 있다

표 레오그래프상의 경도와 카본의 관계[ 411]

레오그래프는 섭씨 도에서 그려짐PHR = Part in Hundred Rubber 160

- 47 -

제 장 형상개선제 장 형상개선제 장 형상개선제 장 형상개선5555

제 절 외철의 스웨징 율 변화에 의한 개선제 절 외철의 스웨징 율 변화에 의한 개선제 절 외철의 스웨징 율 변화에 의한 개선제 절 외철의 스웨징 율 변화에 의한 개선1111

높은 품질의 부싱을 개발하기 위해서는 적절한 재료설계에 의한 경도 및 고무 특

성의 설정이 매우 중요한 요소이지만 고무의 특성 개선에만 의존하는 것은 한계점

이 있다 따라서 제품의 형상변화를 통해 고무의 특성을 극대화함으로써 내구성 및

품질특성을 향상시킬 수 있다

그림 은 부품의 세부형상과 설계도이다[ 51]

그림 세부형상[ 51] DA-2

- 48 -

그림 는 제품의 단면을 보여준다 그림에서 는 다른 모델에 비해 고무[ 52] DA-2

량이 다소 적음을 알 수 있다 형상 변화를 통한 품질특성의 개선을 시도함에 있어

서는 부품에 대한 조립성과 제조성 을 반드시(DFM Design for Manufacturability)

고려하여 형상변화를 꾀하여야 한다 본 제품의 경우 외철 과 내철 (outer pipe)

의 길이는 한정되어 있으며 그 직경의 변화도 허용공차를 미만(Inner pipe) 05 mm

의 수준으로 요구하고 있다

형상변경을 통한 성능향상 방안으로서 외철에 대한 스웨징율 을 변(Swaging rate)

경함으로서 외경크기의 변화를 시도하였으며 또한 내철의 구배각도를 변화시켜 개

선점을 찾으려고 노력하였다

그림 단면[ 52] DA-2

부싱의 경우 일반 적으로 스웨징이라는 공정을 거치게 되는데 이는 공정에서 외

경의 크기 조정을 통하여 성능을 향상 시키는 방법으로서 스웨징율을 조정함으로서

외철의 외경 크기를 허용범위 내어서 변화시키는 것이다 이는 스웨징에 따른 직경

변화에 의해 고무의 조직이 조밀해져 고무 특성을 향상시킬 수 있게된다

그림 은 스웨징의 방향을 나타내며 그림 는 스웨징 전 후의 외철의 크[ 53] [ 54]

기 변화를 보여주고 있다

- 49 -

그림 스웨징 방향[ 53]

그림 스웨징 전후의 외경 크기의 변화 단면[ 54] ( )

제 절 내철의 구배 변화에 의한 개선제 절 내철의 구배 변화에 의한 개선제 절 내철의 구배 변화에 의한 개선제 절 내철의 구배 변화에 의한 개선2222

아래 그림 는 형상 변화를 시도할 수 있는 내철 끝단 부분의 구배를 표시한[ 55]

그림으로서 는 구배각도를 나타낸다a

- 50 -

그림 구배각도[ 55]

그림 은 본 제품의 특성 요구 사항을 그림으로 표시한 것으로 고무부싱은[ 56]

및 의 외력에 대하여 적절하게 대응할 수 있도록 설계되어야 한다 부싱 종류F1 F2

의 경우 일반적으로 고무 제품의 유연함과 동배율 개선을 위하여 저경도의 고무를

적용하는 경우가 많은데 이 경우에는 외력에 대한 특성이 상대적으로 취약하게F1

나타나게 된다 이러한 취약점을 보완하기 위하여 본 연구에서는 그림 과 같 [ 57]

이 제품이 허용하는 범위 내에서 내철의 구배를 변화 시킨 후 실험데이터의 분석을

통해 성능 개선 방안을 찾고자 하였다

그림 부싱의 외력[ 56]

그림 의 의 경우는 구배를 주지 않은 경우이며 의 경우는 구배를 준[ 57] (a) (b)

경우를 표시하고 있다

- 51 -

의 경우 외력에 의하여 발생하는 반발력 은 순수한 고무 특성에 의해서(a) F1 Fr1

만 나타나게 된다 이러한 경우 저경도의 고무을 적용하였을 때 의 크기가 미미 Fr1

하여 적절한 특성을 발휘하지 못하게 된다

의 경우와 같이 내철에 구배를 주게 되면 의 외력에 대하여 구배가 들어간(b) F1

부분 에 의한 반발력 함께 가 생성되어 상대적으로 에 대한 저항력이 커Fr3 Fr2 F1

짐으로써 성능을 향상 시킬 수 있게 된다

그림 구배각도의 적용에 따른 차이 단면[ 57] ( )

그림 구배각도의 적용에 따른 차이 입체[ 58] ( )

- 52 -

제 장 도포공정개선제 장 도포공정개선제 장 도포공정개선제 장 도포공정개선6666

고무부싱의 내구성 향상을 위하여 필수적으로 관리하여야 할 공정이 도포공정이

다 도포공정은 접착의 원리에서부터 접착의 구조 접착의 강도 피착재의 표면처리

법 및 접착제 사용법 등 접착에 관한 전반적인 기술을 공정에 효율적으로 적용하여

야 한다

고무와 금속과의 접착력이란 접착제와 피착제 사이의 계면 결합력을 의미하며 접

착강도는 시험방법 접착방법 시험시의 조건 시편의 기하학 등 여러 인자에 의해

영향을 받는다 접착파괴는 접착제의 가장 약한 곳에서 일어나며 접착강도는 여러

가지 측정법에 따라 고유강도 잔류강도 측정강도 등과 같이 다르게 표현된다 고

무부싱의 접착구조는 그림 과 같다[ 61]

그림 접착의 구조[ 61]

프라이머 는 피착제 표면과의 친화성이나 접착제와의 상용성이 뛰어나야(Primer)

하고 동시에 접착 저해물과의 상용성도 높아야 한다 또 프라이머 중의 유효성분

쪽이 피착제 표면에 흡착되어 있는 저해성분보다 피착제에 의하여 안정하게 흡착되

어 있는 것이 중요하다 따라서 프라이머는

- 53 -

충분한 교반 균일하고 엷은 도포 그리고 완전한 건조가 이루어져야 한다 이러한

도포공정은 피착제의 모앙에 따라 달라진다

열경화성 접착제의 대부분은 유기 중합물과 각종 충진제를 유기용제에 용해 분산

시킨 것으로 사용전이나 사용 중에도 교반기 등으로 균일하게 용해 분산시킨 접착

제를 사용하는 것이 중요하다 따라서 의 도포 공정은 그림 와 같이 교 DA-2 [ 62]

반기를 추가 설치하여 공정 개선을 실시하였다

그림 설치한 교반기[ 62]

또한 피착제의 균일한 도포를 위해 롤타입의 코팅기에 기존 페인트용 롤러에서

그림 에서와 같이 융을 말아 롤러 도포하는 형태로 개선을 실시하여 코팅의[ 415]

두께 정밀도를 향상시켰다

- 54 -

그림 변경된 롤러 모양[ 63]

접착 재료를 프라이머 에서 변경하여 사용함CHEMLOK 220 252 CHEMLOK 205

으로써 접착력을 향상시켰는데 는 금속 및 경길대료의 프라이머로CHEMLOK 205

사용되며 또한 같은 극성고무에 단독으로 접착이 가능하다 NBR

방식의 경우 의 특징을 살펴보면TWO Coat CHEMLOK 205

ㆍㆍㆍㆍ 접착제의 금속 표면에서의 접착강도를 향상시킬 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ 기계적 표면처리 후 활성화된 금속표면을 산화작용으로부터 보호하며 녹방

지 도료적 역할을 한다

ㆍㆍㆍㆍ 크로로프렌이나 에피크로로히드린고무와 같은 가류 중에 염소가스를 발생

시 켜 금속표면을 부식시키기 쉬운 고무배합에 대하여 유효하게 적용된다 프

라 이머는 충분한 교반 균일하고 엷은 도포 그리고 완전한 건조가 이루어져

야 접착성이 뛰어나게 된다

도포공정 개선 전후의 효과는 그림 그림 의 도포두께 비교[ 64]~[ 67] Cpk

를 통해서도 알 수 있다DATA

아래 그림 는 도포공정의 개선전[ 64] 관리도의 그래프를 나타낸

- 55 -

것으로 관리도는 평균치와 범위에 관한 계량형 관리도에서 가장 많이 사용되

는 관리도의 하나이다 관리도는 평균치의 변화를 관리하는 관리도와 산포의

변화를 관리하는 관리도로 구성된다 관리도의 중심선(Central Line) CL=로 나

타내며 관리 상한선 은(Upper Control Limit) UCL= 로 관리하한선인 (Lower

의 경우Control Limit) LCL=

로 구한다

관리도의 관리선의 경우 중심선 관리상한선 UCL= 관리하한선 LCL

의 경우 로 구한다

여기서 등의 계수는 샘플의 크기인 에 따라 결정 되며 일 경우=4

=0729 =0 이다=2282

그림 에서[ 64] 이며=273410 관리도의 로 나타났UCL=307994 LCL=238826

다

관리도의 은CL 이며 이다=4744 UCL=1082581

- 56 -

그림 도포공정 개선전[ 64] 관리도

한편 그림 는 도포공정 개선 전의 경우에 대하여 지정된 규격의 공정능력 [ 65]

지수를 나타낸 것으로서 단기공정능력지수( 와 장기공정능력지수) ( 를 나타낸)

다 단기공정능력지수는 공정능력 ( 과 규격의 폭) ( 과의 비율을 의미하며 일반적)

으로 로 표시한다 규격은 그림 에서처럼 양쪽규격이 모두 주어진 경우 공 [ 65]

정 능력 지수는 다음과 같이 계산할 수 있다

공정 능력

로 나타내고 만약 공정 평균이 규격의 중심으로부터 어느

한쪽으로 치우쳐 있게 되는 경우 치우침도( 와) 를 조합한 단기공정능력지수

( 로 나타낸다 즉)

- 57 -

장기공정능력지수( 의 계산은)

으로서 이다

따라서 그림 에 나타난 것처럼 개선전의 공정능력은[ 65] =17854 =08458

으로서 장기 공정에 대해 만족스럽지 못한 값을 나타내고 있다

그림 도포공정 개선전 공정능력 분석그래프[ 65]

- 58 -

그러나 공정개선후의 관리도인 그림 을 살펴보면[ 66] 이며=28196 관리

도의 이고UCL=300418 LCL=263502 관리도의 은CL 로=2532 UCL=51418

나타난다

그림 도포공정 개선후[ 66] 관리도

- 59 -

개선 후에는 그림 로부터 알 수 있듯이 단기공정능력은[ 67] 으로서=31966

인 장기 공정에 대해 안정적인 것을 확인할 수 있어 도포공정 개선에=23275

대한 효과가 있음을 알 수 있다

그림 정 개선 후 공정능력 분석그래프[ 67]

또한 도포공정의 두께관리를 강화하기 위하여 작업자 교육 및 샘플링 두께 측정

검사를 통해 지속적인 모니터링을 실시하고 공정별 온도관리 및 시간 관리를 통해

작업 환경 유지관리 강화로 변함없는 품질의 제품을 생산하도록 하였다 그림 [

은 롤 코팅 공정이다68] (Roll coating)

- 60 -

그림 롤 코팅 공정[ 68] (Roll coating)

- 61 -

제 장 최적수준 결정을 위한 파라미터 설계제 장 최적수준 결정을 위한 파라미터 설계제 장 최적수준 결정을 위한 파라미터 설계제 장 최적수준 결정을 위한 파라미터 설계7777

제 절 실험계획법에 의한 유의인자 결정제 절 실험계획법에 의한 유의인자 결정제 절 실험계획법에 의한 유의인자 결정제 절 실험계획법에 의한 유의인자 결정1111

재료설계 형상설계 및 공정설계에 대한 최적조건의 결정은 부품의 품질 특성에

대한 사양 을 만족시켜야 할 뿐 아니라 생산부품 간 품질의 산포를(Specification)

최대한 줄여야 한다 의 최적설계를 위해 다구찌 기법 을 적 DA-2 (Taguchi method)

용하였다

다구찌의 강건설계 는 인자 가 품질 특성의 평균에 대해(Robust design) (Factor)

가지는 효과뿐만 아니라 분산에 미치는 효과에 대해서도 초점을 맞추고 있다 분산

을 줄일 수 있는 통제 가능한 인자에 대한 조건을 설정하여 품질특성이 통제 불가

능한 인자의 변화에 대해서는 둔감하도록 할 수 있다 강건설계의 주목적은 품질특

성의 목표값을 유지하면서 분산을 줄이는 인자에 대해 설치값 을 발견하는 (Setting)

데 있다

다구찌 설계에 의한 실험계획법은 특히 확장된 역할로서 다음의 몇 가지를 들 수

있다

ㆍㆍㆍㆍ종래에는 제어 불가능한 환경조건이나 제어하기 어려운 생산조건 공정조건

등의 원인 이를 잡음인자로 통칭 들이 데이터에 주는 영향의 정도를 평가하기 어려( )

웠으나 객관적으로 그리고 계량적으로 이를 평가할 수 있는 방법을 제시하고 있

다 또한 품질 산포의 크기를 계량특성치 손실함수 비 등 로 변환하여 산포를 ( SN )

작게 하는 인자들의 조건을 찾아가는 강건설계를 사용한다

ㆍㆍㆍㆍ직교배열표를 광범위하게 사용하여 인자의 수가 많은 경우에도 크게 실험횟

수를 증가시키지 않고 실험하는 일부 실시법을 사용한다

ㆍㆍㆍㆍ생산라인 내 뿐만 아니라 신제품 개발을 위한 품질설계 파라미터(On-line)

설계 허용오차 설계 등의 라인 외 품질관리를 위하여 유용하게 사용할 (Off-line)

수 있다

ㆍㆍㆍㆍ다구찌 방법에서 추가적으로 다룰 수 있는 주요한 것들로는 직교배열

- 62 -

표의 확대사용 수준계의 표준 직교배열표 이외에 확대 응용 혼합 직교배열표(2 3

의 사용과 조합법의 사용 계량치 데이터의 파라미터 설계 허용차 설계 그리고)

계수치 데이터의 파라미터 설계 동적 특성의 파라미터 설계 등을 들 수 있다

파라미터 설계 는 제품설계와 공정설계에서 유용하게 사용되는(Parameter design)

다구찌 실험계획법의 핵심이다 파라미터는 제품성능의 특성치에 영향을 주는 제어

가능한 인자 를 의미하며 파라미터 설계는 이들 인자들의 최적(Controllable factor)

수준을 정하여 주는 것을 말한다 파라미터를 설계변수 라고도 부 (Design variable)

르며 파라미터 설계에서는 제품의 품질변동이 잡음에 둔감하면서 목표품질을 가질

수 있도록 설계변수들의 최적조건을 구하여 준다 최적조건을 찾을 때 설계변수와

잡음을 주는 인자들을 포함시켜 실험하는 직교배열표 등을 주로 사용한다 이때 목

표 품질을 만족시키는 범위 내에서 가능한 한 비용이 적게 드는 조건이나 부품 등

을 이용한다

만약 신뢰성에 영향을 주는 제어 가능한 인자 에 대한 파라미터설계 A B C D

를 한다고 하자 는 수준 는 수준의 혼합수준 에 대한 설계 A B 4 C D 2 (Mixed level)

분석을 하려고 한다면 각 요인 변동의 계산을 표 과 같은 [ 71] L16(215형 직교배)

열표 를 사용하면 된다(Orthogonal Design)

에 대한 파라미터 설계조건으로는 내구성이 가장 좋은 최적의 설계 및 공정DA-2

조건을 구하여야 하므로 반응변수가 큰 값일수록 좋은 망대특성(Larger-the-better

에 대한 조건을 구하고 부품의 정특성 및 동특성에 대한 분석은 적characteristics)

정한 상호관계를 고려하여 별도의 실험을 행한다

- 63 -

표 다구찌 설계의 예[ 71]

- 64 -

제 절 시험데이터의 해석제 절 시험데이터의 해석제 절 시험데이터의 해석제 절 시험데이터의 해석2222

실험조건실험조건실험조건실험조건1111

제품의 신뢰성향상을 위해 지금까지 재료배합의 개선 형상개선 및 공정개선에

대한 각각의 과정을 설명하였으며 본 장에서는 관련된 여러 인자들을 동시에 고려

하여 최상의 품질특성을 나타낼 수 있는 최적인자수준의 결정에 대하여 설명하려고

한다 이는 인자들 간의 상호 작용이 상승 또는 보완작용을 할 수도 있고 반대로

서로 상극임을 나타낼 수 도 있기 때문이다

일반적으로 고무부싱의 개발에 적용되는 인자 는 다음과 같다(Factor)

ㆍㆍㆍㆍ경도 는 수요기업에서 제시하는 사양 에 따라 적정수(Hardness) (Specification)

준의 경도 도 도 도 도 를 적용하였으며 경험적으로 경도의 산포는(43 45 48 50 ) plusmn

정도이다2

ㆍㆍㆍㆍ각 부분의 모양이나 각도에 따라 고무 량에 영향을 미치게 되는 형상설계에

관해서는 내부 파이프 구배각도를(Inner pipe) 15deg~25deg로 하고 외부파이프 (Outer

의 접착부분을 로 하였으며 외경의 크기는pipe) 13mm~15mm

27mm~ 로 유지하였다278mm

ㆍㆍㆍㆍ공정설계는 가류시간을 로 하였다 가류 온도는240sec~600sec 150deg~180

로 하고 주변 온도에 영향을 받으므로 금형 표면온도는 항상 확인하였다 접착제

도포가 내구성에 영향을 주므로 접착제 두께는 으로 하고 접15micron~40micron

착제 배합조건은 로 하였다120cc~128cc

다구찌 설계에 의한 최적수준을 결정하기 위해 다른 인자는 고정시키고 경도 가

류시간 스웨징 인자에 대하여 표 와 같이 실험수준을 정하였다 [ 72]

- 65 -

표 실험인자 별 수준[ 72]

분석결과의 해석분석결과의 해석분석결과의 해석분석결과의 해석2222

실험결과의 해석은 다음과 같다

을 통해 표 의 실험조건을 입력하여 다구찌 설계를 생성한 결과MMITAB [ 72]

표 과 같은 실험조합을 얻었다 표 는 실험조합 별 시험결과 값이다[ 73] [ 74]

에서의 내구성에 대한 다구찌 설계해석의 결과는 표 의 신호 대Nominal load [ 75]

잡음비 비 평균 표준편차에 대한 반응표에 잘 나타나(SN Signal to noise ratio)

있다 그림 그림 은 비 평균 표준편차에 대한 반응 값을 도식한 [ 71]~[ 73] SN

것이다

표 의 신호 대 잡음비의 반응표를 보면 경도는 스웨징이나 가류시간에 비해[ 75]

반응변수 내구성 에 큰 영향을 미치고 있음을 보여준다 평균에 대한 반응표에서도( )

경도는 다른 인자들에 비해 반응변수의 평균에 크게 영향을 미치고 있음을 알 수

있다 표준편차 역시 경도의 수준 변화에 따라 차이가 가장 많음을 보여주고 있다

- 66 -

표 에 의한 다구찌 설계생성[ 73] MINITAB

- 67 -

표 실험조합 별 시험결과 데이터[ 74]

- 68 -

표 비 평균 표준편차에 대한 반응표[ 75] SN

신호 대 잡음 비에 대한 반응 표신호 대 잡음 비에 대한 반응 표신호 대 잡음 비에 대한 반응 표신호 대 잡음 비에 대한 반응 표

망대특성망대특성망대특성망대특성

평균에 대한 반응 표평균에 대한 반응 표평균에 대한 반응 표평균에 대한 반응 표

표준 편차에 대한 반응 표표준 편차에 대한 반응 표표준 편차에 대한 반응 표표준 편차에 대한 반응 표

- 69 -

그림 신호 대 잡음 비의 주효과도[ 71]

그림 인자수준별 평균의 주효과도[ 72]

그림 인자수준별 표준편차의 주효과도[ 73]

- 70 -

표 와 그림 에서 에서의 내구성 예측값을 가장 크게 하[ 75] [ 72] Nominal Load

는 것은 요인 수준의 조합이 일 때이다 품질 향상을 위해서는 정특성 동(4 2 2)

특성 값도 동시에 고려하여야 하므로 조합 조합 조합(4 2 2) (4 3 2) (4 1 2)

에 대한 예측 값을 함께 구하였다

표 은 에서의 내구성 예측값을 표 은 에[ 76] Nominal Load [ 77] Maximum Load

서의 내구성 예측값 표 은 정특성 예측값 표 는 에서의 동특성 예 [ 78] [ 79] 15Hz

측값 그리고 표 은 에서의 동특성 예측값을 보여주고 있다 [ 710] 150Hz Nominal

에서의 내구성 예측값은 조합 조합 조합에서 각Load (4 2 2) (4 3 2) (4 1 2)

각 목표값인 을 상회한 과170000 Cycle 178023 Cycle 174272 Cycle 175830

로서 조합일 때 더 높게 나타났다Cycle (4 2 2)

동배율은 예측 평균값을 기준으로 할 때 동배율은 조합에서는 에 (4 2 2) 15Hz

서 에서 이고 조합에서의110(1187691079) 150Hz 113(1215561079) (432)

동배율은 에서 에서15Hz 106(112856 106938) 150Hz 108(115769106938)

이며 조합에서의 동배율은 에서 에서 (412) 15Hz 108(118194 1094) 150Hz

이었다109(1195691094)

모델의 경우 수요기업에서 동배율 값이 적은 값을 요구하기 때문에DA-2 (kdks)

동배율을 고려하면 의 조합이 더 좋은 품질을 나타낸다고 할 수 있다(4 1 2)

- 71 -

표 에서의 내구성 예측값[ 76] Nominal Load

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 2 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 3 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 1 2

예측 값

신호 대

- 72 -

표 에서의 내구성 예측값[ 77] Maximum Load

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 2 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 3 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 1 2

신호 대

- 73 -

표 정특성 예측값[ 78]

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 2 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 3 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 1 2

신호 대

- 74 -

표 동특성 예측값[ 79] (15Hz)

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 2 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 3 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 1 2

신호 대

- 75 -

표 동특성 예측값[ 710] (150Hz)

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 2 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 3 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 1 2

신호 대

- 76 -

제 장 부품의 신뢰성성장관리제 장 부품의 신뢰성성장관리제 장 부품의 신뢰성성장관리제 장 부품의 신뢰성성장관리8888

제 절 신뢰성성장관리제 절 신뢰성성장관리제 절 신뢰성성장관리제 절 신뢰성성장관리1111

복잡하고 기술적인 제품의 개발 프로그램을 운영하는 데 있어서는 고객이 요구

하는 신뢰성 수준을 만족시키기 위하여 상당한 규모의 시간 예산 기술인력 등의

자원을 필요로 한다 고객들의 신뢰성 요구수준은 매우 높으므로 이러한 목표를 달

성하기 위하여 시험 개선 시험 개선의 개발과정을 반드시 거친다 이 과정에서 시- - -

스템 서브시스템 또는 모듈을 고장 날 때까지 시험하고 고장모드를 결정해서 이를

제거하기 위한 시도를 하거나 적어도 고장발생을 줄일 수 있는 시도를 하여 설계나

엔지니어링 개선을 이룬다 만약 이러한 과정이 계속되고 설계나 엔지니어링 변경

이 충분히 이루지면 시스템의 신뢰성은 증가한다 개발프로그램이 운영되는 동안

신뢰성 수준의 변화를 추적할 수 있다면 개발책임자로서는 여러 가지 이점이 있다

즉 목표하는 신뢰성 수준을 달성하기 위하여 충분한 비율로 성장하고 있는지의 여

부를 가능한 빠른 시간 내에 판단할 수 있고 그에 따라 필요한 자원을 적절히 배

분할 수 있다 따라서 개발책임자는 시험데이터로부터 현재 시스템의 신뢰성 수준

성장률의 평가 앞으로 기대되는 달성 가능한 수준을 결정하기를 원한다

신뢰성 성장관리 기술은 제품을 개발하는 데(Reliability growth management)

소요되는 많은 시간과 비용 및 엔지니어링 노력을 절감하면서 개념선택 제품과 공

정의 신뢰성 그리고 비용효율을 달성할 수 있도록 유용한 정보를 제공해 준다 군

사장비 자동차 및 전자 중장비개발 등에 적용된 최근의 신뢰성 성장시험 관리기술

은 각 분야의 경쟁적인 사업 환경 아래에서 제품개발을 효율적으로 조직하여 신뢰

성평가를 시작하고 신뢰성 성장과정을 추적할 수 있도록 해준다 신뢰성성장관리기

술은 제품 및 공정설계 관련사항 및 검증시험 항목들에 대하여 사용 환경에 따른

신뢰성 성장 진행과정을 확인하고 그 결과로부터 성장시험곡선을 개발할 수 있게

한다 또한 설계단계 사이의 여러 가지 관련성을 확인하여 관찰하고 그 정보를 다

른 제품보증분석들과 연결하여 고객 요구사항에 대한 제품의

- 77 -

적합도를 적절히 평가하는 데 도움을 준다

신뢰성성장모델은 가 개발한Crow(1975) AMSAA(Army Materiel Systems

모델이 많이 활용되었으나 이는 시스템 또는 서브시스템에서의Analysis Activity)

성장관리에 유용하고 부품수준에서는 모델을 활용하는 것이 더욱 실용적이 Weibull

다 모델은 목표 Weibull B10 수명에 대하여 초기 시작품 으로부터(Early Prototype)

후기 시작품 까지의 신뢰성 개선을 관리하는데 실용적으로 활용할(Later Prototype)

수 있다

신뢰성 성장시험 프로세스신뢰성 성장시험 프로세스신뢰성 성장시험 프로세스신뢰성 성장시험 프로세스1111

신뢰성 성장은 개발시스템에 대하여 여러 시험단계가 시리즈로 이루어지는 동안

고장모드를 발견하고 이를 개선하는 과정을 거쳐 이TAAF(Test Analyze And Fix)

루어진다 또한 기능시험 환경시험 안전시험의 결과는 신뢰성 향상을 위한 FMEA

등과 연계하여 사용된다 분석결과는 설계변경에 반영되고 최종목표가 달성될 때까

지 개선과 시험이 연속적으로 이루어진다 그림 은 일반적인 신뢰성 성장시험 [ 81]

프로세스를 보여준다 프로그램의 시작시점에 신뢰성 성장에 대한 계획을 수립하여

고객의 기대사항을 만족시킬 수 있는 성능수준에 대한 구체적인 측정치를 제시하

고 이 목적을 달성시킬 수 있는 시험조건을 정한다 시험조건은 특정한 부품이나

시스템에 대하여 고객의 사용방법과 환경에 대한 지식을 기초로 하여야 한다

개발프로젝트가 진행되는 동안 신뢰성 성장시험 프로그램이 개발되고 실행되는

과정에서 설계 및 공정의 관심사항을 확인하기 위해 QFD(Quality function

와 같은 제품보증을 위한 분석방법들이 선행되어 실시되는데 신뢰성deployment)

성장관리와 연계하여 이를 통틀어 통합 신뢰성 성장관리(Integrated reliability

라고 한다 신뢰성 성장관리를 포함한 제품설계평가의 모든growth management)

과정은 제품 공정의 신뢰성 향상에 있어 중요한 역할을 하는 제품보증기능의 한부

분이다

- 78 -

통합 신뢰성 성장시험관리 프로세스는 설계뿐 아니라 공정신뢰성(MIL-HDBK-781)

과 관련된 문제에 대응할 수 있도록 신뢰성 성장시험의 이점을 전적으로 활용할 수

있는 수단을 제공한다

신뢰성 성장관리과정을 개발함으로써 신뢰성 수준은 계속적으로 추적될 수 있고

조치를 취하고 다른 분석결과들과 비교되어 초기 신뢰성 예측을 수립하고 제품설

계에 포함된 확신을 증가시킨 후 검증시험에 들어갈 수 있도록 한다 이러한 신뢰

성 성장관리 프로세스는 제품개발 사이클에 있어서 초기 단계 동안에 신뢰성을 확

립하는 데 도움을 줄 수 있는 장치이다

그림 신뢰성성장시험 프로세스[ 81]

제품개발과정에 적용되는 신뢰성 성장시험관리 프로세스는 다음과 같다

신뢰성 성장시험조건을 결정하고 시험 사이클을 개발한다 ①

신뢰성 성장시험곡선의 사용을 통하여 시험과정을 실행하고 추적한다②

시험결과를 평가하고 다른 선행된 분석연구결과들과 비교한다③

확인된 결함을 제거하기 위해 설계변경을 실시한다④

- 79 -

설계검증시험을 준비한다⑤

신뢰성 성장시험의 주된 목적은 설계상의 약점을 확인하고 제거함으로써 설계의

신뢰성을 증가시키는 것이다 정확하게 신뢰성 수준이 변화되는 진행상황을 추적하

기 위해서는 요구사항에 대한 불합치성 을 확인하고 불합치성이(Nonconformance)

일어난 시간을 모두 추적하여야 한다 시험을 시작하기 전에 적절한 시정조치를 용

이하게 하기 위해 사전계획이 수립되어야 하며 고장분포를 결정하기 전에 각각의

고장부품에 대한 고장원인을 분리할 수 있어야 한다

부품의 개발과정에서 몇 개의 표본에 대한 고장시간 데이터가 있을 때 Weibull

분포를 활용한 신뢰성 성장분석에 대하여 설명하면 다음과 같다

가 분석의 개요가 분석의 개요가 분석의 개요가 분석의 개요

밀도함수는 그림 와 같이 특성 수명과 기울기로 고장시간Weibull [ 82] (Cycle

을 설명한다 작은 표본에 대한 고장시간 데이터가 주어졌을 때 분석Km) Weibull

을 사용하여 세 가지의 정보를 얻을 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ특정 시간이 주어졌을 때 등 부품의 신뢰도는 그 시간까지 살아 있(Cycle Km )

을 백분율이다

ㆍㆍㆍㆍ 또는 다른( 수명을 추정할 수 있다) 수명은 부품들 중 가 고장10

날 것이라고 기대되는 시간이다 즉 이 시간에서의 신뢰도는 이다 90

ㆍㆍㆍㆍ 기울기의 값은 고장률 패턴에 대한 정보를 제공해준다 기울기가Weibull 10

이라면 고장률이 일정하다는 것을 의미한다 이 경우 고장은 일반적으로 우연히

일어나며 고장률은 설계의 강건 정도에 따라 달라진다 기울기가 보다 작다면 1

고장률은 감소하고 있음을 의미한다

- 80 -

즉 높은 초기 고장률 을 말한다 기울기가 보다 크면 고장률은 증 (Infant mortality) 1

가하고 이는 마모 되고 있음을 의미한다(Wear-out)

그림 에 의한 부품의 신뢰성성장분석[ 82] Weibull 수명 비교

가장 많이 활용되는 측도는 수명이며 이것은 요구되는 목표 신뢰도가 임 90

을 의미한다 첫 번째 프로토타입이 고장 난다면 신뢰성 목표 달성을 위해 설계 변

경을 행하고 다음 프로토타입을 시험한다 이 과정은 목표 수명이 달성될 때까

지 반복한다

나 의이점나 의이점나 의이점나 의이점WeibullWeibullWeibullWeibull

부품의 개발과정에서 작은 표본에 대한 고장시간 자료가 주어졌을 때 Weibull

분석을 활용하여 신뢰성성장관리를 행하면 다음의 정보를 얻을 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ신뢰성 개선은 목표 수명이 달성될 때까지 하나의 프로토타입에

- 81 -

서 다음 프로토타입까지 추적할 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ신뢰성 개선은 시험한 프로토타입에 대해 타점으로 표현되고 빠르Weibull

게 방향을 파악하여 신뢰성 진전과정에 대한 양적 측면의 관리능력 향상을 그

래프로 확인할 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ컴포넌트를 고장 날 때까지 시험하는 것은 고장모드에 대한 아주 귀중한 정

보를 제공하고 따라서 시정조치 활동이 필요하다

ㆍㆍㆍㆍ많은 표본이 더 좋은 신뢰도를 얻을 수 있지만 분석은 많은 표본을Weibull

필요로 하지 않는다

ㆍㆍㆍㆍ고객의 운영 사용 사이클과 시험 모수의 관계가 알려져 있다면 더 빠르고( )

더 적은 비용으로 가속시험을 할 수도 있다

다 기본가정및제한다 기본가정및제한다 기본가정및제한다 기본가정및제한

ㆍㆍㆍㆍ각 분석에서 오직 하나의 고장모드만 포함되어야 한다 두 개나 그 이상의

고장 모드가 검출된다면 각각에 대해 분리하여 분석해야 한다

ㆍㆍㆍㆍ신뢰도는 시험 제한 한계 로 인해 년 마일까지 확장하여 외삽하면 안( ) 10 150K

된다 왜냐하면 시험 제한 한계 로 인해 다른 고장모드가 발생할 것인지 알 수 ( )

없기 때문이다

ㆍㆍㆍㆍ하나의 프로토타입에서 다음 프로토타입까지 기울기가 변하는 데는 특별히

주의를 하여야 한다 왜냐하면 초기 후기 수명에서 더 높은 신뢰도와 후기 초 ( ) (

기 수명에서 더 낮은 신뢰도의 할 수 도 있기 때문이다) trade-off

라 적용시기라 적용시기라 적용시기라 적용시기

ㆍㆍㆍㆍ수명의 비교는 엔지니어링 사양 이 특정한(Specification) 을 요구할 경

우 사용된다

ㆍㆍㆍㆍ이러한 접근방법은 고장시간 등 에 대하여 동일한 부품의(Cycle Km )

- 82 -

다른 시점에서의 프로토타입을 비교할 때 사용한다

ㆍㆍㆍㆍ신뢰성 목표가 달성될 때까지 계속한다

마 입력자료마 입력자료마 입력자료마 입력자료

ㆍㆍㆍㆍ프로토타입 의 몇 개 표본의 고장시간 등1 (Cycle Km )

ㆍㆍㆍㆍ프로토타입 의 몇 개 표본의 고장시간 등2 (Cycle Km )

⦙

ㆍㆍㆍㆍ마지막 프로토타입의 몇 개 표본의 고장시간 등(Cycle Km )

분석프로세스는 그림 과 같다[ 83]

프로세스프로세스프로세스프로세스 일반적 단계일반적 단계일반적 단계일반적 단계

Ⅰ 요구

또는 수명 결정

프로그램 신뢰성 목표 사용

고객의 운영 사용 프로파일 사용( )

시험 프로그램 적정시간 사용

Ⅱ 시험 프로그램 자료정보

확인과 데이터 수집초기 부품의 프로토타입

후기 부품의 프로토타입

Ⅲ 다른 프로토타입에 대한

누적고장 시간 또는 vs

거리 계산 및 타점

분석이 가능한 사용Weibull SW

가능한 가속수명시험 사용

Ⅳ 프로젝트 검토 시

현재 신뢰성 수준신뢰성 목표 적합성 결정

초기 경고 관련 정보 제공

개선을 위한 계획 정보 제공

그림 프로세스별 단계[ 83]

- 83 -

제 절 신뢰성성장 데이터분석제 절 신뢰성성장 데이터분석제 절 신뢰성성장 데이터분석제 절 신뢰성성장 데이터분석2222

초기 프로토타입 으로 부터 개의 표본을 정상하중 으(Prototype1) 6 (Nominal load)

로 고장 날 때까지 시험하고 고장모드를 기록하였다 여러 개선작업을 거친 후 후

기 프로토타입 으로부터 개의 표본을 고장 날 때까지 시험하고 고장모(Prototype2) 6

드를 기록하였다 시험 데이터는 표 에 주어져 있다 [ 81]

에 고장데이터를 입력하고 각 프로토타입 단계별로 용지에 결과MINITAB Weibull

를 타점한 결과 그림 와 같은 성장곡선이 생성되었다 [ 84] Weibull

정상하중 에서 의 평균수명 추정치는 이(Nominal load) Prototype1 127366Cycle

고 의 평균수명 추정치는 로서 의 개선을 이루었 Prototype2 176882 Cycle 389

음을 알 수 있었다 수명은 은 이었으나Prototype1 112668 Cycle Prototype2

의 수명은 로서 상당한 개선이 이루어졌음을 볼 수 있다168620 Cycle 수

명에 대한 신뢰하한은 로 추정되었다 따라서 정상부하에 의한95 162926 Cycle

시험데이터분석 결과 개선활동 재료배합개선 형상설계개선 공정개선 에 의하여 ( )

내구성 목표가 달성되었음을 알 수 있다

그림 는 에서의 신뢰구간을 보여주고 있다[ 85] Nominal load 90

최대하중 에서는 표 의 데이터 입력결과 그림 의 그래프를(Max load) [ 82] [ 86]

생성하였다 그래프로 부터 추정된 의 Prototype1 수명은 이고16362Cycle

의Prototype2 수명은 이다21850 Cycle 수명에 대한 신뢰하한추정치95

는 으로부터 로 계산된다MINITAB 20983 Cycle

의 수명과 의 수명이 다른 것은 개선 활동의 결과이Prototype1 Prototype2

- 84 -

며 에서 개선목표가 달성되었음을 알 수 있다 Prototype2

표 하중 고장시간[ 81] Nominal (Cycle)

Weibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth Curve

(Nominal Load)(Nominal Load)(Nominal Load)(Nominal Load)

그림 성장곡선[ 84] Weibull (Nominal load data)

- 85 -

Weibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth Curve

(Nominal Load-90 Cl)(Nominal Load-90 Cl)(Nominal Load-90 Cl)(Nominal Load-90 Cl)

그림 신뢰구간[ 85] Nominal Load90

- 86 -

표 하중 고장시간[ 82] Max (Cycle)

Weibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth Curve

(MaxLoad)(MaxLoad)(MaxLoad)(MaxLoad)

그림 성장곡선[ 86] Weibull (Max load data)

- 87 -

제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론9999

본 연구는 자동차현가장치인 고무부싱 의 신뢰성향상을 위한 기(Rubber bushing)

술개발과제이다 에나 인더스트리는 수출전문기업으로서 주요 경쟁사에 비해 고성

능 고내구성의 제품을 짧은 기간 내에 개발할 수 있는 능력을 갖추어야 해외 시장

에서 경쟁력을 가질 수 있다

본 연구개발에서는 수요기업에서 요구하는 GMUTS(General Motors Uniform

의 사양에 따른 시험을 실행하여 내구성을 목표 사이클 이상으Test Specification)

로 개선하고 정특성과 동특성 비틀림 토크를 개선항목으로 선정하여 제품의 품질

및 신뢰성 향상을 진행하였다

수요기업의 요구 수준에 의하면 내구성은 와 Tension Compress Alternating

가 동시에 일 때 일 때Torsion Stress Maximum Load 20000 Cycle Normal Load

을 요구한다 본 프로젝트의 경우 해외의 부품메이커들에 대한 경쟁150000 Cycle

력 우위를 확보하기 위하여 기본 요구 수준을 넘어 향상된 제품신뢰성을5~10

확보를 목표로 하였다 내구성 정특성 및 동특성에 대한 시험은 직접 행하였고 비

틀림토크에 대한 부분은 추가적인 시험장치가 필요하여 수요기업의 실험실에 샘플

을 제출하여 요구수준을 검증받았다

본 연구개발의 성과를 요약하면 다음과 같다

우선 기술적 효과로는

설계기술의 확보(1)

재료배합설계 형상설계 공정설계에 대한 기술을 확보하여 내구성을 비롯한 품

질특성을 향상시킬 수 있었다 종래에는 설계 개발 생산프로세스에서 경험적 방법

에 의존하여 시행착오가 많았으나 본 연구를 통하여 과학적이고 체계적인 방법으

로 접근할 수 있는 기술이 확보되었다

설계 요소의 기술적 배치를 위한 실험계획법의 활용기술 확보(2)

- 88 -

종전에는 고무 배합설계 형상설계 공정설계에 대하여 설계요인 별 수 (Facter)

준 을 무작위로 추출하여 실험하였으나 본 실험계획의 과정을 따르면 요인들(Level)

이 계획적으로 반영되어 품질특성에 각각 어느 정도의 영향을 미치는지 분석이 가

능하게 된다 또한 다구찌에 의한 강건 설계의 생성으로 산포를 줄일 수 있다

잠재적 고장원인 분석방법 기술 확보(3)

제품기능에 대한 잠재적 고장모드의 예측과 시험항목을 판단하고 최종적으로는 설

계검증 과 공정검증 의 세부항목과 효과적(Design verification) (Process verification)

으로 연계가 가능하다

신뢰성 데이터분석기술 확보(4)

부품의 개발과정에서 몇 개의 표본에 대한 고장시간 데이터가 있을 때 Weibull

분포를 활용한 신뢰성 성장분석이 가능하게 되었다 개발프로그램이 운영되는 동안

신뢰성 수준의 변화를 추적할 수 있어 목표하는 신뢰성 수준을 달성하기 위하여 충

분한 비율로 성장하고 있는지의 여부를 가능한 빠른 시간 내에 판단할 수 있고 그

에 따라 필요한 자원을 적절히 배분할 수 있다 따라서 개발책임자는 시험데이터로

부터 현재 시스템의 신뢰성 수준 성장률의 평가 앞으로 기대되는 달성 가능한 수

준에 대한 결정이 가능하다

경제적 측면의 효과로는

제품에 대한 내구성 및 동특성 정특성에 대하여 요구사양 이상으로 특성관리(1)

를 행할 수 있어 해외 부품메이커들에 대한 경쟁력 우위로 수출력을 향상할 수 있

게 되었다

개발기간을 단축할 수 있게 되어 개발비의 절감을 가져올 수 있게 되었다(2)

재료배합 형상설계 및 공정설계에 대한 기술개발의 표준 정립으로 개발 기간의 단

축이 가능하게 되었다

본 과제 결과를 활용하여 다른 방진제품에 대한 신뢰성 관리로 수출(3)

- 89 -

시장을 개척하여 신규거래처를 확보할 예정이다 신뢰성 데이터의 관리가 이루어져

제품수명에 대한 설득력 있는 자료의 제시가 가능하게 되었다

향후 연구계획으로는

고무부싱부품의 특성상 내구성만의 개선이 최선이 아니고 정특성과 동특성을 일

정수준으로 동시에 고려하여야 한다 따라서 이 부분에 대한 동시적인 실험설계가

시스템화 되도록 추가적인 연구가 요구된다

- 90 -

참고문헌참고문헌참고문헌참고문헌[ ][ ][ ][ ]

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[8] McLean R A and Anderson V I Extreme Vertices Design of Mixture

Experiments Technometrics Vol8 No3 1966

- 96 -

주 의

이 보고서는 산업자원부에서 시행한 부품소재종합기술지원사업의 최1

종보고서이다

이 신뢰성기반기술확산사업 내용을 대외적으로 발표할 때에는 반드시2

산업자원부에서 시행한 부품소재신뢰성기반기술 사업의 지원결과임을

밝혀야 한다

- 97 -

이 보고서는 산업자원부에서 시행한

부품소재 신뢰성기반기술확산사업의 최종보고서이다

- 21 -

- 22 -

- 23 -

- 24 -

제 장 재료배합개선제 장 재료배합개선제 장 재료배합개선제 장 재료배합개선4444

제 절 배합의 기본 조건제 절 배합의 기본 조건제 절 배합의 기본 조건제 절 배합의 기본 조건1111

방진 고무부품을 만들려면 다음의 가지 공정을 거친다3

배합공정 사용목적에 따라 원료고무를 선택하고 배합약품의 종류와 양을 결middot

정하는 공정

가공공정 정해진 배합에 따라서 고무와 배합약품을 섞고 혼련 일정한 두께middot ( )

의 고무 시트를 제조하고 만들고자 하는 모양으로 절단하는 공정

가황공정 만들고자하는 모양으로 절단한 미가황 고무에 고무 탄성을 갖게middot

하고 물성을 개선하는 공정

이들 중 배합은 가공공정 가황공정 및 만들어진 제품 성능에 절대적인 영항을 미

치므로 배합설계자는 배합설계 를 할 때 다음의 가지 점(Compounding design) 3

에 균형을 잘 조화 시켜야 한다(3P)

최종 제품의 요구물성을 충족시킬 것middot (Property)

가공이 쉬울 것middot (Processing)

부피 당 배합단가가 적정할 것middot (Price)

또한 이와 같은 조건을 충족시키는 배합설계를 하기 위해서 배합설계자는 배합

의 목적 배합에 사용되는 원료고무와 각종 배합제의 성질 배합의 기초 배합단가

제품이 만들어 질 때까지의 작업 및 설비 등을 주지해야 한다

배합에는 원재료의 시험이나 평가를 목적으로 하는 배합과 공장에서 제품을 만들

기 위한 배합으로 나룰 수 있다

원재료의 시험이나 평가를 목적으로 하는 배합은 원재료의 대체나 품질

- 25 -

확인을 위한 기초 배합과 새로운 원재료가 개발됐을 때 이곳에 대한 실제적인 용도

개발을 위한 시험 또는 연구배합이 있다 개발을 위한 시험 또는 연구배합에서는

기초적인 성상을 구하는 배합으로부터 실용화에 대비한 응용배합에 이르기 까지를

검토의 대상으로 하기도 한다

제품을 생산하기 위한 목적으로서의 배합이란 종래에 없었던 새로운 요구가 있

었을 때 종래 사용하던 원재료를 써서 그 목적에 알맞은 배합을 결정하여 공장에

서의 실제 생산에 투입하는 경우를 뜻한다

고무 부싱과 엔진마운트와 같은 방진을 목적으로 하는 고무제품의 재료를 보면

등의 계의 고무가 적합하다는 게 일반적인 고무업체의 정설이NR SBR BR Diene

다 하지만 목적에 맞게 고무의 원재료를 선택하여야 한다 결국 방진이라는 기능의

고무 특성을 만족하기 위해서는 가교라는 차원 구조의 밀도를 요구하고 있다는 것3

을 알 수 있다

일반적인 방진고무의 요구특성으로는 다음과 같은 조건을 만족하여야 한다

첫째 파단 특성을 만족하여야 한다 즉 분자들과의 높은 응집력과 와의 높 Filler

은 친화성으로 응력을 분산시키는 구조로 이루어져야하는 조건을 만족하여야 하며

둘째 특성을 만족하여야 한다 에 대한 조건을 만족시키기 위해서 Creep Creep

는 고무의 분자 회전성이 높고 응집에너지가 낮을수록 좋다

셋째 내열성 및 내열 산화성에 대한 조건을 만족하여야 한다 이것은 일반적으로

기계적인 모든 성질은 온도의 의존성이 낮을수록 바람직하다고 할 수 있다 이에

방진목적의 고무도 이 같은 성질을 만족하여야 한다

- 26 -

넷째 일반적인 방진 제품은 고무만의 단독 현상으로는 그 형태를 유지하기 힘들

며 금속과의 결합을 통하여 그 방진특성을 만족하여야 한다 이에 방진고무의 기본

적인 성질은 금속과 접착성이 좋아야 한다는 조건을 만족하여야 한다

다섯째는 감쇄계수에 대한 부분으로 감쇄계수가 크고 온도의존성이나 주파수 의

존성이 좋아야 한다 일반적으로 은 감쇄가 적고 소변형에서 대변형에 이르기까 NR

지 선형의 복원을 하며 주파수에 의존하지 않은 특성을 가지고 있으므로 방진고무

로 적합하다고 할 수 있다

여섯째 탄성율에 관한 내용으로 일반적으로 방진 고무의 탄성율은 온도 및 진폭

의존성이 낮은 쪽이 좋게 된다

마지막으로는 정적강성과 동적 강성의 비로 표현되는 동배율에 유의해야 한다

일반적으로 방진고무의 감쇄 특성을 고려하면 동배율이 높은 것이 유리하지만 동적

특성의 온도의존성 변형율 동적 변형율에 의한 발열 및 내피로특성을 보면 저동배

율 쪽이 유리하다

제 절 재료배합 개선방안제 절 재료배합 개선방안제 절 재료배합 개선방안제 절 재료배합 개선방안2222

원재료 및 배합제의 개선원재료 및 배합제의 개선원재료 및 배합제의 개선원재료 및 배합제의 개선1111

고무부싱 제품의 경우 그 기능상의 요구로 인하여 주로 계열의 천연고무를NR

원재료로 사용한다 본 연구에서도 계열의 천연고무를 원재료로 하고 요구 특성 NR

의 개선을 위해 배합제의 선정을 대해 연구하였다 일반적으로 천연고무 및 합성고

무에 적용되어지는 배합제는 가황속도 조절 가공의 원활화 품질특성 개선 그리고

특수 성능 등의 목적으로 사용되어

- 27 -

진다 배합제의 종류로는 가공조제 연화제 유기가황제 가황촉진제 노화방지제

등으로 나눌 수 있다

요구 경도의 결정은 함량을 조절하여 설계하였으며 품질특성을 향상 시Carbon

킬 수 있는 재료를 연구한 결과 미세 으Caron Carbon Black(MAF FEF GRADE)

로 물성을 향상 시킬 수 있도록 하였다 특성에 큰 영항을 주는 배합제의 경우 그

용도에 따라 많은 종류를 인자로 적용할 수 있지만 많은 인자로 인하여 발생하는

비용적 시간적 손실을 최소화하기 위해 본 연구에서는 원재료와 함량을 Carbon

고정한 후 촉진제 종류와 가황제의 양을 조절하는 방식으로 배합제에 대한 최적의2

조합을 선택하는 방법으로 접근하였다

내구성 향상을 위한 방안내구성 향상을 위한 방안내구성 향상을 위한 방안내구성 향상을 위한 방안2222

내구성을 향상시키기 위한 일반적인 방법은 경도를 향상시키는 것인데 경도를

높이는 방법만으로는 다른 특성 즉 정 동특성을 동시에 만족시킬 수 없는 어려움이-

있다 이에 본 연구에서는 방진용 제품이 요구하는 정 동특성과 내구성을 Bushing -

동시에 향상 시킬 수 있는 방안을 모색하기 위하여 촉진제와 가황제를 이용하여 최

적을 배합설계를 이루고자 하였다

내구성을 향상시키기 위한 방법으로 보통 량의 조절을 통한 경도 조절법Carbon

을 이용하게 되는데 본 연구에서 적용한 은 미세 Carbon Carbon Black(MAF FEF

으로 인장강도 및 경도 인장응력을 증대하는 효과를 얻고자 하였다 이러GRADE)

한 미세 의 적용과 동시에 보강제의 분산 및 흐름성 개선을 위하여Carbon Black

가공조제를 개선하여 적용하였다

가교시스템의 향상 방안가교시스템의 향상 방안가교시스템의 향상 방안가교시스템의 향상 방안3333

가황반응 고분자 주쇄간 가교결합을 통한 차원 망상구조를 형성하(Vulcanization) 3

여 고분자 화합물의 복원력 탄성 특성 및 기타 요구물성을

- 28 -

증가시킨다 다양한 가교결합 형태 중 방진고무산업에서 많이 이용되고 있는 가교

결합은 을 도입한Polysulfide (-C-Sx-C- x=1~4) Conventional CV(Vulcanization)

계를 많이 사용한다 여기서 사용되고 있는 인 천연고무 Polymer (Natural Rubber

의 배합에 있어 가교 또는 가류형태의 변화에 따라 물성 및 특성의 변화가 있NR)

음을 알 수 있다 즉 가교형태 변화에 따른 유사한 특성을 나타내는 Stress-Strain

조건하에서 공정특성 및 전반적인 물성에 영향을 미침을 알 수 있다 의 기 Polymer

본 배합에서 촉진제나 황 공여체 증가에 따라 가류 유도시간(Sulfur Donor)

은 길어지나 가류속도는 빨라진다 특히 고온 가류 시 과 가류(Induction time)

에 의한 물성하락을 방지하기 위해 열 안정성이 우수한(Overcure) EV(Efficient

계를 사용하는 것이 근래에 소개되고 있다 고분자의 물성은 가교형Vulcanization)

태뿐 아니라 가교밀도에 크게 의존한다 가교계 변화에 따른 인장강도의 영향은 매

우 적은 반면 신장율은 계에서 로 같수록 감소CV(Conventional Vulcanization) EV

하는 경향이 있다

이란 가류시간의 지연 또는 과가류로 인한 고무 물성의 저하를 말한Reversion

다 이러한 현상은 제품의 외면이 과도한 열에 노출될 수 있다 다중황공유 결합의

열적노화현상이 발생하며 가교형태가 다중황 결합에서 단일황(Polysulfidic)

결합으로 바뀌게 되며 밀도가 현저하게 저하되고 환상형 씨오알켄(Monosulfidic)

과 씨오알칸 구조로 바뀌게 된다 결과적으로 재료의 물성(Thioalkene) (Thioalkane)

과 기계적 성질이 떨어지게 된다

이 발생하는 시간을 가교형태에 따라 비교하여 보면Reversion CV lt Semi-CV lt

으로 알려져 있으며 시스템에서는 촉진제 종류에 따라서 인장과 신율의 물EV EV

성에 하락 없이도 공정 안정성 특성이 매우 우수하다 이 Anti-Reversion

으로 인해서 물성과 기계적 성질을 향상시킬 수 있으며 황공여체 사Anti-Reversion

용 또는 계로 가교형태를 전환함으EV

- 29 -

로써 가능하다 이로써 가교의 다중황결합 을 줄이고 단일 또는 이중황 결 (S3~S8)

합으로 내열성 및 결합의 안정성을 증가시킬 수 있다 이러한 과정에서 공정설계상

계보다 더 낮은 가류온도와 더 길어진 가류시간이 필요하게 된다 이러한 계CV EV

에서는 정도의 황과 계에 비해서 다소 많은 양의 촉진제를 사용하02~05 phr CV

게 된다 여기에 근거하여 혼합물성분의 한계 표 표 에 나타난 황과 촉 ([ 42] [ 44])

진제 양의 범위를 정하였다

발생 시간의 효율적인 제어를 위하여 본 연구에서는 적절한 촉진제의Reversion

배합량을 조절하여 방진제품에서 요구하는 특성을 만족하는 조건을 선정하고자 하

였다 그림 은 의 예를 보여준다 [ 41] Reversion

그림 의 예[ 41] Reversion

본 연구에서는 인장 내열 강도의 증가와 동 정특성 내구성 증가를 위한 가교 시- -

스템의 향상 방안으로 황량을 조절하여 Convension Type(Efficient Vulcanization

을 통하여 결합력을 증대시켰으며 촉진제를 조절하여 가- CURE STIES-CC-C)

교효율을 증대하였다 또한 가황 조건에 변화가 적은 배합설계를 하여 향상된 적정

가황이 될 수 있도록

- 30 -

하였으며 를 정립화하여 최적의 적정 가황 포인트를 찾아 인장이 최CURE-STUDY

적일 때 내구성이 최적이고 가황제품과 시편을 동시에 함으로 시편과CURE-STUDY

제품의 상의성을 방지할 수 있었다

자동차업계에서는 일반적으로 고가의 폴리머를 선호하지만 본 연구를 통하여 가

격이 낮은 폴리머로도 성능향상이 가능하다는 것을 입증하였고 향후 타 아이템에도

연계 적용함으로 새로운 배합설계를 구축하였다

실험계획법의 적용실험계획법의 적용실험계획법의 적용실험계획법의 적용4444

기존의 개발 진행 방식은 경험에 의한 시행착오 접근 방법을 사(Trial and Error)

용하여 성능향상을 도모하였으나 본 연구에서는 배합물설계에 위한 실험계획법

기술을 적용하여 이론적으로 최적의 배합설계를 이(DOE Design of Experiment)

룰 수 있는 방법을 연구하였다

일반적인 고무제품의 배합은 많이 알려져 있지만 특성 향상을 위한 방안이나 그

배합에 대한 신뢰성에는 많은 의문점이 제기 되는 게 현실이다 본 연구에서는 요

구특성을 만족시키기 위하여 선정된 촉진제의 배합조건의 최적화를 실현하기 위하

여 실험계획법의 꼭지점계획법을 이용하여 그 효율성을 검증하고자 하였다 배합의

경우 어느 독립적인 인자의 선정으로는 그 효과를 극대화 시킬 수 없는 특성이 있

는데 본 연구에서는 선정된 촉진제 및 폴리머의 조건 하에서 최적의 배합 조건을

찾아보고자 하였다

재료배합설계의 개선을 위한 방안을 정리하면 표 과 같다[ 41]

- 31 -

표 내구성 및 정 동특성 동반향상을 위한 개선방안[ 41] -

항 목항 목항 목항 목 기존 방안기존 방안기존 방안기존 방안 제안된 개선 방안제안된 개선 방안제안된 개선 방안제안된 개선 방안

배합 설계 방안

경험적 배합 설계

고 배합설계COST

국내수급재료사용

실험적 분석기법 도입

저 배합설계COST

해외재료수입

내구성 향상

량 변경Carbon

용도별 적정 적용Carbon

정동특성 향상 방안을 동시==gt

고려

경험적 수치의 가황제 량 선정

가교 시스템 향상 방안을 고려한

가황제 량 선정

(EV - CURE)

결합력 증대==gt

경험적 수치에 의한 촉진제 량

선정 경도별 선정 미비( )

가교 효율을 반영한 촉진제 량의

선정

적정한 가황 포인트 파악을 위한(

실시Cure Study )

정 동특성 향상-

정특성 향상 방안 경도 증가

동특성 향상 방안 경도 하락

두 특성을 만족시키기 위한==gt

경험적 수치의 경도 선정

데이터베이스를 활용한 배합설계

정 동특성을 동시에 만족할 수-

있는 배합제 적용

분산 및 흐름성 개선==gt

형상개선과 동시 고려==gt

- 32 -

표 는 지원 전 배합비율과 특성별 성능수준을 나타낸다[ 42]

표 지원 전 성능수준[ 42]

- 33 -

제 절 꼭지점계획법에 의한 최적배합조건제 절 꼭지점계획법에 의한 최적배합조건제 절 꼭지점계획법에 의한 최적배합조건제 절 꼭지점계획법에 의한 최적배합조건3333

재료설계에 적용되는 실험계획은 혼합물 배합에 관한 실험계획으로서 몇(Mixture)

개 성분의 혼합물 중 어떠한 성분이 품질의 특성에 유의한 영향을 미치는지를 분석

하여 반응을 최대로 만드는 최적혼합비율을 찾고자 하는 실험계획이다

혼합물실험에 적용되는 실험계획으로는 심플렉스 격자형배열법 심플렉스 중심배열

법 꼭지점 계획법 등을 주로 적용한다 본 실험에서는 심플렉스의 전 영역이 아니

라 제한된 영역에서 실험을 하고자 하므로 꼭지점계획법(Extreme vertice design)

을 적용하였다

고무부싱의 재료배합에서는 개의 성분재료가 있고 이들을 어떤 비율로 배합하는

것이 품질특성치를 가장 좋게 하는가를 찾는다 성분의 혼합에 있어서 를 번째

성분의 혼합비율이라고 하면 다음과 같은 관계식을 만족시켜야 한다

이러한 경우는 일반적 실험계획법처럼 심플렉스의 모든 영역에 실험이 배치되는 것

이 아니고 제한된 영역에서만 실험을 하는 경우이다 즉 각 인자 가 (Factor) 0 le

의 모든 값을 취할 수 있는 것이 아니라 제한된 구간1le

안에서만 값을 취한다 이와 같은 경우는 경제적인 이유나 또는 실험 전에 인자들

의 성질에 대하여 상당한 정보가 있는 경우이다 위의 식과 같은 인자의 구간이 설

정되면 실험가능영역은 심플렉스 상의 좁은 영역이 된다

- 34 -

과 은 제한된 실험영역에 대한 실험계획법으로 꼭지점 계획법Mclean Anderson

을 제안하였다 이 계획법은 제한된 영역이 가지는 모든(extreme vertices design)

꼭지점과 이 꼭지점들의 선형조합으로 이루어지는 몇 개의 점을 적절히 선택하는

실험계획법이다 만약 개의 혼합성분이 사용되는 경우 실험영역을 그림으로 그리 4

면 그림 와 같이 사면체 속에 위치하는 면체가 된다 과 은[ 42] 6 Mclean Anderson

이 면체의 꼭지점과 중심점을 실험점으로 선택하는 방법에 대한 예제를 제시하고6

있다

그림 개의 혼합성분에 대한 꼭지점계획법[ 42] 4

고무부싱의 재료설계 시 혼합물은 고무 카본 및 배합원료로서 황화제 촉진제

가공제 유기산 금속산화제 노화방지제 보강제 충진제 등을 사용한다

재료 배합 실험은 경도별로 나누어 실행되었으며 표 은 경도 도 오차범[ 43] 48 (

위 plusmn 도 에 대한 혼합물성분의 한계이다 에 성분의 한계를 입력한 결과2 ) MINITAB

네 가지 성분에 대하여 표 와 같은 총 회의 실[ 44] 17

- 35 -

험점이 생성되었다 실행 의 경우 의 성분을 1 A B C D 09807 00068 00011

의 비율로 섞어서 실험하라는 의미이다00114

표 혼합물 성분의 한계[ 43] (48Hs)

성분 하한 상한

A 외 기타Polymer 09774 09807

B 촉진제1 00068 00085

C 촉진제2 00011 00022

D Sulfur 00114 00119

표 꼭지점계획법에 의한 실험설계와 결과데이터[ 44] (48Hs)

을 활용한 혼합물 설계 데이터분석 결과는 표 표 과 같다MINITAB [ 45][ 46] 17

회의 실험점에 대한 데이터분석 결과 각 실험 점에서의 적합추정치와 신뢰구 95

간을 구할 수 있었다

- 36 -

표 을 보면 실험점 에 의한 배합조건으로는 신뢰구간으로[ 45] 14 95

의 내구성이 나타난다 에서는 각 성142322cycle ~ 146166cycle Nominal Load

분에 대한 제한조건을 만족시키면서 내구성을 최대로 하는 처리조건은 인자의 네

가지 성분 즉 외 에 대한 배합 비율이 Polymer Acc1 Acc2 Sulfur 097740

이었다 그리고 이 처리조건에서 예상되는 내구성은00085 00022 00119

에 도달할 것으로 추정되었다146943cycle

에서는 인자의 네 가지 성분의 배합비율이 와 마찬Maximum Load Nominal Load

가지로 이었다 그리고 이 처리 조건에서 예상되는09774 00085 00022 00119

내구성 추정치는 이었다18917cycle

표 데이터분석 결과[ 45] (48Hs Nominal Load)

에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응Dura(Nom)Dura(Nom)Dura(Nom)Dura(Nom)

- 37 -

반응 최적화 모수반응 최적화 모수반응 최적화 모수반응 최적화 모수

글로벌 솔루션글로벌 솔루션글로벌 솔루션글로벌 솔루션

예측 반응예측 반응예측 반응예측 반응

Dura(Nom) = 146943

- 38 -

표 데이터분석 결과[ 46] (48Hs Maximum Load)

에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응Dura(max)Dura(max)Dura(max)Dura(max)

반응 최적화 모수반응 최적화 모수반응 최적화 모수반응 최적화 모수

글로벌 솔루션글로벌 솔루션글로벌 솔루션글로벌 솔루션

외Polymer = 09774

- 39 -

Acc1 = 00085

Acc2 = 00022

Sulfur = 00119

예측 반응

Duro(max) = 189171

경도 도 오차범위 도 에 대한 혼합물성분의 한계와 에 의한 실험50 ( plusmn 2 ) MINITAB

점은 표 표 과 같다[ 47] [ 48]

표 혼합물 성분의 한계[ 47] (50Hs)

- 40 -

표 실험계획의 결과[ 48] (50Hs)

경도 도에 대한 혼합물 설계 데이터분석 결과는 표 표 과 같다50 [ 49][ 410] 17

개 실험 점에서의 적합추정치와 신뢰구간은 예측반응에 잘 나타나 있다95

에서는 각 성분에 대한 제한조건을 만족시키면서 내구성을 최대로Nominal Load

하는 처리조건은 외 기타 의 각 성분에 대하여 배합비Polymer Acc1 Acc2 Sulfur

율이 이고 이 처리조건에서 예상되는 내구성은09687 00088 00025 00200

에 도달할 것으로 추정되었다159209 Cycle

에서는 인자의 네 가지 성분의 배합비율이 와 마찬가Maximum Load Nominal Load

지로 이었다 그리고 이 처리조건에서 예상되는 내09687 00088 00025 00200

구성 추정치는 이었다 일 때와 일218572 Cycle Nominal Load Maximum Load

때의 적정배합비율이 다르게 나오는 경우가 있는데 이는 오차범위 경도의 경우( plusmn

도 가 비교적 넓은 고무의 특성에서 비2 )

- 41 -

롯되거나 측정오차에 따른 결과로 추정된다

표 데이터분석 결과[ 49] (50Hs Nominal Load)

에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응Duro(Nor)Duro(Nor)Duro(Nor)Duro(Nor)

반응 최적화 모수반응 최적화 모수반응 최적화 모수반응 최적화 모수

- 42 -

글로벌 솔루션글로벌 솔루션글로벌 솔루션글로벌 솔루션

예측 반응예측 반응예측 반응예측 반응

Duro(Nor) = 159209

표 데이터분석 결과[ 410] (50Hs Maximum Load)

에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응Duro(max)Duro(max)Duro(max)Duro(max)

- 43 -

반응 최적화 모수반응 최적화 모수반응 최적화 모수반응 최적화 모수

글로벌 솔루션글로벌 솔루션글로벌 솔루션글로벌 솔루션

예측 반응예측 반응예측 반응예측 반응

Duro(Max) = 218572

재료배합시험에 있어서 가류시간이 특성 치에 영향을 미치므로 레오그래프

분석에 의해 적정가류시간을 결정한다 레오그래프는 다음의 용도에(Rheograph)

활용된다

고무제품의 가류도 측정①

가류속도 측정②

최적의 가류공정 조건 확립③

가류약품 선정 및 배합 작성Recipe④

고무제품의 품질관리⑤

아래 그림 은 경도 도에 대한 재료의 레오그래프이다 그래프에 나타난 용[ 43] 48

어를 설명하면 다음과 같다

혼합물 의 가 가류되었을 때의 시간을 나타내며 가류시간을tc90- (Compound) 90

결정하는 기준으로 사용된다

스코치시간 을 나타내며 원하지 않는 가교가 일어ts2 - (Scorch time)

- 44 -

나는 시간으로 적절한 가류시간을 찾기 위해 필요한 과정임

고무의 특성을 토르크 값으로 나타낸 값으로 일반적으로 혼합물Tmax- (Torque)

의 경도에 따라 변함

평형 토르크MH- (Equilibrium torque)

최소 토르크ML- (Minimum torque)

본 재료시험에 적용된 가류시간은 의 배 사이에서 적정수준을 결정하tc90 1-15

였다

연구의 결과 카본의 입자가 작을수록 내구성은 향상시키지만 대체로 분산이 잘 되

지 않아 혼합물의 품질이 고르지 못하였다 따라서 카본의 분산도를 평가하여 만족

할 만한 수준이 나오는지 확인하였으며 상대적으로 작은 입자경의 카본을 사용하

여 내구성을 높이려 하였다

그림 경도 도 고무에 대한 레오그래프[ 43] 48

- 45 -

실험의 결과 카본블랙과 레오그래프와의 관계는 그림 와 같이 나타났다 그림[ 44]

에서 보는바와 같이 입자경의 크기가 증가함에 따라 결합력이 약해지므로 토르크

값이 낮아짐을 알 수 있다

그림 각종 카본블랙의 레오그래프[ 44]

- 46 -

본 연구에 적용된 카본 입자경의 크기와 양은 표 과 같다[ 411]

경도변화는 카본입자의 크기와 양에 따라 결정이 되며 레오그래프의 값이 Tmax

이러한 사실을 보여주고 있다

표 레오그래프상의 경도와 카본의 관계[ 411]

레오그래프는 섭씨 도에서 그려짐PHR = Part in Hundred Rubber 160

- 47 -

제 장 형상개선제 장 형상개선제 장 형상개선제 장 형상개선5555

제 절 외철의 스웨징 율 변화에 의한 개선제 절 외철의 스웨징 율 변화에 의한 개선제 절 외철의 스웨징 율 변화에 의한 개선제 절 외철의 스웨징 율 변화에 의한 개선1111

높은 품질의 부싱을 개발하기 위해서는 적절한 재료설계에 의한 경도 및 고무 특

성의 설정이 매우 중요한 요소이지만 고무의 특성 개선에만 의존하는 것은 한계점

이 있다 따라서 제품의 형상변화를 통해 고무의 특성을 극대화함으로써 내구성 및

품질특성을 향상시킬 수 있다

그림 은 부품의 세부형상과 설계도이다[ 51]

그림 세부형상[ 51] DA-2

- 48 -

그림 는 제품의 단면을 보여준다 그림에서 는 다른 모델에 비해 고무[ 52] DA-2

량이 다소 적음을 알 수 있다 형상 변화를 통한 품질특성의 개선을 시도함에 있어

서는 부품에 대한 조립성과 제조성 을 반드시(DFM Design for Manufacturability)

고려하여 형상변화를 꾀하여야 한다 본 제품의 경우 외철 과 내철 (outer pipe)

의 길이는 한정되어 있으며 그 직경의 변화도 허용공차를 미만(Inner pipe) 05 mm

의 수준으로 요구하고 있다

형상변경을 통한 성능향상 방안으로서 외철에 대한 스웨징율 을 변(Swaging rate)

경함으로서 외경크기의 변화를 시도하였으며 또한 내철의 구배각도를 변화시켜 개

선점을 찾으려고 노력하였다

그림 단면[ 52] DA-2

부싱의 경우 일반 적으로 스웨징이라는 공정을 거치게 되는데 이는 공정에서 외

경의 크기 조정을 통하여 성능을 향상 시키는 방법으로서 스웨징율을 조정함으로서

외철의 외경 크기를 허용범위 내어서 변화시키는 것이다 이는 스웨징에 따른 직경

변화에 의해 고무의 조직이 조밀해져 고무 특성을 향상시킬 수 있게된다

그림 은 스웨징의 방향을 나타내며 그림 는 스웨징 전 후의 외철의 크[ 53] [ 54]

기 변화를 보여주고 있다

- 49 -

그림 스웨징 방향[ 53]

그림 스웨징 전후의 외경 크기의 변화 단면[ 54] ( )

제 절 내철의 구배 변화에 의한 개선제 절 내철의 구배 변화에 의한 개선제 절 내철의 구배 변화에 의한 개선제 절 내철의 구배 변화에 의한 개선2222

아래 그림 는 형상 변화를 시도할 수 있는 내철 끝단 부분의 구배를 표시한[ 55]

그림으로서 는 구배각도를 나타낸다a

- 50 -

그림 구배각도[ 55]

그림 은 본 제품의 특성 요구 사항을 그림으로 표시한 것으로 고무부싱은[ 56]

및 의 외력에 대하여 적절하게 대응할 수 있도록 설계되어야 한다 부싱 종류F1 F2

의 경우 일반적으로 고무 제품의 유연함과 동배율 개선을 위하여 저경도의 고무를

적용하는 경우가 많은데 이 경우에는 외력에 대한 특성이 상대적으로 취약하게F1

나타나게 된다 이러한 취약점을 보완하기 위하여 본 연구에서는 그림 과 같 [ 57]

이 제품이 허용하는 범위 내에서 내철의 구배를 변화 시킨 후 실험데이터의 분석을

통해 성능 개선 방안을 찾고자 하였다

그림 부싱의 외력[ 56]

그림 의 의 경우는 구배를 주지 않은 경우이며 의 경우는 구배를 준[ 57] (a) (b)

경우를 표시하고 있다

- 51 -

의 경우 외력에 의하여 발생하는 반발력 은 순수한 고무 특성에 의해서(a) F1 Fr1

만 나타나게 된다 이러한 경우 저경도의 고무을 적용하였을 때 의 크기가 미미 Fr1

하여 적절한 특성을 발휘하지 못하게 된다

의 경우와 같이 내철에 구배를 주게 되면 의 외력에 대하여 구배가 들어간(b) F1

부분 에 의한 반발력 함께 가 생성되어 상대적으로 에 대한 저항력이 커Fr3 Fr2 F1

짐으로써 성능을 향상 시킬 수 있게 된다

그림 구배각도의 적용에 따른 차이 단면[ 57] ( )

그림 구배각도의 적용에 따른 차이 입체[ 58] ( )

- 52 -

제 장 도포공정개선제 장 도포공정개선제 장 도포공정개선제 장 도포공정개선6666

고무부싱의 내구성 향상을 위하여 필수적으로 관리하여야 할 공정이 도포공정이

다 도포공정은 접착의 원리에서부터 접착의 구조 접착의 강도 피착재의 표면처리

법 및 접착제 사용법 등 접착에 관한 전반적인 기술을 공정에 효율적으로 적용하여

야 한다

고무와 금속과의 접착력이란 접착제와 피착제 사이의 계면 결합력을 의미하며 접

착강도는 시험방법 접착방법 시험시의 조건 시편의 기하학 등 여러 인자에 의해

영향을 받는다 접착파괴는 접착제의 가장 약한 곳에서 일어나며 접착강도는 여러

가지 측정법에 따라 고유강도 잔류강도 측정강도 등과 같이 다르게 표현된다 고

무부싱의 접착구조는 그림 과 같다[ 61]

그림 접착의 구조[ 61]

프라이머 는 피착제 표면과의 친화성이나 접착제와의 상용성이 뛰어나야(Primer)

하고 동시에 접착 저해물과의 상용성도 높아야 한다 또 프라이머 중의 유효성분

쪽이 피착제 표면에 흡착되어 있는 저해성분보다 피착제에 의하여 안정하게 흡착되

어 있는 것이 중요하다 따라서 프라이머는

- 53 -

충분한 교반 균일하고 엷은 도포 그리고 완전한 건조가 이루어져야 한다 이러한

도포공정은 피착제의 모앙에 따라 달라진다

열경화성 접착제의 대부분은 유기 중합물과 각종 충진제를 유기용제에 용해 분산

시킨 것으로 사용전이나 사용 중에도 교반기 등으로 균일하게 용해 분산시킨 접착

제를 사용하는 것이 중요하다 따라서 의 도포 공정은 그림 와 같이 교 DA-2 [ 62]

반기를 추가 설치하여 공정 개선을 실시하였다

그림 설치한 교반기[ 62]

또한 피착제의 균일한 도포를 위해 롤타입의 코팅기에 기존 페인트용 롤러에서

그림 에서와 같이 융을 말아 롤러 도포하는 형태로 개선을 실시하여 코팅의[ 415]

두께 정밀도를 향상시켰다

- 54 -

그림 변경된 롤러 모양[ 63]

접착 재료를 프라이머 에서 변경하여 사용함CHEMLOK 220 252 CHEMLOK 205

으로써 접착력을 향상시켰는데 는 금속 및 경길대료의 프라이머로CHEMLOK 205

사용되며 또한 같은 극성고무에 단독으로 접착이 가능하다 NBR

방식의 경우 의 특징을 살펴보면TWO Coat CHEMLOK 205

ㆍㆍㆍㆍ 접착제의 금속 표면에서의 접착강도를 향상시킬 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ 기계적 표면처리 후 활성화된 금속표면을 산화작용으로부터 보호하며 녹방

지 도료적 역할을 한다

ㆍㆍㆍㆍ 크로로프렌이나 에피크로로히드린고무와 같은 가류 중에 염소가스를 발생

시 켜 금속표면을 부식시키기 쉬운 고무배합에 대하여 유효하게 적용된다 프

라 이머는 충분한 교반 균일하고 엷은 도포 그리고 완전한 건조가 이루어져

야 접착성이 뛰어나게 된다

도포공정 개선 전후의 효과는 그림 그림 의 도포두께 비교[ 64]~[ 67] Cpk

를 통해서도 알 수 있다DATA

아래 그림 는 도포공정의 개선전[ 64] 관리도의 그래프를 나타낸

- 55 -

것으로 관리도는 평균치와 범위에 관한 계량형 관리도에서 가장 많이 사용되

는 관리도의 하나이다 관리도는 평균치의 변화를 관리하는 관리도와 산포의

변화를 관리하는 관리도로 구성된다 관리도의 중심선(Central Line) CL=로 나

타내며 관리 상한선 은(Upper Control Limit) UCL= 로 관리하한선인 (Lower

의 경우Control Limit) LCL=

로 구한다

관리도의 관리선의 경우 중심선 관리상한선 UCL= 관리하한선 LCL

의 경우 로 구한다

여기서 등의 계수는 샘플의 크기인 에 따라 결정 되며 일 경우=4

=0729 =0 이다=2282

그림 에서[ 64] 이며=273410 관리도의 로 나타났UCL=307994 LCL=238826

다

관리도의 은CL 이며 이다=4744 UCL=1082581

- 56 -

그림 도포공정 개선전[ 64] 관리도

한편 그림 는 도포공정 개선 전의 경우에 대하여 지정된 규격의 공정능력 [ 65]

지수를 나타낸 것으로서 단기공정능력지수( 와 장기공정능력지수) ( 를 나타낸)

다 단기공정능력지수는 공정능력 ( 과 규격의 폭) ( 과의 비율을 의미하며 일반적)

으로 로 표시한다 규격은 그림 에서처럼 양쪽규격이 모두 주어진 경우 공 [ 65]

정 능력 지수는 다음과 같이 계산할 수 있다

공정 능력

로 나타내고 만약 공정 평균이 규격의 중심으로부터 어느

한쪽으로 치우쳐 있게 되는 경우 치우침도( 와) 를 조합한 단기공정능력지수

( 로 나타낸다 즉)

- 57 -

장기공정능력지수( 의 계산은)

으로서 이다

따라서 그림 에 나타난 것처럼 개선전의 공정능력은[ 65] =17854 =08458

으로서 장기 공정에 대해 만족스럽지 못한 값을 나타내고 있다

그림 도포공정 개선전 공정능력 분석그래프[ 65]

- 58 -

그러나 공정개선후의 관리도인 그림 을 살펴보면[ 66] 이며=28196 관리

도의 이고UCL=300418 LCL=263502 관리도의 은CL 로=2532 UCL=51418

나타난다

그림 도포공정 개선후[ 66] 관리도

- 59 -

개선 후에는 그림 로부터 알 수 있듯이 단기공정능력은[ 67] 으로서=31966

인 장기 공정에 대해 안정적인 것을 확인할 수 있어 도포공정 개선에=23275

대한 효과가 있음을 알 수 있다

그림 정 개선 후 공정능력 분석그래프[ 67]

또한 도포공정의 두께관리를 강화하기 위하여 작업자 교육 및 샘플링 두께 측정

검사를 통해 지속적인 모니터링을 실시하고 공정별 온도관리 및 시간 관리를 통해

작업 환경 유지관리 강화로 변함없는 품질의 제품을 생산하도록 하였다 그림 [

은 롤 코팅 공정이다68] (Roll coating)

- 60 -

그림 롤 코팅 공정[ 68] (Roll coating)

- 61 -

제 장 최적수준 결정을 위한 파라미터 설계제 장 최적수준 결정을 위한 파라미터 설계제 장 최적수준 결정을 위한 파라미터 설계제 장 최적수준 결정을 위한 파라미터 설계7777

제 절 실험계획법에 의한 유의인자 결정제 절 실험계획법에 의한 유의인자 결정제 절 실험계획법에 의한 유의인자 결정제 절 실험계획법에 의한 유의인자 결정1111

재료설계 형상설계 및 공정설계에 대한 최적조건의 결정은 부품의 품질 특성에

대한 사양 을 만족시켜야 할 뿐 아니라 생산부품 간 품질의 산포를(Specification)

최대한 줄여야 한다 의 최적설계를 위해 다구찌 기법 을 적 DA-2 (Taguchi method)

용하였다

다구찌의 강건설계 는 인자 가 품질 특성의 평균에 대해(Robust design) (Factor)

가지는 효과뿐만 아니라 분산에 미치는 효과에 대해서도 초점을 맞추고 있다 분산

을 줄일 수 있는 통제 가능한 인자에 대한 조건을 설정하여 품질특성이 통제 불가

능한 인자의 변화에 대해서는 둔감하도록 할 수 있다 강건설계의 주목적은 품질특

성의 목표값을 유지하면서 분산을 줄이는 인자에 대해 설치값 을 발견하는 (Setting)

데 있다

다구찌 설계에 의한 실험계획법은 특히 확장된 역할로서 다음의 몇 가지를 들 수

있다

ㆍㆍㆍㆍ종래에는 제어 불가능한 환경조건이나 제어하기 어려운 생산조건 공정조건

등의 원인 이를 잡음인자로 통칭 들이 데이터에 주는 영향의 정도를 평가하기 어려( )

웠으나 객관적으로 그리고 계량적으로 이를 평가할 수 있는 방법을 제시하고 있

다 또한 품질 산포의 크기를 계량특성치 손실함수 비 등 로 변환하여 산포를 ( SN )

작게 하는 인자들의 조건을 찾아가는 강건설계를 사용한다

ㆍㆍㆍㆍ직교배열표를 광범위하게 사용하여 인자의 수가 많은 경우에도 크게 실험횟

수를 증가시키지 않고 실험하는 일부 실시법을 사용한다

ㆍㆍㆍㆍ생산라인 내 뿐만 아니라 신제품 개발을 위한 품질설계 파라미터(On-line)

설계 허용오차 설계 등의 라인 외 품질관리를 위하여 유용하게 사용할 (Off-line)

수 있다

ㆍㆍㆍㆍ다구찌 방법에서 추가적으로 다룰 수 있는 주요한 것들로는 직교배열

- 62 -

표의 확대사용 수준계의 표준 직교배열표 이외에 확대 응용 혼합 직교배열표(2 3

의 사용과 조합법의 사용 계량치 데이터의 파라미터 설계 허용차 설계 그리고)

계수치 데이터의 파라미터 설계 동적 특성의 파라미터 설계 등을 들 수 있다

파라미터 설계 는 제품설계와 공정설계에서 유용하게 사용되는(Parameter design)

다구찌 실험계획법의 핵심이다 파라미터는 제품성능의 특성치에 영향을 주는 제어

가능한 인자 를 의미하며 파라미터 설계는 이들 인자들의 최적(Controllable factor)

수준을 정하여 주는 것을 말한다 파라미터를 설계변수 라고도 부 (Design variable)

르며 파라미터 설계에서는 제품의 품질변동이 잡음에 둔감하면서 목표품질을 가질

수 있도록 설계변수들의 최적조건을 구하여 준다 최적조건을 찾을 때 설계변수와

잡음을 주는 인자들을 포함시켜 실험하는 직교배열표 등을 주로 사용한다 이때 목

표 품질을 만족시키는 범위 내에서 가능한 한 비용이 적게 드는 조건이나 부품 등

을 이용한다

만약 신뢰성에 영향을 주는 제어 가능한 인자 에 대한 파라미터설계 A B C D

를 한다고 하자 는 수준 는 수준의 혼합수준 에 대한 설계 A B 4 C D 2 (Mixed level)

분석을 하려고 한다면 각 요인 변동의 계산을 표 과 같은 [ 71] L16(215형 직교배)

열표 를 사용하면 된다(Orthogonal Design)

에 대한 파라미터 설계조건으로는 내구성이 가장 좋은 최적의 설계 및 공정DA-2

조건을 구하여야 하므로 반응변수가 큰 값일수록 좋은 망대특성(Larger-the-better

에 대한 조건을 구하고 부품의 정특성 및 동특성에 대한 분석은 적characteristics)

정한 상호관계를 고려하여 별도의 실험을 행한다

- 63 -

표 다구찌 설계의 예[ 71]

- 64 -

제 절 시험데이터의 해석제 절 시험데이터의 해석제 절 시험데이터의 해석제 절 시험데이터의 해석2222

실험조건실험조건실험조건실험조건1111

제품의 신뢰성향상을 위해 지금까지 재료배합의 개선 형상개선 및 공정개선에

대한 각각의 과정을 설명하였으며 본 장에서는 관련된 여러 인자들을 동시에 고려

하여 최상의 품질특성을 나타낼 수 있는 최적인자수준의 결정에 대하여 설명하려고

한다 이는 인자들 간의 상호 작용이 상승 또는 보완작용을 할 수도 있고 반대로

서로 상극임을 나타낼 수 도 있기 때문이다

일반적으로 고무부싱의 개발에 적용되는 인자 는 다음과 같다(Factor)

ㆍㆍㆍㆍ경도 는 수요기업에서 제시하는 사양 에 따라 적정수(Hardness) (Specification)

준의 경도 도 도 도 도 를 적용하였으며 경험적으로 경도의 산포는(43 45 48 50 ) plusmn

정도이다2

ㆍㆍㆍㆍ각 부분의 모양이나 각도에 따라 고무 량에 영향을 미치게 되는 형상설계에

관해서는 내부 파이프 구배각도를(Inner pipe) 15deg~25deg로 하고 외부파이프 (Outer

의 접착부분을 로 하였으며 외경의 크기는pipe) 13mm~15mm

27mm~ 로 유지하였다278mm

ㆍㆍㆍㆍ공정설계는 가류시간을 로 하였다 가류 온도는240sec~600sec 150deg~180

로 하고 주변 온도에 영향을 받으므로 금형 표면온도는 항상 확인하였다 접착제

도포가 내구성에 영향을 주므로 접착제 두께는 으로 하고 접15micron~40micron

착제 배합조건은 로 하였다120cc~128cc

다구찌 설계에 의한 최적수준을 결정하기 위해 다른 인자는 고정시키고 경도 가

류시간 스웨징 인자에 대하여 표 와 같이 실험수준을 정하였다 [ 72]

- 65 -

표 실험인자 별 수준[ 72]

분석결과의 해석분석결과의 해석분석결과의 해석분석결과의 해석2222

실험결과의 해석은 다음과 같다

을 통해 표 의 실험조건을 입력하여 다구찌 설계를 생성한 결과MMITAB [ 72]

표 과 같은 실험조합을 얻었다 표 는 실험조합 별 시험결과 값이다[ 73] [ 74]

에서의 내구성에 대한 다구찌 설계해석의 결과는 표 의 신호 대Nominal load [ 75]

잡음비 비 평균 표준편차에 대한 반응표에 잘 나타나(SN Signal to noise ratio)

있다 그림 그림 은 비 평균 표준편차에 대한 반응 값을 도식한 [ 71]~[ 73] SN

것이다

표 의 신호 대 잡음비의 반응표를 보면 경도는 스웨징이나 가류시간에 비해[ 75]

반응변수 내구성 에 큰 영향을 미치고 있음을 보여준다 평균에 대한 반응표에서도( )

경도는 다른 인자들에 비해 반응변수의 평균에 크게 영향을 미치고 있음을 알 수

있다 표준편차 역시 경도의 수준 변화에 따라 차이가 가장 많음을 보여주고 있다

- 66 -

표 에 의한 다구찌 설계생성[ 73] MINITAB

- 67 -

표 실험조합 별 시험결과 데이터[ 74]

- 68 -

표 비 평균 표준편차에 대한 반응표[ 75] SN

신호 대 잡음 비에 대한 반응 표신호 대 잡음 비에 대한 반응 표신호 대 잡음 비에 대한 반응 표신호 대 잡음 비에 대한 반응 표

망대특성망대특성망대특성망대특성

평균에 대한 반응 표평균에 대한 반응 표평균에 대한 반응 표평균에 대한 반응 표

표준 편차에 대한 반응 표표준 편차에 대한 반응 표표준 편차에 대한 반응 표표준 편차에 대한 반응 표

- 69 -

그림 신호 대 잡음 비의 주효과도[ 71]

그림 인자수준별 평균의 주효과도[ 72]

그림 인자수준별 표준편차의 주효과도[ 73]

- 70 -

표 와 그림 에서 에서의 내구성 예측값을 가장 크게 하[ 75] [ 72] Nominal Load

는 것은 요인 수준의 조합이 일 때이다 품질 향상을 위해서는 정특성 동(4 2 2)

특성 값도 동시에 고려하여야 하므로 조합 조합 조합(4 2 2) (4 3 2) (4 1 2)

에 대한 예측 값을 함께 구하였다

표 은 에서의 내구성 예측값을 표 은 에[ 76] Nominal Load [ 77] Maximum Load

서의 내구성 예측값 표 은 정특성 예측값 표 는 에서의 동특성 예 [ 78] [ 79] 15Hz

측값 그리고 표 은 에서의 동특성 예측값을 보여주고 있다 [ 710] 150Hz Nominal

에서의 내구성 예측값은 조합 조합 조합에서 각Load (4 2 2) (4 3 2) (4 1 2)

각 목표값인 을 상회한 과170000 Cycle 178023 Cycle 174272 Cycle 175830

로서 조합일 때 더 높게 나타났다Cycle (4 2 2)

동배율은 예측 평균값을 기준으로 할 때 동배율은 조합에서는 에 (4 2 2) 15Hz

서 에서 이고 조합에서의110(1187691079) 150Hz 113(1215561079) (432)

동배율은 에서 에서15Hz 106(112856 106938) 150Hz 108(115769106938)

이며 조합에서의 동배율은 에서 에서 (412) 15Hz 108(118194 1094) 150Hz

이었다109(1195691094)

모델의 경우 수요기업에서 동배율 값이 적은 값을 요구하기 때문에DA-2 (kdks)

동배율을 고려하면 의 조합이 더 좋은 품질을 나타낸다고 할 수 있다(4 1 2)

- 71 -

표 에서의 내구성 예측값[ 76] Nominal Load

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 2 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 3 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 1 2

예측 값

신호 대

- 72 -

표 에서의 내구성 예측값[ 77] Maximum Load

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 2 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 3 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 1 2

신호 대

- 73 -

표 정특성 예측값[ 78]

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 2 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 3 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 1 2

신호 대

- 74 -

표 동특성 예측값[ 79] (15Hz)

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 2 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 3 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 1 2

신호 대

- 75 -

표 동특성 예측값[ 710] (150Hz)

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 2 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 3 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 1 2

신호 대

- 76 -

제 장 부품의 신뢰성성장관리제 장 부품의 신뢰성성장관리제 장 부품의 신뢰성성장관리제 장 부품의 신뢰성성장관리8888

제 절 신뢰성성장관리제 절 신뢰성성장관리제 절 신뢰성성장관리제 절 신뢰성성장관리1111

복잡하고 기술적인 제품의 개발 프로그램을 운영하는 데 있어서는 고객이 요구

하는 신뢰성 수준을 만족시키기 위하여 상당한 규모의 시간 예산 기술인력 등의

자원을 필요로 한다 고객들의 신뢰성 요구수준은 매우 높으므로 이러한 목표를 달

성하기 위하여 시험 개선 시험 개선의 개발과정을 반드시 거친다 이 과정에서 시- - -

스템 서브시스템 또는 모듈을 고장 날 때까지 시험하고 고장모드를 결정해서 이를

제거하기 위한 시도를 하거나 적어도 고장발생을 줄일 수 있는 시도를 하여 설계나

엔지니어링 개선을 이룬다 만약 이러한 과정이 계속되고 설계나 엔지니어링 변경

이 충분히 이루지면 시스템의 신뢰성은 증가한다 개발프로그램이 운영되는 동안

신뢰성 수준의 변화를 추적할 수 있다면 개발책임자로서는 여러 가지 이점이 있다

즉 목표하는 신뢰성 수준을 달성하기 위하여 충분한 비율로 성장하고 있는지의 여

부를 가능한 빠른 시간 내에 판단할 수 있고 그에 따라 필요한 자원을 적절히 배

분할 수 있다 따라서 개발책임자는 시험데이터로부터 현재 시스템의 신뢰성 수준

성장률의 평가 앞으로 기대되는 달성 가능한 수준을 결정하기를 원한다

신뢰성 성장관리 기술은 제품을 개발하는 데(Reliability growth management)

소요되는 많은 시간과 비용 및 엔지니어링 노력을 절감하면서 개념선택 제품과 공

정의 신뢰성 그리고 비용효율을 달성할 수 있도록 유용한 정보를 제공해 준다 군

사장비 자동차 및 전자 중장비개발 등에 적용된 최근의 신뢰성 성장시험 관리기술

은 각 분야의 경쟁적인 사업 환경 아래에서 제품개발을 효율적으로 조직하여 신뢰

성평가를 시작하고 신뢰성 성장과정을 추적할 수 있도록 해준다 신뢰성성장관리기

술은 제품 및 공정설계 관련사항 및 검증시험 항목들에 대하여 사용 환경에 따른

신뢰성 성장 진행과정을 확인하고 그 결과로부터 성장시험곡선을 개발할 수 있게

한다 또한 설계단계 사이의 여러 가지 관련성을 확인하여 관찰하고 그 정보를 다

른 제품보증분석들과 연결하여 고객 요구사항에 대한 제품의

- 77 -

적합도를 적절히 평가하는 데 도움을 준다

신뢰성성장모델은 가 개발한Crow(1975) AMSAA(Army Materiel Systems

모델이 많이 활용되었으나 이는 시스템 또는 서브시스템에서의Analysis Activity)

성장관리에 유용하고 부품수준에서는 모델을 활용하는 것이 더욱 실용적이 Weibull

다 모델은 목표 Weibull B10 수명에 대하여 초기 시작품 으로부터(Early Prototype)

후기 시작품 까지의 신뢰성 개선을 관리하는데 실용적으로 활용할(Later Prototype)

수 있다

신뢰성 성장시험 프로세스신뢰성 성장시험 프로세스신뢰성 성장시험 프로세스신뢰성 성장시험 프로세스1111

신뢰성 성장은 개발시스템에 대하여 여러 시험단계가 시리즈로 이루어지는 동안

고장모드를 발견하고 이를 개선하는 과정을 거쳐 이TAAF(Test Analyze And Fix)

루어진다 또한 기능시험 환경시험 안전시험의 결과는 신뢰성 향상을 위한 FMEA

등과 연계하여 사용된다 분석결과는 설계변경에 반영되고 최종목표가 달성될 때까

지 개선과 시험이 연속적으로 이루어진다 그림 은 일반적인 신뢰성 성장시험 [ 81]

프로세스를 보여준다 프로그램의 시작시점에 신뢰성 성장에 대한 계획을 수립하여

고객의 기대사항을 만족시킬 수 있는 성능수준에 대한 구체적인 측정치를 제시하

고 이 목적을 달성시킬 수 있는 시험조건을 정한다 시험조건은 특정한 부품이나

시스템에 대하여 고객의 사용방법과 환경에 대한 지식을 기초로 하여야 한다

개발프로젝트가 진행되는 동안 신뢰성 성장시험 프로그램이 개발되고 실행되는

과정에서 설계 및 공정의 관심사항을 확인하기 위해 QFD(Quality function

와 같은 제품보증을 위한 분석방법들이 선행되어 실시되는데 신뢰성deployment)

성장관리와 연계하여 이를 통틀어 통합 신뢰성 성장관리(Integrated reliability

라고 한다 신뢰성 성장관리를 포함한 제품설계평가의 모든growth management)

과정은 제품 공정의 신뢰성 향상에 있어 중요한 역할을 하는 제품보증기능의 한부

분이다

- 78 -

통합 신뢰성 성장시험관리 프로세스는 설계뿐 아니라 공정신뢰성(MIL-HDBK-781)

과 관련된 문제에 대응할 수 있도록 신뢰성 성장시험의 이점을 전적으로 활용할 수

있는 수단을 제공한다

신뢰성 성장관리과정을 개발함으로써 신뢰성 수준은 계속적으로 추적될 수 있고

조치를 취하고 다른 분석결과들과 비교되어 초기 신뢰성 예측을 수립하고 제품설

계에 포함된 확신을 증가시킨 후 검증시험에 들어갈 수 있도록 한다 이러한 신뢰

성 성장관리 프로세스는 제품개발 사이클에 있어서 초기 단계 동안에 신뢰성을 확

립하는 데 도움을 줄 수 있는 장치이다

그림 신뢰성성장시험 프로세스[ 81]

제품개발과정에 적용되는 신뢰성 성장시험관리 프로세스는 다음과 같다

신뢰성 성장시험조건을 결정하고 시험 사이클을 개발한다 ①

신뢰성 성장시험곡선의 사용을 통하여 시험과정을 실행하고 추적한다②

시험결과를 평가하고 다른 선행된 분석연구결과들과 비교한다③

확인된 결함을 제거하기 위해 설계변경을 실시한다④

- 79 -

설계검증시험을 준비한다⑤

신뢰성 성장시험의 주된 목적은 설계상의 약점을 확인하고 제거함으로써 설계의

신뢰성을 증가시키는 것이다 정확하게 신뢰성 수준이 변화되는 진행상황을 추적하

기 위해서는 요구사항에 대한 불합치성 을 확인하고 불합치성이(Nonconformance)

일어난 시간을 모두 추적하여야 한다 시험을 시작하기 전에 적절한 시정조치를 용

이하게 하기 위해 사전계획이 수립되어야 하며 고장분포를 결정하기 전에 각각의

고장부품에 대한 고장원인을 분리할 수 있어야 한다

부품의 개발과정에서 몇 개의 표본에 대한 고장시간 데이터가 있을 때 Weibull

분포를 활용한 신뢰성 성장분석에 대하여 설명하면 다음과 같다

가 분석의 개요가 분석의 개요가 분석의 개요가 분석의 개요

밀도함수는 그림 와 같이 특성 수명과 기울기로 고장시간Weibull [ 82] (Cycle

을 설명한다 작은 표본에 대한 고장시간 데이터가 주어졌을 때 분석Km) Weibull

을 사용하여 세 가지의 정보를 얻을 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ특정 시간이 주어졌을 때 등 부품의 신뢰도는 그 시간까지 살아 있(Cycle Km )

을 백분율이다

ㆍㆍㆍㆍ 또는 다른( 수명을 추정할 수 있다) 수명은 부품들 중 가 고장10

날 것이라고 기대되는 시간이다 즉 이 시간에서의 신뢰도는 이다 90

ㆍㆍㆍㆍ 기울기의 값은 고장률 패턴에 대한 정보를 제공해준다 기울기가Weibull 10

이라면 고장률이 일정하다는 것을 의미한다 이 경우 고장은 일반적으로 우연히

일어나며 고장률은 설계의 강건 정도에 따라 달라진다 기울기가 보다 작다면 1

고장률은 감소하고 있음을 의미한다

- 80 -

즉 높은 초기 고장률 을 말한다 기울기가 보다 크면 고장률은 증 (Infant mortality) 1

가하고 이는 마모 되고 있음을 의미한다(Wear-out)

그림 에 의한 부품의 신뢰성성장분석[ 82] Weibull 수명 비교

가장 많이 활용되는 측도는 수명이며 이것은 요구되는 목표 신뢰도가 임 90

을 의미한다 첫 번째 프로토타입이 고장 난다면 신뢰성 목표 달성을 위해 설계 변

경을 행하고 다음 프로토타입을 시험한다 이 과정은 목표 수명이 달성될 때까

지 반복한다

나 의이점나 의이점나 의이점나 의이점WeibullWeibullWeibullWeibull

부품의 개발과정에서 작은 표본에 대한 고장시간 자료가 주어졌을 때 Weibull

분석을 활용하여 신뢰성성장관리를 행하면 다음의 정보를 얻을 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ신뢰성 개선은 목표 수명이 달성될 때까지 하나의 프로토타입에

- 81 -

서 다음 프로토타입까지 추적할 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ신뢰성 개선은 시험한 프로토타입에 대해 타점으로 표현되고 빠르Weibull

게 방향을 파악하여 신뢰성 진전과정에 대한 양적 측면의 관리능력 향상을 그

래프로 확인할 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ컴포넌트를 고장 날 때까지 시험하는 것은 고장모드에 대한 아주 귀중한 정

보를 제공하고 따라서 시정조치 활동이 필요하다

ㆍㆍㆍㆍ많은 표본이 더 좋은 신뢰도를 얻을 수 있지만 분석은 많은 표본을Weibull

필요로 하지 않는다

ㆍㆍㆍㆍ고객의 운영 사용 사이클과 시험 모수의 관계가 알려져 있다면 더 빠르고( )

더 적은 비용으로 가속시험을 할 수도 있다

다 기본가정및제한다 기본가정및제한다 기본가정및제한다 기본가정및제한

ㆍㆍㆍㆍ각 분석에서 오직 하나의 고장모드만 포함되어야 한다 두 개나 그 이상의

고장 모드가 검출된다면 각각에 대해 분리하여 분석해야 한다

ㆍㆍㆍㆍ신뢰도는 시험 제한 한계 로 인해 년 마일까지 확장하여 외삽하면 안( ) 10 150K

된다 왜냐하면 시험 제한 한계 로 인해 다른 고장모드가 발생할 것인지 알 수 ( )

없기 때문이다

ㆍㆍㆍㆍ하나의 프로토타입에서 다음 프로토타입까지 기울기가 변하는 데는 특별히

주의를 하여야 한다 왜냐하면 초기 후기 수명에서 더 높은 신뢰도와 후기 초 ( ) (

기 수명에서 더 낮은 신뢰도의 할 수 도 있기 때문이다) trade-off

라 적용시기라 적용시기라 적용시기라 적용시기

ㆍㆍㆍㆍ수명의 비교는 엔지니어링 사양 이 특정한(Specification) 을 요구할 경

우 사용된다

ㆍㆍㆍㆍ이러한 접근방법은 고장시간 등 에 대하여 동일한 부품의(Cycle Km )

- 82 -

다른 시점에서의 프로토타입을 비교할 때 사용한다

ㆍㆍㆍㆍ신뢰성 목표가 달성될 때까지 계속한다

마 입력자료마 입력자료마 입력자료마 입력자료

ㆍㆍㆍㆍ프로토타입 의 몇 개 표본의 고장시간 등1 (Cycle Km )

ㆍㆍㆍㆍ프로토타입 의 몇 개 표본의 고장시간 등2 (Cycle Km )

⦙

ㆍㆍㆍㆍ마지막 프로토타입의 몇 개 표본의 고장시간 등(Cycle Km )

분석프로세스는 그림 과 같다[ 83]

프로세스프로세스프로세스프로세스 일반적 단계일반적 단계일반적 단계일반적 단계

Ⅰ 요구

또는 수명 결정

프로그램 신뢰성 목표 사용

고객의 운영 사용 프로파일 사용( )

시험 프로그램 적정시간 사용

Ⅱ 시험 프로그램 자료정보

확인과 데이터 수집초기 부품의 프로토타입

후기 부품의 프로토타입

Ⅲ 다른 프로토타입에 대한

누적고장 시간 또는 vs

거리 계산 및 타점

분석이 가능한 사용Weibull SW

가능한 가속수명시험 사용

Ⅳ 프로젝트 검토 시

현재 신뢰성 수준신뢰성 목표 적합성 결정

초기 경고 관련 정보 제공

개선을 위한 계획 정보 제공

그림 프로세스별 단계[ 83]

- 83 -

제 절 신뢰성성장 데이터분석제 절 신뢰성성장 데이터분석제 절 신뢰성성장 데이터분석제 절 신뢰성성장 데이터분석2222

초기 프로토타입 으로 부터 개의 표본을 정상하중 으(Prototype1) 6 (Nominal load)

로 고장 날 때까지 시험하고 고장모드를 기록하였다 여러 개선작업을 거친 후 후

기 프로토타입 으로부터 개의 표본을 고장 날 때까지 시험하고 고장모(Prototype2) 6

드를 기록하였다 시험 데이터는 표 에 주어져 있다 [ 81]

에 고장데이터를 입력하고 각 프로토타입 단계별로 용지에 결과MINITAB Weibull

를 타점한 결과 그림 와 같은 성장곡선이 생성되었다 [ 84] Weibull

정상하중 에서 의 평균수명 추정치는 이(Nominal load) Prototype1 127366Cycle

고 의 평균수명 추정치는 로서 의 개선을 이루었 Prototype2 176882 Cycle 389

음을 알 수 있었다 수명은 은 이었으나Prototype1 112668 Cycle Prototype2

의 수명은 로서 상당한 개선이 이루어졌음을 볼 수 있다168620 Cycle 수

명에 대한 신뢰하한은 로 추정되었다 따라서 정상부하에 의한95 162926 Cycle

시험데이터분석 결과 개선활동 재료배합개선 형상설계개선 공정개선 에 의하여 ( )

내구성 목표가 달성되었음을 알 수 있다

그림 는 에서의 신뢰구간을 보여주고 있다[ 85] Nominal load 90

최대하중 에서는 표 의 데이터 입력결과 그림 의 그래프를(Max load) [ 82] [ 86]

생성하였다 그래프로 부터 추정된 의 Prototype1 수명은 이고16362Cycle

의Prototype2 수명은 이다21850 Cycle 수명에 대한 신뢰하한추정치95

는 으로부터 로 계산된다MINITAB 20983 Cycle

의 수명과 의 수명이 다른 것은 개선 활동의 결과이Prototype1 Prototype2

- 84 -

며 에서 개선목표가 달성되었음을 알 수 있다 Prototype2

표 하중 고장시간[ 81] Nominal (Cycle)

Weibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth Curve

(Nominal Load)(Nominal Load)(Nominal Load)(Nominal Load)

그림 성장곡선[ 84] Weibull (Nominal load data)

- 85 -

Weibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth Curve

(Nominal Load-90 Cl)(Nominal Load-90 Cl)(Nominal Load-90 Cl)(Nominal Load-90 Cl)

그림 신뢰구간[ 85] Nominal Load90

- 86 -

표 하중 고장시간[ 82] Max (Cycle)

Weibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth Curve

(MaxLoad)(MaxLoad)(MaxLoad)(MaxLoad)

그림 성장곡선[ 86] Weibull (Max load data)

- 87 -

제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론9999

본 연구는 자동차현가장치인 고무부싱 의 신뢰성향상을 위한 기(Rubber bushing)

술개발과제이다 에나 인더스트리는 수출전문기업으로서 주요 경쟁사에 비해 고성

능 고내구성의 제품을 짧은 기간 내에 개발할 수 있는 능력을 갖추어야 해외 시장

에서 경쟁력을 가질 수 있다

본 연구개발에서는 수요기업에서 요구하는 GMUTS(General Motors Uniform

의 사양에 따른 시험을 실행하여 내구성을 목표 사이클 이상으Test Specification)

로 개선하고 정특성과 동특성 비틀림 토크를 개선항목으로 선정하여 제품의 품질

및 신뢰성 향상을 진행하였다

수요기업의 요구 수준에 의하면 내구성은 와 Tension Compress Alternating

가 동시에 일 때 일 때Torsion Stress Maximum Load 20000 Cycle Normal Load

을 요구한다 본 프로젝트의 경우 해외의 부품메이커들에 대한 경쟁150000 Cycle

력 우위를 확보하기 위하여 기본 요구 수준을 넘어 향상된 제품신뢰성을5~10

확보를 목표로 하였다 내구성 정특성 및 동특성에 대한 시험은 직접 행하였고 비

틀림토크에 대한 부분은 추가적인 시험장치가 필요하여 수요기업의 실험실에 샘플

을 제출하여 요구수준을 검증받았다

본 연구개발의 성과를 요약하면 다음과 같다

우선 기술적 효과로는

설계기술의 확보(1)

재료배합설계 형상설계 공정설계에 대한 기술을 확보하여 내구성을 비롯한 품

질특성을 향상시킬 수 있었다 종래에는 설계 개발 생산프로세스에서 경험적 방법

에 의존하여 시행착오가 많았으나 본 연구를 통하여 과학적이고 체계적인 방법으

로 접근할 수 있는 기술이 확보되었다

설계 요소의 기술적 배치를 위한 실험계획법의 활용기술 확보(2)

- 88 -

종전에는 고무 배합설계 형상설계 공정설계에 대하여 설계요인 별 수 (Facter)

준 을 무작위로 추출하여 실험하였으나 본 실험계획의 과정을 따르면 요인들(Level)

이 계획적으로 반영되어 품질특성에 각각 어느 정도의 영향을 미치는지 분석이 가

능하게 된다 또한 다구찌에 의한 강건 설계의 생성으로 산포를 줄일 수 있다

잠재적 고장원인 분석방법 기술 확보(3)

제품기능에 대한 잠재적 고장모드의 예측과 시험항목을 판단하고 최종적으로는 설

계검증 과 공정검증 의 세부항목과 효과적(Design verification) (Process verification)

으로 연계가 가능하다

신뢰성 데이터분석기술 확보(4)

부품의 개발과정에서 몇 개의 표본에 대한 고장시간 데이터가 있을 때 Weibull

분포를 활용한 신뢰성 성장분석이 가능하게 되었다 개발프로그램이 운영되는 동안

신뢰성 수준의 변화를 추적할 수 있어 목표하는 신뢰성 수준을 달성하기 위하여 충

분한 비율로 성장하고 있는지의 여부를 가능한 빠른 시간 내에 판단할 수 있고 그

에 따라 필요한 자원을 적절히 배분할 수 있다 따라서 개발책임자는 시험데이터로

부터 현재 시스템의 신뢰성 수준 성장률의 평가 앞으로 기대되는 달성 가능한 수

준에 대한 결정이 가능하다

경제적 측면의 효과로는

제품에 대한 내구성 및 동특성 정특성에 대하여 요구사양 이상으로 특성관리(1)

를 행할 수 있어 해외 부품메이커들에 대한 경쟁력 우위로 수출력을 향상할 수 있

게 되었다

개발기간을 단축할 수 있게 되어 개발비의 절감을 가져올 수 있게 되었다(2)

재료배합 형상설계 및 공정설계에 대한 기술개발의 표준 정립으로 개발 기간의 단

축이 가능하게 되었다

본 과제 결과를 활용하여 다른 방진제품에 대한 신뢰성 관리로 수출(3)

- 89 -

시장을 개척하여 신규거래처를 확보할 예정이다 신뢰성 데이터의 관리가 이루어져

제품수명에 대한 설득력 있는 자료의 제시가 가능하게 되었다

향후 연구계획으로는

고무부싱부품의 특성상 내구성만의 개선이 최선이 아니고 정특성과 동특성을 일

정수준으로 동시에 고려하여야 한다 따라서 이 부분에 대한 동시적인 실험설계가

시스템화 되도록 추가적인 연구가 요구된다

- 90 -

참고문헌참고문헌참고문헌참고문헌[ ][ ][ ][ ]

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Journal of Fatigue Vol27 2005

[8] McLean R A and Anderson V I Extreme Vertices Design of Mixture

Experiments Technometrics Vol8 No3 1966

- 96 -

주 의

이 보고서는 산업자원부에서 시행한 부품소재종합기술지원사업의 최1

종보고서이다

이 신뢰성기반기술확산사업 내용을 대외적으로 발표할 때에는 반드시2

산업자원부에서 시행한 부품소재신뢰성기반기술 사업의 지원결과임을

밝혀야 한다

- 97 -

이 보고서는 산업자원부에서 시행한

부품소재 신뢰성기반기술확산사업의 최종보고서이다

- 22 -

- 23 -

- 24 -

제 장 재료배합개선제 장 재료배합개선제 장 재료배합개선제 장 재료배합개선4444

제 절 배합의 기본 조건제 절 배합의 기본 조건제 절 배합의 기본 조건제 절 배합의 기본 조건1111

방진 고무부품을 만들려면 다음의 가지 공정을 거친다3

배합공정 사용목적에 따라 원료고무를 선택하고 배합약품의 종류와 양을 결middot

정하는 공정

가공공정 정해진 배합에 따라서 고무와 배합약품을 섞고 혼련 일정한 두께middot ( )

의 고무 시트를 제조하고 만들고자 하는 모양으로 절단하는 공정

가황공정 만들고자하는 모양으로 절단한 미가황 고무에 고무 탄성을 갖게middot

하고 물성을 개선하는 공정

이들 중 배합은 가공공정 가황공정 및 만들어진 제품 성능에 절대적인 영항을 미

치므로 배합설계자는 배합설계 를 할 때 다음의 가지 점(Compounding design) 3

에 균형을 잘 조화 시켜야 한다(3P)

최종 제품의 요구물성을 충족시킬 것middot (Property)

가공이 쉬울 것middot (Processing)

부피 당 배합단가가 적정할 것middot (Price)

또한 이와 같은 조건을 충족시키는 배합설계를 하기 위해서 배합설계자는 배합

의 목적 배합에 사용되는 원료고무와 각종 배합제의 성질 배합의 기초 배합단가

제품이 만들어 질 때까지의 작업 및 설비 등을 주지해야 한다

배합에는 원재료의 시험이나 평가를 목적으로 하는 배합과 공장에서 제품을 만들

기 위한 배합으로 나룰 수 있다

원재료의 시험이나 평가를 목적으로 하는 배합은 원재료의 대체나 품질

- 25 -

확인을 위한 기초 배합과 새로운 원재료가 개발됐을 때 이곳에 대한 실제적인 용도

개발을 위한 시험 또는 연구배합이 있다 개발을 위한 시험 또는 연구배합에서는

기초적인 성상을 구하는 배합으로부터 실용화에 대비한 응용배합에 이르기 까지를

검토의 대상으로 하기도 한다

제품을 생산하기 위한 목적으로서의 배합이란 종래에 없었던 새로운 요구가 있

었을 때 종래 사용하던 원재료를 써서 그 목적에 알맞은 배합을 결정하여 공장에

서의 실제 생산에 투입하는 경우를 뜻한다

고무 부싱과 엔진마운트와 같은 방진을 목적으로 하는 고무제품의 재료를 보면

등의 계의 고무가 적합하다는 게 일반적인 고무업체의 정설이NR SBR BR Diene

다 하지만 목적에 맞게 고무의 원재료를 선택하여야 한다 결국 방진이라는 기능의

고무 특성을 만족하기 위해서는 가교라는 차원 구조의 밀도를 요구하고 있다는 것3

을 알 수 있다

일반적인 방진고무의 요구특성으로는 다음과 같은 조건을 만족하여야 한다

첫째 파단 특성을 만족하여야 한다 즉 분자들과의 높은 응집력과 와의 높 Filler

은 친화성으로 응력을 분산시키는 구조로 이루어져야하는 조건을 만족하여야 하며

둘째 특성을 만족하여야 한다 에 대한 조건을 만족시키기 위해서 Creep Creep

는 고무의 분자 회전성이 높고 응집에너지가 낮을수록 좋다

셋째 내열성 및 내열 산화성에 대한 조건을 만족하여야 한다 이것은 일반적으로

기계적인 모든 성질은 온도의 의존성이 낮을수록 바람직하다고 할 수 있다 이에

방진목적의 고무도 이 같은 성질을 만족하여야 한다

- 26 -

넷째 일반적인 방진 제품은 고무만의 단독 현상으로는 그 형태를 유지하기 힘들

며 금속과의 결합을 통하여 그 방진특성을 만족하여야 한다 이에 방진고무의 기본

적인 성질은 금속과 접착성이 좋아야 한다는 조건을 만족하여야 한다

다섯째는 감쇄계수에 대한 부분으로 감쇄계수가 크고 온도의존성이나 주파수 의

존성이 좋아야 한다 일반적으로 은 감쇄가 적고 소변형에서 대변형에 이르기까 NR

지 선형의 복원을 하며 주파수에 의존하지 않은 특성을 가지고 있으므로 방진고무

로 적합하다고 할 수 있다

여섯째 탄성율에 관한 내용으로 일반적으로 방진 고무의 탄성율은 온도 및 진폭

의존성이 낮은 쪽이 좋게 된다

마지막으로는 정적강성과 동적 강성의 비로 표현되는 동배율에 유의해야 한다

일반적으로 방진고무의 감쇄 특성을 고려하면 동배율이 높은 것이 유리하지만 동적

특성의 온도의존성 변형율 동적 변형율에 의한 발열 및 내피로특성을 보면 저동배

율 쪽이 유리하다

제 절 재료배합 개선방안제 절 재료배합 개선방안제 절 재료배합 개선방안제 절 재료배합 개선방안2222

원재료 및 배합제의 개선원재료 및 배합제의 개선원재료 및 배합제의 개선원재료 및 배합제의 개선1111

고무부싱 제품의 경우 그 기능상의 요구로 인하여 주로 계열의 천연고무를NR

원재료로 사용한다 본 연구에서도 계열의 천연고무를 원재료로 하고 요구 특성 NR

의 개선을 위해 배합제의 선정을 대해 연구하였다 일반적으로 천연고무 및 합성고

무에 적용되어지는 배합제는 가황속도 조절 가공의 원활화 품질특성 개선 그리고

특수 성능 등의 목적으로 사용되어

- 27 -

진다 배합제의 종류로는 가공조제 연화제 유기가황제 가황촉진제 노화방지제

등으로 나눌 수 있다

요구 경도의 결정은 함량을 조절하여 설계하였으며 품질특성을 향상 시Carbon

킬 수 있는 재료를 연구한 결과 미세 으Caron Carbon Black(MAF FEF GRADE)

로 물성을 향상 시킬 수 있도록 하였다 특성에 큰 영항을 주는 배합제의 경우 그

용도에 따라 많은 종류를 인자로 적용할 수 있지만 많은 인자로 인하여 발생하는

비용적 시간적 손실을 최소화하기 위해 본 연구에서는 원재료와 함량을 Carbon

고정한 후 촉진제 종류와 가황제의 양을 조절하는 방식으로 배합제에 대한 최적의2

조합을 선택하는 방법으로 접근하였다

내구성 향상을 위한 방안내구성 향상을 위한 방안내구성 향상을 위한 방안내구성 향상을 위한 방안2222

내구성을 향상시키기 위한 일반적인 방법은 경도를 향상시키는 것인데 경도를

높이는 방법만으로는 다른 특성 즉 정 동특성을 동시에 만족시킬 수 없는 어려움이-

있다 이에 본 연구에서는 방진용 제품이 요구하는 정 동특성과 내구성을 Bushing -

동시에 향상 시킬 수 있는 방안을 모색하기 위하여 촉진제와 가황제를 이용하여 최

적을 배합설계를 이루고자 하였다

내구성을 향상시키기 위한 방법으로 보통 량의 조절을 통한 경도 조절법Carbon

을 이용하게 되는데 본 연구에서 적용한 은 미세 Carbon Carbon Black(MAF FEF

으로 인장강도 및 경도 인장응력을 증대하는 효과를 얻고자 하였다 이러GRADE)

한 미세 의 적용과 동시에 보강제의 분산 및 흐름성 개선을 위하여Carbon Black

가공조제를 개선하여 적용하였다

가교시스템의 향상 방안가교시스템의 향상 방안가교시스템의 향상 방안가교시스템의 향상 방안3333

가황반응 고분자 주쇄간 가교결합을 통한 차원 망상구조를 형성하(Vulcanization) 3

여 고분자 화합물의 복원력 탄성 특성 및 기타 요구물성을

- 28 -

증가시킨다 다양한 가교결합 형태 중 방진고무산업에서 많이 이용되고 있는 가교

결합은 을 도입한Polysulfide (-C-Sx-C- x=1~4) Conventional CV(Vulcanization)

계를 많이 사용한다 여기서 사용되고 있는 인 천연고무 Polymer (Natural Rubber

의 배합에 있어 가교 또는 가류형태의 변화에 따라 물성 및 특성의 변화가 있NR)

음을 알 수 있다 즉 가교형태 변화에 따른 유사한 특성을 나타내는 Stress-Strain

조건하에서 공정특성 및 전반적인 물성에 영향을 미침을 알 수 있다 의 기 Polymer

본 배합에서 촉진제나 황 공여체 증가에 따라 가류 유도시간(Sulfur Donor)

은 길어지나 가류속도는 빨라진다 특히 고온 가류 시 과 가류(Induction time)

에 의한 물성하락을 방지하기 위해 열 안정성이 우수한(Overcure) EV(Efficient

계를 사용하는 것이 근래에 소개되고 있다 고분자의 물성은 가교형Vulcanization)

태뿐 아니라 가교밀도에 크게 의존한다 가교계 변화에 따른 인장강도의 영향은 매

우 적은 반면 신장율은 계에서 로 같수록 감소CV(Conventional Vulcanization) EV

하는 경향이 있다

이란 가류시간의 지연 또는 과가류로 인한 고무 물성의 저하를 말한Reversion

다 이러한 현상은 제품의 외면이 과도한 열에 노출될 수 있다 다중황공유 결합의

열적노화현상이 발생하며 가교형태가 다중황 결합에서 단일황(Polysulfidic)

결합으로 바뀌게 되며 밀도가 현저하게 저하되고 환상형 씨오알켄(Monosulfidic)

과 씨오알칸 구조로 바뀌게 된다 결과적으로 재료의 물성(Thioalkene) (Thioalkane)

과 기계적 성질이 떨어지게 된다

이 발생하는 시간을 가교형태에 따라 비교하여 보면Reversion CV lt Semi-CV lt

으로 알려져 있으며 시스템에서는 촉진제 종류에 따라서 인장과 신율의 물EV EV

성에 하락 없이도 공정 안정성 특성이 매우 우수하다 이 Anti-Reversion

으로 인해서 물성과 기계적 성질을 향상시킬 수 있으며 황공여체 사Anti-Reversion

용 또는 계로 가교형태를 전환함으EV

- 29 -

로써 가능하다 이로써 가교의 다중황결합 을 줄이고 단일 또는 이중황 결 (S3~S8)

합으로 내열성 및 결합의 안정성을 증가시킬 수 있다 이러한 과정에서 공정설계상

계보다 더 낮은 가류온도와 더 길어진 가류시간이 필요하게 된다 이러한 계CV EV

에서는 정도의 황과 계에 비해서 다소 많은 양의 촉진제를 사용하02~05 phr CV

게 된다 여기에 근거하여 혼합물성분의 한계 표 표 에 나타난 황과 촉 ([ 42] [ 44])

진제 양의 범위를 정하였다

발생 시간의 효율적인 제어를 위하여 본 연구에서는 적절한 촉진제의Reversion

배합량을 조절하여 방진제품에서 요구하는 특성을 만족하는 조건을 선정하고자 하

였다 그림 은 의 예를 보여준다 [ 41] Reversion

그림 의 예[ 41] Reversion

본 연구에서는 인장 내열 강도의 증가와 동 정특성 내구성 증가를 위한 가교 시- -

스템의 향상 방안으로 황량을 조절하여 Convension Type(Efficient Vulcanization

을 통하여 결합력을 증대시켰으며 촉진제를 조절하여 가- CURE STIES-CC-C)

교효율을 증대하였다 또한 가황 조건에 변화가 적은 배합설계를 하여 향상된 적정

가황이 될 수 있도록

- 30 -

하였으며 를 정립화하여 최적의 적정 가황 포인트를 찾아 인장이 최CURE-STUDY

적일 때 내구성이 최적이고 가황제품과 시편을 동시에 함으로 시편과CURE-STUDY

제품의 상의성을 방지할 수 있었다

자동차업계에서는 일반적으로 고가의 폴리머를 선호하지만 본 연구를 통하여 가

격이 낮은 폴리머로도 성능향상이 가능하다는 것을 입증하였고 향후 타 아이템에도

연계 적용함으로 새로운 배합설계를 구축하였다

실험계획법의 적용실험계획법의 적용실험계획법의 적용실험계획법의 적용4444

기존의 개발 진행 방식은 경험에 의한 시행착오 접근 방법을 사(Trial and Error)

용하여 성능향상을 도모하였으나 본 연구에서는 배합물설계에 위한 실험계획법

기술을 적용하여 이론적으로 최적의 배합설계를 이(DOE Design of Experiment)

룰 수 있는 방법을 연구하였다

일반적인 고무제품의 배합은 많이 알려져 있지만 특성 향상을 위한 방안이나 그

배합에 대한 신뢰성에는 많은 의문점이 제기 되는 게 현실이다 본 연구에서는 요

구특성을 만족시키기 위하여 선정된 촉진제의 배합조건의 최적화를 실현하기 위하

여 실험계획법의 꼭지점계획법을 이용하여 그 효율성을 검증하고자 하였다 배합의

경우 어느 독립적인 인자의 선정으로는 그 효과를 극대화 시킬 수 없는 특성이 있

는데 본 연구에서는 선정된 촉진제 및 폴리머의 조건 하에서 최적의 배합 조건을

찾아보고자 하였다

재료배합설계의 개선을 위한 방안을 정리하면 표 과 같다[ 41]

- 31 -

표 내구성 및 정 동특성 동반향상을 위한 개선방안[ 41] -

항 목항 목항 목항 목 기존 방안기존 방안기존 방안기존 방안 제안된 개선 방안제안된 개선 방안제안된 개선 방안제안된 개선 방안

배합 설계 방안

경험적 배합 설계

고 배합설계COST

국내수급재료사용

실험적 분석기법 도입

저 배합설계COST

해외재료수입

내구성 향상

량 변경Carbon

용도별 적정 적용Carbon

정동특성 향상 방안을 동시==gt

고려

경험적 수치의 가황제 량 선정

가교 시스템 향상 방안을 고려한

가황제 량 선정

(EV - CURE)

결합력 증대==gt

경험적 수치에 의한 촉진제 량

선정 경도별 선정 미비( )

가교 효율을 반영한 촉진제 량의

선정

적정한 가황 포인트 파악을 위한(

실시Cure Study )

정 동특성 향상-

정특성 향상 방안 경도 증가

동특성 향상 방안 경도 하락

두 특성을 만족시키기 위한==gt

경험적 수치의 경도 선정

데이터베이스를 활용한 배합설계

정 동특성을 동시에 만족할 수-

있는 배합제 적용

분산 및 흐름성 개선==gt

형상개선과 동시 고려==gt

- 32 -

표 는 지원 전 배합비율과 특성별 성능수준을 나타낸다[ 42]

표 지원 전 성능수준[ 42]

- 33 -

제 절 꼭지점계획법에 의한 최적배합조건제 절 꼭지점계획법에 의한 최적배합조건제 절 꼭지점계획법에 의한 최적배합조건제 절 꼭지점계획법에 의한 최적배합조건3333

재료설계에 적용되는 실험계획은 혼합물 배합에 관한 실험계획으로서 몇(Mixture)

개 성분의 혼합물 중 어떠한 성분이 품질의 특성에 유의한 영향을 미치는지를 분석

하여 반응을 최대로 만드는 최적혼합비율을 찾고자 하는 실험계획이다

혼합물실험에 적용되는 실험계획으로는 심플렉스 격자형배열법 심플렉스 중심배열

법 꼭지점 계획법 등을 주로 적용한다 본 실험에서는 심플렉스의 전 영역이 아니

라 제한된 영역에서 실험을 하고자 하므로 꼭지점계획법(Extreme vertice design)

을 적용하였다

고무부싱의 재료배합에서는 개의 성분재료가 있고 이들을 어떤 비율로 배합하는

것이 품질특성치를 가장 좋게 하는가를 찾는다 성분의 혼합에 있어서 를 번째

성분의 혼합비율이라고 하면 다음과 같은 관계식을 만족시켜야 한다

이러한 경우는 일반적 실험계획법처럼 심플렉스의 모든 영역에 실험이 배치되는 것

이 아니고 제한된 영역에서만 실험을 하는 경우이다 즉 각 인자 가 (Factor) 0 le

의 모든 값을 취할 수 있는 것이 아니라 제한된 구간1le

안에서만 값을 취한다 이와 같은 경우는 경제적인 이유나 또는 실험 전에 인자들

의 성질에 대하여 상당한 정보가 있는 경우이다 위의 식과 같은 인자의 구간이 설

정되면 실험가능영역은 심플렉스 상의 좁은 영역이 된다

- 34 -

과 은 제한된 실험영역에 대한 실험계획법으로 꼭지점 계획법Mclean Anderson

을 제안하였다 이 계획법은 제한된 영역이 가지는 모든(extreme vertices design)

꼭지점과 이 꼭지점들의 선형조합으로 이루어지는 몇 개의 점을 적절히 선택하는

실험계획법이다 만약 개의 혼합성분이 사용되는 경우 실험영역을 그림으로 그리 4

면 그림 와 같이 사면체 속에 위치하는 면체가 된다 과 은[ 42] 6 Mclean Anderson

이 면체의 꼭지점과 중심점을 실험점으로 선택하는 방법에 대한 예제를 제시하고6

있다

그림 개의 혼합성분에 대한 꼭지점계획법[ 42] 4

고무부싱의 재료설계 시 혼합물은 고무 카본 및 배합원료로서 황화제 촉진제

가공제 유기산 금속산화제 노화방지제 보강제 충진제 등을 사용한다

재료 배합 실험은 경도별로 나누어 실행되었으며 표 은 경도 도 오차범[ 43] 48 (

위 plusmn 도 에 대한 혼합물성분의 한계이다 에 성분의 한계를 입력한 결과2 ) MINITAB

네 가지 성분에 대하여 표 와 같은 총 회의 실[ 44] 17

- 35 -

험점이 생성되었다 실행 의 경우 의 성분을 1 A B C D 09807 00068 00011

의 비율로 섞어서 실험하라는 의미이다00114

표 혼합물 성분의 한계[ 43] (48Hs)

성분 하한 상한

A 외 기타Polymer 09774 09807

B 촉진제1 00068 00085

C 촉진제2 00011 00022

D Sulfur 00114 00119

표 꼭지점계획법에 의한 실험설계와 결과데이터[ 44] (48Hs)

을 활용한 혼합물 설계 데이터분석 결과는 표 표 과 같다MINITAB [ 45][ 46] 17

회의 실험점에 대한 데이터분석 결과 각 실험 점에서의 적합추정치와 신뢰구 95

간을 구할 수 있었다

- 36 -

표 을 보면 실험점 에 의한 배합조건으로는 신뢰구간으로[ 45] 14 95

의 내구성이 나타난다 에서는 각 성142322cycle ~ 146166cycle Nominal Load

분에 대한 제한조건을 만족시키면서 내구성을 최대로 하는 처리조건은 인자의 네

가지 성분 즉 외 에 대한 배합 비율이 Polymer Acc1 Acc2 Sulfur 097740

이었다 그리고 이 처리조건에서 예상되는 내구성은00085 00022 00119

에 도달할 것으로 추정되었다146943cycle

에서는 인자의 네 가지 성분의 배합비율이 와 마찬Maximum Load Nominal Load

가지로 이었다 그리고 이 처리 조건에서 예상되는09774 00085 00022 00119

내구성 추정치는 이었다18917cycle

표 데이터분석 결과[ 45] (48Hs Nominal Load)

에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응Dura(Nom)Dura(Nom)Dura(Nom)Dura(Nom)

- 37 -

반응 최적화 모수반응 최적화 모수반응 최적화 모수반응 최적화 모수

글로벌 솔루션글로벌 솔루션글로벌 솔루션글로벌 솔루션

예측 반응예측 반응예측 반응예측 반응

Dura(Nom) = 146943

- 38 -

표 데이터분석 결과[ 46] (48Hs Maximum Load)

에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응Dura(max)Dura(max)Dura(max)Dura(max)

반응 최적화 모수반응 최적화 모수반응 최적화 모수반응 최적화 모수

글로벌 솔루션글로벌 솔루션글로벌 솔루션글로벌 솔루션

외Polymer = 09774

- 39 -

Acc1 = 00085

Acc2 = 00022

Sulfur = 00119

예측 반응

Duro(max) = 189171

경도 도 오차범위 도 에 대한 혼합물성분의 한계와 에 의한 실험50 ( plusmn 2 ) MINITAB

점은 표 표 과 같다[ 47] [ 48]

표 혼합물 성분의 한계[ 47] (50Hs)

- 40 -

표 실험계획의 결과[ 48] (50Hs)

경도 도에 대한 혼합물 설계 데이터분석 결과는 표 표 과 같다50 [ 49][ 410] 17

개 실험 점에서의 적합추정치와 신뢰구간은 예측반응에 잘 나타나 있다95

에서는 각 성분에 대한 제한조건을 만족시키면서 내구성을 최대로Nominal Load

하는 처리조건은 외 기타 의 각 성분에 대하여 배합비Polymer Acc1 Acc2 Sulfur

율이 이고 이 처리조건에서 예상되는 내구성은09687 00088 00025 00200

에 도달할 것으로 추정되었다159209 Cycle

에서는 인자의 네 가지 성분의 배합비율이 와 마찬가Maximum Load Nominal Load

지로 이었다 그리고 이 처리조건에서 예상되는 내09687 00088 00025 00200

구성 추정치는 이었다 일 때와 일218572 Cycle Nominal Load Maximum Load

때의 적정배합비율이 다르게 나오는 경우가 있는데 이는 오차범위 경도의 경우( plusmn

도 가 비교적 넓은 고무의 특성에서 비2 )

- 41 -

롯되거나 측정오차에 따른 결과로 추정된다

표 데이터분석 결과[ 49] (50Hs Nominal Load)

에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응Duro(Nor)Duro(Nor)Duro(Nor)Duro(Nor)

반응 최적화 모수반응 최적화 모수반응 최적화 모수반응 최적화 모수

- 42 -

글로벌 솔루션글로벌 솔루션글로벌 솔루션글로벌 솔루션

예측 반응예측 반응예측 반응예측 반응

Duro(Nor) = 159209

표 데이터분석 결과[ 410] (50Hs Maximum Load)

에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응Duro(max)Duro(max)Duro(max)Duro(max)

- 43 -

반응 최적화 모수반응 최적화 모수반응 최적화 모수반응 최적화 모수

글로벌 솔루션글로벌 솔루션글로벌 솔루션글로벌 솔루션

예측 반응예측 반응예측 반응예측 반응

Duro(Max) = 218572

재료배합시험에 있어서 가류시간이 특성 치에 영향을 미치므로 레오그래프

분석에 의해 적정가류시간을 결정한다 레오그래프는 다음의 용도에(Rheograph)

활용된다

고무제품의 가류도 측정①

가류속도 측정②

최적의 가류공정 조건 확립③

가류약품 선정 및 배합 작성Recipe④

고무제품의 품질관리⑤

아래 그림 은 경도 도에 대한 재료의 레오그래프이다 그래프에 나타난 용[ 43] 48

어를 설명하면 다음과 같다

혼합물 의 가 가류되었을 때의 시간을 나타내며 가류시간을tc90- (Compound) 90

결정하는 기준으로 사용된다

스코치시간 을 나타내며 원하지 않는 가교가 일어ts2 - (Scorch time)

- 44 -

나는 시간으로 적절한 가류시간을 찾기 위해 필요한 과정임

고무의 특성을 토르크 값으로 나타낸 값으로 일반적으로 혼합물Tmax- (Torque)

의 경도에 따라 변함

평형 토르크MH- (Equilibrium torque)

최소 토르크ML- (Minimum torque)

본 재료시험에 적용된 가류시간은 의 배 사이에서 적정수준을 결정하tc90 1-15

였다

연구의 결과 카본의 입자가 작을수록 내구성은 향상시키지만 대체로 분산이 잘 되

지 않아 혼합물의 품질이 고르지 못하였다 따라서 카본의 분산도를 평가하여 만족

할 만한 수준이 나오는지 확인하였으며 상대적으로 작은 입자경의 카본을 사용하

여 내구성을 높이려 하였다

그림 경도 도 고무에 대한 레오그래프[ 43] 48

- 45 -

실험의 결과 카본블랙과 레오그래프와의 관계는 그림 와 같이 나타났다 그림[ 44]

에서 보는바와 같이 입자경의 크기가 증가함에 따라 결합력이 약해지므로 토르크

값이 낮아짐을 알 수 있다

그림 각종 카본블랙의 레오그래프[ 44]

- 46 -

본 연구에 적용된 카본 입자경의 크기와 양은 표 과 같다[ 411]

경도변화는 카본입자의 크기와 양에 따라 결정이 되며 레오그래프의 값이 Tmax

이러한 사실을 보여주고 있다

표 레오그래프상의 경도와 카본의 관계[ 411]

레오그래프는 섭씨 도에서 그려짐PHR = Part in Hundred Rubber 160

- 47 -

제 장 형상개선제 장 형상개선제 장 형상개선제 장 형상개선5555

제 절 외철의 스웨징 율 변화에 의한 개선제 절 외철의 스웨징 율 변화에 의한 개선제 절 외철의 스웨징 율 변화에 의한 개선제 절 외철의 스웨징 율 변화에 의한 개선1111

높은 품질의 부싱을 개발하기 위해서는 적절한 재료설계에 의한 경도 및 고무 특

성의 설정이 매우 중요한 요소이지만 고무의 특성 개선에만 의존하는 것은 한계점

이 있다 따라서 제품의 형상변화를 통해 고무의 특성을 극대화함으로써 내구성 및

품질특성을 향상시킬 수 있다

그림 은 부품의 세부형상과 설계도이다[ 51]

그림 세부형상[ 51] DA-2

- 48 -

그림 는 제품의 단면을 보여준다 그림에서 는 다른 모델에 비해 고무[ 52] DA-2

량이 다소 적음을 알 수 있다 형상 변화를 통한 품질특성의 개선을 시도함에 있어

서는 부품에 대한 조립성과 제조성 을 반드시(DFM Design for Manufacturability)

고려하여 형상변화를 꾀하여야 한다 본 제품의 경우 외철 과 내철 (outer pipe)

의 길이는 한정되어 있으며 그 직경의 변화도 허용공차를 미만(Inner pipe) 05 mm

의 수준으로 요구하고 있다

형상변경을 통한 성능향상 방안으로서 외철에 대한 스웨징율 을 변(Swaging rate)

경함으로서 외경크기의 변화를 시도하였으며 또한 내철의 구배각도를 변화시켜 개

선점을 찾으려고 노력하였다

그림 단면[ 52] DA-2

부싱의 경우 일반 적으로 스웨징이라는 공정을 거치게 되는데 이는 공정에서 외

경의 크기 조정을 통하여 성능을 향상 시키는 방법으로서 스웨징율을 조정함으로서

외철의 외경 크기를 허용범위 내어서 변화시키는 것이다 이는 스웨징에 따른 직경

변화에 의해 고무의 조직이 조밀해져 고무 특성을 향상시킬 수 있게된다

그림 은 스웨징의 방향을 나타내며 그림 는 스웨징 전 후의 외철의 크[ 53] [ 54]

기 변화를 보여주고 있다

- 49 -

그림 스웨징 방향[ 53]

그림 스웨징 전후의 외경 크기의 변화 단면[ 54] ( )

제 절 내철의 구배 변화에 의한 개선제 절 내철의 구배 변화에 의한 개선제 절 내철의 구배 변화에 의한 개선제 절 내철의 구배 변화에 의한 개선2222

아래 그림 는 형상 변화를 시도할 수 있는 내철 끝단 부분의 구배를 표시한[ 55]

그림으로서 는 구배각도를 나타낸다a

- 50 -

그림 구배각도[ 55]

그림 은 본 제품의 특성 요구 사항을 그림으로 표시한 것으로 고무부싱은[ 56]

및 의 외력에 대하여 적절하게 대응할 수 있도록 설계되어야 한다 부싱 종류F1 F2

의 경우 일반적으로 고무 제품의 유연함과 동배율 개선을 위하여 저경도의 고무를

적용하는 경우가 많은데 이 경우에는 외력에 대한 특성이 상대적으로 취약하게F1

나타나게 된다 이러한 취약점을 보완하기 위하여 본 연구에서는 그림 과 같 [ 57]

이 제품이 허용하는 범위 내에서 내철의 구배를 변화 시킨 후 실험데이터의 분석을

통해 성능 개선 방안을 찾고자 하였다

그림 부싱의 외력[ 56]

그림 의 의 경우는 구배를 주지 않은 경우이며 의 경우는 구배를 준[ 57] (a) (b)

경우를 표시하고 있다

- 51 -

의 경우 외력에 의하여 발생하는 반발력 은 순수한 고무 특성에 의해서(a) F1 Fr1

만 나타나게 된다 이러한 경우 저경도의 고무을 적용하였을 때 의 크기가 미미 Fr1

하여 적절한 특성을 발휘하지 못하게 된다

의 경우와 같이 내철에 구배를 주게 되면 의 외력에 대하여 구배가 들어간(b) F1

부분 에 의한 반발력 함께 가 생성되어 상대적으로 에 대한 저항력이 커Fr3 Fr2 F1

짐으로써 성능을 향상 시킬 수 있게 된다

그림 구배각도의 적용에 따른 차이 단면[ 57] ( )

그림 구배각도의 적용에 따른 차이 입체[ 58] ( )

- 52 -

제 장 도포공정개선제 장 도포공정개선제 장 도포공정개선제 장 도포공정개선6666

고무부싱의 내구성 향상을 위하여 필수적으로 관리하여야 할 공정이 도포공정이

다 도포공정은 접착의 원리에서부터 접착의 구조 접착의 강도 피착재의 표면처리

법 및 접착제 사용법 등 접착에 관한 전반적인 기술을 공정에 효율적으로 적용하여

야 한다

고무와 금속과의 접착력이란 접착제와 피착제 사이의 계면 결합력을 의미하며 접

착강도는 시험방법 접착방법 시험시의 조건 시편의 기하학 등 여러 인자에 의해

영향을 받는다 접착파괴는 접착제의 가장 약한 곳에서 일어나며 접착강도는 여러

가지 측정법에 따라 고유강도 잔류강도 측정강도 등과 같이 다르게 표현된다 고

무부싱의 접착구조는 그림 과 같다[ 61]

그림 접착의 구조[ 61]

프라이머 는 피착제 표면과의 친화성이나 접착제와의 상용성이 뛰어나야(Primer)

하고 동시에 접착 저해물과의 상용성도 높아야 한다 또 프라이머 중의 유효성분

쪽이 피착제 표면에 흡착되어 있는 저해성분보다 피착제에 의하여 안정하게 흡착되

어 있는 것이 중요하다 따라서 프라이머는

- 53 -

충분한 교반 균일하고 엷은 도포 그리고 완전한 건조가 이루어져야 한다 이러한

도포공정은 피착제의 모앙에 따라 달라진다

열경화성 접착제의 대부분은 유기 중합물과 각종 충진제를 유기용제에 용해 분산

시킨 것으로 사용전이나 사용 중에도 교반기 등으로 균일하게 용해 분산시킨 접착

제를 사용하는 것이 중요하다 따라서 의 도포 공정은 그림 와 같이 교 DA-2 [ 62]

반기를 추가 설치하여 공정 개선을 실시하였다

그림 설치한 교반기[ 62]

또한 피착제의 균일한 도포를 위해 롤타입의 코팅기에 기존 페인트용 롤러에서

그림 에서와 같이 융을 말아 롤러 도포하는 형태로 개선을 실시하여 코팅의[ 415]

두께 정밀도를 향상시켰다

- 54 -

그림 변경된 롤러 모양[ 63]

접착 재료를 프라이머 에서 변경하여 사용함CHEMLOK 220 252 CHEMLOK 205

으로써 접착력을 향상시켰는데 는 금속 및 경길대료의 프라이머로CHEMLOK 205

사용되며 또한 같은 극성고무에 단독으로 접착이 가능하다 NBR

방식의 경우 의 특징을 살펴보면TWO Coat CHEMLOK 205

ㆍㆍㆍㆍ 접착제의 금속 표면에서의 접착강도를 향상시킬 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ 기계적 표면처리 후 활성화된 금속표면을 산화작용으로부터 보호하며 녹방

지 도료적 역할을 한다

ㆍㆍㆍㆍ 크로로프렌이나 에피크로로히드린고무와 같은 가류 중에 염소가스를 발생

시 켜 금속표면을 부식시키기 쉬운 고무배합에 대하여 유효하게 적용된다 프

라 이머는 충분한 교반 균일하고 엷은 도포 그리고 완전한 건조가 이루어져

야 접착성이 뛰어나게 된다

도포공정 개선 전후의 효과는 그림 그림 의 도포두께 비교[ 64]~[ 67] Cpk

를 통해서도 알 수 있다DATA

아래 그림 는 도포공정의 개선전[ 64] 관리도의 그래프를 나타낸

- 55 -

것으로 관리도는 평균치와 범위에 관한 계량형 관리도에서 가장 많이 사용되

는 관리도의 하나이다 관리도는 평균치의 변화를 관리하는 관리도와 산포의

변화를 관리하는 관리도로 구성된다 관리도의 중심선(Central Line) CL=로 나

타내며 관리 상한선 은(Upper Control Limit) UCL= 로 관리하한선인 (Lower

의 경우Control Limit) LCL=

로 구한다

관리도의 관리선의 경우 중심선 관리상한선 UCL= 관리하한선 LCL

의 경우 로 구한다

여기서 등의 계수는 샘플의 크기인 에 따라 결정 되며 일 경우=4

=0729 =0 이다=2282

그림 에서[ 64] 이며=273410 관리도의 로 나타났UCL=307994 LCL=238826

다

관리도의 은CL 이며 이다=4744 UCL=1082581

- 56 -

그림 도포공정 개선전[ 64] 관리도

한편 그림 는 도포공정 개선 전의 경우에 대하여 지정된 규격의 공정능력 [ 65]

지수를 나타낸 것으로서 단기공정능력지수( 와 장기공정능력지수) ( 를 나타낸)

다 단기공정능력지수는 공정능력 ( 과 규격의 폭) ( 과의 비율을 의미하며 일반적)

으로 로 표시한다 규격은 그림 에서처럼 양쪽규격이 모두 주어진 경우 공 [ 65]

정 능력 지수는 다음과 같이 계산할 수 있다

공정 능력

로 나타내고 만약 공정 평균이 규격의 중심으로부터 어느

한쪽으로 치우쳐 있게 되는 경우 치우침도( 와) 를 조합한 단기공정능력지수

( 로 나타낸다 즉)

- 57 -

장기공정능력지수( 의 계산은)

으로서 이다

따라서 그림 에 나타난 것처럼 개선전의 공정능력은[ 65] =17854 =08458

으로서 장기 공정에 대해 만족스럽지 못한 값을 나타내고 있다

그림 도포공정 개선전 공정능력 분석그래프[ 65]

- 58 -

그러나 공정개선후의 관리도인 그림 을 살펴보면[ 66] 이며=28196 관리

도의 이고UCL=300418 LCL=263502 관리도의 은CL 로=2532 UCL=51418

나타난다

그림 도포공정 개선후[ 66] 관리도

- 59 -

개선 후에는 그림 로부터 알 수 있듯이 단기공정능력은[ 67] 으로서=31966

인 장기 공정에 대해 안정적인 것을 확인할 수 있어 도포공정 개선에=23275

대한 효과가 있음을 알 수 있다

그림 정 개선 후 공정능력 분석그래프[ 67]

또한 도포공정의 두께관리를 강화하기 위하여 작업자 교육 및 샘플링 두께 측정

검사를 통해 지속적인 모니터링을 실시하고 공정별 온도관리 및 시간 관리를 통해

작업 환경 유지관리 강화로 변함없는 품질의 제품을 생산하도록 하였다 그림 [

은 롤 코팅 공정이다68] (Roll coating)

- 60 -

그림 롤 코팅 공정[ 68] (Roll coating)

- 61 -

제 장 최적수준 결정을 위한 파라미터 설계제 장 최적수준 결정을 위한 파라미터 설계제 장 최적수준 결정을 위한 파라미터 설계제 장 최적수준 결정을 위한 파라미터 설계7777

제 절 실험계획법에 의한 유의인자 결정제 절 실험계획법에 의한 유의인자 결정제 절 실험계획법에 의한 유의인자 결정제 절 실험계획법에 의한 유의인자 결정1111

재료설계 형상설계 및 공정설계에 대한 최적조건의 결정은 부품의 품질 특성에

대한 사양 을 만족시켜야 할 뿐 아니라 생산부품 간 품질의 산포를(Specification)

최대한 줄여야 한다 의 최적설계를 위해 다구찌 기법 을 적 DA-2 (Taguchi method)

용하였다

다구찌의 강건설계 는 인자 가 품질 특성의 평균에 대해(Robust design) (Factor)

가지는 효과뿐만 아니라 분산에 미치는 효과에 대해서도 초점을 맞추고 있다 분산

을 줄일 수 있는 통제 가능한 인자에 대한 조건을 설정하여 품질특성이 통제 불가

능한 인자의 변화에 대해서는 둔감하도록 할 수 있다 강건설계의 주목적은 품질특

성의 목표값을 유지하면서 분산을 줄이는 인자에 대해 설치값 을 발견하는 (Setting)

데 있다

다구찌 설계에 의한 실험계획법은 특히 확장된 역할로서 다음의 몇 가지를 들 수

있다

ㆍㆍㆍㆍ종래에는 제어 불가능한 환경조건이나 제어하기 어려운 생산조건 공정조건

등의 원인 이를 잡음인자로 통칭 들이 데이터에 주는 영향의 정도를 평가하기 어려( )

웠으나 객관적으로 그리고 계량적으로 이를 평가할 수 있는 방법을 제시하고 있

다 또한 품질 산포의 크기를 계량특성치 손실함수 비 등 로 변환하여 산포를 ( SN )

작게 하는 인자들의 조건을 찾아가는 강건설계를 사용한다

ㆍㆍㆍㆍ직교배열표를 광범위하게 사용하여 인자의 수가 많은 경우에도 크게 실험횟

수를 증가시키지 않고 실험하는 일부 실시법을 사용한다

ㆍㆍㆍㆍ생산라인 내 뿐만 아니라 신제품 개발을 위한 품질설계 파라미터(On-line)

설계 허용오차 설계 등의 라인 외 품질관리를 위하여 유용하게 사용할 (Off-line)

수 있다

ㆍㆍㆍㆍ다구찌 방법에서 추가적으로 다룰 수 있는 주요한 것들로는 직교배열

- 62 -

표의 확대사용 수준계의 표준 직교배열표 이외에 확대 응용 혼합 직교배열표(2 3

의 사용과 조합법의 사용 계량치 데이터의 파라미터 설계 허용차 설계 그리고)

계수치 데이터의 파라미터 설계 동적 특성의 파라미터 설계 등을 들 수 있다

파라미터 설계 는 제품설계와 공정설계에서 유용하게 사용되는(Parameter design)

다구찌 실험계획법의 핵심이다 파라미터는 제품성능의 특성치에 영향을 주는 제어

가능한 인자 를 의미하며 파라미터 설계는 이들 인자들의 최적(Controllable factor)

수준을 정하여 주는 것을 말한다 파라미터를 설계변수 라고도 부 (Design variable)

르며 파라미터 설계에서는 제품의 품질변동이 잡음에 둔감하면서 목표품질을 가질

수 있도록 설계변수들의 최적조건을 구하여 준다 최적조건을 찾을 때 설계변수와

잡음을 주는 인자들을 포함시켜 실험하는 직교배열표 등을 주로 사용한다 이때 목

표 품질을 만족시키는 범위 내에서 가능한 한 비용이 적게 드는 조건이나 부품 등

을 이용한다

만약 신뢰성에 영향을 주는 제어 가능한 인자 에 대한 파라미터설계 A B C D

를 한다고 하자 는 수준 는 수준의 혼합수준 에 대한 설계 A B 4 C D 2 (Mixed level)

분석을 하려고 한다면 각 요인 변동의 계산을 표 과 같은 [ 71] L16(215형 직교배)

열표 를 사용하면 된다(Orthogonal Design)

에 대한 파라미터 설계조건으로는 내구성이 가장 좋은 최적의 설계 및 공정DA-2

조건을 구하여야 하므로 반응변수가 큰 값일수록 좋은 망대특성(Larger-the-better

에 대한 조건을 구하고 부품의 정특성 및 동특성에 대한 분석은 적characteristics)

정한 상호관계를 고려하여 별도의 실험을 행한다

- 63 -

표 다구찌 설계의 예[ 71]

- 64 -

제 절 시험데이터의 해석제 절 시험데이터의 해석제 절 시험데이터의 해석제 절 시험데이터의 해석2222

실험조건실험조건실험조건실험조건1111

제품의 신뢰성향상을 위해 지금까지 재료배합의 개선 형상개선 및 공정개선에

대한 각각의 과정을 설명하였으며 본 장에서는 관련된 여러 인자들을 동시에 고려

하여 최상의 품질특성을 나타낼 수 있는 최적인자수준의 결정에 대하여 설명하려고

한다 이는 인자들 간의 상호 작용이 상승 또는 보완작용을 할 수도 있고 반대로

서로 상극임을 나타낼 수 도 있기 때문이다

일반적으로 고무부싱의 개발에 적용되는 인자 는 다음과 같다(Factor)

ㆍㆍㆍㆍ경도 는 수요기업에서 제시하는 사양 에 따라 적정수(Hardness) (Specification)

준의 경도 도 도 도 도 를 적용하였으며 경험적으로 경도의 산포는(43 45 48 50 ) plusmn

정도이다2

ㆍㆍㆍㆍ각 부분의 모양이나 각도에 따라 고무 량에 영향을 미치게 되는 형상설계에

관해서는 내부 파이프 구배각도를(Inner pipe) 15deg~25deg로 하고 외부파이프 (Outer

의 접착부분을 로 하였으며 외경의 크기는pipe) 13mm~15mm

27mm~ 로 유지하였다278mm

ㆍㆍㆍㆍ공정설계는 가류시간을 로 하였다 가류 온도는240sec~600sec 150deg~180

로 하고 주변 온도에 영향을 받으므로 금형 표면온도는 항상 확인하였다 접착제

도포가 내구성에 영향을 주므로 접착제 두께는 으로 하고 접15micron~40micron

착제 배합조건은 로 하였다120cc~128cc

다구찌 설계에 의한 최적수준을 결정하기 위해 다른 인자는 고정시키고 경도 가

류시간 스웨징 인자에 대하여 표 와 같이 실험수준을 정하였다 [ 72]

- 65 -

표 실험인자 별 수준[ 72]

분석결과의 해석분석결과의 해석분석결과의 해석분석결과의 해석2222

실험결과의 해석은 다음과 같다

을 통해 표 의 실험조건을 입력하여 다구찌 설계를 생성한 결과MMITAB [ 72]

표 과 같은 실험조합을 얻었다 표 는 실험조합 별 시험결과 값이다[ 73] [ 74]

에서의 내구성에 대한 다구찌 설계해석의 결과는 표 의 신호 대Nominal load [ 75]

잡음비 비 평균 표준편차에 대한 반응표에 잘 나타나(SN Signal to noise ratio)

있다 그림 그림 은 비 평균 표준편차에 대한 반응 값을 도식한 [ 71]~[ 73] SN

것이다

표 의 신호 대 잡음비의 반응표를 보면 경도는 스웨징이나 가류시간에 비해[ 75]

반응변수 내구성 에 큰 영향을 미치고 있음을 보여준다 평균에 대한 반응표에서도( )

경도는 다른 인자들에 비해 반응변수의 평균에 크게 영향을 미치고 있음을 알 수

있다 표준편차 역시 경도의 수준 변화에 따라 차이가 가장 많음을 보여주고 있다

- 66 -

표 에 의한 다구찌 설계생성[ 73] MINITAB

- 67 -

표 실험조합 별 시험결과 데이터[ 74]

- 68 -

표 비 평균 표준편차에 대한 반응표[ 75] SN

신호 대 잡음 비에 대한 반응 표신호 대 잡음 비에 대한 반응 표신호 대 잡음 비에 대한 반응 표신호 대 잡음 비에 대한 반응 표

망대특성망대특성망대특성망대특성

평균에 대한 반응 표평균에 대한 반응 표평균에 대한 반응 표평균에 대한 반응 표

표준 편차에 대한 반응 표표준 편차에 대한 반응 표표준 편차에 대한 반응 표표준 편차에 대한 반응 표

- 69 -

그림 신호 대 잡음 비의 주효과도[ 71]

그림 인자수준별 평균의 주효과도[ 72]

그림 인자수준별 표준편차의 주효과도[ 73]

- 70 -

표 와 그림 에서 에서의 내구성 예측값을 가장 크게 하[ 75] [ 72] Nominal Load

는 것은 요인 수준의 조합이 일 때이다 품질 향상을 위해서는 정특성 동(4 2 2)

특성 값도 동시에 고려하여야 하므로 조합 조합 조합(4 2 2) (4 3 2) (4 1 2)

에 대한 예측 값을 함께 구하였다

표 은 에서의 내구성 예측값을 표 은 에[ 76] Nominal Load [ 77] Maximum Load

서의 내구성 예측값 표 은 정특성 예측값 표 는 에서의 동특성 예 [ 78] [ 79] 15Hz

측값 그리고 표 은 에서의 동특성 예측값을 보여주고 있다 [ 710] 150Hz Nominal

에서의 내구성 예측값은 조합 조합 조합에서 각Load (4 2 2) (4 3 2) (4 1 2)

각 목표값인 을 상회한 과170000 Cycle 178023 Cycle 174272 Cycle 175830

로서 조합일 때 더 높게 나타났다Cycle (4 2 2)

동배율은 예측 평균값을 기준으로 할 때 동배율은 조합에서는 에 (4 2 2) 15Hz

서 에서 이고 조합에서의110(1187691079) 150Hz 113(1215561079) (432)

동배율은 에서 에서15Hz 106(112856 106938) 150Hz 108(115769106938)

이며 조합에서의 동배율은 에서 에서 (412) 15Hz 108(118194 1094) 150Hz

이었다109(1195691094)

모델의 경우 수요기업에서 동배율 값이 적은 값을 요구하기 때문에DA-2 (kdks)

동배율을 고려하면 의 조합이 더 좋은 품질을 나타낸다고 할 수 있다(4 1 2)

- 71 -

표 에서의 내구성 예측값[ 76] Nominal Load

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 2 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 3 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 1 2

예측 값

신호 대

- 72 -

표 에서의 내구성 예측값[ 77] Maximum Load

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 2 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 3 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 1 2

신호 대

- 73 -

표 정특성 예측값[ 78]

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 2 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 3 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 1 2

신호 대

- 74 -

표 동특성 예측값[ 79] (15Hz)

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 2 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 3 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 1 2

신호 대

- 75 -

표 동특성 예측값[ 710] (150Hz)

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 2 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 3 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 1 2

신호 대

- 76 -

제 장 부품의 신뢰성성장관리제 장 부품의 신뢰성성장관리제 장 부품의 신뢰성성장관리제 장 부품의 신뢰성성장관리8888

제 절 신뢰성성장관리제 절 신뢰성성장관리제 절 신뢰성성장관리제 절 신뢰성성장관리1111

복잡하고 기술적인 제품의 개발 프로그램을 운영하는 데 있어서는 고객이 요구

하는 신뢰성 수준을 만족시키기 위하여 상당한 규모의 시간 예산 기술인력 등의

자원을 필요로 한다 고객들의 신뢰성 요구수준은 매우 높으므로 이러한 목표를 달

성하기 위하여 시험 개선 시험 개선의 개발과정을 반드시 거친다 이 과정에서 시- - -

스템 서브시스템 또는 모듈을 고장 날 때까지 시험하고 고장모드를 결정해서 이를

제거하기 위한 시도를 하거나 적어도 고장발생을 줄일 수 있는 시도를 하여 설계나

엔지니어링 개선을 이룬다 만약 이러한 과정이 계속되고 설계나 엔지니어링 변경

이 충분히 이루지면 시스템의 신뢰성은 증가한다 개발프로그램이 운영되는 동안

신뢰성 수준의 변화를 추적할 수 있다면 개발책임자로서는 여러 가지 이점이 있다

즉 목표하는 신뢰성 수준을 달성하기 위하여 충분한 비율로 성장하고 있는지의 여

부를 가능한 빠른 시간 내에 판단할 수 있고 그에 따라 필요한 자원을 적절히 배

분할 수 있다 따라서 개발책임자는 시험데이터로부터 현재 시스템의 신뢰성 수준

성장률의 평가 앞으로 기대되는 달성 가능한 수준을 결정하기를 원한다

신뢰성 성장관리 기술은 제품을 개발하는 데(Reliability growth management)

소요되는 많은 시간과 비용 및 엔지니어링 노력을 절감하면서 개념선택 제품과 공

정의 신뢰성 그리고 비용효율을 달성할 수 있도록 유용한 정보를 제공해 준다 군

사장비 자동차 및 전자 중장비개발 등에 적용된 최근의 신뢰성 성장시험 관리기술

은 각 분야의 경쟁적인 사업 환경 아래에서 제품개발을 효율적으로 조직하여 신뢰

성평가를 시작하고 신뢰성 성장과정을 추적할 수 있도록 해준다 신뢰성성장관리기

술은 제품 및 공정설계 관련사항 및 검증시험 항목들에 대하여 사용 환경에 따른

신뢰성 성장 진행과정을 확인하고 그 결과로부터 성장시험곡선을 개발할 수 있게

한다 또한 설계단계 사이의 여러 가지 관련성을 확인하여 관찰하고 그 정보를 다

른 제품보증분석들과 연결하여 고객 요구사항에 대한 제품의

- 77 -

적합도를 적절히 평가하는 데 도움을 준다

신뢰성성장모델은 가 개발한Crow(1975) AMSAA(Army Materiel Systems

모델이 많이 활용되었으나 이는 시스템 또는 서브시스템에서의Analysis Activity)

성장관리에 유용하고 부품수준에서는 모델을 활용하는 것이 더욱 실용적이 Weibull

다 모델은 목표 Weibull B10 수명에 대하여 초기 시작품 으로부터(Early Prototype)

후기 시작품 까지의 신뢰성 개선을 관리하는데 실용적으로 활용할(Later Prototype)

수 있다

신뢰성 성장시험 프로세스신뢰성 성장시험 프로세스신뢰성 성장시험 프로세스신뢰성 성장시험 프로세스1111

신뢰성 성장은 개발시스템에 대하여 여러 시험단계가 시리즈로 이루어지는 동안

고장모드를 발견하고 이를 개선하는 과정을 거쳐 이TAAF(Test Analyze And Fix)

루어진다 또한 기능시험 환경시험 안전시험의 결과는 신뢰성 향상을 위한 FMEA

등과 연계하여 사용된다 분석결과는 설계변경에 반영되고 최종목표가 달성될 때까

지 개선과 시험이 연속적으로 이루어진다 그림 은 일반적인 신뢰성 성장시험 [ 81]

프로세스를 보여준다 프로그램의 시작시점에 신뢰성 성장에 대한 계획을 수립하여

고객의 기대사항을 만족시킬 수 있는 성능수준에 대한 구체적인 측정치를 제시하

고 이 목적을 달성시킬 수 있는 시험조건을 정한다 시험조건은 특정한 부품이나

시스템에 대하여 고객의 사용방법과 환경에 대한 지식을 기초로 하여야 한다

개발프로젝트가 진행되는 동안 신뢰성 성장시험 프로그램이 개발되고 실행되는

과정에서 설계 및 공정의 관심사항을 확인하기 위해 QFD(Quality function

와 같은 제품보증을 위한 분석방법들이 선행되어 실시되는데 신뢰성deployment)

성장관리와 연계하여 이를 통틀어 통합 신뢰성 성장관리(Integrated reliability

라고 한다 신뢰성 성장관리를 포함한 제품설계평가의 모든growth management)

과정은 제품 공정의 신뢰성 향상에 있어 중요한 역할을 하는 제품보증기능의 한부

분이다

- 78 -

통합 신뢰성 성장시험관리 프로세스는 설계뿐 아니라 공정신뢰성(MIL-HDBK-781)

과 관련된 문제에 대응할 수 있도록 신뢰성 성장시험의 이점을 전적으로 활용할 수

있는 수단을 제공한다

신뢰성 성장관리과정을 개발함으로써 신뢰성 수준은 계속적으로 추적될 수 있고

조치를 취하고 다른 분석결과들과 비교되어 초기 신뢰성 예측을 수립하고 제품설

계에 포함된 확신을 증가시킨 후 검증시험에 들어갈 수 있도록 한다 이러한 신뢰

성 성장관리 프로세스는 제품개발 사이클에 있어서 초기 단계 동안에 신뢰성을 확

립하는 데 도움을 줄 수 있는 장치이다

그림 신뢰성성장시험 프로세스[ 81]

제품개발과정에 적용되는 신뢰성 성장시험관리 프로세스는 다음과 같다

신뢰성 성장시험조건을 결정하고 시험 사이클을 개발한다 ①

신뢰성 성장시험곡선의 사용을 통하여 시험과정을 실행하고 추적한다②

시험결과를 평가하고 다른 선행된 분석연구결과들과 비교한다③

확인된 결함을 제거하기 위해 설계변경을 실시한다④

- 79 -

설계검증시험을 준비한다⑤

신뢰성 성장시험의 주된 목적은 설계상의 약점을 확인하고 제거함으로써 설계의

신뢰성을 증가시키는 것이다 정확하게 신뢰성 수준이 변화되는 진행상황을 추적하

기 위해서는 요구사항에 대한 불합치성 을 확인하고 불합치성이(Nonconformance)

일어난 시간을 모두 추적하여야 한다 시험을 시작하기 전에 적절한 시정조치를 용

이하게 하기 위해 사전계획이 수립되어야 하며 고장분포를 결정하기 전에 각각의

고장부품에 대한 고장원인을 분리할 수 있어야 한다

부품의 개발과정에서 몇 개의 표본에 대한 고장시간 데이터가 있을 때 Weibull

분포를 활용한 신뢰성 성장분석에 대하여 설명하면 다음과 같다

가 분석의 개요가 분석의 개요가 분석의 개요가 분석의 개요

밀도함수는 그림 와 같이 특성 수명과 기울기로 고장시간Weibull [ 82] (Cycle

을 설명한다 작은 표본에 대한 고장시간 데이터가 주어졌을 때 분석Km) Weibull

을 사용하여 세 가지의 정보를 얻을 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ특정 시간이 주어졌을 때 등 부품의 신뢰도는 그 시간까지 살아 있(Cycle Km )

을 백분율이다

ㆍㆍㆍㆍ 또는 다른( 수명을 추정할 수 있다) 수명은 부품들 중 가 고장10

날 것이라고 기대되는 시간이다 즉 이 시간에서의 신뢰도는 이다 90

ㆍㆍㆍㆍ 기울기의 값은 고장률 패턴에 대한 정보를 제공해준다 기울기가Weibull 10

이라면 고장률이 일정하다는 것을 의미한다 이 경우 고장은 일반적으로 우연히

일어나며 고장률은 설계의 강건 정도에 따라 달라진다 기울기가 보다 작다면 1

고장률은 감소하고 있음을 의미한다

- 80 -

즉 높은 초기 고장률 을 말한다 기울기가 보다 크면 고장률은 증 (Infant mortality) 1

가하고 이는 마모 되고 있음을 의미한다(Wear-out)

그림 에 의한 부품의 신뢰성성장분석[ 82] Weibull 수명 비교

가장 많이 활용되는 측도는 수명이며 이것은 요구되는 목표 신뢰도가 임 90

을 의미한다 첫 번째 프로토타입이 고장 난다면 신뢰성 목표 달성을 위해 설계 변

경을 행하고 다음 프로토타입을 시험한다 이 과정은 목표 수명이 달성될 때까

지 반복한다

나 의이점나 의이점나 의이점나 의이점WeibullWeibullWeibullWeibull

부품의 개발과정에서 작은 표본에 대한 고장시간 자료가 주어졌을 때 Weibull

분석을 활용하여 신뢰성성장관리를 행하면 다음의 정보를 얻을 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ신뢰성 개선은 목표 수명이 달성될 때까지 하나의 프로토타입에

- 81 -

서 다음 프로토타입까지 추적할 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ신뢰성 개선은 시험한 프로토타입에 대해 타점으로 표현되고 빠르Weibull

게 방향을 파악하여 신뢰성 진전과정에 대한 양적 측면의 관리능력 향상을 그

래프로 확인할 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ컴포넌트를 고장 날 때까지 시험하는 것은 고장모드에 대한 아주 귀중한 정

보를 제공하고 따라서 시정조치 활동이 필요하다

ㆍㆍㆍㆍ많은 표본이 더 좋은 신뢰도를 얻을 수 있지만 분석은 많은 표본을Weibull

필요로 하지 않는다

ㆍㆍㆍㆍ고객의 운영 사용 사이클과 시험 모수의 관계가 알려져 있다면 더 빠르고( )

더 적은 비용으로 가속시험을 할 수도 있다

다 기본가정및제한다 기본가정및제한다 기본가정및제한다 기본가정및제한

ㆍㆍㆍㆍ각 분석에서 오직 하나의 고장모드만 포함되어야 한다 두 개나 그 이상의

고장 모드가 검출된다면 각각에 대해 분리하여 분석해야 한다

ㆍㆍㆍㆍ신뢰도는 시험 제한 한계 로 인해 년 마일까지 확장하여 외삽하면 안( ) 10 150K

된다 왜냐하면 시험 제한 한계 로 인해 다른 고장모드가 발생할 것인지 알 수 ( )

없기 때문이다

ㆍㆍㆍㆍ하나의 프로토타입에서 다음 프로토타입까지 기울기가 변하는 데는 특별히

주의를 하여야 한다 왜냐하면 초기 후기 수명에서 더 높은 신뢰도와 후기 초 ( ) (

기 수명에서 더 낮은 신뢰도의 할 수 도 있기 때문이다) trade-off

라 적용시기라 적용시기라 적용시기라 적용시기

ㆍㆍㆍㆍ수명의 비교는 엔지니어링 사양 이 특정한(Specification) 을 요구할 경

우 사용된다

ㆍㆍㆍㆍ이러한 접근방법은 고장시간 등 에 대하여 동일한 부품의(Cycle Km )

- 82 -

다른 시점에서의 프로토타입을 비교할 때 사용한다

ㆍㆍㆍㆍ신뢰성 목표가 달성될 때까지 계속한다

마 입력자료마 입력자료마 입력자료마 입력자료

ㆍㆍㆍㆍ프로토타입 의 몇 개 표본의 고장시간 등1 (Cycle Km )

ㆍㆍㆍㆍ프로토타입 의 몇 개 표본의 고장시간 등2 (Cycle Km )

⦙

ㆍㆍㆍㆍ마지막 프로토타입의 몇 개 표본의 고장시간 등(Cycle Km )

분석프로세스는 그림 과 같다[ 83]

프로세스프로세스프로세스프로세스 일반적 단계일반적 단계일반적 단계일반적 단계

Ⅰ 요구

또는 수명 결정

프로그램 신뢰성 목표 사용

고객의 운영 사용 프로파일 사용( )

시험 프로그램 적정시간 사용

Ⅱ 시험 프로그램 자료정보

확인과 데이터 수집초기 부품의 프로토타입

후기 부품의 프로토타입

Ⅲ 다른 프로토타입에 대한

누적고장 시간 또는 vs

거리 계산 및 타점

분석이 가능한 사용Weibull SW

가능한 가속수명시험 사용

Ⅳ 프로젝트 검토 시

현재 신뢰성 수준신뢰성 목표 적합성 결정

초기 경고 관련 정보 제공

개선을 위한 계획 정보 제공

그림 프로세스별 단계[ 83]

- 83 -

제 절 신뢰성성장 데이터분석제 절 신뢰성성장 데이터분석제 절 신뢰성성장 데이터분석제 절 신뢰성성장 데이터분석2222

초기 프로토타입 으로 부터 개의 표본을 정상하중 으(Prototype1) 6 (Nominal load)

로 고장 날 때까지 시험하고 고장모드를 기록하였다 여러 개선작업을 거친 후 후

기 프로토타입 으로부터 개의 표본을 고장 날 때까지 시험하고 고장모(Prototype2) 6

드를 기록하였다 시험 데이터는 표 에 주어져 있다 [ 81]

에 고장데이터를 입력하고 각 프로토타입 단계별로 용지에 결과MINITAB Weibull

를 타점한 결과 그림 와 같은 성장곡선이 생성되었다 [ 84] Weibull

정상하중 에서 의 평균수명 추정치는 이(Nominal load) Prototype1 127366Cycle

고 의 평균수명 추정치는 로서 의 개선을 이루었 Prototype2 176882 Cycle 389

음을 알 수 있었다 수명은 은 이었으나Prototype1 112668 Cycle Prototype2

의 수명은 로서 상당한 개선이 이루어졌음을 볼 수 있다168620 Cycle 수

명에 대한 신뢰하한은 로 추정되었다 따라서 정상부하에 의한95 162926 Cycle

시험데이터분석 결과 개선활동 재료배합개선 형상설계개선 공정개선 에 의하여 ( )

내구성 목표가 달성되었음을 알 수 있다

그림 는 에서의 신뢰구간을 보여주고 있다[ 85] Nominal load 90

최대하중 에서는 표 의 데이터 입력결과 그림 의 그래프를(Max load) [ 82] [ 86]

생성하였다 그래프로 부터 추정된 의 Prototype1 수명은 이고16362Cycle

의Prototype2 수명은 이다21850 Cycle 수명에 대한 신뢰하한추정치95

는 으로부터 로 계산된다MINITAB 20983 Cycle

의 수명과 의 수명이 다른 것은 개선 활동의 결과이Prototype1 Prototype2

- 84 -

며 에서 개선목표가 달성되었음을 알 수 있다 Prototype2

표 하중 고장시간[ 81] Nominal (Cycle)

Weibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth Curve

(Nominal Load)(Nominal Load)(Nominal Load)(Nominal Load)

그림 성장곡선[ 84] Weibull (Nominal load data)

- 85 -

Weibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth Curve

(Nominal Load-90 Cl)(Nominal Load-90 Cl)(Nominal Load-90 Cl)(Nominal Load-90 Cl)

그림 신뢰구간[ 85] Nominal Load90

- 86 -

표 하중 고장시간[ 82] Max (Cycle)

Weibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth Curve

(MaxLoad)(MaxLoad)(MaxLoad)(MaxLoad)

그림 성장곡선[ 86] Weibull (Max load data)

- 87 -

제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론9999

본 연구는 자동차현가장치인 고무부싱 의 신뢰성향상을 위한 기(Rubber bushing)

술개발과제이다 에나 인더스트리는 수출전문기업으로서 주요 경쟁사에 비해 고성

능 고내구성의 제품을 짧은 기간 내에 개발할 수 있는 능력을 갖추어야 해외 시장

에서 경쟁력을 가질 수 있다

본 연구개발에서는 수요기업에서 요구하는 GMUTS(General Motors Uniform

의 사양에 따른 시험을 실행하여 내구성을 목표 사이클 이상으Test Specification)

로 개선하고 정특성과 동특성 비틀림 토크를 개선항목으로 선정하여 제품의 품질

및 신뢰성 향상을 진행하였다

수요기업의 요구 수준에 의하면 내구성은 와 Tension Compress Alternating

가 동시에 일 때 일 때Torsion Stress Maximum Load 20000 Cycle Normal Load

을 요구한다 본 프로젝트의 경우 해외의 부품메이커들에 대한 경쟁150000 Cycle

력 우위를 확보하기 위하여 기본 요구 수준을 넘어 향상된 제품신뢰성을5~10

확보를 목표로 하였다 내구성 정특성 및 동특성에 대한 시험은 직접 행하였고 비

틀림토크에 대한 부분은 추가적인 시험장치가 필요하여 수요기업의 실험실에 샘플

을 제출하여 요구수준을 검증받았다

본 연구개발의 성과를 요약하면 다음과 같다

우선 기술적 효과로는

설계기술의 확보(1)

재료배합설계 형상설계 공정설계에 대한 기술을 확보하여 내구성을 비롯한 품

질특성을 향상시킬 수 있었다 종래에는 설계 개발 생산프로세스에서 경험적 방법

에 의존하여 시행착오가 많았으나 본 연구를 통하여 과학적이고 체계적인 방법으

로 접근할 수 있는 기술이 확보되었다

설계 요소의 기술적 배치를 위한 실험계획법의 활용기술 확보(2)

- 88 -

종전에는 고무 배합설계 형상설계 공정설계에 대하여 설계요인 별 수 (Facter)

준 을 무작위로 추출하여 실험하였으나 본 실험계획의 과정을 따르면 요인들(Level)

이 계획적으로 반영되어 품질특성에 각각 어느 정도의 영향을 미치는지 분석이 가

능하게 된다 또한 다구찌에 의한 강건 설계의 생성으로 산포를 줄일 수 있다

잠재적 고장원인 분석방법 기술 확보(3)

제품기능에 대한 잠재적 고장모드의 예측과 시험항목을 판단하고 최종적으로는 설

계검증 과 공정검증 의 세부항목과 효과적(Design verification) (Process verification)

으로 연계가 가능하다

신뢰성 데이터분석기술 확보(4)

부품의 개발과정에서 몇 개의 표본에 대한 고장시간 데이터가 있을 때 Weibull

분포를 활용한 신뢰성 성장분석이 가능하게 되었다 개발프로그램이 운영되는 동안

신뢰성 수준의 변화를 추적할 수 있어 목표하는 신뢰성 수준을 달성하기 위하여 충

분한 비율로 성장하고 있는지의 여부를 가능한 빠른 시간 내에 판단할 수 있고 그

에 따라 필요한 자원을 적절히 배분할 수 있다 따라서 개발책임자는 시험데이터로

부터 현재 시스템의 신뢰성 수준 성장률의 평가 앞으로 기대되는 달성 가능한 수

준에 대한 결정이 가능하다

경제적 측면의 효과로는

제품에 대한 내구성 및 동특성 정특성에 대하여 요구사양 이상으로 특성관리(1)

를 행할 수 있어 해외 부품메이커들에 대한 경쟁력 우위로 수출력을 향상할 수 있

게 되었다

개발기간을 단축할 수 있게 되어 개발비의 절감을 가져올 수 있게 되었다(2)

재료배합 형상설계 및 공정설계에 대한 기술개발의 표준 정립으로 개발 기간의 단

축이 가능하게 되었다

본 과제 결과를 활용하여 다른 방진제품에 대한 신뢰성 관리로 수출(3)

- 89 -

시장을 개척하여 신규거래처를 확보할 예정이다 신뢰성 데이터의 관리가 이루어져

제품수명에 대한 설득력 있는 자료의 제시가 가능하게 되었다

향후 연구계획으로는

고무부싱부품의 특성상 내구성만의 개선이 최선이 아니고 정특성과 동특성을 일

정수준으로 동시에 고려하여야 한다 따라서 이 부분에 대한 동시적인 실험설계가

시스템화 되도록 추가적인 연구가 요구된다

- 90 -

참고문헌참고문헌참고문헌참고문헌[ ][ ][ ][ ]

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[8] McLean R A and Anderson V I Extreme Vertices Design of Mixture

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- 96 -

주 의

이 보고서는 산업자원부에서 시행한 부품소재종합기술지원사업의 최1

종보고서이다

이 신뢰성기반기술확산사업 내용을 대외적으로 발표할 때에는 반드시2

산업자원부에서 시행한 부품소재신뢰성기반기술 사업의 지원결과임을

밝혀야 한다

- 97 -

이 보고서는 산업자원부에서 시행한

부품소재 신뢰성기반기술확산사업의 최종보고서이다

- 23 -

- 24 -

제 장 재료배합개선제 장 재료배합개선제 장 재료배합개선제 장 재료배합개선4444

제 절 배합의 기본 조건제 절 배합의 기본 조건제 절 배합의 기본 조건제 절 배합의 기본 조건1111

방진 고무부품을 만들려면 다음의 가지 공정을 거친다3

배합공정 사용목적에 따라 원료고무를 선택하고 배합약품의 종류와 양을 결middot

정하는 공정

가공공정 정해진 배합에 따라서 고무와 배합약품을 섞고 혼련 일정한 두께middot ( )

의 고무 시트를 제조하고 만들고자 하는 모양으로 절단하는 공정

가황공정 만들고자하는 모양으로 절단한 미가황 고무에 고무 탄성을 갖게middot

하고 물성을 개선하는 공정

이들 중 배합은 가공공정 가황공정 및 만들어진 제품 성능에 절대적인 영항을 미

치므로 배합설계자는 배합설계 를 할 때 다음의 가지 점(Compounding design) 3

에 균형을 잘 조화 시켜야 한다(3P)

최종 제품의 요구물성을 충족시킬 것middot (Property)

가공이 쉬울 것middot (Processing)

부피 당 배합단가가 적정할 것middot (Price)

또한 이와 같은 조건을 충족시키는 배합설계를 하기 위해서 배합설계자는 배합

의 목적 배합에 사용되는 원료고무와 각종 배합제의 성질 배합의 기초 배합단가

제품이 만들어 질 때까지의 작업 및 설비 등을 주지해야 한다

배합에는 원재료의 시험이나 평가를 목적으로 하는 배합과 공장에서 제품을 만들

기 위한 배합으로 나룰 수 있다

원재료의 시험이나 평가를 목적으로 하는 배합은 원재료의 대체나 품질

- 25 -

확인을 위한 기초 배합과 새로운 원재료가 개발됐을 때 이곳에 대한 실제적인 용도

개발을 위한 시험 또는 연구배합이 있다 개발을 위한 시험 또는 연구배합에서는

기초적인 성상을 구하는 배합으로부터 실용화에 대비한 응용배합에 이르기 까지를

검토의 대상으로 하기도 한다

제품을 생산하기 위한 목적으로서의 배합이란 종래에 없었던 새로운 요구가 있

었을 때 종래 사용하던 원재료를 써서 그 목적에 알맞은 배합을 결정하여 공장에

서의 실제 생산에 투입하는 경우를 뜻한다

고무 부싱과 엔진마운트와 같은 방진을 목적으로 하는 고무제품의 재료를 보면

등의 계의 고무가 적합하다는 게 일반적인 고무업체의 정설이NR SBR BR Diene

다 하지만 목적에 맞게 고무의 원재료를 선택하여야 한다 결국 방진이라는 기능의

고무 특성을 만족하기 위해서는 가교라는 차원 구조의 밀도를 요구하고 있다는 것3

을 알 수 있다

일반적인 방진고무의 요구특성으로는 다음과 같은 조건을 만족하여야 한다

첫째 파단 특성을 만족하여야 한다 즉 분자들과의 높은 응집력과 와의 높 Filler

은 친화성으로 응력을 분산시키는 구조로 이루어져야하는 조건을 만족하여야 하며

둘째 특성을 만족하여야 한다 에 대한 조건을 만족시키기 위해서 Creep Creep

는 고무의 분자 회전성이 높고 응집에너지가 낮을수록 좋다

셋째 내열성 및 내열 산화성에 대한 조건을 만족하여야 한다 이것은 일반적으로

기계적인 모든 성질은 온도의 의존성이 낮을수록 바람직하다고 할 수 있다 이에

방진목적의 고무도 이 같은 성질을 만족하여야 한다

- 26 -

넷째 일반적인 방진 제품은 고무만의 단독 현상으로는 그 형태를 유지하기 힘들

며 금속과의 결합을 통하여 그 방진특성을 만족하여야 한다 이에 방진고무의 기본

적인 성질은 금속과 접착성이 좋아야 한다는 조건을 만족하여야 한다

다섯째는 감쇄계수에 대한 부분으로 감쇄계수가 크고 온도의존성이나 주파수 의

존성이 좋아야 한다 일반적으로 은 감쇄가 적고 소변형에서 대변형에 이르기까 NR

지 선형의 복원을 하며 주파수에 의존하지 않은 특성을 가지고 있으므로 방진고무

로 적합하다고 할 수 있다

여섯째 탄성율에 관한 내용으로 일반적으로 방진 고무의 탄성율은 온도 및 진폭

의존성이 낮은 쪽이 좋게 된다

마지막으로는 정적강성과 동적 강성의 비로 표현되는 동배율에 유의해야 한다

일반적으로 방진고무의 감쇄 특성을 고려하면 동배율이 높은 것이 유리하지만 동적

특성의 온도의존성 변형율 동적 변형율에 의한 발열 및 내피로특성을 보면 저동배

율 쪽이 유리하다

제 절 재료배합 개선방안제 절 재료배합 개선방안제 절 재료배합 개선방안제 절 재료배합 개선방안2222

원재료 및 배합제의 개선원재료 및 배합제의 개선원재료 및 배합제의 개선원재료 및 배합제의 개선1111

고무부싱 제품의 경우 그 기능상의 요구로 인하여 주로 계열의 천연고무를NR

원재료로 사용한다 본 연구에서도 계열의 천연고무를 원재료로 하고 요구 특성 NR

의 개선을 위해 배합제의 선정을 대해 연구하였다 일반적으로 천연고무 및 합성고

무에 적용되어지는 배합제는 가황속도 조절 가공의 원활화 품질특성 개선 그리고

특수 성능 등의 목적으로 사용되어

- 27 -

진다 배합제의 종류로는 가공조제 연화제 유기가황제 가황촉진제 노화방지제

등으로 나눌 수 있다

요구 경도의 결정은 함량을 조절하여 설계하였으며 품질특성을 향상 시Carbon

킬 수 있는 재료를 연구한 결과 미세 으Caron Carbon Black(MAF FEF GRADE)

로 물성을 향상 시킬 수 있도록 하였다 특성에 큰 영항을 주는 배합제의 경우 그

용도에 따라 많은 종류를 인자로 적용할 수 있지만 많은 인자로 인하여 발생하는

비용적 시간적 손실을 최소화하기 위해 본 연구에서는 원재료와 함량을 Carbon

고정한 후 촉진제 종류와 가황제의 양을 조절하는 방식으로 배합제에 대한 최적의2

조합을 선택하는 방법으로 접근하였다

내구성 향상을 위한 방안내구성 향상을 위한 방안내구성 향상을 위한 방안내구성 향상을 위한 방안2222

내구성을 향상시키기 위한 일반적인 방법은 경도를 향상시키는 것인데 경도를

높이는 방법만으로는 다른 특성 즉 정 동특성을 동시에 만족시킬 수 없는 어려움이-

있다 이에 본 연구에서는 방진용 제품이 요구하는 정 동특성과 내구성을 Bushing -

동시에 향상 시킬 수 있는 방안을 모색하기 위하여 촉진제와 가황제를 이용하여 최

적을 배합설계를 이루고자 하였다

내구성을 향상시키기 위한 방법으로 보통 량의 조절을 통한 경도 조절법Carbon

을 이용하게 되는데 본 연구에서 적용한 은 미세 Carbon Carbon Black(MAF FEF

으로 인장강도 및 경도 인장응력을 증대하는 효과를 얻고자 하였다 이러GRADE)

한 미세 의 적용과 동시에 보강제의 분산 및 흐름성 개선을 위하여Carbon Black

가공조제를 개선하여 적용하였다

가교시스템의 향상 방안가교시스템의 향상 방안가교시스템의 향상 방안가교시스템의 향상 방안3333

가황반응 고분자 주쇄간 가교결합을 통한 차원 망상구조를 형성하(Vulcanization) 3

여 고분자 화합물의 복원력 탄성 특성 및 기타 요구물성을

- 28 -

증가시킨다 다양한 가교결합 형태 중 방진고무산업에서 많이 이용되고 있는 가교

결합은 을 도입한Polysulfide (-C-Sx-C- x=1~4) Conventional CV(Vulcanization)

계를 많이 사용한다 여기서 사용되고 있는 인 천연고무 Polymer (Natural Rubber

의 배합에 있어 가교 또는 가류형태의 변화에 따라 물성 및 특성의 변화가 있NR)

음을 알 수 있다 즉 가교형태 변화에 따른 유사한 특성을 나타내는 Stress-Strain

조건하에서 공정특성 및 전반적인 물성에 영향을 미침을 알 수 있다 의 기 Polymer

본 배합에서 촉진제나 황 공여체 증가에 따라 가류 유도시간(Sulfur Donor)

은 길어지나 가류속도는 빨라진다 특히 고온 가류 시 과 가류(Induction time)

에 의한 물성하락을 방지하기 위해 열 안정성이 우수한(Overcure) EV(Efficient

계를 사용하는 것이 근래에 소개되고 있다 고분자의 물성은 가교형Vulcanization)

태뿐 아니라 가교밀도에 크게 의존한다 가교계 변화에 따른 인장강도의 영향은 매

우 적은 반면 신장율은 계에서 로 같수록 감소CV(Conventional Vulcanization) EV

하는 경향이 있다

이란 가류시간의 지연 또는 과가류로 인한 고무 물성의 저하를 말한Reversion

다 이러한 현상은 제품의 외면이 과도한 열에 노출될 수 있다 다중황공유 결합의

열적노화현상이 발생하며 가교형태가 다중황 결합에서 단일황(Polysulfidic)

결합으로 바뀌게 되며 밀도가 현저하게 저하되고 환상형 씨오알켄(Monosulfidic)

과 씨오알칸 구조로 바뀌게 된다 결과적으로 재료의 물성(Thioalkene) (Thioalkane)

과 기계적 성질이 떨어지게 된다

이 발생하는 시간을 가교형태에 따라 비교하여 보면Reversion CV lt Semi-CV lt

으로 알려져 있으며 시스템에서는 촉진제 종류에 따라서 인장과 신율의 물EV EV

성에 하락 없이도 공정 안정성 특성이 매우 우수하다 이 Anti-Reversion

으로 인해서 물성과 기계적 성질을 향상시킬 수 있으며 황공여체 사Anti-Reversion

용 또는 계로 가교형태를 전환함으EV

- 29 -

로써 가능하다 이로써 가교의 다중황결합 을 줄이고 단일 또는 이중황 결 (S3~S8)

합으로 내열성 및 결합의 안정성을 증가시킬 수 있다 이러한 과정에서 공정설계상

계보다 더 낮은 가류온도와 더 길어진 가류시간이 필요하게 된다 이러한 계CV EV

에서는 정도의 황과 계에 비해서 다소 많은 양의 촉진제를 사용하02~05 phr CV

게 된다 여기에 근거하여 혼합물성분의 한계 표 표 에 나타난 황과 촉 ([ 42] [ 44])

진제 양의 범위를 정하였다

발생 시간의 효율적인 제어를 위하여 본 연구에서는 적절한 촉진제의Reversion

배합량을 조절하여 방진제품에서 요구하는 특성을 만족하는 조건을 선정하고자 하

였다 그림 은 의 예를 보여준다 [ 41] Reversion

그림 의 예[ 41] Reversion

본 연구에서는 인장 내열 강도의 증가와 동 정특성 내구성 증가를 위한 가교 시- -

스템의 향상 방안으로 황량을 조절하여 Convension Type(Efficient Vulcanization

을 통하여 결합력을 증대시켰으며 촉진제를 조절하여 가- CURE STIES-CC-C)

교효율을 증대하였다 또한 가황 조건에 변화가 적은 배합설계를 하여 향상된 적정

가황이 될 수 있도록

- 30 -

하였으며 를 정립화하여 최적의 적정 가황 포인트를 찾아 인장이 최CURE-STUDY

적일 때 내구성이 최적이고 가황제품과 시편을 동시에 함으로 시편과CURE-STUDY

제품의 상의성을 방지할 수 있었다

자동차업계에서는 일반적으로 고가의 폴리머를 선호하지만 본 연구를 통하여 가

격이 낮은 폴리머로도 성능향상이 가능하다는 것을 입증하였고 향후 타 아이템에도

연계 적용함으로 새로운 배합설계를 구축하였다

실험계획법의 적용실험계획법의 적용실험계획법의 적용실험계획법의 적용4444

기존의 개발 진행 방식은 경험에 의한 시행착오 접근 방법을 사(Trial and Error)

용하여 성능향상을 도모하였으나 본 연구에서는 배합물설계에 위한 실험계획법

기술을 적용하여 이론적으로 최적의 배합설계를 이(DOE Design of Experiment)

룰 수 있는 방법을 연구하였다

일반적인 고무제품의 배합은 많이 알려져 있지만 특성 향상을 위한 방안이나 그

배합에 대한 신뢰성에는 많은 의문점이 제기 되는 게 현실이다 본 연구에서는 요

구특성을 만족시키기 위하여 선정된 촉진제의 배합조건의 최적화를 실현하기 위하

여 실험계획법의 꼭지점계획법을 이용하여 그 효율성을 검증하고자 하였다 배합의

경우 어느 독립적인 인자의 선정으로는 그 효과를 극대화 시킬 수 없는 특성이 있

는데 본 연구에서는 선정된 촉진제 및 폴리머의 조건 하에서 최적의 배합 조건을

찾아보고자 하였다

재료배합설계의 개선을 위한 방안을 정리하면 표 과 같다[ 41]

- 31 -

표 내구성 및 정 동특성 동반향상을 위한 개선방안[ 41] -

항 목항 목항 목항 목 기존 방안기존 방안기존 방안기존 방안 제안된 개선 방안제안된 개선 방안제안된 개선 방안제안된 개선 방안

배합 설계 방안

경험적 배합 설계

고 배합설계COST

국내수급재료사용

실험적 분석기법 도입

저 배합설계COST

해외재료수입

내구성 향상

량 변경Carbon

용도별 적정 적용Carbon

정동특성 향상 방안을 동시==gt

고려

경험적 수치의 가황제 량 선정

가교 시스템 향상 방안을 고려한

가황제 량 선정

(EV - CURE)

결합력 증대==gt

경험적 수치에 의한 촉진제 량

선정 경도별 선정 미비( )

가교 효율을 반영한 촉진제 량의

선정

적정한 가황 포인트 파악을 위한(

실시Cure Study )

정 동특성 향상-

정특성 향상 방안 경도 증가

동특성 향상 방안 경도 하락

두 특성을 만족시키기 위한==gt

경험적 수치의 경도 선정

데이터베이스를 활용한 배합설계

정 동특성을 동시에 만족할 수-

있는 배합제 적용

분산 및 흐름성 개선==gt

형상개선과 동시 고려==gt

- 32 -

표 는 지원 전 배합비율과 특성별 성능수준을 나타낸다[ 42]

표 지원 전 성능수준[ 42]

- 33 -

제 절 꼭지점계획법에 의한 최적배합조건제 절 꼭지점계획법에 의한 최적배합조건제 절 꼭지점계획법에 의한 최적배합조건제 절 꼭지점계획법에 의한 최적배합조건3333

재료설계에 적용되는 실험계획은 혼합물 배합에 관한 실험계획으로서 몇(Mixture)

개 성분의 혼합물 중 어떠한 성분이 품질의 특성에 유의한 영향을 미치는지를 분석

하여 반응을 최대로 만드는 최적혼합비율을 찾고자 하는 실험계획이다

혼합물실험에 적용되는 실험계획으로는 심플렉스 격자형배열법 심플렉스 중심배열

법 꼭지점 계획법 등을 주로 적용한다 본 실험에서는 심플렉스의 전 영역이 아니

라 제한된 영역에서 실험을 하고자 하므로 꼭지점계획법(Extreme vertice design)

을 적용하였다

고무부싱의 재료배합에서는 개의 성분재료가 있고 이들을 어떤 비율로 배합하는

것이 품질특성치를 가장 좋게 하는가를 찾는다 성분의 혼합에 있어서 를 번째

성분의 혼합비율이라고 하면 다음과 같은 관계식을 만족시켜야 한다

이러한 경우는 일반적 실험계획법처럼 심플렉스의 모든 영역에 실험이 배치되는 것

이 아니고 제한된 영역에서만 실험을 하는 경우이다 즉 각 인자 가 (Factor) 0 le

의 모든 값을 취할 수 있는 것이 아니라 제한된 구간1le

안에서만 값을 취한다 이와 같은 경우는 경제적인 이유나 또는 실험 전에 인자들

의 성질에 대하여 상당한 정보가 있는 경우이다 위의 식과 같은 인자의 구간이 설

정되면 실험가능영역은 심플렉스 상의 좁은 영역이 된다

- 34 -

과 은 제한된 실험영역에 대한 실험계획법으로 꼭지점 계획법Mclean Anderson

을 제안하였다 이 계획법은 제한된 영역이 가지는 모든(extreme vertices design)

꼭지점과 이 꼭지점들의 선형조합으로 이루어지는 몇 개의 점을 적절히 선택하는

실험계획법이다 만약 개의 혼합성분이 사용되는 경우 실험영역을 그림으로 그리 4

면 그림 와 같이 사면체 속에 위치하는 면체가 된다 과 은[ 42] 6 Mclean Anderson

이 면체의 꼭지점과 중심점을 실험점으로 선택하는 방법에 대한 예제를 제시하고6

있다

그림 개의 혼합성분에 대한 꼭지점계획법[ 42] 4

고무부싱의 재료설계 시 혼합물은 고무 카본 및 배합원료로서 황화제 촉진제

가공제 유기산 금속산화제 노화방지제 보강제 충진제 등을 사용한다

재료 배합 실험은 경도별로 나누어 실행되었으며 표 은 경도 도 오차범[ 43] 48 (

위 plusmn 도 에 대한 혼합물성분의 한계이다 에 성분의 한계를 입력한 결과2 ) MINITAB

네 가지 성분에 대하여 표 와 같은 총 회의 실[ 44] 17

- 35 -

험점이 생성되었다 실행 의 경우 의 성분을 1 A B C D 09807 00068 00011

의 비율로 섞어서 실험하라는 의미이다00114

표 혼합물 성분의 한계[ 43] (48Hs)

성분 하한 상한

A 외 기타Polymer 09774 09807

B 촉진제1 00068 00085

C 촉진제2 00011 00022

D Sulfur 00114 00119

표 꼭지점계획법에 의한 실험설계와 결과데이터[ 44] (48Hs)

을 활용한 혼합물 설계 데이터분석 결과는 표 표 과 같다MINITAB [ 45][ 46] 17

회의 실험점에 대한 데이터분석 결과 각 실험 점에서의 적합추정치와 신뢰구 95

간을 구할 수 있었다

- 36 -

표 을 보면 실험점 에 의한 배합조건으로는 신뢰구간으로[ 45] 14 95

의 내구성이 나타난다 에서는 각 성142322cycle ~ 146166cycle Nominal Load

분에 대한 제한조건을 만족시키면서 내구성을 최대로 하는 처리조건은 인자의 네

가지 성분 즉 외 에 대한 배합 비율이 Polymer Acc1 Acc2 Sulfur 097740

이었다 그리고 이 처리조건에서 예상되는 내구성은00085 00022 00119

에 도달할 것으로 추정되었다146943cycle

에서는 인자의 네 가지 성분의 배합비율이 와 마찬Maximum Load Nominal Load

가지로 이었다 그리고 이 처리 조건에서 예상되는09774 00085 00022 00119

내구성 추정치는 이었다18917cycle

표 데이터분석 결과[ 45] (48Hs Nominal Load)

에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응Dura(Nom)Dura(Nom)Dura(Nom)Dura(Nom)

- 37 -

반응 최적화 모수반응 최적화 모수반응 최적화 모수반응 최적화 모수

글로벌 솔루션글로벌 솔루션글로벌 솔루션글로벌 솔루션

예측 반응예측 반응예측 반응예측 반응

Dura(Nom) = 146943

- 38 -

표 데이터분석 결과[ 46] (48Hs Maximum Load)

에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응Dura(max)Dura(max)Dura(max)Dura(max)

반응 최적화 모수반응 최적화 모수반응 최적화 모수반응 최적화 모수

글로벌 솔루션글로벌 솔루션글로벌 솔루션글로벌 솔루션

외Polymer = 09774

- 39 -

Acc1 = 00085

Acc2 = 00022

Sulfur = 00119

예측 반응

Duro(max) = 189171

경도 도 오차범위 도 에 대한 혼합물성분의 한계와 에 의한 실험50 ( plusmn 2 ) MINITAB

점은 표 표 과 같다[ 47] [ 48]

표 혼합물 성분의 한계[ 47] (50Hs)

- 40 -

표 실험계획의 결과[ 48] (50Hs)

경도 도에 대한 혼합물 설계 데이터분석 결과는 표 표 과 같다50 [ 49][ 410] 17

개 실험 점에서의 적합추정치와 신뢰구간은 예측반응에 잘 나타나 있다95

에서는 각 성분에 대한 제한조건을 만족시키면서 내구성을 최대로Nominal Load

하는 처리조건은 외 기타 의 각 성분에 대하여 배합비Polymer Acc1 Acc2 Sulfur

율이 이고 이 처리조건에서 예상되는 내구성은09687 00088 00025 00200

에 도달할 것으로 추정되었다159209 Cycle

에서는 인자의 네 가지 성분의 배합비율이 와 마찬가Maximum Load Nominal Load

지로 이었다 그리고 이 처리조건에서 예상되는 내09687 00088 00025 00200

구성 추정치는 이었다 일 때와 일218572 Cycle Nominal Load Maximum Load

때의 적정배합비율이 다르게 나오는 경우가 있는데 이는 오차범위 경도의 경우( plusmn

도 가 비교적 넓은 고무의 특성에서 비2 )

- 41 -

롯되거나 측정오차에 따른 결과로 추정된다

표 데이터분석 결과[ 49] (50Hs Nominal Load)

에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응Duro(Nor)Duro(Nor)Duro(Nor)Duro(Nor)

반응 최적화 모수반응 최적화 모수반응 최적화 모수반응 최적화 모수

- 42 -

글로벌 솔루션글로벌 솔루션글로벌 솔루션글로벌 솔루션

예측 반응예측 반응예측 반응예측 반응

Duro(Nor) = 159209

표 데이터분석 결과[ 410] (50Hs Maximum Load)

에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응Duro(max)Duro(max)Duro(max)Duro(max)

- 43 -

반응 최적화 모수반응 최적화 모수반응 최적화 모수반응 최적화 모수

글로벌 솔루션글로벌 솔루션글로벌 솔루션글로벌 솔루션

예측 반응예측 반응예측 반응예측 반응

Duro(Max) = 218572

재료배합시험에 있어서 가류시간이 특성 치에 영향을 미치므로 레오그래프

분석에 의해 적정가류시간을 결정한다 레오그래프는 다음의 용도에(Rheograph)

활용된다

고무제품의 가류도 측정①

가류속도 측정②

최적의 가류공정 조건 확립③

가류약품 선정 및 배합 작성Recipe④

고무제품의 품질관리⑤

아래 그림 은 경도 도에 대한 재료의 레오그래프이다 그래프에 나타난 용[ 43] 48

어를 설명하면 다음과 같다

혼합물 의 가 가류되었을 때의 시간을 나타내며 가류시간을tc90- (Compound) 90

결정하는 기준으로 사용된다

스코치시간 을 나타내며 원하지 않는 가교가 일어ts2 - (Scorch time)

- 44 -

나는 시간으로 적절한 가류시간을 찾기 위해 필요한 과정임

고무의 특성을 토르크 값으로 나타낸 값으로 일반적으로 혼합물Tmax- (Torque)

의 경도에 따라 변함

평형 토르크MH- (Equilibrium torque)

최소 토르크ML- (Minimum torque)

본 재료시험에 적용된 가류시간은 의 배 사이에서 적정수준을 결정하tc90 1-15

였다

연구의 결과 카본의 입자가 작을수록 내구성은 향상시키지만 대체로 분산이 잘 되

지 않아 혼합물의 품질이 고르지 못하였다 따라서 카본의 분산도를 평가하여 만족

할 만한 수준이 나오는지 확인하였으며 상대적으로 작은 입자경의 카본을 사용하

여 내구성을 높이려 하였다

그림 경도 도 고무에 대한 레오그래프[ 43] 48

- 45 -

실험의 결과 카본블랙과 레오그래프와의 관계는 그림 와 같이 나타났다 그림[ 44]

에서 보는바와 같이 입자경의 크기가 증가함에 따라 결합력이 약해지므로 토르크

값이 낮아짐을 알 수 있다

그림 각종 카본블랙의 레오그래프[ 44]

- 46 -

본 연구에 적용된 카본 입자경의 크기와 양은 표 과 같다[ 411]

경도변화는 카본입자의 크기와 양에 따라 결정이 되며 레오그래프의 값이 Tmax

이러한 사실을 보여주고 있다

표 레오그래프상의 경도와 카본의 관계[ 411]

레오그래프는 섭씨 도에서 그려짐PHR = Part in Hundred Rubber 160

- 47 -

제 장 형상개선제 장 형상개선제 장 형상개선제 장 형상개선5555

제 절 외철의 스웨징 율 변화에 의한 개선제 절 외철의 스웨징 율 변화에 의한 개선제 절 외철의 스웨징 율 변화에 의한 개선제 절 외철의 스웨징 율 변화에 의한 개선1111

높은 품질의 부싱을 개발하기 위해서는 적절한 재료설계에 의한 경도 및 고무 특

성의 설정이 매우 중요한 요소이지만 고무의 특성 개선에만 의존하는 것은 한계점

이 있다 따라서 제품의 형상변화를 통해 고무의 특성을 극대화함으로써 내구성 및

품질특성을 향상시킬 수 있다

그림 은 부품의 세부형상과 설계도이다[ 51]

그림 세부형상[ 51] DA-2

- 48 -

그림 는 제품의 단면을 보여준다 그림에서 는 다른 모델에 비해 고무[ 52] DA-2

량이 다소 적음을 알 수 있다 형상 변화를 통한 품질특성의 개선을 시도함에 있어

서는 부품에 대한 조립성과 제조성 을 반드시(DFM Design for Manufacturability)

고려하여 형상변화를 꾀하여야 한다 본 제품의 경우 외철 과 내철 (outer pipe)

의 길이는 한정되어 있으며 그 직경의 변화도 허용공차를 미만(Inner pipe) 05 mm

의 수준으로 요구하고 있다

형상변경을 통한 성능향상 방안으로서 외철에 대한 스웨징율 을 변(Swaging rate)

경함으로서 외경크기의 변화를 시도하였으며 또한 내철의 구배각도를 변화시켜 개

선점을 찾으려고 노력하였다

그림 단면[ 52] DA-2

부싱의 경우 일반 적으로 스웨징이라는 공정을 거치게 되는데 이는 공정에서 외

경의 크기 조정을 통하여 성능을 향상 시키는 방법으로서 스웨징율을 조정함으로서

외철의 외경 크기를 허용범위 내어서 변화시키는 것이다 이는 스웨징에 따른 직경

변화에 의해 고무의 조직이 조밀해져 고무 특성을 향상시킬 수 있게된다

그림 은 스웨징의 방향을 나타내며 그림 는 스웨징 전 후의 외철의 크[ 53] [ 54]

기 변화를 보여주고 있다

- 49 -

그림 스웨징 방향[ 53]

그림 스웨징 전후의 외경 크기의 변화 단면[ 54] ( )

제 절 내철의 구배 변화에 의한 개선제 절 내철의 구배 변화에 의한 개선제 절 내철의 구배 변화에 의한 개선제 절 내철의 구배 변화에 의한 개선2222

아래 그림 는 형상 변화를 시도할 수 있는 내철 끝단 부분의 구배를 표시한[ 55]

그림으로서 는 구배각도를 나타낸다a

- 50 -

그림 구배각도[ 55]

그림 은 본 제품의 특성 요구 사항을 그림으로 표시한 것으로 고무부싱은[ 56]

및 의 외력에 대하여 적절하게 대응할 수 있도록 설계되어야 한다 부싱 종류F1 F2

의 경우 일반적으로 고무 제품의 유연함과 동배율 개선을 위하여 저경도의 고무를

적용하는 경우가 많은데 이 경우에는 외력에 대한 특성이 상대적으로 취약하게F1

나타나게 된다 이러한 취약점을 보완하기 위하여 본 연구에서는 그림 과 같 [ 57]

이 제품이 허용하는 범위 내에서 내철의 구배를 변화 시킨 후 실험데이터의 분석을

통해 성능 개선 방안을 찾고자 하였다

그림 부싱의 외력[ 56]

그림 의 의 경우는 구배를 주지 않은 경우이며 의 경우는 구배를 준[ 57] (a) (b)

경우를 표시하고 있다

- 51 -

의 경우 외력에 의하여 발생하는 반발력 은 순수한 고무 특성에 의해서(a) F1 Fr1

만 나타나게 된다 이러한 경우 저경도의 고무을 적용하였을 때 의 크기가 미미 Fr1

하여 적절한 특성을 발휘하지 못하게 된다

의 경우와 같이 내철에 구배를 주게 되면 의 외력에 대하여 구배가 들어간(b) F1

부분 에 의한 반발력 함께 가 생성되어 상대적으로 에 대한 저항력이 커Fr3 Fr2 F1

짐으로써 성능을 향상 시킬 수 있게 된다

그림 구배각도의 적용에 따른 차이 단면[ 57] ( )

그림 구배각도의 적용에 따른 차이 입체[ 58] ( )

- 52 -

제 장 도포공정개선제 장 도포공정개선제 장 도포공정개선제 장 도포공정개선6666

고무부싱의 내구성 향상을 위하여 필수적으로 관리하여야 할 공정이 도포공정이

다 도포공정은 접착의 원리에서부터 접착의 구조 접착의 강도 피착재의 표면처리

법 및 접착제 사용법 등 접착에 관한 전반적인 기술을 공정에 효율적으로 적용하여

야 한다

고무와 금속과의 접착력이란 접착제와 피착제 사이의 계면 결합력을 의미하며 접

착강도는 시험방법 접착방법 시험시의 조건 시편의 기하학 등 여러 인자에 의해

영향을 받는다 접착파괴는 접착제의 가장 약한 곳에서 일어나며 접착강도는 여러

가지 측정법에 따라 고유강도 잔류강도 측정강도 등과 같이 다르게 표현된다 고

무부싱의 접착구조는 그림 과 같다[ 61]

그림 접착의 구조[ 61]

프라이머 는 피착제 표면과의 친화성이나 접착제와의 상용성이 뛰어나야(Primer)

하고 동시에 접착 저해물과의 상용성도 높아야 한다 또 프라이머 중의 유효성분

쪽이 피착제 표면에 흡착되어 있는 저해성분보다 피착제에 의하여 안정하게 흡착되

어 있는 것이 중요하다 따라서 프라이머는

- 53 -

충분한 교반 균일하고 엷은 도포 그리고 완전한 건조가 이루어져야 한다 이러한

도포공정은 피착제의 모앙에 따라 달라진다

열경화성 접착제의 대부분은 유기 중합물과 각종 충진제를 유기용제에 용해 분산

시킨 것으로 사용전이나 사용 중에도 교반기 등으로 균일하게 용해 분산시킨 접착

제를 사용하는 것이 중요하다 따라서 의 도포 공정은 그림 와 같이 교 DA-2 [ 62]

반기를 추가 설치하여 공정 개선을 실시하였다

그림 설치한 교반기[ 62]

또한 피착제의 균일한 도포를 위해 롤타입의 코팅기에 기존 페인트용 롤러에서

그림 에서와 같이 융을 말아 롤러 도포하는 형태로 개선을 실시하여 코팅의[ 415]

두께 정밀도를 향상시켰다

- 54 -

그림 변경된 롤러 모양[ 63]

접착 재료를 프라이머 에서 변경하여 사용함CHEMLOK 220 252 CHEMLOK 205

으로써 접착력을 향상시켰는데 는 금속 및 경길대료의 프라이머로CHEMLOK 205

사용되며 또한 같은 극성고무에 단독으로 접착이 가능하다 NBR

방식의 경우 의 특징을 살펴보면TWO Coat CHEMLOK 205

ㆍㆍㆍㆍ 접착제의 금속 표면에서의 접착강도를 향상시킬 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ 기계적 표면처리 후 활성화된 금속표면을 산화작용으로부터 보호하며 녹방

지 도료적 역할을 한다

ㆍㆍㆍㆍ 크로로프렌이나 에피크로로히드린고무와 같은 가류 중에 염소가스를 발생

시 켜 금속표면을 부식시키기 쉬운 고무배합에 대하여 유효하게 적용된다 프

라 이머는 충분한 교반 균일하고 엷은 도포 그리고 완전한 건조가 이루어져

야 접착성이 뛰어나게 된다

도포공정 개선 전후의 효과는 그림 그림 의 도포두께 비교[ 64]~[ 67] Cpk

를 통해서도 알 수 있다DATA

아래 그림 는 도포공정의 개선전[ 64] 관리도의 그래프를 나타낸

- 55 -

것으로 관리도는 평균치와 범위에 관한 계량형 관리도에서 가장 많이 사용되

는 관리도의 하나이다 관리도는 평균치의 변화를 관리하는 관리도와 산포의

변화를 관리하는 관리도로 구성된다 관리도의 중심선(Central Line) CL=로 나

타내며 관리 상한선 은(Upper Control Limit) UCL= 로 관리하한선인 (Lower

의 경우Control Limit) LCL=

로 구한다

관리도의 관리선의 경우 중심선 관리상한선 UCL= 관리하한선 LCL

의 경우 로 구한다

여기서 등의 계수는 샘플의 크기인 에 따라 결정 되며 일 경우=4

=0729 =0 이다=2282

그림 에서[ 64] 이며=273410 관리도의 로 나타났UCL=307994 LCL=238826

다

관리도의 은CL 이며 이다=4744 UCL=1082581

- 56 -

그림 도포공정 개선전[ 64] 관리도

한편 그림 는 도포공정 개선 전의 경우에 대하여 지정된 규격의 공정능력 [ 65]

지수를 나타낸 것으로서 단기공정능력지수( 와 장기공정능력지수) ( 를 나타낸)

다 단기공정능력지수는 공정능력 ( 과 규격의 폭) ( 과의 비율을 의미하며 일반적)

으로 로 표시한다 규격은 그림 에서처럼 양쪽규격이 모두 주어진 경우 공 [ 65]

정 능력 지수는 다음과 같이 계산할 수 있다

공정 능력

로 나타내고 만약 공정 평균이 규격의 중심으로부터 어느

한쪽으로 치우쳐 있게 되는 경우 치우침도( 와) 를 조합한 단기공정능력지수

( 로 나타낸다 즉)

- 57 -

장기공정능력지수( 의 계산은)

으로서 이다

따라서 그림 에 나타난 것처럼 개선전의 공정능력은[ 65] =17854 =08458

으로서 장기 공정에 대해 만족스럽지 못한 값을 나타내고 있다

그림 도포공정 개선전 공정능력 분석그래프[ 65]

- 58 -

그러나 공정개선후의 관리도인 그림 을 살펴보면[ 66] 이며=28196 관리

도의 이고UCL=300418 LCL=263502 관리도의 은CL 로=2532 UCL=51418

나타난다

그림 도포공정 개선후[ 66] 관리도

- 59 -

개선 후에는 그림 로부터 알 수 있듯이 단기공정능력은[ 67] 으로서=31966

인 장기 공정에 대해 안정적인 것을 확인할 수 있어 도포공정 개선에=23275

대한 효과가 있음을 알 수 있다

그림 정 개선 후 공정능력 분석그래프[ 67]

또한 도포공정의 두께관리를 강화하기 위하여 작업자 교육 및 샘플링 두께 측정

검사를 통해 지속적인 모니터링을 실시하고 공정별 온도관리 및 시간 관리를 통해

작업 환경 유지관리 강화로 변함없는 품질의 제품을 생산하도록 하였다 그림 [

은 롤 코팅 공정이다68] (Roll coating)

- 60 -

그림 롤 코팅 공정[ 68] (Roll coating)

- 61 -

제 장 최적수준 결정을 위한 파라미터 설계제 장 최적수준 결정을 위한 파라미터 설계제 장 최적수준 결정을 위한 파라미터 설계제 장 최적수준 결정을 위한 파라미터 설계7777

제 절 실험계획법에 의한 유의인자 결정제 절 실험계획법에 의한 유의인자 결정제 절 실험계획법에 의한 유의인자 결정제 절 실험계획법에 의한 유의인자 결정1111

재료설계 형상설계 및 공정설계에 대한 최적조건의 결정은 부품의 품질 특성에

대한 사양 을 만족시켜야 할 뿐 아니라 생산부품 간 품질의 산포를(Specification)

최대한 줄여야 한다 의 최적설계를 위해 다구찌 기법 을 적 DA-2 (Taguchi method)

용하였다

다구찌의 강건설계 는 인자 가 품질 특성의 평균에 대해(Robust design) (Factor)

가지는 효과뿐만 아니라 분산에 미치는 효과에 대해서도 초점을 맞추고 있다 분산

을 줄일 수 있는 통제 가능한 인자에 대한 조건을 설정하여 품질특성이 통제 불가

능한 인자의 변화에 대해서는 둔감하도록 할 수 있다 강건설계의 주목적은 품질특

성의 목표값을 유지하면서 분산을 줄이는 인자에 대해 설치값 을 발견하는 (Setting)

데 있다

다구찌 설계에 의한 실험계획법은 특히 확장된 역할로서 다음의 몇 가지를 들 수

있다

ㆍㆍㆍㆍ종래에는 제어 불가능한 환경조건이나 제어하기 어려운 생산조건 공정조건

등의 원인 이를 잡음인자로 통칭 들이 데이터에 주는 영향의 정도를 평가하기 어려( )

웠으나 객관적으로 그리고 계량적으로 이를 평가할 수 있는 방법을 제시하고 있

다 또한 품질 산포의 크기를 계량특성치 손실함수 비 등 로 변환하여 산포를 ( SN )

작게 하는 인자들의 조건을 찾아가는 강건설계를 사용한다

ㆍㆍㆍㆍ직교배열표를 광범위하게 사용하여 인자의 수가 많은 경우에도 크게 실험횟

수를 증가시키지 않고 실험하는 일부 실시법을 사용한다

ㆍㆍㆍㆍ생산라인 내 뿐만 아니라 신제품 개발을 위한 품질설계 파라미터(On-line)

설계 허용오차 설계 등의 라인 외 품질관리를 위하여 유용하게 사용할 (Off-line)

수 있다

ㆍㆍㆍㆍ다구찌 방법에서 추가적으로 다룰 수 있는 주요한 것들로는 직교배열

- 62 -

표의 확대사용 수준계의 표준 직교배열표 이외에 확대 응용 혼합 직교배열표(2 3

의 사용과 조합법의 사용 계량치 데이터의 파라미터 설계 허용차 설계 그리고)

계수치 데이터의 파라미터 설계 동적 특성의 파라미터 설계 등을 들 수 있다

파라미터 설계 는 제품설계와 공정설계에서 유용하게 사용되는(Parameter design)

다구찌 실험계획법의 핵심이다 파라미터는 제품성능의 특성치에 영향을 주는 제어

가능한 인자 를 의미하며 파라미터 설계는 이들 인자들의 최적(Controllable factor)

수준을 정하여 주는 것을 말한다 파라미터를 설계변수 라고도 부 (Design variable)

르며 파라미터 설계에서는 제품의 품질변동이 잡음에 둔감하면서 목표품질을 가질

수 있도록 설계변수들의 최적조건을 구하여 준다 최적조건을 찾을 때 설계변수와

잡음을 주는 인자들을 포함시켜 실험하는 직교배열표 등을 주로 사용한다 이때 목

표 품질을 만족시키는 범위 내에서 가능한 한 비용이 적게 드는 조건이나 부품 등

을 이용한다

만약 신뢰성에 영향을 주는 제어 가능한 인자 에 대한 파라미터설계 A B C D

를 한다고 하자 는 수준 는 수준의 혼합수준 에 대한 설계 A B 4 C D 2 (Mixed level)

분석을 하려고 한다면 각 요인 변동의 계산을 표 과 같은 [ 71] L16(215형 직교배)

열표 를 사용하면 된다(Orthogonal Design)

에 대한 파라미터 설계조건으로는 내구성이 가장 좋은 최적의 설계 및 공정DA-2

조건을 구하여야 하므로 반응변수가 큰 값일수록 좋은 망대특성(Larger-the-better

에 대한 조건을 구하고 부품의 정특성 및 동특성에 대한 분석은 적characteristics)

정한 상호관계를 고려하여 별도의 실험을 행한다

- 63 -

표 다구찌 설계의 예[ 71]

- 64 -

제 절 시험데이터의 해석제 절 시험데이터의 해석제 절 시험데이터의 해석제 절 시험데이터의 해석2222

실험조건실험조건실험조건실험조건1111

제품의 신뢰성향상을 위해 지금까지 재료배합의 개선 형상개선 및 공정개선에

대한 각각의 과정을 설명하였으며 본 장에서는 관련된 여러 인자들을 동시에 고려

하여 최상의 품질특성을 나타낼 수 있는 최적인자수준의 결정에 대하여 설명하려고

한다 이는 인자들 간의 상호 작용이 상승 또는 보완작용을 할 수도 있고 반대로

서로 상극임을 나타낼 수 도 있기 때문이다

일반적으로 고무부싱의 개발에 적용되는 인자 는 다음과 같다(Factor)

ㆍㆍㆍㆍ경도 는 수요기업에서 제시하는 사양 에 따라 적정수(Hardness) (Specification)

준의 경도 도 도 도 도 를 적용하였으며 경험적으로 경도의 산포는(43 45 48 50 ) plusmn

정도이다2

ㆍㆍㆍㆍ각 부분의 모양이나 각도에 따라 고무 량에 영향을 미치게 되는 형상설계에

관해서는 내부 파이프 구배각도를(Inner pipe) 15deg~25deg로 하고 외부파이프 (Outer

의 접착부분을 로 하였으며 외경의 크기는pipe) 13mm~15mm

27mm~ 로 유지하였다278mm

ㆍㆍㆍㆍ공정설계는 가류시간을 로 하였다 가류 온도는240sec~600sec 150deg~180

로 하고 주변 온도에 영향을 받으므로 금형 표면온도는 항상 확인하였다 접착제

도포가 내구성에 영향을 주므로 접착제 두께는 으로 하고 접15micron~40micron

착제 배합조건은 로 하였다120cc~128cc

다구찌 설계에 의한 최적수준을 결정하기 위해 다른 인자는 고정시키고 경도 가

류시간 스웨징 인자에 대하여 표 와 같이 실험수준을 정하였다 [ 72]

- 65 -

표 실험인자 별 수준[ 72]

분석결과의 해석분석결과의 해석분석결과의 해석분석결과의 해석2222

실험결과의 해석은 다음과 같다

을 통해 표 의 실험조건을 입력하여 다구찌 설계를 생성한 결과MMITAB [ 72]

표 과 같은 실험조합을 얻었다 표 는 실험조합 별 시험결과 값이다[ 73] [ 74]

에서의 내구성에 대한 다구찌 설계해석의 결과는 표 의 신호 대Nominal load [ 75]

잡음비 비 평균 표준편차에 대한 반응표에 잘 나타나(SN Signal to noise ratio)

있다 그림 그림 은 비 평균 표준편차에 대한 반응 값을 도식한 [ 71]~[ 73] SN

것이다

표 의 신호 대 잡음비의 반응표를 보면 경도는 스웨징이나 가류시간에 비해[ 75]

반응변수 내구성 에 큰 영향을 미치고 있음을 보여준다 평균에 대한 반응표에서도( )

경도는 다른 인자들에 비해 반응변수의 평균에 크게 영향을 미치고 있음을 알 수

있다 표준편차 역시 경도의 수준 변화에 따라 차이가 가장 많음을 보여주고 있다

- 66 -

표 에 의한 다구찌 설계생성[ 73] MINITAB

- 67 -

표 실험조합 별 시험결과 데이터[ 74]

- 68 -

표 비 평균 표준편차에 대한 반응표[ 75] SN

신호 대 잡음 비에 대한 반응 표신호 대 잡음 비에 대한 반응 표신호 대 잡음 비에 대한 반응 표신호 대 잡음 비에 대한 반응 표

망대특성망대특성망대특성망대특성

평균에 대한 반응 표평균에 대한 반응 표평균에 대한 반응 표평균에 대한 반응 표

표준 편차에 대한 반응 표표준 편차에 대한 반응 표표준 편차에 대한 반응 표표준 편차에 대한 반응 표

- 69 -

그림 신호 대 잡음 비의 주효과도[ 71]

그림 인자수준별 평균의 주효과도[ 72]

그림 인자수준별 표준편차의 주효과도[ 73]

- 70 -

표 와 그림 에서 에서의 내구성 예측값을 가장 크게 하[ 75] [ 72] Nominal Load

는 것은 요인 수준의 조합이 일 때이다 품질 향상을 위해서는 정특성 동(4 2 2)

특성 값도 동시에 고려하여야 하므로 조합 조합 조합(4 2 2) (4 3 2) (4 1 2)

에 대한 예측 값을 함께 구하였다

표 은 에서의 내구성 예측값을 표 은 에[ 76] Nominal Load [ 77] Maximum Load

서의 내구성 예측값 표 은 정특성 예측값 표 는 에서의 동특성 예 [ 78] [ 79] 15Hz

측값 그리고 표 은 에서의 동특성 예측값을 보여주고 있다 [ 710] 150Hz Nominal

에서의 내구성 예측값은 조합 조합 조합에서 각Load (4 2 2) (4 3 2) (4 1 2)

각 목표값인 을 상회한 과170000 Cycle 178023 Cycle 174272 Cycle 175830

로서 조합일 때 더 높게 나타났다Cycle (4 2 2)

동배율은 예측 평균값을 기준으로 할 때 동배율은 조합에서는 에 (4 2 2) 15Hz

서 에서 이고 조합에서의110(1187691079) 150Hz 113(1215561079) (432)

동배율은 에서 에서15Hz 106(112856 106938) 150Hz 108(115769106938)

이며 조합에서의 동배율은 에서 에서 (412) 15Hz 108(118194 1094) 150Hz

이었다109(1195691094)

모델의 경우 수요기업에서 동배율 값이 적은 값을 요구하기 때문에DA-2 (kdks)

동배율을 고려하면 의 조합이 더 좋은 품질을 나타낸다고 할 수 있다(4 1 2)

- 71 -

표 에서의 내구성 예측값[ 76] Nominal Load

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 2 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 3 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 1 2

예측 값

신호 대

- 72 -

표 에서의 내구성 예측값[ 77] Maximum Load

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 2 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 3 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 1 2

신호 대

- 73 -

표 정특성 예측값[ 78]

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 2 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 3 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 1 2

신호 대

- 74 -

표 동특성 예측값[ 79] (15Hz)

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 2 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 3 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 1 2

신호 대

- 75 -

표 동특성 예측값[ 710] (150Hz)

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 2 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 3 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 1 2

신호 대

- 76 -

제 장 부품의 신뢰성성장관리제 장 부품의 신뢰성성장관리제 장 부품의 신뢰성성장관리제 장 부품의 신뢰성성장관리8888

제 절 신뢰성성장관리제 절 신뢰성성장관리제 절 신뢰성성장관리제 절 신뢰성성장관리1111

복잡하고 기술적인 제품의 개발 프로그램을 운영하는 데 있어서는 고객이 요구

하는 신뢰성 수준을 만족시키기 위하여 상당한 규모의 시간 예산 기술인력 등의

자원을 필요로 한다 고객들의 신뢰성 요구수준은 매우 높으므로 이러한 목표를 달

성하기 위하여 시험 개선 시험 개선의 개발과정을 반드시 거친다 이 과정에서 시- - -

스템 서브시스템 또는 모듈을 고장 날 때까지 시험하고 고장모드를 결정해서 이를

제거하기 위한 시도를 하거나 적어도 고장발생을 줄일 수 있는 시도를 하여 설계나

엔지니어링 개선을 이룬다 만약 이러한 과정이 계속되고 설계나 엔지니어링 변경

이 충분히 이루지면 시스템의 신뢰성은 증가한다 개발프로그램이 운영되는 동안

신뢰성 수준의 변화를 추적할 수 있다면 개발책임자로서는 여러 가지 이점이 있다

즉 목표하는 신뢰성 수준을 달성하기 위하여 충분한 비율로 성장하고 있는지의 여

부를 가능한 빠른 시간 내에 판단할 수 있고 그에 따라 필요한 자원을 적절히 배

분할 수 있다 따라서 개발책임자는 시험데이터로부터 현재 시스템의 신뢰성 수준

성장률의 평가 앞으로 기대되는 달성 가능한 수준을 결정하기를 원한다

신뢰성 성장관리 기술은 제품을 개발하는 데(Reliability growth management)

소요되는 많은 시간과 비용 및 엔지니어링 노력을 절감하면서 개념선택 제품과 공

정의 신뢰성 그리고 비용효율을 달성할 수 있도록 유용한 정보를 제공해 준다 군

사장비 자동차 및 전자 중장비개발 등에 적용된 최근의 신뢰성 성장시험 관리기술

은 각 분야의 경쟁적인 사업 환경 아래에서 제품개발을 효율적으로 조직하여 신뢰

성평가를 시작하고 신뢰성 성장과정을 추적할 수 있도록 해준다 신뢰성성장관리기

술은 제품 및 공정설계 관련사항 및 검증시험 항목들에 대하여 사용 환경에 따른

신뢰성 성장 진행과정을 확인하고 그 결과로부터 성장시험곡선을 개발할 수 있게

한다 또한 설계단계 사이의 여러 가지 관련성을 확인하여 관찰하고 그 정보를 다

른 제품보증분석들과 연결하여 고객 요구사항에 대한 제품의

- 77 -

적합도를 적절히 평가하는 데 도움을 준다

신뢰성성장모델은 가 개발한Crow(1975) AMSAA(Army Materiel Systems

모델이 많이 활용되었으나 이는 시스템 또는 서브시스템에서의Analysis Activity)

성장관리에 유용하고 부품수준에서는 모델을 활용하는 것이 더욱 실용적이 Weibull

다 모델은 목표 Weibull B10 수명에 대하여 초기 시작품 으로부터(Early Prototype)

후기 시작품 까지의 신뢰성 개선을 관리하는데 실용적으로 활용할(Later Prototype)

수 있다

신뢰성 성장시험 프로세스신뢰성 성장시험 프로세스신뢰성 성장시험 프로세스신뢰성 성장시험 프로세스1111

신뢰성 성장은 개발시스템에 대하여 여러 시험단계가 시리즈로 이루어지는 동안

고장모드를 발견하고 이를 개선하는 과정을 거쳐 이TAAF(Test Analyze And Fix)

루어진다 또한 기능시험 환경시험 안전시험의 결과는 신뢰성 향상을 위한 FMEA

등과 연계하여 사용된다 분석결과는 설계변경에 반영되고 최종목표가 달성될 때까

지 개선과 시험이 연속적으로 이루어진다 그림 은 일반적인 신뢰성 성장시험 [ 81]

프로세스를 보여준다 프로그램의 시작시점에 신뢰성 성장에 대한 계획을 수립하여

고객의 기대사항을 만족시킬 수 있는 성능수준에 대한 구체적인 측정치를 제시하

고 이 목적을 달성시킬 수 있는 시험조건을 정한다 시험조건은 특정한 부품이나

시스템에 대하여 고객의 사용방법과 환경에 대한 지식을 기초로 하여야 한다

개발프로젝트가 진행되는 동안 신뢰성 성장시험 프로그램이 개발되고 실행되는

과정에서 설계 및 공정의 관심사항을 확인하기 위해 QFD(Quality function

와 같은 제품보증을 위한 분석방법들이 선행되어 실시되는데 신뢰성deployment)

성장관리와 연계하여 이를 통틀어 통합 신뢰성 성장관리(Integrated reliability

라고 한다 신뢰성 성장관리를 포함한 제품설계평가의 모든growth management)

과정은 제품 공정의 신뢰성 향상에 있어 중요한 역할을 하는 제품보증기능의 한부

분이다

- 78 -

통합 신뢰성 성장시험관리 프로세스는 설계뿐 아니라 공정신뢰성(MIL-HDBK-781)

과 관련된 문제에 대응할 수 있도록 신뢰성 성장시험의 이점을 전적으로 활용할 수

있는 수단을 제공한다

신뢰성 성장관리과정을 개발함으로써 신뢰성 수준은 계속적으로 추적될 수 있고

조치를 취하고 다른 분석결과들과 비교되어 초기 신뢰성 예측을 수립하고 제품설

계에 포함된 확신을 증가시킨 후 검증시험에 들어갈 수 있도록 한다 이러한 신뢰

성 성장관리 프로세스는 제품개발 사이클에 있어서 초기 단계 동안에 신뢰성을 확

립하는 데 도움을 줄 수 있는 장치이다

그림 신뢰성성장시험 프로세스[ 81]

제품개발과정에 적용되는 신뢰성 성장시험관리 프로세스는 다음과 같다

신뢰성 성장시험조건을 결정하고 시험 사이클을 개발한다 ①

신뢰성 성장시험곡선의 사용을 통하여 시험과정을 실행하고 추적한다②

시험결과를 평가하고 다른 선행된 분석연구결과들과 비교한다③

확인된 결함을 제거하기 위해 설계변경을 실시한다④

- 79 -

설계검증시험을 준비한다⑤

신뢰성 성장시험의 주된 목적은 설계상의 약점을 확인하고 제거함으로써 설계의

신뢰성을 증가시키는 것이다 정확하게 신뢰성 수준이 변화되는 진행상황을 추적하

기 위해서는 요구사항에 대한 불합치성 을 확인하고 불합치성이(Nonconformance)

일어난 시간을 모두 추적하여야 한다 시험을 시작하기 전에 적절한 시정조치를 용

이하게 하기 위해 사전계획이 수립되어야 하며 고장분포를 결정하기 전에 각각의

고장부품에 대한 고장원인을 분리할 수 있어야 한다

부품의 개발과정에서 몇 개의 표본에 대한 고장시간 데이터가 있을 때 Weibull

분포를 활용한 신뢰성 성장분석에 대하여 설명하면 다음과 같다

가 분석의 개요가 분석의 개요가 분석의 개요가 분석의 개요

밀도함수는 그림 와 같이 특성 수명과 기울기로 고장시간Weibull [ 82] (Cycle

을 설명한다 작은 표본에 대한 고장시간 데이터가 주어졌을 때 분석Km) Weibull

을 사용하여 세 가지의 정보를 얻을 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ특정 시간이 주어졌을 때 등 부품의 신뢰도는 그 시간까지 살아 있(Cycle Km )

을 백분율이다

ㆍㆍㆍㆍ 또는 다른( 수명을 추정할 수 있다) 수명은 부품들 중 가 고장10

날 것이라고 기대되는 시간이다 즉 이 시간에서의 신뢰도는 이다 90

ㆍㆍㆍㆍ 기울기의 값은 고장률 패턴에 대한 정보를 제공해준다 기울기가Weibull 10

이라면 고장률이 일정하다는 것을 의미한다 이 경우 고장은 일반적으로 우연히

일어나며 고장률은 설계의 강건 정도에 따라 달라진다 기울기가 보다 작다면 1

고장률은 감소하고 있음을 의미한다

- 80 -

즉 높은 초기 고장률 을 말한다 기울기가 보다 크면 고장률은 증 (Infant mortality) 1

가하고 이는 마모 되고 있음을 의미한다(Wear-out)

그림 에 의한 부품의 신뢰성성장분석[ 82] Weibull 수명 비교

가장 많이 활용되는 측도는 수명이며 이것은 요구되는 목표 신뢰도가 임 90

을 의미한다 첫 번째 프로토타입이 고장 난다면 신뢰성 목표 달성을 위해 설계 변

경을 행하고 다음 프로토타입을 시험한다 이 과정은 목표 수명이 달성될 때까

지 반복한다

나 의이점나 의이점나 의이점나 의이점WeibullWeibullWeibullWeibull

부품의 개발과정에서 작은 표본에 대한 고장시간 자료가 주어졌을 때 Weibull

분석을 활용하여 신뢰성성장관리를 행하면 다음의 정보를 얻을 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ신뢰성 개선은 목표 수명이 달성될 때까지 하나의 프로토타입에

- 81 -

서 다음 프로토타입까지 추적할 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ신뢰성 개선은 시험한 프로토타입에 대해 타점으로 표현되고 빠르Weibull

게 방향을 파악하여 신뢰성 진전과정에 대한 양적 측면의 관리능력 향상을 그

래프로 확인할 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ컴포넌트를 고장 날 때까지 시험하는 것은 고장모드에 대한 아주 귀중한 정

보를 제공하고 따라서 시정조치 활동이 필요하다

ㆍㆍㆍㆍ많은 표본이 더 좋은 신뢰도를 얻을 수 있지만 분석은 많은 표본을Weibull

필요로 하지 않는다

ㆍㆍㆍㆍ고객의 운영 사용 사이클과 시험 모수의 관계가 알려져 있다면 더 빠르고( )

더 적은 비용으로 가속시험을 할 수도 있다

다 기본가정및제한다 기본가정및제한다 기본가정및제한다 기본가정및제한

ㆍㆍㆍㆍ각 분석에서 오직 하나의 고장모드만 포함되어야 한다 두 개나 그 이상의

고장 모드가 검출된다면 각각에 대해 분리하여 분석해야 한다

ㆍㆍㆍㆍ신뢰도는 시험 제한 한계 로 인해 년 마일까지 확장하여 외삽하면 안( ) 10 150K

된다 왜냐하면 시험 제한 한계 로 인해 다른 고장모드가 발생할 것인지 알 수 ( )

없기 때문이다

ㆍㆍㆍㆍ하나의 프로토타입에서 다음 프로토타입까지 기울기가 변하는 데는 특별히

주의를 하여야 한다 왜냐하면 초기 후기 수명에서 더 높은 신뢰도와 후기 초 ( ) (

기 수명에서 더 낮은 신뢰도의 할 수 도 있기 때문이다) trade-off

라 적용시기라 적용시기라 적용시기라 적용시기

ㆍㆍㆍㆍ수명의 비교는 엔지니어링 사양 이 특정한(Specification) 을 요구할 경

우 사용된다

ㆍㆍㆍㆍ이러한 접근방법은 고장시간 등 에 대하여 동일한 부품의(Cycle Km )

- 82 -

다른 시점에서의 프로토타입을 비교할 때 사용한다

ㆍㆍㆍㆍ신뢰성 목표가 달성될 때까지 계속한다

마 입력자료마 입력자료마 입력자료마 입력자료

ㆍㆍㆍㆍ프로토타입 의 몇 개 표본의 고장시간 등1 (Cycle Km )

ㆍㆍㆍㆍ프로토타입 의 몇 개 표본의 고장시간 등2 (Cycle Km )

⦙

ㆍㆍㆍㆍ마지막 프로토타입의 몇 개 표본의 고장시간 등(Cycle Km )

분석프로세스는 그림 과 같다[ 83]

프로세스프로세스프로세스프로세스 일반적 단계일반적 단계일반적 단계일반적 단계

Ⅰ 요구

또는 수명 결정

프로그램 신뢰성 목표 사용

고객의 운영 사용 프로파일 사용( )

시험 프로그램 적정시간 사용

Ⅱ 시험 프로그램 자료정보

확인과 데이터 수집초기 부품의 프로토타입

후기 부품의 프로토타입

Ⅲ 다른 프로토타입에 대한

누적고장 시간 또는 vs

거리 계산 및 타점

분석이 가능한 사용Weibull SW

가능한 가속수명시험 사용

Ⅳ 프로젝트 검토 시

현재 신뢰성 수준신뢰성 목표 적합성 결정

초기 경고 관련 정보 제공

개선을 위한 계획 정보 제공

그림 프로세스별 단계[ 83]

- 83 -

제 절 신뢰성성장 데이터분석제 절 신뢰성성장 데이터분석제 절 신뢰성성장 데이터분석제 절 신뢰성성장 데이터분석2222

초기 프로토타입 으로 부터 개의 표본을 정상하중 으(Prototype1) 6 (Nominal load)

로 고장 날 때까지 시험하고 고장모드를 기록하였다 여러 개선작업을 거친 후 후

기 프로토타입 으로부터 개의 표본을 고장 날 때까지 시험하고 고장모(Prototype2) 6

드를 기록하였다 시험 데이터는 표 에 주어져 있다 [ 81]

에 고장데이터를 입력하고 각 프로토타입 단계별로 용지에 결과MINITAB Weibull

를 타점한 결과 그림 와 같은 성장곡선이 생성되었다 [ 84] Weibull

정상하중 에서 의 평균수명 추정치는 이(Nominal load) Prototype1 127366Cycle

고 의 평균수명 추정치는 로서 의 개선을 이루었 Prototype2 176882 Cycle 389

음을 알 수 있었다 수명은 은 이었으나Prototype1 112668 Cycle Prototype2

의 수명은 로서 상당한 개선이 이루어졌음을 볼 수 있다168620 Cycle 수

명에 대한 신뢰하한은 로 추정되었다 따라서 정상부하에 의한95 162926 Cycle

시험데이터분석 결과 개선활동 재료배합개선 형상설계개선 공정개선 에 의하여 ( )

내구성 목표가 달성되었음을 알 수 있다

그림 는 에서의 신뢰구간을 보여주고 있다[ 85] Nominal load 90

최대하중 에서는 표 의 데이터 입력결과 그림 의 그래프를(Max load) [ 82] [ 86]

생성하였다 그래프로 부터 추정된 의 Prototype1 수명은 이고16362Cycle

의Prototype2 수명은 이다21850 Cycle 수명에 대한 신뢰하한추정치95

는 으로부터 로 계산된다MINITAB 20983 Cycle

의 수명과 의 수명이 다른 것은 개선 활동의 결과이Prototype1 Prototype2

- 84 -

며 에서 개선목표가 달성되었음을 알 수 있다 Prototype2

표 하중 고장시간[ 81] Nominal (Cycle)

Weibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth Curve

(Nominal Load)(Nominal Load)(Nominal Load)(Nominal Load)

그림 성장곡선[ 84] Weibull (Nominal load data)

- 85 -

Weibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth Curve

(Nominal Load-90 Cl)(Nominal Load-90 Cl)(Nominal Load-90 Cl)(Nominal Load-90 Cl)

그림 신뢰구간[ 85] Nominal Load90

- 86 -

표 하중 고장시간[ 82] Max (Cycle)

Weibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth Curve

(MaxLoad)(MaxLoad)(MaxLoad)(MaxLoad)

그림 성장곡선[ 86] Weibull (Max load data)

- 87 -

제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론9999

본 연구는 자동차현가장치인 고무부싱 의 신뢰성향상을 위한 기(Rubber bushing)

술개발과제이다 에나 인더스트리는 수출전문기업으로서 주요 경쟁사에 비해 고성

능 고내구성의 제품을 짧은 기간 내에 개발할 수 있는 능력을 갖추어야 해외 시장

에서 경쟁력을 가질 수 있다

본 연구개발에서는 수요기업에서 요구하는 GMUTS(General Motors Uniform

의 사양에 따른 시험을 실행하여 내구성을 목표 사이클 이상으Test Specification)

로 개선하고 정특성과 동특성 비틀림 토크를 개선항목으로 선정하여 제품의 품질

및 신뢰성 향상을 진행하였다

수요기업의 요구 수준에 의하면 내구성은 와 Tension Compress Alternating

가 동시에 일 때 일 때Torsion Stress Maximum Load 20000 Cycle Normal Load

을 요구한다 본 프로젝트의 경우 해외의 부품메이커들에 대한 경쟁150000 Cycle

력 우위를 확보하기 위하여 기본 요구 수준을 넘어 향상된 제품신뢰성을5~10

확보를 목표로 하였다 내구성 정특성 및 동특성에 대한 시험은 직접 행하였고 비

틀림토크에 대한 부분은 추가적인 시험장치가 필요하여 수요기업의 실험실에 샘플

을 제출하여 요구수준을 검증받았다

본 연구개발의 성과를 요약하면 다음과 같다

우선 기술적 효과로는

설계기술의 확보(1)

재료배합설계 형상설계 공정설계에 대한 기술을 확보하여 내구성을 비롯한 품

질특성을 향상시킬 수 있었다 종래에는 설계 개발 생산프로세스에서 경험적 방법

에 의존하여 시행착오가 많았으나 본 연구를 통하여 과학적이고 체계적인 방법으

로 접근할 수 있는 기술이 확보되었다

설계 요소의 기술적 배치를 위한 실험계획법의 활용기술 확보(2)

- 88 -

종전에는 고무 배합설계 형상설계 공정설계에 대하여 설계요인 별 수 (Facter)

준 을 무작위로 추출하여 실험하였으나 본 실험계획의 과정을 따르면 요인들(Level)

이 계획적으로 반영되어 품질특성에 각각 어느 정도의 영향을 미치는지 분석이 가

능하게 된다 또한 다구찌에 의한 강건 설계의 생성으로 산포를 줄일 수 있다

잠재적 고장원인 분석방법 기술 확보(3)

제품기능에 대한 잠재적 고장모드의 예측과 시험항목을 판단하고 최종적으로는 설

계검증 과 공정검증 의 세부항목과 효과적(Design verification) (Process verification)

으로 연계가 가능하다

신뢰성 데이터분석기술 확보(4)

부품의 개발과정에서 몇 개의 표본에 대한 고장시간 데이터가 있을 때 Weibull

분포를 활용한 신뢰성 성장분석이 가능하게 되었다 개발프로그램이 운영되는 동안

신뢰성 수준의 변화를 추적할 수 있어 목표하는 신뢰성 수준을 달성하기 위하여 충

분한 비율로 성장하고 있는지의 여부를 가능한 빠른 시간 내에 판단할 수 있고 그

에 따라 필요한 자원을 적절히 배분할 수 있다 따라서 개발책임자는 시험데이터로

부터 현재 시스템의 신뢰성 수준 성장률의 평가 앞으로 기대되는 달성 가능한 수

준에 대한 결정이 가능하다

경제적 측면의 효과로는

제품에 대한 내구성 및 동특성 정특성에 대하여 요구사양 이상으로 특성관리(1)

를 행할 수 있어 해외 부품메이커들에 대한 경쟁력 우위로 수출력을 향상할 수 있

게 되었다

개발기간을 단축할 수 있게 되어 개발비의 절감을 가져올 수 있게 되었다(2)

재료배합 형상설계 및 공정설계에 대한 기술개발의 표준 정립으로 개발 기간의 단

축이 가능하게 되었다

본 과제 결과를 활용하여 다른 방진제품에 대한 신뢰성 관리로 수출(3)

- 89 -

시장을 개척하여 신규거래처를 확보할 예정이다 신뢰성 데이터의 관리가 이루어져

제품수명에 대한 설득력 있는 자료의 제시가 가능하게 되었다

향후 연구계획으로는

고무부싱부품의 특성상 내구성만의 개선이 최선이 아니고 정특성과 동특성을 일

정수준으로 동시에 고려하여야 한다 따라서 이 부분에 대한 동시적인 실험설계가

시스템화 되도록 추가적인 연구가 요구된다

- 90 -

참고문헌참고문헌참고문헌참고문헌[ ][ ][ ][ ]

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[8] McLean R A and Anderson V I Extreme Vertices Design of Mixture

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- 96 -

주 의

이 보고서는 산업자원부에서 시행한 부품소재종합기술지원사업의 최1

종보고서이다

이 신뢰성기반기술확산사업 내용을 대외적으로 발표할 때에는 반드시2

산업자원부에서 시행한 부품소재신뢰성기반기술 사업의 지원결과임을

밝혀야 한다

- 97 -

이 보고서는 산업자원부에서 시행한

부품소재 신뢰성기반기술확산사업의 최종보고서이다

- 24 -

제 장 재료배합개선제 장 재료배합개선제 장 재료배합개선제 장 재료배합개선4444

제 절 배합의 기본 조건제 절 배합의 기본 조건제 절 배합의 기본 조건제 절 배합의 기본 조건1111

방진 고무부품을 만들려면 다음의 가지 공정을 거친다3

배합공정 사용목적에 따라 원료고무를 선택하고 배합약품의 종류와 양을 결middot

정하는 공정

가공공정 정해진 배합에 따라서 고무와 배합약품을 섞고 혼련 일정한 두께middot ( )

의 고무 시트를 제조하고 만들고자 하는 모양으로 절단하는 공정

가황공정 만들고자하는 모양으로 절단한 미가황 고무에 고무 탄성을 갖게middot

하고 물성을 개선하는 공정

이들 중 배합은 가공공정 가황공정 및 만들어진 제품 성능에 절대적인 영항을 미

치므로 배합설계자는 배합설계 를 할 때 다음의 가지 점(Compounding design) 3

에 균형을 잘 조화 시켜야 한다(3P)

최종 제품의 요구물성을 충족시킬 것middot (Property)

가공이 쉬울 것middot (Processing)

부피 당 배합단가가 적정할 것middot (Price)

또한 이와 같은 조건을 충족시키는 배합설계를 하기 위해서 배합설계자는 배합

의 목적 배합에 사용되는 원료고무와 각종 배합제의 성질 배합의 기초 배합단가

제품이 만들어 질 때까지의 작업 및 설비 등을 주지해야 한다

배합에는 원재료의 시험이나 평가를 목적으로 하는 배합과 공장에서 제품을 만들

기 위한 배합으로 나룰 수 있다

원재료의 시험이나 평가를 목적으로 하는 배합은 원재료의 대체나 품질

- 25 -

확인을 위한 기초 배합과 새로운 원재료가 개발됐을 때 이곳에 대한 실제적인 용도

개발을 위한 시험 또는 연구배합이 있다 개발을 위한 시험 또는 연구배합에서는

기초적인 성상을 구하는 배합으로부터 실용화에 대비한 응용배합에 이르기 까지를

검토의 대상으로 하기도 한다

제품을 생산하기 위한 목적으로서의 배합이란 종래에 없었던 새로운 요구가 있

었을 때 종래 사용하던 원재료를 써서 그 목적에 알맞은 배합을 결정하여 공장에

서의 실제 생산에 투입하는 경우를 뜻한다

고무 부싱과 엔진마운트와 같은 방진을 목적으로 하는 고무제품의 재료를 보면

등의 계의 고무가 적합하다는 게 일반적인 고무업체의 정설이NR SBR BR Diene

다 하지만 목적에 맞게 고무의 원재료를 선택하여야 한다 결국 방진이라는 기능의

고무 특성을 만족하기 위해서는 가교라는 차원 구조의 밀도를 요구하고 있다는 것3

을 알 수 있다

일반적인 방진고무의 요구특성으로는 다음과 같은 조건을 만족하여야 한다

첫째 파단 특성을 만족하여야 한다 즉 분자들과의 높은 응집력과 와의 높 Filler

은 친화성으로 응력을 분산시키는 구조로 이루어져야하는 조건을 만족하여야 하며

둘째 특성을 만족하여야 한다 에 대한 조건을 만족시키기 위해서 Creep Creep

는 고무의 분자 회전성이 높고 응집에너지가 낮을수록 좋다

셋째 내열성 및 내열 산화성에 대한 조건을 만족하여야 한다 이것은 일반적으로

기계적인 모든 성질은 온도의 의존성이 낮을수록 바람직하다고 할 수 있다 이에

방진목적의 고무도 이 같은 성질을 만족하여야 한다

- 26 -

넷째 일반적인 방진 제품은 고무만의 단독 현상으로는 그 형태를 유지하기 힘들

며 금속과의 결합을 통하여 그 방진특성을 만족하여야 한다 이에 방진고무의 기본

적인 성질은 금속과 접착성이 좋아야 한다는 조건을 만족하여야 한다

다섯째는 감쇄계수에 대한 부분으로 감쇄계수가 크고 온도의존성이나 주파수 의

존성이 좋아야 한다 일반적으로 은 감쇄가 적고 소변형에서 대변형에 이르기까 NR

지 선형의 복원을 하며 주파수에 의존하지 않은 특성을 가지고 있으므로 방진고무

로 적합하다고 할 수 있다

여섯째 탄성율에 관한 내용으로 일반적으로 방진 고무의 탄성율은 온도 및 진폭

의존성이 낮은 쪽이 좋게 된다

마지막으로는 정적강성과 동적 강성의 비로 표현되는 동배율에 유의해야 한다

일반적으로 방진고무의 감쇄 특성을 고려하면 동배율이 높은 것이 유리하지만 동적

특성의 온도의존성 변형율 동적 변형율에 의한 발열 및 내피로특성을 보면 저동배

율 쪽이 유리하다

제 절 재료배합 개선방안제 절 재료배합 개선방안제 절 재료배합 개선방안제 절 재료배합 개선방안2222

원재료 및 배합제의 개선원재료 및 배합제의 개선원재료 및 배합제의 개선원재료 및 배합제의 개선1111

고무부싱 제품의 경우 그 기능상의 요구로 인하여 주로 계열의 천연고무를NR

원재료로 사용한다 본 연구에서도 계열의 천연고무를 원재료로 하고 요구 특성 NR

의 개선을 위해 배합제의 선정을 대해 연구하였다 일반적으로 천연고무 및 합성고

무에 적용되어지는 배합제는 가황속도 조절 가공의 원활화 품질특성 개선 그리고

특수 성능 등의 목적으로 사용되어

- 27 -

진다 배합제의 종류로는 가공조제 연화제 유기가황제 가황촉진제 노화방지제

등으로 나눌 수 있다

요구 경도의 결정은 함량을 조절하여 설계하였으며 품질특성을 향상 시Carbon

킬 수 있는 재료를 연구한 결과 미세 으Caron Carbon Black(MAF FEF GRADE)

로 물성을 향상 시킬 수 있도록 하였다 특성에 큰 영항을 주는 배합제의 경우 그

용도에 따라 많은 종류를 인자로 적용할 수 있지만 많은 인자로 인하여 발생하는

비용적 시간적 손실을 최소화하기 위해 본 연구에서는 원재료와 함량을 Carbon

고정한 후 촉진제 종류와 가황제의 양을 조절하는 방식으로 배합제에 대한 최적의2

조합을 선택하는 방법으로 접근하였다

내구성 향상을 위한 방안내구성 향상을 위한 방안내구성 향상을 위한 방안내구성 향상을 위한 방안2222

내구성을 향상시키기 위한 일반적인 방법은 경도를 향상시키는 것인데 경도를

높이는 방법만으로는 다른 특성 즉 정 동특성을 동시에 만족시킬 수 없는 어려움이-

있다 이에 본 연구에서는 방진용 제품이 요구하는 정 동특성과 내구성을 Bushing -

동시에 향상 시킬 수 있는 방안을 모색하기 위하여 촉진제와 가황제를 이용하여 최

적을 배합설계를 이루고자 하였다

내구성을 향상시키기 위한 방법으로 보통 량의 조절을 통한 경도 조절법Carbon

을 이용하게 되는데 본 연구에서 적용한 은 미세 Carbon Carbon Black(MAF FEF

으로 인장강도 및 경도 인장응력을 증대하는 효과를 얻고자 하였다 이러GRADE)

한 미세 의 적용과 동시에 보강제의 분산 및 흐름성 개선을 위하여Carbon Black

가공조제를 개선하여 적용하였다

가교시스템의 향상 방안가교시스템의 향상 방안가교시스템의 향상 방안가교시스템의 향상 방안3333

가황반응 고분자 주쇄간 가교결합을 통한 차원 망상구조를 형성하(Vulcanization) 3

여 고분자 화합물의 복원력 탄성 특성 및 기타 요구물성을

- 28 -

증가시킨다 다양한 가교결합 형태 중 방진고무산업에서 많이 이용되고 있는 가교

결합은 을 도입한Polysulfide (-C-Sx-C- x=1~4) Conventional CV(Vulcanization)

계를 많이 사용한다 여기서 사용되고 있는 인 천연고무 Polymer (Natural Rubber

의 배합에 있어 가교 또는 가류형태의 변화에 따라 물성 및 특성의 변화가 있NR)

음을 알 수 있다 즉 가교형태 변화에 따른 유사한 특성을 나타내는 Stress-Strain

조건하에서 공정특성 및 전반적인 물성에 영향을 미침을 알 수 있다 의 기 Polymer

본 배합에서 촉진제나 황 공여체 증가에 따라 가류 유도시간(Sulfur Donor)

은 길어지나 가류속도는 빨라진다 특히 고온 가류 시 과 가류(Induction time)

에 의한 물성하락을 방지하기 위해 열 안정성이 우수한(Overcure) EV(Efficient

계를 사용하는 것이 근래에 소개되고 있다 고분자의 물성은 가교형Vulcanization)

태뿐 아니라 가교밀도에 크게 의존한다 가교계 변화에 따른 인장강도의 영향은 매

우 적은 반면 신장율은 계에서 로 같수록 감소CV(Conventional Vulcanization) EV

하는 경향이 있다

이란 가류시간의 지연 또는 과가류로 인한 고무 물성의 저하를 말한Reversion

다 이러한 현상은 제품의 외면이 과도한 열에 노출될 수 있다 다중황공유 결합의

열적노화현상이 발생하며 가교형태가 다중황 결합에서 단일황(Polysulfidic)

결합으로 바뀌게 되며 밀도가 현저하게 저하되고 환상형 씨오알켄(Monosulfidic)

과 씨오알칸 구조로 바뀌게 된다 결과적으로 재료의 물성(Thioalkene) (Thioalkane)

과 기계적 성질이 떨어지게 된다

이 발생하는 시간을 가교형태에 따라 비교하여 보면Reversion CV lt Semi-CV lt

으로 알려져 있으며 시스템에서는 촉진제 종류에 따라서 인장과 신율의 물EV EV

성에 하락 없이도 공정 안정성 특성이 매우 우수하다 이 Anti-Reversion

으로 인해서 물성과 기계적 성질을 향상시킬 수 있으며 황공여체 사Anti-Reversion

용 또는 계로 가교형태를 전환함으EV

- 29 -

로써 가능하다 이로써 가교의 다중황결합 을 줄이고 단일 또는 이중황 결 (S3~S8)

합으로 내열성 및 결합의 안정성을 증가시킬 수 있다 이러한 과정에서 공정설계상

계보다 더 낮은 가류온도와 더 길어진 가류시간이 필요하게 된다 이러한 계CV EV

에서는 정도의 황과 계에 비해서 다소 많은 양의 촉진제를 사용하02~05 phr CV

게 된다 여기에 근거하여 혼합물성분의 한계 표 표 에 나타난 황과 촉 ([ 42] [ 44])

진제 양의 범위를 정하였다

발생 시간의 효율적인 제어를 위하여 본 연구에서는 적절한 촉진제의Reversion

배합량을 조절하여 방진제품에서 요구하는 특성을 만족하는 조건을 선정하고자 하

였다 그림 은 의 예를 보여준다 [ 41] Reversion

그림 의 예[ 41] Reversion

본 연구에서는 인장 내열 강도의 증가와 동 정특성 내구성 증가를 위한 가교 시- -

스템의 향상 방안으로 황량을 조절하여 Convension Type(Efficient Vulcanization

을 통하여 결합력을 증대시켰으며 촉진제를 조절하여 가- CURE STIES-CC-C)

교효율을 증대하였다 또한 가황 조건에 변화가 적은 배합설계를 하여 향상된 적정

가황이 될 수 있도록

- 30 -

하였으며 를 정립화하여 최적의 적정 가황 포인트를 찾아 인장이 최CURE-STUDY

적일 때 내구성이 최적이고 가황제품과 시편을 동시에 함으로 시편과CURE-STUDY

제품의 상의성을 방지할 수 있었다

자동차업계에서는 일반적으로 고가의 폴리머를 선호하지만 본 연구를 통하여 가

격이 낮은 폴리머로도 성능향상이 가능하다는 것을 입증하였고 향후 타 아이템에도

연계 적용함으로 새로운 배합설계를 구축하였다

실험계획법의 적용실험계획법의 적용실험계획법의 적용실험계획법의 적용4444

기존의 개발 진행 방식은 경험에 의한 시행착오 접근 방법을 사(Trial and Error)

용하여 성능향상을 도모하였으나 본 연구에서는 배합물설계에 위한 실험계획법

기술을 적용하여 이론적으로 최적의 배합설계를 이(DOE Design of Experiment)

룰 수 있는 방법을 연구하였다

일반적인 고무제품의 배합은 많이 알려져 있지만 특성 향상을 위한 방안이나 그

배합에 대한 신뢰성에는 많은 의문점이 제기 되는 게 현실이다 본 연구에서는 요

구특성을 만족시키기 위하여 선정된 촉진제의 배합조건의 최적화를 실현하기 위하

여 실험계획법의 꼭지점계획법을 이용하여 그 효율성을 검증하고자 하였다 배합의

경우 어느 독립적인 인자의 선정으로는 그 효과를 극대화 시킬 수 없는 특성이 있

는데 본 연구에서는 선정된 촉진제 및 폴리머의 조건 하에서 최적의 배합 조건을

찾아보고자 하였다

재료배합설계의 개선을 위한 방안을 정리하면 표 과 같다[ 41]

- 31 -

표 내구성 및 정 동특성 동반향상을 위한 개선방안[ 41] -

항 목항 목항 목항 목 기존 방안기존 방안기존 방안기존 방안 제안된 개선 방안제안된 개선 방안제안된 개선 방안제안된 개선 방안

배합 설계 방안

경험적 배합 설계

고 배합설계COST

국내수급재료사용

실험적 분석기법 도입

저 배합설계COST

해외재료수입

내구성 향상

량 변경Carbon

용도별 적정 적용Carbon

정동특성 향상 방안을 동시==gt

고려

경험적 수치의 가황제 량 선정

가교 시스템 향상 방안을 고려한

가황제 량 선정

(EV - CURE)

결합력 증대==gt

경험적 수치에 의한 촉진제 량

선정 경도별 선정 미비( )

가교 효율을 반영한 촉진제 량의

선정

적정한 가황 포인트 파악을 위한(

실시Cure Study )

정 동특성 향상-

정특성 향상 방안 경도 증가

동특성 향상 방안 경도 하락

두 특성을 만족시키기 위한==gt

경험적 수치의 경도 선정

데이터베이스를 활용한 배합설계

정 동특성을 동시에 만족할 수-

있는 배합제 적용

분산 및 흐름성 개선==gt

형상개선과 동시 고려==gt

- 32 -

표 는 지원 전 배합비율과 특성별 성능수준을 나타낸다[ 42]

표 지원 전 성능수준[ 42]

- 33 -

제 절 꼭지점계획법에 의한 최적배합조건제 절 꼭지점계획법에 의한 최적배합조건제 절 꼭지점계획법에 의한 최적배합조건제 절 꼭지점계획법에 의한 최적배합조건3333

재료설계에 적용되는 실험계획은 혼합물 배합에 관한 실험계획으로서 몇(Mixture)

개 성분의 혼합물 중 어떠한 성분이 품질의 특성에 유의한 영향을 미치는지를 분석

하여 반응을 최대로 만드는 최적혼합비율을 찾고자 하는 실험계획이다

혼합물실험에 적용되는 실험계획으로는 심플렉스 격자형배열법 심플렉스 중심배열

법 꼭지점 계획법 등을 주로 적용한다 본 실험에서는 심플렉스의 전 영역이 아니

라 제한된 영역에서 실험을 하고자 하므로 꼭지점계획법(Extreme vertice design)

을 적용하였다

고무부싱의 재료배합에서는 개의 성분재료가 있고 이들을 어떤 비율로 배합하는

것이 품질특성치를 가장 좋게 하는가를 찾는다 성분의 혼합에 있어서 를 번째

성분의 혼합비율이라고 하면 다음과 같은 관계식을 만족시켜야 한다

이러한 경우는 일반적 실험계획법처럼 심플렉스의 모든 영역에 실험이 배치되는 것

이 아니고 제한된 영역에서만 실험을 하는 경우이다 즉 각 인자 가 (Factor) 0 le

의 모든 값을 취할 수 있는 것이 아니라 제한된 구간1le

안에서만 값을 취한다 이와 같은 경우는 경제적인 이유나 또는 실험 전에 인자들

의 성질에 대하여 상당한 정보가 있는 경우이다 위의 식과 같은 인자의 구간이 설

정되면 실험가능영역은 심플렉스 상의 좁은 영역이 된다

- 34 -

과 은 제한된 실험영역에 대한 실험계획법으로 꼭지점 계획법Mclean Anderson

을 제안하였다 이 계획법은 제한된 영역이 가지는 모든(extreme vertices design)

꼭지점과 이 꼭지점들의 선형조합으로 이루어지는 몇 개의 점을 적절히 선택하는

실험계획법이다 만약 개의 혼합성분이 사용되는 경우 실험영역을 그림으로 그리 4

면 그림 와 같이 사면체 속에 위치하는 면체가 된다 과 은[ 42] 6 Mclean Anderson

이 면체의 꼭지점과 중심점을 실험점으로 선택하는 방법에 대한 예제를 제시하고6

있다

그림 개의 혼합성분에 대한 꼭지점계획법[ 42] 4

고무부싱의 재료설계 시 혼합물은 고무 카본 및 배합원료로서 황화제 촉진제

가공제 유기산 금속산화제 노화방지제 보강제 충진제 등을 사용한다

재료 배합 실험은 경도별로 나누어 실행되었으며 표 은 경도 도 오차범[ 43] 48 (

위 plusmn 도 에 대한 혼합물성분의 한계이다 에 성분의 한계를 입력한 결과2 ) MINITAB

네 가지 성분에 대하여 표 와 같은 총 회의 실[ 44] 17

- 35 -

험점이 생성되었다 실행 의 경우 의 성분을 1 A B C D 09807 00068 00011

의 비율로 섞어서 실험하라는 의미이다00114

표 혼합물 성분의 한계[ 43] (48Hs)

성분 하한 상한

A 외 기타Polymer 09774 09807

B 촉진제1 00068 00085

C 촉진제2 00011 00022

D Sulfur 00114 00119

표 꼭지점계획법에 의한 실험설계와 결과데이터[ 44] (48Hs)

을 활용한 혼합물 설계 데이터분석 결과는 표 표 과 같다MINITAB [ 45][ 46] 17

회의 실험점에 대한 데이터분석 결과 각 실험 점에서의 적합추정치와 신뢰구 95

간을 구할 수 있었다

- 36 -

표 을 보면 실험점 에 의한 배합조건으로는 신뢰구간으로[ 45] 14 95

의 내구성이 나타난다 에서는 각 성142322cycle ~ 146166cycle Nominal Load

분에 대한 제한조건을 만족시키면서 내구성을 최대로 하는 처리조건은 인자의 네

가지 성분 즉 외 에 대한 배합 비율이 Polymer Acc1 Acc2 Sulfur 097740

이었다 그리고 이 처리조건에서 예상되는 내구성은00085 00022 00119

에 도달할 것으로 추정되었다146943cycle

에서는 인자의 네 가지 성분의 배합비율이 와 마찬Maximum Load Nominal Load

가지로 이었다 그리고 이 처리 조건에서 예상되는09774 00085 00022 00119

내구성 추정치는 이었다18917cycle

표 데이터분석 결과[ 45] (48Hs Nominal Load)

에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응Dura(Nom)Dura(Nom)Dura(Nom)Dura(Nom)

- 37 -

반응 최적화 모수반응 최적화 모수반응 최적화 모수반응 최적화 모수

글로벌 솔루션글로벌 솔루션글로벌 솔루션글로벌 솔루션

예측 반응예측 반응예측 반응예측 반응

Dura(Nom) = 146943

- 38 -

표 데이터분석 결과[ 46] (48Hs Maximum Load)

에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응Dura(max)Dura(max)Dura(max)Dura(max)

반응 최적화 모수반응 최적화 모수반응 최적화 모수반응 최적화 모수

글로벌 솔루션글로벌 솔루션글로벌 솔루션글로벌 솔루션

외Polymer = 09774

- 39 -

Acc1 = 00085

Acc2 = 00022

Sulfur = 00119

예측 반응

Duro(max) = 189171

경도 도 오차범위 도 에 대한 혼합물성분의 한계와 에 의한 실험50 ( plusmn 2 ) MINITAB

점은 표 표 과 같다[ 47] [ 48]

표 혼합물 성분의 한계[ 47] (50Hs)

- 40 -

표 실험계획의 결과[ 48] (50Hs)

경도 도에 대한 혼합물 설계 데이터분석 결과는 표 표 과 같다50 [ 49][ 410] 17

개 실험 점에서의 적합추정치와 신뢰구간은 예측반응에 잘 나타나 있다95

에서는 각 성분에 대한 제한조건을 만족시키면서 내구성을 최대로Nominal Load

하는 처리조건은 외 기타 의 각 성분에 대하여 배합비Polymer Acc1 Acc2 Sulfur

율이 이고 이 처리조건에서 예상되는 내구성은09687 00088 00025 00200

에 도달할 것으로 추정되었다159209 Cycle

에서는 인자의 네 가지 성분의 배합비율이 와 마찬가Maximum Load Nominal Load

지로 이었다 그리고 이 처리조건에서 예상되는 내09687 00088 00025 00200

구성 추정치는 이었다 일 때와 일218572 Cycle Nominal Load Maximum Load

때의 적정배합비율이 다르게 나오는 경우가 있는데 이는 오차범위 경도의 경우( plusmn

도 가 비교적 넓은 고무의 특성에서 비2 )

- 41 -

롯되거나 측정오차에 따른 결과로 추정된다

표 데이터분석 결과[ 49] (50Hs Nominal Load)

에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응Duro(Nor)Duro(Nor)Duro(Nor)Duro(Nor)

반응 최적화 모수반응 최적화 모수반응 최적화 모수반응 최적화 모수

- 42 -

글로벌 솔루션글로벌 솔루션글로벌 솔루션글로벌 솔루션

예측 반응예측 반응예측 반응예측 반응

Duro(Nor) = 159209

표 데이터분석 결과[ 410] (50Hs Maximum Load)

에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응Duro(max)Duro(max)Duro(max)Duro(max)

- 43 -

반응 최적화 모수반응 최적화 모수반응 최적화 모수반응 최적화 모수

글로벌 솔루션글로벌 솔루션글로벌 솔루션글로벌 솔루션

예측 반응예측 반응예측 반응예측 반응

Duro(Max) = 218572

재료배합시험에 있어서 가류시간이 특성 치에 영향을 미치므로 레오그래프

분석에 의해 적정가류시간을 결정한다 레오그래프는 다음의 용도에(Rheograph)

활용된다

고무제품의 가류도 측정①

가류속도 측정②

최적의 가류공정 조건 확립③

가류약품 선정 및 배합 작성Recipe④

고무제품의 품질관리⑤

아래 그림 은 경도 도에 대한 재료의 레오그래프이다 그래프에 나타난 용[ 43] 48

어를 설명하면 다음과 같다

혼합물 의 가 가류되었을 때의 시간을 나타내며 가류시간을tc90- (Compound) 90

결정하는 기준으로 사용된다

스코치시간 을 나타내며 원하지 않는 가교가 일어ts2 - (Scorch time)

- 44 -

나는 시간으로 적절한 가류시간을 찾기 위해 필요한 과정임

고무의 특성을 토르크 값으로 나타낸 값으로 일반적으로 혼합물Tmax- (Torque)

의 경도에 따라 변함

평형 토르크MH- (Equilibrium torque)

최소 토르크ML- (Minimum torque)

본 재료시험에 적용된 가류시간은 의 배 사이에서 적정수준을 결정하tc90 1-15

였다

연구의 결과 카본의 입자가 작을수록 내구성은 향상시키지만 대체로 분산이 잘 되

지 않아 혼합물의 품질이 고르지 못하였다 따라서 카본의 분산도를 평가하여 만족

할 만한 수준이 나오는지 확인하였으며 상대적으로 작은 입자경의 카본을 사용하

여 내구성을 높이려 하였다

그림 경도 도 고무에 대한 레오그래프[ 43] 48

- 45 -

실험의 결과 카본블랙과 레오그래프와의 관계는 그림 와 같이 나타났다 그림[ 44]

에서 보는바와 같이 입자경의 크기가 증가함에 따라 결합력이 약해지므로 토르크

값이 낮아짐을 알 수 있다

그림 각종 카본블랙의 레오그래프[ 44]

- 46 -

본 연구에 적용된 카본 입자경의 크기와 양은 표 과 같다[ 411]

경도변화는 카본입자의 크기와 양에 따라 결정이 되며 레오그래프의 값이 Tmax

이러한 사실을 보여주고 있다

표 레오그래프상의 경도와 카본의 관계[ 411]

레오그래프는 섭씨 도에서 그려짐PHR = Part in Hundred Rubber 160

- 47 -

제 장 형상개선제 장 형상개선제 장 형상개선제 장 형상개선5555

제 절 외철의 스웨징 율 변화에 의한 개선제 절 외철의 스웨징 율 변화에 의한 개선제 절 외철의 스웨징 율 변화에 의한 개선제 절 외철의 스웨징 율 변화에 의한 개선1111

높은 품질의 부싱을 개발하기 위해서는 적절한 재료설계에 의한 경도 및 고무 특

성의 설정이 매우 중요한 요소이지만 고무의 특성 개선에만 의존하는 것은 한계점

이 있다 따라서 제품의 형상변화를 통해 고무의 특성을 극대화함으로써 내구성 및

품질특성을 향상시킬 수 있다

그림 은 부품의 세부형상과 설계도이다[ 51]

그림 세부형상[ 51] DA-2

- 48 -

그림 는 제품의 단면을 보여준다 그림에서 는 다른 모델에 비해 고무[ 52] DA-2

량이 다소 적음을 알 수 있다 형상 변화를 통한 품질특성의 개선을 시도함에 있어

서는 부품에 대한 조립성과 제조성 을 반드시(DFM Design for Manufacturability)

고려하여 형상변화를 꾀하여야 한다 본 제품의 경우 외철 과 내철 (outer pipe)

의 길이는 한정되어 있으며 그 직경의 변화도 허용공차를 미만(Inner pipe) 05 mm

의 수준으로 요구하고 있다

형상변경을 통한 성능향상 방안으로서 외철에 대한 스웨징율 을 변(Swaging rate)

경함으로서 외경크기의 변화를 시도하였으며 또한 내철의 구배각도를 변화시켜 개

선점을 찾으려고 노력하였다

그림 단면[ 52] DA-2

부싱의 경우 일반 적으로 스웨징이라는 공정을 거치게 되는데 이는 공정에서 외

경의 크기 조정을 통하여 성능을 향상 시키는 방법으로서 스웨징율을 조정함으로서

외철의 외경 크기를 허용범위 내어서 변화시키는 것이다 이는 스웨징에 따른 직경

변화에 의해 고무의 조직이 조밀해져 고무 특성을 향상시킬 수 있게된다

그림 은 스웨징의 방향을 나타내며 그림 는 스웨징 전 후의 외철의 크[ 53] [ 54]

기 변화를 보여주고 있다

- 49 -

그림 스웨징 방향[ 53]

그림 스웨징 전후의 외경 크기의 변화 단면[ 54] ( )

제 절 내철의 구배 변화에 의한 개선제 절 내철의 구배 변화에 의한 개선제 절 내철의 구배 변화에 의한 개선제 절 내철의 구배 변화에 의한 개선2222

아래 그림 는 형상 변화를 시도할 수 있는 내철 끝단 부분의 구배를 표시한[ 55]

그림으로서 는 구배각도를 나타낸다a

- 50 -

그림 구배각도[ 55]

그림 은 본 제품의 특성 요구 사항을 그림으로 표시한 것으로 고무부싱은[ 56]

및 의 외력에 대하여 적절하게 대응할 수 있도록 설계되어야 한다 부싱 종류F1 F2

의 경우 일반적으로 고무 제품의 유연함과 동배율 개선을 위하여 저경도의 고무를

적용하는 경우가 많은데 이 경우에는 외력에 대한 특성이 상대적으로 취약하게F1

나타나게 된다 이러한 취약점을 보완하기 위하여 본 연구에서는 그림 과 같 [ 57]

이 제품이 허용하는 범위 내에서 내철의 구배를 변화 시킨 후 실험데이터의 분석을

통해 성능 개선 방안을 찾고자 하였다

그림 부싱의 외력[ 56]

그림 의 의 경우는 구배를 주지 않은 경우이며 의 경우는 구배를 준[ 57] (a) (b)

경우를 표시하고 있다

- 51 -

의 경우 외력에 의하여 발생하는 반발력 은 순수한 고무 특성에 의해서(a) F1 Fr1

만 나타나게 된다 이러한 경우 저경도의 고무을 적용하였을 때 의 크기가 미미 Fr1

하여 적절한 특성을 발휘하지 못하게 된다

의 경우와 같이 내철에 구배를 주게 되면 의 외력에 대하여 구배가 들어간(b) F1

부분 에 의한 반발력 함께 가 생성되어 상대적으로 에 대한 저항력이 커Fr3 Fr2 F1

짐으로써 성능을 향상 시킬 수 있게 된다

그림 구배각도의 적용에 따른 차이 단면[ 57] ( )

그림 구배각도의 적용에 따른 차이 입체[ 58] ( )

- 52 -

제 장 도포공정개선제 장 도포공정개선제 장 도포공정개선제 장 도포공정개선6666

고무부싱의 내구성 향상을 위하여 필수적으로 관리하여야 할 공정이 도포공정이

다 도포공정은 접착의 원리에서부터 접착의 구조 접착의 강도 피착재의 표면처리

법 및 접착제 사용법 등 접착에 관한 전반적인 기술을 공정에 효율적으로 적용하여

야 한다

고무와 금속과의 접착력이란 접착제와 피착제 사이의 계면 결합력을 의미하며 접

착강도는 시험방법 접착방법 시험시의 조건 시편의 기하학 등 여러 인자에 의해

영향을 받는다 접착파괴는 접착제의 가장 약한 곳에서 일어나며 접착강도는 여러

가지 측정법에 따라 고유강도 잔류강도 측정강도 등과 같이 다르게 표현된다 고

무부싱의 접착구조는 그림 과 같다[ 61]

그림 접착의 구조[ 61]

프라이머 는 피착제 표면과의 친화성이나 접착제와의 상용성이 뛰어나야(Primer)

하고 동시에 접착 저해물과의 상용성도 높아야 한다 또 프라이머 중의 유효성분

쪽이 피착제 표면에 흡착되어 있는 저해성분보다 피착제에 의하여 안정하게 흡착되

어 있는 것이 중요하다 따라서 프라이머는

- 53 -

충분한 교반 균일하고 엷은 도포 그리고 완전한 건조가 이루어져야 한다 이러한

도포공정은 피착제의 모앙에 따라 달라진다

열경화성 접착제의 대부분은 유기 중합물과 각종 충진제를 유기용제에 용해 분산

시킨 것으로 사용전이나 사용 중에도 교반기 등으로 균일하게 용해 분산시킨 접착

제를 사용하는 것이 중요하다 따라서 의 도포 공정은 그림 와 같이 교 DA-2 [ 62]

반기를 추가 설치하여 공정 개선을 실시하였다

그림 설치한 교반기[ 62]

또한 피착제의 균일한 도포를 위해 롤타입의 코팅기에 기존 페인트용 롤러에서

그림 에서와 같이 융을 말아 롤러 도포하는 형태로 개선을 실시하여 코팅의[ 415]

두께 정밀도를 향상시켰다

- 54 -

그림 변경된 롤러 모양[ 63]

접착 재료를 프라이머 에서 변경하여 사용함CHEMLOK 220 252 CHEMLOK 205

으로써 접착력을 향상시켰는데 는 금속 및 경길대료의 프라이머로CHEMLOK 205

사용되며 또한 같은 극성고무에 단독으로 접착이 가능하다 NBR

방식의 경우 의 특징을 살펴보면TWO Coat CHEMLOK 205

ㆍㆍㆍㆍ 접착제의 금속 표면에서의 접착강도를 향상시킬 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ 기계적 표면처리 후 활성화된 금속표면을 산화작용으로부터 보호하며 녹방

지 도료적 역할을 한다

ㆍㆍㆍㆍ 크로로프렌이나 에피크로로히드린고무와 같은 가류 중에 염소가스를 발생

시 켜 금속표면을 부식시키기 쉬운 고무배합에 대하여 유효하게 적용된다 프

라 이머는 충분한 교반 균일하고 엷은 도포 그리고 완전한 건조가 이루어져

야 접착성이 뛰어나게 된다

도포공정 개선 전후의 효과는 그림 그림 의 도포두께 비교[ 64]~[ 67] Cpk

를 통해서도 알 수 있다DATA

아래 그림 는 도포공정의 개선전[ 64] 관리도의 그래프를 나타낸

- 55 -

것으로 관리도는 평균치와 범위에 관한 계량형 관리도에서 가장 많이 사용되

는 관리도의 하나이다 관리도는 평균치의 변화를 관리하는 관리도와 산포의

변화를 관리하는 관리도로 구성된다 관리도의 중심선(Central Line) CL=로 나

타내며 관리 상한선 은(Upper Control Limit) UCL= 로 관리하한선인 (Lower

의 경우Control Limit) LCL=

로 구한다

관리도의 관리선의 경우 중심선 관리상한선 UCL= 관리하한선 LCL

의 경우 로 구한다

여기서 등의 계수는 샘플의 크기인 에 따라 결정 되며 일 경우=4

=0729 =0 이다=2282

그림 에서[ 64] 이며=273410 관리도의 로 나타났UCL=307994 LCL=238826

다

관리도의 은CL 이며 이다=4744 UCL=1082581

- 56 -

그림 도포공정 개선전[ 64] 관리도

한편 그림 는 도포공정 개선 전의 경우에 대하여 지정된 규격의 공정능력 [ 65]

지수를 나타낸 것으로서 단기공정능력지수( 와 장기공정능력지수) ( 를 나타낸)

다 단기공정능력지수는 공정능력 ( 과 규격의 폭) ( 과의 비율을 의미하며 일반적)

으로 로 표시한다 규격은 그림 에서처럼 양쪽규격이 모두 주어진 경우 공 [ 65]

정 능력 지수는 다음과 같이 계산할 수 있다

공정 능력

로 나타내고 만약 공정 평균이 규격의 중심으로부터 어느

한쪽으로 치우쳐 있게 되는 경우 치우침도( 와) 를 조합한 단기공정능력지수

( 로 나타낸다 즉)

- 57 -

장기공정능력지수( 의 계산은)

으로서 이다

따라서 그림 에 나타난 것처럼 개선전의 공정능력은[ 65] =17854 =08458

으로서 장기 공정에 대해 만족스럽지 못한 값을 나타내고 있다

그림 도포공정 개선전 공정능력 분석그래프[ 65]

- 58 -

그러나 공정개선후의 관리도인 그림 을 살펴보면[ 66] 이며=28196 관리

도의 이고UCL=300418 LCL=263502 관리도의 은CL 로=2532 UCL=51418

나타난다

그림 도포공정 개선후[ 66] 관리도

- 59 -

개선 후에는 그림 로부터 알 수 있듯이 단기공정능력은[ 67] 으로서=31966

인 장기 공정에 대해 안정적인 것을 확인할 수 있어 도포공정 개선에=23275

대한 효과가 있음을 알 수 있다

그림 정 개선 후 공정능력 분석그래프[ 67]

또한 도포공정의 두께관리를 강화하기 위하여 작업자 교육 및 샘플링 두께 측정

검사를 통해 지속적인 모니터링을 실시하고 공정별 온도관리 및 시간 관리를 통해

작업 환경 유지관리 강화로 변함없는 품질의 제품을 생산하도록 하였다 그림 [

은 롤 코팅 공정이다68] (Roll coating)

- 60 -

그림 롤 코팅 공정[ 68] (Roll coating)

- 61 -

제 장 최적수준 결정을 위한 파라미터 설계제 장 최적수준 결정을 위한 파라미터 설계제 장 최적수준 결정을 위한 파라미터 설계제 장 최적수준 결정을 위한 파라미터 설계7777

제 절 실험계획법에 의한 유의인자 결정제 절 실험계획법에 의한 유의인자 결정제 절 실험계획법에 의한 유의인자 결정제 절 실험계획법에 의한 유의인자 결정1111

재료설계 형상설계 및 공정설계에 대한 최적조건의 결정은 부품의 품질 특성에

대한 사양 을 만족시켜야 할 뿐 아니라 생산부품 간 품질의 산포를(Specification)

최대한 줄여야 한다 의 최적설계를 위해 다구찌 기법 을 적 DA-2 (Taguchi method)

용하였다

다구찌의 강건설계 는 인자 가 품질 특성의 평균에 대해(Robust design) (Factor)

가지는 효과뿐만 아니라 분산에 미치는 효과에 대해서도 초점을 맞추고 있다 분산

을 줄일 수 있는 통제 가능한 인자에 대한 조건을 설정하여 품질특성이 통제 불가

능한 인자의 변화에 대해서는 둔감하도록 할 수 있다 강건설계의 주목적은 품질특

성의 목표값을 유지하면서 분산을 줄이는 인자에 대해 설치값 을 발견하는 (Setting)

데 있다

다구찌 설계에 의한 실험계획법은 특히 확장된 역할로서 다음의 몇 가지를 들 수

있다

ㆍㆍㆍㆍ종래에는 제어 불가능한 환경조건이나 제어하기 어려운 생산조건 공정조건

등의 원인 이를 잡음인자로 통칭 들이 데이터에 주는 영향의 정도를 평가하기 어려( )

웠으나 객관적으로 그리고 계량적으로 이를 평가할 수 있는 방법을 제시하고 있

다 또한 품질 산포의 크기를 계량특성치 손실함수 비 등 로 변환하여 산포를 ( SN )

작게 하는 인자들의 조건을 찾아가는 강건설계를 사용한다

ㆍㆍㆍㆍ직교배열표를 광범위하게 사용하여 인자의 수가 많은 경우에도 크게 실험횟

수를 증가시키지 않고 실험하는 일부 실시법을 사용한다

ㆍㆍㆍㆍ생산라인 내 뿐만 아니라 신제품 개발을 위한 품질설계 파라미터(On-line)

설계 허용오차 설계 등의 라인 외 품질관리를 위하여 유용하게 사용할 (Off-line)

수 있다

ㆍㆍㆍㆍ다구찌 방법에서 추가적으로 다룰 수 있는 주요한 것들로는 직교배열

- 62 -

표의 확대사용 수준계의 표준 직교배열표 이외에 확대 응용 혼합 직교배열표(2 3

의 사용과 조합법의 사용 계량치 데이터의 파라미터 설계 허용차 설계 그리고)

계수치 데이터의 파라미터 설계 동적 특성의 파라미터 설계 등을 들 수 있다

파라미터 설계 는 제품설계와 공정설계에서 유용하게 사용되는(Parameter design)

다구찌 실험계획법의 핵심이다 파라미터는 제품성능의 특성치에 영향을 주는 제어

가능한 인자 를 의미하며 파라미터 설계는 이들 인자들의 최적(Controllable factor)

수준을 정하여 주는 것을 말한다 파라미터를 설계변수 라고도 부 (Design variable)

르며 파라미터 설계에서는 제품의 품질변동이 잡음에 둔감하면서 목표품질을 가질

수 있도록 설계변수들의 최적조건을 구하여 준다 최적조건을 찾을 때 설계변수와

잡음을 주는 인자들을 포함시켜 실험하는 직교배열표 등을 주로 사용한다 이때 목

표 품질을 만족시키는 범위 내에서 가능한 한 비용이 적게 드는 조건이나 부품 등

을 이용한다

만약 신뢰성에 영향을 주는 제어 가능한 인자 에 대한 파라미터설계 A B C D

를 한다고 하자 는 수준 는 수준의 혼합수준 에 대한 설계 A B 4 C D 2 (Mixed level)

분석을 하려고 한다면 각 요인 변동의 계산을 표 과 같은 [ 71] L16(215형 직교배)

열표 를 사용하면 된다(Orthogonal Design)

에 대한 파라미터 설계조건으로는 내구성이 가장 좋은 최적의 설계 및 공정DA-2

조건을 구하여야 하므로 반응변수가 큰 값일수록 좋은 망대특성(Larger-the-better

에 대한 조건을 구하고 부품의 정특성 및 동특성에 대한 분석은 적characteristics)

정한 상호관계를 고려하여 별도의 실험을 행한다

- 63 -

표 다구찌 설계의 예[ 71]

- 64 -

제 절 시험데이터의 해석제 절 시험데이터의 해석제 절 시험데이터의 해석제 절 시험데이터의 해석2222

실험조건실험조건실험조건실험조건1111

제품의 신뢰성향상을 위해 지금까지 재료배합의 개선 형상개선 및 공정개선에

대한 각각의 과정을 설명하였으며 본 장에서는 관련된 여러 인자들을 동시에 고려

하여 최상의 품질특성을 나타낼 수 있는 최적인자수준의 결정에 대하여 설명하려고

한다 이는 인자들 간의 상호 작용이 상승 또는 보완작용을 할 수도 있고 반대로

서로 상극임을 나타낼 수 도 있기 때문이다

일반적으로 고무부싱의 개발에 적용되는 인자 는 다음과 같다(Factor)

ㆍㆍㆍㆍ경도 는 수요기업에서 제시하는 사양 에 따라 적정수(Hardness) (Specification)

준의 경도 도 도 도 도 를 적용하였으며 경험적으로 경도의 산포는(43 45 48 50 ) plusmn

정도이다2

ㆍㆍㆍㆍ각 부분의 모양이나 각도에 따라 고무 량에 영향을 미치게 되는 형상설계에

관해서는 내부 파이프 구배각도를(Inner pipe) 15deg~25deg로 하고 외부파이프 (Outer

의 접착부분을 로 하였으며 외경의 크기는pipe) 13mm~15mm

27mm~ 로 유지하였다278mm

ㆍㆍㆍㆍ공정설계는 가류시간을 로 하였다 가류 온도는240sec~600sec 150deg~180

로 하고 주변 온도에 영향을 받으므로 금형 표면온도는 항상 확인하였다 접착제

도포가 내구성에 영향을 주므로 접착제 두께는 으로 하고 접15micron~40micron

착제 배합조건은 로 하였다120cc~128cc

다구찌 설계에 의한 최적수준을 결정하기 위해 다른 인자는 고정시키고 경도 가

류시간 스웨징 인자에 대하여 표 와 같이 실험수준을 정하였다 [ 72]

- 65 -

표 실험인자 별 수준[ 72]

분석결과의 해석분석결과의 해석분석결과의 해석분석결과의 해석2222

실험결과의 해석은 다음과 같다

을 통해 표 의 실험조건을 입력하여 다구찌 설계를 생성한 결과MMITAB [ 72]

표 과 같은 실험조합을 얻었다 표 는 실험조합 별 시험결과 값이다[ 73] [ 74]

에서의 내구성에 대한 다구찌 설계해석의 결과는 표 의 신호 대Nominal load [ 75]

잡음비 비 평균 표준편차에 대한 반응표에 잘 나타나(SN Signal to noise ratio)

있다 그림 그림 은 비 평균 표준편차에 대한 반응 값을 도식한 [ 71]~[ 73] SN

것이다

표 의 신호 대 잡음비의 반응표를 보면 경도는 스웨징이나 가류시간에 비해[ 75]

반응변수 내구성 에 큰 영향을 미치고 있음을 보여준다 평균에 대한 반응표에서도( )

경도는 다른 인자들에 비해 반응변수의 평균에 크게 영향을 미치고 있음을 알 수

있다 표준편차 역시 경도의 수준 변화에 따라 차이가 가장 많음을 보여주고 있다

- 66 -

표 에 의한 다구찌 설계생성[ 73] MINITAB

- 67 -

표 실험조합 별 시험결과 데이터[ 74]

- 68 -

표 비 평균 표준편차에 대한 반응표[ 75] SN

신호 대 잡음 비에 대한 반응 표신호 대 잡음 비에 대한 반응 표신호 대 잡음 비에 대한 반응 표신호 대 잡음 비에 대한 반응 표

망대특성망대특성망대특성망대특성

평균에 대한 반응 표평균에 대한 반응 표평균에 대한 반응 표평균에 대한 반응 표

표준 편차에 대한 반응 표표준 편차에 대한 반응 표표준 편차에 대한 반응 표표준 편차에 대한 반응 표

- 69 -

그림 신호 대 잡음 비의 주효과도[ 71]

그림 인자수준별 평균의 주효과도[ 72]

그림 인자수준별 표준편차의 주효과도[ 73]

- 70 -

표 와 그림 에서 에서의 내구성 예측값을 가장 크게 하[ 75] [ 72] Nominal Load

는 것은 요인 수준의 조합이 일 때이다 품질 향상을 위해서는 정특성 동(4 2 2)

특성 값도 동시에 고려하여야 하므로 조합 조합 조합(4 2 2) (4 3 2) (4 1 2)

에 대한 예측 값을 함께 구하였다

표 은 에서의 내구성 예측값을 표 은 에[ 76] Nominal Load [ 77] Maximum Load

서의 내구성 예측값 표 은 정특성 예측값 표 는 에서의 동특성 예 [ 78] [ 79] 15Hz

측값 그리고 표 은 에서의 동특성 예측값을 보여주고 있다 [ 710] 150Hz Nominal

에서의 내구성 예측값은 조합 조합 조합에서 각Load (4 2 2) (4 3 2) (4 1 2)

각 목표값인 을 상회한 과170000 Cycle 178023 Cycle 174272 Cycle 175830

로서 조합일 때 더 높게 나타났다Cycle (4 2 2)

동배율은 예측 평균값을 기준으로 할 때 동배율은 조합에서는 에 (4 2 2) 15Hz

서 에서 이고 조합에서의110(1187691079) 150Hz 113(1215561079) (432)

동배율은 에서 에서15Hz 106(112856 106938) 150Hz 108(115769106938)

이며 조합에서의 동배율은 에서 에서 (412) 15Hz 108(118194 1094) 150Hz

이었다109(1195691094)

모델의 경우 수요기업에서 동배율 값이 적은 값을 요구하기 때문에DA-2 (kdks)

동배율을 고려하면 의 조합이 더 좋은 품질을 나타낸다고 할 수 있다(4 1 2)

- 71 -

표 에서의 내구성 예측값[ 76] Nominal Load

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 2 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 3 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 1 2

예측 값

신호 대

- 72 -

표 에서의 내구성 예측값[ 77] Maximum Load

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 2 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 3 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 1 2

신호 대

- 73 -

표 정특성 예측값[ 78]

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 2 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 3 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 1 2

신호 대

- 74 -

표 동특성 예측값[ 79] (15Hz)

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 2 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 3 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 1 2

신호 대

- 75 -

표 동특성 예측값[ 710] (150Hz)

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 2 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 3 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 1 2

신호 대

- 76 -

제 장 부품의 신뢰성성장관리제 장 부품의 신뢰성성장관리제 장 부품의 신뢰성성장관리제 장 부품의 신뢰성성장관리8888

제 절 신뢰성성장관리제 절 신뢰성성장관리제 절 신뢰성성장관리제 절 신뢰성성장관리1111

복잡하고 기술적인 제품의 개발 프로그램을 운영하는 데 있어서는 고객이 요구

하는 신뢰성 수준을 만족시키기 위하여 상당한 규모의 시간 예산 기술인력 등의

자원을 필요로 한다 고객들의 신뢰성 요구수준은 매우 높으므로 이러한 목표를 달

성하기 위하여 시험 개선 시험 개선의 개발과정을 반드시 거친다 이 과정에서 시- - -

스템 서브시스템 또는 모듈을 고장 날 때까지 시험하고 고장모드를 결정해서 이를

제거하기 위한 시도를 하거나 적어도 고장발생을 줄일 수 있는 시도를 하여 설계나

엔지니어링 개선을 이룬다 만약 이러한 과정이 계속되고 설계나 엔지니어링 변경

이 충분히 이루지면 시스템의 신뢰성은 증가한다 개발프로그램이 운영되는 동안

신뢰성 수준의 변화를 추적할 수 있다면 개발책임자로서는 여러 가지 이점이 있다

즉 목표하는 신뢰성 수준을 달성하기 위하여 충분한 비율로 성장하고 있는지의 여

부를 가능한 빠른 시간 내에 판단할 수 있고 그에 따라 필요한 자원을 적절히 배

분할 수 있다 따라서 개발책임자는 시험데이터로부터 현재 시스템의 신뢰성 수준

성장률의 평가 앞으로 기대되는 달성 가능한 수준을 결정하기를 원한다

신뢰성 성장관리 기술은 제품을 개발하는 데(Reliability growth management)

소요되는 많은 시간과 비용 및 엔지니어링 노력을 절감하면서 개념선택 제품과 공

정의 신뢰성 그리고 비용효율을 달성할 수 있도록 유용한 정보를 제공해 준다 군

사장비 자동차 및 전자 중장비개발 등에 적용된 최근의 신뢰성 성장시험 관리기술

은 각 분야의 경쟁적인 사업 환경 아래에서 제품개발을 효율적으로 조직하여 신뢰

성평가를 시작하고 신뢰성 성장과정을 추적할 수 있도록 해준다 신뢰성성장관리기

술은 제품 및 공정설계 관련사항 및 검증시험 항목들에 대하여 사용 환경에 따른

신뢰성 성장 진행과정을 확인하고 그 결과로부터 성장시험곡선을 개발할 수 있게

한다 또한 설계단계 사이의 여러 가지 관련성을 확인하여 관찰하고 그 정보를 다

른 제품보증분석들과 연결하여 고객 요구사항에 대한 제품의

- 77 -

적합도를 적절히 평가하는 데 도움을 준다

신뢰성성장모델은 가 개발한Crow(1975) AMSAA(Army Materiel Systems

모델이 많이 활용되었으나 이는 시스템 또는 서브시스템에서의Analysis Activity)

성장관리에 유용하고 부품수준에서는 모델을 활용하는 것이 더욱 실용적이 Weibull

다 모델은 목표 Weibull B10 수명에 대하여 초기 시작품 으로부터(Early Prototype)

후기 시작품 까지의 신뢰성 개선을 관리하는데 실용적으로 활용할(Later Prototype)

수 있다

신뢰성 성장시험 프로세스신뢰성 성장시험 프로세스신뢰성 성장시험 프로세스신뢰성 성장시험 프로세스1111

신뢰성 성장은 개발시스템에 대하여 여러 시험단계가 시리즈로 이루어지는 동안

고장모드를 발견하고 이를 개선하는 과정을 거쳐 이TAAF(Test Analyze And Fix)

루어진다 또한 기능시험 환경시험 안전시험의 결과는 신뢰성 향상을 위한 FMEA

등과 연계하여 사용된다 분석결과는 설계변경에 반영되고 최종목표가 달성될 때까

지 개선과 시험이 연속적으로 이루어진다 그림 은 일반적인 신뢰성 성장시험 [ 81]

프로세스를 보여준다 프로그램의 시작시점에 신뢰성 성장에 대한 계획을 수립하여

고객의 기대사항을 만족시킬 수 있는 성능수준에 대한 구체적인 측정치를 제시하

고 이 목적을 달성시킬 수 있는 시험조건을 정한다 시험조건은 특정한 부품이나

시스템에 대하여 고객의 사용방법과 환경에 대한 지식을 기초로 하여야 한다

개발프로젝트가 진행되는 동안 신뢰성 성장시험 프로그램이 개발되고 실행되는

과정에서 설계 및 공정의 관심사항을 확인하기 위해 QFD(Quality function

와 같은 제품보증을 위한 분석방법들이 선행되어 실시되는데 신뢰성deployment)

성장관리와 연계하여 이를 통틀어 통합 신뢰성 성장관리(Integrated reliability

라고 한다 신뢰성 성장관리를 포함한 제품설계평가의 모든growth management)

과정은 제품 공정의 신뢰성 향상에 있어 중요한 역할을 하는 제품보증기능의 한부

분이다

- 78 -

통합 신뢰성 성장시험관리 프로세스는 설계뿐 아니라 공정신뢰성(MIL-HDBK-781)

과 관련된 문제에 대응할 수 있도록 신뢰성 성장시험의 이점을 전적으로 활용할 수

있는 수단을 제공한다

신뢰성 성장관리과정을 개발함으로써 신뢰성 수준은 계속적으로 추적될 수 있고

조치를 취하고 다른 분석결과들과 비교되어 초기 신뢰성 예측을 수립하고 제품설

계에 포함된 확신을 증가시킨 후 검증시험에 들어갈 수 있도록 한다 이러한 신뢰

성 성장관리 프로세스는 제품개발 사이클에 있어서 초기 단계 동안에 신뢰성을 확

립하는 데 도움을 줄 수 있는 장치이다

그림 신뢰성성장시험 프로세스[ 81]

제품개발과정에 적용되는 신뢰성 성장시험관리 프로세스는 다음과 같다

신뢰성 성장시험조건을 결정하고 시험 사이클을 개발한다 ①

신뢰성 성장시험곡선의 사용을 통하여 시험과정을 실행하고 추적한다②

시험결과를 평가하고 다른 선행된 분석연구결과들과 비교한다③

확인된 결함을 제거하기 위해 설계변경을 실시한다④

- 79 -

설계검증시험을 준비한다⑤

신뢰성 성장시험의 주된 목적은 설계상의 약점을 확인하고 제거함으로써 설계의

신뢰성을 증가시키는 것이다 정확하게 신뢰성 수준이 변화되는 진행상황을 추적하

기 위해서는 요구사항에 대한 불합치성 을 확인하고 불합치성이(Nonconformance)

일어난 시간을 모두 추적하여야 한다 시험을 시작하기 전에 적절한 시정조치를 용

이하게 하기 위해 사전계획이 수립되어야 하며 고장분포를 결정하기 전에 각각의

고장부품에 대한 고장원인을 분리할 수 있어야 한다

부품의 개발과정에서 몇 개의 표본에 대한 고장시간 데이터가 있을 때 Weibull

분포를 활용한 신뢰성 성장분석에 대하여 설명하면 다음과 같다

가 분석의 개요가 분석의 개요가 분석의 개요가 분석의 개요

밀도함수는 그림 와 같이 특성 수명과 기울기로 고장시간Weibull [ 82] (Cycle

을 설명한다 작은 표본에 대한 고장시간 데이터가 주어졌을 때 분석Km) Weibull

을 사용하여 세 가지의 정보를 얻을 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ특정 시간이 주어졌을 때 등 부품의 신뢰도는 그 시간까지 살아 있(Cycle Km )

을 백분율이다

ㆍㆍㆍㆍ 또는 다른( 수명을 추정할 수 있다) 수명은 부품들 중 가 고장10

날 것이라고 기대되는 시간이다 즉 이 시간에서의 신뢰도는 이다 90

ㆍㆍㆍㆍ 기울기의 값은 고장률 패턴에 대한 정보를 제공해준다 기울기가Weibull 10

이라면 고장률이 일정하다는 것을 의미한다 이 경우 고장은 일반적으로 우연히

일어나며 고장률은 설계의 강건 정도에 따라 달라진다 기울기가 보다 작다면 1

고장률은 감소하고 있음을 의미한다

- 80 -

즉 높은 초기 고장률 을 말한다 기울기가 보다 크면 고장률은 증 (Infant mortality) 1

가하고 이는 마모 되고 있음을 의미한다(Wear-out)

그림 에 의한 부품의 신뢰성성장분석[ 82] Weibull 수명 비교

가장 많이 활용되는 측도는 수명이며 이것은 요구되는 목표 신뢰도가 임 90

을 의미한다 첫 번째 프로토타입이 고장 난다면 신뢰성 목표 달성을 위해 설계 변

경을 행하고 다음 프로토타입을 시험한다 이 과정은 목표 수명이 달성될 때까

지 반복한다

나 의이점나 의이점나 의이점나 의이점WeibullWeibullWeibullWeibull

부품의 개발과정에서 작은 표본에 대한 고장시간 자료가 주어졌을 때 Weibull

분석을 활용하여 신뢰성성장관리를 행하면 다음의 정보를 얻을 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ신뢰성 개선은 목표 수명이 달성될 때까지 하나의 프로토타입에

- 81 -

서 다음 프로토타입까지 추적할 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ신뢰성 개선은 시험한 프로토타입에 대해 타점으로 표현되고 빠르Weibull

게 방향을 파악하여 신뢰성 진전과정에 대한 양적 측면의 관리능력 향상을 그

래프로 확인할 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ컴포넌트를 고장 날 때까지 시험하는 것은 고장모드에 대한 아주 귀중한 정

보를 제공하고 따라서 시정조치 활동이 필요하다

ㆍㆍㆍㆍ많은 표본이 더 좋은 신뢰도를 얻을 수 있지만 분석은 많은 표본을Weibull

필요로 하지 않는다

ㆍㆍㆍㆍ고객의 운영 사용 사이클과 시험 모수의 관계가 알려져 있다면 더 빠르고( )

더 적은 비용으로 가속시험을 할 수도 있다

다 기본가정및제한다 기본가정및제한다 기본가정및제한다 기본가정및제한

ㆍㆍㆍㆍ각 분석에서 오직 하나의 고장모드만 포함되어야 한다 두 개나 그 이상의

고장 모드가 검출된다면 각각에 대해 분리하여 분석해야 한다

ㆍㆍㆍㆍ신뢰도는 시험 제한 한계 로 인해 년 마일까지 확장하여 외삽하면 안( ) 10 150K

된다 왜냐하면 시험 제한 한계 로 인해 다른 고장모드가 발생할 것인지 알 수 ( )

없기 때문이다

ㆍㆍㆍㆍ하나의 프로토타입에서 다음 프로토타입까지 기울기가 변하는 데는 특별히

주의를 하여야 한다 왜냐하면 초기 후기 수명에서 더 높은 신뢰도와 후기 초 ( ) (

기 수명에서 더 낮은 신뢰도의 할 수 도 있기 때문이다) trade-off

라 적용시기라 적용시기라 적용시기라 적용시기

ㆍㆍㆍㆍ수명의 비교는 엔지니어링 사양 이 특정한(Specification) 을 요구할 경

우 사용된다

ㆍㆍㆍㆍ이러한 접근방법은 고장시간 등 에 대하여 동일한 부품의(Cycle Km )

- 82 -

다른 시점에서의 프로토타입을 비교할 때 사용한다

ㆍㆍㆍㆍ신뢰성 목표가 달성될 때까지 계속한다

마 입력자료마 입력자료마 입력자료마 입력자료

ㆍㆍㆍㆍ프로토타입 의 몇 개 표본의 고장시간 등1 (Cycle Km )

ㆍㆍㆍㆍ프로토타입 의 몇 개 표본의 고장시간 등2 (Cycle Km )

⦙

ㆍㆍㆍㆍ마지막 프로토타입의 몇 개 표본의 고장시간 등(Cycle Km )

분석프로세스는 그림 과 같다[ 83]

프로세스프로세스프로세스프로세스 일반적 단계일반적 단계일반적 단계일반적 단계

Ⅰ 요구

또는 수명 결정

프로그램 신뢰성 목표 사용

고객의 운영 사용 프로파일 사용( )

시험 프로그램 적정시간 사용

Ⅱ 시험 프로그램 자료정보

확인과 데이터 수집초기 부품의 프로토타입

후기 부품의 프로토타입

Ⅲ 다른 프로토타입에 대한

누적고장 시간 또는 vs

거리 계산 및 타점

분석이 가능한 사용Weibull SW

가능한 가속수명시험 사용

Ⅳ 프로젝트 검토 시

현재 신뢰성 수준신뢰성 목표 적합성 결정

초기 경고 관련 정보 제공

개선을 위한 계획 정보 제공

그림 프로세스별 단계[ 83]

- 83 -

제 절 신뢰성성장 데이터분석제 절 신뢰성성장 데이터분석제 절 신뢰성성장 데이터분석제 절 신뢰성성장 데이터분석2222

초기 프로토타입 으로 부터 개의 표본을 정상하중 으(Prototype1) 6 (Nominal load)

로 고장 날 때까지 시험하고 고장모드를 기록하였다 여러 개선작업을 거친 후 후

기 프로토타입 으로부터 개의 표본을 고장 날 때까지 시험하고 고장모(Prototype2) 6

드를 기록하였다 시험 데이터는 표 에 주어져 있다 [ 81]

에 고장데이터를 입력하고 각 프로토타입 단계별로 용지에 결과MINITAB Weibull

를 타점한 결과 그림 와 같은 성장곡선이 생성되었다 [ 84] Weibull

정상하중 에서 의 평균수명 추정치는 이(Nominal load) Prototype1 127366Cycle

고 의 평균수명 추정치는 로서 의 개선을 이루었 Prototype2 176882 Cycle 389

음을 알 수 있었다 수명은 은 이었으나Prototype1 112668 Cycle Prototype2

의 수명은 로서 상당한 개선이 이루어졌음을 볼 수 있다168620 Cycle 수

명에 대한 신뢰하한은 로 추정되었다 따라서 정상부하에 의한95 162926 Cycle

시험데이터분석 결과 개선활동 재료배합개선 형상설계개선 공정개선 에 의하여 ( )

내구성 목표가 달성되었음을 알 수 있다

그림 는 에서의 신뢰구간을 보여주고 있다[ 85] Nominal load 90

최대하중 에서는 표 의 데이터 입력결과 그림 의 그래프를(Max load) [ 82] [ 86]

생성하였다 그래프로 부터 추정된 의 Prototype1 수명은 이고16362Cycle

의Prototype2 수명은 이다21850 Cycle 수명에 대한 신뢰하한추정치95

는 으로부터 로 계산된다MINITAB 20983 Cycle

의 수명과 의 수명이 다른 것은 개선 활동의 결과이Prototype1 Prototype2

- 84 -

며 에서 개선목표가 달성되었음을 알 수 있다 Prototype2

표 하중 고장시간[ 81] Nominal (Cycle)

Weibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth Curve

(Nominal Load)(Nominal Load)(Nominal Load)(Nominal Load)

그림 성장곡선[ 84] Weibull (Nominal load data)

- 85 -

Weibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth Curve

(Nominal Load-90 Cl)(Nominal Load-90 Cl)(Nominal Load-90 Cl)(Nominal Load-90 Cl)

그림 신뢰구간[ 85] Nominal Load90

- 86 -

표 하중 고장시간[ 82] Max (Cycle)

Weibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth Curve

(MaxLoad)(MaxLoad)(MaxLoad)(MaxLoad)

그림 성장곡선[ 86] Weibull (Max load data)

- 87 -

제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론9999

본 연구는 자동차현가장치인 고무부싱 의 신뢰성향상을 위한 기(Rubber bushing)

술개발과제이다 에나 인더스트리는 수출전문기업으로서 주요 경쟁사에 비해 고성

능 고내구성의 제품을 짧은 기간 내에 개발할 수 있는 능력을 갖추어야 해외 시장

에서 경쟁력을 가질 수 있다

본 연구개발에서는 수요기업에서 요구하는 GMUTS(General Motors Uniform

의 사양에 따른 시험을 실행하여 내구성을 목표 사이클 이상으Test Specification)

로 개선하고 정특성과 동특성 비틀림 토크를 개선항목으로 선정하여 제품의 품질

및 신뢰성 향상을 진행하였다

수요기업의 요구 수준에 의하면 내구성은 와 Tension Compress Alternating

가 동시에 일 때 일 때Torsion Stress Maximum Load 20000 Cycle Normal Load

을 요구한다 본 프로젝트의 경우 해외의 부품메이커들에 대한 경쟁150000 Cycle

력 우위를 확보하기 위하여 기본 요구 수준을 넘어 향상된 제품신뢰성을5~10

확보를 목표로 하였다 내구성 정특성 및 동특성에 대한 시험은 직접 행하였고 비

틀림토크에 대한 부분은 추가적인 시험장치가 필요하여 수요기업의 실험실에 샘플

을 제출하여 요구수준을 검증받았다

본 연구개발의 성과를 요약하면 다음과 같다

우선 기술적 효과로는

설계기술의 확보(1)

재료배합설계 형상설계 공정설계에 대한 기술을 확보하여 내구성을 비롯한 품

질특성을 향상시킬 수 있었다 종래에는 설계 개발 생산프로세스에서 경험적 방법

에 의존하여 시행착오가 많았으나 본 연구를 통하여 과학적이고 체계적인 방법으

로 접근할 수 있는 기술이 확보되었다

설계 요소의 기술적 배치를 위한 실험계획법의 활용기술 확보(2)

- 88 -

종전에는 고무 배합설계 형상설계 공정설계에 대하여 설계요인 별 수 (Facter)

준 을 무작위로 추출하여 실험하였으나 본 실험계획의 과정을 따르면 요인들(Level)

이 계획적으로 반영되어 품질특성에 각각 어느 정도의 영향을 미치는지 분석이 가

능하게 된다 또한 다구찌에 의한 강건 설계의 생성으로 산포를 줄일 수 있다

잠재적 고장원인 분석방법 기술 확보(3)

제품기능에 대한 잠재적 고장모드의 예측과 시험항목을 판단하고 최종적으로는 설

계검증 과 공정검증 의 세부항목과 효과적(Design verification) (Process verification)

으로 연계가 가능하다

신뢰성 데이터분석기술 확보(4)

부품의 개발과정에서 몇 개의 표본에 대한 고장시간 데이터가 있을 때 Weibull

분포를 활용한 신뢰성 성장분석이 가능하게 되었다 개발프로그램이 운영되는 동안

신뢰성 수준의 변화를 추적할 수 있어 목표하는 신뢰성 수준을 달성하기 위하여 충

분한 비율로 성장하고 있는지의 여부를 가능한 빠른 시간 내에 판단할 수 있고 그

에 따라 필요한 자원을 적절히 배분할 수 있다 따라서 개발책임자는 시험데이터로

부터 현재 시스템의 신뢰성 수준 성장률의 평가 앞으로 기대되는 달성 가능한 수

준에 대한 결정이 가능하다

경제적 측면의 효과로는

제품에 대한 내구성 및 동특성 정특성에 대하여 요구사양 이상으로 특성관리(1)

를 행할 수 있어 해외 부품메이커들에 대한 경쟁력 우위로 수출력을 향상할 수 있

게 되었다

개발기간을 단축할 수 있게 되어 개발비의 절감을 가져올 수 있게 되었다(2)

재료배합 형상설계 및 공정설계에 대한 기술개발의 표준 정립으로 개발 기간의 단

축이 가능하게 되었다

본 과제 결과를 활용하여 다른 방진제품에 대한 신뢰성 관리로 수출(3)

- 89 -

시장을 개척하여 신규거래처를 확보할 예정이다 신뢰성 데이터의 관리가 이루어져

제품수명에 대한 설득력 있는 자료의 제시가 가능하게 되었다

향후 연구계획으로는

고무부싱부품의 특성상 내구성만의 개선이 최선이 아니고 정특성과 동특성을 일

정수준으로 동시에 고려하여야 한다 따라서 이 부분에 대한 동시적인 실험설계가

시스템화 되도록 추가적인 연구가 요구된다

- 90 -

참고문헌참고문헌참고문헌참고문헌[ ][ ][ ][ ]

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박성현 실험계획법 민영사[5] 2003

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Journal of Fatigue Vol27 2005

[8] McLean R A and Anderson V I Extreme Vertices Design of Mixture

Experiments Technometrics Vol8 No3 1966

- 96 -

주 의

이 보고서는 산업자원부에서 시행한 부품소재종합기술지원사업의 최1

종보고서이다

이 신뢰성기반기술확산사업 내용을 대외적으로 발표할 때에는 반드시2

산업자원부에서 시행한 부품소재신뢰성기반기술 사업의 지원결과임을

밝혀야 한다

- 97 -

이 보고서는 산업자원부에서 시행한

부품소재 신뢰성기반기술확산사업의 최종보고서이다

- 25 -

확인을 위한 기초 배합과 새로운 원재료가 개발됐을 때 이곳에 대한 실제적인 용도

개발을 위한 시험 또는 연구배합이 있다 개발을 위한 시험 또는 연구배합에서는

기초적인 성상을 구하는 배합으로부터 실용화에 대비한 응용배합에 이르기 까지를

검토의 대상으로 하기도 한다

제품을 생산하기 위한 목적으로서의 배합이란 종래에 없었던 새로운 요구가 있

었을 때 종래 사용하던 원재료를 써서 그 목적에 알맞은 배합을 결정하여 공장에

서의 실제 생산에 투입하는 경우를 뜻한다

고무 부싱과 엔진마운트와 같은 방진을 목적으로 하는 고무제품의 재료를 보면

등의 계의 고무가 적합하다는 게 일반적인 고무업체의 정설이NR SBR BR Diene

다 하지만 목적에 맞게 고무의 원재료를 선택하여야 한다 결국 방진이라는 기능의

고무 특성을 만족하기 위해서는 가교라는 차원 구조의 밀도를 요구하고 있다는 것3

을 알 수 있다

일반적인 방진고무의 요구특성으로는 다음과 같은 조건을 만족하여야 한다

첫째 파단 특성을 만족하여야 한다 즉 분자들과의 높은 응집력과 와의 높 Filler

은 친화성으로 응력을 분산시키는 구조로 이루어져야하는 조건을 만족하여야 하며

둘째 특성을 만족하여야 한다 에 대한 조건을 만족시키기 위해서 Creep Creep

는 고무의 분자 회전성이 높고 응집에너지가 낮을수록 좋다

셋째 내열성 및 내열 산화성에 대한 조건을 만족하여야 한다 이것은 일반적으로

기계적인 모든 성질은 온도의 의존성이 낮을수록 바람직하다고 할 수 있다 이에

방진목적의 고무도 이 같은 성질을 만족하여야 한다

- 26 -

넷째 일반적인 방진 제품은 고무만의 단독 현상으로는 그 형태를 유지하기 힘들

며 금속과의 결합을 통하여 그 방진특성을 만족하여야 한다 이에 방진고무의 기본

적인 성질은 금속과 접착성이 좋아야 한다는 조건을 만족하여야 한다

다섯째는 감쇄계수에 대한 부분으로 감쇄계수가 크고 온도의존성이나 주파수 의

존성이 좋아야 한다 일반적으로 은 감쇄가 적고 소변형에서 대변형에 이르기까 NR

지 선형의 복원을 하며 주파수에 의존하지 않은 특성을 가지고 있으므로 방진고무

로 적합하다고 할 수 있다

여섯째 탄성율에 관한 내용으로 일반적으로 방진 고무의 탄성율은 온도 및 진폭

의존성이 낮은 쪽이 좋게 된다

마지막으로는 정적강성과 동적 강성의 비로 표현되는 동배율에 유의해야 한다

일반적으로 방진고무의 감쇄 특성을 고려하면 동배율이 높은 것이 유리하지만 동적

특성의 온도의존성 변형율 동적 변형율에 의한 발열 및 내피로특성을 보면 저동배

율 쪽이 유리하다

제 절 재료배합 개선방안제 절 재료배합 개선방안제 절 재료배합 개선방안제 절 재료배합 개선방안2222

원재료 및 배합제의 개선원재료 및 배합제의 개선원재료 및 배합제의 개선원재료 및 배합제의 개선1111

고무부싱 제품의 경우 그 기능상의 요구로 인하여 주로 계열의 천연고무를NR

원재료로 사용한다 본 연구에서도 계열의 천연고무를 원재료로 하고 요구 특성 NR

의 개선을 위해 배합제의 선정을 대해 연구하였다 일반적으로 천연고무 및 합성고

무에 적용되어지는 배합제는 가황속도 조절 가공의 원활화 품질특성 개선 그리고

특수 성능 등의 목적으로 사용되어

- 27 -

진다 배합제의 종류로는 가공조제 연화제 유기가황제 가황촉진제 노화방지제

등으로 나눌 수 있다

요구 경도의 결정은 함량을 조절하여 설계하였으며 품질특성을 향상 시Carbon

킬 수 있는 재료를 연구한 결과 미세 으Caron Carbon Black(MAF FEF GRADE)

로 물성을 향상 시킬 수 있도록 하였다 특성에 큰 영항을 주는 배합제의 경우 그

용도에 따라 많은 종류를 인자로 적용할 수 있지만 많은 인자로 인하여 발생하는

비용적 시간적 손실을 최소화하기 위해 본 연구에서는 원재료와 함량을 Carbon

고정한 후 촉진제 종류와 가황제의 양을 조절하는 방식으로 배합제에 대한 최적의2

조합을 선택하는 방법으로 접근하였다

내구성 향상을 위한 방안내구성 향상을 위한 방안내구성 향상을 위한 방안내구성 향상을 위한 방안2222

내구성을 향상시키기 위한 일반적인 방법은 경도를 향상시키는 것인데 경도를

높이는 방법만으로는 다른 특성 즉 정 동특성을 동시에 만족시킬 수 없는 어려움이-

있다 이에 본 연구에서는 방진용 제품이 요구하는 정 동특성과 내구성을 Bushing -

동시에 향상 시킬 수 있는 방안을 모색하기 위하여 촉진제와 가황제를 이용하여 최

적을 배합설계를 이루고자 하였다

내구성을 향상시키기 위한 방법으로 보통 량의 조절을 통한 경도 조절법Carbon

을 이용하게 되는데 본 연구에서 적용한 은 미세 Carbon Carbon Black(MAF FEF

으로 인장강도 및 경도 인장응력을 증대하는 효과를 얻고자 하였다 이러GRADE)

한 미세 의 적용과 동시에 보강제의 분산 및 흐름성 개선을 위하여Carbon Black

가공조제를 개선하여 적용하였다

가교시스템의 향상 방안가교시스템의 향상 방안가교시스템의 향상 방안가교시스템의 향상 방안3333

가황반응 고분자 주쇄간 가교결합을 통한 차원 망상구조를 형성하(Vulcanization) 3

여 고분자 화합물의 복원력 탄성 특성 및 기타 요구물성을

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증가시킨다 다양한 가교결합 형태 중 방진고무산업에서 많이 이용되고 있는 가교

결합은 을 도입한Polysulfide (-C-Sx-C- x=1~4) Conventional CV(Vulcanization)

계를 많이 사용한다 여기서 사용되고 있는 인 천연고무 Polymer (Natural Rubber

의 배합에 있어 가교 또는 가류형태의 변화에 따라 물성 및 특성의 변화가 있NR)

음을 알 수 있다 즉 가교형태 변화에 따른 유사한 특성을 나타내는 Stress-Strain

조건하에서 공정특성 및 전반적인 물성에 영향을 미침을 알 수 있다 의 기 Polymer

본 배합에서 촉진제나 황 공여체 증가에 따라 가류 유도시간(Sulfur Donor)

은 길어지나 가류속도는 빨라진다 특히 고온 가류 시 과 가류(Induction time)

에 의한 물성하락을 방지하기 위해 열 안정성이 우수한(Overcure) EV(Efficient

계를 사용하는 것이 근래에 소개되고 있다 고분자의 물성은 가교형Vulcanization)

태뿐 아니라 가교밀도에 크게 의존한다 가교계 변화에 따른 인장강도의 영향은 매

우 적은 반면 신장율은 계에서 로 같수록 감소CV(Conventional Vulcanization) EV

하는 경향이 있다

이란 가류시간의 지연 또는 과가류로 인한 고무 물성의 저하를 말한Reversion

다 이러한 현상은 제품의 외면이 과도한 열에 노출될 수 있다 다중황공유 결합의

열적노화현상이 발생하며 가교형태가 다중황 결합에서 단일황(Polysulfidic)

결합으로 바뀌게 되며 밀도가 현저하게 저하되고 환상형 씨오알켄(Monosulfidic)

과 씨오알칸 구조로 바뀌게 된다 결과적으로 재료의 물성(Thioalkene) (Thioalkane)

과 기계적 성질이 떨어지게 된다

이 발생하는 시간을 가교형태에 따라 비교하여 보면Reversion CV lt Semi-CV lt

으로 알려져 있으며 시스템에서는 촉진제 종류에 따라서 인장과 신율의 물EV EV

성에 하락 없이도 공정 안정성 특성이 매우 우수하다 이 Anti-Reversion

으로 인해서 물성과 기계적 성질을 향상시킬 수 있으며 황공여체 사Anti-Reversion

용 또는 계로 가교형태를 전환함으EV

- 29 -

로써 가능하다 이로써 가교의 다중황결합 을 줄이고 단일 또는 이중황 결 (S3~S8)

합으로 내열성 및 결합의 안정성을 증가시킬 수 있다 이러한 과정에서 공정설계상

계보다 더 낮은 가류온도와 더 길어진 가류시간이 필요하게 된다 이러한 계CV EV

에서는 정도의 황과 계에 비해서 다소 많은 양의 촉진제를 사용하02~05 phr CV

게 된다 여기에 근거하여 혼합물성분의 한계 표 표 에 나타난 황과 촉 ([ 42] [ 44])

진제 양의 범위를 정하였다

발생 시간의 효율적인 제어를 위하여 본 연구에서는 적절한 촉진제의Reversion

배합량을 조절하여 방진제품에서 요구하는 특성을 만족하는 조건을 선정하고자 하

였다 그림 은 의 예를 보여준다 [ 41] Reversion

그림 의 예[ 41] Reversion

본 연구에서는 인장 내열 강도의 증가와 동 정특성 내구성 증가를 위한 가교 시- -

스템의 향상 방안으로 황량을 조절하여 Convension Type(Efficient Vulcanization

을 통하여 결합력을 증대시켰으며 촉진제를 조절하여 가- CURE STIES-CC-C)

교효율을 증대하였다 또한 가황 조건에 변화가 적은 배합설계를 하여 향상된 적정

가황이 될 수 있도록

- 30 -

하였으며 를 정립화하여 최적의 적정 가황 포인트를 찾아 인장이 최CURE-STUDY

적일 때 내구성이 최적이고 가황제품과 시편을 동시에 함으로 시편과CURE-STUDY

제품의 상의성을 방지할 수 있었다

자동차업계에서는 일반적으로 고가의 폴리머를 선호하지만 본 연구를 통하여 가

격이 낮은 폴리머로도 성능향상이 가능하다는 것을 입증하였고 향후 타 아이템에도

연계 적용함으로 새로운 배합설계를 구축하였다

실험계획법의 적용실험계획법의 적용실험계획법의 적용실험계획법의 적용4444

기존의 개발 진행 방식은 경험에 의한 시행착오 접근 방법을 사(Trial and Error)

용하여 성능향상을 도모하였으나 본 연구에서는 배합물설계에 위한 실험계획법

기술을 적용하여 이론적으로 최적의 배합설계를 이(DOE Design of Experiment)

룰 수 있는 방법을 연구하였다

일반적인 고무제품의 배합은 많이 알려져 있지만 특성 향상을 위한 방안이나 그

배합에 대한 신뢰성에는 많은 의문점이 제기 되는 게 현실이다 본 연구에서는 요

구특성을 만족시키기 위하여 선정된 촉진제의 배합조건의 최적화를 실현하기 위하

여 실험계획법의 꼭지점계획법을 이용하여 그 효율성을 검증하고자 하였다 배합의

경우 어느 독립적인 인자의 선정으로는 그 효과를 극대화 시킬 수 없는 특성이 있

는데 본 연구에서는 선정된 촉진제 및 폴리머의 조건 하에서 최적의 배합 조건을

찾아보고자 하였다

재료배합설계의 개선을 위한 방안을 정리하면 표 과 같다[ 41]

- 31 -

표 내구성 및 정 동특성 동반향상을 위한 개선방안[ 41] -

항 목항 목항 목항 목 기존 방안기존 방안기존 방안기존 방안 제안된 개선 방안제안된 개선 방안제안된 개선 방안제안된 개선 방안

배합 설계 방안

경험적 배합 설계

고 배합설계COST

국내수급재료사용

실험적 분석기법 도입

저 배합설계COST

해외재료수입

내구성 향상

량 변경Carbon

용도별 적정 적용Carbon

정동특성 향상 방안을 동시==gt

고려

경험적 수치의 가황제 량 선정

가교 시스템 향상 방안을 고려한

가황제 량 선정

(EV - CURE)

결합력 증대==gt

경험적 수치에 의한 촉진제 량

선정 경도별 선정 미비( )

가교 효율을 반영한 촉진제 량의

선정

적정한 가황 포인트 파악을 위한(

실시Cure Study )

정 동특성 향상-

정특성 향상 방안 경도 증가

동특성 향상 방안 경도 하락

두 특성을 만족시키기 위한==gt

경험적 수치의 경도 선정

데이터베이스를 활용한 배합설계

정 동특성을 동시에 만족할 수-

있는 배합제 적용

분산 및 흐름성 개선==gt

형상개선과 동시 고려==gt

- 32 -

표 는 지원 전 배합비율과 특성별 성능수준을 나타낸다[ 42]

표 지원 전 성능수준[ 42]

- 33 -

제 절 꼭지점계획법에 의한 최적배합조건제 절 꼭지점계획법에 의한 최적배합조건제 절 꼭지점계획법에 의한 최적배합조건제 절 꼭지점계획법에 의한 최적배합조건3333

재료설계에 적용되는 실험계획은 혼합물 배합에 관한 실험계획으로서 몇(Mixture)

개 성분의 혼합물 중 어떠한 성분이 품질의 특성에 유의한 영향을 미치는지를 분석

하여 반응을 최대로 만드는 최적혼합비율을 찾고자 하는 실험계획이다

혼합물실험에 적용되는 실험계획으로는 심플렉스 격자형배열법 심플렉스 중심배열

법 꼭지점 계획법 등을 주로 적용한다 본 실험에서는 심플렉스의 전 영역이 아니

라 제한된 영역에서 실험을 하고자 하므로 꼭지점계획법(Extreme vertice design)

을 적용하였다

고무부싱의 재료배합에서는 개의 성분재료가 있고 이들을 어떤 비율로 배합하는

것이 품질특성치를 가장 좋게 하는가를 찾는다 성분의 혼합에 있어서 를 번째

성분의 혼합비율이라고 하면 다음과 같은 관계식을 만족시켜야 한다

이러한 경우는 일반적 실험계획법처럼 심플렉스의 모든 영역에 실험이 배치되는 것

이 아니고 제한된 영역에서만 실험을 하는 경우이다 즉 각 인자 가 (Factor) 0 le

의 모든 값을 취할 수 있는 것이 아니라 제한된 구간1le

안에서만 값을 취한다 이와 같은 경우는 경제적인 이유나 또는 실험 전에 인자들

의 성질에 대하여 상당한 정보가 있는 경우이다 위의 식과 같은 인자의 구간이 설

정되면 실험가능영역은 심플렉스 상의 좁은 영역이 된다

- 34 -

과 은 제한된 실험영역에 대한 실험계획법으로 꼭지점 계획법Mclean Anderson

을 제안하였다 이 계획법은 제한된 영역이 가지는 모든(extreme vertices design)

꼭지점과 이 꼭지점들의 선형조합으로 이루어지는 몇 개의 점을 적절히 선택하는

실험계획법이다 만약 개의 혼합성분이 사용되는 경우 실험영역을 그림으로 그리 4

면 그림 와 같이 사면체 속에 위치하는 면체가 된다 과 은[ 42] 6 Mclean Anderson

이 면체의 꼭지점과 중심점을 실험점으로 선택하는 방법에 대한 예제를 제시하고6

있다

그림 개의 혼합성분에 대한 꼭지점계획법[ 42] 4

고무부싱의 재료설계 시 혼합물은 고무 카본 및 배합원료로서 황화제 촉진제

가공제 유기산 금속산화제 노화방지제 보강제 충진제 등을 사용한다

재료 배합 실험은 경도별로 나누어 실행되었으며 표 은 경도 도 오차범[ 43] 48 (

위 plusmn 도 에 대한 혼합물성분의 한계이다 에 성분의 한계를 입력한 결과2 ) MINITAB

네 가지 성분에 대하여 표 와 같은 총 회의 실[ 44] 17

- 35 -

험점이 생성되었다 실행 의 경우 의 성분을 1 A B C D 09807 00068 00011

의 비율로 섞어서 실험하라는 의미이다00114

표 혼합물 성분의 한계[ 43] (48Hs)

성분 하한 상한

A 외 기타Polymer 09774 09807

B 촉진제1 00068 00085

C 촉진제2 00011 00022

D Sulfur 00114 00119

표 꼭지점계획법에 의한 실험설계와 결과데이터[ 44] (48Hs)

을 활용한 혼합물 설계 데이터분석 결과는 표 표 과 같다MINITAB [ 45][ 46] 17

회의 실험점에 대한 데이터분석 결과 각 실험 점에서의 적합추정치와 신뢰구 95

간을 구할 수 있었다

- 36 -

표 을 보면 실험점 에 의한 배합조건으로는 신뢰구간으로[ 45] 14 95

의 내구성이 나타난다 에서는 각 성142322cycle ~ 146166cycle Nominal Load

분에 대한 제한조건을 만족시키면서 내구성을 최대로 하는 처리조건은 인자의 네

가지 성분 즉 외 에 대한 배합 비율이 Polymer Acc1 Acc2 Sulfur 097740

이었다 그리고 이 처리조건에서 예상되는 내구성은00085 00022 00119

에 도달할 것으로 추정되었다146943cycle

에서는 인자의 네 가지 성분의 배합비율이 와 마찬Maximum Load Nominal Load

가지로 이었다 그리고 이 처리 조건에서 예상되는09774 00085 00022 00119

내구성 추정치는 이었다18917cycle

표 데이터분석 결과[ 45] (48Hs Nominal Load)

에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응Dura(Nom)Dura(Nom)Dura(Nom)Dura(Nom)

- 37 -

반응 최적화 모수반응 최적화 모수반응 최적화 모수반응 최적화 모수

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예측 반응예측 반응예측 반응예측 반응

Dura(Nom) = 146943

- 38 -

표 데이터분석 결과[ 46] (48Hs Maximum Load)

에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응Dura(max)Dura(max)Dura(max)Dura(max)

반응 최적화 모수반응 최적화 모수반응 최적화 모수반응 최적화 모수

글로벌 솔루션글로벌 솔루션글로벌 솔루션글로벌 솔루션

외Polymer = 09774

- 39 -

Acc1 = 00085

Acc2 = 00022

Sulfur = 00119

예측 반응

Duro(max) = 189171

경도 도 오차범위 도 에 대한 혼합물성분의 한계와 에 의한 실험50 ( plusmn 2 ) MINITAB

점은 표 표 과 같다[ 47] [ 48]

표 혼합물 성분의 한계[ 47] (50Hs)

- 40 -

표 실험계획의 결과[ 48] (50Hs)

경도 도에 대한 혼합물 설계 데이터분석 결과는 표 표 과 같다50 [ 49][ 410] 17

개 실험 점에서의 적합추정치와 신뢰구간은 예측반응에 잘 나타나 있다95

에서는 각 성분에 대한 제한조건을 만족시키면서 내구성을 최대로Nominal Load

하는 처리조건은 외 기타 의 각 성분에 대하여 배합비Polymer Acc1 Acc2 Sulfur

율이 이고 이 처리조건에서 예상되는 내구성은09687 00088 00025 00200

에 도달할 것으로 추정되었다159209 Cycle

에서는 인자의 네 가지 성분의 배합비율이 와 마찬가Maximum Load Nominal Load

지로 이었다 그리고 이 처리조건에서 예상되는 내09687 00088 00025 00200

구성 추정치는 이었다 일 때와 일218572 Cycle Nominal Load Maximum Load

때의 적정배합비율이 다르게 나오는 경우가 있는데 이는 오차범위 경도의 경우( plusmn

도 가 비교적 넓은 고무의 특성에서 비2 )

- 41 -

롯되거나 측정오차에 따른 결과로 추정된다

표 데이터분석 결과[ 49] (50Hs Nominal Load)

에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응Duro(Nor)Duro(Nor)Duro(Nor)Duro(Nor)

반응 최적화 모수반응 최적화 모수반응 최적화 모수반응 최적화 모수

- 42 -

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예측 반응예측 반응예측 반응예측 반응

Duro(Nor) = 159209

표 데이터분석 결과[ 410] (50Hs Maximum Load)

에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응Duro(max)Duro(max)Duro(max)Duro(max)

- 43 -

반응 최적화 모수반응 최적화 모수반응 최적화 모수반응 최적화 모수

글로벌 솔루션글로벌 솔루션글로벌 솔루션글로벌 솔루션

예측 반응예측 반응예측 반응예측 반응

Duro(Max) = 218572

재료배합시험에 있어서 가류시간이 특성 치에 영향을 미치므로 레오그래프

분석에 의해 적정가류시간을 결정한다 레오그래프는 다음의 용도에(Rheograph)

활용된다

고무제품의 가류도 측정①

가류속도 측정②

최적의 가류공정 조건 확립③

가류약품 선정 및 배합 작성Recipe④

고무제품의 품질관리⑤

아래 그림 은 경도 도에 대한 재료의 레오그래프이다 그래프에 나타난 용[ 43] 48

어를 설명하면 다음과 같다

혼합물 의 가 가류되었을 때의 시간을 나타내며 가류시간을tc90- (Compound) 90

결정하는 기준으로 사용된다

스코치시간 을 나타내며 원하지 않는 가교가 일어ts2 - (Scorch time)

- 44 -

나는 시간으로 적절한 가류시간을 찾기 위해 필요한 과정임

고무의 특성을 토르크 값으로 나타낸 값으로 일반적으로 혼합물Tmax- (Torque)

의 경도에 따라 변함

평형 토르크MH- (Equilibrium torque)

최소 토르크ML- (Minimum torque)

본 재료시험에 적용된 가류시간은 의 배 사이에서 적정수준을 결정하tc90 1-15

였다

연구의 결과 카본의 입자가 작을수록 내구성은 향상시키지만 대체로 분산이 잘 되

지 않아 혼합물의 품질이 고르지 못하였다 따라서 카본의 분산도를 평가하여 만족

할 만한 수준이 나오는지 확인하였으며 상대적으로 작은 입자경의 카본을 사용하

여 내구성을 높이려 하였다

그림 경도 도 고무에 대한 레오그래프[ 43] 48

- 45 -

실험의 결과 카본블랙과 레오그래프와의 관계는 그림 와 같이 나타났다 그림[ 44]

에서 보는바와 같이 입자경의 크기가 증가함에 따라 결합력이 약해지므로 토르크

값이 낮아짐을 알 수 있다

그림 각종 카본블랙의 레오그래프[ 44]

- 46 -

본 연구에 적용된 카본 입자경의 크기와 양은 표 과 같다[ 411]

경도변화는 카본입자의 크기와 양에 따라 결정이 되며 레오그래프의 값이 Tmax

이러한 사실을 보여주고 있다

표 레오그래프상의 경도와 카본의 관계[ 411]

레오그래프는 섭씨 도에서 그려짐PHR = Part in Hundred Rubber 160

- 47 -

제 장 형상개선제 장 형상개선제 장 형상개선제 장 형상개선5555

제 절 외철의 스웨징 율 변화에 의한 개선제 절 외철의 스웨징 율 변화에 의한 개선제 절 외철의 스웨징 율 변화에 의한 개선제 절 외철의 스웨징 율 변화에 의한 개선1111

높은 품질의 부싱을 개발하기 위해서는 적절한 재료설계에 의한 경도 및 고무 특

성의 설정이 매우 중요한 요소이지만 고무의 특성 개선에만 의존하는 것은 한계점

이 있다 따라서 제품의 형상변화를 통해 고무의 특성을 극대화함으로써 내구성 및

품질특성을 향상시킬 수 있다

그림 은 부품의 세부형상과 설계도이다[ 51]

그림 세부형상[ 51] DA-2

- 48 -

그림 는 제품의 단면을 보여준다 그림에서 는 다른 모델에 비해 고무[ 52] DA-2

량이 다소 적음을 알 수 있다 형상 변화를 통한 품질특성의 개선을 시도함에 있어

서는 부품에 대한 조립성과 제조성 을 반드시(DFM Design for Manufacturability)

고려하여 형상변화를 꾀하여야 한다 본 제품의 경우 외철 과 내철 (outer pipe)

의 길이는 한정되어 있으며 그 직경의 변화도 허용공차를 미만(Inner pipe) 05 mm

의 수준으로 요구하고 있다

형상변경을 통한 성능향상 방안으로서 외철에 대한 스웨징율 을 변(Swaging rate)

경함으로서 외경크기의 변화를 시도하였으며 또한 내철의 구배각도를 변화시켜 개

선점을 찾으려고 노력하였다

그림 단면[ 52] DA-2

부싱의 경우 일반 적으로 스웨징이라는 공정을 거치게 되는데 이는 공정에서 외

경의 크기 조정을 통하여 성능을 향상 시키는 방법으로서 스웨징율을 조정함으로서

외철의 외경 크기를 허용범위 내어서 변화시키는 것이다 이는 스웨징에 따른 직경

변화에 의해 고무의 조직이 조밀해져 고무 특성을 향상시킬 수 있게된다

그림 은 스웨징의 방향을 나타내며 그림 는 스웨징 전 후의 외철의 크[ 53] [ 54]

기 변화를 보여주고 있다

- 49 -

그림 스웨징 방향[ 53]

그림 스웨징 전후의 외경 크기의 변화 단면[ 54] ( )

제 절 내철의 구배 변화에 의한 개선제 절 내철의 구배 변화에 의한 개선제 절 내철의 구배 변화에 의한 개선제 절 내철의 구배 변화에 의한 개선2222

아래 그림 는 형상 변화를 시도할 수 있는 내철 끝단 부분의 구배를 표시한[ 55]

그림으로서 는 구배각도를 나타낸다a

- 50 -

그림 구배각도[ 55]

그림 은 본 제품의 특성 요구 사항을 그림으로 표시한 것으로 고무부싱은[ 56]

및 의 외력에 대하여 적절하게 대응할 수 있도록 설계되어야 한다 부싱 종류F1 F2

의 경우 일반적으로 고무 제품의 유연함과 동배율 개선을 위하여 저경도의 고무를

적용하는 경우가 많은데 이 경우에는 외력에 대한 특성이 상대적으로 취약하게F1

나타나게 된다 이러한 취약점을 보완하기 위하여 본 연구에서는 그림 과 같 [ 57]

이 제품이 허용하는 범위 내에서 내철의 구배를 변화 시킨 후 실험데이터의 분석을

통해 성능 개선 방안을 찾고자 하였다

그림 부싱의 외력[ 56]

그림 의 의 경우는 구배를 주지 않은 경우이며 의 경우는 구배를 준[ 57] (a) (b)

경우를 표시하고 있다

- 51 -

의 경우 외력에 의하여 발생하는 반발력 은 순수한 고무 특성에 의해서(a) F1 Fr1

만 나타나게 된다 이러한 경우 저경도의 고무을 적용하였을 때 의 크기가 미미 Fr1

하여 적절한 특성을 발휘하지 못하게 된다

의 경우와 같이 내철에 구배를 주게 되면 의 외력에 대하여 구배가 들어간(b) F1

부분 에 의한 반발력 함께 가 생성되어 상대적으로 에 대한 저항력이 커Fr3 Fr2 F1

짐으로써 성능을 향상 시킬 수 있게 된다

그림 구배각도의 적용에 따른 차이 단면[ 57] ( )

그림 구배각도의 적용에 따른 차이 입체[ 58] ( )

- 52 -

제 장 도포공정개선제 장 도포공정개선제 장 도포공정개선제 장 도포공정개선6666

고무부싱의 내구성 향상을 위하여 필수적으로 관리하여야 할 공정이 도포공정이

다 도포공정은 접착의 원리에서부터 접착의 구조 접착의 강도 피착재의 표면처리

법 및 접착제 사용법 등 접착에 관한 전반적인 기술을 공정에 효율적으로 적용하여

야 한다

고무와 금속과의 접착력이란 접착제와 피착제 사이의 계면 결합력을 의미하며 접

착강도는 시험방법 접착방법 시험시의 조건 시편의 기하학 등 여러 인자에 의해

영향을 받는다 접착파괴는 접착제의 가장 약한 곳에서 일어나며 접착강도는 여러

가지 측정법에 따라 고유강도 잔류강도 측정강도 등과 같이 다르게 표현된다 고

무부싱의 접착구조는 그림 과 같다[ 61]

그림 접착의 구조[ 61]

프라이머 는 피착제 표면과의 친화성이나 접착제와의 상용성이 뛰어나야(Primer)

하고 동시에 접착 저해물과의 상용성도 높아야 한다 또 프라이머 중의 유효성분

쪽이 피착제 표면에 흡착되어 있는 저해성분보다 피착제에 의하여 안정하게 흡착되

어 있는 것이 중요하다 따라서 프라이머는

- 53 -

충분한 교반 균일하고 엷은 도포 그리고 완전한 건조가 이루어져야 한다 이러한

도포공정은 피착제의 모앙에 따라 달라진다

열경화성 접착제의 대부분은 유기 중합물과 각종 충진제를 유기용제에 용해 분산

시킨 것으로 사용전이나 사용 중에도 교반기 등으로 균일하게 용해 분산시킨 접착

제를 사용하는 것이 중요하다 따라서 의 도포 공정은 그림 와 같이 교 DA-2 [ 62]

반기를 추가 설치하여 공정 개선을 실시하였다

그림 설치한 교반기[ 62]

또한 피착제의 균일한 도포를 위해 롤타입의 코팅기에 기존 페인트용 롤러에서

그림 에서와 같이 융을 말아 롤러 도포하는 형태로 개선을 실시하여 코팅의[ 415]

두께 정밀도를 향상시켰다

- 54 -

그림 변경된 롤러 모양[ 63]

접착 재료를 프라이머 에서 변경하여 사용함CHEMLOK 220 252 CHEMLOK 205

으로써 접착력을 향상시켰는데 는 금속 및 경길대료의 프라이머로CHEMLOK 205

사용되며 또한 같은 극성고무에 단독으로 접착이 가능하다 NBR

방식의 경우 의 특징을 살펴보면TWO Coat CHEMLOK 205

ㆍㆍㆍㆍ 접착제의 금속 표면에서의 접착강도를 향상시킬 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ 기계적 표면처리 후 활성화된 금속표면을 산화작용으로부터 보호하며 녹방

지 도료적 역할을 한다

ㆍㆍㆍㆍ 크로로프렌이나 에피크로로히드린고무와 같은 가류 중에 염소가스를 발생

시 켜 금속표면을 부식시키기 쉬운 고무배합에 대하여 유효하게 적용된다 프

라 이머는 충분한 교반 균일하고 엷은 도포 그리고 완전한 건조가 이루어져

야 접착성이 뛰어나게 된다

도포공정 개선 전후의 효과는 그림 그림 의 도포두께 비교[ 64]~[ 67] Cpk

를 통해서도 알 수 있다DATA

아래 그림 는 도포공정의 개선전[ 64] 관리도의 그래프를 나타낸

- 55 -

것으로 관리도는 평균치와 범위에 관한 계량형 관리도에서 가장 많이 사용되

는 관리도의 하나이다 관리도는 평균치의 변화를 관리하는 관리도와 산포의

변화를 관리하는 관리도로 구성된다 관리도의 중심선(Central Line) CL=로 나

타내며 관리 상한선 은(Upper Control Limit) UCL= 로 관리하한선인 (Lower

의 경우Control Limit) LCL=

로 구한다

관리도의 관리선의 경우 중심선 관리상한선 UCL= 관리하한선 LCL

의 경우 로 구한다

여기서 등의 계수는 샘플의 크기인 에 따라 결정 되며 일 경우=4

=0729 =0 이다=2282

그림 에서[ 64] 이며=273410 관리도의 로 나타났UCL=307994 LCL=238826

다

관리도의 은CL 이며 이다=4744 UCL=1082581

- 56 -

그림 도포공정 개선전[ 64] 관리도

한편 그림 는 도포공정 개선 전의 경우에 대하여 지정된 규격의 공정능력 [ 65]

지수를 나타낸 것으로서 단기공정능력지수( 와 장기공정능력지수) ( 를 나타낸)

다 단기공정능력지수는 공정능력 ( 과 규격의 폭) ( 과의 비율을 의미하며 일반적)

으로 로 표시한다 규격은 그림 에서처럼 양쪽규격이 모두 주어진 경우 공 [ 65]

정 능력 지수는 다음과 같이 계산할 수 있다

공정 능력

로 나타내고 만약 공정 평균이 규격의 중심으로부터 어느

한쪽으로 치우쳐 있게 되는 경우 치우침도( 와) 를 조합한 단기공정능력지수

( 로 나타낸다 즉)

- 57 -

장기공정능력지수( 의 계산은)

으로서 이다

따라서 그림 에 나타난 것처럼 개선전의 공정능력은[ 65] =17854 =08458

으로서 장기 공정에 대해 만족스럽지 못한 값을 나타내고 있다

그림 도포공정 개선전 공정능력 분석그래프[ 65]

- 58 -

그러나 공정개선후의 관리도인 그림 을 살펴보면[ 66] 이며=28196 관리

도의 이고UCL=300418 LCL=263502 관리도의 은CL 로=2532 UCL=51418

나타난다

그림 도포공정 개선후[ 66] 관리도

- 59 -

개선 후에는 그림 로부터 알 수 있듯이 단기공정능력은[ 67] 으로서=31966

인 장기 공정에 대해 안정적인 것을 확인할 수 있어 도포공정 개선에=23275

대한 효과가 있음을 알 수 있다

그림 정 개선 후 공정능력 분석그래프[ 67]

또한 도포공정의 두께관리를 강화하기 위하여 작업자 교육 및 샘플링 두께 측정

검사를 통해 지속적인 모니터링을 실시하고 공정별 온도관리 및 시간 관리를 통해

작업 환경 유지관리 강화로 변함없는 품질의 제품을 생산하도록 하였다 그림 [

은 롤 코팅 공정이다68] (Roll coating)

- 60 -

그림 롤 코팅 공정[ 68] (Roll coating)

- 61 -

제 장 최적수준 결정을 위한 파라미터 설계제 장 최적수준 결정을 위한 파라미터 설계제 장 최적수준 결정을 위한 파라미터 설계제 장 최적수준 결정을 위한 파라미터 설계7777

제 절 실험계획법에 의한 유의인자 결정제 절 실험계획법에 의한 유의인자 결정제 절 실험계획법에 의한 유의인자 결정제 절 실험계획법에 의한 유의인자 결정1111

재료설계 형상설계 및 공정설계에 대한 최적조건의 결정은 부품의 품질 특성에

대한 사양 을 만족시켜야 할 뿐 아니라 생산부품 간 품질의 산포를(Specification)

최대한 줄여야 한다 의 최적설계를 위해 다구찌 기법 을 적 DA-2 (Taguchi method)

용하였다

다구찌의 강건설계 는 인자 가 품질 특성의 평균에 대해(Robust design) (Factor)

가지는 효과뿐만 아니라 분산에 미치는 효과에 대해서도 초점을 맞추고 있다 분산

을 줄일 수 있는 통제 가능한 인자에 대한 조건을 설정하여 품질특성이 통제 불가

능한 인자의 변화에 대해서는 둔감하도록 할 수 있다 강건설계의 주목적은 품질특

성의 목표값을 유지하면서 분산을 줄이는 인자에 대해 설치값 을 발견하는 (Setting)

데 있다

다구찌 설계에 의한 실험계획법은 특히 확장된 역할로서 다음의 몇 가지를 들 수

있다

ㆍㆍㆍㆍ종래에는 제어 불가능한 환경조건이나 제어하기 어려운 생산조건 공정조건

등의 원인 이를 잡음인자로 통칭 들이 데이터에 주는 영향의 정도를 평가하기 어려( )

웠으나 객관적으로 그리고 계량적으로 이를 평가할 수 있는 방법을 제시하고 있

다 또한 품질 산포의 크기를 계량특성치 손실함수 비 등 로 변환하여 산포를 ( SN )

작게 하는 인자들의 조건을 찾아가는 강건설계를 사용한다

ㆍㆍㆍㆍ직교배열표를 광범위하게 사용하여 인자의 수가 많은 경우에도 크게 실험횟

수를 증가시키지 않고 실험하는 일부 실시법을 사용한다

ㆍㆍㆍㆍ생산라인 내 뿐만 아니라 신제품 개발을 위한 품질설계 파라미터(On-line)

설계 허용오차 설계 등의 라인 외 품질관리를 위하여 유용하게 사용할 (Off-line)

수 있다

ㆍㆍㆍㆍ다구찌 방법에서 추가적으로 다룰 수 있는 주요한 것들로는 직교배열

- 62 -

표의 확대사용 수준계의 표준 직교배열표 이외에 확대 응용 혼합 직교배열표(2 3

의 사용과 조합법의 사용 계량치 데이터의 파라미터 설계 허용차 설계 그리고)

계수치 데이터의 파라미터 설계 동적 특성의 파라미터 설계 등을 들 수 있다

파라미터 설계 는 제품설계와 공정설계에서 유용하게 사용되는(Parameter design)

다구찌 실험계획법의 핵심이다 파라미터는 제품성능의 특성치에 영향을 주는 제어

가능한 인자 를 의미하며 파라미터 설계는 이들 인자들의 최적(Controllable factor)

수준을 정하여 주는 것을 말한다 파라미터를 설계변수 라고도 부 (Design variable)

르며 파라미터 설계에서는 제품의 품질변동이 잡음에 둔감하면서 목표품질을 가질

수 있도록 설계변수들의 최적조건을 구하여 준다 최적조건을 찾을 때 설계변수와

잡음을 주는 인자들을 포함시켜 실험하는 직교배열표 등을 주로 사용한다 이때 목

표 품질을 만족시키는 범위 내에서 가능한 한 비용이 적게 드는 조건이나 부품 등

을 이용한다

만약 신뢰성에 영향을 주는 제어 가능한 인자 에 대한 파라미터설계 A B C D

를 한다고 하자 는 수준 는 수준의 혼합수준 에 대한 설계 A B 4 C D 2 (Mixed level)

분석을 하려고 한다면 각 요인 변동의 계산을 표 과 같은 [ 71] L16(215형 직교배)

열표 를 사용하면 된다(Orthogonal Design)

에 대한 파라미터 설계조건으로는 내구성이 가장 좋은 최적의 설계 및 공정DA-2

조건을 구하여야 하므로 반응변수가 큰 값일수록 좋은 망대특성(Larger-the-better

에 대한 조건을 구하고 부품의 정특성 및 동특성에 대한 분석은 적characteristics)

정한 상호관계를 고려하여 별도의 실험을 행한다

- 63 -

표 다구찌 설계의 예[ 71]

- 64 -

제 절 시험데이터의 해석제 절 시험데이터의 해석제 절 시험데이터의 해석제 절 시험데이터의 해석2222

실험조건실험조건실험조건실험조건1111

제품의 신뢰성향상을 위해 지금까지 재료배합의 개선 형상개선 및 공정개선에

대한 각각의 과정을 설명하였으며 본 장에서는 관련된 여러 인자들을 동시에 고려

하여 최상의 품질특성을 나타낼 수 있는 최적인자수준의 결정에 대하여 설명하려고

한다 이는 인자들 간의 상호 작용이 상승 또는 보완작용을 할 수도 있고 반대로

서로 상극임을 나타낼 수 도 있기 때문이다

일반적으로 고무부싱의 개발에 적용되는 인자 는 다음과 같다(Factor)

ㆍㆍㆍㆍ경도 는 수요기업에서 제시하는 사양 에 따라 적정수(Hardness) (Specification)

준의 경도 도 도 도 도 를 적용하였으며 경험적으로 경도의 산포는(43 45 48 50 ) plusmn

정도이다2

ㆍㆍㆍㆍ각 부분의 모양이나 각도에 따라 고무 량에 영향을 미치게 되는 형상설계에

관해서는 내부 파이프 구배각도를(Inner pipe) 15deg~25deg로 하고 외부파이프 (Outer

의 접착부분을 로 하였으며 외경의 크기는pipe) 13mm~15mm

27mm~ 로 유지하였다278mm

ㆍㆍㆍㆍ공정설계는 가류시간을 로 하였다 가류 온도는240sec~600sec 150deg~180

로 하고 주변 온도에 영향을 받으므로 금형 표면온도는 항상 확인하였다 접착제

도포가 내구성에 영향을 주므로 접착제 두께는 으로 하고 접15micron~40micron

착제 배합조건은 로 하였다120cc~128cc

다구찌 설계에 의한 최적수준을 결정하기 위해 다른 인자는 고정시키고 경도 가

류시간 스웨징 인자에 대하여 표 와 같이 실험수준을 정하였다 [ 72]

- 65 -

표 실험인자 별 수준[ 72]

분석결과의 해석분석결과의 해석분석결과의 해석분석결과의 해석2222

실험결과의 해석은 다음과 같다

을 통해 표 의 실험조건을 입력하여 다구찌 설계를 생성한 결과MMITAB [ 72]

표 과 같은 실험조합을 얻었다 표 는 실험조합 별 시험결과 값이다[ 73] [ 74]

에서의 내구성에 대한 다구찌 설계해석의 결과는 표 의 신호 대Nominal load [ 75]

잡음비 비 평균 표준편차에 대한 반응표에 잘 나타나(SN Signal to noise ratio)

있다 그림 그림 은 비 평균 표준편차에 대한 반응 값을 도식한 [ 71]~[ 73] SN

것이다

표 의 신호 대 잡음비의 반응표를 보면 경도는 스웨징이나 가류시간에 비해[ 75]

반응변수 내구성 에 큰 영향을 미치고 있음을 보여준다 평균에 대한 반응표에서도( )

경도는 다른 인자들에 비해 반응변수의 평균에 크게 영향을 미치고 있음을 알 수

있다 표준편차 역시 경도의 수준 변화에 따라 차이가 가장 많음을 보여주고 있다

- 66 -

표 에 의한 다구찌 설계생성[ 73] MINITAB

- 67 -

표 실험조합 별 시험결과 데이터[ 74]

- 68 -

표 비 평균 표준편차에 대한 반응표[ 75] SN

신호 대 잡음 비에 대한 반응 표신호 대 잡음 비에 대한 반응 표신호 대 잡음 비에 대한 반응 표신호 대 잡음 비에 대한 반응 표

망대특성망대특성망대특성망대특성

평균에 대한 반응 표평균에 대한 반응 표평균에 대한 반응 표평균에 대한 반응 표

표준 편차에 대한 반응 표표준 편차에 대한 반응 표표준 편차에 대한 반응 표표준 편차에 대한 반응 표

- 69 -

그림 신호 대 잡음 비의 주효과도[ 71]

그림 인자수준별 평균의 주효과도[ 72]

그림 인자수준별 표준편차의 주효과도[ 73]

- 70 -

표 와 그림 에서 에서의 내구성 예측값을 가장 크게 하[ 75] [ 72] Nominal Load

는 것은 요인 수준의 조합이 일 때이다 품질 향상을 위해서는 정특성 동(4 2 2)

특성 값도 동시에 고려하여야 하므로 조합 조합 조합(4 2 2) (4 3 2) (4 1 2)

에 대한 예측 값을 함께 구하였다

표 은 에서의 내구성 예측값을 표 은 에[ 76] Nominal Load [ 77] Maximum Load

서의 내구성 예측값 표 은 정특성 예측값 표 는 에서의 동특성 예 [ 78] [ 79] 15Hz

측값 그리고 표 은 에서의 동특성 예측값을 보여주고 있다 [ 710] 150Hz Nominal

에서의 내구성 예측값은 조합 조합 조합에서 각Load (4 2 2) (4 3 2) (4 1 2)

각 목표값인 을 상회한 과170000 Cycle 178023 Cycle 174272 Cycle 175830

로서 조합일 때 더 높게 나타났다Cycle (4 2 2)

동배율은 예측 평균값을 기준으로 할 때 동배율은 조합에서는 에 (4 2 2) 15Hz

서 에서 이고 조합에서의110(1187691079) 150Hz 113(1215561079) (432)

동배율은 에서 에서15Hz 106(112856 106938) 150Hz 108(115769106938)

이며 조합에서의 동배율은 에서 에서 (412) 15Hz 108(118194 1094) 150Hz

이었다109(1195691094)

모델의 경우 수요기업에서 동배율 값이 적은 값을 요구하기 때문에DA-2 (kdks)

동배율을 고려하면 의 조합이 더 좋은 품질을 나타낸다고 할 수 있다(4 1 2)

- 71 -

표 에서의 내구성 예측값[ 76] Nominal Load

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 2 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 3 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 1 2

예측 값

신호 대

- 72 -

표 에서의 내구성 예측값[ 77] Maximum Load

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 2 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 3 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 1 2

신호 대

- 73 -

표 정특성 예측값[ 78]

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 2 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 3 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 1 2

신호 대

- 74 -

표 동특성 예측값[ 79] (15Hz)

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 2 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 3 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 1 2

신호 대

- 75 -

표 동특성 예측값[ 710] (150Hz)

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 2 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 3 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 1 2

신호 대

- 76 -

제 장 부품의 신뢰성성장관리제 장 부품의 신뢰성성장관리제 장 부품의 신뢰성성장관리제 장 부품의 신뢰성성장관리8888

제 절 신뢰성성장관리제 절 신뢰성성장관리제 절 신뢰성성장관리제 절 신뢰성성장관리1111

복잡하고 기술적인 제품의 개발 프로그램을 운영하는 데 있어서는 고객이 요구

하는 신뢰성 수준을 만족시키기 위하여 상당한 규모의 시간 예산 기술인력 등의

자원을 필요로 한다 고객들의 신뢰성 요구수준은 매우 높으므로 이러한 목표를 달

성하기 위하여 시험 개선 시험 개선의 개발과정을 반드시 거친다 이 과정에서 시- - -

스템 서브시스템 또는 모듈을 고장 날 때까지 시험하고 고장모드를 결정해서 이를

제거하기 위한 시도를 하거나 적어도 고장발생을 줄일 수 있는 시도를 하여 설계나

엔지니어링 개선을 이룬다 만약 이러한 과정이 계속되고 설계나 엔지니어링 변경

이 충분히 이루지면 시스템의 신뢰성은 증가한다 개발프로그램이 운영되는 동안

신뢰성 수준의 변화를 추적할 수 있다면 개발책임자로서는 여러 가지 이점이 있다

즉 목표하는 신뢰성 수준을 달성하기 위하여 충분한 비율로 성장하고 있는지의 여

부를 가능한 빠른 시간 내에 판단할 수 있고 그에 따라 필요한 자원을 적절히 배

분할 수 있다 따라서 개발책임자는 시험데이터로부터 현재 시스템의 신뢰성 수준

성장률의 평가 앞으로 기대되는 달성 가능한 수준을 결정하기를 원한다

신뢰성 성장관리 기술은 제품을 개발하는 데(Reliability growth management)

소요되는 많은 시간과 비용 및 엔지니어링 노력을 절감하면서 개념선택 제품과 공

정의 신뢰성 그리고 비용효율을 달성할 수 있도록 유용한 정보를 제공해 준다 군

사장비 자동차 및 전자 중장비개발 등에 적용된 최근의 신뢰성 성장시험 관리기술

은 각 분야의 경쟁적인 사업 환경 아래에서 제품개발을 효율적으로 조직하여 신뢰

성평가를 시작하고 신뢰성 성장과정을 추적할 수 있도록 해준다 신뢰성성장관리기

술은 제품 및 공정설계 관련사항 및 검증시험 항목들에 대하여 사용 환경에 따른

신뢰성 성장 진행과정을 확인하고 그 결과로부터 성장시험곡선을 개발할 수 있게

한다 또한 설계단계 사이의 여러 가지 관련성을 확인하여 관찰하고 그 정보를 다

른 제품보증분석들과 연결하여 고객 요구사항에 대한 제품의

- 77 -

적합도를 적절히 평가하는 데 도움을 준다

신뢰성성장모델은 가 개발한Crow(1975) AMSAA(Army Materiel Systems

모델이 많이 활용되었으나 이는 시스템 또는 서브시스템에서의Analysis Activity)

성장관리에 유용하고 부품수준에서는 모델을 활용하는 것이 더욱 실용적이 Weibull

다 모델은 목표 Weibull B10 수명에 대하여 초기 시작품 으로부터(Early Prototype)

후기 시작품 까지의 신뢰성 개선을 관리하는데 실용적으로 활용할(Later Prototype)

수 있다

신뢰성 성장시험 프로세스신뢰성 성장시험 프로세스신뢰성 성장시험 프로세스신뢰성 성장시험 프로세스1111

신뢰성 성장은 개발시스템에 대하여 여러 시험단계가 시리즈로 이루어지는 동안

고장모드를 발견하고 이를 개선하는 과정을 거쳐 이TAAF(Test Analyze And Fix)

루어진다 또한 기능시험 환경시험 안전시험의 결과는 신뢰성 향상을 위한 FMEA

등과 연계하여 사용된다 분석결과는 설계변경에 반영되고 최종목표가 달성될 때까

지 개선과 시험이 연속적으로 이루어진다 그림 은 일반적인 신뢰성 성장시험 [ 81]

프로세스를 보여준다 프로그램의 시작시점에 신뢰성 성장에 대한 계획을 수립하여

고객의 기대사항을 만족시킬 수 있는 성능수준에 대한 구체적인 측정치를 제시하

고 이 목적을 달성시킬 수 있는 시험조건을 정한다 시험조건은 특정한 부품이나

시스템에 대하여 고객의 사용방법과 환경에 대한 지식을 기초로 하여야 한다

개발프로젝트가 진행되는 동안 신뢰성 성장시험 프로그램이 개발되고 실행되는

과정에서 설계 및 공정의 관심사항을 확인하기 위해 QFD(Quality function

와 같은 제품보증을 위한 분석방법들이 선행되어 실시되는데 신뢰성deployment)

성장관리와 연계하여 이를 통틀어 통합 신뢰성 성장관리(Integrated reliability

라고 한다 신뢰성 성장관리를 포함한 제품설계평가의 모든growth management)

과정은 제품 공정의 신뢰성 향상에 있어 중요한 역할을 하는 제품보증기능의 한부

분이다

- 78 -

통합 신뢰성 성장시험관리 프로세스는 설계뿐 아니라 공정신뢰성(MIL-HDBK-781)

과 관련된 문제에 대응할 수 있도록 신뢰성 성장시험의 이점을 전적으로 활용할 수

있는 수단을 제공한다

신뢰성 성장관리과정을 개발함으로써 신뢰성 수준은 계속적으로 추적될 수 있고

조치를 취하고 다른 분석결과들과 비교되어 초기 신뢰성 예측을 수립하고 제품설

계에 포함된 확신을 증가시킨 후 검증시험에 들어갈 수 있도록 한다 이러한 신뢰

성 성장관리 프로세스는 제품개발 사이클에 있어서 초기 단계 동안에 신뢰성을 확

립하는 데 도움을 줄 수 있는 장치이다

그림 신뢰성성장시험 프로세스[ 81]

제품개발과정에 적용되는 신뢰성 성장시험관리 프로세스는 다음과 같다

신뢰성 성장시험조건을 결정하고 시험 사이클을 개발한다 ①

신뢰성 성장시험곡선의 사용을 통하여 시험과정을 실행하고 추적한다②

시험결과를 평가하고 다른 선행된 분석연구결과들과 비교한다③

확인된 결함을 제거하기 위해 설계변경을 실시한다④

- 79 -

설계검증시험을 준비한다⑤

신뢰성 성장시험의 주된 목적은 설계상의 약점을 확인하고 제거함으로써 설계의

신뢰성을 증가시키는 것이다 정확하게 신뢰성 수준이 변화되는 진행상황을 추적하

기 위해서는 요구사항에 대한 불합치성 을 확인하고 불합치성이(Nonconformance)

일어난 시간을 모두 추적하여야 한다 시험을 시작하기 전에 적절한 시정조치를 용

이하게 하기 위해 사전계획이 수립되어야 하며 고장분포를 결정하기 전에 각각의

고장부품에 대한 고장원인을 분리할 수 있어야 한다

부품의 개발과정에서 몇 개의 표본에 대한 고장시간 데이터가 있을 때 Weibull

분포를 활용한 신뢰성 성장분석에 대하여 설명하면 다음과 같다

가 분석의 개요가 분석의 개요가 분석의 개요가 분석의 개요

밀도함수는 그림 와 같이 특성 수명과 기울기로 고장시간Weibull [ 82] (Cycle

을 설명한다 작은 표본에 대한 고장시간 데이터가 주어졌을 때 분석Km) Weibull

을 사용하여 세 가지의 정보를 얻을 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ특정 시간이 주어졌을 때 등 부품의 신뢰도는 그 시간까지 살아 있(Cycle Km )

을 백분율이다

ㆍㆍㆍㆍ 또는 다른( 수명을 추정할 수 있다) 수명은 부품들 중 가 고장10

날 것이라고 기대되는 시간이다 즉 이 시간에서의 신뢰도는 이다 90

ㆍㆍㆍㆍ 기울기의 값은 고장률 패턴에 대한 정보를 제공해준다 기울기가Weibull 10

이라면 고장률이 일정하다는 것을 의미한다 이 경우 고장은 일반적으로 우연히

일어나며 고장률은 설계의 강건 정도에 따라 달라진다 기울기가 보다 작다면 1

고장률은 감소하고 있음을 의미한다

- 80 -

즉 높은 초기 고장률 을 말한다 기울기가 보다 크면 고장률은 증 (Infant mortality) 1

가하고 이는 마모 되고 있음을 의미한다(Wear-out)

그림 에 의한 부품의 신뢰성성장분석[ 82] Weibull 수명 비교

가장 많이 활용되는 측도는 수명이며 이것은 요구되는 목표 신뢰도가 임 90

을 의미한다 첫 번째 프로토타입이 고장 난다면 신뢰성 목표 달성을 위해 설계 변

경을 행하고 다음 프로토타입을 시험한다 이 과정은 목표 수명이 달성될 때까

지 반복한다

나 의이점나 의이점나 의이점나 의이점WeibullWeibullWeibullWeibull

부품의 개발과정에서 작은 표본에 대한 고장시간 자료가 주어졌을 때 Weibull

분석을 활용하여 신뢰성성장관리를 행하면 다음의 정보를 얻을 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ신뢰성 개선은 목표 수명이 달성될 때까지 하나의 프로토타입에

- 81 -

서 다음 프로토타입까지 추적할 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ신뢰성 개선은 시험한 프로토타입에 대해 타점으로 표현되고 빠르Weibull

게 방향을 파악하여 신뢰성 진전과정에 대한 양적 측면의 관리능력 향상을 그

래프로 확인할 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ컴포넌트를 고장 날 때까지 시험하는 것은 고장모드에 대한 아주 귀중한 정

보를 제공하고 따라서 시정조치 활동이 필요하다

ㆍㆍㆍㆍ많은 표본이 더 좋은 신뢰도를 얻을 수 있지만 분석은 많은 표본을Weibull

필요로 하지 않는다

ㆍㆍㆍㆍ고객의 운영 사용 사이클과 시험 모수의 관계가 알려져 있다면 더 빠르고( )

더 적은 비용으로 가속시험을 할 수도 있다

다 기본가정및제한다 기본가정및제한다 기본가정및제한다 기본가정및제한

ㆍㆍㆍㆍ각 분석에서 오직 하나의 고장모드만 포함되어야 한다 두 개나 그 이상의

고장 모드가 검출된다면 각각에 대해 분리하여 분석해야 한다

ㆍㆍㆍㆍ신뢰도는 시험 제한 한계 로 인해 년 마일까지 확장하여 외삽하면 안( ) 10 150K

된다 왜냐하면 시험 제한 한계 로 인해 다른 고장모드가 발생할 것인지 알 수 ( )

없기 때문이다

ㆍㆍㆍㆍ하나의 프로토타입에서 다음 프로토타입까지 기울기가 변하는 데는 특별히

주의를 하여야 한다 왜냐하면 초기 후기 수명에서 더 높은 신뢰도와 후기 초 ( ) (

기 수명에서 더 낮은 신뢰도의 할 수 도 있기 때문이다) trade-off

라 적용시기라 적용시기라 적용시기라 적용시기

ㆍㆍㆍㆍ수명의 비교는 엔지니어링 사양 이 특정한(Specification) 을 요구할 경

우 사용된다

ㆍㆍㆍㆍ이러한 접근방법은 고장시간 등 에 대하여 동일한 부품의(Cycle Km )

- 82 -

다른 시점에서의 프로토타입을 비교할 때 사용한다

ㆍㆍㆍㆍ신뢰성 목표가 달성될 때까지 계속한다

마 입력자료마 입력자료마 입력자료마 입력자료

ㆍㆍㆍㆍ프로토타입 의 몇 개 표본의 고장시간 등1 (Cycle Km )

ㆍㆍㆍㆍ프로토타입 의 몇 개 표본의 고장시간 등2 (Cycle Km )

⦙

ㆍㆍㆍㆍ마지막 프로토타입의 몇 개 표본의 고장시간 등(Cycle Km )

분석프로세스는 그림 과 같다[ 83]

프로세스프로세스프로세스프로세스 일반적 단계일반적 단계일반적 단계일반적 단계

Ⅰ 요구

또는 수명 결정

프로그램 신뢰성 목표 사용

고객의 운영 사용 프로파일 사용( )

시험 프로그램 적정시간 사용

Ⅱ 시험 프로그램 자료정보

확인과 데이터 수집초기 부품의 프로토타입

후기 부품의 프로토타입

Ⅲ 다른 프로토타입에 대한

누적고장 시간 또는 vs

거리 계산 및 타점

분석이 가능한 사용Weibull SW

가능한 가속수명시험 사용

Ⅳ 프로젝트 검토 시

현재 신뢰성 수준신뢰성 목표 적합성 결정

초기 경고 관련 정보 제공

개선을 위한 계획 정보 제공

그림 프로세스별 단계[ 83]

- 83 -

제 절 신뢰성성장 데이터분석제 절 신뢰성성장 데이터분석제 절 신뢰성성장 데이터분석제 절 신뢰성성장 데이터분석2222

초기 프로토타입 으로 부터 개의 표본을 정상하중 으(Prototype1) 6 (Nominal load)

로 고장 날 때까지 시험하고 고장모드를 기록하였다 여러 개선작업을 거친 후 후

기 프로토타입 으로부터 개의 표본을 고장 날 때까지 시험하고 고장모(Prototype2) 6

드를 기록하였다 시험 데이터는 표 에 주어져 있다 [ 81]

에 고장데이터를 입력하고 각 프로토타입 단계별로 용지에 결과MINITAB Weibull

를 타점한 결과 그림 와 같은 성장곡선이 생성되었다 [ 84] Weibull

정상하중 에서 의 평균수명 추정치는 이(Nominal load) Prototype1 127366Cycle

고 의 평균수명 추정치는 로서 의 개선을 이루었 Prototype2 176882 Cycle 389

음을 알 수 있었다 수명은 은 이었으나Prototype1 112668 Cycle Prototype2

의 수명은 로서 상당한 개선이 이루어졌음을 볼 수 있다168620 Cycle 수

명에 대한 신뢰하한은 로 추정되었다 따라서 정상부하에 의한95 162926 Cycle

시험데이터분석 결과 개선활동 재료배합개선 형상설계개선 공정개선 에 의하여 ( )

내구성 목표가 달성되었음을 알 수 있다

그림 는 에서의 신뢰구간을 보여주고 있다[ 85] Nominal load 90

최대하중 에서는 표 의 데이터 입력결과 그림 의 그래프를(Max load) [ 82] [ 86]

생성하였다 그래프로 부터 추정된 의 Prototype1 수명은 이고16362Cycle

의Prototype2 수명은 이다21850 Cycle 수명에 대한 신뢰하한추정치95

는 으로부터 로 계산된다MINITAB 20983 Cycle

의 수명과 의 수명이 다른 것은 개선 활동의 결과이Prototype1 Prototype2

- 84 -

며 에서 개선목표가 달성되었음을 알 수 있다 Prototype2

표 하중 고장시간[ 81] Nominal (Cycle)

Weibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth Curve

(Nominal Load)(Nominal Load)(Nominal Load)(Nominal Load)

그림 성장곡선[ 84] Weibull (Nominal load data)

- 85 -

Weibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth Curve

(Nominal Load-90 Cl)(Nominal Load-90 Cl)(Nominal Load-90 Cl)(Nominal Load-90 Cl)

그림 신뢰구간[ 85] Nominal Load90

- 86 -

표 하중 고장시간[ 82] Max (Cycle)

Weibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth Curve

(MaxLoad)(MaxLoad)(MaxLoad)(MaxLoad)

그림 성장곡선[ 86] Weibull (Max load data)

- 87 -

제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론9999

본 연구는 자동차현가장치인 고무부싱 의 신뢰성향상을 위한 기(Rubber bushing)

술개발과제이다 에나 인더스트리는 수출전문기업으로서 주요 경쟁사에 비해 고성

능 고내구성의 제품을 짧은 기간 내에 개발할 수 있는 능력을 갖추어야 해외 시장

에서 경쟁력을 가질 수 있다

본 연구개발에서는 수요기업에서 요구하는 GMUTS(General Motors Uniform

의 사양에 따른 시험을 실행하여 내구성을 목표 사이클 이상으Test Specification)

로 개선하고 정특성과 동특성 비틀림 토크를 개선항목으로 선정하여 제품의 품질

및 신뢰성 향상을 진행하였다

수요기업의 요구 수준에 의하면 내구성은 와 Tension Compress Alternating

가 동시에 일 때 일 때Torsion Stress Maximum Load 20000 Cycle Normal Load

을 요구한다 본 프로젝트의 경우 해외의 부품메이커들에 대한 경쟁150000 Cycle

력 우위를 확보하기 위하여 기본 요구 수준을 넘어 향상된 제품신뢰성을5~10

확보를 목표로 하였다 내구성 정특성 및 동특성에 대한 시험은 직접 행하였고 비

틀림토크에 대한 부분은 추가적인 시험장치가 필요하여 수요기업의 실험실에 샘플

을 제출하여 요구수준을 검증받았다

본 연구개발의 성과를 요약하면 다음과 같다

우선 기술적 효과로는

설계기술의 확보(1)

재료배합설계 형상설계 공정설계에 대한 기술을 확보하여 내구성을 비롯한 품

질특성을 향상시킬 수 있었다 종래에는 설계 개발 생산프로세스에서 경험적 방법

에 의존하여 시행착오가 많았으나 본 연구를 통하여 과학적이고 체계적인 방법으

로 접근할 수 있는 기술이 확보되었다

설계 요소의 기술적 배치를 위한 실험계획법의 활용기술 확보(2)

- 88 -

종전에는 고무 배합설계 형상설계 공정설계에 대하여 설계요인 별 수 (Facter)

준 을 무작위로 추출하여 실험하였으나 본 실험계획의 과정을 따르면 요인들(Level)

이 계획적으로 반영되어 품질특성에 각각 어느 정도의 영향을 미치는지 분석이 가

능하게 된다 또한 다구찌에 의한 강건 설계의 생성으로 산포를 줄일 수 있다

잠재적 고장원인 분석방법 기술 확보(3)

제품기능에 대한 잠재적 고장모드의 예측과 시험항목을 판단하고 최종적으로는 설

계검증 과 공정검증 의 세부항목과 효과적(Design verification) (Process verification)

으로 연계가 가능하다

신뢰성 데이터분석기술 확보(4)

부품의 개발과정에서 몇 개의 표본에 대한 고장시간 데이터가 있을 때 Weibull

분포를 활용한 신뢰성 성장분석이 가능하게 되었다 개발프로그램이 운영되는 동안

신뢰성 수준의 변화를 추적할 수 있어 목표하는 신뢰성 수준을 달성하기 위하여 충

분한 비율로 성장하고 있는지의 여부를 가능한 빠른 시간 내에 판단할 수 있고 그

에 따라 필요한 자원을 적절히 배분할 수 있다 따라서 개발책임자는 시험데이터로

부터 현재 시스템의 신뢰성 수준 성장률의 평가 앞으로 기대되는 달성 가능한 수

준에 대한 결정이 가능하다

경제적 측면의 효과로는

제품에 대한 내구성 및 동특성 정특성에 대하여 요구사양 이상으로 특성관리(1)

를 행할 수 있어 해외 부품메이커들에 대한 경쟁력 우위로 수출력을 향상할 수 있

게 되었다

개발기간을 단축할 수 있게 되어 개발비의 절감을 가져올 수 있게 되었다(2)

재료배합 형상설계 및 공정설계에 대한 기술개발의 표준 정립으로 개발 기간의 단

축이 가능하게 되었다

본 과제 결과를 활용하여 다른 방진제품에 대한 신뢰성 관리로 수출(3)

- 89 -

시장을 개척하여 신규거래처를 확보할 예정이다 신뢰성 데이터의 관리가 이루어져

제품수명에 대한 설득력 있는 자료의 제시가 가능하게 되었다

향후 연구계획으로는

고무부싱부품의 특성상 내구성만의 개선이 최선이 아니고 정특성과 동특성을 일

정수준으로 동시에 고려하여야 한다 따라서 이 부분에 대한 동시적인 실험설계가

시스템화 되도록 추가적인 연구가 요구된다

- 90 -

참고문헌참고문헌참고문헌참고문헌[ ][ ][ ][ ]

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Journal of Fatigue Vol27 2005

[8] McLean R A and Anderson V I Extreme Vertices Design of Mixture

Experiments Technometrics Vol8 No3 1966

- 96 -

주 의

이 보고서는 산업자원부에서 시행한 부품소재종합기술지원사업의 최1

종보고서이다

이 신뢰성기반기술확산사업 내용을 대외적으로 발표할 때에는 반드시2

산업자원부에서 시행한 부품소재신뢰성기반기술 사업의 지원결과임을

밝혀야 한다

- 97 -

이 보고서는 산업자원부에서 시행한

부품소재 신뢰성기반기술확산사업의 최종보고서이다

- 26 -

넷째 일반적인 방진 제품은 고무만의 단독 현상으로는 그 형태를 유지하기 힘들

며 금속과의 결합을 통하여 그 방진특성을 만족하여야 한다 이에 방진고무의 기본

적인 성질은 금속과 접착성이 좋아야 한다는 조건을 만족하여야 한다

다섯째는 감쇄계수에 대한 부분으로 감쇄계수가 크고 온도의존성이나 주파수 의

존성이 좋아야 한다 일반적으로 은 감쇄가 적고 소변형에서 대변형에 이르기까 NR

지 선형의 복원을 하며 주파수에 의존하지 않은 특성을 가지고 있으므로 방진고무

로 적합하다고 할 수 있다

여섯째 탄성율에 관한 내용으로 일반적으로 방진 고무의 탄성율은 온도 및 진폭

의존성이 낮은 쪽이 좋게 된다

마지막으로는 정적강성과 동적 강성의 비로 표현되는 동배율에 유의해야 한다

일반적으로 방진고무의 감쇄 특성을 고려하면 동배율이 높은 것이 유리하지만 동적

특성의 온도의존성 변형율 동적 변형율에 의한 발열 및 내피로특성을 보면 저동배

율 쪽이 유리하다

제 절 재료배합 개선방안제 절 재료배합 개선방안제 절 재료배합 개선방안제 절 재료배합 개선방안2222

원재료 및 배합제의 개선원재료 및 배합제의 개선원재료 및 배합제의 개선원재료 및 배합제의 개선1111

고무부싱 제품의 경우 그 기능상의 요구로 인하여 주로 계열의 천연고무를NR

원재료로 사용한다 본 연구에서도 계열의 천연고무를 원재료로 하고 요구 특성 NR

의 개선을 위해 배합제의 선정을 대해 연구하였다 일반적으로 천연고무 및 합성고

무에 적용되어지는 배합제는 가황속도 조절 가공의 원활화 품질특성 개선 그리고

특수 성능 등의 목적으로 사용되어

- 27 -

진다 배합제의 종류로는 가공조제 연화제 유기가황제 가황촉진제 노화방지제

등으로 나눌 수 있다

요구 경도의 결정은 함량을 조절하여 설계하였으며 품질특성을 향상 시Carbon

킬 수 있는 재료를 연구한 결과 미세 으Caron Carbon Black(MAF FEF GRADE)

로 물성을 향상 시킬 수 있도록 하였다 특성에 큰 영항을 주는 배합제의 경우 그

용도에 따라 많은 종류를 인자로 적용할 수 있지만 많은 인자로 인하여 발생하는

비용적 시간적 손실을 최소화하기 위해 본 연구에서는 원재료와 함량을 Carbon

고정한 후 촉진제 종류와 가황제의 양을 조절하는 방식으로 배합제에 대한 최적의2

조합을 선택하는 방법으로 접근하였다

내구성 향상을 위한 방안내구성 향상을 위한 방안내구성 향상을 위한 방안내구성 향상을 위한 방안2222

내구성을 향상시키기 위한 일반적인 방법은 경도를 향상시키는 것인데 경도를

높이는 방법만으로는 다른 특성 즉 정 동특성을 동시에 만족시킬 수 없는 어려움이-

있다 이에 본 연구에서는 방진용 제품이 요구하는 정 동특성과 내구성을 Bushing -

동시에 향상 시킬 수 있는 방안을 모색하기 위하여 촉진제와 가황제를 이용하여 최

적을 배합설계를 이루고자 하였다

내구성을 향상시키기 위한 방법으로 보통 량의 조절을 통한 경도 조절법Carbon

을 이용하게 되는데 본 연구에서 적용한 은 미세 Carbon Carbon Black(MAF FEF

으로 인장강도 및 경도 인장응력을 증대하는 효과를 얻고자 하였다 이러GRADE)

한 미세 의 적용과 동시에 보강제의 분산 및 흐름성 개선을 위하여Carbon Black

가공조제를 개선하여 적용하였다

가교시스템의 향상 방안가교시스템의 향상 방안가교시스템의 향상 방안가교시스템의 향상 방안3333

가황반응 고분자 주쇄간 가교결합을 통한 차원 망상구조를 형성하(Vulcanization) 3

여 고분자 화합물의 복원력 탄성 특성 및 기타 요구물성을

- 28 -

증가시킨다 다양한 가교결합 형태 중 방진고무산업에서 많이 이용되고 있는 가교

결합은 을 도입한Polysulfide (-C-Sx-C- x=1~4) Conventional CV(Vulcanization)

계를 많이 사용한다 여기서 사용되고 있는 인 천연고무 Polymer (Natural Rubber

의 배합에 있어 가교 또는 가류형태의 변화에 따라 물성 및 특성의 변화가 있NR)

음을 알 수 있다 즉 가교형태 변화에 따른 유사한 특성을 나타내는 Stress-Strain

조건하에서 공정특성 및 전반적인 물성에 영향을 미침을 알 수 있다 의 기 Polymer

본 배합에서 촉진제나 황 공여체 증가에 따라 가류 유도시간(Sulfur Donor)

은 길어지나 가류속도는 빨라진다 특히 고온 가류 시 과 가류(Induction time)

에 의한 물성하락을 방지하기 위해 열 안정성이 우수한(Overcure) EV(Efficient

계를 사용하는 것이 근래에 소개되고 있다 고분자의 물성은 가교형Vulcanization)

태뿐 아니라 가교밀도에 크게 의존한다 가교계 변화에 따른 인장강도의 영향은 매

우 적은 반면 신장율은 계에서 로 같수록 감소CV(Conventional Vulcanization) EV

하는 경향이 있다

이란 가류시간의 지연 또는 과가류로 인한 고무 물성의 저하를 말한Reversion

다 이러한 현상은 제품의 외면이 과도한 열에 노출될 수 있다 다중황공유 결합의

열적노화현상이 발생하며 가교형태가 다중황 결합에서 단일황(Polysulfidic)

결합으로 바뀌게 되며 밀도가 현저하게 저하되고 환상형 씨오알켄(Monosulfidic)

과 씨오알칸 구조로 바뀌게 된다 결과적으로 재료의 물성(Thioalkene) (Thioalkane)

과 기계적 성질이 떨어지게 된다

이 발생하는 시간을 가교형태에 따라 비교하여 보면Reversion CV lt Semi-CV lt

으로 알려져 있으며 시스템에서는 촉진제 종류에 따라서 인장과 신율의 물EV EV

성에 하락 없이도 공정 안정성 특성이 매우 우수하다 이 Anti-Reversion

으로 인해서 물성과 기계적 성질을 향상시킬 수 있으며 황공여체 사Anti-Reversion

용 또는 계로 가교형태를 전환함으EV

- 29 -

로써 가능하다 이로써 가교의 다중황결합 을 줄이고 단일 또는 이중황 결 (S3~S8)

합으로 내열성 및 결합의 안정성을 증가시킬 수 있다 이러한 과정에서 공정설계상

계보다 더 낮은 가류온도와 더 길어진 가류시간이 필요하게 된다 이러한 계CV EV

에서는 정도의 황과 계에 비해서 다소 많은 양의 촉진제를 사용하02~05 phr CV

게 된다 여기에 근거하여 혼합물성분의 한계 표 표 에 나타난 황과 촉 ([ 42] [ 44])

진제 양의 범위를 정하였다

발생 시간의 효율적인 제어를 위하여 본 연구에서는 적절한 촉진제의Reversion

배합량을 조절하여 방진제품에서 요구하는 특성을 만족하는 조건을 선정하고자 하

였다 그림 은 의 예를 보여준다 [ 41] Reversion

그림 의 예[ 41] Reversion

본 연구에서는 인장 내열 강도의 증가와 동 정특성 내구성 증가를 위한 가교 시- -

스템의 향상 방안으로 황량을 조절하여 Convension Type(Efficient Vulcanization

을 통하여 결합력을 증대시켰으며 촉진제를 조절하여 가- CURE STIES-CC-C)

교효율을 증대하였다 또한 가황 조건에 변화가 적은 배합설계를 하여 향상된 적정

가황이 될 수 있도록

- 30 -

하였으며 를 정립화하여 최적의 적정 가황 포인트를 찾아 인장이 최CURE-STUDY

적일 때 내구성이 최적이고 가황제품과 시편을 동시에 함으로 시편과CURE-STUDY

제품의 상의성을 방지할 수 있었다

자동차업계에서는 일반적으로 고가의 폴리머를 선호하지만 본 연구를 통하여 가

격이 낮은 폴리머로도 성능향상이 가능하다는 것을 입증하였고 향후 타 아이템에도

연계 적용함으로 새로운 배합설계를 구축하였다

실험계획법의 적용실험계획법의 적용실험계획법의 적용실험계획법의 적용4444

기존의 개발 진행 방식은 경험에 의한 시행착오 접근 방법을 사(Trial and Error)

용하여 성능향상을 도모하였으나 본 연구에서는 배합물설계에 위한 실험계획법

기술을 적용하여 이론적으로 최적의 배합설계를 이(DOE Design of Experiment)

룰 수 있는 방법을 연구하였다

일반적인 고무제품의 배합은 많이 알려져 있지만 특성 향상을 위한 방안이나 그

배합에 대한 신뢰성에는 많은 의문점이 제기 되는 게 현실이다 본 연구에서는 요

구특성을 만족시키기 위하여 선정된 촉진제의 배합조건의 최적화를 실현하기 위하

여 실험계획법의 꼭지점계획법을 이용하여 그 효율성을 검증하고자 하였다 배합의

경우 어느 독립적인 인자의 선정으로는 그 효과를 극대화 시킬 수 없는 특성이 있

는데 본 연구에서는 선정된 촉진제 및 폴리머의 조건 하에서 최적의 배합 조건을

찾아보고자 하였다

재료배합설계의 개선을 위한 방안을 정리하면 표 과 같다[ 41]

- 31 -

표 내구성 및 정 동특성 동반향상을 위한 개선방안[ 41] -

항 목항 목항 목항 목 기존 방안기존 방안기존 방안기존 방안 제안된 개선 방안제안된 개선 방안제안된 개선 방안제안된 개선 방안

배합 설계 방안

경험적 배합 설계

고 배합설계COST

국내수급재료사용

실험적 분석기법 도입

저 배합설계COST

해외재료수입

내구성 향상

량 변경Carbon

용도별 적정 적용Carbon

정동특성 향상 방안을 동시==gt

고려

경험적 수치의 가황제 량 선정

가교 시스템 향상 방안을 고려한

가황제 량 선정

(EV - CURE)

결합력 증대==gt

경험적 수치에 의한 촉진제 량

선정 경도별 선정 미비( )

가교 효율을 반영한 촉진제 량의

선정

적정한 가황 포인트 파악을 위한(

실시Cure Study )

정 동특성 향상-

정특성 향상 방안 경도 증가

동특성 향상 방안 경도 하락

두 특성을 만족시키기 위한==gt

경험적 수치의 경도 선정

데이터베이스를 활용한 배합설계

정 동특성을 동시에 만족할 수-

있는 배합제 적용

분산 및 흐름성 개선==gt

형상개선과 동시 고려==gt

- 32 -

표 는 지원 전 배합비율과 특성별 성능수준을 나타낸다[ 42]

표 지원 전 성능수준[ 42]

- 33 -

제 절 꼭지점계획법에 의한 최적배합조건제 절 꼭지점계획법에 의한 최적배합조건제 절 꼭지점계획법에 의한 최적배합조건제 절 꼭지점계획법에 의한 최적배합조건3333

재료설계에 적용되는 실험계획은 혼합물 배합에 관한 실험계획으로서 몇(Mixture)

개 성분의 혼합물 중 어떠한 성분이 품질의 특성에 유의한 영향을 미치는지를 분석

하여 반응을 최대로 만드는 최적혼합비율을 찾고자 하는 실험계획이다

혼합물실험에 적용되는 실험계획으로는 심플렉스 격자형배열법 심플렉스 중심배열

법 꼭지점 계획법 등을 주로 적용한다 본 실험에서는 심플렉스의 전 영역이 아니

라 제한된 영역에서 실험을 하고자 하므로 꼭지점계획법(Extreme vertice design)

을 적용하였다

고무부싱의 재료배합에서는 개의 성분재료가 있고 이들을 어떤 비율로 배합하는

것이 품질특성치를 가장 좋게 하는가를 찾는다 성분의 혼합에 있어서 를 번째

성분의 혼합비율이라고 하면 다음과 같은 관계식을 만족시켜야 한다

이러한 경우는 일반적 실험계획법처럼 심플렉스의 모든 영역에 실험이 배치되는 것

이 아니고 제한된 영역에서만 실험을 하는 경우이다 즉 각 인자 가 (Factor) 0 le

의 모든 값을 취할 수 있는 것이 아니라 제한된 구간1le

안에서만 값을 취한다 이와 같은 경우는 경제적인 이유나 또는 실험 전에 인자들

의 성질에 대하여 상당한 정보가 있는 경우이다 위의 식과 같은 인자의 구간이 설

정되면 실험가능영역은 심플렉스 상의 좁은 영역이 된다

- 34 -

과 은 제한된 실험영역에 대한 실험계획법으로 꼭지점 계획법Mclean Anderson

을 제안하였다 이 계획법은 제한된 영역이 가지는 모든(extreme vertices design)

꼭지점과 이 꼭지점들의 선형조합으로 이루어지는 몇 개의 점을 적절히 선택하는

실험계획법이다 만약 개의 혼합성분이 사용되는 경우 실험영역을 그림으로 그리 4

면 그림 와 같이 사면체 속에 위치하는 면체가 된다 과 은[ 42] 6 Mclean Anderson

이 면체의 꼭지점과 중심점을 실험점으로 선택하는 방법에 대한 예제를 제시하고6

있다

그림 개의 혼합성분에 대한 꼭지점계획법[ 42] 4

고무부싱의 재료설계 시 혼합물은 고무 카본 및 배합원료로서 황화제 촉진제

가공제 유기산 금속산화제 노화방지제 보강제 충진제 등을 사용한다

재료 배합 실험은 경도별로 나누어 실행되었으며 표 은 경도 도 오차범[ 43] 48 (

위 plusmn 도 에 대한 혼합물성분의 한계이다 에 성분의 한계를 입력한 결과2 ) MINITAB

네 가지 성분에 대하여 표 와 같은 총 회의 실[ 44] 17

- 35 -

험점이 생성되었다 실행 의 경우 의 성분을 1 A B C D 09807 00068 00011

의 비율로 섞어서 실험하라는 의미이다00114

표 혼합물 성분의 한계[ 43] (48Hs)

성분 하한 상한

A 외 기타Polymer 09774 09807

B 촉진제1 00068 00085

C 촉진제2 00011 00022

D Sulfur 00114 00119

표 꼭지점계획법에 의한 실험설계와 결과데이터[ 44] (48Hs)

을 활용한 혼합물 설계 데이터분석 결과는 표 표 과 같다MINITAB [ 45][ 46] 17

회의 실험점에 대한 데이터분석 결과 각 실험 점에서의 적합추정치와 신뢰구 95

간을 구할 수 있었다

- 36 -

표 을 보면 실험점 에 의한 배합조건으로는 신뢰구간으로[ 45] 14 95

의 내구성이 나타난다 에서는 각 성142322cycle ~ 146166cycle Nominal Load

분에 대한 제한조건을 만족시키면서 내구성을 최대로 하는 처리조건은 인자의 네

가지 성분 즉 외 에 대한 배합 비율이 Polymer Acc1 Acc2 Sulfur 097740

이었다 그리고 이 처리조건에서 예상되는 내구성은00085 00022 00119

에 도달할 것으로 추정되었다146943cycle

에서는 인자의 네 가지 성분의 배합비율이 와 마찬Maximum Load Nominal Load

가지로 이었다 그리고 이 처리 조건에서 예상되는09774 00085 00022 00119

내구성 추정치는 이었다18917cycle

표 데이터분석 결과[ 45] (48Hs Nominal Load)

에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응Dura(Nom)Dura(Nom)Dura(Nom)Dura(Nom)

- 37 -

반응 최적화 모수반응 최적화 모수반응 최적화 모수반응 최적화 모수

글로벌 솔루션글로벌 솔루션글로벌 솔루션글로벌 솔루션

예측 반응예측 반응예측 반응예측 반응

Dura(Nom) = 146943

- 38 -

표 데이터분석 결과[ 46] (48Hs Maximum Load)

에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응Dura(max)Dura(max)Dura(max)Dura(max)

반응 최적화 모수반응 최적화 모수반응 최적화 모수반응 최적화 모수

글로벌 솔루션글로벌 솔루션글로벌 솔루션글로벌 솔루션

외Polymer = 09774

- 39 -

Acc1 = 00085

Acc2 = 00022

Sulfur = 00119

예측 반응

Duro(max) = 189171

경도 도 오차범위 도 에 대한 혼합물성분의 한계와 에 의한 실험50 ( plusmn 2 ) MINITAB

점은 표 표 과 같다[ 47] [ 48]

표 혼합물 성분의 한계[ 47] (50Hs)

- 40 -

표 실험계획의 결과[ 48] (50Hs)

경도 도에 대한 혼합물 설계 데이터분석 결과는 표 표 과 같다50 [ 49][ 410] 17

개 실험 점에서의 적합추정치와 신뢰구간은 예측반응에 잘 나타나 있다95

에서는 각 성분에 대한 제한조건을 만족시키면서 내구성을 최대로Nominal Load

하는 처리조건은 외 기타 의 각 성분에 대하여 배합비Polymer Acc1 Acc2 Sulfur

율이 이고 이 처리조건에서 예상되는 내구성은09687 00088 00025 00200

에 도달할 것으로 추정되었다159209 Cycle

에서는 인자의 네 가지 성분의 배합비율이 와 마찬가Maximum Load Nominal Load

지로 이었다 그리고 이 처리조건에서 예상되는 내09687 00088 00025 00200

구성 추정치는 이었다 일 때와 일218572 Cycle Nominal Load Maximum Load

때의 적정배합비율이 다르게 나오는 경우가 있는데 이는 오차범위 경도의 경우( plusmn

도 가 비교적 넓은 고무의 특성에서 비2 )

- 41 -

롯되거나 측정오차에 따른 결과로 추정된다

표 데이터분석 결과[ 49] (50Hs Nominal Load)

에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응Duro(Nor)Duro(Nor)Duro(Nor)Duro(Nor)

반응 최적화 모수반응 최적화 모수반응 최적화 모수반응 최적화 모수

- 42 -

글로벌 솔루션글로벌 솔루션글로벌 솔루션글로벌 솔루션

예측 반응예측 반응예측 반응예측 반응

Duro(Nor) = 159209

표 데이터분석 결과[ 410] (50Hs Maximum Load)

에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응Duro(max)Duro(max)Duro(max)Duro(max)

- 43 -

반응 최적화 모수반응 최적화 모수반응 최적화 모수반응 최적화 모수

글로벌 솔루션글로벌 솔루션글로벌 솔루션글로벌 솔루션

예측 반응예측 반응예측 반응예측 반응

Duro(Max) = 218572

재료배합시험에 있어서 가류시간이 특성 치에 영향을 미치므로 레오그래프

분석에 의해 적정가류시간을 결정한다 레오그래프는 다음의 용도에(Rheograph)

활용된다

고무제품의 가류도 측정①

가류속도 측정②

최적의 가류공정 조건 확립③

가류약품 선정 및 배합 작성Recipe④

고무제품의 품질관리⑤

아래 그림 은 경도 도에 대한 재료의 레오그래프이다 그래프에 나타난 용[ 43] 48

어를 설명하면 다음과 같다

혼합물 의 가 가류되었을 때의 시간을 나타내며 가류시간을tc90- (Compound) 90

결정하는 기준으로 사용된다

스코치시간 을 나타내며 원하지 않는 가교가 일어ts2 - (Scorch time)

- 44 -

나는 시간으로 적절한 가류시간을 찾기 위해 필요한 과정임

고무의 특성을 토르크 값으로 나타낸 값으로 일반적으로 혼합물Tmax- (Torque)

의 경도에 따라 변함

평형 토르크MH- (Equilibrium torque)

최소 토르크ML- (Minimum torque)

본 재료시험에 적용된 가류시간은 의 배 사이에서 적정수준을 결정하tc90 1-15

였다

연구의 결과 카본의 입자가 작을수록 내구성은 향상시키지만 대체로 분산이 잘 되

지 않아 혼합물의 품질이 고르지 못하였다 따라서 카본의 분산도를 평가하여 만족

할 만한 수준이 나오는지 확인하였으며 상대적으로 작은 입자경의 카본을 사용하

여 내구성을 높이려 하였다

그림 경도 도 고무에 대한 레오그래프[ 43] 48

- 45 -

실험의 결과 카본블랙과 레오그래프와의 관계는 그림 와 같이 나타났다 그림[ 44]

에서 보는바와 같이 입자경의 크기가 증가함에 따라 결합력이 약해지므로 토르크

값이 낮아짐을 알 수 있다

그림 각종 카본블랙의 레오그래프[ 44]

- 46 -

본 연구에 적용된 카본 입자경의 크기와 양은 표 과 같다[ 411]

경도변화는 카본입자의 크기와 양에 따라 결정이 되며 레오그래프의 값이 Tmax

이러한 사실을 보여주고 있다

표 레오그래프상의 경도와 카본의 관계[ 411]

레오그래프는 섭씨 도에서 그려짐PHR = Part in Hundred Rubber 160

- 47 -

제 장 형상개선제 장 형상개선제 장 형상개선제 장 형상개선5555

제 절 외철의 스웨징 율 변화에 의한 개선제 절 외철의 스웨징 율 변화에 의한 개선제 절 외철의 스웨징 율 변화에 의한 개선제 절 외철의 스웨징 율 변화에 의한 개선1111

높은 품질의 부싱을 개발하기 위해서는 적절한 재료설계에 의한 경도 및 고무 특

성의 설정이 매우 중요한 요소이지만 고무의 특성 개선에만 의존하는 것은 한계점

이 있다 따라서 제품의 형상변화를 통해 고무의 특성을 극대화함으로써 내구성 및

품질특성을 향상시킬 수 있다

그림 은 부품의 세부형상과 설계도이다[ 51]

그림 세부형상[ 51] DA-2

- 48 -

그림 는 제품의 단면을 보여준다 그림에서 는 다른 모델에 비해 고무[ 52] DA-2

량이 다소 적음을 알 수 있다 형상 변화를 통한 품질특성의 개선을 시도함에 있어

서는 부품에 대한 조립성과 제조성 을 반드시(DFM Design for Manufacturability)

고려하여 형상변화를 꾀하여야 한다 본 제품의 경우 외철 과 내철 (outer pipe)

의 길이는 한정되어 있으며 그 직경의 변화도 허용공차를 미만(Inner pipe) 05 mm

의 수준으로 요구하고 있다

형상변경을 통한 성능향상 방안으로서 외철에 대한 스웨징율 을 변(Swaging rate)

경함으로서 외경크기의 변화를 시도하였으며 또한 내철의 구배각도를 변화시켜 개

선점을 찾으려고 노력하였다

그림 단면[ 52] DA-2

부싱의 경우 일반 적으로 스웨징이라는 공정을 거치게 되는데 이는 공정에서 외

경의 크기 조정을 통하여 성능을 향상 시키는 방법으로서 스웨징율을 조정함으로서

외철의 외경 크기를 허용범위 내어서 변화시키는 것이다 이는 스웨징에 따른 직경

변화에 의해 고무의 조직이 조밀해져 고무 특성을 향상시킬 수 있게된다

그림 은 스웨징의 방향을 나타내며 그림 는 스웨징 전 후의 외철의 크[ 53] [ 54]

기 변화를 보여주고 있다

- 49 -

그림 스웨징 방향[ 53]

그림 스웨징 전후의 외경 크기의 변화 단면[ 54] ( )

제 절 내철의 구배 변화에 의한 개선제 절 내철의 구배 변화에 의한 개선제 절 내철의 구배 변화에 의한 개선제 절 내철의 구배 변화에 의한 개선2222

아래 그림 는 형상 변화를 시도할 수 있는 내철 끝단 부분의 구배를 표시한[ 55]

그림으로서 는 구배각도를 나타낸다a

- 50 -

그림 구배각도[ 55]

그림 은 본 제품의 특성 요구 사항을 그림으로 표시한 것으로 고무부싱은[ 56]

및 의 외력에 대하여 적절하게 대응할 수 있도록 설계되어야 한다 부싱 종류F1 F2

의 경우 일반적으로 고무 제품의 유연함과 동배율 개선을 위하여 저경도의 고무를

적용하는 경우가 많은데 이 경우에는 외력에 대한 특성이 상대적으로 취약하게F1

나타나게 된다 이러한 취약점을 보완하기 위하여 본 연구에서는 그림 과 같 [ 57]

이 제품이 허용하는 범위 내에서 내철의 구배를 변화 시킨 후 실험데이터의 분석을

통해 성능 개선 방안을 찾고자 하였다

그림 부싱의 외력[ 56]

그림 의 의 경우는 구배를 주지 않은 경우이며 의 경우는 구배를 준[ 57] (a) (b)

경우를 표시하고 있다

- 51 -

의 경우 외력에 의하여 발생하는 반발력 은 순수한 고무 특성에 의해서(a) F1 Fr1

만 나타나게 된다 이러한 경우 저경도의 고무을 적용하였을 때 의 크기가 미미 Fr1

하여 적절한 특성을 발휘하지 못하게 된다

의 경우와 같이 내철에 구배를 주게 되면 의 외력에 대하여 구배가 들어간(b) F1

부분 에 의한 반발력 함께 가 생성되어 상대적으로 에 대한 저항력이 커Fr3 Fr2 F1

짐으로써 성능을 향상 시킬 수 있게 된다

그림 구배각도의 적용에 따른 차이 단면[ 57] ( )

그림 구배각도의 적용에 따른 차이 입체[ 58] ( )

- 52 -

제 장 도포공정개선제 장 도포공정개선제 장 도포공정개선제 장 도포공정개선6666

고무부싱의 내구성 향상을 위하여 필수적으로 관리하여야 할 공정이 도포공정이

다 도포공정은 접착의 원리에서부터 접착의 구조 접착의 강도 피착재의 표면처리

법 및 접착제 사용법 등 접착에 관한 전반적인 기술을 공정에 효율적으로 적용하여

야 한다

고무와 금속과의 접착력이란 접착제와 피착제 사이의 계면 결합력을 의미하며 접

착강도는 시험방법 접착방법 시험시의 조건 시편의 기하학 등 여러 인자에 의해

영향을 받는다 접착파괴는 접착제의 가장 약한 곳에서 일어나며 접착강도는 여러

가지 측정법에 따라 고유강도 잔류강도 측정강도 등과 같이 다르게 표현된다 고

무부싱의 접착구조는 그림 과 같다[ 61]

그림 접착의 구조[ 61]

프라이머 는 피착제 표면과의 친화성이나 접착제와의 상용성이 뛰어나야(Primer)

하고 동시에 접착 저해물과의 상용성도 높아야 한다 또 프라이머 중의 유효성분

쪽이 피착제 표면에 흡착되어 있는 저해성분보다 피착제에 의하여 안정하게 흡착되

어 있는 것이 중요하다 따라서 프라이머는

- 53 -

충분한 교반 균일하고 엷은 도포 그리고 완전한 건조가 이루어져야 한다 이러한

도포공정은 피착제의 모앙에 따라 달라진다

열경화성 접착제의 대부분은 유기 중합물과 각종 충진제를 유기용제에 용해 분산

시킨 것으로 사용전이나 사용 중에도 교반기 등으로 균일하게 용해 분산시킨 접착

제를 사용하는 것이 중요하다 따라서 의 도포 공정은 그림 와 같이 교 DA-2 [ 62]

반기를 추가 설치하여 공정 개선을 실시하였다

그림 설치한 교반기[ 62]

또한 피착제의 균일한 도포를 위해 롤타입의 코팅기에 기존 페인트용 롤러에서

그림 에서와 같이 융을 말아 롤러 도포하는 형태로 개선을 실시하여 코팅의[ 415]

두께 정밀도를 향상시켰다

- 54 -

그림 변경된 롤러 모양[ 63]

접착 재료를 프라이머 에서 변경하여 사용함CHEMLOK 220 252 CHEMLOK 205

으로써 접착력을 향상시켰는데 는 금속 및 경길대료의 프라이머로CHEMLOK 205

사용되며 또한 같은 극성고무에 단독으로 접착이 가능하다 NBR

방식의 경우 의 특징을 살펴보면TWO Coat CHEMLOK 205

ㆍㆍㆍㆍ 접착제의 금속 표면에서의 접착강도를 향상시킬 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ 기계적 표면처리 후 활성화된 금속표면을 산화작용으로부터 보호하며 녹방

지 도료적 역할을 한다

ㆍㆍㆍㆍ 크로로프렌이나 에피크로로히드린고무와 같은 가류 중에 염소가스를 발생

시 켜 금속표면을 부식시키기 쉬운 고무배합에 대하여 유효하게 적용된다 프

라 이머는 충분한 교반 균일하고 엷은 도포 그리고 완전한 건조가 이루어져

야 접착성이 뛰어나게 된다

도포공정 개선 전후의 효과는 그림 그림 의 도포두께 비교[ 64]~[ 67] Cpk

를 통해서도 알 수 있다DATA

아래 그림 는 도포공정의 개선전[ 64] 관리도의 그래프를 나타낸

- 55 -

것으로 관리도는 평균치와 범위에 관한 계량형 관리도에서 가장 많이 사용되

는 관리도의 하나이다 관리도는 평균치의 변화를 관리하는 관리도와 산포의

변화를 관리하는 관리도로 구성된다 관리도의 중심선(Central Line) CL=로 나

타내며 관리 상한선 은(Upper Control Limit) UCL= 로 관리하한선인 (Lower

의 경우Control Limit) LCL=

로 구한다

관리도의 관리선의 경우 중심선 관리상한선 UCL= 관리하한선 LCL

의 경우 로 구한다

여기서 등의 계수는 샘플의 크기인 에 따라 결정 되며 일 경우=4

=0729 =0 이다=2282

그림 에서[ 64] 이며=273410 관리도의 로 나타났UCL=307994 LCL=238826

다

관리도의 은CL 이며 이다=4744 UCL=1082581

- 56 -

그림 도포공정 개선전[ 64] 관리도

한편 그림 는 도포공정 개선 전의 경우에 대하여 지정된 규격의 공정능력 [ 65]

지수를 나타낸 것으로서 단기공정능력지수( 와 장기공정능력지수) ( 를 나타낸)

다 단기공정능력지수는 공정능력 ( 과 규격의 폭) ( 과의 비율을 의미하며 일반적)

으로 로 표시한다 규격은 그림 에서처럼 양쪽규격이 모두 주어진 경우 공 [ 65]

정 능력 지수는 다음과 같이 계산할 수 있다

공정 능력

로 나타내고 만약 공정 평균이 규격의 중심으로부터 어느

한쪽으로 치우쳐 있게 되는 경우 치우침도( 와) 를 조합한 단기공정능력지수

( 로 나타낸다 즉)

- 57 -

장기공정능력지수( 의 계산은)

으로서 이다

따라서 그림 에 나타난 것처럼 개선전의 공정능력은[ 65] =17854 =08458

으로서 장기 공정에 대해 만족스럽지 못한 값을 나타내고 있다

그림 도포공정 개선전 공정능력 분석그래프[ 65]

- 58 -

그러나 공정개선후의 관리도인 그림 을 살펴보면[ 66] 이며=28196 관리

도의 이고UCL=300418 LCL=263502 관리도의 은CL 로=2532 UCL=51418

나타난다

그림 도포공정 개선후[ 66] 관리도

- 59 -

개선 후에는 그림 로부터 알 수 있듯이 단기공정능력은[ 67] 으로서=31966

인 장기 공정에 대해 안정적인 것을 확인할 수 있어 도포공정 개선에=23275

대한 효과가 있음을 알 수 있다

그림 정 개선 후 공정능력 분석그래프[ 67]

또한 도포공정의 두께관리를 강화하기 위하여 작업자 교육 및 샘플링 두께 측정

검사를 통해 지속적인 모니터링을 실시하고 공정별 온도관리 및 시간 관리를 통해

작업 환경 유지관리 강화로 변함없는 품질의 제품을 생산하도록 하였다 그림 [

은 롤 코팅 공정이다68] (Roll coating)

- 60 -

그림 롤 코팅 공정[ 68] (Roll coating)

- 61 -

제 장 최적수준 결정을 위한 파라미터 설계제 장 최적수준 결정을 위한 파라미터 설계제 장 최적수준 결정을 위한 파라미터 설계제 장 최적수준 결정을 위한 파라미터 설계7777

제 절 실험계획법에 의한 유의인자 결정제 절 실험계획법에 의한 유의인자 결정제 절 실험계획법에 의한 유의인자 결정제 절 실험계획법에 의한 유의인자 결정1111

재료설계 형상설계 및 공정설계에 대한 최적조건의 결정은 부품의 품질 특성에

대한 사양 을 만족시켜야 할 뿐 아니라 생산부품 간 품질의 산포를(Specification)

최대한 줄여야 한다 의 최적설계를 위해 다구찌 기법 을 적 DA-2 (Taguchi method)

용하였다

다구찌의 강건설계 는 인자 가 품질 특성의 평균에 대해(Robust design) (Factor)

가지는 효과뿐만 아니라 분산에 미치는 효과에 대해서도 초점을 맞추고 있다 분산

을 줄일 수 있는 통제 가능한 인자에 대한 조건을 설정하여 품질특성이 통제 불가

능한 인자의 변화에 대해서는 둔감하도록 할 수 있다 강건설계의 주목적은 품질특

성의 목표값을 유지하면서 분산을 줄이는 인자에 대해 설치값 을 발견하는 (Setting)

데 있다

다구찌 설계에 의한 실험계획법은 특히 확장된 역할로서 다음의 몇 가지를 들 수

있다

ㆍㆍㆍㆍ종래에는 제어 불가능한 환경조건이나 제어하기 어려운 생산조건 공정조건

등의 원인 이를 잡음인자로 통칭 들이 데이터에 주는 영향의 정도를 평가하기 어려( )

웠으나 객관적으로 그리고 계량적으로 이를 평가할 수 있는 방법을 제시하고 있

다 또한 품질 산포의 크기를 계량특성치 손실함수 비 등 로 변환하여 산포를 ( SN )

작게 하는 인자들의 조건을 찾아가는 강건설계를 사용한다

ㆍㆍㆍㆍ직교배열표를 광범위하게 사용하여 인자의 수가 많은 경우에도 크게 실험횟

수를 증가시키지 않고 실험하는 일부 실시법을 사용한다

ㆍㆍㆍㆍ생산라인 내 뿐만 아니라 신제품 개발을 위한 품질설계 파라미터(On-line)

설계 허용오차 설계 등의 라인 외 품질관리를 위하여 유용하게 사용할 (Off-line)

수 있다

ㆍㆍㆍㆍ다구찌 방법에서 추가적으로 다룰 수 있는 주요한 것들로는 직교배열

- 62 -

표의 확대사용 수준계의 표준 직교배열표 이외에 확대 응용 혼합 직교배열표(2 3

의 사용과 조합법의 사용 계량치 데이터의 파라미터 설계 허용차 설계 그리고)

계수치 데이터의 파라미터 설계 동적 특성의 파라미터 설계 등을 들 수 있다

파라미터 설계 는 제품설계와 공정설계에서 유용하게 사용되는(Parameter design)

다구찌 실험계획법의 핵심이다 파라미터는 제품성능의 특성치에 영향을 주는 제어

가능한 인자 를 의미하며 파라미터 설계는 이들 인자들의 최적(Controllable factor)

수준을 정하여 주는 것을 말한다 파라미터를 설계변수 라고도 부 (Design variable)

르며 파라미터 설계에서는 제품의 품질변동이 잡음에 둔감하면서 목표품질을 가질

수 있도록 설계변수들의 최적조건을 구하여 준다 최적조건을 찾을 때 설계변수와

잡음을 주는 인자들을 포함시켜 실험하는 직교배열표 등을 주로 사용한다 이때 목

표 품질을 만족시키는 범위 내에서 가능한 한 비용이 적게 드는 조건이나 부품 등

을 이용한다

만약 신뢰성에 영향을 주는 제어 가능한 인자 에 대한 파라미터설계 A B C D

를 한다고 하자 는 수준 는 수준의 혼합수준 에 대한 설계 A B 4 C D 2 (Mixed level)

분석을 하려고 한다면 각 요인 변동의 계산을 표 과 같은 [ 71] L16(215형 직교배)

열표 를 사용하면 된다(Orthogonal Design)

에 대한 파라미터 설계조건으로는 내구성이 가장 좋은 최적의 설계 및 공정DA-2

조건을 구하여야 하므로 반응변수가 큰 값일수록 좋은 망대특성(Larger-the-better

에 대한 조건을 구하고 부품의 정특성 및 동특성에 대한 분석은 적characteristics)

정한 상호관계를 고려하여 별도의 실험을 행한다

- 63 -

표 다구찌 설계의 예[ 71]

- 64 -

제 절 시험데이터의 해석제 절 시험데이터의 해석제 절 시험데이터의 해석제 절 시험데이터의 해석2222

실험조건실험조건실험조건실험조건1111

제품의 신뢰성향상을 위해 지금까지 재료배합의 개선 형상개선 및 공정개선에

대한 각각의 과정을 설명하였으며 본 장에서는 관련된 여러 인자들을 동시에 고려

하여 최상의 품질특성을 나타낼 수 있는 최적인자수준의 결정에 대하여 설명하려고

한다 이는 인자들 간의 상호 작용이 상승 또는 보완작용을 할 수도 있고 반대로

서로 상극임을 나타낼 수 도 있기 때문이다

일반적으로 고무부싱의 개발에 적용되는 인자 는 다음과 같다(Factor)

ㆍㆍㆍㆍ경도 는 수요기업에서 제시하는 사양 에 따라 적정수(Hardness) (Specification)

준의 경도 도 도 도 도 를 적용하였으며 경험적으로 경도의 산포는(43 45 48 50 ) plusmn

정도이다2

ㆍㆍㆍㆍ각 부분의 모양이나 각도에 따라 고무 량에 영향을 미치게 되는 형상설계에

관해서는 내부 파이프 구배각도를(Inner pipe) 15deg~25deg로 하고 외부파이프 (Outer

의 접착부분을 로 하였으며 외경의 크기는pipe) 13mm~15mm

27mm~ 로 유지하였다278mm

ㆍㆍㆍㆍ공정설계는 가류시간을 로 하였다 가류 온도는240sec~600sec 150deg~180

로 하고 주변 온도에 영향을 받으므로 금형 표면온도는 항상 확인하였다 접착제

도포가 내구성에 영향을 주므로 접착제 두께는 으로 하고 접15micron~40micron

착제 배합조건은 로 하였다120cc~128cc

다구찌 설계에 의한 최적수준을 결정하기 위해 다른 인자는 고정시키고 경도 가

류시간 스웨징 인자에 대하여 표 와 같이 실험수준을 정하였다 [ 72]

- 65 -

표 실험인자 별 수준[ 72]

분석결과의 해석분석결과의 해석분석결과의 해석분석결과의 해석2222

실험결과의 해석은 다음과 같다

을 통해 표 의 실험조건을 입력하여 다구찌 설계를 생성한 결과MMITAB [ 72]

표 과 같은 실험조합을 얻었다 표 는 실험조합 별 시험결과 값이다[ 73] [ 74]

에서의 내구성에 대한 다구찌 설계해석의 결과는 표 의 신호 대Nominal load [ 75]

잡음비 비 평균 표준편차에 대한 반응표에 잘 나타나(SN Signal to noise ratio)

있다 그림 그림 은 비 평균 표준편차에 대한 반응 값을 도식한 [ 71]~[ 73] SN

것이다

표 의 신호 대 잡음비의 반응표를 보면 경도는 스웨징이나 가류시간에 비해[ 75]

반응변수 내구성 에 큰 영향을 미치고 있음을 보여준다 평균에 대한 반응표에서도( )

경도는 다른 인자들에 비해 반응변수의 평균에 크게 영향을 미치고 있음을 알 수

있다 표준편차 역시 경도의 수준 변화에 따라 차이가 가장 많음을 보여주고 있다

- 66 -

표 에 의한 다구찌 설계생성[ 73] MINITAB

- 67 -

표 실험조합 별 시험결과 데이터[ 74]

- 68 -

표 비 평균 표준편차에 대한 반응표[ 75] SN

신호 대 잡음 비에 대한 반응 표신호 대 잡음 비에 대한 반응 표신호 대 잡음 비에 대한 반응 표신호 대 잡음 비에 대한 반응 표

망대특성망대특성망대특성망대특성

평균에 대한 반응 표평균에 대한 반응 표평균에 대한 반응 표평균에 대한 반응 표

표준 편차에 대한 반응 표표준 편차에 대한 반응 표표준 편차에 대한 반응 표표준 편차에 대한 반응 표

- 69 -

그림 신호 대 잡음 비의 주효과도[ 71]

그림 인자수준별 평균의 주효과도[ 72]

그림 인자수준별 표준편차의 주효과도[ 73]

- 70 -

표 와 그림 에서 에서의 내구성 예측값을 가장 크게 하[ 75] [ 72] Nominal Load

는 것은 요인 수준의 조합이 일 때이다 품질 향상을 위해서는 정특성 동(4 2 2)

특성 값도 동시에 고려하여야 하므로 조합 조합 조합(4 2 2) (4 3 2) (4 1 2)

에 대한 예측 값을 함께 구하였다

표 은 에서의 내구성 예측값을 표 은 에[ 76] Nominal Load [ 77] Maximum Load

서의 내구성 예측값 표 은 정특성 예측값 표 는 에서의 동특성 예 [ 78] [ 79] 15Hz

측값 그리고 표 은 에서의 동특성 예측값을 보여주고 있다 [ 710] 150Hz Nominal

에서의 내구성 예측값은 조합 조합 조합에서 각Load (4 2 2) (4 3 2) (4 1 2)

각 목표값인 을 상회한 과170000 Cycle 178023 Cycle 174272 Cycle 175830

로서 조합일 때 더 높게 나타났다Cycle (4 2 2)

동배율은 예측 평균값을 기준으로 할 때 동배율은 조합에서는 에 (4 2 2) 15Hz

서 에서 이고 조합에서의110(1187691079) 150Hz 113(1215561079) (432)

동배율은 에서 에서15Hz 106(112856 106938) 150Hz 108(115769106938)

이며 조합에서의 동배율은 에서 에서 (412) 15Hz 108(118194 1094) 150Hz

이었다109(1195691094)

모델의 경우 수요기업에서 동배율 값이 적은 값을 요구하기 때문에DA-2 (kdks)

동배율을 고려하면 의 조합이 더 좋은 품질을 나타낸다고 할 수 있다(4 1 2)

- 71 -

표 에서의 내구성 예측값[ 76] Nominal Load

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 2 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 3 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 1 2

예측 값

신호 대

- 72 -

표 에서의 내구성 예측값[ 77] Maximum Load

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 2 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 3 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 1 2

신호 대

- 73 -

표 정특성 예측값[ 78]

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 2 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 3 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 1 2

신호 대

- 74 -

표 동특성 예측값[ 79] (15Hz)

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 2 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 3 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 1 2

신호 대

- 75 -

표 동특성 예측값[ 710] (150Hz)

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 2 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 3 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 1 2

신호 대

- 76 -

제 장 부품의 신뢰성성장관리제 장 부품의 신뢰성성장관리제 장 부품의 신뢰성성장관리제 장 부품의 신뢰성성장관리8888

제 절 신뢰성성장관리제 절 신뢰성성장관리제 절 신뢰성성장관리제 절 신뢰성성장관리1111

복잡하고 기술적인 제품의 개발 프로그램을 운영하는 데 있어서는 고객이 요구

하는 신뢰성 수준을 만족시키기 위하여 상당한 규모의 시간 예산 기술인력 등의

자원을 필요로 한다 고객들의 신뢰성 요구수준은 매우 높으므로 이러한 목표를 달

성하기 위하여 시험 개선 시험 개선의 개발과정을 반드시 거친다 이 과정에서 시- - -

스템 서브시스템 또는 모듈을 고장 날 때까지 시험하고 고장모드를 결정해서 이를

제거하기 위한 시도를 하거나 적어도 고장발생을 줄일 수 있는 시도를 하여 설계나

엔지니어링 개선을 이룬다 만약 이러한 과정이 계속되고 설계나 엔지니어링 변경

이 충분히 이루지면 시스템의 신뢰성은 증가한다 개발프로그램이 운영되는 동안

신뢰성 수준의 변화를 추적할 수 있다면 개발책임자로서는 여러 가지 이점이 있다

즉 목표하는 신뢰성 수준을 달성하기 위하여 충분한 비율로 성장하고 있는지의 여

부를 가능한 빠른 시간 내에 판단할 수 있고 그에 따라 필요한 자원을 적절히 배

분할 수 있다 따라서 개발책임자는 시험데이터로부터 현재 시스템의 신뢰성 수준

성장률의 평가 앞으로 기대되는 달성 가능한 수준을 결정하기를 원한다

신뢰성 성장관리 기술은 제품을 개발하는 데(Reliability growth management)

소요되는 많은 시간과 비용 및 엔지니어링 노력을 절감하면서 개념선택 제품과 공

정의 신뢰성 그리고 비용효율을 달성할 수 있도록 유용한 정보를 제공해 준다 군

사장비 자동차 및 전자 중장비개발 등에 적용된 최근의 신뢰성 성장시험 관리기술

은 각 분야의 경쟁적인 사업 환경 아래에서 제품개발을 효율적으로 조직하여 신뢰

성평가를 시작하고 신뢰성 성장과정을 추적할 수 있도록 해준다 신뢰성성장관리기

술은 제품 및 공정설계 관련사항 및 검증시험 항목들에 대하여 사용 환경에 따른

신뢰성 성장 진행과정을 확인하고 그 결과로부터 성장시험곡선을 개발할 수 있게

한다 또한 설계단계 사이의 여러 가지 관련성을 확인하여 관찰하고 그 정보를 다

른 제품보증분석들과 연결하여 고객 요구사항에 대한 제품의

- 77 -

적합도를 적절히 평가하는 데 도움을 준다

신뢰성성장모델은 가 개발한Crow(1975) AMSAA(Army Materiel Systems

모델이 많이 활용되었으나 이는 시스템 또는 서브시스템에서의Analysis Activity)

성장관리에 유용하고 부품수준에서는 모델을 활용하는 것이 더욱 실용적이 Weibull

다 모델은 목표 Weibull B10 수명에 대하여 초기 시작품 으로부터(Early Prototype)

후기 시작품 까지의 신뢰성 개선을 관리하는데 실용적으로 활용할(Later Prototype)

수 있다

신뢰성 성장시험 프로세스신뢰성 성장시험 프로세스신뢰성 성장시험 프로세스신뢰성 성장시험 프로세스1111

신뢰성 성장은 개발시스템에 대하여 여러 시험단계가 시리즈로 이루어지는 동안

고장모드를 발견하고 이를 개선하는 과정을 거쳐 이TAAF(Test Analyze And Fix)

루어진다 또한 기능시험 환경시험 안전시험의 결과는 신뢰성 향상을 위한 FMEA

등과 연계하여 사용된다 분석결과는 설계변경에 반영되고 최종목표가 달성될 때까

지 개선과 시험이 연속적으로 이루어진다 그림 은 일반적인 신뢰성 성장시험 [ 81]

프로세스를 보여준다 프로그램의 시작시점에 신뢰성 성장에 대한 계획을 수립하여

고객의 기대사항을 만족시킬 수 있는 성능수준에 대한 구체적인 측정치를 제시하

고 이 목적을 달성시킬 수 있는 시험조건을 정한다 시험조건은 특정한 부품이나

시스템에 대하여 고객의 사용방법과 환경에 대한 지식을 기초로 하여야 한다

개발프로젝트가 진행되는 동안 신뢰성 성장시험 프로그램이 개발되고 실행되는

과정에서 설계 및 공정의 관심사항을 확인하기 위해 QFD(Quality function

와 같은 제품보증을 위한 분석방법들이 선행되어 실시되는데 신뢰성deployment)

성장관리와 연계하여 이를 통틀어 통합 신뢰성 성장관리(Integrated reliability

라고 한다 신뢰성 성장관리를 포함한 제품설계평가의 모든growth management)

과정은 제품 공정의 신뢰성 향상에 있어 중요한 역할을 하는 제품보증기능의 한부

분이다

- 78 -

통합 신뢰성 성장시험관리 프로세스는 설계뿐 아니라 공정신뢰성(MIL-HDBK-781)

과 관련된 문제에 대응할 수 있도록 신뢰성 성장시험의 이점을 전적으로 활용할 수

있는 수단을 제공한다

신뢰성 성장관리과정을 개발함으로써 신뢰성 수준은 계속적으로 추적될 수 있고

조치를 취하고 다른 분석결과들과 비교되어 초기 신뢰성 예측을 수립하고 제품설

계에 포함된 확신을 증가시킨 후 검증시험에 들어갈 수 있도록 한다 이러한 신뢰

성 성장관리 프로세스는 제품개발 사이클에 있어서 초기 단계 동안에 신뢰성을 확

립하는 데 도움을 줄 수 있는 장치이다

그림 신뢰성성장시험 프로세스[ 81]

제품개발과정에 적용되는 신뢰성 성장시험관리 프로세스는 다음과 같다

신뢰성 성장시험조건을 결정하고 시험 사이클을 개발한다 ①

신뢰성 성장시험곡선의 사용을 통하여 시험과정을 실행하고 추적한다②

시험결과를 평가하고 다른 선행된 분석연구결과들과 비교한다③

확인된 결함을 제거하기 위해 설계변경을 실시한다④

- 79 -

설계검증시험을 준비한다⑤

신뢰성 성장시험의 주된 목적은 설계상의 약점을 확인하고 제거함으로써 설계의

신뢰성을 증가시키는 것이다 정확하게 신뢰성 수준이 변화되는 진행상황을 추적하

기 위해서는 요구사항에 대한 불합치성 을 확인하고 불합치성이(Nonconformance)

일어난 시간을 모두 추적하여야 한다 시험을 시작하기 전에 적절한 시정조치를 용

이하게 하기 위해 사전계획이 수립되어야 하며 고장분포를 결정하기 전에 각각의

고장부품에 대한 고장원인을 분리할 수 있어야 한다

부품의 개발과정에서 몇 개의 표본에 대한 고장시간 데이터가 있을 때 Weibull

분포를 활용한 신뢰성 성장분석에 대하여 설명하면 다음과 같다

가 분석의 개요가 분석의 개요가 분석의 개요가 분석의 개요

밀도함수는 그림 와 같이 특성 수명과 기울기로 고장시간Weibull [ 82] (Cycle

을 설명한다 작은 표본에 대한 고장시간 데이터가 주어졌을 때 분석Km) Weibull

을 사용하여 세 가지의 정보를 얻을 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ특정 시간이 주어졌을 때 등 부품의 신뢰도는 그 시간까지 살아 있(Cycle Km )

을 백분율이다

ㆍㆍㆍㆍ 또는 다른( 수명을 추정할 수 있다) 수명은 부품들 중 가 고장10

날 것이라고 기대되는 시간이다 즉 이 시간에서의 신뢰도는 이다 90

ㆍㆍㆍㆍ 기울기의 값은 고장률 패턴에 대한 정보를 제공해준다 기울기가Weibull 10

이라면 고장률이 일정하다는 것을 의미한다 이 경우 고장은 일반적으로 우연히

일어나며 고장률은 설계의 강건 정도에 따라 달라진다 기울기가 보다 작다면 1

고장률은 감소하고 있음을 의미한다

- 80 -

즉 높은 초기 고장률 을 말한다 기울기가 보다 크면 고장률은 증 (Infant mortality) 1

가하고 이는 마모 되고 있음을 의미한다(Wear-out)

그림 에 의한 부품의 신뢰성성장분석[ 82] Weibull 수명 비교

가장 많이 활용되는 측도는 수명이며 이것은 요구되는 목표 신뢰도가 임 90

을 의미한다 첫 번째 프로토타입이 고장 난다면 신뢰성 목표 달성을 위해 설계 변

경을 행하고 다음 프로토타입을 시험한다 이 과정은 목표 수명이 달성될 때까

지 반복한다

나 의이점나 의이점나 의이점나 의이점WeibullWeibullWeibullWeibull

부품의 개발과정에서 작은 표본에 대한 고장시간 자료가 주어졌을 때 Weibull

분석을 활용하여 신뢰성성장관리를 행하면 다음의 정보를 얻을 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ신뢰성 개선은 목표 수명이 달성될 때까지 하나의 프로토타입에

- 81 -

서 다음 프로토타입까지 추적할 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ신뢰성 개선은 시험한 프로토타입에 대해 타점으로 표현되고 빠르Weibull

게 방향을 파악하여 신뢰성 진전과정에 대한 양적 측면의 관리능력 향상을 그

래프로 확인할 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ컴포넌트를 고장 날 때까지 시험하는 것은 고장모드에 대한 아주 귀중한 정

보를 제공하고 따라서 시정조치 활동이 필요하다

ㆍㆍㆍㆍ많은 표본이 더 좋은 신뢰도를 얻을 수 있지만 분석은 많은 표본을Weibull

필요로 하지 않는다

ㆍㆍㆍㆍ고객의 운영 사용 사이클과 시험 모수의 관계가 알려져 있다면 더 빠르고( )

더 적은 비용으로 가속시험을 할 수도 있다

다 기본가정및제한다 기본가정및제한다 기본가정및제한다 기본가정및제한

ㆍㆍㆍㆍ각 분석에서 오직 하나의 고장모드만 포함되어야 한다 두 개나 그 이상의

고장 모드가 검출된다면 각각에 대해 분리하여 분석해야 한다

ㆍㆍㆍㆍ신뢰도는 시험 제한 한계 로 인해 년 마일까지 확장하여 외삽하면 안( ) 10 150K

된다 왜냐하면 시험 제한 한계 로 인해 다른 고장모드가 발생할 것인지 알 수 ( )

없기 때문이다

ㆍㆍㆍㆍ하나의 프로토타입에서 다음 프로토타입까지 기울기가 변하는 데는 특별히

주의를 하여야 한다 왜냐하면 초기 후기 수명에서 더 높은 신뢰도와 후기 초 ( ) (

기 수명에서 더 낮은 신뢰도의 할 수 도 있기 때문이다) trade-off

라 적용시기라 적용시기라 적용시기라 적용시기

ㆍㆍㆍㆍ수명의 비교는 엔지니어링 사양 이 특정한(Specification) 을 요구할 경

우 사용된다

ㆍㆍㆍㆍ이러한 접근방법은 고장시간 등 에 대하여 동일한 부품의(Cycle Km )

- 82 -

다른 시점에서의 프로토타입을 비교할 때 사용한다

ㆍㆍㆍㆍ신뢰성 목표가 달성될 때까지 계속한다

마 입력자료마 입력자료마 입력자료마 입력자료

ㆍㆍㆍㆍ프로토타입 의 몇 개 표본의 고장시간 등1 (Cycle Km )

ㆍㆍㆍㆍ프로토타입 의 몇 개 표본의 고장시간 등2 (Cycle Km )

⦙

ㆍㆍㆍㆍ마지막 프로토타입의 몇 개 표본의 고장시간 등(Cycle Km )

분석프로세스는 그림 과 같다[ 83]

프로세스프로세스프로세스프로세스 일반적 단계일반적 단계일반적 단계일반적 단계

Ⅰ 요구

또는 수명 결정

프로그램 신뢰성 목표 사용

고객의 운영 사용 프로파일 사용( )

시험 프로그램 적정시간 사용

Ⅱ 시험 프로그램 자료정보

확인과 데이터 수집초기 부품의 프로토타입

후기 부품의 프로토타입

Ⅲ 다른 프로토타입에 대한

누적고장 시간 또는 vs

거리 계산 및 타점

분석이 가능한 사용Weibull SW

가능한 가속수명시험 사용

Ⅳ 프로젝트 검토 시

현재 신뢰성 수준신뢰성 목표 적합성 결정

초기 경고 관련 정보 제공

개선을 위한 계획 정보 제공

그림 프로세스별 단계[ 83]

- 83 -

제 절 신뢰성성장 데이터분석제 절 신뢰성성장 데이터분석제 절 신뢰성성장 데이터분석제 절 신뢰성성장 데이터분석2222

초기 프로토타입 으로 부터 개의 표본을 정상하중 으(Prototype1) 6 (Nominal load)

로 고장 날 때까지 시험하고 고장모드를 기록하였다 여러 개선작업을 거친 후 후

기 프로토타입 으로부터 개의 표본을 고장 날 때까지 시험하고 고장모(Prototype2) 6

드를 기록하였다 시험 데이터는 표 에 주어져 있다 [ 81]

에 고장데이터를 입력하고 각 프로토타입 단계별로 용지에 결과MINITAB Weibull

를 타점한 결과 그림 와 같은 성장곡선이 생성되었다 [ 84] Weibull

정상하중 에서 의 평균수명 추정치는 이(Nominal load) Prototype1 127366Cycle

고 의 평균수명 추정치는 로서 의 개선을 이루었 Prototype2 176882 Cycle 389

음을 알 수 있었다 수명은 은 이었으나Prototype1 112668 Cycle Prototype2

의 수명은 로서 상당한 개선이 이루어졌음을 볼 수 있다168620 Cycle 수

명에 대한 신뢰하한은 로 추정되었다 따라서 정상부하에 의한95 162926 Cycle

시험데이터분석 결과 개선활동 재료배합개선 형상설계개선 공정개선 에 의하여 ( )

내구성 목표가 달성되었음을 알 수 있다

그림 는 에서의 신뢰구간을 보여주고 있다[ 85] Nominal load 90

최대하중 에서는 표 의 데이터 입력결과 그림 의 그래프를(Max load) [ 82] [ 86]

생성하였다 그래프로 부터 추정된 의 Prototype1 수명은 이고16362Cycle

의Prototype2 수명은 이다21850 Cycle 수명에 대한 신뢰하한추정치95

는 으로부터 로 계산된다MINITAB 20983 Cycle

의 수명과 의 수명이 다른 것은 개선 활동의 결과이Prototype1 Prototype2

- 84 -

며 에서 개선목표가 달성되었음을 알 수 있다 Prototype2

표 하중 고장시간[ 81] Nominal (Cycle)

Weibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth Curve

(Nominal Load)(Nominal Load)(Nominal Load)(Nominal Load)

그림 성장곡선[ 84] Weibull (Nominal load data)

- 85 -

Weibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth Curve

(Nominal Load-90 Cl)(Nominal Load-90 Cl)(Nominal Load-90 Cl)(Nominal Load-90 Cl)

그림 신뢰구간[ 85] Nominal Load90

- 86 -

표 하중 고장시간[ 82] Max (Cycle)

Weibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth Curve

(MaxLoad)(MaxLoad)(MaxLoad)(MaxLoad)

그림 성장곡선[ 86] Weibull (Max load data)

- 87 -

제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론9999

본 연구는 자동차현가장치인 고무부싱 의 신뢰성향상을 위한 기(Rubber bushing)

술개발과제이다 에나 인더스트리는 수출전문기업으로서 주요 경쟁사에 비해 고성

능 고내구성의 제품을 짧은 기간 내에 개발할 수 있는 능력을 갖추어야 해외 시장

에서 경쟁력을 가질 수 있다

본 연구개발에서는 수요기업에서 요구하는 GMUTS(General Motors Uniform

의 사양에 따른 시험을 실행하여 내구성을 목표 사이클 이상으Test Specification)

로 개선하고 정특성과 동특성 비틀림 토크를 개선항목으로 선정하여 제품의 품질

및 신뢰성 향상을 진행하였다

수요기업의 요구 수준에 의하면 내구성은 와 Tension Compress Alternating

가 동시에 일 때 일 때Torsion Stress Maximum Load 20000 Cycle Normal Load

을 요구한다 본 프로젝트의 경우 해외의 부품메이커들에 대한 경쟁150000 Cycle

력 우위를 확보하기 위하여 기본 요구 수준을 넘어 향상된 제품신뢰성을5~10

확보를 목표로 하였다 내구성 정특성 및 동특성에 대한 시험은 직접 행하였고 비

틀림토크에 대한 부분은 추가적인 시험장치가 필요하여 수요기업의 실험실에 샘플

을 제출하여 요구수준을 검증받았다

본 연구개발의 성과를 요약하면 다음과 같다

우선 기술적 효과로는

설계기술의 확보(1)

재료배합설계 형상설계 공정설계에 대한 기술을 확보하여 내구성을 비롯한 품

질특성을 향상시킬 수 있었다 종래에는 설계 개발 생산프로세스에서 경험적 방법

에 의존하여 시행착오가 많았으나 본 연구를 통하여 과학적이고 체계적인 방법으

로 접근할 수 있는 기술이 확보되었다

설계 요소의 기술적 배치를 위한 실험계획법의 활용기술 확보(2)

- 88 -

종전에는 고무 배합설계 형상설계 공정설계에 대하여 설계요인 별 수 (Facter)

준 을 무작위로 추출하여 실험하였으나 본 실험계획의 과정을 따르면 요인들(Level)

이 계획적으로 반영되어 품질특성에 각각 어느 정도의 영향을 미치는지 분석이 가

능하게 된다 또한 다구찌에 의한 강건 설계의 생성으로 산포를 줄일 수 있다

잠재적 고장원인 분석방법 기술 확보(3)

제품기능에 대한 잠재적 고장모드의 예측과 시험항목을 판단하고 최종적으로는 설

계검증 과 공정검증 의 세부항목과 효과적(Design verification) (Process verification)

으로 연계가 가능하다

신뢰성 데이터분석기술 확보(4)

부품의 개발과정에서 몇 개의 표본에 대한 고장시간 데이터가 있을 때 Weibull

분포를 활용한 신뢰성 성장분석이 가능하게 되었다 개발프로그램이 운영되는 동안

신뢰성 수준의 변화를 추적할 수 있어 목표하는 신뢰성 수준을 달성하기 위하여 충

분한 비율로 성장하고 있는지의 여부를 가능한 빠른 시간 내에 판단할 수 있고 그

에 따라 필요한 자원을 적절히 배분할 수 있다 따라서 개발책임자는 시험데이터로

부터 현재 시스템의 신뢰성 수준 성장률의 평가 앞으로 기대되는 달성 가능한 수

준에 대한 결정이 가능하다

경제적 측면의 효과로는

제품에 대한 내구성 및 동특성 정특성에 대하여 요구사양 이상으로 특성관리(1)

를 행할 수 있어 해외 부품메이커들에 대한 경쟁력 우위로 수출력을 향상할 수 있

게 되었다

개발기간을 단축할 수 있게 되어 개발비의 절감을 가져올 수 있게 되었다(2)

재료배합 형상설계 및 공정설계에 대한 기술개발의 표준 정립으로 개발 기간의 단

축이 가능하게 되었다

본 과제 결과를 활용하여 다른 방진제품에 대한 신뢰성 관리로 수출(3)

- 89 -

시장을 개척하여 신규거래처를 확보할 예정이다 신뢰성 데이터의 관리가 이루어져

제품수명에 대한 설득력 있는 자료의 제시가 가능하게 되었다

향후 연구계획으로는

고무부싱부품의 특성상 내구성만의 개선이 최선이 아니고 정특성과 동특성을 일

정수준으로 동시에 고려하여야 한다 따라서 이 부분에 대한 동시적인 실험설계가

시스템화 되도록 추가적인 연구가 요구된다

- 90 -

참고문헌참고문헌참고문헌참고문헌[ ][ ][ ][ ]

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원대 신뢰성혁신센터 2005

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미니탭사업팀 새 실무완성 이레테크[4] Minitab 2004

박성현 실험계획법 민영사[5] 2003

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Journal of Fatigue Vol27 2005

[8] McLean R A and Anderson V I Extreme Vertices Design of Mixture

Experiments Technometrics Vol8 No3 1966

- 96 -

주 의

이 보고서는 산업자원부에서 시행한 부품소재종합기술지원사업의 최1

종보고서이다

이 신뢰성기반기술확산사업 내용을 대외적으로 발표할 때에는 반드시2

산업자원부에서 시행한 부품소재신뢰성기반기술 사업의 지원결과임을

밝혀야 한다

- 97 -

이 보고서는 산업자원부에서 시행한

부품소재 신뢰성기반기술확산사업의 최종보고서이다

- 27 -

진다 배합제의 종류로는 가공조제 연화제 유기가황제 가황촉진제 노화방지제

등으로 나눌 수 있다

요구 경도의 결정은 함량을 조절하여 설계하였으며 품질특성을 향상 시Carbon

킬 수 있는 재료를 연구한 결과 미세 으Caron Carbon Black(MAF FEF GRADE)

로 물성을 향상 시킬 수 있도록 하였다 특성에 큰 영항을 주는 배합제의 경우 그

용도에 따라 많은 종류를 인자로 적용할 수 있지만 많은 인자로 인하여 발생하는

비용적 시간적 손실을 최소화하기 위해 본 연구에서는 원재료와 함량을 Carbon

고정한 후 촉진제 종류와 가황제의 양을 조절하는 방식으로 배합제에 대한 최적의2

조합을 선택하는 방법으로 접근하였다

내구성 향상을 위한 방안내구성 향상을 위한 방안내구성 향상을 위한 방안내구성 향상을 위한 방안2222

내구성을 향상시키기 위한 일반적인 방법은 경도를 향상시키는 것인데 경도를

높이는 방법만으로는 다른 특성 즉 정 동특성을 동시에 만족시킬 수 없는 어려움이-

있다 이에 본 연구에서는 방진용 제품이 요구하는 정 동특성과 내구성을 Bushing -

동시에 향상 시킬 수 있는 방안을 모색하기 위하여 촉진제와 가황제를 이용하여 최

적을 배합설계를 이루고자 하였다

내구성을 향상시키기 위한 방법으로 보통 량의 조절을 통한 경도 조절법Carbon

을 이용하게 되는데 본 연구에서 적용한 은 미세 Carbon Carbon Black(MAF FEF

으로 인장강도 및 경도 인장응력을 증대하는 효과를 얻고자 하였다 이러GRADE)

한 미세 의 적용과 동시에 보강제의 분산 및 흐름성 개선을 위하여Carbon Black

가공조제를 개선하여 적용하였다

가교시스템의 향상 방안가교시스템의 향상 방안가교시스템의 향상 방안가교시스템의 향상 방안3333

가황반응 고분자 주쇄간 가교결합을 통한 차원 망상구조를 형성하(Vulcanization) 3

여 고분자 화합물의 복원력 탄성 특성 및 기타 요구물성을

- 28 -

증가시킨다 다양한 가교결합 형태 중 방진고무산업에서 많이 이용되고 있는 가교

결합은 을 도입한Polysulfide (-C-Sx-C- x=1~4) Conventional CV(Vulcanization)

계를 많이 사용한다 여기서 사용되고 있는 인 천연고무 Polymer (Natural Rubber

의 배합에 있어 가교 또는 가류형태의 변화에 따라 물성 및 특성의 변화가 있NR)

음을 알 수 있다 즉 가교형태 변화에 따른 유사한 특성을 나타내는 Stress-Strain

조건하에서 공정특성 및 전반적인 물성에 영향을 미침을 알 수 있다 의 기 Polymer

본 배합에서 촉진제나 황 공여체 증가에 따라 가류 유도시간(Sulfur Donor)

은 길어지나 가류속도는 빨라진다 특히 고온 가류 시 과 가류(Induction time)

에 의한 물성하락을 방지하기 위해 열 안정성이 우수한(Overcure) EV(Efficient

계를 사용하는 것이 근래에 소개되고 있다 고분자의 물성은 가교형Vulcanization)

태뿐 아니라 가교밀도에 크게 의존한다 가교계 변화에 따른 인장강도의 영향은 매

우 적은 반면 신장율은 계에서 로 같수록 감소CV(Conventional Vulcanization) EV

하는 경향이 있다

이란 가류시간의 지연 또는 과가류로 인한 고무 물성의 저하를 말한Reversion

다 이러한 현상은 제품의 외면이 과도한 열에 노출될 수 있다 다중황공유 결합의

열적노화현상이 발생하며 가교형태가 다중황 결합에서 단일황(Polysulfidic)

결합으로 바뀌게 되며 밀도가 현저하게 저하되고 환상형 씨오알켄(Monosulfidic)

과 씨오알칸 구조로 바뀌게 된다 결과적으로 재료의 물성(Thioalkene) (Thioalkane)

과 기계적 성질이 떨어지게 된다

이 발생하는 시간을 가교형태에 따라 비교하여 보면Reversion CV lt Semi-CV lt

으로 알려져 있으며 시스템에서는 촉진제 종류에 따라서 인장과 신율의 물EV EV

성에 하락 없이도 공정 안정성 특성이 매우 우수하다 이 Anti-Reversion

으로 인해서 물성과 기계적 성질을 향상시킬 수 있으며 황공여체 사Anti-Reversion

용 또는 계로 가교형태를 전환함으EV

- 29 -

로써 가능하다 이로써 가교의 다중황결합 을 줄이고 단일 또는 이중황 결 (S3~S8)

합으로 내열성 및 결합의 안정성을 증가시킬 수 있다 이러한 과정에서 공정설계상

계보다 더 낮은 가류온도와 더 길어진 가류시간이 필요하게 된다 이러한 계CV EV

에서는 정도의 황과 계에 비해서 다소 많은 양의 촉진제를 사용하02~05 phr CV

게 된다 여기에 근거하여 혼합물성분의 한계 표 표 에 나타난 황과 촉 ([ 42] [ 44])

진제 양의 범위를 정하였다

발생 시간의 효율적인 제어를 위하여 본 연구에서는 적절한 촉진제의Reversion

배합량을 조절하여 방진제품에서 요구하는 특성을 만족하는 조건을 선정하고자 하

였다 그림 은 의 예를 보여준다 [ 41] Reversion

그림 의 예[ 41] Reversion

본 연구에서는 인장 내열 강도의 증가와 동 정특성 내구성 증가를 위한 가교 시- -

스템의 향상 방안으로 황량을 조절하여 Convension Type(Efficient Vulcanization

을 통하여 결합력을 증대시켰으며 촉진제를 조절하여 가- CURE STIES-CC-C)

교효율을 증대하였다 또한 가황 조건에 변화가 적은 배합설계를 하여 향상된 적정

가황이 될 수 있도록

- 30 -

하였으며 를 정립화하여 최적의 적정 가황 포인트를 찾아 인장이 최CURE-STUDY

적일 때 내구성이 최적이고 가황제품과 시편을 동시에 함으로 시편과CURE-STUDY

제품의 상의성을 방지할 수 있었다

자동차업계에서는 일반적으로 고가의 폴리머를 선호하지만 본 연구를 통하여 가

격이 낮은 폴리머로도 성능향상이 가능하다는 것을 입증하였고 향후 타 아이템에도

연계 적용함으로 새로운 배합설계를 구축하였다

실험계획법의 적용실험계획법의 적용실험계획법의 적용실험계획법의 적용4444

기존의 개발 진행 방식은 경험에 의한 시행착오 접근 방법을 사(Trial and Error)

용하여 성능향상을 도모하였으나 본 연구에서는 배합물설계에 위한 실험계획법

기술을 적용하여 이론적으로 최적의 배합설계를 이(DOE Design of Experiment)

룰 수 있는 방법을 연구하였다

일반적인 고무제품의 배합은 많이 알려져 있지만 특성 향상을 위한 방안이나 그

배합에 대한 신뢰성에는 많은 의문점이 제기 되는 게 현실이다 본 연구에서는 요

구특성을 만족시키기 위하여 선정된 촉진제의 배합조건의 최적화를 실현하기 위하

여 실험계획법의 꼭지점계획법을 이용하여 그 효율성을 검증하고자 하였다 배합의

경우 어느 독립적인 인자의 선정으로는 그 효과를 극대화 시킬 수 없는 특성이 있

는데 본 연구에서는 선정된 촉진제 및 폴리머의 조건 하에서 최적의 배합 조건을

찾아보고자 하였다

재료배합설계의 개선을 위한 방안을 정리하면 표 과 같다[ 41]

- 31 -

표 내구성 및 정 동특성 동반향상을 위한 개선방안[ 41] -

항 목항 목항 목항 목 기존 방안기존 방안기존 방안기존 방안 제안된 개선 방안제안된 개선 방안제안된 개선 방안제안된 개선 방안

배합 설계 방안

경험적 배합 설계

고 배합설계COST

국내수급재료사용

실험적 분석기법 도입

저 배합설계COST

해외재료수입

내구성 향상

량 변경Carbon

용도별 적정 적용Carbon

정동특성 향상 방안을 동시==gt

고려

경험적 수치의 가황제 량 선정

가교 시스템 향상 방안을 고려한

가황제 량 선정

(EV - CURE)

결합력 증대==gt

경험적 수치에 의한 촉진제 량

선정 경도별 선정 미비( )

가교 효율을 반영한 촉진제 량의

선정

적정한 가황 포인트 파악을 위한(

실시Cure Study )

정 동특성 향상-

정특성 향상 방안 경도 증가

동특성 향상 방안 경도 하락

두 특성을 만족시키기 위한==gt

경험적 수치의 경도 선정

데이터베이스를 활용한 배합설계

정 동특성을 동시에 만족할 수-

있는 배합제 적용

분산 및 흐름성 개선==gt

형상개선과 동시 고려==gt

- 32 -

표 는 지원 전 배합비율과 특성별 성능수준을 나타낸다[ 42]

표 지원 전 성능수준[ 42]

- 33 -

제 절 꼭지점계획법에 의한 최적배합조건제 절 꼭지점계획법에 의한 최적배합조건제 절 꼭지점계획법에 의한 최적배합조건제 절 꼭지점계획법에 의한 최적배합조건3333

재료설계에 적용되는 실험계획은 혼합물 배합에 관한 실험계획으로서 몇(Mixture)

개 성분의 혼합물 중 어떠한 성분이 품질의 특성에 유의한 영향을 미치는지를 분석

하여 반응을 최대로 만드는 최적혼합비율을 찾고자 하는 실험계획이다

혼합물실험에 적용되는 실험계획으로는 심플렉스 격자형배열법 심플렉스 중심배열

법 꼭지점 계획법 등을 주로 적용한다 본 실험에서는 심플렉스의 전 영역이 아니

라 제한된 영역에서 실험을 하고자 하므로 꼭지점계획법(Extreme vertice design)

을 적용하였다

고무부싱의 재료배합에서는 개의 성분재료가 있고 이들을 어떤 비율로 배합하는

것이 품질특성치를 가장 좋게 하는가를 찾는다 성분의 혼합에 있어서 를 번째

성분의 혼합비율이라고 하면 다음과 같은 관계식을 만족시켜야 한다

이러한 경우는 일반적 실험계획법처럼 심플렉스의 모든 영역에 실험이 배치되는 것

이 아니고 제한된 영역에서만 실험을 하는 경우이다 즉 각 인자 가 (Factor) 0 le

의 모든 값을 취할 수 있는 것이 아니라 제한된 구간1le

안에서만 값을 취한다 이와 같은 경우는 경제적인 이유나 또는 실험 전에 인자들

의 성질에 대하여 상당한 정보가 있는 경우이다 위의 식과 같은 인자의 구간이 설

정되면 실험가능영역은 심플렉스 상의 좁은 영역이 된다

- 34 -

과 은 제한된 실험영역에 대한 실험계획법으로 꼭지점 계획법Mclean Anderson

을 제안하였다 이 계획법은 제한된 영역이 가지는 모든(extreme vertices design)

꼭지점과 이 꼭지점들의 선형조합으로 이루어지는 몇 개의 점을 적절히 선택하는

실험계획법이다 만약 개의 혼합성분이 사용되는 경우 실험영역을 그림으로 그리 4

면 그림 와 같이 사면체 속에 위치하는 면체가 된다 과 은[ 42] 6 Mclean Anderson

이 면체의 꼭지점과 중심점을 실험점으로 선택하는 방법에 대한 예제를 제시하고6

있다

그림 개의 혼합성분에 대한 꼭지점계획법[ 42] 4

고무부싱의 재료설계 시 혼합물은 고무 카본 및 배합원료로서 황화제 촉진제

가공제 유기산 금속산화제 노화방지제 보강제 충진제 등을 사용한다

재료 배합 실험은 경도별로 나누어 실행되었으며 표 은 경도 도 오차범[ 43] 48 (

위 plusmn 도 에 대한 혼합물성분의 한계이다 에 성분의 한계를 입력한 결과2 ) MINITAB

네 가지 성분에 대하여 표 와 같은 총 회의 실[ 44] 17

- 35 -

험점이 생성되었다 실행 의 경우 의 성분을 1 A B C D 09807 00068 00011

의 비율로 섞어서 실험하라는 의미이다00114

표 혼합물 성분의 한계[ 43] (48Hs)

성분 하한 상한

A 외 기타Polymer 09774 09807

B 촉진제1 00068 00085

C 촉진제2 00011 00022

D Sulfur 00114 00119

표 꼭지점계획법에 의한 실험설계와 결과데이터[ 44] (48Hs)

을 활용한 혼합물 설계 데이터분석 결과는 표 표 과 같다MINITAB [ 45][ 46] 17

회의 실험점에 대한 데이터분석 결과 각 실험 점에서의 적합추정치와 신뢰구 95

간을 구할 수 있었다

- 36 -

표 을 보면 실험점 에 의한 배합조건으로는 신뢰구간으로[ 45] 14 95

의 내구성이 나타난다 에서는 각 성142322cycle ~ 146166cycle Nominal Load

분에 대한 제한조건을 만족시키면서 내구성을 최대로 하는 처리조건은 인자의 네

가지 성분 즉 외 에 대한 배합 비율이 Polymer Acc1 Acc2 Sulfur 097740

이었다 그리고 이 처리조건에서 예상되는 내구성은00085 00022 00119

에 도달할 것으로 추정되었다146943cycle

에서는 인자의 네 가지 성분의 배합비율이 와 마찬Maximum Load Nominal Load

가지로 이었다 그리고 이 처리 조건에서 예상되는09774 00085 00022 00119

내구성 추정치는 이었다18917cycle

표 데이터분석 결과[ 45] (48Hs Nominal Load)

에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응Dura(Nom)Dura(Nom)Dura(Nom)Dura(Nom)

- 37 -

반응 최적화 모수반응 최적화 모수반응 최적화 모수반응 최적화 모수

글로벌 솔루션글로벌 솔루션글로벌 솔루션글로벌 솔루션

예측 반응예측 반응예측 반응예측 반응

Dura(Nom) = 146943

- 38 -

표 데이터분석 결과[ 46] (48Hs Maximum Load)

에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응Dura(max)Dura(max)Dura(max)Dura(max)

반응 최적화 모수반응 최적화 모수반응 최적화 모수반응 최적화 모수

글로벌 솔루션글로벌 솔루션글로벌 솔루션글로벌 솔루션

외Polymer = 09774

- 39 -

Acc1 = 00085

Acc2 = 00022

Sulfur = 00119

예측 반응

Duro(max) = 189171

경도 도 오차범위 도 에 대한 혼합물성분의 한계와 에 의한 실험50 ( plusmn 2 ) MINITAB

점은 표 표 과 같다[ 47] [ 48]

표 혼합물 성분의 한계[ 47] (50Hs)

- 40 -

표 실험계획의 결과[ 48] (50Hs)

경도 도에 대한 혼합물 설계 데이터분석 결과는 표 표 과 같다50 [ 49][ 410] 17

개 실험 점에서의 적합추정치와 신뢰구간은 예측반응에 잘 나타나 있다95

에서는 각 성분에 대한 제한조건을 만족시키면서 내구성을 최대로Nominal Load

하는 처리조건은 외 기타 의 각 성분에 대하여 배합비Polymer Acc1 Acc2 Sulfur

율이 이고 이 처리조건에서 예상되는 내구성은09687 00088 00025 00200

에 도달할 것으로 추정되었다159209 Cycle

에서는 인자의 네 가지 성분의 배합비율이 와 마찬가Maximum Load Nominal Load

지로 이었다 그리고 이 처리조건에서 예상되는 내09687 00088 00025 00200

구성 추정치는 이었다 일 때와 일218572 Cycle Nominal Load Maximum Load

때의 적정배합비율이 다르게 나오는 경우가 있는데 이는 오차범위 경도의 경우( plusmn

도 가 비교적 넓은 고무의 특성에서 비2 )

- 41 -

롯되거나 측정오차에 따른 결과로 추정된다

표 데이터분석 결과[ 49] (50Hs Nominal Load)

에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응Duro(Nor)Duro(Nor)Duro(Nor)Duro(Nor)

반응 최적화 모수반응 최적화 모수반응 최적화 모수반응 최적화 모수

- 42 -

글로벌 솔루션글로벌 솔루션글로벌 솔루션글로벌 솔루션

예측 반응예측 반응예측 반응예측 반응

Duro(Nor) = 159209

표 데이터분석 결과[ 410] (50Hs Maximum Load)

에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응Duro(max)Duro(max)Duro(max)Duro(max)

- 43 -

반응 최적화 모수반응 최적화 모수반응 최적화 모수반응 최적화 모수

글로벌 솔루션글로벌 솔루션글로벌 솔루션글로벌 솔루션

예측 반응예측 반응예측 반응예측 반응

Duro(Max) = 218572

재료배합시험에 있어서 가류시간이 특성 치에 영향을 미치므로 레오그래프

분석에 의해 적정가류시간을 결정한다 레오그래프는 다음의 용도에(Rheograph)

활용된다

고무제품의 가류도 측정①

가류속도 측정②

최적의 가류공정 조건 확립③

가류약품 선정 및 배합 작성Recipe④

고무제품의 품질관리⑤

아래 그림 은 경도 도에 대한 재료의 레오그래프이다 그래프에 나타난 용[ 43] 48

어를 설명하면 다음과 같다

혼합물 의 가 가류되었을 때의 시간을 나타내며 가류시간을tc90- (Compound) 90

결정하는 기준으로 사용된다

스코치시간 을 나타내며 원하지 않는 가교가 일어ts2 - (Scorch time)

- 44 -

나는 시간으로 적절한 가류시간을 찾기 위해 필요한 과정임

고무의 특성을 토르크 값으로 나타낸 값으로 일반적으로 혼합물Tmax- (Torque)

의 경도에 따라 변함

평형 토르크MH- (Equilibrium torque)

최소 토르크ML- (Minimum torque)

본 재료시험에 적용된 가류시간은 의 배 사이에서 적정수준을 결정하tc90 1-15

였다

연구의 결과 카본의 입자가 작을수록 내구성은 향상시키지만 대체로 분산이 잘 되

지 않아 혼합물의 품질이 고르지 못하였다 따라서 카본의 분산도를 평가하여 만족

할 만한 수준이 나오는지 확인하였으며 상대적으로 작은 입자경의 카본을 사용하

여 내구성을 높이려 하였다

그림 경도 도 고무에 대한 레오그래프[ 43] 48

- 45 -

실험의 결과 카본블랙과 레오그래프와의 관계는 그림 와 같이 나타났다 그림[ 44]

에서 보는바와 같이 입자경의 크기가 증가함에 따라 결합력이 약해지므로 토르크

값이 낮아짐을 알 수 있다

그림 각종 카본블랙의 레오그래프[ 44]

- 46 -

본 연구에 적용된 카본 입자경의 크기와 양은 표 과 같다[ 411]

경도변화는 카본입자의 크기와 양에 따라 결정이 되며 레오그래프의 값이 Tmax

이러한 사실을 보여주고 있다

표 레오그래프상의 경도와 카본의 관계[ 411]

레오그래프는 섭씨 도에서 그려짐PHR = Part in Hundred Rubber 160

- 47 -

제 장 형상개선제 장 형상개선제 장 형상개선제 장 형상개선5555

제 절 외철의 스웨징 율 변화에 의한 개선제 절 외철의 스웨징 율 변화에 의한 개선제 절 외철의 스웨징 율 변화에 의한 개선제 절 외철의 스웨징 율 변화에 의한 개선1111

높은 품질의 부싱을 개발하기 위해서는 적절한 재료설계에 의한 경도 및 고무 특

성의 설정이 매우 중요한 요소이지만 고무의 특성 개선에만 의존하는 것은 한계점

이 있다 따라서 제품의 형상변화를 통해 고무의 특성을 극대화함으로써 내구성 및

품질특성을 향상시킬 수 있다

그림 은 부품의 세부형상과 설계도이다[ 51]

그림 세부형상[ 51] DA-2

- 48 -

그림 는 제품의 단면을 보여준다 그림에서 는 다른 모델에 비해 고무[ 52] DA-2

량이 다소 적음을 알 수 있다 형상 변화를 통한 품질특성의 개선을 시도함에 있어

서는 부품에 대한 조립성과 제조성 을 반드시(DFM Design for Manufacturability)

고려하여 형상변화를 꾀하여야 한다 본 제품의 경우 외철 과 내철 (outer pipe)

의 길이는 한정되어 있으며 그 직경의 변화도 허용공차를 미만(Inner pipe) 05 mm

의 수준으로 요구하고 있다

형상변경을 통한 성능향상 방안으로서 외철에 대한 스웨징율 을 변(Swaging rate)

경함으로서 외경크기의 변화를 시도하였으며 또한 내철의 구배각도를 변화시켜 개

선점을 찾으려고 노력하였다

그림 단면[ 52] DA-2

부싱의 경우 일반 적으로 스웨징이라는 공정을 거치게 되는데 이는 공정에서 외

경의 크기 조정을 통하여 성능을 향상 시키는 방법으로서 스웨징율을 조정함으로서

외철의 외경 크기를 허용범위 내어서 변화시키는 것이다 이는 스웨징에 따른 직경

변화에 의해 고무의 조직이 조밀해져 고무 특성을 향상시킬 수 있게된다

그림 은 스웨징의 방향을 나타내며 그림 는 스웨징 전 후의 외철의 크[ 53] [ 54]

기 변화를 보여주고 있다

- 49 -

그림 스웨징 방향[ 53]

그림 스웨징 전후의 외경 크기의 변화 단면[ 54] ( )

제 절 내철의 구배 변화에 의한 개선제 절 내철의 구배 변화에 의한 개선제 절 내철의 구배 변화에 의한 개선제 절 내철의 구배 변화에 의한 개선2222

아래 그림 는 형상 변화를 시도할 수 있는 내철 끝단 부분의 구배를 표시한[ 55]

그림으로서 는 구배각도를 나타낸다a

- 50 -

그림 구배각도[ 55]

그림 은 본 제품의 특성 요구 사항을 그림으로 표시한 것으로 고무부싱은[ 56]

및 의 외력에 대하여 적절하게 대응할 수 있도록 설계되어야 한다 부싱 종류F1 F2

의 경우 일반적으로 고무 제품의 유연함과 동배율 개선을 위하여 저경도의 고무를

적용하는 경우가 많은데 이 경우에는 외력에 대한 특성이 상대적으로 취약하게F1

나타나게 된다 이러한 취약점을 보완하기 위하여 본 연구에서는 그림 과 같 [ 57]

이 제품이 허용하는 범위 내에서 내철의 구배를 변화 시킨 후 실험데이터의 분석을

통해 성능 개선 방안을 찾고자 하였다

그림 부싱의 외력[ 56]

그림 의 의 경우는 구배를 주지 않은 경우이며 의 경우는 구배를 준[ 57] (a) (b)

경우를 표시하고 있다

- 51 -

의 경우 외력에 의하여 발생하는 반발력 은 순수한 고무 특성에 의해서(a) F1 Fr1

만 나타나게 된다 이러한 경우 저경도의 고무을 적용하였을 때 의 크기가 미미 Fr1

하여 적절한 특성을 발휘하지 못하게 된다

의 경우와 같이 내철에 구배를 주게 되면 의 외력에 대하여 구배가 들어간(b) F1

부분 에 의한 반발력 함께 가 생성되어 상대적으로 에 대한 저항력이 커Fr3 Fr2 F1

짐으로써 성능을 향상 시킬 수 있게 된다

그림 구배각도의 적용에 따른 차이 단면[ 57] ( )

그림 구배각도의 적용에 따른 차이 입체[ 58] ( )

- 52 -

제 장 도포공정개선제 장 도포공정개선제 장 도포공정개선제 장 도포공정개선6666

고무부싱의 내구성 향상을 위하여 필수적으로 관리하여야 할 공정이 도포공정이

다 도포공정은 접착의 원리에서부터 접착의 구조 접착의 강도 피착재의 표면처리

법 및 접착제 사용법 등 접착에 관한 전반적인 기술을 공정에 효율적으로 적용하여

야 한다

고무와 금속과의 접착력이란 접착제와 피착제 사이의 계면 결합력을 의미하며 접

착강도는 시험방법 접착방법 시험시의 조건 시편의 기하학 등 여러 인자에 의해

영향을 받는다 접착파괴는 접착제의 가장 약한 곳에서 일어나며 접착강도는 여러

가지 측정법에 따라 고유강도 잔류강도 측정강도 등과 같이 다르게 표현된다 고

무부싱의 접착구조는 그림 과 같다[ 61]

그림 접착의 구조[ 61]

프라이머 는 피착제 표면과의 친화성이나 접착제와의 상용성이 뛰어나야(Primer)

하고 동시에 접착 저해물과의 상용성도 높아야 한다 또 프라이머 중의 유효성분

쪽이 피착제 표면에 흡착되어 있는 저해성분보다 피착제에 의하여 안정하게 흡착되

어 있는 것이 중요하다 따라서 프라이머는

- 53 -

충분한 교반 균일하고 엷은 도포 그리고 완전한 건조가 이루어져야 한다 이러한

도포공정은 피착제의 모앙에 따라 달라진다

열경화성 접착제의 대부분은 유기 중합물과 각종 충진제를 유기용제에 용해 분산

시킨 것으로 사용전이나 사용 중에도 교반기 등으로 균일하게 용해 분산시킨 접착

제를 사용하는 것이 중요하다 따라서 의 도포 공정은 그림 와 같이 교 DA-2 [ 62]

반기를 추가 설치하여 공정 개선을 실시하였다

그림 설치한 교반기[ 62]

또한 피착제의 균일한 도포를 위해 롤타입의 코팅기에 기존 페인트용 롤러에서

그림 에서와 같이 융을 말아 롤러 도포하는 형태로 개선을 실시하여 코팅의[ 415]

두께 정밀도를 향상시켰다

- 54 -

그림 변경된 롤러 모양[ 63]

접착 재료를 프라이머 에서 변경하여 사용함CHEMLOK 220 252 CHEMLOK 205

으로써 접착력을 향상시켰는데 는 금속 및 경길대료의 프라이머로CHEMLOK 205

사용되며 또한 같은 극성고무에 단독으로 접착이 가능하다 NBR

방식의 경우 의 특징을 살펴보면TWO Coat CHEMLOK 205

ㆍㆍㆍㆍ 접착제의 금속 표면에서의 접착강도를 향상시킬 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ 기계적 표면처리 후 활성화된 금속표면을 산화작용으로부터 보호하며 녹방

지 도료적 역할을 한다

ㆍㆍㆍㆍ 크로로프렌이나 에피크로로히드린고무와 같은 가류 중에 염소가스를 발생

시 켜 금속표면을 부식시키기 쉬운 고무배합에 대하여 유효하게 적용된다 프

라 이머는 충분한 교반 균일하고 엷은 도포 그리고 완전한 건조가 이루어져

야 접착성이 뛰어나게 된다

도포공정 개선 전후의 효과는 그림 그림 의 도포두께 비교[ 64]~[ 67] Cpk

를 통해서도 알 수 있다DATA

아래 그림 는 도포공정의 개선전[ 64] 관리도의 그래프를 나타낸

- 55 -

것으로 관리도는 평균치와 범위에 관한 계량형 관리도에서 가장 많이 사용되

는 관리도의 하나이다 관리도는 평균치의 변화를 관리하는 관리도와 산포의

변화를 관리하는 관리도로 구성된다 관리도의 중심선(Central Line) CL=로 나

타내며 관리 상한선 은(Upper Control Limit) UCL= 로 관리하한선인 (Lower

의 경우Control Limit) LCL=

로 구한다

관리도의 관리선의 경우 중심선 관리상한선 UCL= 관리하한선 LCL

의 경우 로 구한다

여기서 등의 계수는 샘플의 크기인 에 따라 결정 되며 일 경우=4

=0729 =0 이다=2282

그림 에서[ 64] 이며=273410 관리도의 로 나타났UCL=307994 LCL=238826

다

관리도의 은CL 이며 이다=4744 UCL=1082581

- 56 -

그림 도포공정 개선전[ 64] 관리도

한편 그림 는 도포공정 개선 전의 경우에 대하여 지정된 규격의 공정능력 [ 65]

지수를 나타낸 것으로서 단기공정능력지수( 와 장기공정능력지수) ( 를 나타낸)

다 단기공정능력지수는 공정능력 ( 과 규격의 폭) ( 과의 비율을 의미하며 일반적)

으로 로 표시한다 규격은 그림 에서처럼 양쪽규격이 모두 주어진 경우 공 [ 65]

정 능력 지수는 다음과 같이 계산할 수 있다

공정 능력

로 나타내고 만약 공정 평균이 규격의 중심으로부터 어느

한쪽으로 치우쳐 있게 되는 경우 치우침도( 와) 를 조합한 단기공정능력지수

( 로 나타낸다 즉)

- 57 -

장기공정능력지수( 의 계산은)

으로서 이다

따라서 그림 에 나타난 것처럼 개선전의 공정능력은[ 65] =17854 =08458

으로서 장기 공정에 대해 만족스럽지 못한 값을 나타내고 있다

그림 도포공정 개선전 공정능력 분석그래프[ 65]

- 58 -

그러나 공정개선후의 관리도인 그림 을 살펴보면[ 66] 이며=28196 관리

도의 이고UCL=300418 LCL=263502 관리도의 은CL 로=2532 UCL=51418

나타난다

그림 도포공정 개선후[ 66] 관리도

- 59 -

개선 후에는 그림 로부터 알 수 있듯이 단기공정능력은[ 67] 으로서=31966

인 장기 공정에 대해 안정적인 것을 확인할 수 있어 도포공정 개선에=23275

대한 효과가 있음을 알 수 있다

그림 정 개선 후 공정능력 분석그래프[ 67]

또한 도포공정의 두께관리를 강화하기 위하여 작업자 교육 및 샘플링 두께 측정

검사를 통해 지속적인 모니터링을 실시하고 공정별 온도관리 및 시간 관리를 통해

작업 환경 유지관리 강화로 변함없는 품질의 제품을 생산하도록 하였다 그림 [

은 롤 코팅 공정이다68] (Roll coating)

- 60 -

그림 롤 코팅 공정[ 68] (Roll coating)

- 61 -

제 장 최적수준 결정을 위한 파라미터 설계제 장 최적수준 결정을 위한 파라미터 설계제 장 최적수준 결정을 위한 파라미터 설계제 장 최적수준 결정을 위한 파라미터 설계7777

제 절 실험계획법에 의한 유의인자 결정제 절 실험계획법에 의한 유의인자 결정제 절 실험계획법에 의한 유의인자 결정제 절 실험계획법에 의한 유의인자 결정1111

재료설계 형상설계 및 공정설계에 대한 최적조건의 결정은 부품의 품질 특성에

대한 사양 을 만족시켜야 할 뿐 아니라 생산부품 간 품질의 산포를(Specification)

최대한 줄여야 한다 의 최적설계를 위해 다구찌 기법 을 적 DA-2 (Taguchi method)

용하였다

다구찌의 강건설계 는 인자 가 품질 특성의 평균에 대해(Robust design) (Factor)

가지는 효과뿐만 아니라 분산에 미치는 효과에 대해서도 초점을 맞추고 있다 분산

을 줄일 수 있는 통제 가능한 인자에 대한 조건을 설정하여 품질특성이 통제 불가

능한 인자의 변화에 대해서는 둔감하도록 할 수 있다 강건설계의 주목적은 품질특

성의 목표값을 유지하면서 분산을 줄이는 인자에 대해 설치값 을 발견하는 (Setting)

데 있다

다구찌 설계에 의한 실험계획법은 특히 확장된 역할로서 다음의 몇 가지를 들 수

있다

ㆍㆍㆍㆍ종래에는 제어 불가능한 환경조건이나 제어하기 어려운 생산조건 공정조건

등의 원인 이를 잡음인자로 통칭 들이 데이터에 주는 영향의 정도를 평가하기 어려( )

웠으나 객관적으로 그리고 계량적으로 이를 평가할 수 있는 방법을 제시하고 있

다 또한 품질 산포의 크기를 계량특성치 손실함수 비 등 로 변환하여 산포를 ( SN )

작게 하는 인자들의 조건을 찾아가는 강건설계를 사용한다

ㆍㆍㆍㆍ직교배열표를 광범위하게 사용하여 인자의 수가 많은 경우에도 크게 실험횟

수를 증가시키지 않고 실험하는 일부 실시법을 사용한다

ㆍㆍㆍㆍ생산라인 내 뿐만 아니라 신제품 개발을 위한 품질설계 파라미터(On-line)

설계 허용오차 설계 등의 라인 외 품질관리를 위하여 유용하게 사용할 (Off-line)

수 있다

ㆍㆍㆍㆍ다구찌 방법에서 추가적으로 다룰 수 있는 주요한 것들로는 직교배열

- 62 -

표의 확대사용 수준계의 표준 직교배열표 이외에 확대 응용 혼합 직교배열표(2 3

의 사용과 조합법의 사용 계량치 데이터의 파라미터 설계 허용차 설계 그리고)

계수치 데이터의 파라미터 설계 동적 특성의 파라미터 설계 등을 들 수 있다

파라미터 설계 는 제품설계와 공정설계에서 유용하게 사용되는(Parameter design)

다구찌 실험계획법의 핵심이다 파라미터는 제품성능의 특성치에 영향을 주는 제어

가능한 인자 를 의미하며 파라미터 설계는 이들 인자들의 최적(Controllable factor)

수준을 정하여 주는 것을 말한다 파라미터를 설계변수 라고도 부 (Design variable)

르며 파라미터 설계에서는 제품의 품질변동이 잡음에 둔감하면서 목표품질을 가질

수 있도록 설계변수들의 최적조건을 구하여 준다 최적조건을 찾을 때 설계변수와

잡음을 주는 인자들을 포함시켜 실험하는 직교배열표 등을 주로 사용한다 이때 목

표 품질을 만족시키는 범위 내에서 가능한 한 비용이 적게 드는 조건이나 부품 등

을 이용한다

만약 신뢰성에 영향을 주는 제어 가능한 인자 에 대한 파라미터설계 A B C D

를 한다고 하자 는 수준 는 수준의 혼합수준 에 대한 설계 A B 4 C D 2 (Mixed level)

분석을 하려고 한다면 각 요인 변동의 계산을 표 과 같은 [ 71] L16(215형 직교배)

열표 를 사용하면 된다(Orthogonal Design)

에 대한 파라미터 설계조건으로는 내구성이 가장 좋은 최적의 설계 및 공정DA-2

조건을 구하여야 하므로 반응변수가 큰 값일수록 좋은 망대특성(Larger-the-better

에 대한 조건을 구하고 부품의 정특성 및 동특성에 대한 분석은 적characteristics)

정한 상호관계를 고려하여 별도의 실험을 행한다

- 63 -

표 다구찌 설계의 예[ 71]

- 64 -

제 절 시험데이터의 해석제 절 시험데이터의 해석제 절 시험데이터의 해석제 절 시험데이터의 해석2222

실험조건실험조건실험조건실험조건1111

제품의 신뢰성향상을 위해 지금까지 재료배합의 개선 형상개선 및 공정개선에

대한 각각의 과정을 설명하였으며 본 장에서는 관련된 여러 인자들을 동시에 고려

하여 최상의 품질특성을 나타낼 수 있는 최적인자수준의 결정에 대하여 설명하려고

한다 이는 인자들 간의 상호 작용이 상승 또는 보완작용을 할 수도 있고 반대로

서로 상극임을 나타낼 수 도 있기 때문이다

일반적으로 고무부싱의 개발에 적용되는 인자 는 다음과 같다(Factor)

ㆍㆍㆍㆍ경도 는 수요기업에서 제시하는 사양 에 따라 적정수(Hardness) (Specification)

준의 경도 도 도 도 도 를 적용하였으며 경험적으로 경도의 산포는(43 45 48 50 ) plusmn

정도이다2

ㆍㆍㆍㆍ각 부분의 모양이나 각도에 따라 고무 량에 영향을 미치게 되는 형상설계에

관해서는 내부 파이프 구배각도를(Inner pipe) 15deg~25deg로 하고 외부파이프 (Outer

의 접착부분을 로 하였으며 외경의 크기는pipe) 13mm~15mm

27mm~ 로 유지하였다278mm

ㆍㆍㆍㆍ공정설계는 가류시간을 로 하였다 가류 온도는240sec~600sec 150deg~180

로 하고 주변 온도에 영향을 받으므로 금형 표면온도는 항상 확인하였다 접착제

도포가 내구성에 영향을 주므로 접착제 두께는 으로 하고 접15micron~40micron

착제 배합조건은 로 하였다120cc~128cc

다구찌 설계에 의한 최적수준을 결정하기 위해 다른 인자는 고정시키고 경도 가

류시간 스웨징 인자에 대하여 표 와 같이 실험수준을 정하였다 [ 72]

- 65 -

표 실험인자 별 수준[ 72]

분석결과의 해석분석결과의 해석분석결과의 해석분석결과의 해석2222

실험결과의 해석은 다음과 같다

을 통해 표 의 실험조건을 입력하여 다구찌 설계를 생성한 결과MMITAB [ 72]

표 과 같은 실험조합을 얻었다 표 는 실험조합 별 시험결과 값이다[ 73] [ 74]

에서의 내구성에 대한 다구찌 설계해석의 결과는 표 의 신호 대Nominal load [ 75]

잡음비 비 평균 표준편차에 대한 반응표에 잘 나타나(SN Signal to noise ratio)

있다 그림 그림 은 비 평균 표준편차에 대한 반응 값을 도식한 [ 71]~[ 73] SN

것이다

표 의 신호 대 잡음비의 반응표를 보면 경도는 스웨징이나 가류시간에 비해[ 75]

반응변수 내구성 에 큰 영향을 미치고 있음을 보여준다 평균에 대한 반응표에서도( )

경도는 다른 인자들에 비해 반응변수의 평균에 크게 영향을 미치고 있음을 알 수

있다 표준편차 역시 경도의 수준 변화에 따라 차이가 가장 많음을 보여주고 있다

- 66 -

표 에 의한 다구찌 설계생성[ 73] MINITAB

- 67 -

표 실험조합 별 시험결과 데이터[ 74]

- 68 -

표 비 평균 표준편차에 대한 반응표[ 75] SN

신호 대 잡음 비에 대한 반응 표신호 대 잡음 비에 대한 반응 표신호 대 잡음 비에 대한 반응 표신호 대 잡음 비에 대한 반응 표

망대특성망대특성망대특성망대특성

평균에 대한 반응 표평균에 대한 반응 표평균에 대한 반응 표평균에 대한 반응 표

표준 편차에 대한 반응 표표준 편차에 대한 반응 표표준 편차에 대한 반응 표표준 편차에 대한 반응 표

- 69 -

그림 신호 대 잡음 비의 주효과도[ 71]

그림 인자수준별 평균의 주효과도[ 72]

그림 인자수준별 표준편차의 주효과도[ 73]

- 70 -

표 와 그림 에서 에서의 내구성 예측값을 가장 크게 하[ 75] [ 72] Nominal Load

는 것은 요인 수준의 조합이 일 때이다 품질 향상을 위해서는 정특성 동(4 2 2)

특성 값도 동시에 고려하여야 하므로 조합 조합 조합(4 2 2) (4 3 2) (4 1 2)

에 대한 예측 값을 함께 구하였다

표 은 에서의 내구성 예측값을 표 은 에[ 76] Nominal Load [ 77] Maximum Load

서의 내구성 예측값 표 은 정특성 예측값 표 는 에서의 동특성 예 [ 78] [ 79] 15Hz

측값 그리고 표 은 에서의 동특성 예측값을 보여주고 있다 [ 710] 150Hz Nominal

에서의 내구성 예측값은 조합 조합 조합에서 각Load (4 2 2) (4 3 2) (4 1 2)

각 목표값인 을 상회한 과170000 Cycle 178023 Cycle 174272 Cycle 175830

로서 조합일 때 더 높게 나타났다Cycle (4 2 2)

동배율은 예측 평균값을 기준으로 할 때 동배율은 조합에서는 에 (4 2 2) 15Hz

서 에서 이고 조합에서의110(1187691079) 150Hz 113(1215561079) (432)

동배율은 에서 에서15Hz 106(112856 106938) 150Hz 108(115769106938)

이며 조합에서의 동배율은 에서 에서 (412) 15Hz 108(118194 1094) 150Hz

이었다109(1195691094)

모델의 경우 수요기업에서 동배율 값이 적은 값을 요구하기 때문에DA-2 (kdks)

동배율을 고려하면 의 조합이 더 좋은 품질을 나타낸다고 할 수 있다(4 1 2)

- 71 -

표 에서의 내구성 예측값[ 76] Nominal Load

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 2 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 3 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 1 2

예측 값

신호 대

- 72 -

표 에서의 내구성 예측값[ 77] Maximum Load

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 2 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 3 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 1 2

신호 대

- 73 -

표 정특성 예측값[ 78]

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 2 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 3 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 1 2

신호 대

- 74 -

표 동특성 예측값[ 79] (15Hz)

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 2 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 3 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 1 2

신호 대

- 75 -

표 동특성 예측값[ 710] (150Hz)

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 2 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 3 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 1 2

신호 대

- 76 -

제 장 부품의 신뢰성성장관리제 장 부품의 신뢰성성장관리제 장 부품의 신뢰성성장관리제 장 부품의 신뢰성성장관리8888

제 절 신뢰성성장관리제 절 신뢰성성장관리제 절 신뢰성성장관리제 절 신뢰성성장관리1111

복잡하고 기술적인 제품의 개발 프로그램을 운영하는 데 있어서는 고객이 요구

하는 신뢰성 수준을 만족시키기 위하여 상당한 규모의 시간 예산 기술인력 등의

자원을 필요로 한다 고객들의 신뢰성 요구수준은 매우 높으므로 이러한 목표를 달

성하기 위하여 시험 개선 시험 개선의 개발과정을 반드시 거친다 이 과정에서 시- - -

스템 서브시스템 또는 모듈을 고장 날 때까지 시험하고 고장모드를 결정해서 이를

제거하기 위한 시도를 하거나 적어도 고장발생을 줄일 수 있는 시도를 하여 설계나

엔지니어링 개선을 이룬다 만약 이러한 과정이 계속되고 설계나 엔지니어링 변경

이 충분히 이루지면 시스템의 신뢰성은 증가한다 개발프로그램이 운영되는 동안

신뢰성 수준의 변화를 추적할 수 있다면 개발책임자로서는 여러 가지 이점이 있다

즉 목표하는 신뢰성 수준을 달성하기 위하여 충분한 비율로 성장하고 있는지의 여

부를 가능한 빠른 시간 내에 판단할 수 있고 그에 따라 필요한 자원을 적절히 배

분할 수 있다 따라서 개발책임자는 시험데이터로부터 현재 시스템의 신뢰성 수준

성장률의 평가 앞으로 기대되는 달성 가능한 수준을 결정하기를 원한다

신뢰성 성장관리 기술은 제품을 개발하는 데(Reliability growth management)

소요되는 많은 시간과 비용 및 엔지니어링 노력을 절감하면서 개념선택 제품과 공

정의 신뢰성 그리고 비용효율을 달성할 수 있도록 유용한 정보를 제공해 준다 군

사장비 자동차 및 전자 중장비개발 등에 적용된 최근의 신뢰성 성장시험 관리기술

은 각 분야의 경쟁적인 사업 환경 아래에서 제품개발을 효율적으로 조직하여 신뢰

성평가를 시작하고 신뢰성 성장과정을 추적할 수 있도록 해준다 신뢰성성장관리기

술은 제품 및 공정설계 관련사항 및 검증시험 항목들에 대하여 사용 환경에 따른

신뢰성 성장 진행과정을 확인하고 그 결과로부터 성장시험곡선을 개발할 수 있게

한다 또한 설계단계 사이의 여러 가지 관련성을 확인하여 관찰하고 그 정보를 다

른 제품보증분석들과 연결하여 고객 요구사항에 대한 제품의

- 77 -

적합도를 적절히 평가하는 데 도움을 준다

신뢰성성장모델은 가 개발한Crow(1975) AMSAA(Army Materiel Systems

모델이 많이 활용되었으나 이는 시스템 또는 서브시스템에서의Analysis Activity)

성장관리에 유용하고 부품수준에서는 모델을 활용하는 것이 더욱 실용적이 Weibull

다 모델은 목표 Weibull B10 수명에 대하여 초기 시작품 으로부터(Early Prototype)

후기 시작품 까지의 신뢰성 개선을 관리하는데 실용적으로 활용할(Later Prototype)

수 있다

신뢰성 성장시험 프로세스신뢰성 성장시험 프로세스신뢰성 성장시험 프로세스신뢰성 성장시험 프로세스1111

신뢰성 성장은 개발시스템에 대하여 여러 시험단계가 시리즈로 이루어지는 동안

고장모드를 발견하고 이를 개선하는 과정을 거쳐 이TAAF(Test Analyze And Fix)

루어진다 또한 기능시험 환경시험 안전시험의 결과는 신뢰성 향상을 위한 FMEA

등과 연계하여 사용된다 분석결과는 설계변경에 반영되고 최종목표가 달성될 때까

지 개선과 시험이 연속적으로 이루어진다 그림 은 일반적인 신뢰성 성장시험 [ 81]

프로세스를 보여준다 프로그램의 시작시점에 신뢰성 성장에 대한 계획을 수립하여

고객의 기대사항을 만족시킬 수 있는 성능수준에 대한 구체적인 측정치를 제시하

고 이 목적을 달성시킬 수 있는 시험조건을 정한다 시험조건은 특정한 부품이나

시스템에 대하여 고객의 사용방법과 환경에 대한 지식을 기초로 하여야 한다

개발프로젝트가 진행되는 동안 신뢰성 성장시험 프로그램이 개발되고 실행되는

과정에서 설계 및 공정의 관심사항을 확인하기 위해 QFD(Quality function

와 같은 제품보증을 위한 분석방법들이 선행되어 실시되는데 신뢰성deployment)

성장관리와 연계하여 이를 통틀어 통합 신뢰성 성장관리(Integrated reliability

라고 한다 신뢰성 성장관리를 포함한 제품설계평가의 모든growth management)

과정은 제품 공정의 신뢰성 향상에 있어 중요한 역할을 하는 제품보증기능의 한부

분이다

- 78 -

통합 신뢰성 성장시험관리 프로세스는 설계뿐 아니라 공정신뢰성(MIL-HDBK-781)

과 관련된 문제에 대응할 수 있도록 신뢰성 성장시험의 이점을 전적으로 활용할 수

있는 수단을 제공한다

신뢰성 성장관리과정을 개발함으로써 신뢰성 수준은 계속적으로 추적될 수 있고

조치를 취하고 다른 분석결과들과 비교되어 초기 신뢰성 예측을 수립하고 제품설

계에 포함된 확신을 증가시킨 후 검증시험에 들어갈 수 있도록 한다 이러한 신뢰

성 성장관리 프로세스는 제품개발 사이클에 있어서 초기 단계 동안에 신뢰성을 확

립하는 데 도움을 줄 수 있는 장치이다

그림 신뢰성성장시험 프로세스[ 81]

제품개발과정에 적용되는 신뢰성 성장시험관리 프로세스는 다음과 같다

신뢰성 성장시험조건을 결정하고 시험 사이클을 개발한다 ①

신뢰성 성장시험곡선의 사용을 통하여 시험과정을 실행하고 추적한다②

시험결과를 평가하고 다른 선행된 분석연구결과들과 비교한다③

확인된 결함을 제거하기 위해 설계변경을 실시한다④

- 79 -

설계검증시험을 준비한다⑤

신뢰성 성장시험의 주된 목적은 설계상의 약점을 확인하고 제거함으로써 설계의

신뢰성을 증가시키는 것이다 정확하게 신뢰성 수준이 변화되는 진행상황을 추적하

기 위해서는 요구사항에 대한 불합치성 을 확인하고 불합치성이(Nonconformance)

일어난 시간을 모두 추적하여야 한다 시험을 시작하기 전에 적절한 시정조치를 용

이하게 하기 위해 사전계획이 수립되어야 하며 고장분포를 결정하기 전에 각각의

고장부품에 대한 고장원인을 분리할 수 있어야 한다

부품의 개발과정에서 몇 개의 표본에 대한 고장시간 데이터가 있을 때 Weibull

분포를 활용한 신뢰성 성장분석에 대하여 설명하면 다음과 같다

가 분석의 개요가 분석의 개요가 분석의 개요가 분석의 개요

밀도함수는 그림 와 같이 특성 수명과 기울기로 고장시간Weibull [ 82] (Cycle

을 설명한다 작은 표본에 대한 고장시간 데이터가 주어졌을 때 분석Km) Weibull

을 사용하여 세 가지의 정보를 얻을 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ특정 시간이 주어졌을 때 등 부품의 신뢰도는 그 시간까지 살아 있(Cycle Km )

을 백분율이다

ㆍㆍㆍㆍ 또는 다른( 수명을 추정할 수 있다) 수명은 부품들 중 가 고장10

날 것이라고 기대되는 시간이다 즉 이 시간에서의 신뢰도는 이다 90

ㆍㆍㆍㆍ 기울기의 값은 고장률 패턴에 대한 정보를 제공해준다 기울기가Weibull 10

이라면 고장률이 일정하다는 것을 의미한다 이 경우 고장은 일반적으로 우연히

일어나며 고장률은 설계의 강건 정도에 따라 달라진다 기울기가 보다 작다면 1

고장률은 감소하고 있음을 의미한다

- 80 -

즉 높은 초기 고장률 을 말한다 기울기가 보다 크면 고장률은 증 (Infant mortality) 1

가하고 이는 마모 되고 있음을 의미한다(Wear-out)

그림 에 의한 부품의 신뢰성성장분석[ 82] Weibull 수명 비교

가장 많이 활용되는 측도는 수명이며 이것은 요구되는 목표 신뢰도가 임 90

을 의미한다 첫 번째 프로토타입이 고장 난다면 신뢰성 목표 달성을 위해 설계 변

경을 행하고 다음 프로토타입을 시험한다 이 과정은 목표 수명이 달성될 때까

지 반복한다

나 의이점나 의이점나 의이점나 의이점WeibullWeibullWeibullWeibull

부품의 개발과정에서 작은 표본에 대한 고장시간 자료가 주어졌을 때 Weibull

분석을 활용하여 신뢰성성장관리를 행하면 다음의 정보를 얻을 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ신뢰성 개선은 목표 수명이 달성될 때까지 하나의 프로토타입에

- 81 -

서 다음 프로토타입까지 추적할 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ신뢰성 개선은 시험한 프로토타입에 대해 타점으로 표현되고 빠르Weibull

게 방향을 파악하여 신뢰성 진전과정에 대한 양적 측면의 관리능력 향상을 그

래프로 확인할 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ컴포넌트를 고장 날 때까지 시험하는 것은 고장모드에 대한 아주 귀중한 정

보를 제공하고 따라서 시정조치 활동이 필요하다

ㆍㆍㆍㆍ많은 표본이 더 좋은 신뢰도를 얻을 수 있지만 분석은 많은 표본을Weibull

필요로 하지 않는다

ㆍㆍㆍㆍ고객의 운영 사용 사이클과 시험 모수의 관계가 알려져 있다면 더 빠르고( )

더 적은 비용으로 가속시험을 할 수도 있다

다 기본가정및제한다 기본가정및제한다 기본가정및제한다 기본가정및제한

ㆍㆍㆍㆍ각 분석에서 오직 하나의 고장모드만 포함되어야 한다 두 개나 그 이상의

고장 모드가 검출된다면 각각에 대해 분리하여 분석해야 한다

ㆍㆍㆍㆍ신뢰도는 시험 제한 한계 로 인해 년 마일까지 확장하여 외삽하면 안( ) 10 150K

된다 왜냐하면 시험 제한 한계 로 인해 다른 고장모드가 발생할 것인지 알 수 ( )

없기 때문이다

ㆍㆍㆍㆍ하나의 프로토타입에서 다음 프로토타입까지 기울기가 변하는 데는 특별히

주의를 하여야 한다 왜냐하면 초기 후기 수명에서 더 높은 신뢰도와 후기 초 ( ) (

기 수명에서 더 낮은 신뢰도의 할 수 도 있기 때문이다) trade-off

라 적용시기라 적용시기라 적용시기라 적용시기

ㆍㆍㆍㆍ수명의 비교는 엔지니어링 사양 이 특정한(Specification) 을 요구할 경

우 사용된다

ㆍㆍㆍㆍ이러한 접근방법은 고장시간 등 에 대하여 동일한 부품의(Cycle Km )

- 82 -

다른 시점에서의 프로토타입을 비교할 때 사용한다

ㆍㆍㆍㆍ신뢰성 목표가 달성될 때까지 계속한다

마 입력자료마 입력자료마 입력자료마 입력자료

ㆍㆍㆍㆍ프로토타입 의 몇 개 표본의 고장시간 등1 (Cycle Km )

ㆍㆍㆍㆍ프로토타입 의 몇 개 표본의 고장시간 등2 (Cycle Km )

⦙

ㆍㆍㆍㆍ마지막 프로토타입의 몇 개 표본의 고장시간 등(Cycle Km )

분석프로세스는 그림 과 같다[ 83]

프로세스프로세스프로세스프로세스 일반적 단계일반적 단계일반적 단계일반적 단계

Ⅰ 요구

또는 수명 결정

프로그램 신뢰성 목표 사용

고객의 운영 사용 프로파일 사용( )

시험 프로그램 적정시간 사용

Ⅱ 시험 프로그램 자료정보

확인과 데이터 수집초기 부품의 프로토타입

후기 부품의 프로토타입

Ⅲ 다른 프로토타입에 대한

누적고장 시간 또는 vs

거리 계산 및 타점

분석이 가능한 사용Weibull SW

가능한 가속수명시험 사용

Ⅳ 프로젝트 검토 시

현재 신뢰성 수준신뢰성 목표 적합성 결정

초기 경고 관련 정보 제공

개선을 위한 계획 정보 제공

그림 프로세스별 단계[ 83]

- 83 -

제 절 신뢰성성장 데이터분석제 절 신뢰성성장 데이터분석제 절 신뢰성성장 데이터분석제 절 신뢰성성장 데이터분석2222

초기 프로토타입 으로 부터 개의 표본을 정상하중 으(Prototype1) 6 (Nominal load)

로 고장 날 때까지 시험하고 고장모드를 기록하였다 여러 개선작업을 거친 후 후

기 프로토타입 으로부터 개의 표본을 고장 날 때까지 시험하고 고장모(Prototype2) 6

드를 기록하였다 시험 데이터는 표 에 주어져 있다 [ 81]

에 고장데이터를 입력하고 각 프로토타입 단계별로 용지에 결과MINITAB Weibull

를 타점한 결과 그림 와 같은 성장곡선이 생성되었다 [ 84] Weibull

정상하중 에서 의 평균수명 추정치는 이(Nominal load) Prototype1 127366Cycle

고 의 평균수명 추정치는 로서 의 개선을 이루었 Prototype2 176882 Cycle 389

음을 알 수 있었다 수명은 은 이었으나Prototype1 112668 Cycle Prototype2

의 수명은 로서 상당한 개선이 이루어졌음을 볼 수 있다168620 Cycle 수

명에 대한 신뢰하한은 로 추정되었다 따라서 정상부하에 의한95 162926 Cycle

시험데이터분석 결과 개선활동 재료배합개선 형상설계개선 공정개선 에 의하여 ( )

내구성 목표가 달성되었음을 알 수 있다

그림 는 에서의 신뢰구간을 보여주고 있다[ 85] Nominal load 90

최대하중 에서는 표 의 데이터 입력결과 그림 의 그래프를(Max load) [ 82] [ 86]

생성하였다 그래프로 부터 추정된 의 Prototype1 수명은 이고16362Cycle

의Prototype2 수명은 이다21850 Cycle 수명에 대한 신뢰하한추정치95

는 으로부터 로 계산된다MINITAB 20983 Cycle

의 수명과 의 수명이 다른 것은 개선 활동의 결과이Prototype1 Prototype2

- 84 -

며 에서 개선목표가 달성되었음을 알 수 있다 Prototype2

표 하중 고장시간[ 81] Nominal (Cycle)

Weibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth Curve

(Nominal Load)(Nominal Load)(Nominal Load)(Nominal Load)

그림 성장곡선[ 84] Weibull (Nominal load data)

- 85 -

Weibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth Curve

(Nominal Load-90 Cl)(Nominal Load-90 Cl)(Nominal Load-90 Cl)(Nominal Load-90 Cl)

그림 신뢰구간[ 85] Nominal Load90

- 86 -

표 하중 고장시간[ 82] Max (Cycle)

Weibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth Curve

(MaxLoad)(MaxLoad)(MaxLoad)(MaxLoad)

그림 성장곡선[ 86] Weibull (Max load data)

- 87 -

제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론9999

본 연구는 자동차현가장치인 고무부싱 의 신뢰성향상을 위한 기(Rubber bushing)

술개발과제이다 에나 인더스트리는 수출전문기업으로서 주요 경쟁사에 비해 고성

능 고내구성의 제품을 짧은 기간 내에 개발할 수 있는 능력을 갖추어야 해외 시장

에서 경쟁력을 가질 수 있다

본 연구개발에서는 수요기업에서 요구하는 GMUTS(General Motors Uniform

의 사양에 따른 시험을 실행하여 내구성을 목표 사이클 이상으Test Specification)

로 개선하고 정특성과 동특성 비틀림 토크를 개선항목으로 선정하여 제품의 품질

및 신뢰성 향상을 진행하였다

수요기업의 요구 수준에 의하면 내구성은 와 Tension Compress Alternating

가 동시에 일 때 일 때Torsion Stress Maximum Load 20000 Cycle Normal Load

을 요구한다 본 프로젝트의 경우 해외의 부품메이커들에 대한 경쟁150000 Cycle

력 우위를 확보하기 위하여 기본 요구 수준을 넘어 향상된 제품신뢰성을5~10

확보를 목표로 하였다 내구성 정특성 및 동특성에 대한 시험은 직접 행하였고 비

틀림토크에 대한 부분은 추가적인 시험장치가 필요하여 수요기업의 실험실에 샘플

을 제출하여 요구수준을 검증받았다

본 연구개발의 성과를 요약하면 다음과 같다

우선 기술적 효과로는

설계기술의 확보(1)

재료배합설계 형상설계 공정설계에 대한 기술을 확보하여 내구성을 비롯한 품

질특성을 향상시킬 수 있었다 종래에는 설계 개발 생산프로세스에서 경험적 방법

에 의존하여 시행착오가 많았으나 본 연구를 통하여 과학적이고 체계적인 방법으

로 접근할 수 있는 기술이 확보되었다

설계 요소의 기술적 배치를 위한 실험계획법의 활용기술 확보(2)

- 88 -

종전에는 고무 배합설계 형상설계 공정설계에 대하여 설계요인 별 수 (Facter)

준 을 무작위로 추출하여 실험하였으나 본 실험계획의 과정을 따르면 요인들(Level)

이 계획적으로 반영되어 품질특성에 각각 어느 정도의 영향을 미치는지 분석이 가

능하게 된다 또한 다구찌에 의한 강건 설계의 생성으로 산포를 줄일 수 있다

잠재적 고장원인 분석방법 기술 확보(3)

제품기능에 대한 잠재적 고장모드의 예측과 시험항목을 판단하고 최종적으로는 설

계검증 과 공정검증 의 세부항목과 효과적(Design verification) (Process verification)

으로 연계가 가능하다

신뢰성 데이터분석기술 확보(4)

부품의 개발과정에서 몇 개의 표본에 대한 고장시간 데이터가 있을 때 Weibull

분포를 활용한 신뢰성 성장분석이 가능하게 되었다 개발프로그램이 운영되는 동안

신뢰성 수준의 변화를 추적할 수 있어 목표하는 신뢰성 수준을 달성하기 위하여 충

분한 비율로 성장하고 있는지의 여부를 가능한 빠른 시간 내에 판단할 수 있고 그

에 따라 필요한 자원을 적절히 배분할 수 있다 따라서 개발책임자는 시험데이터로

부터 현재 시스템의 신뢰성 수준 성장률의 평가 앞으로 기대되는 달성 가능한 수

준에 대한 결정이 가능하다

경제적 측면의 효과로는

제품에 대한 내구성 및 동특성 정특성에 대하여 요구사양 이상으로 특성관리(1)

를 행할 수 있어 해외 부품메이커들에 대한 경쟁력 우위로 수출력을 향상할 수 있

게 되었다

개발기간을 단축할 수 있게 되어 개발비의 절감을 가져올 수 있게 되었다(2)

재료배합 형상설계 및 공정설계에 대한 기술개발의 표준 정립으로 개발 기간의 단

축이 가능하게 되었다

본 과제 결과를 활용하여 다른 방진제품에 대한 신뢰성 관리로 수출(3)

- 89 -

시장을 개척하여 신규거래처를 확보할 예정이다 신뢰성 데이터의 관리가 이루어져

제품수명에 대한 설득력 있는 자료의 제시가 가능하게 되었다

향후 연구계획으로는

고무부싱부품의 특성상 내구성만의 개선이 최선이 아니고 정특성과 동특성을 일

정수준으로 동시에 고려하여야 한다 따라서 이 부분에 대한 동시적인 실험설계가

시스템화 되도록 추가적인 연구가 요구된다

- 90 -

참고문헌참고문헌참고문헌참고문헌[ ][ ][ ][ ]

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Journal of Fatigue Vol27 2005

[8] McLean R A and Anderson V I Extreme Vertices Design of Mixture

Experiments Technometrics Vol8 No3 1966

- 96 -

주 의

이 보고서는 산업자원부에서 시행한 부품소재종합기술지원사업의 최1

종보고서이다

이 신뢰성기반기술확산사업 내용을 대외적으로 발표할 때에는 반드시2

산업자원부에서 시행한 부품소재신뢰성기반기술 사업의 지원결과임을

밝혀야 한다

- 97 -

이 보고서는 산업자원부에서 시행한

부품소재 신뢰성기반기술확산사업의 최종보고서이다

- 28 -

증가시킨다 다양한 가교결합 형태 중 방진고무산업에서 많이 이용되고 있는 가교

결합은 을 도입한Polysulfide (-C-Sx-C- x=1~4) Conventional CV(Vulcanization)

계를 많이 사용한다 여기서 사용되고 있는 인 천연고무 Polymer (Natural Rubber

의 배합에 있어 가교 또는 가류형태의 변화에 따라 물성 및 특성의 변화가 있NR)

음을 알 수 있다 즉 가교형태 변화에 따른 유사한 특성을 나타내는 Stress-Strain

조건하에서 공정특성 및 전반적인 물성에 영향을 미침을 알 수 있다 의 기 Polymer

본 배합에서 촉진제나 황 공여체 증가에 따라 가류 유도시간(Sulfur Donor)

은 길어지나 가류속도는 빨라진다 특히 고온 가류 시 과 가류(Induction time)

에 의한 물성하락을 방지하기 위해 열 안정성이 우수한(Overcure) EV(Efficient

계를 사용하는 것이 근래에 소개되고 있다 고분자의 물성은 가교형Vulcanization)

태뿐 아니라 가교밀도에 크게 의존한다 가교계 변화에 따른 인장강도의 영향은 매

우 적은 반면 신장율은 계에서 로 같수록 감소CV(Conventional Vulcanization) EV

하는 경향이 있다

이란 가류시간의 지연 또는 과가류로 인한 고무 물성의 저하를 말한Reversion

다 이러한 현상은 제품의 외면이 과도한 열에 노출될 수 있다 다중황공유 결합의

열적노화현상이 발생하며 가교형태가 다중황 결합에서 단일황(Polysulfidic)

결합으로 바뀌게 되며 밀도가 현저하게 저하되고 환상형 씨오알켄(Monosulfidic)

과 씨오알칸 구조로 바뀌게 된다 결과적으로 재료의 물성(Thioalkene) (Thioalkane)

과 기계적 성질이 떨어지게 된다

이 발생하는 시간을 가교형태에 따라 비교하여 보면Reversion CV lt Semi-CV lt

으로 알려져 있으며 시스템에서는 촉진제 종류에 따라서 인장과 신율의 물EV EV

성에 하락 없이도 공정 안정성 특성이 매우 우수하다 이 Anti-Reversion

으로 인해서 물성과 기계적 성질을 향상시킬 수 있으며 황공여체 사Anti-Reversion

용 또는 계로 가교형태를 전환함으EV

- 29 -

로써 가능하다 이로써 가교의 다중황결합 을 줄이고 단일 또는 이중황 결 (S3~S8)

합으로 내열성 및 결합의 안정성을 증가시킬 수 있다 이러한 과정에서 공정설계상

계보다 더 낮은 가류온도와 더 길어진 가류시간이 필요하게 된다 이러한 계CV EV

에서는 정도의 황과 계에 비해서 다소 많은 양의 촉진제를 사용하02~05 phr CV

게 된다 여기에 근거하여 혼합물성분의 한계 표 표 에 나타난 황과 촉 ([ 42] [ 44])

진제 양의 범위를 정하였다

발생 시간의 효율적인 제어를 위하여 본 연구에서는 적절한 촉진제의Reversion

배합량을 조절하여 방진제품에서 요구하는 특성을 만족하는 조건을 선정하고자 하

였다 그림 은 의 예를 보여준다 [ 41] Reversion

그림 의 예[ 41] Reversion

본 연구에서는 인장 내열 강도의 증가와 동 정특성 내구성 증가를 위한 가교 시- -

스템의 향상 방안으로 황량을 조절하여 Convension Type(Efficient Vulcanization

을 통하여 결합력을 증대시켰으며 촉진제를 조절하여 가- CURE STIES-CC-C)

교효율을 증대하였다 또한 가황 조건에 변화가 적은 배합설계를 하여 향상된 적정

가황이 될 수 있도록

- 30 -

하였으며 를 정립화하여 최적의 적정 가황 포인트를 찾아 인장이 최CURE-STUDY

적일 때 내구성이 최적이고 가황제품과 시편을 동시에 함으로 시편과CURE-STUDY

제품의 상의성을 방지할 수 있었다

자동차업계에서는 일반적으로 고가의 폴리머를 선호하지만 본 연구를 통하여 가

격이 낮은 폴리머로도 성능향상이 가능하다는 것을 입증하였고 향후 타 아이템에도

연계 적용함으로 새로운 배합설계를 구축하였다

실험계획법의 적용실험계획법의 적용실험계획법의 적용실험계획법의 적용4444

기존의 개발 진행 방식은 경험에 의한 시행착오 접근 방법을 사(Trial and Error)

용하여 성능향상을 도모하였으나 본 연구에서는 배합물설계에 위한 실험계획법

기술을 적용하여 이론적으로 최적의 배합설계를 이(DOE Design of Experiment)

룰 수 있는 방법을 연구하였다

일반적인 고무제품의 배합은 많이 알려져 있지만 특성 향상을 위한 방안이나 그

배합에 대한 신뢰성에는 많은 의문점이 제기 되는 게 현실이다 본 연구에서는 요

구특성을 만족시키기 위하여 선정된 촉진제의 배합조건의 최적화를 실현하기 위하

여 실험계획법의 꼭지점계획법을 이용하여 그 효율성을 검증하고자 하였다 배합의

경우 어느 독립적인 인자의 선정으로는 그 효과를 극대화 시킬 수 없는 특성이 있

는데 본 연구에서는 선정된 촉진제 및 폴리머의 조건 하에서 최적의 배합 조건을

찾아보고자 하였다

재료배합설계의 개선을 위한 방안을 정리하면 표 과 같다[ 41]

- 31 -

표 내구성 및 정 동특성 동반향상을 위한 개선방안[ 41] -

항 목항 목항 목항 목 기존 방안기존 방안기존 방안기존 방안 제안된 개선 방안제안된 개선 방안제안된 개선 방안제안된 개선 방안

배합 설계 방안

경험적 배합 설계

고 배합설계COST

국내수급재료사용

실험적 분석기법 도입

저 배합설계COST

해외재료수입

내구성 향상

량 변경Carbon

용도별 적정 적용Carbon

정동특성 향상 방안을 동시==gt

고려

경험적 수치의 가황제 량 선정

가교 시스템 향상 방안을 고려한

가황제 량 선정

(EV - CURE)

결합력 증대==gt

경험적 수치에 의한 촉진제 량

선정 경도별 선정 미비( )

가교 효율을 반영한 촉진제 량의

선정

적정한 가황 포인트 파악을 위한(

실시Cure Study )

정 동특성 향상-

정특성 향상 방안 경도 증가

동특성 향상 방안 경도 하락

두 특성을 만족시키기 위한==gt

경험적 수치의 경도 선정

데이터베이스를 활용한 배합설계

정 동특성을 동시에 만족할 수-

있는 배합제 적용

분산 및 흐름성 개선==gt

형상개선과 동시 고려==gt

- 32 -

표 는 지원 전 배합비율과 특성별 성능수준을 나타낸다[ 42]

표 지원 전 성능수준[ 42]

- 33 -

제 절 꼭지점계획법에 의한 최적배합조건제 절 꼭지점계획법에 의한 최적배합조건제 절 꼭지점계획법에 의한 최적배합조건제 절 꼭지점계획법에 의한 최적배합조건3333

재료설계에 적용되는 실험계획은 혼합물 배합에 관한 실험계획으로서 몇(Mixture)

개 성분의 혼합물 중 어떠한 성분이 품질의 특성에 유의한 영향을 미치는지를 분석

하여 반응을 최대로 만드는 최적혼합비율을 찾고자 하는 실험계획이다

혼합물실험에 적용되는 실험계획으로는 심플렉스 격자형배열법 심플렉스 중심배열

법 꼭지점 계획법 등을 주로 적용한다 본 실험에서는 심플렉스의 전 영역이 아니

라 제한된 영역에서 실험을 하고자 하므로 꼭지점계획법(Extreme vertice design)

을 적용하였다

고무부싱의 재료배합에서는 개의 성분재료가 있고 이들을 어떤 비율로 배합하는

것이 품질특성치를 가장 좋게 하는가를 찾는다 성분의 혼합에 있어서 를 번째

성분의 혼합비율이라고 하면 다음과 같은 관계식을 만족시켜야 한다

이러한 경우는 일반적 실험계획법처럼 심플렉스의 모든 영역에 실험이 배치되는 것

이 아니고 제한된 영역에서만 실험을 하는 경우이다 즉 각 인자 가 (Factor) 0 le

의 모든 값을 취할 수 있는 것이 아니라 제한된 구간1le

안에서만 값을 취한다 이와 같은 경우는 경제적인 이유나 또는 실험 전에 인자들

의 성질에 대하여 상당한 정보가 있는 경우이다 위의 식과 같은 인자의 구간이 설

정되면 실험가능영역은 심플렉스 상의 좁은 영역이 된다

- 34 -

과 은 제한된 실험영역에 대한 실험계획법으로 꼭지점 계획법Mclean Anderson

을 제안하였다 이 계획법은 제한된 영역이 가지는 모든(extreme vertices design)

꼭지점과 이 꼭지점들의 선형조합으로 이루어지는 몇 개의 점을 적절히 선택하는

실험계획법이다 만약 개의 혼합성분이 사용되는 경우 실험영역을 그림으로 그리 4

면 그림 와 같이 사면체 속에 위치하는 면체가 된다 과 은[ 42] 6 Mclean Anderson

이 면체의 꼭지점과 중심점을 실험점으로 선택하는 방법에 대한 예제를 제시하고6

있다

그림 개의 혼합성분에 대한 꼭지점계획법[ 42] 4

고무부싱의 재료설계 시 혼합물은 고무 카본 및 배합원료로서 황화제 촉진제

가공제 유기산 금속산화제 노화방지제 보강제 충진제 등을 사용한다

재료 배합 실험은 경도별로 나누어 실행되었으며 표 은 경도 도 오차범[ 43] 48 (

위 plusmn 도 에 대한 혼합물성분의 한계이다 에 성분의 한계를 입력한 결과2 ) MINITAB

네 가지 성분에 대하여 표 와 같은 총 회의 실[ 44] 17

- 35 -

험점이 생성되었다 실행 의 경우 의 성분을 1 A B C D 09807 00068 00011

의 비율로 섞어서 실험하라는 의미이다00114

표 혼합물 성분의 한계[ 43] (48Hs)

성분 하한 상한

A 외 기타Polymer 09774 09807

B 촉진제1 00068 00085

C 촉진제2 00011 00022

D Sulfur 00114 00119

표 꼭지점계획법에 의한 실험설계와 결과데이터[ 44] (48Hs)

을 활용한 혼합물 설계 데이터분석 결과는 표 표 과 같다MINITAB [ 45][ 46] 17

회의 실험점에 대한 데이터분석 결과 각 실험 점에서의 적합추정치와 신뢰구 95

간을 구할 수 있었다

- 36 -

표 을 보면 실험점 에 의한 배합조건으로는 신뢰구간으로[ 45] 14 95

의 내구성이 나타난다 에서는 각 성142322cycle ~ 146166cycle Nominal Load

분에 대한 제한조건을 만족시키면서 내구성을 최대로 하는 처리조건은 인자의 네

가지 성분 즉 외 에 대한 배합 비율이 Polymer Acc1 Acc2 Sulfur 097740

이었다 그리고 이 처리조건에서 예상되는 내구성은00085 00022 00119

에 도달할 것으로 추정되었다146943cycle

에서는 인자의 네 가지 성분의 배합비율이 와 마찬Maximum Load Nominal Load

가지로 이었다 그리고 이 처리 조건에서 예상되는09774 00085 00022 00119

내구성 추정치는 이었다18917cycle

표 데이터분석 결과[ 45] (48Hs Nominal Load)

에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응Dura(Nom)Dura(Nom)Dura(Nom)Dura(Nom)

- 37 -

반응 최적화 모수반응 최적화 모수반응 최적화 모수반응 최적화 모수

글로벌 솔루션글로벌 솔루션글로벌 솔루션글로벌 솔루션

예측 반응예측 반응예측 반응예측 반응

Dura(Nom) = 146943

- 38 -

표 데이터분석 결과[ 46] (48Hs Maximum Load)

에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응Dura(max)Dura(max)Dura(max)Dura(max)

반응 최적화 모수반응 최적화 모수반응 최적화 모수반응 최적화 모수

글로벌 솔루션글로벌 솔루션글로벌 솔루션글로벌 솔루션

외Polymer = 09774

- 39 -

Acc1 = 00085

Acc2 = 00022

Sulfur = 00119

예측 반응

Duro(max) = 189171

경도 도 오차범위 도 에 대한 혼합물성분의 한계와 에 의한 실험50 ( plusmn 2 ) MINITAB

점은 표 표 과 같다[ 47] [ 48]

표 혼합물 성분의 한계[ 47] (50Hs)

- 40 -

표 실험계획의 결과[ 48] (50Hs)

경도 도에 대한 혼합물 설계 데이터분석 결과는 표 표 과 같다50 [ 49][ 410] 17

개 실험 점에서의 적합추정치와 신뢰구간은 예측반응에 잘 나타나 있다95

에서는 각 성분에 대한 제한조건을 만족시키면서 내구성을 최대로Nominal Load

하는 처리조건은 외 기타 의 각 성분에 대하여 배합비Polymer Acc1 Acc2 Sulfur

율이 이고 이 처리조건에서 예상되는 내구성은09687 00088 00025 00200

에 도달할 것으로 추정되었다159209 Cycle

에서는 인자의 네 가지 성분의 배합비율이 와 마찬가Maximum Load Nominal Load

지로 이었다 그리고 이 처리조건에서 예상되는 내09687 00088 00025 00200

구성 추정치는 이었다 일 때와 일218572 Cycle Nominal Load Maximum Load

때의 적정배합비율이 다르게 나오는 경우가 있는데 이는 오차범위 경도의 경우( plusmn

도 가 비교적 넓은 고무의 특성에서 비2 )

- 41 -

롯되거나 측정오차에 따른 결과로 추정된다

표 데이터분석 결과[ 49] (50Hs Nominal Load)

에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응Duro(Nor)Duro(Nor)Duro(Nor)Duro(Nor)

반응 최적화 모수반응 최적화 모수반응 최적화 모수반응 최적화 모수

- 42 -

글로벌 솔루션글로벌 솔루션글로벌 솔루션글로벌 솔루션

예측 반응예측 반응예측 반응예측 반응

Duro(Nor) = 159209

표 데이터분석 결과[ 410] (50Hs Maximum Load)

에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응Duro(max)Duro(max)Duro(max)Duro(max)

- 43 -

반응 최적화 모수반응 최적화 모수반응 최적화 모수반응 최적화 모수

글로벌 솔루션글로벌 솔루션글로벌 솔루션글로벌 솔루션

예측 반응예측 반응예측 반응예측 반응

Duro(Max) = 218572

재료배합시험에 있어서 가류시간이 특성 치에 영향을 미치므로 레오그래프

분석에 의해 적정가류시간을 결정한다 레오그래프는 다음의 용도에(Rheograph)

활용된다

고무제품의 가류도 측정①

가류속도 측정②

최적의 가류공정 조건 확립③

가류약품 선정 및 배합 작성Recipe④

고무제품의 품질관리⑤

아래 그림 은 경도 도에 대한 재료의 레오그래프이다 그래프에 나타난 용[ 43] 48

어를 설명하면 다음과 같다

혼합물 의 가 가류되었을 때의 시간을 나타내며 가류시간을tc90- (Compound) 90

결정하는 기준으로 사용된다

스코치시간 을 나타내며 원하지 않는 가교가 일어ts2 - (Scorch time)

- 44 -

나는 시간으로 적절한 가류시간을 찾기 위해 필요한 과정임

고무의 특성을 토르크 값으로 나타낸 값으로 일반적으로 혼합물Tmax- (Torque)

의 경도에 따라 변함

평형 토르크MH- (Equilibrium torque)

최소 토르크ML- (Minimum torque)

본 재료시험에 적용된 가류시간은 의 배 사이에서 적정수준을 결정하tc90 1-15

였다

연구의 결과 카본의 입자가 작을수록 내구성은 향상시키지만 대체로 분산이 잘 되

지 않아 혼합물의 품질이 고르지 못하였다 따라서 카본의 분산도를 평가하여 만족

할 만한 수준이 나오는지 확인하였으며 상대적으로 작은 입자경의 카본을 사용하

여 내구성을 높이려 하였다

그림 경도 도 고무에 대한 레오그래프[ 43] 48

- 45 -

실험의 결과 카본블랙과 레오그래프와의 관계는 그림 와 같이 나타났다 그림[ 44]

에서 보는바와 같이 입자경의 크기가 증가함에 따라 결합력이 약해지므로 토르크

값이 낮아짐을 알 수 있다

그림 각종 카본블랙의 레오그래프[ 44]

- 46 -

본 연구에 적용된 카본 입자경의 크기와 양은 표 과 같다[ 411]

경도변화는 카본입자의 크기와 양에 따라 결정이 되며 레오그래프의 값이 Tmax

이러한 사실을 보여주고 있다

표 레오그래프상의 경도와 카본의 관계[ 411]

레오그래프는 섭씨 도에서 그려짐PHR = Part in Hundred Rubber 160

- 47 -

제 장 형상개선제 장 형상개선제 장 형상개선제 장 형상개선5555

제 절 외철의 스웨징 율 변화에 의한 개선제 절 외철의 스웨징 율 변화에 의한 개선제 절 외철의 스웨징 율 변화에 의한 개선제 절 외철의 스웨징 율 변화에 의한 개선1111

높은 품질의 부싱을 개발하기 위해서는 적절한 재료설계에 의한 경도 및 고무 특

성의 설정이 매우 중요한 요소이지만 고무의 특성 개선에만 의존하는 것은 한계점

이 있다 따라서 제품의 형상변화를 통해 고무의 특성을 극대화함으로써 내구성 및

품질특성을 향상시킬 수 있다

그림 은 부품의 세부형상과 설계도이다[ 51]

그림 세부형상[ 51] DA-2

- 48 -

그림 는 제품의 단면을 보여준다 그림에서 는 다른 모델에 비해 고무[ 52] DA-2

량이 다소 적음을 알 수 있다 형상 변화를 통한 품질특성의 개선을 시도함에 있어

서는 부품에 대한 조립성과 제조성 을 반드시(DFM Design for Manufacturability)

고려하여 형상변화를 꾀하여야 한다 본 제품의 경우 외철 과 내철 (outer pipe)

의 길이는 한정되어 있으며 그 직경의 변화도 허용공차를 미만(Inner pipe) 05 mm

의 수준으로 요구하고 있다

형상변경을 통한 성능향상 방안으로서 외철에 대한 스웨징율 을 변(Swaging rate)

경함으로서 외경크기의 변화를 시도하였으며 또한 내철의 구배각도를 변화시켜 개

선점을 찾으려고 노력하였다

그림 단면[ 52] DA-2

부싱의 경우 일반 적으로 스웨징이라는 공정을 거치게 되는데 이는 공정에서 외

경의 크기 조정을 통하여 성능을 향상 시키는 방법으로서 스웨징율을 조정함으로서

외철의 외경 크기를 허용범위 내어서 변화시키는 것이다 이는 스웨징에 따른 직경

변화에 의해 고무의 조직이 조밀해져 고무 특성을 향상시킬 수 있게된다

그림 은 스웨징의 방향을 나타내며 그림 는 스웨징 전 후의 외철의 크[ 53] [ 54]

기 변화를 보여주고 있다

- 49 -

그림 스웨징 방향[ 53]

그림 스웨징 전후의 외경 크기의 변화 단면[ 54] ( )

제 절 내철의 구배 변화에 의한 개선제 절 내철의 구배 변화에 의한 개선제 절 내철의 구배 변화에 의한 개선제 절 내철의 구배 변화에 의한 개선2222

아래 그림 는 형상 변화를 시도할 수 있는 내철 끝단 부분의 구배를 표시한[ 55]

그림으로서 는 구배각도를 나타낸다a

- 50 -

그림 구배각도[ 55]

그림 은 본 제품의 특성 요구 사항을 그림으로 표시한 것으로 고무부싱은[ 56]

및 의 외력에 대하여 적절하게 대응할 수 있도록 설계되어야 한다 부싱 종류F1 F2

의 경우 일반적으로 고무 제품의 유연함과 동배율 개선을 위하여 저경도의 고무를

적용하는 경우가 많은데 이 경우에는 외력에 대한 특성이 상대적으로 취약하게F1

나타나게 된다 이러한 취약점을 보완하기 위하여 본 연구에서는 그림 과 같 [ 57]

이 제품이 허용하는 범위 내에서 내철의 구배를 변화 시킨 후 실험데이터의 분석을

통해 성능 개선 방안을 찾고자 하였다

그림 부싱의 외력[ 56]

그림 의 의 경우는 구배를 주지 않은 경우이며 의 경우는 구배를 준[ 57] (a) (b)

경우를 표시하고 있다

- 51 -

의 경우 외력에 의하여 발생하는 반발력 은 순수한 고무 특성에 의해서(a) F1 Fr1

만 나타나게 된다 이러한 경우 저경도의 고무을 적용하였을 때 의 크기가 미미 Fr1

하여 적절한 특성을 발휘하지 못하게 된다

의 경우와 같이 내철에 구배를 주게 되면 의 외력에 대하여 구배가 들어간(b) F1

부분 에 의한 반발력 함께 가 생성되어 상대적으로 에 대한 저항력이 커Fr3 Fr2 F1

짐으로써 성능을 향상 시킬 수 있게 된다

그림 구배각도의 적용에 따른 차이 단면[ 57] ( )

그림 구배각도의 적용에 따른 차이 입체[ 58] ( )

- 52 -

제 장 도포공정개선제 장 도포공정개선제 장 도포공정개선제 장 도포공정개선6666

고무부싱의 내구성 향상을 위하여 필수적으로 관리하여야 할 공정이 도포공정이

다 도포공정은 접착의 원리에서부터 접착의 구조 접착의 강도 피착재의 표면처리

법 및 접착제 사용법 등 접착에 관한 전반적인 기술을 공정에 효율적으로 적용하여

야 한다

고무와 금속과의 접착력이란 접착제와 피착제 사이의 계면 결합력을 의미하며 접

착강도는 시험방법 접착방법 시험시의 조건 시편의 기하학 등 여러 인자에 의해

영향을 받는다 접착파괴는 접착제의 가장 약한 곳에서 일어나며 접착강도는 여러

가지 측정법에 따라 고유강도 잔류강도 측정강도 등과 같이 다르게 표현된다 고

무부싱의 접착구조는 그림 과 같다[ 61]

그림 접착의 구조[ 61]

프라이머 는 피착제 표면과의 친화성이나 접착제와의 상용성이 뛰어나야(Primer)

하고 동시에 접착 저해물과의 상용성도 높아야 한다 또 프라이머 중의 유효성분

쪽이 피착제 표면에 흡착되어 있는 저해성분보다 피착제에 의하여 안정하게 흡착되

어 있는 것이 중요하다 따라서 프라이머는

- 53 -

충분한 교반 균일하고 엷은 도포 그리고 완전한 건조가 이루어져야 한다 이러한

도포공정은 피착제의 모앙에 따라 달라진다

열경화성 접착제의 대부분은 유기 중합물과 각종 충진제를 유기용제에 용해 분산

시킨 것으로 사용전이나 사용 중에도 교반기 등으로 균일하게 용해 분산시킨 접착

제를 사용하는 것이 중요하다 따라서 의 도포 공정은 그림 와 같이 교 DA-2 [ 62]

반기를 추가 설치하여 공정 개선을 실시하였다

그림 설치한 교반기[ 62]

또한 피착제의 균일한 도포를 위해 롤타입의 코팅기에 기존 페인트용 롤러에서

그림 에서와 같이 융을 말아 롤러 도포하는 형태로 개선을 실시하여 코팅의[ 415]

두께 정밀도를 향상시켰다

- 54 -

그림 변경된 롤러 모양[ 63]

접착 재료를 프라이머 에서 변경하여 사용함CHEMLOK 220 252 CHEMLOK 205

으로써 접착력을 향상시켰는데 는 금속 및 경길대료의 프라이머로CHEMLOK 205

사용되며 또한 같은 극성고무에 단독으로 접착이 가능하다 NBR

방식의 경우 의 특징을 살펴보면TWO Coat CHEMLOK 205

ㆍㆍㆍㆍ 접착제의 금속 표면에서의 접착강도를 향상시킬 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ 기계적 표면처리 후 활성화된 금속표면을 산화작용으로부터 보호하며 녹방

지 도료적 역할을 한다

ㆍㆍㆍㆍ 크로로프렌이나 에피크로로히드린고무와 같은 가류 중에 염소가스를 발생

시 켜 금속표면을 부식시키기 쉬운 고무배합에 대하여 유효하게 적용된다 프

라 이머는 충분한 교반 균일하고 엷은 도포 그리고 완전한 건조가 이루어져

야 접착성이 뛰어나게 된다

도포공정 개선 전후의 효과는 그림 그림 의 도포두께 비교[ 64]~[ 67] Cpk

를 통해서도 알 수 있다DATA

아래 그림 는 도포공정의 개선전[ 64] 관리도의 그래프를 나타낸

- 55 -

것으로 관리도는 평균치와 범위에 관한 계량형 관리도에서 가장 많이 사용되

는 관리도의 하나이다 관리도는 평균치의 변화를 관리하는 관리도와 산포의

변화를 관리하는 관리도로 구성된다 관리도의 중심선(Central Line) CL=로 나

타내며 관리 상한선 은(Upper Control Limit) UCL= 로 관리하한선인 (Lower

의 경우Control Limit) LCL=

로 구한다

관리도의 관리선의 경우 중심선 관리상한선 UCL= 관리하한선 LCL

의 경우 로 구한다

여기서 등의 계수는 샘플의 크기인 에 따라 결정 되며 일 경우=4

=0729 =0 이다=2282

그림 에서[ 64] 이며=273410 관리도의 로 나타났UCL=307994 LCL=238826

다

관리도의 은CL 이며 이다=4744 UCL=1082581

- 56 -

그림 도포공정 개선전[ 64] 관리도

한편 그림 는 도포공정 개선 전의 경우에 대하여 지정된 규격의 공정능력 [ 65]

지수를 나타낸 것으로서 단기공정능력지수( 와 장기공정능력지수) ( 를 나타낸)

다 단기공정능력지수는 공정능력 ( 과 규격의 폭) ( 과의 비율을 의미하며 일반적)

으로 로 표시한다 규격은 그림 에서처럼 양쪽규격이 모두 주어진 경우 공 [ 65]

정 능력 지수는 다음과 같이 계산할 수 있다

공정 능력

로 나타내고 만약 공정 평균이 규격의 중심으로부터 어느

한쪽으로 치우쳐 있게 되는 경우 치우침도( 와) 를 조합한 단기공정능력지수

( 로 나타낸다 즉)

- 57 -

장기공정능력지수( 의 계산은)

으로서 이다

따라서 그림 에 나타난 것처럼 개선전의 공정능력은[ 65] =17854 =08458

으로서 장기 공정에 대해 만족스럽지 못한 값을 나타내고 있다

그림 도포공정 개선전 공정능력 분석그래프[ 65]

- 58 -

그러나 공정개선후의 관리도인 그림 을 살펴보면[ 66] 이며=28196 관리

도의 이고UCL=300418 LCL=263502 관리도의 은CL 로=2532 UCL=51418

나타난다

그림 도포공정 개선후[ 66] 관리도

- 59 -

개선 후에는 그림 로부터 알 수 있듯이 단기공정능력은[ 67] 으로서=31966

인 장기 공정에 대해 안정적인 것을 확인할 수 있어 도포공정 개선에=23275

대한 효과가 있음을 알 수 있다

그림 정 개선 후 공정능력 분석그래프[ 67]

또한 도포공정의 두께관리를 강화하기 위하여 작업자 교육 및 샘플링 두께 측정

검사를 통해 지속적인 모니터링을 실시하고 공정별 온도관리 및 시간 관리를 통해

작업 환경 유지관리 강화로 변함없는 품질의 제품을 생산하도록 하였다 그림 [

은 롤 코팅 공정이다68] (Roll coating)

- 60 -

그림 롤 코팅 공정[ 68] (Roll coating)

- 61 -

제 장 최적수준 결정을 위한 파라미터 설계제 장 최적수준 결정을 위한 파라미터 설계제 장 최적수준 결정을 위한 파라미터 설계제 장 최적수준 결정을 위한 파라미터 설계7777

제 절 실험계획법에 의한 유의인자 결정제 절 실험계획법에 의한 유의인자 결정제 절 실험계획법에 의한 유의인자 결정제 절 실험계획법에 의한 유의인자 결정1111

재료설계 형상설계 및 공정설계에 대한 최적조건의 결정은 부품의 품질 특성에

대한 사양 을 만족시켜야 할 뿐 아니라 생산부품 간 품질의 산포를(Specification)

최대한 줄여야 한다 의 최적설계를 위해 다구찌 기법 을 적 DA-2 (Taguchi method)

용하였다

다구찌의 강건설계 는 인자 가 품질 특성의 평균에 대해(Robust design) (Factor)

가지는 효과뿐만 아니라 분산에 미치는 효과에 대해서도 초점을 맞추고 있다 분산

을 줄일 수 있는 통제 가능한 인자에 대한 조건을 설정하여 품질특성이 통제 불가

능한 인자의 변화에 대해서는 둔감하도록 할 수 있다 강건설계의 주목적은 품질특

성의 목표값을 유지하면서 분산을 줄이는 인자에 대해 설치값 을 발견하는 (Setting)

데 있다

다구찌 설계에 의한 실험계획법은 특히 확장된 역할로서 다음의 몇 가지를 들 수

있다

ㆍㆍㆍㆍ종래에는 제어 불가능한 환경조건이나 제어하기 어려운 생산조건 공정조건

등의 원인 이를 잡음인자로 통칭 들이 데이터에 주는 영향의 정도를 평가하기 어려( )

웠으나 객관적으로 그리고 계량적으로 이를 평가할 수 있는 방법을 제시하고 있

다 또한 품질 산포의 크기를 계량특성치 손실함수 비 등 로 변환하여 산포를 ( SN )

작게 하는 인자들의 조건을 찾아가는 강건설계를 사용한다

ㆍㆍㆍㆍ직교배열표를 광범위하게 사용하여 인자의 수가 많은 경우에도 크게 실험횟

수를 증가시키지 않고 실험하는 일부 실시법을 사용한다

ㆍㆍㆍㆍ생산라인 내 뿐만 아니라 신제품 개발을 위한 품질설계 파라미터(On-line)

설계 허용오차 설계 등의 라인 외 품질관리를 위하여 유용하게 사용할 (Off-line)

수 있다

ㆍㆍㆍㆍ다구찌 방법에서 추가적으로 다룰 수 있는 주요한 것들로는 직교배열

- 62 -

표의 확대사용 수준계의 표준 직교배열표 이외에 확대 응용 혼합 직교배열표(2 3

의 사용과 조합법의 사용 계량치 데이터의 파라미터 설계 허용차 설계 그리고)

계수치 데이터의 파라미터 설계 동적 특성의 파라미터 설계 등을 들 수 있다

파라미터 설계 는 제품설계와 공정설계에서 유용하게 사용되는(Parameter design)

다구찌 실험계획법의 핵심이다 파라미터는 제품성능의 특성치에 영향을 주는 제어

가능한 인자 를 의미하며 파라미터 설계는 이들 인자들의 최적(Controllable factor)

수준을 정하여 주는 것을 말한다 파라미터를 설계변수 라고도 부 (Design variable)

르며 파라미터 설계에서는 제품의 품질변동이 잡음에 둔감하면서 목표품질을 가질

수 있도록 설계변수들의 최적조건을 구하여 준다 최적조건을 찾을 때 설계변수와

잡음을 주는 인자들을 포함시켜 실험하는 직교배열표 등을 주로 사용한다 이때 목

표 품질을 만족시키는 범위 내에서 가능한 한 비용이 적게 드는 조건이나 부품 등

을 이용한다

만약 신뢰성에 영향을 주는 제어 가능한 인자 에 대한 파라미터설계 A B C D

를 한다고 하자 는 수준 는 수준의 혼합수준 에 대한 설계 A B 4 C D 2 (Mixed level)

분석을 하려고 한다면 각 요인 변동의 계산을 표 과 같은 [ 71] L16(215형 직교배)

열표 를 사용하면 된다(Orthogonal Design)

에 대한 파라미터 설계조건으로는 내구성이 가장 좋은 최적의 설계 및 공정DA-2

조건을 구하여야 하므로 반응변수가 큰 값일수록 좋은 망대특성(Larger-the-better

에 대한 조건을 구하고 부품의 정특성 및 동특성에 대한 분석은 적characteristics)

정한 상호관계를 고려하여 별도의 실험을 행한다

- 63 -

표 다구찌 설계의 예[ 71]

- 64 -

제 절 시험데이터의 해석제 절 시험데이터의 해석제 절 시험데이터의 해석제 절 시험데이터의 해석2222

실험조건실험조건실험조건실험조건1111

제품의 신뢰성향상을 위해 지금까지 재료배합의 개선 형상개선 및 공정개선에

대한 각각의 과정을 설명하였으며 본 장에서는 관련된 여러 인자들을 동시에 고려

하여 최상의 품질특성을 나타낼 수 있는 최적인자수준의 결정에 대하여 설명하려고

한다 이는 인자들 간의 상호 작용이 상승 또는 보완작용을 할 수도 있고 반대로

서로 상극임을 나타낼 수 도 있기 때문이다

일반적으로 고무부싱의 개발에 적용되는 인자 는 다음과 같다(Factor)

ㆍㆍㆍㆍ경도 는 수요기업에서 제시하는 사양 에 따라 적정수(Hardness) (Specification)

준의 경도 도 도 도 도 를 적용하였으며 경험적으로 경도의 산포는(43 45 48 50 ) plusmn

정도이다2

ㆍㆍㆍㆍ각 부분의 모양이나 각도에 따라 고무 량에 영향을 미치게 되는 형상설계에

관해서는 내부 파이프 구배각도를(Inner pipe) 15deg~25deg로 하고 외부파이프 (Outer

의 접착부분을 로 하였으며 외경의 크기는pipe) 13mm~15mm

27mm~ 로 유지하였다278mm

ㆍㆍㆍㆍ공정설계는 가류시간을 로 하였다 가류 온도는240sec~600sec 150deg~180

로 하고 주변 온도에 영향을 받으므로 금형 표면온도는 항상 확인하였다 접착제

도포가 내구성에 영향을 주므로 접착제 두께는 으로 하고 접15micron~40micron

착제 배합조건은 로 하였다120cc~128cc

다구찌 설계에 의한 최적수준을 결정하기 위해 다른 인자는 고정시키고 경도 가

류시간 스웨징 인자에 대하여 표 와 같이 실험수준을 정하였다 [ 72]

- 65 -

표 실험인자 별 수준[ 72]

분석결과의 해석분석결과의 해석분석결과의 해석분석결과의 해석2222

실험결과의 해석은 다음과 같다

을 통해 표 의 실험조건을 입력하여 다구찌 설계를 생성한 결과MMITAB [ 72]

표 과 같은 실험조합을 얻었다 표 는 실험조합 별 시험결과 값이다[ 73] [ 74]

에서의 내구성에 대한 다구찌 설계해석의 결과는 표 의 신호 대Nominal load [ 75]

잡음비 비 평균 표준편차에 대한 반응표에 잘 나타나(SN Signal to noise ratio)

있다 그림 그림 은 비 평균 표준편차에 대한 반응 값을 도식한 [ 71]~[ 73] SN

것이다

표 의 신호 대 잡음비의 반응표를 보면 경도는 스웨징이나 가류시간에 비해[ 75]

반응변수 내구성 에 큰 영향을 미치고 있음을 보여준다 평균에 대한 반응표에서도( )

경도는 다른 인자들에 비해 반응변수의 평균에 크게 영향을 미치고 있음을 알 수

있다 표준편차 역시 경도의 수준 변화에 따라 차이가 가장 많음을 보여주고 있다

- 66 -

표 에 의한 다구찌 설계생성[ 73] MINITAB

- 67 -

표 실험조합 별 시험결과 데이터[ 74]

- 68 -

표 비 평균 표준편차에 대한 반응표[ 75] SN

신호 대 잡음 비에 대한 반응 표신호 대 잡음 비에 대한 반응 표신호 대 잡음 비에 대한 반응 표신호 대 잡음 비에 대한 반응 표

망대특성망대특성망대특성망대특성

평균에 대한 반응 표평균에 대한 반응 표평균에 대한 반응 표평균에 대한 반응 표

표준 편차에 대한 반응 표표준 편차에 대한 반응 표표준 편차에 대한 반응 표표준 편차에 대한 반응 표

- 69 -

그림 신호 대 잡음 비의 주효과도[ 71]

그림 인자수준별 평균의 주효과도[ 72]

그림 인자수준별 표준편차의 주효과도[ 73]

- 70 -

표 와 그림 에서 에서의 내구성 예측값을 가장 크게 하[ 75] [ 72] Nominal Load

는 것은 요인 수준의 조합이 일 때이다 품질 향상을 위해서는 정특성 동(4 2 2)

특성 값도 동시에 고려하여야 하므로 조합 조합 조합(4 2 2) (4 3 2) (4 1 2)

에 대한 예측 값을 함께 구하였다

표 은 에서의 내구성 예측값을 표 은 에[ 76] Nominal Load [ 77] Maximum Load

서의 내구성 예측값 표 은 정특성 예측값 표 는 에서의 동특성 예 [ 78] [ 79] 15Hz

측값 그리고 표 은 에서의 동특성 예측값을 보여주고 있다 [ 710] 150Hz Nominal

에서의 내구성 예측값은 조합 조합 조합에서 각Load (4 2 2) (4 3 2) (4 1 2)

각 목표값인 을 상회한 과170000 Cycle 178023 Cycle 174272 Cycle 175830

로서 조합일 때 더 높게 나타났다Cycle (4 2 2)

동배율은 예측 평균값을 기준으로 할 때 동배율은 조합에서는 에 (4 2 2) 15Hz

서 에서 이고 조합에서의110(1187691079) 150Hz 113(1215561079) (432)

동배율은 에서 에서15Hz 106(112856 106938) 150Hz 108(115769106938)

이며 조합에서의 동배율은 에서 에서 (412) 15Hz 108(118194 1094) 150Hz

이었다109(1195691094)

모델의 경우 수요기업에서 동배율 값이 적은 값을 요구하기 때문에DA-2 (kdks)

동배율을 고려하면 의 조합이 더 좋은 품질을 나타낸다고 할 수 있다(4 1 2)

- 71 -

표 에서의 내구성 예측값[ 76] Nominal Load

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 2 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 3 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 1 2

예측 값

신호 대

- 72 -

표 에서의 내구성 예측값[ 77] Maximum Load

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 2 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 3 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 1 2

신호 대

- 73 -

표 정특성 예측값[ 78]

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 2 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 3 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 1 2

신호 대

- 74 -

표 동특성 예측값[ 79] (15Hz)

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 2 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 3 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 1 2

신호 대

- 75 -

표 동특성 예측값[ 710] (150Hz)

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 2 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 3 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 1 2

신호 대

- 76 -

제 장 부품의 신뢰성성장관리제 장 부품의 신뢰성성장관리제 장 부품의 신뢰성성장관리제 장 부품의 신뢰성성장관리8888

제 절 신뢰성성장관리제 절 신뢰성성장관리제 절 신뢰성성장관리제 절 신뢰성성장관리1111

복잡하고 기술적인 제품의 개발 프로그램을 운영하는 데 있어서는 고객이 요구

하는 신뢰성 수준을 만족시키기 위하여 상당한 규모의 시간 예산 기술인력 등의

자원을 필요로 한다 고객들의 신뢰성 요구수준은 매우 높으므로 이러한 목표를 달

성하기 위하여 시험 개선 시험 개선의 개발과정을 반드시 거친다 이 과정에서 시- - -

스템 서브시스템 또는 모듈을 고장 날 때까지 시험하고 고장모드를 결정해서 이를

제거하기 위한 시도를 하거나 적어도 고장발생을 줄일 수 있는 시도를 하여 설계나

엔지니어링 개선을 이룬다 만약 이러한 과정이 계속되고 설계나 엔지니어링 변경

이 충분히 이루지면 시스템의 신뢰성은 증가한다 개발프로그램이 운영되는 동안

신뢰성 수준의 변화를 추적할 수 있다면 개발책임자로서는 여러 가지 이점이 있다

즉 목표하는 신뢰성 수준을 달성하기 위하여 충분한 비율로 성장하고 있는지의 여

부를 가능한 빠른 시간 내에 판단할 수 있고 그에 따라 필요한 자원을 적절히 배

분할 수 있다 따라서 개발책임자는 시험데이터로부터 현재 시스템의 신뢰성 수준

성장률의 평가 앞으로 기대되는 달성 가능한 수준을 결정하기를 원한다

신뢰성 성장관리 기술은 제품을 개발하는 데(Reliability growth management)

소요되는 많은 시간과 비용 및 엔지니어링 노력을 절감하면서 개념선택 제품과 공

정의 신뢰성 그리고 비용효율을 달성할 수 있도록 유용한 정보를 제공해 준다 군

사장비 자동차 및 전자 중장비개발 등에 적용된 최근의 신뢰성 성장시험 관리기술

은 각 분야의 경쟁적인 사업 환경 아래에서 제품개발을 효율적으로 조직하여 신뢰

성평가를 시작하고 신뢰성 성장과정을 추적할 수 있도록 해준다 신뢰성성장관리기

술은 제품 및 공정설계 관련사항 및 검증시험 항목들에 대하여 사용 환경에 따른

신뢰성 성장 진행과정을 확인하고 그 결과로부터 성장시험곡선을 개발할 수 있게

한다 또한 설계단계 사이의 여러 가지 관련성을 확인하여 관찰하고 그 정보를 다

른 제품보증분석들과 연결하여 고객 요구사항에 대한 제품의

- 77 -

적합도를 적절히 평가하는 데 도움을 준다

신뢰성성장모델은 가 개발한Crow(1975) AMSAA(Army Materiel Systems

모델이 많이 활용되었으나 이는 시스템 또는 서브시스템에서의Analysis Activity)

성장관리에 유용하고 부품수준에서는 모델을 활용하는 것이 더욱 실용적이 Weibull

다 모델은 목표 Weibull B10 수명에 대하여 초기 시작품 으로부터(Early Prototype)

후기 시작품 까지의 신뢰성 개선을 관리하는데 실용적으로 활용할(Later Prototype)

수 있다

신뢰성 성장시험 프로세스신뢰성 성장시험 프로세스신뢰성 성장시험 프로세스신뢰성 성장시험 프로세스1111

신뢰성 성장은 개발시스템에 대하여 여러 시험단계가 시리즈로 이루어지는 동안

고장모드를 발견하고 이를 개선하는 과정을 거쳐 이TAAF(Test Analyze And Fix)

루어진다 또한 기능시험 환경시험 안전시험의 결과는 신뢰성 향상을 위한 FMEA

등과 연계하여 사용된다 분석결과는 설계변경에 반영되고 최종목표가 달성될 때까

지 개선과 시험이 연속적으로 이루어진다 그림 은 일반적인 신뢰성 성장시험 [ 81]

프로세스를 보여준다 프로그램의 시작시점에 신뢰성 성장에 대한 계획을 수립하여

고객의 기대사항을 만족시킬 수 있는 성능수준에 대한 구체적인 측정치를 제시하

고 이 목적을 달성시킬 수 있는 시험조건을 정한다 시험조건은 특정한 부품이나

시스템에 대하여 고객의 사용방법과 환경에 대한 지식을 기초로 하여야 한다

개발프로젝트가 진행되는 동안 신뢰성 성장시험 프로그램이 개발되고 실행되는

과정에서 설계 및 공정의 관심사항을 확인하기 위해 QFD(Quality function

와 같은 제품보증을 위한 분석방법들이 선행되어 실시되는데 신뢰성deployment)

성장관리와 연계하여 이를 통틀어 통합 신뢰성 성장관리(Integrated reliability

라고 한다 신뢰성 성장관리를 포함한 제품설계평가의 모든growth management)

과정은 제품 공정의 신뢰성 향상에 있어 중요한 역할을 하는 제품보증기능의 한부

분이다

- 78 -

통합 신뢰성 성장시험관리 프로세스는 설계뿐 아니라 공정신뢰성(MIL-HDBK-781)

과 관련된 문제에 대응할 수 있도록 신뢰성 성장시험의 이점을 전적으로 활용할 수

있는 수단을 제공한다

신뢰성 성장관리과정을 개발함으로써 신뢰성 수준은 계속적으로 추적될 수 있고

조치를 취하고 다른 분석결과들과 비교되어 초기 신뢰성 예측을 수립하고 제품설

계에 포함된 확신을 증가시킨 후 검증시험에 들어갈 수 있도록 한다 이러한 신뢰

성 성장관리 프로세스는 제품개발 사이클에 있어서 초기 단계 동안에 신뢰성을 확

립하는 데 도움을 줄 수 있는 장치이다

그림 신뢰성성장시험 프로세스[ 81]

제품개발과정에 적용되는 신뢰성 성장시험관리 프로세스는 다음과 같다

신뢰성 성장시험조건을 결정하고 시험 사이클을 개발한다 ①

신뢰성 성장시험곡선의 사용을 통하여 시험과정을 실행하고 추적한다②

시험결과를 평가하고 다른 선행된 분석연구결과들과 비교한다③

확인된 결함을 제거하기 위해 설계변경을 실시한다④

- 79 -

설계검증시험을 준비한다⑤

신뢰성 성장시험의 주된 목적은 설계상의 약점을 확인하고 제거함으로써 설계의

신뢰성을 증가시키는 것이다 정확하게 신뢰성 수준이 변화되는 진행상황을 추적하

기 위해서는 요구사항에 대한 불합치성 을 확인하고 불합치성이(Nonconformance)

일어난 시간을 모두 추적하여야 한다 시험을 시작하기 전에 적절한 시정조치를 용

이하게 하기 위해 사전계획이 수립되어야 하며 고장분포를 결정하기 전에 각각의

고장부품에 대한 고장원인을 분리할 수 있어야 한다

부품의 개발과정에서 몇 개의 표본에 대한 고장시간 데이터가 있을 때 Weibull

분포를 활용한 신뢰성 성장분석에 대하여 설명하면 다음과 같다

가 분석의 개요가 분석의 개요가 분석의 개요가 분석의 개요

밀도함수는 그림 와 같이 특성 수명과 기울기로 고장시간Weibull [ 82] (Cycle

을 설명한다 작은 표본에 대한 고장시간 데이터가 주어졌을 때 분석Km) Weibull

을 사용하여 세 가지의 정보를 얻을 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ특정 시간이 주어졌을 때 등 부품의 신뢰도는 그 시간까지 살아 있(Cycle Km )

을 백분율이다

ㆍㆍㆍㆍ 또는 다른( 수명을 추정할 수 있다) 수명은 부품들 중 가 고장10

날 것이라고 기대되는 시간이다 즉 이 시간에서의 신뢰도는 이다 90

ㆍㆍㆍㆍ 기울기의 값은 고장률 패턴에 대한 정보를 제공해준다 기울기가Weibull 10

이라면 고장률이 일정하다는 것을 의미한다 이 경우 고장은 일반적으로 우연히

일어나며 고장률은 설계의 강건 정도에 따라 달라진다 기울기가 보다 작다면 1

고장률은 감소하고 있음을 의미한다

- 80 -

즉 높은 초기 고장률 을 말한다 기울기가 보다 크면 고장률은 증 (Infant mortality) 1

가하고 이는 마모 되고 있음을 의미한다(Wear-out)

그림 에 의한 부품의 신뢰성성장분석[ 82] Weibull 수명 비교

가장 많이 활용되는 측도는 수명이며 이것은 요구되는 목표 신뢰도가 임 90

을 의미한다 첫 번째 프로토타입이 고장 난다면 신뢰성 목표 달성을 위해 설계 변

경을 행하고 다음 프로토타입을 시험한다 이 과정은 목표 수명이 달성될 때까

지 반복한다

나 의이점나 의이점나 의이점나 의이점WeibullWeibullWeibullWeibull

부품의 개발과정에서 작은 표본에 대한 고장시간 자료가 주어졌을 때 Weibull

분석을 활용하여 신뢰성성장관리를 행하면 다음의 정보를 얻을 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ신뢰성 개선은 목표 수명이 달성될 때까지 하나의 프로토타입에

- 81 -

서 다음 프로토타입까지 추적할 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ신뢰성 개선은 시험한 프로토타입에 대해 타점으로 표현되고 빠르Weibull

게 방향을 파악하여 신뢰성 진전과정에 대한 양적 측면의 관리능력 향상을 그

래프로 확인할 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ컴포넌트를 고장 날 때까지 시험하는 것은 고장모드에 대한 아주 귀중한 정

보를 제공하고 따라서 시정조치 활동이 필요하다

ㆍㆍㆍㆍ많은 표본이 더 좋은 신뢰도를 얻을 수 있지만 분석은 많은 표본을Weibull

필요로 하지 않는다

ㆍㆍㆍㆍ고객의 운영 사용 사이클과 시험 모수의 관계가 알려져 있다면 더 빠르고( )

더 적은 비용으로 가속시험을 할 수도 있다

다 기본가정및제한다 기본가정및제한다 기본가정및제한다 기본가정및제한

ㆍㆍㆍㆍ각 분석에서 오직 하나의 고장모드만 포함되어야 한다 두 개나 그 이상의

고장 모드가 검출된다면 각각에 대해 분리하여 분석해야 한다

ㆍㆍㆍㆍ신뢰도는 시험 제한 한계 로 인해 년 마일까지 확장하여 외삽하면 안( ) 10 150K

된다 왜냐하면 시험 제한 한계 로 인해 다른 고장모드가 발생할 것인지 알 수 ( )

없기 때문이다

ㆍㆍㆍㆍ하나의 프로토타입에서 다음 프로토타입까지 기울기가 변하는 데는 특별히

주의를 하여야 한다 왜냐하면 초기 후기 수명에서 더 높은 신뢰도와 후기 초 ( ) (

기 수명에서 더 낮은 신뢰도의 할 수 도 있기 때문이다) trade-off

라 적용시기라 적용시기라 적용시기라 적용시기

ㆍㆍㆍㆍ수명의 비교는 엔지니어링 사양 이 특정한(Specification) 을 요구할 경

우 사용된다

ㆍㆍㆍㆍ이러한 접근방법은 고장시간 등 에 대하여 동일한 부품의(Cycle Km )

- 82 -

다른 시점에서의 프로토타입을 비교할 때 사용한다

ㆍㆍㆍㆍ신뢰성 목표가 달성될 때까지 계속한다

마 입력자료마 입력자료마 입력자료마 입력자료

ㆍㆍㆍㆍ프로토타입 의 몇 개 표본의 고장시간 등1 (Cycle Km )

ㆍㆍㆍㆍ프로토타입 의 몇 개 표본의 고장시간 등2 (Cycle Km )

⦙

ㆍㆍㆍㆍ마지막 프로토타입의 몇 개 표본의 고장시간 등(Cycle Km )

분석프로세스는 그림 과 같다[ 83]

프로세스프로세스프로세스프로세스 일반적 단계일반적 단계일반적 단계일반적 단계

Ⅰ 요구

또는 수명 결정

프로그램 신뢰성 목표 사용

고객의 운영 사용 프로파일 사용( )

시험 프로그램 적정시간 사용

Ⅱ 시험 프로그램 자료정보

확인과 데이터 수집초기 부품의 프로토타입

후기 부품의 프로토타입

Ⅲ 다른 프로토타입에 대한

누적고장 시간 또는 vs

거리 계산 및 타점

분석이 가능한 사용Weibull SW

가능한 가속수명시험 사용

Ⅳ 프로젝트 검토 시

현재 신뢰성 수준신뢰성 목표 적합성 결정

초기 경고 관련 정보 제공

개선을 위한 계획 정보 제공

그림 프로세스별 단계[ 83]

- 83 -

제 절 신뢰성성장 데이터분석제 절 신뢰성성장 데이터분석제 절 신뢰성성장 데이터분석제 절 신뢰성성장 데이터분석2222

초기 프로토타입 으로 부터 개의 표본을 정상하중 으(Prototype1) 6 (Nominal load)

로 고장 날 때까지 시험하고 고장모드를 기록하였다 여러 개선작업을 거친 후 후

기 프로토타입 으로부터 개의 표본을 고장 날 때까지 시험하고 고장모(Prototype2) 6

드를 기록하였다 시험 데이터는 표 에 주어져 있다 [ 81]

에 고장데이터를 입력하고 각 프로토타입 단계별로 용지에 결과MINITAB Weibull

를 타점한 결과 그림 와 같은 성장곡선이 생성되었다 [ 84] Weibull

정상하중 에서 의 평균수명 추정치는 이(Nominal load) Prototype1 127366Cycle

고 의 평균수명 추정치는 로서 의 개선을 이루었 Prototype2 176882 Cycle 389

음을 알 수 있었다 수명은 은 이었으나Prototype1 112668 Cycle Prototype2

의 수명은 로서 상당한 개선이 이루어졌음을 볼 수 있다168620 Cycle 수

명에 대한 신뢰하한은 로 추정되었다 따라서 정상부하에 의한95 162926 Cycle

시험데이터분석 결과 개선활동 재료배합개선 형상설계개선 공정개선 에 의하여 ( )

내구성 목표가 달성되었음을 알 수 있다

그림 는 에서의 신뢰구간을 보여주고 있다[ 85] Nominal load 90

최대하중 에서는 표 의 데이터 입력결과 그림 의 그래프를(Max load) [ 82] [ 86]

생성하였다 그래프로 부터 추정된 의 Prototype1 수명은 이고16362Cycle

의Prototype2 수명은 이다21850 Cycle 수명에 대한 신뢰하한추정치95

는 으로부터 로 계산된다MINITAB 20983 Cycle

의 수명과 의 수명이 다른 것은 개선 활동의 결과이Prototype1 Prototype2

- 84 -

며 에서 개선목표가 달성되었음을 알 수 있다 Prototype2

표 하중 고장시간[ 81] Nominal (Cycle)

Weibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth Curve

(Nominal Load)(Nominal Load)(Nominal Load)(Nominal Load)

그림 성장곡선[ 84] Weibull (Nominal load data)

- 85 -

Weibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth Curve

(Nominal Load-90 Cl)(Nominal Load-90 Cl)(Nominal Load-90 Cl)(Nominal Load-90 Cl)

그림 신뢰구간[ 85] Nominal Load90

- 86 -

표 하중 고장시간[ 82] Max (Cycle)

Weibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth Curve

(MaxLoad)(MaxLoad)(MaxLoad)(MaxLoad)

그림 성장곡선[ 86] Weibull (Max load data)

- 87 -

제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론9999

본 연구는 자동차현가장치인 고무부싱 의 신뢰성향상을 위한 기(Rubber bushing)

술개발과제이다 에나 인더스트리는 수출전문기업으로서 주요 경쟁사에 비해 고성

능 고내구성의 제품을 짧은 기간 내에 개발할 수 있는 능력을 갖추어야 해외 시장

에서 경쟁력을 가질 수 있다

본 연구개발에서는 수요기업에서 요구하는 GMUTS(General Motors Uniform

의 사양에 따른 시험을 실행하여 내구성을 목표 사이클 이상으Test Specification)

로 개선하고 정특성과 동특성 비틀림 토크를 개선항목으로 선정하여 제품의 품질

및 신뢰성 향상을 진행하였다

수요기업의 요구 수준에 의하면 내구성은 와 Tension Compress Alternating

가 동시에 일 때 일 때Torsion Stress Maximum Load 20000 Cycle Normal Load

을 요구한다 본 프로젝트의 경우 해외의 부품메이커들에 대한 경쟁150000 Cycle

력 우위를 확보하기 위하여 기본 요구 수준을 넘어 향상된 제품신뢰성을5~10

확보를 목표로 하였다 내구성 정특성 및 동특성에 대한 시험은 직접 행하였고 비

틀림토크에 대한 부분은 추가적인 시험장치가 필요하여 수요기업의 실험실에 샘플

을 제출하여 요구수준을 검증받았다

본 연구개발의 성과를 요약하면 다음과 같다

우선 기술적 효과로는

설계기술의 확보(1)

재료배합설계 형상설계 공정설계에 대한 기술을 확보하여 내구성을 비롯한 품

질특성을 향상시킬 수 있었다 종래에는 설계 개발 생산프로세스에서 경험적 방법

에 의존하여 시행착오가 많았으나 본 연구를 통하여 과학적이고 체계적인 방법으

로 접근할 수 있는 기술이 확보되었다

설계 요소의 기술적 배치를 위한 실험계획법의 활용기술 확보(2)

- 88 -

종전에는 고무 배합설계 형상설계 공정설계에 대하여 설계요인 별 수 (Facter)

준 을 무작위로 추출하여 실험하였으나 본 실험계획의 과정을 따르면 요인들(Level)

이 계획적으로 반영되어 품질특성에 각각 어느 정도의 영향을 미치는지 분석이 가

능하게 된다 또한 다구찌에 의한 강건 설계의 생성으로 산포를 줄일 수 있다

잠재적 고장원인 분석방법 기술 확보(3)

제품기능에 대한 잠재적 고장모드의 예측과 시험항목을 판단하고 최종적으로는 설

계검증 과 공정검증 의 세부항목과 효과적(Design verification) (Process verification)

으로 연계가 가능하다

신뢰성 데이터분석기술 확보(4)

부품의 개발과정에서 몇 개의 표본에 대한 고장시간 데이터가 있을 때 Weibull

분포를 활용한 신뢰성 성장분석이 가능하게 되었다 개발프로그램이 운영되는 동안

신뢰성 수준의 변화를 추적할 수 있어 목표하는 신뢰성 수준을 달성하기 위하여 충

분한 비율로 성장하고 있는지의 여부를 가능한 빠른 시간 내에 판단할 수 있고 그

에 따라 필요한 자원을 적절히 배분할 수 있다 따라서 개발책임자는 시험데이터로

부터 현재 시스템의 신뢰성 수준 성장률의 평가 앞으로 기대되는 달성 가능한 수

준에 대한 결정이 가능하다

경제적 측면의 효과로는

제품에 대한 내구성 및 동특성 정특성에 대하여 요구사양 이상으로 특성관리(1)

를 행할 수 있어 해외 부품메이커들에 대한 경쟁력 우위로 수출력을 향상할 수 있

게 되었다

개발기간을 단축할 수 있게 되어 개발비의 절감을 가져올 수 있게 되었다(2)

재료배합 형상설계 및 공정설계에 대한 기술개발의 표준 정립으로 개발 기간의 단

축이 가능하게 되었다

본 과제 결과를 활용하여 다른 방진제품에 대한 신뢰성 관리로 수출(3)

- 89 -

시장을 개척하여 신규거래처를 확보할 예정이다 신뢰성 데이터의 관리가 이루어져

제품수명에 대한 설득력 있는 자료의 제시가 가능하게 되었다

향후 연구계획으로는

고무부싱부품의 특성상 내구성만의 개선이 최선이 아니고 정특성과 동특성을 일

정수준으로 동시에 고려하여야 한다 따라서 이 부분에 대한 동시적인 실험설계가

시스템화 되도록 추가적인 연구가 요구된다

- 90 -

참고문헌참고문헌참고문헌참고문헌[ ][ ][ ][ ]

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Journal of Fatigue Vol27 2005

[8] McLean R A and Anderson V I Extreme Vertices Design of Mixture

Experiments Technometrics Vol8 No3 1966

- 96 -

주 의

이 보고서는 산업자원부에서 시행한 부품소재종합기술지원사업의 최1

종보고서이다

이 신뢰성기반기술확산사업 내용을 대외적으로 발표할 때에는 반드시2

산업자원부에서 시행한 부품소재신뢰성기반기술 사업의 지원결과임을

밝혀야 한다

- 97 -

이 보고서는 산업자원부에서 시행한

부품소재 신뢰성기반기술확산사업의 최종보고서이다

- 29 -

로써 가능하다 이로써 가교의 다중황결합 을 줄이고 단일 또는 이중황 결 (S3~S8)

합으로 내열성 및 결합의 안정성을 증가시킬 수 있다 이러한 과정에서 공정설계상

계보다 더 낮은 가류온도와 더 길어진 가류시간이 필요하게 된다 이러한 계CV EV

에서는 정도의 황과 계에 비해서 다소 많은 양의 촉진제를 사용하02~05 phr CV

게 된다 여기에 근거하여 혼합물성분의 한계 표 표 에 나타난 황과 촉 ([ 42] [ 44])

진제 양의 범위를 정하였다

발생 시간의 효율적인 제어를 위하여 본 연구에서는 적절한 촉진제의Reversion

배합량을 조절하여 방진제품에서 요구하는 특성을 만족하는 조건을 선정하고자 하

였다 그림 은 의 예를 보여준다 [ 41] Reversion

그림 의 예[ 41] Reversion

본 연구에서는 인장 내열 강도의 증가와 동 정특성 내구성 증가를 위한 가교 시- -

스템의 향상 방안으로 황량을 조절하여 Convension Type(Efficient Vulcanization

을 통하여 결합력을 증대시켰으며 촉진제를 조절하여 가- CURE STIES-CC-C)

교효율을 증대하였다 또한 가황 조건에 변화가 적은 배합설계를 하여 향상된 적정

가황이 될 수 있도록

- 30 -

하였으며 를 정립화하여 최적의 적정 가황 포인트를 찾아 인장이 최CURE-STUDY

적일 때 내구성이 최적이고 가황제품과 시편을 동시에 함으로 시편과CURE-STUDY

제품의 상의성을 방지할 수 있었다

자동차업계에서는 일반적으로 고가의 폴리머를 선호하지만 본 연구를 통하여 가

격이 낮은 폴리머로도 성능향상이 가능하다는 것을 입증하였고 향후 타 아이템에도

연계 적용함으로 새로운 배합설계를 구축하였다

실험계획법의 적용실험계획법의 적용실험계획법의 적용실험계획법의 적용4444

기존의 개발 진행 방식은 경험에 의한 시행착오 접근 방법을 사(Trial and Error)

용하여 성능향상을 도모하였으나 본 연구에서는 배합물설계에 위한 실험계획법

기술을 적용하여 이론적으로 최적의 배합설계를 이(DOE Design of Experiment)

룰 수 있는 방법을 연구하였다

일반적인 고무제품의 배합은 많이 알려져 있지만 특성 향상을 위한 방안이나 그

배합에 대한 신뢰성에는 많은 의문점이 제기 되는 게 현실이다 본 연구에서는 요

구특성을 만족시키기 위하여 선정된 촉진제의 배합조건의 최적화를 실현하기 위하

여 실험계획법의 꼭지점계획법을 이용하여 그 효율성을 검증하고자 하였다 배합의

경우 어느 독립적인 인자의 선정으로는 그 효과를 극대화 시킬 수 없는 특성이 있

는데 본 연구에서는 선정된 촉진제 및 폴리머의 조건 하에서 최적의 배합 조건을

찾아보고자 하였다

재료배합설계의 개선을 위한 방안을 정리하면 표 과 같다[ 41]

- 31 -

표 내구성 및 정 동특성 동반향상을 위한 개선방안[ 41] -

항 목항 목항 목항 목 기존 방안기존 방안기존 방안기존 방안 제안된 개선 방안제안된 개선 방안제안된 개선 방안제안된 개선 방안

배합 설계 방안

경험적 배합 설계

고 배합설계COST

국내수급재료사용

실험적 분석기법 도입

저 배합설계COST

해외재료수입

내구성 향상

량 변경Carbon

용도별 적정 적용Carbon

정동특성 향상 방안을 동시==gt

고려

경험적 수치의 가황제 량 선정

가교 시스템 향상 방안을 고려한

가황제 량 선정

(EV - CURE)

결합력 증대==gt

경험적 수치에 의한 촉진제 량

선정 경도별 선정 미비( )

가교 효율을 반영한 촉진제 량의

선정

적정한 가황 포인트 파악을 위한(

실시Cure Study )

정 동특성 향상-

정특성 향상 방안 경도 증가

동특성 향상 방안 경도 하락

두 특성을 만족시키기 위한==gt

경험적 수치의 경도 선정

데이터베이스를 활용한 배합설계

정 동특성을 동시에 만족할 수-

있는 배합제 적용

분산 및 흐름성 개선==gt

형상개선과 동시 고려==gt

- 32 -

표 는 지원 전 배합비율과 특성별 성능수준을 나타낸다[ 42]

표 지원 전 성능수준[ 42]

- 33 -

제 절 꼭지점계획법에 의한 최적배합조건제 절 꼭지점계획법에 의한 최적배합조건제 절 꼭지점계획법에 의한 최적배합조건제 절 꼭지점계획법에 의한 최적배합조건3333

재료설계에 적용되는 실험계획은 혼합물 배합에 관한 실험계획으로서 몇(Mixture)

개 성분의 혼합물 중 어떠한 성분이 품질의 특성에 유의한 영향을 미치는지를 분석

하여 반응을 최대로 만드는 최적혼합비율을 찾고자 하는 실험계획이다

혼합물실험에 적용되는 실험계획으로는 심플렉스 격자형배열법 심플렉스 중심배열

법 꼭지점 계획법 등을 주로 적용한다 본 실험에서는 심플렉스의 전 영역이 아니

라 제한된 영역에서 실험을 하고자 하므로 꼭지점계획법(Extreme vertice design)

을 적용하였다

고무부싱의 재료배합에서는 개의 성분재료가 있고 이들을 어떤 비율로 배합하는

것이 품질특성치를 가장 좋게 하는가를 찾는다 성분의 혼합에 있어서 를 번째

성분의 혼합비율이라고 하면 다음과 같은 관계식을 만족시켜야 한다

이러한 경우는 일반적 실험계획법처럼 심플렉스의 모든 영역에 실험이 배치되는 것

이 아니고 제한된 영역에서만 실험을 하는 경우이다 즉 각 인자 가 (Factor) 0 le

의 모든 값을 취할 수 있는 것이 아니라 제한된 구간1le

안에서만 값을 취한다 이와 같은 경우는 경제적인 이유나 또는 실험 전에 인자들

의 성질에 대하여 상당한 정보가 있는 경우이다 위의 식과 같은 인자의 구간이 설

정되면 실험가능영역은 심플렉스 상의 좁은 영역이 된다

- 34 -

과 은 제한된 실험영역에 대한 실험계획법으로 꼭지점 계획법Mclean Anderson

을 제안하였다 이 계획법은 제한된 영역이 가지는 모든(extreme vertices design)

꼭지점과 이 꼭지점들의 선형조합으로 이루어지는 몇 개의 점을 적절히 선택하는

실험계획법이다 만약 개의 혼합성분이 사용되는 경우 실험영역을 그림으로 그리 4

면 그림 와 같이 사면체 속에 위치하는 면체가 된다 과 은[ 42] 6 Mclean Anderson

이 면체의 꼭지점과 중심점을 실험점으로 선택하는 방법에 대한 예제를 제시하고6

있다

그림 개의 혼합성분에 대한 꼭지점계획법[ 42] 4

고무부싱의 재료설계 시 혼합물은 고무 카본 및 배합원료로서 황화제 촉진제

가공제 유기산 금속산화제 노화방지제 보강제 충진제 등을 사용한다

재료 배합 실험은 경도별로 나누어 실행되었으며 표 은 경도 도 오차범[ 43] 48 (

위 plusmn 도 에 대한 혼합물성분의 한계이다 에 성분의 한계를 입력한 결과2 ) MINITAB

네 가지 성분에 대하여 표 와 같은 총 회의 실[ 44] 17

- 35 -

험점이 생성되었다 실행 의 경우 의 성분을 1 A B C D 09807 00068 00011

의 비율로 섞어서 실험하라는 의미이다00114

표 혼합물 성분의 한계[ 43] (48Hs)

성분 하한 상한

A 외 기타Polymer 09774 09807

B 촉진제1 00068 00085

C 촉진제2 00011 00022

D Sulfur 00114 00119

표 꼭지점계획법에 의한 실험설계와 결과데이터[ 44] (48Hs)

을 활용한 혼합물 설계 데이터분석 결과는 표 표 과 같다MINITAB [ 45][ 46] 17

회의 실험점에 대한 데이터분석 결과 각 실험 점에서의 적합추정치와 신뢰구 95

간을 구할 수 있었다

- 36 -

표 을 보면 실험점 에 의한 배합조건으로는 신뢰구간으로[ 45] 14 95

의 내구성이 나타난다 에서는 각 성142322cycle ~ 146166cycle Nominal Load

분에 대한 제한조건을 만족시키면서 내구성을 최대로 하는 처리조건은 인자의 네

가지 성분 즉 외 에 대한 배합 비율이 Polymer Acc1 Acc2 Sulfur 097740

이었다 그리고 이 처리조건에서 예상되는 내구성은00085 00022 00119

에 도달할 것으로 추정되었다146943cycle

에서는 인자의 네 가지 성분의 배합비율이 와 마찬Maximum Load Nominal Load

가지로 이었다 그리고 이 처리 조건에서 예상되는09774 00085 00022 00119

내구성 추정치는 이었다18917cycle

표 데이터분석 결과[ 45] (48Hs Nominal Load)

에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응Dura(Nom)Dura(Nom)Dura(Nom)Dura(Nom)

- 37 -

반응 최적화 모수반응 최적화 모수반응 최적화 모수반응 최적화 모수

글로벌 솔루션글로벌 솔루션글로벌 솔루션글로벌 솔루션

예측 반응예측 반응예측 반응예측 반응

Dura(Nom) = 146943

- 38 -

표 데이터분석 결과[ 46] (48Hs Maximum Load)

에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응Dura(max)Dura(max)Dura(max)Dura(max)

반응 최적화 모수반응 최적화 모수반응 최적화 모수반응 최적화 모수

글로벌 솔루션글로벌 솔루션글로벌 솔루션글로벌 솔루션

외Polymer = 09774

- 39 -

Acc1 = 00085

Acc2 = 00022

Sulfur = 00119

예측 반응

Duro(max) = 189171

경도 도 오차범위 도 에 대한 혼합물성분의 한계와 에 의한 실험50 ( plusmn 2 ) MINITAB

점은 표 표 과 같다[ 47] [ 48]

표 혼합물 성분의 한계[ 47] (50Hs)

- 40 -

표 실험계획의 결과[ 48] (50Hs)

경도 도에 대한 혼합물 설계 데이터분석 결과는 표 표 과 같다50 [ 49][ 410] 17

개 실험 점에서의 적합추정치와 신뢰구간은 예측반응에 잘 나타나 있다95

에서는 각 성분에 대한 제한조건을 만족시키면서 내구성을 최대로Nominal Load

하는 처리조건은 외 기타 의 각 성분에 대하여 배합비Polymer Acc1 Acc2 Sulfur

율이 이고 이 처리조건에서 예상되는 내구성은09687 00088 00025 00200

에 도달할 것으로 추정되었다159209 Cycle

에서는 인자의 네 가지 성분의 배합비율이 와 마찬가Maximum Load Nominal Load

지로 이었다 그리고 이 처리조건에서 예상되는 내09687 00088 00025 00200

구성 추정치는 이었다 일 때와 일218572 Cycle Nominal Load Maximum Load

때의 적정배합비율이 다르게 나오는 경우가 있는데 이는 오차범위 경도의 경우( plusmn

도 가 비교적 넓은 고무의 특성에서 비2 )

- 41 -

롯되거나 측정오차에 따른 결과로 추정된다

표 데이터분석 결과[ 49] (50Hs Nominal Load)

에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응Duro(Nor)Duro(Nor)Duro(Nor)Duro(Nor)

반응 최적화 모수반응 최적화 모수반응 최적화 모수반응 최적화 모수

- 42 -

글로벌 솔루션글로벌 솔루션글로벌 솔루션글로벌 솔루션

예측 반응예측 반응예측 반응예측 반응

Duro(Nor) = 159209

표 데이터분석 결과[ 410] (50Hs Maximum Load)

에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응Duro(max)Duro(max)Duro(max)Duro(max)

- 43 -

반응 최적화 모수반응 최적화 모수반응 최적화 모수반응 최적화 모수

글로벌 솔루션글로벌 솔루션글로벌 솔루션글로벌 솔루션

예측 반응예측 반응예측 반응예측 반응

Duro(Max) = 218572

재료배합시험에 있어서 가류시간이 특성 치에 영향을 미치므로 레오그래프

분석에 의해 적정가류시간을 결정한다 레오그래프는 다음의 용도에(Rheograph)

활용된다

고무제품의 가류도 측정①

가류속도 측정②

최적의 가류공정 조건 확립③

가류약품 선정 및 배합 작성Recipe④

고무제품의 품질관리⑤

아래 그림 은 경도 도에 대한 재료의 레오그래프이다 그래프에 나타난 용[ 43] 48

어를 설명하면 다음과 같다

혼합물 의 가 가류되었을 때의 시간을 나타내며 가류시간을tc90- (Compound) 90

결정하는 기준으로 사용된다

스코치시간 을 나타내며 원하지 않는 가교가 일어ts2 - (Scorch time)

- 44 -

나는 시간으로 적절한 가류시간을 찾기 위해 필요한 과정임

고무의 특성을 토르크 값으로 나타낸 값으로 일반적으로 혼합물Tmax- (Torque)

의 경도에 따라 변함

평형 토르크MH- (Equilibrium torque)

최소 토르크ML- (Minimum torque)

본 재료시험에 적용된 가류시간은 의 배 사이에서 적정수준을 결정하tc90 1-15

였다

연구의 결과 카본의 입자가 작을수록 내구성은 향상시키지만 대체로 분산이 잘 되

지 않아 혼합물의 품질이 고르지 못하였다 따라서 카본의 분산도를 평가하여 만족

할 만한 수준이 나오는지 확인하였으며 상대적으로 작은 입자경의 카본을 사용하

여 내구성을 높이려 하였다

그림 경도 도 고무에 대한 레오그래프[ 43] 48

- 45 -

실험의 결과 카본블랙과 레오그래프와의 관계는 그림 와 같이 나타났다 그림[ 44]

에서 보는바와 같이 입자경의 크기가 증가함에 따라 결합력이 약해지므로 토르크

값이 낮아짐을 알 수 있다

그림 각종 카본블랙의 레오그래프[ 44]

- 46 -

본 연구에 적용된 카본 입자경의 크기와 양은 표 과 같다[ 411]

경도변화는 카본입자의 크기와 양에 따라 결정이 되며 레오그래프의 값이 Tmax

이러한 사실을 보여주고 있다

표 레오그래프상의 경도와 카본의 관계[ 411]

레오그래프는 섭씨 도에서 그려짐PHR = Part in Hundred Rubber 160

- 47 -

제 장 형상개선제 장 형상개선제 장 형상개선제 장 형상개선5555

제 절 외철의 스웨징 율 변화에 의한 개선제 절 외철의 스웨징 율 변화에 의한 개선제 절 외철의 스웨징 율 변화에 의한 개선제 절 외철의 스웨징 율 변화에 의한 개선1111

높은 품질의 부싱을 개발하기 위해서는 적절한 재료설계에 의한 경도 및 고무 특

성의 설정이 매우 중요한 요소이지만 고무의 특성 개선에만 의존하는 것은 한계점

이 있다 따라서 제품의 형상변화를 통해 고무의 특성을 극대화함으로써 내구성 및

품질특성을 향상시킬 수 있다

그림 은 부품의 세부형상과 설계도이다[ 51]

그림 세부형상[ 51] DA-2

- 48 -

그림 는 제품의 단면을 보여준다 그림에서 는 다른 모델에 비해 고무[ 52] DA-2

량이 다소 적음을 알 수 있다 형상 변화를 통한 품질특성의 개선을 시도함에 있어

서는 부품에 대한 조립성과 제조성 을 반드시(DFM Design for Manufacturability)

고려하여 형상변화를 꾀하여야 한다 본 제품의 경우 외철 과 내철 (outer pipe)

의 길이는 한정되어 있으며 그 직경의 변화도 허용공차를 미만(Inner pipe) 05 mm

의 수준으로 요구하고 있다

형상변경을 통한 성능향상 방안으로서 외철에 대한 스웨징율 을 변(Swaging rate)

경함으로서 외경크기의 변화를 시도하였으며 또한 내철의 구배각도를 변화시켜 개

선점을 찾으려고 노력하였다

그림 단면[ 52] DA-2

부싱의 경우 일반 적으로 스웨징이라는 공정을 거치게 되는데 이는 공정에서 외

경의 크기 조정을 통하여 성능을 향상 시키는 방법으로서 스웨징율을 조정함으로서

외철의 외경 크기를 허용범위 내어서 변화시키는 것이다 이는 스웨징에 따른 직경

변화에 의해 고무의 조직이 조밀해져 고무 특성을 향상시킬 수 있게된다

그림 은 스웨징의 방향을 나타내며 그림 는 스웨징 전 후의 외철의 크[ 53] [ 54]

기 변화를 보여주고 있다

- 49 -

그림 스웨징 방향[ 53]

그림 스웨징 전후의 외경 크기의 변화 단면[ 54] ( )

제 절 내철의 구배 변화에 의한 개선제 절 내철의 구배 변화에 의한 개선제 절 내철의 구배 변화에 의한 개선제 절 내철의 구배 변화에 의한 개선2222

아래 그림 는 형상 변화를 시도할 수 있는 내철 끝단 부분의 구배를 표시한[ 55]

그림으로서 는 구배각도를 나타낸다a

- 50 -

그림 구배각도[ 55]

그림 은 본 제품의 특성 요구 사항을 그림으로 표시한 것으로 고무부싱은[ 56]

및 의 외력에 대하여 적절하게 대응할 수 있도록 설계되어야 한다 부싱 종류F1 F2

의 경우 일반적으로 고무 제품의 유연함과 동배율 개선을 위하여 저경도의 고무를

적용하는 경우가 많은데 이 경우에는 외력에 대한 특성이 상대적으로 취약하게F1

나타나게 된다 이러한 취약점을 보완하기 위하여 본 연구에서는 그림 과 같 [ 57]

이 제품이 허용하는 범위 내에서 내철의 구배를 변화 시킨 후 실험데이터의 분석을

통해 성능 개선 방안을 찾고자 하였다

그림 부싱의 외력[ 56]

그림 의 의 경우는 구배를 주지 않은 경우이며 의 경우는 구배를 준[ 57] (a) (b)

경우를 표시하고 있다

- 51 -

의 경우 외력에 의하여 발생하는 반발력 은 순수한 고무 특성에 의해서(a) F1 Fr1

만 나타나게 된다 이러한 경우 저경도의 고무을 적용하였을 때 의 크기가 미미 Fr1

하여 적절한 특성을 발휘하지 못하게 된다

의 경우와 같이 내철에 구배를 주게 되면 의 외력에 대하여 구배가 들어간(b) F1

부분 에 의한 반발력 함께 가 생성되어 상대적으로 에 대한 저항력이 커Fr3 Fr2 F1

짐으로써 성능을 향상 시킬 수 있게 된다

그림 구배각도의 적용에 따른 차이 단면[ 57] ( )

그림 구배각도의 적용에 따른 차이 입체[ 58] ( )

- 52 -

제 장 도포공정개선제 장 도포공정개선제 장 도포공정개선제 장 도포공정개선6666

고무부싱의 내구성 향상을 위하여 필수적으로 관리하여야 할 공정이 도포공정이

다 도포공정은 접착의 원리에서부터 접착의 구조 접착의 강도 피착재의 표면처리

법 및 접착제 사용법 등 접착에 관한 전반적인 기술을 공정에 효율적으로 적용하여

야 한다

고무와 금속과의 접착력이란 접착제와 피착제 사이의 계면 결합력을 의미하며 접

착강도는 시험방법 접착방법 시험시의 조건 시편의 기하학 등 여러 인자에 의해

영향을 받는다 접착파괴는 접착제의 가장 약한 곳에서 일어나며 접착강도는 여러

가지 측정법에 따라 고유강도 잔류강도 측정강도 등과 같이 다르게 표현된다 고

무부싱의 접착구조는 그림 과 같다[ 61]

그림 접착의 구조[ 61]

프라이머 는 피착제 표면과의 친화성이나 접착제와의 상용성이 뛰어나야(Primer)

하고 동시에 접착 저해물과의 상용성도 높아야 한다 또 프라이머 중의 유효성분

쪽이 피착제 표면에 흡착되어 있는 저해성분보다 피착제에 의하여 안정하게 흡착되

어 있는 것이 중요하다 따라서 프라이머는

- 53 -

충분한 교반 균일하고 엷은 도포 그리고 완전한 건조가 이루어져야 한다 이러한

도포공정은 피착제의 모앙에 따라 달라진다

열경화성 접착제의 대부분은 유기 중합물과 각종 충진제를 유기용제에 용해 분산

시킨 것으로 사용전이나 사용 중에도 교반기 등으로 균일하게 용해 분산시킨 접착

제를 사용하는 것이 중요하다 따라서 의 도포 공정은 그림 와 같이 교 DA-2 [ 62]

반기를 추가 설치하여 공정 개선을 실시하였다

그림 설치한 교반기[ 62]

또한 피착제의 균일한 도포를 위해 롤타입의 코팅기에 기존 페인트용 롤러에서

그림 에서와 같이 융을 말아 롤러 도포하는 형태로 개선을 실시하여 코팅의[ 415]

두께 정밀도를 향상시켰다

- 54 -

그림 변경된 롤러 모양[ 63]

접착 재료를 프라이머 에서 변경하여 사용함CHEMLOK 220 252 CHEMLOK 205

으로써 접착력을 향상시켰는데 는 금속 및 경길대료의 프라이머로CHEMLOK 205

사용되며 또한 같은 극성고무에 단독으로 접착이 가능하다 NBR

방식의 경우 의 특징을 살펴보면TWO Coat CHEMLOK 205

ㆍㆍㆍㆍ 접착제의 금속 표면에서의 접착강도를 향상시킬 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ 기계적 표면처리 후 활성화된 금속표면을 산화작용으로부터 보호하며 녹방

지 도료적 역할을 한다

ㆍㆍㆍㆍ 크로로프렌이나 에피크로로히드린고무와 같은 가류 중에 염소가스를 발생

시 켜 금속표면을 부식시키기 쉬운 고무배합에 대하여 유효하게 적용된다 프

라 이머는 충분한 교반 균일하고 엷은 도포 그리고 완전한 건조가 이루어져

야 접착성이 뛰어나게 된다

도포공정 개선 전후의 효과는 그림 그림 의 도포두께 비교[ 64]~[ 67] Cpk

를 통해서도 알 수 있다DATA

아래 그림 는 도포공정의 개선전[ 64] 관리도의 그래프를 나타낸

- 55 -

것으로 관리도는 평균치와 범위에 관한 계량형 관리도에서 가장 많이 사용되

는 관리도의 하나이다 관리도는 평균치의 변화를 관리하는 관리도와 산포의

변화를 관리하는 관리도로 구성된다 관리도의 중심선(Central Line) CL=로 나

타내며 관리 상한선 은(Upper Control Limit) UCL= 로 관리하한선인 (Lower

의 경우Control Limit) LCL=

로 구한다

관리도의 관리선의 경우 중심선 관리상한선 UCL= 관리하한선 LCL

의 경우 로 구한다

여기서 등의 계수는 샘플의 크기인 에 따라 결정 되며 일 경우=4

=0729 =0 이다=2282

그림 에서[ 64] 이며=273410 관리도의 로 나타났UCL=307994 LCL=238826

다

관리도의 은CL 이며 이다=4744 UCL=1082581

- 56 -

그림 도포공정 개선전[ 64] 관리도

한편 그림 는 도포공정 개선 전의 경우에 대하여 지정된 규격의 공정능력 [ 65]

지수를 나타낸 것으로서 단기공정능력지수( 와 장기공정능력지수) ( 를 나타낸)

다 단기공정능력지수는 공정능력 ( 과 규격의 폭) ( 과의 비율을 의미하며 일반적)

으로 로 표시한다 규격은 그림 에서처럼 양쪽규격이 모두 주어진 경우 공 [ 65]

정 능력 지수는 다음과 같이 계산할 수 있다

공정 능력

로 나타내고 만약 공정 평균이 규격의 중심으로부터 어느

한쪽으로 치우쳐 있게 되는 경우 치우침도( 와) 를 조합한 단기공정능력지수

( 로 나타낸다 즉)

- 57 -

장기공정능력지수( 의 계산은)

으로서 이다

따라서 그림 에 나타난 것처럼 개선전의 공정능력은[ 65] =17854 =08458

으로서 장기 공정에 대해 만족스럽지 못한 값을 나타내고 있다

그림 도포공정 개선전 공정능력 분석그래프[ 65]

- 58 -

그러나 공정개선후의 관리도인 그림 을 살펴보면[ 66] 이며=28196 관리

도의 이고UCL=300418 LCL=263502 관리도의 은CL 로=2532 UCL=51418

나타난다

그림 도포공정 개선후[ 66] 관리도

- 59 -

개선 후에는 그림 로부터 알 수 있듯이 단기공정능력은[ 67] 으로서=31966

인 장기 공정에 대해 안정적인 것을 확인할 수 있어 도포공정 개선에=23275

대한 효과가 있음을 알 수 있다

그림 정 개선 후 공정능력 분석그래프[ 67]

또한 도포공정의 두께관리를 강화하기 위하여 작업자 교육 및 샘플링 두께 측정

검사를 통해 지속적인 모니터링을 실시하고 공정별 온도관리 및 시간 관리를 통해

작업 환경 유지관리 강화로 변함없는 품질의 제품을 생산하도록 하였다 그림 [

은 롤 코팅 공정이다68] (Roll coating)

- 60 -

그림 롤 코팅 공정[ 68] (Roll coating)

- 61 -

제 장 최적수준 결정을 위한 파라미터 설계제 장 최적수준 결정을 위한 파라미터 설계제 장 최적수준 결정을 위한 파라미터 설계제 장 최적수준 결정을 위한 파라미터 설계7777

제 절 실험계획법에 의한 유의인자 결정제 절 실험계획법에 의한 유의인자 결정제 절 실험계획법에 의한 유의인자 결정제 절 실험계획법에 의한 유의인자 결정1111

재료설계 형상설계 및 공정설계에 대한 최적조건의 결정은 부품의 품질 특성에

대한 사양 을 만족시켜야 할 뿐 아니라 생산부품 간 품질의 산포를(Specification)

최대한 줄여야 한다 의 최적설계를 위해 다구찌 기법 을 적 DA-2 (Taguchi method)

용하였다

다구찌의 강건설계 는 인자 가 품질 특성의 평균에 대해(Robust design) (Factor)

가지는 효과뿐만 아니라 분산에 미치는 효과에 대해서도 초점을 맞추고 있다 분산

을 줄일 수 있는 통제 가능한 인자에 대한 조건을 설정하여 품질특성이 통제 불가

능한 인자의 변화에 대해서는 둔감하도록 할 수 있다 강건설계의 주목적은 품질특

성의 목표값을 유지하면서 분산을 줄이는 인자에 대해 설치값 을 발견하는 (Setting)

데 있다

다구찌 설계에 의한 실험계획법은 특히 확장된 역할로서 다음의 몇 가지를 들 수

있다

ㆍㆍㆍㆍ종래에는 제어 불가능한 환경조건이나 제어하기 어려운 생산조건 공정조건

등의 원인 이를 잡음인자로 통칭 들이 데이터에 주는 영향의 정도를 평가하기 어려( )

웠으나 객관적으로 그리고 계량적으로 이를 평가할 수 있는 방법을 제시하고 있

다 또한 품질 산포의 크기를 계량특성치 손실함수 비 등 로 변환하여 산포를 ( SN )

작게 하는 인자들의 조건을 찾아가는 강건설계를 사용한다

ㆍㆍㆍㆍ직교배열표를 광범위하게 사용하여 인자의 수가 많은 경우에도 크게 실험횟

수를 증가시키지 않고 실험하는 일부 실시법을 사용한다

ㆍㆍㆍㆍ생산라인 내 뿐만 아니라 신제품 개발을 위한 품질설계 파라미터(On-line)

설계 허용오차 설계 등의 라인 외 품질관리를 위하여 유용하게 사용할 (Off-line)

수 있다

ㆍㆍㆍㆍ다구찌 방법에서 추가적으로 다룰 수 있는 주요한 것들로는 직교배열

- 62 -

표의 확대사용 수준계의 표준 직교배열표 이외에 확대 응용 혼합 직교배열표(2 3

의 사용과 조합법의 사용 계량치 데이터의 파라미터 설계 허용차 설계 그리고)

계수치 데이터의 파라미터 설계 동적 특성의 파라미터 설계 등을 들 수 있다

파라미터 설계 는 제품설계와 공정설계에서 유용하게 사용되는(Parameter design)

다구찌 실험계획법의 핵심이다 파라미터는 제품성능의 특성치에 영향을 주는 제어

가능한 인자 를 의미하며 파라미터 설계는 이들 인자들의 최적(Controllable factor)

수준을 정하여 주는 것을 말한다 파라미터를 설계변수 라고도 부 (Design variable)

르며 파라미터 설계에서는 제품의 품질변동이 잡음에 둔감하면서 목표품질을 가질

수 있도록 설계변수들의 최적조건을 구하여 준다 최적조건을 찾을 때 설계변수와

잡음을 주는 인자들을 포함시켜 실험하는 직교배열표 등을 주로 사용한다 이때 목

표 품질을 만족시키는 범위 내에서 가능한 한 비용이 적게 드는 조건이나 부품 등

을 이용한다

만약 신뢰성에 영향을 주는 제어 가능한 인자 에 대한 파라미터설계 A B C D

를 한다고 하자 는 수준 는 수준의 혼합수준 에 대한 설계 A B 4 C D 2 (Mixed level)

분석을 하려고 한다면 각 요인 변동의 계산을 표 과 같은 [ 71] L16(215형 직교배)

열표 를 사용하면 된다(Orthogonal Design)

에 대한 파라미터 설계조건으로는 내구성이 가장 좋은 최적의 설계 및 공정DA-2

조건을 구하여야 하므로 반응변수가 큰 값일수록 좋은 망대특성(Larger-the-better

에 대한 조건을 구하고 부품의 정특성 및 동특성에 대한 분석은 적characteristics)

정한 상호관계를 고려하여 별도의 실험을 행한다

- 63 -

표 다구찌 설계의 예[ 71]

- 64 -

제 절 시험데이터의 해석제 절 시험데이터의 해석제 절 시험데이터의 해석제 절 시험데이터의 해석2222

실험조건실험조건실험조건실험조건1111

제품의 신뢰성향상을 위해 지금까지 재료배합의 개선 형상개선 및 공정개선에

대한 각각의 과정을 설명하였으며 본 장에서는 관련된 여러 인자들을 동시에 고려

하여 최상의 품질특성을 나타낼 수 있는 최적인자수준의 결정에 대하여 설명하려고

한다 이는 인자들 간의 상호 작용이 상승 또는 보완작용을 할 수도 있고 반대로

서로 상극임을 나타낼 수 도 있기 때문이다

일반적으로 고무부싱의 개발에 적용되는 인자 는 다음과 같다(Factor)

ㆍㆍㆍㆍ경도 는 수요기업에서 제시하는 사양 에 따라 적정수(Hardness) (Specification)

준의 경도 도 도 도 도 를 적용하였으며 경험적으로 경도의 산포는(43 45 48 50 ) plusmn

정도이다2

ㆍㆍㆍㆍ각 부분의 모양이나 각도에 따라 고무 량에 영향을 미치게 되는 형상설계에

관해서는 내부 파이프 구배각도를(Inner pipe) 15deg~25deg로 하고 외부파이프 (Outer

의 접착부분을 로 하였으며 외경의 크기는pipe) 13mm~15mm

27mm~ 로 유지하였다278mm

ㆍㆍㆍㆍ공정설계는 가류시간을 로 하였다 가류 온도는240sec~600sec 150deg~180

로 하고 주변 온도에 영향을 받으므로 금형 표면온도는 항상 확인하였다 접착제

도포가 내구성에 영향을 주므로 접착제 두께는 으로 하고 접15micron~40micron

착제 배합조건은 로 하였다120cc~128cc

다구찌 설계에 의한 최적수준을 결정하기 위해 다른 인자는 고정시키고 경도 가

류시간 스웨징 인자에 대하여 표 와 같이 실험수준을 정하였다 [ 72]

- 65 -

표 실험인자 별 수준[ 72]

분석결과의 해석분석결과의 해석분석결과의 해석분석결과의 해석2222

실험결과의 해석은 다음과 같다

을 통해 표 의 실험조건을 입력하여 다구찌 설계를 생성한 결과MMITAB [ 72]

표 과 같은 실험조합을 얻었다 표 는 실험조합 별 시험결과 값이다[ 73] [ 74]

에서의 내구성에 대한 다구찌 설계해석의 결과는 표 의 신호 대Nominal load [ 75]

잡음비 비 평균 표준편차에 대한 반응표에 잘 나타나(SN Signal to noise ratio)

있다 그림 그림 은 비 평균 표준편차에 대한 반응 값을 도식한 [ 71]~[ 73] SN

것이다

표 의 신호 대 잡음비의 반응표를 보면 경도는 스웨징이나 가류시간에 비해[ 75]

반응변수 내구성 에 큰 영향을 미치고 있음을 보여준다 평균에 대한 반응표에서도( )

경도는 다른 인자들에 비해 반응변수의 평균에 크게 영향을 미치고 있음을 알 수

있다 표준편차 역시 경도의 수준 변화에 따라 차이가 가장 많음을 보여주고 있다

- 66 -

표 에 의한 다구찌 설계생성[ 73] MINITAB

- 67 -

표 실험조합 별 시험결과 데이터[ 74]

- 68 -

표 비 평균 표준편차에 대한 반응표[ 75] SN

신호 대 잡음 비에 대한 반응 표신호 대 잡음 비에 대한 반응 표신호 대 잡음 비에 대한 반응 표신호 대 잡음 비에 대한 반응 표

망대특성망대특성망대특성망대특성

평균에 대한 반응 표평균에 대한 반응 표평균에 대한 반응 표평균에 대한 반응 표

표준 편차에 대한 반응 표표준 편차에 대한 반응 표표준 편차에 대한 반응 표표준 편차에 대한 반응 표

- 69 -

그림 신호 대 잡음 비의 주효과도[ 71]

그림 인자수준별 평균의 주효과도[ 72]

그림 인자수준별 표준편차의 주효과도[ 73]

- 70 -

표 와 그림 에서 에서의 내구성 예측값을 가장 크게 하[ 75] [ 72] Nominal Load

는 것은 요인 수준의 조합이 일 때이다 품질 향상을 위해서는 정특성 동(4 2 2)

특성 값도 동시에 고려하여야 하므로 조합 조합 조합(4 2 2) (4 3 2) (4 1 2)

에 대한 예측 값을 함께 구하였다

표 은 에서의 내구성 예측값을 표 은 에[ 76] Nominal Load [ 77] Maximum Load

서의 내구성 예측값 표 은 정특성 예측값 표 는 에서의 동특성 예 [ 78] [ 79] 15Hz

측값 그리고 표 은 에서의 동특성 예측값을 보여주고 있다 [ 710] 150Hz Nominal

에서의 내구성 예측값은 조합 조합 조합에서 각Load (4 2 2) (4 3 2) (4 1 2)

각 목표값인 을 상회한 과170000 Cycle 178023 Cycle 174272 Cycle 175830

로서 조합일 때 더 높게 나타났다Cycle (4 2 2)

동배율은 예측 평균값을 기준으로 할 때 동배율은 조합에서는 에 (4 2 2) 15Hz

서 에서 이고 조합에서의110(1187691079) 150Hz 113(1215561079) (432)

동배율은 에서 에서15Hz 106(112856 106938) 150Hz 108(115769106938)

이며 조합에서의 동배율은 에서 에서 (412) 15Hz 108(118194 1094) 150Hz

이었다109(1195691094)

모델의 경우 수요기업에서 동배율 값이 적은 값을 요구하기 때문에DA-2 (kdks)

동배율을 고려하면 의 조합이 더 좋은 품질을 나타낸다고 할 수 있다(4 1 2)

- 71 -

표 에서의 내구성 예측값[ 76] Nominal Load

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 2 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 3 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 1 2

예측 값

신호 대

- 72 -

표 에서의 내구성 예측값[ 77] Maximum Load

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 2 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 3 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 1 2

신호 대

- 73 -

표 정특성 예측값[ 78]

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 2 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 3 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 1 2

신호 대

- 74 -

표 동특성 예측값[ 79] (15Hz)

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 2 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 3 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 1 2

신호 대

- 75 -

표 동특성 예측값[ 710] (150Hz)

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 2 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 3 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 1 2

신호 대

- 76 -

제 장 부품의 신뢰성성장관리제 장 부품의 신뢰성성장관리제 장 부품의 신뢰성성장관리제 장 부품의 신뢰성성장관리8888

제 절 신뢰성성장관리제 절 신뢰성성장관리제 절 신뢰성성장관리제 절 신뢰성성장관리1111

복잡하고 기술적인 제품의 개발 프로그램을 운영하는 데 있어서는 고객이 요구

하는 신뢰성 수준을 만족시키기 위하여 상당한 규모의 시간 예산 기술인력 등의

자원을 필요로 한다 고객들의 신뢰성 요구수준은 매우 높으므로 이러한 목표를 달

성하기 위하여 시험 개선 시험 개선의 개발과정을 반드시 거친다 이 과정에서 시- - -

스템 서브시스템 또는 모듈을 고장 날 때까지 시험하고 고장모드를 결정해서 이를

제거하기 위한 시도를 하거나 적어도 고장발생을 줄일 수 있는 시도를 하여 설계나

엔지니어링 개선을 이룬다 만약 이러한 과정이 계속되고 설계나 엔지니어링 변경

이 충분히 이루지면 시스템의 신뢰성은 증가한다 개발프로그램이 운영되는 동안

신뢰성 수준의 변화를 추적할 수 있다면 개발책임자로서는 여러 가지 이점이 있다

즉 목표하는 신뢰성 수준을 달성하기 위하여 충분한 비율로 성장하고 있는지의 여

부를 가능한 빠른 시간 내에 판단할 수 있고 그에 따라 필요한 자원을 적절히 배

분할 수 있다 따라서 개발책임자는 시험데이터로부터 현재 시스템의 신뢰성 수준

성장률의 평가 앞으로 기대되는 달성 가능한 수준을 결정하기를 원한다

신뢰성 성장관리 기술은 제품을 개발하는 데(Reliability growth management)

소요되는 많은 시간과 비용 및 엔지니어링 노력을 절감하면서 개념선택 제품과 공

정의 신뢰성 그리고 비용효율을 달성할 수 있도록 유용한 정보를 제공해 준다 군

사장비 자동차 및 전자 중장비개발 등에 적용된 최근의 신뢰성 성장시험 관리기술

은 각 분야의 경쟁적인 사업 환경 아래에서 제품개발을 효율적으로 조직하여 신뢰

성평가를 시작하고 신뢰성 성장과정을 추적할 수 있도록 해준다 신뢰성성장관리기

술은 제품 및 공정설계 관련사항 및 검증시험 항목들에 대하여 사용 환경에 따른

신뢰성 성장 진행과정을 확인하고 그 결과로부터 성장시험곡선을 개발할 수 있게

한다 또한 설계단계 사이의 여러 가지 관련성을 확인하여 관찰하고 그 정보를 다

른 제품보증분석들과 연결하여 고객 요구사항에 대한 제품의

- 77 -

적합도를 적절히 평가하는 데 도움을 준다

신뢰성성장모델은 가 개발한Crow(1975) AMSAA(Army Materiel Systems

모델이 많이 활용되었으나 이는 시스템 또는 서브시스템에서의Analysis Activity)

성장관리에 유용하고 부품수준에서는 모델을 활용하는 것이 더욱 실용적이 Weibull

다 모델은 목표 Weibull B10 수명에 대하여 초기 시작품 으로부터(Early Prototype)

후기 시작품 까지의 신뢰성 개선을 관리하는데 실용적으로 활용할(Later Prototype)

수 있다

신뢰성 성장시험 프로세스신뢰성 성장시험 프로세스신뢰성 성장시험 프로세스신뢰성 성장시험 프로세스1111

신뢰성 성장은 개발시스템에 대하여 여러 시험단계가 시리즈로 이루어지는 동안

고장모드를 발견하고 이를 개선하는 과정을 거쳐 이TAAF(Test Analyze And Fix)

루어진다 또한 기능시험 환경시험 안전시험의 결과는 신뢰성 향상을 위한 FMEA

등과 연계하여 사용된다 분석결과는 설계변경에 반영되고 최종목표가 달성될 때까

지 개선과 시험이 연속적으로 이루어진다 그림 은 일반적인 신뢰성 성장시험 [ 81]

프로세스를 보여준다 프로그램의 시작시점에 신뢰성 성장에 대한 계획을 수립하여

고객의 기대사항을 만족시킬 수 있는 성능수준에 대한 구체적인 측정치를 제시하

고 이 목적을 달성시킬 수 있는 시험조건을 정한다 시험조건은 특정한 부품이나

시스템에 대하여 고객의 사용방법과 환경에 대한 지식을 기초로 하여야 한다

개발프로젝트가 진행되는 동안 신뢰성 성장시험 프로그램이 개발되고 실행되는

과정에서 설계 및 공정의 관심사항을 확인하기 위해 QFD(Quality function

와 같은 제품보증을 위한 분석방법들이 선행되어 실시되는데 신뢰성deployment)

성장관리와 연계하여 이를 통틀어 통합 신뢰성 성장관리(Integrated reliability

라고 한다 신뢰성 성장관리를 포함한 제품설계평가의 모든growth management)

과정은 제품 공정의 신뢰성 향상에 있어 중요한 역할을 하는 제품보증기능의 한부

분이다

- 78 -

통합 신뢰성 성장시험관리 프로세스는 설계뿐 아니라 공정신뢰성(MIL-HDBK-781)

과 관련된 문제에 대응할 수 있도록 신뢰성 성장시험의 이점을 전적으로 활용할 수

있는 수단을 제공한다

신뢰성 성장관리과정을 개발함으로써 신뢰성 수준은 계속적으로 추적될 수 있고

조치를 취하고 다른 분석결과들과 비교되어 초기 신뢰성 예측을 수립하고 제품설

계에 포함된 확신을 증가시킨 후 검증시험에 들어갈 수 있도록 한다 이러한 신뢰

성 성장관리 프로세스는 제품개발 사이클에 있어서 초기 단계 동안에 신뢰성을 확

립하는 데 도움을 줄 수 있는 장치이다

그림 신뢰성성장시험 프로세스[ 81]

제품개발과정에 적용되는 신뢰성 성장시험관리 프로세스는 다음과 같다

신뢰성 성장시험조건을 결정하고 시험 사이클을 개발한다 ①

신뢰성 성장시험곡선의 사용을 통하여 시험과정을 실행하고 추적한다②

시험결과를 평가하고 다른 선행된 분석연구결과들과 비교한다③

확인된 결함을 제거하기 위해 설계변경을 실시한다④

- 79 -

설계검증시험을 준비한다⑤

신뢰성 성장시험의 주된 목적은 설계상의 약점을 확인하고 제거함으로써 설계의

신뢰성을 증가시키는 것이다 정확하게 신뢰성 수준이 변화되는 진행상황을 추적하

기 위해서는 요구사항에 대한 불합치성 을 확인하고 불합치성이(Nonconformance)

일어난 시간을 모두 추적하여야 한다 시험을 시작하기 전에 적절한 시정조치를 용

이하게 하기 위해 사전계획이 수립되어야 하며 고장분포를 결정하기 전에 각각의

고장부품에 대한 고장원인을 분리할 수 있어야 한다

부품의 개발과정에서 몇 개의 표본에 대한 고장시간 데이터가 있을 때 Weibull

분포를 활용한 신뢰성 성장분석에 대하여 설명하면 다음과 같다

가 분석의 개요가 분석의 개요가 분석의 개요가 분석의 개요

밀도함수는 그림 와 같이 특성 수명과 기울기로 고장시간Weibull [ 82] (Cycle

을 설명한다 작은 표본에 대한 고장시간 데이터가 주어졌을 때 분석Km) Weibull

을 사용하여 세 가지의 정보를 얻을 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ특정 시간이 주어졌을 때 등 부품의 신뢰도는 그 시간까지 살아 있(Cycle Km )

을 백분율이다

ㆍㆍㆍㆍ 또는 다른( 수명을 추정할 수 있다) 수명은 부품들 중 가 고장10

날 것이라고 기대되는 시간이다 즉 이 시간에서의 신뢰도는 이다 90

ㆍㆍㆍㆍ 기울기의 값은 고장률 패턴에 대한 정보를 제공해준다 기울기가Weibull 10

이라면 고장률이 일정하다는 것을 의미한다 이 경우 고장은 일반적으로 우연히

일어나며 고장률은 설계의 강건 정도에 따라 달라진다 기울기가 보다 작다면 1

고장률은 감소하고 있음을 의미한다

- 80 -

즉 높은 초기 고장률 을 말한다 기울기가 보다 크면 고장률은 증 (Infant mortality) 1

가하고 이는 마모 되고 있음을 의미한다(Wear-out)

그림 에 의한 부품의 신뢰성성장분석[ 82] Weibull 수명 비교

가장 많이 활용되는 측도는 수명이며 이것은 요구되는 목표 신뢰도가 임 90

을 의미한다 첫 번째 프로토타입이 고장 난다면 신뢰성 목표 달성을 위해 설계 변

경을 행하고 다음 프로토타입을 시험한다 이 과정은 목표 수명이 달성될 때까

지 반복한다

나 의이점나 의이점나 의이점나 의이점WeibullWeibullWeibullWeibull

부품의 개발과정에서 작은 표본에 대한 고장시간 자료가 주어졌을 때 Weibull

분석을 활용하여 신뢰성성장관리를 행하면 다음의 정보를 얻을 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ신뢰성 개선은 목표 수명이 달성될 때까지 하나의 프로토타입에

- 81 -

서 다음 프로토타입까지 추적할 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ신뢰성 개선은 시험한 프로토타입에 대해 타점으로 표현되고 빠르Weibull

게 방향을 파악하여 신뢰성 진전과정에 대한 양적 측면의 관리능력 향상을 그

래프로 확인할 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ컴포넌트를 고장 날 때까지 시험하는 것은 고장모드에 대한 아주 귀중한 정

보를 제공하고 따라서 시정조치 활동이 필요하다

ㆍㆍㆍㆍ많은 표본이 더 좋은 신뢰도를 얻을 수 있지만 분석은 많은 표본을Weibull

필요로 하지 않는다

ㆍㆍㆍㆍ고객의 운영 사용 사이클과 시험 모수의 관계가 알려져 있다면 더 빠르고( )

더 적은 비용으로 가속시험을 할 수도 있다

다 기본가정및제한다 기본가정및제한다 기본가정및제한다 기본가정및제한

ㆍㆍㆍㆍ각 분석에서 오직 하나의 고장모드만 포함되어야 한다 두 개나 그 이상의

고장 모드가 검출된다면 각각에 대해 분리하여 분석해야 한다

ㆍㆍㆍㆍ신뢰도는 시험 제한 한계 로 인해 년 마일까지 확장하여 외삽하면 안( ) 10 150K

된다 왜냐하면 시험 제한 한계 로 인해 다른 고장모드가 발생할 것인지 알 수 ( )

없기 때문이다

ㆍㆍㆍㆍ하나의 프로토타입에서 다음 프로토타입까지 기울기가 변하는 데는 특별히

주의를 하여야 한다 왜냐하면 초기 후기 수명에서 더 높은 신뢰도와 후기 초 ( ) (

기 수명에서 더 낮은 신뢰도의 할 수 도 있기 때문이다) trade-off

라 적용시기라 적용시기라 적용시기라 적용시기

ㆍㆍㆍㆍ수명의 비교는 엔지니어링 사양 이 특정한(Specification) 을 요구할 경

우 사용된다

ㆍㆍㆍㆍ이러한 접근방법은 고장시간 등 에 대하여 동일한 부품의(Cycle Km )

- 82 -

다른 시점에서의 프로토타입을 비교할 때 사용한다

ㆍㆍㆍㆍ신뢰성 목표가 달성될 때까지 계속한다

마 입력자료마 입력자료마 입력자료마 입력자료

ㆍㆍㆍㆍ프로토타입 의 몇 개 표본의 고장시간 등1 (Cycle Km )

ㆍㆍㆍㆍ프로토타입 의 몇 개 표본의 고장시간 등2 (Cycle Km )

⦙

ㆍㆍㆍㆍ마지막 프로토타입의 몇 개 표본의 고장시간 등(Cycle Km )

분석프로세스는 그림 과 같다[ 83]

프로세스프로세스프로세스프로세스 일반적 단계일반적 단계일반적 단계일반적 단계

Ⅰ 요구

또는 수명 결정

프로그램 신뢰성 목표 사용

고객의 운영 사용 프로파일 사용( )

시험 프로그램 적정시간 사용

Ⅱ 시험 프로그램 자료정보

확인과 데이터 수집초기 부품의 프로토타입

후기 부품의 프로토타입

Ⅲ 다른 프로토타입에 대한

누적고장 시간 또는 vs

거리 계산 및 타점

분석이 가능한 사용Weibull SW

가능한 가속수명시험 사용

Ⅳ 프로젝트 검토 시

현재 신뢰성 수준신뢰성 목표 적합성 결정

초기 경고 관련 정보 제공

개선을 위한 계획 정보 제공

그림 프로세스별 단계[ 83]

- 83 -

제 절 신뢰성성장 데이터분석제 절 신뢰성성장 데이터분석제 절 신뢰성성장 데이터분석제 절 신뢰성성장 데이터분석2222

초기 프로토타입 으로 부터 개의 표본을 정상하중 으(Prototype1) 6 (Nominal load)

로 고장 날 때까지 시험하고 고장모드를 기록하였다 여러 개선작업을 거친 후 후

기 프로토타입 으로부터 개의 표본을 고장 날 때까지 시험하고 고장모(Prototype2) 6

드를 기록하였다 시험 데이터는 표 에 주어져 있다 [ 81]

에 고장데이터를 입력하고 각 프로토타입 단계별로 용지에 결과MINITAB Weibull

를 타점한 결과 그림 와 같은 성장곡선이 생성되었다 [ 84] Weibull

정상하중 에서 의 평균수명 추정치는 이(Nominal load) Prototype1 127366Cycle

고 의 평균수명 추정치는 로서 의 개선을 이루었 Prototype2 176882 Cycle 389

음을 알 수 있었다 수명은 은 이었으나Prototype1 112668 Cycle Prototype2

의 수명은 로서 상당한 개선이 이루어졌음을 볼 수 있다168620 Cycle 수

명에 대한 신뢰하한은 로 추정되었다 따라서 정상부하에 의한95 162926 Cycle

시험데이터분석 결과 개선활동 재료배합개선 형상설계개선 공정개선 에 의하여 ( )

내구성 목표가 달성되었음을 알 수 있다

그림 는 에서의 신뢰구간을 보여주고 있다[ 85] Nominal load 90

최대하중 에서는 표 의 데이터 입력결과 그림 의 그래프를(Max load) [ 82] [ 86]

생성하였다 그래프로 부터 추정된 의 Prototype1 수명은 이고16362Cycle

의Prototype2 수명은 이다21850 Cycle 수명에 대한 신뢰하한추정치95

는 으로부터 로 계산된다MINITAB 20983 Cycle

의 수명과 의 수명이 다른 것은 개선 활동의 결과이Prototype1 Prototype2

- 84 -

며 에서 개선목표가 달성되었음을 알 수 있다 Prototype2

표 하중 고장시간[ 81] Nominal (Cycle)

Weibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth Curve

(Nominal Load)(Nominal Load)(Nominal Load)(Nominal Load)

그림 성장곡선[ 84] Weibull (Nominal load data)

- 85 -

Weibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth Curve

(Nominal Load-90 Cl)(Nominal Load-90 Cl)(Nominal Load-90 Cl)(Nominal Load-90 Cl)

그림 신뢰구간[ 85] Nominal Load90

- 86 -

표 하중 고장시간[ 82] Max (Cycle)

Weibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth Curve

(MaxLoad)(MaxLoad)(MaxLoad)(MaxLoad)

그림 성장곡선[ 86] Weibull (Max load data)

- 87 -

제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론9999

본 연구는 자동차현가장치인 고무부싱 의 신뢰성향상을 위한 기(Rubber bushing)

술개발과제이다 에나 인더스트리는 수출전문기업으로서 주요 경쟁사에 비해 고성

능 고내구성의 제품을 짧은 기간 내에 개발할 수 있는 능력을 갖추어야 해외 시장

에서 경쟁력을 가질 수 있다

본 연구개발에서는 수요기업에서 요구하는 GMUTS(General Motors Uniform

의 사양에 따른 시험을 실행하여 내구성을 목표 사이클 이상으Test Specification)

로 개선하고 정특성과 동특성 비틀림 토크를 개선항목으로 선정하여 제품의 품질

및 신뢰성 향상을 진행하였다

수요기업의 요구 수준에 의하면 내구성은 와 Tension Compress Alternating

가 동시에 일 때 일 때Torsion Stress Maximum Load 20000 Cycle Normal Load

을 요구한다 본 프로젝트의 경우 해외의 부품메이커들에 대한 경쟁150000 Cycle

력 우위를 확보하기 위하여 기본 요구 수준을 넘어 향상된 제품신뢰성을5~10

확보를 목표로 하였다 내구성 정특성 및 동특성에 대한 시험은 직접 행하였고 비

틀림토크에 대한 부분은 추가적인 시험장치가 필요하여 수요기업의 실험실에 샘플

을 제출하여 요구수준을 검증받았다

본 연구개발의 성과를 요약하면 다음과 같다

우선 기술적 효과로는

설계기술의 확보(1)

재료배합설계 형상설계 공정설계에 대한 기술을 확보하여 내구성을 비롯한 품

질특성을 향상시킬 수 있었다 종래에는 설계 개발 생산프로세스에서 경험적 방법

에 의존하여 시행착오가 많았으나 본 연구를 통하여 과학적이고 체계적인 방법으

로 접근할 수 있는 기술이 확보되었다

설계 요소의 기술적 배치를 위한 실험계획법의 활용기술 확보(2)

- 88 -

종전에는 고무 배합설계 형상설계 공정설계에 대하여 설계요인 별 수 (Facter)

준 을 무작위로 추출하여 실험하였으나 본 실험계획의 과정을 따르면 요인들(Level)

이 계획적으로 반영되어 품질특성에 각각 어느 정도의 영향을 미치는지 분석이 가

능하게 된다 또한 다구찌에 의한 강건 설계의 생성으로 산포를 줄일 수 있다

잠재적 고장원인 분석방법 기술 확보(3)

제품기능에 대한 잠재적 고장모드의 예측과 시험항목을 판단하고 최종적으로는 설

계검증 과 공정검증 의 세부항목과 효과적(Design verification) (Process verification)

으로 연계가 가능하다

신뢰성 데이터분석기술 확보(4)

부품의 개발과정에서 몇 개의 표본에 대한 고장시간 데이터가 있을 때 Weibull

분포를 활용한 신뢰성 성장분석이 가능하게 되었다 개발프로그램이 운영되는 동안

신뢰성 수준의 변화를 추적할 수 있어 목표하는 신뢰성 수준을 달성하기 위하여 충

분한 비율로 성장하고 있는지의 여부를 가능한 빠른 시간 내에 판단할 수 있고 그

에 따라 필요한 자원을 적절히 배분할 수 있다 따라서 개발책임자는 시험데이터로

부터 현재 시스템의 신뢰성 수준 성장률의 평가 앞으로 기대되는 달성 가능한 수

준에 대한 결정이 가능하다

경제적 측면의 효과로는

제품에 대한 내구성 및 동특성 정특성에 대하여 요구사양 이상으로 특성관리(1)

를 행할 수 있어 해외 부품메이커들에 대한 경쟁력 우위로 수출력을 향상할 수 있

게 되었다

개발기간을 단축할 수 있게 되어 개발비의 절감을 가져올 수 있게 되었다(2)

재료배합 형상설계 및 공정설계에 대한 기술개발의 표준 정립으로 개발 기간의 단

축이 가능하게 되었다

본 과제 결과를 활용하여 다른 방진제품에 대한 신뢰성 관리로 수출(3)

- 89 -

시장을 개척하여 신규거래처를 확보할 예정이다 신뢰성 데이터의 관리가 이루어져

제품수명에 대한 설득력 있는 자료의 제시가 가능하게 되었다

향후 연구계획으로는

고무부싱부품의 특성상 내구성만의 개선이 최선이 아니고 정특성과 동특성을 일

정수준으로 동시에 고려하여야 한다 따라서 이 부분에 대한 동시적인 실험설계가

시스템화 되도록 추가적인 연구가 요구된다

- 90 -

참고문헌참고문헌참고문헌참고문헌[ ][ ][ ][ ]

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Journal of Fatigue Vol27 2005

[8] McLean R A and Anderson V I Extreme Vertices Design of Mixture

Experiments Technometrics Vol8 No3 1966

- 96 -

주 의

이 보고서는 산업자원부에서 시행한 부품소재종합기술지원사업의 최1

종보고서이다

이 신뢰성기반기술확산사업 내용을 대외적으로 발표할 때에는 반드시2

산업자원부에서 시행한 부품소재신뢰성기반기술 사업의 지원결과임을

밝혀야 한다

- 97 -

이 보고서는 산업자원부에서 시행한

부품소재 신뢰성기반기술확산사업의 최종보고서이다

- 30 -

하였으며 를 정립화하여 최적의 적정 가황 포인트를 찾아 인장이 최CURE-STUDY

적일 때 내구성이 최적이고 가황제품과 시편을 동시에 함으로 시편과CURE-STUDY

제품의 상의성을 방지할 수 있었다

자동차업계에서는 일반적으로 고가의 폴리머를 선호하지만 본 연구를 통하여 가

격이 낮은 폴리머로도 성능향상이 가능하다는 것을 입증하였고 향후 타 아이템에도

연계 적용함으로 새로운 배합설계를 구축하였다

실험계획법의 적용실험계획법의 적용실험계획법의 적용실험계획법의 적용4444

기존의 개발 진행 방식은 경험에 의한 시행착오 접근 방법을 사(Trial and Error)

용하여 성능향상을 도모하였으나 본 연구에서는 배합물설계에 위한 실험계획법

기술을 적용하여 이론적으로 최적의 배합설계를 이(DOE Design of Experiment)

룰 수 있는 방법을 연구하였다

일반적인 고무제품의 배합은 많이 알려져 있지만 특성 향상을 위한 방안이나 그

배합에 대한 신뢰성에는 많은 의문점이 제기 되는 게 현실이다 본 연구에서는 요

구특성을 만족시키기 위하여 선정된 촉진제의 배합조건의 최적화를 실현하기 위하

여 실험계획법의 꼭지점계획법을 이용하여 그 효율성을 검증하고자 하였다 배합의

경우 어느 독립적인 인자의 선정으로는 그 효과를 극대화 시킬 수 없는 특성이 있

는데 본 연구에서는 선정된 촉진제 및 폴리머의 조건 하에서 최적의 배합 조건을

찾아보고자 하였다

재료배합설계의 개선을 위한 방안을 정리하면 표 과 같다[ 41]

- 31 -

표 내구성 및 정 동특성 동반향상을 위한 개선방안[ 41] -

항 목항 목항 목항 목 기존 방안기존 방안기존 방안기존 방안 제안된 개선 방안제안된 개선 방안제안된 개선 방안제안된 개선 방안

배합 설계 방안

경험적 배합 설계

고 배합설계COST

국내수급재료사용

실험적 분석기법 도입

저 배합설계COST

해외재료수입

내구성 향상

량 변경Carbon

용도별 적정 적용Carbon

정동특성 향상 방안을 동시==gt

고려

경험적 수치의 가황제 량 선정

가교 시스템 향상 방안을 고려한

가황제 량 선정

(EV - CURE)

결합력 증대==gt

경험적 수치에 의한 촉진제 량

선정 경도별 선정 미비( )

가교 효율을 반영한 촉진제 량의

선정

적정한 가황 포인트 파악을 위한(

실시Cure Study )

정 동특성 향상-

정특성 향상 방안 경도 증가

동특성 향상 방안 경도 하락

두 특성을 만족시키기 위한==gt

경험적 수치의 경도 선정

데이터베이스를 활용한 배합설계

정 동특성을 동시에 만족할 수-

있는 배합제 적용

분산 및 흐름성 개선==gt

형상개선과 동시 고려==gt

- 32 -

표 는 지원 전 배합비율과 특성별 성능수준을 나타낸다[ 42]

표 지원 전 성능수준[ 42]

- 33 -

제 절 꼭지점계획법에 의한 최적배합조건제 절 꼭지점계획법에 의한 최적배합조건제 절 꼭지점계획법에 의한 최적배합조건제 절 꼭지점계획법에 의한 최적배합조건3333

재료설계에 적용되는 실험계획은 혼합물 배합에 관한 실험계획으로서 몇(Mixture)

개 성분의 혼합물 중 어떠한 성분이 품질의 특성에 유의한 영향을 미치는지를 분석

하여 반응을 최대로 만드는 최적혼합비율을 찾고자 하는 실험계획이다

혼합물실험에 적용되는 실험계획으로는 심플렉스 격자형배열법 심플렉스 중심배열

법 꼭지점 계획법 등을 주로 적용한다 본 실험에서는 심플렉스의 전 영역이 아니

라 제한된 영역에서 실험을 하고자 하므로 꼭지점계획법(Extreme vertice design)

을 적용하였다

고무부싱의 재료배합에서는 개의 성분재료가 있고 이들을 어떤 비율로 배합하는

것이 품질특성치를 가장 좋게 하는가를 찾는다 성분의 혼합에 있어서 를 번째

성분의 혼합비율이라고 하면 다음과 같은 관계식을 만족시켜야 한다

이러한 경우는 일반적 실험계획법처럼 심플렉스의 모든 영역에 실험이 배치되는 것

이 아니고 제한된 영역에서만 실험을 하는 경우이다 즉 각 인자 가 (Factor) 0 le

의 모든 값을 취할 수 있는 것이 아니라 제한된 구간1le

안에서만 값을 취한다 이와 같은 경우는 경제적인 이유나 또는 실험 전에 인자들

의 성질에 대하여 상당한 정보가 있는 경우이다 위의 식과 같은 인자의 구간이 설

정되면 실험가능영역은 심플렉스 상의 좁은 영역이 된다

- 34 -

과 은 제한된 실험영역에 대한 실험계획법으로 꼭지점 계획법Mclean Anderson

을 제안하였다 이 계획법은 제한된 영역이 가지는 모든(extreme vertices design)

꼭지점과 이 꼭지점들의 선형조합으로 이루어지는 몇 개의 점을 적절히 선택하는

실험계획법이다 만약 개의 혼합성분이 사용되는 경우 실험영역을 그림으로 그리 4

면 그림 와 같이 사면체 속에 위치하는 면체가 된다 과 은[ 42] 6 Mclean Anderson

이 면체의 꼭지점과 중심점을 실험점으로 선택하는 방법에 대한 예제를 제시하고6

있다

그림 개의 혼합성분에 대한 꼭지점계획법[ 42] 4

고무부싱의 재료설계 시 혼합물은 고무 카본 및 배합원료로서 황화제 촉진제

가공제 유기산 금속산화제 노화방지제 보강제 충진제 등을 사용한다

재료 배합 실험은 경도별로 나누어 실행되었으며 표 은 경도 도 오차범[ 43] 48 (

위 plusmn 도 에 대한 혼합물성분의 한계이다 에 성분의 한계를 입력한 결과2 ) MINITAB

네 가지 성분에 대하여 표 와 같은 총 회의 실[ 44] 17

- 35 -

험점이 생성되었다 실행 의 경우 의 성분을 1 A B C D 09807 00068 00011

의 비율로 섞어서 실험하라는 의미이다00114

표 혼합물 성분의 한계[ 43] (48Hs)

성분 하한 상한

A 외 기타Polymer 09774 09807

B 촉진제1 00068 00085

C 촉진제2 00011 00022

D Sulfur 00114 00119

표 꼭지점계획법에 의한 실험설계와 결과데이터[ 44] (48Hs)

을 활용한 혼합물 설계 데이터분석 결과는 표 표 과 같다MINITAB [ 45][ 46] 17

회의 실험점에 대한 데이터분석 결과 각 실험 점에서의 적합추정치와 신뢰구 95

간을 구할 수 있었다

- 36 -

표 을 보면 실험점 에 의한 배합조건으로는 신뢰구간으로[ 45] 14 95

의 내구성이 나타난다 에서는 각 성142322cycle ~ 146166cycle Nominal Load

분에 대한 제한조건을 만족시키면서 내구성을 최대로 하는 처리조건은 인자의 네

가지 성분 즉 외 에 대한 배합 비율이 Polymer Acc1 Acc2 Sulfur 097740

이었다 그리고 이 처리조건에서 예상되는 내구성은00085 00022 00119

에 도달할 것으로 추정되었다146943cycle

에서는 인자의 네 가지 성분의 배합비율이 와 마찬Maximum Load Nominal Load

가지로 이었다 그리고 이 처리 조건에서 예상되는09774 00085 00022 00119

내구성 추정치는 이었다18917cycle

표 데이터분석 결과[ 45] (48Hs Nominal Load)

에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응Dura(Nom)Dura(Nom)Dura(Nom)Dura(Nom)

- 37 -

반응 최적화 모수반응 최적화 모수반응 최적화 모수반응 최적화 모수

글로벌 솔루션글로벌 솔루션글로벌 솔루션글로벌 솔루션

예측 반응예측 반응예측 반응예측 반응

Dura(Nom) = 146943

- 38 -

표 데이터분석 결과[ 46] (48Hs Maximum Load)

에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응Dura(max)Dura(max)Dura(max)Dura(max)

반응 최적화 모수반응 최적화 모수반응 최적화 모수반응 최적화 모수

글로벌 솔루션글로벌 솔루션글로벌 솔루션글로벌 솔루션

외Polymer = 09774

- 39 -

Acc1 = 00085

Acc2 = 00022

Sulfur = 00119

예측 반응

Duro(max) = 189171

경도 도 오차범위 도 에 대한 혼합물성분의 한계와 에 의한 실험50 ( plusmn 2 ) MINITAB

점은 표 표 과 같다[ 47] [ 48]

표 혼합물 성분의 한계[ 47] (50Hs)

- 40 -

표 실험계획의 결과[ 48] (50Hs)

경도 도에 대한 혼합물 설계 데이터분석 결과는 표 표 과 같다50 [ 49][ 410] 17

개 실험 점에서의 적합추정치와 신뢰구간은 예측반응에 잘 나타나 있다95

에서는 각 성분에 대한 제한조건을 만족시키면서 내구성을 최대로Nominal Load

하는 처리조건은 외 기타 의 각 성분에 대하여 배합비Polymer Acc1 Acc2 Sulfur

율이 이고 이 처리조건에서 예상되는 내구성은09687 00088 00025 00200

에 도달할 것으로 추정되었다159209 Cycle

에서는 인자의 네 가지 성분의 배합비율이 와 마찬가Maximum Load Nominal Load

지로 이었다 그리고 이 처리조건에서 예상되는 내09687 00088 00025 00200

구성 추정치는 이었다 일 때와 일218572 Cycle Nominal Load Maximum Load

때의 적정배합비율이 다르게 나오는 경우가 있는데 이는 오차범위 경도의 경우( plusmn

도 가 비교적 넓은 고무의 특성에서 비2 )

- 41 -

롯되거나 측정오차에 따른 결과로 추정된다

표 데이터분석 결과[ 49] (50Hs Nominal Load)

에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응Duro(Nor)Duro(Nor)Duro(Nor)Duro(Nor)

반응 최적화 모수반응 최적화 모수반응 최적화 모수반응 최적화 모수

- 42 -

글로벌 솔루션글로벌 솔루션글로벌 솔루션글로벌 솔루션

예측 반응예측 반응예측 반응예측 반응

Duro(Nor) = 159209

표 데이터분석 결과[ 410] (50Hs Maximum Load)

에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응Duro(max)Duro(max)Duro(max)Duro(max)

- 43 -

반응 최적화 모수반응 최적화 모수반응 최적화 모수반응 최적화 모수

글로벌 솔루션글로벌 솔루션글로벌 솔루션글로벌 솔루션

예측 반응예측 반응예측 반응예측 반응

Duro(Max) = 218572

재료배합시험에 있어서 가류시간이 특성 치에 영향을 미치므로 레오그래프

분석에 의해 적정가류시간을 결정한다 레오그래프는 다음의 용도에(Rheograph)

활용된다

고무제품의 가류도 측정①

가류속도 측정②

최적의 가류공정 조건 확립③

가류약품 선정 및 배합 작성Recipe④

고무제품의 품질관리⑤

아래 그림 은 경도 도에 대한 재료의 레오그래프이다 그래프에 나타난 용[ 43] 48

어를 설명하면 다음과 같다

혼합물 의 가 가류되었을 때의 시간을 나타내며 가류시간을tc90- (Compound) 90

결정하는 기준으로 사용된다

스코치시간 을 나타내며 원하지 않는 가교가 일어ts2 - (Scorch time)

- 44 -

나는 시간으로 적절한 가류시간을 찾기 위해 필요한 과정임

고무의 특성을 토르크 값으로 나타낸 값으로 일반적으로 혼합물Tmax- (Torque)

의 경도에 따라 변함

평형 토르크MH- (Equilibrium torque)

최소 토르크ML- (Minimum torque)

본 재료시험에 적용된 가류시간은 의 배 사이에서 적정수준을 결정하tc90 1-15

였다

연구의 결과 카본의 입자가 작을수록 내구성은 향상시키지만 대체로 분산이 잘 되

지 않아 혼합물의 품질이 고르지 못하였다 따라서 카본의 분산도를 평가하여 만족

할 만한 수준이 나오는지 확인하였으며 상대적으로 작은 입자경의 카본을 사용하

여 내구성을 높이려 하였다

그림 경도 도 고무에 대한 레오그래프[ 43] 48

- 45 -

실험의 결과 카본블랙과 레오그래프와의 관계는 그림 와 같이 나타났다 그림[ 44]

에서 보는바와 같이 입자경의 크기가 증가함에 따라 결합력이 약해지므로 토르크

값이 낮아짐을 알 수 있다

그림 각종 카본블랙의 레오그래프[ 44]

- 46 -

본 연구에 적용된 카본 입자경의 크기와 양은 표 과 같다[ 411]

경도변화는 카본입자의 크기와 양에 따라 결정이 되며 레오그래프의 값이 Tmax

이러한 사실을 보여주고 있다

표 레오그래프상의 경도와 카본의 관계[ 411]

레오그래프는 섭씨 도에서 그려짐PHR = Part in Hundred Rubber 160

- 47 -

제 장 형상개선제 장 형상개선제 장 형상개선제 장 형상개선5555

제 절 외철의 스웨징 율 변화에 의한 개선제 절 외철의 스웨징 율 변화에 의한 개선제 절 외철의 스웨징 율 변화에 의한 개선제 절 외철의 스웨징 율 변화에 의한 개선1111

높은 품질의 부싱을 개발하기 위해서는 적절한 재료설계에 의한 경도 및 고무 특

성의 설정이 매우 중요한 요소이지만 고무의 특성 개선에만 의존하는 것은 한계점

이 있다 따라서 제품의 형상변화를 통해 고무의 특성을 극대화함으로써 내구성 및

품질특성을 향상시킬 수 있다

그림 은 부품의 세부형상과 설계도이다[ 51]

그림 세부형상[ 51] DA-2

- 48 -

그림 는 제품의 단면을 보여준다 그림에서 는 다른 모델에 비해 고무[ 52] DA-2

량이 다소 적음을 알 수 있다 형상 변화를 통한 품질특성의 개선을 시도함에 있어

서는 부품에 대한 조립성과 제조성 을 반드시(DFM Design for Manufacturability)

고려하여 형상변화를 꾀하여야 한다 본 제품의 경우 외철 과 내철 (outer pipe)

의 길이는 한정되어 있으며 그 직경의 변화도 허용공차를 미만(Inner pipe) 05 mm

의 수준으로 요구하고 있다

형상변경을 통한 성능향상 방안으로서 외철에 대한 스웨징율 을 변(Swaging rate)

경함으로서 외경크기의 변화를 시도하였으며 또한 내철의 구배각도를 변화시켜 개

선점을 찾으려고 노력하였다

그림 단면[ 52] DA-2

부싱의 경우 일반 적으로 스웨징이라는 공정을 거치게 되는데 이는 공정에서 외

경의 크기 조정을 통하여 성능을 향상 시키는 방법으로서 스웨징율을 조정함으로서

외철의 외경 크기를 허용범위 내어서 변화시키는 것이다 이는 스웨징에 따른 직경

변화에 의해 고무의 조직이 조밀해져 고무 특성을 향상시킬 수 있게된다

그림 은 스웨징의 방향을 나타내며 그림 는 스웨징 전 후의 외철의 크[ 53] [ 54]

기 변화를 보여주고 있다

- 49 -

그림 스웨징 방향[ 53]

그림 스웨징 전후의 외경 크기의 변화 단면[ 54] ( )

제 절 내철의 구배 변화에 의한 개선제 절 내철의 구배 변화에 의한 개선제 절 내철의 구배 변화에 의한 개선제 절 내철의 구배 변화에 의한 개선2222

아래 그림 는 형상 변화를 시도할 수 있는 내철 끝단 부분의 구배를 표시한[ 55]

그림으로서 는 구배각도를 나타낸다a

- 50 -

그림 구배각도[ 55]

그림 은 본 제품의 특성 요구 사항을 그림으로 표시한 것으로 고무부싱은[ 56]

및 의 외력에 대하여 적절하게 대응할 수 있도록 설계되어야 한다 부싱 종류F1 F2

의 경우 일반적으로 고무 제품의 유연함과 동배율 개선을 위하여 저경도의 고무를

적용하는 경우가 많은데 이 경우에는 외력에 대한 특성이 상대적으로 취약하게F1

나타나게 된다 이러한 취약점을 보완하기 위하여 본 연구에서는 그림 과 같 [ 57]

이 제품이 허용하는 범위 내에서 내철의 구배를 변화 시킨 후 실험데이터의 분석을

통해 성능 개선 방안을 찾고자 하였다

그림 부싱의 외력[ 56]

그림 의 의 경우는 구배를 주지 않은 경우이며 의 경우는 구배를 준[ 57] (a) (b)

경우를 표시하고 있다

- 51 -

의 경우 외력에 의하여 발생하는 반발력 은 순수한 고무 특성에 의해서(a) F1 Fr1

만 나타나게 된다 이러한 경우 저경도의 고무을 적용하였을 때 의 크기가 미미 Fr1

하여 적절한 특성을 발휘하지 못하게 된다

의 경우와 같이 내철에 구배를 주게 되면 의 외력에 대하여 구배가 들어간(b) F1

부분 에 의한 반발력 함께 가 생성되어 상대적으로 에 대한 저항력이 커Fr3 Fr2 F1

짐으로써 성능을 향상 시킬 수 있게 된다

그림 구배각도의 적용에 따른 차이 단면[ 57] ( )

그림 구배각도의 적용에 따른 차이 입체[ 58] ( )

- 52 -

제 장 도포공정개선제 장 도포공정개선제 장 도포공정개선제 장 도포공정개선6666

고무부싱의 내구성 향상을 위하여 필수적으로 관리하여야 할 공정이 도포공정이

다 도포공정은 접착의 원리에서부터 접착의 구조 접착의 강도 피착재의 표면처리

법 및 접착제 사용법 등 접착에 관한 전반적인 기술을 공정에 효율적으로 적용하여

야 한다

고무와 금속과의 접착력이란 접착제와 피착제 사이의 계면 결합력을 의미하며 접

착강도는 시험방법 접착방법 시험시의 조건 시편의 기하학 등 여러 인자에 의해

영향을 받는다 접착파괴는 접착제의 가장 약한 곳에서 일어나며 접착강도는 여러

가지 측정법에 따라 고유강도 잔류강도 측정강도 등과 같이 다르게 표현된다 고

무부싱의 접착구조는 그림 과 같다[ 61]

그림 접착의 구조[ 61]

프라이머 는 피착제 표면과의 친화성이나 접착제와의 상용성이 뛰어나야(Primer)

하고 동시에 접착 저해물과의 상용성도 높아야 한다 또 프라이머 중의 유효성분

쪽이 피착제 표면에 흡착되어 있는 저해성분보다 피착제에 의하여 안정하게 흡착되

어 있는 것이 중요하다 따라서 프라이머는

- 53 -

충분한 교반 균일하고 엷은 도포 그리고 완전한 건조가 이루어져야 한다 이러한

도포공정은 피착제의 모앙에 따라 달라진다

열경화성 접착제의 대부분은 유기 중합물과 각종 충진제를 유기용제에 용해 분산

시킨 것으로 사용전이나 사용 중에도 교반기 등으로 균일하게 용해 분산시킨 접착

제를 사용하는 것이 중요하다 따라서 의 도포 공정은 그림 와 같이 교 DA-2 [ 62]

반기를 추가 설치하여 공정 개선을 실시하였다

그림 설치한 교반기[ 62]

또한 피착제의 균일한 도포를 위해 롤타입의 코팅기에 기존 페인트용 롤러에서

그림 에서와 같이 융을 말아 롤러 도포하는 형태로 개선을 실시하여 코팅의[ 415]

두께 정밀도를 향상시켰다

- 54 -

그림 변경된 롤러 모양[ 63]

접착 재료를 프라이머 에서 변경하여 사용함CHEMLOK 220 252 CHEMLOK 205

으로써 접착력을 향상시켰는데 는 금속 및 경길대료의 프라이머로CHEMLOK 205

사용되며 또한 같은 극성고무에 단독으로 접착이 가능하다 NBR

방식의 경우 의 특징을 살펴보면TWO Coat CHEMLOK 205

ㆍㆍㆍㆍ 접착제의 금속 표면에서의 접착강도를 향상시킬 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ 기계적 표면처리 후 활성화된 금속표면을 산화작용으로부터 보호하며 녹방

지 도료적 역할을 한다

ㆍㆍㆍㆍ 크로로프렌이나 에피크로로히드린고무와 같은 가류 중에 염소가스를 발생

시 켜 금속표면을 부식시키기 쉬운 고무배합에 대하여 유효하게 적용된다 프

라 이머는 충분한 교반 균일하고 엷은 도포 그리고 완전한 건조가 이루어져

야 접착성이 뛰어나게 된다

도포공정 개선 전후의 효과는 그림 그림 의 도포두께 비교[ 64]~[ 67] Cpk

를 통해서도 알 수 있다DATA

아래 그림 는 도포공정의 개선전[ 64] 관리도의 그래프를 나타낸

- 55 -

것으로 관리도는 평균치와 범위에 관한 계량형 관리도에서 가장 많이 사용되

는 관리도의 하나이다 관리도는 평균치의 변화를 관리하는 관리도와 산포의

변화를 관리하는 관리도로 구성된다 관리도의 중심선(Central Line) CL=로 나

타내며 관리 상한선 은(Upper Control Limit) UCL= 로 관리하한선인 (Lower

의 경우Control Limit) LCL=

로 구한다

관리도의 관리선의 경우 중심선 관리상한선 UCL= 관리하한선 LCL

의 경우 로 구한다

여기서 등의 계수는 샘플의 크기인 에 따라 결정 되며 일 경우=4

=0729 =0 이다=2282

그림 에서[ 64] 이며=273410 관리도의 로 나타났UCL=307994 LCL=238826

다

관리도의 은CL 이며 이다=4744 UCL=1082581

- 56 -

그림 도포공정 개선전[ 64] 관리도

한편 그림 는 도포공정 개선 전의 경우에 대하여 지정된 규격의 공정능력 [ 65]

지수를 나타낸 것으로서 단기공정능력지수( 와 장기공정능력지수) ( 를 나타낸)

다 단기공정능력지수는 공정능력 ( 과 규격의 폭) ( 과의 비율을 의미하며 일반적)

으로 로 표시한다 규격은 그림 에서처럼 양쪽규격이 모두 주어진 경우 공 [ 65]

정 능력 지수는 다음과 같이 계산할 수 있다

공정 능력

로 나타내고 만약 공정 평균이 규격의 중심으로부터 어느

한쪽으로 치우쳐 있게 되는 경우 치우침도( 와) 를 조합한 단기공정능력지수

( 로 나타낸다 즉)

- 57 -

장기공정능력지수( 의 계산은)

으로서 이다

따라서 그림 에 나타난 것처럼 개선전의 공정능력은[ 65] =17854 =08458

으로서 장기 공정에 대해 만족스럽지 못한 값을 나타내고 있다

그림 도포공정 개선전 공정능력 분석그래프[ 65]

- 58 -

그러나 공정개선후의 관리도인 그림 을 살펴보면[ 66] 이며=28196 관리

도의 이고UCL=300418 LCL=263502 관리도의 은CL 로=2532 UCL=51418

나타난다

그림 도포공정 개선후[ 66] 관리도

- 59 -

개선 후에는 그림 로부터 알 수 있듯이 단기공정능력은[ 67] 으로서=31966

인 장기 공정에 대해 안정적인 것을 확인할 수 있어 도포공정 개선에=23275

대한 효과가 있음을 알 수 있다

그림 정 개선 후 공정능력 분석그래프[ 67]

또한 도포공정의 두께관리를 강화하기 위하여 작업자 교육 및 샘플링 두께 측정

검사를 통해 지속적인 모니터링을 실시하고 공정별 온도관리 및 시간 관리를 통해

작업 환경 유지관리 강화로 변함없는 품질의 제품을 생산하도록 하였다 그림 [

은 롤 코팅 공정이다68] (Roll coating)

- 60 -

그림 롤 코팅 공정[ 68] (Roll coating)

- 61 -

제 장 최적수준 결정을 위한 파라미터 설계제 장 최적수준 결정을 위한 파라미터 설계제 장 최적수준 결정을 위한 파라미터 설계제 장 최적수준 결정을 위한 파라미터 설계7777

제 절 실험계획법에 의한 유의인자 결정제 절 실험계획법에 의한 유의인자 결정제 절 실험계획법에 의한 유의인자 결정제 절 실험계획법에 의한 유의인자 결정1111

재료설계 형상설계 및 공정설계에 대한 최적조건의 결정은 부품의 품질 특성에

대한 사양 을 만족시켜야 할 뿐 아니라 생산부품 간 품질의 산포를(Specification)

최대한 줄여야 한다 의 최적설계를 위해 다구찌 기법 을 적 DA-2 (Taguchi method)

용하였다

다구찌의 강건설계 는 인자 가 품질 특성의 평균에 대해(Robust design) (Factor)

가지는 효과뿐만 아니라 분산에 미치는 효과에 대해서도 초점을 맞추고 있다 분산

을 줄일 수 있는 통제 가능한 인자에 대한 조건을 설정하여 품질특성이 통제 불가

능한 인자의 변화에 대해서는 둔감하도록 할 수 있다 강건설계의 주목적은 품질특

성의 목표값을 유지하면서 분산을 줄이는 인자에 대해 설치값 을 발견하는 (Setting)

데 있다

다구찌 설계에 의한 실험계획법은 특히 확장된 역할로서 다음의 몇 가지를 들 수

있다

ㆍㆍㆍㆍ종래에는 제어 불가능한 환경조건이나 제어하기 어려운 생산조건 공정조건

등의 원인 이를 잡음인자로 통칭 들이 데이터에 주는 영향의 정도를 평가하기 어려( )

웠으나 객관적으로 그리고 계량적으로 이를 평가할 수 있는 방법을 제시하고 있

다 또한 품질 산포의 크기를 계량특성치 손실함수 비 등 로 변환하여 산포를 ( SN )

작게 하는 인자들의 조건을 찾아가는 강건설계를 사용한다

ㆍㆍㆍㆍ직교배열표를 광범위하게 사용하여 인자의 수가 많은 경우에도 크게 실험횟

수를 증가시키지 않고 실험하는 일부 실시법을 사용한다

ㆍㆍㆍㆍ생산라인 내 뿐만 아니라 신제품 개발을 위한 품질설계 파라미터(On-line)

설계 허용오차 설계 등의 라인 외 품질관리를 위하여 유용하게 사용할 (Off-line)

수 있다

ㆍㆍㆍㆍ다구찌 방법에서 추가적으로 다룰 수 있는 주요한 것들로는 직교배열

- 62 -

표의 확대사용 수준계의 표준 직교배열표 이외에 확대 응용 혼합 직교배열표(2 3

의 사용과 조합법의 사용 계량치 데이터의 파라미터 설계 허용차 설계 그리고)

계수치 데이터의 파라미터 설계 동적 특성의 파라미터 설계 등을 들 수 있다

파라미터 설계 는 제품설계와 공정설계에서 유용하게 사용되는(Parameter design)

다구찌 실험계획법의 핵심이다 파라미터는 제품성능의 특성치에 영향을 주는 제어

가능한 인자 를 의미하며 파라미터 설계는 이들 인자들의 최적(Controllable factor)

수준을 정하여 주는 것을 말한다 파라미터를 설계변수 라고도 부 (Design variable)

르며 파라미터 설계에서는 제품의 품질변동이 잡음에 둔감하면서 목표품질을 가질

수 있도록 설계변수들의 최적조건을 구하여 준다 최적조건을 찾을 때 설계변수와

잡음을 주는 인자들을 포함시켜 실험하는 직교배열표 등을 주로 사용한다 이때 목

표 품질을 만족시키는 범위 내에서 가능한 한 비용이 적게 드는 조건이나 부품 등

을 이용한다

만약 신뢰성에 영향을 주는 제어 가능한 인자 에 대한 파라미터설계 A B C D

를 한다고 하자 는 수준 는 수준의 혼합수준 에 대한 설계 A B 4 C D 2 (Mixed level)

분석을 하려고 한다면 각 요인 변동의 계산을 표 과 같은 [ 71] L16(215형 직교배)

열표 를 사용하면 된다(Orthogonal Design)

에 대한 파라미터 설계조건으로는 내구성이 가장 좋은 최적의 설계 및 공정DA-2

조건을 구하여야 하므로 반응변수가 큰 값일수록 좋은 망대특성(Larger-the-better

에 대한 조건을 구하고 부품의 정특성 및 동특성에 대한 분석은 적characteristics)

정한 상호관계를 고려하여 별도의 실험을 행한다

- 63 -

표 다구찌 설계의 예[ 71]

- 64 -

제 절 시험데이터의 해석제 절 시험데이터의 해석제 절 시험데이터의 해석제 절 시험데이터의 해석2222

실험조건실험조건실험조건실험조건1111

제품의 신뢰성향상을 위해 지금까지 재료배합의 개선 형상개선 및 공정개선에

대한 각각의 과정을 설명하였으며 본 장에서는 관련된 여러 인자들을 동시에 고려

하여 최상의 품질특성을 나타낼 수 있는 최적인자수준의 결정에 대하여 설명하려고

한다 이는 인자들 간의 상호 작용이 상승 또는 보완작용을 할 수도 있고 반대로

서로 상극임을 나타낼 수 도 있기 때문이다

일반적으로 고무부싱의 개발에 적용되는 인자 는 다음과 같다(Factor)

ㆍㆍㆍㆍ경도 는 수요기업에서 제시하는 사양 에 따라 적정수(Hardness) (Specification)

준의 경도 도 도 도 도 를 적용하였으며 경험적으로 경도의 산포는(43 45 48 50 ) plusmn

정도이다2

ㆍㆍㆍㆍ각 부분의 모양이나 각도에 따라 고무 량에 영향을 미치게 되는 형상설계에

관해서는 내부 파이프 구배각도를(Inner pipe) 15deg~25deg로 하고 외부파이프 (Outer

의 접착부분을 로 하였으며 외경의 크기는pipe) 13mm~15mm

27mm~ 로 유지하였다278mm

ㆍㆍㆍㆍ공정설계는 가류시간을 로 하였다 가류 온도는240sec~600sec 150deg~180

로 하고 주변 온도에 영향을 받으므로 금형 표면온도는 항상 확인하였다 접착제

도포가 내구성에 영향을 주므로 접착제 두께는 으로 하고 접15micron~40micron

착제 배합조건은 로 하였다120cc~128cc

다구찌 설계에 의한 최적수준을 결정하기 위해 다른 인자는 고정시키고 경도 가

류시간 스웨징 인자에 대하여 표 와 같이 실험수준을 정하였다 [ 72]

- 65 -

표 실험인자 별 수준[ 72]

분석결과의 해석분석결과의 해석분석결과의 해석분석결과의 해석2222

실험결과의 해석은 다음과 같다

을 통해 표 의 실험조건을 입력하여 다구찌 설계를 생성한 결과MMITAB [ 72]

표 과 같은 실험조합을 얻었다 표 는 실험조합 별 시험결과 값이다[ 73] [ 74]

에서의 내구성에 대한 다구찌 설계해석의 결과는 표 의 신호 대Nominal load [ 75]

잡음비 비 평균 표준편차에 대한 반응표에 잘 나타나(SN Signal to noise ratio)

있다 그림 그림 은 비 평균 표준편차에 대한 반응 값을 도식한 [ 71]~[ 73] SN

것이다

표 의 신호 대 잡음비의 반응표를 보면 경도는 스웨징이나 가류시간에 비해[ 75]

반응변수 내구성 에 큰 영향을 미치고 있음을 보여준다 평균에 대한 반응표에서도( )

경도는 다른 인자들에 비해 반응변수의 평균에 크게 영향을 미치고 있음을 알 수

있다 표준편차 역시 경도의 수준 변화에 따라 차이가 가장 많음을 보여주고 있다

- 66 -

표 에 의한 다구찌 설계생성[ 73] MINITAB

- 67 -

표 실험조합 별 시험결과 데이터[ 74]

- 68 -

표 비 평균 표준편차에 대한 반응표[ 75] SN

신호 대 잡음 비에 대한 반응 표신호 대 잡음 비에 대한 반응 표신호 대 잡음 비에 대한 반응 표신호 대 잡음 비에 대한 반응 표

망대특성망대특성망대특성망대특성

평균에 대한 반응 표평균에 대한 반응 표평균에 대한 반응 표평균에 대한 반응 표

표준 편차에 대한 반응 표표준 편차에 대한 반응 표표준 편차에 대한 반응 표표준 편차에 대한 반응 표

- 69 -

그림 신호 대 잡음 비의 주효과도[ 71]

그림 인자수준별 평균의 주효과도[ 72]

그림 인자수준별 표준편차의 주효과도[ 73]

- 70 -

표 와 그림 에서 에서의 내구성 예측값을 가장 크게 하[ 75] [ 72] Nominal Load

는 것은 요인 수준의 조합이 일 때이다 품질 향상을 위해서는 정특성 동(4 2 2)

특성 값도 동시에 고려하여야 하므로 조합 조합 조합(4 2 2) (4 3 2) (4 1 2)

에 대한 예측 값을 함께 구하였다

표 은 에서의 내구성 예측값을 표 은 에[ 76] Nominal Load [ 77] Maximum Load

서의 내구성 예측값 표 은 정특성 예측값 표 는 에서의 동특성 예 [ 78] [ 79] 15Hz

측값 그리고 표 은 에서의 동특성 예측값을 보여주고 있다 [ 710] 150Hz Nominal

에서의 내구성 예측값은 조합 조합 조합에서 각Load (4 2 2) (4 3 2) (4 1 2)

각 목표값인 을 상회한 과170000 Cycle 178023 Cycle 174272 Cycle 175830

로서 조합일 때 더 높게 나타났다Cycle (4 2 2)

동배율은 예측 평균값을 기준으로 할 때 동배율은 조합에서는 에 (4 2 2) 15Hz

서 에서 이고 조합에서의110(1187691079) 150Hz 113(1215561079) (432)

동배율은 에서 에서15Hz 106(112856 106938) 150Hz 108(115769106938)

이며 조합에서의 동배율은 에서 에서 (412) 15Hz 108(118194 1094) 150Hz

이었다109(1195691094)

모델의 경우 수요기업에서 동배율 값이 적은 값을 요구하기 때문에DA-2 (kdks)

동배율을 고려하면 의 조합이 더 좋은 품질을 나타낸다고 할 수 있다(4 1 2)

- 71 -

표 에서의 내구성 예측값[ 76] Nominal Load

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 2 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 3 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 1 2

예측 값

신호 대

- 72 -

표 에서의 내구성 예측값[ 77] Maximum Load

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 2 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 3 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 1 2

신호 대

- 73 -

표 정특성 예측값[ 78]

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 2 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 3 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 1 2

신호 대

- 74 -

표 동특성 예측값[ 79] (15Hz)

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 2 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 3 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 1 2

신호 대

- 75 -

표 동특성 예측값[ 710] (150Hz)

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 2 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 3 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 1 2

신호 대

- 76 -

제 장 부품의 신뢰성성장관리제 장 부품의 신뢰성성장관리제 장 부품의 신뢰성성장관리제 장 부품의 신뢰성성장관리8888

제 절 신뢰성성장관리제 절 신뢰성성장관리제 절 신뢰성성장관리제 절 신뢰성성장관리1111

복잡하고 기술적인 제품의 개발 프로그램을 운영하는 데 있어서는 고객이 요구

하는 신뢰성 수준을 만족시키기 위하여 상당한 규모의 시간 예산 기술인력 등의

자원을 필요로 한다 고객들의 신뢰성 요구수준은 매우 높으므로 이러한 목표를 달

성하기 위하여 시험 개선 시험 개선의 개발과정을 반드시 거친다 이 과정에서 시- - -

스템 서브시스템 또는 모듈을 고장 날 때까지 시험하고 고장모드를 결정해서 이를

제거하기 위한 시도를 하거나 적어도 고장발생을 줄일 수 있는 시도를 하여 설계나

엔지니어링 개선을 이룬다 만약 이러한 과정이 계속되고 설계나 엔지니어링 변경

이 충분히 이루지면 시스템의 신뢰성은 증가한다 개발프로그램이 운영되는 동안

신뢰성 수준의 변화를 추적할 수 있다면 개발책임자로서는 여러 가지 이점이 있다

즉 목표하는 신뢰성 수준을 달성하기 위하여 충분한 비율로 성장하고 있는지의 여

부를 가능한 빠른 시간 내에 판단할 수 있고 그에 따라 필요한 자원을 적절히 배

분할 수 있다 따라서 개발책임자는 시험데이터로부터 현재 시스템의 신뢰성 수준

성장률의 평가 앞으로 기대되는 달성 가능한 수준을 결정하기를 원한다

신뢰성 성장관리 기술은 제품을 개발하는 데(Reliability growth management)

소요되는 많은 시간과 비용 및 엔지니어링 노력을 절감하면서 개념선택 제품과 공

정의 신뢰성 그리고 비용효율을 달성할 수 있도록 유용한 정보를 제공해 준다 군

사장비 자동차 및 전자 중장비개발 등에 적용된 최근의 신뢰성 성장시험 관리기술

은 각 분야의 경쟁적인 사업 환경 아래에서 제품개발을 효율적으로 조직하여 신뢰

성평가를 시작하고 신뢰성 성장과정을 추적할 수 있도록 해준다 신뢰성성장관리기

술은 제품 및 공정설계 관련사항 및 검증시험 항목들에 대하여 사용 환경에 따른

신뢰성 성장 진행과정을 확인하고 그 결과로부터 성장시험곡선을 개발할 수 있게

한다 또한 설계단계 사이의 여러 가지 관련성을 확인하여 관찰하고 그 정보를 다

른 제품보증분석들과 연결하여 고객 요구사항에 대한 제품의

- 77 -

적합도를 적절히 평가하는 데 도움을 준다

신뢰성성장모델은 가 개발한Crow(1975) AMSAA(Army Materiel Systems

모델이 많이 활용되었으나 이는 시스템 또는 서브시스템에서의Analysis Activity)

성장관리에 유용하고 부품수준에서는 모델을 활용하는 것이 더욱 실용적이 Weibull

다 모델은 목표 Weibull B10 수명에 대하여 초기 시작품 으로부터(Early Prototype)

후기 시작품 까지의 신뢰성 개선을 관리하는데 실용적으로 활용할(Later Prototype)

수 있다

신뢰성 성장시험 프로세스신뢰성 성장시험 프로세스신뢰성 성장시험 프로세스신뢰성 성장시험 프로세스1111

신뢰성 성장은 개발시스템에 대하여 여러 시험단계가 시리즈로 이루어지는 동안

고장모드를 발견하고 이를 개선하는 과정을 거쳐 이TAAF(Test Analyze And Fix)

루어진다 또한 기능시험 환경시험 안전시험의 결과는 신뢰성 향상을 위한 FMEA

등과 연계하여 사용된다 분석결과는 설계변경에 반영되고 최종목표가 달성될 때까

지 개선과 시험이 연속적으로 이루어진다 그림 은 일반적인 신뢰성 성장시험 [ 81]

프로세스를 보여준다 프로그램의 시작시점에 신뢰성 성장에 대한 계획을 수립하여

고객의 기대사항을 만족시킬 수 있는 성능수준에 대한 구체적인 측정치를 제시하

고 이 목적을 달성시킬 수 있는 시험조건을 정한다 시험조건은 특정한 부품이나

시스템에 대하여 고객의 사용방법과 환경에 대한 지식을 기초로 하여야 한다

개발프로젝트가 진행되는 동안 신뢰성 성장시험 프로그램이 개발되고 실행되는

과정에서 설계 및 공정의 관심사항을 확인하기 위해 QFD(Quality function

와 같은 제품보증을 위한 분석방법들이 선행되어 실시되는데 신뢰성deployment)

성장관리와 연계하여 이를 통틀어 통합 신뢰성 성장관리(Integrated reliability

라고 한다 신뢰성 성장관리를 포함한 제품설계평가의 모든growth management)

과정은 제품 공정의 신뢰성 향상에 있어 중요한 역할을 하는 제품보증기능의 한부

분이다

- 78 -

통합 신뢰성 성장시험관리 프로세스는 설계뿐 아니라 공정신뢰성(MIL-HDBK-781)

과 관련된 문제에 대응할 수 있도록 신뢰성 성장시험의 이점을 전적으로 활용할 수

있는 수단을 제공한다

신뢰성 성장관리과정을 개발함으로써 신뢰성 수준은 계속적으로 추적될 수 있고

조치를 취하고 다른 분석결과들과 비교되어 초기 신뢰성 예측을 수립하고 제품설

계에 포함된 확신을 증가시킨 후 검증시험에 들어갈 수 있도록 한다 이러한 신뢰

성 성장관리 프로세스는 제품개발 사이클에 있어서 초기 단계 동안에 신뢰성을 확

립하는 데 도움을 줄 수 있는 장치이다

그림 신뢰성성장시험 프로세스[ 81]

제품개발과정에 적용되는 신뢰성 성장시험관리 프로세스는 다음과 같다

신뢰성 성장시험조건을 결정하고 시험 사이클을 개발한다 ①

신뢰성 성장시험곡선의 사용을 통하여 시험과정을 실행하고 추적한다②

시험결과를 평가하고 다른 선행된 분석연구결과들과 비교한다③

확인된 결함을 제거하기 위해 설계변경을 실시한다④

- 79 -

설계검증시험을 준비한다⑤

신뢰성 성장시험의 주된 목적은 설계상의 약점을 확인하고 제거함으로써 설계의

신뢰성을 증가시키는 것이다 정확하게 신뢰성 수준이 변화되는 진행상황을 추적하

기 위해서는 요구사항에 대한 불합치성 을 확인하고 불합치성이(Nonconformance)

일어난 시간을 모두 추적하여야 한다 시험을 시작하기 전에 적절한 시정조치를 용

이하게 하기 위해 사전계획이 수립되어야 하며 고장분포를 결정하기 전에 각각의

고장부품에 대한 고장원인을 분리할 수 있어야 한다

부품의 개발과정에서 몇 개의 표본에 대한 고장시간 데이터가 있을 때 Weibull

분포를 활용한 신뢰성 성장분석에 대하여 설명하면 다음과 같다

가 분석의 개요가 분석의 개요가 분석의 개요가 분석의 개요

밀도함수는 그림 와 같이 특성 수명과 기울기로 고장시간Weibull [ 82] (Cycle

을 설명한다 작은 표본에 대한 고장시간 데이터가 주어졌을 때 분석Km) Weibull

을 사용하여 세 가지의 정보를 얻을 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ특정 시간이 주어졌을 때 등 부품의 신뢰도는 그 시간까지 살아 있(Cycle Km )

을 백분율이다

ㆍㆍㆍㆍ 또는 다른( 수명을 추정할 수 있다) 수명은 부품들 중 가 고장10

날 것이라고 기대되는 시간이다 즉 이 시간에서의 신뢰도는 이다 90

ㆍㆍㆍㆍ 기울기의 값은 고장률 패턴에 대한 정보를 제공해준다 기울기가Weibull 10

이라면 고장률이 일정하다는 것을 의미한다 이 경우 고장은 일반적으로 우연히

일어나며 고장률은 설계의 강건 정도에 따라 달라진다 기울기가 보다 작다면 1

고장률은 감소하고 있음을 의미한다

- 80 -

즉 높은 초기 고장률 을 말한다 기울기가 보다 크면 고장률은 증 (Infant mortality) 1

가하고 이는 마모 되고 있음을 의미한다(Wear-out)

그림 에 의한 부품의 신뢰성성장분석[ 82] Weibull 수명 비교

가장 많이 활용되는 측도는 수명이며 이것은 요구되는 목표 신뢰도가 임 90

을 의미한다 첫 번째 프로토타입이 고장 난다면 신뢰성 목표 달성을 위해 설계 변

경을 행하고 다음 프로토타입을 시험한다 이 과정은 목표 수명이 달성될 때까

지 반복한다

나 의이점나 의이점나 의이점나 의이점WeibullWeibullWeibullWeibull

부품의 개발과정에서 작은 표본에 대한 고장시간 자료가 주어졌을 때 Weibull

분석을 활용하여 신뢰성성장관리를 행하면 다음의 정보를 얻을 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ신뢰성 개선은 목표 수명이 달성될 때까지 하나의 프로토타입에

- 81 -

서 다음 프로토타입까지 추적할 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ신뢰성 개선은 시험한 프로토타입에 대해 타점으로 표현되고 빠르Weibull

게 방향을 파악하여 신뢰성 진전과정에 대한 양적 측면의 관리능력 향상을 그

래프로 확인할 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ컴포넌트를 고장 날 때까지 시험하는 것은 고장모드에 대한 아주 귀중한 정

보를 제공하고 따라서 시정조치 활동이 필요하다

ㆍㆍㆍㆍ많은 표본이 더 좋은 신뢰도를 얻을 수 있지만 분석은 많은 표본을Weibull

필요로 하지 않는다

ㆍㆍㆍㆍ고객의 운영 사용 사이클과 시험 모수의 관계가 알려져 있다면 더 빠르고( )

더 적은 비용으로 가속시험을 할 수도 있다

다 기본가정및제한다 기본가정및제한다 기본가정및제한다 기본가정및제한

ㆍㆍㆍㆍ각 분석에서 오직 하나의 고장모드만 포함되어야 한다 두 개나 그 이상의

고장 모드가 검출된다면 각각에 대해 분리하여 분석해야 한다

ㆍㆍㆍㆍ신뢰도는 시험 제한 한계 로 인해 년 마일까지 확장하여 외삽하면 안( ) 10 150K

된다 왜냐하면 시험 제한 한계 로 인해 다른 고장모드가 발생할 것인지 알 수 ( )

없기 때문이다

ㆍㆍㆍㆍ하나의 프로토타입에서 다음 프로토타입까지 기울기가 변하는 데는 특별히

주의를 하여야 한다 왜냐하면 초기 후기 수명에서 더 높은 신뢰도와 후기 초 ( ) (

기 수명에서 더 낮은 신뢰도의 할 수 도 있기 때문이다) trade-off

라 적용시기라 적용시기라 적용시기라 적용시기

ㆍㆍㆍㆍ수명의 비교는 엔지니어링 사양 이 특정한(Specification) 을 요구할 경

우 사용된다

ㆍㆍㆍㆍ이러한 접근방법은 고장시간 등 에 대하여 동일한 부품의(Cycle Km )

- 82 -

다른 시점에서의 프로토타입을 비교할 때 사용한다

ㆍㆍㆍㆍ신뢰성 목표가 달성될 때까지 계속한다

마 입력자료마 입력자료마 입력자료마 입력자료

ㆍㆍㆍㆍ프로토타입 의 몇 개 표본의 고장시간 등1 (Cycle Km )

ㆍㆍㆍㆍ프로토타입 의 몇 개 표본의 고장시간 등2 (Cycle Km )

⦙

ㆍㆍㆍㆍ마지막 프로토타입의 몇 개 표본의 고장시간 등(Cycle Km )

분석프로세스는 그림 과 같다[ 83]

프로세스프로세스프로세스프로세스 일반적 단계일반적 단계일반적 단계일반적 단계

Ⅰ 요구

또는 수명 결정

프로그램 신뢰성 목표 사용

고객의 운영 사용 프로파일 사용( )

시험 프로그램 적정시간 사용

Ⅱ 시험 프로그램 자료정보

확인과 데이터 수집초기 부품의 프로토타입

후기 부품의 프로토타입

Ⅲ 다른 프로토타입에 대한

누적고장 시간 또는 vs

거리 계산 및 타점

분석이 가능한 사용Weibull SW

가능한 가속수명시험 사용

Ⅳ 프로젝트 검토 시

현재 신뢰성 수준신뢰성 목표 적합성 결정

초기 경고 관련 정보 제공

개선을 위한 계획 정보 제공

그림 프로세스별 단계[ 83]

- 83 -

제 절 신뢰성성장 데이터분석제 절 신뢰성성장 데이터분석제 절 신뢰성성장 데이터분석제 절 신뢰성성장 데이터분석2222

초기 프로토타입 으로 부터 개의 표본을 정상하중 으(Prototype1) 6 (Nominal load)

로 고장 날 때까지 시험하고 고장모드를 기록하였다 여러 개선작업을 거친 후 후

기 프로토타입 으로부터 개의 표본을 고장 날 때까지 시험하고 고장모(Prototype2) 6

드를 기록하였다 시험 데이터는 표 에 주어져 있다 [ 81]

에 고장데이터를 입력하고 각 프로토타입 단계별로 용지에 결과MINITAB Weibull

를 타점한 결과 그림 와 같은 성장곡선이 생성되었다 [ 84] Weibull

정상하중 에서 의 평균수명 추정치는 이(Nominal load) Prototype1 127366Cycle

고 의 평균수명 추정치는 로서 의 개선을 이루었 Prototype2 176882 Cycle 389

음을 알 수 있었다 수명은 은 이었으나Prototype1 112668 Cycle Prototype2

의 수명은 로서 상당한 개선이 이루어졌음을 볼 수 있다168620 Cycle 수

명에 대한 신뢰하한은 로 추정되었다 따라서 정상부하에 의한95 162926 Cycle

시험데이터분석 결과 개선활동 재료배합개선 형상설계개선 공정개선 에 의하여 ( )

내구성 목표가 달성되었음을 알 수 있다

그림 는 에서의 신뢰구간을 보여주고 있다[ 85] Nominal load 90

최대하중 에서는 표 의 데이터 입력결과 그림 의 그래프를(Max load) [ 82] [ 86]

생성하였다 그래프로 부터 추정된 의 Prototype1 수명은 이고16362Cycle

의Prototype2 수명은 이다21850 Cycle 수명에 대한 신뢰하한추정치95

는 으로부터 로 계산된다MINITAB 20983 Cycle

의 수명과 의 수명이 다른 것은 개선 활동의 결과이Prototype1 Prototype2

- 84 -

며 에서 개선목표가 달성되었음을 알 수 있다 Prototype2

표 하중 고장시간[ 81] Nominal (Cycle)

Weibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth Curve

(Nominal Load)(Nominal Load)(Nominal Load)(Nominal Load)

그림 성장곡선[ 84] Weibull (Nominal load data)

- 85 -

Weibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth Curve

(Nominal Load-90 Cl)(Nominal Load-90 Cl)(Nominal Load-90 Cl)(Nominal Load-90 Cl)

그림 신뢰구간[ 85] Nominal Load90

- 86 -

표 하중 고장시간[ 82] Max (Cycle)

Weibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth Curve

(MaxLoad)(MaxLoad)(MaxLoad)(MaxLoad)

그림 성장곡선[ 86] Weibull (Max load data)

- 87 -

제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론9999

본 연구는 자동차현가장치인 고무부싱 의 신뢰성향상을 위한 기(Rubber bushing)

술개발과제이다 에나 인더스트리는 수출전문기업으로서 주요 경쟁사에 비해 고성

능 고내구성의 제품을 짧은 기간 내에 개발할 수 있는 능력을 갖추어야 해외 시장

에서 경쟁력을 가질 수 있다

본 연구개발에서는 수요기업에서 요구하는 GMUTS(General Motors Uniform

의 사양에 따른 시험을 실행하여 내구성을 목표 사이클 이상으Test Specification)

로 개선하고 정특성과 동특성 비틀림 토크를 개선항목으로 선정하여 제품의 품질

및 신뢰성 향상을 진행하였다

수요기업의 요구 수준에 의하면 내구성은 와 Tension Compress Alternating

가 동시에 일 때 일 때Torsion Stress Maximum Load 20000 Cycle Normal Load

을 요구한다 본 프로젝트의 경우 해외의 부품메이커들에 대한 경쟁150000 Cycle

력 우위를 확보하기 위하여 기본 요구 수준을 넘어 향상된 제품신뢰성을5~10

확보를 목표로 하였다 내구성 정특성 및 동특성에 대한 시험은 직접 행하였고 비

틀림토크에 대한 부분은 추가적인 시험장치가 필요하여 수요기업의 실험실에 샘플

을 제출하여 요구수준을 검증받았다

본 연구개발의 성과를 요약하면 다음과 같다

우선 기술적 효과로는

설계기술의 확보(1)

재료배합설계 형상설계 공정설계에 대한 기술을 확보하여 내구성을 비롯한 품

질특성을 향상시킬 수 있었다 종래에는 설계 개발 생산프로세스에서 경험적 방법

에 의존하여 시행착오가 많았으나 본 연구를 통하여 과학적이고 체계적인 방법으

로 접근할 수 있는 기술이 확보되었다

설계 요소의 기술적 배치를 위한 실험계획법의 활용기술 확보(2)

- 88 -

종전에는 고무 배합설계 형상설계 공정설계에 대하여 설계요인 별 수 (Facter)

준 을 무작위로 추출하여 실험하였으나 본 실험계획의 과정을 따르면 요인들(Level)

이 계획적으로 반영되어 품질특성에 각각 어느 정도의 영향을 미치는지 분석이 가

능하게 된다 또한 다구찌에 의한 강건 설계의 생성으로 산포를 줄일 수 있다

잠재적 고장원인 분석방법 기술 확보(3)

제품기능에 대한 잠재적 고장모드의 예측과 시험항목을 판단하고 최종적으로는 설

계검증 과 공정검증 의 세부항목과 효과적(Design verification) (Process verification)

으로 연계가 가능하다

신뢰성 데이터분석기술 확보(4)

부품의 개발과정에서 몇 개의 표본에 대한 고장시간 데이터가 있을 때 Weibull

분포를 활용한 신뢰성 성장분석이 가능하게 되었다 개발프로그램이 운영되는 동안

신뢰성 수준의 변화를 추적할 수 있어 목표하는 신뢰성 수준을 달성하기 위하여 충

분한 비율로 성장하고 있는지의 여부를 가능한 빠른 시간 내에 판단할 수 있고 그

에 따라 필요한 자원을 적절히 배분할 수 있다 따라서 개발책임자는 시험데이터로

부터 현재 시스템의 신뢰성 수준 성장률의 평가 앞으로 기대되는 달성 가능한 수

준에 대한 결정이 가능하다

경제적 측면의 효과로는

제품에 대한 내구성 및 동특성 정특성에 대하여 요구사양 이상으로 특성관리(1)

를 행할 수 있어 해외 부품메이커들에 대한 경쟁력 우위로 수출력을 향상할 수 있

게 되었다

개발기간을 단축할 수 있게 되어 개발비의 절감을 가져올 수 있게 되었다(2)

재료배합 형상설계 및 공정설계에 대한 기술개발의 표준 정립으로 개발 기간의 단

축이 가능하게 되었다

본 과제 결과를 활용하여 다른 방진제품에 대한 신뢰성 관리로 수출(3)

- 89 -

시장을 개척하여 신규거래처를 확보할 예정이다 신뢰성 데이터의 관리가 이루어져

제품수명에 대한 설득력 있는 자료의 제시가 가능하게 되었다

향후 연구계획으로는

고무부싱부품의 특성상 내구성만의 개선이 최선이 아니고 정특성과 동특성을 일

정수준으로 동시에 고려하여야 한다 따라서 이 부분에 대한 동시적인 실험설계가

시스템화 되도록 추가적인 연구가 요구된다

- 90 -

참고문헌참고문헌참고문헌참고문헌[ ][ ][ ][ ]

고정 이상규 권수호 노태성 정원 박창규 김명수 신뢰성성장프로그램 수[1]

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박성현 실험계획법 민영사[5] 2003

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Journal of Fatigue Vol27 2005

[8] McLean R A and Anderson V I Extreme Vertices Design of Mixture

Experiments Technometrics Vol8 No3 1966

- 96 -

주 의

이 보고서는 산업자원부에서 시행한 부품소재종합기술지원사업의 최1

종보고서이다

이 신뢰성기반기술확산사업 내용을 대외적으로 발표할 때에는 반드시2

산업자원부에서 시행한 부품소재신뢰성기반기술 사업의 지원결과임을

밝혀야 한다

- 97 -

이 보고서는 산업자원부에서 시행한

부품소재 신뢰성기반기술확산사업의 최종보고서이다

- 31 -

표 내구성 및 정 동특성 동반향상을 위한 개선방안[ 41] -

항 목항 목항 목항 목 기존 방안기존 방안기존 방안기존 방안 제안된 개선 방안제안된 개선 방안제안된 개선 방안제안된 개선 방안

배합 설계 방안

경험적 배합 설계

고 배합설계COST

국내수급재료사용

실험적 분석기법 도입

저 배합설계COST

해외재료수입

내구성 향상

량 변경Carbon

용도별 적정 적용Carbon

정동특성 향상 방안을 동시==gt

고려

경험적 수치의 가황제 량 선정

가교 시스템 향상 방안을 고려한

가황제 량 선정

(EV - CURE)

결합력 증대==gt

경험적 수치에 의한 촉진제 량

선정 경도별 선정 미비( )

가교 효율을 반영한 촉진제 량의

선정

적정한 가황 포인트 파악을 위한(

실시Cure Study )

정 동특성 향상-

정특성 향상 방안 경도 증가

동특성 향상 방안 경도 하락

두 특성을 만족시키기 위한==gt

경험적 수치의 경도 선정

데이터베이스를 활용한 배합설계

정 동특성을 동시에 만족할 수-

있는 배합제 적용

분산 및 흐름성 개선==gt

형상개선과 동시 고려==gt

- 32 -

표 는 지원 전 배합비율과 특성별 성능수준을 나타낸다[ 42]

표 지원 전 성능수준[ 42]

- 33 -

제 절 꼭지점계획법에 의한 최적배합조건제 절 꼭지점계획법에 의한 최적배합조건제 절 꼭지점계획법에 의한 최적배합조건제 절 꼭지점계획법에 의한 최적배합조건3333

재료설계에 적용되는 실험계획은 혼합물 배합에 관한 실험계획으로서 몇(Mixture)

개 성분의 혼합물 중 어떠한 성분이 품질의 특성에 유의한 영향을 미치는지를 분석

하여 반응을 최대로 만드는 최적혼합비율을 찾고자 하는 실험계획이다

혼합물실험에 적용되는 실험계획으로는 심플렉스 격자형배열법 심플렉스 중심배열

법 꼭지점 계획법 등을 주로 적용한다 본 실험에서는 심플렉스의 전 영역이 아니

라 제한된 영역에서 실험을 하고자 하므로 꼭지점계획법(Extreme vertice design)

을 적용하였다

고무부싱의 재료배합에서는 개의 성분재료가 있고 이들을 어떤 비율로 배합하는

것이 품질특성치를 가장 좋게 하는가를 찾는다 성분의 혼합에 있어서 를 번째

성분의 혼합비율이라고 하면 다음과 같은 관계식을 만족시켜야 한다

이러한 경우는 일반적 실험계획법처럼 심플렉스의 모든 영역에 실험이 배치되는 것

이 아니고 제한된 영역에서만 실험을 하는 경우이다 즉 각 인자 가 (Factor) 0 le

의 모든 값을 취할 수 있는 것이 아니라 제한된 구간1le

안에서만 값을 취한다 이와 같은 경우는 경제적인 이유나 또는 실험 전에 인자들

의 성질에 대하여 상당한 정보가 있는 경우이다 위의 식과 같은 인자의 구간이 설

정되면 실험가능영역은 심플렉스 상의 좁은 영역이 된다

- 34 -

과 은 제한된 실험영역에 대한 실험계획법으로 꼭지점 계획법Mclean Anderson

을 제안하였다 이 계획법은 제한된 영역이 가지는 모든(extreme vertices design)

꼭지점과 이 꼭지점들의 선형조합으로 이루어지는 몇 개의 점을 적절히 선택하는

실험계획법이다 만약 개의 혼합성분이 사용되는 경우 실험영역을 그림으로 그리 4

면 그림 와 같이 사면체 속에 위치하는 면체가 된다 과 은[ 42] 6 Mclean Anderson

이 면체의 꼭지점과 중심점을 실험점으로 선택하는 방법에 대한 예제를 제시하고6

있다

그림 개의 혼합성분에 대한 꼭지점계획법[ 42] 4

고무부싱의 재료설계 시 혼합물은 고무 카본 및 배합원료로서 황화제 촉진제

가공제 유기산 금속산화제 노화방지제 보강제 충진제 등을 사용한다

재료 배합 실험은 경도별로 나누어 실행되었으며 표 은 경도 도 오차범[ 43] 48 (

위 plusmn 도 에 대한 혼합물성분의 한계이다 에 성분의 한계를 입력한 결과2 ) MINITAB

네 가지 성분에 대하여 표 와 같은 총 회의 실[ 44] 17

- 35 -

험점이 생성되었다 실행 의 경우 의 성분을 1 A B C D 09807 00068 00011

의 비율로 섞어서 실험하라는 의미이다00114

표 혼합물 성분의 한계[ 43] (48Hs)

성분 하한 상한

A 외 기타Polymer 09774 09807

B 촉진제1 00068 00085

C 촉진제2 00011 00022

D Sulfur 00114 00119

표 꼭지점계획법에 의한 실험설계와 결과데이터[ 44] (48Hs)

을 활용한 혼합물 설계 데이터분석 결과는 표 표 과 같다MINITAB [ 45][ 46] 17

회의 실험점에 대한 데이터분석 결과 각 실험 점에서의 적합추정치와 신뢰구 95

간을 구할 수 있었다

- 36 -

표 을 보면 실험점 에 의한 배합조건으로는 신뢰구간으로[ 45] 14 95

의 내구성이 나타난다 에서는 각 성142322cycle ~ 146166cycle Nominal Load

분에 대한 제한조건을 만족시키면서 내구성을 최대로 하는 처리조건은 인자의 네

가지 성분 즉 외 에 대한 배합 비율이 Polymer Acc1 Acc2 Sulfur 097740

이었다 그리고 이 처리조건에서 예상되는 내구성은00085 00022 00119

에 도달할 것으로 추정되었다146943cycle

에서는 인자의 네 가지 성분의 배합비율이 와 마찬Maximum Load Nominal Load

가지로 이었다 그리고 이 처리 조건에서 예상되는09774 00085 00022 00119

내구성 추정치는 이었다18917cycle

표 데이터분석 결과[ 45] (48Hs Nominal Load)

에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응Dura(Nom)Dura(Nom)Dura(Nom)Dura(Nom)

- 37 -

반응 최적화 모수반응 최적화 모수반응 최적화 모수반응 최적화 모수

글로벌 솔루션글로벌 솔루션글로벌 솔루션글로벌 솔루션

예측 반응예측 반응예측 반응예측 반응

Dura(Nom) = 146943

- 38 -

표 데이터분석 결과[ 46] (48Hs Maximum Load)

에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응Dura(max)Dura(max)Dura(max)Dura(max)

반응 최적화 모수반응 최적화 모수반응 최적화 모수반응 최적화 모수

글로벌 솔루션글로벌 솔루션글로벌 솔루션글로벌 솔루션

외Polymer = 09774

- 39 -

Acc1 = 00085

Acc2 = 00022

Sulfur = 00119

예측 반응

Duro(max) = 189171

경도 도 오차범위 도 에 대한 혼합물성분의 한계와 에 의한 실험50 ( plusmn 2 ) MINITAB

점은 표 표 과 같다[ 47] [ 48]

표 혼합물 성분의 한계[ 47] (50Hs)

- 40 -

표 실험계획의 결과[ 48] (50Hs)

경도 도에 대한 혼합물 설계 데이터분석 결과는 표 표 과 같다50 [ 49][ 410] 17

개 실험 점에서의 적합추정치와 신뢰구간은 예측반응에 잘 나타나 있다95

에서는 각 성분에 대한 제한조건을 만족시키면서 내구성을 최대로Nominal Load

하는 처리조건은 외 기타 의 각 성분에 대하여 배합비Polymer Acc1 Acc2 Sulfur

율이 이고 이 처리조건에서 예상되는 내구성은09687 00088 00025 00200

에 도달할 것으로 추정되었다159209 Cycle

에서는 인자의 네 가지 성분의 배합비율이 와 마찬가Maximum Load Nominal Load

지로 이었다 그리고 이 처리조건에서 예상되는 내09687 00088 00025 00200

구성 추정치는 이었다 일 때와 일218572 Cycle Nominal Load Maximum Load

때의 적정배합비율이 다르게 나오는 경우가 있는데 이는 오차범위 경도의 경우( plusmn

도 가 비교적 넓은 고무의 특성에서 비2 )

- 41 -

롯되거나 측정오차에 따른 결과로 추정된다

표 데이터분석 결과[ 49] (50Hs Nominal Load)

에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응Duro(Nor)Duro(Nor)Duro(Nor)Duro(Nor)

반응 최적화 모수반응 최적화 모수반응 최적화 모수반응 최적화 모수

- 42 -

글로벌 솔루션글로벌 솔루션글로벌 솔루션글로벌 솔루션

예측 반응예측 반응예측 반응예측 반응

Duro(Nor) = 159209

표 데이터분석 결과[ 410] (50Hs Maximum Load)

에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응Duro(max)Duro(max)Duro(max)Duro(max)

- 43 -

반응 최적화 모수반응 최적화 모수반응 최적화 모수반응 최적화 모수

글로벌 솔루션글로벌 솔루션글로벌 솔루션글로벌 솔루션

예측 반응예측 반응예측 반응예측 반응

Duro(Max) = 218572

재료배합시험에 있어서 가류시간이 특성 치에 영향을 미치므로 레오그래프

분석에 의해 적정가류시간을 결정한다 레오그래프는 다음의 용도에(Rheograph)

활용된다

고무제품의 가류도 측정①

가류속도 측정②

최적의 가류공정 조건 확립③

가류약품 선정 및 배합 작성Recipe④

고무제품의 품질관리⑤

아래 그림 은 경도 도에 대한 재료의 레오그래프이다 그래프에 나타난 용[ 43] 48

어를 설명하면 다음과 같다

혼합물 의 가 가류되었을 때의 시간을 나타내며 가류시간을tc90- (Compound) 90

결정하는 기준으로 사용된다

스코치시간 을 나타내며 원하지 않는 가교가 일어ts2 - (Scorch time)

- 44 -

나는 시간으로 적절한 가류시간을 찾기 위해 필요한 과정임

고무의 특성을 토르크 값으로 나타낸 값으로 일반적으로 혼합물Tmax- (Torque)

의 경도에 따라 변함

평형 토르크MH- (Equilibrium torque)

최소 토르크ML- (Minimum torque)

본 재료시험에 적용된 가류시간은 의 배 사이에서 적정수준을 결정하tc90 1-15

였다

연구의 결과 카본의 입자가 작을수록 내구성은 향상시키지만 대체로 분산이 잘 되

지 않아 혼합물의 품질이 고르지 못하였다 따라서 카본의 분산도를 평가하여 만족

할 만한 수준이 나오는지 확인하였으며 상대적으로 작은 입자경의 카본을 사용하

여 내구성을 높이려 하였다

그림 경도 도 고무에 대한 레오그래프[ 43] 48

- 45 -

실험의 결과 카본블랙과 레오그래프와의 관계는 그림 와 같이 나타났다 그림[ 44]

에서 보는바와 같이 입자경의 크기가 증가함에 따라 결합력이 약해지므로 토르크

값이 낮아짐을 알 수 있다

그림 각종 카본블랙의 레오그래프[ 44]

- 46 -

본 연구에 적용된 카본 입자경의 크기와 양은 표 과 같다[ 411]

경도변화는 카본입자의 크기와 양에 따라 결정이 되며 레오그래프의 값이 Tmax

이러한 사실을 보여주고 있다

표 레오그래프상의 경도와 카본의 관계[ 411]

레오그래프는 섭씨 도에서 그려짐PHR = Part in Hundred Rubber 160

- 47 -

제 장 형상개선제 장 형상개선제 장 형상개선제 장 형상개선5555

제 절 외철의 스웨징 율 변화에 의한 개선제 절 외철의 스웨징 율 변화에 의한 개선제 절 외철의 스웨징 율 변화에 의한 개선제 절 외철의 스웨징 율 변화에 의한 개선1111

높은 품질의 부싱을 개발하기 위해서는 적절한 재료설계에 의한 경도 및 고무 특

성의 설정이 매우 중요한 요소이지만 고무의 특성 개선에만 의존하는 것은 한계점

이 있다 따라서 제품의 형상변화를 통해 고무의 특성을 극대화함으로써 내구성 및

품질특성을 향상시킬 수 있다

그림 은 부품의 세부형상과 설계도이다[ 51]

그림 세부형상[ 51] DA-2

- 48 -

그림 는 제품의 단면을 보여준다 그림에서 는 다른 모델에 비해 고무[ 52] DA-2

량이 다소 적음을 알 수 있다 형상 변화를 통한 품질특성의 개선을 시도함에 있어

서는 부품에 대한 조립성과 제조성 을 반드시(DFM Design for Manufacturability)

고려하여 형상변화를 꾀하여야 한다 본 제품의 경우 외철 과 내철 (outer pipe)

의 길이는 한정되어 있으며 그 직경의 변화도 허용공차를 미만(Inner pipe) 05 mm

의 수준으로 요구하고 있다

형상변경을 통한 성능향상 방안으로서 외철에 대한 스웨징율 을 변(Swaging rate)

경함으로서 외경크기의 변화를 시도하였으며 또한 내철의 구배각도를 변화시켜 개

선점을 찾으려고 노력하였다

그림 단면[ 52] DA-2

부싱의 경우 일반 적으로 스웨징이라는 공정을 거치게 되는데 이는 공정에서 외

경의 크기 조정을 통하여 성능을 향상 시키는 방법으로서 스웨징율을 조정함으로서

외철의 외경 크기를 허용범위 내어서 변화시키는 것이다 이는 스웨징에 따른 직경

변화에 의해 고무의 조직이 조밀해져 고무 특성을 향상시킬 수 있게된다

그림 은 스웨징의 방향을 나타내며 그림 는 스웨징 전 후의 외철의 크[ 53] [ 54]

기 변화를 보여주고 있다

- 49 -

그림 스웨징 방향[ 53]

그림 스웨징 전후의 외경 크기의 변화 단면[ 54] ( )

제 절 내철의 구배 변화에 의한 개선제 절 내철의 구배 변화에 의한 개선제 절 내철의 구배 변화에 의한 개선제 절 내철의 구배 변화에 의한 개선2222

아래 그림 는 형상 변화를 시도할 수 있는 내철 끝단 부분의 구배를 표시한[ 55]

그림으로서 는 구배각도를 나타낸다a

- 50 -

그림 구배각도[ 55]

그림 은 본 제품의 특성 요구 사항을 그림으로 표시한 것으로 고무부싱은[ 56]

및 의 외력에 대하여 적절하게 대응할 수 있도록 설계되어야 한다 부싱 종류F1 F2

의 경우 일반적으로 고무 제품의 유연함과 동배율 개선을 위하여 저경도의 고무를

적용하는 경우가 많은데 이 경우에는 외력에 대한 특성이 상대적으로 취약하게F1

나타나게 된다 이러한 취약점을 보완하기 위하여 본 연구에서는 그림 과 같 [ 57]

이 제품이 허용하는 범위 내에서 내철의 구배를 변화 시킨 후 실험데이터의 분석을

통해 성능 개선 방안을 찾고자 하였다

그림 부싱의 외력[ 56]

그림 의 의 경우는 구배를 주지 않은 경우이며 의 경우는 구배를 준[ 57] (a) (b)

경우를 표시하고 있다

- 51 -

의 경우 외력에 의하여 발생하는 반발력 은 순수한 고무 특성에 의해서(a) F1 Fr1

만 나타나게 된다 이러한 경우 저경도의 고무을 적용하였을 때 의 크기가 미미 Fr1

하여 적절한 특성을 발휘하지 못하게 된다

의 경우와 같이 내철에 구배를 주게 되면 의 외력에 대하여 구배가 들어간(b) F1

부분 에 의한 반발력 함께 가 생성되어 상대적으로 에 대한 저항력이 커Fr3 Fr2 F1

짐으로써 성능을 향상 시킬 수 있게 된다

그림 구배각도의 적용에 따른 차이 단면[ 57] ( )

그림 구배각도의 적용에 따른 차이 입체[ 58] ( )

- 52 -

제 장 도포공정개선제 장 도포공정개선제 장 도포공정개선제 장 도포공정개선6666

고무부싱의 내구성 향상을 위하여 필수적으로 관리하여야 할 공정이 도포공정이

다 도포공정은 접착의 원리에서부터 접착의 구조 접착의 강도 피착재의 표면처리

법 및 접착제 사용법 등 접착에 관한 전반적인 기술을 공정에 효율적으로 적용하여

야 한다

고무와 금속과의 접착력이란 접착제와 피착제 사이의 계면 결합력을 의미하며 접

착강도는 시험방법 접착방법 시험시의 조건 시편의 기하학 등 여러 인자에 의해

영향을 받는다 접착파괴는 접착제의 가장 약한 곳에서 일어나며 접착강도는 여러

가지 측정법에 따라 고유강도 잔류강도 측정강도 등과 같이 다르게 표현된다 고

무부싱의 접착구조는 그림 과 같다[ 61]

그림 접착의 구조[ 61]

프라이머 는 피착제 표면과의 친화성이나 접착제와의 상용성이 뛰어나야(Primer)

하고 동시에 접착 저해물과의 상용성도 높아야 한다 또 프라이머 중의 유효성분

쪽이 피착제 표면에 흡착되어 있는 저해성분보다 피착제에 의하여 안정하게 흡착되

어 있는 것이 중요하다 따라서 프라이머는

- 53 -

충분한 교반 균일하고 엷은 도포 그리고 완전한 건조가 이루어져야 한다 이러한

도포공정은 피착제의 모앙에 따라 달라진다

열경화성 접착제의 대부분은 유기 중합물과 각종 충진제를 유기용제에 용해 분산

시킨 것으로 사용전이나 사용 중에도 교반기 등으로 균일하게 용해 분산시킨 접착

제를 사용하는 것이 중요하다 따라서 의 도포 공정은 그림 와 같이 교 DA-2 [ 62]

반기를 추가 설치하여 공정 개선을 실시하였다

그림 설치한 교반기[ 62]

또한 피착제의 균일한 도포를 위해 롤타입의 코팅기에 기존 페인트용 롤러에서

그림 에서와 같이 융을 말아 롤러 도포하는 형태로 개선을 실시하여 코팅의[ 415]

두께 정밀도를 향상시켰다

- 54 -

그림 변경된 롤러 모양[ 63]

접착 재료를 프라이머 에서 변경하여 사용함CHEMLOK 220 252 CHEMLOK 205

으로써 접착력을 향상시켰는데 는 금속 및 경길대료의 프라이머로CHEMLOK 205

사용되며 또한 같은 극성고무에 단독으로 접착이 가능하다 NBR

방식의 경우 의 특징을 살펴보면TWO Coat CHEMLOK 205

ㆍㆍㆍㆍ 접착제의 금속 표면에서의 접착강도를 향상시킬 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ 기계적 표면처리 후 활성화된 금속표면을 산화작용으로부터 보호하며 녹방

지 도료적 역할을 한다

ㆍㆍㆍㆍ 크로로프렌이나 에피크로로히드린고무와 같은 가류 중에 염소가스를 발생

시 켜 금속표면을 부식시키기 쉬운 고무배합에 대하여 유효하게 적용된다 프

라 이머는 충분한 교반 균일하고 엷은 도포 그리고 완전한 건조가 이루어져

야 접착성이 뛰어나게 된다

도포공정 개선 전후의 효과는 그림 그림 의 도포두께 비교[ 64]~[ 67] Cpk

를 통해서도 알 수 있다DATA

아래 그림 는 도포공정의 개선전[ 64] 관리도의 그래프를 나타낸

- 55 -

것으로 관리도는 평균치와 범위에 관한 계량형 관리도에서 가장 많이 사용되

는 관리도의 하나이다 관리도는 평균치의 변화를 관리하는 관리도와 산포의

변화를 관리하는 관리도로 구성된다 관리도의 중심선(Central Line) CL=로 나

타내며 관리 상한선 은(Upper Control Limit) UCL= 로 관리하한선인 (Lower

의 경우Control Limit) LCL=

로 구한다

관리도의 관리선의 경우 중심선 관리상한선 UCL= 관리하한선 LCL

의 경우 로 구한다

여기서 등의 계수는 샘플의 크기인 에 따라 결정 되며 일 경우=4

=0729 =0 이다=2282

그림 에서[ 64] 이며=273410 관리도의 로 나타났UCL=307994 LCL=238826

다

관리도의 은CL 이며 이다=4744 UCL=1082581

- 56 -

그림 도포공정 개선전[ 64] 관리도

한편 그림 는 도포공정 개선 전의 경우에 대하여 지정된 규격의 공정능력 [ 65]

지수를 나타낸 것으로서 단기공정능력지수( 와 장기공정능력지수) ( 를 나타낸)

다 단기공정능력지수는 공정능력 ( 과 규격의 폭) ( 과의 비율을 의미하며 일반적)

으로 로 표시한다 규격은 그림 에서처럼 양쪽규격이 모두 주어진 경우 공 [ 65]

정 능력 지수는 다음과 같이 계산할 수 있다

공정 능력

로 나타내고 만약 공정 평균이 규격의 중심으로부터 어느

한쪽으로 치우쳐 있게 되는 경우 치우침도( 와) 를 조합한 단기공정능력지수

( 로 나타낸다 즉)

- 57 -

장기공정능력지수( 의 계산은)

으로서 이다

따라서 그림 에 나타난 것처럼 개선전의 공정능력은[ 65] =17854 =08458

으로서 장기 공정에 대해 만족스럽지 못한 값을 나타내고 있다

그림 도포공정 개선전 공정능력 분석그래프[ 65]

- 58 -

그러나 공정개선후의 관리도인 그림 을 살펴보면[ 66] 이며=28196 관리

도의 이고UCL=300418 LCL=263502 관리도의 은CL 로=2532 UCL=51418

나타난다

그림 도포공정 개선후[ 66] 관리도

- 59 -

개선 후에는 그림 로부터 알 수 있듯이 단기공정능력은[ 67] 으로서=31966

인 장기 공정에 대해 안정적인 것을 확인할 수 있어 도포공정 개선에=23275

대한 효과가 있음을 알 수 있다

그림 정 개선 후 공정능력 분석그래프[ 67]

또한 도포공정의 두께관리를 강화하기 위하여 작업자 교육 및 샘플링 두께 측정

검사를 통해 지속적인 모니터링을 실시하고 공정별 온도관리 및 시간 관리를 통해

작업 환경 유지관리 강화로 변함없는 품질의 제품을 생산하도록 하였다 그림 [

은 롤 코팅 공정이다68] (Roll coating)

- 60 -

그림 롤 코팅 공정[ 68] (Roll coating)

- 61 -

제 장 최적수준 결정을 위한 파라미터 설계제 장 최적수준 결정을 위한 파라미터 설계제 장 최적수준 결정을 위한 파라미터 설계제 장 최적수준 결정을 위한 파라미터 설계7777

제 절 실험계획법에 의한 유의인자 결정제 절 실험계획법에 의한 유의인자 결정제 절 실험계획법에 의한 유의인자 결정제 절 실험계획법에 의한 유의인자 결정1111

재료설계 형상설계 및 공정설계에 대한 최적조건의 결정은 부품의 품질 특성에

대한 사양 을 만족시켜야 할 뿐 아니라 생산부품 간 품질의 산포를(Specification)

최대한 줄여야 한다 의 최적설계를 위해 다구찌 기법 을 적 DA-2 (Taguchi method)

용하였다

다구찌의 강건설계 는 인자 가 품질 특성의 평균에 대해(Robust design) (Factor)

가지는 효과뿐만 아니라 분산에 미치는 효과에 대해서도 초점을 맞추고 있다 분산

을 줄일 수 있는 통제 가능한 인자에 대한 조건을 설정하여 품질특성이 통제 불가

능한 인자의 변화에 대해서는 둔감하도록 할 수 있다 강건설계의 주목적은 품질특

성의 목표값을 유지하면서 분산을 줄이는 인자에 대해 설치값 을 발견하는 (Setting)

데 있다

다구찌 설계에 의한 실험계획법은 특히 확장된 역할로서 다음의 몇 가지를 들 수

있다

ㆍㆍㆍㆍ종래에는 제어 불가능한 환경조건이나 제어하기 어려운 생산조건 공정조건

등의 원인 이를 잡음인자로 통칭 들이 데이터에 주는 영향의 정도를 평가하기 어려( )

웠으나 객관적으로 그리고 계량적으로 이를 평가할 수 있는 방법을 제시하고 있

다 또한 품질 산포의 크기를 계량특성치 손실함수 비 등 로 변환하여 산포를 ( SN )

작게 하는 인자들의 조건을 찾아가는 강건설계를 사용한다

ㆍㆍㆍㆍ직교배열표를 광범위하게 사용하여 인자의 수가 많은 경우에도 크게 실험횟

수를 증가시키지 않고 실험하는 일부 실시법을 사용한다

ㆍㆍㆍㆍ생산라인 내 뿐만 아니라 신제품 개발을 위한 품질설계 파라미터(On-line)

설계 허용오차 설계 등의 라인 외 품질관리를 위하여 유용하게 사용할 (Off-line)

수 있다

ㆍㆍㆍㆍ다구찌 방법에서 추가적으로 다룰 수 있는 주요한 것들로는 직교배열

- 62 -

표의 확대사용 수준계의 표준 직교배열표 이외에 확대 응용 혼합 직교배열표(2 3

의 사용과 조합법의 사용 계량치 데이터의 파라미터 설계 허용차 설계 그리고)

계수치 데이터의 파라미터 설계 동적 특성의 파라미터 설계 등을 들 수 있다

파라미터 설계 는 제품설계와 공정설계에서 유용하게 사용되는(Parameter design)

다구찌 실험계획법의 핵심이다 파라미터는 제품성능의 특성치에 영향을 주는 제어

가능한 인자 를 의미하며 파라미터 설계는 이들 인자들의 최적(Controllable factor)

수준을 정하여 주는 것을 말한다 파라미터를 설계변수 라고도 부 (Design variable)

르며 파라미터 설계에서는 제품의 품질변동이 잡음에 둔감하면서 목표품질을 가질

수 있도록 설계변수들의 최적조건을 구하여 준다 최적조건을 찾을 때 설계변수와

잡음을 주는 인자들을 포함시켜 실험하는 직교배열표 등을 주로 사용한다 이때 목

표 품질을 만족시키는 범위 내에서 가능한 한 비용이 적게 드는 조건이나 부품 등

을 이용한다

만약 신뢰성에 영향을 주는 제어 가능한 인자 에 대한 파라미터설계 A B C D

를 한다고 하자 는 수준 는 수준의 혼합수준 에 대한 설계 A B 4 C D 2 (Mixed level)

분석을 하려고 한다면 각 요인 변동의 계산을 표 과 같은 [ 71] L16(215형 직교배)

열표 를 사용하면 된다(Orthogonal Design)

에 대한 파라미터 설계조건으로는 내구성이 가장 좋은 최적의 설계 및 공정DA-2

조건을 구하여야 하므로 반응변수가 큰 값일수록 좋은 망대특성(Larger-the-better

에 대한 조건을 구하고 부품의 정특성 및 동특성에 대한 분석은 적characteristics)

정한 상호관계를 고려하여 별도의 실험을 행한다

- 63 -

표 다구찌 설계의 예[ 71]

- 64 -

제 절 시험데이터의 해석제 절 시험데이터의 해석제 절 시험데이터의 해석제 절 시험데이터의 해석2222

실험조건실험조건실험조건실험조건1111

제품의 신뢰성향상을 위해 지금까지 재료배합의 개선 형상개선 및 공정개선에

대한 각각의 과정을 설명하였으며 본 장에서는 관련된 여러 인자들을 동시에 고려

하여 최상의 품질특성을 나타낼 수 있는 최적인자수준의 결정에 대하여 설명하려고

한다 이는 인자들 간의 상호 작용이 상승 또는 보완작용을 할 수도 있고 반대로

서로 상극임을 나타낼 수 도 있기 때문이다

일반적으로 고무부싱의 개발에 적용되는 인자 는 다음과 같다(Factor)

ㆍㆍㆍㆍ경도 는 수요기업에서 제시하는 사양 에 따라 적정수(Hardness) (Specification)

준의 경도 도 도 도 도 를 적용하였으며 경험적으로 경도의 산포는(43 45 48 50 ) plusmn

정도이다2

ㆍㆍㆍㆍ각 부분의 모양이나 각도에 따라 고무 량에 영향을 미치게 되는 형상설계에

관해서는 내부 파이프 구배각도를(Inner pipe) 15deg~25deg로 하고 외부파이프 (Outer

의 접착부분을 로 하였으며 외경의 크기는pipe) 13mm~15mm

27mm~ 로 유지하였다278mm

ㆍㆍㆍㆍ공정설계는 가류시간을 로 하였다 가류 온도는240sec~600sec 150deg~180

로 하고 주변 온도에 영향을 받으므로 금형 표면온도는 항상 확인하였다 접착제

도포가 내구성에 영향을 주므로 접착제 두께는 으로 하고 접15micron~40micron

착제 배합조건은 로 하였다120cc~128cc

다구찌 설계에 의한 최적수준을 결정하기 위해 다른 인자는 고정시키고 경도 가

류시간 스웨징 인자에 대하여 표 와 같이 실험수준을 정하였다 [ 72]

- 65 -

표 실험인자 별 수준[ 72]

분석결과의 해석분석결과의 해석분석결과의 해석분석결과의 해석2222

실험결과의 해석은 다음과 같다

을 통해 표 의 실험조건을 입력하여 다구찌 설계를 생성한 결과MMITAB [ 72]

표 과 같은 실험조합을 얻었다 표 는 실험조합 별 시험결과 값이다[ 73] [ 74]

에서의 내구성에 대한 다구찌 설계해석의 결과는 표 의 신호 대Nominal load [ 75]

잡음비 비 평균 표준편차에 대한 반응표에 잘 나타나(SN Signal to noise ratio)

있다 그림 그림 은 비 평균 표준편차에 대한 반응 값을 도식한 [ 71]~[ 73] SN

것이다

표 의 신호 대 잡음비의 반응표를 보면 경도는 스웨징이나 가류시간에 비해[ 75]

반응변수 내구성 에 큰 영향을 미치고 있음을 보여준다 평균에 대한 반응표에서도( )

경도는 다른 인자들에 비해 반응변수의 평균에 크게 영향을 미치고 있음을 알 수

있다 표준편차 역시 경도의 수준 변화에 따라 차이가 가장 많음을 보여주고 있다

- 66 -

표 에 의한 다구찌 설계생성[ 73] MINITAB

- 67 -

표 실험조합 별 시험결과 데이터[ 74]

- 68 -

표 비 평균 표준편차에 대한 반응표[ 75] SN

신호 대 잡음 비에 대한 반응 표신호 대 잡음 비에 대한 반응 표신호 대 잡음 비에 대한 반응 표신호 대 잡음 비에 대한 반응 표

망대특성망대특성망대특성망대특성

평균에 대한 반응 표평균에 대한 반응 표평균에 대한 반응 표평균에 대한 반응 표

표준 편차에 대한 반응 표표준 편차에 대한 반응 표표준 편차에 대한 반응 표표준 편차에 대한 반응 표

- 69 -

그림 신호 대 잡음 비의 주효과도[ 71]

그림 인자수준별 평균의 주효과도[ 72]

그림 인자수준별 표준편차의 주효과도[ 73]

- 70 -

표 와 그림 에서 에서의 내구성 예측값을 가장 크게 하[ 75] [ 72] Nominal Load

는 것은 요인 수준의 조합이 일 때이다 품질 향상을 위해서는 정특성 동(4 2 2)

특성 값도 동시에 고려하여야 하므로 조합 조합 조합(4 2 2) (4 3 2) (4 1 2)

에 대한 예측 값을 함께 구하였다

표 은 에서의 내구성 예측값을 표 은 에[ 76] Nominal Load [ 77] Maximum Load

서의 내구성 예측값 표 은 정특성 예측값 표 는 에서의 동특성 예 [ 78] [ 79] 15Hz

측값 그리고 표 은 에서의 동특성 예측값을 보여주고 있다 [ 710] 150Hz Nominal

에서의 내구성 예측값은 조합 조합 조합에서 각Load (4 2 2) (4 3 2) (4 1 2)

각 목표값인 을 상회한 과170000 Cycle 178023 Cycle 174272 Cycle 175830

로서 조합일 때 더 높게 나타났다Cycle (4 2 2)

동배율은 예측 평균값을 기준으로 할 때 동배율은 조합에서는 에 (4 2 2) 15Hz

서 에서 이고 조합에서의110(1187691079) 150Hz 113(1215561079) (432)

동배율은 에서 에서15Hz 106(112856 106938) 150Hz 108(115769106938)

이며 조합에서의 동배율은 에서 에서 (412) 15Hz 108(118194 1094) 150Hz

이었다109(1195691094)

모델의 경우 수요기업에서 동배율 값이 적은 값을 요구하기 때문에DA-2 (kdks)

동배율을 고려하면 의 조합이 더 좋은 품질을 나타낸다고 할 수 있다(4 1 2)

- 71 -

표 에서의 내구성 예측값[ 76] Nominal Load

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 2 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 3 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 1 2

예측 값

신호 대

- 72 -

표 에서의 내구성 예측값[ 77] Maximum Load

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 2 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 3 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 1 2

신호 대

- 73 -

표 정특성 예측값[ 78]

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 2 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 3 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 1 2

신호 대

- 74 -

표 동특성 예측값[ 79] (15Hz)

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 2 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 3 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 1 2

신호 대

- 75 -

표 동특성 예측값[ 710] (150Hz)

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 2 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 3 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 1 2

신호 대

- 76 -

제 장 부품의 신뢰성성장관리제 장 부품의 신뢰성성장관리제 장 부품의 신뢰성성장관리제 장 부품의 신뢰성성장관리8888

제 절 신뢰성성장관리제 절 신뢰성성장관리제 절 신뢰성성장관리제 절 신뢰성성장관리1111

복잡하고 기술적인 제품의 개발 프로그램을 운영하는 데 있어서는 고객이 요구

하는 신뢰성 수준을 만족시키기 위하여 상당한 규모의 시간 예산 기술인력 등의

자원을 필요로 한다 고객들의 신뢰성 요구수준은 매우 높으므로 이러한 목표를 달

성하기 위하여 시험 개선 시험 개선의 개발과정을 반드시 거친다 이 과정에서 시- - -

스템 서브시스템 또는 모듈을 고장 날 때까지 시험하고 고장모드를 결정해서 이를

제거하기 위한 시도를 하거나 적어도 고장발생을 줄일 수 있는 시도를 하여 설계나

엔지니어링 개선을 이룬다 만약 이러한 과정이 계속되고 설계나 엔지니어링 변경

이 충분히 이루지면 시스템의 신뢰성은 증가한다 개발프로그램이 운영되는 동안

신뢰성 수준의 변화를 추적할 수 있다면 개발책임자로서는 여러 가지 이점이 있다

즉 목표하는 신뢰성 수준을 달성하기 위하여 충분한 비율로 성장하고 있는지의 여

부를 가능한 빠른 시간 내에 판단할 수 있고 그에 따라 필요한 자원을 적절히 배

분할 수 있다 따라서 개발책임자는 시험데이터로부터 현재 시스템의 신뢰성 수준

성장률의 평가 앞으로 기대되는 달성 가능한 수준을 결정하기를 원한다

신뢰성 성장관리 기술은 제품을 개발하는 데(Reliability growth management)

소요되는 많은 시간과 비용 및 엔지니어링 노력을 절감하면서 개념선택 제품과 공

정의 신뢰성 그리고 비용효율을 달성할 수 있도록 유용한 정보를 제공해 준다 군

사장비 자동차 및 전자 중장비개발 등에 적용된 최근의 신뢰성 성장시험 관리기술

은 각 분야의 경쟁적인 사업 환경 아래에서 제품개발을 효율적으로 조직하여 신뢰

성평가를 시작하고 신뢰성 성장과정을 추적할 수 있도록 해준다 신뢰성성장관리기

술은 제품 및 공정설계 관련사항 및 검증시험 항목들에 대하여 사용 환경에 따른

신뢰성 성장 진행과정을 확인하고 그 결과로부터 성장시험곡선을 개발할 수 있게

한다 또한 설계단계 사이의 여러 가지 관련성을 확인하여 관찰하고 그 정보를 다

른 제품보증분석들과 연결하여 고객 요구사항에 대한 제품의

- 77 -

적합도를 적절히 평가하는 데 도움을 준다

신뢰성성장모델은 가 개발한Crow(1975) AMSAA(Army Materiel Systems

모델이 많이 활용되었으나 이는 시스템 또는 서브시스템에서의Analysis Activity)

성장관리에 유용하고 부품수준에서는 모델을 활용하는 것이 더욱 실용적이 Weibull

다 모델은 목표 Weibull B10 수명에 대하여 초기 시작품 으로부터(Early Prototype)

후기 시작품 까지의 신뢰성 개선을 관리하는데 실용적으로 활용할(Later Prototype)

수 있다

신뢰성 성장시험 프로세스신뢰성 성장시험 프로세스신뢰성 성장시험 프로세스신뢰성 성장시험 프로세스1111

신뢰성 성장은 개발시스템에 대하여 여러 시험단계가 시리즈로 이루어지는 동안

고장모드를 발견하고 이를 개선하는 과정을 거쳐 이TAAF(Test Analyze And Fix)

루어진다 또한 기능시험 환경시험 안전시험의 결과는 신뢰성 향상을 위한 FMEA

등과 연계하여 사용된다 분석결과는 설계변경에 반영되고 최종목표가 달성될 때까

지 개선과 시험이 연속적으로 이루어진다 그림 은 일반적인 신뢰성 성장시험 [ 81]

프로세스를 보여준다 프로그램의 시작시점에 신뢰성 성장에 대한 계획을 수립하여

고객의 기대사항을 만족시킬 수 있는 성능수준에 대한 구체적인 측정치를 제시하

고 이 목적을 달성시킬 수 있는 시험조건을 정한다 시험조건은 특정한 부품이나

시스템에 대하여 고객의 사용방법과 환경에 대한 지식을 기초로 하여야 한다

개발프로젝트가 진행되는 동안 신뢰성 성장시험 프로그램이 개발되고 실행되는

과정에서 설계 및 공정의 관심사항을 확인하기 위해 QFD(Quality function

와 같은 제품보증을 위한 분석방법들이 선행되어 실시되는데 신뢰성deployment)

성장관리와 연계하여 이를 통틀어 통합 신뢰성 성장관리(Integrated reliability

라고 한다 신뢰성 성장관리를 포함한 제품설계평가의 모든growth management)

과정은 제품 공정의 신뢰성 향상에 있어 중요한 역할을 하는 제품보증기능의 한부

분이다

- 78 -

통합 신뢰성 성장시험관리 프로세스는 설계뿐 아니라 공정신뢰성(MIL-HDBK-781)

과 관련된 문제에 대응할 수 있도록 신뢰성 성장시험의 이점을 전적으로 활용할 수

있는 수단을 제공한다

신뢰성 성장관리과정을 개발함으로써 신뢰성 수준은 계속적으로 추적될 수 있고

조치를 취하고 다른 분석결과들과 비교되어 초기 신뢰성 예측을 수립하고 제품설

계에 포함된 확신을 증가시킨 후 검증시험에 들어갈 수 있도록 한다 이러한 신뢰

성 성장관리 프로세스는 제품개발 사이클에 있어서 초기 단계 동안에 신뢰성을 확

립하는 데 도움을 줄 수 있는 장치이다

그림 신뢰성성장시험 프로세스[ 81]

제품개발과정에 적용되는 신뢰성 성장시험관리 프로세스는 다음과 같다

신뢰성 성장시험조건을 결정하고 시험 사이클을 개발한다 ①

신뢰성 성장시험곡선의 사용을 통하여 시험과정을 실행하고 추적한다②

시험결과를 평가하고 다른 선행된 분석연구결과들과 비교한다③

확인된 결함을 제거하기 위해 설계변경을 실시한다④

- 79 -

설계검증시험을 준비한다⑤

신뢰성 성장시험의 주된 목적은 설계상의 약점을 확인하고 제거함으로써 설계의

신뢰성을 증가시키는 것이다 정확하게 신뢰성 수준이 변화되는 진행상황을 추적하

기 위해서는 요구사항에 대한 불합치성 을 확인하고 불합치성이(Nonconformance)

일어난 시간을 모두 추적하여야 한다 시험을 시작하기 전에 적절한 시정조치를 용

이하게 하기 위해 사전계획이 수립되어야 하며 고장분포를 결정하기 전에 각각의

고장부품에 대한 고장원인을 분리할 수 있어야 한다

부품의 개발과정에서 몇 개의 표본에 대한 고장시간 데이터가 있을 때 Weibull

분포를 활용한 신뢰성 성장분석에 대하여 설명하면 다음과 같다

가 분석의 개요가 분석의 개요가 분석의 개요가 분석의 개요

밀도함수는 그림 와 같이 특성 수명과 기울기로 고장시간Weibull [ 82] (Cycle

을 설명한다 작은 표본에 대한 고장시간 데이터가 주어졌을 때 분석Km) Weibull

을 사용하여 세 가지의 정보를 얻을 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ특정 시간이 주어졌을 때 등 부품의 신뢰도는 그 시간까지 살아 있(Cycle Km )

을 백분율이다

ㆍㆍㆍㆍ 또는 다른( 수명을 추정할 수 있다) 수명은 부품들 중 가 고장10

날 것이라고 기대되는 시간이다 즉 이 시간에서의 신뢰도는 이다 90

ㆍㆍㆍㆍ 기울기의 값은 고장률 패턴에 대한 정보를 제공해준다 기울기가Weibull 10

이라면 고장률이 일정하다는 것을 의미한다 이 경우 고장은 일반적으로 우연히

일어나며 고장률은 설계의 강건 정도에 따라 달라진다 기울기가 보다 작다면 1

고장률은 감소하고 있음을 의미한다

- 80 -

즉 높은 초기 고장률 을 말한다 기울기가 보다 크면 고장률은 증 (Infant mortality) 1

가하고 이는 마모 되고 있음을 의미한다(Wear-out)

그림 에 의한 부품의 신뢰성성장분석[ 82] Weibull 수명 비교

가장 많이 활용되는 측도는 수명이며 이것은 요구되는 목표 신뢰도가 임 90

을 의미한다 첫 번째 프로토타입이 고장 난다면 신뢰성 목표 달성을 위해 설계 변

경을 행하고 다음 프로토타입을 시험한다 이 과정은 목표 수명이 달성될 때까

지 반복한다

나 의이점나 의이점나 의이점나 의이점WeibullWeibullWeibullWeibull

부품의 개발과정에서 작은 표본에 대한 고장시간 자료가 주어졌을 때 Weibull

분석을 활용하여 신뢰성성장관리를 행하면 다음의 정보를 얻을 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ신뢰성 개선은 목표 수명이 달성될 때까지 하나의 프로토타입에

- 81 -

서 다음 프로토타입까지 추적할 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ신뢰성 개선은 시험한 프로토타입에 대해 타점으로 표현되고 빠르Weibull

게 방향을 파악하여 신뢰성 진전과정에 대한 양적 측면의 관리능력 향상을 그

래프로 확인할 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ컴포넌트를 고장 날 때까지 시험하는 것은 고장모드에 대한 아주 귀중한 정

보를 제공하고 따라서 시정조치 활동이 필요하다

ㆍㆍㆍㆍ많은 표본이 더 좋은 신뢰도를 얻을 수 있지만 분석은 많은 표본을Weibull

필요로 하지 않는다

ㆍㆍㆍㆍ고객의 운영 사용 사이클과 시험 모수의 관계가 알려져 있다면 더 빠르고( )

더 적은 비용으로 가속시험을 할 수도 있다

다 기본가정및제한다 기본가정및제한다 기본가정및제한다 기본가정및제한

ㆍㆍㆍㆍ각 분석에서 오직 하나의 고장모드만 포함되어야 한다 두 개나 그 이상의

고장 모드가 검출된다면 각각에 대해 분리하여 분석해야 한다

ㆍㆍㆍㆍ신뢰도는 시험 제한 한계 로 인해 년 마일까지 확장하여 외삽하면 안( ) 10 150K

된다 왜냐하면 시험 제한 한계 로 인해 다른 고장모드가 발생할 것인지 알 수 ( )

없기 때문이다

ㆍㆍㆍㆍ하나의 프로토타입에서 다음 프로토타입까지 기울기가 변하는 데는 특별히

주의를 하여야 한다 왜냐하면 초기 후기 수명에서 더 높은 신뢰도와 후기 초 ( ) (

기 수명에서 더 낮은 신뢰도의 할 수 도 있기 때문이다) trade-off

라 적용시기라 적용시기라 적용시기라 적용시기

ㆍㆍㆍㆍ수명의 비교는 엔지니어링 사양 이 특정한(Specification) 을 요구할 경

우 사용된다

ㆍㆍㆍㆍ이러한 접근방법은 고장시간 등 에 대하여 동일한 부품의(Cycle Km )

- 82 -

다른 시점에서의 프로토타입을 비교할 때 사용한다

ㆍㆍㆍㆍ신뢰성 목표가 달성될 때까지 계속한다

마 입력자료마 입력자료마 입력자료마 입력자료

ㆍㆍㆍㆍ프로토타입 의 몇 개 표본의 고장시간 등1 (Cycle Km )

ㆍㆍㆍㆍ프로토타입 의 몇 개 표본의 고장시간 등2 (Cycle Km )

⦙

ㆍㆍㆍㆍ마지막 프로토타입의 몇 개 표본의 고장시간 등(Cycle Km )

분석프로세스는 그림 과 같다[ 83]

프로세스프로세스프로세스프로세스 일반적 단계일반적 단계일반적 단계일반적 단계

Ⅰ 요구

또는 수명 결정

프로그램 신뢰성 목표 사용

고객의 운영 사용 프로파일 사용( )

시험 프로그램 적정시간 사용

Ⅱ 시험 프로그램 자료정보

확인과 데이터 수집초기 부품의 프로토타입

후기 부품의 프로토타입

Ⅲ 다른 프로토타입에 대한

누적고장 시간 또는 vs

거리 계산 및 타점

분석이 가능한 사용Weibull SW

가능한 가속수명시험 사용

Ⅳ 프로젝트 검토 시

현재 신뢰성 수준신뢰성 목표 적합성 결정

초기 경고 관련 정보 제공

개선을 위한 계획 정보 제공

그림 프로세스별 단계[ 83]

- 83 -

제 절 신뢰성성장 데이터분석제 절 신뢰성성장 데이터분석제 절 신뢰성성장 데이터분석제 절 신뢰성성장 데이터분석2222

초기 프로토타입 으로 부터 개의 표본을 정상하중 으(Prototype1) 6 (Nominal load)

로 고장 날 때까지 시험하고 고장모드를 기록하였다 여러 개선작업을 거친 후 후

기 프로토타입 으로부터 개의 표본을 고장 날 때까지 시험하고 고장모(Prototype2) 6

드를 기록하였다 시험 데이터는 표 에 주어져 있다 [ 81]

에 고장데이터를 입력하고 각 프로토타입 단계별로 용지에 결과MINITAB Weibull

를 타점한 결과 그림 와 같은 성장곡선이 생성되었다 [ 84] Weibull

정상하중 에서 의 평균수명 추정치는 이(Nominal load) Prototype1 127366Cycle

고 의 평균수명 추정치는 로서 의 개선을 이루었 Prototype2 176882 Cycle 389

음을 알 수 있었다 수명은 은 이었으나Prototype1 112668 Cycle Prototype2

의 수명은 로서 상당한 개선이 이루어졌음을 볼 수 있다168620 Cycle 수

명에 대한 신뢰하한은 로 추정되었다 따라서 정상부하에 의한95 162926 Cycle

시험데이터분석 결과 개선활동 재료배합개선 형상설계개선 공정개선 에 의하여 ( )

내구성 목표가 달성되었음을 알 수 있다

그림 는 에서의 신뢰구간을 보여주고 있다[ 85] Nominal load 90

최대하중 에서는 표 의 데이터 입력결과 그림 의 그래프를(Max load) [ 82] [ 86]

생성하였다 그래프로 부터 추정된 의 Prototype1 수명은 이고16362Cycle

의Prototype2 수명은 이다21850 Cycle 수명에 대한 신뢰하한추정치95

는 으로부터 로 계산된다MINITAB 20983 Cycle

의 수명과 의 수명이 다른 것은 개선 활동의 결과이Prototype1 Prototype2

- 84 -

며 에서 개선목표가 달성되었음을 알 수 있다 Prototype2

표 하중 고장시간[ 81] Nominal (Cycle)

Weibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth Curve

(Nominal Load)(Nominal Load)(Nominal Load)(Nominal Load)

그림 성장곡선[ 84] Weibull (Nominal load data)

- 85 -

Weibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth Curve

(Nominal Load-90 Cl)(Nominal Load-90 Cl)(Nominal Load-90 Cl)(Nominal Load-90 Cl)

그림 신뢰구간[ 85] Nominal Load90

- 86 -

표 하중 고장시간[ 82] Max (Cycle)

Weibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth Curve

(MaxLoad)(MaxLoad)(MaxLoad)(MaxLoad)

그림 성장곡선[ 86] Weibull (Max load data)

- 87 -

제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론9999

본 연구는 자동차현가장치인 고무부싱 의 신뢰성향상을 위한 기(Rubber bushing)

술개발과제이다 에나 인더스트리는 수출전문기업으로서 주요 경쟁사에 비해 고성

능 고내구성의 제품을 짧은 기간 내에 개발할 수 있는 능력을 갖추어야 해외 시장

에서 경쟁력을 가질 수 있다

본 연구개발에서는 수요기업에서 요구하는 GMUTS(General Motors Uniform

의 사양에 따른 시험을 실행하여 내구성을 목표 사이클 이상으Test Specification)

로 개선하고 정특성과 동특성 비틀림 토크를 개선항목으로 선정하여 제품의 품질

및 신뢰성 향상을 진행하였다

수요기업의 요구 수준에 의하면 내구성은 와 Tension Compress Alternating

가 동시에 일 때 일 때Torsion Stress Maximum Load 20000 Cycle Normal Load

을 요구한다 본 프로젝트의 경우 해외의 부품메이커들에 대한 경쟁150000 Cycle

력 우위를 확보하기 위하여 기본 요구 수준을 넘어 향상된 제품신뢰성을5~10

확보를 목표로 하였다 내구성 정특성 및 동특성에 대한 시험은 직접 행하였고 비

틀림토크에 대한 부분은 추가적인 시험장치가 필요하여 수요기업의 실험실에 샘플

을 제출하여 요구수준을 검증받았다

본 연구개발의 성과를 요약하면 다음과 같다

우선 기술적 효과로는

설계기술의 확보(1)

재료배합설계 형상설계 공정설계에 대한 기술을 확보하여 내구성을 비롯한 품

질특성을 향상시킬 수 있었다 종래에는 설계 개발 생산프로세스에서 경험적 방법

에 의존하여 시행착오가 많았으나 본 연구를 통하여 과학적이고 체계적인 방법으

로 접근할 수 있는 기술이 확보되었다

설계 요소의 기술적 배치를 위한 실험계획법의 활용기술 확보(2)

- 88 -

종전에는 고무 배합설계 형상설계 공정설계에 대하여 설계요인 별 수 (Facter)

준 을 무작위로 추출하여 실험하였으나 본 실험계획의 과정을 따르면 요인들(Level)

이 계획적으로 반영되어 품질특성에 각각 어느 정도의 영향을 미치는지 분석이 가

능하게 된다 또한 다구찌에 의한 강건 설계의 생성으로 산포를 줄일 수 있다

잠재적 고장원인 분석방법 기술 확보(3)

제품기능에 대한 잠재적 고장모드의 예측과 시험항목을 판단하고 최종적으로는 설

계검증 과 공정검증 의 세부항목과 효과적(Design verification) (Process verification)

으로 연계가 가능하다

신뢰성 데이터분석기술 확보(4)

부품의 개발과정에서 몇 개의 표본에 대한 고장시간 데이터가 있을 때 Weibull

분포를 활용한 신뢰성 성장분석이 가능하게 되었다 개발프로그램이 운영되는 동안

신뢰성 수준의 변화를 추적할 수 있어 목표하는 신뢰성 수준을 달성하기 위하여 충

분한 비율로 성장하고 있는지의 여부를 가능한 빠른 시간 내에 판단할 수 있고 그

에 따라 필요한 자원을 적절히 배분할 수 있다 따라서 개발책임자는 시험데이터로

부터 현재 시스템의 신뢰성 수준 성장률의 평가 앞으로 기대되는 달성 가능한 수

준에 대한 결정이 가능하다

경제적 측면의 효과로는

제품에 대한 내구성 및 동특성 정특성에 대하여 요구사양 이상으로 특성관리(1)

를 행할 수 있어 해외 부품메이커들에 대한 경쟁력 우위로 수출력을 향상할 수 있

게 되었다

개발기간을 단축할 수 있게 되어 개발비의 절감을 가져올 수 있게 되었다(2)

재료배합 형상설계 및 공정설계에 대한 기술개발의 표준 정립으로 개발 기간의 단

축이 가능하게 되었다

본 과제 결과를 활용하여 다른 방진제품에 대한 신뢰성 관리로 수출(3)

- 89 -

시장을 개척하여 신규거래처를 확보할 예정이다 신뢰성 데이터의 관리가 이루어져

제품수명에 대한 설득력 있는 자료의 제시가 가능하게 되었다

향후 연구계획으로는

고무부싱부품의 특성상 내구성만의 개선이 최선이 아니고 정특성과 동특성을 일

정수준으로 동시에 고려하여야 한다 따라서 이 부분에 대한 동시적인 실험설계가

시스템화 되도록 추가적인 연구가 요구된다

- 90 -

참고문헌참고문헌참고문헌참고문헌[ ][ ][ ][ ]

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Journal of Fatigue Vol27 2005

[8] McLean R A and Anderson V I Extreme Vertices Design of Mixture

Experiments Technometrics Vol8 No3 1966

- 96 -

주 의

이 보고서는 산업자원부에서 시행한 부품소재종합기술지원사업의 최1

종보고서이다

이 신뢰성기반기술확산사업 내용을 대외적으로 발표할 때에는 반드시2

산업자원부에서 시행한 부품소재신뢰성기반기술 사업의 지원결과임을

밝혀야 한다

- 97 -

이 보고서는 산업자원부에서 시행한

부품소재 신뢰성기반기술확산사업의 최종보고서이다

- 32 -

표 는 지원 전 배합비율과 특성별 성능수준을 나타낸다[ 42]

표 지원 전 성능수준[ 42]

- 33 -

제 절 꼭지점계획법에 의한 최적배합조건제 절 꼭지점계획법에 의한 최적배합조건제 절 꼭지점계획법에 의한 최적배합조건제 절 꼭지점계획법에 의한 최적배합조건3333

재료설계에 적용되는 실험계획은 혼합물 배합에 관한 실험계획으로서 몇(Mixture)

개 성분의 혼합물 중 어떠한 성분이 품질의 특성에 유의한 영향을 미치는지를 분석

하여 반응을 최대로 만드는 최적혼합비율을 찾고자 하는 실험계획이다

혼합물실험에 적용되는 실험계획으로는 심플렉스 격자형배열법 심플렉스 중심배열

법 꼭지점 계획법 등을 주로 적용한다 본 실험에서는 심플렉스의 전 영역이 아니

라 제한된 영역에서 실험을 하고자 하므로 꼭지점계획법(Extreme vertice design)

을 적용하였다

고무부싱의 재료배합에서는 개의 성분재료가 있고 이들을 어떤 비율로 배합하는

것이 품질특성치를 가장 좋게 하는가를 찾는다 성분의 혼합에 있어서 를 번째

성분의 혼합비율이라고 하면 다음과 같은 관계식을 만족시켜야 한다

이러한 경우는 일반적 실험계획법처럼 심플렉스의 모든 영역에 실험이 배치되는 것

이 아니고 제한된 영역에서만 실험을 하는 경우이다 즉 각 인자 가 (Factor) 0 le

의 모든 값을 취할 수 있는 것이 아니라 제한된 구간1le

안에서만 값을 취한다 이와 같은 경우는 경제적인 이유나 또는 실험 전에 인자들

의 성질에 대하여 상당한 정보가 있는 경우이다 위의 식과 같은 인자의 구간이 설

정되면 실험가능영역은 심플렉스 상의 좁은 영역이 된다

- 34 -

과 은 제한된 실험영역에 대한 실험계획법으로 꼭지점 계획법Mclean Anderson

을 제안하였다 이 계획법은 제한된 영역이 가지는 모든(extreme vertices design)

꼭지점과 이 꼭지점들의 선형조합으로 이루어지는 몇 개의 점을 적절히 선택하는

실험계획법이다 만약 개의 혼합성분이 사용되는 경우 실험영역을 그림으로 그리 4

면 그림 와 같이 사면체 속에 위치하는 면체가 된다 과 은[ 42] 6 Mclean Anderson

이 면체의 꼭지점과 중심점을 실험점으로 선택하는 방법에 대한 예제를 제시하고6

있다

그림 개의 혼합성분에 대한 꼭지점계획법[ 42] 4

고무부싱의 재료설계 시 혼합물은 고무 카본 및 배합원료로서 황화제 촉진제

가공제 유기산 금속산화제 노화방지제 보강제 충진제 등을 사용한다

재료 배합 실험은 경도별로 나누어 실행되었으며 표 은 경도 도 오차범[ 43] 48 (

위 plusmn 도 에 대한 혼합물성분의 한계이다 에 성분의 한계를 입력한 결과2 ) MINITAB

네 가지 성분에 대하여 표 와 같은 총 회의 실[ 44] 17

- 35 -

험점이 생성되었다 실행 의 경우 의 성분을 1 A B C D 09807 00068 00011

의 비율로 섞어서 실험하라는 의미이다00114

표 혼합물 성분의 한계[ 43] (48Hs)

성분 하한 상한

A 외 기타Polymer 09774 09807

B 촉진제1 00068 00085

C 촉진제2 00011 00022

D Sulfur 00114 00119

표 꼭지점계획법에 의한 실험설계와 결과데이터[ 44] (48Hs)

을 활용한 혼합물 설계 데이터분석 결과는 표 표 과 같다MINITAB [ 45][ 46] 17

회의 실험점에 대한 데이터분석 결과 각 실험 점에서의 적합추정치와 신뢰구 95

간을 구할 수 있었다

- 36 -

표 을 보면 실험점 에 의한 배합조건으로는 신뢰구간으로[ 45] 14 95

의 내구성이 나타난다 에서는 각 성142322cycle ~ 146166cycle Nominal Load

분에 대한 제한조건을 만족시키면서 내구성을 최대로 하는 처리조건은 인자의 네

가지 성분 즉 외 에 대한 배합 비율이 Polymer Acc1 Acc2 Sulfur 097740

이었다 그리고 이 처리조건에서 예상되는 내구성은00085 00022 00119

에 도달할 것으로 추정되었다146943cycle

에서는 인자의 네 가지 성분의 배합비율이 와 마찬Maximum Load Nominal Load

가지로 이었다 그리고 이 처리 조건에서 예상되는09774 00085 00022 00119

내구성 추정치는 이었다18917cycle

표 데이터분석 결과[ 45] (48Hs Nominal Load)

에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응Dura(Nom)Dura(Nom)Dura(Nom)Dura(Nom)

- 37 -

반응 최적화 모수반응 최적화 모수반응 최적화 모수반응 최적화 모수

글로벌 솔루션글로벌 솔루션글로벌 솔루션글로벌 솔루션

예측 반응예측 반응예측 반응예측 반응

Dura(Nom) = 146943

- 38 -

표 데이터분석 결과[ 46] (48Hs Maximum Load)

에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응Dura(max)Dura(max)Dura(max)Dura(max)

반응 최적화 모수반응 최적화 모수반응 최적화 모수반응 최적화 모수

글로벌 솔루션글로벌 솔루션글로벌 솔루션글로벌 솔루션

외Polymer = 09774

- 39 -

Acc1 = 00085

Acc2 = 00022

Sulfur = 00119

예측 반응

Duro(max) = 189171

경도 도 오차범위 도 에 대한 혼합물성분의 한계와 에 의한 실험50 ( plusmn 2 ) MINITAB

점은 표 표 과 같다[ 47] [ 48]

표 혼합물 성분의 한계[ 47] (50Hs)

- 40 -

표 실험계획의 결과[ 48] (50Hs)

경도 도에 대한 혼합물 설계 데이터분석 결과는 표 표 과 같다50 [ 49][ 410] 17

개 실험 점에서의 적합추정치와 신뢰구간은 예측반응에 잘 나타나 있다95

에서는 각 성분에 대한 제한조건을 만족시키면서 내구성을 최대로Nominal Load

하는 처리조건은 외 기타 의 각 성분에 대하여 배합비Polymer Acc1 Acc2 Sulfur

율이 이고 이 처리조건에서 예상되는 내구성은09687 00088 00025 00200

에 도달할 것으로 추정되었다159209 Cycle

에서는 인자의 네 가지 성분의 배합비율이 와 마찬가Maximum Load Nominal Load

지로 이었다 그리고 이 처리조건에서 예상되는 내09687 00088 00025 00200

구성 추정치는 이었다 일 때와 일218572 Cycle Nominal Load Maximum Load

때의 적정배합비율이 다르게 나오는 경우가 있는데 이는 오차범위 경도의 경우( plusmn

도 가 비교적 넓은 고무의 특성에서 비2 )

- 41 -

롯되거나 측정오차에 따른 결과로 추정된다

표 데이터분석 결과[ 49] (50Hs Nominal Load)

에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응Duro(Nor)Duro(Nor)Duro(Nor)Duro(Nor)

반응 최적화 모수반응 최적화 모수반응 최적화 모수반응 최적화 모수

- 42 -

글로벌 솔루션글로벌 솔루션글로벌 솔루션글로벌 솔루션

예측 반응예측 반응예측 반응예측 반응

Duro(Nor) = 159209

표 데이터분석 결과[ 410] (50Hs Maximum Load)

에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응Duro(max)Duro(max)Duro(max)Duro(max)

- 43 -

반응 최적화 모수반응 최적화 모수반응 최적화 모수반응 최적화 모수

글로벌 솔루션글로벌 솔루션글로벌 솔루션글로벌 솔루션

예측 반응예측 반응예측 반응예측 반응

Duro(Max) = 218572

재료배합시험에 있어서 가류시간이 특성 치에 영향을 미치므로 레오그래프

분석에 의해 적정가류시간을 결정한다 레오그래프는 다음의 용도에(Rheograph)

활용된다

고무제품의 가류도 측정①

가류속도 측정②

최적의 가류공정 조건 확립③

가류약품 선정 및 배합 작성Recipe④

고무제품의 품질관리⑤

아래 그림 은 경도 도에 대한 재료의 레오그래프이다 그래프에 나타난 용[ 43] 48

어를 설명하면 다음과 같다

혼합물 의 가 가류되었을 때의 시간을 나타내며 가류시간을tc90- (Compound) 90

결정하는 기준으로 사용된다

스코치시간 을 나타내며 원하지 않는 가교가 일어ts2 - (Scorch time)

- 44 -

나는 시간으로 적절한 가류시간을 찾기 위해 필요한 과정임

고무의 특성을 토르크 값으로 나타낸 값으로 일반적으로 혼합물Tmax- (Torque)

의 경도에 따라 변함

평형 토르크MH- (Equilibrium torque)

최소 토르크ML- (Minimum torque)

본 재료시험에 적용된 가류시간은 의 배 사이에서 적정수준을 결정하tc90 1-15

였다

연구의 결과 카본의 입자가 작을수록 내구성은 향상시키지만 대체로 분산이 잘 되

지 않아 혼합물의 품질이 고르지 못하였다 따라서 카본의 분산도를 평가하여 만족

할 만한 수준이 나오는지 확인하였으며 상대적으로 작은 입자경의 카본을 사용하

여 내구성을 높이려 하였다

그림 경도 도 고무에 대한 레오그래프[ 43] 48

- 45 -

실험의 결과 카본블랙과 레오그래프와의 관계는 그림 와 같이 나타났다 그림[ 44]

에서 보는바와 같이 입자경의 크기가 증가함에 따라 결합력이 약해지므로 토르크

값이 낮아짐을 알 수 있다

그림 각종 카본블랙의 레오그래프[ 44]

- 46 -

본 연구에 적용된 카본 입자경의 크기와 양은 표 과 같다[ 411]

경도변화는 카본입자의 크기와 양에 따라 결정이 되며 레오그래프의 값이 Tmax

이러한 사실을 보여주고 있다

표 레오그래프상의 경도와 카본의 관계[ 411]

레오그래프는 섭씨 도에서 그려짐PHR = Part in Hundred Rubber 160

- 47 -

제 장 형상개선제 장 형상개선제 장 형상개선제 장 형상개선5555

제 절 외철의 스웨징 율 변화에 의한 개선제 절 외철의 스웨징 율 변화에 의한 개선제 절 외철의 스웨징 율 변화에 의한 개선제 절 외철의 스웨징 율 변화에 의한 개선1111

높은 품질의 부싱을 개발하기 위해서는 적절한 재료설계에 의한 경도 및 고무 특

성의 설정이 매우 중요한 요소이지만 고무의 특성 개선에만 의존하는 것은 한계점

이 있다 따라서 제품의 형상변화를 통해 고무의 특성을 극대화함으로써 내구성 및

품질특성을 향상시킬 수 있다

그림 은 부품의 세부형상과 설계도이다[ 51]

그림 세부형상[ 51] DA-2

- 48 -

그림 는 제품의 단면을 보여준다 그림에서 는 다른 모델에 비해 고무[ 52] DA-2

량이 다소 적음을 알 수 있다 형상 변화를 통한 품질특성의 개선을 시도함에 있어

서는 부품에 대한 조립성과 제조성 을 반드시(DFM Design for Manufacturability)

고려하여 형상변화를 꾀하여야 한다 본 제품의 경우 외철 과 내철 (outer pipe)

의 길이는 한정되어 있으며 그 직경의 변화도 허용공차를 미만(Inner pipe) 05 mm

의 수준으로 요구하고 있다

형상변경을 통한 성능향상 방안으로서 외철에 대한 스웨징율 을 변(Swaging rate)

경함으로서 외경크기의 변화를 시도하였으며 또한 내철의 구배각도를 변화시켜 개

선점을 찾으려고 노력하였다

그림 단면[ 52] DA-2

부싱의 경우 일반 적으로 스웨징이라는 공정을 거치게 되는데 이는 공정에서 외

경의 크기 조정을 통하여 성능을 향상 시키는 방법으로서 스웨징율을 조정함으로서

외철의 외경 크기를 허용범위 내어서 변화시키는 것이다 이는 스웨징에 따른 직경

변화에 의해 고무의 조직이 조밀해져 고무 특성을 향상시킬 수 있게된다

그림 은 스웨징의 방향을 나타내며 그림 는 스웨징 전 후의 외철의 크[ 53] [ 54]

기 변화를 보여주고 있다

- 49 -

그림 스웨징 방향[ 53]

그림 스웨징 전후의 외경 크기의 변화 단면[ 54] ( )

제 절 내철의 구배 변화에 의한 개선제 절 내철의 구배 변화에 의한 개선제 절 내철의 구배 변화에 의한 개선제 절 내철의 구배 변화에 의한 개선2222

아래 그림 는 형상 변화를 시도할 수 있는 내철 끝단 부분의 구배를 표시한[ 55]

그림으로서 는 구배각도를 나타낸다a

- 50 -

그림 구배각도[ 55]

그림 은 본 제품의 특성 요구 사항을 그림으로 표시한 것으로 고무부싱은[ 56]

및 의 외력에 대하여 적절하게 대응할 수 있도록 설계되어야 한다 부싱 종류F1 F2

의 경우 일반적으로 고무 제품의 유연함과 동배율 개선을 위하여 저경도의 고무를

적용하는 경우가 많은데 이 경우에는 외력에 대한 특성이 상대적으로 취약하게F1

나타나게 된다 이러한 취약점을 보완하기 위하여 본 연구에서는 그림 과 같 [ 57]

이 제품이 허용하는 범위 내에서 내철의 구배를 변화 시킨 후 실험데이터의 분석을

통해 성능 개선 방안을 찾고자 하였다

그림 부싱의 외력[ 56]

그림 의 의 경우는 구배를 주지 않은 경우이며 의 경우는 구배를 준[ 57] (a) (b)

경우를 표시하고 있다

- 51 -

의 경우 외력에 의하여 발생하는 반발력 은 순수한 고무 특성에 의해서(a) F1 Fr1

만 나타나게 된다 이러한 경우 저경도의 고무을 적용하였을 때 의 크기가 미미 Fr1

하여 적절한 특성을 발휘하지 못하게 된다

의 경우와 같이 내철에 구배를 주게 되면 의 외력에 대하여 구배가 들어간(b) F1

부분 에 의한 반발력 함께 가 생성되어 상대적으로 에 대한 저항력이 커Fr3 Fr2 F1

짐으로써 성능을 향상 시킬 수 있게 된다

그림 구배각도의 적용에 따른 차이 단면[ 57] ( )

그림 구배각도의 적용에 따른 차이 입체[ 58] ( )

- 52 -

제 장 도포공정개선제 장 도포공정개선제 장 도포공정개선제 장 도포공정개선6666

고무부싱의 내구성 향상을 위하여 필수적으로 관리하여야 할 공정이 도포공정이

다 도포공정은 접착의 원리에서부터 접착의 구조 접착의 강도 피착재의 표면처리

법 및 접착제 사용법 등 접착에 관한 전반적인 기술을 공정에 효율적으로 적용하여

야 한다

고무와 금속과의 접착력이란 접착제와 피착제 사이의 계면 결합력을 의미하며 접

착강도는 시험방법 접착방법 시험시의 조건 시편의 기하학 등 여러 인자에 의해

영향을 받는다 접착파괴는 접착제의 가장 약한 곳에서 일어나며 접착강도는 여러

가지 측정법에 따라 고유강도 잔류강도 측정강도 등과 같이 다르게 표현된다 고

무부싱의 접착구조는 그림 과 같다[ 61]

그림 접착의 구조[ 61]

프라이머 는 피착제 표면과의 친화성이나 접착제와의 상용성이 뛰어나야(Primer)

하고 동시에 접착 저해물과의 상용성도 높아야 한다 또 프라이머 중의 유효성분

쪽이 피착제 표면에 흡착되어 있는 저해성분보다 피착제에 의하여 안정하게 흡착되

어 있는 것이 중요하다 따라서 프라이머는

- 53 -

충분한 교반 균일하고 엷은 도포 그리고 완전한 건조가 이루어져야 한다 이러한

도포공정은 피착제의 모앙에 따라 달라진다

열경화성 접착제의 대부분은 유기 중합물과 각종 충진제를 유기용제에 용해 분산

시킨 것으로 사용전이나 사용 중에도 교반기 등으로 균일하게 용해 분산시킨 접착

제를 사용하는 것이 중요하다 따라서 의 도포 공정은 그림 와 같이 교 DA-2 [ 62]

반기를 추가 설치하여 공정 개선을 실시하였다

그림 설치한 교반기[ 62]

또한 피착제의 균일한 도포를 위해 롤타입의 코팅기에 기존 페인트용 롤러에서

그림 에서와 같이 융을 말아 롤러 도포하는 형태로 개선을 실시하여 코팅의[ 415]

두께 정밀도를 향상시켰다

- 54 -

그림 변경된 롤러 모양[ 63]

접착 재료를 프라이머 에서 변경하여 사용함CHEMLOK 220 252 CHEMLOK 205

으로써 접착력을 향상시켰는데 는 금속 및 경길대료의 프라이머로CHEMLOK 205

사용되며 또한 같은 극성고무에 단독으로 접착이 가능하다 NBR

방식의 경우 의 특징을 살펴보면TWO Coat CHEMLOK 205

ㆍㆍㆍㆍ 접착제의 금속 표면에서의 접착강도를 향상시킬 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ 기계적 표면처리 후 활성화된 금속표면을 산화작용으로부터 보호하며 녹방

지 도료적 역할을 한다

ㆍㆍㆍㆍ 크로로프렌이나 에피크로로히드린고무와 같은 가류 중에 염소가스를 발생

시 켜 금속표면을 부식시키기 쉬운 고무배합에 대하여 유효하게 적용된다 프

라 이머는 충분한 교반 균일하고 엷은 도포 그리고 완전한 건조가 이루어져

야 접착성이 뛰어나게 된다

도포공정 개선 전후의 효과는 그림 그림 의 도포두께 비교[ 64]~[ 67] Cpk

를 통해서도 알 수 있다DATA

아래 그림 는 도포공정의 개선전[ 64] 관리도의 그래프를 나타낸

- 55 -

것으로 관리도는 평균치와 범위에 관한 계량형 관리도에서 가장 많이 사용되

는 관리도의 하나이다 관리도는 평균치의 변화를 관리하는 관리도와 산포의

변화를 관리하는 관리도로 구성된다 관리도의 중심선(Central Line) CL=로 나

타내며 관리 상한선 은(Upper Control Limit) UCL= 로 관리하한선인 (Lower

의 경우Control Limit) LCL=

로 구한다

관리도의 관리선의 경우 중심선 관리상한선 UCL= 관리하한선 LCL

의 경우 로 구한다

여기서 등의 계수는 샘플의 크기인 에 따라 결정 되며 일 경우=4

=0729 =0 이다=2282

그림 에서[ 64] 이며=273410 관리도의 로 나타났UCL=307994 LCL=238826

다

관리도의 은CL 이며 이다=4744 UCL=1082581

- 56 -

그림 도포공정 개선전[ 64] 관리도

한편 그림 는 도포공정 개선 전의 경우에 대하여 지정된 규격의 공정능력 [ 65]

지수를 나타낸 것으로서 단기공정능력지수( 와 장기공정능력지수) ( 를 나타낸)

다 단기공정능력지수는 공정능력 ( 과 규격의 폭) ( 과의 비율을 의미하며 일반적)

으로 로 표시한다 규격은 그림 에서처럼 양쪽규격이 모두 주어진 경우 공 [ 65]

정 능력 지수는 다음과 같이 계산할 수 있다

공정 능력

로 나타내고 만약 공정 평균이 규격의 중심으로부터 어느

한쪽으로 치우쳐 있게 되는 경우 치우침도( 와) 를 조합한 단기공정능력지수

( 로 나타낸다 즉)

- 57 -

장기공정능력지수( 의 계산은)

으로서 이다

따라서 그림 에 나타난 것처럼 개선전의 공정능력은[ 65] =17854 =08458

으로서 장기 공정에 대해 만족스럽지 못한 값을 나타내고 있다

그림 도포공정 개선전 공정능력 분석그래프[ 65]

- 58 -

그러나 공정개선후의 관리도인 그림 을 살펴보면[ 66] 이며=28196 관리

도의 이고UCL=300418 LCL=263502 관리도의 은CL 로=2532 UCL=51418

나타난다

그림 도포공정 개선후[ 66] 관리도

- 59 -

개선 후에는 그림 로부터 알 수 있듯이 단기공정능력은[ 67] 으로서=31966

인 장기 공정에 대해 안정적인 것을 확인할 수 있어 도포공정 개선에=23275

대한 효과가 있음을 알 수 있다

그림 정 개선 후 공정능력 분석그래프[ 67]

또한 도포공정의 두께관리를 강화하기 위하여 작업자 교육 및 샘플링 두께 측정

검사를 통해 지속적인 모니터링을 실시하고 공정별 온도관리 및 시간 관리를 통해

작업 환경 유지관리 강화로 변함없는 품질의 제품을 생산하도록 하였다 그림 [

은 롤 코팅 공정이다68] (Roll coating)

- 60 -

그림 롤 코팅 공정[ 68] (Roll coating)

- 61 -

제 장 최적수준 결정을 위한 파라미터 설계제 장 최적수준 결정을 위한 파라미터 설계제 장 최적수준 결정을 위한 파라미터 설계제 장 최적수준 결정을 위한 파라미터 설계7777

제 절 실험계획법에 의한 유의인자 결정제 절 실험계획법에 의한 유의인자 결정제 절 실험계획법에 의한 유의인자 결정제 절 실험계획법에 의한 유의인자 결정1111

재료설계 형상설계 및 공정설계에 대한 최적조건의 결정은 부품의 품질 특성에

대한 사양 을 만족시켜야 할 뿐 아니라 생산부품 간 품질의 산포를(Specification)

최대한 줄여야 한다 의 최적설계를 위해 다구찌 기법 을 적 DA-2 (Taguchi method)

용하였다

다구찌의 강건설계 는 인자 가 품질 특성의 평균에 대해(Robust design) (Factor)

가지는 효과뿐만 아니라 분산에 미치는 효과에 대해서도 초점을 맞추고 있다 분산

을 줄일 수 있는 통제 가능한 인자에 대한 조건을 설정하여 품질특성이 통제 불가

능한 인자의 변화에 대해서는 둔감하도록 할 수 있다 강건설계의 주목적은 품질특

성의 목표값을 유지하면서 분산을 줄이는 인자에 대해 설치값 을 발견하는 (Setting)

데 있다

다구찌 설계에 의한 실험계획법은 특히 확장된 역할로서 다음의 몇 가지를 들 수

있다

ㆍㆍㆍㆍ종래에는 제어 불가능한 환경조건이나 제어하기 어려운 생산조건 공정조건

등의 원인 이를 잡음인자로 통칭 들이 데이터에 주는 영향의 정도를 평가하기 어려( )

웠으나 객관적으로 그리고 계량적으로 이를 평가할 수 있는 방법을 제시하고 있

다 또한 품질 산포의 크기를 계량특성치 손실함수 비 등 로 변환하여 산포를 ( SN )

작게 하는 인자들의 조건을 찾아가는 강건설계를 사용한다

ㆍㆍㆍㆍ직교배열표를 광범위하게 사용하여 인자의 수가 많은 경우에도 크게 실험횟

수를 증가시키지 않고 실험하는 일부 실시법을 사용한다

ㆍㆍㆍㆍ생산라인 내 뿐만 아니라 신제품 개발을 위한 품질설계 파라미터(On-line)

설계 허용오차 설계 등의 라인 외 품질관리를 위하여 유용하게 사용할 (Off-line)

수 있다

ㆍㆍㆍㆍ다구찌 방법에서 추가적으로 다룰 수 있는 주요한 것들로는 직교배열

- 62 -

표의 확대사용 수준계의 표준 직교배열표 이외에 확대 응용 혼합 직교배열표(2 3

의 사용과 조합법의 사용 계량치 데이터의 파라미터 설계 허용차 설계 그리고)

계수치 데이터의 파라미터 설계 동적 특성의 파라미터 설계 등을 들 수 있다

파라미터 설계 는 제품설계와 공정설계에서 유용하게 사용되는(Parameter design)

다구찌 실험계획법의 핵심이다 파라미터는 제품성능의 특성치에 영향을 주는 제어

가능한 인자 를 의미하며 파라미터 설계는 이들 인자들의 최적(Controllable factor)

수준을 정하여 주는 것을 말한다 파라미터를 설계변수 라고도 부 (Design variable)

르며 파라미터 설계에서는 제품의 품질변동이 잡음에 둔감하면서 목표품질을 가질

수 있도록 설계변수들의 최적조건을 구하여 준다 최적조건을 찾을 때 설계변수와

잡음을 주는 인자들을 포함시켜 실험하는 직교배열표 등을 주로 사용한다 이때 목

표 품질을 만족시키는 범위 내에서 가능한 한 비용이 적게 드는 조건이나 부품 등

을 이용한다

만약 신뢰성에 영향을 주는 제어 가능한 인자 에 대한 파라미터설계 A B C D

를 한다고 하자 는 수준 는 수준의 혼합수준 에 대한 설계 A B 4 C D 2 (Mixed level)

분석을 하려고 한다면 각 요인 변동의 계산을 표 과 같은 [ 71] L16(215형 직교배)

열표 를 사용하면 된다(Orthogonal Design)

에 대한 파라미터 설계조건으로는 내구성이 가장 좋은 최적의 설계 및 공정DA-2

조건을 구하여야 하므로 반응변수가 큰 값일수록 좋은 망대특성(Larger-the-better

에 대한 조건을 구하고 부품의 정특성 및 동특성에 대한 분석은 적characteristics)

정한 상호관계를 고려하여 별도의 실험을 행한다

- 63 -

표 다구찌 설계의 예[ 71]

- 64 -

제 절 시험데이터의 해석제 절 시험데이터의 해석제 절 시험데이터의 해석제 절 시험데이터의 해석2222

실험조건실험조건실험조건실험조건1111

제품의 신뢰성향상을 위해 지금까지 재료배합의 개선 형상개선 및 공정개선에

대한 각각의 과정을 설명하였으며 본 장에서는 관련된 여러 인자들을 동시에 고려

하여 최상의 품질특성을 나타낼 수 있는 최적인자수준의 결정에 대하여 설명하려고

한다 이는 인자들 간의 상호 작용이 상승 또는 보완작용을 할 수도 있고 반대로

서로 상극임을 나타낼 수 도 있기 때문이다

일반적으로 고무부싱의 개발에 적용되는 인자 는 다음과 같다(Factor)

ㆍㆍㆍㆍ경도 는 수요기업에서 제시하는 사양 에 따라 적정수(Hardness) (Specification)

준의 경도 도 도 도 도 를 적용하였으며 경험적으로 경도의 산포는(43 45 48 50 ) plusmn

정도이다2

ㆍㆍㆍㆍ각 부분의 모양이나 각도에 따라 고무 량에 영향을 미치게 되는 형상설계에

관해서는 내부 파이프 구배각도를(Inner pipe) 15deg~25deg로 하고 외부파이프 (Outer

의 접착부분을 로 하였으며 외경의 크기는pipe) 13mm~15mm

27mm~ 로 유지하였다278mm

ㆍㆍㆍㆍ공정설계는 가류시간을 로 하였다 가류 온도는240sec~600sec 150deg~180

로 하고 주변 온도에 영향을 받으므로 금형 표면온도는 항상 확인하였다 접착제

도포가 내구성에 영향을 주므로 접착제 두께는 으로 하고 접15micron~40micron

착제 배합조건은 로 하였다120cc~128cc

다구찌 설계에 의한 최적수준을 결정하기 위해 다른 인자는 고정시키고 경도 가

류시간 스웨징 인자에 대하여 표 와 같이 실험수준을 정하였다 [ 72]

- 65 -

표 실험인자 별 수준[ 72]

분석결과의 해석분석결과의 해석분석결과의 해석분석결과의 해석2222

실험결과의 해석은 다음과 같다

을 통해 표 의 실험조건을 입력하여 다구찌 설계를 생성한 결과MMITAB [ 72]

표 과 같은 실험조합을 얻었다 표 는 실험조합 별 시험결과 값이다[ 73] [ 74]

에서의 내구성에 대한 다구찌 설계해석의 결과는 표 의 신호 대Nominal load [ 75]

잡음비 비 평균 표준편차에 대한 반응표에 잘 나타나(SN Signal to noise ratio)

있다 그림 그림 은 비 평균 표준편차에 대한 반응 값을 도식한 [ 71]~[ 73] SN

것이다

표 의 신호 대 잡음비의 반응표를 보면 경도는 스웨징이나 가류시간에 비해[ 75]

반응변수 내구성 에 큰 영향을 미치고 있음을 보여준다 평균에 대한 반응표에서도( )

경도는 다른 인자들에 비해 반응변수의 평균에 크게 영향을 미치고 있음을 알 수

있다 표준편차 역시 경도의 수준 변화에 따라 차이가 가장 많음을 보여주고 있다

- 66 -

표 에 의한 다구찌 설계생성[ 73] MINITAB

- 67 -

표 실험조합 별 시험결과 데이터[ 74]

- 68 -

표 비 평균 표준편차에 대한 반응표[ 75] SN

신호 대 잡음 비에 대한 반응 표신호 대 잡음 비에 대한 반응 표신호 대 잡음 비에 대한 반응 표신호 대 잡음 비에 대한 반응 표

망대특성망대특성망대특성망대특성

평균에 대한 반응 표평균에 대한 반응 표평균에 대한 반응 표평균에 대한 반응 표

표준 편차에 대한 반응 표표준 편차에 대한 반응 표표준 편차에 대한 반응 표표준 편차에 대한 반응 표

- 69 -

그림 신호 대 잡음 비의 주효과도[ 71]

그림 인자수준별 평균의 주효과도[ 72]

그림 인자수준별 표준편차의 주효과도[ 73]

- 70 -

표 와 그림 에서 에서의 내구성 예측값을 가장 크게 하[ 75] [ 72] Nominal Load

는 것은 요인 수준의 조합이 일 때이다 품질 향상을 위해서는 정특성 동(4 2 2)

특성 값도 동시에 고려하여야 하므로 조합 조합 조합(4 2 2) (4 3 2) (4 1 2)

에 대한 예측 값을 함께 구하였다

표 은 에서의 내구성 예측값을 표 은 에[ 76] Nominal Load [ 77] Maximum Load

서의 내구성 예측값 표 은 정특성 예측값 표 는 에서의 동특성 예 [ 78] [ 79] 15Hz

측값 그리고 표 은 에서의 동특성 예측값을 보여주고 있다 [ 710] 150Hz Nominal

에서의 내구성 예측값은 조합 조합 조합에서 각Load (4 2 2) (4 3 2) (4 1 2)

각 목표값인 을 상회한 과170000 Cycle 178023 Cycle 174272 Cycle 175830

로서 조합일 때 더 높게 나타났다Cycle (4 2 2)

동배율은 예측 평균값을 기준으로 할 때 동배율은 조합에서는 에 (4 2 2) 15Hz

서 에서 이고 조합에서의110(1187691079) 150Hz 113(1215561079) (432)

동배율은 에서 에서15Hz 106(112856 106938) 150Hz 108(115769106938)

이며 조합에서의 동배율은 에서 에서 (412) 15Hz 108(118194 1094) 150Hz

이었다109(1195691094)

모델의 경우 수요기업에서 동배율 값이 적은 값을 요구하기 때문에DA-2 (kdks)

동배율을 고려하면 의 조합이 더 좋은 품질을 나타낸다고 할 수 있다(4 1 2)

- 71 -

표 에서의 내구성 예측값[ 76] Nominal Load

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 2 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 3 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 1 2

예측 값

신호 대

- 72 -

표 에서의 내구성 예측값[ 77] Maximum Load

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 2 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 3 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 1 2

신호 대

- 73 -

표 정특성 예측값[ 78]

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 2 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 3 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 1 2

신호 대

- 74 -

표 동특성 예측값[ 79] (15Hz)

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 2 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 3 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 1 2

신호 대

- 75 -

표 동특성 예측값[ 710] (150Hz)

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 2 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 3 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 1 2

신호 대

- 76 -

제 장 부품의 신뢰성성장관리제 장 부품의 신뢰성성장관리제 장 부품의 신뢰성성장관리제 장 부품의 신뢰성성장관리8888

제 절 신뢰성성장관리제 절 신뢰성성장관리제 절 신뢰성성장관리제 절 신뢰성성장관리1111

복잡하고 기술적인 제품의 개발 프로그램을 운영하는 데 있어서는 고객이 요구

하는 신뢰성 수준을 만족시키기 위하여 상당한 규모의 시간 예산 기술인력 등의

자원을 필요로 한다 고객들의 신뢰성 요구수준은 매우 높으므로 이러한 목표를 달

성하기 위하여 시험 개선 시험 개선의 개발과정을 반드시 거친다 이 과정에서 시- - -

스템 서브시스템 또는 모듈을 고장 날 때까지 시험하고 고장모드를 결정해서 이를

제거하기 위한 시도를 하거나 적어도 고장발생을 줄일 수 있는 시도를 하여 설계나

엔지니어링 개선을 이룬다 만약 이러한 과정이 계속되고 설계나 엔지니어링 변경

이 충분히 이루지면 시스템의 신뢰성은 증가한다 개발프로그램이 운영되는 동안

신뢰성 수준의 변화를 추적할 수 있다면 개발책임자로서는 여러 가지 이점이 있다

즉 목표하는 신뢰성 수준을 달성하기 위하여 충분한 비율로 성장하고 있는지의 여

부를 가능한 빠른 시간 내에 판단할 수 있고 그에 따라 필요한 자원을 적절히 배

분할 수 있다 따라서 개발책임자는 시험데이터로부터 현재 시스템의 신뢰성 수준

성장률의 평가 앞으로 기대되는 달성 가능한 수준을 결정하기를 원한다

신뢰성 성장관리 기술은 제품을 개발하는 데(Reliability growth management)

소요되는 많은 시간과 비용 및 엔지니어링 노력을 절감하면서 개념선택 제품과 공

정의 신뢰성 그리고 비용효율을 달성할 수 있도록 유용한 정보를 제공해 준다 군

사장비 자동차 및 전자 중장비개발 등에 적용된 최근의 신뢰성 성장시험 관리기술

은 각 분야의 경쟁적인 사업 환경 아래에서 제품개발을 효율적으로 조직하여 신뢰

성평가를 시작하고 신뢰성 성장과정을 추적할 수 있도록 해준다 신뢰성성장관리기

술은 제품 및 공정설계 관련사항 및 검증시험 항목들에 대하여 사용 환경에 따른

신뢰성 성장 진행과정을 확인하고 그 결과로부터 성장시험곡선을 개발할 수 있게

한다 또한 설계단계 사이의 여러 가지 관련성을 확인하여 관찰하고 그 정보를 다

른 제품보증분석들과 연결하여 고객 요구사항에 대한 제품의

- 77 -

적합도를 적절히 평가하는 데 도움을 준다

신뢰성성장모델은 가 개발한Crow(1975) AMSAA(Army Materiel Systems

모델이 많이 활용되었으나 이는 시스템 또는 서브시스템에서의Analysis Activity)

성장관리에 유용하고 부품수준에서는 모델을 활용하는 것이 더욱 실용적이 Weibull

다 모델은 목표 Weibull B10 수명에 대하여 초기 시작품 으로부터(Early Prototype)

후기 시작품 까지의 신뢰성 개선을 관리하는데 실용적으로 활용할(Later Prototype)

수 있다

신뢰성 성장시험 프로세스신뢰성 성장시험 프로세스신뢰성 성장시험 프로세스신뢰성 성장시험 프로세스1111

신뢰성 성장은 개발시스템에 대하여 여러 시험단계가 시리즈로 이루어지는 동안

고장모드를 발견하고 이를 개선하는 과정을 거쳐 이TAAF(Test Analyze And Fix)

루어진다 또한 기능시험 환경시험 안전시험의 결과는 신뢰성 향상을 위한 FMEA

등과 연계하여 사용된다 분석결과는 설계변경에 반영되고 최종목표가 달성될 때까

지 개선과 시험이 연속적으로 이루어진다 그림 은 일반적인 신뢰성 성장시험 [ 81]

프로세스를 보여준다 프로그램의 시작시점에 신뢰성 성장에 대한 계획을 수립하여

고객의 기대사항을 만족시킬 수 있는 성능수준에 대한 구체적인 측정치를 제시하

고 이 목적을 달성시킬 수 있는 시험조건을 정한다 시험조건은 특정한 부품이나

시스템에 대하여 고객의 사용방법과 환경에 대한 지식을 기초로 하여야 한다

개발프로젝트가 진행되는 동안 신뢰성 성장시험 프로그램이 개발되고 실행되는

과정에서 설계 및 공정의 관심사항을 확인하기 위해 QFD(Quality function

와 같은 제품보증을 위한 분석방법들이 선행되어 실시되는데 신뢰성deployment)

성장관리와 연계하여 이를 통틀어 통합 신뢰성 성장관리(Integrated reliability

라고 한다 신뢰성 성장관리를 포함한 제품설계평가의 모든growth management)

과정은 제품 공정의 신뢰성 향상에 있어 중요한 역할을 하는 제품보증기능의 한부

분이다

- 78 -

통합 신뢰성 성장시험관리 프로세스는 설계뿐 아니라 공정신뢰성(MIL-HDBK-781)

과 관련된 문제에 대응할 수 있도록 신뢰성 성장시험의 이점을 전적으로 활용할 수

있는 수단을 제공한다

신뢰성 성장관리과정을 개발함으로써 신뢰성 수준은 계속적으로 추적될 수 있고

조치를 취하고 다른 분석결과들과 비교되어 초기 신뢰성 예측을 수립하고 제품설

계에 포함된 확신을 증가시킨 후 검증시험에 들어갈 수 있도록 한다 이러한 신뢰

성 성장관리 프로세스는 제품개발 사이클에 있어서 초기 단계 동안에 신뢰성을 확

립하는 데 도움을 줄 수 있는 장치이다

그림 신뢰성성장시험 프로세스[ 81]

제품개발과정에 적용되는 신뢰성 성장시험관리 프로세스는 다음과 같다

신뢰성 성장시험조건을 결정하고 시험 사이클을 개발한다 ①

신뢰성 성장시험곡선의 사용을 통하여 시험과정을 실행하고 추적한다②

시험결과를 평가하고 다른 선행된 분석연구결과들과 비교한다③

확인된 결함을 제거하기 위해 설계변경을 실시한다④

- 79 -

설계검증시험을 준비한다⑤

신뢰성 성장시험의 주된 목적은 설계상의 약점을 확인하고 제거함으로써 설계의

신뢰성을 증가시키는 것이다 정확하게 신뢰성 수준이 변화되는 진행상황을 추적하

기 위해서는 요구사항에 대한 불합치성 을 확인하고 불합치성이(Nonconformance)

일어난 시간을 모두 추적하여야 한다 시험을 시작하기 전에 적절한 시정조치를 용

이하게 하기 위해 사전계획이 수립되어야 하며 고장분포를 결정하기 전에 각각의

고장부품에 대한 고장원인을 분리할 수 있어야 한다

부품의 개발과정에서 몇 개의 표본에 대한 고장시간 데이터가 있을 때 Weibull

분포를 활용한 신뢰성 성장분석에 대하여 설명하면 다음과 같다

가 분석의 개요가 분석의 개요가 분석의 개요가 분석의 개요

밀도함수는 그림 와 같이 특성 수명과 기울기로 고장시간Weibull [ 82] (Cycle

을 설명한다 작은 표본에 대한 고장시간 데이터가 주어졌을 때 분석Km) Weibull

을 사용하여 세 가지의 정보를 얻을 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ특정 시간이 주어졌을 때 등 부품의 신뢰도는 그 시간까지 살아 있(Cycle Km )

을 백분율이다

ㆍㆍㆍㆍ 또는 다른( 수명을 추정할 수 있다) 수명은 부품들 중 가 고장10

날 것이라고 기대되는 시간이다 즉 이 시간에서의 신뢰도는 이다 90

ㆍㆍㆍㆍ 기울기의 값은 고장률 패턴에 대한 정보를 제공해준다 기울기가Weibull 10

이라면 고장률이 일정하다는 것을 의미한다 이 경우 고장은 일반적으로 우연히

일어나며 고장률은 설계의 강건 정도에 따라 달라진다 기울기가 보다 작다면 1

고장률은 감소하고 있음을 의미한다

- 80 -

즉 높은 초기 고장률 을 말한다 기울기가 보다 크면 고장률은 증 (Infant mortality) 1

가하고 이는 마모 되고 있음을 의미한다(Wear-out)

그림 에 의한 부품의 신뢰성성장분석[ 82] Weibull 수명 비교

가장 많이 활용되는 측도는 수명이며 이것은 요구되는 목표 신뢰도가 임 90

을 의미한다 첫 번째 프로토타입이 고장 난다면 신뢰성 목표 달성을 위해 설계 변

경을 행하고 다음 프로토타입을 시험한다 이 과정은 목표 수명이 달성될 때까

지 반복한다

나 의이점나 의이점나 의이점나 의이점WeibullWeibullWeibullWeibull

부품의 개발과정에서 작은 표본에 대한 고장시간 자료가 주어졌을 때 Weibull

분석을 활용하여 신뢰성성장관리를 행하면 다음의 정보를 얻을 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ신뢰성 개선은 목표 수명이 달성될 때까지 하나의 프로토타입에

- 81 -

서 다음 프로토타입까지 추적할 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ신뢰성 개선은 시험한 프로토타입에 대해 타점으로 표현되고 빠르Weibull

게 방향을 파악하여 신뢰성 진전과정에 대한 양적 측면의 관리능력 향상을 그

래프로 확인할 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ컴포넌트를 고장 날 때까지 시험하는 것은 고장모드에 대한 아주 귀중한 정

보를 제공하고 따라서 시정조치 활동이 필요하다

ㆍㆍㆍㆍ많은 표본이 더 좋은 신뢰도를 얻을 수 있지만 분석은 많은 표본을Weibull

필요로 하지 않는다

ㆍㆍㆍㆍ고객의 운영 사용 사이클과 시험 모수의 관계가 알려져 있다면 더 빠르고( )

더 적은 비용으로 가속시험을 할 수도 있다

다 기본가정및제한다 기본가정및제한다 기본가정및제한다 기본가정및제한

ㆍㆍㆍㆍ각 분석에서 오직 하나의 고장모드만 포함되어야 한다 두 개나 그 이상의

고장 모드가 검출된다면 각각에 대해 분리하여 분석해야 한다

ㆍㆍㆍㆍ신뢰도는 시험 제한 한계 로 인해 년 마일까지 확장하여 외삽하면 안( ) 10 150K

된다 왜냐하면 시험 제한 한계 로 인해 다른 고장모드가 발생할 것인지 알 수 ( )

없기 때문이다

ㆍㆍㆍㆍ하나의 프로토타입에서 다음 프로토타입까지 기울기가 변하는 데는 특별히

주의를 하여야 한다 왜냐하면 초기 후기 수명에서 더 높은 신뢰도와 후기 초 ( ) (

기 수명에서 더 낮은 신뢰도의 할 수 도 있기 때문이다) trade-off

라 적용시기라 적용시기라 적용시기라 적용시기

ㆍㆍㆍㆍ수명의 비교는 엔지니어링 사양 이 특정한(Specification) 을 요구할 경

우 사용된다

ㆍㆍㆍㆍ이러한 접근방법은 고장시간 등 에 대하여 동일한 부품의(Cycle Km )

- 82 -

다른 시점에서의 프로토타입을 비교할 때 사용한다

ㆍㆍㆍㆍ신뢰성 목표가 달성될 때까지 계속한다

마 입력자료마 입력자료마 입력자료마 입력자료

ㆍㆍㆍㆍ프로토타입 의 몇 개 표본의 고장시간 등1 (Cycle Km )

ㆍㆍㆍㆍ프로토타입 의 몇 개 표본의 고장시간 등2 (Cycle Km )

⦙

ㆍㆍㆍㆍ마지막 프로토타입의 몇 개 표본의 고장시간 등(Cycle Km )

분석프로세스는 그림 과 같다[ 83]

프로세스프로세스프로세스프로세스 일반적 단계일반적 단계일반적 단계일반적 단계

Ⅰ 요구

또는 수명 결정

프로그램 신뢰성 목표 사용

고객의 운영 사용 프로파일 사용( )

시험 프로그램 적정시간 사용

Ⅱ 시험 프로그램 자료정보

확인과 데이터 수집초기 부품의 프로토타입

후기 부품의 프로토타입

Ⅲ 다른 프로토타입에 대한

누적고장 시간 또는 vs

거리 계산 및 타점

분석이 가능한 사용Weibull SW

가능한 가속수명시험 사용

Ⅳ 프로젝트 검토 시

현재 신뢰성 수준신뢰성 목표 적합성 결정

초기 경고 관련 정보 제공

개선을 위한 계획 정보 제공

그림 프로세스별 단계[ 83]

- 83 -

제 절 신뢰성성장 데이터분석제 절 신뢰성성장 데이터분석제 절 신뢰성성장 데이터분석제 절 신뢰성성장 데이터분석2222

초기 프로토타입 으로 부터 개의 표본을 정상하중 으(Prototype1) 6 (Nominal load)

로 고장 날 때까지 시험하고 고장모드를 기록하였다 여러 개선작업을 거친 후 후

기 프로토타입 으로부터 개의 표본을 고장 날 때까지 시험하고 고장모(Prototype2) 6

드를 기록하였다 시험 데이터는 표 에 주어져 있다 [ 81]

에 고장데이터를 입력하고 각 프로토타입 단계별로 용지에 결과MINITAB Weibull

를 타점한 결과 그림 와 같은 성장곡선이 생성되었다 [ 84] Weibull

정상하중 에서 의 평균수명 추정치는 이(Nominal load) Prototype1 127366Cycle

고 의 평균수명 추정치는 로서 의 개선을 이루었 Prototype2 176882 Cycle 389

음을 알 수 있었다 수명은 은 이었으나Prototype1 112668 Cycle Prototype2

의 수명은 로서 상당한 개선이 이루어졌음을 볼 수 있다168620 Cycle 수

명에 대한 신뢰하한은 로 추정되었다 따라서 정상부하에 의한95 162926 Cycle

시험데이터분석 결과 개선활동 재료배합개선 형상설계개선 공정개선 에 의하여 ( )

내구성 목표가 달성되었음을 알 수 있다

그림 는 에서의 신뢰구간을 보여주고 있다[ 85] Nominal load 90

최대하중 에서는 표 의 데이터 입력결과 그림 의 그래프를(Max load) [ 82] [ 86]

생성하였다 그래프로 부터 추정된 의 Prototype1 수명은 이고16362Cycle

의Prototype2 수명은 이다21850 Cycle 수명에 대한 신뢰하한추정치95

는 으로부터 로 계산된다MINITAB 20983 Cycle

의 수명과 의 수명이 다른 것은 개선 활동의 결과이Prototype1 Prototype2

- 84 -

며 에서 개선목표가 달성되었음을 알 수 있다 Prototype2

표 하중 고장시간[ 81] Nominal (Cycle)

Weibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth Curve

(Nominal Load)(Nominal Load)(Nominal Load)(Nominal Load)

그림 성장곡선[ 84] Weibull (Nominal load data)

- 85 -

Weibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth Curve

(Nominal Load-90 Cl)(Nominal Load-90 Cl)(Nominal Load-90 Cl)(Nominal Load-90 Cl)

그림 신뢰구간[ 85] Nominal Load90

- 86 -

표 하중 고장시간[ 82] Max (Cycle)

Weibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth Curve

(MaxLoad)(MaxLoad)(MaxLoad)(MaxLoad)

그림 성장곡선[ 86] Weibull (Max load data)

- 87 -

제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론9999

본 연구는 자동차현가장치인 고무부싱 의 신뢰성향상을 위한 기(Rubber bushing)

술개발과제이다 에나 인더스트리는 수출전문기업으로서 주요 경쟁사에 비해 고성

능 고내구성의 제품을 짧은 기간 내에 개발할 수 있는 능력을 갖추어야 해외 시장

에서 경쟁력을 가질 수 있다

본 연구개발에서는 수요기업에서 요구하는 GMUTS(General Motors Uniform

의 사양에 따른 시험을 실행하여 내구성을 목표 사이클 이상으Test Specification)

로 개선하고 정특성과 동특성 비틀림 토크를 개선항목으로 선정하여 제품의 품질

및 신뢰성 향상을 진행하였다

수요기업의 요구 수준에 의하면 내구성은 와 Tension Compress Alternating

가 동시에 일 때 일 때Torsion Stress Maximum Load 20000 Cycle Normal Load

을 요구한다 본 프로젝트의 경우 해외의 부품메이커들에 대한 경쟁150000 Cycle

력 우위를 확보하기 위하여 기본 요구 수준을 넘어 향상된 제품신뢰성을5~10

확보를 목표로 하였다 내구성 정특성 및 동특성에 대한 시험은 직접 행하였고 비

틀림토크에 대한 부분은 추가적인 시험장치가 필요하여 수요기업의 실험실에 샘플

을 제출하여 요구수준을 검증받았다

본 연구개발의 성과를 요약하면 다음과 같다

우선 기술적 효과로는

설계기술의 확보(1)

재료배합설계 형상설계 공정설계에 대한 기술을 확보하여 내구성을 비롯한 품

질특성을 향상시킬 수 있었다 종래에는 설계 개발 생산프로세스에서 경험적 방법

에 의존하여 시행착오가 많았으나 본 연구를 통하여 과학적이고 체계적인 방법으

로 접근할 수 있는 기술이 확보되었다

설계 요소의 기술적 배치를 위한 실험계획법의 활용기술 확보(2)

- 88 -

종전에는 고무 배합설계 형상설계 공정설계에 대하여 설계요인 별 수 (Facter)

준 을 무작위로 추출하여 실험하였으나 본 실험계획의 과정을 따르면 요인들(Level)

이 계획적으로 반영되어 품질특성에 각각 어느 정도의 영향을 미치는지 분석이 가

능하게 된다 또한 다구찌에 의한 강건 설계의 생성으로 산포를 줄일 수 있다

잠재적 고장원인 분석방법 기술 확보(3)

제품기능에 대한 잠재적 고장모드의 예측과 시험항목을 판단하고 최종적으로는 설

계검증 과 공정검증 의 세부항목과 효과적(Design verification) (Process verification)

으로 연계가 가능하다

신뢰성 데이터분석기술 확보(4)

부품의 개발과정에서 몇 개의 표본에 대한 고장시간 데이터가 있을 때 Weibull

분포를 활용한 신뢰성 성장분석이 가능하게 되었다 개발프로그램이 운영되는 동안

신뢰성 수준의 변화를 추적할 수 있어 목표하는 신뢰성 수준을 달성하기 위하여 충

분한 비율로 성장하고 있는지의 여부를 가능한 빠른 시간 내에 판단할 수 있고 그

에 따라 필요한 자원을 적절히 배분할 수 있다 따라서 개발책임자는 시험데이터로

부터 현재 시스템의 신뢰성 수준 성장률의 평가 앞으로 기대되는 달성 가능한 수

준에 대한 결정이 가능하다

경제적 측면의 효과로는

제품에 대한 내구성 및 동특성 정특성에 대하여 요구사양 이상으로 특성관리(1)

를 행할 수 있어 해외 부품메이커들에 대한 경쟁력 우위로 수출력을 향상할 수 있

게 되었다

개발기간을 단축할 수 있게 되어 개발비의 절감을 가져올 수 있게 되었다(2)

재료배합 형상설계 및 공정설계에 대한 기술개발의 표준 정립으로 개발 기간의 단

축이 가능하게 되었다

본 과제 결과를 활용하여 다른 방진제품에 대한 신뢰성 관리로 수출(3)

- 89 -

시장을 개척하여 신규거래처를 확보할 예정이다 신뢰성 데이터의 관리가 이루어져

제품수명에 대한 설득력 있는 자료의 제시가 가능하게 되었다

향후 연구계획으로는

고무부싱부품의 특성상 내구성만의 개선이 최선이 아니고 정특성과 동특성을 일

정수준으로 동시에 고려하여야 한다 따라서 이 부분에 대한 동시적인 실험설계가

시스템화 되도록 추가적인 연구가 요구된다

- 90 -

참고문헌참고문헌참고문헌참고문헌[ ][ ][ ][ ]

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Journal of Fatigue Vol27 2005

[8] McLean R A and Anderson V I Extreme Vertices Design of Mixture

Experiments Technometrics Vol8 No3 1966

- 96 -

주 의

이 보고서는 산업자원부에서 시행한 부품소재종합기술지원사업의 최1

종보고서이다

이 신뢰성기반기술확산사업 내용을 대외적으로 발표할 때에는 반드시2

산업자원부에서 시행한 부품소재신뢰성기반기술 사업의 지원결과임을

밝혀야 한다

- 97 -

이 보고서는 산업자원부에서 시행한

부품소재 신뢰성기반기술확산사업의 최종보고서이다

- 33 -

제 절 꼭지점계획법에 의한 최적배합조건제 절 꼭지점계획법에 의한 최적배합조건제 절 꼭지점계획법에 의한 최적배합조건제 절 꼭지점계획법에 의한 최적배합조건3333

재료설계에 적용되는 실험계획은 혼합물 배합에 관한 실험계획으로서 몇(Mixture)

개 성분의 혼합물 중 어떠한 성분이 품질의 특성에 유의한 영향을 미치는지를 분석

하여 반응을 최대로 만드는 최적혼합비율을 찾고자 하는 실험계획이다

혼합물실험에 적용되는 실험계획으로는 심플렉스 격자형배열법 심플렉스 중심배열

법 꼭지점 계획법 등을 주로 적용한다 본 실험에서는 심플렉스의 전 영역이 아니

라 제한된 영역에서 실험을 하고자 하므로 꼭지점계획법(Extreme vertice design)

을 적용하였다

고무부싱의 재료배합에서는 개의 성분재료가 있고 이들을 어떤 비율로 배합하는

것이 품질특성치를 가장 좋게 하는가를 찾는다 성분의 혼합에 있어서 를 번째

성분의 혼합비율이라고 하면 다음과 같은 관계식을 만족시켜야 한다

이러한 경우는 일반적 실험계획법처럼 심플렉스의 모든 영역에 실험이 배치되는 것

이 아니고 제한된 영역에서만 실험을 하는 경우이다 즉 각 인자 가 (Factor) 0 le

의 모든 값을 취할 수 있는 것이 아니라 제한된 구간1le

안에서만 값을 취한다 이와 같은 경우는 경제적인 이유나 또는 실험 전에 인자들

의 성질에 대하여 상당한 정보가 있는 경우이다 위의 식과 같은 인자의 구간이 설

정되면 실험가능영역은 심플렉스 상의 좁은 영역이 된다

- 34 -

과 은 제한된 실험영역에 대한 실험계획법으로 꼭지점 계획법Mclean Anderson

을 제안하였다 이 계획법은 제한된 영역이 가지는 모든(extreme vertices design)

꼭지점과 이 꼭지점들의 선형조합으로 이루어지는 몇 개의 점을 적절히 선택하는

실험계획법이다 만약 개의 혼합성분이 사용되는 경우 실험영역을 그림으로 그리 4

면 그림 와 같이 사면체 속에 위치하는 면체가 된다 과 은[ 42] 6 Mclean Anderson

이 면체의 꼭지점과 중심점을 실험점으로 선택하는 방법에 대한 예제를 제시하고6

있다

그림 개의 혼합성분에 대한 꼭지점계획법[ 42] 4

고무부싱의 재료설계 시 혼합물은 고무 카본 및 배합원료로서 황화제 촉진제

가공제 유기산 금속산화제 노화방지제 보강제 충진제 등을 사용한다

재료 배합 실험은 경도별로 나누어 실행되었으며 표 은 경도 도 오차범[ 43] 48 (

위 plusmn 도 에 대한 혼합물성분의 한계이다 에 성분의 한계를 입력한 결과2 ) MINITAB

네 가지 성분에 대하여 표 와 같은 총 회의 실[ 44] 17

- 35 -

험점이 생성되었다 실행 의 경우 의 성분을 1 A B C D 09807 00068 00011

의 비율로 섞어서 실험하라는 의미이다00114

표 혼합물 성분의 한계[ 43] (48Hs)

성분 하한 상한

A 외 기타Polymer 09774 09807

B 촉진제1 00068 00085

C 촉진제2 00011 00022

D Sulfur 00114 00119

표 꼭지점계획법에 의한 실험설계와 결과데이터[ 44] (48Hs)

을 활용한 혼합물 설계 데이터분석 결과는 표 표 과 같다MINITAB [ 45][ 46] 17

회의 실험점에 대한 데이터분석 결과 각 실험 점에서의 적합추정치와 신뢰구 95

간을 구할 수 있었다

- 36 -

표 을 보면 실험점 에 의한 배합조건으로는 신뢰구간으로[ 45] 14 95

의 내구성이 나타난다 에서는 각 성142322cycle ~ 146166cycle Nominal Load

분에 대한 제한조건을 만족시키면서 내구성을 최대로 하는 처리조건은 인자의 네

가지 성분 즉 외 에 대한 배합 비율이 Polymer Acc1 Acc2 Sulfur 097740

이었다 그리고 이 처리조건에서 예상되는 내구성은00085 00022 00119

에 도달할 것으로 추정되었다146943cycle

에서는 인자의 네 가지 성분의 배합비율이 와 마찬Maximum Load Nominal Load

가지로 이었다 그리고 이 처리 조건에서 예상되는09774 00085 00022 00119

내구성 추정치는 이었다18917cycle

표 데이터분석 결과[ 45] (48Hs Nominal Load)

에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응Dura(Nom)Dura(Nom)Dura(Nom)Dura(Nom)

- 37 -

반응 최적화 모수반응 최적화 모수반응 최적화 모수반응 최적화 모수

글로벌 솔루션글로벌 솔루션글로벌 솔루션글로벌 솔루션

예측 반응예측 반응예측 반응예측 반응

Dura(Nom) = 146943

- 38 -

표 데이터분석 결과[ 46] (48Hs Maximum Load)

에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응Dura(max)Dura(max)Dura(max)Dura(max)

반응 최적화 모수반응 최적화 모수반응 최적화 모수반응 최적화 모수

글로벌 솔루션글로벌 솔루션글로벌 솔루션글로벌 솔루션

외Polymer = 09774

- 39 -

Acc1 = 00085

Acc2 = 00022

Sulfur = 00119

예측 반응

Duro(max) = 189171

경도 도 오차범위 도 에 대한 혼합물성분의 한계와 에 의한 실험50 ( plusmn 2 ) MINITAB

점은 표 표 과 같다[ 47] [ 48]

표 혼합물 성분의 한계[ 47] (50Hs)

- 40 -

표 실험계획의 결과[ 48] (50Hs)

경도 도에 대한 혼합물 설계 데이터분석 결과는 표 표 과 같다50 [ 49][ 410] 17

개 실험 점에서의 적합추정치와 신뢰구간은 예측반응에 잘 나타나 있다95

에서는 각 성분에 대한 제한조건을 만족시키면서 내구성을 최대로Nominal Load

하는 처리조건은 외 기타 의 각 성분에 대하여 배합비Polymer Acc1 Acc2 Sulfur

율이 이고 이 처리조건에서 예상되는 내구성은09687 00088 00025 00200

에 도달할 것으로 추정되었다159209 Cycle

에서는 인자의 네 가지 성분의 배합비율이 와 마찬가Maximum Load Nominal Load

지로 이었다 그리고 이 처리조건에서 예상되는 내09687 00088 00025 00200

구성 추정치는 이었다 일 때와 일218572 Cycle Nominal Load Maximum Load

때의 적정배합비율이 다르게 나오는 경우가 있는데 이는 오차범위 경도의 경우( plusmn

도 가 비교적 넓은 고무의 특성에서 비2 )

- 41 -

롯되거나 측정오차에 따른 결과로 추정된다

표 데이터분석 결과[ 49] (50Hs Nominal Load)

에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응Duro(Nor)Duro(Nor)Duro(Nor)Duro(Nor)

반응 최적화 모수반응 최적화 모수반응 최적화 모수반응 최적화 모수

- 42 -

글로벌 솔루션글로벌 솔루션글로벌 솔루션글로벌 솔루션

예측 반응예측 반응예측 반응예측 반응

Duro(Nor) = 159209

표 데이터분석 결과[ 410] (50Hs Maximum Load)

에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응Duro(max)Duro(max)Duro(max)Duro(max)

- 43 -

반응 최적화 모수반응 최적화 모수반응 최적화 모수반응 최적화 모수

글로벌 솔루션글로벌 솔루션글로벌 솔루션글로벌 솔루션

예측 반응예측 반응예측 반응예측 반응

Duro(Max) = 218572

재료배합시험에 있어서 가류시간이 특성 치에 영향을 미치므로 레오그래프

분석에 의해 적정가류시간을 결정한다 레오그래프는 다음의 용도에(Rheograph)

활용된다

고무제품의 가류도 측정①

가류속도 측정②

최적의 가류공정 조건 확립③

가류약품 선정 및 배합 작성Recipe④

고무제품의 품질관리⑤

아래 그림 은 경도 도에 대한 재료의 레오그래프이다 그래프에 나타난 용[ 43] 48

어를 설명하면 다음과 같다

혼합물 의 가 가류되었을 때의 시간을 나타내며 가류시간을tc90- (Compound) 90

결정하는 기준으로 사용된다

스코치시간 을 나타내며 원하지 않는 가교가 일어ts2 - (Scorch time)

- 44 -

나는 시간으로 적절한 가류시간을 찾기 위해 필요한 과정임

고무의 특성을 토르크 값으로 나타낸 값으로 일반적으로 혼합물Tmax- (Torque)

의 경도에 따라 변함

평형 토르크MH- (Equilibrium torque)

최소 토르크ML- (Minimum torque)

본 재료시험에 적용된 가류시간은 의 배 사이에서 적정수준을 결정하tc90 1-15

였다

연구의 결과 카본의 입자가 작을수록 내구성은 향상시키지만 대체로 분산이 잘 되

지 않아 혼합물의 품질이 고르지 못하였다 따라서 카본의 분산도를 평가하여 만족

할 만한 수준이 나오는지 확인하였으며 상대적으로 작은 입자경의 카본을 사용하

여 내구성을 높이려 하였다

그림 경도 도 고무에 대한 레오그래프[ 43] 48

- 45 -

실험의 결과 카본블랙과 레오그래프와의 관계는 그림 와 같이 나타났다 그림[ 44]

에서 보는바와 같이 입자경의 크기가 증가함에 따라 결합력이 약해지므로 토르크

값이 낮아짐을 알 수 있다

그림 각종 카본블랙의 레오그래프[ 44]

- 46 -

본 연구에 적용된 카본 입자경의 크기와 양은 표 과 같다[ 411]

경도변화는 카본입자의 크기와 양에 따라 결정이 되며 레오그래프의 값이 Tmax

이러한 사실을 보여주고 있다

표 레오그래프상의 경도와 카본의 관계[ 411]

레오그래프는 섭씨 도에서 그려짐PHR = Part in Hundred Rubber 160

- 47 -

제 장 형상개선제 장 형상개선제 장 형상개선제 장 형상개선5555

제 절 외철의 스웨징 율 변화에 의한 개선제 절 외철의 스웨징 율 변화에 의한 개선제 절 외철의 스웨징 율 변화에 의한 개선제 절 외철의 스웨징 율 변화에 의한 개선1111

높은 품질의 부싱을 개발하기 위해서는 적절한 재료설계에 의한 경도 및 고무 특

성의 설정이 매우 중요한 요소이지만 고무의 특성 개선에만 의존하는 것은 한계점

이 있다 따라서 제품의 형상변화를 통해 고무의 특성을 극대화함으로써 내구성 및

품질특성을 향상시킬 수 있다

그림 은 부품의 세부형상과 설계도이다[ 51]

그림 세부형상[ 51] DA-2

- 48 -

그림 는 제품의 단면을 보여준다 그림에서 는 다른 모델에 비해 고무[ 52] DA-2

량이 다소 적음을 알 수 있다 형상 변화를 통한 품질특성의 개선을 시도함에 있어

서는 부품에 대한 조립성과 제조성 을 반드시(DFM Design for Manufacturability)

고려하여 형상변화를 꾀하여야 한다 본 제품의 경우 외철 과 내철 (outer pipe)

의 길이는 한정되어 있으며 그 직경의 변화도 허용공차를 미만(Inner pipe) 05 mm

의 수준으로 요구하고 있다

형상변경을 통한 성능향상 방안으로서 외철에 대한 스웨징율 을 변(Swaging rate)

경함으로서 외경크기의 변화를 시도하였으며 또한 내철의 구배각도를 변화시켜 개

선점을 찾으려고 노력하였다

그림 단면[ 52] DA-2

부싱의 경우 일반 적으로 스웨징이라는 공정을 거치게 되는데 이는 공정에서 외

경의 크기 조정을 통하여 성능을 향상 시키는 방법으로서 스웨징율을 조정함으로서

외철의 외경 크기를 허용범위 내어서 변화시키는 것이다 이는 스웨징에 따른 직경

변화에 의해 고무의 조직이 조밀해져 고무 특성을 향상시킬 수 있게된다

그림 은 스웨징의 방향을 나타내며 그림 는 스웨징 전 후의 외철의 크[ 53] [ 54]

기 변화를 보여주고 있다

- 49 -

그림 스웨징 방향[ 53]

그림 스웨징 전후의 외경 크기의 변화 단면[ 54] ( )

제 절 내철의 구배 변화에 의한 개선제 절 내철의 구배 변화에 의한 개선제 절 내철의 구배 변화에 의한 개선제 절 내철의 구배 변화에 의한 개선2222

아래 그림 는 형상 변화를 시도할 수 있는 내철 끝단 부분의 구배를 표시한[ 55]

그림으로서 는 구배각도를 나타낸다a

- 50 -

그림 구배각도[ 55]

그림 은 본 제품의 특성 요구 사항을 그림으로 표시한 것으로 고무부싱은[ 56]

및 의 외력에 대하여 적절하게 대응할 수 있도록 설계되어야 한다 부싱 종류F1 F2

의 경우 일반적으로 고무 제품의 유연함과 동배율 개선을 위하여 저경도의 고무를

적용하는 경우가 많은데 이 경우에는 외력에 대한 특성이 상대적으로 취약하게F1

나타나게 된다 이러한 취약점을 보완하기 위하여 본 연구에서는 그림 과 같 [ 57]

이 제품이 허용하는 범위 내에서 내철의 구배를 변화 시킨 후 실험데이터의 분석을

통해 성능 개선 방안을 찾고자 하였다

그림 부싱의 외력[ 56]

그림 의 의 경우는 구배를 주지 않은 경우이며 의 경우는 구배를 준[ 57] (a) (b)

경우를 표시하고 있다

- 51 -

의 경우 외력에 의하여 발생하는 반발력 은 순수한 고무 특성에 의해서(a) F1 Fr1

만 나타나게 된다 이러한 경우 저경도의 고무을 적용하였을 때 의 크기가 미미 Fr1

하여 적절한 특성을 발휘하지 못하게 된다

의 경우와 같이 내철에 구배를 주게 되면 의 외력에 대하여 구배가 들어간(b) F1

부분 에 의한 반발력 함께 가 생성되어 상대적으로 에 대한 저항력이 커Fr3 Fr2 F1

짐으로써 성능을 향상 시킬 수 있게 된다

그림 구배각도의 적용에 따른 차이 단면[ 57] ( )

그림 구배각도의 적용에 따른 차이 입체[ 58] ( )

- 52 -

제 장 도포공정개선제 장 도포공정개선제 장 도포공정개선제 장 도포공정개선6666

고무부싱의 내구성 향상을 위하여 필수적으로 관리하여야 할 공정이 도포공정이

다 도포공정은 접착의 원리에서부터 접착의 구조 접착의 강도 피착재의 표면처리

법 및 접착제 사용법 등 접착에 관한 전반적인 기술을 공정에 효율적으로 적용하여

야 한다

고무와 금속과의 접착력이란 접착제와 피착제 사이의 계면 결합력을 의미하며 접

착강도는 시험방법 접착방법 시험시의 조건 시편의 기하학 등 여러 인자에 의해

영향을 받는다 접착파괴는 접착제의 가장 약한 곳에서 일어나며 접착강도는 여러

가지 측정법에 따라 고유강도 잔류강도 측정강도 등과 같이 다르게 표현된다 고

무부싱의 접착구조는 그림 과 같다[ 61]

그림 접착의 구조[ 61]

프라이머 는 피착제 표면과의 친화성이나 접착제와의 상용성이 뛰어나야(Primer)

하고 동시에 접착 저해물과의 상용성도 높아야 한다 또 프라이머 중의 유효성분

쪽이 피착제 표면에 흡착되어 있는 저해성분보다 피착제에 의하여 안정하게 흡착되

어 있는 것이 중요하다 따라서 프라이머는

- 53 -

충분한 교반 균일하고 엷은 도포 그리고 완전한 건조가 이루어져야 한다 이러한

도포공정은 피착제의 모앙에 따라 달라진다

열경화성 접착제의 대부분은 유기 중합물과 각종 충진제를 유기용제에 용해 분산

시킨 것으로 사용전이나 사용 중에도 교반기 등으로 균일하게 용해 분산시킨 접착

제를 사용하는 것이 중요하다 따라서 의 도포 공정은 그림 와 같이 교 DA-2 [ 62]

반기를 추가 설치하여 공정 개선을 실시하였다

그림 설치한 교반기[ 62]

또한 피착제의 균일한 도포를 위해 롤타입의 코팅기에 기존 페인트용 롤러에서

그림 에서와 같이 융을 말아 롤러 도포하는 형태로 개선을 실시하여 코팅의[ 415]

두께 정밀도를 향상시켰다

- 54 -

그림 변경된 롤러 모양[ 63]

접착 재료를 프라이머 에서 변경하여 사용함CHEMLOK 220 252 CHEMLOK 205

으로써 접착력을 향상시켰는데 는 금속 및 경길대료의 프라이머로CHEMLOK 205

사용되며 또한 같은 극성고무에 단독으로 접착이 가능하다 NBR

방식의 경우 의 특징을 살펴보면TWO Coat CHEMLOK 205

ㆍㆍㆍㆍ 접착제의 금속 표면에서의 접착강도를 향상시킬 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ 기계적 표면처리 후 활성화된 금속표면을 산화작용으로부터 보호하며 녹방

지 도료적 역할을 한다

ㆍㆍㆍㆍ 크로로프렌이나 에피크로로히드린고무와 같은 가류 중에 염소가스를 발생

시 켜 금속표면을 부식시키기 쉬운 고무배합에 대하여 유효하게 적용된다 프

라 이머는 충분한 교반 균일하고 엷은 도포 그리고 완전한 건조가 이루어져

야 접착성이 뛰어나게 된다

도포공정 개선 전후의 효과는 그림 그림 의 도포두께 비교[ 64]~[ 67] Cpk

를 통해서도 알 수 있다DATA

아래 그림 는 도포공정의 개선전[ 64] 관리도의 그래프를 나타낸

- 55 -

것으로 관리도는 평균치와 범위에 관한 계량형 관리도에서 가장 많이 사용되

는 관리도의 하나이다 관리도는 평균치의 변화를 관리하는 관리도와 산포의

변화를 관리하는 관리도로 구성된다 관리도의 중심선(Central Line) CL=로 나

타내며 관리 상한선 은(Upper Control Limit) UCL= 로 관리하한선인 (Lower

의 경우Control Limit) LCL=

로 구한다

관리도의 관리선의 경우 중심선 관리상한선 UCL= 관리하한선 LCL

의 경우 로 구한다

여기서 등의 계수는 샘플의 크기인 에 따라 결정 되며 일 경우=4

=0729 =0 이다=2282

그림 에서[ 64] 이며=273410 관리도의 로 나타났UCL=307994 LCL=238826

다

관리도의 은CL 이며 이다=4744 UCL=1082581

- 56 -

그림 도포공정 개선전[ 64] 관리도

한편 그림 는 도포공정 개선 전의 경우에 대하여 지정된 규격의 공정능력 [ 65]

지수를 나타낸 것으로서 단기공정능력지수( 와 장기공정능력지수) ( 를 나타낸)

다 단기공정능력지수는 공정능력 ( 과 규격의 폭) ( 과의 비율을 의미하며 일반적)

으로 로 표시한다 규격은 그림 에서처럼 양쪽규격이 모두 주어진 경우 공 [ 65]

정 능력 지수는 다음과 같이 계산할 수 있다

공정 능력

로 나타내고 만약 공정 평균이 규격의 중심으로부터 어느

한쪽으로 치우쳐 있게 되는 경우 치우침도( 와) 를 조합한 단기공정능력지수

( 로 나타낸다 즉)

- 57 -

장기공정능력지수( 의 계산은)

으로서 이다

따라서 그림 에 나타난 것처럼 개선전의 공정능력은[ 65] =17854 =08458

으로서 장기 공정에 대해 만족스럽지 못한 값을 나타내고 있다

그림 도포공정 개선전 공정능력 분석그래프[ 65]

- 58 -

그러나 공정개선후의 관리도인 그림 을 살펴보면[ 66] 이며=28196 관리

도의 이고UCL=300418 LCL=263502 관리도의 은CL 로=2532 UCL=51418

나타난다

그림 도포공정 개선후[ 66] 관리도

- 59 -

개선 후에는 그림 로부터 알 수 있듯이 단기공정능력은[ 67] 으로서=31966

인 장기 공정에 대해 안정적인 것을 확인할 수 있어 도포공정 개선에=23275

대한 효과가 있음을 알 수 있다

그림 정 개선 후 공정능력 분석그래프[ 67]

또한 도포공정의 두께관리를 강화하기 위하여 작업자 교육 및 샘플링 두께 측정

검사를 통해 지속적인 모니터링을 실시하고 공정별 온도관리 및 시간 관리를 통해

작업 환경 유지관리 강화로 변함없는 품질의 제품을 생산하도록 하였다 그림 [

은 롤 코팅 공정이다68] (Roll coating)

- 60 -

그림 롤 코팅 공정[ 68] (Roll coating)

- 61 -

제 장 최적수준 결정을 위한 파라미터 설계제 장 최적수준 결정을 위한 파라미터 설계제 장 최적수준 결정을 위한 파라미터 설계제 장 최적수준 결정을 위한 파라미터 설계7777

제 절 실험계획법에 의한 유의인자 결정제 절 실험계획법에 의한 유의인자 결정제 절 실험계획법에 의한 유의인자 결정제 절 실험계획법에 의한 유의인자 결정1111

재료설계 형상설계 및 공정설계에 대한 최적조건의 결정은 부품의 품질 특성에

대한 사양 을 만족시켜야 할 뿐 아니라 생산부품 간 품질의 산포를(Specification)

최대한 줄여야 한다 의 최적설계를 위해 다구찌 기법 을 적 DA-2 (Taguchi method)

용하였다

다구찌의 강건설계 는 인자 가 품질 특성의 평균에 대해(Robust design) (Factor)

가지는 효과뿐만 아니라 분산에 미치는 효과에 대해서도 초점을 맞추고 있다 분산

을 줄일 수 있는 통제 가능한 인자에 대한 조건을 설정하여 품질특성이 통제 불가

능한 인자의 변화에 대해서는 둔감하도록 할 수 있다 강건설계의 주목적은 품질특

성의 목표값을 유지하면서 분산을 줄이는 인자에 대해 설치값 을 발견하는 (Setting)

데 있다

다구찌 설계에 의한 실험계획법은 특히 확장된 역할로서 다음의 몇 가지를 들 수

있다

ㆍㆍㆍㆍ종래에는 제어 불가능한 환경조건이나 제어하기 어려운 생산조건 공정조건

등의 원인 이를 잡음인자로 통칭 들이 데이터에 주는 영향의 정도를 평가하기 어려( )

웠으나 객관적으로 그리고 계량적으로 이를 평가할 수 있는 방법을 제시하고 있

다 또한 품질 산포의 크기를 계량특성치 손실함수 비 등 로 변환하여 산포를 ( SN )

작게 하는 인자들의 조건을 찾아가는 강건설계를 사용한다

ㆍㆍㆍㆍ직교배열표를 광범위하게 사용하여 인자의 수가 많은 경우에도 크게 실험횟

수를 증가시키지 않고 실험하는 일부 실시법을 사용한다

ㆍㆍㆍㆍ생산라인 내 뿐만 아니라 신제품 개발을 위한 품질설계 파라미터(On-line)

설계 허용오차 설계 등의 라인 외 품질관리를 위하여 유용하게 사용할 (Off-line)

수 있다

ㆍㆍㆍㆍ다구찌 방법에서 추가적으로 다룰 수 있는 주요한 것들로는 직교배열

- 62 -

표의 확대사용 수준계의 표준 직교배열표 이외에 확대 응용 혼합 직교배열표(2 3

의 사용과 조합법의 사용 계량치 데이터의 파라미터 설계 허용차 설계 그리고)

계수치 데이터의 파라미터 설계 동적 특성의 파라미터 설계 등을 들 수 있다

파라미터 설계 는 제품설계와 공정설계에서 유용하게 사용되는(Parameter design)

다구찌 실험계획법의 핵심이다 파라미터는 제품성능의 특성치에 영향을 주는 제어

가능한 인자 를 의미하며 파라미터 설계는 이들 인자들의 최적(Controllable factor)

수준을 정하여 주는 것을 말한다 파라미터를 설계변수 라고도 부 (Design variable)

르며 파라미터 설계에서는 제품의 품질변동이 잡음에 둔감하면서 목표품질을 가질

수 있도록 설계변수들의 최적조건을 구하여 준다 최적조건을 찾을 때 설계변수와

잡음을 주는 인자들을 포함시켜 실험하는 직교배열표 등을 주로 사용한다 이때 목

표 품질을 만족시키는 범위 내에서 가능한 한 비용이 적게 드는 조건이나 부품 등

을 이용한다

만약 신뢰성에 영향을 주는 제어 가능한 인자 에 대한 파라미터설계 A B C D

를 한다고 하자 는 수준 는 수준의 혼합수준 에 대한 설계 A B 4 C D 2 (Mixed level)

분석을 하려고 한다면 각 요인 변동의 계산을 표 과 같은 [ 71] L16(215형 직교배)

열표 를 사용하면 된다(Orthogonal Design)

에 대한 파라미터 설계조건으로는 내구성이 가장 좋은 최적의 설계 및 공정DA-2

조건을 구하여야 하므로 반응변수가 큰 값일수록 좋은 망대특성(Larger-the-better

에 대한 조건을 구하고 부품의 정특성 및 동특성에 대한 분석은 적characteristics)

정한 상호관계를 고려하여 별도의 실험을 행한다

- 63 -

표 다구찌 설계의 예[ 71]

- 64 -

제 절 시험데이터의 해석제 절 시험데이터의 해석제 절 시험데이터의 해석제 절 시험데이터의 해석2222

실험조건실험조건실험조건실험조건1111

제품의 신뢰성향상을 위해 지금까지 재료배합의 개선 형상개선 및 공정개선에

대한 각각의 과정을 설명하였으며 본 장에서는 관련된 여러 인자들을 동시에 고려

하여 최상의 품질특성을 나타낼 수 있는 최적인자수준의 결정에 대하여 설명하려고

한다 이는 인자들 간의 상호 작용이 상승 또는 보완작용을 할 수도 있고 반대로

서로 상극임을 나타낼 수 도 있기 때문이다

일반적으로 고무부싱의 개발에 적용되는 인자 는 다음과 같다(Factor)

ㆍㆍㆍㆍ경도 는 수요기업에서 제시하는 사양 에 따라 적정수(Hardness) (Specification)

준의 경도 도 도 도 도 를 적용하였으며 경험적으로 경도의 산포는(43 45 48 50 ) plusmn

정도이다2

ㆍㆍㆍㆍ각 부분의 모양이나 각도에 따라 고무 량에 영향을 미치게 되는 형상설계에

관해서는 내부 파이프 구배각도를(Inner pipe) 15deg~25deg로 하고 외부파이프 (Outer

의 접착부분을 로 하였으며 외경의 크기는pipe) 13mm~15mm

27mm~ 로 유지하였다278mm

ㆍㆍㆍㆍ공정설계는 가류시간을 로 하였다 가류 온도는240sec~600sec 150deg~180

로 하고 주변 온도에 영향을 받으므로 금형 표면온도는 항상 확인하였다 접착제

도포가 내구성에 영향을 주므로 접착제 두께는 으로 하고 접15micron~40micron

착제 배합조건은 로 하였다120cc~128cc

다구찌 설계에 의한 최적수준을 결정하기 위해 다른 인자는 고정시키고 경도 가

류시간 스웨징 인자에 대하여 표 와 같이 실험수준을 정하였다 [ 72]

- 65 -

표 실험인자 별 수준[ 72]

분석결과의 해석분석결과의 해석분석결과의 해석분석결과의 해석2222

실험결과의 해석은 다음과 같다

을 통해 표 의 실험조건을 입력하여 다구찌 설계를 생성한 결과MMITAB [ 72]

표 과 같은 실험조합을 얻었다 표 는 실험조합 별 시험결과 값이다[ 73] [ 74]

에서의 내구성에 대한 다구찌 설계해석의 결과는 표 의 신호 대Nominal load [ 75]

잡음비 비 평균 표준편차에 대한 반응표에 잘 나타나(SN Signal to noise ratio)

있다 그림 그림 은 비 평균 표준편차에 대한 반응 값을 도식한 [ 71]~[ 73] SN

것이다

표 의 신호 대 잡음비의 반응표를 보면 경도는 스웨징이나 가류시간에 비해[ 75]

반응변수 내구성 에 큰 영향을 미치고 있음을 보여준다 평균에 대한 반응표에서도( )

경도는 다른 인자들에 비해 반응변수의 평균에 크게 영향을 미치고 있음을 알 수

있다 표준편차 역시 경도의 수준 변화에 따라 차이가 가장 많음을 보여주고 있다

- 66 -

표 에 의한 다구찌 설계생성[ 73] MINITAB

- 67 -

표 실험조합 별 시험결과 데이터[ 74]

- 68 -

표 비 평균 표준편차에 대한 반응표[ 75] SN

신호 대 잡음 비에 대한 반응 표신호 대 잡음 비에 대한 반응 표신호 대 잡음 비에 대한 반응 표신호 대 잡음 비에 대한 반응 표

망대특성망대특성망대특성망대특성

평균에 대한 반응 표평균에 대한 반응 표평균에 대한 반응 표평균에 대한 반응 표

표준 편차에 대한 반응 표표준 편차에 대한 반응 표표준 편차에 대한 반응 표표준 편차에 대한 반응 표

- 69 -

그림 신호 대 잡음 비의 주효과도[ 71]

그림 인자수준별 평균의 주효과도[ 72]

그림 인자수준별 표준편차의 주효과도[ 73]

- 70 -

표 와 그림 에서 에서의 내구성 예측값을 가장 크게 하[ 75] [ 72] Nominal Load

는 것은 요인 수준의 조합이 일 때이다 품질 향상을 위해서는 정특성 동(4 2 2)

특성 값도 동시에 고려하여야 하므로 조합 조합 조합(4 2 2) (4 3 2) (4 1 2)

에 대한 예측 값을 함께 구하였다

표 은 에서의 내구성 예측값을 표 은 에[ 76] Nominal Load [ 77] Maximum Load

서의 내구성 예측값 표 은 정특성 예측값 표 는 에서의 동특성 예 [ 78] [ 79] 15Hz

측값 그리고 표 은 에서의 동특성 예측값을 보여주고 있다 [ 710] 150Hz Nominal

에서의 내구성 예측값은 조합 조합 조합에서 각Load (4 2 2) (4 3 2) (4 1 2)

각 목표값인 을 상회한 과170000 Cycle 178023 Cycle 174272 Cycle 175830

로서 조합일 때 더 높게 나타났다Cycle (4 2 2)

동배율은 예측 평균값을 기준으로 할 때 동배율은 조합에서는 에 (4 2 2) 15Hz

서 에서 이고 조합에서의110(1187691079) 150Hz 113(1215561079) (432)

동배율은 에서 에서15Hz 106(112856 106938) 150Hz 108(115769106938)

이며 조합에서의 동배율은 에서 에서 (412) 15Hz 108(118194 1094) 150Hz

이었다109(1195691094)

모델의 경우 수요기업에서 동배율 값이 적은 값을 요구하기 때문에DA-2 (kdks)

동배율을 고려하면 의 조합이 더 좋은 품질을 나타낸다고 할 수 있다(4 1 2)

- 71 -

표 에서의 내구성 예측값[ 76] Nominal Load

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 2 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 3 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 1 2

예측 값

신호 대

- 72 -

표 에서의 내구성 예측값[ 77] Maximum Load

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 2 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 3 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 1 2

신호 대

- 73 -

표 정특성 예측값[ 78]

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 2 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 3 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 1 2

신호 대

- 74 -

표 동특성 예측값[ 79] (15Hz)

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 2 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 3 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 1 2

신호 대

- 75 -

표 동특성 예측값[ 710] (150Hz)

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 2 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 3 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 1 2

신호 대

- 76 -

제 장 부품의 신뢰성성장관리제 장 부품의 신뢰성성장관리제 장 부품의 신뢰성성장관리제 장 부품의 신뢰성성장관리8888

제 절 신뢰성성장관리제 절 신뢰성성장관리제 절 신뢰성성장관리제 절 신뢰성성장관리1111

복잡하고 기술적인 제품의 개발 프로그램을 운영하는 데 있어서는 고객이 요구

하는 신뢰성 수준을 만족시키기 위하여 상당한 규모의 시간 예산 기술인력 등의

자원을 필요로 한다 고객들의 신뢰성 요구수준은 매우 높으므로 이러한 목표를 달

성하기 위하여 시험 개선 시험 개선의 개발과정을 반드시 거친다 이 과정에서 시- - -

스템 서브시스템 또는 모듈을 고장 날 때까지 시험하고 고장모드를 결정해서 이를

제거하기 위한 시도를 하거나 적어도 고장발생을 줄일 수 있는 시도를 하여 설계나

엔지니어링 개선을 이룬다 만약 이러한 과정이 계속되고 설계나 엔지니어링 변경

이 충분히 이루지면 시스템의 신뢰성은 증가한다 개발프로그램이 운영되는 동안

신뢰성 수준의 변화를 추적할 수 있다면 개발책임자로서는 여러 가지 이점이 있다

즉 목표하는 신뢰성 수준을 달성하기 위하여 충분한 비율로 성장하고 있는지의 여

부를 가능한 빠른 시간 내에 판단할 수 있고 그에 따라 필요한 자원을 적절히 배

분할 수 있다 따라서 개발책임자는 시험데이터로부터 현재 시스템의 신뢰성 수준

성장률의 평가 앞으로 기대되는 달성 가능한 수준을 결정하기를 원한다

신뢰성 성장관리 기술은 제품을 개발하는 데(Reliability growth management)

소요되는 많은 시간과 비용 및 엔지니어링 노력을 절감하면서 개념선택 제품과 공

정의 신뢰성 그리고 비용효율을 달성할 수 있도록 유용한 정보를 제공해 준다 군

사장비 자동차 및 전자 중장비개발 등에 적용된 최근의 신뢰성 성장시험 관리기술

은 각 분야의 경쟁적인 사업 환경 아래에서 제품개발을 효율적으로 조직하여 신뢰

성평가를 시작하고 신뢰성 성장과정을 추적할 수 있도록 해준다 신뢰성성장관리기

술은 제품 및 공정설계 관련사항 및 검증시험 항목들에 대하여 사용 환경에 따른

신뢰성 성장 진행과정을 확인하고 그 결과로부터 성장시험곡선을 개발할 수 있게

한다 또한 설계단계 사이의 여러 가지 관련성을 확인하여 관찰하고 그 정보를 다

른 제품보증분석들과 연결하여 고객 요구사항에 대한 제품의

- 77 -

적합도를 적절히 평가하는 데 도움을 준다

신뢰성성장모델은 가 개발한Crow(1975) AMSAA(Army Materiel Systems

모델이 많이 활용되었으나 이는 시스템 또는 서브시스템에서의Analysis Activity)

성장관리에 유용하고 부품수준에서는 모델을 활용하는 것이 더욱 실용적이 Weibull

다 모델은 목표 Weibull B10 수명에 대하여 초기 시작품 으로부터(Early Prototype)

후기 시작품 까지의 신뢰성 개선을 관리하는데 실용적으로 활용할(Later Prototype)

수 있다

신뢰성 성장시험 프로세스신뢰성 성장시험 프로세스신뢰성 성장시험 프로세스신뢰성 성장시험 프로세스1111

신뢰성 성장은 개발시스템에 대하여 여러 시험단계가 시리즈로 이루어지는 동안

고장모드를 발견하고 이를 개선하는 과정을 거쳐 이TAAF(Test Analyze And Fix)

루어진다 또한 기능시험 환경시험 안전시험의 결과는 신뢰성 향상을 위한 FMEA

등과 연계하여 사용된다 분석결과는 설계변경에 반영되고 최종목표가 달성될 때까

지 개선과 시험이 연속적으로 이루어진다 그림 은 일반적인 신뢰성 성장시험 [ 81]

프로세스를 보여준다 프로그램의 시작시점에 신뢰성 성장에 대한 계획을 수립하여

고객의 기대사항을 만족시킬 수 있는 성능수준에 대한 구체적인 측정치를 제시하

고 이 목적을 달성시킬 수 있는 시험조건을 정한다 시험조건은 특정한 부품이나

시스템에 대하여 고객의 사용방법과 환경에 대한 지식을 기초로 하여야 한다

개발프로젝트가 진행되는 동안 신뢰성 성장시험 프로그램이 개발되고 실행되는

과정에서 설계 및 공정의 관심사항을 확인하기 위해 QFD(Quality function

와 같은 제품보증을 위한 분석방법들이 선행되어 실시되는데 신뢰성deployment)

성장관리와 연계하여 이를 통틀어 통합 신뢰성 성장관리(Integrated reliability

라고 한다 신뢰성 성장관리를 포함한 제품설계평가의 모든growth management)

과정은 제품 공정의 신뢰성 향상에 있어 중요한 역할을 하는 제품보증기능의 한부

분이다

- 78 -

통합 신뢰성 성장시험관리 프로세스는 설계뿐 아니라 공정신뢰성(MIL-HDBK-781)

과 관련된 문제에 대응할 수 있도록 신뢰성 성장시험의 이점을 전적으로 활용할 수

있는 수단을 제공한다

신뢰성 성장관리과정을 개발함으로써 신뢰성 수준은 계속적으로 추적될 수 있고

조치를 취하고 다른 분석결과들과 비교되어 초기 신뢰성 예측을 수립하고 제품설

계에 포함된 확신을 증가시킨 후 검증시험에 들어갈 수 있도록 한다 이러한 신뢰

성 성장관리 프로세스는 제품개발 사이클에 있어서 초기 단계 동안에 신뢰성을 확

립하는 데 도움을 줄 수 있는 장치이다

그림 신뢰성성장시험 프로세스[ 81]

제품개발과정에 적용되는 신뢰성 성장시험관리 프로세스는 다음과 같다

신뢰성 성장시험조건을 결정하고 시험 사이클을 개발한다 ①

신뢰성 성장시험곡선의 사용을 통하여 시험과정을 실행하고 추적한다②

시험결과를 평가하고 다른 선행된 분석연구결과들과 비교한다③

확인된 결함을 제거하기 위해 설계변경을 실시한다④

- 79 -

설계검증시험을 준비한다⑤

신뢰성 성장시험의 주된 목적은 설계상의 약점을 확인하고 제거함으로써 설계의

신뢰성을 증가시키는 것이다 정확하게 신뢰성 수준이 변화되는 진행상황을 추적하

기 위해서는 요구사항에 대한 불합치성 을 확인하고 불합치성이(Nonconformance)

일어난 시간을 모두 추적하여야 한다 시험을 시작하기 전에 적절한 시정조치를 용

이하게 하기 위해 사전계획이 수립되어야 하며 고장분포를 결정하기 전에 각각의

고장부품에 대한 고장원인을 분리할 수 있어야 한다

부품의 개발과정에서 몇 개의 표본에 대한 고장시간 데이터가 있을 때 Weibull

분포를 활용한 신뢰성 성장분석에 대하여 설명하면 다음과 같다

가 분석의 개요가 분석의 개요가 분석의 개요가 분석의 개요

밀도함수는 그림 와 같이 특성 수명과 기울기로 고장시간Weibull [ 82] (Cycle

을 설명한다 작은 표본에 대한 고장시간 데이터가 주어졌을 때 분석Km) Weibull

을 사용하여 세 가지의 정보를 얻을 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ특정 시간이 주어졌을 때 등 부품의 신뢰도는 그 시간까지 살아 있(Cycle Km )

을 백분율이다

ㆍㆍㆍㆍ 또는 다른( 수명을 추정할 수 있다) 수명은 부품들 중 가 고장10

날 것이라고 기대되는 시간이다 즉 이 시간에서의 신뢰도는 이다 90

ㆍㆍㆍㆍ 기울기의 값은 고장률 패턴에 대한 정보를 제공해준다 기울기가Weibull 10

이라면 고장률이 일정하다는 것을 의미한다 이 경우 고장은 일반적으로 우연히

일어나며 고장률은 설계의 강건 정도에 따라 달라진다 기울기가 보다 작다면 1

고장률은 감소하고 있음을 의미한다

- 80 -

즉 높은 초기 고장률 을 말한다 기울기가 보다 크면 고장률은 증 (Infant mortality) 1

가하고 이는 마모 되고 있음을 의미한다(Wear-out)

그림 에 의한 부품의 신뢰성성장분석[ 82] Weibull 수명 비교

가장 많이 활용되는 측도는 수명이며 이것은 요구되는 목표 신뢰도가 임 90

을 의미한다 첫 번째 프로토타입이 고장 난다면 신뢰성 목표 달성을 위해 설계 변

경을 행하고 다음 프로토타입을 시험한다 이 과정은 목표 수명이 달성될 때까

지 반복한다

나 의이점나 의이점나 의이점나 의이점WeibullWeibullWeibullWeibull

부품의 개발과정에서 작은 표본에 대한 고장시간 자료가 주어졌을 때 Weibull

분석을 활용하여 신뢰성성장관리를 행하면 다음의 정보를 얻을 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ신뢰성 개선은 목표 수명이 달성될 때까지 하나의 프로토타입에

- 81 -

서 다음 프로토타입까지 추적할 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ신뢰성 개선은 시험한 프로토타입에 대해 타점으로 표현되고 빠르Weibull

게 방향을 파악하여 신뢰성 진전과정에 대한 양적 측면의 관리능력 향상을 그

래프로 확인할 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ컴포넌트를 고장 날 때까지 시험하는 것은 고장모드에 대한 아주 귀중한 정

보를 제공하고 따라서 시정조치 활동이 필요하다

ㆍㆍㆍㆍ많은 표본이 더 좋은 신뢰도를 얻을 수 있지만 분석은 많은 표본을Weibull

필요로 하지 않는다

ㆍㆍㆍㆍ고객의 운영 사용 사이클과 시험 모수의 관계가 알려져 있다면 더 빠르고( )

더 적은 비용으로 가속시험을 할 수도 있다

다 기본가정및제한다 기본가정및제한다 기본가정및제한다 기본가정및제한

ㆍㆍㆍㆍ각 분석에서 오직 하나의 고장모드만 포함되어야 한다 두 개나 그 이상의

고장 모드가 검출된다면 각각에 대해 분리하여 분석해야 한다

ㆍㆍㆍㆍ신뢰도는 시험 제한 한계 로 인해 년 마일까지 확장하여 외삽하면 안( ) 10 150K

된다 왜냐하면 시험 제한 한계 로 인해 다른 고장모드가 발생할 것인지 알 수 ( )

없기 때문이다

ㆍㆍㆍㆍ하나의 프로토타입에서 다음 프로토타입까지 기울기가 변하는 데는 특별히

주의를 하여야 한다 왜냐하면 초기 후기 수명에서 더 높은 신뢰도와 후기 초 ( ) (

기 수명에서 더 낮은 신뢰도의 할 수 도 있기 때문이다) trade-off

라 적용시기라 적용시기라 적용시기라 적용시기

ㆍㆍㆍㆍ수명의 비교는 엔지니어링 사양 이 특정한(Specification) 을 요구할 경

우 사용된다

ㆍㆍㆍㆍ이러한 접근방법은 고장시간 등 에 대하여 동일한 부품의(Cycle Km )

- 82 -

다른 시점에서의 프로토타입을 비교할 때 사용한다

ㆍㆍㆍㆍ신뢰성 목표가 달성될 때까지 계속한다

마 입력자료마 입력자료마 입력자료마 입력자료

ㆍㆍㆍㆍ프로토타입 의 몇 개 표본의 고장시간 등1 (Cycle Km )

ㆍㆍㆍㆍ프로토타입 의 몇 개 표본의 고장시간 등2 (Cycle Km )

⦙

ㆍㆍㆍㆍ마지막 프로토타입의 몇 개 표본의 고장시간 등(Cycle Km )

분석프로세스는 그림 과 같다[ 83]

프로세스프로세스프로세스프로세스 일반적 단계일반적 단계일반적 단계일반적 단계

Ⅰ 요구

또는 수명 결정

프로그램 신뢰성 목표 사용

고객의 운영 사용 프로파일 사용( )

시험 프로그램 적정시간 사용

Ⅱ 시험 프로그램 자료정보

확인과 데이터 수집초기 부품의 프로토타입

후기 부품의 프로토타입

Ⅲ 다른 프로토타입에 대한

누적고장 시간 또는 vs

거리 계산 및 타점

분석이 가능한 사용Weibull SW

가능한 가속수명시험 사용

Ⅳ 프로젝트 검토 시

현재 신뢰성 수준신뢰성 목표 적합성 결정

초기 경고 관련 정보 제공

개선을 위한 계획 정보 제공

그림 프로세스별 단계[ 83]

- 83 -

제 절 신뢰성성장 데이터분석제 절 신뢰성성장 데이터분석제 절 신뢰성성장 데이터분석제 절 신뢰성성장 데이터분석2222

초기 프로토타입 으로 부터 개의 표본을 정상하중 으(Prototype1) 6 (Nominal load)

로 고장 날 때까지 시험하고 고장모드를 기록하였다 여러 개선작업을 거친 후 후

기 프로토타입 으로부터 개의 표본을 고장 날 때까지 시험하고 고장모(Prototype2) 6

드를 기록하였다 시험 데이터는 표 에 주어져 있다 [ 81]

에 고장데이터를 입력하고 각 프로토타입 단계별로 용지에 결과MINITAB Weibull

를 타점한 결과 그림 와 같은 성장곡선이 생성되었다 [ 84] Weibull

정상하중 에서 의 평균수명 추정치는 이(Nominal load) Prototype1 127366Cycle

고 의 평균수명 추정치는 로서 의 개선을 이루었 Prototype2 176882 Cycle 389

음을 알 수 있었다 수명은 은 이었으나Prototype1 112668 Cycle Prototype2

의 수명은 로서 상당한 개선이 이루어졌음을 볼 수 있다168620 Cycle 수

명에 대한 신뢰하한은 로 추정되었다 따라서 정상부하에 의한95 162926 Cycle

시험데이터분석 결과 개선활동 재료배합개선 형상설계개선 공정개선 에 의하여 ( )

내구성 목표가 달성되었음을 알 수 있다

그림 는 에서의 신뢰구간을 보여주고 있다[ 85] Nominal load 90

최대하중 에서는 표 의 데이터 입력결과 그림 의 그래프를(Max load) [ 82] [ 86]

생성하였다 그래프로 부터 추정된 의 Prototype1 수명은 이고16362Cycle

의Prototype2 수명은 이다21850 Cycle 수명에 대한 신뢰하한추정치95

는 으로부터 로 계산된다MINITAB 20983 Cycle

의 수명과 의 수명이 다른 것은 개선 활동의 결과이Prototype1 Prototype2

- 84 -

며 에서 개선목표가 달성되었음을 알 수 있다 Prototype2

표 하중 고장시간[ 81] Nominal (Cycle)

Weibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth Curve

(Nominal Load)(Nominal Load)(Nominal Load)(Nominal Load)

그림 성장곡선[ 84] Weibull (Nominal load data)

- 85 -

Weibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth Curve

(Nominal Load-90 Cl)(Nominal Load-90 Cl)(Nominal Load-90 Cl)(Nominal Load-90 Cl)

그림 신뢰구간[ 85] Nominal Load90

- 86 -

표 하중 고장시간[ 82] Max (Cycle)

Weibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth Curve

(MaxLoad)(MaxLoad)(MaxLoad)(MaxLoad)

그림 성장곡선[ 86] Weibull (Max load data)

- 87 -

제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론9999

본 연구는 자동차현가장치인 고무부싱 의 신뢰성향상을 위한 기(Rubber bushing)

술개발과제이다 에나 인더스트리는 수출전문기업으로서 주요 경쟁사에 비해 고성

능 고내구성의 제품을 짧은 기간 내에 개발할 수 있는 능력을 갖추어야 해외 시장

에서 경쟁력을 가질 수 있다

본 연구개발에서는 수요기업에서 요구하는 GMUTS(General Motors Uniform

의 사양에 따른 시험을 실행하여 내구성을 목표 사이클 이상으Test Specification)

로 개선하고 정특성과 동특성 비틀림 토크를 개선항목으로 선정하여 제품의 품질

및 신뢰성 향상을 진행하였다

수요기업의 요구 수준에 의하면 내구성은 와 Tension Compress Alternating

가 동시에 일 때 일 때Torsion Stress Maximum Load 20000 Cycle Normal Load

을 요구한다 본 프로젝트의 경우 해외의 부품메이커들에 대한 경쟁150000 Cycle

력 우위를 확보하기 위하여 기본 요구 수준을 넘어 향상된 제품신뢰성을5~10

확보를 목표로 하였다 내구성 정특성 및 동특성에 대한 시험은 직접 행하였고 비

틀림토크에 대한 부분은 추가적인 시험장치가 필요하여 수요기업의 실험실에 샘플

을 제출하여 요구수준을 검증받았다

본 연구개발의 성과를 요약하면 다음과 같다

우선 기술적 효과로는

설계기술의 확보(1)

재료배합설계 형상설계 공정설계에 대한 기술을 확보하여 내구성을 비롯한 품

질특성을 향상시킬 수 있었다 종래에는 설계 개발 생산프로세스에서 경험적 방법

에 의존하여 시행착오가 많았으나 본 연구를 통하여 과학적이고 체계적인 방법으

로 접근할 수 있는 기술이 확보되었다

설계 요소의 기술적 배치를 위한 실험계획법의 활용기술 확보(2)

- 88 -

종전에는 고무 배합설계 형상설계 공정설계에 대하여 설계요인 별 수 (Facter)

준 을 무작위로 추출하여 실험하였으나 본 실험계획의 과정을 따르면 요인들(Level)

이 계획적으로 반영되어 품질특성에 각각 어느 정도의 영향을 미치는지 분석이 가

능하게 된다 또한 다구찌에 의한 강건 설계의 생성으로 산포를 줄일 수 있다

잠재적 고장원인 분석방법 기술 확보(3)

제품기능에 대한 잠재적 고장모드의 예측과 시험항목을 판단하고 최종적으로는 설

계검증 과 공정검증 의 세부항목과 효과적(Design verification) (Process verification)

으로 연계가 가능하다

신뢰성 데이터분석기술 확보(4)

부품의 개발과정에서 몇 개의 표본에 대한 고장시간 데이터가 있을 때 Weibull

분포를 활용한 신뢰성 성장분석이 가능하게 되었다 개발프로그램이 운영되는 동안

신뢰성 수준의 변화를 추적할 수 있어 목표하는 신뢰성 수준을 달성하기 위하여 충

분한 비율로 성장하고 있는지의 여부를 가능한 빠른 시간 내에 판단할 수 있고 그

에 따라 필요한 자원을 적절히 배분할 수 있다 따라서 개발책임자는 시험데이터로

부터 현재 시스템의 신뢰성 수준 성장률의 평가 앞으로 기대되는 달성 가능한 수

준에 대한 결정이 가능하다

경제적 측면의 효과로는

제품에 대한 내구성 및 동특성 정특성에 대하여 요구사양 이상으로 특성관리(1)

를 행할 수 있어 해외 부품메이커들에 대한 경쟁력 우위로 수출력을 향상할 수 있

게 되었다

개발기간을 단축할 수 있게 되어 개발비의 절감을 가져올 수 있게 되었다(2)

재료배합 형상설계 및 공정설계에 대한 기술개발의 표준 정립으로 개발 기간의 단

축이 가능하게 되었다

본 과제 결과를 활용하여 다른 방진제품에 대한 신뢰성 관리로 수출(3)

- 89 -

시장을 개척하여 신규거래처를 확보할 예정이다 신뢰성 데이터의 관리가 이루어져

제품수명에 대한 설득력 있는 자료의 제시가 가능하게 되었다

향후 연구계획으로는

고무부싱부품의 특성상 내구성만의 개선이 최선이 아니고 정특성과 동특성을 일

정수준으로 동시에 고려하여야 한다 따라서 이 부분에 대한 동시적인 실험설계가

시스템화 되도록 추가적인 연구가 요구된다

- 90 -

참고문헌참고문헌참고문헌참고문헌[ ][ ][ ][ ]

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Journal of Fatigue Vol27 2005

[8] McLean R A and Anderson V I Extreme Vertices Design of Mixture

Experiments Technometrics Vol8 No3 1966

- 96 -

주 의

이 보고서는 산업자원부에서 시행한 부품소재종합기술지원사업의 최1

종보고서이다

이 신뢰성기반기술확산사업 내용을 대외적으로 발표할 때에는 반드시2

산업자원부에서 시행한 부품소재신뢰성기반기술 사업의 지원결과임을

밝혀야 한다

- 97 -

이 보고서는 산업자원부에서 시행한

부품소재 신뢰성기반기술확산사업의 최종보고서이다

- 34 -

과 은 제한된 실험영역에 대한 실험계획법으로 꼭지점 계획법Mclean Anderson

을 제안하였다 이 계획법은 제한된 영역이 가지는 모든(extreme vertices design)

꼭지점과 이 꼭지점들의 선형조합으로 이루어지는 몇 개의 점을 적절히 선택하는

실험계획법이다 만약 개의 혼합성분이 사용되는 경우 실험영역을 그림으로 그리 4

면 그림 와 같이 사면체 속에 위치하는 면체가 된다 과 은[ 42] 6 Mclean Anderson

이 면체의 꼭지점과 중심점을 실험점으로 선택하는 방법에 대한 예제를 제시하고6

있다

그림 개의 혼합성분에 대한 꼭지점계획법[ 42] 4

고무부싱의 재료설계 시 혼합물은 고무 카본 및 배합원료로서 황화제 촉진제

가공제 유기산 금속산화제 노화방지제 보강제 충진제 등을 사용한다

재료 배합 실험은 경도별로 나누어 실행되었으며 표 은 경도 도 오차범[ 43] 48 (

위 plusmn 도 에 대한 혼합물성분의 한계이다 에 성분의 한계를 입력한 결과2 ) MINITAB

네 가지 성분에 대하여 표 와 같은 총 회의 실[ 44] 17

- 35 -

험점이 생성되었다 실행 의 경우 의 성분을 1 A B C D 09807 00068 00011

의 비율로 섞어서 실험하라는 의미이다00114

표 혼합물 성분의 한계[ 43] (48Hs)

성분 하한 상한

A 외 기타Polymer 09774 09807

B 촉진제1 00068 00085

C 촉진제2 00011 00022

D Sulfur 00114 00119

표 꼭지점계획법에 의한 실험설계와 결과데이터[ 44] (48Hs)

을 활용한 혼합물 설계 데이터분석 결과는 표 표 과 같다MINITAB [ 45][ 46] 17

회의 실험점에 대한 데이터분석 결과 각 실험 점에서의 적합추정치와 신뢰구 95

간을 구할 수 있었다

- 36 -

표 을 보면 실험점 에 의한 배합조건으로는 신뢰구간으로[ 45] 14 95

의 내구성이 나타난다 에서는 각 성142322cycle ~ 146166cycle Nominal Load

분에 대한 제한조건을 만족시키면서 내구성을 최대로 하는 처리조건은 인자의 네

가지 성분 즉 외 에 대한 배합 비율이 Polymer Acc1 Acc2 Sulfur 097740

이었다 그리고 이 처리조건에서 예상되는 내구성은00085 00022 00119

에 도달할 것으로 추정되었다146943cycle

에서는 인자의 네 가지 성분의 배합비율이 와 마찬Maximum Load Nominal Load

가지로 이었다 그리고 이 처리 조건에서 예상되는09774 00085 00022 00119

내구성 추정치는 이었다18917cycle

표 데이터분석 결과[ 45] (48Hs Nominal Load)

에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응Dura(Nom)Dura(Nom)Dura(Nom)Dura(Nom)

- 37 -

반응 최적화 모수반응 최적화 모수반응 최적화 모수반응 최적화 모수

글로벌 솔루션글로벌 솔루션글로벌 솔루션글로벌 솔루션

예측 반응예측 반응예측 반응예측 반응

Dura(Nom) = 146943

- 38 -

표 데이터분석 결과[ 46] (48Hs Maximum Load)

에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응Dura(max)Dura(max)Dura(max)Dura(max)

반응 최적화 모수반응 최적화 모수반응 최적화 모수반응 최적화 모수

글로벌 솔루션글로벌 솔루션글로벌 솔루션글로벌 솔루션

외Polymer = 09774

- 39 -

Acc1 = 00085

Acc2 = 00022

Sulfur = 00119

예측 반응

Duro(max) = 189171

경도 도 오차범위 도 에 대한 혼합물성분의 한계와 에 의한 실험50 ( plusmn 2 ) MINITAB

점은 표 표 과 같다[ 47] [ 48]

표 혼합물 성분의 한계[ 47] (50Hs)

- 40 -

표 실험계획의 결과[ 48] (50Hs)

경도 도에 대한 혼합물 설계 데이터분석 결과는 표 표 과 같다50 [ 49][ 410] 17

개 실험 점에서의 적합추정치와 신뢰구간은 예측반응에 잘 나타나 있다95

에서는 각 성분에 대한 제한조건을 만족시키면서 내구성을 최대로Nominal Load

하는 처리조건은 외 기타 의 각 성분에 대하여 배합비Polymer Acc1 Acc2 Sulfur

율이 이고 이 처리조건에서 예상되는 내구성은09687 00088 00025 00200

에 도달할 것으로 추정되었다159209 Cycle

에서는 인자의 네 가지 성분의 배합비율이 와 마찬가Maximum Load Nominal Load

지로 이었다 그리고 이 처리조건에서 예상되는 내09687 00088 00025 00200

구성 추정치는 이었다 일 때와 일218572 Cycle Nominal Load Maximum Load

때의 적정배합비율이 다르게 나오는 경우가 있는데 이는 오차범위 경도의 경우( plusmn

도 가 비교적 넓은 고무의 특성에서 비2 )

- 41 -

롯되거나 측정오차에 따른 결과로 추정된다

표 데이터분석 결과[ 49] (50Hs Nominal Load)

에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응Duro(Nor)Duro(Nor)Duro(Nor)Duro(Nor)

반응 최적화 모수반응 최적화 모수반응 최적화 모수반응 최적화 모수

- 42 -

글로벌 솔루션글로벌 솔루션글로벌 솔루션글로벌 솔루션

예측 반응예측 반응예측 반응예측 반응

Duro(Nor) = 159209

표 데이터분석 결과[ 410] (50Hs Maximum Load)

에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응Duro(max)Duro(max)Duro(max)Duro(max)

- 43 -

반응 최적화 모수반응 최적화 모수반응 최적화 모수반응 최적화 모수

글로벌 솔루션글로벌 솔루션글로벌 솔루션글로벌 솔루션

예측 반응예측 반응예측 반응예측 반응

Duro(Max) = 218572

재료배합시험에 있어서 가류시간이 특성 치에 영향을 미치므로 레오그래프

분석에 의해 적정가류시간을 결정한다 레오그래프는 다음의 용도에(Rheograph)

활용된다

고무제품의 가류도 측정①

가류속도 측정②

최적의 가류공정 조건 확립③

가류약품 선정 및 배합 작성Recipe④

고무제품의 품질관리⑤

아래 그림 은 경도 도에 대한 재료의 레오그래프이다 그래프에 나타난 용[ 43] 48

어를 설명하면 다음과 같다

혼합물 의 가 가류되었을 때의 시간을 나타내며 가류시간을tc90- (Compound) 90

결정하는 기준으로 사용된다

스코치시간 을 나타내며 원하지 않는 가교가 일어ts2 - (Scorch time)

- 44 -

나는 시간으로 적절한 가류시간을 찾기 위해 필요한 과정임

고무의 특성을 토르크 값으로 나타낸 값으로 일반적으로 혼합물Tmax- (Torque)

의 경도에 따라 변함

평형 토르크MH- (Equilibrium torque)

최소 토르크ML- (Minimum torque)

본 재료시험에 적용된 가류시간은 의 배 사이에서 적정수준을 결정하tc90 1-15

였다

연구의 결과 카본의 입자가 작을수록 내구성은 향상시키지만 대체로 분산이 잘 되

지 않아 혼합물의 품질이 고르지 못하였다 따라서 카본의 분산도를 평가하여 만족

할 만한 수준이 나오는지 확인하였으며 상대적으로 작은 입자경의 카본을 사용하

여 내구성을 높이려 하였다

그림 경도 도 고무에 대한 레오그래프[ 43] 48

- 45 -

실험의 결과 카본블랙과 레오그래프와의 관계는 그림 와 같이 나타났다 그림[ 44]

에서 보는바와 같이 입자경의 크기가 증가함에 따라 결합력이 약해지므로 토르크

값이 낮아짐을 알 수 있다

그림 각종 카본블랙의 레오그래프[ 44]

- 46 -

본 연구에 적용된 카본 입자경의 크기와 양은 표 과 같다[ 411]

경도변화는 카본입자의 크기와 양에 따라 결정이 되며 레오그래프의 값이 Tmax

이러한 사실을 보여주고 있다

표 레오그래프상의 경도와 카본의 관계[ 411]

레오그래프는 섭씨 도에서 그려짐PHR = Part in Hundred Rubber 160

- 47 -

제 장 형상개선제 장 형상개선제 장 형상개선제 장 형상개선5555

제 절 외철의 스웨징 율 변화에 의한 개선제 절 외철의 스웨징 율 변화에 의한 개선제 절 외철의 스웨징 율 변화에 의한 개선제 절 외철의 스웨징 율 변화에 의한 개선1111

높은 품질의 부싱을 개발하기 위해서는 적절한 재료설계에 의한 경도 및 고무 특

성의 설정이 매우 중요한 요소이지만 고무의 특성 개선에만 의존하는 것은 한계점

이 있다 따라서 제품의 형상변화를 통해 고무의 특성을 극대화함으로써 내구성 및

품질특성을 향상시킬 수 있다

그림 은 부품의 세부형상과 설계도이다[ 51]

그림 세부형상[ 51] DA-2

- 48 -

그림 는 제품의 단면을 보여준다 그림에서 는 다른 모델에 비해 고무[ 52] DA-2

량이 다소 적음을 알 수 있다 형상 변화를 통한 품질특성의 개선을 시도함에 있어

서는 부품에 대한 조립성과 제조성 을 반드시(DFM Design for Manufacturability)

고려하여 형상변화를 꾀하여야 한다 본 제품의 경우 외철 과 내철 (outer pipe)

의 길이는 한정되어 있으며 그 직경의 변화도 허용공차를 미만(Inner pipe) 05 mm

의 수준으로 요구하고 있다

형상변경을 통한 성능향상 방안으로서 외철에 대한 스웨징율 을 변(Swaging rate)

경함으로서 외경크기의 변화를 시도하였으며 또한 내철의 구배각도를 변화시켜 개

선점을 찾으려고 노력하였다

그림 단면[ 52] DA-2

부싱의 경우 일반 적으로 스웨징이라는 공정을 거치게 되는데 이는 공정에서 외

경의 크기 조정을 통하여 성능을 향상 시키는 방법으로서 스웨징율을 조정함으로서

외철의 외경 크기를 허용범위 내어서 변화시키는 것이다 이는 스웨징에 따른 직경

변화에 의해 고무의 조직이 조밀해져 고무 특성을 향상시킬 수 있게된다

그림 은 스웨징의 방향을 나타내며 그림 는 스웨징 전 후의 외철의 크[ 53] [ 54]

기 변화를 보여주고 있다

- 49 -

그림 스웨징 방향[ 53]

그림 스웨징 전후의 외경 크기의 변화 단면[ 54] ( )

제 절 내철의 구배 변화에 의한 개선제 절 내철의 구배 변화에 의한 개선제 절 내철의 구배 변화에 의한 개선제 절 내철의 구배 변화에 의한 개선2222

아래 그림 는 형상 변화를 시도할 수 있는 내철 끝단 부분의 구배를 표시한[ 55]

그림으로서 는 구배각도를 나타낸다a

- 50 -

그림 구배각도[ 55]

그림 은 본 제품의 특성 요구 사항을 그림으로 표시한 것으로 고무부싱은[ 56]

및 의 외력에 대하여 적절하게 대응할 수 있도록 설계되어야 한다 부싱 종류F1 F2

의 경우 일반적으로 고무 제품의 유연함과 동배율 개선을 위하여 저경도의 고무를

적용하는 경우가 많은데 이 경우에는 외력에 대한 특성이 상대적으로 취약하게F1

나타나게 된다 이러한 취약점을 보완하기 위하여 본 연구에서는 그림 과 같 [ 57]

이 제품이 허용하는 범위 내에서 내철의 구배를 변화 시킨 후 실험데이터의 분석을

통해 성능 개선 방안을 찾고자 하였다

그림 부싱의 외력[ 56]

그림 의 의 경우는 구배를 주지 않은 경우이며 의 경우는 구배를 준[ 57] (a) (b)

경우를 표시하고 있다

- 51 -

의 경우 외력에 의하여 발생하는 반발력 은 순수한 고무 특성에 의해서(a) F1 Fr1

만 나타나게 된다 이러한 경우 저경도의 고무을 적용하였을 때 의 크기가 미미 Fr1

하여 적절한 특성을 발휘하지 못하게 된다

의 경우와 같이 내철에 구배를 주게 되면 의 외력에 대하여 구배가 들어간(b) F1

부분 에 의한 반발력 함께 가 생성되어 상대적으로 에 대한 저항력이 커Fr3 Fr2 F1

짐으로써 성능을 향상 시킬 수 있게 된다

그림 구배각도의 적용에 따른 차이 단면[ 57] ( )

그림 구배각도의 적용에 따른 차이 입체[ 58] ( )

- 52 -

제 장 도포공정개선제 장 도포공정개선제 장 도포공정개선제 장 도포공정개선6666

고무부싱의 내구성 향상을 위하여 필수적으로 관리하여야 할 공정이 도포공정이

다 도포공정은 접착의 원리에서부터 접착의 구조 접착의 강도 피착재의 표면처리

법 및 접착제 사용법 등 접착에 관한 전반적인 기술을 공정에 효율적으로 적용하여

야 한다

고무와 금속과의 접착력이란 접착제와 피착제 사이의 계면 결합력을 의미하며 접

착강도는 시험방법 접착방법 시험시의 조건 시편의 기하학 등 여러 인자에 의해

영향을 받는다 접착파괴는 접착제의 가장 약한 곳에서 일어나며 접착강도는 여러

가지 측정법에 따라 고유강도 잔류강도 측정강도 등과 같이 다르게 표현된다 고

무부싱의 접착구조는 그림 과 같다[ 61]

그림 접착의 구조[ 61]

프라이머 는 피착제 표면과의 친화성이나 접착제와의 상용성이 뛰어나야(Primer)

하고 동시에 접착 저해물과의 상용성도 높아야 한다 또 프라이머 중의 유효성분

쪽이 피착제 표면에 흡착되어 있는 저해성분보다 피착제에 의하여 안정하게 흡착되

어 있는 것이 중요하다 따라서 프라이머는

- 53 -

충분한 교반 균일하고 엷은 도포 그리고 완전한 건조가 이루어져야 한다 이러한

도포공정은 피착제의 모앙에 따라 달라진다

열경화성 접착제의 대부분은 유기 중합물과 각종 충진제를 유기용제에 용해 분산

시킨 것으로 사용전이나 사용 중에도 교반기 등으로 균일하게 용해 분산시킨 접착

제를 사용하는 것이 중요하다 따라서 의 도포 공정은 그림 와 같이 교 DA-2 [ 62]

반기를 추가 설치하여 공정 개선을 실시하였다

그림 설치한 교반기[ 62]

또한 피착제의 균일한 도포를 위해 롤타입의 코팅기에 기존 페인트용 롤러에서

그림 에서와 같이 융을 말아 롤러 도포하는 형태로 개선을 실시하여 코팅의[ 415]

두께 정밀도를 향상시켰다

- 54 -

그림 변경된 롤러 모양[ 63]

접착 재료를 프라이머 에서 변경하여 사용함CHEMLOK 220 252 CHEMLOK 205

으로써 접착력을 향상시켰는데 는 금속 및 경길대료의 프라이머로CHEMLOK 205

사용되며 또한 같은 극성고무에 단독으로 접착이 가능하다 NBR

방식의 경우 의 특징을 살펴보면TWO Coat CHEMLOK 205

ㆍㆍㆍㆍ 접착제의 금속 표면에서의 접착강도를 향상시킬 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ 기계적 표면처리 후 활성화된 금속표면을 산화작용으로부터 보호하며 녹방

지 도료적 역할을 한다

ㆍㆍㆍㆍ 크로로프렌이나 에피크로로히드린고무와 같은 가류 중에 염소가스를 발생

시 켜 금속표면을 부식시키기 쉬운 고무배합에 대하여 유효하게 적용된다 프

라 이머는 충분한 교반 균일하고 엷은 도포 그리고 완전한 건조가 이루어져

야 접착성이 뛰어나게 된다

도포공정 개선 전후의 효과는 그림 그림 의 도포두께 비교[ 64]~[ 67] Cpk

를 통해서도 알 수 있다DATA

아래 그림 는 도포공정의 개선전[ 64] 관리도의 그래프를 나타낸

- 55 -

것으로 관리도는 평균치와 범위에 관한 계량형 관리도에서 가장 많이 사용되

는 관리도의 하나이다 관리도는 평균치의 변화를 관리하는 관리도와 산포의

변화를 관리하는 관리도로 구성된다 관리도의 중심선(Central Line) CL=로 나

타내며 관리 상한선 은(Upper Control Limit) UCL= 로 관리하한선인 (Lower

의 경우Control Limit) LCL=

로 구한다

관리도의 관리선의 경우 중심선 관리상한선 UCL= 관리하한선 LCL

의 경우 로 구한다

여기서 등의 계수는 샘플의 크기인 에 따라 결정 되며 일 경우=4

=0729 =0 이다=2282

그림 에서[ 64] 이며=273410 관리도의 로 나타났UCL=307994 LCL=238826

다

관리도의 은CL 이며 이다=4744 UCL=1082581

- 56 -

그림 도포공정 개선전[ 64] 관리도

한편 그림 는 도포공정 개선 전의 경우에 대하여 지정된 규격의 공정능력 [ 65]

지수를 나타낸 것으로서 단기공정능력지수( 와 장기공정능력지수) ( 를 나타낸)

다 단기공정능력지수는 공정능력 ( 과 규격의 폭) ( 과의 비율을 의미하며 일반적)

으로 로 표시한다 규격은 그림 에서처럼 양쪽규격이 모두 주어진 경우 공 [ 65]

정 능력 지수는 다음과 같이 계산할 수 있다

공정 능력

로 나타내고 만약 공정 평균이 규격의 중심으로부터 어느

한쪽으로 치우쳐 있게 되는 경우 치우침도( 와) 를 조합한 단기공정능력지수

( 로 나타낸다 즉)

- 57 -

장기공정능력지수( 의 계산은)

으로서 이다

따라서 그림 에 나타난 것처럼 개선전의 공정능력은[ 65] =17854 =08458

으로서 장기 공정에 대해 만족스럽지 못한 값을 나타내고 있다

그림 도포공정 개선전 공정능력 분석그래프[ 65]

- 58 -

그러나 공정개선후의 관리도인 그림 을 살펴보면[ 66] 이며=28196 관리

도의 이고UCL=300418 LCL=263502 관리도의 은CL 로=2532 UCL=51418

나타난다

그림 도포공정 개선후[ 66] 관리도

- 59 -

개선 후에는 그림 로부터 알 수 있듯이 단기공정능력은[ 67] 으로서=31966

인 장기 공정에 대해 안정적인 것을 확인할 수 있어 도포공정 개선에=23275

대한 효과가 있음을 알 수 있다

그림 정 개선 후 공정능력 분석그래프[ 67]

또한 도포공정의 두께관리를 강화하기 위하여 작업자 교육 및 샘플링 두께 측정

검사를 통해 지속적인 모니터링을 실시하고 공정별 온도관리 및 시간 관리를 통해

작업 환경 유지관리 강화로 변함없는 품질의 제품을 생산하도록 하였다 그림 [

은 롤 코팅 공정이다68] (Roll coating)

- 60 -

그림 롤 코팅 공정[ 68] (Roll coating)

- 61 -

제 장 최적수준 결정을 위한 파라미터 설계제 장 최적수준 결정을 위한 파라미터 설계제 장 최적수준 결정을 위한 파라미터 설계제 장 최적수준 결정을 위한 파라미터 설계7777

제 절 실험계획법에 의한 유의인자 결정제 절 실험계획법에 의한 유의인자 결정제 절 실험계획법에 의한 유의인자 결정제 절 실험계획법에 의한 유의인자 결정1111

재료설계 형상설계 및 공정설계에 대한 최적조건의 결정은 부품의 품질 특성에

대한 사양 을 만족시켜야 할 뿐 아니라 생산부품 간 품질의 산포를(Specification)

최대한 줄여야 한다 의 최적설계를 위해 다구찌 기법 을 적 DA-2 (Taguchi method)

용하였다

다구찌의 강건설계 는 인자 가 품질 특성의 평균에 대해(Robust design) (Factor)

가지는 효과뿐만 아니라 분산에 미치는 효과에 대해서도 초점을 맞추고 있다 분산

을 줄일 수 있는 통제 가능한 인자에 대한 조건을 설정하여 품질특성이 통제 불가

능한 인자의 변화에 대해서는 둔감하도록 할 수 있다 강건설계의 주목적은 품질특

성의 목표값을 유지하면서 분산을 줄이는 인자에 대해 설치값 을 발견하는 (Setting)

데 있다

다구찌 설계에 의한 실험계획법은 특히 확장된 역할로서 다음의 몇 가지를 들 수

있다

ㆍㆍㆍㆍ종래에는 제어 불가능한 환경조건이나 제어하기 어려운 생산조건 공정조건

등의 원인 이를 잡음인자로 통칭 들이 데이터에 주는 영향의 정도를 평가하기 어려( )

웠으나 객관적으로 그리고 계량적으로 이를 평가할 수 있는 방법을 제시하고 있

다 또한 품질 산포의 크기를 계량특성치 손실함수 비 등 로 변환하여 산포를 ( SN )

작게 하는 인자들의 조건을 찾아가는 강건설계를 사용한다

ㆍㆍㆍㆍ직교배열표를 광범위하게 사용하여 인자의 수가 많은 경우에도 크게 실험횟

수를 증가시키지 않고 실험하는 일부 실시법을 사용한다

ㆍㆍㆍㆍ생산라인 내 뿐만 아니라 신제품 개발을 위한 품질설계 파라미터(On-line)

설계 허용오차 설계 등의 라인 외 품질관리를 위하여 유용하게 사용할 (Off-line)

수 있다

ㆍㆍㆍㆍ다구찌 방법에서 추가적으로 다룰 수 있는 주요한 것들로는 직교배열

- 62 -

표의 확대사용 수준계의 표준 직교배열표 이외에 확대 응용 혼합 직교배열표(2 3

의 사용과 조합법의 사용 계량치 데이터의 파라미터 설계 허용차 설계 그리고)

계수치 데이터의 파라미터 설계 동적 특성의 파라미터 설계 등을 들 수 있다

파라미터 설계 는 제품설계와 공정설계에서 유용하게 사용되는(Parameter design)

다구찌 실험계획법의 핵심이다 파라미터는 제품성능의 특성치에 영향을 주는 제어

가능한 인자 를 의미하며 파라미터 설계는 이들 인자들의 최적(Controllable factor)

수준을 정하여 주는 것을 말한다 파라미터를 설계변수 라고도 부 (Design variable)

르며 파라미터 설계에서는 제품의 품질변동이 잡음에 둔감하면서 목표품질을 가질

수 있도록 설계변수들의 최적조건을 구하여 준다 최적조건을 찾을 때 설계변수와

잡음을 주는 인자들을 포함시켜 실험하는 직교배열표 등을 주로 사용한다 이때 목

표 품질을 만족시키는 범위 내에서 가능한 한 비용이 적게 드는 조건이나 부품 등

을 이용한다

만약 신뢰성에 영향을 주는 제어 가능한 인자 에 대한 파라미터설계 A B C D

를 한다고 하자 는 수준 는 수준의 혼합수준 에 대한 설계 A B 4 C D 2 (Mixed level)

분석을 하려고 한다면 각 요인 변동의 계산을 표 과 같은 [ 71] L16(215형 직교배)

열표 를 사용하면 된다(Orthogonal Design)

에 대한 파라미터 설계조건으로는 내구성이 가장 좋은 최적의 설계 및 공정DA-2

조건을 구하여야 하므로 반응변수가 큰 값일수록 좋은 망대특성(Larger-the-better

에 대한 조건을 구하고 부품의 정특성 및 동특성에 대한 분석은 적characteristics)

정한 상호관계를 고려하여 별도의 실험을 행한다

- 63 -

표 다구찌 설계의 예[ 71]

- 64 -

제 절 시험데이터의 해석제 절 시험데이터의 해석제 절 시험데이터의 해석제 절 시험데이터의 해석2222

실험조건실험조건실험조건실험조건1111

제품의 신뢰성향상을 위해 지금까지 재료배합의 개선 형상개선 및 공정개선에

대한 각각의 과정을 설명하였으며 본 장에서는 관련된 여러 인자들을 동시에 고려

하여 최상의 품질특성을 나타낼 수 있는 최적인자수준의 결정에 대하여 설명하려고

한다 이는 인자들 간의 상호 작용이 상승 또는 보완작용을 할 수도 있고 반대로

서로 상극임을 나타낼 수 도 있기 때문이다

일반적으로 고무부싱의 개발에 적용되는 인자 는 다음과 같다(Factor)

ㆍㆍㆍㆍ경도 는 수요기업에서 제시하는 사양 에 따라 적정수(Hardness) (Specification)

준의 경도 도 도 도 도 를 적용하였으며 경험적으로 경도의 산포는(43 45 48 50 ) plusmn

정도이다2

ㆍㆍㆍㆍ각 부분의 모양이나 각도에 따라 고무 량에 영향을 미치게 되는 형상설계에

관해서는 내부 파이프 구배각도를(Inner pipe) 15deg~25deg로 하고 외부파이프 (Outer

의 접착부분을 로 하였으며 외경의 크기는pipe) 13mm~15mm

27mm~ 로 유지하였다278mm

ㆍㆍㆍㆍ공정설계는 가류시간을 로 하였다 가류 온도는240sec~600sec 150deg~180

로 하고 주변 온도에 영향을 받으므로 금형 표면온도는 항상 확인하였다 접착제

도포가 내구성에 영향을 주므로 접착제 두께는 으로 하고 접15micron~40micron

착제 배합조건은 로 하였다120cc~128cc

다구찌 설계에 의한 최적수준을 결정하기 위해 다른 인자는 고정시키고 경도 가

류시간 스웨징 인자에 대하여 표 와 같이 실험수준을 정하였다 [ 72]

- 65 -

표 실험인자 별 수준[ 72]

분석결과의 해석분석결과의 해석분석결과의 해석분석결과의 해석2222

실험결과의 해석은 다음과 같다

을 통해 표 의 실험조건을 입력하여 다구찌 설계를 생성한 결과MMITAB [ 72]

표 과 같은 실험조합을 얻었다 표 는 실험조합 별 시험결과 값이다[ 73] [ 74]

에서의 내구성에 대한 다구찌 설계해석의 결과는 표 의 신호 대Nominal load [ 75]

잡음비 비 평균 표준편차에 대한 반응표에 잘 나타나(SN Signal to noise ratio)

있다 그림 그림 은 비 평균 표준편차에 대한 반응 값을 도식한 [ 71]~[ 73] SN

것이다

표 의 신호 대 잡음비의 반응표를 보면 경도는 스웨징이나 가류시간에 비해[ 75]

반응변수 내구성 에 큰 영향을 미치고 있음을 보여준다 평균에 대한 반응표에서도( )

경도는 다른 인자들에 비해 반응변수의 평균에 크게 영향을 미치고 있음을 알 수

있다 표준편차 역시 경도의 수준 변화에 따라 차이가 가장 많음을 보여주고 있다

- 66 -

표 에 의한 다구찌 설계생성[ 73] MINITAB

- 67 -

표 실험조합 별 시험결과 데이터[ 74]

- 68 -

표 비 평균 표준편차에 대한 반응표[ 75] SN

신호 대 잡음 비에 대한 반응 표신호 대 잡음 비에 대한 반응 표신호 대 잡음 비에 대한 반응 표신호 대 잡음 비에 대한 반응 표

망대특성망대특성망대특성망대특성

평균에 대한 반응 표평균에 대한 반응 표평균에 대한 반응 표평균에 대한 반응 표

표준 편차에 대한 반응 표표준 편차에 대한 반응 표표준 편차에 대한 반응 표표준 편차에 대한 반응 표

- 69 -

그림 신호 대 잡음 비의 주효과도[ 71]

그림 인자수준별 평균의 주효과도[ 72]

그림 인자수준별 표준편차의 주효과도[ 73]

- 70 -

표 와 그림 에서 에서의 내구성 예측값을 가장 크게 하[ 75] [ 72] Nominal Load

는 것은 요인 수준의 조합이 일 때이다 품질 향상을 위해서는 정특성 동(4 2 2)

특성 값도 동시에 고려하여야 하므로 조합 조합 조합(4 2 2) (4 3 2) (4 1 2)

에 대한 예측 값을 함께 구하였다

표 은 에서의 내구성 예측값을 표 은 에[ 76] Nominal Load [ 77] Maximum Load

서의 내구성 예측값 표 은 정특성 예측값 표 는 에서의 동특성 예 [ 78] [ 79] 15Hz

측값 그리고 표 은 에서의 동특성 예측값을 보여주고 있다 [ 710] 150Hz Nominal

에서의 내구성 예측값은 조합 조합 조합에서 각Load (4 2 2) (4 3 2) (4 1 2)

각 목표값인 을 상회한 과170000 Cycle 178023 Cycle 174272 Cycle 175830

로서 조합일 때 더 높게 나타났다Cycle (4 2 2)

동배율은 예측 평균값을 기준으로 할 때 동배율은 조합에서는 에 (4 2 2) 15Hz

서 에서 이고 조합에서의110(1187691079) 150Hz 113(1215561079) (432)

동배율은 에서 에서15Hz 106(112856 106938) 150Hz 108(115769106938)

이며 조합에서의 동배율은 에서 에서 (412) 15Hz 108(118194 1094) 150Hz

이었다109(1195691094)

모델의 경우 수요기업에서 동배율 값이 적은 값을 요구하기 때문에DA-2 (kdks)

동배율을 고려하면 의 조합이 더 좋은 품질을 나타낸다고 할 수 있다(4 1 2)

- 71 -

표 에서의 내구성 예측값[ 76] Nominal Load

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 2 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 3 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 1 2

예측 값

신호 대

- 72 -

표 에서의 내구성 예측값[ 77] Maximum Load

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 2 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 3 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 1 2

신호 대

- 73 -

표 정특성 예측값[ 78]

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 2 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 3 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 1 2

신호 대

- 74 -

표 동특성 예측값[ 79] (15Hz)

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 2 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 3 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 1 2

신호 대

- 75 -

표 동특성 예측값[ 710] (150Hz)

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 2 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 3 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 1 2

신호 대

- 76 -

제 장 부품의 신뢰성성장관리제 장 부품의 신뢰성성장관리제 장 부품의 신뢰성성장관리제 장 부품의 신뢰성성장관리8888

제 절 신뢰성성장관리제 절 신뢰성성장관리제 절 신뢰성성장관리제 절 신뢰성성장관리1111

복잡하고 기술적인 제품의 개발 프로그램을 운영하는 데 있어서는 고객이 요구

하는 신뢰성 수준을 만족시키기 위하여 상당한 규모의 시간 예산 기술인력 등의

자원을 필요로 한다 고객들의 신뢰성 요구수준은 매우 높으므로 이러한 목표를 달

성하기 위하여 시험 개선 시험 개선의 개발과정을 반드시 거친다 이 과정에서 시- - -

스템 서브시스템 또는 모듈을 고장 날 때까지 시험하고 고장모드를 결정해서 이를

제거하기 위한 시도를 하거나 적어도 고장발생을 줄일 수 있는 시도를 하여 설계나

엔지니어링 개선을 이룬다 만약 이러한 과정이 계속되고 설계나 엔지니어링 변경

이 충분히 이루지면 시스템의 신뢰성은 증가한다 개발프로그램이 운영되는 동안

신뢰성 수준의 변화를 추적할 수 있다면 개발책임자로서는 여러 가지 이점이 있다

즉 목표하는 신뢰성 수준을 달성하기 위하여 충분한 비율로 성장하고 있는지의 여

부를 가능한 빠른 시간 내에 판단할 수 있고 그에 따라 필요한 자원을 적절히 배

분할 수 있다 따라서 개발책임자는 시험데이터로부터 현재 시스템의 신뢰성 수준

성장률의 평가 앞으로 기대되는 달성 가능한 수준을 결정하기를 원한다

신뢰성 성장관리 기술은 제품을 개발하는 데(Reliability growth management)

소요되는 많은 시간과 비용 및 엔지니어링 노력을 절감하면서 개념선택 제품과 공

정의 신뢰성 그리고 비용효율을 달성할 수 있도록 유용한 정보를 제공해 준다 군

사장비 자동차 및 전자 중장비개발 등에 적용된 최근의 신뢰성 성장시험 관리기술

은 각 분야의 경쟁적인 사업 환경 아래에서 제품개발을 효율적으로 조직하여 신뢰

성평가를 시작하고 신뢰성 성장과정을 추적할 수 있도록 해준다 신뢰성성장관리기

술은 제품 및 공정설계 관련사항 및 검증시험 항목들에 대하여 사용 환경에 따른

신뢰성 성장 진행과정을 확인하고 그 결과로부터 성장시험곡선을 개발할 수 있게

한다 또한 설계단계 사이의 여러 가지 관련성을 확인하여 관찰하고 그 정보를 다

른 제품보증분석들과 연결하여 고객 요구사항에 대한 제품의

- 77 -

적합도를 적절히 평가하는 데 도움을 준다

신뢰성성장모델은 가 개발한Crow(1975) AMSAA(Army Materiel Systems

모델이 많이 활용되었으나 이는 시스템 또는 서브시스템에서의Analysis Activity)

성장관리에 유용하고 부품수준에서는 모델을 활용하는 것이 더욱 실용적이 Weibull

다 모델은 목표 Weibull B10 수명에 대하여 초기 시작품 으로부터(Early Prototype)

후기 시작품 까지의 신뢰성 개선을 관리하는데 실용적으로 활용할(Later Prototype)

수 있다

신뢰성 성장시험 프로세스신뢰성 성장시험 프로세스신뢰성 성장시험 프로세스신뢰성 성장시험 프로세스1111

신뢰성 성장은 개발시스템에 대하여 여러 시험단계가 시리즈로 이루어지는 동안

고장모드를 발견하고 이를 개선하는 과정을 거쳐 이TAAF(Test Analyze And Fix)

루어진다 또한 기능시험 환경시험 안전시험의 결과는 신뢰성 향상을 위한 FMEA

등과 연계하여 사용된다 분석결과는 설계변경에 반영되고 최종목표가 달성될 때까

지 개선과 시험이 연속적으로 이루어진다 그림 은 일반적인 신뢰성 성장시험 [ 81]

프로세스를 보여준다 프로그램의 시작시점에 신뢰성 성장에 대한 계획을 수립하여

고객의 기대사항을 만족시킬 수 있는 성능수준에 대한 구체적인 측정치를 제시하

고 이 목적을 달성시킬 수 있는 시험조건을 정한다 시험조건은 특정한 부품이나

시스템에 대하여 고객의 사용방법과 환경에 대한 지식을 기초로 하여야 한다

개발프로젝트가 진행되는 동안 신뢰성 성장시험 프로그램이 개발되고 실행되는

과정에서 설계 및 공정의 관심사항을 확인하기 위해 QFD(Quality function

와 같은 제품보증을 위한 분석방법들이 선행되어 실시되는데 신뢰성deployment)

성장관리와 연계하여 이를 통틀어 통합 신뢰성 성장관리(Integrated reliability

라고 한다 신뢰성 성장관리를 포함한 제품설계평가의 모든growth management)

과정은 제품 공정의 신뢰성 향상에 있어 중요한 역할을 하는 제품보증기능의 한부

분이다

- 78 -

통합 신뢰성 성장시험관리 프로세스는 설계뿐 아니라 공정신뢰성(MIL-HDBK-781)

과 관련된 문제에 대응할 수 있도록 신뢰성 성장시험의 이점을 전적으로 활용할 수

있는 수단을 제공한다

신뢰성 성장관리과정을 개발함으로써 신뢰성 수준은 계속적으로 추적될 수 있고

조치를 취하고 다른 분석결과들과 비교되어 초기 신뢰성 예측을 수립하고 제품설

계에 포함된 확신을 증가시킨 후 검증시험에 들어갈 수 있도록 한다 이러한 신뢰

성 성장관리 프로세스는 제품개발 사이클에 있어서 초기 단계 동안에 신뢰성을 확

립하는 데 도움을 줄 수 있는 장치이다

그림 신뢰성성장시험 프로세스[ 81]

제품개발과정에 적용되는 신뢰성 성장시험관리 프로세스는 다음과 같다

신뢰성 성장시험조건을 결정하고 시험 사이클을 개발한다 ①

신뢰성 성장시험곡선의 사용을 통하여 시험과정을 실행하고 추적한다②

시험결과를 평가하고 다른 선행된 분석연구결과들과 비교한다③

확인된 결함을 제거하기 위해 설계변경을 실시한다④

- 79 -

설계검증시험을 준비한다⑤

신뢰성 성장시험의 주된 목적은 설계상의 약점을 확인하고 제거함으로써 설계의

신뢰성을 증가시키는 것이다 정확하게 신뢰성 수준이 변화되는 진행상황을 추적하

기 위해서는 요구사항에 대한 불합치성 을 확인하고 불합치성이(Nonconformance)

일어난 시간을 모두 추적하여야 한다 시험을 시작하기 전에 적절한 시정조치를 용

이하게 하기 위해 사전계획이 수립되어야 하며 고장분포를 결정하기 전에 각각의

고장부품에 대한 고장원인을 분리할 수 있어야 한다

부품의 개발과정에서 몇 개의 표본에 대한 고장시간 데이터가 있을 때 Weibull

분포를 활용한 신뢰성 성장분석에 대하여 설명하면 다음과 같다

가 분석의 개요가 분석의 개요가 분석의 개요가 분석의 개요

밀도함수는 그림 와 같이 특성 수명과 기울기로 고장시간Weibull [ 82] (Cycle

을 설명한다 작은 표본에 대한 고장시간 데이터가 주어졌을 때 분석Km) Weibull

을 사용하여 세 가지의 정보를 얻을 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ특정 시간이 주어졌을 때 등 부품의 신뢰도는 그 시간까지 살아 있(Cycle Km )

을 백분율이다

ㆍㆍㆍㆍ 또는 다른( 수명을 추정할 수 있다) 수명은 부품들 중 가 고장10

날 것이라고 기대되는 시간이다 즉 이 시간에서의 신뢰도는 이다 90

ㆍㆍㆍㆍ 기울기의 값은 고장률 패턴에 대한 정보를 제공해준다 기울기가Weibull 10

이라면 고장률이 일정하다는 것을 의미한다 이 경우 고장은 일반적으로 우연히

일어나며 고장률은 설계의 강건 정도에 따라 달라진다 기울기가 보다 작다면 1

고장률은 감소하고 있음을 의미한다

- 80 -

즉 높은 초기 고장률 을 말한다 기울기가 보다 크면 고장률은 증 (Infant mortality) 1

가하고 이는 마모 되고 있음을 의미한다(Wear-out)

그림 에 의한 부품의 신뢰성성장분석[ 82] Weibull 수명 비교

가장 많이 활용되는 측도는 수명이며 이것은 요구되는 목표 신뢰도가 임 90

을 의미한다 첫 번째 프로토타입이 고장 난다면 신뢰성 목표 달성을 위해 설계 변

경을 행하고 다음 프로토타입을 시험한다 이 과정은 목표 수명이 달성될 때까

지 반복한다

나 의이점나 의이점나 의이점나 의이점WeibullWeibullWeibullWeibull

부품의 개발과정에서 작은 표본에 대한 고장시간 자료가 주어졌을 때 Weibull

분석을 활용하여 신뢰성성장관리를 행하면 다음의 정보를 얻을 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ신뢰성 개선은 목표 수명이 달성될 때까지 하나의 프로토타입에

- 81 -

서 다음 프로토타입까지 추적할 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ신뢰성 개선은 시험한 프로토타입에 대해 타점으로 표현되고 빠르Weibull

게 방향을 파악하여 신뢰성 진전과정에 대한 양적 측면의 관리능력 향상을 그

래프로 확인할 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ컴포넌트를 고장 날 때까지 시험하는 것은 고장모드에 대한 아주 귀중한 정

보를 제공하고 따라서 시정조치 활동이 필요하다

ㆍㆍㆍㆍ많은 표본이 더 좋은 신뢰도를 얻을 수 있지만 분석은 많은 표본을Weibull

필요로 하지 않는다

ㆍㆍㆍㆍ고객의 운영 사용 사이클과 시험 모수의 관계가 알려져 있다면 더 빠르고( )

더 적은 비용으로 가속시험을 할 수도 있다

다 기본가정및제한다 기본가정및제한다 기본가정및제한다 기본가정및제한

ㆍㆍㆍㆍ각 분석에서 오직 하나의 고장모드만 포함되어야 한다 두 개나 그 이상의

고장 모드가 검출된다면 각각에 대해 분리하여 분석해야 한다

ㆍㆍㆍㆍ신뢰도는 시험 제한 한계 로 인해 년 마일까지 확장하여 외삽하면 안( ) 10 150K

된다 왜냐하면 시험 제한 한계 로 인해 다른 고장모드가 발생할 것인지 알 수 ( )

없기 때문이다

ㆍㆍㆍㆍ하나의 프로토타입에서 다음 프로토타입까지 기울기가 변하는 데는 특별히

주의를 하여야 한다 왜냐하면 초기 후기 수명에서 더 높은 신뢰도와 후기 초 ( ) (

기 수명에서 더 낮은 신뢰도의 할 수 도 있기 때문이다) trade-off

라 적용시기라 적용시기라 적용시기라 적용시기

ㆍㆍㆍㆍ수명의 비교는 엔지니어링 사양 이 특정한(Specification) 을 요구할 경

우 사용된다

ㆍㆍㆍㆍ이러한 접근방법은 고장시간 등 에 대하여 동일한 부품의(Cycle Km )

- 82 -

다른 시점에서의 프로토타입을 비교할 때 사용한다

ㆍㆍㆍㆍ신뢰성 목표가 달성될 때까지 계속한다

마 입력자료마 입력자료마 입력자료마 입력자료

ㆍㆍㆍㆍ프로토타입 의 몇 개 표본의 고장시간 등1 (Cycle Km )

ㆍㆍㆍㆍ프로토타입 의 몇 개 표본의 고장시간 등2 (Cycle Km )

⦙

ㆍㆍㆍㆍ마지막 프로토타입의 몇 개 표본의 고장시간 등(Cycle Km )

분석프로세스는 그림 과 같다[ 83]

프로세스프로세스프로세스프로세스 일반적 단계일반적 단계일반적 단계일반적 단계

Ⅰ 요구

또는 수명 결정

프로그램 신뢰성 목표 사용

고객의 운영 사용 프로파일 사용( )

시험 프로그램 적정시간 사용

Ⅱ 시험 프로그램 자료정보

확인과 데이터 수집초기 부품의 프로토타입

후기 부품의 프로토타입

Ⅲ 다른 프로토타입에 대한

누적고장 시간 또는 vs

거리 계산 및 타점

분석이 가능한 사용Weibull SW

가능한 가속수명시험 사용

Ⅳ 프로젝트 검토 시

현재 신뢰성 수준신뢰성 목표 적합성 결정

초기 경고 관련 정보 제공

개선을 위한 계획 정보 제공

그림 프로세스별 단계[ 83]

- 83 -

제 절 신뢰성성장 데이터분석제 절 신뢰성성장 데이터분석제 절 신뢰성성장 데이터분석제 절 신뢰성성장 데이터분석2222

초기 프로토타입 으로 부터 개의 표본을 정상하중 으(Prototype1) 6 (Nominal load)

로 고장 날 때까지 시험하고 고장모드를 기록하였다 여러 개선작업을 거친 후 후

기 프로토타입 으로부터 개의 표본을 고장 날 때까지 시험하고 고장모(Prototype2) 6

드를 기록하였다 시험 데이터는 표 에 주어져 있다 [ 81]

에 고장데이터를 입력하고 각 프로토타입 단계별로 용지에 결과MINITAB Weibull

를 타점한 결과 그림 와 같은 성장곡선이 생성되었다 [ 84] Weibull

정상하중 에서 의 평균수명 추정치는 이(Nominal load) Prototype1 127366Cycle

고 의 평균수명 추정치는 로서 의 개선을 이루었 Prototype2 176882 Cycle 389

음을 알 수 있었다 수명은 은 이었으나Prototype1 112668 Cycle Prototype2

의 수명은 로서 상당한 개선이 이루어졌음을 볼 수 있다168620 Cycle 수

명에 대한 신뢰하한은 로 추정되었다 따라서 정상부하에 의한95 162926 Cycle

시험데이터분석 결과 개선활동 재료배합개선 형상설계개선 공정개선 에 의하여 ( )

내구성 목표가 달성되었음을 알 수 있다

그림 는 에서의 신뢰구간을 보여주고 있다[ 85] Nominal load 90

최대하중 에서는 표 의 데이터 입력결과 그림 의 그래프를(Max load) [ 82] [ 86]

생성하였다 그래프로 부터 추정된 의 Prototype1 수명은 이고16362Cycle

의Prototype2 수명은 이다21850 Cycle 수명에 대한 신뢰하한추정치95

는 으로부터 로 계산된다MINITAB 20983 Cycle

의 수명과 의 수명이 다른 것은 개선 활동의 결과이Prototype1 Prototype2

- 84 -

며 에서 개선목표가 달성되었음을 알 수 있다 Prototype2

표 하중 고장시간[ 81] Nominal (Cycle)

Weibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth Curve

(Nominal Load)(Nominal Load)(Nominal Load)(Nominal Load)

그림 성장곡선[ 84] Weibull (Nominal load data)

- 85 -

Weibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth Curve

(Nominal Load-90 Cl)(Nominal Load-90 Cl)(Nominal Load-90 Cl)(Nominal Load-90 Cl)

그림 신뢰구간[ 85] Nominal Load90

- 86 -

표 하중 고장시간[ 82] Max (Cycle)

Weibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth Curve

(MaxLoad)(MaxLoad)(MaxLoad)(MaxLoad)

그림 성장곡선[ 86] Weibull (Max load data)

- 87 -

제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론9999

본 연구는 자동차현가장치인 고무부싱 의 신뢰성향상을 위한 기(Rubber bushing)

술개발과제이다 에나 인더스트리는 수출전문기업으로서 주요 경쟁사에 비해 고성

능 고내구성의 제품을 짧은 기간 내에 개발할 수 있는 능력을 갖추어야 해외 시장

에서 경쟁력을 가질 수 있다

본 연구개발에서는 수요기업에서 요구하는 GMUTS(General Motors Uniform

의 사양에 따른 시험을 실행하여 내구성을 목표 사이클 이상으Test Specification)

로 개선하고 정특성과 동특성 비틀림 토크를 개선항목으로 선정하여 제품의 품질

및 신뢰성 향상을 진행하였다

수요기업의 요구 수준에 의하면 내구성은 와 Tension Compress Alternating

가 동시에 일 때 일 때Torsion Stress Maximum Load 20000 Cycle Normal Load

을 요구한다 본 프로젝트의 경우 해외의 부품메이커들에 대한 경쟁150000 Cycle

력 우위를 확보하기 위하여 기본 요구 수준을 넘어 향상된 제품신뢰성을5~10

확보를 목표로 하였다 내구성 정특성 및 동특성에 대한 시험은 직접 행하였고 비

틀림토크에 대한 부분은 추가적인 시험장치가 필요하여 수요기업의 실험실에 샘플

을 제출하여 요구수준을 검증받았다

본 연구개발의 성과를 요약하면 다음과 같다

우선 기술적 효과로는

설계기술의 확보(1)

재료배합설계 형상설계 공정설계에 대한 기술을 확보하여 내구성을 비롯한 품

질특성을 향상시킬 수 있었다 종래에는 설계 개발 생산프로세스에서 경험적 방법

에 의존하여 시행착오가 많았으나 본 연구를 통하여 과학적이고 체계적인 방법으

로 접근할 수 있는 기술이 확보되었다

설계 요소의 기술적 배치를 위한 실험계획법의 활용기술 확보(2)

- 88 -

종전에는 고무 배합설계 형상설계 공정설계에 대하여 설계요인 별 수 (Facter)

준 을 무작위로 추출하여 실험하였으나 본 실험계획의 과정을 따르면 요인들(Level)

이 계획적으로 반영되어 품질특성에 각각 어느 정도의 영향을 미치는지 분석이 가

능하게 된다 또한 다구찌에 의한 강건 설계의 생성으로 산포를 줄일 수 있다

잠재적 고장원인 분석방법 기술 확보(3)

제품기능에 대한 잠재적 고장모드의 예측과 시험항목을 판단하고 최종적으로는 설

계검증 과 공정검증 의 세부항목과 효과적(Design verification) (Process verification)

으로 연계가 가능하다

신뢰성 데이터분석기술 확보(4)

부품의 개발과정에서 몇 개의 표본에 대한 고장시간 데이터가 있을 때 Weibull

분포를 활용한 신뢰성 성장분석이 가능하게 되었다 개발프로그램이 운영되는 동안

신뢰성 수준의 변화를 추적할 수 있어 목표하는 신뢰성 수준을 달성하기 위하여 충

분한 비율로 성장하고 있는지의 여부를 가능한 빠른 시간 내에 판단할 수 있고 그

에 따라 필요한 자원을 적절히 배분할 수 있다 따라서 개발책임자는 시험데이터로

부터 현재 시스템의 신뢰성 수준 성장률의 평가 앞으로 기대되는 달성 가능한 수

준에 대한 결정이 가능하다

경제적 측면의 효과로는

제품에 대한 내구성 및 동특성 정특성에 대하여 요구사양 이상으로 특성관리(1)

를 행할 수 있어 해외 부품메이커들에 대한 경쟁력 우위로 수출력을 향상할 수 있

게 되었다

개발기간을 단축할 수 있게 되어 개발비의 절감을 가져올 수 있게 되었다(2)

재료배합 형상설계 및 공정설계에 대한 기술개발의 표준 정립으로 개발 기간의 단

축이 가능하게 되었다

본 과제 결과를 활용하여 다른 방진제품에 대한 신뢰성 관리로 수출(3)

- 89 -

시장을 개척하여 신규거래처를 확보할 예정이다 신뢰성 데이터의 관리가 이루어져

제품수명에 대한 설득력 있는 자료의 제시가 가능하게 되었다

향후 연구계획으로는

고무부싱부품의 특성상 내구성만의 개선이 최선이 아니고 정특성과 동특성을 일

정수준으로 동시에 고려하여야 한다 따라서 이 부분에 대한 동시적인 실험설계가

시스템화 되도록 추가적인 연구가 요구된다

- 90 -

참고문헌참고문헌참고문헌참고문헌[ ][ ][ ][ ]

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Journal of Fatigue Vol27 2005

[8] McLean R A and Anderson V I Extreme Vertices Design of Mixture

Experiments Technometrics Vol8 No3 1966

- 96 -

주 의

이 보고서는 산업자원부에서 시행한 부품소재종합기술지원사업의 최1

종보고서이다

이 신뢰성기반기술확산사업 내용을 대외적으로 발표할 때에는 반드시2

산업자원부에서 시행한 부품소재신뢰성기반기술 사업의 지원결과임을

밝혀야 한다

- 97 -

이 보고서는 산업자원부에서 시행한

부품소재 신뢰성기반기술확산사업의 최종보고서이다

- 35 -

험점이 생성되었다 실행 의 경우 의 성분을 1 A B C D 09807 00068 00011

의 비율로 섞어서 실험하라는 의미이다00114

표 혼합물 성분의 한계[ 43] (48Hs)

성분 하한 상한

A 외 기타Polymer 09774 09807

B 촉진제1 00068 00085

C 촉진제2 00011 00022

D Sulfur 00114 00119

표 꼭지점계획법에 의한 실험설계와 결과데이터[ 44] (48Hs)

을 활용한 혼합물 설계 데이터분석 결과는 표 표 과 같다MINITAB [ 45][ 46] 17

회의 실험점에 대한 데이터분석 결과 각 실험 점에서의 적합추정치와 신뢰구 95

간을 구할 수 있었다

- 36 -

표 을 보면 실험점 에 의한 배합조건으로는 신뢰구간으로[ 45] 14 95

의 내구성이 나타난다 에서는 각 성142322cycle ~ 146166cycle Nominal Load

분에 대한 제한조건을 만족시키면서 내구성을 최대로 하는 처리조건은 인자의 네

가지 성분 즉 외 에 대한 배합 비율이 Polymer Acc1 Acc2 Sulfur 097740

이었다 그리고 이 처리조건에서 예상되는 내구성은00085 00022 00119

에 도달할 것으로 추정되었다146943cycle

에서는 인자의 네 가지 성분의 배합비율이 와 마찬Maximum Load Nominal Load

가지로 이었다 그리고 이 처리 조건에서 예상되는09774 00085 00022 00119

내구성 추정치는 이었다18917cycle

표 데이터분석 결과[ 45] (48Hs Nominal Load)

에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응Dura(Nom)Dura(Nom)Dura(Nom)Dura(Nom)

- 37 -

반응 최적화 모수반응 최적화 모수반응 최적화 모수반응 최적화 모수

글로벌 솔루션글로벌 솔루션글로벌 솔루션글로벌 솔루션

예측 반응예측 반응예측 반응예측 반응

Dura(Nom) = 146943

- 38 -

표 데이터분석 결과[ 46] (48Hs Maximum Load)

에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응Dura(max)Dura(max)Dura(max)Dura(max)

반응 최적화 모수반응 최적화 모수반응 최적화 모수반응 최적화 모수

글로벌 솔루션글로벌 솔루션글로벌 솔루션글로벌 솔루션

외Polymer = 09774

- 39 -

Acc1 = 00085

Acc2 = 00022

Sulfur = 00119

예측 반응

Duro(max) = 189171

경도 도 오차범위 도 에 대한 혼합물성분의 한계와 에 의한 실험50 ( plusmn 2 ) MINITAB

점은 표 표 과 같다[ 47] [ 48]

표 혼합물 성분의 한계[ 47] (50Hs)

- 40 -

표 실험계획의 결과[ 48] (50Hs)

경도 도에 대한 혼합물 설계 데이터분석 결과는 표 표 과 같다50 [ 49][ 410] 17

개 실험 점에서의 적합추정치와 신뢰구간은 예측반응에 잘 나타나 있다95

에서는 각 성분에 대한 제한조건을 만족시키면서 내구성을 최대로Nominal Load

하는 처리조건은 외 기타 의 각 성분에 대하여 배합비Polymer Acc1 Acc2 Sulfur

율이 이고 이 처리조건에서 예상되는 내구성은09687 00088 00025 00200

에 도달할 것으로 추정되었다159209 Cycle

에서는 인자의 네 가지 성분의 배합비율이 와 마찬가Maximum Load Nominal Load

지로 이었다 그리고 이 처리조건에서 예상되는 내09687 00088 00025 00200

구성 추정치는 이었다 일 때와 일218572 Cycle Nominal Load Maximum Load

때의 적정배합비율이 다르게 나오는 경우가 있는데 이는 오차범위 경도의 경우( plusmn

도 가 비교적 넓은 고무의 특성에서 비2 )

- 41 -

롯되거나 측정오차에 따른 결과로 추정된다

표 데이터분석 결과[ 49] (50Hs Nominal Load)

에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응Duro(Nor)Duro(Nor)Duro(Nor)Duro(Nor)

반응 최적화 모수반응 최적화 모수반응 최적화 모수반응 최적화 모수

- 42 -

글로벌 솔루션글로벌 솔루션글로벌 솔루션글로벌 솔루션

예측 반응예측 반응예측 반응예측 반응

Duro(Nor) = 159209

표 데이터분석 결과[ 410] (50Hs Maximum Load)

에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응Duro(max)Duro(max)Duro(max)Duro(max)

- 43 -

반응 최적화 모수반응 최적화 모수반응 최적화 모수반응 최적화 모수

글로벌 솔루션글로벌 솔루션글로벌 솔루션글로벌 솔루션

예측 반응예측 반응예측 반응예측 반응

Duro(Max) = 218572

재료배합시험에 있어서 가류시간이 특성 치에 영향을 미치므로 레오그래프

분석에 의해 적정가류시간을 결정한다 레오그래프는 다음의 용도에(Rheograph)

활용된다

고무제품의 가류도 측정①

가류속도 측정②

최적의 가류공정 조건 확립③

가류약품 선정 및 배합 작성Recipe④

고무제품의 품질관리⑤

아래 그림 은 경도 도에 대한 재료의 레오그래프이다 그래프에 나타난 용[ 43] 48

어를 설명하면 다음과 같다

혼합물 의 가 가류되었을 때의 시간을 나타내며 가류시간을tc90- (Compound) 90

결정하는 기준으로 사용된다

스코치시간 을 나타내며 원하지 않는 가교가 일어ts2 - (Scorch time)

- 44 -

나는 시간으로 적절한 가류시간을 찾기 위해 필요한 과정임

고무의 특성을 토르크 값으로 나타낸 값으로 일반적으로 혼합물Tmax- (Torque)

의 경도에 따라 변함

평형 토르크MH- (Equilibrium torque)

최소 토르크ML- (Minimum torque)

본 재료시험에 적용된 가류시간은 의 배 사이에서 적정수준을 결정하tc90 1-15

였다

연구의 결과 카본의 입자가 작을수록 내구성은 향상시키지만 대체로 분산이 잘 되

지 않아 혼합물의 품질이 고르지 못하였다 따라서 카본의 분산도를 평가하여 만족

할 만한 수준이 나오는지 확인하였으며 상대적으로 작은 입자경의 카본을 사용하

여 내구성을 높이려 하였다

그림 경도 도 고무에 대한 레오그래프[ 43] 48

- 45 -

실험의 결과 카본블랙과 레오그래프와의 관계는 그림 와 같이 나타났다 그림[ 44]

에서 보는바와 같이 입자경의 크기가 증가함에 따라 결합력이 약해지므로 토르크

값이 낮아짐을 알 수 있다

그림 각종 카본블랙의 레오그래프[ 44]

- 46 -

본 연구에 적용된 카본 입자경의 크기와 양은 표 과 같다[ 411]

경도변화는 카본입자의 크기와 양에 따라 결정이 되며 레오그래프의 값이 Tmax

이러한 사실을 보여주고 있다

표 레오그래프상의 경도와 카본의 관계[ 411]

레오그래프는 섭씨 도에서 그려짐PHR = Part in Hundred Rubber 160

- 47 -

제 장 형상개선제 장 형상개선제 장 형상개선제 장 형상개선5555

제 절 외철의 스웨징 율 변화에 의한 개선제 절 외철의 스웨징 율 변화에 의한 개선제 절 외철의 스웨징 율 변화에 의한 개선제 절 외철의 스웨징 율 변화에 의한 개선1111

높은 품질의 부싱을 개발하기 위해서는 적절한 재료설계에 의한 경도 및 고무 특

성의 설정이 매우 중요한 요소이지만 고무의 특성 개선에만 의존하는 것은 한계점

이 있다 따라서 제품의 형상변화를 통해 고무의 특성을 극대화함으로써 내구성 및

품질특성을 향상시킬 수 있다

그림 은 부품의 세부형상과 설계도이다[ 51]

그림 세부형상[ 51] DA-2

- 48 -

그림 는 제품의 단면을 보여준다 그림에서 는 다른 모델에 비해 고무[ 52] DA-2

량이 다소 적음을 알 수 있다 형상 변화를 통한 품질특성의 개선을 시도함에 있어

서는 부품에 대한 조립성과 제조성 을 반드시(DFM Design for Manufacturability)

고려하여 형상변화를 꾀하여야 한다 본 제품의 경우 외철 과 내철 (outer pipe)

의 길이는 한정되어 있으며 그 직경의 변화도 허용공차를 미만(Inner pipe) 05 mm

의 수준으로 요구하고 있다

형상변경을 통한 성능향상 방안으로서 외철에 대한 스웨징율 을 변(Swaging rate)

경함으로서 외경크기의 변화를 시도하였으며 또한 내철의 구배각도를 변화시켜 개

선점을 찾으려고 노력하였다

그림 단면[ 52] DA-2

부싱의 경우 일반 적으로 스웨징이라는 공정을 거치게 되는데 이는 공정에서 외

경의 크기 조정을 통하여 성능을 향상 시키는 방법으로서 스웨징율을 조정함으로서

외철의 외경 크기를 허용범위 내어서 변화시키는 것이다 이는 스웨징에 따른 직경

변화에 의해 고무의 조직이 조밀해져 고무 특성을 향상시킬 수 있게된다

그림 은 스웨징의 방향을 나타내며 그림 는 스웨징 전 후의 외철의 크[ 53] [ 54]

기 변화를 보여주고 있다

- 49 -

그림 스웨징 방향[ 53]

그림 스웨징 전후의 외경 크기의 변화 단면[ 54] ( )

제 절 내철의 구배 변화에 의한 개선제 절 내철의 구배 변화에 의한 개선제 절 내철의 구배 변화에 의한 개선제 절 내철의 구배 변화에 의한 개선2222

아래 그림 는 형상 변화를 시도할 수 있는 내철 끝단 부분의 구배를 표시한[ 55]

그림으로서 는 구배각도를 나타낸다a

- 50 -

그림 구배각도[ 55]

그림 은 본 제품의 특성 요구 사항을 그림으로 표시한 것으로 고무부싱은[ 56]

및 의 외력에 대하여 적절하게 대응할 수 있도록 설계되어야 한다 부싱 종류F1 F2

의 경우 일반적으로 고무 제품의 유연함과 동배율 개선을 위하여 저경도의 고무를

적용하는 경우가 많은데 이 경우에는 외력에 대한 특성이 상대적으로 취약하게F1

나타나게 된다 이러한 취약점을 보완하기 위하여 본 연구에서는 그림 과 같 [ 57]

이 제품이 허용하는 범위 내에서 내철의 구배를 변화 시킨 후 실험데이터의 분석을

통해 성능 개선 방안을 찾고자 하였다

그림 부싱의 외력[ 56]

그림 의 의 경우는 구배를 주지 않은 경우이며 의 경우는 구배를 준[ 57] (a) (b)

경우를 표시하고 있다

- 51 -

의 경우 외력에 의하여 발생하는 반발력 은 순수한 고무 특성에 의해서(a) F1 Fr1

만 나타나게 된다 이러한 경우 저경도의 고무을 적용하였을 때 의 크기가 미미 Fr1

하여 적절한 특성을 발휘하지 못하게 된다

의 경우와 같이 내철에 구배를 주게 되면 의 외력에 대하여 구배가 들어간(b) F1

부분 에 의한 반발력 함께 가 생성되어 상대적으로 에 대한 저항력이 커Fr3 Fr2 F1

짐으로써 성능을 향상 시킬 수 있게 된다

그림 구배각도의 적용에 따른 차이 단면[ 57] ( )

그림 구배각도의 적용에 따른 차이 입체[ 58] ( )

- 52 -

제 장 도포공정개선제 장 도포공정개선제 장 도포공정개선제 장 도포공정개선6666

고무부싱의 내구성 향상을 위하여 필수적으로 관리하여야 할 공정이 도포공정이

다 도포공정은 접착의 원리에서부터 접착의 구조 접착의 강도 피착재의 표면처리

법 및 접착제 사용법 등 접착에 관한 전반적인 기술을 공정에 효율적으로 적용하여

야 한다

고무와 금속과의 접착력이란 접착제와 피착제 사이의 계면 결합력을 의미하며 접

착강도는 시험방법 접착방법 시험시의 조건 시편의 기하학 등 여러 인자에 의해

영향을 받는다 접착파괴는 접착제의 가장 약한 곳에서 일어나며 접착강도는 여러

가지 측정법에 따라 고유강도 잔류강도 측정강도 등과 같이 다르게 표현된다 고

무부싱의 접착구조는 그림 과 같다[ 61]

그림 접착의 구조[ 61]

프라이머 는 피착제 표면과의 친화성이나 접착제와의 상용성이 뛰어나야(Primer)

하고 동시에 접착 저해물과의 상용성도 높아야 한다 또 프라이머 중의 유효성분

쪽이 피착제 표면에 흡착되어 있는 저해성분보다 피착제에 의하여 안정하게 흡착되

어 있는 것이 중요하다 따라서 프라이머는

- 53 -

충분한 교반 균일하고 엷은 도포 그리고 완전한 건조가 이루어져야 한다 이러한

도포공정은 피착제의 모앙에 따라 달라진다

열경화성 접착제의 대부분은 유기 중합물과 각종 충진제를 유기용제에 용해 분산

시킨 것으로 사용전이나 사용 중에도 교반기 등으로 균일하게 용해 분산시킨 접착

제를 사용하는 것이 중요하다 따라서 의 도포 공정은 그림 와 같이 교 DA-2 [ 62]

반기를 추가 설치하여 공정 개선을 실시하였다

그림 설치한 교반기[ 62]

또한 피착제의 균일한 도포를 위해 롤타입의 코팅기에 기존 페인트용 롤러에서

그림 에서와 같이 융을 말아 롤러 도포하는 형태로 개선을 실시하여 코팅의[ 415]

두께 정밀도를 향상시켰다

- 54 -

그림 변경된 롤러 모양[ 63]

접착 재료를 프라이머 에서 변경하여 사용함CHEMLOK 220 252 CHEMLOK 205

으로써 접착력을 향상시켰는데 는 금속 및 경길대료의 프라이머로CHEMLOK 205

사용되며 또한 같은 극성고무에 단독으로 접착이 가능하다 NBR

방식의 경우 의 특징을 살펴보면TWO Coat CHEMLOK 205

ㆍㆍㆍㆍ 접착제의 금속 표면에서의 접착강도를 향상시킬 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ 기계적 표면처리 후 활성화된 금속표면을 산화작용으로부터 보호하며 녹방

지 도료적 역할을 한다

ㆍㆍㆍㆍ 크로로프렌이나 에피크로로히드린고무와 같은 가류 중에 염소가스를 발생

시 켜 금속표면을 부식시키기 쉬운 고무배합에 대하여 유효하게 적용된다 프

라 이머는 충분한 교반 균일하고 엷은 도포 그리고 완전한 건조가 이루어져

야 접착성이 뛰어나게 된다

도포공정 개선 전후의 효과는 그림 그림 의 도포두께 비교[ 64]~[ 67] Cpk

를 통해서도 알 수 있다DATA

아래 그림 는 도포공정의 개선전[ 64] 관리도의 그래프를 나타낸

- 55 -

것으로 관리도는 평균치와 범위에 관한 계량형 관리도에서 가장 많이 사용되

는 관리도의 하나이다 관리도는 평균치의 변화를 관리하는 관리도와 산포의

변화를 관리하는 관리도로 구성된다 관리도의 중심선(Central Line) CL=로 나

타내며 관리 상한선 은(Upper Control Limit) UCL= 로 관리하한선인 (Lower

의 경우Control Limit) LCL=

로 구한다

관리도의 관리선의 경우 중심선 관리상한선 UCL= 관리하한선 LCL

의 경우 로 구한다

여기서 등의 계수는 샘플의 크기인 에 따라 결정 되며 일 경우=4

=0729 =0 이다=2282

그림 에서[ 64] 이며=273410 관리도의 로 나타났UCL=307994 LCL=238826

다

관리도의 은CL 이며 이다=4744 UCL=1082581

- 56 -

그림 도포공정 개선전[ 64] 관리도

한편 그림 는 도포공정 개선 전의 경우에 대하여 지정된 규격의 공정능력 [ 65]

지수를 나타낸 것으로서 단기공정능력지수( 와 장기공정능력지수) ( 를 나타낸)

다 단기공정능력지수는 공정능력 ( 과 규격의 폭) ( 과의 비율을 의미하며 일반적)

으로 로 표시한다 규격은 그림 에서처럼 양쪽규격이 모두 주어진 경우 공 [ 65]

정 능력 지수는 다음과 같이 계산할 수 있다

공정 능력

로 나타내고 만약 공정 평균이 규격의 중심으로부터 어느

한쪽으로 치우쳐 있게 되는 경우 치우침도( 와) 를 조합한 단기공정능력지수

( 로 나타낸다 즉)

- 57 -

장기공정능력지수( 의 계산은)

으로서 이다

따라서 그림 에 나타난 것처럼 개선전의 공정능력은[ 65] =17854 =08458

으로서 장기 공정에 대해 만족스럽지 못한 값을 나타내고 있다

그림 도포공정 개선전 공정능력 분석그래프[ 65]

- 58 -

그러나 공정개선후의 관리도인 그림 을 살펴보면[ 66] 이며=28196 관리

도의 이고UCL=300418 LCL=263502 관리도의 은CL 로=2532 UCL=51418

나타난다

그림 도포공정 개선후[ 66] 관리도

- 59 -

개선 후에는 그림 로부터 알 수 있듯이 단기공정능력은[ 67] 으로서=31966

인 장기 공정에 대해 안정적인 것을 확인할 수 있어 도포공정 개선에=23275

대한 효과가 있음을 알 수 있다

그림 정 개선 후 공정능력 분석그래프[ 67]

또한 도포공정의 두께관리를 강화하기 위하여 작업자 교육 및 샘플링 두께 측정

검사를 통해 지속적인 모니터링을 실시하고 공정별 온도관리 및 시간 관리를 통해

작업 환경 유지관리 강화로 변함없는 품질의 제품을 생산하도록 하였다 그림 [

은 롤 코팅 공정이다68] (Roll coating)

- 60 -

그림 롤 코팅 공정[ 68] (Roll coating)

- 61 -

제 장 최적수준 결정을 위한 파라미터 설계제 장 최적수준 결정을 위한 파라미터 설계제 장 최적수준 결정을 위한 파라미터 설계제 장 최적수준 결정을 위한 파라미터 설계7777

제 절 실험계획법에 의한 유의인자 결정제 절 실험계획법에 의한 유의인자 결정제 절 실험계획법에 의한 유의인자 결정제 절 실험계획법에 의한 유의인자 결정1111

재료설계 형상설계 및 공정설계에 대한 최적조건의 결정은 부품의 품질 특성에

대한 사양 을 만족시켜야 할 뿐 아니라 생산부품 간 품질의 산포를(Specification)

최대한 줄여야 한다 의 최적설계를 위해 다구찌 기법 을 적 DA-2 (Taguchi method)

용하였다

다구찌의 강건설계 는 인자 가 품질 특성의 평균에 대해(Robust design) (Factor)

가지는 효과뿐만 아니라 분산에 미치는 효과에 대해서도 초점을 맞추고 있다 분산

을 줄일 수 있는 통제 가능한 인자에 대한 조건을 설정하여 품질특성이 통제 불가

능한 인자의 변화에 대해서는 둔감하도록 할 수 있다 강건설계의 주목적은 품질특

성의 목표값을 유지하면서 분산을 줄이는 인자에 대해 설치값 을 발견하는 (Setting)

데 있다

다구찌 설계에 의한 실험계획법은 특히 확장된 역할로서 다음의 몇 가지를 들 수

있다

ㆍㆍㆍㆍ종래에는 제어 불가능한 환경조건이나 제어하기 어려운 생산조건 공정조건

등의 원인 이를 잡음인자로 통칭 들이 데이터에 주는 영향의 정도를 평가하기 어려( )

웠으나 객관적으로 그리고 계량적으로 이를 평가할 수 있는 방법을 제시하고 있

다 또한 품질 산포의 크기를 계량특성치 손실함수 비 등 로 변환하여 산포를 ( SN )

작게 하는 인자들의 조건을 찾아가는 강건설계를 사용한다

ㆍㆍㆍㆍ직교배열표를 광범위하게 사용하여 인자의 수가 많은 경우에도 크게 실험횟

수를 증가시키지 않고 실험하는 일부 실시법을 사용한다

ㆍㆍㆍㆍ생산라인 내 뿐만 아니라 신제품 개발을 위한 품질설계 파라미터(On-line)

설계 허용오차 설계 등의 라인 외 품질관리를 위하여 유용하게 사용할 (Off-line)

수 있다

ㆍㆍㆍㆍ다구찌 방법에서 추가적으로 다룰 수 있는 주요한 것들로는 직교배열

- 62 -

표의 확대사용 수준계의 표준 직교배열표 이외에 확대 응용 혼합 직교배열표(2 3

의 사용과 조합법의 사용 계량치 데이터의 파라미터 설계 허용차 설계 그리고)

계수치 데이터의 파라미터 설계 동적 특성의 파라미터 설계 등을 들 수 있다

파라미터 설계 는 제품설계와 공정설계에서 유용하게 사용되는(Parameter design)

다구찌 실험계획법의 핵심이다 파라미터는 제품성능의 특성치에 영향을 주는 제어

가능한 인자 를 의미하며 파라미터 설계는 이들 인자들의 최적(Controllable factor)

수준을 정하여 주는 것을 말한다 파라미터를 설계변수 라고도 부 (Design variable)

르며 파라미터 설계에서는 제품의 품질변동이 잡음에 둔감하면서 목표품질을 가질

수 있도록 설계변수들의 최적조건을 구하여 준다 최적조건을 찾을 때 설계변수와

잡음을 주는 인자들을 포함시켜 실험하는 직교배열표 등을 주로 사용한다 이때 목

표 품질을 만족시키는 범위 내에서 가능한 한 비용이 적게 드는 조건이나 부품 등

을 이용한다

만약 신뢰성에 영향을 주는 제어 가능한 인자 에 대한 파라미터설계 A B C D

를 한다고 하자 는 수준 는 수준의 혼합수준 에 대한 설계 A B 4 C D 2 (Mixed level)

분석을 하려고 한다면 각 요인 변동의 계산을 표 과 같은 [ 71] L16(215형 직교배)

열표 를 사용하면 된다(Orthogonal Design)

에 대한 파라미터 설계조건으로는 내구성이 가장 좋은 최적의 설계 및 공정DA-2

조건을 구하여야 하므로 반응변수가 큰 값일수록 좋은 망대특성(Larger-the-better

에 대한 조건을 구하고 부품의 정특성 및 동특성에 대한 분석은 적characteristics)

정한 상호관계를 고려하여 별도의 실험을 행한다

- 63 -

표 다구찌 설계의 예[ 71]

- 64 -

제 절 시험데이터의 해석제 절 시험데이터의 해석제 절 시험데이터의 해석제 절 시험데이터의 해석2222

실험조건실험조건실험조건실험조건1111

제품의 신뢰성향상을 위해 지금까지 재료배합의 개선 형상개선 및 공정개선에

대한 각각의 과정을 설명하였으며 본 장에서는 관련된 여러 인자들을 동시에 고려

하여 최상의 품질특성을 나타낼 수 있는 최적인자수준의 결정에 대하여 설명하려고

한다 이는 인자들 간의 상호 작용이 상승 또는 보완작용을 할 수도 있고 반대로

서로 상극임을 나타낼 수 도 있기 때문이다

일반적으로 고무부싱의 개발에 적용되는 인자 는 다음과 같다(Factor)

ㆍㆍㆍㆍ경도 는 수요기업에서 제시하는 사양 에 따라 적정수(Hardness) (Specification)

준의 경도 도 도 도 도 를 적용하였으며 경험적으로 경도의 산포는(43 45 48 50 ) plusmn

정도이다2

ㆍㆍㆍㆍ각 부분의 모양이나 각도에 따라 고무 량에 영향을 미치게 되는 형상설계에

관해서는 내부 파이프 구배각도를(Inner pipe) 15deg~25deg로 하고 외부파이프 (Outer

의 접착부분을 로 하였으며 외경의 크기는pipe) 13mm~15mm

27mm~ 로 유지하였다278mm

ㆍㆍㆍㆍ공정설계는 가류시간을 로 하였다 가류 온도는240sec~600sec 150deg~180

로 하고 주변 온도에 영향을 받으므로 금형 표면온도는 항상 확인하였다 접착제

도포가 내구성에 영향을 주므로 접착제 두께는 으로 하고 접15micron~40micron

착제 배합조건은 로 하였다120cc~128cc

다구찌 설계에 의한 최적수준을 결정하기 위해 다른 인자는 고정시키고 경도 가

류시간 스웨징 인자에 대하여 표 와 같이 실험수준을 정하였다 [ 72]

- 65 -

표 실험인자 별 수준[ 72]

분석결과의 해석분석결과의 해석분석결과의 해석분석결과의 해석2222

실험결과의 해석은 다음과 같다

을 통해 표 의 실험조건을 입력하여 다구찌 설계를 생성한 결과MMITAB [ 72]

표 과 같은 실험조합을 얻었다 표 는 실험조합 별 시험결과 값이다[ 73] [ 74]

에서의 내구성에 대한 다구찌 설계해석의 결과는 표 의 신호 대Nominal load [ 75]

잡음비 비 평균 표준편차에 대한 반응표에 잘 나타나(SN Signal to noise ratio)

있다 그림 그림 은 비 평균 표준편차에 대한 반응 값을 도식한 [ 71]~[ 73] SN

것이다

표 의 신호 대 잡음비의 반응표를 보면 경도는 스웨징이나 가류시간에 비해[ 75]

반응변수 내구성 에 큰 영향을 미치고 있음을 보여준다 평균에 대한 반응표에서도( )

경도는 다른 인자들에 비해 반응변수의 평균에 크게 영향을 미치고 있음을 알 수

있다 표준편차 역시 경도의 수준 변화에 따라 차이가 가장 많음을 보여주고 있다

- 66 -

표 에 의한 다구찌 설계생성[ 73] MINITAB

- 67 -

표 실험조합 별 시험결과 데이터[ 74]

- 68 -

표 비 평균 표준편차에 대한 반응표[ 75] SN

신호 대 잡음 비에 대한 반응 표신호 대 잡음 비에 대한 반응 표신호 대 잡음 비에 대한 반응 표신호 대 잡음 비에 대한 반응 표

망대특성망대특성망대특성망대특성

평균에 대한 반응 표평균에 대한 반응 표평균에 대한 반응 표평균에 대한 반응 표

표준 편차에 대한 반응 표표준 편차에 대한 반응 표표준 편차에 대한 반응 표표준 편차에 대한 반응 표

- 69 -

그림 신호 대 잡음 비의 주효과도[ 71]

그림 인자수준별 평균의 주효과도[ 72]

그림 인자수준별 표준편차의 주효과도[ 73]

- 70 -

표 와 그림 에서 에서의 내구성 예측값을 가장 크게 하[ 75] [ 72] Nominal Load

는 것은 요인 수준의 조합이 일 때이다 품질 향상을 위해서는 정특성 동(4 2 2)

특성 값도 동시에 고려하여야 하므로 조합 조합 조합(4 2 2) (4 3 2) (4 1 2)

에 대한 예측 값을 함께 구하였다

표 은 에서의 내구성 예측값을 표 은 에[ 76] Nominal Load [ 77] Maximum Load

서의 내구성 예측값 표 은 정특성 예측값 표 는 에서의 동특성 예 [ 78] [ 79] 15Hz

측값 그리고 표 은 에서의 동특성 예측값을 보여주고 있다 [ 710] 150Hz Nominal

에서의 내구성 예측값은 조합 조합 조합에서 각Load (4 2 2) (4 3 2) (4 1 2)

각 목표값인 을 상회한 과170000 Cycle 178023 Cycle 174272 Cycle 175830

로서 조합일 때 더 높게 나타났다Cycle (4 2 2)

동배율은 예측 평균값을 기준으로 할 때 동배율은 조합에서는 에 (4 2 2) 15Hz

서 에서 이고 조합에서의110(1187691079) 150Hz 113(1215561079) (432)

동배율은 에서 에서15Hz 106(112856 106938) 150Hz 108(115769106938)

이며 조합에서의 동배율은 에서 에서 (412) 15Hz 108(118194 1094) 150Hz

이었다109(1195691094)

모델의 경우 수요기업에서 동배율 값이 적은 값을 요구하기 때문에DA-2 (kdks)

동배율을 고려하면 의 조합이 더 좋은 품질을 나타낸다고 할 수 있다(4 1 2)

- 71 -

표 에서의 내구성 예측값[ 76] Nominal Load

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 2 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 3 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 1 2

예측 값

신호 대

- 72 -

표 에서의 내구성 예측값[ 77] Maximum Load

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 2 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 3 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 1 2

신호 대

- 73 -

표 정특성 예측값[ 78]

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 2 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 3 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 1 2

신호 대

- 74 -

표 동특성 예측값[ 79] (15Hz)

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 2 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 3 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 1 2

신호 대

- 75 -

표 동특성 예측값[ 710] (150Hz)

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 2 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 3 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 1 2

신호 대

- 76 -

제 장 부품의 신뢰성성장관리제 장 부품의 신뢰성성장관리제 장 부품의 신뢰성성장관리제 장 부품의 신뢰성성장관리8888

제 절 신뢰성성장관리제 절 신뢰성성장관리제 절 신뢰성성장관리제 절 신뢰성성장관리1111

복잡하고 기술적인 제품의 개발 프로그램을 운영하는 데 있어서는 고객이 요구

하는 신뢰성 수준을 만족시키기 위하여 상당한 규모의 시간 예산 기술인력 등의

자원을 필요로 한다 고객들의 신뢰성 요구수준은 매우 높으므로 이러한 목표를 달

성하기 위하여 시험 개선 시험 개선의 개발과정을 반드시 거친다 이 과정에서 시- - -

스템 서브시스템 또는 모듈을 고장 날 때까지 시험하고 고장모드를 결정해서 이를

제거하기 위한 시도를 하거나 적어도 고장발생을 줄일 수 있는 시도를 하여 설계나

엔지니어링 개선을 이룬다 만약 이러한 과정이 계속되고 설계나 엔지니어링 변경

이 충분히 이루지면 시스템의 신뢰성은 증가한다 개발프로그램이 운영되는 동안

신뢰성 수준의 변화를 추적할 수 있다면 개발책임자로서는 여러 가지 이점이 있다

즉 목표하는 신뢰성 수준을 달성하기 위하여 충분한 비율로 성장하고 있는지의 여

부를 가능한 빠른 시간 내에 판단할 수 있고 그에 따라 필요한 자원을 적절히 배

분할 수 있다 따라서 개발책임자는 시험데이터로부터 현재 시스템의 신뢰성 수준

성장률의 평가 앞으로 기대되는 달성 가능한 수준을 결정하기를 원한다

신뢰성 성장관리 기술은 제품을 개발하는 데(Reliability growth management)

소요되는 많은 시간과 비용 및 엔지니어링 노력을 절감하면서 개념선택 제품과 공

정의 신뢰성 그리고 비용효율을 달성할 수 있도록 유용한 정보를 제공해 준다 군

사장비 자동차 및 전자 중장비개발 등에 적용된 최근의 신뢰성 성장시험 관리기술

은 각 분야의 경쟁적인 사업 환경 아래에서 제품개발을 효율적으로 조직하여 신뢰

성평가를 시작하고 신뢰성 성장과정을 추적할 수 있도록 해준다 신뢰성성장관리기

술은 제품 및 공정설계 관련사항 및 검증시험 항목들에 대하여 사용 환경에 따른

신뢰성 성장 진행과정을 확인하고 그 결과로부터 성장시험곡선을 개발할 수 있게

한다 또한 설계단계 사이의 여러 가지 관련성을 확인하여 관찰하고 그 정보를 다

른 제품보증분석들과 연결하여 고객 요구사항에 대한 제품의

- 77 -

적합도를 적절히 평가하는 데 도움을 준다

신뢰성성장모델은 가 개발한Crow(1975) AMSAA(Army Materiel Systems

모델이 많이 활용되었으나 이는 시스템 또는 서브시스템에서의Analysis Activity)

성장관리에 유용하고 부품수준에서는 모델을 활용하는 것이 더욱 실용적이 Weibull

다 모델은 목표 Weibull B10 수명에 대하여 초기 시작품 으로부터(Early Prototype)

후기 시작품 까지의 신뢰성 개선을 관리하는데 실용적으로 활용할(Later Prototype)

수 있다

신뢰성 성장시험 프로세스신뢰성 성장시험 프로세스신뢰성 성장시험 프로세스신뢰성 성장시험 프로세스1111

신뢰성 성장은 개발시스템에 대하여 여러 시험단계가 시리즈로 이루어지는 동안

고장모드를 발견하고 이를 개선하는 과정을 거쳐 이TAAF(Test Analyze And Fix)

루어진다 또한 기능시험 환경시험 안전시험의 결과는 신뢰성 향상을 위한 FMEA

등과 연계하여 사용된다 분석결과는 설계변경에 반영되고 최종목표가 달성될 때까

지 개선과 시험이 연속적으로 이루어진다 그림 은 일반적인 신뢰성 성장시험 [ 81]

프로세스를 보여준다 프로그램의 시작시점에 신뢰성 성장에 대한 계획을 수립하여

고객의 기대사항을 만족시킬 수 있는 성능수준에 대한 구체적인 측정치를 제시하

고 이 목적을 달성시킬 수 있는 시험조건을 정한다 시험조건은 특정한 부품이나

시스템에 대하여 고객의 사용방법과 환경에 대한 지식을 기초로 하여야 한다

개발프로젝트가 진행되는 동안 신뢰성 성장시험 프로그램이 개발되고 실행되는

과정에서 설계 및 공정의 관심사항을 확인하기 위해 QFD(Quality function

와 같은 제품보증을 위한 분석방법들이 선행되어 실시되는데 신뢰성deployment)

성장관리와 연계하여 이를 통틀어 통합 신뢰성 성장관리(Integrated reliability

라고 한다 신뢰성 성장관리를 포함한 제품설계평가의 모든growth management)

과정은 제품 공정의 신뢰성 향상에 있어 중요한 역할을 하는 제품보증기능의 한부

분이다

- 78 -

통합 신뢰성 성장시험관리 프로세스는 설계뿐 아니라 공정신뢰성(MIL-HDBK-781)

과 관련된 문제에 대응할 수 있도록 신뢰성 성장시험의 이점을 전적으로 활용할 수

있는 수단을 제공한다

신뢰성 성장관리과정을 개발함으로써 신뢰성 수준은 계속적으로 추적될 수 있고

조치를 취하고 다른 분석결과들과 비교되어 초기 신뢰성 예측을 수립하고 제품설

계에 포함된 확신을 증가시킨 후 검증시험에 들어갈 수 있도록 한다 이러한 신뢰

성 성장관리 프로세스는 제품개발 사이클에 있어서 초기 단계 동안에 신뢰성을 확

립하는 데 도움을 줄 수 있는 장치이다

그림 신뢰성성장시험 프로세스[ 81]

제품개발과정에 적용되는 신뢰성 성장시험관리 프로세스는 다음과 같다

신뢰성 성장시험조건을 결정하고 시험 사이클을 개발한다 ①

신뢰성 성장시험곡선의 사용을 통하여 시험과정을 실행하고 추적한다②

시험결과를 평가하고 다른 선행된 분석연구결과들과 비교한다③

확인된 결함을 제거하기 위해 설계변경을 실시한다④

- 79 -

설계검증시험을 준비한다⑤

신뢰성 성장시험의 주된 목적은 설계상의 약점을 확인하고 제거함으로써 설계의

신뢰성을 증가시키는 것이다 정확하게 신뢰성 수준이 변화되는 진행상황을 추적하

기 위해서는 요구사항에 대한 불합치성 을 확인하고 불합치성이(Nonconformance)

일어난 시간을 모두 추적하여야 한다 시험을 시작하기 전에 적절한 시정조치를 용

이하게 하기 위해 사전계획이 수립되어야 하며 고장분포를 결정하기 전에 각각의

고장부품에 대한 고장원인을 분리할 수 있어야 한다

부품의 개발과정에서 몇 개의 표본에 대한 고장시간 데이터가 있을 때 Weibull

분포를 활용한 신뢰성 성장분석에 대하여 설명하면 다음과 같다

가 분석의 개요가 분석의 개요가 분석의 개요가 분석의 개요

밀도함수는 그림 와 같이 특성 수명과 기울기로 고장시간Weibull [ 82] (Cycle

을 설명한다 작은 표본에 대한 고장시간 데이터가 주어졌을 때 분석Km) Weibull

을 사용하여 세 가지의 정보를 얻을 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ특정 시간이 주어졌을 때 등 부품의 신뢰도는 그 시간까지 살아 있(Cycle Km )

을 백분율이다

ㆍㆍㆍㆍ 또는 다른( 수명을 추정할 수 있다) 수명은 부품들 중 가 고장10

날 것이라고 기대되는 시간이다 즉 이 시간에서의 신뢰도는 이다 90

ㆍㆍㆍㆍ 기울기의 값은 고장률 패턴에 대한 정보를 제공해준다 기울기가Weibull 10

이라면 고장률이 일정하다는 것을 의미한다 이 경우 고장은 일반적으로 우연히

일어나며 고장률은 설계의 강건 정도에 따라 달라진다 기울기가 보다 작다면 1

고장률은 감소하고 있음을 의미한다

- 80 -

즉 높은 초기 고장률 을 말한다 기울기가 보다 크면 고장률은 증 (Infant mortality) 1

가하고 이는 마모 되고 있음을 의미한다(Wear-out)

그림 에 의한 부품의 신뢰성성장분석[ 82] Weibull 수명 비교

가장 많이 활용되는 측도는 수명이며 이것은 요구되는 목표 신뢰도가 임 90

을 의미한다 첫 번째 프로토타입이 고장 난다면 신뢰성 목표 달성을 위해 설계 변

경을 행하고 다음 프로토타입을 시험한다 이 과정은 목표 수명이 달성될 때까

지 반복한다

나 의이점나 의이점나 의이점나 의이점WeibullWeibullWeibullWeibull

부품의 개발과정에서 작은 표본에 대한 고장시간 자료가 주어졌을 때 Weibull

분석을 활용하여 신뢰성성장관리를 행하면 다음의 정보를 얻을 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ신뢰성 개선은 목표 수명이 달성될 때까지 하나의 프로토타입에

- 81 -

서 다음 프로토타입까지 추적할 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ신뢰성 개선은 시험한 프로토타입에 대해 타점으로 표현되고 빠르Weibull

게 방향을 파악하여 신뢰성 진전과정에 대한 양적 측면의 관리능력 향상을 그

래프로 확인할 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ컴포넌트를 고장 날 때까지 시험하는 것은 고장모드에 대한 아주 귀중한 정

보를 제공하고 따라서 시정조치 활동이 필요하다

ㆍㆍㆍㆍ많은 표본이 더 좋은 신뢰도를 얻을 수 있지만 분석은 많은 표본을Weibull

필요로 하지 않는다

ㆍㆍㆍㆍ고객의 운영 사용 사이클과 시험 모수의 관계가 알려져 있다면 더 빠르고( )

더 적은 비용으로 가속시험을 할 수도 있다

다 기본가정및제한다 기본가정및제한다 기본가정및제한다 기본가정및제한

ㆍㆍㆍㆍ각 분석에서 오직 하나의 고장모드만 포함되어야 한다 두 개나 그 이상의

고장 모드가 검출된다면 각각에 대해 분리하여 분석해야 한다

ㆍㆍㆍㆍ신뢰도는 시험 제한 한계 로 인해 년 마일까지 확장하여 외삽하면 안( ) 10 150K

된다 왜냐하면 시험 제한 한계 로 인해 다른 고장모드가 발생할 것인지 알 수 ( )

없기 때문이다

ㆍㆍㆍㆍ하나의 프로토타입에서 다음 프로토타입까지 기울기가 변하는 데는 특별히

주의를 하여야 한다 왜냐하면 초기 후기 수명에서 더 높은 신뢰도와 후기 초 ( ) (

기 수명에서 더 낮은 신뢰도의 할 수 도 있기 때문이다) trade-off

라 적용시기라 적용시기라 적용시기라 적용시기

ㆍㆍㆍㆍ수명의 비교는 엔지니어링 사양 이 특정한(Specification) 을 요구할 경

우 사용된다

ㆍㆍㆍㆍ이러한 접근방법은 고장시간 등 에 대하여 동일한 부품의(Cycle Km )

- 82 -

다른 시점에서의 프로토타입을 비교할 때 사용한다

ㆍㆍㆍㆍ신뢰성 목표가 달성될 때까지 계속한다

마 입력자료마 입력자료마 입력자료마 입력자료

ㆍㆍㆍㆍ프로토타입 의 몇 개 표본의 고장시간 등1 (Cycle Km )

ㆍㆍㆍㆍ프로토타입 의 몇 개 표본의 고장시간 등2 (Cycle Km )

⦙

ㆍㆍㆍㆍ마지막 프로토타입의 몇 개 표본의 고장시간 등(Cycle Km )

분석프로세스는 그림 과 같다[ 83]

프로세스프로세스프로세스프로세스 일반적 단계일반적 단계일반적 단계일반적 단계

Ⅰ 요구

또는 수명 결정

프로그램 신뢰성 목표 사용

고객의 운영 사용 프로파일 사용( )

시험 프로그램 적정시간 사용

Ⅱ 시험 프로그램 자료정보

확인과 데이터 수집초기 부품의 프로토타입

후기 부품의 프로토타입

Ⅲ 다른 프로토타입에 대한

누적고장 시간 또는 vs

거리 계산 및 타점

분석이 가능한 사용Weibull SW

가능한 가속수명시험 사용

Ⅳ 프로젝트 검토 시

현재 신뢰성 수준신뢰성 목표 적합성 결정

초기 경고 관련 정보 제공

개선을 위한 계획 정보 제공

그림 프로세스별 단계[ 83]

- 83 -

제 절 신뢰성성장 데이터분석제 절 신뢰성성장 데이터분석제 절 신뢰성성장 데이터분석제 절 신뢰성성장 데이터분석2222

초기 프로토타입 으로 부터 개의 표본을 정상하중 으(Prototype1) 6 (Nominal load)

로 고장 날 때까지 시험하고 고장모드를 기록하였다 여러 개선작업을 거친 후 후

기 프로토타입 으로부터 개의 표본을 고장 날 때까지 시험하고 고장모(Prototype2) 6

드를 기록하였다 시험 데이터는 표 에 주어져 있다 [ 81]

에 고장데이터를 입력하고 각 프로토타입 단계별로 용지에 결과MINITAB Weibull

를 타점한 결과 그림 와 같은 성장곡선이 생성되었다 [ 84] Weibull

정상하중 에서 의 평균수명 추정치는 이(Nominal load) Prototype1 127366Cycle

고 의 평균수명 추정치는 로서 의 개선을 이루었 Prototype2 176882 Cycle 389

음을 알 수 있었다 수명은 은 이었으나Prototype1 112668 Cycle Prototype2

의 수명은 로서 상당한 개선이 이루어졌음을 볼 수 있다168620 Cycle 수

명에 대한 신뢰하한은 로 추정되었다 따라서 정상부하에 의한95 162926 Cycle

시험데이터분석 결과 개선활동 재료배합개선 형상설계개선 공정개선 에 의하여 ( )

내구성 목표가 달성되었음을 알 수 있다

그림 는 에서의 신뢰구간을 보여주고 있다[ 85] Nominal load 90

최대하중 에서는 표 의 데이터 입력결과 그림 의 그래프를(Max load) [ 82] [ 86]

생성하였다 그래프로 부터 추정된 의 Prototype1 수명은 이고16362Cycle

의Prototype2 수명은 이다21850 Cycle 수명에 대한 신뢰하한추정치95

는 으로부터 로 계산된다MINITAB 20983 Cycle

의 수명과 의 수명이 다른 것은 개선 활동의 결과이Prototype1 Prototype2

- 84 -

며 에서 개선목표가 달성되었음을 알 수 있다 Prototype2

표 하중 고장시간[ 81] Nominal (Cycle)

Weibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth Curve

(Nominal Load)(Nominal Load)(Nominal Load)(Nominal Load)

그림 성장곡선[ 84] Weibull (Nominal load data)

- 85 -

Weibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth Curve

(Nominal Load-90 Cl)(Nominal Load-90 Cl)(Nominal Load-90 Cl)(Nominal Load-90 Cl)

그림 신뢰구간[ 85] Nominal Load90

- 86 -

표 하중 고장시간[ 82] Max (Cycle)

Weibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth Curve

(MaxLoad)(MaxLoad)(MaxLoad)(MaxLoad)

그림 성장곡선[ 86] Weibull (Max load data)

- 87 -

제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론9999

본 연구는 자동차현가장치인 고무부싱 의 신뢰성향상을 위한 기(Rubber bushing)

술개발과제이다 에나 인더스트리는 수출전문기업으로서 주요 경쟁사에 비해 고성

능 고내구성의 제품을 짧은 기간 내에 개발할 수 있는 능력을 갖추어야 해외 시장

에서 경쟁력을 가질 수 있다

본 연구개발에서는 수요기업에서 요구하는 GMUTS(General Motors Uniform

의 사양에 따른 시험을 실행하여 내구성을 목표 사이클 이상으Test Specification)

로 개선하고 정특성과 동특성 비틀림 토크를 개선항목으로 선정하여 제품의 품질

및 신뢰성 향상을 진행하였다

수요기업의 요구 수준에 의하면 내구성은 와 Tension Compress Alternating

가 동시에 일 때 일 때Torsion Stress Maximum Load 20000 Cycle Normal Load

을 요구한다 본 프로젝트의 경우 해외의 부품메이커들에 대한 경쟁150000 Cycle

력 우위를 확보하기 위하여 기본 요구 수준을 넘어 향상된 제품신뢰성을5~10

확보를 목표로 하였다 내구성 정특성 및 동특성에 대한 시험은 직접 행하였고 비

틀림토크에 대한 부분은 추가적인 시험장치가 필요하여 수요기업의 실험실에 샘플

을 제출하여 요구수준을 검증받았다

본 연구개발의 성과를 요약하면 다음과 같다

우선 기술적 효과로는

설계기술의 확보(1)

재료배합설계 형상설계 공정설계에 대한 기술을 확보하여 내구성을 비롯한 품

질특성을 향상시킬 수 있었다 종래에는 설계 개발 생산프로세스에서 경험적 방법

에 의존하여 시행착오가 많았으나 본 연구를 통하여 과학적이고 체계적인 방법으

로 접근할 수 있는 기술이 확보되었다

설계 요소의 기술적 배치를 위한 실험계획법의 활용기술 확보(2)

- 88 -

종전에는 고무 배합설계 형상설계 공정설계에 대하여 설계요인 별 수 (Facter)

준 을 무작위로 추출하여 실험하였으나 본 실험계획의 과정을 따르면 요인들(Level)

이 계획적으로 반영되어 품질특성에 각각 어느 정도의 영향을 미치는지 분석이 가

능하게 된다 또한 다구찌에 의한 강건 설계의 생성으로 산포를 줄일 수 있다

잠재적 고장원인 분석방법 기술 확보(3)

제품기능에 대한 잠재적 고장모드의 예측과 시험항목을 판단하고 최종적으로는 설

계검증 과 공정검증 의 세부항목과 효과적(Design verification) (Process verification)

으로 연계가 가능하다

신뢰성 데이터분석기술 확보(4)

부품의 개발과정에서 몇 개의 표본에 대한 고장시간 데이터가 있을 때 Weibull

분포를 활용한 신뢰성 성장분석이 가능하게 되었다 개발프로그램이 운영되는 동안

신뢰성 수준의 변화를 추적할 수 있어 목표하는 신뢰성 수준을 달성하기 위하여 충

분한 비율로 성장하고 있는지의 여부를 가능한 빠른 시간 내에 판단할 수 있고 그

에 따라 필요한 자원을 적절히 배분할 수 있다 따라서 개발책임자는 시험데이터로

부터 현재 시스템의 신뢰성 수준 성장률의 평가 앞으로 기대되는 달성 가능한 수

준에 대한 결정이 가능하다

경제적 측면의 효과로는

제품에 대한 내구성 및 동특성 정특성에 대하여 요구사양 이상으로 특성관리(1)

를 행할 수 있어 해외 부품메이커들에 대한 경쟁력 우위로 수출력을 향상할 수 있

게 되었다

개발기간을 단축할 수 있게 되어 개발비의 절감을 가져올 수 있게 되었다(2)

재료배합 형상설계 및 공정설계에 대한 기술개발의 표준 정립으로 개발 기간의 단

축이 가능하게 되었다

본 과제 결과를 활용하여 다른 방진제품에 대한 신뢰성 관리로 수출(3)

- 89 -

시장을 개척하여 신규거래처를 확보할 예정이다 신뢰성 데이터의 관리가 이루어져

제품수명에 대한 설득력 있는 자료의 제시가 가능하게 되었다

향후 연구계획으로는

고무부싱부품의 특성상 내구성만의 개선이 최선이 아니고 정특성과 동특성을 일

정수준으로 동시에 고려하여야 한다 따라서 이 부분에 대한 동시적인 실험설계가

시스템화 되도록 추가적인 연구가 요구된다

- 90 -

참고문헌참고문헌참고문헌참고문헌[ ][ ][ ][ ]

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[8] McLean R A and Anderson V I Extreme Vertices Design of Mixture

Experiments Technometrics Vol8 No3 1966

- 96 -

주 의

이 보고서는 산업자원부에서 시행한 부품소재종합기술지원사업의 최1

종보고서이다

이 신뢰성기반기술확산사업 내용을 대외적으로 발표할 때에는 반드시2

산업자원부에서 시행한 부품소재신뢰성기반기술 사업의 지원결과임을

밝혀야 한다

- 97 -

이 보고서는 산업자원부에서 시행한

부품소재 신뢰성기반기술확산사업의 최종보고서이다

- 36 -

표 을 보면 실험점 에 의한 배합조건으로는 신뢰구간으로[ 45] 14 95

의 내구성이 나타난다 에서는 각 성142322cycle ~ 146166cycle Nominal Load

분에 대한 제한조건을 만족시키면서 내구성을 최대로 하는 처리조건은 인자의 네

가지 성분 즉 외 에 대한 배합 비율이 Polymer Acc1 Acc2 Sulfur 097740

이었다 그리고 이 처리조건에서 예상되는 내구성은00085 00022 00119

에 도달할 것으로 추정되었다146943cycle

에서는 인자의 네 가지 성분의 배합비율이 와 마찬Maximum Load Nominal Load

가지로 이었다 그리고 이 처리 조건에서 예상되는09774 00085 00022 00119

내구성 추정치는 이었다18917cycle

표 데이터분석 결과[ 45] (48Hs Nominal Load)

에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응Dura(Nom)Dura(Nom)Dura(Nom)Dura(Nom)

- 37 -

반응 최적화 모수반응 최적화 모수반응 최적화 모수반응 최적화 모수

글로벌 솔루션글로벌 솔루션글로벌 솔루션글로벌 솔루션

예측 반응예측 반응예측 반응예측 반응

Dura(Nom) = 146943

- 38 -

표 데이터분석 결과[ 46] (48Hs Maximum Load)

에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응Dura(max)Dura(max)Dura(max)Dura(max)

반응 최적화 모수반응 최적화 모수반응 최적화 모수반응 최적화 모수

글로벌 솔루션글로벌 솔루션글로벌 솔루션글로벌 솔루션

외Polymer = 09774

- 39 -

Acc1 = 00085

Acc2 = 00022

Sulfur = 00119

예측 반응

Duro(max) = 189171

경도 도 오차범위 도 에 대한 혼합물성분의 한계와 에 의한 실험50 ( plusmn 2 ) MINITAB

점은 표 표 과 같다[ 47] [ 48]

표 혼합물 성분의 한계[ 47] (50Hs)

- 40 -

표 실험계획의 결과[ 48] (50Hs)

경도 도에 대한 혼합물 설계 데이터분석 결과는 표 표 과 같다50 [ 49][ 410] 17

개 실험 점에서의 적합추정치와 신뢰구간은 예측반응에 잘 나타나 있다95

에서는 각 성분에 대한 제한조건을 만족시키면서 내구성을 최대로Nominal Load

하는 처리조건은 외 기타 의 각 성분에 대하여 배합비Polymer Acc1 Acc2 Sulfur

율이 이고 이 처리조건에서 예상되는 내구성은09687 00088 00025 00200

에 도달할 것으로 추정되었다159209 Cycle

에서는 인자의 네 가지 성분의 배합비율이 와 마찬가Maximum Load Nominal Load

지로 이었다 그리고 이 처리조건에서 예상되는 내09687 00088 00025 00200

구성 추정치는 이었다 일 때와 일218572 Cycle Nominal Load Maximum Load

때의 적정배합비율이 다르게 나오는 경우가 있는데 이는 오차범위 경도의 경우( plusmn

도 가 비교적 넓은 고무의 특성에서 비2 )

- 41 -

롯되거나 측정오차에 따른 결과로 추정된다

표 데이터분석 결과[ 49] (50Hs Nominal Load)

에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응Duro(Nor)Duro(Nor)Duro(Nor)Duro(Nor)

반응 최적화 모수반응 최적화 모수반응 최적화 모수반응 최적화 모수

- 42 -

글로벌 솔루션글로벌 솔루션글로벌 솔루션글로벌 솔루션

예측 반응예측 반응예측 반응예측 반응

Duro(Nor) = 159209

표 데이터분석 결과[ 410] (50Hs Maximum Load)

에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응Duro(max)Duro(max)Duro(max)Duro(max)

- 43 -

반응 최적화 모수반응 최적화 모수반응 최적화 모수반응 최적화 모수

글로벌 솔루션글로벌 솔루션글로벌 솔루션글로벌 솔루션

예측 반응예측 반응예측 반응예측 반응

Duro(Max) = 218572

재료배합시험에 있어서 가류시간이 특성 치에 영향을 미치므로 레오그래프

분석에 의해 적정가류시간을 결정한다 레오그래프는 다음의 용도에(Rheograph)

활용된다

고무제품의 가류도 측정①

가류속도 측정②

최적의 가류공정 조건 확립③

가류약품 선정 및 배합 작성Recipe④

고무제품의 품질관리⑤

아래 그림 은 경도 도에 대한 재료의 레오그래프이다 그래프에 나타난 용[ 43] 48

어를 설명하면 다음과 같다

혼합물 의 가 가류되었을 때의 시간을 나타내며 가류시간을tc90- (Compound) 90

결정하는 기준으로 사용된다

스코치시간 을 나타내며 원하지 않는 가교가 일어ts2 - (Scorch time)

- 44 -

나는 시간으로 적절한 가류시간을 찾기 위해 필요한 과정임

고무의 특성을 토르크 값으로 나타낸 값으로 일반적으로 혼합물Tmax- (Torque)

의 경도에 따라 변함

평형 토르크MH- (Equilibrium torque)

최소 토르크ML- (Minimum torque)

본 재료시험에 적용된 가류시간은 의 배 사이에서 적정수준을 결정하tc90 1-15

였다

연구의 결과 카본의 입자가 작을수록 내구성은 향상시키지만 대체로 분산이 잘 되

지 않아 혼합물의 품질이 고르지 못하였다 따라서 카본의 분산도를 평가하여 만족

할 만한 수준이 나오는지 확인하였으며 상대적으로 작은 입자경의 카본을 사용하

여 내구성을 높이려 하였다

그림 경도 도 고무에 대한 레오그래프[ 43] 48

- 45 -

실험의 결과 카본블랙과 레오그래프와의 관계는 그림 와 같이 나타났다 그림[ 44]

에서 보는바와 같이 입자경의 크기가 증가함에 따라 결합력이 약해지므로 토르크

값이 낮아짐을 알 수 있다

그림 각종 카본블랙의 레오그래프[ 44]

- 46 -

본 연구에 적용된 카본 입자경의 크기와 양은 표 과 같다[ 411]

경도변화는 카본입자의 크기와 양에 따라 결정이 되며 레오그래프의 값이 Tmax

이러한 사실을 보여주고 있다

표 레오그래프상의 경도와 카본의 관계[ 411]

레오그래프는 섭씨 도에서 그려짐PHR = Part in Hundred Rubber 160

- 47 -

제 장 형상개선제 장 형상개선제 장 형상개선제 장 형상개선5555

제 절 외철의 스웨징 율 변화에 의한 개선제 절 외철의 스웨징 율 변화에 의한 개선제 절 외철의 스웨징 율 변화에 의한 개선제 절 외철의 스웨징 율 변화에 의한 개선1111

높은 품질의 부싱을 개발하기 위해서는 적절한 재료설계에 의한 경도 및 고무 특

성의 설정이 매우 중요한 요소이지만 고무의 특성 개선에만 의존하는 것은 한계점

이 있다 따라서 제품의 형상변화를 통해 고무의 특성을 극대화함으로써 내구성 및

품질특성을 향상시킬 수 있다

그림 은 부품의 세부형상과 설계도이다[ 51]

그림 세부형상[ 51] DA-2

- 48 -

그림 는 제품의 단면을 보여준다 그림에서 는 다른 모델에 비해 고무[ 52] DA-2

량이 다소 적음을 알 수 있다 형상 변화를 통한 품질특성의 개선을 시도함에 있어

서는 부품에 대한 조립성과 제조성 을 반드시(DFM Design for Manufacturability)

고려하여 형상변화를 꾀하여야 한다 본 제품의 경우 외철 과 내철 (outer pipe)

의 길이는 한정되어 있으며 그 직경의 변화도 허용공차를 미만(Inner pipe) 05 mm

의 수준으로 요구하고 있다

형상변경을 통한 성능향상 방안으로서 외철에 대한 스웨징율 을 변(Swaging rate)

경함으로서 외경크기의 변화를 시도하였으며 또한 내철의 구배각도를 변화시켜 개

선점을 찾으려고 노력하였다

그림 단면[ 52] DA-2

부싱의 경우 일반 적으로 스웨징이라는 공정을 거치게 되는데 이는 공정에서 외

경의 크기 조정을 통하여 성능을 향상 시키는 방법으로서 스웨징율을 조정함으로서

외철의 외경 크기를 허용범위 내어서 변화시키는 것이다 이는 스웨징에 따른 직경

변화에 의해 고무의 조직이 조밀해져 고무 특성을 향상시킬 수 있게된다

그림 은 스웨징의 방향을 나타내며 그림 는 스웨징 전 후의 외철의 크[ 53] [ 54]

기 변화를 보여주고 있다

- 49 -

그림 스웨징 방향[ 53]

그림 스웨징 전후의 외경 크기의 변화 단면[ 54] ( )

제 절 내철의 구배 변화에 의한 개선제 절 내철의 구배 변화에 의한 개선제 절 내철의 구배 변화에 의한 개선제 절 내철의 구배 변화에 의한 개선2222

아래 그림 는 형상 변화를 시도할 수 있는 내철 끝단 부분의 구배를 표시한[ 55]

그림으로서 는 구배각도를 나타낸다a

- 50 -

그림 구배각도[ 55]

그림 은 본 제품의 특성 요구 사항을 그림으로 표시한 것으로 고무부싱은[ 56]

및 의 외력에 대하여 적절하게 대응할 수 있도록 설계되어야 한다 부싱 종류F1 F2

의 경우 일반적으로 고무 제품의 유연함과 동배율 개선을 위하여 저경도의 고무를

적용하는 경우가 많은데 이 경우에는 외력에 대한 특성이 상대적으로 취약하게F1

나타나게 된다 이러한 취약점을 보완하기 위하여 본 연구에서는 그림 과 같 [ 57]

이 제품이 허용하는 범위 내에서 내철의 구배를 변화 시킨 후 실험데이터의 분석을

통해 성능 개선 방안을 찾고자 하였다

그림 부싱의 외력[ 56]

그림 의 의 경우는 구배를 주지 않은 경우이며 의 경우는 구배를 준[ 57] (a) (b)

경우를 표시하고 있다

- 51 -

의 경우 외력에 의하여 발생하는 반발력 은 순수한 고무 특성에 의해서(a) F1 Fr1

만 나타나게 된다 이러한 경우 저경도의 고무을 적용하였을 때 의 크기가 미미 Fr1

하여 적절한 특성을 발휘하지 못하게 된다

의 경우와 같이 내철에 구배를 주게 되면 의 외력에 대하여 구배가 들어간(b) F1

부분 에 의한 반발력 함께 가 생성되어 상대적으로 에 대한 저항력이 커Fr3 Fr2 F1

짐으로써 성능을 향상 시킬 수 있게 된다

그림 구배각도의 적용에 따른 차이 단면[ 57] ( )

그림 구배각도의 적용에 따른 차이 입체[ 58] ( )

- 52 -

제 장 도포공정개선제 장 도포공정개선제 장 도포공정개선제 장 도포공정개선6666

고무부싱의 내구성 향상을 위하여 필수적으로 관리하여야 할 공정이 도포공정이

다 도포공정은 접착의 원리에서부터 접착의 구조 접착의 강도 피착재의 표면처리

법 및 접착제 사용법 등 접착에 관한 전반적인 기술을 공정에 효율적으로 적용하여

야 한다

고무와 금속과의 접착력이란 접착제와 피착제 사이의 계면 결합력을 의미하며 접

착강도는 시험방법 접착방법 시험시의 조건 시편의 기하학 등 여러 인자에 의해

영향을 받는다 접착파괴는 접착제의 가장 약한 곳에서 일어나며 접착강도는 여러

가지 측정법에 따라 고유강도 잔류강도 측정강도 등과 같이 다르게 표현된다 고

무부싱의 접착구조는 그림 과 같다[ 61]

그림 접착의 구조[ 61]

프라이머 는 피착제 표면과의 친화성이나 접착제와의 상용성이 뛰어나야(Primer)

하고 동시에 접착 저해물과의 상용성도 높아야 한다 또 프라이머 중의 유효성분

쪽이 피착제 표면에 흡착되어 있는 저해성분보다 피착제에 의하여 안정하게 흡착되

어 있는 것이 중요하다 따라서 프라이머는

- 53 -

충분한 교반 균일하고 엷은 도포 그리고 완전한 건조가 이루어져야 한다 이러한

도포공정은 피착제의 모앙에 따라 달라진다

열경화성 접착제의 대부분은 유기 중합물과 각종 충진제를 유기용제에 용해 분산

시킨 것으로 사용전이나 사용 중에도 교반기 등으로 균일하게 용해 분산시킨 접착

제를 사용하는 것이 중요하다 따라서 의 도포 공정은 그림 와 같이 교 DA-2 [ 62]

반기를 추가 설치하여 공정 개선을 실시하였다

그림 설치한 교반기[ 62]

또한 피착제의 균일한 도포를 위해 롤타입의 코팅기에 기존 페인트용 롤러에서

그림 에서와 같이 융을 말아 롤러 도포하는 형태로 개선을 실시하여 코팅의[ 415]

두께 정밀도를 향상시켰다

- 54 -

그림 변경된 롤러 모양[ 63]

접착 재료를 프라이머 에서 변경하여 사용함CHEMLOK 220 252 CHEMLOK 205

으로써 접착력을 향상시켰는데 는 금속 및 경길대료의 프라이머로CHEMLOK 205

사용되며 또한 같은 극성고무에 단독으로 접착이 가능하다 NBR

방식의 경우 의 특징을 살펴보면TWO Coat CHEMLOK 205

ㆍㆍㆍㆍ 접착제의 금속 표면에서의 접착강도를 향상시킬 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ 기계적 표면처리 후 활성화된 금속표면을 산화작용으로부터 보호하며 녹방

지 도료적 역할을 한다

ㆍㆍㆍㆍ 크로로프렌이나 에피크로로히드린고무와 같은 가류 중에 염소가스를 발생

시 켜 금속표면을 부식시키기 쉬운 고무배합에 대하여 유효하게 적용된다 프

라 이머는 충분한 교반 균일하고 엷은 도포 그리고 완전한 건조가 이루어져

야 접착성이 뛰어나게 된다

도포공정 개선 전후의 효과는 그림 그림 의 도포두께 비교[ 64]~[ 67] Cpk

를 통해서도 알 수 있다DATA

아래 그림 는 도포공정의 개선전[ 64] 관리도의 그래프를 나타낸

- 55 -

것으로 관리도는 평균치와 범위에 관한 계량형 관리도에서 가장 많이 사용되

는 관리도의 하나이다 관리도는 평균치의 변화를 관리하는 관리도와 산포의

변화를 관리하는 관리도로 구성된다 관리도의 중심선(Central Line) CL=로 나

타내며 관리 상한선 은(Upper Control Limit) UCL= 로 관리하한선인 (Lower

의 경우Control Limit) LCL=

로 구한다

관리도의 관리선의 경우 중심선 관리상한선 UCL= 관리하한선 LCL

의 경우 로 구한다

여기서 등의 계수는 샘플의 크기인 에 따라 결정 되며 일 경우=4

=0729 =0 이다=2282

그림 에서[ 64] 이며=273410 관리도의 로 나타났UCL=307994 LCL=238826

다

관리도의 은CL 이며 이다=4744 UCL=1082581

- 56 -

그림 도포공정 개선전[ 64] 관리도

한편 그림 는 도포공정 개선 전의 경우에 대하여 지정된 규격의 공정능력 [ 65]

지수를 나타낸 것으로서 단기공정능력지수( 와 장기공정능력지수) ( 를 나타낸)

다 단기공정능력지수는 공정능력 ( 과 규격의 폭) ( 과의 비율을 의미하며 일반적)

으로 로 표시한다 규격은 그림 에서처럼 양쪽규격이 모두 주어진 경우 공 [ 65]

정 능력 지수는 다음과 같이 계산할 수 있다

공정 능력

로 나타내고 만약 공정 평균이 규격의 중심으로부터 어느

한쪽으로 치우쳐 있게 되는 경우 치우침도( 와) 를 조합한 단기공정능력지수

( 로 나타낸다 즉)

- 57 -

장기공정능력지수( 의 계산은)

으로서 이다

따라서 그림 에 나타난 것처럼 개선전의 공정능력은[ 65] =17854 =08458

으로서 장기 공정에 대해 만족스럽지 못한 값을 나타내고 있다

그림 도포공정 개선전 공정능력 분석그래프[ 65]

- 58 -

그러나 공정개선후의 관리도인 그림 을 살펴보면[ 66] 이며=28196 관리

도의 이고UCL=300418 LCL=263502 관리도의 은CL 로=2532 UCL=51418

나타난다

그림 도포공정 개선후[ 66] 관리도

- 59 -

개선 후에는 그림 로부터 알 수 있듯이 단기공정능력은[ 67] 으로서=31966

인 장기 공정에 대해 안정적인 것을 확인할 수 있어 도포공정 개선에=23275

대한 효과가 있음을 알 수 있다

그림 정 개선 후 공정능력 분석그래프[ 67]

또한 도포공정의 두께관리를 강화하기 위하여 작업자 교육 및 샘플링 두께 측정

검사를 통해 지속적인 모니터링을 실시하고 공정별 온도관리 및 시간 관리를 통해

작업 환경 유지관리 강화로 변함없는 품질의 제품을 생산하도록 하였다 그림 [

은 롤 코팅 공정이다68] (Roll coating)

- 60 -

그림 롤 코팅 공정[ 68] (Roll coating)

- 61 -

제 장 최적수준 결정을 위한 파라미터 설계제 장 최적수준 결정을 위한 파라미터 설계제 장 최적수준 결정을 위한 파라미터 설계제 장 최적수준 결정을 위한 파라미터 설계7777

제 절 실험계획법에 의한 유의인자 결정제 절 실험계획법에 의한 유의인자 결정제 절 실험계획법에 의한 유의인자 결정제 절 실험계획법에 의한 유의인자 결정1111

재료설계 형상설계 및 공정설계에 대한 최적조건의 결정은 부품의 품질 특성에

대한 사양 을 만족시켜야 할 뿐 아니라 생산부품 간 품질의 산포를(Specification)

최대한 줄여야 한다 의 최적설계를 위해 다구찌 기법 을 적 DA-2 (Taguchi method)

용하였다

다구찌의 강건설계 는 인자 가 품질 특성의 평균에 대해(Robust design) (Factor)

가지는 효과뿐만 아니라 분산에 미치는 효과에 대해서도 초점을 맞추고 있다 분산

을 줄일 수 있는 통제 가능한 인자에 대한 조건을 설정하여 품질특성이 통제 불가

능한 인자의 변화에 대해서는 둔감하도록 할 수 있다 강건설계의 주목적은 품질특

성의 목표값을 유지하면서 분산을 줄이는 인자에 대해 설치값 을 발견하는 (Setting)

데 있다

다구찌 설계에 의한 실험계획법은 특히 확장된 역할로서 다음의 몇 가지를 들 수

있다

ㆍㆍㆍㆍ종래에는 제어 불가능한 환경조건이나 제어하기 어려운 생산조건 공정조건

등의 원인 이를 잡음인자로 통칭 들이 데이터에 주는 영향의 정도를 평가하기 어려( )

웠으나 객관적으로 그리고 계량적으로 이를 평가할 수 있는 방법을 제시하고 있

다 또한 품질 산포의 크기를 계량특성치 손실함수 비 등 로 변환하여 산포를 ( SN )

작게 하는 인자들의 조건을 찾아가는 강건설계를 사용한다

ㆍㆍㆍㆍ직교배열표를 광범위하게 사용하여 인자의 수가 많은 경우에도 크게 실험횟

수를 증가시키지 않고 실험하는 일부 실시법을 사용한다

ㆍㆍㆍㆍ생산라인 내 뿐만 아니라 신제품 개발을 위한 품질설계 파라미터(On-line)

설계 허용오차 설계 등의 라인 외 품질관리를 위하여 유용하게 사용할 (Off-line)

수 있다

ㆍㆍㆍㆍ다구찌 방법에서 추가적으로 다룰 수 있는 주요한 것들로는 직교배열

- 62 -

표의 확대사용 수준계의 표준 직교배열표 이외에 확대 응용 혼합 직교배열표(2 3

의 사용과 조합법의 사용 계량치 데이터의 파라미터 설계 허용차 설계 그리고)

계수치 데이터의 파라미터 설계 동적 특성의 파라미터 설계 등을 들 수 있다

파라미터 설계 는 제품설계와 공정설계에서 유용하게 사용되는(Parameter design)

다구찌 실험계획법의 핵심이다 파라미터는 제품성능의 특성치에 영향을 주는 제어

가능한 인자 를 의미하며 파라미터 설계는 이들 인자들의 최적(Controllable factor)

수준을 정하여 주는 것을 말한다 파라미터를 설계변수 라고도 부 (Design variable)

르며 파라미터 설계에서는 제품의 품질변동이 잡음에 둔감하면서 목표품질을 가질

수 있도록 설계변수들의 최적조건을 구하여 준다 최적조건을 찾을 때 설계변수와

잡음을 주는 인자들을 포함시켜 실험하는 직교배열표 등을 주로 사용한다 이때 목

표 품질을 만족시키는 범위 내에서 가능한 한 비용이 적게 드는 조건이나 부품 등

을 이용한다

만약 신뢰성에 영향을 주는 제어 가능한 인자 에 대한 파라미터설계 A B C D

를 한다고 하자 는 수준 는 수준의 혼합수준 에 대한 설계 A B 4 C D 2 (Mixed level)

분석을 하려고 한다면 각 요인 변동의 계산을 표 과 같은 [ 71] L16(215형 직교배)

열표 를 사용하면 된다(Orthogonal Design)

에 대한 파라미터 설계조건으로는 내구성이 가장 좋은 최적의 설계 및 공정DA-2

조건을 구하여야 하므로 반응변수가 큰 값일수록 좋은 망대특성(Larger-the-better

에 대한 조건을 구하고 부품의 정특성 및 동특성에 대한 분석은 적characteristics)

정한 상호관계를 고려하여 별도의 실험을 행한다

- 63 -

표 다구찌 설계의 예[ 71]

- 64 -

제 절 시험데이터의 해석제 절 시험데이터의 해석제 절 시험데이터의 해석제 절 시험데이터의 해석2222

실험조건실험조건실험조건실험조건1111

제품의 신뢰성향상을 위해 지금까지 재료배합의 개선 형상개선 및 공정개선에

대한 각각의 과정을 설명하였으며 본 장에서는 관련된 여러 인자들을 동시에 고려

하여 최상의 품질특성을 나타낼 수 있는 최적인자수준의 결정에 대하여 설명하려고

한다 이는 인자들 간의 상호 작용이 상승 또는 보완작용을 할 수도 있고 반대로

서로 상극임을 나타낼 수 도 있기 때문이다

일반적으로 고무부싱의 개발에 적용되는 인자 는 다음과 같다(Factor)

ㆍㆍㆍㆍ경도 는 수요기업에서 제시하는 사양 에 따라 적정수(Hardness) (Specification)

준의 경도 도 도 도 도 를 적용하였으며 경험적으로 경도의 산포는(43 45 48 50 ) plusmn

정도이다2

ㆍㆍㆍㆍ각 부분의 모양이나 각도에 따라 고무 량에 영향을 미치게 되는 형상설계에

관해서는 내부 파이프 구배각도를(Inner pipe) 15deg~25deg로 하고 외부파이프 (Outer

의 접착부분을 로 하였으며 외경의 크기는pipe) 13mm~15mm

27mm~ 로 유지하였다278mm

ㆍㆍㆍㆍ공정설계는 가류시간을 로 하였다 가류 온도는240sec~600sec 150deg~180

로 하고 주변 온도에 영향을 받으므로 금형 표면온도는 항상 확인하였다 접착제

도포가 내구성에 영향을 주므로 접착제 두께는 으로 하고 접15micron~40micron

착제 배합조건은 로 하였다120cc~128cc

다구찌 설계에 의한 최적수준을 결정하기 위해 다른 인자는 고정시키고 경도 가

류시간 스웨징 인자에 대하여 표 와 같이 실험수준을 정하였다 [ 72]

- 65 -

표 실험인자 별 수준[ 72]

분석결과의 해석분석결과의 해석분석결과의 해석분석결과의 해석2222

실험결과의 해석은 다음과 같다

을 통해 표 의 실험조건을 입력하여 다구찌 설계를 생성한 결과MMITAB [ 72]

표 과 같은 실험조합을 얻었다 표 는 실험조합 별 시험결과 값이다[ 73] [ 74]

에서의 내구성에 대한 다구찌 설계해석의 결과는 표 의 신호 대Nominal load [ 75]

잡음비 비 평균 표준편차에 대한 반응표에 잘 나타나(SN Signal to noise ratio)

있다 그림 그림 은 비 평균 표준편차에 대한 반응 값을 도식한 [ 71]~[ 73] SN

것이다

표 의 신호 대 잡음비의 반응표를 보면 경도는 스웨징이나 가류시간에 비해[ 75]

반응변수 내구성 에 큰 영향을 미치고 있음을 보여준다 평균에 대한 반응표에서도( )

경도는 다른 인자들에 비해 반응변수의 평균에 크게 영향을 미치고 있음을 알 수

있다 표준편차 역시 경도의 수준 변화에 따라 차이가 가장 많음을 보여주고 있다

- 66 -

표 에 의한 다구찌 설계생성[ 73] MINITAB

- 67 -

표 실험조합 별 시험결과 데이터[ 74]

- 68 -

표 비 평균 표준편차에 대한 반응표[ 75] SN

신호 대 잡음 비에 대한 반응 표신호 대 잡음 비에 대한 반응 표신호 대 잡음 비에 대한 반응 표신호 대 잡음 비에 대한 반응 표

망대특성망대특성망대특성망대특성

평균에 대한 반응 표평균에 대한 반응 표평균에 대한 반응 표평균에 대한 반응 표

표준 편차에 대한 반응 표표준 편차에 대한 반응 표표준 편차에 대한 반응 표표준 편차에 대한 반응 표

- 69 -

그림 신호 대 잡음 비의 주효과도[ 71]

그림 인자수준별 평균의 주효과도[ 72]

그림 인자수준별 표준편차의 주효과도[ 73]

- 70 -

표 와 그림 에서 에서의 내구성 예측값을 가장 크게 하[ 75] [ 72] Nominal Load

는 것은 요인 수준의 조합이 일 때이다 품질 향상을 위해서는 정특성 동(4 2 2)

특성 값도 동시에 고려하여야 하므로 조합 조합 조합(4 2 2) (4 3 2) (4 1 2)

에 대한 예측 값을 함께 구하였다

표 은 에서의 내구성 예측값을 표 은 에[ 76] Nominal Load [ 77] Maximum Load

서의 내구성 예측값 표 은 정특성 예측값 표 는 에서의 동특성 예 [ 78] [ 79] 15Hz

측값 그리고 표 은 에서의 동특성 예측값을 보여주고 있다 [ 710] 150Hz Nominal

에서의 내구성 예측값은 조합 조합 조합에서 각Load (4 2 2) (4 3 2) (4 1 2)

각 목표값인 을 상회한 과170000 Cycle 178023 Cycle 174272 Cycle 175830

로서 조합일 때 더 높게 나타났다Cycle (4 2 2)

동배율은 예측 평균값을 기준으로 할 때 동배율은 조합에서는 에 (4 2 2) 15Hz

서 에서 이고 조합에서의110(1187691079) 150Hz 113(1215561079) (432)

동배율은 에서 에서15Hz 106(112856 106938) 150Hz 108(115769106938)

이며 조합에서의 동배율은 에서 에서 (412) 15Hz 108(118194 1094) 150Hz

이었다109(1195691094)

모델의 경우 수요기업에서 동배율 값이 적은 값을 요구하기 때문에DA-2 (kdks)

동배율을 고려하면 의 조합이 더 좋은 품질을 나타낸다고 할 수 있다(4 1 2)

- 71 -

표 에서의 내구성 예측값[ 76] Nominal Load

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 2 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 3 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 1 2

예측 값

신호 대

- 72 -

표 에서의 내구성 예측값[ 77] Maximum Load

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 2 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 3 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 1 2

신호 대

- 73 -

표 정특성 예측값[ 78]

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 2 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 3 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 1 2

신호 대

- 74 -

표 동특성 예측값[ 79] (15Hz)

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 2 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 3 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 1 2

신호 대

- 75 -

표 동특성 예측값[ 710] (150Hz)

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 2 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 3 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 1 2

신호 대

- 76 -

제 장 부품의 신뢰성성장관리제 장 부품의 신뢰성성장관리제 장 부품의 신뢰성성장관리제 장 부품의 신뢰성성장관리8888

제 절 신뢰성성장관리제 절 신뢰성성장관리제 절 신뢰성성장관리제 절 신뢰성성장관리1111

복잡하고 기술적인 제품의 개발 프로그램을 운영하는 데 있어서는 고객이 요구

하는 신뢰성 수준을 만족시키기 위하여 상당한 규모의 시간 예산 기술인력 등의

자원을 필요로 한다 고객들의 신뢰성 요구수준은 매우 높으므로 이러한 목표를 달

성하기 위하여 시험 개선 시험 개선의 개발과정을 반드시 거친다 이 과정에서 시- - -

스템 서브시스템 또는 모듈을 고장 날 때까지 시험하고 고장모드를 결정해서 이를

제거하기 위한 시도를 하거나 적어도 고장발생을 줄일 수 있는 시도를 하여 설계나

엔지니어링 개선을 이룬다 만약 이러한 과정이 계속되고 설계나 엔지니어링 변경

이 충분히 이루지면 시스템의 신뢰성은 증가한다 개발프로그램이 운영되는 동안

신뢰성 수준의 변화를 추적할 수 있다면 개발책임자로서는 여러 가지 이점이 있다

즉 목표하는 신뢰성 수준을 달성하기 위하여 충분한 비율로 성장하고 있는지의 여

부를 가능한 빠른 시간 내에 판단할 수 있고 그에 따라 필요한 자원을 적절히 배

분할 수 있다 따라서 개발책임자는 시험데이터로부터 현재 시스템의 신뢰성 수준

성장률의 평가 앞으로 기대되는 달성 가능한 수준을 결정하기를 원한다

신뢰성 성장관리 기술은 제품을 개발하는 데(Reliability growth management)

소요되는 많은 시간과 비용 및 엔지니어링 노력을 절감하면서 개념선택 제품과 공

정의 신뢰성 그리고 비용효율을 달성할 수 있도록 유용한 정보를 제공해 준다 군

사장비 자동차 및 전자 중장비개발 등에 적용된 최근의 신뢰성 성장시험 관리기술

은 각 분야의 경쟁적인 사업 환경 아래에서 제품개발을 효율적으로 조직하여 신뢰

성평가를 시작하고 신뢰성 성장과정을 추적할 수 있도록 해준다 신뢰성성장관리기

술은 제품 및 공정설계 관련사항 및 검증시험 항목들에 대하여 사용 환경에 따른

신뢰성 성장 진행과정을 확인하고 그 결과로부터 성장시험곡선을 개발할 수 있게

한다 또한 설계단계 사이의 여러 가지 관련성을 확인하여 관찰하고 그 정보를 다

른 제품보증분석들과 연결하여 고객 요구사항에 대한 제품의

- 77 -

적합도를 적절히 평가하는 데 도움을 준다

신뢰성성장모델은 가 개발한Crow(1975) AMSAA(Army Materiel Systems

모델이 많이 활용되었으나 이는 시스템 또는 서브시스템에서의Analysis Activity)

성장관리에 유용하고 부품수준에서는 모델을 활용하는 것이 더욱 실용적이 Weibull

다 모델은 목표 Weibull B10 수명에 대하여 초기 시작품 으로부터(Early Prototype)

후기 시작품 까지의 신뢰성 개선을 관리하는데 실용적으로 활용할(Later Prototype)

수 있다

신뢰성 성장시험 프로세스신뢰성 성장시험 프로세스신뢰성 성장시험 프로세스신뢰성 성장시험 프로세스1111

신뢰성 성장은 개발시스템에 대하여 여러 시험단계가 시리즈로 이루어지는 동안

고장모드를 발견하고 이를 개선하는 과정을 거쳐 이TAAF(Test Analyze And Fix)

루어진다 또한 기능시험 환경시험 안전시험의 결과는 신뢰성 향상을 위한 FMEA

등과 연계하여 사용된다 분석결과는 설계변경에 반영되고 최종목표가 달성될 때까

지 개선과 시험이 연속적으로 이루어진다 그림 은 일반적인 신뢰성 성장시험 [ 81]

프로세스를 보여준다 프로그램의 시작시점에 신뢰성 성장에 대한 계획을 수립하여

고객의 기대사항을 만족시킬 수 있는 성능수준에 대한 구체적인 측정치를 제시하

고 이 목적을 달성시킬 수 있는 시험조건을 정한다 시험조건은 특정한 부품이나

시스템에 대하여 고객의 사용방법과 환경에 대한 지식을 기초로 하여야 한다

개발프로젝트가 진행되는 동안 신뢰성 성장시험 프로그램이 개발되고 실행되는

과정에서 설계 및 공정의 관심사항을 확인하기 위해 QFD(Quality function

와 같은 제품보증을 위한 분석방법들이 선행되어 실시되는데 신뢰성deployment)

성장관리와 연계하여 이를 통틀어 통합 신뢰성 성장관리(Integrated reliability

라고 한다 신뢰성 성장관리를 포함한 제품설계평가의 모든growth management)

과정은 제품 공정의 신뢰성 향상에 있어 중요한 역할을 하는 제품보증기능의 한부

분이다

- 78 -

통합 신뢰성 성장시험관리 프로세스는 설계뿐 아니라 공정신뢰성(MIL-HDBK-781)

과 관련된 문제에 대응할 수 있도록 신뢰성 성장시험의 이점을 전적으로 활용할 수

있는 수단을 제공한다

신뢰성 성장관리과정을 개발함으로써 신뢰성 수준은 계속적으로 추적될 수 있고

조치를 취하고 다른 분석결과들과 비교되어 초기 신뢰성 예측을 수립하고 제품설

계에 포함된 확신을 증가시킨 후 검증시험에 들어갈 수 있도록 한다 이러한 신뢰

성 성장관리 프로세스는 제품개발 사이클에 있어서 초기 단계 동안에 신뢰성을 확

립하는 데 도움을 줄 수 있는 장치이다

그림 신뢰성성장시험 프로세스[ 81]

제품개발과정에 적용되는 신뢰성 성장시험관리 프로세스는 다음과 같다

신뢰성 성장시험조건을 결정하고 시험 사이클을 개발한다 ①

신뢰성 성장시험곡선의 사용을 통하여 시험과정을 실행하고 추적한다②

시험결과를 평가하고 다른 선행된 분석연구결과들과 비교한다③

확인된 결함을 제거하기 위해 설계변경을 실시한다④

- 79 -

설계검증시험을 준비한다⑤

신뢰성 성장시험의 주된 목적은 설계상의 약점을 확인하고 제거함으로써 설계의

신뢰성을 증가시키는 것이다 정확하게 신뢰성 수준이 변화되는 진행상황을 추적하

기 위해서는 요구사항에 대한 불합치성 을 확인하고 불합치성이(Nonconformance)

일어난 시간을 모두 추적하여야 한다 시험을 시작하기 전에 적절한 시정조치를 용

이하게 하기 위해 사전계획이 수립되어야 하며 고장분포를 결정하기 전에 각각의

고장부품에 대한 고장원인을 분리할 수 있어야 한다

부품의 개발과정에서 몇 개의 표본에 대한 고장시간 데이터가 있을 때 Weibull

분포를 활용한 신뢰성 성장분석에 대하여 설명하면 다음과 같다

가 분석의 개요가 분석의 개요가 분석의 개요가 분석의 개요

밀도함수는 그림 와 같이 특성 수명과 기울기로 고장시간Weibull [ 82] (Cycle

을 설명한다 작은 표본에 대한 고장시간 데이터가 주어졌을 때 분석Km) Weibull

을 사용하여 세 가지의 정보를 얻을 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ특정 시간이 주어졌을 때 등 부품의 신뢰도는 그 시간까지 살아 있(Cycle Km )

을 백분율이다

ㆍㆍㆍㆍ 또는 다른( 수명을 추정할 수 있다) 수명은 부품들 중 가 고장10

날 것이라고 기대되는 시간이다 즉 이 시간에서의 신뢰도는 이다 90

ㆍㆍㆍㆍ 기울기의 값은 고장률 패턴에 대한 정보를 제공해준다 기울기가Weibull 10

이라면 고장률이 일정하다는 것을 의미한다 이 경우 고장은 일반적으로 우연히

일어나며 고장률은 설계의 강건 정도에 따라 달라진다 기울기가 보다 작다면 1

고장률은 감소하고 있음을 의미한다

- 80 -

즉 높은 초기 고장률 을 말한다 기울기가 보다 크면 고장률은 증 (Infant mortality) 1

가하고 이는 마모 되고 있음을 의미한다(Wear-out)

그림 에 의한 부품의 신뢰성성장분석[ 82] Weibull 수명 비교

가장 많이 활용되는 측도는 수명이며 이것은 요구되는 목표 신뢰도가 임 90

을 의미한다 첫 번째 프로토타입이 고장 난다면 신뢰성 목표 달성을 위해 설계 변

경을 행하고 다음 프로토타입을 시험한다 이 과정은 목표 수명이 달성될 때까

지 반복한다

나 의이점나 의이점나 의이점나 의이점WeibullWeibullWeibullWeibull

부품의 개발과정에서 작은 표본에 대한 고장시간 자료가 주어졌을 때 Weibull

분석을 활용하여 신뢰성성장관리를 행하면 다음의 정보를 얻을 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ신뢰성 개선은 목표 수명이 달성될 때까지 하나의 프로토타입에

- 81 -

서 다음 프로토타입까지 추적할 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ신뢰성 개선은 시험한 프로토타입에 대해 타점으로 표현되고 빠르Weibull

게 방향을 파악하여 신뢰성 진전과정에 대한 양적 측면의 관리능력 향상을 그

래프로 확인할 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ컴포넌트를 고장 날 때까지 시험하는 것은 고장모드에 대한 아주 귀중한 정

보를 제공하고 따라서 시정조치 활동이 필요하다

ㆍㆍㆍㆍ많은 표본이 더 좋은 신뢰도를 얻을 수 있지만 분석은 많은 표본을Weibull

필요로 하지 않는다

ㆍㆍㆍㆍ고객의 운영 사용 사이클과 시험 모수의 관계가 알려져 있다면 더 빠르고( )

더 적은 비용으로 가속시험을 할 수도 있다

다 기본가정및제한다 기본가정및제한다 기본가정및제한다 기본가정및제한

ㆍㆍㆍㆍ각 분석에서 오직 하나의 고장모드만 포함되어야 한다 두 개나 그 이상의

고장 모드가 검출된다면 각각에 대해 분리하여 분석해야 한다

ㆍㆍㆍㆍ신뢰도는 시험 제한 한계 로 인해 년 마일까지 확장하여 외삽하면 안( ) 10 150K

된다 왜냐하면 시험 제한 한계 로 인해 다른 고장모드가 발생할 것인지 알 수 ( )

없기 때문이다

ㆍㆍㆍㆍ하나의 프로토타입에서 다음 프로토타입까지 기울기가 변하는 데는 특별히

주의를 하여야 한다 왜냐하면 초기 후기 수명에서 더 높은 신뢰도와 후기 초 ( ) (

기 수명에서 더 낮은 신뢰도의 할 수 도 있기 때문이다) trade-off

라 적용시기라 적용시기라 적용시기라 적용시기

ㆍㆍㆍㆍ수명의 비교는 엔지니어링 사양 이 특정한(Specification) 을 요구할 경

우 사용된다

ㆍㆍㆍㆍ이러한 접근방법은 고장시간 등 에 대하여 동일한 부품의(Cycle Km )

- 82 -

다른 시점에서의 프로토타입을 비교할 때 사용한다

ㆍㆍㆍㆍ신뢰성 목표가 달성될 때까지 계속한다

마 입력자료마 입력자료마 입력자료마 입력자료

ㆍㆍㆍㆍ프로토타입 의 몇 개 표본의 고장시간 등1 (Cycle Km )

ㆍㆍㆍㆍ프로토타입 의 몇 개 표본의 고장시간 등2 (Cycle Km )

⦙

ㆍㆍㆍㆍ마지막 프로토타입의 몇 개 표본의 고장시간 등(Cycle Km )

분석프로세스는 그림 과 같다[ 83]

프로세스프로세스프로세스프로세스 일반적 단계일반적 단계일반적 단계일반적 단계

Ⅰ 요구

또는 수명 결정

프로그램 신뢰성 목표 사용

고객의 운영 사용 프로파일 사용( )

시험 프로그램 적정시간 사용

Ⅱ 시험 프로그램 자료정보

확인과 데이터 수집초기 부품의 프로토타입

후기 부품의 프로토타입

Ⅲ 다른 프로토타입에 대한

누적고장 시간 또는 vs

거리 계산 및 타점

분석이 가능한 사용Weibull SW

가능한 가속수명시험 사용

Ⅳ 프로젝트 검토 시

현재 신뢰성 수준신뢰성 목표 적합성 결정

초기 경고 관련 정보 제공

개선을 위한 계획 정보 제공

그림 프로세스별 단계[ 83]

- 83 -

제 절 신뢰성성장 데이터분석제 절 신뢰성성장 데이터분석제 절 신뢰성성장 데이터분석제 절 신뢰성성장 데이터분석2222

초기 프로토타입 으로 부터 개의 표본을 정상하중 으(Prototype1) 6 (Nominal load)

로 고장 날 때까지 시험하고 고장모드를 기록하였다 여러 개선작업을 거친 후 후

기 프로토타입 으로부터 개의 표본을 고장 날 때까지 시험하고 고장모(Prototype2) 6

드를 기록하였다 시험 데이터는 표 에 주어져 있다 [ 81]

에 고장데이터를 입력하고 각 프로토타입 단계별로 용지에 결과MINITAB Weibull

를 타점한 결과 그림 와 같은 성장곡선이 생성되었다 [ 84] Weibull

정상하중 에서 의 평균수명 추정치는 이(Nominal load) Prototype1 127366Cycle

고 의 평균수명 추정치는 로서 의 개선을 이루었 Prototype2 176882 Cycle 389

음을 알 수 있었다 수명은 은 이었으나Prototype1 112668 Cycle Prototype2

의 수명은 로서 상당한 개선이 이루어졌음을 볼 수 있다168620 Cycle 수

명에 대한 신뢰하한은 로 추정되었다 따라서 정상부하에 의한95 162926 Cycle

시험데이터분석 결과 개선활동 재료배합개선 형상설계개선 공정개선 에 의하여 ( )

내구성 목표가 달성되었음을 알 수 있다

그림 는 에서의 신뢰구간을 보여주고 있다[ 85] Nominal load 90

최대하중 에서는 표 의 데이터 입력결과 그림 의 그래프를(Max load) [ 82] [ 86]

생성하였다 그래프로 부터 추정된 의 Prototype1 수명은 이고16362Cycle

의Prototype2 수명은 이다21850 Cycle 수명에 대한 신뢰하한추정치95

는 으로부터 로 계산된다MINITAB 20983 Cycle

의 수명과 의 수명이 다른 것은 개선 활동의 결과이Prototype1 Prototype2

- 84 -

며 에서 개선목표가 달성되었음을 알 수 있다 Prototype2

표 하중 고장시간[ 81] Nominal (Cycle)

Weibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth Curve

(Nominal Load)(Nominal Load)(Nominal Load)(Nominal Load)

그림 성장곡선[ 84] Weibull (Nominal load data)

- 85 -

Weibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth Curve

(Nominal Load-90 Cl)(Nominal Load-90 Cl)(Nominal Load-90 Cl)(Nominal Load-90 Cl)

그림 신뢰구간[ 85] Nominal Load90

- 86 -

표 하중 고장시간[ 82] Max (Cycle)

Weibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth Curve

(MaxLoad)(MaxLoad)(MaxLoad)(MaxLoad)

그림 성장곡선[ 86] Weibull (Max load data)

- 87 -

제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론9999

본 연구는 자동차현가장치인 고무부싱 의 신뢰성향상을 위한 기(Rubber bushing)

술개발과제이다 에나 인더스트리는 수출전문기업으로서 주요 경쟁사에 비해 고성

능 고내구성의 제품을 짧은 기간 내에 개발할 수 있는 능력을 갖추어야 해외 시장

에서 경쟁력을 가질 수 있다

본 연구개발에서는 수요기업에서 요구하는 GMUTS(General Motors Uniform

의 사양에 따른 시험을 실행하여 내구성을 목표 사이클 이상으Test Specification)

로 개선하고 정특성과 동특성 비틀림 토크를 개선항목으로 선정하여 제품의 품질

및 신뢰성 향상을 진행하였다

수요기업의 요구 수준에 의하면 내구성은 와 Tension Compress Alternating

가 동시에 일 때 일 때Torsion Stress Maximum Load 20000 Cycle Normal Load

을 요구한다 본 프로젝트의 경우 해외의 부품메이커들에 대한 경쟁150000 Cycle

력 우위를 확보하기 위하여 기본 요구 수준을 넘어 향상된 제품신뢰성을5~10

확보를 목표로 하였다 내구성 정특성 및 동특성에 대한 시험은 직접 행하였고 비

틀림토크에 대한 부분은 추가적인 시험장치가 필요하여 수요기업의 실험실에 샘플

을 제출하여 요구수준을 검증받았다

본 연구개발의 성과를 요약하면 다음과 같다

우선 기술적 효과로는

설계기술의 확보(1)

재료배합설계 형상설계 공정설계에 대한 기술을 확보하여 내구성을 비롯한 품

질특성을 향상시킬 수 있었다 종래에는 설계 개발 생산프로세스에서 경험적 방법

에 의존하여 시행착오가 많았으나 본 연구를 통하여 과학적이고 체계적인 방법으

로 접근할 수 있는 기술이 확보되었다

설계 요소의 기술적 배치를 위한 실험계획법의 활용기술 확보(2)

- 88 -

종전에는 고무 배합설계 형상설계 공정설계에 대하여 설계요인 별 수 (Facter)

준 을 무작위로 추출하여 실험하였으나 본 실험계획의 과정을 따르면 요인들(Level)

이 계획적으로 반영되어 품질특성에 각각 어느 정도의 영향을 미치는지 분석이 가

능하게 된다 또한 다구찌에 의한 강건 설계의 생성으로 산포를 줄일 수 있다

잠재적 고장원인 분석방법 기술 확보(3)

제품기능에 대한 잠재적 고장모드의 예측과 시험항목을 판단하고 최종적으로는 설

계검증 과 공정검증 의 세부항목과 효과적(Design verification) (Process verification)

으로 연계가 가능하다

신뢰성 데이터분석기술 확보(4)

부품의 개발과정에서 몇 개의 표본에 대한 고장시간 데이터가 있을 때 Weibull

분포를 활용한 신뢰성 성장분석이 가능하게 되었다 개발프로그램이 운영되는 동안

신뢰성 수준의 변화를 추적할 수 있어 목표하는 신뢰성 수준을 달성하기 위하여 충

분한 비율로 성장하고 있는지의 여부를 가능한 빠른 시간 내에 판단할 수 있고 그

에 따라 필요한 자원을 적절히 배분할 수 있다 따라서 개발책임자는 시험데이터로

부터 현재 시스템의 신뢰성 수준 성장률의 평가 앞으로 기대되는 달성 가능한 수

준에 대한 결정이 가능하다

경제적 측면의 효과로는

제품에 대한 내구성 및 동특성 정특성에 대하여 요구사양 이상으로 특성관리(1)

를 행할 수 있어 해외 부품메이커들에 대한 경쟁력 우위로 수출력을 향상할 수 있

게 되었다

개발기간을 단축할 수 있게 되어 개발비의 절감을 가져올 수 있게 되었다(2)

재료배합 형상설계 및 공정설계에 대한 기술개발의 표준 정립으로 개발 기간의 단

축이 가능하게 되었다

본 과제 결과를 활용하여 다른 방진제품에 대한 신뢰성 관리로 수출(3)

- 89 -

시장을 개척하여 신규거래처를 확보할 예정이다 신뢰성 데이터의 관리가 이루어져

제품수명에 대한 설득력 있는 자료의 제시가 가능하게 되었다

향후 연구계획으로는

고무부싱부품의 특성상 내구성만의 개선이 최선이 아니고 정특성과 동특성을 일

정수준으로 동시에 고려하여야 한다 따라서 이 부분에 대한 동시적인 실험설계가

시스템화 되도록 추가적인 연구가 요구된다

- 90 -

참고문헌참고문헌참고문헌참고문헌[ ][ ][ ][ ]

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[8] McLean R A and Anderson V I Extreme Vertices Design of Mixture

Experiments Technometrics Vol8 No3 1966

- 96 -

주 의

이 보고서는 산업자원부에서 시행한 부품소재종합기술지원사업의 최1

종보고서이다

이 신뢰성기반기술확산사업 내용을 대외적으로 발표할 때에는 반드시2

산업자원부에서 시행한 부품소재신뢰성기반기술 사업의 지원결과임을

밝혀야 한다

- 97 -

이 보고서는 산업자원부에서 시행한

부품소재 신뢰성기반기술확산사업의 최종보고서이다

- 37 -

반응 최적화 모수반응 최적화 모수반응 최적화 모수반응 최적화 모수

글로벌 솔루션글로벌 솔루션글로벌 솔루션글로벌 솔루션

예측 반응예측 반응예측 반응예측 반응

Dura(Nom) = 146943

- 38 -

표 데이터분석 결과[ 46] (48Hs Maximum Load)

에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응Dura(max)Dura(max)Dura(max)Dura(max)

반응 최적화 모수반응 최적화 모수반응 최적화 모수반응 최적화 모수

글로벌 솔루션글로벌 솔루션글로벌 솔루션글로벌 솔루션

외Polymer = 09774

- 39 -

Acc1 = 00085

Acc2 = 00022

Sulfur = 00119

예측 반응

Duro(max) = 189171

경도 도 오차범위 도 에 대한 혼합물성분의 한계와 에 의한 실험50 ( plusmn 2 ) MINITAB

점은 표 표 과 같다[ 47] [ 48]

표 혼합물 성분의 한계[ 47] (50Hs)

- 40 -

표 실험계획의 결과[ 48] (50Hs)

경도 도에 대한 혼합물 설계 데이터분석 결과는 표 표 과 같다50 [ 49][ 410] 17

개 실험 점에서의 적합추정치와 신뢰구간은 예측반응에 잘 나타나 있다95

에서는 각 성분에 대한 제한조건을 만족시키면서 내구성을 최대로Nominal Load

하는 처리조건은 외 기타 의 각 성분에 대하여 배합비Polymer Acc1 Acc2 Sulfur

율이 이고 이 처리조건에서 예상되는 내구성은09687 00088 00025 00200

에 도달할 것으로 추정되었다159209 Cycle

에서는 인자의 네 가지 성분의 배합비율이 와 마찬가Maximum Load Nominal Load

지로 이었다 그리고 이 처리조건에서 예상되는 내09687 00088 00025 00200

구성 추정치는 이었다 일 때와 일218572 Cycle Nominal Load Maximum Load

때의 적정배합비율이 다르게 나오는 경우가 있는데 이는 오차범위 경도의 경우( plusmn

도 가 비교적 넓은 고무의 특성에서 비2 )

- 41 -

롯되거나 측정오차에 따른 결과로 추정된다

표 데이터분석 결과[ 49] (50Hs Nominal Load)

에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응Duro(Nor)Duro(Nor)Duro(Nor)Duro(Nor)

반응 최적화 모수반응 최적화 모수반응 최적화 모수반응 최적화 모수

- 42 -

글로벌 솔루션글로벌 솔루션글로벌 솔루션글로벌 솔루션

예측 반응예측 반응예측 반응예측 반응

Duro(Nor) = 159209

표 데이터분석 결과[ 410] (50Hs Maximum Load)

에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응Duro(max)Duro(max)Duro(max)Duro(max)

- 43 -

반응 최적화 모수반응 최적화 모수반응 최적화 모수반응 최적화 모수

글로벌 솔루션글로벌 솔루션글로벌 솔루션글로벌 솔루션

예측 반응예측 반응예측 반응예측 반응

Duro(Max) = 218572

재료배합시험에 있어서 가류시간이 특성 치에 영향을 미치므로 레오그래프

분석에 의해 적정가류시간을 결정한다 레오그래프는 다음의 용도에(Rheograph)

활용된다

고무제품의 가류도 측정①

가류속도 측정②

최적의 가류공정 조건 확립③

가류약품 선정 및 배합 작성Recipe④

고무제품의 품질관리⑤

아래 그림 은 경도 도에 대한 재료의 레오그래프이다 그래프에 나타난 용[ 43] 48

어를 설명하면 다음과 같다

혼합물 의 가 가류되었을 때의 시간을 나타내며 가류시간을tc90- (Compound) 90

결정하는 기준으로 사용된다

스코치시간 을 나타내며 원하지 않는 가교가 일어ts2 - (Scorch time)

- 44 -

나는 시간으로 적절한 가류시간을 찾기 위해 필요한 과정임

고무의 특성을 토르크 값으로 나타낸 값으로 일반적으로 혼합물Tmax- (Torque)

의 경도에 따라 변함

평형 토르크MH- (Equilibrium torque)

최소 토르크ML- (Minimum torque)

본 재료시험에 적용된 가류시간은 의 배 사이에서 적정수준을 결정하tc90 1-15

였다

연구의 결과 카본의 입자가 작을수록 내구성은 향상시키지만 대체로 분산이 잘 되

지 않아 혼합물의 품질이 고르지 못하였다 따라서 카본의 분산도를 평가하여 만족

할 만한 수준이 나오는지 확인하였으며 상대적으로 작은 입자경의 카본을 사용하

여 내구성을 높이려 하였다

그림 경도 도 고무에 대한 레오그래프[ 43] 48

- 45 -

실험의 결과 카본블랙과 레오그래프와의 관계는 그림 와 같이 나타났다 그림[ 44]

에서 보는바와 같이 입자경의 크기가 증가함에 따라 결합력이 약해지므로 토르크

값이 낮아짐을 알 수 있다

그림 각종 카본블랙의 레오그래프[ 44]

- 46 -

본 연구에 적용된 카본 입자경의 크기와 양은 표 과 같다[ 411]

경도변화는 카본입자의 크기와 양에 따라 결정이 되며 레오그래프의 값이 Tmax

이러한 사실을 보여주고 있다

표 레오그래프상의 경도와 카본의 관계[ 411]

레오그래프는 섭씨 도에서 그려짐PHR = Part in Hundred Rubber 160

- 47 -

제 장 형상개선제 장 형상개선제 장 형상개선제 장 형상개선5555

제 절 외철의 스웨징 율 변화에 의한 개선제 절 외철의 스웨징 율 변화에 의한 개선제 절 외철의 스웨징 율 변화에 의한 개선제 절 외철의 스웨징 율 변화에 의한 개선1111

높은 품질의 부싱을 개발하기 위해서는 적절한 재료설계에 의한 경도 및 고무 특

성의 설정이 매우 중요한 요소이지만 고무의 특성 개선에만 의존하는 것은 한계점

이 있다 따라서 제품의 형상변화를 통해 고무의 특성을 극대화함으로써 내구성 및

품질특성을 향상시킬 수 있다

그림 은 부품의 세부형상과 설계도이다[ 51]

그림 세부형상[ 51] DA-2

- 48 -

그림 는 제품의 단면을 보여준다 그림에서 는 다른 모델에 비해 고무[ 52] DA-2

량이 다소 적음을 알 수 있다 형상 변화를 통한 품질특성의 개선을 시도함에 있어

서는 부품에 대한 조립성과 제조성 을 반드시(DFM Design for Manufacturability)

고려하여 형상변화를 꾀하여야 한다 본 제품의 경우 외철 과 내철 (outer pipe)

의 길이는 한정되어 있으며 그 직경의 변화도 허용공차를 미만(Inner pipe) 05 mm

의 수준으로 요구하고 있다

형상변경을 통한 성능향상 방안으로서 외철에 대한 스웨징율 을 변(Swaging rate)

경함으로서 외경크기의 변화를 시도하였으며 또한 내철의 구배각도를 변화시켜 개

선점을 찾으려고 노력하였다

그림 단면[ 52] DA-2

부싱의 경우 일반 적으로 스웨징이라는 공정을 거치게 되는데 이는 공정에서 외

경의 크기 조정을 통하여 성능을 향상 시키는 방법으로서 스웨징율을 조정함으로서

외철의 외경 크기를 허용범위 내어서 변화시키는 것이다 이는 스웨징에 따른 직경

변화에 의해 고무의 조직이 조밀해져 고무 특성을 향상시킬 수 있게된다

그림 은 스웨징의 방향을 나타내며 그림 는 스웨징 전 후의 외철의 크[ 53] [ 54]

기 변화를 보여주고 있다

- 49 -

그림 스웨징 방향[ 53]

그림 스웨징 전후의 외경 크기의 변화 단면[ 54] ( )

제 절 내철의 구배 변화에 의한 개선제 절 내철의 구배 변화에 의한 개선제 절 내철의 구배 변화에 의한 개선제 절 내철의 구배 변화에 의한 개선2222

아래 그림 는 형상 변화를 시도할 수 있는 내철 끝단 부분의 구배를 표시한[ 55]

그림으로서 는 구배각도를 나타낸다a

- 50 -

그림 구배각도[ 55]

그림 은 본 제품의 특성 요구 사항을 그림으로 표시한 것으로 고무부싱은[ 56]

및 의 외력에 대하여 적절하게 대응할 수 있도록 설계되어야 한다 부싱 종류F1 F2

의 경우 일반적으로 고무 제품의 유연함과 동배율 개선을 위하여 저경도의 고무를

적용하는 경우가 많은데 이 경우에는 외력에 대한 특성이 상대적으로 취약하게F1

나타나게 된다 이러한 취약점을 보완하기 위하여 본 연구에서는 그림 과 같 [ 57]

이 제품이 허용하는 범위 내에서 내철의 구배를 변화 시킨 후 실험데이터의 분석을

통해 성능 개선 방안을 찾고자 하였다

그림 부싱의 외력[ 56]

그림 의 의 경우는 구배를 주지 않은 경우이며 의 경우는 구배를 준[ 57] (a) (b)

경우를 표시하고 있다

- 51 -

의 경우 외력에 의하여 발생하는 반발력 은 순수한 고무 특성에 의해서(a) F1 Fr1

만 나타나게 된다 이러한 경우 저경도의 고무을 적용하였을 때 의 크기가 미미 Fr1

하여 적절한 특성을 발휘하지 못하게 된다

의 경우와 같이 내철에 구배를 주게 되면 의 외력에 대하여 구배가 들어간(b) F1

부분 에 의한 반발력 함께 가 생성되어 상대적으로 에 대한 저항력이 커Fr3 Fr2 F1

짐으로써 성능을 향상 시킬 수 있게 된다

그림 구배각도의 적용에 따른 차이 단면[ 57] ( )

그림 구배각도의 적용에 따른 차이 입체[ 58] ( )

- 52 -

제 장 도포공정개선제 장 도포공정개선제 장 도포공정개선제 장 도포공정개선6666

고무부싱의 내구성 향상을 위하여 필수적으로 관리하여야 할 공정이 도포공정이

다 도포공정은 접착의 원리에서부터 접착의 구조 접착의 강도 피착재의 표면처리

법 및 접착제 사용법 등 접착에 관한 전반적인 기술을 공정에 효율적으로 적용하여

야 한다

고무와 금속과의 접착력이란 접착제와 피착제 사이의 계면 결합력을 의미하며 접

착강도는 시험방법 접착방법 시험시의 조건 시편의 기하학 등 여러 인자에 의해

영향을 받는다 접착파괴는 접착제의 가장 약한 곳에서 일어나며 접착강도는 여러

가지 측정법에 따라 고유강도 잔류강도 측정강도 등과 같이 다르게 표현된다 고

무부싱의 접착구조는 그림 과 같다[ 61]

그림 접착의 구조[ 61]

프라이머 는 피착제 표면과의 친화성이나 접착제와의 상용성이 뛰어나야(Primer)

하고 동시에 접착 저해물과의 상용성도 높아야 한다 또 프라이머 중의 유효성분

쪽이 피착제 표면에 흡착되어 있는 저해성분보다 피착제에 의하여 안정하게 흡착되

어 있는 것이 중요하다 따라서 프라이머는

- 53 -

충분한 교반 균일하고 엷은 도포 그리고 완전한 건조가 이루어져야 한다 이러한

도포공정은 피착제의 모앙에 따라 달라진다

열경화성 접착제의 대부분은 유기 중합물과 각종 충진제를 유기용제에 용해 분산

시킨 것으로 사용전이나 사용 중에도 교반기 등으로 균일하게 용해 분산시킨 접착

제를 사용하는 것이 중요하다 따라서 의 도포 공정은 그림 와 같이 교 DA-2 [ 62]

반기를 추가 설치하여 공정 개선을 실시하였다

그림 설치한 교반기[ 62]

또한 피착제의 균일한 도포를 위해 롤타입의 코팅기에 기존 페인트용 롤러에서

그림 에서와 같이 융을 말아 롤러 도포하는 형태로 개선을 실시하여 코팅의[ 415]

두께 정밀도를 향상시켰다

- 54 -

그림 변경된 롤러 모양[ 63]

접착 재료를 프라이머 에서 변경하여 사용함CHEMLOK 220 252 CHEMLOK 205

으로써 접착력을 향상시켰는데 는 금속 및 경길대료의 프라이머로CHEMLOK 205

사용되며 또한 같은 극성고무에 단독으로 접착이 가능하다 NBR

방식의 경우 의 특징을 살펴보면TWO Coat CHEMLOK 205

ㆍㆍㆍㆍ 접착제의 금속 표면에서의 접착강도를 향상시킬 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ 기계적 표면처리 후 활성화된 금속표면을 산화작용으로부터 보호하며 녹방

지 도료적 역할을 한다

ㆍㆍㆍㆍ 크로로프렌이나 에피크로로히드린고무와 같은 가류 중에 염소가스를 발생

시 켜 금속표면을 부식시키기 쉬운 고무배합에 대하여 유효하게 적용된다 프

라 이머는 충분한 교반 균일하고 엷은 도포 그리고 완전한 건조가 이루어져

야 접착성이 뛰어나게 된다

도포공정 개선 전후의 효과는 그림 그림 의 도포두께 비교[ 64]~[ 67] Cpk

를 통해서도 알 수 있다DATA

아래 그림 는 도포공정의 개선전[ 64] 관리도의 그래프를 나타낸

- 55 -

것으로 관리도는 평균치와 범위에 관한 계량형 관리도에서 가장 많이 사용되

는 관리도의 하나이다 관리도는 평균치의 변화를 관리하는 관리도와 산포의

변화를 관리하는 관리도로 구성된다 관리도의 중심선(Central Line) CL=로 나

타내며 관리 상한선 은(Upper Control Limit) UCL= 로 관리하한선인 (Lower

의 경우Control Limit) LCL=

로 구한다

관리도의 관리선의 경우 중심선 관리상한선 UCL= 관리하한선 LCL

의 경우 로 구한다

여기서 등의 계수는 샘플의 크기인 에 따라 결정 되며 일 경우=4

=0729 =0 이다=2282

그림 에서[ 64] 이며=273410 관리도의 로 나타났UCL=307994 LCL=238826

다

관리도의 은CL 이며 이다=4744 UCL=1082581

- 56 -

그림 도포공정 개선전[ 64] 관리도

한편 그림 는 도포공정 개선 전의 경우에 대하여 지정된 규격의 공정능력 [ 65]

지수를 나타낸 것으로서 단기공정능력지수( 와 장기공정능력지수) ( 를 나타낸)

다 단기공정능력지수는 공정능력 ( 과 규격의 폭) ( 과의 비율을 의미하며 일반적)

으로 로 표시한다 규격은 그림 에서처럼 양쪽규격이 모두 주어진 경우 공 [ 65]

정 능력 지수는 다음과 같이 계산할 수 있다

공정 능력

로 나타내고 만약 공정 평균이 규격의 중심으로부터 어느

한쪽으로 치우쳐 있게 되는 경우 치우침도( 와) 를 조합한 단기공정능력지수

( 로 나타낸다 즉)

- 57 -

장기공정능력지수( 의 계산은)

으로서 이다

따라서 그림 에 나타난 것처럼 개선전의 공정능력은[ 65] =17854 =08458

으로서 장기 공정에 대해 만족스럽지 못한 값을 나타내고 있다

그림 도포공정 개선전 공정능력 분석그래프[ 65]

- 58 -

그러나 공정개선후의 관리도인 그림 을 살펴보면[ 66] 이며=28196 관리

도의 이고UCL=300418 LCL=263502 관리도의 은CL 로=2532 UCL=51418

나타난다

그림 도포공정 개선후[ 66] 관리도

- 59 -

개선 후에는 그림 로부터 알 수 있듯이 단기공정능력은[ 67] 으로서=31966

인 장기 공정에 대해 안정적인 것을 확인할 수 있어 도포공정 개선에=23275

대한 효과가 있음을 알 수 있다

그림 정 개선 후 공정능력 분석그래프[ 67]

또한 도포공정의 두께관리를 강화하기 위하여 작업자 교육 및 샘플링 두께 측정

검사를 통해 지속적인 모니터링을 실시하고 공정별 온도관리 및 시간 관리를 통해

작업 환경 유지관리 강화로 변함없는 품질의 제품을 생산하도록 하였다 그림 [

은 롤 코팅 공정이다68] (Roll coating)

- 60 -

그림 롤 코팅 공정[ 68] (Roll coating)

- 61 -

제 장 최적수준 결정을 위한 파라미터 설계제 장 최적수준 결정을 위한 파라미터 설계제 장 최적수준 결정을 위한 파라미터 설계제 장 최적수준 결정을 위한 파라미터 설계7777

제 절 실험계획법에 의한 유의인자 결정제 절 실험계획법에 의한 유의인자 결정제 절 실험계획법에 의한 유의인자 결정제 절 실험계획법에 의한 유의인자 결정1111

재료설계 형상설계 및 공정설계에 대한 최적조건의 결정은 부품의 품질 특성에

대한 사양 을 만족시켜야 할 뿐 아니라 생산부품 간 품질의 산포를(Specification)

최대한 줄여야 한다 의 최적설계를 위해 다구찌 기법 을 적 DA-2 (Taguchi method)

용하였다

다구찌의 강건설계 는 인자 가 품질 특성의 평균에 대해(Robust design) (Factor)

가지는 효과뿐만 아니라 분산에 미치는 효과에 대해서도 초점을 맞추고 있다 분산

을 줄일 수 있는 통제 가능한 인자에 대한 조건을 설정하여 품질특성이 통제 불가

능한 인자의 변화에 대해서는 둔감하도록 할 수 있다 강건설계의 주목적은 품질특

성의 목표값을 유지하면서 분산을 줄이는 인자에 대해 설치값 을 발견하는 (Setting)

데 있다

다구찌 설계에 의한 실험계획법은 특히 확장된 역할로서 다음의 몇 가지를 들 수

있다

ㆍㆍㆍㆍ종래에는 제어 불가능한 환경조건이나 제어하기 어려운 생산조건 공정조건

등의 원인 이를 잡음인자로 통칭 들이 데이터에 주는 영향의 정도를 평가하기 어려( )

웠으나 객관적으로 그리고 계량적으로 이를 평가할 수 있는 방법을 제시하고 있

다 또한 품질 산포의 크기를 계량특성치 손실함수 비 등 로 변환하여 산포를 ( SN )

작게 하는 인자들의 조건을 찾아가는 강건설계를 사용한다

ㆍㆍㆍㆍ직교배열표를 광범위하게 사용하여 인자의 수가 많은 경우에도 크게 실험횟

수를 증가시키지 않고 실험하는 일부 실시법을 사용한다

ㆍㆍㆍㆍ생산라인 내 뿐만 아니라 신제품 개발을 위한 품질설계 파라미터(On-line)

설계 허용오차 설계 등의 라인 외 품질관리를 위하여 유용하게 사용할 (Off-line)

수 있다

ㆍㆍㆍㆍ다구찌 방법에서 추가적으로 다룰 수 있는 주요한 것들로는 직교배열

- 62 -

표의 확대사용 수준계의 표준 직교배열표 이외에 확대 응용 혼합 직교배열표(2 3

의 사용과 조합법의 사용 계량치 데이터의 파라미터 설계 허용차 설계 그리고)

계수치 데이터의 파라미터 설계 동적 특성의 파라미터 설계 등을 들 수 있다

파라미터 설계 는 제품설계와 공정설계에서 유용하게 사용되는(Parameter design)

다구찌 실험계획법의 핵심이다 파라미터는 제품성능의 특성치에 영향을 주는 제어

가능한 인자 를 의미하며 파라미터 설계는 이들 인자들의 최적(Controllable factor)

수준을 정하여 주는 것을 말한다 파라미터를 설계변수 라고도 부 (Design variable)

르며 파라미터 설계에서는 제품의 품질변동이 잡음에 둔감하면서 목표품질을 가질

수 있도록 설계변수들의 최적조건을 구하여 준다 최적조건을 찾을 때 설계변수와

잡음을 주는 인자들을 포함시켜 실험하는 직교배열표 등을 주로 사용한다 이때 목

표 품질을 만족시키는 범위 내에서 가능한 한 비용이 적게 드는 조건이나 부품 등

을 이용한다

만약 신뢰성에 영향을 주는 제어 가능한 인자 에 대한 파라미터설계 A B C D

를 한다고 하자 는 수준 는 수준의 혼합수준 에 대한 설계 A B 4 C D 2 (Mixed level)

분석을 하려고 한다면 각 요인 변동의 계산을 표 과 같은 [ 71] L16(215형 직교배)

열표 를 사용하면 된다(Orthogonal Design)

에 대한 파라미터 설계조건으로는 내구성이 가장 좋은 최적의 설계 및 공정DA-2

조건을 구하여야 하므로 반응변수가 큰 값일수록 좋은 망대특성(Larger-the-better

에 대한 조건을 구하고 부품의 정특성 및 동특성에 대한 분석은 적characteristics)

정한 상호관계를 고려하여 별도의 실험을 행한다

- 63 -

표 다구찌 설계의 예[ 71]

- 64 -

제 절 시험데이터의 해석제 절 시험데이터의 해석제 절 시험데이터의 해석제 절 시험데이터의 해석2222

실험조건실험조건실험조건실험조건1111

제품의 신뢰성향상을 위해 지금까지 재료배합의 개선 형상개선 및 공정개선에

대한 각각의 과정을 설명하였으며 본 장에서는 관련된 여러 인자들을 동시에 고려

하여 최상의 품질특성을 나타낼 수 있는 최적인자수준의 결정에 대하여 설명하려고

한다 이는 인자들 간의 상호 작용이 상승 또는 보완작용을 할 수도 있고 반대로

서로 상극임을 나타낼 수 도 있기 때문이다

일반적으로 고무부싱의 개발에 적용되는 인자 는 다음과 같다(Factor)

ㆍㆍㆍㆍ경도 는 수요기업에서 제시하는 사양 에 따라 적정수(Hardness) (Specification)

준의 경도 도 도 도 도 를 적용하였으며 경험적으로 경도의 산포는(43 45 48 50 ) plusmn

정도이다2

ㆍㆍㆍㆍ각 부분의 모양이나 각도에 따라 고무 량에 영향을 미치게 되는 형상설계에

관해서는 내부 파이프 구배각도를(Inner pipe) 15deg~25deg로 하고 외부파이프 (Outer

의 접착부분을 로 하였으며 외경의 크기는pipe) 13mm~15mm

27mm~ 로 유지하였다278mm

ㆍㆍㆍㆍ공정설계는 가류시간을 로 하였다 가류 온도는240sec~600sec 150deg~180

로 하고 주변 온도에 영향을 받으므로 금형 표면온도는 항상 확인하였다 접착제

도포가 내구성에 영향을 주므로 접착제 두께는 으로 하고 접15micron~40micron

착제 배합조건은 로 하였다120cc~128cc

다구찌 설계에 의한 최적수준을 결정하기 위해 다른 인자는 고정시키고 경도 가

류시간 스웨징 인자에 대하여 표 와 같이 실험수준을 정하였다 [ 72]

- 65 -

표 실험인자 별 수준[ 72]

분석결과의 해석분석결과의 해석분석결과의 해석분석결과의 해석2222

실험결과의 해석은 다음과 같다

을 통해 표 의 실험조건을 입력하여 다구찌 설계를 생성한 결과MMITAB [ 72]

표 과 같은 실험조합을 얻었다 표 는 실험조합 별 시험결과 값이다[ 73] [ 74]

에서의 내구성에 대한 다구찌 설계해석의 결과는 표 의 신호 대Nominal load [ 75]

잡음비 비 평균 표준편차에 대한 반응표에 잘 나타나(SN Signal to noise ratio)

있다 그림 그림 은 비 평균 표준편차에 대한 반응 값을 도식한 [ 71]~[ 73] SN

것이다

표 의 신호 대 잡음비의 반응표를 보면 경도는 스웨징이나 가류시간에 비해[ 75]

반응변수 내구성 에 큰 영향을 미치고 있음을 보여준다 평균에 대한 반응표에서도( )

경도는 다른 인자들에 비해 반응변수의 평균에 크게 영향을 미치고 있음을 알 수

있다 표준편차 역시 경도의 수준 변화에 따라 차이가 가장 많음을 보여주고 있다

- 66 -

표 에 의한 다구찌 설계생성[ 73] MINITAB

- 67 -

표 실험조합 별 시험결과 데이터[ 74]

- 68 -

표 비 평균 표준편차에 대한 반응표[ 75] SN

신호 대 잡음 비에 대한 반응 표신호 대 잡음 비에 대한 반응 표신호 대 잡음 비에 대한 반응 표신호 대 잡음 비에 대한 반응 표

망대특성망대특성망대특성망대특성

평균에 대한 반응 표평균에 대한 반응 표평균에 대한 반응 표평균에 대한 반응 표

표준 편차에 대한 반응 표표준 편차에 대한 반응 표표준 편차에 대한 반응 표표준 편차에 대한 반응 표

- 69 -

그림 신호 대 잡음 비의 주효과도[ 71]

그림 인자수준별 평균의 주효과도[ 72]

그림 인자수준별 표준편차의 주효과도[ 73]

- 70 -

표 와 그림 에서 에서의 내구성 예측값을 가장 크게 하[ 75] [ 72] Nominal Load

는 것은 요인 수준의 조합이 일 때이다 품질 향상을 위해서는 정특성 동(4 2 2)

특성 값도 동시에 고려하여야 하므로 조합 조합 조합(4 2 2) (4 3 2) (4 1 2)

에 대한 예측 값을 함께 구하였다

표 은 에서의 내구성 예측값을 표 은 에[ 76] Nominal Load [ 77] Maximum Load

서의 내구성 예측값 표 은 정특성 예측값 표 는 에서의 동특성 예 [ 78] [ 79] 15Hz

측값 그리고 표 은 에서의 동특성 예측값을 보여주고 있다 [ 710] 150Hz Nominal

에서의 내구성 예측값은 조합 조합 조합에서 각Load (4 2 2) (4 3 2) (4 1 2)

각 목표값인 을 상회한 과170000 Cycle 178023 Cycle 174272 Cycle 175830

로서 조합일 때 더 높게 나타났다Cycle (4 2 2)

동배율은 예측 평균값을 기준으로 할 때 동배율은 조합에서는 에 (4 2 2) 15Hz

서 에서 이고 조합에서의110(1187691079) 150Hz 113(1215561079) (432)

동배율은 에서 에서15Hz 106(112856 106938) 150Hz 108(115769106938)

이며 조합에서의 동배율은 에서 에서 (412) 15Hz 108(118194 1094) 150Hz

이었다109(1195691094)

모델의 경우 수요기업에서 동배율 값이 적은 값을 요구하기 때문에DA-2 (kdks)

동배율을 고려하면 의 조합이 더 좋은 품질을 나타낸다고 할 수 있다(4 1 2)

- 71 -

표 에서의 내구성 예측값[ 76] Nominal Load

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 2 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 3 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 1 2

예측 값

신호 대

- 72 -

표 에서의 내구성 예측값[ 77] Maximum Load

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 2 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 3 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 1 2

신호 대

- 73 -

표 정특성 예측값[ 78]

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 2 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 3 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 1 2

신호 대

- 74 -

표 동특성 예측값[ 79] (15Hz)

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 2 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 3 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 1 2

신호 대

- 75 -

표 동특성 예측값[ 710] (150Hz)

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 2 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 3 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 1 2

신호 대

- 76 -

제 장 부품의 신뢰성성장관리제 장 부품의 신뢰성성장관리제 장 부품의 신뢰성성장관리제 장 부품의 신뢰성성장관리8888

제 절 신뢰성성장관리제 절 신뢰성성장관리제 절 신뢰성성장관리제 절 신뢰성성장관리1111

복잡하고 기술적인 제품의 개발 프로그램을 운영하는 데 있어서는 고객이 요구

하는 신뢰성 수준을 만족시키기 위하여 상당한 규모의 시간 예산 기술인력 등의

자원을 필요로 한다 고객들의 신뢰성 요구수준은 매우 높으므로 이러한 목표를 달

성하기 위하여 시험 개선 시험 개선의 개발과정을 반드시 거친다 이 과정에서 시- - -

스템 서브시스템 또는 모듈을 고장 날 때까지 시험하고 고장모드를 결정해서 이를

제거하기 위한 시도를 하거나 적어도 고장발생을 줄일 수 있는 시도를 하여 설계나

엔지니어링 개선을 이룬다 만약 이러한 과정이 계속되고 설계나 엔지니어링 변경

이 충분히 이루지면 시스템의 신뢰성은 증가한다 개발프로그램이 운영되는 동안

신뢰성 수준의 변화를 추적할 수 있다면 개발책임자로서는 여러 가지 이점이 있다

즉 목표하는 신뢰성 수준을 달성하기 위하여 충분한 비율로 성장하고 있는지의 여

부를 가능한 빠른 시간 내에 판단할 수 있고 그에 따라 필요한 자원을 적절히 배

분할 수 있다 따라서 개발책임자는 시험데이터로부터 현재 시스템의 신뢰성 수준

성장률의 평가 앞으로 기대되는 달성 가능한 수준을 결정하기를 원한다

신뢰성 성장관리 기술은 제품을 개발하는 데(Reliability growth management)

소요되는 많은 시간과 비용 및 엔지니어링 노력을 절감하면서 개념선택 제품과 공

정의 신뢰성 그리고 비용효율을 달성할 수 있도록 유용한 정보를 제공해 준다 군

사장비 자동차 및 전자 중장비개발 등에 적용된 최근의 신뢰성 성장시험 관리기술

은 각 분야의 경쟁적인 사업 환경 아래에서 제품개발을 효율적으로 조직하여 신뢰

성평가를 시작하고 신뢰성 성장과정을 추적할 수 있도록 해준다 신뢰성성장관리기

술은 제품 및 공정설계 관련사항 및 검증시험 항목들에 대하여 사용 환경에 따른

신뢰성 성장 진행과정을 확인하고 그 결과로부터 성장시험곡선을 개발할 수 있게

한다 또한 설계단계 사이의 여러 가지 관련성을 확인하여 관찰하고 그 정보를 다

른 제품보증분석들과 연결하여 고객 요구사항에 대한 제품의

- 77 -

적합도를 적절히 평가하는 데 도움을 준다

신뢰성성장모델은 가 개발한Crow(1975) AMSAA(Army Materiel Systems

모델이 많이 활용되었으나 이는 시스템 또는 서브시스템에서의Analysis Activity)

성장관리에 유용하고 부품수준에서는 모델을 활용하는 것이 더욱 실용적이 Weibull

다 모델은 목표 Weibull B10 수명에 대하여 초기 시작품 으로부터(Early Prototype)

후기 시작품 까지의 신뢰성 개선을 관리하는데 실용적으로 활용할(Later Prototype)

수 있다

신뢰성 성장시험 프로세스신뢰성 성장시험 프로세스신뢰성 성장시험 프로세스신뢰성 성장시험 프로세스1111

신뢰성 성장은 개발시스템에 대하여 여러 시험단계가 시리즈로 이루어지는 동안

고장모드를 발견하고 이를 개선하는 과정을 거쳐 이TAAF(Test Analyze And Fix)

루어진다 또한 기능시험 환경시험 안전시험의 결과는 신뢰성 향상을 위한 FMEA

등과 연계하여 사용된다 분석결과는 설계변경에 반영되고 최종목표가 달성될 때까

지 개선과 시험이 연속적으로 이루어진다 그림 은 일반적인 신뢰성 성장시험 [ 81]

프로세스를 보여준다 프로그램의 시작시점에 신뢰성 성장에 대한 계획을 수립하여

고객의 기대사항을 만족시킬 수 있는 성능수준에 대한 구체적인 측정치를 제시하

고 이 목적을 달성시킬 수 있는 시험조건을 정한다 시험조건은 특정한 부품이나

시스템에 대하여 고객의 사용방법과 환경에 대한 지식을 기초로 하여야 한다

개발프로젝트가 진행되는 동안 신뢰성 성장시험 프로그램이 개발되고 실행되는

과정에서 설계 및 공정의 관심사항을 확인하기 위해 QFD(Quality function

와 같은 제품보증을 위한 분석방법들이 선행되어 실시되는데 신뢰성deployment)

성장관리와 연계하여 이를 통틀어 통합 신뢰성 성장관리(Integrated reliability

라고 한다 신뢰성 성장관리를 포함한 제품설계평가의 모든growth management)

과정은 제품 공정의 신뢰성 향상에 있어 중요한 역할을 하는 제품보증기능의 한부

분이다

- 78 -

통합 신뢰성 성장시험관리 프로세스는 설계뿐 아니라 공정신뢰성(MIL-HDBK-781)

과 관련된 문제에 대응할 수 있도록 신뢰성 성장시험의 이점을 전적으로 활용할 수

있는 수단을 제공한다

신뢰성 성장관리과정을 개발함으로써 신뢰성 수준은 계속적으로 추적될 수 있고

조치를 취하고 다른 분석결과들과 비교되어 초기 신뢰성 예측을 수립하고 제품설

계에 포함된 확신을 증가시킨 후 검증시험에 들어갈 수 있도록 한다 이러한 신뢰

성 성장관리 프로세스는 제품개발 사이클에 있어서 초기 단계 동안에 신뢰성을 확

립하는 데 도움을 줄 수 있는 장치이다

그림 신뢰성성장시험 프로세스[ 81]

제품개발과정에 적용되는 신뢰성 성장시험관리 프로세스는 다음과 같다

신뢰성 성장시험조건을 결정하고 시험 사이클을 개발한다 ①

신뢰성 성장시험곡선의 사용을 통하여 시험과정을 실행하고 추적한다②

시험결과를 평가하고 다른 선행된 분석연구결과들과 비교한다③

확인된 결함을 제거하기 위해 설계변경을 실시한다④

- 79 -

설계검증시험을 준비한다⑤

신뢰성 성장시험의 주된 목적은 설계상의 약점을 확인하고 제거함으로써 설계의

신뢰성을 증가시키는 것이다 정확하게 신뢰성 수준이 변화되는 진행상황을 추적하

기 위해서는 요구사항에 대한 불합치성 을 확인하고 불합치성이(Nonconformance)

일어난 시간을 모두 추적하여야 한다 시험을 시작하기 전에 적절한 시정조치를 용

이하게 하기 위해 사전계획이 수립되어야 하며 고장분포를 결정하기 전에 각각의

고장부품에 대한 고장원인을 분리할 수 있어야 한다

부품의 개발과정에서 몇 개의 표본에 대한 고장시간 데이터가 있을 때 Weibull

분포를 활용한 신뢰성 성장분석에 대하여 설명하면 다음과 같다

가 분석의 개요가 분석의 개요가 분석의 개요가 분석의 개요

밀도함수는 그림 와 같이 특성 수명과 기울기로 고장시간Weibull [ 82] (Cycle

을 설명한다 작은 표본에 대한 고장시간 데이터가 주어졌을 때 분석Km) Weibull

을 사용하여 세 가지의 정보를 얻을 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ특정 시간이 주어졌을 때 등 부품의 신뢰도는 그 시간까지 살아 있(Cycle Km )

을 백분율이다

ㆍㆍㆍㆍ 또는 다른( 수명을 추정할 수 있다) 수명은 부품들 중 가 고장10

날 것이라고 기대되는 시간이다 즉 이 시간에서의 신뢰도는 이다 90

ㆍㆍㆍㆍ 기울기의 값은 고장률 패턴에 대한 정보를 제공해준다 기울기가Weibull 10

이라면 고장률이 일정하다는 것을 의미한다 이 경우 고장은 일반적으로 우연히

일어나며 고장률은 설계의 강건 정도에 따라 달라진다 기울기가 보다 작다면 1

고장률은 감소하고 있음을 의미한다

- 80 -

즉 높은 초기 고장률 을 말한다 기울기가 보다 크면 고장률은 증 (Infant mortality) 1

가하고 이는 마모 되고 있음을 의미한다(Wear-out)

그림 에 의한 부품의 신뢰성성장분석[ 82] Weibull 수명 비교

가장 많이 활용되는 측도는 수명이며 이것은 요구되는 목표 신뢰도가 임 90

을 의미한다 첫 번째 프로토타입이 고장 난다면 신뢰성 목표 달성을 위해 설계 변

경을 행하고 다음 프로토타입을 시험한다 이 과정은 목표 수명이 달성될 때까

지 반복한다

나 의이점나 의이점나 의이점나 의이점WeibullWeibullWeibullWeibull

부품의 개발과정에서 작은 표본에 대한 고장시간 자료가 주어졌을 때 Weibull

분석을 활용하여 신뢰성성장관리를 행하면 다음의 정보를 얻을 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ신뢰성 개선은 목표 수명이 달성될 때까지 하나의 프로토타입에

- 81 -

서 다음 프로토타입까지 추적할 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ신뢰성 개선은 시험한 프로토타입에 대해 타점으로 표현되고 빠르Weibull

게 방향을 파악하여 신뢰성 진전과정에 대한 양적 측면의 관리능력 향상을 그

래프로 확인할 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ컴포넌트를 고장 날 때까지 시험하는 것은 고장모드에 대한 아주 귀중한 정

보를 제공하고 따라서 시정조치 활동이 필요하다

ㆍㆍㆍㆍ많은 표본이 더 좋은 신뢰도를 얻을 수 있지만 분석은 많은 표본을Weibull

필요로 하지 않는다

ㆍㆍㆍㆍ고객의 운영 사용 사이클과 시험 모수의 관계가 알려져 있다면 더 빠르고( )

더 적은 비용으로 가속시험을 할 수도 있다

다 기본가정및제한다 기본가정및제한다 기본가정및제한다 기본가정및제한

ㆍㆍㆍㆍ각 분석에서 오직 하나의 고장모드만 포함되어야 한다 두 개나 그 이상의

고장 모드가 검출된다면 각각에 대해 분리하여 분석해야 한다

ㆍㆍㆍㆍ신뢰도는 시험 제한 한계 로 인해 년 마일까지 확장하여 외삽하면 안( ) 10 150K

된다 왜냐하면 시험 제한 한계 로 인해 다른 고장모드가 발생할 것인지 알 수 ( )

없기 때문이다

ㆍㆍㆍㆍ하나의 프로토타입에서 다음 프로토타입까지 기울기가 변하는 데는 특별히

주의를 하여야 한다 왜냐하면 초기 후기 수명에서 더 높은 신뢰도와 후기 초 ( ) (

기 수명에서 더 낮은 신뢰도의 할 수 도 있기 때문이다) trade-off

라 적용시기라 적용시기라 적용시기라 적용시기

ㆍㆍㆍㆍ수명의 비교는 엔지니어링 사양 이 특정한(Specification) 을 요구할 경

우 사용된다

ㆍㆍㆍㆍ이러한 접근방법은 고장시간 등 에 대하여 동일한 부품의(Cycle Km )

- 82 -

다른 시점에서의 프로토타입을 비교할 때 사용한다

ㆍㆍㆍㆍ신뢰성 목표가 달성될 때까지 계속한다

마 입력자료마 입력자료마 입력자료마 입력자료

ㆍㆍㆍㆍ프로토타입 의 몇 개 표본의 고장시간 등1 (Cycle Km )

ㆍㆍㆍㆍ프로토타입 의 몇 개 표본의 고장시간 등2 (Cycle Km )

⦙

ㆍㆍㆍㆍ마지막 프로토타입의 몇 개 표본의 고장시간 등(Cycle Km )

분석프로세스는 그림 과 같다[ 83]

프로세스프로세스프로세스프로세스 일반적 단계일반적 단계일반적 단계일반적 단계

Ⅰ 요구

또는 수명 결정

프로그램 신뢰성 목표 사용

고객의 운영 사용 프로파일 사용( )

시험 프로그램 적정시간 사용

Ⅱ 시험 프로그램 자료정보

확인과 데이터 수집초기 부품의 프로토타입

후기 부품의 프로토타입

Ⅲ 다른 프로토타입에 대한

누적고장 시간 또는 vs

거리 계산 및 타점

분석이 가능한 사용Weibull SW

가능한 가속수명시험 사용

Ⅳ 프로젝트 검토 시

현재 신뢰성 수준신뢰성 목표 적합성 결정

초기 경고 관련 정보 제공

개선을 위한 계획 정보 제공

그림 프로세스별 단계[ 83]

- 83 -

제 절 신뢰성성장 데이터분석제 절 신뢰성성장 데이터분석제 절 신뢰성성장 데이터분석제 절 신뢰성성장 데이터분석2222

초기 프로토타입 으로 부터 개의 표본을 정상하중 으(Prototype1) 6 (Nominal load)

로 고장 날 때까지 시험하고 고장모드를 기록하였다 여러 개선작업을 거친 후 후

기 프로토타입 으로부터 개의 표본을 고장 날 때까지 시험하고 고장모(Prototype2) 6

드를 기록하였다 시험 데이터는 표 에 주어져 있다 [ 81]

에 고장데이터를 입력하고 각 프로토타입 단계별로 용지에 결과MINITAB Weibull

를 타점한 결과 그림 와 같은 성장곡선이 생성되었다 [ 84] Weibull

정상하중 에서 의 평균수명 추정치는 이(Nominal load) Prototype1 127366Cycle

고 의 평균수명 추정치는 로서 의 개선을 이루었 Prototype2 176882 Cycle 389

음을 알 수 있었다 수명은 은 이었으나Prototype1 112668 Cycle Prototype2

의 수명은 로서 상당한 개선이 이루어졌음을 볼 수 있다168620 Cycle 수

명에 대한 신뢰하한은 로 추정되었다 따라서 정상부하에 의한95 162926 Cycle

시험데이터분석 결과 개선활동 재료배합개선 형상설계개선 공정개선 에 의하여 ( )

내구성 목표가 달성되었음을 알 수 있다

그림 는 에서의 신뢰구간을 보여주고 있다[ 85] Nominal load 90

최대하중 에서는 표 의 데이터 입력결과 그림 의 그래프를(Max load) [ 82] [ 86]

생성하였다 그래프로 부터 추정된 의 Prototype1 수명은 이고16362Cycle

의Prototype2 수명은 이다21850 Cycle 수명에 대한 신뢰하한추정치95

는 으로부터 로 계산된다MINITAB 20983 Cycle

의 수명과 의 수명이 다른 것은 개선 활동의 결과이Prototype1 Prototype2

- 84 -

며 에서 개선목표가 달성되었음을 알 수 있다 Prototype2

표 하중 고장시간[ 81] Nominal (Cycle)

Weibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth Curve

(Nominal Load)(Nominal Load)(Nominal Load)(Nominal Load)

그림 성장곡선[ 84] Weibull (Nominal load data)

- 85 -

Weibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth Curve

(Nominal Load-90 Cl)(Nominal Load-90 Cl)(Nominal Load-90 Cl)(Nominal Load-90 Cl)

그림 신뢰구간[ 85] Nominal Load90

- 86 -

표 하중 고장시간[ 82] Max (Cycle)

Weibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth Curve

(MaxLoad)(MaxLoad)(MaxLoad)(MaxLoad)

그림 성장곡선[ 86] Weibull (Max load data)

- 87 -

제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론9999

본 연구는 자동차현가장치인 고무부싱 의 신뢰성향상을 위한 기(Rubber bushing)

술개발과제이다 에나 인더스트리는 수출전문기업으로서 주요 경쟁사에 비해 고성

능 고내구성의 제품을 짧은 기간 내에 개발할 수 있는 능력을 갖추어야 해외 시장

에서 경쟁력을 가질 수 있다

본 연구개발에서는 수요기업에서 요구하는 GMUTS(General Motors Uniform

의 사양에 따른 시험을 실행하여 내구성을 목표 사이클 이상으Test Specification)

로 개선하고 정특성과 동특성 비틀림 토크를 개선항목으로 선정하여 제품의 품질

및 신뢰성 향상을 진행하였다

수요기업의 요구 수준에 의하면 내구성은 와 Tension Compress Alternating

가 동시에 일 때 일 때Torsion Stress Maximum Load 20000 Cycle Normal Load

을 요구한다 본 프로젝트의 경우 해외의 부품메이커들에 대한 경쟁150000 Cycle

력 우위를 확보하기 위하여 기본 요구 수준을 넘어 향상된 제품신뢰성을5~10

확보를 목표로 하였다 내구성 정특성 및 동특성에 대한 시험은 직접 행하였고 비

틀림토크에 대한 부분은 추가적인 시험장치가 필요하여 수요기업의 실험실에 샘플

을 제출하여 요구수준을 검증받았다

본 연구개발의 성과를 요약하면 다음과 같다

우선 기술적 효과로는

설계기술의 확보(1)

재료배합설계 형상설계 공정설계에 대한 기술을 확보하여 내구성을 비롯한 품

질특성을 향상시킬 수 있었다 종래에는 설계 개발 생산프로세스에서 경험적 방법

에 의존하여 시행착오가 많았으나 본 연구를 통하여 과학적이고 체계적인 방법으

로 접근할 수 있는 기술이 확보되었다

설계 요소의 기술적 배치를 위한 실험계획법의 활용기술 확보(2)

- 88 -

종전에는 고무 배합설계 형상설계 공정설계에 대하여 설계요인 별 수 (Facter)

준 을 무작위로 추출하여 실험하였으나 본 실험계획의 과정을 따르면 요인들(Level)

이 계획적으로 반영되어 품질특성에 각각 어느 정도의 영향을 미치는지 분석이 가

능하게 된다 또한 다구찌에 의한 강건 설계의 생성으로 산포를 줄일 수 있다

잠재적 고장원인 분석방법 기술 확보(3)

제품기능에 대한 잠재적 고장모드의 예측과 시험항목을 판단하고 최종적으로는 설

계검증 과 공정검증 의 세부항목과 효과적(Design verification) (Process verification)

으로 연계가 가능하다

신뢰성 데이터분석기술 확보(4)

부품의 개발과정에서 몇 개의 표본에 대한 고장시간 데이터가 있을 때 Weibull

분포를 활용한 신뢰성 성장분석이 가능하게 되었다 개발프로그램이 운영되는 동안

신뢰성 수준의 변화를 추적할 수 있어 목표하는 신뢰성 수준을 달성하기 위하여 충

분한 비율로 성장하고 있는지의 여부를 가능한 빠른 시간 내에 판단할 수 있고 그

에 따라 필요한 자원을 적절히 배분할 수 있다 따라서 개발책임자는 시험데이터로

부터 현재 시스템의 신뢰성 수준 성장률의 평가 앞으로 기대되는 달성 가능한 수

준에 대한 결정이 가능하다

경제적 측면의 효과로는

제품에 대한 내구성 및 동특성 정특성에 대하여 요구사양 이상으로 특성관리(1)

를 행할 수 있어 해외 부품메이커들에 대한 경쟁력 우위로 수출력을 향상할 수 있

게 되었다

개발기간을 단축할 수 있게 되어 개발비의 절감을 가져올 수 있게 되었다(2)

재료배합 형상설계 및 공정설계에 대한 기술개발의 표준 정립으로 개발 기간의 단

축이 가능하게 되었다

본 과제 결과를 활용하여 다른 방진제품에 대한 신뢰성 관리로 수출(3)

- 89 -

시장을 개척하여 신규거래처를 확보할 예정이다 신뢰성 데이터의 관리가 이루어져

제품수명에 대한 설득력 있는 자료의 제시가 가능하게 되었다

향후 연구계획으로는

고무부싱부품의 특성상 내구성만의 개선이 최선이 아니고 정특성과 동특성을 일

정수준으로 동시에 고려하여야 한다 따라서 이 부분에 대한 동시적인 실험설계가

시스템화 되도록 추가적인 연구가 요구된다

- 90 -

참고문헌참고문헌참고문헌참고문헌[ ][ ][ ][ ]

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[8] McLean R A and Anderson V I Extreme Vertices Design of Mixture

Experiments Technometrics Vol8 No3 1966

- 96 -

주 의

이 보고서는 산업자원부에서 시행한 부품소재종합기술지원사업의 최1

종보고서이다

이 신뢰성기반기술확산사업 내용을 대외적으로 발표할 때에는 반드시2

산업자원부에서 시행한 부품소재신뢰성기반기술 사업의 지원결과임을

밝혀야 한다

- 97 -

이 보고서는 산업자원부에서 시행한

부품소재 신뢰성기반기술확산사업의 최종보고서이다

- 38 -

표 데이터분석 결과[ 46] (48Hs Maximum Load)

에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응Dura(max)Dura(max)Dura(max)Dura(max)

반응 최적화 모수반응 최적화 모수반응 최적화 모수반응 최적화 모수

글로벌 솔루션글로벌 솔루션글로벌 솔루션글로벌 솔루션

외Polymer = 09774

- 39 -

Acc1 = 00085

Acc2 = 00022

Sulfur = 00119

예측 반응

Duro(max) = 189171

경도 도 오차범위 도 에 대한 혼합물성분의 한계와 에 의한 실험50 ( plusmn 2 ) MINITAB

점은 표 표 과 같다[ 47] [ 48]

표 혼합물 성분의 한계[ 47] (50Hs)

- 40 -

표 실험계획의 결과[ 48] (50Hs)

경도 도에 대한 혼합물 설계 데이터분석 결과는 표 표 과 같다50 [ 49][ 410] 17

개 실험 점에서의 적합추정치와 신뢰구간은 예측반응에 잘 나타나 있다95

에서는 각 성분에 대한 제한조건을 만족시키면서 내구성을 최대로Nominal Load

하는 처리조건은 외 기타 의 각 성분에 대하여 배합비Polymer Acc1 Acc2 Sulfur

율이 이고 이 처리조건에서 예상되는 내구성은09687 00088 00025 00200

에 도달할 것으로 추정되었다159209 Cycle

에서는 인자의 네 가지 성분의 배합비율이 와 마찬가Maximum Load Nominal Load

지로 이었다 그리고 이 처리조건에서 예상되는 내09687 00088 00025 00200

구성 추정치는 이었다 일 때와 일218572 Cycle Nominal Load Maximum Load

때의 적정배합비율이 다르게 나오는 경우가 있는데 이는 오차범위 경도의 경우( plusmn

도 가 비교적 넓은 고무의 특성에서 비2 )

- 41 -

롯되거나 측정오차에 따른 결과로 추정된다

표 데이터분석 결과[ 49] (50Hs Nominal Load)

에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응Duro(Nor)Duro(Nor)Duro(Nor)Duro(Nor)

반응 최적화 모수반응 최적화 모수반응 최적화 모수반응 최적화 모수

- 42 -

글로벌 솔루션글로벌 솔루션글로벌 솔루션글로벌 솔루션

예측 반응예측 반응예측 반응예측 반응

Duro(Nor) = 159209

표 데이터분석 결과[ 410] (50Hs Maximum Load)

에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응Duro(max)Duro(max)Duro(max)Duro(max)

- 43 -

반응 최적화 모수반응 최적화 모수반응 최적화 모수반응 최적화 모수

글로벌 솔루션글로벌 솔루션글로벌 솔루션글로벌 솔루션

예측 반응예측 반응예측 반응예측 반응

Duro(Max) = 218572

재료배합시험에 있어서 가류시간이 특성 치에 영향을 미치므로 레오그래프

분석에 의해 적정가류시간을 결정한다 레오그래프는 다음의 용도에(Rheograph)

활용된다

고무제품의 가류도 측정①

가류속도 측정②

최적의 가류공정 조건 확립③

가류약품 선정 및 배합 작성Recipe④

고무제품의 품질관리⑤

아래 그림 은 경도 도에 대한 재료의 레오그래프이다 그래프에 나타난 용[ 43] 48

어를 설명하면 다음과 같다

혼합물 의 가 가류되었을 때의 시간을 나타내며 가류시간을tc90- (Compound) 90

결정하는 기준으로 사용된다

스코치시간 을 나타내며 원하지 않는 가교가 일어ts2 - (Scorch time)

- 44 -

나는 시간으로 적절한 가류시간을 찾기 위해 필요한 과정임

고무의 특성을 토르크 값으로 나타낸 값으로 일반적으로 혼합물Tmax- (Torque)

의 경도에 따라 변함

평형 토르크MH- (Equilibrium torque)

최소 토르크ML- (Minimum torque)

본 재료시험에 적용된 가류시간은 의 배 사이에서 적정수준을 결정하tc90 1-15

였다

연구의 결과 카본의 입자가 작을수록 내구성은 향상시키지만 대체로 분산이 잘 되

지 않아 혼합물의 품질이 고르지 못하였다 따라서 카본의 분산도를 평가하여 만족

할 만한 수준이 나오는지 확인하였으며 상대적으로 작은 입자경의 카본을 사용하

여 내구성을 높이려 하였다

그림 경도 도 고무에 대한 레오그래프[ 43] 48

- 45 -

실험의 결과 카본블랙과 레오그래프와의 관계는 그림 와 같이 나타났다 그림[ 44]

에서 보는바와 같이 입자경의 크기가 증가함에 따라 결합력이 약해지므로 토르크

값이 낮아짐을 알 수 있다

그림 각종 카본블랙의 레오그래프[ 44]

- 46 -

본 연구에 적용된 카본 입자경의 크기와 양은 표 과 같다[ 411]

경도변화는 카본입자의 크기와 양에 따라 결정이 되며 레오그래프의 값이 Tmax

이러한 사실을 보여주고 있다

표 레오그래프상의 경도와 카본의 관계[ 411]

레오그래프는 섭씨 도에서 그려짐PHR = Part in Hundred Rubber 160

- 47 -

제 장 형상개선제 장 형상개선제 장 형상개선제 장 형상개선5555

제 절 외철의 스웨징 율 변화에 의한 개선제 절 외철의 스웨징 율 변화에 의한 개선제 절 외철의 스웨징 율 변화에 의한 개선제 절 외철의 스웨징 율 변화에 의한 개선1111

높은 품질의 부싱을 개발하기 위해서는 적절한 재료설계에 의한 경도 및 고무 특

성의 설정이 매우 중요한 요소이지만 고무의 특성 개선에만 의존하는 것은 한계점

이 있다 따라서 제품의 형상변화를 통해 고무의 특성을 극대화함으로써 내구성 및

품질특성을 향상시킬 수 있다

그림 은 부품의 세부형상과 설계도이다[ 51]

그림 세부형상[ 51] DA-2

- 48 -

그림 는 제품의 단면을 보여준다 그림에서 는 다른 모델에 비해 고무[ 52] DA-2

량이 다소 적음을 알 수 있다 형상 변화를 통한 품질특성의 개선을 시도함에 있어

서는 부품에 대한 조립성과 제조성 을 반드시(DFM Design for Manufacturability)

고려하여 형상변화를 꾀하여야 한다 본 제품의 경우 외철 과 내철 (outer pipe)

의 길이는 한정되어 있으며 그 직경의 변화도 허용공차를 미만(Inner pipe) 05 mm

의 수준으로 요구하고 있다

형상변경을 통한 성능향상 방안으로서 외철에 대한 스웨징율 을 변(Swaging rate)

경함으로서 외경크기의 변화를 시도하였으며 또한 내철의 구배각도를 변화시켜 개

선점을 찾으려고 노력하였다

그림 단면[ 52] DA-2

부싱의 경우 일반 적으로 스웨징이라는 공정을 거치게 되는데 이는 공정에서 외

경의 크기 조정을 통하여 성능을 향상 시키는 방법으로서 스웨징율을 조정함으로서

외철의 외경 크기를 허용범위 내어서 변화시키는 것이다 이는 스웨징에 따른 직경

변화에 의해 고무의 조직이 조밀해져 고무 특성을 향상시킬 수 있게된다

그림 은 스웨징의 방향을 나타내며 그림 는 스웨징 전 후의 외철의 크[ 53] [ 54]

기 변화를 보여주고 있다

- 49 -

그림 스웨징 방향[ 53]

그림 스웨징 전후의 외경 크기의 변화 단면[ 54] ( )

제 절 내철의 구배 변화에 의한 개선제 절 내철의 구배 변화에 의한 개선제 절 내철의 구배 변화에 의한 개선제 절 내철의 구배 변화에 의한 개선2222

아래 그림 는 형상 변화를 시도할 수 있는 내철 끝단 부분의 구배를 표시한[ 55]

그림으로서 는 구배각도를 나타낸다a

- 50 -

그림 구배각도[ 55]

그림 은 본 제품의 특성 요구 사항을 그림으로 표시한 것으로 고무부싱은[ 56]

및 의 외력에 대하여 적절하게 대응할 수 있도록 설계되어야 한다 부싱 종류F1 F2

의 경우 일반적으로 고무 제품의 유연함과 동배율 개선을 위하여 저경도의 고무를

적용하는 경우가 많은데 이 경우에는 외력에 대한 특성이 상대적으로 취약하게F1

나타나게 된다 이러한 취약점을 보완하기 위하여 본 연구에서는 그림 과 같 [ 57]

이 제품이 허용하는 범위 내에서 내철의 구배를 변화 시킨 후 실험데이터의 분석을

통해 성능 개선 방안을 찾고자 하였다

그림 부싱의 외력[ 56]

그림 의 의 경우는 구배를 주지 않은 경우이며 의 경우는 구배를 준[ 57] (a) (b)

경우를 표시하고 있다

- 51 -

의 경우 외력에 의하여 발생하는 반발력 은 순수한 고무 특성에 의해서(a) F1 Fr1

만 나타나게 된다 이러한 경우 저경도의 고무을 적용하였을 때 의 크기가 미미 Fr1

하여 적절한 특성을 발휘하지 못하게 된다

의 경우와 같이 내철에 구배를 주게 되면 의 외력에 대하여 구배가 들어간(b) F1

부분 에 의한 반발력 함께 가 생성되어 상대적으로 에 대한 저항력이 커Fr3 Fr2 F1

짐으로써 성능을 향상 시킬 수 있게 된다

그림 구배각도의 적용에 따른 차이 단면[ 57] ( )

그림 구배각도의 적용에 따른 차이 입체[ 58] ( )

- 52 -

제 장 도포공정개선제 장 도포공정개선제 장 도포공정개선제 장 도포공정개선6666

고무부싱의 내구성 향상을 위하여 필수적으로 관리하여야 할 공정이 도포공정이

다 도포공정은 접착의 원리에서부터 접착의 구조 접착의 강도 피착재의 표면처리

법 및 접착제 사용법 등 접착에 관한 전반적인 기술을 공정에 효율적으로 적용하여

야 한다

고무와 금속과의 접착력이란 접착제와 피착제 사이의 계면 결합력을 의미하며 접

착강도는 시험방법 접착방법 시험시의 조건 시편의 기하학 등 여러 인자에 의해

영향을 받는다 접착파괴는 접착제의 가장 약한 곳에서 일어나며 접착강도는 여러

가지 측정법에 따라 고유강도 잔류강도 측정강도 등과 같이 다르게 표현된다 고

무부싱의 접착구조는 그림 과 같다[ 61]

그림 접착의 구조[ 61]

프라이머 는 피착제 표면과의 친화성이나 접착제와의 상용성이 뛰어나야(Primer)

하고 동시에 접착 저해물과의 상용성도 높아야 한다 또 프라이머 중의 유효성분

쪽이 피착제 표면에 흡착되어 있는 저해성분보다 피착제에 의하여 안정하게 흡착되

어 있는 것이 중요하다 따라서 프라이머는

- 53 -

충분한 교반 균일하고 엷은 도포 그리고 완전한 건조가 이루어져야 한다 이러한

도포공정은 피착제의 모앙에 따라 달라진다

열경화성 접착제의 대부분은 유기 중합물과 각종 충진제를 유기용제에 용해 분산

시킨 것으로 사용전이나 사용 중에도 교반기 등으로 균일하게 용해 분산시킨 접착

제를 사용하는 것이 중요하다 따라서 의 도포 공정은 그림 와 같이 교 DA-2 [ 62]

반기를 추가 설치하여 공정 개선을 실시하였다

그림 설치한 교반기[ 62]

또한 피착제의 균일한 도포를 위해 롤타입의 코팅기에 기존 페인트용 롤러에서

그림 에서와 같이 융을 말아 롤러 도포하는 형태로 개선을 실시하여 코팅의[ 415]

두께 정밀도를 향상시켰다

- 54 -

그림 변경된 롤러 모양[ 63]

접착 재료를 프라이머 에서 변경하여 사용함CHEMLOK 220 252 CHEMLOK 205

으로써 접착력을 향상시켰는데 는 금속 및 경길대료의 프라이머로CHEMLOK 205

사용되며 또한 같은 극성고무에 단독으로 접착이 가능하다 NBR

방식의 경우 의 특징을 살펴보면TWO Coat CHEMLOK 205

ㆍㆍㆍㆍ 접착제의 금속 표면에서의 접착강도를 향상시킬 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ 기계적 표면처리 후 활성화된 금속표면을 산화작용으로부터 보호하며 녹방

지 도료적 역할을 한다

ㆍㆍㆍㆍ 크로로프렌이나 에피크로로히드린고무와 같은 가류 중에 염소가스를 발생

시 켜 금속표면을 부식시키기 쉬운 고무배합에 대하여 유효하게 적용된다 프

라 이머는 충분한 교반 균일하고 엷은 도포 그리고 완전한 건조가 이루어져

야 접착성이 뛰어나게 된다

도포공정 개선 전후의 효과는 그림 그림 의 도포두께 비교[ 64]~[ 67] Cpk

를 통해서도 알 수 있다DATA

아래 그림 는 도포공정의 개선전[ 64] 관리도의 그래프를 나타낸

- 55 -

것으로 관리도는 평균치와 범위에 관한 계량형 관리도에서 가장 많이 사용되

는 관리도의 하나이다 관리도는 평균치의 변화를 관리하는 관리도와 산포의

변화를 관리하는 관리도로 구성된다 관리도의 중심선(Central Line) CL=로 나

타내며 관리 상한선 은(Upper Control Limit) UCL= 로 관리하한선인 (Lower

의 경우Control Limit) LCL=

로 구한다

관리도의 관리선의 경우 중심선 관리상한선 UCL= 관리하한선 LCL

의 경우 로 구한다

여기서 등의 계수는 샘플의 크기인 에 따라 결정 되며 일 경우=4

=0729 =0 이다=2282

그림 에서[ 64] 이며=273410 관리도의 로 나타났UCL=307994 LCL=238826

다

관리도의 은CL 이며 이다=4744 UCL=1082581

- 56 -

그림 도포공정 개선전[ 64] 관리도

한편 그림 는 도포공정 개선 전의 경우에 대하여 지정된 규격의 공정능력 [ 65]

지수를 나타낸 것으로서 단기공정능력지수( 와 장기공정능력지수) ( 를 나타낸)

다 단기공정능력지수는 공정능력 ( 과 규격의 폭) ( 과의 비율을 의미하며 일반적)

으로 로 표시한다 규격은 그림 에서처럼 양쪽규격이 모두 주어진 경우 공 [ 65]

정 능력 지수는 다음과 같이 계산할 수 있다

공정 능력

로 나타내고 만약 공정 평균이 규격의 중심으로부터 어느

한쪽으로 치우쳐 있게 되는 경우 치우침도( 와) 를 조합한 단기공정능력지수

( 로 나타낸다 즉)

- 57 -

장기공정능력지수( 의 계산은)

으로서 이다

따라서 그림 에 나타난 것처럼 개선전의 공정능력은[ 65] =17854 =08458

으로서 장기 공정에 대해 만족스럽지 못한 값을 나타내고 있다

그림 도포공정 개선전 공정능력 분석그래프[ 65]

- 58 -

그러나 공정개선후의 관리도인 그림 을 살펴보면[ 66] 이며=28196 관리

도의 이고UCL=300418 LCL=263502 관리도의 은CL 로=2532 UCL=51418

나타난다

그림 도포공정 개선후[ 66] 관리도

- 59 -

개선 후에는 그림 로부터 알 수 있듯이 단기공정능력은[ 67] 으로서=31966

인 장기 공정에 대해 안정적인 것을 확인할 수 있어 도포공정 개선에=23275

대한 효과가 있음을 알 수 있다

그림 정 개선 후 공정능력 분석그래프[ 67]

또한 도포공정의 두께관리를 강화하기 위하여 작업자 교육 및 샘플링 두께 측정

검사를 통해 지속적인 모니터링을 실시하고 공정별 온도관리 및 시간 관리를 통해

작업 환경 유지관리 강화로 변함없는 품질의 제품을 생산하도록 하였다 그림 [

은 롤 코팅 공정이다68] (Roll coating)

- 60 -

그림 롤 코팅 공정[ 68] (Roll coating)

- 61 -

제 장 최적수준 결정을 위한 파라미터 설계제 장 최적수준 결정을 위한 파라미터 설계제 장 최적수준 결정을 위한 파라미터 설계제 장 최적수준 결정을 위한 파라미터 설계7777

제 절 실험계획법에 의한 유의인자 결정제 절 실험계획법에 의한 유의인자 결정제 절 실험계획법에 의한 유의인자 결정제 절 실험계획법에 의한 유의인자 결정1111

재료설계 형상설계 및 공정설계에 대한 최적조건의 결정은 부품의 품질 특성에

대한 사양 을 만족시켜야 할 뿐 아니라 생산부품 간 품질의 산포를(Specification)

최대한 줄여야 한다 의 최적설계를 위해 다구찌 기법 을 적 DA-2 (Taguchi method)

용하였다

다구찌의 강건설계 는 인자 가 품질 특성의 평균에 대해(Robust design) (Factor)

가지는 효과뿐만 아니라 분산에 미치는 효과에 대해서도 초점을 맞추고 있다 분산

을 줄일 수 있는 통제 가능한 인자에 대한 조건을 설정하여 품질특성이 통제 불가

능한 인자의 변화에 대해서는 둔감하도록 할 수 있다 강건설계의 주목적은 품질특

성의 목표값을 유지하면서 분산을 줄이는 인자에 대해 설치값 을 발견하는 (Setting)

데 있다

다구찌 설계에 의한 실험계획법은 특히 확장된 역할로서 다음의 몇 가지를 들 수

있다

ㆍㆍㆍㆍ종래에는 제어 불가능한 환경조건이나 제어하기 어려운 생산조건 공정조건

등의 원인 이를 잡음인자로 통칭 들이 데이터에 주는 영향의 정도를 평가하기 어려( )

웠으나 객관적으로 그리고 계량적으로 이를 평가할 수 있는 방법을 제시하고 있

다 또한 품질 산포의 크기를 계량특성치 손실함수 비 등 로 변환하여 산포를 ( SN )

작게 하는 인자들의 조건을 찾아가는 강건설계를 사용한다

ㆍㆍㆍㆍ직교배열표를 광범위하게 사용하여 인자의 수가 많은 경우에도 크게 실험횟

수를 증가시키지 않고 실험하는 일부 실시법을 사용한다

ㆍㆍㆍㆍ생산라인 내 뿐만 아니라 신제품 개발을 위한 품질설계 파라미터(On-line)

설계 허용오차 설계 등의 라인 외 품질관리를 위하여 유용하게 사용할 (Off-line)

수 있다

ㆍㆍㆍㆍ다구찌 방법에서 추가적으로 다룰 수 있는 주요한 것들로는 직교배열

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표의 확대사용 수준계의 표준 직교배열표 이외에 확대 응용 혼합 직교배열표(2 3

의 사용과 조합법의 사용 계량치 데이터의 파라미터 설계 허용차 설계 그리고)

계수치 데이터의 파라미터 설계 동적 특성의 파라미터 설계 등을 들 수 있다

파라미터 설계 는 제품설계와 공정설계에서 유용하게 사용되는(Parameter design)

다구찌 실험계획법의 핵심이다 파라미터는 제품성능의 특성치에 영향을 주는 제어

가능한 인자 를 의미하며 파라미터 설계는 이들 인자들의 최적(Controllable factor)

수준을 정하여 주는 것을 말한다 파라미터를 설계변수 라고도 부 (Design variable)

르며 파라미터 설계에서는 제품의 품질변동이 잡음에 둔감하면서 목표품질을 가질

수 있도록 설계변수들의 최적조건을 구하여 준다 최적조건을 찾을 때 설계변수와

잡음을 주는 인자들을 포함시켜 실험하는 직교배열표 등을 주로 사용한다 이때 목

표 품질을 만족시키는 범위 내에서 가능한 한 비용이 적게 드는 조건이나 부품 등

을 이용한다

만약 신뢰성에 영향을 주는 제어 가능한 인자 에 대한 파라미터설계 A B C D

를 한다고 하자 는 수준 는 수준의 혼합수준 에 대한 설계 A B 4 C D 2 (Mixed level)

분석을 하려고 한다면 각 요인 변동의 계산을 표 과 같은 [ 71] L16(215형 직교배)

열표 를 사용하면 된다(Orthogonal Design)

에 대한 파라미터 설계조건으로는 내구성이 가장 좋은 최적의 설계 및 공정DA-2

조건을 구하여야 하므로 반응변수가 큰 값일수록 좋은 망대특성(Larger-the-better

에 대한 조건을 구하고 부품의 정특성 및 동특성에 대한 분석은 적characteristics)

정한 상호관계를 고려하여 별도의 실험을 행한다

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표 다구찌 설계의 예[ 71]

- 64 -

제 절 시험데이터의 해석제 절 시험데이터의 해석제 절 시험데이터의 해석제 절 시험데이터의 해석2222

실험조건실험조건실험조건실험조건1111

제품의 신뢰성향상을 위해 지금까지 재료배합의 개선 형상개선 및 공정개선에

대한 각각의 과정을 설명하였으며 본 장에서는 관련된 여러 인자들을 동시에 고려

하여 최상의 품질특성을 나타낼 수 있는 최적인자수준의 결정에 대하여 설명하려고

한다 이는 인자들 간의 상호 작용이 상승 또는 보완작용을 할 수도 있고 반대로

서로 상극임을 나타낼 수 도 있기 때문이다

일반적으로 고무부싱의 개발에 적용되는 인자 는 다음과 같다(Factor)

ㆍㆍㆍㆍ경도 는 수요기업에서 제시하는 사양 에 따라 적정수(Hardness) (Specification)

준의 경도 도 도 도 도 를 적용하였으며 경험적으로 경도의 산포는(43 45 48 50 ) plusmn

정도이다2

ㆍㆍㆍㆍ각 부분의 모양이나 각도에 따라 고무 량에 영향을 미치게 되는 형상설계에

관해서는 내부 파이프 구배각도를(Inner pipe) 15deg~25deg로 하고 외부파이프 (Outer

의 접착부분을 로 하였으며 외경의 크기는pipe) 13mm~15mm

27mm~ 로 유지하였다278mm

ㆍㆍㆍㆍ공정설계는 가류시간을 로 하였다 가류 온도는240sec~600sec 150deg~180

로 하고 주변 온도에 영향을 받으므로 금형 표면온도는 항상 확인하였다 접착제

도포가 내구성에 영향을 주므로 접착제 두께는 으로 하고 접15micron~40micron

착제 배합조건은 로 하였다120cc~128cc

다구찌 설계에 의한 최적수준을 결정하기 위해 다른 인자는 고정시키고 경도 가

류시간 스웨징 인자에 대하여 표 와 같이 실험수준을 정하였다 [ 72]

- 65 -

표 실험인자 별 수준[ 72]

분석결과의 해석분석결과의 해석분석결과의 해석분석결과의 해석2222

실험결과의 해석은 다음과 같다

을 통해 표 의 실험조건을 입력하여 다구찌 설계를 생성한 결과MMITAB [ 72]

표 과 같은 실험조합을 얻었다 표 는 실험조합 별 시험결과 값이다[ 73] [ 74]

에서의 내구성에 대한 다구찌 설계해석의 결과는 표 의 신호 대Nominal load [ 75]

잡음비 비 평균 표준편차에 대한 반응표에 잘 나타나(SN Signal to noise ratio)

있다 그림 그림 은 비 평균 표준편차에 대한 반응 값을 도식한 [ 71]~[ 73] SN

것이다

표 의 신호 대 잡음비의 반응표를 보면 경도는 스웨징이나 가류시간에 비해[ 75]

반응변수 내구성 에 큰 영향을 미치고 있음을 보여준다 평균에 대한 반응표에서도( )

경도는 다른 인자들에 비해 반응변수의 평균에 크게 영향을 미치고 있음을 알 수

있다 표준편차 역시 경도의 수준 변화에 따라 차이가 가장 많음을 보여주고 있다

- 66 -

표 에 의한 다구찌 설계생성[ 73] MINITAB

- 67 -

표 실험조합 별 시험결과 데이터[ 74]

- 68 -

표 비 평균 표준편차에 대한 반응표[ 75] SN

신호 대 잡음 비에 대한 반응 표신호 대 잡음 비에 대한 반응 표신호 대 잡음 비에 대한 반응 표신호 대 잡음 비에 대한 반응 표

망대특성망대특성망대특성망대특성

평균에 대한 반응 표평균에 대한 반응 표평균에 대한 반응 표평균에 대한 반응 표

표준 편차에 대한 반응 표표준 편차에 대한 반응 표표준 편차에 대한 반응 표표준 편차에 대한 반응 표

- 69 -

그림 신호 대 잡음 비의 주효과도[ 71]

그림 인자수준별 평균의 주효과도[ 72]

그림 인자수준별 표준편차의 주효과도[ 73]

- 70 -

표 와 그림 에서 에서의 내구성 예측값을 가장 크게 하[ 75] [ 72] Nominal Load

는 것은 요인 수준의 조합이 일 때이다 품질 향상을 위해서는 정특성 동(4 2 2)

특성 값도 동시에 고려하여야 하므로 조합 조합 조합(4 2 2) (4 3 2) (4 1 2)

에 대한 예측 값을 함께 구하였다

표 은 에서의 내구성 예측값을 표 은 에[ 76] Nominal Load [ 77] Maximum Load

서의 내구성 예측값 표 은 정특성 예측값 표 는 에서의 동특성 예 [ 78] [ 79] 15Hz

측값 그리고 표 은 에서의 동특성 예측값을 보여주고 있다 [ 710] 150Hz Nominal

에서의 내구성 예측값은 조합 조합 조합에서 각Load (4 2 2) (4 3 2) (4 1 2)

각 목표값인 을 상회한 과170000 Cycle 178023 Cycle 174272 Cycle 175830

로서 조합일 때 더 높게 나타났다Cycle (4 2 2)

동배율은 예측 평균값을 기준으로 할 때 동배율은 조합에서는 에 (4 2 2) 15Hz

서 에서 이고 조합에서의110(1187691079) 150Hz 113(1215561079) (432)

동배율은 에서 에서15Hz 106(112856 106938) 150Hz 108(115769106938)

이며 조합에서의 동배율은 에서 에서 (412) 15Hz 108(118194 1094) 150Hz

이었다109(1195691094)

모델의 경우 수요기업에서 동배율 값이 적은 값을 요구하기 때문에DA-2 (kdks)

동배율을 고려하면 의 조합이 더 좋은 품질을 나타낸다고 할 수 있다(4 1 2)

- 71 -

표 에서의 내구성 예측값[ 76] Nominal Load

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 2 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 3 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 1 2

예측 값

신호 대

- 72 -

표 에서의 내구성 예측값[ 77] Maximum Load

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 2 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 3 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 1 2

신호 대

- 73 -

표 정특성 예측값[ 78]

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 2 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 3 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 1 2

신호 대

- 74 -

표 동특성 예측값[ 79] (15Hz)

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 2 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 3 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 1 2

신호 대

- 75 -

표 동특성 예측값[ 710] (150Hz)

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 2 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 3 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 1 2

신호 대

- 76 -

제 장 부품의 신뢰성성장관리제 장 부품의 신뢰성성장관리제 장 부품의 신뢰성성장관리제 장 부품의 신뢰성성장관리8888

제 절 신뢰성성장관리제 절 신뢰성성장관리제 절 신뢰성성장관리제 절 신뢰성성장관리1111

복잡하고 기술적인 제품의 개발 프로그램을 운영하는 데 있어서는 고객이 요구

하는 신뢰성 수준을 만족시키기 위하여 상당한 규모의 시간 예산 기술인력 등의

자원을 필요로 한다 고객들의 신뢰성 요구수준은 매우 높으므로 이러한 목표를 달

성하기 위하여 시험 개선 시험 개선의 개발과정을 반드시 거친다 이 과정에서 시- - -

스템 서브시스템 또는 모듈을 고장 날 때까지 시험하고 고장모드를 결정해서 이를

제거하기 위한 시도를 하거나 적어도 고장발생을 줄일 수 있는 시도를 하여 설계나

엔지니어링 개선을 이룬다 만약 이러한 과정이 계속되고 설계나 엔지니어링 변경

이 충분히 이루지면 시스템의 신뢰성은 증가한다 개발프로그램이 운영되는 동안

신뢰성 수준의 변화를 추적할 수 있다면 개발책임자로서는 여러 가지 이점이 있다

즉 목표하는 신뢰성 수준을 달성하기 위하여 충분한 비율로 성장하고 있는지의 여

부를 가능한 빠른 시간 내에 판단할 수 있고 그에 따라 필요한 자원을 적절히 배

분할 수 있다 따라서 개발책임자는 시험데이터로부터 현재 시스템의 신뢰성 수준

성장률의 평가 앞으로 기대되는 달성 가능한 수준을 결정하기를 원한다

신뢰성 성장관리 기술은 제품을 개발하는 데(Reliability growth management)

소요되는 많은 시간과 비용 및 엔지니어링 노력을 절감하면서 개념선택 제품과 공

정의 신뢰성 그리고 비용효율을 달성할 수 있도록 유용한 정보를 제공해 준다 군

사장비 자동차 및 전자 중장비개발 등에 적용된 최근의 신뢰성 성장시험 관리기술

은 각 분야의 경쟁적인 사업 환경 아래에서 제품개발을 효율적으로 조직하여 신뢰

성평가를 시작하고 신뢰성 성장과정을 추적할 수 있도록 해준다 신뢰성성장관리기

술은 제품 및 공정설계 관련사항 및 검증시험 항목들에 대하여 사용 환경에 따른

신뢰성 성장 진행과정을 확인하고 그 결과로부터 성장시험곡선을 개발할 수 있게

한다 또한 설계단계 사이의 여러 가지 관련성을 확인하여 관찰하고 그 정보를 다

른 제품보증분석들과 연결하여 고객 요구사항에 대한 제품의

- 77 -

적합도를 적절히 평가하는 데 도움을 준다

신뢰성성장모델은 가 개발한Crow(1975) AMSAA(Army Materiel Systems

모델이 많이 활용되었으나 이는 시스템 또는 서브시스템에서의Analysis Activity)

성장관리에 유용하고 부품수준에서는 모델을 활용하는 것이 더욱 실용적이 Weibull

다 모델은 목표 Weibull B10 수명에 대하여 초기 시작품 으로부터(Early Prototype)

후기 시작품 까지의 신뢰성 개선을 관리하는데 실용적으로 활용할(Later Prototype)

수 있다

신뢰성 성장시험 프로세스신뢰성 성장시험 프로세스신뢰성 성장시험 프로세스신뢰성 성장시험 프로세스1111

신뢰성 성장은 개발시스템에 대하여 여러 시험단계가 시리즈로 이루어지는 동안

고장모드를 발견하고 이를 개선하는 과정을 거쳐 이TAAF(Test Analyze And Fix)

루어진다 또한 기능시험 환경시험 안전시험의 결과는 신뢰성 향상을 위한 FMEA

등과 연계하여 사용된다 분석결과는 설계변경에 반영되고 최종목표가 달성될 때까

지 개선과 시험이 연속적으로 이루어진다 그림 은 일반적인 신뢰성 성장시험 [ 81]

프로세스를 보여준다 프로그램의 시작시점에 신뢰성 성장에 대한 계획을 수립하여

고객의 기대사항을 만족시킬 수 있는 성능수준에 대한 구체적인 측정치를 제시하

고 이 목적을 달성시킬 수 있는 시험조건을 정한다 시험조건은 특정한 부품이나

시스템에 대하여 고객의 사용방법과 환경에 대한 지식을 기초로 하여야 한다

개발프로젝트가 진행되는 동안 신뢰성 성장시험 프로그램이 개발되고 실행되는

과정에서 설계 및 공정의 관심사항을 확인하기 위해 QFD(Quality function

와 같은 제품보증을 위한 분석방법들이 선행되어 실시되는데 신뢰성deployment)

성장관리와 연계하여 이를 통틀어 통합 신뢰성 성장관리(Integrated reliability

라고 한다 신뢰성 성장관리를 포함한 제품설계평가의 모든growth management)

과정은 제품 공정의 신뢰성 향상에 있어 중요한 역할을 하는 제품보증기능의 한부

분이다

- 78 -

통합 신뢰성 성장시험관리 프로세스는 설계뿐 아니라 공정신뢰성(MIL-HDBK-781)

과 관련된 문제에 대응할 수 있도록 신뢰성 성장시험의 이점을 전적으로 활용할 수

있는 수단을 제공한다

신뢰성 성장관리과정을 개발함으로써 신뢰성 수준은 계속적으로 추적될 수 있고

조치를 취하고 다른 분석결과들과 비교되어 초기 신뢰성 예측을 수립하고 제품설

계에 포함된 확신을 증가시킨 후 검증시험에 들어갈 수 있도록 한다 이러한 신뢰

성 성장관리 프로세스는 제품개발 사이클에 있어서 초기 단계 동안에 신뢰성을 확

립하는 데 도움을 줄 수 있는 장치이다

그림 신뢰성성장시험 프로세스[ 81]

제품개발과정에 적용되는 신뢰성 성장시험관리 프로세스는 다음과 같다

신뢰성 성장시험조건을 결정하고 시험 사이클을 개발한다 ①

신뢰성 성장시험곡선의 사용을 통하여 시험과정을 실행하고 추적한다②

시험결과를 평가하고 다른 선행된 분석연구결과들과 비교한다③

확인된 결함을 제거하기 위해 설계변경을 실시한다④

- 79 -

설계검증시험을 준비한다⑤

신뢰성 성장시험의 주된 목적은 설계상의 약점을 확인하고 제거함으로써 설계의

신뢰성을 증가시키는 것이다 정확하게 신뢰성 수준이 변화되는 진행상황을 추적하

기 위해서는 요구사항에 대한 불합치성 을 확인하고 불합치성이(Nonconformance)

일어난 시간을 모두 추적하여야 한다 시험을 시작하기 전에 적절한 시정조치를 용

이하게 하기 위해 사전계획이 수립되어야 하며 고장분포를 결정하기 전에 각각의

고장부품에 대한 고장원인을 분리할 수 있어야 한다

부품의 개발과정에서 몇 개의 표본에 대한 고장시간 데이터가 있을 때 Weibull

분포를 활용한 신뢰성 성장분석에 대하여 설명하면 다음과 같다

가 분석의 개요가 분석의 개요가 분석의 개요가 분석의 개요

밀도함수는 그림 와 같이 특성 수명과 기울기로 고장시간Weibull [ 82] (Cycle

을 설명한다 작은 표본에 대한 고장시간 데이터가 주어졌을 때 분석Km) Weibull

을 사용하여 세 가지의 정보를 얻을 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ특정 시간이 주어졌을 때 등 부품의 신뢰도는 그 시간까지 살아 있(Cycle Km )

을 백분율이다

ㆍㆍㆍㆍ 또는 다른( 수명을 추정할 수 있다) 수명은 부품들 중 가 고장10

날 것이라고 기대되는 시간이다 즉 이 시간에서의 신뢰도는 이다 90

ㆍㆍㆍㆍ 기울기의 값은 고장률 패턴에 대한 정보를 제공해준다 기울기가Weibull 10

이라면 고장률이 일정하다는 것을 의미한다 이 경우 고장은 일반적으로 우연히

일어나며 고장률은 설계의 강건 정도에 따라 달라진다 기울기가 보다 작다면 1

고장률은 감소하고 있음을 의미한다

- 80 -

즉 높은 초기 고장률 을 말한다 기울기가 보다 크면 고장률은 증 (Infant mortality) 1

가하고 이는 마모 되고 있음을 의미한다(Wear-out)

그림 에 의한 부품의 신뢰성성장분석[ 82] Weibull 수명 비교

가장 많이 활용되는 측도는 수명이며 이것은 요구되는 목표 신뢰도가 임 90

을 의미한다 첫 번째 프로토타입이 고장 난다면 신뢰성 목표 달성을 위해 설계 변

경을 행하고 다음 프로토타입을 시험한다 이 과정은 목표 수명이 달성될 때까

지 반복한다

나 의이점나 의이점나 의이점나 의이점WeibullWeibullWeibullWeibull

부품의 개발과정에서 작은 표본에 대한 고장시간 자료가 주어졌을 때 Weibull

분석을 활용하여 신뢰성성장관리를 행하면 다음의 정보를 얻을 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ신뢰성 개선은 목표 수명이 달성될 때까지 하나의 프로토타입에

- 81 -

서 다음 프로토타입까지 추적할 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ신뢰성 개선은 시험한 프로토타입에 대해 타점으로 표현되고 빠르Weibull

게 방향을 파악하여 신뢰성 진전과정에 대한 양적 측면의 관리능력 향상을 그

래프로 확인할 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ컴포넌트를 고장 날 때까지 시험하는 것은 고장모드에 대한 아주 귀중한 정

보를 제공하고 따라서 시정조치 활동이 필요하다

ㆍㆍㆍㆍ많은 표본이 더 좋은 신뢰도를 얻을 수 있지만 분석은 많은 표본을Weibull

필요로 하지 않는다

ㆍㆍㆍㆍ고객의 운영 사용 사이클과 시험 모수의 관계가 알려져 있다면 더 빠르고( )

더 적은 비용으로 가속시험을 할 수도 있다

다 기본가정및제한다 기본가정및제한다 기본가정및제한다 기본가정및제한

ㆍㆍㆍㆍ각 분석에서 오직 하나의 고장모드만 포함되어야 한다 두 개나 그 이상의

고장 모드가 검출된다면 각각에 대해 분리하여 분석해야 한다

ㆍㆍㆍㆍ신뢰도는 시험 제한 한계 로 인해 년 마일까지 확장하여 외삽하면 안( ) 10 150K

된다 왜냐하면 시험 제한 한계 로 인해 다른 고장모드가 발생할 것인지 알 수 ( )

없기 때문이다

ㆍㆍㆍㆍ하나의 프로토타입에서 다음 프로토타입까지 기울기가 변하는 데는 특별히

주의를 하여야 한다 왜냐하면 초기 후기 수명에서 더 높은 신뢰도와 후기 초 ( ) (

기 수명에서 더 낮은 신뢰도의 할 수 도 있기 때문이다) trade-off

라 적용시기라 적용시기라 적용시기라 적용시기

ㆍㆍㆍㆍ수명의 비교는 엔지니어링 사양 이 특정한(Specification) 을 요구할 경

우 사용된다

ㆍㆍㆍㆍ이러한 접근방법은 고장시간 등 에 대하여 동일한 부품의(Cycle Km )

- 82 -

다른 시점에서의 프로토타입을 비교할 때 사용한다

ㆍㆍㆍㆍ신뢰성 목표가 달성될 때까지 계속한다

마 입력자료마 입력자료마 입력자료마 입력자료

ㆍㆍㆍㆍ프로토타입 의 몇 개 표본의 고장시간 등1 (Cycle Km )

ㆍㆍㆍㆍ프로토타입 의 몇 개 표본의 고장시간 등2 (Cycle Km )

⦙

ㆍㆍㆍㆍ마지막 프로토타입의 몇 개 표본의 고장시간 등(Cycle Km )

분석프로세스는 그림 과 같다[ 83]

프로세스프로세스프로세스프로세스 일반적 단계일반적 단계일반적 단계일반적 단계

Ⅰ 요구

또는 수명 결정

프로그램 신뢰성 목표 사용

고객의 운영 사용 프로파일 사용( )

시험 프로그램 적정시간 사용

Ⅱ 시험 프로그램 자료정보

확인과 데이터 수집초기 부품의 프로토타입

후기 부품의 프로토타입

Ⅲ 다른 프로토타입에 대한

누적고장 시간 또는 vs

거리 계산 및 타점

분석이 가능한 사용Weibull SW

가능한 가속수명시험 사용

Ⅳ 프로젝트 검토 시

현재 신뢰성 수준신뢰성 목표 적합성 결정

초기 경고 관련 정보 제공

개선을 위한 계획 정보 제공

그림 프로세스별 단계[ 83]

- 83 -

제 절 신뢰성성장 데이터분석제 절 신뢰성성장 데이터분석제 절 신뢰성성장 데이터분석제 절 신뢰성성장 데이터분석2222

초기 프로토타입 으로 부터 개의 표본을 정상하중 으(Prototype1) 6 (Nominal load)

로 고장 날 때까지 시험하고 고장모드를 기록하였다 여러 개선작업을 거친 후 후

기 프로토타입 으로부터 개의 표본을 고장 날 때까지 시험하고 고장모(Prototype2) 6

드를 기록하였다 시험 데이터는 표 에 주어져 있다 [ 81]

에 고장데이터를 입력하고 각 프로토타입 단계별로 용지에 결과MINITAB Weibull

를 타점한 결과 그림 와 같은 성장곡선이 생성되었다 [ 84] Weibull

정상하중 에서 의 평균수명 추정치는 이(Nominal load) Prototype1 127366Cycle

고 의 평균수명 추정치는 로서 의 개선을 이루었 Prototype2 176882 Cycle 389

음을 알 수 있었다 수명은 은 이었으나Prototype1 112668 Cycle Prototype2

의 수명은 로서 상당한 개선이 이루어졌음을 볼 수 있다168620 Cycle 수

명에 대한 신뢰하한은 로 추정되었다 따라서 정상부하에 의한95 162926 Cycle

시험데이터분석 결과 개선활동 재료배합개선 형상설계개선 공정개선 에 의하여 ( )

내구성 목표가 달성되었음을 알 수 있다

그림 는 에서의 신뢰구간을 보여주고 있다[ 85] Nominal load 90

최대하중 에서는 표 의 데이터 입력결과 그림 의 그래프를(Max load) [ 82] [ 86]

생성하였다 그래프로 부터 추정된 의 Prototype1 수명은 이고16362Cycle

의Prototype2 수명은 이다21850 Cycle 수명에 대한 신뢰하한추정치95

는 으로부터 로 계산된다MINITAB 20983 Cycle

의 수명과 의 수명이 다른 것은 개선 활동의 결과이Prototype1 Prototype2

- 84 -

며 에서 개선목표가 달성되었음을 알 수 있다 Prototype2

표 하중 고장시간[ 81] Nominal (Cycle)

Weibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth Curve

(Nominal Load)(Nominal Load)(Nominal Load)(Nominal Load)

그림 성장곡선[ 84] Weibull (Nominal load data)

- 85 -

Weibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth Curve

(Nominal Load-90 Cl)(Nominal Load-90 Cl)(Nominal Load-90 Cl)(Nominal Load-90 Cl)

그림 신뢰구간[ 85] Nominal Load90

- 86 -

표 하중 고장시간[ 82] Max (Cycle)

Weibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth Curve

(MaxLoad)(MaxLoad)(MaxLoad)(MaxLoad)

그림 성장곡선[ 86] Weibull (Max load data)

- 87 -

제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론9999

본 연구는 자동차현가장치인 고무부싱 의 신뢰성향상을 위한 기(Rubber bushing)

술개발과제이다 에나 인더스트리는 수출전문기업으로서 주요 경쟁사에 비해 고성

능 고내구성의 제품을 짧은 기간 내에 개발할 수 있는 능력을 갖추어야 해외 시장

에서 경쟁력을 가질 수 있다

본 연구개발에서는 수요기업에서 요구하는 GMUTS(General Motors Uniform

의 사양에 따른 시험을 실행하여 내구성을 목표 사이클 이상으Test Specification)

로 개선하고 정특성과 동특성 비틀림 토크를 개선항목으로 선정하여 제품의 품질

및 신뢰성 향상을 진행하였다

수요기업의 요구 수준에 의하면 내구성은 와 Tension Compress Alternating

가 동시에 일 때 일 때Torsion Stress Maximum Load 20000 Cycle Normal Load

을 요구한다 본 프로젝트의 경우 해외의 부품메이커들에 대한 경쟁150000 Cycle

력 우위를 확보하기 위하여 기본 요구 수준을 넘어 향상된 제품신뢰성을5~10

확보를 목표로 하였다 내구성 정특성 및 동특성에 대한 시험은 직접 행하였고 비

틀림토크에 대한 부분은 추가적인 시험장치가 필요하여 수요기업의 실험실에 샘플

을 제출하여 요구수준을 검증받았다

본 연구개발의 성과를 요약하면 다음과 같다

우선 기술적 효과로는

설계기술의 확보(1)

재료배합설계 형상설계 공정설계에 대한 기술을 확보하여 내구성을 비롯한 품

질특성을 향상시킬 수 있었다 종래에는 설계 개발 생산프로세스에서 경험적 방법

에 의존하여 시행착오가 많았으나 본 연구를 통하여 과학적이고 체계적인 방법으

로 접근할 수 있는 기술이 확보되었다

설계 요소의 기술적 배치를 위한 실험계획법의 활용기술 확보(2)

- 88 -

종전에는 고무 배합설계 형상설계 공정설계에 대하여 설계요인 별 수 (Facter)

준 을 무작위로 추출하여 실험하였으나 본 실험계획의 과정을 따르면 요인들(Level)

이 계획적으로 반영되어 품질특성에 각각 어느 정도의 영향을 미치는지 분석이 가

능하게 된다 또한 다구찌에 의한 강건 설계의 생성으로 산포를 줄일 수 있다

잠재적 고장원인 분석방법 기술 확보(3)

제품기능에 대한 잠재적 고장모드의 예측과 시험항목을 판단하고 최종적으로는 설

계검증 과 공정검증 의 세부항목과 효과적(Design verification) (Process verification)

으로 연계가 가능하다

신뢰성 데이터분석기술 확보(4)

부품의 개발과정에서 몇 개의 표본에 대한 고장시간 데이터가 있을 때 Weibull

분포를 활용한 신뢰성 성장분석이 가능하게 되었다 개발프로그램이 운영되는 동안

신뢰성 수준의 변화를 추적할 수 있어 목표하는 신뢰성 수준을 달성하기 위하여 충

분한 비율로 성장하고 있는지의 여부를 가능한 빠른 시간 내에 판단할 수 있고 그

에 따라 필요한 자원을 적절히 배분할 수 있다 따라서 개발책임자는 시험데이터로

부터 현재 시스템의 신뢰성 수준 성장률의 평가 앞으로 기대되는 달성 가능한 수

준에 대한 결정이 가능하다

경제적 측면의 효과로는

제품에 대한 내구성 및 동특성 정특성에 대하여 요구사양 이상으로 특성관리(1)

를 행할 수 있어 해외 부품메이커들에 대한 경쟁력 우위로 수출력을 향상할 수 있

게 되었다

개발기간을 단축할 수 있게 되어 개발비의 절감을 가져올 수 있게 되었다(2)

재료배합 형상설계 및 공정설계에 대한 기술개발의 표준 정립으로 개발 기간의 단

축이 가능하게 되었다

본 과제 결과를 활용하여 다른 방진제품에 대한 신뢰성 관리로 수출(3)

- 89 -

시장을 개척하여 신규거래처를 확보할 예정이다 신뢰성 데이터의 관리가 이루어져

제품수명에 대한 설득력 있는 자료의 제시가 가능하게 되었다

향후 연구계획으로는

고무부싱부품의 특성상 내구성만의 개선이 최선이 아니고 정특성과 동특성을 일

정수준으로 동시에 고려하여야 한다 따라서 이 부분에 대한 동시적인 실험설계가

시스템화 되도록 추가적인 연구가 요구된다

- 90 -

참고문헌참고문헌참고문헌참고문헌[ ][ ][ ][ ]

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[8] McLean R A and Anderson V I Extreme Vertices Design of Mixture

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- 96 -

주 의

이 보고서는 산업자원부에서 시행한 부품소재종합기술지원사업의 최1

종보고서이다

이 신뢰성기반기술확산사업 내용을 대외적으로 발표할 때에는 반드시2

산업자원부에서 시행한 부품소재신뢰성기반기술 사업의 지원결과임을

밝혀야 한다

- 97 -

이 보고서는 산업자원부에서 시행한

부품소재 신뢰성기반기술확산사업의 최종보고서이다

- 39 -

Acc1 = 00085

Acc2 = 00022

Sulfur = 00119

예측 반응

Duro(max) = 189171

경도 도 오차범위 도 에 대한 혼합물성분의 한계와 에 의한 실험50 ( plusmn 2 ) MINITAB

점은 표 표 과 같다[ 47] [ 48]

표 혼합물 성분의 한계[ 47] (50Hs)

- 40 -

표 실험계획의 결과[ 48] (50Hs)

경도 도에 대한 혼합물 설계 데이터분석 결과는 표 표 과 같다50 [ 49][ 410] 17

개 실험 점에서의 적합추정치와 신뢰구간은 예측반응에 잘 나타나 있다95

에서는 각 성분에 대한 제한조건을 만족시키면서 내구성을 최대로Nominal Load

하는 처리조건은 외 기타 의 각 성분에 대하여 배합비Polymer Acc1 Acc2 Sulfur

율이 이고 이 처리조건에서 예상되는 내구성은09687 00088 00025 00200

에 도달할 것으로 추정되었다159209 Cycle

에서는 인자의 네 가지 성분의 배합비율이 와 마찬가Maximum Load Nominal Load

지로 이었다 그리고 이 처리조건에서 예상되는 내09687 00088 00025 00200

구성 추정치는 이었다 일 때와 일218572 Cycle Nominal Load Maximum Load

때의 적정배합비율이 다르게 나오는 경우가 있는데 이는 오차범위 경도의 경우( plusmn

도 가 비교적 넓은 고무의 특성에서 비2 )

- 41 -

롯되거나 측정오차에 따른 결과로 추정된다

표 데이터분석 결과[ 49] (50Hs Nominal Load)

에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응Duro(Nor)Duro(Nor)Duro(Nor)Duro(Nor)

반응 최적화 모수반응 최적화 모수반응 최적화 모수반응 최적화 모수

- 42 -

글로벌 솔루션글로벌 솔루션글로벌 솔루션글로벌 솔루션

예측 반응예측 반응예측 반응예측 반응

Duro(Nor) = 159209

표 데이터분석 결과[ 410] (50Hs Maximum Load)

에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응Duro(max)Duro(max)Duro(max)Duro(max)

- 43 -

반응 최적화 모수반응 최적화 모수반응 최적화 모수반응 최적화 모수

글로벌 솔루션글로벌 솔루션글로벌 솔루션글로벌 솔루션

예측 반응예측 반응예측 반응예측 반응

Duro(Max) = 218572

재료배합시험에 있어서 가류시간이 특성 치에 영향을 미치므로 레오그래프

분석에 의해 적정가류시간을 결정한다 레오그래프는 다음의 용도에(Rheograph)

활용된다

고무제품의 가류도 측정①

가류속도 측정②

최적의 가류공정 조건 확립③

가류약품 선정 및 배합 작성Recipe④

고무제품의 품질관리⑤

아래 그림 은 경도 도에 대한 재료의 레오그래프이다 그래프에 나타난 용[ 43] 48

어를 설명하면 다음과 같다

혼합물 의 가 가류되었을 때의 시간을 나타내며 가류시간을tc90- (Compound) 90

결정하는 기준으로 사용된다

스코치시간 을 나타내며 원하지 않는 가교가 일어ts2 - (Scorch time)

- 44 -

나는 시간으로 적절한 가류시간을 찾기 위해 필요한 과정임

고무의 특성을 토르크 값으로 나타낸 값으로 일반적으로 혼합물Tmax- (Torque)

의 경도에 따라 변함

평형 토르크MH- (Equilibrium torque)

최소 토르크ML- (Minimum torque)

본 재료시험에 적용된 가류시간은 의 배 사이에서 적정수준을 결정하tc90 1-15

였다

연구의 결과 카본의 입자가 작을수록 내구성은 향상시키지만 대체로 분산이 잘 되

지 않아 혼합물의 품질이 고르지 못하였다 따라서 카본의 분산도를 평가하여 만족

할 만한 수준이 나오는지 확인하였으며 상대적으로 작은 입자경의 카본을 사용하

여 내구성을 높이려 하였다

그림 경도 도 고무에 대한 레오그래프[ 43] 48

- 45 -

실험의 결과 카본블랙과 레오그래프와의 관계는 그림 와 같이 나타났다 그림[ 44]

에서 보는바와 같이 입자경의 크기가 증가함에 따라 결합력이 약해지므로 토르크

값이 낮아짐을 알 수 있다

그림 각종 카본블랙의 레오그래프[ 44]

- 46 -

본 연구에 적용된 카본 입자경의 크기와 양은 표 과 같다[ 411]

경도변화는 카본입자의 크기와 양에 따라 결정이 되며 레오그래프의 값이 Tmax

이러한 사실을 보여주고 있다

표 레오그래프상의 경도와 카본의 관계[ 411]

레오그래프는 섭씨 도에서 그려짐PHR = Part in Hundred Rubber 160

- 47 -

제 장 형상개선제 장 형상개선제 장 형상개선제 장 형상개선5555

제 절 외철의 스웨징 율 변화에 의한 개선제 절 외철의 스웨징 율 변화에 의한 개선제 절 외철의 스웨징 율 변화에 의한 개선제 절 외철의 스웨징 율 변화에 의한 개선1111

높은 품질의 부싱을 개발하기 위해서는 적절한 재료설계에 의한 경도 및 고무 특

성의 설정이 매우 중요한 요소이지만 고무의 특성 개선에만 의존하는 것은 한계점

이 있다 따라서 제품의 형상변화를 통해 고무의 특성을 극대화함으로써 내구성 및

품질특성을 향상시킬 수 있다

그림 은 부품의 세부형상과 설계도이다[ 51]

그림 세부형상[ 51] DA-2

- 48 -

그림 는 제품의 단면을 보여준다 그림에서 는 다른 모델에 비해 고무[ 52] DA-2

량이 다소 적음을 알 수 있다 형상 변화를 통한 품질특성의 개선을 시도함에 있어

서는 부품에 대한 조립성과 제조성 을 반드시(DFM Design for Manufacturability)

고려하여 형상변화를 꾀하여야 한다 본 제품의 경우 외철 과 내철 (outer pipe)

의 길이는 한정되어 있으며 그 직경의 변화도 허용공차를 미만(Inner pipe) 05 mm

의 수준으로 요구하고 있다

형상변경을 통한 성능향상 방안으로서 외철에 대한 스웨징율 을 변(Swaging rate)

경함으로서 외경크기의 변화를 시도하였으며 또한 내철의 구배각도를 변화시켜 개

선점을 찾으려고 노력하였다

그림 단면[ 52] DA-2

부싱의 경우 일반 적으로 스웨징이라는 공정을 거치게 되는데 이는 공정에서 외

경의 크기 조정을 통하여 성능을 향상 시키는 방법으로서 스웨징율을 조정함으로서

외철의 외경 크기를 허용범위 내어서 변화시키는 것이다 이는 스웨징에 따른 직경

변화에 의해 고무의 조직이 조밀해져 고무 특성을 향상시킬 수 있게된다

그림 은 스웨징의 방향을 나타내며 그림 는 스웨징 전 후의 외철의 크[ 53] [ 54]

기 변화를 보여주고 있다

- 49 -

그림 스웨징 방향[ 53]

그림 스웨징 전후의 외경 크기의 변화 단면[ 54] ( )

제 절 내철의 구배 변화에 의한 개선제 절 내철의 구배 변화에 의한 개선제 절 내철의 구배 변화에 의한 개선제 절 내철의 구배 변화에 의한 개선2222

아래 그림 는 형상 변화를 시도할 수 있는 내철 끝단 부분의 구배를 표시한[ 55]

그림으로서 는 구배각도를 나타낸다a

- 50 -

그림 구배각도[ 55]

그림 은 본 제품의 특성 요구 사항을 그림으로 표시한 것으로 고무부싱은[ 56]

및 의 외력에 대하여 적절하게 대응할 수 있도록 설계되어야 한다 부싱 종류F1 F2

의 경우 일반적으로 고무 제품의 유연함과 동배율 개선을 위하여 저경도의 고무를

적용하는 경우가 많은데 이 경우에는 외력에 대한 특성이 상대적으로 취약하게F1

나타나게 된다 이러한 취약점을 보완하기 위하여 본 연구에서는 그림 과 같 [ 57]

이 제품이 허용하는 범위 내에서 내철의 구배를 변화 시킨 후 실험데이터의 분석을

통해 성능 개선 방안을 찾고자 하였다

그림 부싱의 외력[ 56]

그림 의 의 경우는 구배를 주지 않은 경우이며 의 경우는 구배를 준[ 57] (a) (b)

경우를 표시하고 있다

- 51 -

의 경우 외력에 의하여 발생하는 반발력 은 순수한 고무 특성에 의해서(a) F1 Fr1

만 나타나게 된다 이러한 경우 저경도의 고무을 적용하였을 때 의 크기가 미미 Fr1

하여 적절한 특성을 발휘하지 못하게 된다

의 경우와 같이 내철에 구배를 주게 되면 의 외력에 대하여 구배가 들어간(b) F1

부분 에 의한 반발력 함께 가 생성되어 상대적으로 에 대한 저항력이 커Fr3 Fr2 F1

짐으로써 성능을 향상 시킬 수 있게 된다

그림 구배각도의 적용에 따른 차이 단면[ 57] ( )

그림 구배각도의 적용에 따른 차이 입체[ 58] ( )

- 52 -

제 장 도포공정개선제 장 도포공정개선제 장 도포공정개선제 장 도포공정개선6666

고무부싱의 내구성 향상을 위하여 필수적으로 관리하여야 할 공정이 도포공정이

다 도포공정은 접착의 원리에서부터 접착의 구조 접착의 강도 피착재의 표면처리

법 및 접착제 사용법 등 접착에 관한 전반적인 기술을 공정에 효율적으로 적용하여

야 한다

고무와 금속과의 접착력이란 접착제와 피착제 사이의 계면 결합력을 의미하며 접

착강도는 시험방법 접착방법 시험시의 조건 시편의 기하학 등 여러 인자에 의해

영향을 받는다 접착파괴는 접착제의 가장 약한 곳에서 일어나며 접착강도는 여러

가지 측정법에 따라 고유강도 잔류강도 측정강도 등과 같이 다르게 표현된다 고

무부싱의 접착구조는 그림 과 같다[ 61]

그림 접착의 구조[ 61]

프라이머 는 피착제 표면과의 친화성이나 접착제와의 상용성이 뛰어나야(Primer)

하고 동시에 접착 저해물과의 상용성도 높아야 한다 또 프라이머 중의 유효성분

쪽이 피착제 표면에 흡착되어 있는 저해성분보다 피착제에 의하여 안정하게 흡착되

어 있는 것이 중요하다 따라서 프라이머는

- 53 -

충분한 교반 균일하고 엷은 도포 그리고 완전한 건조가 이루어져야 한다 이러한

도포공정은 피착제의 모앙에 따라 달라진다

열경화성 접착제의 대부분은 유기 중합물과 각종 충진제를 유기용제에 용해 분산

시킨 것으로 사용전이나 사용 중에도 교반기 등으로 균일하게 용해 분산시킨 접착

제를 사용하는 것이 중요하다 따라서 의 도포 공정은 그림 와 같이 교 DA-2 [ 62]

반기를 추가 설치하여 공정 개선을 실시하였다

그림 설치한 교반기[ 62]

또한 피착제의 균일한 도포를 위해 롤타입의 코팅기에 기존 페인트용 롤러에서

그림 에서와 같이 융을 말아 롤러 도포하는 형태로 개선을 실시하여 코팅의[ 415]

두께 정밀도를 향상시켰다

- 54 -

그림 변경된 롤러 모양[ 63]

접착 재료를 프라이머 에서 변경하여 사용함CHEMLOK 220 252 CHEMLOK 205

으로써 접착력을 향상시켰는데 는 금속 및 경길대료의 프라이머로CHEMLOK 205

사용되며 또한 같은 극성고무에 단독으로 접착이 가능하다 NBR

방식의 경우 의 특징을 살펴보면TWO Coat CHEMLOK 205

ㆍㆍㆍㆍ 접착제의 금속 표면에서의 접착강도를 향상시킬 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ 기계적 표면처리 후 활성화된 금속표면을 산화작용으로부터 보호하며 녹방

지 도료적 역할을 한다

ㆍㆍㆍㆍ 크로로프렌이나 에피크로로히드린고무와 같은 가류 중에 염소가스를 발생

시 켜 금속표면을 부식시키기 쉬운 고무배합에 대하여 유효하게 적용된다 프

라 이머는 충분한 교반 균일하고 엷은 도포 그리고 완전한 건조가 이루어져

야 접착성이 뛰어나게 된다

도포공정 개선 전후의 효과는 그림 그림 의 도포두께 비교[ 64]~[ 67] Cpk

를 통해서도 알 수 있다DATA

아래 그림 는 도포공정의 개선전[ 64] 관리도의 그래프를 나타낸

- 55 -

것으로 관리도는 평균치와 범위에 관한 계량형 관리도에서 가장 많이 사용되

는 관리도의 하나이다 관리도는 평균치의 변화를 관리하는 관리도와 산포의

변화를 관리하는 관리도로 구성된다 관리도의 중심선(Central Line) CL=로 나

타내며 관리 상한선 은(Upper Control Limit) UCL= 로 관리하한선인 (Lower

의 경우Control Limit) LCL=

로 구한다

관리도의 관리선의 경우 중심선 관리상한선 UCL= 관리하한선 LCL

의 경우 로 구한다

여기서 등의 계수는 샘플의 크기인 에 따라 결정 되며 일 경우=4

=0729 =0 이다=2282

그림 에서[ 64] 이며=273410 관리도의 로 나타났UCL=307994 LCL=238826

다

관리도의 은CL 이며 이다=4744 UCL=1082581

- 56 -

그림 도포공정 개선전[ 64] 관리도

한편 그림 는 도포공정 개선 전의 경우에 대하여 지정된 규격의 공정능력 [ 65]

지수를 나타낸 것으로서 단기공정능력지수( 와 장기공정능력지수) ( 를 나타낸)

다 단기공정능력지수는 공정능력 ( 과 규격의 폭) ( 과의 비율을 의미하며 일반적)

으로 로 표시한다 규격은 그림 에서처럼 양쪽규격이 모두 주어진 경우 공 [ 65]

정 능력 지수는 다음과 같이 계산할 수 있다

공정 능력

로 나타내고 만약 공정 평균이 규격의 중심으로부터 어느

한쪽으로 치우쳐 있게 되는 경우 치우침도( 와) 를 조합한 단기공정능력지수

( 로 나타낸다 즉)

- 57 -

장기공정능력지수( 의 계산은)

으로서 이다

따라서 그림 에 나타난 것처럼 개선전의 공정능력은[ 65] =17854 =08458

으로서 장기 공정에 대해 만족스럽지 못한 값을 나타내고 있다

그림 도포공정 개선전 공정능력 분석그래프[ 65]

- 58 -

그러나 공정개선후의 관리도인 그림 을 살펴보면[ 66] 이며=28196 관리

도의 이고UCL=300418 LCL=263502 관리도의 은CL 로=2532 UCL=51418

나타난다

그림 도포공정 개선후[ 66] 관리도

- 59 -

개선 후에는 그림 로부터 알 수 있듯이 단기공정능력은[ 67] 으로서=31966

인 장기 공정에 대해 안정적인 것을 확인할 수 있어 도포공정 개선에=23275

대한 효과가 있음을 알 수 있다

그림 정 개선 후 공정능력 분석그래프[ 67]

또한 도포공정의 두께관리를 강화하기 위하여 작업자 교육 및 샘플링 두께 측정

검사를 통해 지속적인 모니터링을 실시하고 공정별 온도관리 및 시간 관리를 통해

작업 환경 유지관리 강화로 변함없는 품질의 제품을 생산하도록 하였다 그림 [

은 롤 코팅 공정이다68] (Roll coating)

- 60 -

그림 롤 코팅 공정[ 68] (Roll coating)

- 61 -

제 장 최적수준 결정을 위한 파라미터 설계제 장 최적수준 결정을 위한 파라미터 설계제 장 최적수준 결정을 위한 파라미터 설계제 장 최적수준 결정을 위한 파라미터 설계7777

제 절 실험계획법에 의한 유의인자 결정제 절 실험계획법에 의한 유의인자 결정제 절 실험계획법에 의한 유의인자 결정제 절 실험계획법에 의한 유의인자 결정1111

재료설계 형상설계 및 공정설계에 대한 최적조건의 결정은 부품의 품질 특성에

대한 사양 을 만족시켜야 할 뿐 아니라 생산부품 간 품질의 산포를(Specification)

최대한 줄여야 한다 의 최적설계를 위해 다구찌 기법 을 적 DA-2 (Taguchi method)

용하였다

다구찌의 강건설계 는 인자 가 품질 특성의 평균에 대해(Robust design) (Factor)

가지는 효과뿐만 아니라 분산에 미치는 효과에 대해서도 초점을 맞추고 있다 분산

을 줄일 수 있는 통제 가능한 인자에 대한 조건을 설정하여 품질특성이 통제 불가

능한 인자의 변화에 대해서는 둔감하도록 할 수 있다 강건설계의 주목적은 품질특

성의 목표값을 유지하면서 분산을 줄이는 인자에 대해 설치값 을 발견하는 (Setting)

데 있다

다구찌 설계에 의한 실험계획법은 특히 확장된 역할로서 다음의 몇 가지를 들 수

있다

ㆍㆍㆍㆍ종래에는 제어 불가능한 환경조건이나 제어하기 어려운 생산조건 공정조건

등의 원인 이를 잡음인자로 통칭 들이 데이터에 주는 영향의 정도를 평가하기 어려( )

웠으나 객관적으로 그리고 계량적으로 이를 평가할 수 있는 방법을 제시하고 있

다 또한 품질 산포의 크기를 계량특성치 손실함수 비 등 로 변환하여 산포를 ( SN )

작게 하는 인자들의 조건을 찾아가는 강건설계를 사용한다

ㆍㆍㆍㆍ직교배열표를 광범위하게 사용하여 인자의 수가 많은 경우에도 크게 실험횟

수를 증가시키지 않고 실험하는 일부 실시법을 사용한다

ㆍㆍㆍㆍ생산라인 내 뿐만 아니라 신제품 개발을 위한 품질설계 파라미터(On-line)

설계 허용오차 설계 등의 라인 외 품질관리를 위하여 유용하게 사용할 (Off-line)

수 있다

ㆍㆍㆍㆍ다구찌 방법에서 추가적으로 다룰 수 있는 주요한 것들로는 직교배열

- 62 -

표의 확대사용 수준계의 표준 직교배열표 이외에 확대 응용 혼합 직교배열표(2 3

의 사용과 조합법의 사용 계량치 데이터의 파라미터 설계 허용차 설계 그리고)

계수치 데이터의 파라미터 설계 동적 특성의 파라미터 설계 등을 들 수 있다

파라미터 설계 는 제품설계와 공정설계에서 유용하게 사용되는(Parameter design)

다구찌 실험계획법의 핵심이다 파라미터는 제품성능의 특성치에 영향을 주는 제어

가능한 인자 를 의미하며 파라미터 설계는 이들 인자들의 최적(Controllable factor)

수준을 정하여 주는 것을 말한다 파라미터를 설계변수 라고도 부 (Design variable)

르며 파라미터 설계에서는 제품의 품질변동이 잡음에 둔감하면서 목표품질을 가질

수 있도록 설계변수들의 최적조건을 구하여 준다 최적조건을 찾을 때 설계변수와

잡음을 주는 인자들을 포함시켜 실험하는 직교배열표 등을 주로 사용한다 이때 목

표 품질을 만족시키는 범위 내에서 가능한 한 비용이 적게 드는 조건이나 부품 등

을 이용한다

만약 신뢰성에 영향을 주는 제어 가능한 인자 에 대한 파라미터설계 A B C D

를 한다고 하자 는 수준 는 수준의 혼합수준 에 대한 설계 A B 4 C D 2 (Mixed level)

분석을 하려고 한다면 각 요인 변동의 계산을 표 과 같은 [ 71] L16(215형 직교배)

열표 를 사용하면 된다(Orthogonal Design)

에 대한 파라미터 설계조건으로는 내구성이 가장 좋은 최적의 설계 및 공정DA-2

조건을 구하여야 하므로 반응변수가 큰 값일수록 좋은 망대특성(Larger-the-better

에 대한 조건을 구하고 부품의 정특성 및 동특성에 대한 분석은 적characteristics)

정한 상호관계를 고려하여 별도의 실험을 행한다

- 63 -

표 다구찌 설계의 예[ 71]

- 64 -

제 절 시험데이터의 해석제 절 시험데이터의 해석제 절 시험데이터의 해석제 절 시험데이터의 해석2222

실험조건실험조건실험조건실험조건1111

제품의 신뢰성향상을 위해 지금까지 재료배합의 개선 형상개선 및 공정개선에

대한 각각의 과정을 설명하였으며 본 장에서는 관련된 여러 인자들을 동시에 고려

하여 최상의 품질특성을 나타낼 수 있는 최적인자수준의 결정에 대하여 설명하려고

한다 이는 인자들 간의 상호 작용이 상승 또는 보완작용을 할 수도 있고 반대로

서로 상극임을 나타낼 수 도 있기 때문이다

일반적으로 고무부싱의 개발에 적용되는 인자 는 다음과 같다(Factor)

ㆍㆍㆍㆍ경도 는 수요기업에서 제시하는 사양 에 따라 적정수(Hardness) (Specification)

준의 경도 도 도 도 도 를 적용하였으며 경험적으로 경도의 산포는(43 45 48 50 ) plusmn

정도이다2

ㆍㆍㆍㆍ각 부분의 모양이나 각도에 따라 고무 량에 영향을 미치게 되는 형상설계에

관해서는 내부 파이프 구배각도를(Inner pipe) 15deg~25deg로 하고 외부파이프 (Outer

의 접착부분을 로 하였으며 외경의 크기는pipe) 13mm~15mm

27mm~ 로 유지하였다278mm

ㆍㆍㆍㆍ공정설계는 가류시간을 로 하였다 가류 온도는240sec~600sec 150deg~180

로 하고 주변 온도에 영향을 받으므로 금형 표면온도는 항상 확인하였다 접착제

도포가 내구성에 영향을 주므로 접착제 두께는 으로 하고 접15micron~40micron

착제 배합조건은 로 하였다120cc~128cc

다구찌 설계에 의한 최적수준을 결정하기 위해 다른 인자는 고정시키고 경도 가

류시간 스웨징 인자에 대하여 표 와 같이 실험수준을 정하였다 [ 72]

- 65 -

표 실험인자 별 수준[ 72]

분석결과의 해석분석결과의 해석분석결과의 해석분석결과의 해석2222

실험결과의 해석은 다음과 같다

을 통해 표 의 실험조건을 입력하여 다구찌 설계를 생성한 결과MMITAB [ 72]

표 과 같은 실험조합을 얻었다 표 는 실험조합 별 시험결과 값이다[ 73] [ 74]

에서의 내구성에 대한 다구찌 설계해석의 결과는 표 의 신호 대Nominal load [ 75]

잡음비 비 평균 표준편차에 대한 반응표에 잘 나타나(SN Signal to noise ratio)

있다 그림 그림 은 비 평균 표준편차에 대한 반응 값을 도식한 [ 71]~[ 73] SN

것이다

표 의 신호 대 잡음비의 반응표를 보면 경도는 스웨징이나 가류시간에 비해[ 75]

반응변수 내구성 에 큰 영향을 미치고 있음을 보여준다 평균에 대한 반응표에서도( )

경도는 다른 인자들에 비해 반응변수의 평균에 크게 영향을 미치고 있음을 알 수

있다 표준편차 역시 경도의 수준 변화에 따라 차이가 가장 많음을 보여주고 있다

- 66 -

표 에 의한 다구찌 설계생성[ 73] MINITAB

- 67 -

표 실험조합 별 시험결과 데이터[ 74]

- 68 -

표 비 평균 표준편차에 대한 반응표[ 75] SN

신호 대 잡음 비에 대한 반응 표신호 대 잡음 비에 대한 반응 표신호 대 잡음 비에 대한 반응 표신호 대 잡음 비에 대한 반응 표

망대특성망대특성망대특성망대특성

평균에 대한 반응 표평균에 대한 반응 표평균에 대한 반응 표평균에 대한 반응 표

표준 편차에 대한 반응 표표준 편차에 대한 반응 표표준 편차에 대한 반응 표표준 편차에 대한 반응 표

- 69 -

그림 신호 대 잡음 비의 주효과도[ 71]

그림 인자수준별 평균의 주효과도[ 72]

그림 인자수준별 표준편차의 주효과도[ 73]

- 70 -

표 와 그림 에서 에서의 내구성 예측값을 가장 크게 하[ 75] [ 72] Nominal Load

는 것은 요인 수준의 조합이 일 때이다 품질 향상을 위해서는 정특성 동(4 2 2)

특성 값도 동시에 고려하여야 하므로 조합 조합 조합(4 2 2) (4 3 2) (4 1 2)

에 대한 예측 값을 함께 구하였다

표 은 에서의 내구성 예측값을 표 은 에[ 76] Nominal Load [ 77] Maximum Load

서의 내구성 예측값 표 은 정특성 예측값 표 는 에서의 동특성 예 [ 78] [ 79] 15Hz

측값 그리고 표 은 에서의 동특성 예측값을 보여주고 있다 [ 710] 150Hz Nominal

에서의 내구성 예측값은 조합 조합 조합에서 각Load (4 2 2) (4 3 2) (4 1 2)

각 목표값인 을 상회한 과170000 Cycle 178023 Cycle 174272 Cycle 175830

로서 조합일 때 더 높게 나타났다Cycle (4 2 2)

동배율은 예측 평균값을 기준으로 할 때 동배율은 조합에서는 에 (4 2 2) 15Hz

서 에서 이고 조합에서의110(1187691079) 150Hz 113(1215561079) (432)

동배율은 에서 에서15Hz 106(112856 106938) 150Hz 108(115769106938)

이며 조합에서의 동배율은 에서 에서 (412) 15Hz 108(118194 1094) 150Hz

이었다109(1195691094)

모델의 경우 수요기업에서 동배율 값이 적은 값을 요구하기 때문에DA-2 (kdks)

동배율을 고려하면 의 조합이 더 좋은 품질을 나타낸다고 할 수 있다(4 1 2)

- 71 -

표 에서의 내구성 예측값[ 76] Nominal Load

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 2 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 3 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 1 2

예측 값

신호 대

- 72 -

표 에서의 내구성 예측값[ 77] Maximum Load

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 2 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 3 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 1 2

신호 대

- 73 -

표 정특성 예측값[ 78]

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 2 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 3 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 1 2

신호 대

- 74 -

표 동특성 예측값[ 79] (15Hz)

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 2 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 3 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 1 2

신호 대

- 75 -

표 동특성 예측값[ 710] (150Hz)

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 2 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 3 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 1 2

신호 대

- 76 -

제 장 부품의 신뢰성성장관리제 장 부품의 신뢰성성장관리제 장 부품의 신뢰성성장관리제 장 부품의 신뢰성성장관리8888

제 절 신뢰성성장관리제 절 신뢰성성장관리제 절 신뢰성성장관리제 절 신뢰성성장관리1111

복잡하고 기술적인 제품의 개발 프로그램을 운영하는 데 있어서는 고객이 요구

하는 신뢰성 수준을 만족시키기 위하여 상당한 규모의 시간 예산 기술인력 등의

자원을 필요로 한다 고객들의 신뢰성 요구수준은 매우 높으므로 이러한 목표를 달

성하기 위하여 시험 개선 시험 개선의 개발과정을 반드시 거친다 이 과정에서 시- - -

스템 서브시스템 또는 모듈을 고장 날 때까지 시험하고 고장모드를 결정해서 이를

제거하기 위한 시도를 하거나 적어도 고장발생을 줄일 수 있는 시도를 하여 설계나

엔지니어링 개선을 이룬다 만약 이러한 과정이 계속되고 설계나 엔지니어링 변경

이 충분히 이루지면 시스템의 신뢰성은 증가한다 개발프로그램이 운영되는 동안

신뢰성 수준의 변화를 추적할 수 있다면 개발책임자로서는 여러 가지 이점이 있다

즉 목표하는 신뢰성 수준을 달성하기 위하여 충분한 비율로 성장하고 있는지의 여

부를 가능한 빠른 시간 내에 판단할 수 있고 그에 따라 필요한 자원을 적절히 배

분할 수 있다 따라서 개발책임자는 시험데이터로부터 현재 시스템의 신뢰성 수준

성장률의 평가 앞으로 기대되는 달성 가능한 수준을 결정하기를 원한다

신뢰성 성장관리 기술은 제품을 개발하는 데(Reliability growth management)

소요되는 많은 시간과 비용 및 엔지니어링 노력을 절감하면서 개념선택 제품과 공

정의 신뢰성 그리고 비용효율을 달성할 수 있도록 유용한 정보를 제공해 준다 군

사장비 자동차 및 전자 중장비개발 등에 적용된 최근의 신뢰성 성장시험 관리기술

은 각 분야의 경쟁적인 사업 환경 아래에서 제품개발을 효율적으로 조직하여 신뢰

성평가를 시작하고 신뢰성 성장과정을 추적할 수 있도록 해준다 신뢰성성장관리기

술은 제품 및 공정설계 관련사항 및 검증시험 항목들에 대하여 사용 환경에 따른

신뢰성 성장 진행과정을 확인하고 그 결과로부터 성장시험곡선을 개발할 수 있게

한다 또한 설계단계 사이의 여러 가지 관련성을 확인하여 관찰하고 그 정보를 다

른 제품보증분석들과 연결하여 고객 요구사항에 대한 제품의

- 77 -

적합도를 적절히 평가하는 데 도움을 준다

신뢰성성장모델은 가 개발한Crow(1975) AMSAA(Army Materiel Systems

모델이 많이 활용되었으나 이는 시스템 또는 서브시스템에서의Analysis Activity)

성장관리에 유용하고 부품수준에서는 모델을 활용하는 것이 더욱 실용적이 Weibull

다 모델은 목표 Weibull B10 수명에 대하여 초기 시작품 으로부터(Early Prototype)

후기 시작품 까지의 신뢰성 개선을 관리하는데 실용적으로 활용할(Later Prototype)

수 있다

신뢰성 성장시험 프로세스신뢰성 성장시험 프로세스신뢰성 성장시험 프로세스신뢰성 성장시험 프로세스1111

신뢰성 성장은 개발시스템에 대하여 여러 시험단계가 시리즈로 이루어지는 동안

고장모드를 발견하고 이를 개선하는 과정을 거쳐 이TAAF(Test Analyze And Fix)

루어진다 또한 기능시험 환경시험 안전시험의 결과는 신뢰성 향상을 위한 FMEA

등과 연계하여 사용된다 분석결과는 설계변경에 반영되고 최종목표가 달성될 때까

지 개선과 시험이 연속적으로 이루어진다 그림 은 일반적인 신뢰성 성장시험 [ 81]

프로세스를 보여준다 프로그램의 시작시점에 신뢰성 성장에 대한 계획을 수립하여

고객의 기대사항을 만족시킬 수 있는 성능수준에 대한 구체적인 측정치를 제시하

고 이 목적을 달성시킬 수 있는 시험조건을 정한다 시험조건은 특정한 부품이나

시스템에 대하여 고객의 사용방법과 환경에 대한 지식을 기초로 하여야 한다

개발프로젝트가 진행되는 동안 신뢰성 성장시험 프로그램이 개발되고 실행되는

과정에서 설계 및 공정의 관심사항을 확인하기 위해 QFD(Quality function

와 같은 제품보증을 위한 분석방법들이 선행되어 실시되는데 신뢰성deployment)

성장관리와 연계하여 이를 통틀어 통합 신뢰성 성장관리(Integrated reliability

라고 한다 신뢰성 성장관리를 포함한 제품설계평가의 모든growth management)

과정은 제품 공정의 신뢰성 향상에 있어 중요한 역할을 하는 제품보증기능의 한부

분이다

- 78 -

통합 신뢰성 성장시험관리 프로세스는 설계뿐 아니라 공정신뢰성(MIL-HDBK-781)

과 관련된 문제에 대응할 수 있도록 신뢰성 성장시험의 이점을 전적으로 활용할 수

있는 수단을 제공한다

신뢰성 성장관리과정을 개발함으로써 신뢰성 수준은 계속적으로 추적될 수 있고

조치를 취하고 다른 분석결과들과 비교되어 초기 신뢰성 예측을 수립하고 제품설

계에 포함된 확신을 증가시킨 후 검증시험에 들어갈 수 있도록 한다 이러한 신뢰

성 성장관리 프로세스는 제품개발 사이클에 있어서 초기 단계 동안에 신뢰성을 확

립하는 데 도움을 줄 수 있는 장치이다

그림 신뢰성성장시험 프로세스[ 81]

제품개발과정에 적용되는 신뢰성 성장시험관리 프로세스는 다음과 같다

신뢰성 성장시험조건을 결정하고 시험 사이클을 개발한다 ①

신뢰성 성장시험곡선의 사용을 통하여 시험과정을 실행하고 추적한다②

시험결과를 평가하고 다른 선행된 분석연구결과들과 비교한다③

확인된 결함을 제거하기 위해 설계변경을 실시한다④

- 79 -

설계검증시험을 준비한다⑤

신뢰성 성장시험의 주된 목적은 설계상의 약점을 확인하고 제거함으로써 설계의

신뢰성을 증가시키는 것이다 정확하게 신뢰성 수준이 변화되는 진행상황을 추적하

기 위해서는 요구사항에 대한 불합치성 을 확인하고 불합치성이(Nonconformance)

일어난 시간을 모두 추적하여야 한다 시험을 시작하기 전에 적절한 시정조치를 용

이하게 하기 위해 사전계획이 수립되어야 하며 고장분포를 결정하기 전에 각각의

고장부품에 대한 고장원인을 분리할 수 있어야 한다

부품의 개발과정에서 몇 개의 표본에 대한 고장시간 데이터가 있을 때 Weibull

분포를 활용한 신뢰성 성장분석에 대하여 설명하면 다음과 같다

가 분석의 개요가 분석의 개요가 분석의 개요가 분석의 개요

밀도함수는 그림 와 같이 특성 수명과 기울기로 고장시간Weibull [ 82] (Cycle

을 설명한다 작은 표본에 대한 고장시간 데이터가 주어졌을 때 분석Km) Weibull

을 사용하여 세 가지의 정보를 얻을 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ특정 시간이 주어졌을 때 등 부품의 신뢰도는 그 시간까지 살아 있(Cycle Km )

을 백분율이다

ㆍㆍㆍㆍ 또는 다른( 수명을 추정할 수 있다) 수명은 부품들 중 가 고장10

날 것이라고 기대되는 시간이다 즉 이 시간에서의 신뢰도는 이다 90

ㆍㆍㆍㆍ 기울기의 값은 고장률 패턴에 대한 정보를 제공해준다 기울기가Weibull 10

이라면 고장률이 일정하다는 것을 의미한다 이 경우 고장은 일반적으로 우연히

일어나며 고장률은 설계의 강건 정도에 따라 달라진다 기울기가 보다 작다면 1

고장률은 감소하고 있음을 의미한다

- 80 -

즉 높은 초기 고장률 을 말한다 기울기가 보다 크면 고장률은 증 (Infant mortality) 1

가하고 이는 마모 되고 있음을 의미한다(Wear-out)

그림 에 의한 부품의 신뢰성성장분석[ 82] Weibull 수명 비교

가장 많이 활용되는 측도는 수명이며 이것은 요구되는 목표 신뢰도가 임 90

을 의미한다 첫 번째 프로토타입이 고장 난다면 신뢰성 목표 달성을 위해 설계 변

경을 행하고 다음 프로토타입을 시험한다 이 과정은 목표 수명이 달성될 때까

지 반복한다

나 의이점나 의이점나 의이점나 의이점WeibullWeibullWeibullWeibull

부품의 개발과정에서 작은 표본에 대한 고장시간 자료가 주어졌을 때 Weibull

분석을 활용하여 신뢰성성장관리를 행하면 다음의 정보를 얻을 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ신뢰성 개선은 목표 수명이 달성될 때까지 하나의 프로토타입에

- 81 -

서 다음 프로토타입까지 추적할 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ신뢰성 개선은 시험한 프로토타입에 대해 타점으로 표현되고 빠르Weibull

게 방향을 파악하여 신뢰성 진전과정에 대한 양적 측면의 관리능력 향상을 그

래프로 확인할 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ컴포넌트를 고장 날 때까지 시험하는 것은 고장모드에 대한 아주 귀중한 정

보를 제공하고 따라서 시정조치 활동이 필요하다

ㆍㆍㆍㆍ많은 표본이 더 좋은 신뢰도를 얻을 수 있지만 분석은 많은 표본을Weibull

필요로 하지 않는다

ㆍㆍㆍㆍ고객의 운영 사용 사이클과 시험 모수의 관계가 알려져 있다면 더 빠르고( )

더 적은 비용으로 가속시험을 할 수도 있다

다 기본가정및제한다 기본가정및제한다 기본가정및제한다 기본가정및제한

ㆍㆍㆍㆍ각 분석에서 오직 하나의 고장모드만 포함되어야 한다 두 개나 그 이상의

고장 모드가 검출된다면 각각에 대해 분리하여 분석해야 한다

ㆍㆍㆍㆍ신뢰도는 시험 제한 한계 로 인해 년 마일까지 확장하여 외삽하면 안( ) 10 150K

된다 왜냐하면 시험 제한 한계 로 인해 다른 고장모드가 발생할 것인지 알 수 ( )

없기 때문이다

ㆍㆍㆍㆍ하나의 프로토타입에서 다음 프로토타입까지 기울기가 변하는 데는 특별히

주의를 하여야 한다 왜냐하면 초기 후기 수명에서 더 높은 신뢰도와 후기 초 ( ) (

기 수명에서 더 낮은 신뢰도의 할 수 도 있기 때문이다) trade-off

라 적용시기라 적용시기라 적용시기라 적용시기

ㆍㆍㆍㆍ수명의 비교는 엔지니어링 사양 이 특정한(Specification) 을 요구할 경

우 사용된다

ㆍㆍㆍㆍ이러한 접근방법은 고장시간 등 에 대하여 동일한 부품의(Cycle Km )

- 82 -

다른 시점에서의 프로토타입을 비교할 때 사용한다

ㆍㆍㆍㆍ신뢰성 목표가 달성될 때까지 계속한다

마 입력자료마 입력자료마 입력자료마 입력자료

ㆍㆍㆍㆍ프로토타입 의 몇 개 표본의 고장시간 등1 (Cycle Km )

ㆍㆍㆍㆍ프로토타입 의 몇 개 표본의 고장시간 등2 (Cycle Km )

⦙

ㆍㆍㆍㆍ마지막 프로토타입의 몇 개 표본의 고장시간 등(Cycle Km )

분석프로세스는 그림 과 같다[ 83]

프로세스프로세스프로세스프로세스 일반적 단계일반적 단계일반적 단계일반적 단계

Ⅰ 요구

또는 수명 결정

프로그램 신뢰성 목표 사용

고객의 운영 사용 프로파일 사용( )

시험 프로그램 적정시간 사용

Ⅱ 시험 프로그램 자료정보

확인과 데이터 수집초기 부품의 프로토타입

후기 부품의 프로토타입

Ⅲ 다른 프로토타입에 대한

누적고장 시간 또는 vs

거리 계산 및 타점

분석이 가능한 사용Weibull SW

가능한 가속수명시험 사용

Ⅳ 프로젝트 검토 시

현재 신뢰성 수준신뢰성 목표 적합성 결정

초기 경고 관련 정보 제공

개선을 위한 계획 정보 제공

그림 프로세스별 단계[ 83]

- 83 -

제 절 신뢰성성장 데이터분석제 절 신뢰성성장 데이터분석제 절 신뢰성성장 데이터분석제 절 신뢰성성장 데이터분석2222

초기 프로토타입 으로 부터 개의 표본을 정상하중 으(Prototype1) 6 (Nominal load)

로 고장 날 때까지 시험하고 고장모드를 기록하였다 여러 개선작업을 거친 후 후

기 프로토타입 으로부터 개의 표본을 고장 날 때까지 시험하고 고장모(Prototype2) 6

드를 기록하였다 시험 데이터는 표 에 주어져 있다 [ 81]

에 고장데이터를 입력하고 각 프로토타입 단계별로 용지에 결과MINITAB Weibull

를 타점한 결과 그림 와 같은 성장곡선이 생성되었다 [ 84] Weibull

정상하중 에서 의 평균수명 추정치는 이(Nominal load) Prototype1 127366Cycle

고 의 평균수명 추정치는 로서 의 개선을 이루었 Prototype2 176882 Cycle 389

음을 알 수 있었다 수명은 은 이었으나Prototype1 112668 Cycle Prototype2

의 수명은 로서 상당한 개선이 이루어졌음을 볼 수 있다168620 Cycle 수

명에 대한 신뢰하한은 로 추정되었다 따라서 정상부하에 의한95 162926 Cycle

시험데이터분석 결과 개선활동 재료배합개선 형상설계개선 공정개선 에 의하여 ( )

내구성 목표가 달성되었음을 알 수 있다

그림 는 에서의 신뢰구간을 보여주고 있다[ 85] Nominal load 90

최대하중 에서는 표 의 데이터 입력결과 그림 의 그래프를(Max load) [ 82] [ 86]

생성하였다 그래프로 부터 추정된 의 Prototype1 수명은 이고16362Cycle

의Prototype2 수명은 이다21850 Cycle 수명에 대한 신뢰하한추정치95

는 으로부터 로 계산된다MINITAB 20983 Cycle

의 수명과 의 수명이 다른 것은 개선 활동의 결과이Prototype1 Prototype2

- 84 -

며 에서 개선목표가 달성되었음을 알 수 있다 Prototype2

표 하중 고장시간[ 81] Nominal (Cycle)

Weibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth Curve

(Nominal Load)(Nominal Load)(Nominal Load)(Nominal Load)

그림 성장곡선[ 84] Weibull (Nominal load data)

- 85 -

Weibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth Curve

(Nominal Load-90 Cl)(Nominal Load-90 Cl)(Nominal Load-90 Cl)(Nominal Load-90 Cl)

그림 신뢰구간[ 85] Nominal Load90

- 86 -

표 하중 고장시간[ 82] Max (Cycle)

Weibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth Curve

(MaxLoad)(MaxLoad)(MaxLoad)(MaxLoad)

그림 성장곡선[ 86] Weibull (Max load data)

- 87 -

제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론9999

본 연구는 자동차현가장치인 고무부싱 의 신뢰성향상을 위한 기(Rubber bushing)

술개발과제이다 에나 인더스트리는 수출전문기업으로서 주요 경쟁사에 비해 고성

능 고내구성의 제품을 짧은 기간 내에 개발할 수 있는 능력을 갖추어야 해외 시장

에서 경쟁력을 가질 수 있다

본 연구개발에서는 수요기업에서 요구하는 GMUTS(General Motors Uniform

의 사양에 따른 시험을 실행하여 내구성을 목표 사이클 이상으Test Specification)

로 개선하고 정특성과 동특성 비틀림 토크를 개선항목으로 선정하여 제품의 품질

및 신뢰성 향상을 진행하였다

수요기업의 요구 수준에 의하면 내구성은 와 Tension Compress Alternating

가 동시에 일 때 일 때Torsion Stress Maximum Load 20000 Cycle Normal Load

을 요구한다 본 프로젝트의 경우 해외의 부품메이커들에 대한 경쟁150000 Cycle

력 우위를 확보하기 위하여 기본 요구 수준을 넘어 향상된 제품신뢰성을5~10

확보를 목표로 하였다 내구성 정특성 및 동특성에 대한 시험은 직접 행하였고 비

틀림토크에 대한 부분은 추가적인 시험장치가 필요하여 수요기업의 실험실에 샘플

을 제출하여 요구수준을 검증받았다

본 연구개발의 성과를 요약하면 다음과 같다

우선 기술적 효과로는

설계기술의 확보(1)

재료배합설계 형상설계 공정설계에 대한 기술을 확보하여 내구성을 비롯한 품

질특성을 향상시킬 수 있었다 종래에는 설계 개발 생산프로세스에서 경험적 방법

에 의존하여 시행착오가 많았으나 본 연구를 통하여 과학적이고 체계적인 방법으

로 접근할 수 있는 기술이 확보되었다

설계 요소의 기술적 배치를 위한 실험계획법의 활용기술 확보(2)

- 88 -

종전에는 고무 배합설계 형상설계 공정설계에 대하여 설계요인 별 수 (Facter)

준 을 무작위로 추출하여 실험하였으나 본 실험계획의 과정을 따르면 요인들(Level)

이 계획적으로 반영되어 품질특성에 각각 어느 정도의 영향을 미치는지 분석이 가

능하게 된다 또한 다구찌에 의한 강건 설계의 생성으로 산포를 줄일 수 있다

잠재적 고장원인 분석방법 기술 확보(3)

제품기능에 대한 잠재적 고장모드의 예측과 시험항목을 판단하고 최종적으로는 설

계검증 과 공정검증 의 세부항목과 효과적(Design verification) (Process verification)

으로 연계가 가능하다

신뢰성 데이터분석기술 확보(4)

부품의 개발과정에서 몇 개의 표본에 대한 고장시간 데이터가 있을 때 Weibull

분포를 활용한 신뢰성 성장분석이 가능하게 되었다 개발프로그램이 운영되는 동안

신뢰성 수준의 변화를 추적할 수 있어 목표하는 신뢰성 수준을 달성하기 위하여 충

분한 비율로 성장하고 있는지의 여부를 가능한 빠른 시간 내에 판단할 수 있고 그

에 따라 필요한 자원을 적절히 배분할 수 있다 따라서 개발책임자는 시험데이터로

부터 현재 시스템의 신뢰성 수준 성장률의 평가 앞으로 기대되는 달성 가능한 수

준에 대한 결정이 가능하다

경제적 측면의 효과로는

제품에 대한 내구성 및 동특성 정특성에 대하여 요구사양 이상으로 특성관리(1)

를 행할 수 있어 해외 부품메이커들에 대한 경쟁력 우위로 수출력을 향상할 수 있

게 되었다

개발기간을 단축할 수 있게 되어 개발비의 절감을 가져올 수 있게 되었다(2)

재료배합 형상설계 및 공정설계에 대한 기술개발의 표준 정립으로 개발 기간의 단

축이 가능하게 되었다

본 과제 결과를 활용하여 다른 방진제품에 대한 신뢰성 관리로 수출(3)

- 89 -

시장을 개척하여 신규거래처를 확보할 예정이다 신뢰성 데이터의 관리가 이루어져

제품수명에 대한 설득력 있는 자료의 제시가 가능하게 되었다

향후 연구계획으로는

고무부싱부품의 특성상 내구성만의 개선이 최선이 아니고 정특성과 동특성을 일

정수준으로 동시에 고려하여야 한다 따라서 이 부분에 대한 동시적인 실험설계가

시스템화 되도록 추가적인 연구가 요구된다

- 90 -

참고문헌참고문헌참고문헌참고문헌[ ][ ][ ][ ]

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[8] McLean R A and Anderson V I Extreme Vertices Design of Mixture

Experiments Technometrics Vol8 No3 1966

- 96 -

주 의

이 보고서는 산업자원부에서 시행한 부품소재종합기술지원사업의 최1

종보고서이다

이 신뢰성기반기술확산사업 내용을 대외적으로 발표할 때에는 반드시2

산업자원부에서 시행한 부품소재신뢰성기반기술 사업의 지원결과임을

밝혀야 한다

- 97 -

이 보고서는 산업자원부에서 시행한

부품소재 신뢰성기반기술확산사업의 최종보고서이다

- 40 -

표 실험계획의 결과[ 48] (50Hs)

경도 도에 대한 혼합물 설계 데이터분석 결과는 표 표 과 같다50 [ 49][ 410] 17

개 실험 점에서의 적합추정치와 신뢰구간은 예측반응에 잘 나타나 있다95

에서는 각 성분에 대한 제한조건을 만족시키면서 내구성을 최대로Nominal Load

하는 처리조건은 외 기타 의 각 성분에 대하여 배합비Polymer Acc1 Acc2 Sulfur

율이 이고 이 처리조건에서 예상되는 내구성은09687 00088 00025 00200

에 도달할 것으로 추정되었다159209 Cycle

에서는 인자의 네 가지 성분의 배합비율이 와 마찬가Maximum Load Nominal Load

지로 이었다 그리고 이 처리조건에서 예상되는 내09687 00088 00025 00200

구성 추정치는 이었다 일 때와 일218572 Cycle Nominal Load Maximum Load

때의 적정배합비율이 다르게 나오는 경우가 있는데 이는 오차범위 경도의 경우( plusmn

도 가 비교적 넓은 고무의 특성에서 비2 )

- 41 -

롯되거나 측정오차에 따른 결과로 추정된다

표 데이터분석 결과[ 49] (50Hs Nominal Load)

에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응Duro(Nor)Duro(Nor)Duro(Nor)Duro(Nor)

반응 최적화 모수반응 최적화 모수반응 최적화 모수반응 최적화 모수

- 42 -

글로벌 솔루션글로벌 솔루션글로벌 솔루션글로벌 솔루션

예측 반응예측 반응예측 반응예측 반응

Duro(Nor) = 159209

표 데이터분석 결과[ 410] (50Hs Maximum Load)

에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응Duro(max)Duro(max)Duro(max)Duro(max)

- 43 -

반응 최적화 모수반응 최적화 모수반응 최적화 모수반응 최적화 모수

글로벌 솔루션글로벌 솔루션글로벌 솔루션글로벌 솔루션

예측 반응예측 반응예측 반응예측 반응

Duro(Max) = 218572

재료배합시험에 있어서 가류시간이 특성 치에 영향을 미치므로 레오그래프

분석에 의해 적정가류시간을 결정한다 레오그래프는 다음의 용도에(Rheograph)

활용된다

고무제품의 가류도 측정①

가류속도 측정②

최적의 가류공정 조건 확립③

가류약품 선정 및 배합 작성Recipe④

고무제품의 품질관리⑤

아래 그림 은 경도 도에 대한 재료의 레오그래프이다 그래프에 나타난 용[ 43] 48

어를 설명하면 다음과 같다

혼합물 의 가 가류되었을 때의 시간을 나타내며 가류시간을tc90- (Compound) 90

결정하는 기준으로 사용된다

스코치시간 을 나타내며 원하지 않는 가교가 일어ts2 - (Scorch time)

- 44 -

나는 시간으로 적절한 가류시간을 찾기 위해 필요한 과정임

고무의 특성을 토르크 값으로 나타낸 값으로 일반적으로 혼합물Tmax- (Torque)

의 경도에 따라 변함

평형 토르크MH- (Equilibrium torque)

최소 토르크ML- (Minimum torque)

본 재료시험에 적용된 가류시간은 의 배 사이에서 적정수준을 결정하tc90 1-15

였다

연구의 결과 카본의 입자가 작을수록 내구성은 향상시키지만 대체로 분산이 잘 되

지 않아 혼합물의 품질이 고르지 못하였다 따라서 카본의 분산도를 평가하여 만족

할 만한 수준이 나오는지 확인하였으며 상대적으로 작은 입자경의 카본을 사용하

여 내구성을 높이려 하였다

그림 경도 도 고무에 대한 레오그래프[ 43] 48

- 45 -

실험의 결과 카본블랙과 레오그래프와의 관계는 그림 와 같이 나타났다 그림[ 44]

에서 보는바와 같이 입자경의 크기가 증가함에 따라 결합력이 약해지므로 토르크

값이 낮아짐을 알 수 있다

그림 각종 카본블랙의 레오그래프[ 44]

- 46 -

본 연구에 적용된 카본 입자경의 크기와 양은 표 과 같다[ 411]

경도변화는 카본입자의 크기와 양에 따라 결정이 되며 레오그래프의 값이 Tmax

이러한 사실을 보여주고 있다

표 레오그래프상의 경도와 카본의 관계[ 411]

레오그래프는 섭씨 도에서 그려짐PHR = Part in Hundred Rubber 160

- 47 -

제 장 형상개선제 장 형상개선제 장 형상개선제 장 형상개선5555

제 절 외철의 스웨징 율 변화에 의한 개선제 절 외철의 스웨징 율 변화에 의한 개선제 절 외철의 스웨징 율 변화에 의한 개선제 절 외철의 스웨징 율 변화에 의한 개선1111

높은 품질의 부싱을 개발하기 위해서는 적절한 재료설계에 의한 경도 및 고무 특

성의 설정이 매우 중요한 요소이지만 고무의 특성 개선에만 의존하는 것은 한계점

이 있다 따라서 제품의 형상변화를 통해 고무의 특성을 극대화함으로써 내구성 및

품질특성을 향상시킬 수 있다

그림 은 부품의 세부형상과 설계도이다[ 51]

그림 세부형상[ 51] DA-2

- 48 -

그림 는 제품의 단면을 보여준다 그림에서 는 다른 모델에 비해 고무[ 52] DA-2

량이 다소 적음을 알 수 있다 형상 변화를 통한 품질특성의 개선을 시도함에 있어

서는 부품에 대한 조립성과 제조성 을 반드시(DFM Design for Manufacturability)

고려하여 형상변화를 꾀하여야 한다 본 제품의 경우 외철 과 내철 (outer pipe)

의 길이는 한정되어 있으며 그 직경의 변화도 허용공차를 미만(Inner pipe) 05 mm

의 수준으로 요구하고 있다

형상변경을 통한 성능향상 방안으로서 외철에 대한 스웨징율 을 변(Swaging rate)

경함으로서 외경크기의 변화를 시도하였으며 또한 내철의 구배각도를 변화시켜 개

선점을 찾으려고 노력하였다

그림 단면[ 52] DA-2

부싱의 경우 일반 적으로 스웨징이라는 공정을 거치게 되는데 이는 공정에서 외

경의 크기 조정을 통하여 성능을 향상 시키는 방법으로서 스웨징율을 조정함으로서

외철의 외경 크기를 허용범위 내어서 변화시키는 것이다 이는 스웨징에 따른 직경

변화에 의해 고무의 조직이 조밀해져 고무 특성을 향상시킬 수 있게된다

그림 은 스웨징의 방향을 나타내며 그림 는 스웨징 전 후의 외철의 크[ 53] [ 54]

기 변화를 보여주고 있다

- 49 -

그림 스웨징 방향[ 53]

그림 스웨징 전후의 외경 크기의 변화 단면[ 54] ( )

제 절 내철의 구배 변화에 의한 개선제 절 내철의 구배 변화에 의한 개선제 절 내철의 구배 변화에 의한 개선제 절 내철의 구배 변화에 의한 개선2222

아래 그림 는 형상 변화를 시도할 수 있는 내철 끝단 부분의 구배를 표시한[ 55]

그림으로서 는 구배각도를 나타낸다a

- 50 -

그림 구배각도[ 55]

그림 은 본 제품의 특성 요구 사항을 그림으로 표시한 것으로 고무부싱은[ 56]

및 의 외력에 대하여 적절하게 대응할 수 있도록 설계되어야 한다 부싱 종류F1 F2

의 경우 일반적으로 고무 제품의 유연함과 동배율 개선을 위하여 저경도의 고무를

적용하는 경우가 많은데 이 경우에는 외력에 대한 특성이 상대적으로 취약하게F1

나타나게 된다 이러한 취약점을 보완하기 위하여 본 연구에서는 그림 과 같 [ 57]

이 제품이 허용하는 범위 내에서 내철의 구배를 변화 시킨 후 실험데이터의 분석을

통해 성능 개선 방안을 찾고자 하였다

그림 부싱의 외력[ 56]

그림 의 의 경우는 구배를 주지 않은 경우이며 의 경우는 구배를 준[ 57] (a) (b)

경우를 표시하고 있다

- 51 -

의 경우 외력에 의하여 발생하는 반발력 은 순수한 고무 특성에 의해서(a) F1 Fr1

만 나타나게 된다 이러한 경우 저경도의 고무을 적용하였을 때 의 크기가 미미 Fr1

하여 적절한 특성을 발휘하지 못하게 된다

의 경우와 같이 내철에 구배를 주게 되면 의 외력에 대하여 구배가 들어간(b) F1

부분 에 의한 반발력 함께 가 생성되어 상대적으로 에 대한 저항력이 커Fr3 Fr2 F1

짐으로써 성능을 향상 시킬 수 있게 된다

그림 구배각도의 적용에 따른 차이 단면[ 57] ( )

그림 구배각도의 적용에 따른 차이 입체[ 58] ( )

- 52 -

제 장 도포공정개선제 장 도포공정개선제 장 도포공정개선제 장 도포공정개선6666

고무부싱의 내구성 향상을 위하여 필수적으로 관리하여야 할 공정이 도포공정이

다 도포공정은 접착의 원리에서부터 접착의 구조 접착의 강도 피착재의 표면처리

법 및 접착제 사용법 등 접착에 관한 전반적인 기술을 공정에 효율적으로 적용하여

야 한다

고무와 금속과의 접착력이란 접착제와 피착제 사이의 계면 결합력을 의미하며 접

착강도는 시험방법 접착방법 시험시의 조건 시편의 기하학 등 여러 인자에 의해

영향을 받는다 접착파괴는 접착제의 가장 약한 곳에서 일어나며 접착강도는 여러

가지 측정법에 따라 고유강도 잔류강도 측정강도 등과 같이 다르게 표현된다 고

무부싱의 접착구조는 그림 과 같다[ 61]

그림 접착의 구조[ 61]

프라이머 는 피착제 표면과의 친화성이나 접착제와의 상용성이 뛰어나야(Primer)

하고 동시에 접착 저해물과의 상용성도 높아야 한다 또 프라이머 중의 유효성분

쪽이 피착제 표면에 흡착되어 있는 저해성분보다 피착제에 의하여 안정하게 흡착되

어 있는 것이 중요하다 따라서 프라이머는

- 53 -

충분한 교반 균일하고 엷은 도포 그리고 완전한 건조가 이루어져야 한다 이러한

도포공정은 피착제의 모앙에 따라 달라진다

열경화성 접착제의 대부분은 유기 중합물과 각종 충진제를 유기용제에 용해 분산

시킨 것으로 사용전이나 사용 중에도 교반기 등으로 균일하게 용해 분산시킨 접착

제를 사용하는 것이 중요하다 따라서 의 도포 공정은 그림 와 같이 교 DA-2 [ 62]

반기를 추가 설치하여 공정 개선을 실시하였다

그림 설치한 교반기[ 62]

또한 피착제의 균일한 도포를 위해 롤타입의 코팅기에 기존 페인트용 롤러에서

그림 에서와 같이 융을 말아 롤러 도포하는 형태로 개선을 실시하여 코팅의[ 415]

두께 정밀도를 향상시켰다

- 54 -

그림 변경된 롤러 모양[ 63]

접착 재료를 프라이머 에서 변경하여 사용함CHEMLOK 220 252 CHEMLOK 205

으로써 접착력을 향상시켰는데 는 금속 및 경길대료의 프라이머로CHEMLOK 205

사용되며 또한 같은 극성고무에 단독으로 접착이 가능하다 NBR

방식의 경우 의 특징을 살펴보면TWO Coat CHEMLOK 205

ㆍㆍㆍㆍ 접착제의 금속 표면에서의 접착강도를 향상시킬 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ 기계적 표면처리 후 활성화된 금속표면을 산화작용으로부터 보호하며 녹방

지 도료적 역할을 한다

ㆍㆍㆍㆍ 크로로프렌이나 에피크로로히드린고무와 같은 가류 중에 염소가스를 발생

시 켜 금속표면을 부식시키기 쉬운 고무배합에 대하여 유효하게 적용된다 프

라 이머는 충분한 교반 균일하고 엷은 도포 그리고 완전한 건조가 이루어져

야 접착성이 뛰어나게 된다

도포공정 개선 전후의 효과는 그림 그림 의 도포두께 비교[ 64]~[ 67] Cpk

를 통해서도 알 수 있다DATA

아래 그림 는 도포공정의 개선전[ 64] 관리도의 그래프를 나타낸

- 55 -

것으로 관리도는 평균치와 범위에 관한 계량형 관리도에서 가장 많이 사용되

는 관리도의 하나이다 관리도는 평균치의 변화를 관리하는 관리도와 산포의

변화를 관리하는 관리도로 구성된다 관리도의 중심선(Central Line) CL=로 나

타내며 관리 상한선 은(Upper Control Limit) UCL= 로 관리하한선인 (Lower

의 경우Control Limit) LCL=

로 구한다

관리도의 관리선의 경우 중심선 관리상한선 UCL= 관리하한선 LCL

의 경우 로 구한다

여기서 등의 계수는 샘플의 크기인 에 따라 결정 되며 일 경우=4

=0729 =0 이다=2282

그림 에서[ 64] 이며=273410 관리도의 로 나타났UCL=307994 LCL=238826

다

관리도의 은CL 이며 이다=4744 UCL=1082581

- 56 -

그림 도포공정 개선전[ 64] 관리도

한편 그림 는 도포공정 개선 전의 경우에 대하여 지정된 규격의 공정능력 [ 65]

지수를 나타낸 것으로서 단기공정능력지수( 와 장기공정능력지수) ( 를 나타낸)

다 단기공정능력지수는 공정능력 ( 과 규격의 폭) ( 과의 비율을 의미하며 일반적)

으로 로 표시한다 규격은 그림 에서처럼 양쪽규격이 모두 주어진 경우 공 [ 65]

정 능력 지수는 다음과 같이 계산할 수 있다

공정 능력

로 나타내고 만약 공정 평균이 규격의 중심으로부터 어느

한쪽으로 치우쳐 있게 되는 경우 치우침도( 와) 를 조합한 단기공정능력지수

( 로 나타낸다 즉)

- 57 -

장기공정능력지수( 의 계산은)

으로서 이다

따라서 그림 에 나타난 것처럼 개선전의 공정능력은[ 65] =17854 =08458

으로서 장기 공정에 대해 만족스럽지 못한 값을 나타내고 있다

그림 도포공정 개선전 공정능력 분석그래프[ 65]

- 58 -

그러나 공정개선후의 관리도인 그림 을 살펴보면[ 66] 이며=28196 관리

도의 이고UCL=300418 LCL=263502 관리도의 은CL 로=2532 UCL=51418

나타난다

그림 도포공정 개선후[ 66] 관리도

- 59 -

개선 후에는 그림 로부터 알 수 있듯이 단기공정능력은[ 67] 으로서=31966

인 장기 공정에 대해 안정적인 것을 확인할 수 있어 도포공정 개선에=23275

대한 효과가 있음을 알 수 있다

그림 정 개선 후 공정능력 분석그래프[ 67]

또한 도포공정의 두께관리를 강화하기 위하여 작업자 교육 및 샘플링 두께 측정

검사를 통해 지속적인 모니터링을 실시하고 공정별 온도관리 및 시간 관리를 통해

작업 환경 유지관리 강화로 변함없는 품질의 제품을 생산하도록 하였다 그림 [

은 롤 코팅 공정이다68] (Roll coating)

- 60 -

그림 롤 코팅 공정[ 68] (Roll coating)

- 61 -

제 장 최적수준 결정을 위한 파라미터 설계제 장 최적수준 결정을 위한 파라미터 설계제 장 최적수준 결정을 위한 파라미터 설계제 장 최적수준 결정을 위한 파라미터 설계7777

제 절 실험계획법에 의한 유의인자 결정제 절 실험계획법에 의한 유의인자 결정제 절 실험계획법에 의한 유의인자 결정제 절 실험계획법에 의한 유의인자 결정1111

재료설계 형상설계 및 공정설계에 대한 최적조건의 결정은 부품의 품질 특성에

대한 사양 을 만족시켜야 할 뿐 아니라 생산부품 간 품질의 산포를(Specification)

최대한 줄여야 한다 의 최적설계를 위해 다구찌 기법 을 적 DA-2 (Taguchi method)

용하였다

다구찌의 강건설계 는 인자 가 품질 특성의 평균에 대해(Robust design) (Factor)

가지는 효과뿐만 아니라 분산에 미치는 효과에 대해서도 초점을 맞추고 있다 분산

을 줄일 수 있는 통제 가능한 인자에 대한 조건을 설정하여 품질특성이 통제 불가

능한 인자의 변화에 대해서는 둔감하도록 할 수 있다 강건설계의 주목적은 품질특

성의 목표값을 유지하면서 분산을 줄이는 인자에 대해 설치값 을 발견하는 (Setting)

데 있다

다구찌 설계에 의한 실험계획법은 특히 확장된 역할로서 다음의 몇 가지를 들 수

있다

ㆍㆍㆍㆍ종래에는 제어 불가능한 환경조건이나 제어하기 어려운 생산조건 공정조건

등의 원인 이를 잡음인자로 통칭 들이 데이터에 주는 영향의 정도를 평가하기 어려( )

웠으나 객관적으로 그리고 계량적으로 이를 평가할 수 있는 방법을 제시하고 있

다 또한 품질 산포의 크기를 계량특성치 손실함수 비 등 로 변환하여 산포를 ( SN )

작게 하는 인자들의 조건을 찾아가는 강건설계를 사용한다

ㆍㆍㆍㆍ직교배열표를 광범위하게 사용하여 인자의 수가 많은 경우에도 크게 실험횟

수를 증가시키지 않고 실험하는 일부 실시법을 사용한다

ㆍㆍㆍㆍ생산라인 내 뿐만 아니라 신제품 개발을 위한 품질설계 파라미터(On-line)

설계 허용오차 설계 등의 라인 외 품질관리를 위하여 유용하게 사용할 (Off-line)

수 있다

ㆍㆍㆍㆍ다구찌 방법에서 추가적으로 다룰 수 있는 주요한 것들로는 직교배열

- 62 -

표의 확대사용 수준계의 표준 직교배열표 이외에 확대 응용 혼합 직교배열표(2 3

의 사용과 조합법의 사용 계량치 데이터의 파라미터 설계 허용차 설계 그리고)

계수치 데이터의 파라미터 설계 동적 특성의 파라미터 설계 등을 들 수 있다

파라미터 설계 는 제품설계와 공정설계에서 유용하게 사용되는(Parameter design)

다구찌 실험계획법의 핵심이다 파라미터는 제품성능의 특성치에 영향을 주는 제어

가능한 인자 를 의미하며 파라미터 설계는 이들 인자들의 최적(Controllable factor)

수준을 정하여 주는 것을 말한다 파라미터를 설계변수 라고도 부 (Design variable)

르며 파라미터 설계에서는 제품의 품질변동이 잡음에 둔감하면서 목표품질을 가질

수 있도록 설계변수들의 최적조건을 구하여 준다 최적조건을 찾을 때 설계변수와

잡음을 주는 인자들을 포함시켜 실험하는 직교배열표 등을 주로 사용한다 이때 목

표 품질을 만족시키는 범위 내에서 가능한 한 비용이 적게 드는 조건이나 부품 등

을 이용한다

만약 신뢰성에 영향을 주는 제어 가능한 인자 에 대한 파라미터설계 A B C D

를 한다고 하자 는 수준 는 수준의 혼합수준 에 대한 설계 A B 4 C D 2 (Mixed level)

분석을 하려고 한다면 각 요인 변동의 계산을 표 과 같은 [ 71] L16(215형 직교배)

열표 를 사용하면 된다(Orthogonal Design)

에 대한 파라미터 설계조건으로는 내구성이 가장 좋은 최적의 설계 및 공정DA-2

조건을 구하여야 하므로 반응변수가 큰 값일수록 좋은 망대특성(Larger-the-better

에 대한 조건을 구하고 부품의 정특성 및 동특성에 대한 분석은 적characteristics)

정한 상호관계를 고려하여 별도의 실험을 행한다

- 63 -

표 다구찌 설계의 예[ 71]

- 64 -

제 절 시험데이터의 해석제 절 시험데이터의 해석제 절 시험데이터의 해석제 절 시험데이터의 해석2222

실험조건실험조건실험조건실험조건1111

제품의 신뢰성향상을 위해 지금까지 재료배합의 개선 형상개선 및 공정개선에

대한 각각의 과정을 설명하였으며 본 장에서는 관련된 여러 인자들을 동시에 고려

하여 최상의 품질특성을 나타낼 수 있는 최적인자수준의 결정에 대하여 설명하려고

한다 이는 인자들 간의 상호 작용이 상승 또는 보완작용을 할 수도 있고 반대로

서로 상극임을 나타낼 수 도 있기 때문이다

일반적으로 고무부싱의 개발에 적용되는 인자 는 다음과 같다(Factor)

ㆍㆍㆍㆍ경도 는 수요기업에서 제시하는 사양 에 따라 적정수(Hardness) (Specification)

준의 경도 도 도 도 도 를 적용하였으며 경험적으로 경도의 산포는(43 45 48 50 ) plusmn

정도이다2

ㆍㆍㆍㆍ각 부분의 모양이나 각도에 따라 고무 량에 영향을 미치게 되는 형상설계에

관해서는 내부 파이프 구배각도를(Inner pipe) 15deg~25deg로 하고 외부파이프 (Outer

의 접착부분을 로 하였으며 외경의 크기는pipe) 13mm~15mm

27mm~ 로 유지하였다278mm

ㆍㆍㆍㆍ공정설계는 가류시간을 로 하였다 가류 온도는240sec~600sec 150deg~180

로 하고 주변 온도에 영향을 받으므로 금형 표면온도는 항상 확인하였다 접착제

도포가 내구성에 영향을 주므로 접착제 두께는 으로 하고 접15micron~40micron

착제 배합조건은 로 하였다120cc~128cc

다구찌 설계에 의한 최적수준을 결정하기 위해 다른 인자는 고정시키고 경도 가

류시간 스웨징 인자에 대하여 표 와 같이 실험수준을 정하였다 [ 72]

- 65 -

표 실험인자 별 수준[ 72]

분석결과의 해석분석결과의 해석분석결과의 해석분석결과의 해석2222

실험결과의 해석은 다음과 같다

을 통해 표 의 실험조건을 입력하여 다구찌 설계를 생성한 결과MMITAB [ 72]

표 과 같은 실험조합을 얻었다 표 는 실험조합 별 시험결과 값이다[ 73] [ 74]

에서의 내구성에 대한 다구찌 설계해석의 결과는 표 의 신호 대Nominal load [ 75]

잡음비 비 평균 표준편차에 대한 반응표에 잘 나타나(SN Signal to noise ratio)

있다 그림 그림 은 비 평균 표준편차에 대한 반응 값을 도식한 [ 71]~[ 73] SN

것이다

표 의 신호 대 잡음비의 반응표를 보면 경도는 스웨징이나 가류시간에 비해[ 75]

반응변수 내구성 에 큰 영향을 미치고 있음을 보여준다 평균에 대한 반응표에서도( )

경도는 다른 인자들에 비해 반응변수의 평균에 크게 영향을 미치고 있음을 알 수

있다 표준편차 역시 경도의 수준 변화에 따라 차이가 가장 많음을 보여주고 있다

- 66 -

표 에 의한 다구찌 설계생성[ 73] MINITAB

- 67 -

표 실험조합 별 시험결과 데이터[ 74]

- 68 -

표 비 평균 표준편차에 대한 반응표[ 75] SN

신호 대 잡음 비에 대한 반응 표신호 대 잡음 비에 대한 반응 표신호 대 잡음 비에 대한 반응 표신호 대 잡음 비에 대한 반응 표

망대특성망대특성망대특성망대특성

평균에 대한 반응 표평균에 대한 반응 표평균에 대한 반응 표평균에 대한 반응 표

표준 편차에 대한 반응 표표준 편차에 대한 반응 표표준 편차에 대한 반응 표표준 편차에 대한 반응 표

- 69 -

그림 신호 대 잡음 비의 주효과도[ 71]

그림 인자수준별 평균의 주효과도[ 72]

그림 인자수준별 표준편차의 주효과도[ 73]

- 70 -

표 와 그림 에서 에서의 내구성 예측값을 가장 크게 하[ 75] [ 72] Nominal Load

는 것은 요인 수준의 조합이 일 때이다 품질 향상을 위해서는 정특성 동(4 2 2)

특성 값도 동시에 고려하여야 하므로 조합 조합 조합(4 2 2) (4 3 2) (4 1 2)

에 대한 예측 값을 함께 구하였다

표 은 에서의 내구성 예측값을 표 은 에[ 76] Nominal Load [ 77] Maximum Load

서의 내구성 예측값 표 은 정특성 예측값 표 는 에서의 동특성 예 [ 78] [ 79] 15Hz

측값 그리고 표 은 에서의 동특성 예측값을 보여주고 있다 [ 710] 150Hz Nominal

에서의 내구성 예측값은 조합 조합 조합에서 각Load (4 2 2) (4 3 2) (4 1 2)

각 목표값인 을 상회한 과170000 Cycle 178023 Cycle 174272 Cycle 175830

로서 조합일 때 더 높게 나타났다Cycle (4 2 2)

동배율은 예측 평균값을 기준으로 할 때 동배율은 조합에서는 에 (4 2 2) 15Hz

서 에서 이고 조합에서의110(1187691079) 150Hz 113(1215561079) (432)

동배율은 에서 에서15Hz 106(112856 106938) 150Hz 108(115769106938)

이며 조합에서의 동배율은 에서 에서 (412) 15Hz 108(118194 1094) 150Hz

이었다109(1195691094)

모델의 경우 수요기업에서 동배율 값이 적은 값을 요구하기 때문에DA-2 (kdks)

동배율을 고려하면 의 조합이 더 좋은 품질을 나타낸다고 할 수 있다(4 1 2)

- 71 -

표 에서의 내구성 예측값[ 76] Nominal Load

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 2 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 3 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 1 2

예측 값

신호 대

- 72 -

표 에서의 내구성 예측값[ 77] Maximum Load

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 2 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 3 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 1 2

신호 대

- 73 -

표 정특성 예측값[ 78]

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 2 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 3 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 1 2

신호 대

- 74 -

표 동특성 예측값[ 79] (15Hz)

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 2 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 3 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 1 2

신호 대

- 75 -

표 동특성 예측값[ 710] (150Hz)

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 2 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 3 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 1 2

신호 대

- 76 -

제 장 부품의 신뢰성성장관리제 장 부품의 신뢰성성장관리제 장 부품의 신뢰성성장관리제 장 부품의 신뢰성성장관리8888

제 절 신뢰성성장관리제 절 신뢰성성장관리제 절 신뢰성성장관리제 절 신뢰성성장관리1111

복잡하고 기술적인 제품의 개발 프로그램을 운영하는 데 있어서는 고객이 요구

하는 신뢰성 수준을 만족시키기 위하여 상당한 규모의 시간 예산 기술인력 등의

자원을 필요로 한다 고객들의 신뢰성 요구수준은 매우 높으므로 이러한 목표를 달

성하기 위하여 시험 개선 시험 개선의 개발과정을 반드시 거친다 이 과정에서 시- - -

스템 서브시스템 또는 모듈을 고장 날 때까지 시험하고 고장모드를 결정해서 이를

제거하기 위한 시도를 하거나 적어도 고장발생을 줄일 수 있는 시도를 하여 설계나

엔지니어링 개선을 이룬다 만약 이러한 과정이 계속되고 설계나 엔지니어링 변경

이 충분히 이루지면 시스템의 신뢰성은 증가한다 개발프로그램이 운영되는 동안

신뢰성 수준의 변화를 추적할 수 있다면 개발책임자로서는 여러 가지 이점이 있다

즉 목표하는 신뢰성 수준을 달성하기 위하여 충분한 비율로 성장하고 있는지의 여

부를 가능한 빠른 시간 내에 판단할 수 있고 그에 따라 필요한 자원을 적절히 배

분할 수 있다 따라서 개발책임자는 시험데이터로부터 현재 시스템의 신뢰성 수준

성장률의 평가 앞으로 기대되는 달성 가능한 수준을 결정하기를 원한다

신뢰성 성장관리 기술은 제품을 개발하는 데(Reliability growth management)

소요되는 많은 시간과 비용 및 엔지니어링 노력을 절감하면서 개념선택 제품과 공

정의 신뢰성 그리고 비용효율을 달성할 수 있도록 유용한 정보를 제공해 준다 군

사장비 자동차 및 전자 중장비개발 등에 적용된 최근의 신뢰성 성장시험 관리기술

은 각 분야의 경쟁적인 사업 환경 아래에서 제품개발을 효율적으로 조직하여 신뢰

성평가를 시작하고 신뢰성 성장과정을 추적할 수 있도록 해준다 신뢰성성장관리기

술은 제품 및 공정설계 관련사항 및 검증시험 항목들에 대하여 사용 환경에 따른

신뢰성 성장 진행과정을 확인하고 그 결과로부터 성장시험곡선을 개발할 수 있게

한다 또한 설계단계 사이의 여러 가지 관련성을 확인하여 관찰하고 그 정보를 다

른 제품보증분석들과 연결하여 고객 요구사항에 대한 제품의

- 77 -

적합도를 적절히 평가하는 데 도움을 준다

신뢰성성장모델은 가 개발한Crow(1975) AMSAA(Army Materiel Systems

모델이 많이 활용되었으나 이는 시스템 또는 서브시스템에서의Analysis Activity)

성장관리에 유용하고 부품수준에서는 모델을 활용하는 것이 더욱 실용적이 Weibull

다 모델은 목표 Weibull B10 수명에 대하여 초기 시작품 으로부터(Early Prototype)

후기 시작품 까지의 신뢰성 개선을 관리하는데 실용적으로 활용할(Later Prototype)

수 있다

신뢰성 성장시험 프로세스신뢰성 성장시험 프로세스신뢰성 성장시험 프로세스신뢰성 성장시험 프로세스1111

신뢰성 성장은 개발시스템에 대하여 여러 시험단계가 시리즈로 이루어지는 동안

고장모드를 발견하고 이를 개선하는 과정을 거쳐 이TAAF(Test Analyze And Fix)

루어진다 또한 기능시험 환경시험 안전시험의 결과는 신뢰성 향상을 위한 FMEA

등과 연계하여 사용된다 분석결과는 설계변경에 반영되고 최종목표가 달성될 때까

지 개선과 시험이 연속적으로 이루어진다 그림 은 일반적인 신뢰성 성장시험 [ 81]

프로세스를 보여준다 프로그램의 시작시점에 신뢰성 성장에 대한 계획을 수립하여

고객의 기대사항을 만족시킬 수 있는 성능수준에 대한 구체적인 측정치를 제시하

고 이 목적을 달성시킬 수 있는 시험조건을 정한다 시험조건은 특정한 부품이나

시스템에 대하여 고객의 사용방법과 환경에 대한 지식을 기초로 하여야 한다

개발프로젝트가 진행되는 동안 신뢰성 성장시험 프로그램이 개발되고 실행되는

과정에서 설계 및 공정의 관심사항을 확인하기 위해 QFD(Quality function

와 같은 제품보증을 위한 분석방법들이 선행되어 실시되는데 신뢰성deployment)

성장관리와 연계하여 이를 통틀어 통합 신뢰성 성장관리(Integrated reliability

라고 한다 신뢰성 성장관리를 포함한 제품설계평가의 모든growth management)

과정은 제품 공정의 신뢰성 향상에 있어 중요한 역할을 하는 제품보증기능의 한부

분이다

- 78 -

통합 신뢰성 성장시험관리 프로세스는 설계뿐 아니라 공정신뢰성(MIL-HDBK-781)

과 관련된 문제에 대응할 수 있도록 신뢰성 성장시험의 이점을 전적으로 활용할 수

있는 수단을 제공한다

신뢰성 성장관리과정을 개발함으로써 신뢰성 수준은 계속적으로 추적될 수 있고

조치를 취하고 다른 분석결과들과 비교되어 초기 신뢰성 예측을 수립하고 제품설

계에 포함된 확신을 증가시킨 후 검증시험에 들어갈 수 있도록 한다 이러한 신뢰

성 성장관리 프로세스는 제품개발 사이클에 있어서 초기 단계 동안에 신뢰성을 확

립하는 데 도움을 줄 수 있는 장치이다

그림 신뢰성성장시험 프로세스[ 81]

제품개발과정에 적용되는 신뢰성 성장시험관리 프로세스는 다음과 같다

신뢰성 성장시험조건을 결정하고 시험 사이클을 개발한다 ①

신뢰성 성장시험곡선의 사용을 통하여 시험과정을 실행하고 추적한다②

시험결과를 평가하고 다른 선행된 분석연구결과들과 비교한다③

확인된 결함을 제거하기 위해 설계변경을 실시한다④

- 79 -

설계검증시험을 준비한다⑤

신뢰성 성장시험의 주된 목적은 설계상의 약점을 확인하고 제거함으로써 설계의

신뢰성을 증가시키는 것이다 정확하게 신뢰성 수준이 변화되는 진행상황을 추적하

기 위해서는 요구사항에 대한 불합치성 을 확인하고 불합치성이(Nonconformance)

일어난 시간을 모두 추적하여야 한다 시험을 시작하기 전에 적절한 시정조치를 용

이하게 하기 위해 사전계획이 수립되어야 하며 고장분포를 결정하기 전에 각각의

고장부품에 대한 고장원인을 분리할 수 있어야 한다

부품의 개발과정에서 몇 개의 표본에 대한 고장시간 데이터가 있을 때 Weibull

분포를 활용한 신뢰성 성장분석에 대하여 설명하면 다음과 같다

가 분석의 개요가 분석의 개요가 분석의 개요가 분석의 개요

밀도함수는 그림 와 같이 특성 수명과 기울기로 고장시간Weibull [ 82] (Cycle

을 설명한다 작은 표본에 대한 고장시간 데이터가 주어졌을 때 분석Km) Weibull

을 사용하여 세 가지의 정보를 얻을 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ특정 시간이 주어졌을 때 등 부품의 신뢰도는 그 시간까지 살아 있(Cycle Km )

을 백분율이다

ㆍㆍㆍㆍ 또는 다른( 수명을 추정할 수 있다) 수명은 부품들 중 가 고장10

날 것이라고 기대되는 시간이다 즉 이 시간에서의 신뢰도는 이다 90

ㆍㆍㆍㆍ 기울기의 값은 고장률 패턴에 대한 정보를 제공해준다 기울기가Weibull 10

이라면 고장률이 일정하다는 것을 의미한다 이 경우 고장은 일반적으로 우연히

일어나며 고장률은 설계의 강건 정도에 따라 달라진다 기울기가 보다 작다면 1

고장률은 감소하고 있음을 의미한다

- 80 -

즉 높은 초기 고장률 을 말한다 기울기가 보다 크면 고장률은 증 (Infant mortality) 1

가하고 이는 마모 되고 있음을 의미한다(Wear-out)

그림 에 의한 부품의 신뢰성성장분석[ 82] Weibull 수명 비교

가장 많이 활용되는 측도는 수명이며 이것은 요구되는 목표 신뢰도가 임 90

을 의미한다 첫 번째 프로토타입이 고장 난다면 신뢰성 목표 달성을 위해 설계 변

경을 행하고 다음 프로토타입을 시험한다 이 과정은 목표 수명이 달성될 때까

지 반복한다

나 의이점나 의이점나 의이점나 의이점WeibullWeibullWeibullWeibull

부품의 개발과정에서 작은 표본에 대한 고장시간 자료가 주어졌을 때 Weibull

분석을 활용하여 신뢰성성장관리를 행하면 다음의 정보를 얻을 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ신뢰성 개선은 목표 수명이 달성될 때까지 하나의 프로토타입에

- 81 -

서 다음 프로토타입까지 추적할 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ신뢰성 개선은 시험한 프로토타입에 대해 타점으로 표현되고 빠르Weibull

게 방향을 파악하여 신뢰성 진전과정에 대한 양적 측면의 관리능력 향상을 그

래프로 확인할 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ컴포넌트를 고장 날 때까지 시험하는 것은 고장모드에 대한 아주 귀중한 정

보를 제공하고 따라서 시정조치 활동이 필요하다

ㆍㆍㆍㆍ많은 표본이 더 좋은 신뢰도를 얻을 수 있지만 분석은 많은 표본을Weibull

필요로 하지 않는다

ㆍㆍㆍㆍ고객의 운영 사용 사이클과 시험 모수의 관계가 알려져 있다면 더 빠르고( )

더 적은 비용으로 가속시험을 할 수도 있다

다 기본가정및제한다 기본가정및제한다 기본가정및제한다 기본가정및제한

ㆍㆍㆍㆍ각 분석에서 오직 하나의 고장모드만 포함되어야 한다 두 개나 그 이상의

고장 모드가 검출된다면 각각에 대해 분리하여 분석해야 한다

ㆍㆍㆍㆍ신뢰도는 시험 제한 한계 로 인해 년 마일까지 확장하여 외삽하면 안( ) 10 150K

된다 왜냐하면 시험 제한 한계 로 인해 다른 고장모드가 발생할 것인지 알 수 ( )

없기 때문이다

ㆍㆍㆍㆍ하나의 프로토타입에서 다음 프로토타입까지 기울기가 변하는 데는 특별히

주의를 하여야 한다 왜냐하면 초기 후기 수명에서 더 높은 신뢰도와 후기 초 ( ) (

기 수명에서 더 낮은 신뢰도의 할 수 도 있기 때문이다) trade-off

라 적용시기라 적용시기라 적용시기라 적용시기

ㆍㆍㆍㆍ수명의 비교는 엔지니어링 사양 이 특정한(Specification) 을 요구할 경

우 사용된다

ㆍㆍㆍㆍ이러한 접근방법은 고장시간 등 에 대하여 동일한 부품의(Cycle Km )

- 82 -

다른 시점에서의 프로토타입을 비교할 때 사용한다

ㆍㆍㆍㆍ신뢰성 목표가 달성될 때까지 계속한다

마 입력자료마 입력자료마 입력자료마 입력자료

ㆍㆍㆍㆍ프로토타입 의 몇 개 표본의 고장시간 등1 (Cycle Km )

ㆍㆍㆍㆍ프로토타입 의 몇 개 표본의 고장시간 등2 (Cycle Km )

⦙

ㆍㆍㆍㆍ마지막 프로토타입의 몇 개 표본의 고장시간 등(Cycle Km )

분석프로세스는 그림 과 같다[ 83]

프로세스프로세스프로세스프로세스 일반적 단계일반적 단계일반적 단계일반적 단계

Ⅰ 요구

또는 수명 결정

프로그램 신뢰성 목표 사용

고객의 운영 사용 프로파일 사용( )

시험 프로그램 적정시간 사용

Ⅱ 시험 프로그램 자료정보

확인과 데이터 수집초기 부품의 프로토타입

후기 부품의 프로토타입

Ⅲ 다른 프로토타입에 대한

누적고장 시간 또는 vs

거리 계산 및 타점

분석이 가능한 사용Weibull SW

가능한 가속수명시험 사용

Ⅳ 프로젝트 검토 시

현재 신뢰성 수준신뢰성 목표 적합성 결정

초기 경고 관련 정보 제공

개선을 위한 계획 정보 제공

그림 프로세스별 단계[ 83]

- 83 -

제 절 신뢰성성장 데이터분석제 절 신뢰성성장 데이터분석제 절 신뢰성성장 데이터분석제 절 신뢰성성장 데이터분석2222

초기 프로토타입 으로 부터 개의 표본을 정상하중 으(Prototype1) 6 (Nominal load)

로 고장 날 때까지 시험하고 고장모드를 기록하였다 여러 개선작업을 거친 후 후

기 프로토타입 으로부터 개의 표본을 고장 날 때까지 시험하고 고장모(Prototype2) 6

드를 기록하였다 시험 데이터는 표 에 주어져 있다 [ 81]

에 고장데이터를 입력하고 각 프로토타입 단계별로 용지에 결과MINITAB Weibull

를 타점한 결과 그림 와 같은 성장곡선이 생성되었다 [ 84] Weibull

정상하중 에서 의 평균수명 추정치는 이(Nominal load) Prototype1 127366Cycle

고 의 평균수명 추정치는 로서 의 개선을 이루었 Prototype2 176882 Cycle 389

음을 알 수 있었다 수명은 은 이었으나Prototype1 112668 Cycle Prototype2

의 수명은 로서 상당한 개선이 이루어졌음을 볼 수 있다168620 Cycle 수

명에 대한 신뢰하한은 로 추정되었다 따라서 정상부하에 의한95 162926 Cycle

시험데이터분석 결과 개선활동 재료배합개선 형상설계개선 공정개선 에 의하여 ( )

내구성 목표가 달성되었음을 알 수 있다

그림 는 에서의 신뢰구간을 보여주고 있다[ 85] Nominal load 90

최대하중 에서는 표 의 데이터 입력결과 그림 의 그래프를(Max load) [ 82] [ 86]

생성하였다 그래프로 부터 추정된 의 Prototype1 수명은 이고16362Cycle

의Prototype2 수명은 이다21850 Cycle 수명에 대한 신뢰하한추정치95

는 으로부터 로 계산된다MINITAB 20983 Cycle

의 수명과 의 수명이 다른 것은 개선 활동의 결과이Prototype1 Prototype2

- 84 -

며 에서 개선목표가 달성되었음을 알 수 있다 Prototype2

표 하중 고장시간[ 81] Nominal (Cycle)

Weibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth Curve

(Nominal Load)(Nominal Load)(Nominal Load)(Nominal Load)

그림 성장곡선[ 84] Weibull (Nominal load data)

- 85 -

Weibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth Curve

(Nominal Load-90 Cl)(Nominal Load-90 Cl)(Nominal Load-90 Cl)(Nominal Load-90 Cl)

그림 신뢰구간[ 85] Nominal Load90

- 86 -

표 하중 고장시간[ 82] Max (Cycle)

Weibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth Curve

(MaxLoad)(MaxLoad)(MaxLoad)(MaxLoad)

그림 성장곡선[ 86] Weibull (Max load data)

- 87 -

제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론9999

본 연구는 자동차현가장치인 고무부싱 의 신뢰성향상을 위한 기(Rubber bushing)

술개발과제이다 에나 인더스트리는 수출전문기업으로서 주요 경쟁사에 비해 고성

능 고내구성의 제품을 짧은 기간 내에 개발할 수 있는 능력을 갖추어야 해외 시장

에서 경쟁력을 가질 수 있다

본 연구개발에서는 수요기업에서 요구하는 GMUTS(General Motors Uniform

의 사양에 따른 시험을 실행하여 내구성을 목표 사이클 이상으Test Specification)

로 개선하고 정특성과 동특성 비틀림 토크를 개선항목으로 선정하여 제품의 품질

및 신뢰성 향상을 진행하였다

수요기업의 요구 수준에 의하면 내구성은 와 Tension Compress Alternating

가 동시에 일 때 일 때Torsion Stress Maximum Load 20000 Cycle Normal Load

을 요구한다 본 프로젝트의 경우 해외의 부품메이커들에 대한 경쟁150000 Cycle

력 우위를 확보하기 위하여 기본 요구 수준을 넘어 향상된 제품신뢰성을5~10

확보를 목표로 하였다 내구성 정특성 및 동특성에 대한 시험은 직접 행하였고 비

틀림토크에 대한 부분은 추가적인 시험장치가 필요하여 수요기업의 실험실에 샘플

을 제출하여 요구수준을 검증받았다

본 연구개발의 성과를 요약하면 다음과 같다

우선 기술적 효과로는

설계기술의 확보(1)

재료배합설계 형상설계 공정설계에 대한 기술을 확보하여 내구성을 비롯한 품

질특성을 향상시킬 수 있었다 종래에는 설계 개발 생산프로세스에서 경험적 방법

에 의존하여 시행착오가 많았으나 본 연구를 통하여 과학적이고 체계적인 방법으

로 접근할 수 있는 기술이 확보되었다

설계 요소의 기술적 배치를 위한 실험계획법의 활용기술 확보(2)

- 88 -

종전에는 고무 배합설계 형상설계 공정설계에 대하여 설계요인 별 수 (Facter)

준 을 무작위로 추출하여 실험하였으나 본 실험계획의 과정을 따르면 요인들(Level)

이 계획적으로 반영되어 품질특성에 각각 어느 정도의 영향을 미치는지 분석이 가

능하게 된다 또한 다구찌에 의한 강건 설계의 생성으로 산포를 줄일 수 있다

잠재적 고장원인 분석방법 기술 확보(3)

제품기능에 대한 잠재적 고장모드의 예측과 시험항목을 판단하고 최종적으로는 설

계검증 과 공정검증 의 세부항목과 효과적(Design verification) (Process verification)

으로 연계가 가능하다

신뢰성 데이터분석기술 확보(4)

부품의 개발과정에서 몇 개의 표본에 대한 고장시간 데이터가 있을 때 Weibull

분포를 활용한 신뢰성 성장분석이 가능하게 되었다 개발프로그램이 운영되는 동안

신뢰성 수준의 변화를 추적할 수 있어 목표하는 신뢰성 수준을 달성하기 위하여 충

분한 비율로 성장하고 있는지의 여부를 가능한 빠른 시간 내에 판단할 수 있고 그

에 따라 필요한 자원을 적절히 배분할 수 있다 따라서 개발책임자는 시험데이터로

부터 현재 시스템의 신뢰성 수준 성장률의 평가 앞으로 기대되는 달성 가능한 수

준에 대한 결정이 가능하다

경제적 측면의 효과로는

제품에 대한 내구성 및 동특성 정특성에 대하여 요구사양 이상으로 특성관리(1)

를 행할 수 있어 해외 부품메이커들에 대한 경쟁력 우위로 수출력을 향상할 수 있

게 되었다

개발기간을 단축할 수 있게 되어 개발비의 절감을 가져올 수 있게 되었다(2)

재료배합 형상설계 및 공정설계에 대한 기술개발의 표준 정립으로 개발 기간의 단

축이 가능하게 되었다

본 과제 결과를 활용하여 다른 방진제품에 대한 신뢰성 관리로 수출(3)

- 89 -

시장을 개척하여 신규거래처를 확보할 예정이다 신뢰성 데이터의 관리가 이루어져

제품수명에 대한 설득력 있는 자료의 제시가 가능하게 되었다

향후 연구계획으로는

고무부싱부품의 특성상 내구성만의 개선이 최선이 아니고 정특성과 동특성을 일

정수준으로 동시에 고려하여야 한다 따라서 이 부분에 대한 동시적인 실험설계가

시스템화 되도록 추가적인 연구가 요구된다

- 90 -

참고문헌참고문헌참고문헌참고문헌[ ][ ][ ][ ]

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원대 신뢰성혁신센터 2005

김명웅 고무공업화학 선진문화사[2] 2006

김완두 김완수 방진고무부품의 유한요소해석 및 수명예측기술 고무기술[3] ldquo rdquo

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미니탭사업팀 새 실무완성 이레테크[4] Minitab 2004

박성현 실험계획법 민영사[5] 2003

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Journal of Fatigue Vol27 2005

[8] McLean R A and Anderson V I Extreme Vertices Design of Mixture

Experiments Technometrics Vol8 No3 1966

- 96 -

주 의

이 보고서는 산업자원부에서 시행한 부품소재종합기술지원사업의 최1

종보고서이다

이 신뢰성기반기술확산사업 내용을 대외적으로 발표할 때에는 반드시2

산업자원부에서 시행한 부품소재신뢰성기반기술 사업의 지원결과임을

밝혀야 한다

- 97 -

이 보고서는 산업자원부에서 시행한

부품소재 신뢰성기반기술확산사업의 최종보고서이다

- 41 -

롯되거나 측정오차에 따른 결과로 추정된다

표 데이터분석 결과[ 49] (50Hs Nominal Load)

에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응Duro(Nor)Duro(Nor)Duro(Nor)Duro(Nor)

반응 최적화 모수반응 최적화 모수반응 최적화 모수반응 최적화 모수

- 42 -

글로벌 솔루션글로벌 솔루션글로벌 솔루션글로벌 솔루션

예측 반응예측 반응예측 반응예측 반응

Duro(Nor) = 159209

표 데이터분석 결과[ 410] (50Hs Maximum Load)

에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응Duro(max)Duro(max)Duro(max)Duro(max)

- 43 -

반응 최적화 모수반응 최적화 모수반응 최적화 모수반응 최적화 모수

글로벌 솔루션글로벌 솔루션글로벌 솔루션글로벌 솔루션

예측 반응예측 반응예측 반응예측 반응

Duro(Max) = 218572

재료배합시험에 있어서 가류시간이 특성 치에 영향을 미치므로 레오그래프

분석에 의해 적정가류시간을 결정한다 레오그래프는 다음의 용도에(Rheograph)

활용된다

고무제품의 가류도 측정①

가류속도 측정②

최적의 가류공정 조건 확립③

가류약품 선정 및 배합 작성Recipe④

고무제품의 품질관리⑤

아래 그림 은 경도 도에 대한 재료의 레오그래프이다 그래프에 나타난 용[ 43] 48

어를 설명하면 다음과 같다

혼합물 의 가 가류되었을 때의 시간을 나타내며 가류시간을tc90- (Compound) 90

결정하는 기준으로 사용된다

스코치시간 을 나타내며 원하지 않는 가교가 일어ts2 - (Scorch time)

- 44 -

나는 시간으로 적절한 가류시간을 찾기 위해 필요한 과정임

고무의 특성을 토르크 값으로 나타낸 값으로 일반적으로 혼합물Tmax- (Torque)

의 경도에 따라 변함

평형 토르크MH- (Equilibrium torque)

최소 토르크ML- (Minimum torque)

본 재료시험에 적용된 가류시간은 의 배 사이에서 적정수준을 결정하tc90 1-15

였다

연구의 결과 카본의 입자가 작을수록 내구성은 향상시키지만 대체로 분산이 잘 되

지 않아 혼합물의 품질이 고르지 못하였다 따라서 카본의 분산도를 평가하여 만족

할 만한 수준이 나오는지 확인하였으며 상대적으로 작은 입자경의 카본을 사용하

여 내구성을 높이려 하였다

그림 경도 도 고무에 대한 레오그래프[ 43] 48

- 45 -

실험의 결과 카본블랙과 레오그래프와의 관계는 그림 와 같이 나타났다 그림[ 44]

에서 보는바와 같이 입자경의 크기가 증가함에 따라 결합력이 약해지므로 토르크

값이 낮아짐을 알 수 있다

그림 각종 카본블랙의 레오그래프[ 44]

- 46 -

본 연구에 적용된 카본 입자경의 크기와 양은 표 과 같다[ 411]

경도변화는 카본입자의 크기와 양에 따라 결정이 되며 레오그래프의 값이 Tmax

이러한 사실을 보여주고 있다

표 레오그래프상의 경도와 카본의 관계[ 411]

레오그래프는 섭씨 도에서 그려짐PHR = Part in Hundred Rubber 160

- 47 -

제 장 형상개선제 장 형상개선제 장 형상개선제 장 형상개선5555

제 절 외철의 스웨징 율 변화에 의한 개선제 절 외철의 스웨징 율 변화에 의한 개선제 절 외철의 스웨징 율 변화에 의한 개선제 절 외철의 스웨징 율 변화에 의한 개선1111

높은 품질의 부싱을 개발하기 위해서는 적절한 재료설계에 의한 경도 및 고무 특

성의 설정이 매우 중요한 요소이지만 고무의 특성 개선에만 의존하는 것은 한계점

이 있다 따라서 제품의 형상변화를 통해 고무의 특성을 극대화함으로써 내구성 및

품질특성을 향상시킬 수 있다

그림 은 부품의 세부형상과 설계도이다[ 51]

그림 세부형상[ 51] DA-2

- 48 -

그림 는 제품의 단면을 보여준다 그림에서 는 다른 모델에 비해 고무[ 52] DA-2

량이 다소 적음을 알 수 있다 형상 변화를 통한 품질특성의 개선을 시도함에 있어

서는 부품에 대한 조립성과 제조성 을 반드시(DFM Design for Manufacturability)

고려하여 형상변화를 꾀하여야 한다 본 제품의 경우 외철 과 내철 (outer pipe)

의 길이는 한정되어 있으며 그 직경의 변화도 허용공차를 미만(Inner pipe) 05 mm

의 수준으로 요구하고 있다

형상변경을 통한 성능향상 방안으로서 외철에 대한 스웨징율 을 변(Swaging rate)

경함으로서 외경크기의 변화를 시도하였으며 또한 내철의 구배각도를 변화시켜 개

선점을 찾으려고 노력하였다

그림 단면[ 52] DA-2

부싱의 경우 일반 적으로 스웨징이라는 공정을 거치게 되는데 이는 공정에서 외

경의 크기 조정을 통하여 성능을 향상 시키는 방법으로서 스웨징율을 조정함으로서

외철의 외경 크기를 허용범위 내어서 변화시키는 것이다 이는 스웨징에 따른 직경

변화에 의해 고무의 조직이 조밀해져 고무 특성을 향상시킬 수 있게된다

그림 은 스웨징의 방향을 나타내며 그림 는 스웨징 전 후의 외철의 크[ 53] [ 54]

기 변화를 보여주고 있다

- 49 -

그림 스웨징 방향[ 53]

그림 스웨징 전후의 외경 크기의 변화 단면[ 54] ( )

제 절 내철의 구배 변화에 의한 개선제 절 내철의 구배 변화에 의한 개선제 절 내철의 구배 변화에 의한 개선제 절 내철의 구배 변화에 의한 개선2222

아래 그림 는 형상 변화를 시도할 수 있는 내철 끝단 부분의 구배를 표시한[ 55]

그림으로서 는 구배각도를 나타낸다a

- 50 -

그림 구배각도[ 55]

그림 은 본 제품의 특성 요구 사항을 그림으로 표시한 것으로 고무부싱은[ 56]

및 의 외력에 대하여 적절하게 대응할 수 있도록 설계되어야 한다 부싱 종류F1 F2

의 경우 일반적으로 고무 제품의 유연함과 동배율 개선을 위하여 저경도의 고무를

적용하는 경우가 많은데 이 경우에는 외력에 대한 특성이 상대적으로 취약하게F1

나타나게 된다 이러한 취약점을 보완하기 위하여 본 연구에서는 그림 과 같 [ 57]

이 제품이 허용하는 범위 내에서 내철의 구배를 변화 시킨 후 실험데이터의 분석을

통해 성능 개선 방안을 찾고자 하였다

그림 부싱의 외력[ 56]

그림 의 의 경우는 구배를 주지 않은 경우이며 의 경우는 구배를 준[ 57] (a) (b)

경우를 표시하고 있다

- 51 -

의 경우 외력에 의하여 발생하는 반발력 은 순수한 고무 특성에 의해서(a) F1 Fr1

만 나타나게 된다 이러한 경우 저경도의 고무을 적용하였을 때 의 크기가 미미 Fr1

하여 적절한 특성을 발휘하지 못하게 된다

의 경우와 같이 내철에 구배를 주게 되면 의 외력에 대하여 구배가 들어간(b) F1

부분 에 의한 반발력 함께 가 생성되어 상대적으로 에 대한 저항력이 커Fr3 Fr2 F1

짐으로써 성능을 향상 시킬 수 있게 된다

그림 구배각도의 적용에 따른 차이 단면[ 57] ( )

그림 구배각도의 적용에 따른 차이 입체[ 58] ( )

- 52 -

제 장 도포공정개선제 장 도포공정개선제 장 도포공정개선제 장 도포공정개선6666

고무부싱의 내구성 향상을 위하여 필수적으로 관리하여야 할 공정이 도포공정이

다 도포공정은 접착의 원리에서부터 접착의 구조 접착의 강도 피착재의 표면처리

법 및 접착제 사용법 등 접착에 관한 전반적인 기술을 공정에 효율적으로 적용하여

야 한다

고무와 금속과의 접착력이란 접착제와 피착제 사이의 계면 결합력을 의미하며 접

착강도는 시험방법 접착방법 시험시의 조건 시편의 기하학 등 여러 인자에 의해

영향을 받는다 접착파괴는 접착제의 가장 약한 곳에서 일어나며 접착강도는 여러

가지 측정법에 따라 고유강도 잔류강도 측정강도 등과 같이 다르게 표현된다 고

무부싱의 접착구조는 그림 과 같다[ 61]

그림 접착의 구조[ 61]

프라이머 는 피착제 표면과의 친화성이나 접착제와의 상용성이 뛰어나야(Primer)

하고 동시에 접착 저해물과의 상용성도 높아야 한다 또 프라이머 중의 유효성분

쪽이 피착제 표면에 흡착되어 있는 저해성분보다 피착제에 의하여 안정하게 흡착되

어 있는 것이 중요하다 따라서 프라이머는

- 53 -

충분한 교반 균일하고 엷은 도포 그리고 완전한 건조가 이루어져야 한다 이러한

도포공정은 피착제의 모앙에 따라 달라진다

열경화성 접착제의 대부분은 유기 중합물과 각종 충진제를 유기용제에 용해 분산

시킨 것으로 사용전이나 사용 중에도 교반기 등으로 균일하게 용해 분산시킨 접착

제를 사용하는 것이 중요하다 따라서 의 도포 공정은 그림 와 같이 교 DA-2 [ 62]

반기를 추가 설치하여 공정 개선을 실시하였다

그림 설치한 교반기[ 62]

또한 피착제의 균일한 도포를 위해 롤타입의 코팅기에 기존 페인트용 롤러에서

그림 에서와 같이 융을 말아 롤러 도포하는 형태로 개선을 실시하여 코팅의[ 415]

두께 정밀도를 향상시켰다

- 54 -

그림 변경된 롤러 모양[ 63]

접착 재료를 프라이머 에서 변경하여 사용함CHEMLOK 220 252 CHEMLOK 205

으로써 접착력을 향상시켰는데 는 금속 및 경길대료의 프라이머로CHEMLOK 205

사용되며 또한 같은 극성고무에 단독으로 접착이 가능하다 NBR

방식의 경우 의 특징을 살펴보면TWO Coat CHEMLOK 205

ㆍㆍㆍㆍ 접착제의 금속 표면에서의 접착강도를 향상시킬 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ 기계적 표면처리 후 활성화된 금속표면을 산화작용으로부터 보호하며 녹방

지 도료적 역할을 한다

ㆍㆍㆍㆍ 크로로프렌이나 에피크로로히드린고무와 같은 가류 중에 염소가스를 발생

시 켜 금속표면을 부식시키기 쉬운 고무배합에 대하여 유효하게 적용된다 프

라 이머는 충분한 교반 균일하고 엷은 도포 그리고 완전한 건조가 이루어져

야 접착성이 뛰어나게 된다

도포공정 개선 전후의 효과는 그림 그림 의 도포두께 비교[ 64]~[ 67] Cpk

를 통해서도 알 수 있다DATA

아래 그림 는 도포공정의 개선전[ 64] 관리도의 그래프를 나타낸

- 55 -

것으로 관리도는 평균치와 범위에 관한 계량형 관리도에서 가장 많이 사용되

는 관리도의 하나이다 관리도는 평균치의 변화를 관리하는 관리도와 산포의

변화를 관리하는 관리도로 구성된다 관리도의 중심선(Central Line) CL=로 나

타내며 관리 상한선 은(Upper Control Limit) UCL= 로 관리하한선인 (Lower

의 경우Control Limit) LCL=

로 구한다

관리도의 관리선의 경우 중심선 관리상한선 UCL= 관리하한선 LCL

의 경우 로 구한다

여기서 등의 계수는 샘플의 크기인 에 따라 결정 되며 일 경우=4

=0729 =0 이다=2282

그림 에서[ 64] 이며=273410 관리도의 로 나타났UCL=307994 LCL=238826

다

관리도의 은CL 이며 이다=4744 UCL=1082581

- 56 -

그림 도포공정 개선전[ 64] 관리도

한편 그림 는 도포공정 개선 전의 경우에 대하여 지정된 규격의 공정능력 [ 65]

지수를 나타낸 것으로서 단기공정능력지수( 와 장기공정능력지수) ( 를 나타낸)

다 단기공정능력지수는 공정능력 ( 과 규격의 폭) ( 과의 비율을 의미하며 일반적)

으로 로 표시한다 규격은 그림 에서처럼 양쪽규격이 모두 주어진 경우 공 [ 65]

정 능력 지수는 다음과 같이 계산할 수 있다

공정 능력

로 나타내고 만약 공정 평균이 규격의 중심으로부터 어느

한쪽으로 치우쳐 있게 되는 경우 치우침도( 와) 를 조합한 단기공정능력지수

( 로 나타낸다 즉)

- 57 -

장기공정능력지수( 의 계산은)

으로서 이다

따라서 그림 에 나타난 것처럼 개선전의 공정능력은[ 65] =17854 =08458

으로서 장기 공정에 대해 만족스럽지 못한 값을 나타내고 있다

그림 도포공정 개선전 공정능력 분석그래프[ 65]

- 58 -

그러나 공정개선후의 관리도인 그림 을 살펴보면[ 66] 이며=28196 관리

도의 이고UCL=300418 LCL=263502 관리도의 은CL 로=2532 UCL=51418

나타난다

그림 도포공정 개선후[ 66] 관리도

- 59 -

개선 후에는 그림 로부터 알 수 있듯이 단기공정능력은[ 67] 으로서=31966

인 장기 공정에 대해 안정적인 것을 확인할 수 있어 도포공정 개선에=23275

대한 효과가 있음을 알 수 있다

그림 정 개선 후 공정능력 분석그래프[ 67]

또한 도포공정의 두께관리를 강화하기 위하여 작업자 교육 및 샘플링 두께 측정

검사를 통해 지속적인 모니터링을 실시하고 공정별 온도관리 및 시간 관리를 통해

작업 환경 유지관리 강화로 변함없는 품질의 제품을 생산하도록 하였다 그림 [

은 롤 코팅 공정이다68] (Roll coating)

- 60 -

그림 롤 코팅 공정[ 68] (Roll coating)

- 61 -

제 장 최적수준 결정을 위한 파라미터 설계제 장 최적수준 결정을 위한 파라미터 설계제 장 최적수준 결정을 위한 파라미터 설계제 장 최적수준 결정을 위한 파라미터 설계7777

제 절 실험계획법에 의한 유의인자 결정제 절 실험계획법에 의한 유의인자 결정제 절 실험계획법에 의한 유의인자 결정제 절 실험계획법에 의한 유의인자 결정1111

재료설계 형상설계 및 공정설계에 대한 최적조건의 결정은 부품의 품질 특성에

대한 사양 을 만족시켜야 할 뿐 아니라 생산부품 간 품질의 산포를(Specification)

최대한 줄여야 한다 의 최적설계를 위해 다구찌 기법 을 적 DA-2 (Taguchi method)

용하였다

다구찌의 강건설계 는 인자 가 품질 특성의 평균에 대해(Robust design) (Factor)

가지는 효과뿐만 아니라 분산에 미치는 효과에 대해서도 초점을 맞추고 있다 분산

을 줄일 수 있는 통제 가능한 인자에 대한 조건을 설정하여 품질특성이 통제 불가

능한 인자의 변화에 대해서는 둔감하도록 할 수 있다 강건설계의 주목적은 품질특

성의 목표값을 유지하면서 분산을 줄이는 인자에 대해 설치값 을 발견하는 (Setting)

데 있다

다구찌 설계에 의한 실험계획법은 특히 확장된 역할로서 다음의 몇 가지를 들 수

있다

ㆍㆍㆍㆍ종래에는 제어 불가능한 환경조건이나 제어하기 어려운 생산조건 공정조건

등의 원인 이를 잡음인자로 통칭 들이 데이터에 주는 영향의 정도를 평가하기 어려( )

웠으나 객관적으로 그리고 계량적으로 이를 평가할 수 있는 방법을 제시하고 있

다 또한 품질 산포의 크기를 계량특성치 손실함수 비 등 로 변환하여 산포를 ( SN )

작게 하는 인자들의 조건을 찾아가는 강건설계를 사용한다

ㆍㆍㆍㆍ직교배열표를 광범위하게 사용하여 인자의 수가 많은 경우에도 크게 실험횟

수를 증가시키지 않고 실험하는 일부 실시법을 사용한다

ㆍㆍㆍㆍ생산라인 내 뿐만 아니라 신제품 개발을 위한 품질설계 파라미터(On-line)

설계 허용오차 설계 등의 라인 외 품질관리를 위하여 유용하게 사용할 (Off-line)

수 있다

ㆍㆍㆍㆍ다구찌 방법에서 추가적으로 다룰 수 있는 주요한 것들로는 직교배열

- 62 -

표의 확대사용 수준계의 표준 직교배열표 이외에 확대 응용 혼합 직교배열표(2 3

의 사용과 조합법의 사용 계량치 데이터의 파라미터 설계 허용차 설계 그리고)

계수치 데이터의 파라미터 설계 동적 특성의 파라미터 설계 등을 들 수 있다

파라미터 설계 는 제품설계와 공정설계에서 유용하게 사용되는(Parameter design)

다구찌 실험계획법의 핵심이다 파라미터는 제품성능의 특성치에 영향을 주는 제어

가능한 인자 를 의미하며 파라미터 설계는 이들 인자들의 최적(Controllable factor)

수준을 정하여 주는 것을 말한다 파라미터를 설계변수 라고도 부 (Design variable)

르며 파라미터 설계에서는 제품의 품질변동이 잡음에 둔감하면서 목표품질을 가질

수 있도록 설계변수들의 최적조건을 구하여 준다 최적조건을 찾을 때 설계변수와

잡음을 주는 인자들을 포함시켜 실험하는 직교배열표 등을 주로 사용한다 이때 목

표 품질을 만족시키는 범위 내에서 가능한 한 비용이 적게 드는 조건이나 부품 등

을 이용한다

만약 신뢰성에 영향을 주는 제어 가능한 인자 에 대한 파라미터설계 A B C D

를 한다고 하자 는 수준 는 수준의 혼합수준 에 대한 설계 A B 4 C D 2 (Mixed level)

분석을 하려고 한다면 각 요인 변동의 계산을 표 과 같은 [ 71] L16(215형 직교배)

열표 를 사용하면 된다(Orthogonal Design)

에 대한 파라미터 설계조건으로는 내구성이 가장 좋은 최적의 설계 및 공정DA-2

조건을 구하여야 하므로 반응변수가 큰 값일수록 좋은 망대특성(Larger-the-better

에 대한 조건을 구하고 부품의 정특성 및 동특성에 대한 분석은 적characteristics)

정한 상호관계를 고려하여 별도의 실험을 행한다

- 63 -

표 다구찌 설계의 예[ 71]

- 64 -

제 절 시험데이터의 해석제 절 시험데이터의 해석제 절 시험데이터의 해석제 절 시험데이터의 해석2222

실험조건실험조건실험조건실험조건1111

제품의 신뢰성향상을 위해 지금까지 재료배합의 개선 형상개선 및 공정개선에

대한 각각의 과정을 설명하였으며 본 장에서는 관련된 여러 인자들을 동시에 고려

하여 최상의 품질특성을 나타낼 수 있는 최적인자수준의 결정에 대하여 설명하려고

한다 이는 인자들 간의 상호 작용이 상승 또는 보완작용을 할 수도 있고 반대로

서로 상극임을 나타낼 수 도 있기 때문이다

일반적으로 고무부싱의 개발에 적용되는 인자 는 다음과 같다(Factor)

ㆍㆍㆍㆍ경도 는 수요기업에서 제시하는 사양 에 따라 적정수(Hardness) (Specification)

준의 경도 도 도 도 도 를 적용하였으며 경험적으로 경도의 산포는(43 45 48 50 ) plusmn

정도이다2

ㆍㆍㆍㆍ각 부분의 모양이나 각도에 따라 고무 량에 영향을 미치게 되는 형상설계에

관해서는 내부 파이프 구배각도를(Inner pipe) 15deg~25deg로 하고 외부파이프 (Outer

의 접착부분을 로 하였으며 외경의 크기는pipe) 13mm~15mm

27mm~ 로 유지하였다278mm

ㆍㆍㆍㆍ공정설계는 가류시간을 로 하였다 가류 온도는240sec~600sec 150deg~180

로 하고 주변 온도에 영향을 받으므로 금형 표면온도는 항상 확인하였다 접착제

도포가 내구성에 영향을 주므로 접착제 두께는 으로 하고 접15micron~40micron

착제 배합조건은 로 하였다120cc~128cc

다구찌 설계에 의한 최적수준을 결정하기 위해 다른 인자는 고정시키고 경도 가

류시간 스웨징 인자에 대하여 표 와 같이 실험수준을 정하였다 [ 72]

- 65 -

표 실험인자 별 수준[ 72]

분석결과의 해석분석결과의 해석분석결과의 해석분석결과의 해석2222

실험결과의 해석은 다음과 같다

을 통해 표 의 실험조건을 입력하여 다구찌 설계를 생성한 결과MMITAB [ 72]

표 과 같은 실험조합을 얻었다 표 는 실험조합 별 시험결과 값이다[ 73] [ 74]

에서의 내구성에 대한 다구찌 설계해석의 결과는 표 의 신호 대Nominal load [ 75]

잡음비 비 평균 표준편차에 대한 반응표에 잘 나타나(SN Signal to noise ratio)

있다 그림 그림 은 비 평균 표준편차에 대한 반응 값을 도식한 [ 71]~[ 73] SN

것이다

표 의 신호 대 잡음비의 반응표를 보면 경도는 스웨징이나 가류시간에 비해[ 75]

반응변수 내구성 에 큰 영향을 미치고 있음을 보여준다 평균에 대한 반응표에서도( )

경도는 다른 인자들에 비해 반응변수의 평균에 크게 영향을 미치고 있음을 알 수

있다 표준편차 역시 경도의 수준 변화에 따라 차이가 가장 많음을 보여주고 있다

- 66 -

표 에 의한 다구찌 설계생성[ 73] MINITAB

- 67 -

표 실험조합 별 시험결과 데이터[ 74]

- 68 -

표 비 평균 표준편차에 대한 반응표[ 75] SN

신호 대 잡음 비에 대한 반응 표신호 대 잡음 비에 대한 반응 표신호 대 잡음 비에 대한 반응 표신호 대 잡음 비에 대한 반응 표

망대특성망대특성망대특성망대특성

평균에 대한 반응 표평균에 대한 반응 표평균에 대한 반응 표평균에 대한 반응 표

표준 편차에 대한 반응 표표준 편차에 대한 반응 표표준 편차에 대한 반응 표표준 편차에 대한 반응 표

- 69 -

그림 신호 대 잡음 비의 주효과도[ 71]

그림 인자수준별 평균의 주효과도[ 72]

그림 인자수준별 표준편차의 주효과도[ 73]

- 70 -

표 와 그림 에서 에서의 내구성 예측값을 가장 크게 하[ 75] [ 72] Nominal Load

는 것은 요인 수준의 조합이 일 때이다 품질 향상을 위해서는 정특성 동(4 2 2)

특성 값도 동시에 고려하여야 하므로 조합 조합 조합(4 2 2) (4 3 2) (4 1 2)

에 대한 예측 값을 함께 구하였다

표 은 에서의 내구성 예측값을 표 은 에[ 76] Nominal Load [ 77] Maximum Load

서의 내구성 예측값 표 은 정특성 예측값 표 는 에서의 동특성 예 [ 78] [ 79] 15Hz

측값 그리고 표 은 에서의 동특성 예측값을 보여주고 있다 [ 710] 150Hz Nominal

에서의 내구성 예측값은 조합 조합 조합에서 각Load (4 2 2) (4 3 2) (4 1 2)

각 목표값인 을 상회한 과170000 Cycle 178023 Cycle 174272 Cycle 175830

로서 조합일 때 더 높게 나타났다Cycle (4 2 2)

동배율은 예측 평균값을 기준으로 할 때 동배율은 조합에서는 에 (4 2 2) 15Hz

서 에서 이고 조합에서의110(1187691079) 150Hz 113(1215561079) (432)

동배율은 에서 에서15Hz 106(112856 106938) 150Hz 108(115769106938)

이며 조합에서의 동배율은 에서 에서 (412) 15Hz 108(118194 1094) 150Hz

이었다109(1195691094)

모델의 경우 수요기업에서 동배율 값이 적은 값을 요구하기 때문에DA-2 (kdks)

동배율을 고려하면 의 조합이 더 좋은 품질을 나타낸다고 할 수 있다(4 1 2)

- 71 -

표 에서의 내구성 예측값[ 76] Nominal Load

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 2 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 3 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 1 2

예측 값

신호 대

- 72 -

표 에서의 내구성 예측값[ 77] Maximum Load

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 2 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 3 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 1 2

신호 대

- 73 -

표 정특성 예측값[ 78]

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 2 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 3 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 1 2

신호 대

- 74 -

표 동특성 예측값[ 79] (15Hz)

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 2 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 3 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 1 2

신호 대

- 75 -

표 동특성 예측값[ 710] (150Hz)

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 2 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 3 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 1 2

신호 대

- 76 -

제 장 부품의 신뢰성성장관리제 장 부품의 신뢰성성장관리제 장 부품의 신뢰성성장관리제 장 부품의 신뢰성성장관리8888

제 절 신뢰성성장관리제 절 신뢰성성장관리제 절 신뢰성성장관리제 절 신뢰성성장관리1111

복잡하고 기술적인 제품의 개발 프로그램을 운영하는 데 있어서는 고객이 요구

하는 신뢰성 수준을 만족시키기 위하여 상당한 규모의 시간 예산 기술인력 등의

자원을 필요로 한다 고객들의 신뢰성 요구수준은 매우 높으므로 이러한 목표를 달

성하기 위하여 시험 개선 시험 개선의 개발과정을 반드시 거친다 이 과정에서 시- - -

스템 서브시스템 또는 모듈을 고장 날 때까지 시험하고 고장모드를 결정해서 이를

제거하기 위한 시도를 하거나 적어도 고장발생을 줄일 수 있는 시도를 하여 설계나

엔지니어링 개선을 이룬다 만약 이러한 과정이 계속되고 설계나 엔지니어링 변경

이 충분히 이루지면 시스템의 신뢰성은 증가한다 개발프로그램이 운영되는 동안

신뢰성 수준의 변화를 추적할 수 있다면 개발책임자로서는 여러 가지 이점이 있다

즉 목표하는 신뢰성 수준을 달성하기 위하여 충분한 비율로 성장하고 있는지의 여

부를 가능한 빠른 시간 내에 판단할 수 있고 그에 따라 필요한 자원을 적절히 배

분할 수 있다 따라서 개발책임자는 시험데이터로부터 현재 시스템의 신뢰성 수준

성장률의 평가 앞으로 기대되는 달성 가능한 수준을 결정하기를 원한다

신뢰성 성장관리 기술은 제품을 개발하는 데(Reliability growth management)

소요되는 많은 시간과 비용 및 엔지니어링 노력을 절감하면서 개념선택 제품과 공

정의 신뢰성 그리고 비용효율을 달성할 수 있도록 유용한 정보를 제공해 준다 군

사장비 자동차 및 전자 중장비개발 등에 적용된 최근의 신뢰성 성장시험 관리기술

은 각 분야의 경쟁적인 사업 환경 아래에서 제품개발을 효율적으로 조직하여 신뢰

성평가를 시작하고 신뢰성 성장과정을 추적할 수 있도록 해준다 신뢰성성장관리기

술은 제품 및 공정설계 관련사항 및 검증시험 항목들에 대하여 사용 환경에 따른

신뢰성 성장 진행과정을 확인하고 그 결과로부터 성장시험곡선을 개발할 수 있게

한다 또한 설계단계 사이의 여러 가지 관련성을 확인하여 관찰하고 그 정보를 다

른 제품보증분석들과 연결하여 고객 요구사항에 대한 제품의

- 77 -

적합도를 적절히 평가하는 데 도움을 준다

신뢰성성장모델은 가 개발한Crow(1975) AMSAA(Army Materiel Systems

모델이 많이 활용되었으나 이는 시스템 또는 서브시스템에서의Analysis Activity)

성장관리에 유용하고 부품수준에서는 모델을 활용하는 것이 더욱 실용적이 Weibull

다 모델은 목표 Weibull B10 수명에 대하여 초기 시작품 으로부터(Early Prototype)

후기 시작품 까지의 신뢰성 개선을 관리하는데 실용적으로 활용할(Later Prototype)

수 있다

신뢰성 성장시험 프로세스신뢰성 성장시험 프로세스신뢰성 성장시험 프로세스신뢰성 성장시험 프로세스1111

신뢰성 성장은 개발시스템에 대하여 여러 시험단계가 시리즈로 이루어지는 동안

고장모드를 발견하고 이를 개선하는 과정을 거쳐 이TAAF(Test Analyze And Fix)

루어진다 또한 기능시험 환경시험 안전시험의 결과는 신뢰성 향상을 위한 FMEA

등과 연계하여 사용된다 분석결과는 설계변경에 반영되고 최종목표가 달성될 때까

지 개선과 시험이 연속적으로 이루어진다 그림 은 일반적인 신뢰성 성장시험 [ 81]

프로세스를 보여준다 프로그램의 시작시점에 신뢰성 성장에 대한 계획을 수립하여

고객의 기대사항을 만족시킬 수 있는 성능수준에 대한 구체적인 측정치를 제시하

고 이 목적을 달성시킬 수 있는 시험조건을 정한다 시험조건은 특정한 부품이나

시스템에 대하여 고객의 사용방법과 환경에 대한 지식을 기초로 하여야 한다

개발프로젝트가 진행되는 동안 신뢰성 성장시험 프로그램이 개발되고 실행되는

과정에서 설계 및 공정의 관심사항을 확인하기 위해 QFD(Quality function

와 같은 제품보증을 위한 분석방법들이 선행되어 실시되는데 신뢰성deployment)

성장관리와 연계하여 이를 통틀어 통합 신뢰성 성장관리(Integrated reliability

라고 한다 신뢰성 성장관리를 포함한 제품설계평가의 모든growth management)

과정은 제품 공정의 신뢰성 향상에 있어 중요한 역할을 하는 제품보증기능의 한부

분이다

- 78 -

통합 신뢰성 성장시험관리 프로세스는 설계뿐 아니라 공정신뢰성(MIL-HDBK-781)

과 관련된 문제에 대응할 수 있도록 신뢰성 성장시험의 이점을 전적으로 활용할 수

있는 수단을 제공한다

신뢰성 성장관리과정을 개발함으로써 신뢰성 수준은 계속적으로 추적될 수 있고

조치를 취하고 다른 분석결과들과 비교되어 초기 신뢰성 예측을 수립하고 제품설

계에 포함된 확신을 증가시킨 후 검증시험에 들어갈 수 있도록 한다 이러한 신뢰

성 성장관리 프로세스는 제품개발 사이클에 있어서 초기 단계 동안에 신뢰성을 확

립하는 데 도움을 줄 수 있는 장치이다

그림 신뢰성성장시험 프로세스[ 81]

제품개발과정에 적용되는 신뢰성 성장시험관리 프로세스는 다음과 같다

신뢰성 성장시험조건을 결정하고 시험 사이클을 개발한다 ①

신뢰성 성장시험곡선의 사용을 통하여 시험과정을 실행하고 추적한다②

시험결과를 평가하고 다른 선행된 분석연구결과들과 비교한다③

확인된 결함을 제거하기 위해 설계변경을 실시한다④

- 79 -

설계검증시험을 준비한다⑤

신뢰성 성장시험의 주된 목적은 설계상의 약점을 확인하고 제거함으로써 설계의

신뢰성을 증가시키는 것이다 정확하게 신뢰성 수준이 변화되는 진행상황을 추적하

기 위해서는 요구사항에 대한 불합치성 을 확인하고 불합치성이(Nonconformance)

일어난 시간을 모두 추적하여야 한다 시험을 시작하기 전에 적절한 시정조치를 용

이하게 하기 위해 사전계획이 수립되어야 하며 고장분포를 결정하기 전에 각각의

고장부품에 대한 고장원인을 분리할 수 있어야 한다

부품의 개발과정에서 몇 개의 표본에 대한 고장시간 데이터가 있을 때 Weibull

분포를 활용한 신뢰성 성장분석에 대하여 설명하면 다음과 같다

가 분석의 개요가 분석의 개요가 분석의 개요가 분석의 개요

밀도함수는 그림 와 같이 특성 수명과 기울기로 고장시간Weibull [ 82] (Cycle

을 설명한다 작은 표본에 대한 고장시간 데이터가 주어졌을 때 분석Km) Weibull

을 사용하여 세 가지의 정보를 얻을 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ특정 시간이 주어졌을 때 등 부품의 신뢰도는 그 시간까지 살아 있(Cycle Km )

을 백분율이다

ㆍㆍㆍㆍ 또는 다른( 수명을 추정할 수 있다) 수명은 부품들 중 가 고장10

날 것이라고 기대되는 시간이다 즉 이 시간에서의 신뢰도는 이다 90

ㆍㆍㆍㆍ 기울기의 값은 고장률 패턴에 대한 정보를 제공해준다 기울기가Weibull 10

이라면 고장률이 일정하다는 것을 의미한다 이 경우 고장은 일반적으로 우연히

일어나며 고장률은 설계의 강건 정도에 따라 달라진다 기울기가 보다 작다면 1

고장률은 감소하고 있음을 의미한다

- 80 -

즉 높은 초기 고장률 을 말한다 기울기가 보다 크면 고장률은 증 (Infant mortality) 1

가하고 이는 마모 되고 있음을 의미한다(Wear-out)

그림 에 의한 부품의 신뢰성성장분석[ 82] Weibull 수명 비교

가장 많이 활용되는 측도는 수명이며 이것은 요구되는 목표 신뢰도가 임 90

을 의미한다 첫 번째 프로토타입이 고장 난다면 신뢰성 목표 달성을 위해 설계 변

경을 행하고 다음 프로토타입을 시험한다 이 과정은 목표 수명이 달성될 때까

지 반복한다

나 의이점나 의이점나 의이점나 의이점WeibullWeibullWeibullWeibull

부품의 개발과정에서 작은 표본에 대한 고장시간 자료가 주어졌을 때 Weibull

분석을 활용하여 신뢰성성장관리를 행하면 다음의 정보를 얻을 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ신뢰성 개선은 목표 수명이 달성될 때까지 하나의 프로토타입에

- 81 -

서 다음 프로토타입까지 추적할 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ신뢰성 개선은 시험한 프로토타입에 대해 타점으로 표현되고 빠르Weibull

게 방향을 파악하여 신뢰성 진전과정에 대한 양적 측면의 관리능력 향상을 그

래프로 확인할 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ컴포넌트를 고장 날 때까지 시험하는 것은 고장모드에 대한 아주 귀중한 정

보를 제공하고 따라서 시정조치 활동이 필요하다

ㆍㆍㆍㆍ많은 표본이 더 좋은 신뢰도를 얻을 수 있지만 분석은 많은 표본을Weibull

필요로 하지 않는다

ㆍㆍㆍㆍ고객의 운영 사용 사이클과 시험 모수의 관계가 알려져 있다면 더 빠르고( )

더 적은 비용으로 가속시험을 할 수도 있다

다 기본가정및제한다 기본가정및제한다 기본가정및제한다 기본가정및제한

ㆍㆍㆍㆍ각 분석에서 오직 하나의 고장모드만 포함되어야 한다 두 개나 그 이상의

고장 모드가 검출된다면 각각에 대해 분리하여 분석해야 한다

ㆍㆍㆍㆍ신뢰도는 시험 제한 한계 로 인해 년 마일까지 확장하여 외삽하면 안( ) 10 150K

된다 왜냐하면 시험 제한 한계 로 인해 다른 고장모드가 발생할 것인지 알 수 ( )

없기 때문이다

ㆍㆍㆍㆍ하나의 프로토타입에서 다음 프로토타입까지 기울기가 변하는 데는 특별히

주의를 하여야 한다 왜냐하면 초기 후기 수명에서 더 높은 신뢰도와 후기 초 ( ) (

기 수명에서 더 낮은 신뢰도의 할 수 도 있기 때문이다) trade-off

라 적용시기라 적용시기라 적용시기라 적용시기

ㆍㆍㆍㆍ수명의 비교는 엔지니어링 사양 이 특정한(Specification) 을 요구할 경

우 사용된다

ㆍㆍㆍㆍ이러한 접근방법은 고장시간 등 에 대하여 동일한 부품의(Cycle Km )

- 82 -

다른 시점에서의 프로토타입을 비교할 때 사용한다

ㆍㆍㆍㆍ신뢰성 목표가 달성될 때까지 계속한다

마 입력자료마 입력자료마 입력자료마 입력자료

ㆍㆍㆍㆍ프로토타입 의 몇 개 표본의 고장시간 등1 (Cycle Km )

ㆍㆍㆍㆍ프로토타입 의 몇 개 표본의 고장시간 등2 (Cycle Km )

⦙

ㆍㆍㆍㆍ마지막 프로토타입의 몇 개 표본의 고장시간 등(Cycle Km )

분석프로세스는 그림 과 같다[ 83]

프로세스프로세스프로세스프로세스 일반적 단계일반적 단계일반적 단계일반적 단계

Ⅰ 요구

또는 수명 결정

프로그램 신뢰성 목표 사용

고객의 운영 사용 프로파일 사용( )

시험 프로그램 적정시간 사용

Ⅱ 시험 프로그램 자료정보

확인과 데이터 수집초기 부품의 프로토타입

후기 부품의 프로토타입

Ⅲ 다른 프로토타입에 대한

누적고장 시간 또는 vs

거리 계산 및 타점

분석이 가능한 사용Weibull SW

가능한 가속수명시험 사용

Ⅳ 프로젝트 검토 시

현재 신뢰성 수준신뢰성 목표 적합성 결정

초기 경고 관련 정보 제공

개선을 위한 계획 정보 제공

그림 프로세스별 단계[ 83]

- 83 -

제 절 신뢰성성장 데이터분석제 절 신뢰성성장 데이터분석제 절 신뢰성성장 데이터분석제 절 신뢰성성장 데이터분석2222

초기 프로토타입 으로 부터 개의 표본을 정상하중 으(Prototype1) 6 (Nominal load)

로 고장 날 때까지 시험하고 고장모드를 기록하였다 여러 개선작업을 거친 후 후

기 프로토타입 으로부터 개의 표본을 고장 날 때까지 시험하고 고장모(Prototype2) 6

드를 기록하였다 시험 데이터는 표 에 주어져 있다 [ 81]

에 고장데이터를 입력하고 각 프로토타입 단계별로 용지에 결과MINITAB Weibull

를 타점한 결과 그림 와 같은 성장곡선이 생성되었다 [ 84] Weibull

정상하중 에서 의 평균수명 추정치는 이(Nominal load) Prototype1 127366Cycle

고 의 평균수명 추정치는 로서 의 개선을 이루었 Prototype2 176882 Cycle 389

음을 알 수 있었다 수명은 은 이었으나Prototype1 112668 Cycle Prototype2

의 수명은 로서 상당한 개선이 이루어졌음을 볼 수 있다168620 Cycle 수

명에 대한 신뢰하한은 로 추정되었다 따라서 정상부하에 의한95 162926 Cycle

시험데이터분석 결과 개선활동 재료배합개선 형상설계개선 공정개선 에 의하여 ( )

내구성 목표가 달성되었음을 알 수 있다

그림 는 에서의 신뢰구간을 보여주고 있다[ 85] Nominal load 90

최대하중 에서는 표 의 데이터 입력결과 그림 의 그래프를(Max load) [ 82] [ 86]

생성하였다 그래프로 부터 추정된 의 Prototype1 수명은 이고16362Cycle

의Prototype2 수명은 이다21850 Cycle 수명에 대한 신뢰하한추정치95

는 으로부터 로 계산된다MINITAB 20983 Cycle

의 수명과 의 수명이 다른 것은 개선 활동의 결과이Prototype1 Prototype2

- 84 -

며 에서 개선목표가 달성되었음을 알 수 있다 Prototype2

표 하중 고장시간[ 81] Nominal (Cycle)

Weibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth Curve

(Nominal Load)(Nominal Load)(Nominal Load)(Nominal Load)

그림 성장곡선[ 84] Weibull (Nominal load data)

- 85 -

Weibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth Curve

(Nominal Load-90 Cl)(Nominal Load-90 Cl)(Nominal Load-90 Cl)(Nominal Load-90 Cl)

그림 신뢰구간[ 85] Nominal Load90

- 86 -

표 하중 고장시간[ 82] Max (Cycle)

Weibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth Curve

(MaxLoad)(MaxLoad)(MaxLoad)(MaxLoad)

그림 성장곡선[ 86] Weibull (Max load data)

- 87 -

제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론9999

본 연구는 자동차현가장치인 고무부싱 의 신뢰성향상을 위한 기(Rubber bushing)

술개발과제이다 에나 인더스트리는 수출전문기업으로서 주요 경쟁사에 비해 고성

능 고내구성의 제품을 짧은 기간 내에 개발할 수 있는 능력을 갖추어야 해외 시장

에서 경쟁력을 가질 수 있다

본 연구개발에서는 수요기업에서 요구하는 GMUTS(General Motors Uniform

의 사양에 따른 시험을 실행하여 내구성을 목표 사이클 이상으Test Specification)

로 개선하고 정특성과 동특성 비틀림 토크를 개선항목으로 선정하여 제품의 품질

및 신뢰성 향상을 진행하였다

수요기업의 요구 수준에 의하면 내구성은 와 Tension Compress Alternating

가 동시에 일 때 일 때Torsion Stress Maximum Load 20000 Cycle Normal Load

을 요구한다 본 프로젝트의 경우 해외의 부품메이커들에 대한 경쟁150000 Cycle

력 우위를 확보하기 위하여 기본 요구 수준을 넘어 향상된 제품신뢰성을5~10

확보를 목표로 하였다 내구성 정특성 및 동특성에 대한 시험은 직접 행하였고 비

틀림토크에 대한 부분은 추가적인 시험장치가 필요하여 수요기업의 실험실에 샘플

을 제출하여 요구수준을 검증받았다

본 연구개발의 성과를 요약하면 다음과 같다

우선 기술적 효과로는

설계기술의 확보(1)

재료배합설계 형상설계 공정설계에 대한 기술을 확보하여 내구성을 비롯한 품

질특성을 향상시킬 수 있었다 종래에는 설계 개발 생산프로세스에서 경험적 방법

에 의존하여 시행착오가 많았으나 본 연구를 통하여 과학적이고 체계적인 방법으

로 접근할 수 있는 기술이 확보되었다

설계 요소의 기술적 배치를 위한 실험계획법의 활용기술 확보(2)

- 88 -

종전에는 고무 배합설계 형상설계 공정설계에 대하여 설계요인 별 수 (Facter)

준 을 무작위로 추출하여 실험하였으나 본 실험계획의 과정을 따르면 요인들(Level)

이 계획적으로 반영되어 품질특성에 각각 어느 정도의 영향을 미치는지 분석이 가

능하게 된다 또한 다구찌에 의한 강건 설계의 생성으로 산포를 줄일 수 있다

잠재적 고장원인 분석방법 기술 확보(3)

제품기능에 대한 잠재적 고장모드의 예측과 시험항목을 판단하고 최종적으로는 설

계검증 과 공정검증 의 세부항목과 효과적(Design verification) (Process verification)

으로 연계가 가능하다

신뢰성 데이터분석기술 확보(4)

부품의 개발과정에서 몇 개의 표본에 대한 고장시간 데이터가 있을 때 Weibull

분포를 활용한 신뢰성 성장분석이 가능하게 되었다 개발프로그램이 운영되는 동안

신뢰성 수준의 변화를 추적할 수 있어 목표하는 신뢰성 수준을 달성하기 위하여 충

분한 비율로 성장하고 있는지의 여부를 가능한 빠른 시간 내에 판단할 수 있고 그

에 따라 필요한 자원을 적절히 배분할 수 있다 따라서 개발책임자는 시험데이터로

부터 현재 시스템의 신뢰성 수준 성장률의 평가 앞으로 기대되는 달성 가능한 수

준에 대한 결정이 가능하다

경제적 측면의 효과로는

제품에 대한 내구성 및 동특성 정특성에 대하여 요구사양 이상으로 특성관리(1)

를 행할 수 있어 해외 부품메이커들에 대한 경쟁력 우위로 수출력을 향상할 수 있

게 되었다

개발기간을 단축할 수 있게 되어 개발비의 절감을 가져올 수 있게 되었다(2)

재료배합 형상설계 및 공정설계에 대한 기술개발의 표준 정립으로 개발 기간의 단

축이 가능하게 되었다

본 과제 결과를 활용하여 다른 방진제품에 대한 신뢰성 관리로 수출(3)

- 89 -

시장을 개척하여 신규거래처를 확보할 예정이다 신뢰성 데이터의 관리가 이루어져

제품수명에 대한 설득력 있는 자료의 제시가 가능하게 되었다

향후 연구계획으로는

고무부싱부품의 특성상 내구성만의 개선이 최선이 아니고 정특성과 동특성을 일

정수준으로 동시에 고려하여야 한다 따라서 이 부분에 대한 동시적인 실험설계가

시스템화 되도록 추가적인 연구가 요구된다

- 90 -

참고문헌참고문헌참고문헌참고문헌[ ][ ][ ][ ]

고정 이상규 권수호 노태성 정원 박창규 김명수 신뢰성성장프로그램 수[1]

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김완두 김완수 방진고무부품의 유한요소해석 및 수명예측기술 고무기술[3] ldquo rdquo

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미니탭사업팀 새 실무완성 이레테크[4] Minitab 2004

박성현 실험계획법 민영사[5] 2003

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Journal of Fatigue Vol27 2005

[8] McLean R A and Anderson V I Extreme Vertices Design of Mixture

Experiments Technometrics Vol8 No3 1966

- 96 -

주 의

이 보고서는 산업자원부에서 시행한 부품소재종합기술지원사업의 최1

종보고서이다

이 신뢰성기반기술확산사업 내용을 대외적으로 발표할 때에는 반드시2

산업자원부에서 시행한 부품소재신뢰성기반기술 사업의 지원결과임을

밝혀야 한다

- 97 -

이 보고서는 산업자원부에서 시행한

부품소재 신뢰성기반기술확산사업의 최종보고서이다

- 42 -

글로벌 솔루션글로벌 솔루션글로벌 솔루션글로벌 솔루션

예측 반응예측 반응예측 반응예측 반응

Duro(Nor) = 159209

표 데이터분석 결과[ 410] (50Hs Maximum Load)

에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응에 대한 모형을 사용한 새 설계점에서의 예측 반응Duro(max)Duro(max)Duro(max)Duro(max)

- 43 -

반응 최적화 모수반응 최적화 모수반응 최적화 모수반응 최적화 모수

글로벌 솔루션글로벌 솔루션글로벌 솔루션글로벌 솔루션

예측 반응예측 반응예측 반응예측 반응

Duro(Max) = 218572

재료배합시험에 있어서 가류시간이 특성 치에 영향을 미치므로 레오그래프

분석에 의해 적정가류시간을 결정한다 레오그래프는 다음의 용도에(Rheograph)

활용된다

고무제품의 가류도 측정①

가류속도 측정②

최적의 가류공정 조건 확립③

가류약품 선정 및 배합 작성Recipe④

고무제품의 품질관리⑤

아래 그림 은 경도 도에 대한 재료의 레오그래프이다 그래프에 나타난 용[ 43] 48

어를 설명하면 다음과 같다

혼합물 의 가 가류되었을 때의 시간을 나타내며 가류시간을tc90- (Compound) 90

결정하는 기준으로 사용된다

스코치시간 을 나타내며 원하지 않는 가교가 일어ts2 - (Scorch time)

- 44 -

나는 시간으로 적절한 가류시간을 찾기 위해 필요한 과정임

고무의 특성을 토르크 값으로 나타낸 값으로 일반적으로 혼합물Tmax- (Torque)

의 경도에 따라 변함

평형 토르크MH- (Equilibrium torque)

최소 토르크ML- (Minimum torque)

본 재료시험에 적용된 가류시간은 의 배 사이에서 적정수준을 결정하tc90 1-15

였다

연구의 결과 카본의 입자가 작을수록 내구성은 향상시키지만 대체로 분산이 잘 되

지 않아 혼합물의 품질이 고르지 못하였다 따라서 카본의 분산도를 평가하여 만족

할 만한 수준이 나오는지 확인하였으며 상대적으로 작은 입자경의 카본을 사용하

여 내구성을 높이려 하였다

그림 경도 도 고무에 대한 레오그래프[ 43] 48

- 45 -

실험의 결과 카본블랙과 레오그래프와의 관계는 그림 와 같이 나타났다 그림[ 44]

에서 보는바와 같이 입자경의 크기가 증가함에 따라 결합력이 약해지므로 토르크

값이 낮아짐을 알 수 있다

그림 각종 카본블랙의 레오그래프[ 44]

- 46 -

본 연구에 적용된 카본 입자경의 크기와 양은 표 과 같다[ 411]

경도변화는 카본입자의 크기와 양에 따라 결정이 되며 레오그래프의 값이 Tmax

이러한 사실을 보여주고 있다

표 레오그래프상의 경도와 카본의 관계[ 411]

레오그래프는 섭씨 도에서 그려짐PHR = Part in Hundred Rubber 160

- 47 -

제 장 형상개선제 장 형상개선제 장 형상개선제 장 형상개선5555

제 절 외철의 스웨징 율 변화에 의한 개선제 절 외철의 스웨징 율 변화에 의한 개선제 절 외철의 스웨징 율 변화에 의한 개선제 절 외철의 스웨징 율 변화에 의한 개선1111

높은 품질의 부싱을 개발하기 위해서는 적절한 재료설계에 의한 경도 및 고무 특

성의 설정이 매우 중요한 요소이지만 고무의 특성 개선에만 의존하는 것은 한계점

이 있다 따라서 제품의 형상변화를 통해 고무의 특성을 극대화함으로써 내구성 및

품질특성을 향상시킬 수 있다

그림 은 부품의 세부형상과 설계도이다[ 51]

그림 세부형상[ 51] DA-2

- 48 -

그림 는 제품의 단면을 보여준다 그림에서 는 다른 모델에 비해 고무[ 52] DA-2

량이 다소 적음을 알 수 있다 형상 변화를 통한 품질특성의 개선을 시도함에 있어

서는 부품에 대한 조립성과 제조성 을 반드시(DFM Design for Manufacturability)

고려하여 형상변화를 꾀하여야 한다 본 제품의 경우 외철 과 내철 (outer pipe)

의 길이는 한정되어 있으며 그 직경의 변화도 허용공차를 미만(Inner pipe) 05 mm

의 수준으로 요구하고 있다

형상변경을 통한 성능향상 방안으로서 외철에 대한 스웨징율 을 변(Swaging rate)

경함으로서 외경크기의 변화를 시도하였으며 또한 내철의 구배각도를 변화시켜 개

선점을 찾으려고 노력하였다

그림 단면[ 52] DA-2

부싱의 경우 일반 적으로 스웨징이라는 공정을 거치게 되는데 이는 공정에서 외

경의 크기 조정을 통하여 성능을 향상 시키는 방법으로서 스웨징율을 조정함으로서

외철의 외경 크기를 허용범위 내어서 변화시키는 것이다 이는 스웨징에 따른 직경

변화에 의해 고무의 조직이 조밀해져 고무 특성을 향상시킬 수 있게된다

그림 은 스웨징의 방향을 나타내며 그림 는 스웨징 전 후의 외철의 크[ 53] [ 54]

기 변화를 보여주고 있다

- 49 -

그림 스웨징 방향[ 53]

그림 스웨징 전후의 외경 크기의 변화 단면[ 54] ( )

제 절 내철의 구배 변화에 의한 개선제 절 내철의 구배 변화에 의한 개선제 절 내철의 구배 변화에 의한 개선제 절 내철의 구배 변화에 의한 개선2222

아래 그림 는 형상 변화를 시도할 수 있는 내철 끝단 부분의 구배를 표시한[ 55]

그림으로서 는 구배각도를 나타낸다a

- 50 -

그림 구배각도[ 55]

그림 은 본 제품의 특성 요구 사항을 그림으로 표시한 것으로 고무부싱은[ 56]

및 의 외력에 대하여 적절하게 대응할 수 있도록 설계되어야 한다 부싱 종류F1 F2

의 경우 일반적으로 고무 제품의 유연함과 동배율 개선을 위하여 저경도의 고무를

적용하는 경우가 많은데 이 경우에는 외력에 대한 특성이 상대적으로 취약하게F1

나타나게 된다 이러한 취약점을 보완하기 위하여 본 연구에서는 그림 과 같 [ 57]

이 제품이 허용하는 범위 내에서 내철의 구배를 변화 시킨 후 실험데이터의 분석을

통해 성능 개선 방안을 찾고자 하였다

그림 부싱의 외력[ 56]

그림 의 의 경우는 구배를 주지 않은 경우이며 의 경우는 구배를 준[ 57] (a) (b)

경우를 표시하고 있다

- 51 -

의 경우 외력에 의하여 발생하는 반발력 은 순수한 고무 특성에 의해서(a) F1 Fr1

만 나타나게 된다 이러한 경우 저경도의 고무을 적용하였을 때 의 크기가 미미 Fr1

하여 적절한 특성을 발휘하지 못하게 된다

의 경우와 같이 내철에 구배를 주게 되면 의 외력에 대하여 구배가 들어간(b) F1

부분 에 의한 반발력 함께 가 생성되어 상대적으로 에 대한 저항력이 커Fr3 Fr2 F1

짐으로써 성능을 향상 시킬 수 있게 된다

그림 구배각도의 적용에 따른 차이 단면[ 57] ( )

그림 구배각도의 적용에 따른 차이 입체[ 58] ( )

- 52 -

제 장 도포공정개선제 장 도포공정개선제 장 도포공정개선제 장 도포공정개선6666

고무부싱의 내구성 향상을 위하여 필수적으로 관리하여야 할 공정이 도포공정이

다 도포공정은 접착의 원리에서부터 접착의 구조 접착의 강도 피착재의 표면처리

법 및 접착제 사용법 등 접착에 관한 전반적인 기술을 공정에 효율적으로 적용하여

야 한다

고무와 금속과의 접착력이란 접착제와 피착제 사이의 계면 결합력을 의미하며 접

착강도는 시험방법 접착방법 시험시의 조건 시편의 기하학 등 여러 인자에 의해

영향을 받는다 접착파괴는 접착제의 가장 약한 곳에서 일어나며 접착강도는 여러

가지 측정법에 따라 고유강도 잔류강도 측정강도 등과 같이 다르게 표현된다 고

무부싱의 접착구조는 그림 과 같다[ 61]

그림 접착의 구조[ 61]

프라이머 는 피착제 표면과의 친화성이나 접착제와의 상용성이 뛰어나야(Primer)

하고 동시에 접착 저해물과의 상용성도 높아야 한다 또 프라이머 중의 유효성분

쪽이 피착제 표면에 흡착되어 있는 저해성분보다 피착제에 의하여 안정하게 흡착되

어 있는 것이 중요하다 따라서 프라이머는

- 53 -

충분한 교반 균일하고 엷은 도포 그리고 완전한 건조가 이루어져야 한다 이러한

도포공정은 피착제의 모앙에 따라 달라진다

열경화성 접착제의 대부분은 유기 중합물과 각종 충진제를 유기용제에 용해 분산

시킨 것으로 사용전이나 사용 중에도 교반기 등으로 균일하게 용해 분산시킨 접착

제를 사용하는 것이 중요하다 따라서 의 도포 공정은 그림 와 같이 교 DA-2 [ 62]

반기를 추가 설치하여 공정 개선을 실시하였다

그림 설치한 교반기[ 62]

또한 피착제의 균일한 도포를 위해 롤타입의 코팅기에 기존 페인트용 롤러에서

그림 에서와 같이 융을 말아 롤러 도포하는 형태로 개선을 실시하여 코팅의[ 415]

두께 정밀도를 향상시켰다

- 54 -

그림 변경된 롤러 모양[ 63]

접착 재료를 프라이머 에서 변경하여 사용함CHEMLOK 220 252 CHEMLOK 205

으로써 접착력을 향상시켰는데 는 금속 및 경길대료의 프라이머로CHEMLOK 205

사용되며 또한 같은 극성고무에 단독으로 접착이 가능하다 NBR

방식의 경우 의 특징을 살펴보면TWO Coat CHEMLOK 205

ㆍㆍㆍㆍ 접착제의 금속 표면에서의 접착강도를 향상시킬 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ 기계적 표면처리 후 활성화된 금속표면을 산화작용으로부터 보호하며 녹방

지 도료적 역할을 한다

ㆍㆍㆍㆍ 크로로프렌이나 에피크로로히드린고무와 같은 가류 중에 염소가스를 발생

시 켜 금속표면을 부식시키기 쉬운 고무배합에 대하여 유효하게 적용된다 프

라 이머는 충분한 교반 균일하고 엷은 도포 그리고 완전한 건조가 이루어져

야 접착성이 뛰어나게 된다

도포공정 개선 전후의 효과는 그림 그림 의 도포두께 비교[ 64]~[ 67] Cpk

를 통해서도 알 수 있다DATA

아래 그림 는 도포공정의 개선전[ 64] 관리도의 그래프를 나타낸

- 55 -

것으로 관리도는 평균치와 범위에 관한 계량형 관리도에서 가장 많이 사용되

는 관리도의 하나이다 관리도는 평균치의 변화를 관리하는 관리도와 산포의

변화를 관리하는 관리도로 구성된다 관리도의 중심선(Central Line) CL=로 나

타내며 관리 상한선 은(Upper Control Limit) UCL= 로 관리하한선인 (Lower

의 경우Control Limit) LCL=

로 구한다

관리도의 관리선의 경우 중심선 관리상한선 UCL= 관리하한선 LCL

의 경우 로 구한다

여기서 등의 계수는 샘플의 크기인 에 따라 결정 되며 일 경우=4

=0729 =0 이다=2282

그림 에서[ 64] 이며=273410 관리도의 로 나타났UCL=307994 LCL=238826

다

관리도의 은CL 이며 이다=4744 UCL=1082581

- 56 -

그림 도포공정 개선전[ 64] 관리도

한편 그림 는 도포공정 개선 전의 경우에 대하여 지정된 규격의 공정능력 [ 65]

지수를 나타낸 것으로서 단기공정능력지수( 와 장기공정능력지수) ( 를 나타낸)

다 단기공정능력지수는 공정능력 ( 과 규격의 폭) ( 과의 비율을 의미하며 일반적)

으로 로 표시한다 규격은 그림 에서처럼 양쪽규격이 모두 주어진 경우 공 [ 65]

정 능력 지수는 다음과 같이 계산할 수 있다

공정 능력

로 나타내고 만약 공정 평균이 규격의 중심으로부터 어느

한쪽으로 치우쳐 있게 되는 경우 치우침도( 와) 를 조합한 단기공정능력지수

( 로 나타낸다 즉)

- 57 -

장기공정능력지수( 의 계산은)

으로서 이다

따라서 그림 에 나타난 것처럼 개선전의 공정능력은[ 65] =17854 =08458

으로서 장기 공정에 대해 만족스럽지 못한 값을 나타내고 있다

그림 도포공정 개선전 공정능력 분석그래프[ 65]

- 58 -

그러나 공정개선후의 관리도인 그림 을 살펴보면[ 66] 이며=28196 관리

도의 이고UCL=300418 LCL=263502 관리도의 은CL 로=2532 UCL=51418

나타난다

그림 도포공정 개선후[ 66] 관리도

- 59 -

개선 후에는 그림 로부터 알 수 있듯이 단기공정능력은[ 67] 으로서=31966

인 장기 공정에 대해 안정적인 것을 확인할 수 있어 도포공정 개선에=23275

대한 효과가 있음을 알 수 있다

그림 정 개선 후 공정능력 분석그래프[ 67]

또한 도포공정의 두께관리를 강화하기 위하여 작업자 교육 및 샘플링 두께 측정

검사를 통해 지속적인 모니터링을 실시하고 공정별 온도관리 및 시간 관리를 통해

작업 환경 유지관리 강화로 변함없는 품질의 제품을 생산하도록 하였다 그림 [

은 롤 코팅 공정이다68] (Roll coating)

- 60 -

그림 롤 코팅 공정[ 68] (Roll coating)

- 61 -

제 장 최적수준 결정을 위한 파라미터 설계제 장 최적수준 결정을 위한 파라미터 설계제 장 최적수준 결정을 위한 파라미터 설계제 장 최적수준 결정을 위한 파라미터 설계7777

제 절 실험계획법에 의한 유의인자 결정제 절 실험계획법에 의한 유의인자 결정제 절 실험계획법에 의한 유의인자 결정제 절 실험계획법에 의한 유의인자 결정1111

재료설계 형상설계 및 공정설계에 대한 최적조건의 결정은 부품의 품질 특성에

대한 사양 을 만족시켜야 할 뿐 아니라 생산부품 간 품질의 산포를(Specification)

최대한 줄여야 한다 의 최적설계를 위해 다구찌 기법 을 적 DA-2 (Taguchi method)

용하였다

다구찌의 강건설계 는 인자 가 품질 특성의 평균에 대해(Robust design) (Factor)

가지는 효과뿐만 아니라 분산에 미치는 효과에 대해서도 초점을 맞추고 있다 분산

을 줄일 수 있는 통제 가능한 인자에 대한 조건을 설정하여 품질특성이 통제 불가

능한 인자의 변화에 대해서는 둔감하도록 할 수 있다 강건설계의 주목적은 품질특

성의 목표값을 유지하면서 분산을 줄이는 인자에 대해 설치값 을 발견하는 (Setting)

데 있다

다구찌 설계에 의한 실험계획법은 특히 확장된 역할로서 다음의 몇 가지를 들 수

있다

ㆍㆍㆍㆍ종래에는 제어 불가능한 환경조건이나 제어하기 어려운 생산조건 공정조건

등의 원인 이를 잡음인자로 통칭 들이 데이터에 주는 영향의 정도를 평가하기 어려( )

웠으나 객관적으로 그리고 계량적으로 이를 평가할 수 있는 방법을 제시하고 있

다 또한 품질 산포의 크기를 계량특성치 손실함수 비 등 로 변환하여 산포를 ( SN )

작게 하는 인자들의 조건을 찾아가는 강건설계를 사용한다

ㆍㆍㆍㆍ직교배열표를 광범위하게 사용하여 인자의 수가 많은 경우에도 크게 실험횟

수를 증가시키지 않고 실험하는 일부 실시법을 사용한다

ㆍㆍㆍㆍ생산라인 내 뿐만 아니라 신제품 개발을 위한 품질설계 파라미터(On-line)

설계 허용오차 설계 등의 라인 외 품질관리를 위하여 유용하게 사용할 (Off-line)

수 있다

ㆍㆍㆍㆍ다구찌 방법에서 추가적으로 다룰 수 있는 주요한 것들로는 직교배열

- 62 -

표의 확대사용 수준계의 표준 직교배열표 이외에 확대 응용 혼합 직교배열표(2 3

의 사용과 조합법의 사용 계량치 데이터의 파라미터 설계 허용차 설계 그리고)

계수치 데이터의 파라미터 설계 동적 특성의 파라미터 설계 등을 들 수 있다

파라미터 설계 는 제품설계와 공정설계에서 유용하게 사용되는(Parameter design)

다구찌 실험계획법의 핵심이다 파라미터는 제품성능의 특성치에 영향을 주는 제어

가능한 인자 를 의미하며 파라미터 설계는 이들 인자들의 최적(Controllable factor)

수준을 정하여 주는 것을 말한다 파라미터를 설계변수 라고도 부 (Design variable)

르며 파라미터 설계에서는 제품의 품질변동이 잡음에 둔감하면서 목표품질을 가질

수 있도록 설계변수들의 최적조건을 구하여 준다 최적조건을 찾을 때 설계변수와

잡음을 주는 인자들을 포함시켜 실험하는 직교배열표 등을 주로 사용한다 이때 목

표 품질을 만족시키는 범위 내에서 가능한 한 비용이 적게 드는 조건이나 부품 등

을 이용한다

만약 신뢰성에 영향을 주는 제어 가능한 인자 에 대한 파라미터설계 A B C D

를 한다고 하자 는 수준 는 수준의 혼합수준 에 대한 설계 A B 4 C D 2 (Mixed level)

분석을 하려고 한다면 각 요인 변동의 계산을 표 과 같은 [ 71] L16(215형 직교배)

열표 를 사용하면 된다(Orthogonal Design)

에 대한 파라미터 설계조건으로는 내구성이 가장 좋은 최적의 설계 및 공정DA-2

조건을 구하여야 하므로 반응변수가 큰 값일수록 좋은 망대특성(Larger-the-better

에 대한 조건을 구하고 부품의 정특성 및 동특성에 대한 분석은 적characteristics)

정한 상호관계를 고려하여 별도의 실험을 행한다

- 63 -

표 다구찌 설계의 예[ 71]

- 64 -

제 절 시험데이터의 해석제 절 시험데이터의 해석제 절 시험데이터의 해석제 절 시험데이터의 해석2222

실험조건실험조건실험조건실험조건1111

제품의 신뢰성향상을 위해 지금까지 재료배합의 개선 형상개선 및 공정개선에

대한 각각의 과정을 설명하였으며 본 장에서는 관련된 여러 인자들을 동시에 고려

하여 최상의 품질특성을 나타낼 수 있는 최적인자수준의 결정에 대하여 설명하려고

한다 이는 인자들 간의 상호 작용이 상승 또는 보완작용을 할 수도 있고 반대로

서로 상극임을 나타낼 수 도 있기 때문이다

일반적으로 고무부싱의 개발에 적용되는 인자 는 다음과 같다(Factor)

ㆍㆍㆍㆍ경도 는 수요기업에서 제시하는 사양 에 따라 적정수(Hardness) (Specification)

준의 경도 도 도 도 도 를 적용하였으며 경험적으로 경도의 산포는(43 45 48 50 ) plusmn

정도이다2

ㆍㆍㆍㆍ각 부분의 모양이나 각도에 따라 고무 량에 영향을 미치게 되는 형상설계에

관해서는 내부 파이프 구배각도를(Inner pipe) 15deg~25deg로 하고 외부파이프 (Outer

의 접착부분을 로 하였으며 외경의 크기는pipe) 13mm~15mm

27mm~ 로 유지하였다278mm

ㆍㆍㆍㆍ공정설계는 가류시간을 로 하였다 가류 온도는240sec~600sec 150deg~180

로 하고 주변 온도에 영향을 받으므로 금형 표면온도는 항상 확인하였다 접착제

도포가 내구성에 영향을 주므로 접착제 두께는 으로 하고 접15micron~40micron

착제 배합조건은 로 하였다120cc~128cc

다구찌 설계에 의한 최적수준을 결정하기 위해 다른 인자는 고정시키고 경도 가

류시간 스웨징 인자에 대하여 표 와 같이 실험수준을 정하였다 [ 72]

- 65 -

표 실험인자 별 수준[ 72]

분석결과의 해석분석결과의 해석분석결과의 해석분석결과의 해석2222

실험결과의 해석은 다음과 같다

을 통해 표 의 실험조건을 입력하여 다구찌 설계를 생성한 결과MMITAB [ 72]

표 과 같은 실험조합을 얻었다 표 는 실험조합 별 시험결과 값이다[ 73] [ 74]

에서의 내구성에 대한 다구찌 설계해석의 결과는 표 의 신호 대Nominal load [ 75]

잡음비 비 평균 표준편차에 대한 반응표에 잘 나타나(SN Signal to noise ratio)

있다 그림 그림 은 비 평균 표준편차에 대한 반응 값을 도식한 [ 71]~[ 73] SN

것이다

표 의 신호 대 잡음비의 반응표를 보면 경도는 스웨징이나 가류시간에 비해[ 75]

반응변수 내구성 에 큰 영향을 미치고 있음을 보여준다 평균에 대한 반응표에서도( )

경도는 다른 인자들에 비해 반응변수의 평균에 크게 영향을 미치고 있음을 알 수

있다 표준편차 역시 경도의 수준 변화에 따라 차이가 가장 많음을 보여주고 있다

- 66 -

표 에 의한 다구찌 설계생성[ 73] MINITAB

- 67 -

표 실험조합 별 시험결과 데이터[ 74]

- 68 -

표 비 평균 표준편차에 대한 반응표[ 75] SN

신호 대 잡음 비에 대한 반응 표신호 대 잡음 비에 대한 반응 표신호 대 잡음 비에 대한 반응 표신호 대 잡음 비에 대한 반응 표

망대특성망대특성망대특성망대특성

평균에 대한 반응 표평균에 대한 반응 표평균에 대한 반응 표평균에 대한 반응 표

표준 편차에 대한 반응 표표준 편차에 대한 반응 표표준 편차에 대한 반응 표표준 편차에 대한 반응 표

- 69 -

그림 신호 대 잡음 비의 주효과도[ 71]

그림 인자수준별 평균의 주효과도[ 72]

그림 인자수준별 표준편차의 주효과도[ 73]

- 70 -

표 와 그림 에서 에서의 내구성 예측값을 가장 크게 하[ 75] [ 72] Nominal Load

는 것은 요인 수준의 조합이 일 때이다 품질 향상을 위해서는 정특성 동(4 2 2)

특성 값도 동시에 고려하여야 하므로 조합 조합 조합(4 2 2) (4 3 2) (4 1 2)

에 대한 예측 값을 함께 구하였다

표 은 에서의 내구성 예측값을 표 은 에[ 76] Nominal Load [ 77] Maximum Load

서의 내구성 예측값 표 은 정특성 예측값 표 는 에서의 동특성 예 [ 78] [ 79] 15Hz

측값 그리고 표 은 에서의 동특성 예측값을 보여주고 있다 [ 710] 150Hz Nominal

에서의 내구성 예측값은 조합 조합 조합에서 각Load (4 2 2) (4 3 2) (4 1 2)

각 목표값인 을 상회한 과170000 Cycle 178023 Cycle 174272 Cycle 175830

로서 조합일 때 더 높게 나타났다Cycle (4 2 2)

동배율은 예측 평균값을 기준으로 할 때 동배율은 조합에서는 에 (4 2 2) 15Hz

서 에서 이고 조합에서의110(1187691079) 150Hz 113(1215561079) (432)

동배율은 에서 에서15Hz 106(112856 106938) 150Hz 108(115769106938)

이며 조합에서의 동배율은 에서 에서 (412) 15Hz 108(118194 1094) 150Hz

이었다109(1195691094)

모델의 경우 수요기업에서 동배율 값이 적은 값을 요구하기 때문에DA-2 (kdks)

동배율을 고려하면 의 조합이 더 좋은 품질을 나타낸다고 할 수 있다(4 1 2)

- 71 -

표 에서의 내구성 예측값[ 76] Nominal Load

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 2 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 3 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 1 2

예측 값

신호 대

- 72 -

표 에서의 내구성 예측값[ 77] Maximum Load

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 2 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 3 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 1 2

신호 대

- 73 -

표 정특성 예측값[ 78]

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 2 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 3 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 1 2

신호 대

- 74 -

표 동특성 예측값[ 79] (15Hz)

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 2 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 3 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 1 2

신호 대

- 75 -

표 동특성 예측값[ 710] (150Hz)

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 2 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 3 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 1 2

신호 대

- 76 -

제 장 부품의 신뢰성성장관리제 장 부품의 신뢰성성장관리제 장 부품의 신뢰성성장관리제 장 부품의 신뢰성성장관리8888

제 절 신뢰성성장관리제 절 신뢰성성장관리제 절 신뢰성성장관리제 절 신뢰성성장관리1111

복잡하고 기술적인 제품의 개발 프로그램을 운영하는 데 있어서는 고객이 요구

하는 신뢰성 수준을 만족시키기 위하여 상당한 규모의 시간 예산 기술인력 등의

자원을 필요로 한다 고객들의 신뢰성 요구수준은 매우 높으므로 이러한 목표를 달

성하기 위하여 시험 개선 시험 개선의 개발과정을 반드시 거친다 이 과정에서 시- - -

스템 서브시스템 또는 모듈을 고장 날 때까지 시험하고 고장모드를 결정해서 이를

제거하기 위한 시도를 하거나 적어도 고장발생을 줄일 수 있는 시도를 하여 설계나

엔지니어링 개선을 이룬다 만약 이러한 과정이 계속되고 설계나 엔지니어링 변경

이 충분히 이루지면 시스템의 신뢰성은 증가한다 개발프로그램이 운영되는 동안

신뢰성 수준의 변화를 추적할 수 있다면 개발책임자로서는 여러 가지 이점이 있다

즉 목표하는 신뢰성 수준을 달성하기 위하여 충분한 비율로 성장하고 있는지의 여

부를 가능한 빠른 시간 내에 판단할 수 있고 그에 따라 필요한 자원을 적절히 배

분할 수 있다 따라서 개발책임자는 시험데이터로부터 현재 시스템의 신뢰성 수준

성장률의 평가 앞으로 기대되는 달성 가능한 수준을 결정하기를 원한다

신뢰성 성장관리 기술은 제품을 개발하는 데(Reliability growth management)

소요되는 많은 시간과 비용 및 엔지니어링 노력을 절감하면서 개념선택 제품과 공

정의 신뢰성 그리고 비용효율을 달성할 수 있도록 유용한 정보를 제공해 준다 군

사장비 자동차 및 전자 중장비개발 등에 적용된 최근의 신뢰성 성장시험 관리기술

은 각 분야의 경쟁적인 사업 환경 아래에서 제품개발을 효율적으로 조직하여 신뢰

성평가를 시작하고 신뢰성 성장과정을 추적할 수 있도록 해준다 신뢰성성장관리기

술은 제품 및 공정설계 관련사항 및 검증시험 항목들에 대하여 사용 환경에 따른

신뢰성 성장 진행과정을 확인하고 그 결과로부터 성장시험곡선을 개발할 수 있게

한다 또한 설계단계 사이의 여러 가지 관련성을 확인하여 관찰하고 그 정보를 다

른 제품보증분석들과 연결하여 고객 요구사항에 대한 제품의

- 77 -

적합도를 적절히 평가하는 데 도움을 준다

신뢰성성장모델은 가 개발한Crow(1975) AMSAA(Army Materiel Systems

모델이 많이 활용되었으나 이는 시스템 또는 서브시스템에서의Analysis Activity)

성장관리에 유용하고 부품수준에서는 모델을 활용하는 것이 더욱 실용적이 Weibull

다 모델은 목표 Weibull B10 수명에 대하여 초기 시작품 으로부터(Early Prototype)

후기 시작품 까지의 신뢰성 개선을 관리하는데 실용적으로 활용할(Later Prototype)

수 있다

신뢰성 성장시험 프로세스신뢰성 성장시험 프로세스신뢰성 성장시험 프로세스신뢰성 성장시험 프로세스1111

신뢰성 성장은 개발시스템에 대하여 여러 시험단계가 시리즈로 이루어지는 동안

고장모드를 발견하고 이를 개선하는 과정을 거쳐 이TAAF(Test Analyze And Fix)

루어진다 또한 기능시험 환경시험 안전시험의 결과는 신뢰성 향상을 위한 FMEA

등과 연계하여 사용된다 분석결과는 설계변경에 반영되고 최종목표가 달성될 때까

지 개선과 시험이 연속적으로 이루어진다 그림 은 일반적인 신뢰성 성장시험 [ 81]

프로세스를 보여준다 프로그램의 시작시점에 신뢰성 성장에 대한 계획을 수립하여

고객의 기대사항을 만족시킬 수 있는 성능수준에 대한 구체적인 측정치를 제시하

고 이 목적을 달성시킬 수 있는 시험조건을 정한다 시험조건은 특정한 부품이나

시스템에 대하여 고객의 사용방법과 환경에 대한 지식을 기초로 하여야 한다

개발프로젝트가 진행되는 동안 신뢰성 성장시험 프로그램이 개발되고 실행되는

과정에서 설계 및 공정의 관심사항을 확인하기 위해 QFD(Quality function

와 같은 제품보증을 위한 분석방법들이 선행되어 실시되는데 신뢰성deployment)

성장관리와 연계하여 이를 통틀어 통합 신뢰성 성장관리(Integrated reliability

라고 한다 신뢰성 성장관리를 포함한 제품설계평가의 모든growth management)

과정은 제품 공정의 신뢰성 향상에 있어 중요한 역할을 하는 제품보증기능의 한부

분이다

- 78 -

통합 신뢰성 성장시험관리 프로세스는 설계뿐 아니라 공정신뢰성(MIL-HDBK-781)

과 관련된 문제에 대응할 수 있도록 신뢰성 성장시험의 이점을 전적으로 활용할 수

있는 수단을 제공한다

신뢰성 성장관리과정을 개발함으로써 신뢰성 수준은 계속적으로 추적될 수 있고

조치를 취하고 다른 분석결과들과 비교되어 초기 신뢰성 예측을 수립하고 제품설

계에 포함된 확신을 증가시킨 후 검증시험에 들어갈 수 있도록 한다 이러한 신뢰

성 성장관리 프로세스는 제품개발 사이클에 있어서 초기 단계 동안에 신뢰성을 확

립하는 데 도움을 줄 수 있는 장치이다

그림 신뢰성성장시험 프로세스[ 81]

제품개발과정에 적용되는 신뢰성 성장시험관리 프로세스는 다음과 같다

신뢰성 성장시험조건을 결정하고 시험 사이클을 개발한다 ①

신뢰성 성장시험곡선의 사용을 통하여 시험과정을 실행하고 추적한다②

시험결과를 평가하고 다른 선행된 분석연구결과들과 비교한다③

확인된 결함을 제거하기 위해 설계변경을 실시한다④

- 79 -

설계검증시험을 준비한다⑤

신뢰성 성장시험의 주된 목적은 설계상의 약점을 확인하고 제거함으로써 설계의

신뢰성을 증가시키는 것이다 정확하게 신뢰성 수준이 변화되는 진행상황을 추적하

기 위해서는 요구사항에 대한 불합치성 을 확인하고 불합치성이(Nonconformance)

일어난 시간을 모두 추적하여야 한다 시험을 시작하기 전에 적절한 시정조치를 용

이하게 하기 위해 사전계획이 수립되어야 하며 고장분포를 결정하기 전에 각각의

고장부품에 대한 고장원인을 분리할 수 있어야 한다

부품의 개발과정에서 몇 개의 표본에 대한 고장시간 데이터가 있을 때 Weibull

분포를 활용한 신뢰성 성장분석에 대하여 설명하면 다음과 같다

가 분석의 개요가 분석의 개요가 분석의 개요가 분석의 개요

밀도함수는 그림 와 같이 특성 수명과 기울기로 고장시간Weibull [ 82] (Cycle

을 설명한다 작은 표본에 대한 고장시간 데이터가 주어졌을 때 분석Km) Weibull

을 사용하여 세 가지의 정보를 얻을 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ특정 시간이 주어졌을 때 등 부품의 신뢰도는 그 시간까지 살아 있(Cycle Km )

을 백분율이다

ㆍㆍㆍㆍ 또는 다른( 수명을 추정할 수 있다) 수명은 부품들 중 가 고장10

날 것이라고 기대되는 시간이다 즉 이 시간에서의 신뢰도는 이다 90

ㆍㆍㆍㆍ 기울기의 값은 고장률 패턴에 대한 정보를 제공해준다 기울기가Weibull 10

이라면 고장률이 일정하다는 것을 의미한다 이 경우 고장은 일반적으로 우연히

일어나며 고장률은 설계의 강건 정도에 따라 달라진다 기울기가 보다 작다면 1

고장률은 감소하고 있음을 의미한다

- 80 -

즉 높은 초기 고장률 을 말한다 기울기가 보다 크면 고장률은 증 (Infant mortality) 1

가하고 이는 마모 되고 있음을 의미한다(Wear-out)

그림 에 의한 부품의 신뢰성성장분석[ 82] Weibull 수명 비교

가장 많이 활용되는 측도는 수명이며 이것은 요구되는 목표 신뢰도가 임 90

을 의미한다 첫 번째 프로토타입이 고장 난다면 신뢰성 목표 달성을 위해 설계 변

경을 행하고 다음 프로토타입을 시험한다 이 과정은 목표 수명이 달성될 때까

지 반복한다

나 의이점나 의이점나 의이점나 의이점WeibullWeibullWeibullWeibull

부품의 개발과정에서 작은 표본에 대한 고장시간 자료가 주어졌을 때 Weibull

분석을 활용하여 신뢰성성장관리를 행하면 다음의 정보를 얻을 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ신뢰성 개선은 목표 수명이 달성될 때까지 하나의 프로토타입에

- 81 -

서 다음 프로토타입까지 추적할 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ신뢰성 개선은 시험한 프로토타입에 대해 타점으로 표현되고 빠르Weibull

게 방향을 파악하여 신뢰성 진전과정에 대한 양적 측면의 관리능력 향상을 그

래프로 확인할 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ컴포넌트를 고장 날 때까지 시험하는 것은 고장모드에 대한 아주 귀중한 정

보를 제공하고 따라서 시정조치 활동이 필요하다

ㆍㆍㆍㆍ많은 표본이 더 좋은 신뢰도를 얻을 수 있지만 분석은 많은 표본을Weibull

필요로 하지 않는다

ㆍㆍㆍㆍ고객의 운영 사용 사이클과 시험 모수의 관계가 알려져 있다면 더 빠르고( )

더 적은 비용으로 가속시험을 할 수도 있다

다 기본가정및제한다 기본가정및제한다 기본가정및제한다 기본가정및제한

ㆍㆍㆍㆍ각 분석에서 오직 하나의 고장모드만 포함되어야 한다 두 개나 그 이상의

고장 모드가 검출된다면 각각에 대해 분리하여 분석해야 한다

ㆍㆍㆍㆍ신뢰도는 시험 제한 한계 로 인해 년 마일까지 확장하여 외삽하면 안( ) 10 150K

된다 왜냐하면 시험 제한 한계 로 인해 다른 고장모드가 발생할 것인지 알 수 ( )

없기 때문이다

ㆍㆍㆍㆍ하나의 프로토타입에서 다음 프로토타입까지 기울기가 변하는 데는 특별히

주의를 하여야 한다 왜냐하면 초기 후기 수명에서 더 높은 신뢰도와 후기 초 ( ) (

기 수명에서 더 낮은 신뢰도의 할 수 도 있기 때문이다) trade-off

라 적용시기라 적용시기라 적용시기라 적용시기

ㆍㆍㆍㆍ수명의 비교는 엔지니어링 사양 이 특정한(Specification) 을 요구할 경

우 사용된다

ㆍㆍㆍㆍ이러한 접근방법은 고장시간 등 에 대하여 동일한 부품의(Cycle Km )

- 82 -

다른 시점에서의 프로토타입을 비교할 때 사용한다

ㆍㆍㆍㆍ신뢰성 목표가 달성될 때까지 계속한다

마 입력자료마 입력자료마 입력자료마 입력자료

ㆍㆍㆍㆍ프로토타입 의 몇 개 표본의 고장시간 등1 (Cycle Km )

ㆍㆍㆍㆍ프로토타입 의 몇 개 표본의 고장시간 등2 (Cycle Km )

⦙

ㆍㆍㆍㆍ마지막 프로토타입의 몇 개 표본의 고장시간 등(Cycle Km )

분석프로세스는 그림 과 같다[ 83]

프로세스프로세스프로세스프로세스 일반적 단계일반적 단계일반적 단계일반적 단계

Ⅰ 요구

또는 수명 결정

프로그램 신뢰성 목표 사용

고객의 운영 사용 프로파일 사용( )

시험 프로그램 적정시간 사용

Ⅱ 시험 프로그램 자료정보

확인과 데이터 수집초기 부품의 프로토타입

후기 부품의 프로토타입

Ⅲ 다른 프로토타입에 대한

누적고장 시간 또는 vs

거리 계산 및 타점

분석이 가능한 사용Weibull SW

가능한 가속수명시험 사용

Ⅳ 프로젝트 검토 시

현재 신뢰성 수준신뢰성 목표 적합성 결정

초기 경고 관련 정보 제공

개선을 위한 계획 정보 제공

그림 프로세스별 단계[ 83]

- 83 -

제 절 신뢰성성장 데이터분석제 절 신뢰성성장 데이터분석제 절 신뢰성성장 데이터분석제 절 신뢰성성장 데이터분석2222

초기 프로토타입 으로 부터 개의 표본을 정상하중 으(Prototype1) 6 (Nominal load)

로 고장 날 때까지 시험하고 고장모드를 기록하였다 여러 개선작업을 거친 후 후

기 프로토타입 으로부터 개의 표본을 고장 날 때까지 시험하고 고장모(Prototype2) 6

드를 기록하였다 시험 데이터는 표 에 주어져 있다 [ 81]

에 고장데이터를 입력하고 각 프로토타입 단계별로 용지에 결과MINITAB Weibull

를 타점한 결과 그림 와 같은 성장곡선이 생성되었다 [ 84] Weibull

정상하중 에서 의 평균수명 추정치는 이(Nominal load) Prototype1 127366Cycle

고 의 평균수명 추정치는 로서 의 개선을 이루었 Prototype2 176882 Cycle 389

음을 알 수 있었다 수명은 은 이었으나Prototype1 112668 Cycle Prototype2

의 수명은 로서 상당한 개선이 이루어졌음을 볼 수 있다168620 Cycle 수

명에 대한 신뢰하한은 로 추정되었다 따라서 정상부하에 의한95 162926 Cycle

시험데이터분석 결과 개선활동 재료배합개선 형상설계개선 공정개선 에 의하여 ( )

내구성 목표가 달성되었음을 알 수 있다

그림 는 에서의 신뢰구간을 보여주고 있다[ 85] Nominal load 90

최대하중 에서는 표 의 데이터 입력결과 그림 의 그래프를(Max load) [ 82] [ 86]

생성하였다 그래프로 부터 추정된 의 Prototype1 수명은 이고16362Cycle

의Prototype2 수명은 이다21850 Cycle 수명에 대한 신뢰하한추정치95

는 으로부터 로 계산된다MINITAB 20983 Cycle

의 수명과 의 수명이 다른 것은 개선 활동의 결과이Prototype1 Prototype2

- 84 -

며 에서 개선목표가 달성되었음을 알 수 있다 Prototype2

표 하중 고장시간[ 81] Nominal (Cycle)

Weibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth Curve

(Nominal Load)(Nominal Load)(Nominal Load)(Nominal Load)

그림 성장곡선[ 84] Weibull (Nominal load data)

- 85 -

Weibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth Curve

(Nominal Load-90 Cl)(Nominal Load-90 Cl)(Nominal Load-90 Cl)(Nominal Load-90 Cl)

그림 신뢰구간[ 85] Nominal Load90

- 86 -

표 하중 고장시간[ 82] Max (Cycle)

Weibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth Curve

(MaxLoad)(MaxLoad)(MaxLoad)(MaxLoad)

그림 성장곡선[ 86] Weibull (Max load data)

- 87 -

제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론9999

본 연구는 자동차현가장치인 고무부싱 의 신뢰성향상을 위한 기(Rubber bushing)

술개발과제이다 에나 인더스트리는 수출전문기업으로서 주요 경쟁사에 비해 고성

능 고내구성의 제품을 짧은 기간 내에 개발할 수 있는 능력을 갖추어야 해외 시장

에서 경쟁력을 가질 수 있다

본 연구개발에서는 수요기업에서 요구하는 GMUTS(General Motors Uniform

의 사양에 따른 시험을 실행하여 내구성을 목표 사이클 이상으Test Specification)

로 개선하고 정특성과 동특성 비틀림 토크를 개선항목으로 선정하여 제품의 품질

및 신뢰성 향상을 진행하였다

수요기업의 요구 수준에 의하면 내구성은 와 Tension Compress Alternating

가 동시에 일 때 일 때Torsion Stress Maximum Load 20000 Cycle Normal Load

을 요구한다 본 프로젝트의 경우 해외의 부품메이커들에 대한 경쟁150000 Cycle

력 우위를 확보하기 위하여 기본 요구 수준을 넘어 향상된 제품신뢰성을5~10

확보를 목표로 하였다 내구성 정특성 및 동특성에 대한 시험은 직접 행하였고 비

틀림토크에 대한 부분은 추가적인 시험장치가 필요하여 수요기업의 실험실에 샘플

을 제출하여 요구수준을 검증받았다

본 연구개발의 성과를 요약하면 다음과 같다

우선 기술적 효과로는

설계기술의 확보(1)

재료배합설계 형상설계 공정설계에 대한 기술을 확보하여 내구성을 비롯한 품

질특성을 향상시킬 수 있었다 종래에는 설계 개발 생산프로세스에서 경험적 방법

에 의존하여 시행착오가 많았으나 본 연구를 통하여 과학적이고 체계적인 방법으

로 접근할 수 있는 기술이 확보되었다

설계 요소의 기술적 배치를 위한 실험계획법의 활용기술 확보(2)

- 88 -

종전에는 고무 배합설계 형상설계 공정설계에 대하여 설계요인 별 수 (Facter)

준 을 무작위로 추출하여 실험하였으나 본 실험계획의 과정을 따르면 요인들(Level)

이 계획적으로 반영되어 품질특성에 각각 어느 정도의 영향을 미치는지 분석이 가

능하게 된다 또한 다구찌에 의한 강건 설계의 생성으로 산포를 줄일 수 있다

잠재적 고장원인 분석방법 기술 확보(3)

제품기능에 대한 잠재적 고장모드의 예측과 시험항목을 판단하고 최종적으로는 설

계검증 과 공정검증 의 세부항목과 효과적(Design verification) (Process verification)

으로 연계가 가능하다

신뢰성 데이터분석기술 확보(4)

부품의 개발과정에서 몇 개의 표본에 대한 고장시간 데이터가 있을 때 Weibull

분포를 활용한 신뢰성 성장분석이 가능하게 되었다 개발프로그램이 운영되는 동안

신뢰성 수준의 변화를 추적할 수 있어 목표하는 신뢰성 수준을 달성하기 위하여 충

분한 비율로 성장하고 있는지의 여부를 가능한 빠른 시간 내에 판단할 수 있고 그

에 따라 필요한 자원을 적절히 배분할 수 있다 따라서 개발책임자는 시험데이터로

부터 현재 시스템의 신뢰성 수준 성장률의 평가 앞으로 기대되는 달성 가능한 수

준에 대한 결정이 가능하다

경제적 측면의 효과로는

제품에 대한 내구성 및 동특성 정특성에 대하여 요구사양 이상으로 특성관리(1)

를 행할 수 있어 해외 부품메이커들에 대한 경쟁력 우위로 수출력을 향상할 수 있

게 되었다

개발기간을 단축할 수 있게 되어 개발비의 절감을 가져올 수 있게 되었다(2)

재료배합 형상설계 및 공정설계에 대한 기술개발의 표준 정립으로 개발 기간의 단

축이 가능하게 되었다

본 과제 결과를 활용하여 다른 방진제품에 대한 신뢰성 관리로 수출(3)

- 89 -

시장을 개척하여 신규거래처를 확보할 예정이다 신뢰성 데이터의 관리가 이루어져

제품수명에 대한 설득력 있는 자료의 제시가 가능하게 되었다

향후 연구계획으로는

고무부싱부품의 특성상 내구성만의 개선이 최선이 아니고 정특성과 동특성을 일

정수준으로 동시에 고려하여야 한다 따라서 이 부분에 대한 동시적인 실험설계가

시스템화 되도록 추가적인 연구가 요구된다

- 90 -

참고문헌참고문헌참고문헌참고문헌[ ][ ][ ][ ]

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[8] McLean R A and Anderson V I Extreme Vertices Design of Mixture

Experiments Technometrics Vol8 No3 1966

- 96 -

주 의

이 보고서는 산업자원부에서 시행한 부품소재종합기술지원사업의 최1

종보고서이다

이 신뢰성기반기술확산사업 내용을 대외적으로 발표할 때에는 반드시2

산업자원부에서 시행한 부품소재신뢰성기반기술 사업의 지원결과임을

밝혀야 한다

- 97 -

이 보고서는 산업자원부에서 시행한

부품소재 신뢰성기반기술확산사업의 최종보고서이다

- 43 -

반응 최적화 모수반응 최적화 모수반응 최적화 모수반응 최적화 모수

글로벌 솔루션글로벌 솔루션글로벌 솔루션글로벌 솔루션

예측 반응예측 반응예측 반응예측 반응

Duro(Max) = 218572

재료배합시험에 있어서 가류시간이 특성 치에 영향을 미치므로 레오그래프

분석에 의해 적정가류시간을 결정한다 레오그래프는 다음의 용도에(Rheograph)

활용된다

고무제품의 가류도 측정①

가류속도 측정②

최적의 가류공정 조건 확립③

가류약품 선정 및 배합 작성Recipe④

고무제품의 품질관리⑤

아래 그림 은 경도 도에 대한 재료의 레오그래프이다 그래프에 나타난 용[ 43] 48

어를 설명하면 다음과 같다

혼합물 의 가 가류되었을 때의 시간을 나타내며 가류시간을tc90- (Compound) 90

결정하는 기준으로 사용된다

스코치시간 을 나타내며 원하지 않는 가교가 일어ts2 - (Scorch time)

- 44 -

나는 시간으로 적절한 가류시간을 찾기 위해 필요한 과정임

고무의 특성을 토르크 값으로 나타낸 값으로 일반적으로 혼합물Tmax- (Torque)

의 경도에 따라 변함

평형 토르크MH- (Equilibrium torque)

최소 토르크ML- (Minimum torque)

본 재료시험에 적용된 가류시간은 의 배 사이에서 적정수준을 결정하tc90 1-15

였다

연구의 결과 카본의 입자가 작을수록 내구성은 향상시키지만 대체로 분산이 잘 되

지 않아 혼합물의 품질이 고르지 못하였다 따라서 카본의 분산도를 평가하여 만족

할 만한 수준이 나오는지 확인하였으며 상대적으로 작은 입자경의 카본을 사용하

여 내구성을 높이려 하였다

그림 경도 도 고무에 대한 레오그래프[ 43] 48

- 45 -

실험의 결과 카본블랙과 레오그래프와의 관계는 그림 와 같이 나타났다 그림[ 44]

에서 보는바와 같이 입자경의 크기가 증가함에 따라 결합력이 약해지므로 토르크

값이 낮아짐을 알 수 있다

그림 각종 카본블랙의 레오그래프[ 44]

- 46 -

본 연구에 적용된 카본 입자경의 크기와 양은 표 과 같다[ 411]

경도변화는 카본입자의 크기와 양에 따라 결정이 되며 레오그래프의 값이 Tmax

이러한 사실을 보여주고 있다

표 레오그래프상의 경도와 카본의 관계[ 411]

레오그래프는 섭씨 도에서 그려짐PHR = Part in Hundred Rubber 160

- 47 -

제 장 형상개선제 장 형상개선제 장 형상개선제 장 형상개선5555

제 절 외철의 스웨징 율 변화에 의한 개선제 절 외철의 스웨징 율 변화에 의한 개선제 절 외철의 스웨징 율 변화에 의한 개선제 절 외철의 스웨징 율 변화에 의한 개선1111

높은 품질의 부싱을 개발하기 위해서는 적절한 재료설계에 의한 경도 및 고무 특

성의 설정이 매우 중요한 요소이지만 고무의 특성 개선에만 의존하는 것은 한계점

이 있다 따라서 제품의 형상변화를 통해 고무의 특성을 극대화함으로써 내구성 및

품질특성을 향상시킬 수 있다

그림 은 부품의 세부형상과 설계도이다[ 51]

그림 세부형상[ 51] DA-2

- 48 -

그림 는 제품의 단면을 보여준다 그림에서 는 다른 모델에 비해 고무[ 52] DA-2

량이 다소 적음을 알 수 있다 형상 변화를 통한 품질특성의 개선을 시도함에 있어

서는 부품에 대한 조립성과 제조성 을 반드시(DFM Design for Manufacturability)

고려하여 형상변화를 꾀하여야 한다 본 제품의 경우 외철 과 내철 (outer pipe)

의 길이는 한정되어 있으며 그 직경의 변화도 허용공차를 미만(Inner pipe) 05 mm

의 수준으로 요구하고 있다

형상변경을 통한 성능향상 방안으로서 외철에 대한 스웨징율 을 변(Swaging rate)

경함으로서 외경크기의 변화를 시도하였으며 또한 내철의 구배각도를 변화시켜 개

선점을 찾으려고 노력하였다

그림 단면[ 52] DA-2

부싱의 경우 일반 적으로 스웨징이라는 공정을 거치게 되는데 이는 공정에서 외

경의 크기 조정을 통하여 성능을 향상 시키는 방법으로서 스웨징율을 조정함으로서

외철의 외경 크기를 허용범위 내어서 변화시키는 것이다 이는 스웨징에 따른 직경

변화에 의해 고무의 조직이 조밀해져 고무 특성을 향상시킬 수 있게된다

그림 은 스웨징의 방향을 나타내며 그림 는 스웨징 전 후의 외철의 크[ 53] [ 54]

기 변화를 보여주고 있다

- 49 -

그림 스웨징 방향[ 53]

그림 스웨징 전후의 외경 크기의 변화 단면[ 54] ( )

제 절 내철의 구배 변화에 의한 개선제 절 내철의 구배 변화에 의한 개선제 절 내철의 구배 변화에 의한 개선제 절 내철의 구배 변화에 의한 개선2222

아래 그림 는 형상 변화를 시도할 수 있는 내철 끝단 부분의 구배를 표시한[ 55]

그림으로서 는 구배각도를 나타낸다a

- 50 -

그림 구배각도[ 55]

그림 은 본 제품의 특성 요구 사항을 그림으로 표시한 것으로 고무부싱은[ 56]

및 의 외력에 대하여 적절하게 대응할 수 있도록 설계되어야 한다 부싱 종류F1 F2

의 경우 일반적으로 고무 제품의 유연함과 동배율 개선을 위하여 저경도의 고무를

적용하는 경우가 많은데 이 경우에는 외력에 대한 특성이 상대적으로 취약하게F1

나타나게 된다 이러한 취약점을 보완하기 위하여 본 연구에서는 그림 과 같 [ 57]

이 제품이 허용하는 범위 내에서 내철의 구배를 변화 시킨 후 실험데이터의 분석을

통해 성능 개선 방안을 찾고자 하였다

그림 부싱의 외력[ 56]

그림 의 의 경우는 구배를 주지 않은 경우이며 의 경우는 구배를 준[ 57] (a) (b)

경우를 표시하고 있다

- 51 -

의 경우 외력에 의하여 발생하는 반발력 은 순수한 고무 특성에 의해서(a) F1 Fr1

만 나타나게 된다 이러한 경우 저경도의 고무을 적용하였을 때 의 크기가 미미 Fr1

하여 적절한 특성을 발휘하지 못하게 된다

의 경우와 같이 내철에 구배를 주게 되면 의 외력에 대하여 구배가 들어간(b) F1

부분 에 의한 반발력 함께 가 생성되어 상대적으로 에 대한 저항력이 커Fr3 Fr2 F1

짐으로써 성능을 향상 시킬 수 있게 된다

그림 구배각도의 적용에 따른 차이 단면[ 57] ( )

그림 구배각도의 적용에 따른 차이 입체[ 58] ( )

- 52 -

제 장 도포공정개선제 장 도포공정개선제 장 도포공정개선제 장 도포공정개선6666

고무부싱의 내구성 향상을 위하여 필수적으로 관리하여야 할 공정이 도포공정이

다 도포공정은 접착의 원리에서부터 접착의 구조 접착의 강도 피착재의 표면처리

법 및 접착제 사용법 등 접착에 관한 전반적인 기술을 공정에 효율적으로 적용하여

야 한다

고무와 금속과의 접착력이란 접착제와 피착제 사이의 계면 결합력을 의미하며 접

착강도는 시험방법 접착방법 시험시의 조건 시편의 기하학 등 여러 인자에 의해

영향을 받는다 접착파괴는 접착제의 가장 약한 곳에서 일어나며 접착강도는 여러

가지 측정법에 따라 고유강도 잔류강도 측정강도 등과 같이 다르게 표현된다 고

무부싱의 접착구조는 그림 과 같다[ 61]

그림 접착의 구조[ 61]

프라이머 는 피착제 표면과의 친화성이나 접착제와의 상용성이 뛰어나야(Primer)

하고 동시에 접착 저해물과의 상용성도 높아야 한다 또 프라이머 중의 유효성분

쪽이 피착제 표면에 흡착되어 있는 저해성분보다 피착제에 의하여 안정하게 흡착되

어 있는 것이 중요하다 따라서 프라이머는

- 53 -

충분한 교반 균일하고 엷은 도포 그리고 완전한 건조가 이루어져야 한다 이러한

도포공정은 피착제의 모앙에 따라 달라진다

열경화성 접착제의 대부분은 유기 중합물과 각종 충진제를 유기용제에 용해 분산

시킨 것으로 사용전이나 사용 중에도 교반기 등으로 균일하게 용해 분산시킨 접착

제를 사용하는 것이 중요하다 따라서 의 도포 공정은 그림 와 같이 교 DA-2 [ 62]

반기를 추가 설치하여 공정 개선을 실시하였다

그림 설치한 교반기[ 62]

또한 피착제의 균일한 도포를 위해 롤타입의 코팅기에 기존 페인트용 롤러에서

그림 에서와 같이 융을 말아 롤러 도포하는 형태로 개선을 실시하여 코팅의[ 415]

두께 정밀도를 향상시켰다

- 54 -

그림 변경된 롤러 모양[ 63]

접착 재료를 프라이머 에서 변경하여 사용함CHEMLOK 220 252 CHEMLOK 205

으로써 접착력을 향상시켰는데 는 금속 및 경길대료의 프라이머로CHEMLOK 205

사용되며 또한 같은 극성고무에 단독으로 접착이 가능하다 NBR

방식의 경우 의 특징을 살펴보면TWO Coat CHEMLOK 205

ㆍㆍㆍㆍ 접착제의 금속 표면에서의 접착강도를 향상시킬 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ 기계적 표면처리 후 활성화된 금속표면을 산화작용으로부터 보호하며 녹방

지 도료적 역할을 한다

ㆍㆍㆍㆍ 크로로프렌이나 에피크로로히드린고무와 같은 가류 중에 염소가스를 발생

시 켜 금속표면을 부식시키기 쉬운 고무배합에 대하여 유효하게 적용된다 프

라 이머는 충분한 교반 균일하고 엷은 도포 그리고 완전한 건조가 이루어져

야 접착성이 뛰어나게 된다

도포공정 개선 전후의 효과는 그림 그림 의 도포두께 비교[ 64]~[ 67] Cpk

를 통해서도 알 수 있다DATA

아래 그림 는 도포공정의 개선전[ 64] 관리도의 그래프를 나타낸

- 55 -

것으로 관리도는 평균치와 범위에 관한 계량형 관리도에서 가장 많이 사용되

는 관리도의 하나이다 관리도는 평균치의 변화를 관리하는 관리도와 산포의

변화를 관리하는 관리도로 구성된다 관리도의 중심선(Central Line) CL=로 나

타내며 관리 상한선 은(Upper Control Limit) UCL= 로 관리하한선인 (Lower

의 경우Control Limit) LCL=

로 구한다

관리도의 관리선의 경우 중심선 관리상한선 UCL= 관리하한선 LCL

의 경우 로 구한다

여기서 등의 계수는 샘플의 크기인 에 따라 결정 되며 일 경우=4

=0729 =0 이다=2282

그림 에서[ 64] 이며=273410 관리도의 로 나타났UCL=307994 LCL=238826

다

관리도의 은CL 이며 이다=4744 UCL=1082581

- 56 -

그림 도포공정 개선전[ 64] 관리도

한편 그림 는 도포공정 개선 전의 경우에 대하여 지정된 규격의 공정능력 [ 65]

지수를 나타낸 것으로서 단기공정능력지수( 와 장기공정능력지수) ( 를 나타낸)

다 단기공정능력지수는 공정능력 ( 과 규격의 폭) ( 과의 비율을 의미하며 일반적)

으로 로 표시한다 규격은 그림 에서처럼 양쪽규격이 모두 주어진 경우 공 [ 65]

정 능력 지수는 다음과 같이 계산할 수 있다

공정 능력

로 나타내고 만약 공정 평균이 규격의 중심으로부터 어느

한쪽으로 치우쳐 있게 되는 경우 치우침도( 와) 를 조합한 단기공정능력지수

( 로 나타낸다 즉)

- 57 -

장기공정능력지수( 의 계산은)

으로서 이다

따라서 그림 에 나타난 것처럼 개선전의 공정능력은[ 65] =17854 =08458

으로서 장기 공정에 대해 만족스럽지 못한 값을 나타내고 있다

그림 도포공정 개선전 공정능력 분석그래프[ 65]

- 58 -

그러나 공정개선후의 관리도인 그림 을 살펴보면[ 66] 이며=28196 관리

도의 이고UCL=300418 LCL=263502 관리도의 은CL 로=2532 UCL=51418

나타난다

그림 도포공정 개선후[ 66] 관리도

- 59 -

개선 후에는 그림 로부터 알 수 있듯이 단기공정능력은[ 67] 으로서=31966

인 장기 공정에 대해 안정적인 것을 확인할 수 있어 도포공정 개선에=23275

대한 효과가 있음을 알 수 있다

그림 정 개선 후 공정능력 분석그래프[ 67]

또한 도포공정의 두께관리를 강화하기 위하여 작업자 교육 및 샘플링 두께 측정

검사를 통해 지속적인 모니터링을 실시하고 공정별 온도관리 및 시간 관리를 통해

작업 환경 유지관리 강화로 변함없는 품질의 제품을 생산하도록 하였다 그림 [

은 롤 코팅 공정이다68] (Roll coating)

- 60 -

그림 롤 코팅 공정[ 68] (Roll coating)

- 61 -

제 장 최적수준 결정을 위한 파라미터 설계제 장 최적수준 결정을 위한 파라미터 설계제 장 최적수준 결정을 위한 파라미터 설계제 장 최적수준 결정을 위한 파라미터 설계7777

제 절 실험계획법에 의한 유의인자 결정제 절 실험계획법에 의한 유의인자 결정제 절 실험계획법에 의한 유의인자 결정제 절 실험계획법에 의한 유의인자 결정1111

재료설계 형상설계 및 공정설계에 대한 최적조건의 결정은 부품의 품질 특성에

대한 사양 을 만족시켜야 할 뿐 아니라 생산부품 간 품질의 산포를(Specification)

최대한 줄여야 한다 의 최적설계를 위해 다구찌 기법 을 적 DA-2 (Taguchi method)

용하였다

다구찌의 강건설계 는 인자 가 품질 특성의 평균에 대해(Robust design) (Factor)

가지는 효과뿐만 아니라 분산에 미치는 효과에 대해서도 초점을 맞추고 있다 분산

을 줄일 수 있는 통제 가능한 인자에 대한 조건을 설정하여 품질특성이 통제 불가

능한 인자의 변화에 대해서는 둔감하도록 할 수 있다 강건설계의 주목적은 품질특

성의 목표값을 유지하면서 분산을 줄이는 인자에 대해 설치값 을 발견하는 (Setting)

데 있다

다구찌 설계에 의한 실험계획법은 특히 확장된 역할로서 다음의 몇 가지를 들 수

있다

ㆍㆍㆍㆍ종래에는 제어 불가능한 환경조건이나 제어하기 어려운 생산조건 공정조건

등의 원인 이를 잡음인자로 통칭 들이 데이터에 주는 영향의 정도를 평가하기 어려( )

웠으나 객관적으로 그리고 계량적으로 이를 평가할 수 있는 방법을 제시하고 있

다 또한 품질 산포의 크기를 계량특성치 손실함수 비 등 로 변환하여 산포를 ( SN )

작게 하는 인자들의 조건을 찾아가는 강건설계를 사용한다

ㆍㆍㆍㆍ직교배열표를 광범위하게 사용하여 인자의 수가 많은 경우에도 크게 실험횟

수를 증가시키지 않고 실험하는 일부 실시법을 사용한다

ㆍㆍㆍㆍ생산라인 내 뿐만 아니라 신제품 개발을 위한 품질설계 파라미터(On-line)

설계 허용오차 설계 등의 라인 외 품질관리를 위하여 유용하게 사용할 (Off-line)

수 있다

ㆍㆍㆍㆍ다구찌 방법에서 추가적으로 다룰 수 있는 주요한 것들로는 직교배열

- 62 -

표의 확대사용 수준계의 표준 직교배열표 이외에 확대 응용 혼합 직교배열표(2 3

의 사용과 조합법의 사용 계량치 데이터의 파라미터 설계 허용차 설계 그리고)

계수치 데이터의 파라미터 설계 동적 특성의 파라미터 설계 등을 들 수 있다

파라미터 설계 는 제품설계와 공정설계에서 유용하게 사용되는(Parameter design)

다구찌 실험계획법의 핵심이다 파라미터는 제품성능의 특성치에 영향을 주는 제어

가능한 인자 를 의미하며 파라미터 설계는 이들 인자들의 최적(Controllable factor)

수준을 정하여 주는 것을 말한다 파라미터를 설계변수 라고도 부 (Design variable)

르며 파라미터 설계에서는 제품의 품질변동이 잡음에 둔감하면서 목표품질을 가질

수 있도록 설계변수들의 최적조건을 구하여 준다 최적조건을 찾을 때 설계변수와

잡음을 주는 인자들을 포함시켜 실험하는 직교배열표 등을 주로 사용한다 이때 목

표 품질을 만족시키는 범위 내에서 가능한 한 비용이 적게 드는 조건이나 부품 등

을 이용한다

만약 신뢰성에 영향을 주는 제어 가능한 인자 에 대한 파라미터설계 A B C D

를 한다고 하자 는 수준 는 수준의 혼합수준 에 대한 설계 A B 4 C D 2 (Mixed level)

분석을 하려고 한다면 각 요인 변동의 계산을 표 과 같은 [ 71] L16(215형 직교배)

열표 를 사용하면 된다(Orthogonal Design)

에 대한 파라미터 설계조건으로는 내구성이 가장 좋은 최적의 설계 및 공정DA-2

조건을 구하여야 하므로 반응변수가 큰 값일수록 좋은 망대특성(Larger-the-better

에 대한 조건을 구하고 부품의 정특성 및 동특성에 대한 분석은 적characteristics)

정한 상호관계를 고려하여 별도의 실험을 행한다

- 63 -

표 다구찌 설계의 예[ 71]

- 64 -

제 절 시험데이터의 해석제 절 시험데이터의 해석제 절 시험데이터의 해석제 절 시험데이터의 해석2222

실험조건실험조건실험조건실험조건1111

제품의 신뢰성향상을 위해 지금까지 재료배합의 개선 형상개선 및 공정개선에

대한 각각의 과정을 설명하였으며 본 장에서는 관련된 여러 인자들을 동시에 고려

하여 최상의 품질특성을 나타낼 수 있는 최적인자수준의 결정에 대하여 설명하려고

한다 이는 인자들 간의 상호 작용이 상승 또는 보완작용을 할 수도 있고 반대로

서로 상극임을 나타낼 수 도 있기 때문이다

일반적으로 고무부싱의 개발에 적용되는 인자 는 다음과 같다(Factor)

ㆍㆍㆍㆍ경도 는 수요기업에서 제시하는 사양 에 따라 적정수(Hardness) (Specification)

준의 경도 도 도 도 도 를 적용하였으며 경험적으로 경도의 산포는(43 45 48 50 ) plusmn

정도이다2

ㆍㆍㆍㆍ각 부분의 모양이나 각도에 따라 고무 량에 영향을 미치게 되는 형상설계에

관해서는 내부 파이프 구배각도를(Inner pipe) 15deg~25deg로 하고 외부파이프 (Outer

의 접착부분을 로 하였으며 외경의 크기는pipe) 13mm~15mm

27mm~ 로 유지하였다278mm

ㆍㆍㆍㆍ공정설계는 가류시간을 로 하였다 가류 온도는240sec~600sec 150deg~180

로 하고 주변 온도에 영향을 받으므로 금형 표면온도는 항상 확인하였다 접착제

도포가 내구성에 영향을 주므로 접착제 두께는 으로 하고 접15micron~40micron

착제 배합조건은 로 하였다120cc~128cc

다구찌 설계에 의한 최적수준을 결정하기 위해 다른 인자는 고정시키고 경도 가

류시간 스웨징 인자에 대하여 표 와 같이 실험수준을 정하였다 [ 72]

- 65 -

표 실험인자 별 수준[ 72]

분석결과의 해석분석결과의 해석분석결과의 해석분석결과의 해석2222

실험결과의 해석은 다음과 같다

을 통해 표 의 실험조건을 입력하여 다구찌 설계를 생성한 결과MMITAB [ 72]

표 과 같은 실험조합을 얻었다 표 는 실험조합 별 시험결과 값이다[ 73] [ 74]

에서의 내구성에 대한 다구찌 설계해석의 결과는 표 의 신호 대Nominal load [ 75]

잡음비 비 평균 표준편차에 대한 반응표에 잘 나타나(SN Signal to noise ratio)

있다 그림 그림 은 비 평균 표준편차에 대한 반응 값을 도식한 [ 71]~[ 73] SN

것이다

표 의 신호 대 잡음비의 반응표를 보면 경도는 스웨징이나 가류시간에 비해[ 75]

반응변수 내구성 에 큰 영향을 미치고 있음을 보여준다 평균에 대한 반응표에서도( )

경도는 다른 인자들에 비해 반응변수의 평균에 크게 영향을 미치고 있음을 알 수

있다 표준편차 역시 경도의 수준 변화에 따라 차이가 가장 많음을 보여주고 있다

- 66 -

표 에 의한 다구찌 설계생성[ 73] MINITAB

- 67 -

표 실험조합 별 시험결과 데이터[ 74]

- 68 -

표 비 평균 표준편차에 대한 반응표[ 75] SN

신호 대 잡음 비에 대한 반응 표신호 대 잡음 비에 대한 반응 표신호 대 잡음 비에 대한 반응 표신호 대 잡음 비에 대한 반응 표

망대특성망대특성망대특성망대특성

평균에 대한 반응 표평균에 대한 반응 표평균에 대한 반응 표평균에 대한 반응 표

표준 편차에 대한 반응 표표준 편차에 대한 반응 표표준 편차에 대한 반응 표표준 편차에 대한 반응 표

- 69 -

그림 신호 대 잡음 비의 주효과도[ 71]

그림 인자수준별 평균의 주효과도[ 72]

그림 인자수준별 표준편차의 주효과도[ 73]

- 70 -

표 와 그림 에서 에서의 내구성 예측값을 가장 크게 하[ 75] [ 72] Nominal Load

는 것은 요인 수준의 조합이 일 때이다 품질 향상을 위해서는 정특성 동(4 2 2)

특성 값도 동시에 고려하여야 하므로 조합 조합 조합(4 2 2) (4 3 2) (4 1 2)

에 대한 예측 값을 함께 구하였다

표 은 에서의 내구성 예측값을 표 은 에[ 76] Nominal Load [ 77] Maximum Load

서의 내구성 예측값 표 은 정특성 예측값 표 는 에서의 동특성 예 [ 78] [ 79] 15Hz

측값 그리고 표 은 에서의 동특성 예측값을 보여주고 있다 [ 710] 150Hz Nominal

에서의 내구성 예측값은 조합 조합 조합에서 각Load (4 2 2) (4 3 2) (4 1 2)

각 목표값인 을 상회한 과170000 Cycle 178023 Cycle 174272 Cycle 175830

로서 조합일 때 더 높게 나타났다Cycle (4 2 2)

동배율은 예측 평균값을 기준으로 할 때 동배율은 조합에서는 에 (4 2 2) 15Hz

서 에서 이고 조합에서의110(1187691079) 150Hz 113(1215561079) (432)

동배율은 에서 에서15Hz 106(112856 106938) 150Hz 108(115769106938)

이며 조합에서의 동배율은 에서 에서 (412) 15Hz 108(118194 1094) 150Hz

이었다109(1195691094)

모델의 경우 수요기업에서 동배율 값이 적은 값을 요구하기 때문에DA-2 (kdks)

동배율을 고려하면 의 조합이 더 좋은 품질을 나타낸다고 할 수 있다(4 1 2)

- 71 -

표 에서의 내구성 예측값[ 76] Nominal Load

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 2 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 3 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 1 2

예측 값

신호 대

- 72 -

표 에서의 내구성 예측값[ 77] Maximum Load

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 2 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 3 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 1 2

신호 대

- 73 -

표 정특성 예측값[ 78]

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 2 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 3 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 1 2

신호 대

- 74 -

표 동특성 예측값[ 79] (15Hz)

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 2 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 3 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 1 2

신호 대

- 75 -

표 동특성 예측값[ 710] (150Hz)

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 2 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 3 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 1 2

신호 대

- 76 -

제 장 부품의 신뢰성성장관리제 장 부품의 신뢰성성장관리제 장 부품의 신뢰성성장관리제 장 부품의 신뢰성성장관리8888

제 절 신뢰성성장관리제 절 신뢰성성장관리제 절 신뢰성성장관리제 절 신뢰성성장관리1111

복잡하고 기술적인 제품의 개발 프로그램을 운영하는 데 있어서는 고객이 요구

하는 신뢰성 수준을 만족시키기 위하여 상당한 규모의 시간 예산 기술인력 등의

자원을 필요로 한다 고객들의 신뢰성 요구수준은 매우 높으므로 이러한 목표를 달

성하기 위하여 시험 개선 시험 개선의 개발과정을 반드시 거친다 이 과정에서 시- - -

스템 서브시스템 또는 모듈을 고장 날 때까지 시험하고 고장모드를 결정해서 이를

제거하기 위한 시도를 하거나 적어도 고장발생을 줄일 수 있는 시도를 하여 설계나

엔지니어링 개선을 이룬다 만약 이러한 과정이 계속되고 설계나 엔지니어링 변경

이 충분히 이루지면 시스템의 신뢰성은 증가한다 개발프로그램이 운영되는 동안

신뢰성 수준의 변화를 추적할 수 있다면 개발책임자로서는 여러 가지 이점이 있다

즉 목표하는 신뢰성 수준을 달성하기 위하여 충분한 비율로 성장하고 있는지의 여

부를 가능한 빠른 시간 내에 판단할 수 있고 그에 따라 필요한 자원을 적절히 배

분할 수 있다 따라서 개발책임자는 시험데이터로부터 현재 시스템의 신뢰성 수준

성장률의 평가 앞으로 기대되는 달성 가능한 수준을 결정하기를 원한다

신뢰성 성장관리 기술은 제품을 개발하는 데(Reliability growth management)

소요되는 많은 시간과 비용 및 엔지니어링 노력을 절감하면서 개념선택 제품과 공

정의 신뢰성 그리고 비용효율을 달성할 수 있도록 유용한 정보를 제공해 준다 군

사장비 자동차 및 전자 중장비개발 등에 적용된 최근의 신뢰성 성장시험 관리기술

은 각 분야의 경쟁적인 사업 환경 아래에서 제품개발을 효율적으로 조직하여 신뢰

성평가를 시작하고 신뢰성 성장과정을 추적할 수 있도록 해준다 신뢰성성장관리기

술은 제품 및 공정설계 관련사항 및 검증시험 항목들에 대하여 사용 환경에 따른

신뢰성 성장 진행과정을 확인하고 그 결과로부터 성장시험곡선을 개발할 수 있게

한다 또한 설계단계 사이의 여러 가지 관련성을 확인하여 관찰하고 그 정보를 다

른 제품보증분석들과 연결하여 고객 요구사항에 대한 제품의

- 77 -

적합도를 적절히 평가하는 데 도움을 준다

신뢰성성장모델은 가 개발한Crow(1975) AMSAA(Army Materiel Systems

모델이 많이 활용되었으나 이는 시스템 또는 서브시스템에서의Analysis Activity)

성장관리에 유용하고 부품수준에서는 모델을 활용하는 것이 더욱 실용적이 Weibull

다 모델은 목표 Weibull B10 수명에 대하여 초기 시작품 으로부터(Early Prototype)

후기 시작품 까지의 신뢰성 개선을 관리하는데 실용적으로 활용할(Later Prototype)

수 있다

신뢰성 성장시험 프로세스신뢰성 성장시험 프로세스신뢰성 성장시험 프로세스신뢰성 성장시험 프로세스1111

신뢰성 성장은 개발시스템에 대하여 여러 시험단계가 시리즈로 이루어지는 동안

고장모드를 발견하고 이를 개선하는 과정을 거쳐 이TAAF(Test Analyze And Fix)

루어진다 또한 기능시험 환경시험 안전시험의 결과는 신뢰성 향상을 위한 FMEA

등과 연계하여 사용된다 분석결과는 설계변경에 반영되고 최종목표가 달성될 때까

지 개선과 시험이 연속적으로 이루어진다 그림 은 일반적인 신뢰성 성장시험 [ 81]

프로세스를 보여준다 프로그램의 시작시점에 신뢰성 성장에 대한 계획을 수립하여

고객의 기대사항을 만족시킬 수 있는 성능수준에 대한 구체적인 측정치를 제시하

고 이 목적을 달성시킬 수 있는 시험조건을 정한다 시험조건은 특정한 부품이나

시스템에 대하여 고객의 사용방법과 환경에 대한 지식을 기초로 하여야 한다

개발프로젝트가 진행되는 동안 신뢰성 성장시험 프로그램이 개발되고 실행되는

과정에서 설계 및 공정의 관심사항을 확인하기 위해 QFD(Quality function

와 같은 제품보증을 위한 분석방법들이 선행되어 실시되는데 신뢰성deployment)

성장관리와 연계하여 이를 통틀어 통합 신뢰성 성장관리(Integrated reliability

라고 한다 신뢰성 성장관리를 포함한 제품설계평가의 모든growth management)

과정은 제품 공정의 신뢰성 향상에 있어 중요한 역할을 하는 제품보증기능의 한부

분이다

- 78 -

통합 신뢰성 성장시험관리 프로세스는 설계뿐 아니라 공정신뢰성(MIL-HDBK-781)

과 관련된 문제에 대응할 수 있도록 신뢰성 성장시험의 이점을 전적으로 활용할 수

있는 수단을 제공한다

신뢰성 성장관리과정을 개발함으로써 신뢰성 수준은 계속적으로 추적될 수 있고

조치를 취하고 다른 분석결과들과 비교되어 초기 신뢰성 예측을 수립하고 제품설

계에 포함된 확신을 증가시킨 후 검증시험에 들어갈 수 있도록 한다 이러한 신뢰

성 성장관리 프로세스는 제품개발 사이클에 있어서 초기 단계 동안에 신뢰성을 확

립하는 데 도움을 줄 수 있는 장치이다

그림 신뢰성성장시험 프로세스[ 81]

제품개발과정에 적용되는 신뢰성 성장시험관리 프로세스는 다음과 같다

신뢰성 성장시험조건을 결정하고 시험 사이클을 개발한다 ①

신뢰성 성장시험곡선의 사용을 통하여 시험과정을 실행하고 추적한다②

시험결과를 평가하고 다른 선행된 분석연구결과들과 비교한다③

확인된 결함을 제거하기 위해 설계변경을 실시한다④

- 79 -

설계검증시험을 준비한다⑤

신뢰성 성장시험의 주된 목적은 설계상의 약점을 확인하고 제거함으로써 설계의

신뢰성을 증가시키는 것이다 정확하게 신뢰성 수준이 변화되는 진행상황을 추적하

기 위해서는 요구사항에 대한 불합치성 을 확인하고 불합치성이(Nonconformance)

일어난 시간을 모두 추적하여야 한다 시험을 시작하기 전에 적절한 시정조치를 용

이하게 하기 위해 사전계획이 수립되어야 하며 고장분포를 결정하기 전에 각각의

고장부품에 대한 고장원인을 분리할 수 있어야 한다

부품의 개발과정에서 몇 개의 표본에 대한 고장시간 데이터가 있을 때 Weibull

분포를 활용한 신뢰성 성장분석에 대하여 설명하면 다음과 같다

가 분석의 개요가 분석의 개요가 분석의 개요가 분석의 개요

밀도함수는 그림 와 같이 특성 수명과 기울기로 고장시간Weibull [ 82] (Cycle

을 설명한다 작은 표본에 대한 고장시간 데이터가 주어졌을 때 분석Km) Weibull

을 사용하여 세 가지의 정보를 얻을 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ특정 시간이 주어졌을 때 등 부품의 신뢰도는 그 시간까지 살아 있(Cycle Km )

을 백분율이다

ㆍㆍㆍㆍ 또는 다른( 수명을 추정할 수 있다) 수명은 부품들 중 가 고장10

날 것이라고 기대되는 시간이다 즉 이 시간에서의 신뢰도는 이다 90

ㆍㆍㆍㆍ 기울기의 값은 고장률 패턴에 대한 정보를 제공해준다 기울기가Weibull 10

이라면 고장률이 일정하다는 것을 의미한다 이 경우 고장은 일반적으로 우연히

일어나며 고장률은 설계의 강건 정도에 따라 달라진다 기울기가 보다 작다면 1

고장률은 감소하고 있음을 의미한다

- 80 -

즉 높은 초기 고장률 을 말한다 기울기가 보다 크면 고장률은 증 (Infant mortality) 1

가하고 이는 마모 되고 있음을 의미한다(Wear-out)

그림 에 의한 부품의 신뢰성성장분석[ 82] Weibull 수명 비교

가장 많이 활용되는 측도는 수명이며 이것은 요구되는 목표 신뢰도가 임 90

을 의미한다 첫 번째 프로토타입이 고장 난다면 신뢰성 목표 달성을 위해 설계 변

경을 행하고 다음 프로토타입을 시험한다 이 과정은 목표 수명이 달성될 때까

지 반복한다

나 의이점나 의이점나 의이점나 의이점WeibullWeibullWeibullWeibull

부품의 개발과정에서 작은 표본에 대한 고장시간 자료가 주어졌을 때 Weibull

분석을 활용하여 신뢰성성장관리를 행하면 다음의 정보를 얻을 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ신뢰성 개선은 목표 수명이 달성될 때까지 하나의 프로토타입에

- 81 -

서 다음 프로토타입까지 추적할 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ신뢰성 개선은 시험한 프로토타입에 대해 타점으로 표현되고 빠르Weibull

게 방향을 파악하여 신뢰성 진전과정에 대한 양적 측면의 관리능력 향상을 그

래프로 확인할 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ컴포넌트를 고장 날 때까지 시험하는 것은 고장모드에 대한 아주 귀중한 정

보를 제공하고 따라서 시정조치 활동이 필요하다

ㆍㆍㆍㆍ많은 표본이 더 좋은 신뢰도를 얻을 수 있지만 분석은 많은 표본을Weibull

필요로 하지 않는다

ㆍㆍㆍㆍ고객의 운영 사용 사이클과 시험 모수의 관계가 알려져 있다면 더 빠르고( )

더 적은 비용으로 가속시험을 할 수도 있다

다 기본가정및제한다 기본가정및제한다 기본가정및제한다 기본가정및제한

ㆍㆍㆍㆍ각 분석에서 오직 하나의 고장모드만 포함되어야 한다 두 개나 그 이상의

고장 모드가 검출된다면 각각에 대해 분리하여 분석해야 한다

ㆍㆍㆍㆍ신뢰도는 시험 제한 한계 로 인해 년 마일까지 확장하여 외삽하면 안( ) 10 150K

된다 왜냐하면 시험 제한 한계 로 인해 다른 고장모드가 발생할 것인지 알 수 ( )

없기 때문이다

ㆍㆍㆍㆍ하나의 프로토타입에서 다음 프로토타입까지 기울기가 변하는 데는 특별히

주의를 하여야 한다 왜냐하면 초기 후기 수명에서 더 높은 신뢰도와 후기 초 ( ) (

기 수명에서 더 낮은 신뢰도의 할 수 도 있기 때문이다) trade-off

라 적용시기라 적용시기라 적용시기라 적용시기

ㆍㆍㆍㆍ수명의 비교는 엔지니어링 사양 이 특정한(Specification) 을 요구할 경

우 사용된다

ㆍㆍㆍㆍ이러한 접근방법은 고장시간 등 에 대하여 동일한 부품의(Cycle Km )

- 82 -

다른 시점에서의 프로토타입을 비교할 때 사용한다

ㆍㆍㆍㆍ신뢰성 목표가 달성될 때까지 계속한다

마 입력자료마 입력자료마 입력자료마 입력자료

ㆍㆍㆍㆍ프로토타입 의 몇 개 표본의 고장시간 등1 (Cycle Km )

ㆍㆍㆍㆍ프로토타입 의 몇 개 표본의 고장시간 등2 (Cycle Km )

⦙

ㆍㆍㆍㆍ마지막 프로토타입의 몇 개 표본의 고장시간 등(Cycle Km )

분석프로세스는 그림 과 같다[ 83]

프로세스프로세스프로세스프로세스 일반적 단계일반적 단계일반적 단계일반적 단계

Ⅰ 요구

또는 수명 결정

프로그램 신뢰성 목표 사용

고객의 운영 사용 프로파일 사용( )

시험 프로그램 적정시간 사용

Ⅱ 시험 프로그램 자료정보

확인과 데이터 수집초기 부품의 프로토타입

후기 부품의 프로토타입

Ⅲ 다른 프로토타입에 대한

누적고장 시간 또는 vs

거리 계산 및 타점

분석이 가능한 사용Weibull SW

가능한 가속수명시험 사용

Ⅳ 프로젝트 검토 시

현재 신뢰성 수준신뢰성 목표 적합성 결정

초기 경고 관련 정보 제공

개선을 위한 계획 정보 제공

그림 프로세스별 단계[ 83]

- 83 -

제 절 신뢰성성장 데이터분석제 절 신뢰성성장 데이터분석제 절 신뢰성성장 데이터분석제 절 신뢰성성장 데이터분석2222

초기 프로토타입 으로 부터 개의 표본을 정상하중 으(Prototype1) 6 (Nominal load)

로 고장 날 때까지 시험하고 고장모드를 기록하였다 여러 개선작업을 거친 후 후

기 프로토타입 으로부터 개의 표본을 고장 날 때까지 시험하고 고장모(Prototype2) 6

드를 기록하였다 시험 데이터는 표 에 주어져 있다 [ 81]

에 고장데이터를 입력하고 각 프로토타입 단계별로 용지에 결과MINITAB Weibull

를 타점한 결과 그림 와 같은 성장곡선이 생성되었다 [ 84] Weibull

정상하중 에서 의 평균수명 추정치는 이(Nominal load) Prototype1 127366Cycle

고 의 평균수명 추정치는 로서 의 개선을 이루었 Prototype2 176882 Cycle 389

음을 알 수 있었다 수명은 은 이었으나Prototype1 112668 Cycle Prototype2

의 수명은 로서 상당한 개선이 이루어졌음을 볼 수 있다168620 Cycle 수

명에 대한 신뢰하한은 로 추정되었다 따라서 정상부하에 의한95 162926 Cycle

시험데이터분석 결과 개선활동 재료배합개선 형상설계개선 공정개선 에 의하여 ( )

내구성 목표가 달성되었음을 알 수 있다

그림 는 에서의 신뢰구간을 보여주고 있다[ 85] Nominal load 90

최대하중 에서는 표 의 데이터 입력결과 그림 의 그래프를(Max load) [ 82] [ 86]

생성하였다 그래프로 부터 추정된 의 Prototype1 수명은 이고16362Cycle

의Prototype2 수명은 이다21850 Cycle 수명에 대한 신뢰하한추정치95

는 으로부터 로 계산된다MINITAB 20983 Cycle

의 수명과 의 수명이 다른 것은 개선 활동의 결과이Prototype1 Prototype2

- 84 -

며 에서 개선목표가 달성되었음을 알 수 있다 Prototype2

표 하중 고장시간[ 81] Nominal (Cycle)

Weibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth Curve

(Nominal Load)(Nominal Load)(Nominal Load)(Nominal Load)

그림 성장곡선[ 84] Weibull (Nominal load data)

- 85 -

Weibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth Curve

(Nominal Load-90 Cl)(Nominal Load-90 Cl)(Nominal Load-90 Cl)(Nominal Load-90 Cl)

그림 신뢰구간[ 85] Nominal Load90

- 86 -

표 하중 고장시간[ 82] Max (Cycle)

Weibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth Curve

(MaxLoad)(MaxLoad)(MaxLoad)(MaxLoad)

그림 성장곡선[ 86] Weibull (Max load data)

- 87 -

제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론9999

본 연구는 자동차현가장치인 고무부싱 의 신뢰성향상을 위한 기(Rubber bushing)

술개발과제이다 에나 인더스트리는 수출전문기업으로서 주요 경쟁사에 비해 고성

능 고내구성의 제품을 짧은 기간 내에 개발할 수 있는 능력을 갖추어야 해외 시장

에서 경쟁력을 가질 수 있다

본 연구개발에서는 수요기업에서 요구하는 GMUTS(General Motors Uniform

의 사양에 따른 시험을 실행하여 내구성을 목표 사이클 이상으Test Specification)

로 개선하고 정특성과 동특성 비틀림 토크를 개선항목으로 선정하여 제품의 품질

및 신뢰성 향상을 진행하였다

수요기업의 요구 수준에 의하면 내구성은 와 Tension Compress Alternating

가 동시에 일 때 일 때Torsion Stress Maximum Load 20000 Cycle Normal Load

을 요구한다 본 프로젝트의 경우 해외의 부품메이커들에 대한 경쟁150000 Cycle

력 우위를 확보하기 위하여 기본 요구 수준을 넘어 향상된 제품신뢰성을5~10

확보를 목표로 하였다 내구성 정특성 및 동특성에 대한 시험은 직접 행하였고 비

틀림토크에 대한 부분은 추가적인 시험장치가 필요하여 수요기업의 실험실에 샘플

을 제출하여 요구수준을 검증받았다

본 연구개발의 성과를 요약하면 다음과 같다

우선 기술적 효과로는

설계기술의 확보(1)

재료배합설계 형상설계 공정설계에 대한 기술을 확보하여 내구성을 비롯한 품

질특성을 향상시킬 수 있었다 종래에는 설계 개발 생산프로세스에서 경험적 방법

에 의존하여 시행착오가 많았으나 본 연구를 통하여 과학적이고 체계적인 방법으

로 접근할 수 있는 기술이 확보되었다

설계 요소의 기술적 배치를 위한 실험계획법의 활용기술 확보(2)

- 88 -

종전에는 고무 배합설계 형상설계 공정설계에 대하여 설계요인 별 수 (Facter)

준 을 무작위로 추출하여 실험하였으나 본 실험계획의 과정을 따르면 요인들(Level)

이 계획적으로 반영되어 품질특성에 각각 어느 정도의 영향을 미치는지 분석이 가

능하게 된다 또한 다구찌에 의한 강건 설계의 생성으로 산포를 줄일 수 있다

잠재적 고장원인 분석방법 기술 확보(3)

제품기능에 대한 잠재적 고장모드의 예측과 시험항목을 판단하고 최종적으로는 설

계검증 과 공정검증 의 세부항목과 효과적(Design verification) (Process verification)

으로 연계가 가능하다

신뢰성 데이터분석기술 확보(4)

부품의 개발과정에서 몇 개의 표본에 대한 고장시간 데이터가 있을 때 Weibull

분포를 활용한 신뢰성 성장분석이 가능하게 되었다 개발프로그램이 운영되는 동안

신뢰성 수준의 변화를 추적할 수 있어 목표하는 신뢰성 수준을 달성하기 위하여 충

분한 비율로 성장하고 있는지의 여부를 가능한 빠른 시간 내에 판단할 수 있고 그

에 따라 필요한 자원을 적절히 배분할 수 있다 따라서 개발책임자는 시험데이터로

부터 현재 시스템의 신뢰성 수준 성장률의 평가 앞으로 기대되는 달성 가능한 수

준에 대한 결정이 가능하다

경제적 측면의 효과로는

제품에 대한 내구성 및 동특성 정특성에 대하여 요구사양 이상으로 특성관리(1)

를 행할 수 있어 해외 부품메이커들에 대한 경쟁력 우위로 수출력을 향상할 수 있

게 되었다

개발기간을 단축할 수 있게 되어 개발비의 절감을 가져올 수 있게 되었다(2)

재료배합 형상설계 및 공정설계에 대한 기술개발의 표준 정립으로 개발 기간의 단

축이 가능하게 되었다

본 과제 결과를 활용하여 다른 방진제품에 대한 신뢰성 관리로 수출(3)

- 89 -

시장을 개척하여 신규거래처를 확보할 예정이다 신뢰성 데이터의 관리가 이루어져

제품수명에 대한 설득력 있는 자료의 제시가 가능하게 되었다

향후 연구계획으로는

고무부싱부품의 특성상 내구성만의 개선이 최선이 아니고 정특성과 동특성을 일

정수준으로 동시에 고려하여야 한다 따라서 이 부분에 대한 동시적인 실험설계가

시스템화 되도록 추가적인 연구가 요구된다

- 90 -

참고문헌참고문헌참고문헌참고문헌[ ][ ][ ][ ]

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- 96 -

주 의

이 보고서는 산업자원부에서 시행한 부품소재종합기술지원사업의 최1

종보고서이다

이 신뢰성기반기술확산사업 내용을 대외적으로 발표할 때에는 반드시2

산업자원부에서 시행한 부품소재신뢰성기반기술 사업의 지원결과임을

밝혀야 한다

- 97 -

이 보고서는 산업자원부에서 시행한

부품소재 신뢰성기반기술확산사업의 최종보고서이다

- 44 -

나는 시간으로 적절한 가류시간을 찾기 위해 필요한 과정임

고무의 특성을 토르크 값으로 나타낸 값으로 일반적으로 혼합물Tmax- (Torque)

의 경도에 따라 변함

평형 토르크MH- (Equilibrium torque)

최소 토르크ML- (Minimum torque)

본 재료시험에 적용된 가류시간은 의 배 사이에서 적정수준을 결정하tc90 1-15

였다

연구의 결과 카본의 입자가 작을수록 내구성은 향상시키지만 대체로 분산이 잘 되

지 않아 혼합물의 품질이 고르지 못하였다 따라서 카본의 분산도를 평가하여 만족

할 만한 수준이 나오는지 확인하였으며 상대적으로 작은 입자경의 카본을 사용하

여 내구성을 높이려 하였다

그림 경도 도 고무에 대한 레오그래프[ 43] 48

- 45 -

실험의 결과 카본블랙과 레오그래프와의 관계는 그림 와 같이 나타났다 그림[ 44]

에서 보는바와 같이 입자경의 크기가 증가함에 따라 결합력이 약해지므로 토르크

값이 낮아짐을 알 수 있다

그림 각종 카본블랙의 레오그래프[ 44]

- 46 -

본 연구에 적용된 카본 입자경의 크기와 양은 표 과 같다[ 411]

경도변화는 카본입자의 크기와 양에 따라 결정이 되며 레오그래프의 값이 Tmax

이러한 사실을 보여주고 있다

표 레오그래프상의 경도와 카본의 관계[ 411]

레오그래프는 섭씨 도에서 그려짐PHR = Part in Hundred Rubber 160

- 47 -

제 장 형상개선제 장 형상개선제 장 형상개선제 장 형상개선5555

제 절 외철의 스웨징 율 변화에 의한 개선제 절 외철의 스웨징 율 변화에 의한 개선제 절 외철의 스웨징 율 변화에 의한 개선제 절 외철의 스웨징 율 변화에 의한 개선1111

높은 품질의 부싱을 개발하기 위해서는 적절한 재료설계에 의한 경도 및 고무 특

성의 설정이 매우 중요한 요소이지만 고무의 특성 개선에만 의존하는 것은 한계점

이 있다 따라서 제품의 형상변화를 통해 고무의 특성을 극대화함으로써 내구성 및

품질특성을 향상시킬 수 있다

그림 은 부품의 세부형상과 설계도이다[ 51]

그림 세부형상[ 51] DA-2

- 48 -

그림 는 제품의 단면을 보여준다 그림에서 는 다른 모델에 비해 고무[ 52] DA-2

량이 다소 적음을 알 수 있다 형상 변화를 통한 품질특성의 개선을 시도함에 있어

서는 부품에 대한 조립성과 제조성 을 반드시(DFM Design for Manufacturability)

고려하여 형상변화를 꾀하여야 한다 본 제품의 경우 외철 과 내철 (outer pipe)

의 길이는 한정되어 있으며 그 직경의 변화도 허용공차를 미만(Inner pipe) 05 mm

의 수준으로 요구하고 있다

형상변경을 통한 성능향상 방안으로서 외철에 대한 스웨징율 을 변(Swaging rate)

경함으로서 외경크기의 변화를 시도하였으며 또한 내철의 구배각도를 변화시켜 개

선점을 찾으려고 노력하였다

그림 단면[ 52] DA-2

부싱의 경우 일반 적으로 스웨징이라는 공정을 거치게 되는데 이는 공정에서 외

경의 크기 조정을 통하여 성능을 향상 시키는 방법으로서 스웨징율을 조정함으로서

외철의 외경 크기를 허용범위 내어서 변화시키는 것이다 이는 스웨징에 따른 직경

변화에 의해 고무의 조직이 조밀해져 고무 특성을 향상시킬 수 있게된다

그림 은 스웨징의 방향을 나타내며 그림 는 스웨징 전 후의 외철의 크[ 53] [ 54]

기 변화를 보여주고 있다

- 49 -

그림 스웨징 방향[ 53]

그림 스웨징 전후의 외경 크기의 변화 단면[ 54] ( )

제 절 내철의 구배 변화에 의한 개선제 절 내철의 구배 변화에 의한 개선제 절 내철의 구배 변화에 의한 개선제 절 내철의 구배 변화에 의한 개선2222

아래 그림 는 형상 변화를 시도할 수 있는 내철 끝단 부분의 구배를 표시한[ 55]

그림으로서 는 구배각도를 나타낸다a

- 50 -

그림 구배각도[ 55]

그림 은 본 제품의 특성 요구 사항을 그림으로 표시한 것으로 고무부싱은[ 56]

및 의 외력에 대하여 적절하게 대응할 수 있도록 설계되어야 한다 부싱 종류F1 F2

의 경우 일반적으로 고무 제품의 유연함과 동배율 개선을 위하여 저경도의 고무를

적용하는 경우가 많은데 이 경우에는 외력에 대한 특성이 상대적으로 취약하게F1

나타나게 된다 이러한 취약점을 보완하기 위하여 본 연구에서는 그림 과 같 [ 57]

이 제품이 허용하는 범위 내에서 내철의 구배를 변화 시킨 후 실험데이터의 분석을

통해 성능 개선 방안을 찾고자 하였다

그림 부싱의 외력[ 56]

그림 의 의 경우는 구배를 주지 않은 경우이며 의 경우는 구배를 준[ 57] (a) (b)

경우를 표시하고 있다

- 51 -

의 경우 외력에 의하여 발생하는 반발력 은 순수한 고무 특성에 의해서(a) F1 Fr1

만 나타나게 된다 이러한 경우 저경도의 고무을 적용하였을 때 의 크기가 미미 Fr1

하여 적절한 특성을 발휘하지 못하게 된다

의 경우와 같이 내철에 구배를 주게 되면 의 외력에 대하여 구배가 들어간(b) F1

부분 에 의한 반발력 함께 가 생성되어 상대적으로 에 대한 저항력이 커Fr3 Fr2 F1

짐으로써 성능을 향상 시킬 수 있게 된다

그림 구배각도의 적용에 따른 차이 단면[ 57] ( )

그림 구배각도의 적용에 따른 차이 입체[ 58] ( )

- 52 -

제 장 도포공정개선제 장 도포공정개선제 장 도포공정개선제 장 도포공정개선6666

고무부싱의 내구성 향상을 위하여 필수적으로 관리하여야 할 공정이 도포공정이

다 도포공정은 접착의 원리에서부터 접착의 구조 접착의 강도 피착재의 표면처리

법 및 접착제 사용법 등 접착에 관한 전반적인 기술을 공정에 효율적으로 적용하여

야 한다

고무와 금속과의 접착력이란 접착제와 피착제 사이의 계면 결합력을 의미하며 접

착강도는 시험방법 접착방법 시험시의 조건 시편의 기하학 등 여러 인자에 의해

영향을 받는다 접착파괴는 접착제의 가장 약한 곳에서 일어나며 접착강도는 여러

가지 측정법에 따라 고유강도 잔류강도 측정강도 등과 같이 다르게 표현된다 고

무부싱의 접착구조는 그림 과 같다[ 61]

그림 접착의 구조[ 61]

프라이머 는 피착제 표면과의 친화성이나 접착제와의 상용성이 뛰어나야(Primer)

하고 동시에 접착 저해물과의 상용성도 높아야 한다 또 프라이머 중의 유효성분

쪽이 피착제 표면에 흡착되어 있는 저해성분보다 피착제에 의하여 안정하게 흡착되

어 있는 것이 중요하다 따라서 프라이머는

- 53 -

충분한 교반 균일하고 엷은 도포 그리고 완전한 건조가 이루어져야 한다 이러한

도포공정은 피착제의 모앙에 따라 달라진다

열경화성 접착제의 대부분은 유기 중합물과 각종 충진제를 유기용제에 용해 분산

시킨 것으로 사용전이나 사용 중에도 교반기 등으로 균일하게 용해 분산시킨 접착

제를 사용하는 것이 중요하다 따라서 의 도포 공정은 그림 와 같이 교 DA-2 [ 62]

반기를 추가 설치하여 공정 개선을 실시하였다

그림 설치한 교반기[ 62]

또한 피착제의 균일한 도포를 위해 롤타입의 코팅기에 기존 페인트용 롤러에서

그림 에서와 같이 융을 말아 롤러 도포하는 형태로 개선을 실시하여 코팅의[ 415]

두께 정밀도를 향상시켰다

- 54 -

그림 변경된 롤러 모양[ 63]

접착 재료를 프라이머 에서 변경하여 사용함CHEMLOK 220 252 CHEMLOK 205

으로써 접착력을 향상시켰는데 는 금속 및 경길대료의 프라이머로CHEMLOK 205

사용되며 또한 같은 극성고무에 단독으로 접착이 가능하다 NBR

방식의 경우 의 특징을 살펴보면TWO Coat CHEMLOK 205

ㆍㆍㆍㆍ 접착제의 금속 표면에서의 접착강도를 향상시킬 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ 기계적 표면처리 후 활성화된 금속표면을 산화작용으로부터 보호하며 녹방

지 도료적 역할을 한다

ㆍㆍㆍㆍ 크로로프렌이나 에피크로로히드린고무와 같은 가류 중에 염소가스를 발생

시 켜 금속표면을 부식시키기 쉬운 고무배합에 대하여 유효하게 적용된다 프

라 이머는 충분한 교반 균일하고 엷은 도포 그리고 완전한 건조가 이루어져

야 접착성이 뛰어나게 된다

도포공정 개선 전후의 효과는 그림 그림 의 도포두께 비교[ 64]~[ 67] Cpk

를 통해서도 알 수 있다DATA

아래 그림 는 도포공정의 개선전[ 64] 관리도의 그래프를 나타낸

- 55 -

것으로 관리도는 평균치와 범위에 관한 계량형 관리도에서 가장 많이 사용되

는 관리도의 하나이다 관리도는 평균치의 변화를 관리하는 관리도와 산포의

변화를 관리하는 관리도로 구성된다 관리도의 중심선(Central Line) CL=로 나

타내며 관리 상한선 은(Upper Control Limit) UCL= 로 관리하한선인 (Lower

의 경우Control Limit) LCL=

로 구한다

관리도의 관리선의 경우 중심선 관리상한선 UCL= 관리하한선 LCL

의 경우 로 구한다

여기서 등의 계수는 샘플의 크기인 에 따라 결정 되며 일 경우=4

=0729 =0 이다=2282

그림 에서[ 64] 이며=273410 관리도의 로 나타났UCL=307994 LCL=238826

다

관리도의 은CL 이며 이다=4744 UCL=1082581

- 56 -

그림 도포공정 개선전[ 64] 관리도

한편 그림 는 도포공정 개선 전의 경우에 대하여 지정된 규격의 공정능력 [ 65]

지수를 나타낸 것으로서 단기공정능력지수( 와 장기공정능력지수) ( 를 나타낸)

다 단기공정능력지수는 공정능력 ( 과 규격의 폭) ( 과의 비율을 의미하며 일반적)

으로 로 표시한다 규격은 그림 에서처럼 양쪽규격이 모두 주어진 경우 공 [ 65]

정 능력 지수는 다음과 같이 계산할 수 있다

공정 능력

로 나타내고 만약 공정 평균이 규격의 중심으로부터 어느

한쪽으로 치우쳐 있게 되는 경우 치우침도( 와) 를 조합한 단기공정능력지수

( 로 나타낸다 즉)

- 57 -

장기공정능력지수( 의 계산은)

으로서 이다

따라서 그림 에 나타난 것처럼 개선전의 공정능력은[ 65] =17854 =08458

으로서 장기 공정에 대해 만족스럽지 못한 값을 나타내고 있다

그림 도포공정 개선전 공정능력 분석그래프[ 65]

- 58 -

그러나 공정개선후의 관리도인 그림 을 살펴보면[ 66] 이며=28196 관리

도의 이고UCL=300418 LCL=263502 관리도의 은CL 로=2532 UCL=51418

나타난다

그림 도포공정 개선후[ 66] 관리도

- 59 -

개선 후에는 그림 로부터 알 수 있듯이 단기공정능력은[ 67] 으로서=31966

인 장기 공정에 대해 안정적인 것을 확인할 수 있어 도포공정 개선에=23275

대한 효과가 있음을 알 수 있다

그림 정 개선 후 공정능력 분석그래프[ 67]

또한 도포공정의 두께관리를 강화하기 위하여 작업자 교육 및 샘플링 두께 측정

검사를 통해 지속적인 모니터링을 실시하고 공정별 온도관리 및 시간 관리를 통해

작업 환경 유지관리 강화로 변함없는 품질의 제품을 생산하도록 하였다 그림 [

은 롤 코팅 공정이다68] (Roll coating)

- 60 -

그림 롤 코팅 공정[ 68] (Roll coating)

- 61 -

제 장 최적수준 결정을 위한 파라미터 설계제 장 최적수준 결정을 위한 파라미터 설계제 장 최적수준 결정을 위한 파라미터 설계제 장 최적수준 결정을 위한 파라미터 설계7777

제 절 실험계획법에 의한 유의인자 결정제 절 실험계획법에 의한 유의인자 결정제 절 실험계획법에 의한 유의인자 결정제 절 실험계획법에 의한 유의인자 결정1111

재료설계 형상설계 및 공정설계에 대한 최적조건의 결정은 부품의 품질 특성에

대한 사양 을 만족시켜야 할 뿐 아니라 생산부품 간 품질의 산포를(Specification)

최대한 줄여야 한다 의 최적설계를 위해 다구찌 기법 을 적 DA-2 (Taguchi method)

용하였다

다구찌의 강건설계 는 인자 가 품질 특성의 평균에 대해(Robust design) (Factor)

가지는 효과뿐만 아니라 분산에 미치는 효과에 대해서도 초점을 맞추고 있다 분산

을 줄일 수 있는 통제 가능한 인자에 대한 조건을 설정하여 품질특성이 통제 불가

능한 인자의 변화에 대해서는 둔감하도록 할 수 있다 강건설계의 주목적은 품질특

성의 목표값을 유지하면서 분산을 줄이는 인자에 대해 설치값 을 발견하는 (Setting)

데 있다

다구찌 설계에 의한 실험계획법은 특히 확장된 역할로서 다음의 몇 가지를 들 수

있다

ㆍㆍㆍㆍ종래에는 제어 불가능한 환경조건이나 제어하기 어려운 생산조건 공정조건

등의 원인 이를 잡음인자로 통칭 들이 데이터에 주는 영향의 정도를 평가하기 어려( )

웠으나 객관적으로 그리고 계량적으로 이를 평가할 수 있는 방법을 제시하고 있

다 또한 품질 산포의 크기를 계량특성치 손실함수 비 등 로 변환하여 산포를 ( SN )

작게 하는 인자들의 조건을 찾아가는 강건설계를 사용한다

ㆍㆍㆍㆍ직교배열표를 광범위하게 사용하여 인자의 수가 많은 경우에도 크게 실험횟

수를 증가시키지 않고 실험하는 일부 실시법을 사용한다

ㆍㆍㆍㆍ생산라인 내 뿐만 아니라 신제품 개발을 위한 품질설계 파라미터(On-line)

설계 허용오차 설계 등의 라인 외 품질관리를 위하여 유용하게 사용할 (Off-line)

수 있다

ㆍㆍㆍㆍ다구찌 방법에서 추가적으로 다룰 수 있는 주요한 것들로는 직교배열

- 62 -

표의 확대사용 수준계의 표준 직교배열표 이외에 확대 응용 혼합 직교배열표(2 3

의 사용과 조합법의 사용 계량치 데이터의 파라미터 설계 허용차 설계 그리고)

계수치 데이터의 파라미터 설계 동적 특성의 파라미터 설계 등을 들 수 있다

파라미터 설계 는 제품설계와 공정설계에서 유용하게 사용되는(Parameter design)

다구찌 실험계획법의 핵심이다 파라미터는 제품성능의 특성치에 영향을 주는 제어

가능한 인자 를 의미하며 파라미터 설계는 이들 인자들의 최적(Controllable factor)

수준을 정하여 주는 것을 말한다 파라미터를 설계변수 라고도 부 (Design variable)

르며 파라미터 설계에서는 제품의 품질변동이 잡음에 둔감하면서 목표품질을 가질

수 있도록 설계변수들의 최적조건을 구하여 준다 최적조건을 찾을 때 설계변수와

잡음을 주는 인자들을 포함시켜 실험하는 직교배열표 등을 주로 사용한다 이때 목

표 품질을 만족시키는 범위 내에서 가능한 한 비용이 적게 드는 조건이나 부품 등

을 이용한다

만약 신뢰성에 영향을 주는 제어 가능한 인자 에 대한 파라미터설계 A B C D

를 한다고 하자 는 수준 는 수준의 혼합수준 에 대한 설계 A B 4 C D 2 (Mixed level)

분석을 하려고 한다면 각 요인 변동의 계산을 표 과 같은 [ 71] L16(215형 직교배)

열표 를 사용하면 된다(Orthogonal Design)

에 대한 파라미터 설계조건으로는 내구성이 가장 좋은 최적의 설계 및 공정DA-2

조건을 구하여야 하므로 반응변수가 큰 값일수록 좋은 망대특성(Larger-the-better

에 대한 조건을 구하고 부품의 정특성 및 동특성에 대한 분석은 적characteristics)

정한 상호관계를 고려하여 별도의 실험을 행한다

- 63 -

표 다구찌 설계의 예[ 71]

- 64 -

제 절 시험데이터의 해석제 절 시험데이터의 해석제 절 시험데이터의 해석제 절 시험데이터의 해석2222

실험조건실험조건실험조건실험조건1111

제품의 신뢰성향상을 위해 지금까지 재료배합의 개선 형상개선 및 공정개선에

대한 각각의 과정을 설명하였으며 본 장에서는 관련된 여러 인자들을 동시에 고려

하여 최상의 품질특성을 나타낼 수 있는 최적인자수준의 결정에 대하여 설명하려고

한다 이는 인자들 간의 상호 작용이 상승 또는 보완작용을 할 수도 있고 반대로

서로 상극임을 나타낼 수 도 있기 때문이다

일반적으로 고무부싱의 개발에 적용되는 인자 는 다음과 같다(Factor)

ㆍㆍㆍㆍ경도 는 수요기업에서 제시하는 사양 에 따라 적정수(Hardness) (Specification)

준의 경도 도 도 도 도 를 적용하였으며 경험적으로 경도의 산포는(43 45 48 50 ) plusmn

정도이다2

ㆍㆍㆍㆍ각 부분의 모양이나 각도에 따라 고무 량에 영향을 미치게 되는 형상설계에

관해서는 내부 파이프 구배각도를(Inner pipe) 15deg~25deg로 하고 외부파이프 (Outer

의 접착부분을 로 하였으며 외경의 크기는pipe) 13mm~15mm

27mm~ 로 유지하였다278mm

ㆍㆍㆍㆍ공정설계는 가류시간을 로 하였다 가류 온도는240sec~600sec 150deg~180

로 하고 주변 온도에 영향을 받으므로 금형 표면온도는 항상 확인하였다 접착제

도포가 내구성에 영향을 주므로 접착제 두께는 으로 하고 접15micron~40micron

착제 배합조건은 로 하였다120cc~128cc

다구찌 설계에 의한 최적수준을 결정하기 위해 다른 인자는 고정시키고 경도 가

류시간 스웨징 인자에 대하여 표 와 같이 실험수준을 정하였다 [ 72]

- 65 -

표 실험인자 별 수준[ 72]

분석결과의 해석분석결과의 해석분석결과의 해석분석결과의 해석2222

실험결과의 해석은 다음과 같다

을 통해 표 의 실험조건을 입력하여 다구찌 설계를 생성한 결과MMITAB [ 72]

표 과 같은 실험조합을 얻었다 표 는 실험조합 별 시험결과 값이다[ 73] [ 74]

에서의 내구성에 대한 다구찌 설계해석의 결과는 표 의 신호 대Nominal load [ 75]

잡음비 비 평균 표준편차에 대한 반응표에 잘 나타나(SN Signal to noise ratio)

있다 그림 그림 은 비 평균 표준편차에 대한 반응 값을 도식한 [ 71]~[ 73] SN

것이다

표 의 신호 대 잡음비의 반응표를 보면 경도는 스웨징이나 가류시간에 비해[ 75]

반응변수 내구성 에 큰 영향을 미치고 있음을 보여준다 평균에 대한 반응표에서도( )

경도는 다른 인자들에 비해 반응변수의 평균에 크게 영향을 미치고 있음을 알 수

있다 표준편차 역시 경도의 수준 변화에 따라 차이가 가장 많음을 보여주고 있다

- 66 -

표 에 의한 다구찌 설계생성[ 73] MINITAB

- 67 -

표 실험조합 별 시험결과 데이터[ 74]

- 68 -

표 비 평균 표준편차에 대한 반응표[ 75] SN

신호 대 잡음 비에 대한 반응 표신호 대 잡음 비에 대한 반응 표신호 대 잡음 비에 대한 반응 표신호 대 잡음 비에 대한 반응 표

망대특성망대특성망대특성망대특성

평균에 대한 반응 표평균에 대한 반응 표평균에 대한 반응 표평균에 대한 반응 표

표준 편차에 대한 반응 표표준 편차에 대한 반응 표표준 편차에 대한 반응 표표준 편차에 대한 반응 표

- 69 -

그림 신호 대 잡음 비의 주효과도[ 71]

그림 인자수준별 평균의 주효과도[ 72]

그림 인자수준별 표준편차의 주효과도[ 73]

- 70 -

표 와 그림 에서 에서의 내구성 예측값을 가장 크게 하[ 75] [ 72] Nominal Load

는 것은 요인 수준의 조합이 일 때이다 품질 향상을 위해서는 정특성 동(4 2 2)

특성 값도 동시에 고려하여야 하므로 조합 조합 조합(4 2 2) (4 3 2) (4 1 2)

에 대한 예측 값을 함께 구하였다

표 은 에서의 내구성 예측값을 표 은 에[ 76] Nominal Load [ 77] Maximum Load

서의 내구성 예측값 표 은 정특성 예측값 표 는 에서의 동특성 예 [ 78] [ 79] 15Hz

측값 그리고 표 은 에서의 동특성 예측값을 보여주고 있다 [ 710] 150Hz Nominal

에서의 내구성 예측값은 조합 조합 조합에서 각Load (4 2 2) (4 3 2) (4 1 2)

각 목표값인 을 상회한 과170000 Cycle 178023 Cycle 174272 Cycle 175830

로서 조합일 때 더 높게 나타났다Cycle (4 2 2)

동배율은 예측 평균값을 기준으로 할 때 동배율은 조합에서는 에 (4 2 2) 15Hz

서 에서 이고 조합에서의110(1187691079) 150Hz 113(1215561079) (432)

동배율은 에서 에서15Hz 106(112856 106938) 150Hz 108(115769106938)

이며 조합에서의 동배율은 에서 에서 (412) 15Hz 108(118194 1094) 150Hz

이었다109(1195691094)

모델의 경우 수요기업에서 동배율 값이 적은 값을 요구하기 때문에DA-2 (kdks)

동배율을 고려하면 의 조합이 더 좋은 품질을 나타낸다고 할 수 있다(4 1 2)

- 71 -

표 에서의 내구성 예측값[ 76] Nominal Load

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 2 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 3 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 1 2

예측 값

신호 대

- 72 -

표 에서의 내구성 예측값[ 77] Maximum Load

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 2 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 3 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 1 2

신호 대

- 73 -

표 정특성 예측값[ 78]

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 2 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 3 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 1 2

신호 대

- 74 -

표 동특성 예측값[ 79] (15Hz)

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 2 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 3 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 1 2

신호 대

- 75 -

표 동특성 예측값[ 710] (150Hz)

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 2 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 3 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 1 2

신호 대

- 76 -

제 장 부품의 신뢰성성장관리제 장 부품의 신뢰성성장관리제 장 부품의 신뢰성성장관리제 장 부품의 신뢰성성장관리8888

제 절 신뢰성성장관리제 절 신뢰성성장관리제 절 신뢰성성장관리제 절 신뢰성성장관리1111

복잡하고 기술적인 제품의 개발 프로그램을 운영하는 데 있어서는 고객이 요구

하는 신뢰성 수준을 만족시키기 위하여 상당한 규모의 시간 예산 기술인력 등의

자원을 필요로 한다 고객들의 신뢰성 요구수준은 매우 높으므로 이러한 목표를 달

성하기 위하여 시험 개선 시험 개선의 개발과정을 반드시 거친다 이 과정에서 시- - -

스템 서브시스템 또는 모듈을 고장 날 때까지 시험하고 고장모드를 결정해서 이를

제거하기 위한 시도를 하거나 적어도 고장발생을 줄일 수 있는 시도를 하여 설계나

엔지니어링 개선을 이룬다 만약 이러한 과정이 계속되고 설계나 엔지니어링 변경

이 충분히 이루지면 시스템의 신뢰성은 증가한다 개발프로그램이 운영되는 동안

신뢰성 수준의 변화를 추적할 수 있다면 개발책임자로서는 여러 가지 이점이 있다

즉 목표하는 신뢰성 수준을 달성하기 위하여 충분한 비율로 성장하고 있는지의 여

부를 가능한 빠른 시간 내에 판단할 수 있고 그에 따라 필요한 자원을 적절히 배

분할 수 있다 따라서 개발책임자는 시험데이터로부터 현재 시스템의 신뢰성 수준

성장률의 평가 앞으로 기대되는 달성 가능한 수준을 결정하기를 원한다

신뢰성 성장관리 기술은 제품을 개발하는 데(Reliability growth management)

소요되는 많은 시간과 비용 및 엔지니어링 노력을 절감하면서 개념선택 제품과 공

정의 신뢰성 그리고 비용효율을 달성할 수 있도록 유용한 정보를 제공해 준다 군

사장비 자동차 및 전자 중장비개발 등에 적용된 최근의 신뢰성 성장시험 관리기술

은 각 분야의 경쟁적인 사업 환경 아래에서 제품개발을 효율적으로 조직하여 신뢰

성평가를 시작하고 신뢰성 성장과정을 추적할 수 있도록 해준다 신뢰성성장관리기

술은 제품 및 공정설계 관련사항 및 검증시험 항목들에 대하여 사용 환경에 따른

신뢰성 성장 진행과정을 확인하고 그 결과로부터 성장시험곡선을 개발할 수 있게

한다 또한 설계단계 사이의 여러 가지 관련성을 확인하여 관찰하고 그 정보를 다

른 제품보증분석들과 연결하여 고객 요구사항에 대한 제품의

- 77 -

적합도를 적절히 평가하는 데 도움을 준다

신뢰성성장모델은 가 개발한Crow(1975) AMSAA(Army Materiel Systems

모델이 많이 활용되었으나 이는 시스템 또는 서브시스템에서의Analysis Activity)

성장관리에 유용하고 부품수준에서는 모델을 활용하는 것이 더욱 실용적이 Weibull

다 모델은 목표 Weibull B10 수명에 대하여 초기 시작품 으로부터(Early Prototype)

후기 시작품 까지의 신뢰성 개선을 관리하는데 실용적으로 활용할(Later Prototype)

수 있다

신뢰성 성장시험 프로세스신뢰성 성장시험 프로세스신뢰성 성장시험 프로세스신뢰성 성장시험 프로세스1111

신뢰성 성장은 개발시스템에 대하여 여러 시험단계가 시리즈로 이루어지는 동안

고장모드를 발견하고 이를 개선하는 과정을 거쳐 이TAAF(Test Analyze And Fix)

루어진다 또한 기능시험 환경시험 안전시험의 결과는 신뢰성 향상을 위한 FMEA

등과 연계하여 사용된다 분석결과는 설계변경에 반영되고 최종목표가 달성될 때까

지 개선과 시험이 연속적으로 이루어진다 그림 은 일반적인 신뢰성 성장시험 [ 81]

프로세스를 보여준다 프로그램의 시작시점에 신뢰성 성장에 대한 계획을 수립하여

고객의 기대사항을 만족시킬 수 있는 성능수준에 대한 구체적인 측정치를 제시하

고 이 목적을 달성시킬 수 있는 시험조건을 정한다 시험조건은 특정한 부품이나

시스템에 대하여 고객의 사용방법과 환경에 대한 지식을 기초로 하여야 한다

개발프로젝트가 진행되는 동안 신뢰성 성장시험 프로그램이 개발되고 실행되는

과정에서 설계 및 공정의 관심사항을 확인하기 위해 QFD(Quality function

와 같은 제품보증을 위한 분석방법들이 선행되어 실시되는데 신뢰성deployment)

성장관리와 연계하여 이를 통틀어 통합 신뢰성 성장관리(Integrated reliability

라고 한다 신뢰성 성장관리를 포함한 제품설계평가의 모든growth management)

과정은 제품 공정의 신뢰성 향상에 있어 중요한 역할을 하는 제품보증기능의 한부

분이다

- 78 -

통합 신뢰성 성장시험관리 프로세스는 설계뿐 아니라 공정신뢰성(MIL-HDBK-781)

과 관련된 문제에 대응할 수 있도록 신뢰성 성장시험의 이점을 전적으로 활용할 수

있는 수단을 제공한다

신뢰성 성장관리과정을 개발함으로써 신뢰성 수준은 계속적으로 추적될 수 있고

조치를 취하고 다른 분석결과들과 비교되어 초기 신뢰성 예측을 수립하고 제품설

계에 포함된 확신을 증가시킨 후 검증시험에 들어갈 수 있도록 한다 이러한 신뢰

성 성장관리 프로세스는 제품개발 사이클에 있어서 초기 단계 동안에 신뢰성을 확

립하는 데 도움을 줄 수 있는 장치이다

그림 신뢰성성장시험 프로세스[ 81]

제품개발과정에 적용되는 신뢰성 성장시험관리 프로세스는 다음과 같다

신뢰성 성장시험조건을 결정하고 시험 사이클을 개발한다 ①

신뢰성 성장시험곡선의 사용을 통하여 시험과정을 실행하고 추적한다②

시험결과를 평가하고 다른 선행된 분석연구결과들과 비교한다③

확인된 결함을 제거하기 위해 설계변경을 실시한다④

- 79 -

설계검증시험을 준비한다⑤

신뢰성 성장시험의 주된 목적은 설계상의 약점을 확인하고 제거함으로써 설계의

신뢰성을 증가시키는 것이다 정확하게 신뢰성 수준이 변화되는 진행상황을 추적하

기 위해서는 요구사항에 대한 불합치성 을 확인하고 불합치성이(Nonconformance)

일어난 시간을 모두 추적하여야 한다 시험을 시작하기 전에 적절한 시정조치를 용

이하게 하기 위해 사전계획이 수립되어야 하며 고장분포를 결정하기 전에 각각의

고장부품에 대한 고장원인을 분리할 수 있어야 한다

부품의 개발과정에서 몇 개의 표본에 대한 고장시간 데이터가 있을 때 Weibull

분포를 활용한 신뢰성 성장분석에 대하여 설명하면 다음과 같다

가 분석의 개요가 분석의 개요가 분석의 개요가 분석의 개요

밀도함수는 그림 와 같이 특성 수명과 기울기로 고장시간Weibull [ 82] (Cycle

을 설명한다 작은 표본에 대한 고장시간 데이터가 주어졌을 때 분석Km) Weibull

을 사용하여 세 가지의 정보를 얻을 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ특정 시간이 주어졌을 때 등 부품의 신뢰도는 그 시간까지 살아 있(Cycle Km )

을 백분율이다

ㆍㆍㆍㆍ 또는 다른( 수명을 추정할 수 있다) 수명은 부품들 중 가 고장10

날 것이라고 기대되는 시간이다 즉 이 시간에서의 신뢰도는 이다 90

ㆍㆍㆍㆍ 기울기의 값은 고장률 패턴에 대한 정보를 제공해준다 기울기가Weibull 10

이라면 고장률이 일정하다는 것을 의미한다 이 경우 고장은 일반적으로 우연히

일어나며 고장률은 설계의 강건 정도에 따라 달라진다 기울기가 보다 작다면 1

고장률은 감소하고 있음을 의미한다

- 80 -

즉 높은 초기 고장률 을 말한다 기울기가 보다 크면 고장률은 증 (Infant mortality) 1

가하고 이는 마모 되고 있음을 의미한다(Wear-out)

그림 에 의한 부품의 신뢰성성장분석[ 82] Weibull 수명 비교

가장 많이 활용되는 측도는 수명이며 이것은 요구되는 목표 신뢰도가 임 90

을 의미한다 첫 번째 프로토타입이 고장 난다면 신뢰성 목표 달성을 위해 설계 변

경을 행하고 다음 프로토타입을 시험한다 이 과정은 목표 수명이 달성될 때까

지 반복한다

나 의이점나 의이점나 의이점나 의이점WeibullWeibullWeibullWeibull

부품의 개발과정에서 작은 표본에 대한 고장시간 자료가 주어졌을 때 Weibull

분석을 활용하여 신뢰성성장관리를 행하면 다음의 정보를 얻을 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ신뢰성 개선은 목표 수명이 달성될 때까지 하나의 프로토타입에

- 81 -

서 다음 프로토타입까지 추적할 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ신뢰성 개선은 시험한 프로토타입에 대해 타점으로 표현되고 빠르Weibull

게 방향을 파악하여 신뢰성 진전과정에 대한 양적 측면의 관리능력 향상을 그

래프로 확인할 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ컴포넌트를 고장 날 때까지 시험하는 것은 고장모드에 대한 아주 귀중한 정

보를 제공하고 따라서 시정조치 활동이 필요하다

ㆍㆍㆍㆍ많은 표본이 더 좋은 신뢰도를 얻을 수 있지만 분석은 많은 표본을Weibull

필요로 하지 않는다

ㆍㆍㆍㆍ고객의 운영 사용 사이클과 시험 모수의 관계가 알려져 있다면 더 빠르고( )

더 적은 비용으로 가속시험을 할 수도 있다

다 기본가정및제한다 기본가정및제한다 기본가정및제한다 기본가정및제한

ㆍㆍㆍㆍ각 분석에서 오직 하나의 고장모드만 포함되어야 한다 두 개나 그 이상의

고장 모드가 검출된다면 각각에 대해 분리하여 분석해야 한다

ㆍㆍㆍㆍ신뢰도는 시험 제한 한계 로 인해 년 마일까지 확장하여 외삽하면 안( ) 10 150K

된다 왜냐하면 시험 제한 한계 로 인해 다른 고장모드가 발생할 것인지 알 수 ( )

없기 때문이다

ㆍㆍㆍㆍ하나의 프로토타입에서 다음 프로토타입까지 기울기가 변하는 데는 특별히

주의를 하여야 한다 왜냐하면 초기 후기 수명에서 더 높은 신뢰도와 후기 초 ( ) (

기 수명에서 더 낮은 신뢰도의 할 수 도 있기 때문이다) trade-off

라 적용시기라 적용시기라 적용시기라 적용시기

ㆍㆍㆍㆍ수명의 비교는 엔지니어링 사양 이 특정한(Specification) 을 요구할 경

우 사용된다

ㆍㆍㆍㆍ이러한 접근방법은 고장시간 등 에 대하여 동일한 부품의(Cycle Km )

- 82 -

다른 시점에서의 프로토타입을 비교할 때 사용한다

ㆍㆍㆍㆍ신뢰성 목표가 달성될 때까지 계속한다

마 입력자료마 입력자료마 입력자료마 입력자료

ㆍㆍㆍㆍ프로토타입 의 몇 개 표본의 고장시간 등1 (Cycle Km )

ㆍㆍㆍㆍ프로토타입 의 몇 개 표본의 고장시간 등2 (Cycle Km )

⦙

ㆍㆍㆍㆍ마지막 프로토타입의 몇 개 표본의 고장시간 등(Cycle Km )

분석프로세스는 그림 과 같다[ 83]

프로세스프로세스프로세스프로세스 일반적 단계일반적 단계일반적 단계일반적 단계

Ⅰ 요구

또는 수명 결정

프로그램 신뢰성 목표 사용

고객의 운영 사용 프로파일 사용( )

시험 프로그램 적정시간 사용

Ⅱ 시험 프로그램 자료정보

확인과 데이터 수집초기 부품의 프로토타입

후기 부품의 프로토타입

Ⅲ 다른 프로토타입에 대한

누적고장 시간 또는 vs

거리 계산 및 타점

분석이 가능한 사용Weibull SW

가능한 가속수명시험 사용

Ⅳ 프로젝트 검토 시

현재 신뢰성 수준신뢰성 목표 적합성 결정

초기 경고 관련 정보 제공

개선을 위한 계획 정보 제공

그림 프로세스별 단계[ 83]

- 83 -

제 절 신뢰성성장 데이터분석제 절 신뢰성성장 데이터분석제 절 신뢰성성장 데이터분석제 절 신뢰성성장 데이터분석2222

초기 프로토타입 으로 부터 개의 표본을 정상하중 으(Prototype1) 6 (Nominal load)

로 고장 날 때까지 시험하고 고장모드를 기록하였다 여러 개선작업을 거친 후 후

기 프로토타입 으로부터 개의 표본을 고장 날 때까지 시험하고 고장모(Prototype2) 6

드를 기록하였다 시험 데이터는 표 에 주어져 있다 [ 81]

에 고장데이터를 입력하고 각 프로토타입 단계별로 용지에 결과MINITAB Weibull

를 타점한 결과 그림 와 같은 성장곡선이 생성되었다 [ 84] Weibull

정상하중 에서 의 평균수명 추정치는 이(Nominal load) Prototype1 127366Cycle

고 의 평균수명 추정치는 로서 의 개선을 이루었 Prototype2 176882 Cycle 389

음을 알 수 있었다 수명은 은 이었으나Prototype1 112668 Cycle Prototype2

의 수명은 로서 상당한 개선이 이루어졌음을 볼 수 있다168620 Cycle 수

명에 대한 신뢰하한은 로 추정되었다 따라서 정상부하에 의한95 162926 Cycle

시험데이터분석 결과 개선활동 재료배합개선 형상설계개선 공정개선 에 의하여 ( )

내구성 목표가 달성되었음을 알 수 있다

그림 는 에서의 신뢰구간을 보여주고 있다[ 85] Nominal load 90

최대하중 에서는 표 의 데이터 입력결과 그림 의 그래프를(Max load) [ 82] [ 86]

생성하였다 그래프로 부터 추정된 의 Prototype1 수명은 이고16362Cycle

의Prototype2 수명은 이다21850 Cycle 수명에 대한 신뢰하한추정치95

는 으로부터 로 계산된다MINITAB 20983 Cycle

의 수명과 의 수명이 다른 것은 개선 활동의 결과이Prototype1 Prototype2

- 84 -

며 에서 개선목표가 달성되었음을 알 수 있다 Prototype2

표 하중 고장시간[ 81] Nominal (Cycle)

Weibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth Curve

(Nominal Load)(Nominal Load)(Nominal Load)(Nominal Load)

그림 성장곡선[ 84] Weibull (Nominal load data)

- 85 -

Weibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth Curve

(Nominal Load-90 Cl)(Nominal Load-90 Cl)(Nominal Load-90 Cl)(Nominal Load-90 Cl)

그림 신뢰구간[ 85] Nominal Load90

- 86 -

표 하중 고장시간[ 82] Max (Cycle)

Weibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth Curve

(MaxLoad)(MaxLoad)(MaxLoad)(MaxLoad)

그림 성장곡선[ 86] Weibull (Max load data)

- 87 -

제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론9999

본 연구는 자동차현가장치인 고무부싱 의 신뢰성향상을 위한 기(Rubber bushing)

술개발과제이다 에나 인더스트리는 수출전문기업으로서 주요 경쟁사에 비해 고성

능 고내구성의 제품을 짧은 기간 내에 개발할 수 있는 능력을 갖추어야 해외 시장

에서 경쟁력을 가질 수 있다

본 연구개발에서는 수요기업에서 요구하는 GMUTS(General Motors Uniform

의 사양에 따른 시험을 실행하여 내구성을 목표 사이클 이상으Test Specification)

로 개선하고 정특성과 동특성 비틀림 토크를 개선항목으로 선정하여 제품의 품질

및 신뢰성 향상을 진행하였다

수요기업의 요구 수준에 의하면 내구성은 와 Tension Compress Alternating

가 동시에 일 때 일 때Torsion Stress Maximum Load 20000 Cycle Normal Load

을 요구한다 본 프로젝트의 경우 해외의 부품메이커들에 대한 경쟁150000 Cycle

력 우위를 확보하기 위하여 기본 요구 수준을 넘어 향상된 제품신뢰성을5~10

확보를 목표로 하였다 내구성 정특성 및 동특성에 대한 시험은 직접 행하였고 비

틀림토크에 대한 부분은 추가적인 시험장치가 필요하여 수요기업의 실험실에 샘플

을 제출하여 요구수준을 검증받았다

본 연구개발의 성과를 요약하면 다음과 같다

우선 기술적 효과로는

설계기술의 확보(1)

재료배합설계 형상설계 공정설계에 대한 기술을 확보하여 내구성을 비롯한 품

질특성을 향상시킬 수 있었다 종래에는 설계 개발 생산프로세스에서 경험적 방법

에 의존하여 시행착오가 많았으나 본 연구를 통하여 과학적이고 체계적인 방법으

로 접근할 수 있는 기술이 확보되었다

설계 요소의 기술적 배치를 위한 실험계획법의 활용기술 확보(2)

- 88 -

종전에는 고무 배합설계 형상설계 공정설계에 대하여 설계요인 별 수 (Facter)

준 을 무작위로 추출하여 실험하였으나 본 실험계획의 과정을 따르면 요인들(Level)

이 계획적으로 반영되어 품질특성에 각각 어느 정도의 영향을 미치는지 분석이 가

능하게 된다 또한 다구찌에 의한 강건 설계의 생성으로 산포를 줄일 수 있다

잠재적 고장원인 분석방법 기술 확보(3)

제품기능에 대한 잠재적 고장모드의 예측과 시험항목을 판단하고 최종적으로는 설

계검증 과 공정검증 의 세부항목과 효과적(Design verification) (Process verification)

으로 연계가 가능하다

신뢰성 데이터분석기술 확보(4)

부품의 개발과정에서 몇 개의 표본에 대한 고장시간 데이터가 있을 때 Weibull

분포를 활용한 신뢰성 성장분석이 가능하게 되었다 개발프로그램이 운영되는 동안

신뢰성 수준의 변화를 추적할 수 있어 목표하는 신뢰성 수준을 달성하기 위하여 충

분한 비율로 성장하고 있는지의 여부를 가능한 빠른 시간 내에 판단할 수 있고 그

에 따라 필요한 자원을 적절히 배분할 수 있다 따라서 개발책임자는 시험데이터로

부터 현재 시스템의 신뢰성 수준 성장률의 평가 앞으로 기대되는 달성 가능한 수

준에 대한 결정이 가능하다

경제적 측면의 효과로는

제품에 대한 내구성 및 동특성 정특성에 대하여 요구사양 이상으로 특성관리(1)

를 행할 수 있어 해외 부품메이커들에 대한 경쟁력 우위로 수출력을 향상할 수 있

게 되었다

개발기간을 단축할 수 있게 되어 개발비의 절감을 가져올 수 있게 되었다(2)

재료배합 형상설계 및 공정설계에 대한 기술개발의 표준 정립으로 개발 기간의 단

축이 가능하게 되었다

본 과제 결과를 활용하여 다른 방진제품에 대한 신뢰성 관리로 수출(3)

- 89 -

시장을 개척하여 신규거래처를 확보할 예정이다 신뢰성 데이터의 관리가 이루어져

제품수명에 대한 설득력 있는 자료의 제시가 가능하게 되었다

향후 연구계획으로는

고무부싱부품의 특성상 내구성만의 개선이 최선이 아니고 정특성과 동특성을 일

정수준으로 동시에 고려하여야 한다 따라서 이 부분에 대한 동시적인 실험설계가

시스템화 되도록 추가적인 연구가 요구된다

- 90 -

참고문헌참고문헌참고문헌참고문헌[ ][ ][ ][ ]

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[8] McLean R A and Anderson V I Extreme Vertices Design of Mixture

Experiments Technometrics Vol8 No3 1966

- 96 -

주 의

이 보고서는 산업자원부에서 시행한 부품소재종합기술지원사업의 최1

종보고서이다

이 신뢰성기반기술확산사업 내용을 대외적으로 발표할 때에는 반드시2

산업자원부에서 시행한 부품소재신뢰성기반기술 사업의 지원결과임을

밝혀야 한다

- 97 -

이 보고서는 산업자원부에서 시행한

부품소재 신뢰성기반기술확산사업의 최종보고서이다

- 45 -

실험의 결과 카본블랙과 레오그래프와의 관계는 그림 와 같이 나타났다 그림[ 44]

에서 보는바와 같이 입자경의 크기가 증가함에 따라 결합력이 약해지므로 토르크

값이 낮아짐을 알 수 있다

그림 각종 카본블랙의 레오그래프[ 44]

- 46 -

본 연구에 적용된 카본 입자경의 크기와 양은 표 과 같다[ 411]

경도변화는 카본입자의 크기와 양에 따라 결정이 되며 레오그래프의 값이 Tmax

이러한 사실을 보여주고 있다

표 레오그래프상의 경도와 카본의 관계[ 411]

레오그래프는 섭씨 도에서 그려짐PHR = Part in Hundred Rubber 160

- 47 -

제 장 형상개선제 장 형상개선제 장 형상개선제 장 형상개선5555

제 절 외철의 스웨징 율 변화에 의한 개선제 절 외철의 스웨징 율 변화에 의한 개선제 절 외철의 스웨징 율 변화에 의한 개선제 절 외철의 스웨징 율 변화에 의한 개선1111

높은 품질의 부싱을 개발하기 위해서는 적절한 재료설계에 의한 경도 및 고무 특

성의 설정이 매우 중요한 요소이지만 고무의 특성 개선에만 의존하는 것은 한계점

이 있다 따라서 제품의 형상변화를 통해 고무의 특성을 극대화함으로써 내구성 및

품질특성을 향상시킬 수 있다

그림 은 부품의 세부형상과 설계도이다[ 51]

그림 세부형상[ 51] DA-2

- 48 -

그림 는 제품의 단면을 보여준다 그림에서 는 다른 모델에 비해 고무[ 52] DA-2

량이 다소 적음을 알 수 있다 형상 변화를 통한 품질특성의 개선을 시도함에 있어

서는 부품에 대한 조립성과 제조성 을 반드시(DFM Design for Manufacturability)

고려하여 형상변화를 꾀하여야 한다 본 제품의 경우 외철 과 내철 (outer pipe)

의 길이는 한정되어 있으며 그 직경의 변화도 허용공차를 미만(Inner pipe) 05 mm

의 수준으로 요구하고 있다

형상변경을 통한 성능향상 방안으로서 외철에 대한 스웨징율 을 변(Swaging rate)

경함으로서 외경크기의 변화를 시도하였으며 또한 내철의 구배각도를 변화시켜 개

선점을 찾으려고 노력하였다

그림 단면[ 52] DA-2

부싱의 경우 일반 적으로 스웨징이라는 공정을 거치게 되는데 이는 공정에서 외

경의 크기 조정을 통하여 성능을 향상 시키는 방법으로서 스웨징율을 조정함으로서

외철의 외경 크기를 허용범위 내어서 변화시키는 것이다 이는 스웨징에 따른 직경

변화에 의해 고무의 조직이 조밀해져 고무 특성을 향상시킬 수 있게된다

그림 은 스웨징의 방향을 나타내며 그림 는 스웨징 전 후의 외철의 크[ 53] [ 54]

기 변화를 보여주고 있다

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그림 스웨징 방향[ 53]

그림 스웨징 전후의 외경 크기의 변화 단면[ 54] ( )

제 절 내철의 구배 변화에 의한 개선제 절 내철의 구배 변화에 의한 개선제 절 내철의 구배 변화에 의한 개선제 절 내철의 구배 변화에 의한 개선2222

아래 그림 는 형상 변화를 시도할 수 있는 내철 끝단 부분의 구배를 표시한[ 55]

그림으로서 는 구배각도를 나타낸다a

- 50 -

그림 구배각도[ 55]

그림 은 본 제품의 특성 요구 사항을 그림으로 표시한 것으로 고무부싱은[ 56]

및 의 외력에 대하여 적절하게 대응할 수 있도록 설계되어야 한다 부싱 종류F1 F2

의 경우 일반적으로 고무 제품의 유연함과 동배율 개선을 위하여 저경도의 고무를

적용하는 경우가 많은데 이 경우에는 외력에 대한 특성이 상대적으로 취약하게F1

나타나게 된다 이러한 취약점을 보완하기 위하여 본 연구에서는 그림 과 같 [ 57]

이 제품이 허용하는 범위 내에서 내철의 구배를 변화 시킨 후 실험데이터의 분석을

통해 성능 개선 방안을 찾고자 하였다

그림 부싱의 외력[ 56]

그림 의 의 경우는 구배를 주지 않은 경우이며 의 경우는 구배를 준[ 57] (a) (b)

경우를 표시하고 있다

- 51 -

의 경우 외력에 의하여 발생하는 반발력 은 순수한 고무 특성에 의해서(a) F1 Fr1

만 나타나게 된다 이러한 경우 저경도의 고무을 적용하였을 때 의 크기가 미미 Fr1

하여 적절한 특성을 발휘하지 못하게 된다

의 경우와 같이 내철에 구배를 주게 되면 의 외력에 대하여 구배가 들어간(b) F1

부분 에 의한 반발력 함께 가 생성되어 상대적으로 에 대한 저항력이 커Fr3 Fr2 F1

짐으로써 성능을 향상 시킬 수 있게 된다

그림 구배각도의 적용에 따른 차이 단면[ 57] ( )

그림 구배각도의 적용에 따른 차이 입체[ 58] ( )

- 52 -

제 장 도포공정개선제 장 도포공정개선제 장 도포공정개선제 장 도포공정개선6666

고무부싱의 내구성 향상을 위하여 필수적으로 관리하여야 할 공정이 도포공정이

다 도포공정은 접착의 원리에서부터 접착의 구조 접착의 강도 피착재의 표면처리

법 및 접착제 사용법 등 접착에 관한 전반적인 기술을 공정에 효율적으로 적용하여

야 한다

고무와 금속과의 접착력이란 접착제와 피착제 사이의 계면 결합력을 의미하며 접

착강도는 시험방법 접착방법 시험시의 조건 시편의 기하학 등 여러 인자에 의해

영향을 받는다 접착파괴는 접착제의 가장 약한 곳에서 일어나며 접착강도는 여러

가지 측정법에 따라 고유강도 잔류강도 측정강도 등과 같이 다르게 표현된다 고

무부싱의 접착구조는 그림 과 같다[ 61]

그림 접착의 구조[ 61]

프라이머 는 피착제 표면과의 친화성이나 접착제와의 상용성이 뛰어나야(Primer)

하고 동시에 접착 저해물과의 상용성도 높아야 한다 또 프라이머 중의 유효성분

쪽이 피착제 표면에 흡착되어 있는 저해성분보다 피착제에 의하여 안정하게 흡착되

어 있는 것이 중요하다 따라서 프라이머는

- 53 -

충분한 교반 균일하고 엷은 도포 그리고 완전한 건조가 이루어져야 한다 이러한

도포공정은 피착제의 모앙에 따라 달라진다

열경화성 접착제의 대부분은 유기 중합물과 각종 충진제를 유기용제에 용해 분산

시킨 것으로 사용전이나 사용 중에도 교반기 등으로 균일하게 용해 분산시킨 접착

제를 사용하는 것이 중요하다 따라서 의 도포 공정은 그림 와 같이 교 DA-2 [ 62]

반기를 추가 설치하여 공정 개선을 실시하였다

그림 설치한 교반기[ 62]

또한 피착제의 균일한 도포를 위해 롤타입의 코팅기에 기존 페인트용 롤러에서

그림 에서와 같이 융을 말아 롤러 도포하는 형태로 개선을 실시하여 코팅의[ 415]

두께 정밀도를 향상시켰다

- 54 -

그림 변경된 롤러 모양[ 63]

접착 재료를 프라이머 에서 변경하여 사용함CHEMLOK 220 252 CHEMLOK 205

으로써 접착력을 향상시켰는데 는 금속 및 경길대료의 프라이머로CHEMLOK 205

사용되며 또한 같은 극성고무에 단독으로 접착이 가능하다 NBR

방식의 경우 의 특징을 살펴보면TWO Coat CHEMLOK 205

ㆍㆍㆍㆍ 접착제의 금속 표면에서의 접착강도를 향상시킬 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ 기계적 표면처리 후 활성화된 금속표면을 산화작용으로부터 보호하며 녹방

지 도료적 역할을 한다

ㆍㆍㆍㆍ 크로로프렌이나 에피크로로히드린고무와 같은 가류 중에 염소가스를 발생

시 켜 금속표면을 부식시키기 쉬운 고무배합에 대하여 유효하게 적용된다 프

라 이머는 충분한 교반 균일하고 엷은 도포 그리고 완전한 건조가 이루어져

야 접착성이 뛰어나게 된다

도포공정 개선 전후의 효과는 그림 그림 의 도포두께 비교[ 64]~[ 67] Cpk

를 통해서도 알 수 있다DATA

아래 그림 는 도포공정의 개선전[ 64] 관리도의 그래프를 나타낸

- 55 -

것으로 관리도는 평균치와 범위에 관한 계량형 관리도에서 가장 많이 사용되

는 관리도의 하나이다 관리도는 평균치의 변화를 관리하는 관리도와 산포의

변화를 관리하는 관리도로 구성된다 관리도의 중심선(Central Line) CL=로 나

타내며 관리 상한선 은(Upper Control Limit) UCL= 로 관리하한선인 (Lower

의 경우Control Limit) LCL=

로 구한다

관리도의 관리선의 경우 중심선 관리상한선 UCL= 관리하한선 LCL

의 경우 로 구한다

여기서 등의 계수는 샘플의 크기인 에 따라 결정 되며 일 경우=4

=0729 =0 이다=2282

그림 에서[ 64] 이며=273410 관리도의 로 나타났UCL=307994 LCL=238826

다

관리도의 은CL 이며 이다=4744 UCL=1082581

- 56 -

그림 도포공정 개선전[ 64] 관리도

한편 그림 는 도포공정 개선 전의 경우에 대하여 지정된 규격의 공정능력 [ 65]

지수를 나타낸 것으로서 단기공정능력지수( 와 장기공정능력지수) ( 를 나타낸)

다 단기공정능력지수는 공정능력 ( 과 규격의 폭) ( 과의 비율을 의미하며 일반적)

으로 로 표시한다 규격은 그림 에서처럼 양쪽규격이 모두 주어진 경우 공 [ 65]

정 능력 지수는 다음과 같이 계산할 수 있다

공정 능력

로 나타내고 만약 공정 평균이 규격의 중심으로부터 어느

한쪽으로 치우쳐 있게 되는 경우 치우침도( 와) 를 조합한 단기공정능력지수

( 로 나타낸다 즉)

- 57 -

장기공정능력지수( 의 계산은)

으로서 이다

따라서 그림 에 나타난 것처럼 개선전의 공정능력은[ 65] =17854 =08458

으로서 장기 공정에 대해 만족스럽지 못한 값을 나타내고 있다

그림 도포공정 개선전 공정능력 분석그래프[ 65]

- 58 -

그러나 공정개선후의 관리도인 그림 을 살펴보면[ 66] 이며=28196 관리

도의 이고UCL=300418 LCL=263502 관리도의 은CL 로=2532 UCL=51418

나타난다

그림 도포공정 개선후[ 66] 관리도

- 59 -

개선 후에는 그림 로부터 알 수 있듯이 단기공정능력은[ 67] 으로서=31966

인 장기 공정에 대해 안정적인 것을 확인할 수 있어 도포공정 개선에=23275

대한 효과가 있음을 알 수 있다

그림 정 개선 후 공정능력 분석그래프[ 67]

또한 도포공정의 두께관리를 강화하기 위하여 작업자 교육 및 샘플링 두께 측정

검사를 통해 지속적인 모니터링을 실시하고 공정별 온도관리 및 시간 관리를 통해

작업 환경 유지관리 강화로 변함없는 품질의 제품을 생산하도록 하였다 그림 [

은 롤 코팅 공정이다68] (Roll coating)

- 60 -

그림 롤 코팅 공정[ 68] (Roll coating)

- 61 -

제 장 최적수준 결정을 위한 파라미터 설계제 장 최적수준 결정을 위한 파라미터 설계제 장 최적수준 결정을 위한 파라미터 설계제 장 최적수준 결정을 위한 파라미터 설계7777

제 절 실험계획법에 의한 유의인자 결정제 절 실험계획법에 의한 유의인자 결정제 절 실험계획법에 의한 유의인자 결정제 절 실험계획법에 의한 유의인자 결정1111

재료설계 형상설계 및 공정설계에 대한 최적조건의 결정은 부품의 품질 특성에

대한 사양 을 만족시켜야 할 뿐 아니라 생산부품 간 품질의 산포를(Specification)

최대한 줄여야 한다 의 최적설계를 위해 다구찌 기법 을 적 DA-2 (Taguchi method)

용하였다

다구찌의 강건설계 는 인자 가 품질 특성의 평균에 대해(Robust design) (Factor)

가지는 효과뿐만 아니라 분산에 미치는 효과에 대해서도 초점을 맞추고 있다 분산

을 줄일 수 있는 통제 가능한 인자에 대한 조건을 설정하여 품질특성이 통제 불가

능한 인자의 변화에 대해서는 둔감하도록 할 수 있다 강건설계의 주목적은 품질특

성의 목표값을 유지하면서 분산을 줄이는 인자에 대해 설치값 을 발견하는 (Setting)

데 있다

다구찌 설계에 의한 실험계획법은 특히 확장된 역할로서 다음의 몇 가지를 들 수

있다

ㆍㆍㆍㆍ종래에는 제어 불가능한 환경조건이나 제어하기 어려운 생산조건 공정조건

등의 원인 이를 잡음인자로 통칭 들이 데이터에 주는 영향의 정도를 평가하기 어려( )

웠으나 객관적으로 그리고 계량적으로 이를 평가할 수 있는 방법을 제시하고 있

다 또한 품질 산포의 크기를 계량특성치 손실함수 비 등 로 변환하여 산포를 ( SN )

작게 하는 인자들의 조건을 찾아가는 강건설계를 사용한다

ㆍㆍㆍㆍ직교배열표를 광범위하게 사용하여 인자의 수가 많은 경우에도 크게 실험횟

수를 증가시키지 않고 실험하는 일부 실시법을 사용한다

ㆍㆍㆍㆍ생산라인 내 뿐만 아니라 신제품 개발을 위한 품질설계 파라미터(On-line)

설계 허용오차 설계 등의 라인 외 품질관리를 위하여 유용하게 사용할 (Off-line)

수 있다

ㆍㆍㆍㆍ다구찌 방법에서 추가적으로 다룰 수 있는 주요한 것들로는 직교배열

- 62 -

표의 확대사용 수준계의 표준 직교배열표 이외에 확대 응용 혼합 직교배열표(2 3

의 사용과 조합법의 사용 계량치 데이터의 파라미터 설계 허용차 설계 그리고)

계수치 데이터의 파라미터 설계 동적 특성의 파라미터 설계 등을 들 수 있다

파라미터 설계 는 제품설계와 공정설계에서 유용하게 사용되는(Parameter design)

다구찌 실험계획법의 핵심이다 파라미터는 제품성능의 특성치에 영향을 주는 제어

가능한 인자 를 의미하며 파라미터 설계는 이들 인자들의 최적(Controllable factor)

수준을 정하여 주는 것을 말한다 파라미터를 설계변수 라고도 부 (Design variable)

르며 파라미터 설계에서는 제품의 품질변동이 잡음에 둔감하면서 목표품질을 가질

수 있도록 설계변수들의 최적조건을 구하여 준다 최적조건을 찾을 때 설계변수와

잡음을 주는 인자들을 포함시켜 실험하는 직교배열표 등을 주로 사용한다 이때 목

표 품질을 만족시키는 범위 내에서 가능한 한 비용이 적게 드는 조건이나 부품 등

을 이용한다

만약 신뢰성에 영향을 주는 제어 가능한 인자 에 대한 파라미터설계 A B C D

를 한다고 하자 는 수준 는 수준의 혼합수준 에 대한 설계 A B 4 C D 2 (Mixed level)

분석을 하려고 한다면 각 요인 변동의 계산을 표 과 같은 [ 71] L16(215형 직교배)

열표 를 사용하면 된다(Orthogonal Design)

에 대한 파라미터 설계조건으로는 내구성이 가장 좋은 최적의 설계 및 공정DA-2

조건을 구하여야 하므로 반응변수가 큰 값일수록 좋은 망대특성(Larger-the-better

에 대한 조건을 구하고 부품의 정특성 및 동특성에 대한 분석은 적characteristics)

정한 상호관계를 고려하여 별도의 실험을 행한다

- 63 -

표 다구찌 설계의 예[ 71]

- 64 -

제 절 시험데이터의 해석제 절 시험데이터의 해석제 절 시험데이터의 해석제 절 시험데이터의 해석2222

실험조건실험조건실험조건실험조건1111

제품의 신뢰성향상을 위해 지금까지 재료배합의 개선 형상개선 및 공정개선에

대한 각각의 과정을 설명하였으며 본 장에서는 관련된 여러 인자들을 동시에 고려

하여 최상의 품질특성을 나타낼 수 있는 최적인자수준의 결정에 대하여 설명하려고

한다 이는 인자들 간의 상호 작용이 상승 또는 보완작용을 할 수도 있고 반대로

서로 상극임을 나타낼 수 도 있기 때문이다

일반적으로 고무부싱의 개발에 적용되는 인자 는 다음과 같다(Factor)

ㆍㆍㆍㆍ경도 는 수요기업에서 제시하는 사양 에 따라 적정수(Hardness) (Specification)

준의 경도 도 도 도 도 를 적용하였으며 경험적으로 경도의 산포는(43 45 48 50 ) plusmn

정도이다2

ㆍㆍㆍㆍ각 부분의 모양이나 각도에 따라 고무 량에 영향을 미치게 되는 형상설계에

관해서는 내부 파이프 구배각도를(Inner pipe) 15deg~25deg로 하고 외부파이프 (Outer

의 접착부분을 로 하였으며 외경의 크기는pipe) 13mm~15mm

27mm~ 로 유지하였다278mm

ㆍㆍㆍㆍ공정설계는 가류시간을 로 하였다 가류 온도는240sec~600sec 150deg~180

로 하고 주변 온도에 영향을 받으므로 금형 표면온도는 항상 확인하였다 접착제

도포가 내구성에 영향을 주므로 접착제 두께는 으로 하고 접15micron~40micron

착제 배합조건은 로 하였다120cc~128cc

다구찌 설계에 의한 최적수준을 결정하기 위해 다른 인자는 고정시키고 경도 가

류시간 스웨징 인자에 대하여 표 와 같이 실험수준을 정하였다 [ 72]

- 65 -

표 실험인자 별 수준[ 72]

분석결과의 해석분석결과의 해석분석결과의 해석분석결과의 해석2222

실험결과의 해석은 다음과 같다

을 통해 표 의 실험조건을 입력하여 다구찌 설계를 생성한 결과MMITAB [ 72]

표 과 같은 실험조합을 얻었다 표 는 실험조합 별 시험결과 값이다[ 73] [ 74]

에서의 내구성에 대한 다구찌 설계해석의 결과는 표 의 신호 대Nominal load [ 75]

잡음비 비 평균 표준편차에 대한 반응표에 잘 나타나(SN Signal to noise ratio)

있다 그림 그림 은 비 평균 표준편차에 대한 반응 값을 도식한 [ 71]~[ 73] SN

것이다

표 의 신호 대 잡음비의 반응표를 보면 경도는 스웨징이나 가류시간에 비해[ 75]

반응변수 내구성 에 큰 영향을 미치고 있음을 보여준다 평균에 대한 반응표에서도( )

경도는 다른 인자들에 비해 반응변수의 평균에 크게 영향을 미치고 있음을 알 수

있다 표준편차 역시 경도의 수준 변화에 따라 차이가 가장 많음을 보여주고 있다

- 66 -

표 에 의한 다구찌 설계생성[ 73] MINITAB

- 67 -

표 실험조합 별 시험결과 데이터[ 74]

- 68 -

표 비 평균 표준편차에 대한 반응표[ 75] SN

신호 대 잡음 비에 대한 반응 표신호 대 잡음 비에 대한 반응 표신호 대 잡음 비에 대한 반응 표신호 대 잡음 비에 대한 반응 표

망대특성망대특성망대특성망대특성

평균에 대한 반응 표평균에 대한 반응 표평균에 대한 반응 표평균에 대한 반응 표

표준 편차에 대한 반응 표표준 편차에 대한 반응 표표준 편차에 대한 반응 표표준 편차에 대한 반응 표

- 69 -

그림 신호 대 잡음 비의 주효과도[ 71]

그림 인자수준별 평균의 주효과도[ 72]

그림 인자수준별 표준편차의 주효과도[ 73]

- 70 -

표 와 그림 에서 에서의 내구성 예측값을 가장 크게 하[ 75] [ 72] Nominal Load

는 것은 요인 수준의 조합이 일 때이다 품질 향상을 위해서는 정특성 동(4 2 2)

특성 값도 동시에 고려하여야 하므로 조합 조합 조합(4 2 2) (4 3 2) (4 1 2)

에 대한 예측 값을 함께 구하였다

표 은 에서의 내구성 예측값을 표 은 에[ 76] Nominal Load [ 77] Maximum Load

서의 내구성 예측값 표 은 정특성 예측값 표 는 에서의 동특성 예 [ 78] [ 79] 15Hz

측값 그리고 표 은 에서의 동특성 예측값을 보여주고 있다 [ 710] 150Hz Nominal

에서의 내구성 예측값은 조합 조합 조합에서 각Load (4 2 2) (4 3 2) (4 1 2)

각 목표값인 을 상회한 과170000 Cycle 178023 Cycle 174272 Cycle 175830

로서 조합일 때 더 높게 나타났다Cycle (4 2 2)

동배율은 예측 평균값을 기준으로 할 때 동배율은 조합에서는 에 (4 2 2) 15Hz

서 에서 이고 조합에서의110(1187691079) 150Hz 113(1215561079) (432)

동배율은 에서 에서15Hz 106(112856 106938) 150Hz 108(115769106938)

이며 조합에서의 동배율은 에서 에서 (412) 15Hz 108(118194 1094) 150Hz

이었다109(1195691094)

모델의 경우 수요기업에서 동배율 값이 적은 값을 요구하기 때문에DA-2 (kdks)

동배율을 고려하면 의 조합이 더 좋은 품질을 나타낸다고 할 수 있다(4 1 2)

- 71 -

표 에서의 내구성 예측값[ 76] Nominal Load

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 2 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 3 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 1 2

예측 값

신호 대

- 72 -

표 에서의 내구성 예측값[ 77] Maximum Load

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 2 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 3 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 1 2

신호 대

- 73 -

표 정특성 예측값[ 78]

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 2 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 3 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 1 2

신호 대

- 74 -

표 동특성 예측값[ 79] (15Hz)

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 2 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 3 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 1 2

신호 대

- 75 -

표 동특성 예측값[ 710] (150Hz)

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 2 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 3 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 1 2

신호 대

- 76 -

제 장 부품의 신뢰성성장관리제 장 부품의 신뢰성성장관리제 장 부품의 신뢰성성장관리제 장 부품의 신뢰성성장관리8888

제 절 신뢰성성장관리제 절 신뢰성성장관리제 절 신뢰성성장관리제 절 신뢰성성장관리1111

복잡하고 기술적인 제품의 개발 프로그램을 운영하는 데 있어서는 고객이 요구

하는 신뢰성 수준을 만족시키기 위하여 상당한 규모의 시간 예산 기술인력 등의

자원을 필요로 한다 고객들의 신뢰성 요구수준은 매우 높으므로 이러한 목표를 달

성하기 위하여 시험 개선 시험 개선의 개발과정을 반드시 거친다 이 과정에서 시- - -

스템 서브시스템 또는 모듈을 고장 날 때까지 시험하고 고장모드를 결정해서 이를

제거하기 위한 시도를 하거나 적어도 고장발생을 줄일 수 있는 시도를 하여 설계나

엔지니어링 개선을 이룬다 만약 이러한 과정이 계속되고 설계나 엔지니어링 변경

이 충분히 이루지면 시스템의 신뢰성은 증가한다 개발프로그램이 운영되는 동안

신뢰성 수준의 변화를 추적할 수 있다면 개발책임자로서는 여러 가지 이점이 있다

즉 목표하는 신뢰성 수준을 달성하기 위하여 충분한 비율로 성장하고 있는지의 여

부를 가능한 빠른 시간 내에 판단할 수 있고 그에 따라 필요한 자원을 적절히 배

분할 수 있다 따라서 개발책임자는 시험데이터로부터 현재 시스템의 신뢰성 수준

성장률의 평가 앞으로 기대되는 달성 가능한 수준을 결정하기를 원한다

신뢰성 성장관리 기술은 제품을 개발하는 데(Reliability growth management)

소요되는 많은 시간과 비용 및 엔지니어링 노력을 절감하면서 개념선택 제품과 공

정의 신뢰성 그리고 비용효율을 달성할 수 있도록 유용한 정보를 제공해 준다 군

사장비 자동차 및 전자 중장비개발 등에 적용된 최근의 신뢰성 성장시험 관리기술

은 각 분야의 경쟁적인 사업 환경 아래에서 제품개발을 효율적으로 조직하여 신뢰

성평가를 시작하고 신뢰성 성장과정을 추적할 수 있도록 해준다 신뢰성성장관리기

술은 제품 및 공정설계 관련사항 및 검증시험 항목들에 대하여 사용 환경에 따른

신뢰성 성장 진행과정을 확인하고 그 결과로부터 성장시험곡선을 개발할 수 있게

한다 또한 설계단계 사이의 여러 가지 관련성을 확인하여 관찰하고 그 정보를 다

른 제품보증분석들과 연결하여 고객 요구사항에 대한 제품의

- 77 -

적합도를 적절히 평가하는 데 도움을 준다

신뢰성성장모델은 가 개발한Crow(1975) AMSAA(Army Materiel Systems

모델이 많이 활용되었으나 이는 시스템 또는 서브시스템에서의Analysis Activity)

성장관리에 유용하고 부품수준에서는 모델을 활용하는 것이 더욱 실용적이 Weibull

다 모델은 목표 Weibull B10 수명에 대하여 초기 시작품 으로부터(Early Prototype)

후기 시작품 까지의 신뢰성 개선을 관리하는데 실용적으로 활용할(Later Prototype)

수 있다

신뢰성 성장시험 프로세스신뢰성 성장시험 프로세스신뢰성 성장시험 프로세스신뢰성 성장시험 프로세스1111

신뢰성 성장은 개발시스템에 대하여 여러 시험단계가 시리즈로 이루어지는 동안

고장모드를 발견하고 이를 개선하는 과정을 거쳐 이TAAF(Test Analyze And Fix)

루어진다 또한 기능시험 환경시험 안전시험의 결과는 신뢰성 향상을 위한 FMEA

등과 연계하여 사용된다 분석결과는 설계변경에 반영되고 최종목표가 달성될 때까

지 개선과 시험이 연속적으로 이루어진다 그림 은 일반적인 신뢰성 성장시험 [ 81]

프로세스를 보여준다 프로그램의 시작시점에 신뢰성 성장에 대한 계획을 수립하여

고객의 기대사항을 만족시킬 수 있는 성능수준에 대한 구체적인 측정치를 제시하

고 이 목적을 달성시킬 수 있는 시험조건을 정한다 시험조건은 특정한 부품이나

시스템에 대하여 고객의 사용방법과 환경에 대한 지식을 기초로 하여야 한다

개발프로젝트가 진행되는 동안 신뢰성 성장시험 프로그램이 개발되고 실행되는

과정에서 설계 및 공정의 관심사항을 확인하기 위해 QFD(Quality function

와 같은 제품보증을 위한 분석방법들이 선행되어 실시되는데 신뢰성deployment)

성장관리와 연계하여 이를 통틀어 통합 신뢰성 성장관리(Integrated reliability

라고 한다 신뢰성 성장관리를 포함한 제품설계평가의 모든growth management)

과정은 제품 공정의 신뢰성 향상에 있어 중요한 역할을 하는 제품보증기능의 한부

분이다

- 78 -

통합 신뢰성 성장시험관리 프로세스는 설계뿐 아니라 공정신뢰성(MIL-HDBK-781)

과 관련된 문제에 대응할 수 있도록 신뢰성 성장시험의 이점을 전적으로 활용할 수

있는 수단을 제공한다

신뢰성 성장관리과정을 개발함으로써 신뢰성 수준은 계속적으로 추적될 수 있고

조치를 취하고 다른 분석결과들과 비교되어 초기 신뢰성 예측을 수립하고 제품설

계에 포함된 확신을 증가시킨 후 검증시험에 들어갈 수 있도록 한다 이러한 신뢰

성 성장관리 프로세스는 제품개발 사이클에 있어서 초기 단계 동안에 신뢰성을 확

립하는 데 도움을 줄 수 있는 장치이다

그림 신뢰성성장시험 프로세스[ 81]

제품개발과정에 적용되는 신뢰성 성장시험관리 프로세스는 다음과 같다

신뢰성 성장시험조건을 결정하고 시험 사이클을 개발한다 ①

신뢰성 성장시험곡선의 사용을 통하여 시험과정을 실행하고 추적한다②

시험결과를 평가하고 다른 선행된 분석연구결과들과 비교한다③

확인된 결함을 제거하기 위해 설계변경을 실시한다④

- 79 -

설계검증시험을 준비한다⑤

신뢰성 성장시험의 주된 목적은 설계상의 약점을 확인하고 제거함으로써 설계의

신뢰성을 증가시키는 것이다 정확하게 신뢰성 수준이 변화되는 진행상황을 추적하

기 위해서는 요구사항에 대한 불합치성 을 확인하고 불합치성이(Nonconformance)

일어난 시간을 모두 추적하여야 한다 시험을 시작하기 전에 적절한 시정조치를 용

이하게 하기 위해 사전계획이 수립되어야 하며 고장분포를 결정하기 전에 각각의

고장부품에 대한 고장원인을 분리할 수 있어야 한다

부품의 개발과정에서 몇 개의 표본에 대한 고장시간 데이터가 있을 때 Weibull

분포를 활용한 신뢰성 성장분석에 대하여 설명하면 다음과 같다

가 분석의 개요가 분석의 개요가 분석의 개요가 분석의 개요

밀도함수는 그림 와 같이 특성 수명과 기울기로 고장시간Weibull [ 82] (Cycle

을 설명한다 작은 표본에 대한 고장시간 데이터가 주어졌을 때 분석Km) Weibull

을 사용하여 세 가지의 정보를 얻을 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ특정 시간이 주어졌을 때 등 부품의 신뢰도는 그 시간까지 살아 있(Cycle Km )

을 백분율이다

ㆍㆍㆍㆍ 또는 다른( 수명을 추정할 수 있다) 수명은 부품들 중 가 고장10

날 것이라고 기대되는 시간이다 즉 이 시간에서의 신뢰도는 이다 90

ㆍㆍㆍㆍ 기울기의 값은 고장률 패턴에 대한 정보를 제공해준다 기울기가Weibull 10

이라면 고장률이 일정하다는 것을 의미한다 이 경우 고장은 일반적으로 우연히

일어나며 고장률은 설계의 강건 정도에 따라 달라진다 기울기가 보다 작다면 1

고장률은 감소하고 있음을 의미한다

- 80 -

즉 높은 초기 고장률 을 말한다 기울기가 보다 크면 고장률은 증 (Infant mortality) 1

가하고 이는 마모 되고 있음을 의미한다(Wear-out)

그림 에 의한 부품의 신뢰성성장분석[ 82] Weibull 수명 비교

가장 많이 활용되는 측도는 수명이며 이것은 요구되는 목표 신뢰도가 임 90

을 의미한다 첫 번째 프로토타입이 고장 난다면 신뢰성 목표 달성을 위해 설계 변

경을 행하고 다음 프로토타입을 시험한다 이 과정은 목표 수명이 달성될 때까

지 반복한다

나 의이점나 의이점나 의이점나 의이점WeibullWeibullWeibullWeibull

부품의 개발과정에서 작은 표본에 대한 고장시간 자료가 주어졌을 때 Weibull

분석을 활용하여 신뢰성성장관리를 행하면 다음의 정보를 얻을 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ신뢰성 개선은 목표 수명이 달성될 때까지 하나의 프로토타입에

- 81 -

서 다음 프로토타입까지 추적할 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ신뢰성 개선은 시험한 프로토타입에 대해 타점으로 표현되고 빠르Weibull

게 방향을 파악하여 신뢰성 진전과정에 대한 양적 측면의 관리능력 향상을 그

래프로 확인할 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ컴포넌트를 고장 날 때까지 시험하는 것은 고장모드에 대한 아주 귀중한 정

보를 제공하고 따라서 시정조치 활동이 필요하다

ㆍㆍㆍㆍ많은 표본이 더 좋은 신뢰도를 얻을 수 있지만 분석은 많은 표본을Weibull

필요로 하지 않는다

ㆍㆍㆍㆍ고객의 운영 사용 사이클과 시험 모수의 관계가 알려져 있다면 더 빠르고( )

더 적은 비용으로 가속시험을 할 수도 있다

다 기본가정및제한다 기본가정및제한다 기본가정및제한다 기본가정및제한

ㆍㆍㆍㆍ각 분석에서 오직 하나의 고장모드만 포함되어야 한다 두 개나 그 이상의

고장 모드가 검출된다면 각각에 대해 분리하여 분석해야 한다

ㆍㆍㆍㆍ신뢰도는 시험 제한 한계 로 인해 년 마일까지 확장하여 외삽하면 안( ) 10 150K

된다 왜냐하면 시험 제한 한계 로 인해 다른 고장모드가 발생할 것인지 알 수 ( )

없기 때문이다

ㆍㆍㆍㆍ하나의 프로토타입에서 다음 프로토타입까지 기울기가 변하는 데는 특별히

주의를 하여야 한다 왜냐하면 초기 후기 수명에서 더 높은 신뢰도와 후기 초 ( ) (

기 수명에서 더 낮은 신뢰도의 할 수 도 있기 때문이다) trade-off

라 적용시기라 적용시기라 적용시기라 적용시기

ㆍㆍㆍㆍ수명의 비교는 엔지니어링 사양 이 특정한(Specification) 을 요구할 경

우 사용된다

ㆍㆍㆍㆍ이러한 접근방법은 고장시간 등 에 대하여 동일한 부품의(Cycle Km )

- 82 -

다른 시점에서의 프로토타입을 비교할 때 사용한다

ㆍㆍㆍㆍ신뢰성 목표가 달성될 때까지 계속한다

마 입력자료마 입력자료마 입력자료마 입력자료

ㆍㆍㆍㆍ프로토타입 의 몇 개 표본의 고장시간 등1 (Cycle Km )

ㆍㆍㆍㆍ프로토타입 의 몇 개 표본의 고장시간 등2 (Cycle Km )

⦙

ㆍㆍㆍㆍ마지막 프로토타입의 몇 개 표본의 고장시간 등(Cycle Km )

분석프로세스는 그림 과 같다[ 83]

프로세스프로세스프로세스프로세스 일반적 단계일반적 단계일반적 단계일반적 단계

Ⅰ 요구

또는 수명 결정

프로그램 신뢰성 목표 사용

고객의 운영 사용 프로파일 사용( )

시험 프로그램 적정시간 사용

Ⅱ 시험 프로그램 자료정보

확인과 데이터 수집초기 부품의 프로토타입

후기 부품의 프로토타입

Ⅲ 다른 프로토타입에 대한

누적고장 시간 또는 vs

거리 계산 및 타점

분석이 가능한 사용Weibull SW

가능한 가속수명시험 사용

Ⅳ 프로젝트 검토 시

현재 신뢰성 수준신뢰성 목표 적합성 결정

초기 경고 관련 정보 제공

개선을 위한 계획 정보 제공

그림 프로세스별 단계[ 83]

- 83 -

제 절 신뢰성성장 데이터분석제 절 신뢰성성장 데이터분석제 절 신뢰성성장 데이터분석제 절 신뢰성성장 데이터분석2222

초기 프로토타입 으로 부터 개의 표본을 정상하중 으(Prototype1) 6 (Nominal load)

로 고장 날 때까지 시험하고 고장모드를 기록하였다 여러 개선작업을 거친 후 후

기 프로토타입 으로부터 개의 표본을 고장 날 때까지 시험하고 고장모(Prototype2) 6

드를 기록하였다 시험 데이터는 표 에 주어져 있다 [ 81]

에 고장데이터를 입력하고 각 프로토타입 단계별로 용지에 결과MINITAB Weibull

를 타점한 결과 그림 와 같은 성장곡선이 생성되었다 [ 84] Weibull

정상하중 에서 의 평균수명 추정치는 이(Nominal load) Prototype1 127366Cycle

고 의 평균수명 추정치는 로서 의 개선을 이루었 Prototype2 176882 Cycle 389

음을 알 수 있었다 수명은 은 이었으나Prototype1 112668 Cycle Prototype2

의 수명은 로서 상당한 개선이 이루어졌음을 볼 수 있다168620 Cycle 수

명에 대한 신뢰하한은 로 추정되었다 따라서 정상부하에 의한95 162926 Cycle

시험데이터분석 결과 개선활동 재료배합개선 형상설계개선 공정개선 에 의하여 ( )

내구성 목표가 달성되었음을 알 수 있다

그림 는 에서의 신뢰구간을 보여주고 있다[ 85] Nominal load 90

최대하중 에서는 표 의 데이터 입력결과 그림 의 그래프를(Max load) [ 82] [ 86]

생성하였다 그래프로 부터 추정된 의 Prototype1 수명은 이고16362Cycle

의Prototype2 수명은 이다21850 Cycle 수명에 대한 신뢰하한추정치95

는 으로부터 로 계산된다MINITAB 20983 Cycle

의 수명과 의 수명이 다른 것은 개선 활동의 결과이Prototype1 Prototype2

- 84 -

며 에서 개선목표가 달성되었음을 알 수 있다 Prototype2

표 하중 고장시간[ 81] Nominal (Cycle)

Weibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth Curve

(Nominal Load)(Nominal Load)(Nominal Load)(Nominal Load)

그림 성장곡선[ 84] Weibull (Nominal load data)

- 85 -

Weibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth Curve

(Nominal Load-90 Cl)(Nominal Load-90 Cl)(Nominal Load-90 Cl)(Nominal Load-90 Cl)

그림 신뢰구간[ 85] Nominal Load90

- 86 -

표 하중 고장시간[ 82] Max (Cycle)

Weibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth Curve

(MaxLoad)(MaxLoad)(MaxLoad)(MaxLoad)

그림 성장곡선[ 86] Weibull (Max load data)

- 87 -

제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론9999

본 연구는 자동차현가장치인 고무부싱 의 신뢰성향상을 위한 기(Rubber bushing)

술개발과제이다 에나 인더스트리는 수출전문기업으로서 주요 경쟁사에 비해 고성

능 고내구성의 제품을 짧은 기간 내에 개발할 수 있는 능력을 갖추어야 해외 시장

에서 경쟁력을 가질 수 있다

본 연구개발에서는 수요기업에서 요구하는 GMUTS(General Motors Uniform

의 사양에 따른 시험을 실행하여 내구성을 목표 사이클 이상으Test Specification)

로 개선하고 정특성과 동특성 비틀림 토크를 개선항목으로 선정하여 제품의 품질

및 신뢰성 향상을 진행하였다

수요기업의 요구 수준에 의하면 내구성은 와 Tension Compress Alternating

가 동시에 일 때 일 때Torsion Stress Maximum Load 20000 Cycle Normal Load

을 요구한다 본 프로젝트의 경우 해외의 부품메이커들에 대한 경쟁150000 Cycle

력 우위를 확보하기 위하여 기본 요구 수준을 넘어 향상된 제품신뢰성을5~10

확보를 목표로 하였다 내구성 정특성 및 동특성에 대한 시험은 직접 행하였고 비

틀림토크에 대한 부분은 추가적인 시험장치가 필요하여 수요기업의 실험실에 샘플

을 제출하여 요구수준을 검증받았다

본 연구개발의 성과를 요약하면 다음과 같다

우선 기술적 효과로는

설계기술의 확보(1)

재료배합설계 형상설계 공정설계에 대한 기술을 확보하여 내구성을 비롯한 품

질특성을 향상시킬 수 있었다 종래에는 설계 개발 생산프로세스에서 경험적 방법

에 의존하여 시행착오가 많았으나 본 연구를 통하여 과학적이고 체계적인 방법으

로 접근할 수 있는 기술이 확보되었다

설계 요소의 기술적 배치를 위한 실험계획법의 활용기술 확보(2)

- 88 -

종전에는 고무 배합설계 형상설계 공정설계에 대하여 설계요인 별 수 (Facter)

준 을 무작위로 추출하여 실험하였으나 본 실험계획의 과정을 따르면 요인들(Level)

이 계획적으로 반영되어 품질특성에 각각 어느 정도의 영향을 미치는지 분석이 가

능하게 된다 또한 다구찌에 의한 강건 설계의 생성으로 산포를 줄일 수 있다

잠재적 고장원인 분석방법 기술 확보(3)

제품기능에 대한 잠재적 고장모드의 예측과 시험항목을 판단하고 최종적으로는 설

계검증 과 공정검증 의 세부항목과 효과적(Design verification) (Process verification)

으로 연계가 가능하다

신뢰성 데이터분석기술 확보(4)

부품의 개발과정에서 몇 개의 표본에 대한 고장시간 데이터가 있을 때 Weibull

분포를 활용한 신뢰성 성장분석이 가능하게 되었다 개발프로그램이 운영되는 동안

신뢰성 수준의 변화를 추적할 수 있어 목표하는 신뢰성 수준을 달성하기 위하여 충

분한 비율로 성장하고 있는지의 여부를 가능한 빠른 시간 내에 판단할 수 있고 그

에 따라 필요한 자원을 적절히 배분할 수 있다 따라서 개발책임자는 시험데이터로

부터 현재 시스템의 신뢰성 수준 성장률의 평가 앞으로 기대되는 달성 가능한 수

준에 대한 결정이 가능하다

경제적 측면의 효과로는

제품에 대한 내구성 및 동특성 정특성에 대하여 요구사양 이상으로 특성관리(1)

를 행할 수 있어 해외 부품메이커들에 대한 경쟁력 우위로 수출력을 향상할 수 있

게 되었다

개발기간을 단축할 수 있게 되어 개발비의 절감을 가져올 수 있게 되었다(2)

재료배합 형상설계 및 공정설계에 대한 기술개발의 표준 정립으로 개발 기간의 단

축이 가능하게 되었다

본 과제 결과를 활용하여 다른 방진제품에 대한 신뢰성 관리로 수출(3)

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시장을 개척하여 신규거래처를 확보할 예정이다 신뢰성 데이터의 관리가 이루어져

제품수명에 대한 설득력 있는 자료의 제시가 가능하게 되었다

향후 연구계획으로는

고무부싱부품의 특성상 내구성만의 개선이 최선이 아니고 정특성과 동특성을 일

정수준으로 동시에 고려하여야 한다 따라서 이 부분에 대한 동시적인 실험설계가

시스템화 되도록 추가적인 연구가 요구된다

- 90 -

참고문헌참고문헌참고문헌참고문헌[ ][ ][ ][ ]

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[8] McLean R A and Anderson V I Extreme Vertices Design of Mixture

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- 96 -

주 의

이 보고서는 산업자원부에서 시행한 부품소재종합기술지원사업의 최1

종보고서이다

이 신뢰성기반기술확산사업 내용을 대외적으로 발표할 때에는 반드시2

산업자원부에서 시행한 부품소재신뢰성기반기술 사업의 지원결과임을

밝혀야 한다

- 97 -

이 보고서는 산업자원부에서 시행한

부품소재 신뢰성기반기술확산사업의 최종보고서이다

- 46 -

본 연구에 적용된 카본 입자경의 크기와 양은 표 과 같다[ 411]

경도변화는 카본입자의 크기와 양에 따라 결정이 되며 레오그래프의 값이 Tmax

이러한 사실을 보여주고 있다

표 레오그래프상의 경도와 카본의 관계[ 411]

레오그래프는 섭씨 도에서 그려짐PHR = Part in Hundred Rubber 160

- 47 -

제 장 형상개선제 장 형상개선제 장 형상개선제 장 형상개선5555

제 절 외철의 스웨징 율 변화에 의한 개선제 절 외철의 스웨징 율 변화에 의한 개선제 절 외철의 스웨징 율 변화에 의한 개선제 절 외철의 스웨징 율 변화에 의한 개선1111

높은 품질의 부싱을 개발하기 위해서는 적절한 재료설계에 의한 경도 및 고무 특

성의 설정이 매우 중요한 요소이지만 고무의 특성 개선에만 의존하는 것은 한계점

이 있다 따라서 제품의 형상변화를 통해 고무의 특성을 극대화함으로써 내구성 및

품질특성을 향상시킬 수 있다

그림 은 부품의 세부형상과 설계도이다[ 51]

그림 세부형상[ 51] DA-2

- 48 -

그림 는 제품의 단면을 보여준다 그림에서 는 다른 모델에 비해 고무[ 52] DA-2

량이 다소 적음을 알 수 있다 형상 변화를 통한 품질특성의 개선을 시도함에 있어

서는 부품에 대한 조립성과 제조성 을 반드시(DFM Design for Manufacturability)

고려하여 형상변화를 꾀하여야 한다 본 제품의 경우 외철 과 내철 (outer pipe)

의 길이는 한정되어 있으며 그 직경의 변화도 허용공차를 미만(Inner pipe) 05 mm

의 수준으로 요구하고 있다

형상변경을 통한 성능향상 방안으로서 외철에 대한 스웨징율 을 변(Swaging rate)

경함으로서 외경크기의 변화를 시도하였으며 또한 내철의 구배각도를 변화시켜 개

선점을 찾으려고 노력하였다

그림 단면[ 52] DA-2

부싱의 경우 일반 적으로 스웨징이라는 공정을 거치게 되는데 이는 공정에서 외

경의 크기 조정을 통하여 성능을 향상 시키는 방법으로서 스웨징율을 조정함으로서

외철의 외경 크기를 허용범위 내어서 변화시키는 것이다 이는 스웨징에 따른 직경

변화에 의해 고무의 조직이 조밀해져 고무 특성을 향상시킬 수 있게된다

그림 은 스웨징의 방향을 나타내며 그림 는 스웨징 전 후의 외철의 크[ 53] [ 54]

기 변화를 보여주고 있다

- 49 -

그림 스웨징 방향[ 53]

그림 스웨징 전후의 외경 크기의 변화 단면[ 54] ( )

제 절 내철의 구배 변화에 의한 개선제 절 내철의 구배 변화에 의한 개선제 절 내철의 구배 변화에 의한 개선제 절 내철의 구배 변화에 의한 개선2222

아래 그림 는 형상 변화를 시도할 수 있는 내철 끝단 부분의 구배를 표시한[ 55]

그림으로서 는 구배각도를 나타낸다a

- 50 -

그림 구배각도[ 55]

그림 은 본 제품의 특성 요구 사항을 그림으로 표시한 것으로 고무부싱은[ 56]

및 의 외력에 대하여 적절하게 대응할 수 있도록 설계되어야 한다 부싱 종류F1 F2

의 경우 일반적으로 고무 제품의 유연함과 동배율 개선을 위하여 저경도의 고무를

적용하는 경우가 많은데 이 경우에는 외력에 대한 특성이 상대적으로 취약하게F1

나타나게 된다 이러한 취약점을 보완하기 위하여 본 연구에서는 그림 과 같 [ 57]

이 제품이 허용하는 범위 내에서 내철의 구배를 변화 시킨 후 실험데이터의 분석을

통해 성능 개선 방안을 찾고자 하였다

그림 부싱의 외력[ 56]

그림 의 의 경우는 구배를 주지 않은 경우이며 의 경우는 구배를 준[ 57] (a) (b)

경우를 표시하고 있다

- 51 -

의 경우 외력에 의하여 발생하는 반발력 은 순수한 고무 특성에 의해서(a) F1 Fr1

만 나타나게 된다 이러한 경우 저경도의 고무을 적용하였을 때 의 크기가 미미 Fr1

하여 적절한 특성을 발휘하지 못하게 된다

의 경우와 같이 내철에 구배를 주게 되면 의 외력에 대하여 구배가 들어간(b) F1

부분 에 의한 반발력 함께 가 생성되어 상대적으로 에 대한 저항력이 커Fr3 Fr2 F1

짐으로써 성능을 향상 시킬 수 있게 된다

그림 구배각도의 적용에 따른 차이 단면[ 57] ( )

그림 구배각도의 적용에 따른 차이 입체[ 58] ( )

- 52 -

제 장 도포공정개선제 장 도포공정개선제 장 도포공정개선제 장 도포공정개선6666

고무부싱의 내구성 향상을 위하여 필수적으로 관리하여야 할 공정이 도포공정이

다 도포공정은 접착의 원리에서부터 접착의 구조 접착의 강도 피착재의 표면처리

법 및 접착제 사용법 등 접착에 관한 전반적인 기술을 공정에 효율적으로 적용하여

야 한다

고무와 금속과의 접착력이란 접착제와 피착제 사이의 계면 결합력을 의미하며 접

착강도는 시험방법 접착방법 시험시의 조건 시편의 기하학 등 여러 인자에 의해

영향을 받는다 접착파괴는 접착제의 가장 약한 곳에서 일어나며 접착강도는 여러

가지 측정법에 따라 고유강도 잔류강도 측정강도 등과 같이 다르게 표현된다 고

무부싱의 접착구조는 그림 과 같다[ 61]

그림 접착의 구조[ 61]

프라이머 는 피착제 표면과의 친화성이나 접착제와의 상용성이 뛰어나야(Primer)

하고 동시에 접착 저해물과의 상용성도 높아야 한다 또 프라이머 중의 유효성분

쪽이 피착제 표면에 흡착되어 있는 저해성분보다 피착제에 의하여 안정하게 흡착되

어 있는 것이 중요하다 따라서 프라이머는

- 53 -

충분한 교반 균일하고 엷은 도포 그리고 완전한 건조가 이루어져야 한다 이러한

도포공정은 피착제의 모앙에 따라 달라진다

열경화성 접착제의 대부분은 유기 중합물과 각종 충진제를 유기용제에 용해 분산

시킨 것으로 사용전이나 사용 중에도 교반기 등으로 균일하게 용해 분산시킨 접착

제를 사용하는 것이 중요하다 따라서 의 도포 공정은 그림 와 같이 교 DA-2 [ 62]

반기를 추가 설치하여 공정 개선을 실시하였다

그림 설치한 교반기[ 62]

또한 피착제의 균일한 도포를 위해 롤타입의 코팅기에 기존 페인트용 롤러에서

그림 에서와 같이 융을 말아 롤러 도포하는 형태로 개선을 실시하여 코팅의[ 415]

두께 정밀도를 향상시켰다

- 54 -

그림 변경된 롤러 모양[ 63]

접착 재료를 프라이머 에서 변경하여 사용함CHEMLOK 220 252 CHEMLOK 205

으로써 접착력을 향상시켰는데 는 금속 및 경길대료의 프라이머로CHEMLOK 205

사용되며 또한 같은 극성고무에 단독으로 접착이 가능하다 NBR

방식의 경우 의 특징을 살펴보면TWO Coat CHEMLOK 205

ㆍㆍㆍㆍ 접착제의 금속 표면에서의 접착강도를 향상시킬 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ 기계적 표면처리 후 활성화된 금속표면을 산화작용으로부터 보호하며 녹방

지 도료적 역할을 한다

ㆍㆍㆍㆍ 크로로프렌이나 에피크로로히드린고무와 같은 가류 중에 염소가스를 발생

시 켜 금속표면을 부식시키기 쉬운 고무배합에 대하여 유효하게 적용된다 프

라 이머는 충분한 교반 균일하고 엷은 도포 그리고 완전한 건조가 이루어져

야 접착성이 뛰어나게 된다

도포공정 개선 전후의 효과는 그림 그림 의 도포두께 비교[ 64]~[ 67] Cpk

를 통해서도 알 수 있다DATA

아래 그림 는 도포공정의 개선전[ 64] 관리도의 그래프를 나타낸

- 55 -

것으로 관리도는 평균치와 범위에 관한 계량형 관리도에서 가장 많이 사용되

는 관리도의 하나이다 관리도는 평균치의 변화를 관리하는 관리도와 산포의

변화를 관리하는 관리도로 구성된다 관리도의 중심선(Central Line) CL=로 나

타내며 관리 상한선 은(Upper Control Limit) UCL= 로 관리하한선인 (Lower

의 경우Control Limit) LCL=

로 구한다

관리도의 관리선의 경우 중심선 관리상한선 UCL= 관리하한선 LCL

의 경우 로 구한다

여기서 등의 계수는 샘플의 크기인 에 따라 결정 되며 일 경우=4

=0729 =0 이다=2282

그림 에서[ 64] 이며=273410 관리도의 로 나타났UCL=307994 LCL=238826

다

관리도의 은CL 이며 이다=4744 UCL=1082581

- 56 -

그림 도포공정 개선전[ 64] 관리도

한편 그림 는 도포공정 개선 전의 경우에 대하여 지정된 규격의 공정능력 [ 65]

지수를 나타낸 것으로서 단기공정능력지수( 와 장기공정능력지수) ( 를 나타낸)

다 단기공정능력지수는 공정능력 ( 과 규격의 폭) ( 과의 비율을 의미하며 일반적)

으로 로 표시한다 규격은 그림 에서처럼 양쪽규격이 모두 주어진 경우 공 [ 65]

정 능력 지수는 다음과 같이 계산할 수 있다

공정 능력

로 나타내고 만약 공정 평균이 규격의 중심으로부터 어느

한쪽으로 치우쳐 있게 되는 경우 치우침도( 와) 를 조합한 단기공정능력지수

( 로 나타낸다 즉)

- 57 -

장기공정능력지수( 의 계산은)

으로서 이다

따라서 그림 에 나타난 것처럼 개선전의 공정능력은[ 65] =17854 =08458

으로서 장기 공정에 대해 만족스럽지 못한 값을 나타내고 있다

그림 도포공정 개선전 공정능력 분석그래프[ 65]

- 58 -

그러나 공정개선후의 관리도인 그림 을 살펴보면[ 66] 이며=28196 관리

도의 이고UCL=300418 LCL=263502 관리도의 은CL 로=2532 UCL=51418

나타난다

그림 도포공정 개선후[ 66] 관리도

- 59 -

개선 후에는 그림 로부터 알 수 있듯이 단기공정능력은[ 67] 으로서=31966

인 장기 공정에 대해 안정적인 것을 확인할 수 있어 도포공정 개선에=23275

대한 효과가 있음을 알 수 있다

그림 정 개선 후 공정능력 분석그래프[ 67]

또한 도포공정의 두께관리를 강화하기 위하여 작업자 교육 및 샘플링 두께 측정

검사를 통해 지속적인 모니터링을 실시하고 공정별 온도관리 및 시간 관리를 통해

작업 환경 유지관리 강화로 변함없는 품질의 제품을 생산하도록 하였다 그림 [

은 롤 코팅 공정이다68] (Roll coating)

- 60 -

그림 롤 코팅 공정[ 68] (Roll coating)

- 61 -

제 장 최적수준 결정을 위한 파라미터 설계제 장 최적수준 결정을 위한 파라미터 설계제 장 최적수준 결정을 위한 파라미터 설계제 장 최적수준 결정을 위한 파라미터 설계7777

제 절 실험계획법에 의한 유의인자 결정제 절 실험계획법에 의한 유의인자 결정제 절 실험계획법에 의한 유의인자 결정제 절 실험계획법에 의한 유의인자 결정1111

재료설계 형상설계 및 공정설계에 대한 최적조건의 결정은 부품의 품질 특성에

대한 사양 을 만족시켜야 할 뿐 아니라 생산부품 간 품질의 산포를(Specification)

최대한 줄여야 한다 의 최적설계를 위해 다구찌 기법 을 적 DA-2 (Taguchi method)

용하였다

다구찌의 강건설계 는 인자 가 품질 특성의 평균에 대해(Robust design) (Factor)

가지는 효과뿐만 아니라 분산에 미치는 효과에 대해서도 초점을 맞추고 있다 분산

을 줄일 수 있는 통제 가능한 인자에 대한 조건을 설정하여 품질특성이 통제 불가

능한 인자의 변화에 대해서는 둔감하도록 할 수 있다 강건설계의 주목적은 품질특

성의 목표값을 유지하면서 분산을 줄이는 인자에 대해 설치값 을 발견하는 (Setting)

데 있다

다구찌 설계에 의한 실험계획법은 특히 확장된 역할로서 다음의 몇 가지를 들 수

있다

ㆍㆍㆍㆍ종래에는 제어 불가능한 환경조건이나 제어하기 어려운 생산조건 공정조건

등의 원인 이를 잡음인자로 통칭 들이 데이터에 주는 영향의 정도를 평가하기 어려( )

웠으나 객관적으로 그리고 계량적으로 이를 평가할 수 있는 방법을 제시하고 있

다 또한 품질 산포의 크기를 계량특성치 손실함수 비 등 로 변환하여 산포를 ( SN )

작게 하는 인자들의 조건을 찾아가는 강건설계를 사용한다

ㆍㆍㆍㆍ직교배열표를 광범위하게 사용하여 인자의 수가 많은 경우에도 크게 실험횟

수를 증가시키지 않고 실험하는 일부 실시법을 사용한다

ㆍㆍㆍㆍ생산라인 내 뿐만 아니라 신제품 개발을 위한 품질설계 파라미터(On-line)

설계 허용오차 설계 등의 라인 외 품질관리를 위하여 유용하게 사용할 (Off-line)

수 있다

ㆍㆍㆍㆍ다구찌 방법에서 추가적으로 다룰 수 있는 주요한 것들로는 직교배열

- 62 -

표의 확대사용 수준계의 표준 직교배열표 이외에 확대 응용 혼합 직교배열표(2 3

의 사용과 조합법의 사용 계량치 데이터의 파라미터 설계 허용차 설계 그리고)

계수치 데이터의 파라미터 설계 동적 특성의 파라미터 설계 등을 들 수 있다

파라미터 설계 는 제품설계와 공정설계에서 유용하게 사용되는(Parameter design)

다구찌 실험계획법의 핵심이다 파라미터는 제품성능의 특성치에 영향을 주는 제어

가능한 인자 를 의미하며 파라미터 설계는 이들 인자들의 최적(Controllable factor)

수준을 정하여 주는 것을 말한다 파라미터를 설계변수 라고도 부 (Design variable)

르며 파라미터 설계에서는 제품의 품질변동이 잡음에 둔감하면서 목표품질을 가질

수 있도록 설계변수들의 최적조건을 구하여 준다 최적조건을 찾을 때 설계변수와

잡음을 주는 인자들을 포함시켜 실험하는 직교배열표 등을 주로 사용한다 이때 목

표 품질을 만족시키는 범위 내에서 가능한 한 비용이 적게 드는 조건이나 부품 등

을 이용한다

만약 신뢰성에 영향을 주는 제어 가능한 인자 에 대한 파라미터설계 A B C D

를 한다고 하자 는 수준 는 수준의 혼합수준 에 대한 설계 A B 4 C D 2 (Mixed level)

분석을 하려고 한다면 각 요인 변동의 계산을 표 과 같은 [ 71] L16(215형 직교배)

열표 를 사용하면 된다(Orthogonal Design)

에 대한 파라미터 설계조건으로는 내구성이 가장 좋은 최적의 설계 및 공정DA-2

조건을 구하여야 하므로 반응변수가 큰 값일수록 좋은 망대특성(Larger-the-better

에 대한 조건을 구하고 부품의 정특성 및 동특성에 대한 분석은 적characteristics)

정한 상호관계를 고려하여 별도의 실험을 행한다

- 63 -

표 다구찌 설계의 예[ 71]

- 64 -

제 절 시험데이터의 해석제 절 시험데이터의 해석제 절 시험데이터의 해석제 절 시험데이터의 해석2222

실험조건실험조건실험조건실험조건1111

제품의 신뢰성향상을 위해 지금까지 재료배합의 개선 형상개선 및 공정개선에

대한 각각의 과정을 설명하였으며 본 장에서는 관련된 여러 인자들을 동시에 고려

하여 최상의 품질특성을 나타낼 수 있는 최적인자수준의 결정에 대하여 설명하려고

한다 이는 인자들 간의 상호 작용이 상승 또는 보완작용을 할 수도 있고 반대로

서로 상극임을 나타낼 수 도 있기 때문이다

일반적으로 고무부싱의 개발에 적용되는 인자 는 다음과 같다(Factor)

ㆍㆍㆍㆍ경도 는 수요기업에서 제시하는 사양 에 따라 적정수(Hardness) (Specification)

준의 경도 도 도 도 도 를 적용하였으며 경험적으로 경도의 산포는(43 45 48 50 ) plusmn

정도이다2

ㆍㆍㆍㆍ각 부분의 모양이나 각도에 따라 고무 량에 영향을 미치게 되는 형상설계에

관해서는 내부 파이프 구배각도를(Inner pipe) 15deg~25deg로 하고 외부파이프 (Outer

의 접착부분을 로 하였으며 외경의 크기는pipe) 13mm~15mm

27mm~ 로 유지하였다278mm

ㆍㆍㆍㆍ공정설계는 가류시간을 로 하였다 가류 온도는240sec~600sec 150deg~180

로 하고 주변 온도에 영향을 받으므로 금형 표면온도는 항상 확인하였다 접착제

도포가 내구성에 영향을 주므로 접착제 두께는 으로 하고 접15micron~40micron

착제 배합조건은 로 하였다120cc~128cc

다구찌 설계에 의한 최적수준을 결정하기 위해 다른 인자는 고정시키고 경도 가

류시간 스웨징 인자에 대하여 표 와 같이 실험수준을 정하였다 [ 72]

- 65 -

표 실험인자 별 수준[ 72]

분석결과의 해석분석결과의 해석분석결과의 해석분석결과의 해석2222

실험결과의 해석은 다음과 같다

을 통해 표 의 실험조건을 입력하여 다구찌 설계를 생성한 결과MMITAB [ 72]

표 과 같은 실험조합을 얻었다 표 는 실험조합 별 시험결과 값이다[ 73] [ 74]

에서의 내구성에 대한 다구찌 설계해석의 결과는 표 의 신호 대Nominal load [ 75]

잡음비 비 평균 표준편차에 대한 반응표에 잘 나타나(SN Signal to noise ratio)

있다 그림 그림 은 비 평균 표준편차에 대한 반응 값을 도식한 [ 71]~[ 73] SN

것이다

표 의 신호 대 잡음비의 반응표를 보면 경도는 스웨징이나 가류시간에 비해[ 75]

반응변수 내구성 에 큰 영향을 미치고 있음을 보여준다 평균에 대한 반응표에서도( )

경도는 다른 인자들에 비해 반응변수의 평균에 크게 영향을 미치고 있음을 알 수

있다 표준편차 역시 경도의 수준 변화에 따라 차이가 가장 많음을 보여주고 있다

- 66 -

표 에 의한 다구찌 설계생성[ 73] MINITAB

- 67 -

표 실험조합 별 시험결과 데이터[ 74]

- 68 -

표 비 평균 표준편차에 대한 반응표[ 75] SN

신호 대 잡음 비에 대한 반응 표신호 대 잡음 비에 대한 반응 표신호 대 잡음 비에 대한 반응 표신호 대 잡음 비에 대한 반응 표

망대특성망대특성망대특성망대특성

평균에 대한 반응 표평균에 대한 반응 표평균에 대한 반응 표평균에 대한 반응 표

표준 편차에 대한 반응 표표준 편차에 대한 반응 표표준 편차에 대한 반응 표표준 편차에 대한 반응 표

- 69 -

그림 신호 대 잡음 비의 주효과도[ 71]

그림 인자수준별 평균의 주효과도[ 72]

그림 인자수준별 표준편차의 주효과도[ 73]

- 70 -

표 와 그림 에서 에서의 내구성 예측값을 가장 크게 하[ 75] [ 72] Nominal Load

는 것은 요인 수준의 조합이 일 때이다 품질 향상을 위해서는 정특성 동(4 2 2)

특성 값도 동시에 고려하여야 하므로 조합 조합 조합(4 2 2) (4 3 2) (4 1 2)

에 대한 예측 값을 함께 구하였다

표 은 에서의 내구성 예측값을 표 은 에[ 76] Nominal Load [ 77] Maximum Load

서의 내구성 예측값 표 은 정특성 예측값 표 는 에서의 동특성 예 [ 78] [ 79] 15Hz

측값 그리고 표 은 에서의 동특성 예측값을 보여주고 있다 [ 710] 150Hz Nominal

에서의 내구성 예측값은 조합 조합 조합에서 각Load (4 2 2) (4 3 2) (4 1 2)

각 목표값인 을 상회한 과170000 Cycle 178023 Cycle 174272 Cycle 175830

로서 조합일 때 더 높게 나타났다Cycle (4 2 2)

동배율은 예측 평균값을 기준으로 할 때 동배율은 조합에서는 에 (4 2 2) 15Hz

서 에서 이고 조합에서의110(1187691079) 150Hz 113(1215561079) (432)

동배율은 에서 에서15Hz 106(112856 106938) 150Hz 108(115769106938)

이며 조합에서의 동배율은 에서 에서 (412) 15Hz 108(118194 1094) 150Hz

이었다109(1195691094)

모델의 경우 수요기업에서 동배율 값이 적은 값을 요구하기 때문에DA-2 (kdks)

동배율을 고려하면 의 조합이 더 좋은 품질을 나타낸다고 할 수 있다(4 1 2)

- 71 -

표 에서의 내구성 예측값[ 76] Nominal Load

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 2 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 3 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 1 2

예측 값

신호 대

- 72 -

표 에서의 내구성 예측값[ 77] Maximum Load

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 2 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 3 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 1 2

신호 대

- 73 -

표 정특성 예측값[ 78]

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 2 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 3 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 1 2

신호 대

- 74 -

표 동특성 예측값[ 79] (15Hz)

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 2 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 3 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 1 2

신호 대

- 75 -

표 동특성 예측값[ 710] (150Hz)

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 2 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 3 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 1 2

신호 대

- 76 -

제 장 부품의 신뢰성성장관리제 장 부품의 신뢰성성장관리제 장 부품의 신뢰성성장관리제 장 부품의 신뢰성성장관리8888

제 절 신뢰성성장관리제 절 신뢰성성장관리제 절 신뢰성성장관리제 절 신뢰성성장관리1111

복잡하고 기술적인 제품의 개발 프로그램을 운영하는 데 있어서는 고객이 요구

하는 신뢰성 수준을 만족시키기 위하여 상당한 규모의 시간 예산 기술인력 등의

자원을 필요로 한다 고객들의 신뢰성 요구수준은 매우 높으므로 이러한 목표를 달

성하기 위하여 시험 개선 시험 개선의 개발과정을 반드시 거친다 이 과정에서 시- - -

스템 서브시스템 또는 모듈을 고장 날 때까지 시험하고 고장모드를 결정해서 이를

제거하기 위한 시도를 하거나 적어도 고장발생을 줄일 수 있는 시도를 하여 설계나

엔지니어링 개선을 이룬다 만약 이러한 과정이 계속되고 설계나 엔지니어링 변경

이 충분히 이루지면 시스템의 신뢰성은 증가한다 개발프로그램이 운영되는 동안

신뢰성 수준의 변화를 추적할 수 있다면 개발책임자로서는 여러 가지 이점이 있다

즉 목표하는 신뢰성 수준을 달성하기 위하여 충분한 비율로 성장하고 있는지의 여

부를 가능한 빠른 시간 내에 판단할 수 있고 그에 따라 필요한 자원을 적절히 배

분할 수 있다 따라서 개발책임자는 시험데이터로부터 현재 시스템의 신뢰성 수준

성장률의 평가 앞으로 기대되는 달성 가능한 수준을 결정하기를 원한다

신뢰성 성장관리 기술은 제품을 개발하는 데(Reliability growth management)

소요되는 많은 시간과 비용 및 엔지니어링 노력을 절감하면서 개념선택 제품과 공

정의 신뢰성 그리고 비용효율을 달성할 수 있도록 유용한 정보를 제공해 준다 군

사장비 자동차 및 전자 중장비개발 등에 적용된 최근의 신뢰성 성장시험 관리기술

은 각 분야의 경쟁적인 사업 환경 아래에서 제품개발을 효율적으로 조직하여 신뢰

성평가를 시작하고 신뢰성 성장과정을 추적할 수 있도록 해준다 신뢰성성장관리기

술은 제품 및 공정설계 관련사항 및 검증시험 항목들에 대하여 사용 환경에 따른

신뢰성 성장 진행과정을 확인하고 그 결과로부터 성장시험곡선을 개발할 수 있게

한다 또한 설계단계 사이의 여러 가지 관련성을 확인하여 관찰하고 그 정보를 다

른 제품보증분석들과 연결하여 고객 요구사항에 대한 제품의

- 77 -

적합도를 적절히 평가하는 데 도움을 준다

신뢰성성장모델은 가 개발한Crow(1975) AMSAA(Army Materiel Systems

모델이 많이 활용되었으나 이는 시스템 또는 서브시스템에서의Analysis Activity)

성장관리에 유용하고 부품수준에서는 모델을 활용하는 것이 더욱 실용적이 Weibull

다 모델은 목표 Weibull B10 수명에 대하여 초기 시작품 으로부터(Early Prototype)

후기 시작품 까지의 신뢰성 개선을 관리하는데 실용적으로 활용할(Later Prototype)

수 있다

신뢰성 성장시험 프로세스신뢰성 성장시험 프로세스신뢰성 성장시험 프로세스신뢰성 성장시험 프로세스1111

신뢰성 성장은 개발시스템에 대하여 여러 시험단계가 시리즈로 이루어지는 동안

고장모드를 발견하고 이를 개선하는 과정을 거쳐 이TAAF(Test Analyze And Fix)

루어진다 또한 기능시험 환경시험 안전시험의 결과는 신뢰성 향상을 위한 FMEA

등과 연계하여 사용된다 분석결과는 설계변경에 반영되고 최종목표가 달성될 때까

지 개선과 시험이 연속적으로 이루어진다 그림 은 일반적인 신뢰성 성장시험 [ 81]

프로세스를 보여준다 프로그램의 시작시점에 신뢰성 성장에 대한 계획을 수립하여

고객의 기대사항을 만족시킬 수 있는 성능수준에 대한 구체적인 측정치를 제시하

고 이 목적을 달성시킬 수 있는 시험조건을 정한다 시험조건은 특정한 부품이나

시스템에 대하여 고객의 사용방법과 환경에 대한 지식을 기초로 하여야 한다

개발프로젝트가 진행되는 동안 신뢰성 성장시험 프로그램이 개발되고 실행되는

과정에서 설계 및 공정의 관심사항을 확인하기 위해 QFD(Quality function

와 같은 제품보증을 위한 분석방법들이 선행되어 실시되는데 신뢰성deployment)

성장관리와 연계하여 이를 통틀어 통합 신뢰성 성장관리(Integrated reliability

라고 한다 신뢰성 성장관리를 포함한 제품설계평가의 모든growth management)

과정은 제품 공정의 신뢰성 향상에 있어 중요한 역할을 하는 제품보증기능의 한부

분이다

- 78 -

통합 신뢰성 성장시험관리 프로세스는 설계뿐 아니라 공정신뢰성(MIL-HDBK-781)

과 관련된 문제에 대응할 수 있도록 신뢰성 성장시험의 이점을 전적으로 활용할 수

있는 수단을 제공한다

신뢰성 성장관리과정을 개발함으로써 신뢰성 수준은 계속적으로 추적될 수 있고

조치를 취하고 다른 분석결과들과 비교되어 초기 신뢰성 예측을 수립하고 제품설

계에 포함된 확신을 증가시킨 후 검증시험에 들어갈 수 있도록 한다 이러한 신뢰

성 성장관리 프로세스는 제품개발 사이클에 있어서 초기 단계 동안에 신뢰성을 확

립하는 데 도움을 줄 수 있는 장치이다

그림 신뢰성성장시험 프로세스[ 81]

제품개발과정에 적용되는 신뢰성 성장시험관리 프로세스는 다음과 같다

신뢰성 성장시험조건을 결정하고 시험 사이클을 개발한다 ①

신뢰성 성장시험곡선의 사용을 통하여 시험과정을 실행하고 추적한다②

시험결과를 평가하고 다른 선행된 분석연구결과들과 비교한다③

확인된 결함을 제거하기 위해 설계변경을 실시한다④

- 79 -

설계검증시험을 준비한다⑤

신뢰성 성장시험의 주된 목적은 설계상의 약점을 확인하고 제거함으로써 설계의

신뢰성을 증가시키는 것이다 정확하게 신뢰성 수준이 변화되는 진행상황을 추적하

기 위해서는 요구사항에 대한 불합치성 을 확인하고 불합치성이(Nonconformance)

일어난 시간을 모두 추적하여야 한다 시험을 시작하기 전에 적절한 시정조치를 용

이하게 하기 위해 사전계획이 수립되어야 하며 고장분포를 결정하기 전에 각각의

고장부품에 대한 고장원인을 분리할 수 있어야 한다

부품의 개발과정에서 몇 개의 표본에 대한 고장시간 데이터가 있을 때 Weibull

분포를 활용한 신뢰성 성장분석에 대하여 설명하면 다음과 같다

가 분석의 개요가 분석의 개요가 분석의 개요가 분석의 개요

밀도함수는 그림 와 같이 특성 수명과 기울기로 고장시간Weibull [ 82] (Cycle

을 설명한다 작은 표본에 대한 고장시간 데이터가 주어졌을 때 분석Km) Weibull

을 사용하여 세 가지의 정보를 얻을 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ특정 시간이 주어졌을 때 등 부품의 신뢰도는 그 시간까지 살아 있(Cycle Km )

을 백분율이다

ㆍㆍㆍㆍ 또는 다른( 수명을 추정할 수 있다) 수명은 부품들 중 가 고장10

날 것이라고 기대되는 시간이다 즉 이 시간에서의 신뢰도는 이다 90

ㆍㆍㆍㆍ 기울기의 값은 고장률 패턴에 대한 정보를 제공해준다 기울기가Weibull 10

이라면 고장률이 일정하다는 것을 의미한다 이 경우 고장은 일반적으로 우연히

일어나며 고장률은 설계의 강건 정도에 따라 달라진다 기울기가 보다 작다면 1

고장률은 감소하고 있음을 의미한다

- 80 -

즉 높은 초기 고장률 을 말한다 기울기가 보다 크면 고장률은 증 (Infant mortality) 1

가하고 이는 마모 되고 있음을 의미한다(Wear-out)

그림 에 의한 부품의 신뢰성성장분석[ 82] Weibull 수명 비교

가장 많이 활용되는 측도는 수명이며 이것은 요구되는 목표 신뢰도가 임 90

을 의미한다 첫 번째 프로토타입이 고장 난다면 신뢰성 목표 달성을 위해 설계 변

경을 행하고 다음 프로토타입을 시험한다 이 과정은 목표 수명이 달성될 때까

지 반복한다

나 의이점나 의이점나 의이점나 의이점WeibullWeibullWeibullWeibull

부품의 개발과정에서 작은 표본에 대한 고장시간 자료가 주어졌을 때 Weibull

분석을 활용하여 신뢰성성장관리를 행하면 다음의 정보를 얻을 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ신뢰성 개선은 목표 수명이 달성될 때까지 하나의 프로토타입에

- 81 -

서 다음 프로토타입까지 추적할 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ신뢰성 개선은 시험한 프로토타입에 대해 타점으로 표현되고 빠르Weibull

게 방향을 파악하여 신뢰성 진전과정에 대한 양적 측면의 관리능력 향상을 그

래프로 확인할 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ컴포넌트를 고장 날 때까지 시험하는 것은 고장모드에 대한 아주 귀중한 정

보를 제공하고 따라서 시정조치 활동이 필요하다

ㆍㆍㆍㆍ많은 표본이 더 좋은 신뢰도를 얻을 수 있지만 분석은 많은 표본을Weibull

필요로 하지 않는다

ㆍㆍㆍㆍ고객의 운영 사용 사이클과 시험 모수의 관계가 알려져 있다면 더 빠르고( )

더 적은 비용으로 가속시험을 할 수도 있다

다 기본가정및제한다 기본가정및제한다 기본가정및제한다 기본가정및제한

ㆍㆍㆍㆍ각 분석에서 오직 하나의 고장모드만 포함되어야 한다 두 개나 그 이상의

고장 모드가 검출된다면 각각에 대해 분리하여 분석해야 한다

ㆍㆍㆍㆍ신뢰도는 시험 제한 한계 로 인해 년 마일까지 확장하여 외삽하면 안( ) 10 150K

된다 왜냐하면 시험 제한 한계 로 인해 다른 고장모드가 발생할 것인지 알 수 ( )

없기 때문이다

ㆍㆍㆍㆍ하나의 프로토타입에서 다음 프로토타입까지 기울기가 변하는 데는 특별히

주의를 하여야 한다 왜냐하면 초기 후기 수명에서 더 높은 신뢰도와 후기 초 ( ) (

기 수명에서 더 낮은 신뢰도의 할 수 도 있기 때문이다) trade-off

라 적용시기라 적용시기라 적용시기라 적용시기

ㆍㆍㆍㆍ수명의 비교는 엔지니어링 사양 이 특정한(Specification) 을 요구할 경

우 사용된다

ㆍㆍㆍㆍ이러한 접근방법은 고장시간 등 에 대하여 동일한 부품의(Cycle Km )

- 82 -

다른 시점에서의 프로토타입을 비교할 때 사용한다

ㆍㆍㆍㆍ신뢰성 목표가 달성될 때까지 계속한다

마 입력자료마 입력자료마 입력자료마 입력자료

ㆍㆍㆍㆍ프로토타입 의 몇 개 표본의 고장시간 등1 (Cycle Km )

ㆍㆍㆍㆍ프로토타입 의 몇 개 표본의 고장시간 등2 (Cycle Km )

⦙

ㆍㆍㆍㆍ마지막 프로토타입의 몇 개 표본의 고장시간 등(Cycle Km )

분석프로세스는 그림 과 같다[ 83]

프로세스프로세스프로세스프로세스 일반적 단계일반적 단계일반적 단계일반적 단계

Ⅰ 요구

또는 수명 결정

프로그램 신뢰성 목표 사용

고객의 운영 사용 프로파일 사용( )

시험 프로그램 적정시간 사용

Ⅱ 시험 프로그램 자료정보

확인과 데이터 수집초기 부품의 프로토타입

후기 부품의 프로토타입

Ⅲ 다른 프로토타입에 대한

누적고장 시간 또는 vs

거리 계산 및 타점

분석이 가능한 사용Weibull SW

가능한 가속수명시험 사용

Ⅳ 프로젝트 검토 시

현재 신뢰성 수준신뢰성 목표 적합성 결정

초기 경고 관련 정보 제공

개선을 위한 계획 정보 제공

그림 프로세스별 단계[ 83]

- 83 -

제 절 신뢰성성장 데이터분석제 절 신뢰성성장 데이터분석제 절 신뢰성성장 데이터분석제 절 신뢰성성장 데이터분석2222

초기 프로토타입 으로 부터 개의 표본을 정상하중 으(Prototype1) 6 (Nominal load)

로 고장 날 때까지 시험하고 고장모드를 기록하였다 여러 개선작업을 거친 후 후

기 프로토타입 으로부터 개의 표본을 고장 날 때까지 시험하고 고장모(Prototype2) 6

드를 기록하였다 시험 데이터는 표 에 주어져 있다 [ 81]

에 고장데이터를 입력하고 각 프로토타입 단계별로 용지에 결과MINITAB Weibull

를 타점한 결과 그림 와 같은 성장곡선이 생성되었다 [ 84] Weibull

정상하중 에서 의 평균수명 추정치는 이(Nominal load) Prototype1 127366Cycle

고 의 평균수명 추정치는 로서 의 개선을 이루었 Prototype2 176882 Cycle 389

음을 알 수 있었다 수명은 은 이었으나Prototype1 112668 Cycle Prototype2

의 수명은 로서 상당한 개선이 이루어졌음을 볼 수 있다168620 Cycle 수

명에 대한 신뢰하한은 로 추정되었다 따라서 정상부하에 의한95 162926 Cycle

시험데이터분석 결과 개선활동 재료배합개선 형상설계개선 공정개선 에 의하여 ( )

내구성 목표가 달성되었음을 알 수 있다

그림 는 에서의 신뢰구간을 보여주고 있다[ 85] Nominal load 90

최대하중 에서는 표 의 데이터 입력결과 그림 의 그래프를(Max load) [ 82] [ 86]

생성하였다 그래프로 부터 추정된 의 Prototype1 수명은 이고16362Cycle

의Prototype2 수명은 이다21850 Cycle 수명에 대한 신뢰하한추정치95

는 으로부터 로 계산된다MINITAB 20983 Cycle

의 수명과 의 수명이 다른 것은 개선 활동의 결과이Prototype1 Prototype2

- 84 -

며 에서 개선목표가 달성되었음을 알 수 있다 Prototype2

표 하중 고장시간[ 81] Nominal (Cycle)

Weibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth Curve

(Nominal Load)(Nominal Load)(Nominal Load)(Nominal Load)

그림 성장곡선[ 84] Weibull (Nominal load data)

- 85 -

Weibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth Curve

(Nominal Load-90 Cl)(Nominal Load-90 Cl)(Nominal Load-90 Cl)(Nominal Load-90 Cl)

그림 신뢰구간[ 85] Nominal Load90

- 86 -

표 하중 고장시간[ 82] Max (Cycle)

Weibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth Curve

(MaxLoad)(MaxLoad)(MaxLoad)(MaxLoad)

그림 성장곡선[ 86] Weibull (Max load data)

- 87 -

제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론9999

본 연구는 자동차현가장치인 고무부싱 의 신뢰성향상을 위한 기(Rubber bushing)

술개발과제이다 에나 인더스트리는 수출전문기업으로서 주요 경쟁사에 비해 고성

능 고내구성의 제품을 짧은 기간 내에 개발할 수 있는 능력을 갖추어야 해외 시장

에서 경쟁력을 가질 수 있다

본 연구개발에서는 수요기업에서 요구하는 GMUTS(General Motors Uniform

의 사양에 따른 시험을 실행하여 내구성을 목표 사이클 이상으Test Specification)

로 개선하고 정특성과 동특성 비틀림 토크를 개선항목으로 선정하여 제품의 품질

및 신뢰성 향상을 진행하였다

수요기업의 요구 수준에 의하면 내구성은 와 Tension Compress Alternating

가 동시에 일 때 일 때Torsion Stress Maximum Load 20000 Cycle Normal Load

을 요구한다 본 프로젝트의 경우 해외의 부품메이커들에 대한 경쟁150000 Cycle

력 우위를 확보하기 위하여 기본 요구 수준을 넘어 향상된 제품신뢰성을5~10

확보를 목표로 하였다 내구성 정특성 및 동특성에 대한 시험은 직접 행하였고 비

틀림토크에 대한 부분은 추가적인 시험장치가 필요하여 수요기업의 실험실에 샘플

을 제출하여 요구수준을 검증받았다

본 연구개발의 성과를 요약하면 다음과 같다

우선 기술적 효과로는

설계기술의 확보(1)

재료배합설계 형상설계 공정설계에 대한 기술을 확보하여 내구성을 비롯한 품

질특성을 향상시킬 수 있었다 종래에는 설계 개발 생산프로세스에서 경험적 방법

에 의존하여 시행착오가 많았으나 본 연구를 통하여 과학적이고 체계적인 방법으

로 접근할 수 있는 기술이 확보되었다

설계 요소의 기술적 배치를 위한 실험계획법의 활용기술 확보(2)

- 88 -

종전에는 고무 배합설계 형상설계 공정설계에 대하여 설계요인 별 수 (Facter)

준 을 무작위로 추출하여 실험하였으나 본 실험계획의 과정을 따르면 요인들(Level)

이 계획적으로 반영되어 품질특성에 각각 어느 정도의 영향을 미치는지 분석이 가

능하게 된다 또한 다구찌에 의한 강건 설계의 생성으로 산포를 줄일 수 있다

잠재적 고장원인 분석방법 기술 확보(3)

제품기능에 대한 잠재적 고장모드의 예측과 시험항목을 판단하고 최종적으로는 설

계검증 과 공정검증 의 세부항목과 효과적(Design verification) (Process verification)

으로 연계가 가능하다

신뢰성 데이터분석기술 확보(4)

부품의 개발과정에서 몇 개의 표본에 대한 고장시간 데이터가 있을 때 Weibull

분포를 활용한 신뢰성 성장분석이 가능하게 되었다 개발프로그램이 운영되는 동안

신뢰성 수준의 변화를 추적할 수 있어 목표하는 신뢰성 수준을 달성하기 위하여 충

분한 비율로 성장하고 있는지의 여부를 가능한 빠른 시간 내에 판단할 수 있고 그

에 따라 필요한 자원을 적절히 배분할 수 있다 따라서 개발책임자는 시험데이터로

부터 현재 시스템의 신뢰성 수준 성장률의 평가 앞으로 기대되는 달성 가능한 수

준에 대한 결정이 가능하다

경제적 측면의 효과로는

제품에 대한 내구성 및 동특성 정특성에 대하여 요구사양 이상으로 특성관리(1)

를 행할 수 있어 해외 부품메이커들에 대한 경쟁력 우위로 수출력을 향상할 수 있

게 되었다

개발기간을 단축할 수 있게 되어 개발비의 절감을 가져올 수 있게 되었다(2)

재료배합 형상설계 및 공정설계에 대한 기술개발의 표준 정립으로 개발 기간의 단

축이 가능하게 되었다

본 과제 결과를 활용하여 다른 방진제품에 대한 신뢰성 관리로 수출(3)

- 89 -

시장을 개척하여 신규거래처를 확보할 예정이다 신뢰성 데이터의 관리가 이루어져

제품수명에 대한 설득력 있는 자료의 제시가 가능하게 되었다

향후 연구계획으로는

고무부싱부품의 특성상 내구성만의 개선이 최선이 아니고 정특성과 동특성을 일

정수준으로 동시에 고려하여야 한다 따라서 이 부분에 대한 동시적인 실험설계가

시스템화 되도록 추가적인 연구가 요구된다

- 90 -

참고문헌참고문헌참고문헌참고문헌[ ][ ][ ][ ]

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[8] McLean R A and Anderson V I Extreme Vertices Design of Mixture

Experiments Technometrics Vol8 No3 1966

- 96 -

주 의

이 보고서는 산업자원부에서 시행한 부품소재종합기술지원사업의 최1

종보고서이다

이 신뢰성기반기술확산사업 내용을 대외적으로 발표할 때에는 반드시2

산업자원부에서 시행한 부품소재신뢰성기반기술 사업의 지원결과임을

밝혀야 한다

- 97 -

이 보고서는 산업자원부에서 시행한

부품소재 신뢰성기반기술확산사업의 최종보고서이다

- 47 -

제 장 형상개선제 장 형상개선제 장 형상개선제 장 형상개선5555

제 절 외철의 스웨징 율 변화에 의한 개선제 절 외철의 스웨징 율 변화에 의한 개선제 절 외철의 스웨징 율 변화에 의한 개선제 절 외철의 스웨징 율 변화에 의한 개선1111

높은 품질의 부싱을 개발하기 위해서는 적절한 재료설계에 의한 경도 및 고무 특

성의 설정이 매우 중요한 요소이지만 고무의 특성 개선에만 의존하는 것은 한계점

이 있다 따라서 제품의 형상변화를 통해 고무의 특성을 극대화함으로써 내구성 및

품질특성을 향상시킬 수 있다

그림 은 부품의 세부형상과 설계도이다[ 51]

그림 세부형상[ 51] DA-2

- 48 -

그림 는 제품의 단면을 보여준다 그림에서 는 다른 모델에 비해 고무[ 52] DA-2

량이 다소 적음을 알 수 있다 형상 변화를 통한 품질특성의 개선을 시도함에 있어

서는 부품에 대한 조립성과 제조성 을 반드시(DFM Design for Manufacturability)

고려하여 형상변화를 꾀하여야 한다 본 제품의 경우 외철 과 내철 (outer pipe)

의 길이는 한정되어 있으며 그 직경의 변화도 허용공차를 미만(Inner pipe) 05 mm

의 수준으로 요구하고 있다

형상변경을 통한 성능향상 방안으로서 외철에 대한 스웨징율 을 변(Swaging rate)

경함으로서 외경크기의 변화를 시도하였으며 또한 내철의 구배각도를 변화시켜 개

선점을 찾으려고 노력하였다

그림 단면[ 52] DA-2

부싱의 경우 일반 적으로 스웨징이라는 공정을 거치게 되는데 이는 공정에서 외

경의 크기 조정을 통하여 성능을 향상 시키는 방법으로서 스웨징율을 조정함으로서

외철의 외경 크기를 허용범위 내어서 변화시키는 것이다 이는 스웨징에 따른 직경

변화에 의해 고무의 조직이 조밀해져 고무 특성을 향상시킬 수 있게된다

그림 은 스웨징의 방향을 나타내며 그림 는 스웨징 전 후의 외철의 크[ 53] [ 54]

기 변화를 보여주고 있다

- 49 -

그림 스웨징 방향[ 53]

그림 스웨징 전후의 외경 크기의 변화 단면[ 54] ( )

제 절 내철의 구배 변화에 의한 개선제 절 내철의 구배 변화에 의한 개선제 절 내철의 구배 변화에 의한 개선제 절 내철의 구배 변화에 의한 개선2222

아래 그림 는 형상 변화를 시도할 수 있는 내철 끝단 부분의 구배를 표시한[ 55]

그림으로서 는 구배각도를 나타낸다a

- 50 -

그림 구배각도[ 55]

그림 은 본 제품의 특성 요구 사항을 그림으로 표시한 것으로 고무부싱은[ 56]

및 의 외력에 대하여 적절하게 대응할 수 있도록 설계되어야 한다 부싱 종류F1 F2

의 경우 일반적으로 고무 제품의 유연함과 동배율 개선을 위하여 저경도의 고무를

적용하는 경우가 많은데 이 경우에는 외력에 대한 특성이 상대적으로 취약하게F1

나타나게 된다 이러한 취약점을 보완하기 위하여 본 연구에서는 그림 과 같 [ 57]

이 제품이 허용하는 범위 내에서 내철의 구배를 변화 시킨 후 실험데이터의 분석을

통해 성능 개선 방안을 찾고자 하였다

그림 부싱의 외력[ 56]

그림 의 의 경우는 구배를 주지 않은 경우이며 의 경우는 구배를 준[ 57] (a) (b)

경우를 표시하고 있다

- 51 -

의 경우 외력에 의하여 발생하는 반발력 은 순수한 고무 특성에 의해서(a) F1 Fr1

만 나타나게 된다 이러한 경우 저경도의 고무을 적용하였을 때 의 크기가 미미 Fr1

하여 적절한 특성을 발휘하지 못하게 된다

의 경우와 같이 내철에 구배를 주게 되면 의 외력에 대하여 구배가 들어간(b) F1

부분 에 의한 반발력 함께 가 생성되어 상대적으로 에 대한 저항력이 커Fr3 Fr2 F1

짐으로써 성능을 향상 시킬 수 있게 된다

그림 구배각도의 적용에 따른 차이 단면[ 57] ( )

그림 구배각도의 적용에 따른 차이 입체[ 58] ( )

- 52 -

제 장 도포공정개선제 장 도포공정개선제 장 도포공정개선제 장 도포공정개선6666

고무부싱의 내구성 향상을 위하여 필수적으로 관리하여야 할 공정이 도포공정이

다 도포공정은 접착의 원리에서부터 접착의 구조 접착의 강도 피착재의 표면처리

법 및 접착제 사용법 등 접착에 관한 전반적인 기술을 공정에 효율적으로 적용하여

야 한다

고무와 금속과의 접착력이란 접착제와 피착제 사이의 계면 결합력을 의미하며 접

착강도는 시험방법 접착방법 시험시의 조건 시편의 기하학 등 여러 인자에 의해

영향을 받는다 접착파괴는 접착제의 가장 약한 곳에서 일어나며 접착강도는 여러

가지 측정법에 따라 고유강도 잔류강도 측정강도 등과 같이 다르게 표현된다 고

무부싱의 접착구조는 그림 과 같다[ 61]

그림 접착의 구조[ 61]

프라이머 는 피착제 표면과의 친화성이나 접착제와의 상용성이 뛰어나야(Primer)

하고 동시에 접착 저해물과의 상용성도 높아야 한다 또 프라이머 중의 유효성분

쪽이 피착제 표면에 흡착되어 있는 저해성분보다 피착제에 의하여 안정하게 흡착되

어 있는 것이 중요하다 따라서 프라이머는

- 53 -

충분한 교반 균일하고 엷은 도포 그리고 완전한 건조가 이루어져야 한다 이러한

도포공정은 피착제의 모앙에 따라 달라진다

열경화성 접착제의 대부분은 유기 중합물과 각종 충진제를 유기용제에 용해 분산

시킨 것으로 사용전이나 사용 중에도 교반기 등으로 균일하게 용해 분산시킨 접착

제를 사용하는 것이 중요하다 따라서 의 도포 공정은 그림 와 같이 교 DA-2 [ 62]

반기를 추가 설치하여 공정 개선을 실시하였다

그림 설치한 교반기[ 62]

또한 피착제의 균일한 도포를 위해 롤타입의 코팅기에 기존 페인트용 롤러에서

그림 에서와 같이 융을 말아 롤러 도포하는 형태로 개선을 실시하여 코팅의[ 415]

두께 정밀도를 향상시켰다

- 54 -

그림 변경된 롤러 모양[ 63]

접착 재료를 프라이머 에서 변경하여 사용함CHEMLOK 220 252 CHEMLOK 205

으로써 접착력을 향상시켰는데 는 금속 및 경길대료의 프라이머로CHEMLOK 205

사용되며 또한 같은 극성고무에 단독으로 접착이 가능하다 NBR

방식의 경우 의 특징을 살펴보면TWO Coat CHEMLOK 205

ㆍㆍㆍㆍ 접착제의 금속 표면에서의 접착강도를 향상시킬 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ 기계적 표면처리 후 활성화된 금속표면을 산화작용으로부터 보호하며 녹방

지 도료적 역할을 한다

ㆍㆍㆍㆍ 크로로프렌이나 에피크로로히드린고무와 같은 가류 중에 염소가스를 발생

시 켜 금속표면을 부식시키기 쉬운 고무배합에 대하여 유효하게 적용된다 프

라 이머는 충분한 교반 균일하고 엷은 도포 그리고 완전한 건조가 이루어져

야 접착성이 뛰어나게 된다

도포공정 개선 전후의 효과는 그림 그림 의 도포두께 비교[ 64]~[ 67] Cpk

를 통해서도 알 수 있다DATA

아래 그림 는 도포공정의 개선전[ 64] 관리도의 그래프를 나타낸

- 55 -

것으로 관리도는 평균치와 범위에 관한 계량형 관리도에서 가장 많이 사용되

는 관리도의 하나이다 관리도는 평균치의 변화를 관리하는 관리도와 산포의

변화를 관리하는 관리도로 구성된다 관리도의 중심선(Central Line) CL=로 나

타내며 관리 상한선 은(Upper Control Limit) UCL= 로 관리하한선인 (Lower

의 경우Control Limit) LCL=

로 구한다

관리도의 관리선의 경우 중심선 관리상한선 UCL= 관리하한선 LCL

의 경우 로 구한다

여기서 등의 계수는 샘플의 크기인 에 따라 결정 되며 일 경우=4

=0729 =0 이다=2282

그림 에서[ 64] 이며=273410 관리도의 로 나타났UCL=307994 LCL=238826

다

관리도의 은CL 이며 이다=4744 UCL=1082581

- 56 -

그림 도포공정 개선전[ 64] 관리도

한편 그림 는 도포공정 개선 전의 경우에 대하여 지정된 규격의 공정능력 [ 65]

지수를 나타낸 것으로서 단기공정능력지수( 와 장기공정능력지수) ( 를 나타낸)

다 단기공정능력지수는 공정능력 ( 과 규격의 폭) ( 과의 비율을 의미하며 일반적)

으로 로 표시한다 규격은 그림 에서처럼 양쪽규격이 모두 주어진 경우 공 [ 65]

정 능력 지수는 다음과 같이 계산할 수 있다

공정 능력

로 나타내고 만약 공정 평균이 규격의 중심으로부터 어느

한쪽으로 치우쳐 있게 되는 경우 치우침도( 와) 를 조합한 단기공정능력지수

( 로 나타낸다 즉)

- 57 -

장기공정능력지수( 의 계산은)

으로서 이다

따라서 그림 에 나타난 것처럼 개선전의 공정능력은[ 65] =17854 =08458

으로서 장기 공정에 대해 만족스럽지 못한 값을 나타내고 있다

그림 도포공정 개선전 공정능력 분석그래프[ 65]

- 58 -

그러나 공정개선후의 관리도인 그림 을 살펴보면[ 66] 이며=28196 관리

도의 이고UCL=300418 LCL=263502 관리도의 은CL 로=2532 UCL=51418

나타난다

그림 도포공정 개선후[ 66] 관리도

- 59 -

개선 후에는 그림 로부터 알 수 있듯이 단기공정능력은[ 67] 으로서=31966

인 장기 공정에 대해 안정적인 것을 확인할 수 있어 도포공정 개선에=23275

대한 효과가 있음을 알 수 있다

그림 정 개선 후 공정능력 분석그래프[ 67]

또한 도포공정의 두께관리를 강화하기 위하여 작업자 교육 및 샘플링 두께 측정

검사를 통해 지속적인 모니터링을 실시하고 공정별 온도관리 및 시간 관리를 통해

작업 환경 유지관리 강화로 변함없는 품질의 제품을 생산하도록 하였다 그림 [

은 롤 코팅 공정이다68] (Roll coating)

- 60 -

그림 롤 코팅 공정[ 68] (Roll coating)

- 61 -

제 장 최적수준 결정을 위한 파라미터 설계제 장 최적수준 결정을 위한 파라미터 설계제 장 최적수준 결정을 위한 파라미터 설계제 장 최적수준 결정을 위한 파라미터 설계7777

제 절 실험계획법에 의한 유의인자 결정제 절 실험계획법에 의한 유의인자 결정제 절 실험계획법에 의한 유의인자 결정제 절 실험계획법에 의한 유의인자 결정1111

재료설계 형상설계 및 공정설계에 대한 최적조건의 결정은 부품의 품질 특성에

대한 사양 을 만족시켜야 할 뿐 아니라 생산부품 간 품질의 산포를(Specification)

최대한 줄여야 한다 의 최적설계를 위해 다구찌 기법 을 적 DA-2 (Taguchi method)

용하였다

다구찌의 강건설계 는 인자 가 품질 특성의 평균에 대해(Robust design) (Factor)

가지는 효과뿐만 아니라 분산에 미치는 효과에 대해서도 초점을 맞추고 있다 분산

을 줄일 수 있는 통제 가능한 인자에 대한 조건을 설정하여 품질특성이 통제 불가

능한 인자의 변화에 대해서는 둔감하도록 할 수 있다 강건설계의 주목적은 품질특

성의 목표값을 유지하면서 분산을 줄이는 인자에 대해 설치값 을 발견하는 (Setting)

데 있다

다구찌 설계에 의한 실험계획법은 특히 확장된 역할로서 다음의 몇 가지를 들 수

있다

ㆍㆍㆍㆍ종래에는 제어 불가능한 환경조건이나 제어하기 어려운 생산조건 공정조건

등의 원인 이를 잡음인자로 통칭 들이 데이터에 주는 영향의 정도를 평가하기 어려( )

웠으나 객관적으로 그리고 계량적으로 이를 평가할 수 있는 방법을 제시하고 있

다 또한 품질 산포의 크기를 계량특성치 손실함수 비 등 로 변환하여 산포를 ( SN )

작게 하는 인자들의 조건을 찾아가는 강건설계를 사용한다

ㆍㆍㆍㆍ직교배열표를 광범위하게 사용하여 인자의 수가 많은 경우에도 크게 실험횟

수를 증가시키지 않고 실험하는 일부 실시법을 사용한다

ㆍㆍㆍㆍ생산라인 내 뿐만 아니라 신제품 개발을 위한 품질설계 파라미터(On-line)

설계 허용오차 설계 등의 라인 외 품질관리를 위하여 유용하게 사용할 (Off-line)

수 있다

ㆍㆍㆍㆍ다구찌 방법에서 추가적으로 다룰 수 있는 주요한 것들로는 직교배열

- 62 -

표의 확대사용 수준계의 표준 직교배열표 이외에 확대 응용 혼합 직교배열표(2 3

의 사용과 조합법의 사용 계량치 데이터의 파라미터 설계 허용차 설계 그리고)

계수치 데이터의 파라미터 설계 동적 특성의 파라미터 설계 등을 들 수 있다

파라미터 설계 는 제품설계와 공정설계에서 유용하게 사용되는(Parameter design)

다구찌 실험계획법의 핵심이다 파라미터는 제품성능의 특성치에 영향을 주는 제어

가능한 인자 를 의미하며 파라미터 설계는 이들 인자들의 최적(Controllable factor)

수준을 정하여 주는 것을 말한다 파라미터를 설계변수 라고도 부 (Design variable)

르며 파라미터 설계에서는 제품의 품질변동이 잡음에 둔감하면서 목표품질을 가질

수 있도록 설계변수들의 최적조건을 구하여 준다 최적조건을 찾을 때 설계변수와

잡음을 주는 인자들을 포함시켜 실험하는 직교배열표 등을 주로 사용한다 이때 목

표 품질을 만족시키는 범위 내에서 가능한 한 비용이 적게 드는 조건이나 부품 등

을 이용한다

만약 신뢰성에 영향을 주는 제어 가능한 인자 에 대한 파라미터설계 A B C D

를 한다고 하자 는 수준 는 수준의 혼합수준 에 대한 설계 A B 4 C D 2 (Mixed level)

분석을 하려고 한다면 각 요인 변동의 계산을 표 과 같은 [ 71] L16(215형 직교배)

열표 를 사용하면 된다(Orthogonal Design)

에 대한 파라미터 설계조건으로는 내구성이 가장 좋은 최적의 설계 및 공정DA-2

조건을 구하여야 하므로 반응변수가 큰 값일수록 좋은 망대특성(Larger-the-better

에 대한 조건을 구하고 부품의 정특성 및 동특성에 대한 분석은 적characteristics)

정한 상호관계를 고려하여 별도의 실험을 행한다

- 63 -

표 다구찌 설계의 예[ 71]

- 64 -

제 절 시험데이터의 해석제 절 시험데이터의 해석제 절 시험데이터의 해석제 절 시험데이터의 해석2222

실험조건실험조건실험조건실험조건1111

제품의 신뢰성향상을 위해 지금까지 재료배합의 개선 형상개선 및 공정개선에

대한 각각의 과정을 설명하였으며 본 장에서는 관련된 여러 인자들을 동시에 고려

하여 최상의 품질특성을 나타낼 수 있는 최적인자수준의 결정에 대하여 설명하려고

한다 이는 인자들 간의 상호 작용이 상승 또는 보완작용을 할 수도 있고 반대로

서로 상극임을 나타낼 수 도 있기 때문이다

일반적으로 고무부싱의 개발에 적용되는 인자 는 다음과 같다(Factor)

ㆍㆍㆍㆍ경도 는 수요기업에서 제시하는 사양 에 따라 적정수(Hardness) (Specification)

준의 경도 도 도 도 도 를 적용하였으며 경험적으로 경도의 산포는(43 45 48 50 ) plusmn

정도이다2

ㆍㆍㆍㆍ각 부분의 모양이나 각도에 따라 고무 량에 영향을 미치게 되는 형상설계에

관해서는 내부 파이프 구배각도를(Inner pipe) 15deg~25deg로 하고 외부파이프 (Outer

의 접착부분을 로 하였으며 외경의 크기는pipe) 13mm~15mm

27mm~ 로 유지하였다278mm

ㆍㆍㆍㆍ공정설계는 가류시간을 로 하였다 가류 온도는240sec~600sec 150deg~180

로 하고 주변 온도에 영향을 받으므로 금형 표면온도는 항상 확인하였다 접착제

도포가 내구성에 영향을 주므로 접착제 두께는 으로 하고 접15micron~40micron

착제 배합조건은 로 하였다120cc~128cc

다구찌 설계에 의한 최적수준을 결정하기 위해 다른 인자는 고정시키고 경도 가

류시간 스웨징 인자에 대하여 표 와 같이 실험수준을 정하였다 [ 72]

- 65 -

표 실험인자 별 수준[ 72]

분석결과의 해석분석결과의 해석분석결과의 해석분석결과의 해석2222

실험결과의 해석은 다음과 같다

을 통해 표 의 실험조건을 입력하여 다구찌 설계를 생성한 결과MMITAB [ 72]

표 과 같은 실험조합을 얻었다 표 는 실험조합 별 시험결과 값이다[ 73] [ 74]

에서의 내구성에 대한 다구찌 설계해석의 결과는 표 의 신호 대Nominal load [ 75]

잡음비 비 평균 표준편차에 대한 반응표에 잘 나타나(SN Signal to noise ratio)

있다 그림 그림 은 비 평균 표준편차에 대한 반응 값을 도식한 [ 71]~[ 73] SN

것이다

표 의 신호 대 잡음비의 반응표를 보면 경도는 스웨징이나 가류시간에 비해[ 75]

반응변수 내구성 에 큰 영향을 미치고 있음을 보여준다 평균에 대한 반응표에서도( )

경도는 다른 인자들에 비해 반응변수의 평균에 크게 영향을 미치고 있음을 알 수

있다 표준편차 역시 경도의 수준 변화에 따라 차이가 가장 많음을 보여주고 있다

- 66 -

표 에 의한 다구찌 설계생성[ 73] MINITAB

- 67 -

표 실험조합 별 시험결과 데이터[ 74]

- 68 -

표 비 평균 표준편차에 대한 반응표[ 75] SN

신호 대 잡음 비에 대한 반응 표신호 대 잡음 비에 대한 반응 표신호 대 잡음 비에 대한 반응 표신호 대 잡음 비에 대한 반응 표

망대특성망대특성망대특성망대특성

평균에 대한 반응 표평균에 대한 반응 표평균에 대한 반응 표평균에 대한 반응 표

표준 편차에 대한 반응 표표준 편차에 대한 반응 표표준 편차에 대한 반응 표표준 편차에 대한 반응 표

- 69 -

그림 신호 대 잡음 비의 주효과도[ 71]

그림 인자수준별 평균의 주효과도[ 72]

그림 인자수준별 표준편차의 주효과도[ 73]

- 70 -

표 와 그림 에서 에서의 내구성 예측값을 가장 크게 하[ 75] [ 72] Nominal Load

는 것은 요인 수준의 조합이 일 때이다 품질 향상을 위해서는 정특성 동(4 2 2)

특성 값도 동시에 고려하여야 하므로 조합 조합 조합(4 2 2) (4 3 2) (4 1 2)

에 대한 예측 값을 함께 구하였다

표 은 에서의 내구성 예측값을 표 은 에[ 76] Nominal Load [ 77] Maximum Load

서의 내구성 예측값 표 은 정특성 예측값 표 는 에서의 동특성 예 [ 78] [ 79] 15Hz

측값 그리고 표 은 에서의 동특성 예측값을 보여주고 있다 [ 710] 150Hz Nominal

에서의 내구성 예측값은 조합 조합 조합에서 각Load (4 2 2) (4 3 2) (4 1 2)

각 목표값인 을 상회한 과170000 Cycle 178023 Cycle 174272 Cycle 175830

로서 조합일 때 더 높게 나타났다Cycle (4 2 2)

동배율은 예측 평균값을 기준으로 할 때 동배율은 조합에서는 에 (4 2 2) 15Hz

서 에서 이고 조합에서의110(1187691079) 150Hz 113(1215561079) (432)

동배율은 에서 에서15Hz 106(112856 106938) 150Hz 108(115769106938)

이며 조합에서의 동배율은 에서 에서 (412) 15Hz 108(118194 1094) 150Hz

이었다109(1195691094)

모델의 경우 수요기업에서 동배율 값이 적은 값을 요구하기 때문에DA-2 (kdks)

동배율을 고려하면 의 조합이 더 좋은 품질을 나타낸다고 할 수 있다(4 1 2)

- 71 -

표 에서의 내구성 예측값[ 76] Nominal Load

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 2 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 3 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 1 2

예측 값

신호 대

- 72 -

표 에서의 내구성 예측값[ 77] Maximum Load

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 2 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 3 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 1 2

신호 대

- 73 -

표 정특성 예측값[ 78]

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 2 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 3 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 1 2

신호 대

- 74 -

표 동특성 예측값[ 79] (15Hz)

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 2 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 3 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 1 2

신호 대

- 75 -

표 동특성 예측값[ 710] (150Hz)

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 2 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 3 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 1 2

신호 대

- 76 -

제 장 부품의 신뢰성성장관리제 장 부품의 신뢰성성장관리제 장 부품의 신뢰성성장관리제 장 부품의 신뢰성성장관리8888

제 절 신뢰성성장관리제 절 신뢰성성장관리제 절 신뢰성성장관리제 절 신뢰성성장관리1111

복잡하고 기술적인 제품의 개발 프로그램을 운영하는 데 있어서는 고객이 요구

하는 신뢰성 수준을 만족시키기 위하여 상당한 규모의 시간 예산 기술인력 등의

자원을 필요로 한다 고객들의 신뢰성 요구수준은 매우 높으므로 이러한 목표를 달

성하기 위하여 시험 개선 시험 개선의 개발과정을 반드시 거친다 이 과정에서 시- - -

스템 서브시스템 또는 모듈을 고장 날 때까지 시험하고 고장모드를 결정해서 이를

제거하기 위한 시도를 하거나 적어도 고장발생을 줄일 수 있는 시도를 하여 설계나

엔지니어링 개선을 이룬다 만약 이러한 과정이 계속되고 설계나 엔지니어링 변경

이 충분히 이루지면 시스템의 신뢰성은 증가한다 개발프로그램이 운영되는 동안

신뢰성 수준의 변화를 추적할 수 있다면 개발책임자로서는 여러 가지 이점이 있다

즉 목표하는 신뢰성 수준을 달성하기 위하여 충분한 비율로 성장하고 있는지의 여

부를 가능한 빠른 시간 내에 판단할 수 있고 그에 따라 필요한 자원을 적절히 배

분할 수 있다 따라서 개발책임자는 시험데이터로부터 현재 시스템의 신뢰성 수준

성장률의 평가 앞으로 기대되는 달성 가능한 수준을 결정하기를 원한다

신뢰성 성장관리 기술은 제품을 개발하는 데(Reliability growth management)

소요되는 많은 시간과 비용 및 엔지니어링 노력을 절감하면서 개념선택 제품과 공

정의 신뢰성 그리고 비용효율을 달성할 수 있도록 유용한 정보를 제공해 준다 군

사장비 자동차 및 전자 중장비개발 등에 적용된 최근의 신뢰성 성장시험 관리기술

은 각 분야의 경쟁적인 사업 환경 아래에서 제품개발을 효율적으로 조직하여 신뢰

성평가를 시작하고 신뢰성 성장과정을 추적할 수 있도록 해준다 신뢰성성장관리기

술은 제품 및 공정설계 관련사항 및 검증시험 항목들에 대하여 사용 환경에 따른

신뢰성 성장 진행과정을 확인하고 그 결과로부터 성장시험곡선을 개발할 수 있게

한다 또한 설계단계 사이의 여러 가지 관련성을 확인하여 관찰하고 그 정보를 다

른 제품보증분석들과 연결하여 고객 요구사항에 대한 제품의

- 77 -

적합도를 적절히 평가하는 데 도움을 준다

신뢰성성장모델은 가 개발한Crow(1975) AMSAA(Army Materiel Systems

모델이 많이 활용되었으나 이는 시스템 또는 서브시스템에서의Analysis Activity)

성장관리에 유용하고 부품수준에서는 모델을 활용하는 것이 더욱 실용적이 Weibull

다 모델은 목표 Weibull B10 수명에 대하여 초기 시작품 으로부터(Early Prototype)

후기 시작품 까지의 신뢰성 개선을 관리하는데 실용적으로 활용할(Later Prototype)

수 있다

신뢰성 성장시험 프로세스신뢰성 성장시험 프로세스신뢰성 성장시험 프로세스신뢰성 성장시험 프로세스1111

신뢰성 성장은 개발시스템에 대하여 여러 시험단계가 시리즈로 이루어지는 동안

고장모드를 발견하고 이를 개선하는 과정을 거쳐 이TAAF(Test Analyze And Fix)

루어진다 또한 기능시험 환경시험 안전시험의 결과는 신뢰성 향상을 위한 FMEA

등과 연계하여 사용된다 분석결과는 설계변경에 반영되고 최종목표가 달성될 때까

지 개선과 시험이 연속적으로 이루어진다 그림 은 일반적인 신뢰성 성장시험 [ 81]

프로세스를 보여준다 프로그램의 시작시점에 신뢰성 성장에 대한 계획을 수립하여

고객의 기대사항을 만족시킬 수 있는 성능수준에 대한 구체적인 측정치를 제시하

고 이 목적을 달성시킬 수 있는 시험조건을 정한다 시험조건은 특정한 부품이나

시스템에 대하여 고객의 사용방법과 환경에 대한 지식을 기초로 하여야 한다

개발프로젝트가 진행되는 동안 신뢰성 성장시험 프로그램이 개발되고 실행되는

과정에서 설계 및 공정의 관심사항을 확인하기 위해 QFD(Quality function

와 같은 제품보증을 위한 분석방법들이 선행되어 실시되는데 신뢰성deployment)

성장관리와 연계하여 이를 통틀어 통합 신뢰성 성장관리(Integrated reliability

라고 한다 신뢰성 성장관리를 포함한 제품설계평가의 모든growth management)

과정은 제품 공정의 신뢰성 향상에 있어 중요한 역할을 하는 제품보증기능의 한부

분이다

- 78 -

통합 신뢰성 성장시험관리 프로세스는 설계뿐 아니라 공정신뢰성(MIL-HDBK-781)

과 관련된 문제에 대응할 수 있도록 신뢰성 성장시험의 이점을 전적으로 활용할 수

있는 수단을 제공한다

신뢰성 성장관리과정을 개발함으로써 신뢰성 수준은 계속적으로 추적될 수 있고

조치를 취하고 다른 분석결과들과 비교되어 초기 신뢰성 예측을 수립하고 제품설

계에 포함된 확신을 증가시킨 후 검증시험에 들어갈 수 있도록 한다 이러한 신뢰

성 성장관리 프로세스는 제품개발 사이클에 있어서 초기 단계 동안에 신뢰성을 확

립하는 데 도움을 줄 수 있는 장치이다

그림 신뢰성성장시험 프로세스[ 81]

제품개발과정에 적용되는 신뢰성 성장시험관리 프로세스는 다음과 같다

신뢰성 성장시험조건을 결정하고 시험 사이클을 개발한다 ①

신뢰성 성장시험곡선의 사용을 통하여 시험과정을 실행하고 추적한다②

시험결과를 평가하고 다른 선행된 분석연구결과들과 비교한다③

확인된 결함을 제거하기 위해 설계변경을 실시한다④

- 79 -

설계검증시험을 준비한다⑤

신뢰성 성장시험의 주된 목적은 설계상의 약점을 확인하고 제거함으로써 설계의

신뢰성을 증가시키는 것이다 정확하게 신뢰성 수준이 변화되는 진행상황을 추적하

기 위해서는 요구사항에 대한 불합치성 을 확인하고 불합치성이(Nonconformance)

일어난 시간을 모두 추적하여야 한다 시험을 시작하기 전에 적절한 시정조치를 용

이하게 하기 위해 사전계획이 수립되어야 하며 고장분포를 결정하기 전에 각각의

고장부품에 대한 고장원인을 분리할 수 있어야 한다

부품의 개발과정에서 몇 개의 표본에 대한 고장시간 데이터가 있을 때 Weibull

분포를 활용한 신뢰성 성장분석에 대하여 설명하면 다음과 같다

가 분석의 개요가 분석의 개요가 분석의 개요가 분석의 개요

밀도함수는 그림 와 같이 특성 수명과 기울기로 고장시간Weibull [ 82] (Cycle

을 설명한다 작은 표본에 대한 고장시간 데이터가 주어졌을 때 분석Km) Weibull

을 사용하여 세 가지의 정보를 얻을 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ특정 시간이 주어졌을 때 등 부품의 신뢰도는 그 시간까지 살아 있(Cycle Km )

을 백분율이다

ㆍㆍㆍㆍ 또는 다른( 수명을 추정할 수 있다) 수명은 부품들 중 가 고장10

날 것이라고 기대되는 시간이다 즉 이 시간에서의 신뢰도는 이다 90

ㆍㆍㆍㆍ 기울기의 값은 고장률 패턴에 대한 정보를 제공해준다 기울기가Weibull 10

이라면 고장률이 일정하다는 것을 의미한다 이 경우 고장은 일반적으로 우연히

일어나며 고장률은 설계의 강건 정도에 따라 달라진다 기울기가 보다 작다면 1

고장률은 감소하고 있음을 의미한다

- 80 -

즉 높은 초기 고장률 을 말한다 기울기가 보다 크면 고장률은 증 (Infant mortality) 1

가하고 이는 마모 되고 있음을 의미한다(Wear-out)

그림 에 의한 부품의 신뢰성성장분석[ 82] Weibull 수명 비교

가장 많이 활용되는 측도는 수명이며 이것은 요구되는 목표 신뢰도가 임 90

을 의미한다 첫 번째 프로토타입이 고장 난다면 신뢰성 목표 달성을 위해 설계 변

경을 행하고 다음 프로토타입을 시험한다 이 과정은 목표 수명이 달성될 때까

지 반복한다

나 의이점나 의이점나 의이점나 의이점WeibullWeibullWeibullWeibull

부품의 개발과정에서 작은 표본에 대한 고장시간 자료가 주어졌을 때 Weibull

분석을 활용하여 신뢰성성장관리를 행하면 다음의 정보를 얻을 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ신뢰성 개선은 목표 수명이 달성될 때까지 하나의 프로토타입에

- 81 -

서 다음 프로토타입까지 추적할 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ신뢰성 개선은 시험한 프로토타입에 대해 타점으로 표현되고 빠르Weibull

게 방향을 파악하여 신뢰성 진전과정에 대한 양적 측면의 관리능력 향상을 그

래프로 확인할 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ컴포넌트를 고장 날 때까지 시험하는 것은 고장모드에 대한 아주 귀중한 정

보를 제공하고 따라서 시정조치 활동이 필요하다

ㆍㆍㆍㆍ많은 표본이 더 좋은 신뢰도를 얻을 수 있지만 분석은 많은 표본을Weibull

필요로 하지 않는다

ㆍㆍㆍㆍ고객의 운영 사용 사이클과 시험 모수의 관계가 알려져 있다면 더 빠르고( )

더 적은 비용으로 가속시험을 할 수도 있다

다 기본가정및제한다 기본가정및제한다 기본가정및제한다 기본가정및제한

ㆍㆍㆍㆍ각 분석에서 오직 하나의 고장모드만 포함되어야 한다 두 개나 그 이상의

고장 모드가 검출된다면 각각에 대해 분리하여 분석해야 한다

ㆍㆍㆍㆍ신뢰도는 시험 제한 한계 로 인해 년 마일까지 확장하여 외삽하면 안( ) 10 150K

된다 왜냐하면 시험 제한 한계 로 인해 다른 고장모드가 발생할 것인지 알 수 ( )

없기 때문이다

ㆍㆍㆍㆍ하나의 프로토타입에서 다음 프로토타입까지 기울기가 변하는 데는 특별히

주의를 하여야 한다 왜냐하면 초기 후기 수명에서 더 높은 신뢰도와 후기 초 ( ) (

기 수명에서 더 낮은 신뢰도의 할 수 도 있기 때문이다) trade-off

라 적용시기라 적용시기라 적용시기라 적용시기

ㆍㆍㆍㆍ수명의 비교는 엔지니어링 사양 이 특정한(Specification) 을 요구할 경

우 사용된다

ㆍㆍㆍㆍ이러한 접근방법은 고장시간 등 에 대하여 동일한 부품의(Cycle Km )

- 82 -

다른 시점에서의 프로토타입을 비교할 때 사용한다

ㆍㆍㆍㆍ신뢰성 목표가 달성될 때까지 계속한다

마 입력자료마 입력자료마 입력자료마 입력자료

ㆍㆍㆍㆍ프로토타입 의 몇 개 표본의 고장시간 등1 (Cycle Km )

ㆍㆍㆍㆍ프로토타입 의 몇 개 표본의 고장시간 등2 (Cycle Km )

⦙

ㆍㆍㆍㆍ마지막 프로토타입의 몇 개 표본의 고장시간 등(Cycle Km )

분석프로세스는 그림 과 같다[ 83]

프로세스프로세스프로세스프로세스 일반적 단계일반적 단계일반적 단계일반적 단계

Ⅰ 요구

또는 수명 결정

프로그램 신뢰성 목표 사용

고객의 운영 사용 프로파일 사용( )

시험 프로그램 적정시간 사용

Ⅱ 시험 프로그램 자료정보

확인과 데이터 수집초기 부품의 프로토타입

후기 부품의 프로토타입

Ⅲ 다른 프로토타입에 대한

누적고장 시간 또는 vs

거리 계산 및 타점

분석이 가능한 사용Weibull SW

가능한 가속수명시험 사용

Ⅳ 프로젝트 검토 시

현재 신뢰성 수준신뢰성 목표 적합성 결정

초기 경고 관련 정보 제공

개선을 위한 계획 정보 제공

그림 프로세스별 단계[ 83]

- 83 -

제 절 신뢰성성장 데이터분석제 절 신뢰성성장 데이터분석제 절 신뢰성성장 데이터분석제 절 신뢰성성장 데이터분석2222

초기 프로토타입 으로 부터 개의 표본을 정상하중 으(Prototype1) 6 (Nominal load)

로 고장 날 때까지 시험하고 고장모드를 기록하였다 여러 개선작업을 거친 후 후

기 프로토타입 으로부터 개의 표본을 고장 날 때까지 시험하고 고장모(Prototype2) 6

드를 기록하였다 시험 데이터는 표 에 주어져 있다 [ 81]

에 고장데이터를 입력하고 각 프로토타입 단계별로 용지에 결과MINITAB Weibull

를 타점한 결과 그림 와 같은 성장곡선이 생성되었다 [ 84] Weibull

정상하중 에서 의 평균수명 추정치는 이(Nominal load) Prototype1 127366Cycle

고 의 평균수명 추정치는 로서 의 개선을 이루었 Prototype2 176882 Cycle 389

음을 알 수 있었다 수명은 은 이었으나Prototype1 112668 Cycle Prototype2

의 수명은 로서 상당한 개선이 이루어졌음을 볼 수 있다168620 Cycle 수

명에 대한 신뢰하한은 로 추정되었다 따라서 정상부하에 의한95 162926 Cycle

시험데이터분석 결과 개선활동 재료배합개선 형상설계개선 공정개선 에 의하여 ( )

내구성 목표가 달성되었음을 알 수 있다

그림 는 에서의 신뢰구간을 보여주고 있다[ 85] Nominal load 90

최대하중 에서는 표 의 데이터 입력결과 그림 의 그래프를(Max load) [ 82] [ 86]

생성하였다 그래프로 부터 추정된 의 Prototype1 수명은 이고16362Cycle

의Prototype2 수명은 이다21850 Cycle 수명에 대한 신뢰하한추정치95

는 으로부터 로 계산된다MINITAB 20983 Cycle

의 수명과 의 수명이 다른 것은 개선 활동의 결과이Prototype1 Prototype2

- 84 -

며 에서 개선목표가 달성되었음을 알 수 있다 Prototype2

표 하중 고장시간[ 81] Nominal (Cycle)

Weibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth Curve

(Nominal Load)(Nominal Load)(Nominal Load)(Nominal Load)

그림 성장곡선[ 84] Weibull (Nominal load data)

- 85 -

Weibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth Curve

(Nominal Load-90 Cl)(Nominal Load-90 Cl)(Nominal Load-90 Cl)(Nominal Load-90 Cl)

그림 신뢰구간[ 85] Nominal Load90

- 86 -

표 하중 고장시간[ 82] Max (Cycle)

Weibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth Curve

(MaxLoad)(MaxLoad)(MaxLoad)(MaxLoad)

그림 성장곡선[ 86] Weibull (Max load data)

- 87 -

제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론9999

본 연구는 자동차현가장치인 고무부싱 의 신뢰성향상을 위한 기(Rubber bushing)

술개발과제이다 에나 인더스트리는 수출전문기업으로서 주요 경쟁사에 비해 고성

능 고내구성의 제품을 짧은 기간 내에 개발할 수 있는 능력을 갖추어야 해외 시장

에서 경쟁력을 가질 수 있다

본 연구개발에서는 수요기업에서 요구하는 GMUTS(General Motors Uniform

의 사양에 따른 시험을 실행하여 내구성을 목표 사이클 이상으Test Specification)

로 개선하고 정특성과 동특성 비틀림 토크를 개선항목으로 선정하여 제품의 품질

및 신뢰성 향상을 진행하였다

수요기업의 요구 수준에 의하면 내구성은 와 Tension Compress Alternating

가 동시에 일 때 일 때Torsion Stress Maximum Load 20000 Cycle Normal Load

을 요구한다 본 프로젝트의 경우 해외의 부품메이커들에 대한 경쟁150000 Cycle

력 우위를 확보하기 위하여 기본 요구 수준을 넘어 향상된 제품신뢰성을5~10

확보를 목표로 하였다 내구성 정특성 및 동특성에 대한 시험은 직접 행하였고 비

틀림토크에 대한 부분은 추가적인 시험장치가 필요하여 수요기업의 실험실에 샘플

을 제출하여 요구수준을 검증받았다

본 연구개발의 성과를 요약하면 다음과 같다

우선 기술적 효과로는

설계기술의 확보(1)

재료배합설계 형상설계 공정설계에 대한 기술을 확보하여 내구성을 비롯한 품

질특성을 향상시킬 수 있었다 종래에는 설계 개발 생산프로세스에서 경험적 방법

에 의존하여 시행착오가 많았으나 본 연구를 통하여 과학적이고 체계적인 방법으

로 접근할 수 있는 기술이 확보되었다

설계 요소의 기술적 배치를 위한 실험계획법의 활용기술 확보(2)

- 88 -

종전에는 고무 배합설계 형상설계 공정설계에 대하여 설계요인 별 수 (Facter)

준 을 무작위로 추출하여 실험하였으나 본 실험계획의 과정을 따르면 요인들(Level)

이 계획적으로 반영되어 품질특성에 각각 어느 정도의 영향을 미치는지 분석이 가

능하게 된다 또한 다구찌에 의한 강건 설계의 생성으로 산포를 줄일 수 있다

잠재적 고장원인 분석방법 기술 확보(3)

제품기능에 대한 잠재적 고장모드의 예측과 시험항목을 판단하고 최종적으로는 설

계검증 과 공정검증 의 세부항목과 효과적(Design verification) (Process verification)

으로 연계가 가능하다

신뢰성 데이터분석기술 확보(4)

부품의 개발과정에서 몇 개의 표본에 대한 고장시간 데이터가 있을 때 Weibull

분포를 활용한 신뢰성 성장분석이 가능하게 되었다 개발프로그램이 운영되는 동안

신뢰성 수준의 변화를 추적할 수 있어 목표하는 신뢰성 수준을 달성하기 위하여 충

분한 비율로 성장하고 있는지의 여부를 가능한 빠른 시간 내에 판단할 수 있고 그

에 따라 필요한 자원을 적절히 배분할 수 있다 따라서 개발책임자는 시험데이터로

부터 현재 시스템의 신뢰성 수준 성장률의 평가 앞으로 기대되는 달성 가능한 수

준에 대한 결정이 가능하다

경제적 측면의 효과로는

제품에 대한 내구성 및 동특성 정특성에 대하여 요구사양 이상으로 특성관리(1)

를 행할 수 있어 해외 부품메이커들에 대한 경쟁력 우위로 수출력을 향상할 수 있

게 되었다

개발기간을 단축할 수 있게 되어 개발비의 절감을 가져올 수 있게 되었다(2)

재료배합 형상설계 및 공정설계에 대한 기술개발의 표준 정립으로 개발 기간의 단

축이 가능하게 되었다

본 과제 결과를 활용하여 다른 방진제품에 대한 신뢰성 관리로 수출(3)

- 89 -

시장을 개척하여 신규거래처를 확보할 예정이다 신뢰성 데이터의 관리가 이루어져

제품수명에 대한 설득력 있는 자료의 제시가 가능하게 되었다

향후 연구계획으로는

고무부싱부품의 특성상 내구성만의 개선이 최선이 아니고 정특성과 동특성을 일

정수준으로 동시에 고려하여야 한다 따라서 이 부분에 대한 동시적인 실험설계가

시스템화 되도록 추가적인 연구가 요구된다

- 90 -

참고문헌참고문헌참고문헌참고문헌[ ][ ][ ][ ]

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Journal of Fatigue Vol27 2005

[8] McLean R A and Anderson V I Extreme Vertices Design of Mixture

Experiments Technometrics Vol8 No3 1966

- 96 -

주 의

이 보고서는 산업자원부에서 시행한 부품소재종합기술지원사업의 최1

종보고서이다

이 신뢰성기반기술확산사업 내용을 대외적으로 발표할 때에는 반드시2

산업자원부에서 시행한 부품소재신뢰성기반기술 사업의 지원결과임을

밝혀야 한다

- 97 -

이 보고서는 산업자원부에서 시행한

부품소재 신뢰성기반기술확산사업의 최종보고서이다

- 48 -

그림 는 제품의 단면을 보여준다 그림에서 는 다른 모델에 비해 고무[ 52] DA-2

량이 다소 적음을 알 수 있다 형상 변화를 통한 품질특성의 개선을 시도함에 있어

서는 부품에 대한 조립성과 제조성 을 반드시(DFM Design for Manufacturability)

고려하여 형상변화를 꾀하여야 한다 본 제품의 경우 외철 과 내철 (outer pipe)

의 길이는 한정되어 있으며 그 직경의 변화도 허용공차를 미만(Inner pipe) 05 mm

의 수준으로 요구하고 있다

형상변경을 통한 성능향상 방안으로서 외철에 대한 스웨징율 을 변(Swaging rate)

경함으로서 외경크기의 변화를 시도하였으며 또한 내철의 구배각도를 변화시켜 개

선점을 찾으려고 노력하였다

그림 단면[ 52] DA-2

부싱의 경우 일반 적으로 스웨징이라는 공정을 거치게 되는데 이는 공정에서 외

경의 크기 조정을 통하여 성능을 향상 시키는 방법으로서 스웨징율을 조정함으로서

외철의 외경 크기를 허용범위 내어서 변화시키는 것이다 이는 스웨징에 따른 직경

변화에 의해 고무의 조직이 조밀해져 고무 특성을 향상시킬 수 있게된다

그림 은 스웨징의 방향을 나타내며 그림 는 스웨징 전 후의 외철의 크[ 53] [ 54]

기 변화를 보여주고 있다

- 49 -

그림 스웨징 방향[ 53]

그림 스웨징 전후의 외경 크기의 변화 단면[ 54] ( )

제 절 내철의 구배 변화에 의한 개선제 절 내철의 구배 변화에 의한 개선제 절 내철의 구배 변화에 의한 개선제 절 내철의 구배 변화에 의한 개선2222

아래 그림 는 형상 변화를 시도할 수 있는 내철 끝단 부분의 구배를 표시한[ 55]

그림으로서 는 구배각도를 나타낸다a

- 50 -

그림 구배각도[ 55]

그림 은 본 제품의 특성 요구 사항을 그림으로 표시한 것으로 고무부싱은[ 56]

및 의 외력에 대하여 적절하게 대응할 수 있도록 설계되어야 한다 부싱 종류F1 F2

의 경우 일반적으로 고무 제품의 유연함과 동배율 개선을 위하여 저경도의 고무를

적용하는 경우가 많은데 이 경우에는 외력에 대한 특성이 상대적으로 취약하게F1

나타나게 된다 이러한 취약점을 보완하기 위하여 본 연구에서는 그림 과 같 [ 57]

이 제품이 허용하는 범위 내에서 내철의 구배를 변화 시킨 후 실험데이터의 분석을

통해 성능 개선 방안을 찾고자 하였다

그림 부싱의 외력[ 56]

그림 의 의 경우는 구배를 주지 않은 경우이며 의 경우는 구배를 준[ 57] (a) (b)

경우를 표시하고 있다

- 51 -

의 경우 외력에 의하여 발생하는 반발력 은 순수한 고무 특성에 의해서(a) F1 Fr1

만 나타나게 된다 이러한 경우 저경도의 고무을 적용하였을 때 의 크기가 미미 Fr1

하여 적절한 특성을 발휘하지 못하게 된다

의 경우와 같이 내철에 구배를 주게 되면 의 외력에 대하여 구배가 들어간(b) F1

부분 에 의한 반발력 함께 가 생성되어 상대적으로 에 대한 저항력이 커Fr3 Fr2 F1

짐으로써 성능을 향상 시킬 수 있게 된다

그림 구배각도의 적용에 따른 차이 단면[ 57] ( )

그림 구배각도의 적용에 따른 차이 입체[ 58] ( )

- 52 -

제 장 도포공정개선제 장 도포공정개선제 장 도포공정개선제 장 도포공정개선6666

고무부싱의 내구성 향상을 위하여 필수적으로 관리하여야 할 공정이 도포공정이

다 도포공정은 접착의 원리에서부터 접착의 구조 접착의 강도 피착재의 표면처리

법 및 접착제 사용법 등 접착에 관한 전반적인 기술을 공정에 효율적으로 적용하여

야 한다

고무와 금속과의 접착력이란 접착제와 피착제 사이의 계면 결합력을 의미하며 접

착강도는 시험방법 접착방법 시험시의 조건 시편의 기하학 등 여러 인자에 의해

영향을 받는다 접착파괴는 접착제의 가장 약한 곳에서 일어나며 접착강도는 여러

가지 측정법에 따라 고유강도 잔류강도 측정강도 등과 같이 다르게 표현된다 고

무부싱의 접착구조는 그림 과 같다[ 61]

그림 접착의 구조[ 61]

프라이머 는 피착제 표면과의 친화성이나 접착제와의 상용성이 뛰어나야(Primer)

하고 동시에 접착 저해물과의 상용성도 높아야 한다 또 프라이머 중의 유효성분

쪽이 피착제 표면에 흡착되어 있는 저해성분보다 피착제에 의하여 안정하게 흡착되

어 있는 것이 중요하다 따라서 프라이머는

- 53 -

충분한 교반 균일하고 엷은 도포 그리고 완전한 건조가 이루어져야 한다 이러한

도포공정은 피착제의 모앙에 따라 달라진다

열경화성 접착제의 대부분은 유기 중합물과 각종 충진제를 유기용제에 용해 분산

시킨 것으로 사용전이나 사용 중에도 교반기 등으로 균일하게 용해 분산시킨 접착

제를 사용하는 것이 중요하다 따라서 의 도포 공정은 그림 와 같이 교 DA-2 [ 62]

반기를 추가 설치하여 공정 개선을 실시하였다

그림 설치한 교반기[ 62]

또한 피착제의 균일한 도포를 위해 롤타입의 코팅기에 기존 페인트용 롤러에서

그림 에서와 같이 융을 말아 롤러 도포하는 형태로 개선을 실시하여 코팅의[ 415]

두께 정밀도를 향상시켰다

- 54 -

그림 변경된 롤러 모양[ 63]

접착 재료를 프라이머 에서 변경하여 사용함CHEMLOK 220 252 CHEMLOK 205

으로써 접착력을 향상시켰는데 는 금속 및 경길대료의 프라이머로CHEMLOK 205

사용되며 또한 같은 극성고무에 단독으로 접착이 가능하다 NBR

방식의 경우 의 특징을 살펴보면TWO Coat CHEMLOK 205

ㆍㆍㆍㆍ 접착제의 금속 표면에서의 접착강도를 향상시킬 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ 기계적 표면처리 후 활성화된 금속표면을 산화작용으로부터 보호하며 녹방

지 도료적 역할을 한다

ㆍㆍㆍㆍ 크로로프렌이나 에피크로로히드린고무와 같은 가류 중에 염소가스를 발생

시 켜 금속표면을 부식시키기 쉬운 고무배합에 대하여 유효하게 적용된다 프

라 이머는 충분한 교반 균일하고 엷은 도포 그리고 완전한 건조가 이루어져

야 접착성이 뛰어나게 된다

도포공정 개선 전후의 효과는 그림 그림 의 도포두께 비교[ 64]~[ 67] Cpk

를 통해서도 알 수 있다DATA

아래 그림 는 도포공정의 개선전[ 64] 관리도의 그래프를 나타낸

- 55 -

것으로 관리도는 평균치와 범위에 관한 계량형 관리도에서 가장 많이 사용되

는 관리도의 하나이다 관리도는 평균치의 변화를 관리하는 관리도와 산포의

변화를 관리하는 관리도로 구성된다 관리도의 중심선(Central Line) CL=로 나

타내며 관리 상한선 은(Upper Control Limit) UCL= 로 관리하한선인 (Lower

의 경우Control Limit) LCL=

로 구한다

관리도의 관리선의 경우 중심선 관리상한선 UCL= 관리하한선 LCL

의 경우 로 구한다

여기서 등의 계수는 샘플의 크기인 에 따라 결정 되며 일 경우=4

=0729 =0 이다=2282

그림 에서[ 64] 이며=273410 관리도의 로 나타났UCL=307994 LCL=238826

다

관리도의 은CL 이며 이다=4744 UCL=1082581

- 56 -

그림 도포공정 개선전[ 64] 관리도

한편 그림 는 도포공정 개선 전의 경우에 대하여 지정된 규격의 공정능력 [ 65]

지수를 나타낸 것으로서 단기공정능력지수( 와 장기공정능력지수) ( 를 나타낸)

다 단기공정능력지수는 공정능력 ( 과 규격의 폭) ( 과의 비율을 의미하며 일반적)

으로 로 표시한다 규격은 그림 에서처럼 양쪽규격이 모두 주어진 경우 공 [ 65]

정 능력 지수는 다음과 같이 계산할 수 있다

공정 능력

로 나타내고 만약 공정 평균이 규격의 중심으로부터 어느

한쪽으로 치우쳐 있게 되는 경우 치우침도( 와) 를 조합한 단기공정능력지수

( 로 나타낸다 즉)

- 57 -

장기공정능력지수( 의 계산은)

으로서 이다

따라서 그림 에 나타난 것처럼 개선전의 공정능력은[ 65] =17854 =08458

으로서 장기 공정에 대해 만족스럽지 못한 값을 나타내고 있다

그림 도포공정 개선전 공정능력 분석그래프[ 65]

- 58 -

그러나 공정개선후의 관리도인 그림 을 살펴보면[ 66] 이며=28196 관리

도의 이고UCL=300418 LCL=263502 관리도의 은CL 로=2532 UCL=51418

나타난다

그림 도포공정 개선후[ 66] 관리도

- 59 -

개선 후에는 그림 로부터 알 수 있듯이 단기공정능력은[ 67] 으로서=31966

인 장기 공정에 대해 안정적인 것을 확인할 수 있어 도포공정 개선에=23275

대한 효과가 있음을 알 수 있다

그림 정 개선 후 공정능력 분석그래프[ 67]

또한 도포공정의 두께관리를 강화하기 위하여 작업자 교육 및 샘플링 두께 측정

검사를 통해 지속적인 모니터링을 실시하고 공정별 온도관리 및 시간 관리를 통해

작업 환경 유지관리 강화로 변함없는 품질의 제품을 생산하도록 하였다 그림 [

은 롤 코팅 공정이다68] (Roll coating)

- 60 -

그림 롤 코팅 공정[ 68] (Roll coating)

- 61 -

제 장 최적수준 결정을 위한 파라미터 설계제 장 최적수준 결정을 위한 파라미터 설계제 장 최적수준 결정을 위한 파라미터 설계제 장 최적수준 결정을 위한 파라미터 설계7777

제 절 실험계획법에 의한 유의인자 결정제 절 실험계획법에 의한 유의인자 결정제 절 실험계획법에 의한 유의인자 결정제 절 실험계획법에 의한 유의인자 결정1111

재료설계 형상설계 및 공정설계에 대한 최적조건의 결정은 부품의 품질 특성에

대한 사양 을 만족시켜야 할 뿐 아니라 생산부품 간 품질의 산포를(Specification)

최대한 줄여야 한다 의 최적설계를 위해 다구찌 기법 을 적 DA-2 (Taguchi method)

용하였다

다구찌의 강건설계 는 인자 가 품질 특성의 평균에 대해(Robust design) (Factor)

가지는 효과뿐만 아니라 분산에 미치는 효과에 대해서도 초점을 맞추고 있다 분산

을 줄일 수 있는 통제 가능한 인자에 대한 조건을 설정하여 품질특성이 통제 불가

능한 인자의 변화에 대해서는 둔감하도록 할 수 있다 강건설계의 주목적은 품질특

성의 목표값을 유지하면서 분산을 줄이는 인자에 대해 설치값 을 발견하는 (Setting)

데 있다

다구찌 설계에 의한 실험계획법은 특히 확장된 역할로서 다음의 몇 가지를 들 수

있다

ㆍㆍㆍㆍ종래에는 제어 불가능한 환경조건이나 제어하기 어려운 생산조건 공정조건

등의 원인 이를 잡음인자로 통칭 들이 데이터에 주는 영향의 정도를 평가하기 어려( )

웠으나 객관적으로 그리고 계량적으로 이를 평가할 수 있는 방법을 제시하고 있

다 또한 품질 산포의 크기를 계량특성치 손실함수 비 등 로 변환하여 산포를 ( SN )

작게 하는 인자들의 조건을 찾아가는 강건설계를 사용한다

ㆍㆍㆍㆍ직교배열표를 광범위하게 사용하여 인자의 수가 많은 경우에도 크게 실험횟

수를 증가시키지 않고 실험하는 일부 실시법을 사용한다

ㆍㆍㆍㆍ생산라인 내 뿐만 아니라 신제품 개발을 위한 품질설계 파라미터(On-line)

설계 허용오차 설계 등의 라인 외 품질관리를 위하여 유용하게 사용할 (Off-line)

수 있다

ㆍㆍㆍㆍ다구찌 방법에서 추가적으로 다룰 수 있는 주요한 것들로는 직교배열

- 62 -

표의 확대사용 수준계의 표준 직교배열표 이외에 확대 응용 혼합 직교배열표(2 3

의 사용과 조합법의 사용 계량치 데이터의 파라미터 설계 허용차 설계 그리고)

계수치 데이터의 파라미터 설계 동적 특성의 파라미터 설계 등을 들 수 있다

파라미터 설계 는 제품설계와 공정설계에서 유용하게 사용되는(Parameter design)

다구찌 실험계획법의 핵심이다 파라미터는 제품성능의 특성치에 영향을 주는 제어

가능한 인자 를 의미하며 파라미터 설계는 이들 인자들의 최적(Controllable factor)

수준을 정하여 주는 것을 말한다 파라미터를 설계변수 라고도 부 (Design variable)

르며 파라미터 설계에서는 제품의 품질변동이 잡음에 둔감하면서 목표품질을 가질

수 있도록 설계변수들의 최적조건을 구하여 준다 최적조건을 찾을 때 설계변수와

잡음을 주는 인자들을 포함시켜 실험하는 직교배열표 등을 주로 사용한다 이때 목

표 품질을 만족시키는 범위 내에서 가능한 한 비용이 적게 드는 조건이나 부품 등

을 이용한다

만약 신뢰성에 영향을 주는 제어 가능한 인자 에 대한 파라미터설계 A B C D

를 한다고 하자 는 수준 는 수준의 혼합수준 에 대한 설계 A B 4 C D 2 (Mixed level)

분석을 하려고 한다면 각 요인 변동의 계산을 표 과 같은 [ 71] L16(215형 직교배)

열표 를 사용하면 된다(Orthogonal Design)

에 대한 파라미터 설계조건으로는 내구성이 가장 좋은 최적의 설계 및 공정DA-2

조건을 구하여야 하므로 반응변수가 큰 값일수록 좋은 망대특성(Larger-the-better

에 대한 조건을 구하고 부품의 정특성 및 동특성에 대한 분석은 적characteristics)

정한 상호관계를 고려하여 별도의 실험을 행한다

- 63 -

표 다구찌 설계의 예[ 71]

- 64 -

제 절 시험데이터의 해석제 절 시험데이터의 해석제 절 시험데이터의 해석제 절 시험데이터의 해석2222

실험조건실험조건실험조건실험조건1111

제품의 신뢰성향상을 위해 지금까지 재료배합의 개선 형상개선 및 공정개선에

대한 각각의 과정을 설명하였으며 본 장에서는 관련된 여러 인자들을 동시에 고려

하여 최상의 품질특성을 나타낼 수 있는 최적인자수준의 결정에 대하여 설명하려고

한다 이는 인자들 간의 상호 작용이 상승 또는 보완작용을 할 수도 있고 반대로

서로 상극임을 나타낼 수 도 있기 때문이다

일반적으로 고무부싱의 개발에 적용되는 인자 는 다음과 같다(Factor)

ㆍㆍㆍㆍ경도 는 수요기업에서 제시하는 사양 에 따라 적정수(Hardness) (Specification)

준의 경도 도 도 도 도 를 적용하였으며 경험적으로 경도의 산포는(43 45 48 50 ) plusmn

정도이다2

ㆍㆍㆍㆍ각 부분의 모양이나 각도에 따라 고무 량에 영향을 미치게 되는 형상설계에

관해서는 내부 파이프 구배각도를(Inner pipe) 15deg~25deg로 하고 외부파이프 (Outer

의 접착부분을 로 하였으며 외경의 크기는pipe) 13mm~15mm

27mm~ 로 유지하였다278mm

ㆍㆍㆍㆍ공정설계는 가류시간을 로 하였다 가류 온도는240sec~600sec 150deg~180

로 하고 주변 온도에 영향을 받으므로 금형 표면온도는 항상 확인하였다 접착제

도포가 내구성에 영향을 주므로 접착제 두께는 으로 하고 접15micron~40micron

착제 배합조건은 로 하였다120cc~128cc

다구찌 설계에 의한 최적수준을 결정하기 위해 다른 인자는 고정시키고 경도 가

류시간 스웨징 인자에 대하여 표 와 같이 실험수준을 정하였다 [ 72]

- 65 -

표 실험인자 별 수준[ 72]

분석결과의 해석분석결과의 해석분석결과의 해석분석결과의 해석2222

실험결과의 해석은 다음과 같다

을 통해 표 의 실험조건을 입력하여 다구찌 설계를 생성한 결과MMITAB [ 72]

표 과 같은 실험조합을 얻었다 표 는 실험조합 별 시험결과 값이다[ 73] [ 74]

에서의 내구성에 대한 다구찌 설계해석의 결과는 표 의 신호 대Nominal load [ 75]

잡음비 비 평균 표준편차에 대한 반응표에 잘 나타나(SN Signal to noise ratio)

있다 그림 그림 은 비 평균 표준편차에 대한 반응 값을 도식한 [ 71]~[ 73] SN

것이다

표 의 신호 대 잡음비의 반응표를 보면 경도는 스웨징이나 가류시간에 비해[ 75]

반응변수 내구성 에 큰 영향을 미치고 있음을 보여준다 평균에 대한 반응표에서도( )

경도는 다른 인자들에 비해 반응변수의 평균에 크게 영향을 미치고 있음을 알 수

있다 표준편차 역시 경도의 수준 변화에 따라 차이가 가장 많음을 보여주고 있다

- 66 -

표 에 의한 다구찌 설계생성[ 73] MINITAB

- 67 -

표 실험조합 별 시험결과 데이터[ 74]

- 68 -

표 비 평균 표준편차에 대한 반응표[ 75] SN

신호 대 잡음 비에 대한 반응 표신호 대 잡음 비에 대한 반응 표신호 대 잡음 비에 대한 반응 표신호 대 잡음 비에 대한 반응 표

망대특성망대특성망대특성망대특성

평균에 대한 반응 표평균에 대한 반응 표평균에 대한 반응 표평균에 대한 반응 표

표준 편차에 대한 반응 표표준 편차에 대한 반응 표표준 편차에 대한 반응 표표준 편차에 대한 반응 표

- 69 -

그림 신호 대 잡음 비의 주효과도[ 71]

그림 인자수준별 평균의 주효과도[ 72]

그림 인자수준별 표준편차의 주효과도[ 73]

- 70 -

표 와 그림 에서 에서의 내구성 예측값을 가장 크게 하[ 75] [ 72] Nominal Load

는 것은 요인 수준의 조합이 일 때이다 품질 향상을 위해서는 정특성 동(4 2 2)

특성 값도 동시에 고려하여야 하므로 조합 조합 조합(4 2 2) (4 3 2) (4 1 2)

에 대한 예측 값을 함께 구하였다

표 은 에서의 내구성 예측값을 표 은 에[ 76] Nominal Load [ 77] Maximum Load

서의 내구성 예측값 표 은 정특성 예측값 표 는 에서의 동특성 예 [ 78] [ 79] 15Hz

측값 그리고 표 은 에서의 동특성 예측값을 보여주고 있다 [ 710] 150Hz Nominal

에서의 내구성 예측값은 조합 조합 조합에서 각Load (4 2 2) (4 3 2) (4 1 2)

각 목표값인 을 상회한 과170000 Cycle 178023 Cycle 174272 Cycle 175830

로서 조합일 때 더 높게 나타났다Cycle (4 2 2)

동배율은 예측 평균값을 기준으로 할 때 동배율은 조합에서는 에 (4 2 2) 15Hz

서 에서 이고 조합에서의110(1187691079) 150Hz 113(1215561079) (432)

동배율은 에서 에서15Hz 106(112856 106938) 150Hz 108(115769106938)

이며 조합에서의 동배율은 에서 에서 (412) 15Hz 108(118194 1094) 150Hz

이었다109(1195691094)

모델의 경우 수요기업에서 동배율 값이 적은 값을 요구하기 때문에DA-2 (kdks)

동배율을 고려하면 의 조합이 더 좋은 품질을 나타낸다고 할 수 있다(4 1 2)

- 71 -

표 에서의 내구성 예측값[ 76] Nominal Load

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 2 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 3 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 1 2

예측 값

신호 대

- 72 -

표 에서의 내구성 예측값[ 77] Maximum Load

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 2 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 3 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 1 2

신호 대

- 73 -

표 정특성 예측값[ 78]

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 2 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 3 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 1 2

신호 대

- 74 -

표 동특성 예측값[ 79] (15Hz)

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 2 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 3 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 1 2

신호 대

- 75 -

표 동특성 예측값[ 710] (150Hz)

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 2 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 3 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 1 2

신호 대

- 76 -

제 장 부품의 신뢰성성장관리제 장 부품의 신뢰성성장관리제 장 부품의 신뢰성성장관리제 장 부품의 신뢰성성장관리8888

제 절 신뢰성성장관리제 절 신뢰성성장관리제 절 신뢰성성장관리제 절 신뢰성성장관리1111

복잡하고 기술적인 제품의 개발 프로그램을 운영하는 데 있어서는 고객이 요구

하는 신뢰성 수준을 만족시키기 위하여 상당한 규모의 시간 예산 기술인력 등의

자원을 필요로 한다 고객들의 신뢰성 요구수준은 매우 높으므로 이러한 목표를 달

성하기 위하여 시험 개선 시험 개선의 개발과정을 반드시 거친다 이 과정에서 시- - -

스템 서브시스템 또는 모듈을 고장 날 때까지 시험하고 고장모드를 결정해서 이를

제거하기 위한 시도를 하거나 적어도 고장발생을 줄일 수 있는 시도를 하여 설계나

엔지니어링 개선을 이룬다 만약 이러한 과정이 계속되고 설계나 엔지니어링 변경

이 충분히 이루지면 시스템의 신뢰성은 증가한다 개발프로그램이 운영되는 동안

신뢰성 수준의 변화를 추적할 수 있다면 개발책임자로서는 여러 가지 이점이 있다

즉 목표하는 신뢰성 수준을 달성하기 위하여 충분한 비율로 성장하고 있는지의 여

부를 가능한 빠른 시간 내에 판단할 수 있고 그에 따라 필요한 자원을 적절히 배

분할 수 있다 따라서 개발책임자는 시험데이터로부터 현재 시스템의 신뢰성 수준

성장률의 평가 앞으로 기대되는 달성 가능한 수준을 결정하기를 원한다

신뢰성 성장관리 기술은 제품을 개발하는 데(Reliability growth management)

소요되는 많은 시간과 비용 및 엔지니어링 노력을 절감하면서 개념선택 제품과 공

정의 신뢰성 그리고 비용효율을 달성할 수 있도록 유용한 정보를 제공해 준다 군

사장비 자동차 및 전자 중장비개발 등에 적용된 최근의 신뢰성 성장시험 관리기술

은 각 분야의 경쟁적인 사업 환경 아래에서 제품개발을 효율적으로 조직하여 신뢰

성평가를 시작하고 신뢰성 성장과정을 추적할 수 있도록 해준다 신뢰성성장관리기

술은 제품 및 공정설계 관련사항 및 검증시험 항목들에 대하여 사용 환경에 따른

신뢰성 성장 진행과정을 확인하고 그 결과로부터 성장시험곡선을 개발할 수 있게

한다 또한 설계단계 사이의 여러 가지 관련성을 확인하여 관찰하고 그 정보를 다

른 제품보증분석들과 연결하여 고객 요구사항에 대한 제품의

- 77 -

적합도를 적절히 평가하는 데 도움을 준다

신뢰성성장모델은 가 개발한Crow(1975) AMSAA(Army Materiel Systems

모델이 많이 활용되었으나 이는 시스템 또는 서브시스템에서의Analysis Activity)

성장관리에 유용하고 부품수준에서는 모델을 활용하는 것이 더욱 실용적이 Weibull

다 모델은 목표 Weibull B10 수명에 대하여 초기 시작품 으로부터(Early Prototype)

후기 시작품 까지의 신뢰성 개선을 관리하는데 실용적으로 활용할(Later Prototype)

수 있다

신뢰성 성장시험 프로세스신뢰성 성장시험 프로세스신뢰성 성장시험 프로세스신뢰성 성장시험 프로세스1111

신뢰성 성장은 개발시스템에 대하여 여러 시험단계가 시리즈로 이루어지는 동안

고장모드를 발견하고 이를 개선하는 과정을 거쳐 이TAAF(Test Analyze And Fix)

루어진다 또한 기능시험 환경시험 안전시험의 결과는 신뢰성 향상을 위한 FMEA

등과 연계하여 사용된다 분석결과는 설계변경에 반영되고 최종목표가 달성될 때까

지 개선과 시험이 연속적으로 이루어진다 그림 은 일반적인 신뢰성 성장시험 [ 81]

프로세스를 보여준다 프로그램의 시작시점에 신뢰성 성장에 대한 계획을 수립하여

고객의 기대사항을 만족시킬 수 있는 성능수준에 대한 구체적인 측정치를 제시하

고 이 목적을 달성시킬 수 있는 시험조건을 정한다 시험조건은 특정한 부품이나

시스템에 대하여 고객의 사용방법과 환경에 대한 지식을 기초로 하여야 한다

개발프로젝트가 진행되는 동안 신뢰성 성장시험 프로그램이 개발되고 실행되는

과정에서 설계 및 공정의 관심사항을 확인하기 위해 QFD(Quality function

와 같은 제품보증을 위한 분석방법들이 선행되어 실시되는데 신뢰성deployment)

성장관리와 연계하여 이를 통틀어 통합 신뢰성 성장관리(Integrated reliability

라고 한다 신뢰성 성장관리를 포함한 제품설계평가의 모든growth management)

과정은 제품 공정의 신뢰성 향상에 있어 중요한 역할을 하는 제품보증기능의 한부

분이다

- 78 -

통합 신뢰성 성장시험관리 프로세스는 설계뿐 아니라 공정신뢰성(MIL-HDBK-781)

과 관련된 문제에 대응할 수 있도록 신뢰성 성장시험의 이점을 전적으로 활용할 수

있는 수단을 제공한다

신뢰성 성장관리과정을 개발함으로써 신뢰성 수준은 계속적으로 추적될 수 있고

조치를 취하고 다른 분석결과들과 비교되어 초기 신뢰성 예측을 수립하고 제품설

계에 포함된 확신을 증가시킨 후 검증시험에 들어갈 수 있도록 한다 이러한 신뢰

성 성장관리 프로세스는 제품개발 사이클에 있어서 초기 단계 동안에 신뢰성을 확

립하는 데 도움을 줄 수 있는 장치이다

그림 신뢰성성장시험 프로세스[ 81]

제품개발과정에 적용되는 신뢰성 성장시험관리 프로세스는 다음과 같다

신뢰성 성장시험조건을 결정하고 시험 사이클을 개발한다 ①

신뢰성 성장시험곡선의 사용을 통하여 시험과정을 실행하고 추적한다②

시험결과를 평가하고 다른 선행된 분석연구결과들과 비교한다③

확인된 결함을 제거하기 위해 설계변경을 실시한다④

- 79 -

설계검증시험을 준비한다⑤

신뢰성 성장시험의 주된 목적은 설계상의 약점을 확인하고 제거함으로써 설계의

신뢰성을 증가시키는 것이다 정확하게 신뢰성 수준이 변화되는 진행상황을 추적하

기 위해서는 요구사항에 대한 불합치성 을 확인하고 불합치성이(Nonconformance)

일어난 시간을 모두 추적하여야 한다 시험을 시작하기 전에 적절한 시정조치를 용

이하게 하기 위해 사전계획이 수립되어야 하며 고장분포를 결정하기 전에 각각의

고장부품에 대한 고장원인을 분리할 수 있어야 한다

부품의 개발과정에서 몇 개의 표본에 대한 고장시간 데이터가 있을 때 Weibull

분포를 활용한 신뢰성 성장분석에 대하여 설명하면 다음과 같다

가 분석의 개요가 분석의 개요가 분석의 개요가 분석의 개요

밀도함수는 그림 와 같이 특성 수명과 기울기로 고장시간Weibull [ 82] (Cycle

을 설명한다 작은 표본에 대한 고장시간 데이터가 주어졌을 때 분석Km) Weibull

을 사용하여 세 가지의 정보를 얻을 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ특정 시간이 주어졌을 때 등 부품의 신뢰도는 그 시간까지 살아 있(Cycle Km )

을 백분율이다

ㆍㆍㆍㆍ 또는 다른( 수명을 추정할 수 있다) 수명은 부품들 중 가 고장10

날 것이라고 기대되는 시간이다 즉 이 시간에서의 신뢰도는 이다 90

ㆍㆍㆍㆍ 기울기의 값은 고장률 패턴에 대한 정보를 제공해준다 기울기가Weibull 10

이라면 고장률이 일정하다는 것을 의미한다 이 경우 고장은 일반적으로 우연히

일어나며 고장률은 설계의 강건 정도에 따라 달라진다 기울기가 보다 작다면 1

고장률은 감소하고 있음을 의미한다

- 80 -

즉 높은 초기 고장률 을 말한다 기울기가 보다 크면 고장률은 증 (Infant mortality) 1

가하고 이는 마모 되고 있음을 의미한다(Wear-out)

그림 에 의한 부품의 신뢰성성장분석[ 82] Weibull 수명 비교

가장 많이 활용되는 측도는 수명이며 이것은 요구되는 목표 신뢰도가 임 90

을 의미한다 첫 번째 프로토타입이 고장 난다면 신뢰성 목표 달성을 위해 설계 변

경을 행하고 다음 프로토타입을 시험한다 이 과정은 목표 수명이 달성될 때까

지 반복한다

나 의이점나 의이점나 의이점나 의이점WeibullWeibullWeibullWeibull

부품의 개발과정에서 작은 표본에 대한 고장시간 자료가 주어졌을 때 Weibull

분석을 활용하여 신뢰성성장관리를 행하면 다음의 정보를 얻을 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ신뢰성 개선은 목표 수명이 달성될 때까지 하나의 프로토타입에

- 81 -

서 다음 프로토타입까지 추적할 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ신뢰성 개선은 시험한 프로토타입에 대해 타점으로 표현되고 빠르Weibull

게 방향을 파악하여 신뢰성 진전과정에 대한 양적 측면의 관리능력 향상을 그

래프로 확인할 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ컴포넌트를 고장 날 때까지 시험하는 것은 고장모드에 대한 아주 귀중한 정

보를 제공하고 따라서 시정조치 활동이 필요하다

ㆍㆍㆍㆍ많은 표본이 더 좋은 신뢰도를 얻을 수 있지만 분석은 많은 표본을Weibull

필요로 하지 않는다

ㆍㆍㆍㆍ고객의 운영 사용 사이클과 시험 모수의 관계가 알려져 있다면 더 빠르고( )

더 적은 비용으로 가속시험을 할 수도 있다

다 기본가정및제한다 기본가정및제한다 기본가정및제한다 기본가정및제한

ㆍㆍㆍㆍ각 분석에서 오직 하나의 고장모드만 포함되어야 한다 두 개나 그 이상의

고장 모드가 검출된다면 각각에 대해 분리하여 분석해야 한다

ㆍㆍㆍㆍ신뢰도는 시험 제한 한계 로 인해 년 마일까지 확장하여 외삽하면 안( ) 10 150K

된다 왜냐하면 시험 제한 한계 로 인해 다른 고장모드가 발생할 것인지 알 수 ( )

없기 때문이다

ㆍㆍㆍㆍ하나의 프로토타입에서 다음 프로토타입까지 기울기가 변하는 데는 특별히

주의를 하여야 한다 왜냐하면 초기 후기 수명에서 더 높은 신뢰도와 후기 초 ( ) (

기 수명에서 더 낮은 신뢰도의 할 수 도 있기 때문이다) trade-off

라 적용시기라 적용시기라 적용시기라 적용시기

ㆍㆍㆍㆍ수명의 비교는 엔지니어링 사양 이 특정한(Specification) 을 요구할 경

우 사용된다

ㆍㆍㆍㆍ이러한 접근방법은 고장시간 등 에 대하여 동일한 부품의(Cycle Km )

- 82 -

다른 시점에서의 프로토타입을 비교할 때 사용한다

ㆍㆍㆍㆍ신뢰성 목표가 달성될 때까지 계속한다

마 입력자료마 입력자료마 입력자료마 입력자료

ㆍㆍㆍㆍ프로토타입 의 몇 개 표본의 고장시간 등1 (Cycle Km )

ㆍㆍㆍㆍ프로토타입 의 몇 개 표본의 고장시간 등2 (Cycle Km )

⦙

ㆍㆍㆍㆍ마지막 프로토타입의 몇 개 표본의 고장시간 등(Cycle Km )

분석프로세스는 그림 과 같다[ 83]

프로세스프로세스프로세스프로세스 일반적 단계일반적 단계일반적 단계일반적 단계

Ⅰ 요구

또는 수명 결정

프로그램 신뢰성 목표 사용

고객의 운영 사용 프로파일 사용( )

시험 프로그램 적정시간 사용

Ⅱ 시험 프로그램 자료정보

확인과 데이터 수집초기 부품의 프로토타입

후기 부품의 프로토타입

Ⅲ 다른 프로토타입에 대한

누적고장 시간 또는 vs

거리 계산 및 타점

분석이 가능한 사용Weibull SW

가능한 가속수명시험 사용

Ⅳ 프로젝트 검토 시

현재 신뢰성 수준신뢰성 목표 적합성 결정

초기 경고 관련 정보 제공

개선을 위한 계획 정보 제공

그림 프로세스별 단계[ 83]

- 83 -

제 절 신뢰성성장 데이터분석제 절 신뢰성성장 데이터분석제 절 신뢰성성장 데이터분석제 절 신뢰성성장 데이터분석2222

초기 프로토타입 으로 부터 개의 표본을 정상하중 으(Prototype1) 6 (Nominal load)

로 고장 날 때까지 시험하고 고장모드를 기록하였다 여러 개선작업을 거친 후 후

기 프로토타입 으로부터 개의 표본을 고장 날 때까지 시험하고 고장모(Prototype2) 6

드를 기록하였다 시험 데이터는 표 에 주어져 있다 [ 81]

에 고장데이터를 입력하고 각 프로토타입 단계별로 용지에 결과MINITAB Weibull

를 타점한 결과 그림 와 같은 성장곡선이 생성되었다 [ 84] Weibull

정상하중 에서 의 평균수명 추정치는 이(Nominal load) Prototype1 127366Cycle

고 의 평균수명 추정치는 로서 의 개선을 이루었 Prototype2 176882 Cycle 389

음을 알 수 있었다 수명은 은 이었으나Prototype1 112668 Cycle Prototype2

의 수명은 로서 상당한 개선이 이루어졌음을 볼 수 있다168620 Cycle 수

명에 대한 신뢰하한은 로 추정되었다 따라서 정상부하에 의한95 162926 Cycle

시험데이터분석 결과 개선활동 재료배합개선 형상설계개선 공정개선 에 의하여 ( )

내구성 목표가 달성되었음을 알 수 있다

그림 는 에서의 신뢰구간을 보여주고 있다[ 85] Nominal load 90

최대하중 에서는 표 의 데이터 입력결과 그림 의 그래프를(Max load) [ 82] [ 86]

생성하였다 그래프로 부터 추정된 의 Prototype1 수명은 이고16362Cycle

의Prototype2 수명은 이다21850 Cycle 수명에 대한 신뢰하한추정치95

는 으로부터 로 계산된다MINITAB 20983 Cycle

의 수명과 의 수명이 다른 것은 개선 활동의 결과이Prototype1 Prototype2

- 84 -

며 에서 개선목표가 달성되었음을 알 수 있다 Prototype2

표 하중 고장시간[ 81] Nominal (Cycle)

Weibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth Curve

(Nominal Load)(Nominal Load)(Nominal Load)(Nominal Load)

그림 성장곡선[ 84] Weibull (Nominal load data)

- 85 -

Weibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth Curve

(Nominal Load-90 Cl)(Nominal Load-90 Cl)(Nominal Load-90 Cl)(Nominal Load-90 Cl)

그림 신뢰구간[ 85] Nominal Load90

- 86 -

표 하중 고장시간[ 82] Max (Cycle)

Weibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth Curve

(MaxLoad)(MaxLoad)(MaxLoad)(MaxLoad)

그림 성장곡선[ 86] Weibull (Max load data)

- 87 -

제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론9999

본 연구는 자동차현가장치인 고무부싱 의 신뢰성향상을 위한 기(Rubber bushing)

술개발과제이다 에나 인더스트리는 수출전문기업으로서 주요 경쟁사에 비해 고성

능 고내구성의 제품을 짧은 기간 내에 개발할 수 있는 능력을 갖추어야 해외 시장

에서 경쟁력을 가질 수 있다

본 연구개발에서는 수요기업에서 요구하는 GMUTS(General Motors Uniform

의 사양에 따른 시험을 실행하여 내구성을 목표 사이클 이상으Test Specification)

로 개선하고 정특성과 동특성 비틀림 토크를 개선항목으로 선정하여 제품의 품질

및 신뢰성 향상을 진행하였다

수요기업의 요구 수준에 의하면 내구성은 와 Tension Compress Alternating

가 동시에 일 때 일 때Torsion Stress Maximum Load 20000 Cycle Normal Load

을 요구한다 본 프로젝트의 경우 해외의 부품메이커들에 대한 경쟁150000 Cycle

력 우위를 확보하기 위하여 기본 요구 수준을 넘어 향상된 제품신뢰성을5~10

확보를 목표로 하였다 내구성 정특성 및 동특성에 대한 시험은 직접 행하였고 비

틀림토크에 대한 부분은 추가적인 시험장치가 필요하여 수요기업의 실험실에 샘플

을 제출하여 요구수준을 검증받았다

본 연구개발의 성과를 요약하면 다음과 같다

우선 기술적 효과로는

설계기술의 확보(1)

재료배합설계 형상설계 공정설계에 대한 기술을 확보하여 내구성을 비롯한 품

질특성을 향상시킬 수 있었다 종래에는 설계 개발 생산프로세스에서 경험적 방법

에 의존하여 시행착오가 많았으나 본 연구를 통하여 과학적이고 체계적인 방법으

로 접근할 수 있는 기술이 확보되었다

설계 요소의 기술적 배치를 위한 실험계획법의 활용기술 확보(2)

- 88 -

종전에는 고무 배합설계 형상설계 공정설계에 대하여 설계요인 별 수 (Facter)

준 을 무작위로 추출하여 실험하였으나 본 실험계획의 과정을 따르면 요인들(Level)

이 계획적으로 반영되어 품질특성에 각각 어느 정도의 영향을 미치는지 분석이 가

능하게 된다 또한 다구찌에 의한 강건 설계의 생성으로 산포를 줄일 수 있다

잠재적 고장원인 분석방법 기술 확보(3)

제품기능에 대한 잠재적 고장모드의 예측과 시험항목을 판단하고 최종적으로는 설

계검증 과 공정검증 의 세부항목과 효과적(Design verification) (Process verification)

으로 연계가 가능하다

신뢰성 데이터분석기술 확보(4)

부품의 개발과정에서 몇 개의 표본에 대한 고장시간 데이터가 있을 때 Weibull

분포를 활용한 신뢰성 성장분석이 가능하게 되었다 개발프로그램이 운영되는 동안

신뢰성 수준의 변화를 추적할 수 있어 목표하는 신뢰성 수준을 달성하기 위하여 충

분한 비율로 성장하고 있는지의 여부를 가능한 빠른 시간 내에 판단할 수 있고 그

에 따라 필요한 자원을 적절히 배분할 수 있다 따라서 개발책임자는 시험데이터로

부터 현재 시스템의 신뢰성 수준 성장률의 평가 앞으로 기대되는 달성 가능한 수

준에 대한 결정이 가능하다

경제적 측면의 효과로는

제품에 대한 내구성 및 동특성 정특성에 대하여 요구사양 이상으로 특성관리(1)

를 행할 수 있어 해외 부품메이커들에 대한 경쟁력 우위로 수출력을 향상할 수 있

게 되었다

개발기간을 단축할 수 있게 되어 개발비의 절감을 가져올 수 있게 되었다(2)

재료배합 형상설계 및 공정설계에 대한 기술개발의 표준 정립으로 개발 기간의 단

축이 가능하게 되었다

본 과제 결과를 활용하여 다른 방진제품에 대한 신뢰성 관리로 수출(3)

- 89 -

시장을 개척하여 신규거래처를 확보할 예정이다 신뢰성 데이터의 관리가 이루어져

제품수명에 대한 설득력 있는 자료의 제시가 가능하게 되었다

향후 연구계획으로는

고무부싱부품의 특성상 내구성만의 개선이 최선이 아니고 정특성과 동특성을 일

정수준으로 동시에 고려하여야 한다 따라서 이 부분에 대한 동시적인 실험설계가

시스템화 되도록 추가적인 연구가 요구된다

- 90 -

참고문헌참고문헌참고문헌참고문헌[ ][ ][ ][ ]

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[8] McLean R A and Anderson V I Extreme Vertices Design of Mixture

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- 96 -

주 의

이 보고서는 산업자원부에서 시행한 부품소재종합기술지원사업의 최1

종보고서이다

이 신뢰성기반기술확산사업 내용을 대외적으로 발표할 때에는 반드시2

산업자원부에서 시행한 부품소재신뢰성기반기술 사업의 지원결과임을

밝혀야 한다

- 97 -

이 보고서는 산업자원부에서 시행한

부품소재 신뢰성기반기술확산사업의 최종보고서이다

- 49 -

그림 스웨징 방향[ 53]

그림 스웨징 전후의 외경 크기의 변화 단면[ 54] ( )

제 절 내철의 구배 변화에 의한 개선제 절 내철의 구배 변화에 의한 개선제 절 내철의 구배 변화에 의한 개선제 절 내철의 구배 변화에 의한 개선2222

아래 그림 는 형상 변화를 시도할 수 있는 내철 끝단 부분의 구배를 표시한[ 55]

그림으로서 는 구배각도를 나타낸다a

- 50 -

그림 구배각도[ 55]

그림 은 본 제품의 특성 요구 사항을 그림으로 표시한 것으로 고무부싱은[ 56]

및 의 외력에 대하여 적절하게 대응할 수 있도록 설계되어야 한다 부싱 종류F1 F2

의 경우 일반적으로 고무 제품의 유연함과 동배율 개선을 위하여 저경도의 고무를

적용하는 경우가 많은데 이 경우에는 외력에 대한 특성이 상대적으로 취약하게F1

나타나게 된다 이러한 취약점을 보완하기 위하여 본 연구에서는 그림 과 같 [ 57]

이 제품이 허용하는 범위 내에서 내철의 구배를 변화 시킨 후 실험데이터의 분석을

통해 성능 개선 방안을 찾고자 하였다

그림 부싱의 외력[ 56]

그림 의 의 경우는 구배를 주지 않은 경우이며 의 경우는 구배를 준[ 57] (a) (b)

경우를 표시하고 있다

- 51 -

의 경우 외력에 의하여 발생하는 반발력 은 순수한 고무 특성에 의해서(a) F1 Fr1

만 나타나게 된다 이러한 경우 저경도의 고무을 적용하였을 때 의 크기가 미미 Fr1

하여 적절한 특성을 발휘하지 못하게 된다

의 경우와 같이 내철에 구배를 주게 되면 의 외력에 대하여 구배가 들어간(b) F1

부분 에 의한 반발력 함께 가 생성되어 상대적으로 에 대한 저항력이 커Fr3 Fr2 F1

짐으로써 성능을 향상 시킬 수 있게 된다

그림 구배각도의 적용에 따른 차이 단면[ 57] ( )

그림 구배각도의 적용에 따른 차이 입체[ 58] ( )

- 52 -

제 장 도포공정개선제 장 도포공정개선제 장 도포공정개선제 장 도포공정개선6666

고무부싱의 내구성 향상을 위하여 필수적으로 관리하여야 할 공정이 도포공정이

다 도포공정은 접착의 원리에서부터 접착의 구조 접착의 강도 피착재의 표면처리

법 및 접착제 사용법 등 접착에 관한 전반적인 기술을 공정에 효율적으로 적용하여

야 한다

고무와 금속과의 접착력이란 접착제와 피착제 사이의 계면 결합력을 의미하며 접

착강도는 시험방법 접착방법 시험시의 조건 시편의 기하학 등 여러 인자에 의해

영향을 받는다 접착파괴는 접착제의 가장 약한 곳에서 일어나며 접착강도는 여러

가지 측정법에 따라 고유강도 잔류강도 측정강도 등과 같이 다르게 표현된다 고

무부싱의 접착구조는 그림 과 같다[ 61]

그림 접착의 구조[ 61]

프라이머 는 피착제 표면과의 친화성이나 접착제와의 상용성이 뛰어나야(Primer)

하고 동시에 접착 저해물과의 상용성도 높아야 한다 또 프라이머 중의 유효성분

쪽이 피착제 표면에 흡착되어 있는 저해성분보다 피착제에 의하여 안정하게 흡착되

어 있는 것이 중요하다 따라서 프라이머는

- 53 -

충분한 교반 균일하고 엷은 도포 그리고 완전한 건조가 이루어져야 한다 이러한

도포공정은 피착제의 모앙에 따라 달라진다

열경화성 접착제의 대부분은 유기 중합물과 각종 충진제를 유기용제에 용해 분산

시킨 것으로 사용전이나 사용 중에도 교반기 등으로 균일하게 용해 분산시킨 접착

제를 사용하는 것이 중요하다 따라서 의 도포 공정은 그림 와 같이 교 DA-2 [ 62]

반기를 추가 설치하여 공정 개선을 실시하였다

그림 설치한 교반기[ 62]

또한 피착제의 균일한 도포를 위해 롤타입의 코팅기에 기존 페인트용 롤러에서

그림 에서와 같이 융을 말아 롤러 도포하는 형태로 개선을 실시하여 코팅의[ 415]

두께 정밀도를 향상시켰다

- 54 -

그림 변경된 롤러 모양[ 63]

접착 재료를 프라이머 에서 변경하여 사용함CHEMLOK 220 252 CHEMLOK 205

으로써 접착력을 향상시켰는데 는 금속 및 경길대료의 프라이머로CHEMLOK 205

사용되며 또한 같은 극성고무에 단독으로 접착이 가능하다 NBR

방식의 경우 의 특징을 살펴보면TWO Coat CHEMLOK 205

ㆍㆍㆍㆍ 접착제의 금속 표면에서의 접착강도를 향상시킬 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ 기계적 표면처리 후 활성화된 금속표면을 산화작용으로부터 보호하며 녹방

지 도료적 역할을 한다

ㆍㆍㆍㆍ 크로로프렌이나 에피크로로히드린고무와 같은 가류 중에 염소가스를 발생

시 켜 금속표면을 부식시키기 쉬운 고무배합에 대하여 유효하게 적용된다 프

라 이머는 충분한 교반 균일하고 엷은 도포 그리고 완전한 건조가 이루어져

야 접착성이 뛰어나게 된다

도포공정 개선 전후의 효과는 그림 그림 의 도포두께 비교[ 64]~[ 67] Cpk

를 통해서도 알 수 있다DATA

아래 그림 는 도포공정의 개선전[ 64] 관리도의 그래프를 나타낸

- 55 -

것으로 관리도는 평균치와 범위에 관한 계량형 관리도에서 가장 많이 사용되

는 관리도의 하나이다 관리도는 평균치의 변화를 관리하는 관리도와 산포의

변화를 관리하는 관리도로 구성된다 관리도의 중심선(Central Line) CL=로 나

타내며 관리 상한선 은(Upper Control Limit) UCL= 로 관리하한선인 (Lower

의 경우Control Limit) LCL=

로 구한다

관리도의 관리선의 경우 중심선 관리상한선 UCL= 관리하한선 LCL

의 경우 로 구한다

여기서 등의 계수는 샘플의 크기인 에 따라 결정 되며 일 경우=4

=0729 =0 이다=2282

그림 에서[ 64] 이며=273410 관리도의 로 나타났UCL=307994 LCL=238826

다

관리도의 은CL 이며 이다=4744 UCL=1082581

- 56 -

그림 도포공정 개선전[ 64] 관리도

한편 그림 는 도포공정 개선 전의 경우에 대하여 지정된 규격의 공정능력 [ 65]

지수를 나타낸 것으로서 단기공정능력지수( 와 장기공정능력지수) ( 를 나타낸)

다 단기공정능력지수는 공정능력 ( 과 규격의 폭) ( 과의 비율을 의미하며 일반적)

으로 로 표시한다 규격은 그림 에서처럼 양쪽규격이 모두 주어진 경우 공 [ 65]

정 능력 지수는 다음과 같이 계산할 수 있다

공정 능력

로 나타내고 만약 공정 평균이 규격의 중심으로부터 어느

한쪽으로 치우쳐 있게 되는 경우 치우침도( 와) 를 조합한 단기공정능력지수

( 로 나타낸다 즉)

- 57 -

장기공정능력지수( 의 계산은)

으로서 이다

따라서 그림 에 나타난 것처럼 개선전의 공정능력은[ 65] =17854 =08458

으로서 장기 공정에 대해 만족스럽지 못한 값을 나타내고 있다

그림 도포공정 개선전 공정능력 분석그래프[ 65]

- 58 -

그러나 공정개선후의 관리도인 그림 을 살펴보면[ 66] 이며=28196 관리

도의 이고UCL=300418 LCL=263502 관리도의 은CL 로=2532 UCL=51418

나타난다

그림 도포공정 개선후[ 66] 관리도

- 59 -

개선 후에는 그림 로부터 알 수 있듯이 단기공정능력은[ 67] 으로서=31966

인 장기 공정에 대해 안정적인 것을 확인할 수 있어 도포공정 개선에=23275

대한 효과가 있음을 알 수 있다

그림 정 개선 후 공정능력 분석그래프[ 67]

또한 도포공정의 두께관리를 강화하기 위하여 작업자 교육 및 샘플링 두께 측정

검사를 통해 지속적인 모니터링을 실시하고 공정별 온도관리 및 시간 관리를 통해

작업 환경 유지관리 강화로 변함없는 품질의 제품을 생산하도록 하였다 그림 [

은 롤 코팅 공정이다68] (Roll coating)

- 60 -

그림 롤 코팅 공정[ 68] (Roll coating)

- 61 -

제 장 최적수준 결정을 위한 파라미터 설계제 장 최적수준 결정을 위한 파라미터 설계제 장 최적수준 결정을 위한 파라미터 설계제 장 최적수준 결정을 위한 파라미터 설계7777

제 절 실험계획법에 의한 유의인자 결정제 절 실험계획법에 의한 유의인자 결정제 절 실험계획법에 의한 유의인자 결정제 절 실험계획법에 의한 유의인자 결정1111

재료설계 형상설계 및 공정설계에 대한 최적조건의 결정은 부품의 품질 특성에

대한 사양 을 만족시켜야 할 뿐 아니라 생산부품 간 품질의 산포를(Specification)

최대한 줄여야 한다 의 최적설계를 위해 다구찌 기법 을 적 DA-2 (Taguchi method)

용하였다

다구찌의 강건설계 는 인자 가 품질 특성의 평균에 대해(Robust design) (Factor)

가지는 효과뿐만 아니라 분산에 미치는 효과에 대해서도 초점을 맞추고 있다 분산

을 줄일 수 있는 통제 가능한 인자에 대한 조건을 설정하여 품질특성이 통제 불가

능한 인자의 변화에 대해서는 둔감하도록 할 수 있다 강건설계의 주목적은 품질특

성의 목표값을 유지하면서 분산을 줄이는 인자에 대해 설치값 을 발견하는 (Setting)

데 있다

다구찌 설계에 의한 실험계획법은 특히 확장된 역할로서 다음의 몇 가지를 들 수

있다

ㆍㆍㆍㆍ종래에는 제어 불가능한 환경조건이나 제어하기 어려운 생산조건 공정조건

등의 원인 이를 잡음인자로 통칭 들이 데이터에 주는 영향의 정도를 평가하기 어려( )

웠으나 객관적으로 그리고 계량적으로 이를 평가할 수 있는 방법을 제시하고 있

다 또한 품질 산포의 크기를 계량특성치 손실함수 비 등 로 변환하여 산포를 ( SN )

작게 하는 인자들의 조건을 찾아가는 강건설계를 사용한다

ㆍㆍㆍㆍ직교배열표를 광범위하게 사용하여 인자의 수가 많은 경우에도 크게 실험횟

수를 증가시키지 않고 실험하는 일부 실시법을 사용한다

ㆍㆍㆍㆍ생산라인 내 뿐만 아니라 신제품 개발을 위한 품질설계 파라미터(On-line)

설계 허용오차 설계 등의 라인 외 품질관리를 위하여 유용하게 사용할 (Off-line)

수 있다

ㆍㆍㆍㆍ다구찌 방법에서 추가적으로 다룰 수 있는 주요한 것들로는 직교배열

- 62 -

표의 확대사용 수준계의 표준 직교배열표 이외에 확대 응용 혼합 직교배열표(2 3

의 사용과 조합법의 사용 계량치 데이터의 파라미터 설계 허용차 설계 그리고)

계수치 데이터의 파라미터 설계 동적 특성의 파라미터 설계 등을 들 수 있다

파라미터 설계 는 제품설계와 공정설계에서 유용하게 사용되는(Parameter design)

다구찌 실험계획법의 핵심이다 파라미터는 제품성능의 특성치에 영향을 주는 제어

가능한 인자 를 의미하며 파라미터 설계는 이들 인자들의 최적(Controllable factor)

수준을 정하여 주는 것을 말한다 파라미터를 설계변수 라고도 부 (Design variable)

르며 파라미터 설계에서는 제품의 품질변동이 잡음에 둔감하면서 목표품질을 가질

수 있도록 설계변수들의 최적조건을 구하여 준다 최적조건을 찾을 때 설계변수와

잡음을 주는 인자들을 포함시켜 실험하는 직교배열표 등을 주로 사용한다 이때 목

표 품질을 만족시키는 범위 내에서 가능한 한 비용이 적게 드는 조건이나 부품 등

을 이용한다

만약 신뢰성에 영향을 주는 제어 가능한 인자 에 대한 파라미터설계 A B C D

를 한다고 하자 는 수준 는 수준의 혼합수준 에 대한 설계 A B 4 C D 2 (Mixed level)

분석을 하려고 한다면 각 요인 변동의 계산을 표 과 같은 [ 71] L16(215형 직교배)

열표 를 사용하면 된다(Orthogonal Design)

에 대한 파라미터 설계조건으로는 내구성이 가장 좋은 최적의 설계 및 공정DA-2

조건을 구하여야 하므로 반응변수가 큰 값일수록 좋은 망대특성(Larger-the-better

에 대한 조건을 구하고 부품의 정특성 및 동특성에 대한 분석은 적characteristics)

정한 상호관계를 고려하여 별도의 실험을 행한다

- 63 -

표 다구찌 설계의 예[ 71]

- 64 -

제 절 시험데이터의 해석제 절 시험데이터의 해석제 절 시험데이터의 해석제 절 시험데이터의 해석2222

실험조건실험조건실험조건실험조건1111

제품의 신뢰성향상을 위해 지금까지 재료배합의 개선 형상개선 및 공정개선에

대한 각각의 과정을 설명하였으며 본 장에서는 관련된 여러 인자들을 동시에 고려

하여 최상의 품질특성을 나타낼 수 있는 최적인자수준의 결정에 대하여 설명하려고

한다 이는 인자들 간의 상호 작용이 상승 또는 보완작용을 할 수도 있고 반대로

서로 상극임을 나타낼 수 도 있기 때문이다

일반적으로 고무부싱의 개발에 적용되는 인자 는 다음과 같다(Factor)

ㆍㆍㆍㆍ경도 는 수요기업에서 제시하는 사양 에 따라 적정수(Hardness) (Specification)

준의 경도 도 도 도 도 를 적용하였으며 경험적으로 경도의 산포는(43 45 48 50 ) plusmn

정도이다2

ㆍㆍㆍㆍ각 부분의 모양이나 각도에 따라 고무 량에 영향을 미치게 되는 형상설계에

관해서는 내부 파이프 구배각도를(Inner pipe) 15deg~25deg로 하고 외부파이프 (Outer

의 접착부분을 로 하였으며 외경의 크기는pipe) 13mm~15mm

27mm~ 로 유지하였다278mm

ㆍㆍㆍㆍ공정설계는 가류시간을 로 하였다 가류 온도는240sec~600sec 150deg~180

로 하고 주변 온도에 영향을 받으므로 금형 표면온도는 항상 확인하였다 접착제

도포가 내구성에 영향을 주므로 접착제 두께는 으로 하고 접15micron~40micron

착제 배합조건은 로 하였다120cc~128cc

다구찌 설계에 의한 최적수준을 결정하기 위해 다른 인자는 고정시키고 경도 가

류시간 스웨징 인자에 대하여 표 와 같이 실험수준을 정하였다 [ 72]

- 65 -

표 실험인자 별 수준[ 72]

분석결과의 해석분석결과의 해석분석결과의 해석분석결과의 해석2222

실험결과의 해석은 다음과 같다

을 통해 표 의 실험조건을 입력하여 다구찌 설계를 생성한 결과MMITAB [ 72]

표 과 같은 실험조합을 얻었다 표 는 실험조합 별 시험결과 값이다[ 73] [ 74]

에서의 내구성에 대한 다구찌 설계해석의 결과는 표 의 신호 대Nominal load [ 75]

잡음비 비 평균 표준편차에 대한 반응표에 잘 나타나(SN Signal to noise ratio)

있다 그림 그림 은 비 평균 표준편차에 대한 반응 값을 도식한 [ 71]~[ 73] SN

것이다

표 의 신호 대 잡음비의 반응표를 보면 경도는 스웨징이나 가류시간에 비해[ 75]

반응변수 내구성 에 큰 영향을 미치고 있음을 보여준다 평균에 대한 반응표에서도( )

경도는 다른 인자들에 비해 반응변수의 평균에 크게 영향을 미치고 있음을 알 수

있다 표준편차 역시 경도의 수준 변화에 따라 차이가 가장 많음을 보여주고 있다

- 66 -

표 에 의한 다구찌 설계생성[ 73] MINITAB

- 67 -

표 실험조합 별 시험결과 데이터[ 74]

- 68 -

표 비 평균 표준편차에 대한 반응표[ 75] SN

신호 대 잡음 비에 대한 반응 표신호 대 잡음 비에 대한 반응 표신호 대 잡음 비에 대한 반응 표신호 대 잡음 비에 대한 반응 표

망대특성망대특성망대특성망대특성

평균에 대한 반응 표평균에 대한 반응 표평균에 대한 반응 표평균에 대한 반응 표

표준 편차에 대한 반응 표표준 편차에 대한 반응 표표준 편차에 대한 반응 표표준 편차에 대한 반응 표

- 69 -

그림 신호 대 잡음 비의 주효과도[ 71]

그림 인자수준별 평균의 주효과도[ 72]

그림 인자수준별 표준편차의 주효과도[ 73]

- 70 -

표 와 그림 에서 에서의 내구성 예측값을 가장 크게 하[ 75] [ 72] Nominal Load

는 것은 요인 수준의 조합이 일 때이다 품질 향상을 위해서는 정특성 동(4 2 2)

특성 값도 동시에 고려하여야 하므로 조합 조합 조합(4 2 2) (4 3 2) (4 1 2)

에 대한 예측 값을 함께 구하였다

표 은 에서의 내구성 예측값을 표 은 에[ 76] Nominal Load [ 77] Maximum Load

서의 내구성 예측값 표 은 정특성 예측값 표 는 에서의 동특성 예 [ 78] [ 79] 15Hz

측값 그리고 표 은 에서의 동특성 예측값을 보여주고 있다 [ 710] 150Hz Nominal

에서의 내구성 예측값은 조합 조합 조합에서 각Load (4 2 2) (4 3 2) (4 1 2)

각 목표값인 을 상회한 과170000 Cycle 178023 Cycle 174272 Cycle 175830

로서 조합일 때 더 높게 나타났다Cycle (4 2 2)

동배율은 예측 평균값을 기준으로 할 때 동배율은 조합에서는 에 (4 2 2) 15Hz

서 에서 이고 조합에서의110(1187691079) 150Hz 113(1215561079) (432)

동배율은 에서 에서15Hz 106(112856 106938) 150Hz 108(115769106938)

이며 조합에서의 동배율은 에서 에서 (412) 15Hz 108(118194 1094) 150Hz

이었다109(1195691094)

모델의 경우 수요기업에서 동배율 값이 적은 값을 요구하기 때문에DA-2 (kdks)

동배율을 고려하면 의 조합이 더 좋은 품질을 나타낸다고 할 수 있다(4 1 2)

- 71 -

표 에서의 내구성 예측값[ 76] Nominal Load

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 2 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 3 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 1 2

예측 값

신호 대

- 72 -

표 에서의 내구성 예측값[ 77] Maximum Load

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 2 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 3 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 1 2

신호 대

- 73 -

표 정특성 예측값[ 78]

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 2 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 3 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 1 2

신호 대

- 74 -

표 동특성 예측값[ 79] (15Hz)

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 2 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 3 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 1 2

신호 대

- 75 -

표 동특성 예측값[ 710] (150Hz)

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 2 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 3 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 1 2

신호 대

- 76 -

제 장 부품의 신뢰성성장관리제 장 부품의 신뢰성성장관리제 장 부품의 신뢰성성장관리제 장 부품의 신뢰성성장관리8888

제 절 신뢰성성장관리제 절 신뢰성성장관리제 절 신뢰성성장관리제 절 신뢰성성장관리1111

복잡하고 기술적인 제품의 개발 프로그램을 운영하는 데 있어서는 고객이 요구

하는 신뢰성 수준을 만족시키기 위하여 상당한 규모의 시간 예산 기술인력 등의

자원을 필요로 한다 고객들의 신뢰성 요구수준은 매우 높으므로 이러한 목표를 달

성하기 위하여 시험 개선 시험 개선의 개발과정을 반드시 거친다 이 과정에서 시- - -

스템 서브시스템 또는 모듈을 고장 날 때까지 시험하고 고장모드를 결정해서 이를

제거하기 위한 시도를 하거나 적어도 고장발생을 줄일 수 있는 시도를 하여 설계나

엔지니어링 개선을 이룬다 만약 이러한 과정이 계속되고 설계나 엔지니어링 변경

이 충분히 이루지면 시스템의 신뢰성은 증가한다 개발프로그램이 운영되는 동안

신뢰성 수준의 변화를 추적할 수 있다면 개발책임자로서는 여러 가지 이점이 있다

즉 목표하는 신뢰성 수준을 달성하기 위하여 충분한 비율로 성장하고 있는지의 여

부를 가능한 빠른 시간 내에 판단할 수 있고 그에 따라 필요한 자원을 적절히 배

분할 수 있다 따라서 개발책임자는 시험데이터로부터 현재 시스템의 신뢰성 수준

성장률의 평가 앞으로 기대되는 달성 가능한 수준을 결정하기를 원한다

신뢰성 성장관리 기술은 제품을 개발하는 데(Reliability growth management)

소요되는 많은 시간과 비용 및 엔지니어링 노력을 절감하면서 개념선택 제품과 공

정의 신뢰성 그리고 비용효율을 달성할 수 있도록 유용한 정보를 제공해 준다 군

사장비 자동차 및 전자 중장비개발 등에 적용된 최근의 신뢰성 성장시험 관리기술

은 각 분야의 경쟁적인 사업 환경 아래에서 제품개발을 효율적으로 조직하여 신뢰

성평가를 시작하고 신뢰성 성장과정을 추적할 수 있도록 해준다 신뢰성성장관리기

술은 제품 및 공정설계 관련사항 및 검증시험 항목들에 대하여 사용 환경에 따른

신뢰성 성장 진행과정을 확인하고 그 결과로부터 성장시험곡선을 개발할 수 있게

한다 또한 설계단계 사이의 여러 가지 관련성을 확인하여 관찰하고 그 정보를 다

른 제품보증분석들과 연결하여 고객 요구사항에 대한 제품의

- 77 -

적합도를 적절히 평가하는 데 도움을 준다

신뢰성성장모델은 가 개발한Crow(1975) AMSAA(Army Materiel Systems

모델이 많이 활용되었으나 이는 시스템 또는 서브시스템에서의Analysis Activity)

성장관리에 유용하고 부품수준에서는 모델을 활용하는 것이 더욱 실용적이 Weibull

다 모델은 목표 Weibull B10 수명에 대하여 초기 시작품 으로부터(Early Prototype)

후기 시작품 까지의 신뢰성 개선을 관리하는데 실용적으로 활용할(Later Prototype)

수 있다

신뢰성 성장시험 프로세스신뢰성 성장시험 프로세스신뢰성 성장시험 프로세스신뢰성 성장시험 프로세스1111

신뢰성 성장은 개발시스템에 대하여 여러 시험단계가 시리즈로 이루어지는 동안

고장모드를 발견하고 이를 개선하는 과정을 거쳐 이TAAF(Test Analyze And Fix)

루어진다 또한 기능시험 환경시험 안전시험의 결과는 신뢰성 향상을 위한 FMEA

등과 연계하여 사용된다 분석결과는 설계변경에 반영되고 최종목표가 달성될 때까

지 개선과 시험이 연속적으로 이루어진다 그림 은 일반적인 신뢰성 성장시험 [ 81]

프로세스를 보여준다 프로그램의 시작시점에 신뢰성 성장에 대한 계획을 수립하여

고객의 기대사항을 만족시킬 수 있는 성능수준에 대한 구체적인 측정치를 제시하

고 이 목적을 달성시킬 수 있는 시험조건을 정한다 시험조건은 특정한 부품이나

시스템에 대하여 고객의 사용방법과 환경에 대한 지식을 기초로 하여야 한다

개발프로젝트가 진행되는 동안 신뢰성 성장시험 프로그램이 개발되고 실행되는

과정에서 설계 및 공정의 관심사항을 확인하기 위해 QFD(Quality function

와 같은 제품보증을 위한 분석방법들이 선행되어 실시되는데 신뢰성deployment)

성장관리와 연계하여 이를 통틀어 통합 신뢰성 성장관리(Integrated reliability

라고 한다 신뢰성 성장관리를 포함한 제품설계평가의 모든growth management)

과정은 제품 공정의 신뢰성 향상에 있어 중요한 역할을 하는 제품보증기능의 한부

분이다

- 78 -

통합 신뢰성 성장시험관리 프로세스는 설계뿐 아니라 공정신뢰성(MIL-HDBK-781)

과 관련된 문제에 대응할 수 있도록 신뢰성 성장시험의 이점을 전적으로 활용할 수

있는 수단을 제공한다

신뢰성 성장관리과정을 개발함으로써 신뢰성 수준은 계속적으로 추적될 수 있고

조치를 취하고 다른 분석결과들과 비교되어 초기 신뢰성 예측을 수립하고 제품설

계에 포함된 확신을 증가시킨 후 검증시험에 들어갈 수 있도록 한다 이러한 신뢰

성 성장관리 프로세스는 제품개발 사이클에 있어서 초기 단계 동안에 신뢰성을 확

립하는 데 도움을 줄 수 있는 장치이다

그림 신뢰성성장시험 프로세스[ 81]

제품개발과정에 적용되는 신뢰성 성장시험관리 프로세스는 다음과 같다

신뢰성 성장시험조건을 결정하고 시험 사이클을 개발한다 ①

신뢰성 성장시험곡선의 사용을 통하여 시험과정을 실행하고 추적한다②

시험결과를 평가하고 다른 선행된 분석연구결과들과 비교한다③

확인된 결함을 제거하기 위해 설계변경을 실시한다④

- 79 -

설계검증시험을 준비한다⑤

신뢰성 성장시험의 주된 목적은 설계상의 약점을 확인하고 제거함으로써 설계의

신뢰성을 증가시키는 것이다 정확하게 신뢰성 수준이 변화되는 진행상황을 추적하

기 위해서는 요구사항에 대한 불합치성 을 확인하고 불합치성이(Nonconformance)

일어난 시간을 모두 추적하여야 한다 시험을 시작하기 전에 적절한 시정조치를 용

이하게 하기 위해 사전계획이 수립되어야 하며 고장분포를 결정하기 전에 각각의

고장부품에 대한 고장원인을 분리할 수 있어야 한다

부품의 개발과정에서 몇 개의 표본에 대한 고장시간 데이터가 있을 때 Weibull

분포를 활용한 신뢰성 성장분석에 대하여 설명하면 다음과 같다

가 분석의 개요가 분석의 개요가 분석의 개요가 분석의 개요

밀도함수는 그림 와 같이 특성 수명과 기울기로 고장시간Weibull [ 82] (Cycle

을 설명한다 작은 표본에 대한 고장시간 데이터가 주어졌을 때 분석Km) Weibull

을 사용하여 세 가지의 정보를 얻을 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ특정 시간이 주어졌을 때 등 부품의 신뢰도는 그 시간까지 살아 있(Cycle Km )

을 백분율이다

ㆍㆍㆍㆍ 또는 다른( 수명을 추정할 수 있다) 수명은 부품들 중 가 고장10

날 것이라고 기대되는 시간이다 즉 이 시간에서의 신뢰도는 이다 90

ㆍㆍㆍㆍ 기울기의 값은 고장률 패턴에 대한 정보를 제공해준다 기울기가Weibull 10

이라면 고장률이 일정하다는 것을 의미한다 이 경우 고장은 일반적으로 우연히

일어나며 고장률은 설계의 강건 정도에 따라 달라진다 기울기가 보다 작다면 1

고장률은 감소하고 있음을 의미한다

- 80 -

즉 높은 초기 고장률 을 말한다 기울기가 보다 크면 고장률은 증 (Infant mortality) 1

가하고 이는 마모 되고 있음을 의미한다(Wear-out)

그림 에 의한 부품의 신뢰성성장분석[ 82] Weibull 수명 비교

가장 많이 활용되는 측도는 수명이며 이것은 요구되는 목표 신뢰도가 임 90

을 의미한다 첫 번째 프로토타입이 고장 난다면 신뢰성 목표 달성을 위해 설계 변

경을 행하고 다음 프로토타입을 시험한다 이 과정은 목표 수명이 달성될 때까

지 반복한다

나 의이점나 의이점나 의이점나 의이점WeibullWeibullWeibullWeibull

부품의 개발과정에서 작은 표본에 대한 고장시간 자료가 주어졌을 때 Weibull

분석을 활용하여 신뢰성성장관리를 행하면 다음의 정보를 얻을 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ신뢰성 개선은 목표 수명이 달성될 때까지 하나의 프로토타입에

- 81 -

서 다음 프로토타입까지 추적할 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ신뢰성 개선은 시험한 프로토타입에 대해 타점으로 표현되고 빠르Weibull

게 방향을 파악하여 신뢰성 진전과정에 대한 양적 측면의 관리능력 향상을 그

래프로 확인할 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ컴포넌트를 고장 날 때까지 시험하는 것은 고장모드에 대한 아주 귀중한 정

보를 제공하고 따라서 시정조치 활동이 필요하다

ㆍㆍㆍㆍ많은 표본이 더 좋은 신뢰도를 얻을 수 있지만 분석은 많은 표본을Weibull

필요로 하지 않는다

ㆍㆍㆍㆍ고객의 운영 사용 사이클과 시험 모수의 관계가 알려져 있다면 더 빠르고( )

더 적은 비용으로 가속시험을 할 수도 있다

다 기본가정및제한다 기본가정및제한다 기본가정및제한다 기본가정및제한

ㆍㆍㆍㆍ각 분석에서 오직 하나의 고장모드만 포함되어야 한다 두 개나 그 이상의

고장 모드가 검출된다면 각각에 대해 분리하여 분석해야 한다

ㆍㆍㆍㆍ신뢰도는 시험 제한 한계 로 인해 년 마일까지 확장하여 외삽하면 안( ) 10 150K

된다 왜냐하면 시험 제한 한계 로 인해 다른 고장모드가 발생할 것인지 알 수 ( )

없기 때문이다

ㆍㆍㆍㆍ하나의 프로토타입에서 다음 프로토타입까지 기울기가 변하는 데는 특별히

주의를 하여야 한다 왜냐하면 초기 후기 수명에서 더 높은 신뢰도와 후기 초 ( ) (

기 수명에서 더 낮은 신뢰도의 할 수 도 있기 때문이다) trade-off

라 적용시기라 적용시기라 적용시기라 적용시기

ㆍㆍㆍㆍ수명의 비교는 엔지니어링 사양 이 특정한(Specification) 을 요구할 경

우 사용된다

ㆍㆍㆍㆍ이러한 접근방법은 고장시간 등 에 대하여 동일한 부품의(Cycle Km )

- 82 -

다른 시점에서의 프로토타입을 비교할 때 사용한다

ㆍㆍㆍㆍ신뢰성 목표가 달성될 때까지 계속한다

마 입력자료마 입력자료마 입력자료마 입력자료

ㆍㆍㆍㆍ프로토타입 의 몇 개 표본의 고장시간 등1 (Cycle Km )

ㆍㆍㆍㆍ프로토타입 의 몇 개 표본의 고장시간 등2 (Cycle Km )

⦙

ㆍㆍㆍㆍ마지막 프로토타입의 몇 개 표본의 고장시간 등(Cycle Km )

분석프로세스는 그림 과 같다[ 83]

프로세스프로세스프로세스프로세스 일반적 단계일반적 단계일반적 단계일반적 단계

Ⅰ 요구

또는 수명 결정

프로그램 신뢰성 목표 사용

고객의 운영 사용 프로파일 사용( )

시험 프로그램 적정시간 사용

Ⅱ 시험 프로그램 자료정보

확인과 데이터 수집초기 부품의 프로토타입

후기 부품의 프로토타입

Ⅲ 다른 프로토타입에 대한

누적고장 시간 또는 vs

거리 계산 및 타점

분석이 가능한 사용Weibull SW

가능한 가속수명시험 사용

Ⅳ 프로젝트 검토 시

현재 신뢰성 수준신뢰성 목표 적합성 결정

초기 경고 관련 정보 제공

개선을 위한 계획 정보 제공

그림 프로세스별 단계[ 83]

- 83 -

제 절 신뢰성성장 데이터분석제 절 신뢰성성장 데이터분석제 절 신뢰성성장 데이터분석제 절 신뢰성성장 데이터분석2222

초기 프로토타입 으로 부터 개의 표본을 정상하중 으(Prototype1) 6 (Nominal load)

로 고장 날 때까지 시험하고 고장모드를 기록하였다 여러 개선작업을 거친 후 후

기 프로토타입 으로부터 개의 표본을 고장 날 때까지 시험하고 고장모(Prototype2) 6

드를 기록하였다 시험 데이터는 표 에 주어져 있다 [ 81]

에 고장데이터를 입력하고 각 프로토타입 단계별로 용지에 결과MINITAB Weibull

를 타점한 결과 그림 와 같은 성장곡선이 생성되었다 [ 84] Weibull

정상하중 에서 의 평균수명 추정치는 이(Nominal load) Prototype1 127366Cycle

고 의 평균수명 추정치는 로서 의 개선을 이루었 Prototype2 176882 Cycle 389

음을 알 수 있었다 수명은 은 이었으나Prototype1 112668 Cycle Prototype2

의 수명은 로서 상당한 개선이 이루어졌음을 볼 수 있다168620 Cycle 수

명에 대한 신뢰하한은 로 추정되었다 따라서 정상부하에 의한95 162926 Cycle

시험데이터분석 결과 개선활동 재료배합개선 형상설계개선 공정개선 에 의하여 ( )

내구성 목표가 달성되었음을 알 수 있다

그림 는 에서의 신뢰구간을 보여주고 있다[ 85] Nominal load 90

최대하중 에서는 표 의 데이터 입력결과 그림 의 그래프를(Max load) [ 82] [ 86]

생성하였다 그래프로 부터 추정된 의 Prototype1 수명은 이고16362Cycle

의Prototype2 수명은 이다21850 Cycle 수명에 대한 신뢰하한추정치95

는 으로부터 로 계산된다MINITAB 20983 Cycle

의 수명과 의 수명이 다른 것은 개선 활동의 결과이Prototype1 Prototype2

- 84 -

며 에서 개선목표가 달성되었음을 알 수 있다 Prototype2

표 하중 고장시간[ 81] Nominal (Cycle)

Weibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth Curve

(Nominal Load)(Nominal Load)(Nominal Load)(Nominal Load)

그림 성장곡선[ 84] Weibull (Nominal load data)

- 85 -

Weibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth Curve

(Nominal Load-90 Cl)(Nominal Load-90 Cl)(Nominal Load-90 Cl)(Nominal Load-90 Cl)

그림 신뢰구간[ 85] Nominal Load90

- 86 -

표 하중 고장시간[ 82] Max (Cycle)

Weibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth Curve

(MaxLoad)(MaxLoad)(MaxLoad)(MaxLoad)

그림 성장곡선[ 86] Weibull (Max load data)

- 87 -

제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론9999

본 연구는 자동차현가장치인 고무부싱 의 신뢰성향상을 위한 기(Rubber bushing)

술개발과제이다 에나 인더스트리는 수출전문기업으로서 주요 경쟁사에 비해 고성

능 고내구성의 제품을 짧은 기간 내에 개발할 수 있는 능력을 갖추어야 해외 시장

에서 경쟁력을 가질 수 있다

본 연구개발에서는 수요기업에서 요구하는 GMUTS(General Motors Uniform

의 사양에 따른 시험을 실행하여 내구성을 목표 사이클 이상으Test Specification)

로 개선하고 정특성과 동특성 비틀림 토크를 개선항목으로 선정하여 제품의 품질

및 신뢰성 향상을 진행하였다

수요기업의 요구 수준에 의하면 내구성은 와 Tension Compress Alternating

가 동시에 일 때 일 때Torsion Stress Maximum Load 20000 Cycle Normal Load

을 요구한다 본 프로젝트의 경우 해외의 부품메이커들에 대한 경쟁150000 Cycle

력 우위를 확보하기 위하여 기본 요구 수준을 넘어 향상된 제품신뢰성을5~10

확보를 목표로 하였다 내구성 정특성 및 동특성에 대한 시험은 직접 행하였고 비

틀림토크에 대한 부분은 추가적인 시험장치가 필요하여 수요기업의 실험실에 샘플

을 제출하여 요구수준을 검증받았다

본 연구개발의 성과를 요약하면 다음과 같다

우선 기술적 효과로는

설계기술의 확보(1)

재료배합설계 형상설계 공정설계에 대한 기술을 확보하여 내구성을 비롯한 품

질특성을 향상시킬 수 있었다 종래에는 설계 개발 생산프로세스에서 경험적 방법

에 의존하여 시행착오가 많았으나 본 연구를 통하여 과학적이고 체계적인 방법으

로 접근할 수 있는 기술이 확보되었다

설계 요소의 기술적 배치를 위한 실험계획법의 활용기술 확보(2)

- 88 -

종전에는 고무 배합설계 형상설계 공정설계에 대하여 설계요인 별 수 (Facter)

준 을 무작위로 추출하여 실험하였으나 본 실험계획의 과정을 따르면 요인들(Level)

이 계획적으로 반영되어 품질특성에 각각 어느 정도의 영향을 미치는지 분석이 가

능하게 된다 또한 다구찌에 의한 강건 설계의 생성으로 산포를 줄일 수 있다

잠재적 고장원인 분석방법 기술 확보(3)

제품기능에 대한 잠재적 고장모드의 예측과 시험항목을 판단하고 최종적으로는 설

계검증 과 공정검증 의 세부항목과 효과적(Design verification) (Process verification)

으로 연계가 가능하다

신뢰성 데이터분석기술 확보(4)

부품의 개발과정에서 몇 개의 표본에 대한 고장시간 데이터가 있을 때 Weibull

분포를 활용한 신뢰성 성장분석이 가능하게 되었다 개발프로그램이 운영되는 동안

신뢰성 수준의 변화를 추적할 수 있어 목표하는 신뢰성 수준을 달성하기 위하여 충

분한 비율로 성장하고 있는지의 여부를 가능한 빠른 시간 내에 판단할 수 있고 그

에 따라 필요한 자원을 적절히 배분할 수 있다 따라서 개발책임자는 시험데이터로

부터 현재 시스템의 신뢰성 수준 성장률의 평가 앞으로 기대되는 달성 가능한 수

준에 대한 결정이 가능하다

경제적 측면의 효과로는

제품에 대한 내구성 및 동특성 정특성에 대하여 요구사양 이상으로 특성관리(1)

를 행할 수 있어 해외 부품메이커들에 대한 경쟁력 우위로 수출력을 향상할 수 있

게 되었다

개발기간을 단축할 수 있게 되어 개발비의 절감을 가져올 수 있게 되었다(2)

재료배합 형상설계 및 공정설계에 대한 기술개발의 표준 정립으로 개발 기간의 단

축이 가능하게 되었다

본 과제 결과를 활용하여 다른 방진제품에 대한 신뢰성 관리로 수출(3)

- 89 -

시장을 개척하여 신규거래처를 확보할 예정이다 신뢰성 데이터의 관리가 이루어져

제품수명에 대한 설득력 있는 자료의 제시가 가능하게 되었다

향후 연구계획으로는

고무부싱부품의 특성상 내구성만의 개선이 최선이 아니고 정특성과 동특성을 일

정수준으로 동시에 고려하여야 한다 따라서 이 부분에 대한 동시적인 실험설계가

시스템화 되도록 추가적인 연구가 요구된다

- 90 -

참고문헌참고문헌참고문헌참고문헌[ ][ ][ ][ ]

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- 96 -

주 의

이 보고서는 산업자원부에서 시행한 부품소재종합기술지원사업의 최1

종보고서이다

이 신뢰성기반기술확산사업 내용을 대외적으로 발표할 때에는 반드시2

산업자원부에서 시행한 부품소재신뢰성기반기술 사업의 지원결과임을

밝혀야 한다

- 97 -

이 보고서는 산업자원부에서 시행한

부품소재 신뢰성기반기술확산사업의 최종보고서이다

- 50 -

그림 구배각도[ 55]

그림 은 본 제품의 특성 요구 사항을 그림으로 표시한 것으로 고무부싱은[ 56]

및 의 외력에 대하여 적절하게 대응할 수 있도록 설계되어야 한다 부싱 종류F1 F2

의 경우 일반적으로 고무 제품의 유연함과 동배율 개선을 위하여 저경도의 고무를

적용하는 경우가 많은데 이 경우에는 외력에 대한 특성이 상대적으로 취약하게F1

나타나게 된다 이러한 취약점을 보완하기 위하여 본 연구에서는 그림 과 같 [ 57]

이 제품이 허용하는 범위 내에서 내철의 구배를 변화 시킨 후 실험데이터의 분석을

통해 성능 개선 방안을 찾고자 하였다

그림 부싱의 외력[ 56]

그림 의 의 경우는 구배를 주지 않은 경우이며 의 경우는 구배를 준[ 57] (a) (b)

경우를 표시하고 있다

- 51 -

의 경우 외력에 의하여 발생하는 반발력 은 순수한 고무 특성에 의해서(a) F1 Fr1

만 나타나게 된다 이러한 경우 저경도의 고무을 적용하였을 때 의 크기가 미미 Fr1

하여 적절한 특성을 발휘하지 못하게 된다

의 경우와 같이 내철에 구배를 주게 되면 의 외력에 대하여 구배가 들어간(b) F1

부분 에 의한 반발력 함께 가 생성되어 상대적으로 에 대한 저항력이 커Fr3 Fr2 F1

짐으로써 성능을 향상 시킬 수 있게 된다

그림 구배각도의 적용에 따른 차이 단면[ 57] ( )

그림 구배각도의 적용에 따른 차이 입체[ 58] ( )

- 52 -

제 장 도포공정개선제 장 도포공정개선제 장 도포공정개선제 장 도포공정개선6666

고무부싱의 내구성 향상을 위하여 필수적으로 관리하여야 할 공정이 도포공정이

다 도포공정은 접착의 원리에서부터 접착의 구조 접착의 강도 피착재의 표면처리

법 및 접착제 사용법 등 접착에 관한 전반적인 기술을 공정에 효율적으로 적용하여

야 한다

고무와 금속과의 접착력이란 접착제와 피착제 사이의 계면 결합력을 의미하며 접

착강도는 시험방법 접착방법 시험시의 조건 시편의 기하학 등 여러 인자에 의해

영향을 받는다 접착파괴는 접착제의 가장 약한 곳에서 일어나며 접착강도는 여러

가지 측정법에 따라 고유강도 잔류강도 측정강도 등과 같이 다르게 표현된다 고

무부싱의 접착구조는 그림 과 같다[ 61]

그림 접착의 구조[ 61]

프라이머 는 피착제 표면과의 친화성이나 접착제와의 상용성이 뛰어나야(Primer)

하고 동시에 접착 저해물과의 상용성도 높아야 한다 또 프라이머 중의 유효성분

쪽이 피착제 표면에 흡착되어 있는 저해성분보다 피착제에 의하여 안정하게 흡착되

어 있는 것이 중요하다 따라서 프라이머는

- 53 -

충분한 교반 균일하고 엷은 도포 그리고 완전한 건조가 이루어져야 한다 이러한

도포공정은 피착제의 모앙에 따라 달라진다

열경화성 접착제의 대부분은 유기 중합물과 각종 충진제를 유기용제에 용해 분산

시킨 것으로 사용전이나 사용 중에도 교반기 등으로 균일하게 용해 분산시킨 접착

제를 사용하는 것이 중요하다 따라서 의 도포 공정은 그림 와 같이 교 DA-2 [ 62]

반기를 추가 설치하여 공정 개선을 실시하였다

그림 설치한 교반기[ 62]

또한 피착제의 균일한 도포를 위해 롤타입의 코팅기에 기존 페인트용 롤러에서

그림 에서와 같이 융을 말아 롤러 도포하는 형태로 개선을 실시하여 코팅의[ 415]

두께 정밀도를 향상시켰다

- 54 -

그림 변경된 롤러 모양[ 63]

접착 재료를 프라이머 에서 변경하여 사용함CHEMLOK 220 252 CHEMLOK 205

으로써 접착력을 향상시켰는데 는 금속 및 경길대료의 프라이머로CHEMLOK 205

사용되며 또한 같은 극성고무에 단독으로 접착이 가능하다 NBR

방식의 경우 의 특징을 살펴보면TWO Coat CHEMLOK 205

ㆍㆍㆍㆍ 접착제의 금속 표면에서의 접착강도를 향상시킬 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ 기계적 표면처리 후 활성화된 금속표면을 산화작용으로부터 보호하며 녹방

지 도료적 역할을 한다

ㆍㆍㆍㆍ 크로로프렌이나 에피크로로히드린고무와 같은 가류 중에 염소가스를 발생

시 켜 금속표면을 부식시키기 쉬운 고무배합에 대하여 유효하게 적용된다 프

라 이머는 충분한 교반 균일하고 엷은 도포 그리고 완전한 건조가 이루어져

야 접착성이 뛰어나게 된다

도포공정 개선 전후의 효과는 그림 그림 의 도포두께 비교[ 64]~[ 67] Cpk

를 통해서도 알 수 있다DATA

아래 그림 는 도포공정의 개선전[ 64] 관리도의 그래프를 나타낸

- 55 -

것으로 관리도는 평균치와 범위에 관한 계량형 관리도에서 가장 많이 사용되

는 관리도의 하나이다 관리도는 평균치의 변화를 관리하는 관리도와 산포의

변화를 관리하는 관리도로 구성된다 관리도의 중심선(Central Line) CL=로 나

타내며 관리 상한선 은(Upper Control Limit) UCL= 로 관리하한선인 (Lower

의 경우Control Limit) LCL=

로 구한다

관리도의 관리선의 경우 중심선 관리상한선 UCL= 관리하한선 LCL

의 경우 로 구한다

여기서 등의 계수는 샘플의 크기인 에 따라 결정 되며 일 경우=4

=0729 =0 이다=2282

그림 에서[ 64] 이며=273410 관리도의 로 나타났UCL=307994 LCL=238826

다

관리도의 은CL 이며 이다=4744 UCL=1082581

- 56 -

그림 도포공정 개선전[ 64] 관리도

한편 그림 는 도포공정 개선 전의 경우에 대하여 지정된 규격의 공정능력 [ 65]

지수를 나타낸 것으로서 단기공정능력지수( 와 장기공정능력지수) ( 를 나타낸)

다 단기공정능력지수는 공정능력 ( 과 규격의 폭) ( 과의 비율을 의미하며 일반적)

으로 로 표시한다 규격은 그림 에서처럼 양쪽규격이 모두 주어진 경우 공 [ 65]

정 능력 지수는 다음과 같이 계산할 수 있다

공정 능력

로 나타내고 만약 공정 평균이 규격의 중심으로부터 어느

한쪽으로 치우쳐 있게 되는 경우 치우침도( 와) 를 조합한 단기공정능력지수

( 로 나타낸다 즉)

- 57 -

장기공정능력지수( 의 계산은)

으로서 이다

따라서 그림 에 나타난 것처럼 개선전의 공정능력은[ 65] =17854 =08458

으로서 장기 공정에 대해 만족스럽지 못한 값을 나타내고 있다

그림 도포공정 개선전 공정능력 분석그래프[ 65]

- 58 -

그러나 공정개선후의 관리도인 그림 을 살펴보면[ 66] 이며=28196 관리

도의 이고UCL=300418 LCL=263502 관리도의 은CL 로=2532 UCL=51418

나타난다

그림 도포공정 개선후[ 66] 관리도

- 59 -

개선 후에는 그림 로부터 알 수 있듯이 단기공정능력은[ 67] 으로서=31966

인 장기 공정에 대해 안정적인 것을 확인할 수 있어 도포공정 개선에=23275

대한 효과가 있음을 알 수 있다

그림 정 개선 후 공정능력 분석그래프[ 67]

또한 도포공정의 두께관리를 강화하기 위하여 작업자 교육 및 샘플링 두께 측정

검사를 통해 지속적인 모니터링을 실시하고 공정별 온도관리 및 시간 관리를 통해

작업 환경 유지관리 강화로 변함없는 품질의 제품을 생산하도록 하였다 그림 [

은 롤 코팅 공정이다68] (Roll coating)

- 60 -

그림 롤 코팅 공정[ 68] (Roll coating)

- 61 -

제 장 최적수준 결정을 위한 파라미터 설계제 장 최적수준 결정을 위한 파라미터 설계제 장 최적수준 결정을 위한 파라미터 설계제 장 최적수준 결정을 위한 파라미터 설계7777

제 절 실험계획법에 의한 유의인자 결정제 절 실험계획법에 의한 유의인자 결정제 절 실험계획법에 의한 유의인자 결정제 절 실험계획법에 의한 유의인자 결정1111

재료설계 형상설계 및 공정설계에 대한 최적조건의 결정은 부품의 품질 특성에

대한 사양 을 만족시켜야 할 뿐 아니라 생산부품 간 품질의 산포를(Specification)

최대한 줄여야 한다 의 최적설계를 위해 다구찌 기법 을 적 DA-2 (Taguchi method)

용하였다

다구찌의 강건설계 는 인자 가 품질 특성의 평균에 대해(Robust design) (Factor)

가지는 효과뿐만 아니라 분산에 미치는 효과에 대해서도 초점을 맞추고 있다 분산

을 줄일 수 있는 통제 가능한 인자에 대한 조건을 설정하여 품질특성이 통제 불가

능한 인자의 변화에 대해서는 둔감하도록 할 수 있다 강건설계의 주목적은 품질특

성의 목표값을 유지하면서 분산을 줄이는 인자에 대해 설치값 을 발견하는 (Setting)

데 있다

다구찌 설계에 의한 실험계획법은 특히 확장된 역할로서 다음의 몇 가지를 들 수

있다

ㆍㆍㆍㆍ종래에는 제어 불가능한 환경조건이나 제어하기 어려운 생산조건 공정조건

등의 원인 이를 잡음인자로 통칭 들이 데이터에 주는 영향의 정도를 평가하기 어려( )

웠으나 객관적으로 그리고 계량적으로 이를 평가할 수 있는 방법을 제시하고 있

다 또한 품질 산포의 크기를 계량특성치 손실함수 비 등 로 변환하여 산포를 ( SN )

작게 하는 인자들의 조건을 찾아가는 강건설계를 사용한다

ㆍㆍㆍㆍ직교배열표를 광범위하게 사용하여 인자의 수가 많은 경우에도 크게 실험횟

수를 증가시키지 않고 실험하는 일부 실시법을 사용한다

ㆍㆍㆍㆍ생산라인 내 뿐만 아니라 신제품 개발을 위한 품질설계 파라미터(On-line)

설계 허용오차 설계 등의 라인 외 품질관리를 위하여 유용하게 사용할 (Off-line)

수 있다

ㆍㆍㆍㆍ다구찌 방법에서 추가적으로 다룰 수 있는 주요한 것들로는 직교배열

- 62 -

표의 확대사용 수준계의 표준 직교배열표 이외에 확대 응용 혼합 직교배열표(2 3

의 사용과 조합법의 사용 계량치 데이터의 파라미터 설계 허용차 설계 그리고)

계수치 데이터의 파라미터 설계 동적 특성의 파라미터 설계 등을 들 수 있다

파라미터 설계 는 제품설계와 공정설계에서 유용하게 사용되는(Parameter design)

다구찌 실험계획법의 핵심이다 파라미터는 제품성능의 특성치에 영향을 주는 제어

가능한 인자 를 의미하며 파라미터 설계는 이들 인자들의 최적(Controllable factor)

수준을 정하여 주는 것을 말한다 파라미터를 설계변수 라고도 부 (Design variable)

르며 파라미터 설계에서는 제품의 품질변동이 잡음에 둔감하면서 목표품질을 가질

수 있도록 설계변수들의 최적조건을 구하여 준다 최적조건을 찾을 때 설계변수와

잡음을 주는 인자들을 포함시켜 실험하는 직교배열표 등을 주로 사용한다 이때 목

표 품질을 만족시키는 범위 내에서 가능한 한 비용이 적게 드는 조건이나 부품 등

을 이용한다

만약 신뢰성에 영향을 주는 제어 가능한 인자 에 대한 파라미터설계 A B C D

를 한다고 하자 는 수준 는 수준의 혼합수준 에 대한 설계 A B 4 C D 2 (Mixed level)

분석을 하려고 한다면 각 요인 변동의 계산을 표 과 같은 [ 71] L16(215형 직교배)

열표 를 사용하면 된다(Orthogonal Design)

에 대한 파라미터 설계조건으로는 내구성이 가장 좋은 최적의 설계 및 공정DA-2

조건을 구하여야 하므로 반응변수가 큰 값일수록 좋은 망대특성(Larger-the-better

에 대한 조건을 구하고 부품의 정특성 및 동특성에 대한 분석은 적characteristics)

정한 상호관계를 고려하여 별도의 실험을 행한다

- 63 -

표 다구찌 설계의 예[ 71]

- 64 -

제 절 시험데이터의 해석제 절 시험데이터의 해석제 절 시험데이터의 해석제 절 시험데이터의 해석2222

실험조건실험조건실험조건실험조건1111

제품의 신뢰성향상을 위해 지금까지 재료배합의 개선 형상개선 및 공정개선에

대한 각각의 과정을 설명하였으며 본 장에서는 관련된 여러 인자들을 동시에 고려

하여 최상의 품질특성을 나타낼 수 있는 최적인자수준의 결정에 대하여 설명하려고

한다 이는 인자들 간의 상호 작용이 상승 또는 보완작용을 할 수도 있고 반대로

서로 상극임을 나타낼 수 도 있기 때문이다

일반적으로 고무부싱의 개발에 적용되는 인자 는 다음과 같다(Factor)

ㆍㆍㆍㆍ경도 는 수요기업에서 제시하는 사양 에 따라 적정수(Hardness) (Specification)

준의 경도 도 도 도 도 를 적용하였으며 경험적으로 경도의 산포는(43 45 48 50 ) plusmn

정도이다2

ㆍㆍㆍㆍ각 부분의 모양이나 각도에 따라 고무 량에 영향을 미치게 되는 형상설계에

관해서는 내부 파이프 구배각도를(Inner pipe) 15deg~25deg로 하고 외부파이프 (Outer

의 접착부분을 로 하였으며 외경의 크기는pipe) 13mm~15mm

27mm~ 로 유지하였다278mm

ㆍㆍㆍㆍ공정설계는 가류시간을 로 하였다 가류 온도는240sec~600sec 150deg~180

로 하고 주변 온도에 영향을 받으므로 금형 표면온도는 항상 확인하였다 접착제

도포가 내구성에 영향을 주므로 접착제 두께는 으로 하고 접15micron~40micron

착제 배합조건은 로 하였다120cc~128cc

다구찌 설계에 의한 최적수준을 결정하기 위해 다른 인자는 고정시키고 경도 가

류시간 스웨징 인자에 대하여 표 와 같이 실험수준을 정하였다 [ 72]

- 65 -

표 실험인자 별 수준[ 72]

분석결과의 해석분석결과의 해석분석결과의 해석분석결과의 해석2222

실험결과의 해석은 다음과 같다

을 통해 표 의 실험조건을 입력하여 다구찌 설계를 생성한 결과MMITAB [ 72]

표 과 같은 실험조합을 얻었다 표 는 실험조합 별 시험결과 값이다[ 73] [ 74]

에서의 내구성에 대한 다구찌 설계해석의 결과는 표 의 신호 대Nominal load [ 75]

잡음비 비 평균 표준편차에 대한 반응표에 잘 나타나(SN Signal to noise ratio)

있다 그림 그림 은 비 평균 표준편차에 대한 반응 값을 도식한 [ 71]~[ 73] SN

것이다

표 의 신호 대 잡음비의 반응표를 보면 경도는 스웨징이나 가류시간에 비해[ 75]

반응변수 내구성 에 큰 영향을 미치고 있음을 보여준다 평균에 대한 반응표에서도( )

경도는 다른 인자들에 비해 반응변수의 평균에 크게 영향을 미치고 있음을 알 수

있다 표준편차 역시 경도의 수준 변화에 따라 차이가 가장 많음을 보여주고 있다

- 66 -

표 에 의한 다구찌 설계생성[ 73] MINITAB

- 67 -

표 실험조합 별 시험결과 데이터[ 74]

- 68 -

표 비 평균 표준편차에 대한 반응표[ 75] SN

신호 대 잡음 비에 대한 반응 표신호 대 잡음 비에 대한 반응 표신호 대 잡음 비에 대한 반응 표신호 대 잡음 비에 대한 반응 표

망대특성망대특성망대특성망대특성

평균에 대한 반응 표평균에 대한 반응 표평균에 대한 반응 표평균에 대한 반응 표

표준 편차에 대한 반응 표표준 편차에 대한 반응 표표준 편차에 대한 반응 표표준 편차에 대한 반응 표

- 69 -

그림 신호 대 잡음 비의 주효과도[ 71]

그림 인자수준별 평균의 주효과도[ 72]

그림 인자수준별 표준편차의 주효과도[ 73]

- 70 -

표 와 그림 에서 에서의 내구성 예측값을 가장 크게 하[ 75] [ 72] Nominal Load

는 것은 요인 수준의 조합이 일 때이다 품질 향상을 위해서는 정특성 동(4 2 2)

특성 값도 동시에 고려하여야 하므로 조합 조합 조합(4 2 2) (4 3 2) (4 1 2)

에 대한 예측 값을 함께 구하였다

표 은 에서의 내구성 예측값을 표 은 에[ 76] Nominal Load [ 77] Maximum Load

서의 내구성 예측값 표 은 정특성 예측값 표 는 에서의 동특성 예 [ 78] [ 79] 15Hz

측값 그리고 표 은 에서의 동특성 예측값을 보여주고 있다 [ 710] 150Hz Nominal

에서의 내구성 예측값은 조합 조합 조합에서 각Load (4 2 2) (4 3 2) (4 1 2)

각 목표값인 을 상회한 과170000 Cycle 178023 Cycle 174272 Cycle 175830

로서 조합일 때 더 높게 나타났다Cycle (4 2 2)

동배율은 예측 평균값을 기준으로 할 때 동배율은 조합에서는 에 (4 2 2) 15Hz

서 에서 이고 조합에서의110(1187691079) 150Hz 113(1215561079) (432)

동배율은 에서 에서15Hz 106(112856 106938) 150Hz 108(115769106938)

이며 조합에서의 동배율은 에서 에서 (412) 15Hz 108(118194 1094) 150Hz

이었다109(1195691094)

모델의 경우 수요기업에서 동배율 값이 적은 값을 요구하기 때문에DA-2 (kdks)

동배율을 고려하면 의 조합이 더 좋은 품질을 나타낸다고 할 수 있다(4 1 2)

- 71 -

표 에서의 내구성 예측값[ 76] Nominal Load

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 2 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 3 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 1 2

예측 값

신호 대

- 72 -

표 에서의 내구성 예측값[ 77] Maximum Load

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 2 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 3 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 1 2

신호 대

- 73 -

표 정특성 예측값[ 78]

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 2 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 3 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 1 2

신호 대

- 74 -

표 동특성 예측값[ 79] (15Hz)

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 2 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 3 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 1 2

신호 대

- 75 -

표 동특성 예측값[ 710] (150Hz)

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 2 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 3 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 1 2

신호 대

- 76 -

제 장 부품의 신뢰성성장관리제 장 부품의 신뢰성성장관리제 장 부품의 신뢰성성장관리제 장 부품의 신뢰성성장관리8888

제 절 신뢰성성장관리제 절 신뢰성성장관리제 절 신뢰성성장관리제 절 신뢰성성장관리1111

복잡하고 기술적인 제품의 개발 프로그램을 운영하는 데 있어서는 고객이 요구

하는 신뢰성 수준을 만족시키기 위하여 상당한 규모의 시간 예산 기술인력 등의

자원을 필요로 한다 고객들의 신뢰성 요구수준은 매우 높으므로 이러한 목표를 달

성하기 위하여 시험 개선 시험 개선의 개발과정을 반드시 거친다 이 과정에서 시- - -

스템 서브시스템 또는 모듈을 고장 날 때까지 시험하고 고장모드를 결정해서 이를

제거하기 위한 시도를 하거나 적어도 고장발생을 줄일 수 있는 시도를 하여 설계나

엔지니어링 개선을 이룬다 만약 이러한 과정이 계속되고 설계나 엔지니어링 변경

이 충분히 이루지면 시스템의 신뢰성은 증가한다 개발프로그램이 운영되는 동안

신뢰성 수준의 변화를 추적할 수 있다면 개발책임자로서는 여러 가지 이점이 있다

즉 목표하는 신뢰성 수준을 달성하기 위하여 충분한 비율로 성장하고 있는지의 여

부를 가능한 빠른 시간 내에 판단할 수 있고 그에 따라 필요한 자원을 적절히 배

분할 수 있다 따라서 개발책임자는 시험데이터로부터 현재 시스템의 신뢰성 수준

성장률의 평가 앞으로 기대되는 달성 가능한 수준을 결정하기를 원한다

신뢰성 성장관리 기술은 제품을 개발하는 데(Reliability growth management)

소요되는 많은 시간과 비용 및 엔지니어링 노력을 절감하면서 개념선택 제품과 공

정의 신뢰성 그리고 비용효율을 달성할 수 있도록 유용한 정보를 제공해 준다 군

사장비 자동차 및 전자 중장비개발 등에 적용된 최근의 신뢰성 성장시험 관리기술

은 각 분야의 경쟁적인 사업 환경 아래에서 제품개발을 효율적으로 조직하여 신뢰

성평가를 시작하고 신뢰성 성장과정을 추적할 수 있도록 해준다 신뢰성성장관리기

술은 제품 및 공정설계 관련사항 및 검증시험 항목들에 대하여 사용 환경에 따른

신뢰성 성장 진행과정을 확인하고 그 결과로부터 성장시험곡선을 개발할 수 있게

한다 또한 설계단계 사이의 여러 가지 관련성을 확인하여 관찰하고 그 정보를 다

른 제품보증분석들과 연결하여 고객 요구사항에 대한 제품의

- 77 -

적합도를 적절히 평가하는 데 도움을 준다

신뢰성성장모델은 가 개발한Crow(1975) AMSAA(Army Materiel Systems

모델이 많이 활용되었으나 이는 시스템 또는 서브시스템에서의Analysis Activity)

성장관리에 유용하고 부품수준에서는 모델을 활용하는 것이 더욱 실용적이 Weibull

다 모델은 목표 Weibull B10 수명에 대하여 초기 시작품 으로부터(Early Prototype)

후기 시작품 까지의 신뢰성 개선을 관리하는데 실용적으로 활용할(Later Prototype)

수 있다

신뢰성 성장시험 프로세스신뢰성 성장시험 프로세스신뢰성 성장시험 프로세스신뢰성 성장시험 프로세스1111

신뢰성 성장은 개발시스템에 대하여 여러 시험단계가 시리즈로 이루어지는 동안

고장모드를 발견하고 이를 개선하는 과정을 거쳐 이TAAF(Test Analyze And Fix)

루어진다 또한 기능시험 환경시험 안전시험의 결과는 신뢰성 향상을 위한 FMEA

등과 연계하여 사용된다 분석결과는 설계변경에 반영되고 최종목표가 달성될 때까

지 개선과 시험이 연속적으로 이루어진다 그림 은 일반적인 신뢰성 성장시험 [ 81]

프로세스를 보여준다 프로그램의 시작시점에 신뢰성 성장에 대한 계획을 수립하여

고객의 기대사항을 만족시킬 수 있는 성능수준에 대한 구체적인 측정치를 제시하

고 이 목적을 달성시킬 수 있는 시험조건을 정한다 시험조건은 특정한 부품이나

시스템에 대하여 고객의 사용방법과 환경에 대한 지식을 기초로 하여야 한다

개발프로젝트가 진행되는 동안 신뢰성 성장시험 프로그램이 개발되고 실행되는

과정에서 설계 및 공정의 관심사항을 확인하기 위해 QFD(Quality function

와 같은 제품보증을 위한 분석방법들이 선행되어 실시되는데 신뢰성deployment)

성장관리와 연계하여 이를 통틀어 통합 신뢰성 성장관리(Integrated reliability

라고 한다 신뢰성 성장관리를 포함한 제품설계평가의 모든growth management)

과정은 제품 공정의 신뢰성 향상에 있어 중요한 역할을 하는 제품보증기능의 한부

분이다

- 78 -

통합 신뢰성 성장시험관리 프로세스는 설계뿐 아니라 공정신뢰성(MIL-HDBK-781)

과 관련된 문제에 대응할 수 있도록 신뢰성 성장시험의 이점을 전적으로 활용할 수

있는 수단을 제공한다

신뢰성 성장관리과정을 개발함으로써 신뢰성 수준은 계속적으로 추적될 수 있고

조치를 취하고 다른 분석결과들과 비교되어 초기 신뢰성 예측을 수립하고 제품설

계에 포함된 확신을 증가시킨 후 검증시험에 들어갈 수 있도록 한다 이러한 신뢰

성 성장관리 프로세스는 제품개발 사이클에 있어서 초기 단계 동안에 신뢰성을 확

립하는 데 도움을 줄 수 있는 장치이다

그림 신뢰성성장시험 프로세스[ 81]

제품개발과정에 적용되는 신뢰성 성장시험관리 프로세스는 다음과 같다

신뢰성 성장시험조건을 결정하고 시험 사이클을 개발한다 ①

신뢰성 성장시험곡선의 사용을 통하여 시험과정을 실행하고 추적한다②

시험결과를 평가하고 다른 선행된 분석연구결과들과 비교한다③

확인된 결함을 제거하기 위해 설계변경을 실시한다④

- 79 -

설계검증시험을 준비한다⑤

신뢰성 성장시험의 주된 목적은 설계상의 약점을 확인하고 제거함으로써 설계의

신뢰성을 증가시키는 것이다 정확하게 신뢰성 수준이 변화되는 진행상황을 추적하

기 위해서는 요구사항에 대한 불합치성 을 확인하고 불합치성이(Nonconformance)

일어난 시간을 모두 추적하여야 한다 시험을 시작하기 전에 적절한 시정조치를 용

이하게 하기 위해 사전계획이 수립되어야 하며 고장분포를 결정하기 전에 각각의

고장부품에 대한 고장원인을 분리할 수 있어야 한다

부품의 개발과정에서 몇 개의 표본에 대한 고장시간 데이터가 있을 때 Weibull

분포를 활용한 신뢰성 성장분석에 대하여 설명하면 다음과 같다

가 분석의 개요가 분석의 개요가 분석의 개요가 분석의 개요

밀도함수는 그림 와 같이 특성 수명과 기울기로 고장시간Weibull [ 82] (Cycle

을 설명한다 작은 표본에 대한 고장시간 데이터가 주어졌을 때 분석Km) Weibull

을 사용하여 세 가지의 정보를 얻을 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ특정 시간이 주어졌을 때 등 부품의 신뢰도는 그 시간까지 살아 있(Cycle Km )

을 백분율이다

ㆍㆍㆍㆍ 또는 다른( 수명을 추정할 수 있다) 수명은 부품들 중 가 고장10

날 것이라고 기대되는 시간이다 즉 이 시간에서의 신뢰도는 이다 90

ㆍㆍㆍㆍ 기울기의 값은 고장률 패턴에 대한 정보를 제공해준다 기울기가Weibull 10

이라면 고장률이 일정하다는 것을 의미한다 이 경우 고장은 일반적으로 우연히

일어나며 고장률은 설계의 강건 정도에 따라 달라진다 기울기가 보다 작다면 1

고장률은 감소하고 있음을 의미한다

- 80 -

즉 높은 초기 고장률 을 말한다 기울기가 보다 크면 고장률은 증 (Infant mortality) 1

가하고 이는 마모 되고 있음을 의미한다(Wear-out)

그림 에 의한 부품의 신뢰성성장분석[ 82] Weibull 수명 비교

가장 많이 활용되는 측도는 수명이며 이것은 요구되는 목표 신뢰도가 임 90

을 의미한다 첫 번째 프로토타입이 고장 난다면 신뢰성 목표 달성을 위해 설계 변

경을 행하고 다음 프로토타입을 시험한다 이 과정은 목표 수명이 달성될 때까

지 반복한다

나 의이점나 의이점나 의이점나 의이점WeibullWeibullWeibullWeibull

부품의 개발과정에서 작은 표본에 대한 고장시간 자료가 주어졌을 때 Weibull

분석을 활용하여 신뢰성성장관리를 행하면 다음의 정보를 얻을 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ신뢰성 개선은 목표 수명이 달성될 때까지 하나의 프로토타입에

- 81 -

서 다음 프로토타입까지 추적할 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ신뢰성 개선은 시험한 프로토타입에 대해 타점으로 표현되고 빠르Weibull

게 방향을 파악하여 신뢰성 진전과정에 대한 양적 측면의 관리능력 향상을 그

래프로 확인할 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ컴포넌트를 고장 날 때까지 시험하는 것은 고장모드에 대한 아주 귀중한 정

보를 제공하고 따라서 시정조치 활동이 필요하다

ㆍㆍㆍㆍ많은 표본이 더 좋은 신뢰도를 얻을 수 있지만 분석은 많은 표본을Weibull

필요로 하지 않는다

ㆍㆍㆍㆍ고객의 운영 사용 사이클과 시험 모수의 관계가 알려져 있다면 더 빠르고( )

더 적은 비용으로 가속시험을 할 수도 있다

다 기본가정및제한다 기본가정및제한다 기본가정및제한다 기본가정및제한

ㆍㆍㆍㆍ각 분석에서 오직 하나의 고장모드만 포함되어야 한다 두 개나 그 이상의

고장 모드가 검출된다면 각각에 대해 분리하여 분석해야 한다

ㆍㆍㆍㆍ신뢰도는 시험 제한 한계 로 인해 년 마일까지 확장하여 외삽하면 안( ) 10 150K

된다 왜냐하면 시험 제한 한계 로 인해 다른 고장모드가 발생할 것인지 알 수 ( )

없기 때문이다

ㆍㆍㆍㆍ하나의 프로토타입에서 다음 프로토타입까지 기울기가 변하는 데는 특별히

주의를 하여야 한다 왜냐하면 초기 후기 수명에서 더 높은 신뢰도와 후기 초 ( ) (

기 수명에서 더 낮은 신뢰도의 할 수 도 있기 때문이다) trade-off

라 적용시기라 적용시기라 적용시기라 적용시기

ㆍㆍㆍㆍ수명의 비교는 엔지니어링 사양 이 특정한(Specification) 을 요구할 경

우 사용된다

ㆍㆍㆍㆍ이러한 접근방법은 고장시간 등 에 대하여 동일한 부품의(Cycle Km )

- 82 -

다른 시점에서의 프로토타입을 비교할 때 사용한다

ㆍㆍㆍㆍ신뢰성 목표가 달성될 때까지 계속한다

마 입력자료마 입력자료마 입력자료마 입력자료

ㆍㆍㆍㆍ프로토타입 의 몇 개 표본의 고장시간 등1 (Cycle Km )

ㆍㆍㆍㆍ프로토타입 의 몇 개 표본의 고장시간 등2 (Cycle Km )

⦙

ㆍㆍㆍㆍ마지막 프로토타입의 몇 개 표본의 고장시간 등(Cycle Km )

분석프로세스는 그림 과 같다[ 83]

프로세스프로세스프로세스프로세스 일반적 단계일반적 단계일반적 단계일반적 단계

Ⅰ 요구

또는 수명 결정

프로그램 신뢰성 목표 사용

고객의 운영 사용 프로파일 사용( )

시험 프로그램 적정시간 사용

Ⅱ 시험 프로그램 자료정보

확인과 데이터 수집초기 부품의 프로토타입

후기 부품의 프로토타입

Ⅲ 다른 프로토타입에 대한

누적고장 시간 또는 vs

거리 계산 및 타점

분석이 가능한 사용Weibull SW

가능한 가속수명시험 사용

Ⅳ 프로젝트 검토 시

현재 신뢰성 수준신뢰성 목표 적합성 결정

초기 경고 관련 정보 제공

개선을 위한 계획 정보 제공

그림 프로세스별 단계[ 83]

- 83 -

제 절 신뢰성성장 데이터분석제 절 신뢰성성장 데이터분석제 절 신뢰성성장 데이터분석제 절 신뢰성성장 데이터분석2222

초기 프로토타입 으로 부터 개의 표본을 정상하중 으(Prototype1) 6 (Nominal load)

로 고장 날 때까지 시험하고 고장모드를 기록하였다 여러 개선작업을 거친 후 후

기 프로토타입 으로부터 개의 표본을 고장 날 때까지 시험하고 고장모(Prototype2) 6

드를 기록하였다 시험 데이터는 표 에 주어져 있다 [ 81]

에 고장데이터를 입력하고 각 프로토타입 단계별로 용지에 결과MINITAB Weibull

를 타점한 결과 그림 와 같은 성장곡선이 생성되었다 [ 84] Weibull

정상하중 에서 의 평균수명 추정치는 이(Nominal load) Prototype1 127366Cycle

고 의 평균수명 추정치는 로서 의 개선을 이루었 Prototype2 176882 Cycle 389

음을 알 수 있었다 수명은 은 이었으나Prototype1 112668 Cycle Prototype2

의 수명은 로서 상당한 개선이 이루어졌음을 볼 수 있다168620 Cycle 수

명에 대한 신뢰하한은 로 추정되었다 따라서 정상부하에 의한95 162926 Cycle

시험데이터분석 결과 개선활동 재료배합개선 형상설계개선 공정개선 에 의하여 ( )

내구성 목표가 달성되었음을 알 수 있다

그림 는 에서의 신뢰구간을 보여주고 있다[ 85] Nominal load 90

최대하중 에서는 표 의 데이터 입력결과 그림 의 그래프를(Max load) [ 82] [ 86]

생성하였다 그래프로 부터 추정된 의 Prototype1 수명은 이고16362Cycle

의Prototype2 수명은 이다21850 Cycle 수명에 대한 신뢰하한추정치95

는 으로부터 로 계산된다MINITAB 20983 Cycle

의 수명과 의 수명이 다른 것은 개선 활동의 결과이Prototype1 Prototype2

- 84 -

며 에서 개선목표가 달성되었음을 알 수 있다 Prototype2

표 하중 고장시간[ 81] Nominal (Cycle)

Weibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth Curve

(Nominal Load)(Nominal Load)(Nominal Load)(Nominal Load)

그림 성장곡선[ 84] Weibull (Nominal load data)

- 85 -

Weibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth Curve

(Nominal Load-90 Cl)(Nominal Load-90 Cl)(Nominal Load-90 Cl)(Nominal Load-90 Cl)

그림 신뢰구간[ 85] Nominal Load90

- 86 -

표 하중 고장시간[ 82] Max (Cycle)

Weibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth Curve

(MaxLoad)(MaxLoad)(MaxLoad)(MaxLoad)

그림 성장곡선[ 86] Weibull (Max load data)

- 87 -

제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론9999

본 연구는 자동차현가장치인 고무부싱 의 신뢰성향상을 위한 기(Rubber bushing)

술개발과제이다 에나 인더스트리는 수출전문기업으로서 주요 경쟁사에 비해 고성

능 고내구성의 제품을 짧은 기간 내에 개발할 수 있는 능력을 갖추어야 해외 시장

에서 경쟁력을 가질 수 있다

본 연구개발에서는 수요기업에서 요구하는 GMUTS(General Motors Uniform

의 사양에 따른 시험을 실행하여 내구성을 목표 사이클 이상으Test Specification)

로 개선하고 정특성과 동특성 비틀림 토크를 개선항목으로 선정하여 제품의 품질

및 신뢰성 향상을 진행하였다

수요기업의 요구 수준에 의하면 내구성은 와 Tension Compress Alternating

가 동시에 일 때 일 때Torsion Stress Maximum Load 20000 Cycle Normal Load

을 요구한다 본 프로젝트의 경우 해외의 부품메이커들에 대한 경쟁150000 Cycle

력 우위를 확보하기 위하여 기본 요구 수준을 넘어 향상된 제품신뢰성을5~10

확보를 목표로 하였다 내구성 정특성 및 동특성에 대한 시험은 직접 행하였고 비

틀림토크에 대한 부분은 추가적인 시험장치가 필요하여 수요기업의 실험실에 샘플

을 제출하여 요구수준을 검증받았다

본 연구개발의 성과를 요약하면 다음과 같다

우선 기술적 효과로는

설계기술의 확보(1)

재료배합설계 형상설계 공정설계에 대한 기술을 확보하여 내구성을 비롯한 품

질특성을 향상시킬 수 있었다 종래에는 설계 개발 생산프로세스에서 경험적 방법

에 의존하여 시행착오가 많았으나 본 연구를 통하여 과학적이고 체계적인 방법으

로 접근할 수 있는 기술이 확보되었다

설계 요소의 기술적 배치를 위한 실험계획법의 활용기술 확보(2)

- 88 -

종전에는 고무 배합설계 형상설계 공정설계에 대하여 설계요인 별 수 (Facter)

준 을 무작위로 추출하여 실험하였으나 본 실험계획의 과정을 따르면 요인들(Level)

이 계획적으로 반영되어 품질특성에 각각 어느 정도의 영향을 미치는지 분석이 가

능하게 된다 또한 다구찌에 의한 강건 설계의 생성으로 산포를 줄일 수 있다

잠재적 고장원인 분석방법 기술 확보(3)

제품기능에 대한 잠재적 고장모드의 예측과 시험항목을 판단하고 최종적으로는 설

계검증 과 공정검증 의 세부항목과 효과적(Design verification) (Process verification)

으로 연계가 가능하다

신뢰성 데이터분석기술 확보(4)

부품의 개발과정에서 몇 개의 표본에 대한 고장시간 데이터가 있을 때 Weibull

분포를 활용한 신뢰성 성장분석이 가능하게 되었다 개발프로그램이 운영되는 동안

신뢰성 수준의 변화를 추적할 수 있어 목표하는 신뢰성 수준을 달성하기 위하여 충

분한 비율로 성장하고 있는지의 여부를 가능한 빠른 시간 내에 판단할 수 있고 그

에 따라 필요한 자원을 적절히 배분할 수 있다 따라서 개발책임자는 시험데이터로

부터 현재 시스템의 신뢰성 수준 성장률의 평가 앞으로 기대되는 달성 가능한 수

준에 대한 결정이 가능하다

경제적 측면의 효과로는

제품에 대한 내구성 및 동특성 정특성에 대하여 요구사양 이상으로 특성관리(1)

를 행할 수 있어 해외 부품메이커들에 대한 경쟁력 우위로 수출력을 향상할 수 있

게 되었다

개발기간을 단축할 수 있게 되어 개발비의 절감을 가져올 수 있게 되었다(2)

재료배합 형상설계 및 공정설계에 대한 기술개발의 표준 정립으로 개발 기간의 단

축이 가능하게 되었다

본 과제 결과를 활용하여 다른 방진제품에 대한 신뢰성 관리로 수출(3)

- 89 -

시장을 개척하여 신규거래처를 확보할 예정이다 신뢰성 데이터의 관리가 이루어져

제품수명에 대한 설득력 있는 자료의 제시가 가능하게 되었다

향후 연구계획으로는

고무부싱부품의 특성상 내구성만의 개선이 최선이 아니고 정특성과 동특성을 일

정수준으로 동시에 고려하여야 한다 따라서 이 부분에 대한 동시적인 실험설계가

시스템화 되도록 추가적인 연구가 요구된다

- 90 -

참고문헌참고문헌참고문헌참고문헌[ ][ ][ ][ ]

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미니탭사업팀 새 실무완성 이레테크[4] Minitab 2004

박성현 실험계획법 민영사[5] 2003

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Journal of Fatigue Vol27 2005

[8] McLean R A and Anderson V I Extreme Vertices Design of Mixture

Experiments Technometrics Vol8 No3 1966

- 96 -

주 의

이 보고서는 산업자원부에서 시행한 부품소재종합기술지원사업의 최1

종보고서이다

이 신뢰성기반기술확산사업 내용을 대외적으로 발표할 때에는 반드시2

산업자원부에서 시행한 부품소재신뢰성기반기술 사업의 지원결과임을

밝혀야 한다

- 97 -

이 보고서는 산업자원부에서 시행한

부품소재 신뢰성기반기술확산사업의 최종보고서이다

- 51 -

의 경우 외력에 의하여 발생하는 반발력 은 순수한 고무 특성에 의해서(a) F1 Fr1

만 나타나게 된다 이러한 경우 저경도의 고무을 적용하였을 때 의 크기가 미미 Fr1

하여 적절한 특성을 발휘하지 못하게 된다

의 경우와 같이 내철에 구배를 주게 되면 의 외력에 대하여 구배가 들어간(b) F1

부분 에 의한 반발력 함께 가 생성되어 상대적으로 에 대한 저항력이 커Fr3 Fr2 F1

짐으로써 성능을 향상 시킬 수 있게 된다

그림 구배각도의 적용에 따른 차이 단면[ 57] ( )

그림 구배각도의 적용에 따른 차이 입체[ 58] ( )

- 52 -

제 장 도포공정개선제 장 도포공정개선제 장 도포공정개선제 장 도포공정개선6666

고무부싱의 내구성 향상을 위하여 필수적으로 관리하여야 할 공정이 도포공정이

다 도포공정은 접착의 원리에서부터 접착의 구조 접착의 강도 피착재의 표면처리

법 및 접착제 사용법 등 접착에 관한 전반적인 기술을 공정에 효율적으로 적용하여

야 한다

고무와 금속과의 접착력이란 접착제와 피착제 사이의 계면 결합력을 의미하며 접

착강도는 시험방법 접착방법 시험시의 조건 시편의 기하학 등 여러 인자에 의해

영향을 받는다 접착파괴는 접착제의 가장 약한 곳에서 일어나며 접착강도는 여러

가지 측정법에 따라 고유강도 잔류강도 측정강도 등과 같이 다르게 표현된다 고

무부싱의 접착구조는 그림 과 같다[ 61]

그림 접착의 구조[ 61]

프라이머 는 피착제 표면과의 친화성이나 접착제와의 상용성이 뛰어나야(Primer)

하고 동시에 접착 저해물과의 상용성도 높아야 한다 또 프라이머 중의 유효성분

쪽이 피착제 표면에 흡착되어 있는 저해성분보다 피착제에 의하여 안정하게 흡착되

어 있는 것이 중요하다 따라서 프라이머는

- 53 -

충분한 교반 균일하고 엷은 도포 그리고 완전한 건조가 이루어져야 한다 이러한

도포공정은 피착제의 모앙에 따라 달라진다

열경화성 접착제의 대부분은 유기 중합물과 각종 충진제를 유기용제에 용해 분산

시킨 것으로 사용전이나 사용 중에도 교반기 등으로 균일하게 용해 분산시킨 접착

제를 사용하는 것이 중요하다 따라서 의 도포 공정은 그림 와 같이 교 DA-2 [ 62]

반기를 추가 설치하여 공정 개선을 실시하였다

그림 설치한 교반기[ 62]

또한 피착제의 균일한 도포를 위해 롤타입의 코팅기에 기존 페인트용 롤러에서

그림 에서와 같이 융을 말아 롤러 도포하는 형태로 개선을 실시하여 코팅의[ 415]

두께 정밀도를 향상시켰다

- 54 -

그림 변경된 롤러 모양[ 63]

접착 재료를 프라이머 에서 변경하여 사용함CHEMLOK 220 252 CHEMLOK 205

으로써 접착력을 향상시켰는데 는 금속 및 경길대료의 프라이머로CHEMLOK 205

사용되며 또한 같은 극성고무에 단독으로 접착이 가능하다 NBR

방식의 경우 의 특징을 살펴보면TWO Coat CHEMLOK 205

ㆍㆍㆍㆍ 접착제의 금속 표면에서의 접착강도를 향상시킬 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ 기계적 표면처리 후 활성화된 금속표면을 산화작용으로부터 보호하며 녹방

지 도료적 역할을 한다

ㆍㆍㆍㆍ 크로로프렌이나 에피크로로히드린고무와 같은 가류 중에 염소가스를 발생

시 켜 금속표면을 부식시키기 쉬운 고무배합에 대하여 유효하게 적용된다 프

라 이머는 충분한 교반 균일하고 엷은 도포 그리고 완전한 건조가 이루어져

야 접착성이 뛰어나게 된다

도포공정 개선 전후의 효과는 그림 그림 의 도포두께 비교[ 64]~[ 67] Cpk

를 통해서도 알 수 있다DATA

아래 그림 는 도포공정의 개선전[ 64] 관리도의 그래프를 나타낸

- 55 -

것으로 관리도는 평균치와 범위에 관한 계량형 관리도에서 가장 많이 사용되

는 관리도의 하나이다 관리도는 평균치의 변화를 관리하는 관리도와 산포의

변화를 관리하는 관리도로 구성된다 관리도의 중심선(Central Line) CL=로 나

타내며 관리 상한선 은(Upper Control Limit) UCL= 로 관리하한선인 (Lower

의 경우Control Limit) LCL=

로 구한다

관리도의 관리선의 경우 중심선 관리상한선 UCL= 관리하한선 LCL

의 경우 로 구한다

여기서 등의 계수는 샘플의 크기인 에 따라 결정 되며 일 경우=4

=0729 =0 이다=2282

그림 에서[ 64] 이며=273410 관리도의 로 나타났UCL=307994 LCL=238826

다

관리도의 은CL 이며 이다=4744 UCL=1082581

- 56 -

그림 도포공정 개선전[ 64] 관리도

한편 그림 는 도포공정 개선 전의 경우에 대하여 지정된 규격의 공정능력 [ 65]

지수를 나타낸 것으로서 단기공정능력지수( 와 장기공정능력지수) ( 를 나타낸)

다 단기공정능력지수는 공정능력 ( 과 규격의 폭) ( 과의 비율을 의미하며 일반적)

으로 로 표시한다 규격은 그림 에서처럼 양쪽규격이 모두 주어진 경우 공 [ 65]

정 능력 지수는 다음과 같이 계산할 수 있다

공정 능력

로 나타내고 만약 공정 평균이 규격의 중심으로부터 어느

한쪽으로 치우쳐 있게 되는 경우 치우침도( 와) 를 조합한 단기공정능력지수

( 로 나타낸다 즉)

- 57 -

장기공정능력지수( 의 계산은)

으로서 이다

따라서 그림 에 나타난 것처럼 개선전의 공정능력은[ 65] =17854 =08458

으로서 장기 공정에 대해 만족스럽지 못한 값을 나타내고 있다

그림 도포공정 개선전 공정능력 분석그래프[ 65]

- 58 -

그러나 공정개선후의 관리도인 그림 을 살펴보면[ 66] 이며=28196 관리

도의 이고UCL=300418 LCL=263502 관리도의 은CL 로=2532 UCL=51418

나타난다

그림 도포공정 개선후[ 66] 관리도

- 59 -

개선 후에는 그림 로부터 알 수 있듯이 단기공정능력은[ 67] 으로서=31966

인 장기 공정에 대해 안정적인 것을 확인할 수 있어 도포공정 개선에=23275

대한 효과가 있음을 알 수 있다

그림 정 개선 후 공정능력 분석그래프[ 67]

또한 도포공정의 두께관리를 강화하기 위하여 작업자 교육 및 샘플링 두께 측정

검사를 통해 지속적인 모니터링을 실시하고 공정별 온도관리 및 시간 관리를 통해

작업 환경 유지관리 강화로 변함없는 품질의 제품을 생산하도록 하였다 그림 [

은 롤 코팅 공정이다68] (Roll coating)

- 60 -

그림 롤 코팅 공정[ 68] (Roll coating)

- 61 -

제 장 최적수준 결정을 위한 파라미터 설계제 장 최적수준 결정을 위한 파라미터 설계제 장 최적수준 결정을 위한 파라미터 설계제 장 최적수준 결정을 위한 파라미터 설계7777

제 절 실험계획법에 의한 유의인자 결정제 절 실험계획법에 의한 유의인자 결정제 절 실험계획법에 의한 유의인자 결정제 절 실험계획법에 의한 유의인자 결정1111

재료설계 형상설계 및 공정설계에 대한 최적조건의 결정은 부품의 품질 특성에

대한 사양 을 만족시켜야 할 뿐 아니라 생산부품 간 품질의 산포를(Specification)

최대한 줄여야 한다 의 최적설계를 위해 다구찌 기법 을 적 DA-2 (Taguchi method)

용하였다

다구찌의 강건설계 는 인자 가 품질 특성의 평균에 대해(Robust design) (Factor)

가지는 효과뿐만 아니라 분산에 미치는 효과에 대해서도 초점을 맞추고 있다 분산

을 줄일 수 있는 통제 가능한 인자에 대한 조건을 설정하여 품질특성이 통제 불가

능한 인자의 변화에 대해서는 둔감하도록 할 수 있다 강건설계의 주목적은 품질특

성의 목표값을 유지하면서 분산을 줄이는 인자에 대해 설치값 을 발견하는 (Setting)

데 있다

다구찌 설계에 의한 실험계획법은 특히 확장된 역할로서 다음의 몇 가지를 들 수

있다

ㆍㆍㆍㆍ종래에는 제어 불가능한 환경조건이나 제어하기 어려운 생산조건 공정조건

등의 원인 이를 잡음인자로 통칭 들이 데이터에 주는 영향의 정도를 평가하기 어려( )

웠으나 객관적으로 그리고 계량적으로 이를 평가할 수 있는 방법을 제시하고 있

다 또한 품질 산포의 크기를 계량특성치 손실함수 비 등 로 변환하여 산포를 ( SN )

작게 하는 인자들의 조건을 찾아가는 강건설계를 사용한다

ㆍㆍㆍㆍ직교배열표를 광범위하게 사용하여 인자의 수가 많은 경우에도 크게 실험횟

수를 증가시키지 않고 실험하는 일부 실시법을 사용한다

ㆍㆍㆍㆍ생산라인 내 뿐만 아니라 신제품 개발을 위한 품질설계 파라미터(On-line)

설계 허용오차 설계 등의 라인 외 품질관리를 위하여 유용하게 사용할 (Off-line)

수 있다

ㆍㆍㆍㆍ다구찌 방법에서 추가적으로 다룰 수 있는 주요한 것들로는 직교배열

- 62 -

표의 확대사용 수준계의 표준 직교배열표 이외에 확대 응용 혼합 직교배열표(2 3

의 사용과 조합법의 사용 계량치 데이터의 파라미터 설계 허용차 설계 그리고)

계수치 데이터의 파라미터 설계 동적 특성의 파라미터 설계 등을 들 수 있다

파라미터 설계 는 제품설계와 공정설계에서 유용하게 사용되는(Parameter design)

다구찌 실험계획법의 핵심이다 파라미터는 제품성능의 특성치에 영향을 주는 제어

가능한 인자 를 의미하며 파라미터 설계는 이들 인자들의 최적(Controllable factor)

수준을 정하여 주는 것을 말한다 파라미터를 설계변수 라고도 부 (Design variable)

르며 파라미터 설계에서는 제품의 품질변동이 잡음에 둔감하면서 목표품질을 가질

수 있도록 설계변수들의 최적조건을 구하여 준다 최적조건을 찾을 때 설계변수와

잡음을 주는 인자들을 포함시켜 실험하는 직교배열표 등을 주로 사용한다 이때 목

표 품질을 만족시키는 범위 내에서 가능한 한 비용이 적게 드는 조건이나 부품 등

을 이용한다

만약 신뢰성에 영향을 주는 제어 가능한 인자 에 대한 파라미터설계 A B C D

를 한다고 하자 는 수준 는 수준의 혼합수준 에 대한 설계 A B 4 C D 2 (Mixed level)

분석을 하려고 한다면 각 요인 변동의 계산을 표 과 같은 [ 71] L16(215형 직교배)

열표 를 사용하면 된다(Orthogonal Design)

에 대한 파라미터 설계조건으로는 내구성이 가장 좋은 최적의 설계 및 공정DA-2

조건을 구하여야 하므로 반응변수가 큰 값일수록 좋은 망대특성(Larger-the-better

에 대한 조건을 구하고 부품의 정특성 및 동특성에 대한 분석은 적characteristics)

정한 상호관계를 고려하여 별도의 실험을 행한다

- 63 -

표 다구찌 설계의 예[ 71]

- 64 -

제 절 시험데이터의 해석제 절 시험데이터의 해석제 절 시험데이터의 해석제 절 시험데이터의 해석2222

실험조건실험조건실험조건실험조건1111

제품의 신뢰성향상을 위해 지금까지 재료배합의 개선 형상개선 및 공정개선에

대한 각각의 과정을 설명하였으며 본 장에서는 관련된 여러 인자들을 동시에 고려

하여 최상의 품질특성을 나타낼 수 있는 최적인자수준의 결정에 대하여 설명하려고

한다 이는 인자들 간의 상호 작용이 상승 또는 보완작용을 할 수도 있고 반대로

서로 상극임을 나타낼 수 도 있기 때문이다

일반적으로 고무부싱의 개발에 적용되는 인자 는 다음과 같다(Factor)

ㆍㆍㆍㆍ경도 는 수요기업에서 제시하는 사양 에 따라 적정수(Hardness) (Specification)

준의 경도 도 도 도 도 를 적용하였으며 경험적으로 경도의 산포는(43 45 48 50 ) plusmn

정도이다2

ㆍㆍㆍㆍ각 부분의 모양이나 각도에 따라 고무 량에 영향을 미치게 되는 형상설계에

관해서는 내부 파이프 구배각도를(Inner pipe) 15deg~25deg로 하고 외부파이프 (Outer

의 접착부분을 로 하였으며 외경의 크기는pipe) 13mm~15mm

27mm~ 로 유지하였다278mm

ㆍㆍㆍㆍ공정설계는 가류시간을 로 하였다 가류 온도는240sec~600sec 150deg~180

로 하고 주변 온도에 영향을 받으므로 금형 표면온도는 항상 확인하였다 접착제

도포가 내구성에 영향을 주므로 접착제 두께는 으로 하고 접15micron~40micron

착제 배합조건은 로 하였다120cc~128cc

다구찌 설계에 의한 최적수준을 결정하기 위해 다른 인자는 고정시키고 경도 가

류시간 스웨징 인자에 대하여 표 와 같이 실험수준을 정하였다 [ 72]

- 65 -

표 실험인자 별 수준[ 72]

분석결과의 해석분석결과의 해석분석결과의 해석분석결과의 해석2222

실험결과의 해석은 다음과 같다

을 통해 표 의 실험조건을 입력하여 다구찌 설계를 생성한 결과MMITAB [ 72]

표 과 같은 실험조합을 얻었다 표 는 실험조합 별 시험결과 값이다[ 73] [ 74]

에서의 내구성에 대한 다구찌 설계해석의 결과는 표 의 신호 대Nominal load [ 75]

잡음비 비 평균 표준편차에 대한 반응표에 잘 나타나(SN Signal to noise ratio)

있다 그림 그림 은 비 평균 표준편차에 대한 반응 값을 도식한 [ 71]~[ 73] SN

것이다

표 의 신호 대 잡음비의 반응표를 보면 경도는 스웨징이나 가류시간에 비해[ 75]

반응변수 내구성 에 큰 영향을 미치고 있음을 보여준다 평균에 대한 반응표에서도( )

경도는 다른 인자들에 비해 반응변수의 평균에 크게 영향을 미치고 있음을 알 수

있다 표준편차 역시 경도의 수준 변화에 따라 차이가 가장 많음을 보여주고 있다

- 66 -

표 에 의한 다구찌 설계생성[ 73] MINITAB

- 67 -

표 실험조합 별 시험결과 데이터[ 74]

- 68 -

표 비 평균 표준편차에 대한 반응표[ 75] SN

신호 대 잡음 비에 대한 반응 표신호 대 잡음 비에 대한 반응 표신호 대 잡음 비에 대한 반응 표신호 대 잡음 비에 대한 반응 표

망대특성망대특성망대특성망대특성

평균에 대한 반응 표평균에 대한 반응 표평균에 대한 반응 표평균에 대한 반응 표

표준 편차에 대한 반응 표표준 편차에 대한 반응 표표준 편차에 대한 반응 표표준 편차에 대한 반응 표

- 69 -

그림 신호 대 잡음 비의 주효과도[ 71]

그림 인자수준별 평균의 주효과도[ 72]

그림 인자수준별 표준편차의 주효과도[ 73]

- 70 -

표 와 그림 에서 에서의 내구성 예측값을 가장 크게 하[ 75] [ 72] Nominal Load

는 것은 요인 수준의 조합이 일 때이다 품질 향상을 위해서는 정특성 동(4 2 2)

특성 값도 동시에 고려하여야 하므로 조합 조합 조합(4 2 2) (4 3 2) (4 1 2)

에 대한 예측 값을 함께 구하였다

표 은 에서의 내구성 예측값을 표 은 에[ 76] Nominal Load [ 77] Maximum Load

서의 내구성 예측값 표 은 정특성 예측값 표 는 에서의 동특성 예 [ 78] [ 79] 15Hz

측값 그리고 표 은 에서의 동특성 예측값을 보여주고 있다 [ 710] 150Hz Nominal

에서의 내구성 예측값은 조합 조합 조합에서 각Load (4 2 2) (4 3 2) (4 1 2)

각 목표값인 을 상회한 과170000 Cycle 178023 Cycle 174272 Cycle 175830

로서 조합일 때 더 높게 나타났다Cycle (4 2 2)

동배율은 예측 평균값을 기준으로 할 때 동배율은 조합에서는 에 (4 2 2) 15Hz

서 에서 이고 조합에서의110(1187691079) 150Hz 113(1215561079) (432)

동배율은 에서 에서15Hz 106(112856 106938) 150Hz 108(115769106938)

이며 조합에서의 동배율은 에서 에서 (412) 15Hz 108(118194 1094) 150Hz

이었다109(1195691094)

모델의 경우 수요기업에서 동배율 값이 적은 값을 요구하기 때문에DA-2 (kdks)

동배율을 고려하면 의 조합이 더 좋은 품질을 나타낸다고 할 수 있다(4 1 2)

- 71 -

표 에서의 내구성 예측값[ 76] Nominal Load

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 2 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 3 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 1 2

예측 값

신호 대

- 72 -

표 에서의 내구성 예측값[ 77] Maximum Load

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 2 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 3 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 1 2

신호 대

- 73 -

표 정특성 예측값[ 78]

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 2 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 3 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 1 2

신호 대

- 74 -

표 동특성 예측값[ 79] (15Hz)

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 2 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 3 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 1 2

신호 대

- 75 -

표 동특성 예측값[ 710] (150Hz)

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 2 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 3 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 1 2

신호 대

- 76 -

제 장 부품의 신뢰성성장관리제 장 부품의 신뢰성성장관리제 장 부품의 신뢰성성장관리제 장 부품의 신뢰성성장관리8888

제 절 신뢰성성장관리제 절 신뢰성성장관리제 절 신뢰성성장관리제 절 신뢰성성장관리1111

복잡하고 기술적인 제품의 개발 프로그램을 운영하는 데 있어서는 고객이 요구

하는 신뢰성 수준을 만족시키기 위하여 상당한 규모의 시간 예산 기술인력 등의

자원을 필요로 한다 고객들의 신뢰성 요구수준은 매우 높으므로 이러한 목표를 달

성하기 위하여 시험 개선 시험 개선의 개발과정을 반드시 거친다 이 과정에서 시- - -

스템 서브시스템 또는 모듈을 고장 날 때까지 시험하고 고장모드를 결정해서 이를

제거하기 위한 시도를 하거나 적어도 고장발생을 줄일 수 있는 시도를 하여 설계나

엔지니어링 개선을 이룬다 만약 이러한 과정이 계속되고 설계나 엔지니어링 변경

이 충분히 이루지면 시스템의 신뢰성은 증가한다 개발프로그램이 운영되는 동안

신뢰성 수준의 변화를 추적할 수 있다면 개발책임자로서는 여러 가지 이점이 있다

즉 목표하는 신뢰성 수준을 달성하기 위하여 충분한 비율로 성장하고 있는지의 여

부를 가능한 빠른 시간 내에 판단할 수 있고 그에 따라 필요한 자원을 적절히 배

분할 수 있다 따라서 개발책임자는 시험데이터로부터 현재 시스템의 신뢰성 수준

성장률의 평가 앞으로 기대되는 달성 가능한 수준을 결정하기를 원한다

신뢰성 성장관리 기술은 제품을 개발하는 데(Reliability growth management)

소요되는 많은 시간과 비용 및 엔지니어링 노력을 절감하면서 개념선택 제품과 공

정의 신뢰성 그리고 비용효율을 달성할 수 있도록 유용한 정보를 제공해 준다 군

사장비 자동차 및 전자 중장비개발 등에 적용된 최근의 신뢰성 성장시험 관리기술

은 각 분야의 경쟁적인 사업 환경 아래에서 제품개발을 효율적으로 조직하여 신뢰

성평가를 시작하고 신뢰성 성장과정을 추적할 수 있도록 해준다 신뢰성성장관리기

술은 제품 및 공정설계 관련사항 및 검증시험 항목들에 대하여 사용 환경에 따른

신뢰성 성장 진행과정을 확인하고 그 결과로부터 성장시험곡선을 개발할 수 있게

한다 또한 설계단계 사이의 여러 가지 관련성을 확인하여 관찰하고 그 정보를 다

른 제품보증분석들과 연결하여 고객 요구사항에 대한 제품의

- 77 -

적합도를 적절히 평가하는 데 도움을 준다

신뢰성성장모델은 가 개발한Crow(1975) AMSAA(Army Materiel Systems

모델이 많이 활용되었으나 이는 시스템 또는 서브시스템에서의Analysis Activity)

성장관리에 유용하고 부품수준에서는 모델을 활용하는 것이 더욱 실용적이 Weibull

다 모델은 목표 Weibull B10 수명에 대하여 초기 시작품 으로부터(Early Prototype)

후기 시작품 까지의 신뢰성 개선을 관리하는데 실용적으로 활용할(Later Prototype)

수 있다

신뢰성 성장시험 프로세스신뢰성 성장시험 프로세스신뢰성 성장시험 프로세스신뢰성 성장시험 프로세스1111

신뢰성 성장은 개발시스템에 대하여 여러 시험단계가 시리즈로 이루어지는 동안

고장모드를 발견하고 이를 개선하는 과정을 거쳐 이TAAF(Test Analyze And Fix)

루어진다 또한 기능시험 환경시험 안전시험의 결과는 신뢰성 향상을 위한 FMEA

등과 연계하여 사용된다 분석결과는 설계변경에 반영되고 최종목표가 달성될 때까

지 개선과 시험이 연속적으로 이루어진다 그림 은 일반적인 신뢰성 성장시험 [ 81]

프로세스를 보여준다 프로그램의 시작시점에 신뢰성 성장에 대한 계획을 수립하여

고객의 기대사항을 만족시킬 수 있는 성능수준에 대한 구체적인 측정치를 제시하

고 이 목적을 달성시킬 수 있는 시험조건을 정한다 시험조건은 특정한 부품이나

시스템에 대하여 고객의 사용방법과 환경에 대한 지식을 기초로 하여야 한다

개발프로젝트가 진행되는 동안 신뢰성 성장시험 프로그램이 개발되고 실행되는

과정에서 설계 및 공정의 관심사항을 확인하기 위해 QFD(Quality function

와 같은 제품보증을 위한 분석방법들이 선행되어 실시되는데 신뢰성deployment)

성장관리와 연계하여 이를 통틀어 통합 신뢰성 성장관리(Integrated reliability

라고 한다 신뢰성 성장관리를 포함한 제품설계평가의 모든growth management)

과정은 제품 공정의 신뢰성 향상에 있어 중요한 역할을 하는 제품보증기능의 한부

분이다

- 78 -

통합 신뢰성 성장시험관리 프로세스는 설계뿐 아니라 공정신뢰성(MIL-HDBK-781)

과 관련된 문제에 대응할 수 있도록 신뢰성 성장시험의 이점을 전적으로 활용할 수

있는 수단을 제공한다

신뢰성 성장관리과정을 개발함으로써 신뢰성 수준은 계속적으로 추적될 수 있고

조치를 취하고 다른 분석결과들과 비교되어 초기 신뢰성 예측을 수립하고 제품설

계에 포함된 확신을 증가시킨 후 검증시험에 들어갈 수 있도록 한다 이러한 신뢰

성 성장관리 프로세스는 제품개발 사이클에 있어서 초기 단계 동안에 신뢰성을 확

립하는 데 도움을 줄 수 있는 장치이다

그림 신뢰성성장시험 프로세스[ 81]

제품개발과정에 적용되는 신뢰성 성장시험관리 프로세스는 다음과 같다

신뢰성 성장시험조건을 결정하고 시험 사이클을 개발한다 ①

신뢰성 성장시험곡선의 사용을 통하여 시험과정을 실행하고 추적한다②

시험결과를 평가하고 다른 선행된 분석연구결과들과 비교한다③

확인된 결함을 제거하기 위해 설계변경을 실시한다④

- 79 -

설계검증시험을 준비한다⑤

신뢰성 성장시험의 주된 목적은 설계상의 약점을 확인하고 제거함으로써 설계의

신뢰성을 증가시키는 것이다 정확하게 신뢰성 수준이 변화되는 진행상황을 추적하

기 위해서는 요구사항에 대한 불합치성 을 확인하고 불합치성이(Nonconformance)

일어난 시간을 모두 추적하여야 한다 시험을 시작하기 전에 적절한 시정조치를 용

이하게 하기 위해 사전계획이 수립되어야 하며 고장분포를 결정하기 전에 각각의

고장부품에 대한 고장원인을 분리할 수 있어야 한다

부품의 개발과정에서 몇 개의 표본에 대한 고장시간 데이터가 있을 때 Weibull

분포를 활용한 신뢰성 성장분석에 대하여 설명하면 다음과 같다

가 분석의 개요가 분석의 개요가 분석의 개요가 분석의 개요

밀도함수는 그림 와 같이 특성 수명과 기울기로 고장시간Weibull [ 82] (Cycle

을 설명한다 작은 표본에 대한 고장시간 데이터가 주어졌을 때 분석Km) Weibull

을 사용하여 세 가지의 정보를 얻을 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ특정 시간이 주어졌을 때 등 부품의 신뢰도는 그 시간까지 살아 있(Cycle Km )

을 백분율이다

ㆍㆍㆍㆍ 또는 다른( 수명을 추정할 수 있다) 수명은 부품들 중 가 고장10

날 것이라고 기대되는 시간이다 즉 이 시간에서의 신뢰도는 이다 90

ㆍㆍㆍㆍ 기울기의 값은 고장률 패턴에 대한 정보를 제공해준다 기울기가Weibull 10

이라면 고장률이 일정하다는 것을 의미한다 이 경우 고장은 일반적으로 우연히

일어나며 고장률은 설계의 강건 정도에 따라 달라진다 기울기가 보다 작다면 1

고장률은 감소하고 있음을 의미한다

- 80 -

즉 높은 초기 고장률 을 말한다 기울기가 보다 크면 고장률은 증 (Infant mortality) 1

가하고 이는 마모 되고 있음을 의미한다(Wear-out)

그림 에 의한 부품의 신뢰성성장분석[ 82] Weibull 수명 비교

가장 많이 활용되는 측도는 수명이며 이것은 요구되는 목표 신뢰도가 임 90

을 의미한다 첫 번째 프로토타입이 고장 난다면 신뢰성 목표 달성을 위해 설계 변

경을 행하고 다음 프로토타입을 시험한다 이 과정은 목표 수명이 달성될 때까

지 반복한다

나 의이점나 의이점나 의이점나 의이점WeibullWeibullWeibullWeibull

부품의 개발과정에서 작은 표본에 대한 고장시간 자료가 주어졌을 때 Weibull

분석을 활용하여 신뢰성성장관리를 행하면 다음의 정보를 얻을 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ신뢰성 개선은 목표 수명이 달성될 때까지 하나의 프로토타입에

- 81 -

서 다음 프로토타입까지 추적할 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ신뢰성 개선은 시험한 프로토타입에 대해 타점으로 표현되고 빠르Weibull

게 방향을 파악하여 신뢰성 진전과정에 대한 양적 측면의 관리능력 향상을 그

래프로 확인할 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ컴포넌트를 고장 날 때까지 시험하는 것은 고장모드에 대한 아주 귀중한 정

보를 제공하고 따라서 시정조치 활동이 필요하다

ㆍㆍㆍㆍ많은 표본이 더 좋은 신뢰도를 얻을 수 있지만 분석은 많은 표본을Weibull

필요로 하지 않는다

ㆍㆍㆍㆍ고객의 운영 사용 사이클과 시험 모수의 관계가 알려져 있다면 더 빠르고( )

더 적은 비용으로 가속시험을 할 수도 있다

다 기본가정및제한다 기본가정및제한다 기본가정및제한다 기본가정및제한

ㆍㆍㆍㆍ각 분석에서 오직 하나의 고장모드만 포함되어야 한다 두 개나 그 이상의

고장 모드가 검출된다면 각각에 대해 분리하여 분석해야 한다

ㆍㆍㆍㆍ신뢰도는 시험 제한 한계 로 인해 년 마일까지 확장하여 외삽하면 안( ) 10 150K

된다 왜냐하면 시험 제한 한계 로 인해 다른 고장모드가 발생할 것인지 알 수 ( )

없기 때문이다

ㆍㆍㆍㆍ하나의 프로토타입에서 다음 프로토타입까지 기울기가 변하는 데는 특별히

주의를 하여야 한다 왜냐하면 초기 후기 수명에서 더 높은 신뢰도와 후기 초 ( ) (

기 수명에서 더 낮은 신뢰도의 할 수 도 있기 때문이다) trade-off

라 적용시기라 적용시기라 적용시기라 적용시기

ㆍㆍㆍㆍ수명의 비교는 엔지니어링 사양 이 특정한(Specification) 을 요구할 경

우 사용된다

ㆍㆍㆍㆍ이러한 접근방법은 고장시간 등 에 대하여 동일한 부품의(Cycle Km )

- 82 -

다른 시점에서의 프로토타입을 비교할 때 사용한다

ㆍㆍㆍㆍ신뢰성 목표가 달성될 때까지 계속한다

마 입력자료마 입력자료마 입력자료마 입력자료

ㆍㆍㆍㆍ프로토타입 의 몇 개 표본의 고장시간 등1 (Cycle Km )

ㆍㆍㆍㆍ프로토타입 의 몇 개 표본의 고장시간 등2 (Cycle Km )

⦙

ㆍㆍㆍㆍ마지막 프로토타입의 몇 개 표본의 고장시간 등(Cycle Km )

분석프로세스는 그림 과 같다[ 83]

프로세스프로세스프로세스프로세스 일반적 단계일반적 단계일반적 단계일반적 단계

Ⅰ 요구

또는 수명 결정

프로그램 신뢰성 목표 사용

고객의 운영 사용 프로파일 사용( )

시험 프로그램 적정시간 사용

Ⅱ 시험 프로그램 자료정보

확인과 데이터 수집초기 부품의 프로토타입

후기 부품의 프로토타입

Ⅲ 다른 프로토타입에 대한

누적고장 시간 또는 vs

거리 계산 및 타점

분석이 가능한 사용Weibull SW

가능한 가속수명시험 사용

Ⅳ 프로젝트 검토 시

현재 신뢰성 수준신뢰성 목표 적합성 결정

초기 경고 관련 정보 제공

개선을 위한 계획 정보 제공

그림 프로세스별 단계[ 83]

- 83 -

제 절 신뢰성성장 데이터분석제 절 신뢰성성장 데이터분석제 절 신뢰성성장 데이터분석제 절 신뢰성성장 데이터분석2222

초기 프로토타입 으로 부터 개의 표본을 정상하중 으(Prototype1) 6 (Nominal load)

로 고장 날 때까지 시험하고 고장모드를 기록하였다 여러 개선작업을 거친 후 후

기 프로토타입 으로부터 개의 표본을 고장 날 때까지 시험하고 고장모(Prototype2) 6

드를 기록하였다 시험 데이터는 표 에 주어져 있다 [ 81]

에 고장데이터를 입력하고 각 프로토타입 단계별로 용지에 결과MINITAB Weibull

를 타점한 결과 그림 와 같은 성장곡선이 생성되었다 [ 84] Weibull

정상하중 에서 의 평균수명 추정치는 이(Nominal load) Prototype1 127366Cycle

고 의 평균수명 추정치는 로서 의 개선을 이루었 Prototype2 176882 Cycle 389

음을 알 수 있었다 수명은 은 이었으나Prototype1 112668 Cycle Prototype2

의 수명은 로서 상당한 개선이 이루어졌음을 볼 수 있다168620 Cycle 수

명에 대한 신뢰하한은 로 추정되었다 따라서 정상부하에 의한95 162926 Cycle

시험데이터분석 결과 개선활동 재료배합개선 형상설계개선 공정개선 에 의하여 ( )

내구성 목표가 달성되었음을 알 수 있다

그림 는 에서의 신뢰구간을 보여주고 있다[ 85] Nominal load 90

최대하중 에서는 표 의 데이터 입력결과 그림 의 그래프를(Max load) [ 82] [ 86]

생성하였다 그래프로 부터 추정된 의 Prototype1 수명은 이고16362Cycle

의Prototype2 수명은 이다21850 Cycle 수명에 대한 신뢰하한추정치95

는 으로부터 로 계산된다MINITAB 20983 Cycle

의 수명과 의 수명이 다른 것은 개선 활동의 결과이Prototype1 Prototype2

- 84 -

며 에서 개선목표가 달성되었음을 알 수 있다 Prototype2

표 하중 고장시간[ 81] Nominal (Cycle)

Weibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth Curve

(Nominal Load)(Nominal Load)(Nominal Load)(Nominal Load)

그림 성장곡선[ 84] Weibull (Nominal load data)

- 85 -

Weibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth Curve

(Nominal Load-90 Cl)(Nominal Load-90 Cl)(Nominal Load-90 Cl)(Nominal Load-90 Cl)

그림 신뢰구간[ 85] Nominal Load90

- 86 -

표 하중 고장시간[ 82] Max (Cycle)

Weibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth Curve

(MaxLoad)(MaxLoad)(MaxLoad)(MaxLoad)

그림 성장곡선[ 86] Weibull (Max load data)

- 87 -

제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론9999

본 연구는 자동차현가장치인 고무부싱 의 신뢰성향상을 위한 기(Rubber bushing)

술개발과제이다 에나 인더스트리는 수출전문기업으로서 주요 경쟁사에 비해 고성

능 고내구성의 제품을 짧은 기간 내에 개발할 수 있는 능력을 갖추어야 해외 시장

에서 경쟁력을 가질 수 있다

본 연구개발에서는 수요기업에서 요구하는 GMUTS(General Motors Uniform

의 사양에 따른 시험을 실행하여 내구성을 목표 사이클 이상으Test Specification)

로 개선하고 정특성과 동특성 비틀림 토크를 개선항목으로 선정하여 제품의 품질

및 신뢰성 향상을 진행하였다

수요기업의 요구 수준에 의하면 내구성은 와 Tension Compress Alternating

가 동시에 일 때 일 때Torsion Stress Maximum Load 20000 Cycle Normal Load

을 요구한다 본 프로젝트의 경우 해외의 부품메이커들에 대한 경쟁150000 Cycle

력 우위를 확보하기 위하여 기본 요구 수준을 넘어 향상된 제품신뢰성을5~10

확보를 목표로 하였다 내구성 정특성 및 동특성에 대한 시험은 직접 행하였고 비

틀림토크에 대한 부분은 추가적인 시험장치가 필요하여 수요기업의 실험실에 샘플

을 제출하여 요구수준을 검증받았다

본 연구개발의 성과를 요약하면 다음과 같다

우선 기술적 효과로는

설계기술의 확보(1)

재료배합설계 형상설계 공정설계에 대한 기술을 확보하여 내구성을 비롯한 품

질특성을 향상시킬 수 있었다 종래에는 설계 개발 생산프로세스에서 경험적 방법

에 의존하여 시행착오가 많았으나 본 연구를 통하여 과학적이고 체계적인 방법으

로 접근할 수 있는 기술이 확보되었다

설계 요소의 기술적 배치를 위한 실험계획법의 활용기술 확보(2)

- 88 -

종전에는 고무 배합설계 형상설계 공정설계에 대하여 설계요인 별 수 (Facter)

준 을 무작위로 추출하여 실험하였으나 본 실험계획의 과정을 따르면 요인들(Level)

이 계획적으로 반영되어 품질특성에 각각 어느 정도의 영향을 미치는지 분석이 가

능하게 된다 또한 다구찌에 의한 강건 설계의 생성으로 산포를 줄일 수 있다

잠재적 고장원인 분석방법 기술 확보(3)

제품기능에 대한 잠재적 고장모드의 예측과 시험항목을 판단하고 최종적으로는 설

계검증 과 공정검증 의 세부항목과 효과적(Design verification) (Process verification)

으로 연계가 가능하다

신뢰성 데이터분석기술 확보(4)

부품의 개발과정에서 몇 개의 표본에 대한 고장시간 데이터가 있을 때 Weibull

분포를 활용한 신뢰성 성장분석이 가능하게 되었다 개발프로그램이 운영되는 동안

신뢰성 수준의 변화를 추적할 수 있어 목표하는 신뢰성 수준을 달성하기 위하여 충

분한 비율로 성장하고 있는지의 여부를 가능한 빠른 시간 내에 판단할 수 있고 그

에 따라 필요한 자원을 적절히 배분할 수 있다 따라서 개발책임자는 시험데이터로

부터 현재 시스템의 신뢰성 수준 성장률의 평가 앞으로 기대되는 달성 가능한 수

준에 대한 결정이 가능하다

경제적 측면의 효과로는

제품에 대한 내구성 및 동특성 정특성에 대하여 요구사양 이상으로 특성관리(1)

를 행할 수 있어 해외 부품메이커들에 대한 경쟁력 우위로 수출력을 향상할 수 있

게 되었다

개발기간을 단축할 수 있게 되어 개발비의 절감을 가져올 수 있게 되었다(2)

재료배합 형상설계 및 공정설계에 대한 기술개발의 표준 정립으로 개발 기간의 단

축이 가능하게 되었다

본 과제 결과를 활용하여 다른 방진제품에 대한 신뢰성 관리로 수출(3)

- 89 -

시장을 개척하여 신규거래처를 확보할 예정이다 신뢰성 데이터의 관리가 이루어져

제품수명에 대한 설득력 있는 자료의 제시가 가능하게 되었다

향후 연구계획으로는

고무부싱부품의 특성상 내구성만의 개선이 최선이 아니고 정특성과 동특성을 일

정수준으로 동시에 고려하여야 한다 따라서 이 부분에 대한 동시적인 실험설계가

시스템화 되도록 추가적인 연구가 요구된다

- 90 -

참고문헌참고문헌참고문헌참고문헌[ ][ ][ ][ ]

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Journal of Fatigue Vol27 2005

[8] McLean R A and Anderson V I Extreme Vertices Design of Mixture

Experiments Technometrics Vol8 No3 1966

- 96 -

주 의

이 보고서는 산업자원부에서 시행한 부품소재종합기술지원사업의 최1

종보고서이다

이 신뢰성기반기술확산사업 내용을 대외적으로 발표할 때에는 반드시2

산업자원부에서 시행한 부품소재신뢰성기반기술 사업의 지원결과임을

밝혀야 한다

- 97 -

이 보고서는 산업자원부에서 시행한

부품소재 신뢰성기반기술확산사업의 최종보고서이다

- 52 -

제 장 도포공정개선제 장 도포공정개선제 장 도포공정개선제 장 도포공정개선6666

고무부싱의 내구성 향상을 위하여 필수적으로 관리하여야 할 공정이 도포공정이

다 도포공정은 접착의 원리에서부터 접착의 구조 접착의 강도 피착재의 표면처리

법 및 접착제 사용법 등 접착에 관한 전반적인 기술을 공정에 효율적으로 적용하여

야 한다

고무와 금속과의 접착력이란 접착제와 피착제 사이의 계면 결합력을 의미하며 접

착강도는 시험방법 접착방법 시험시의 조건 시편의 기하학 등 여러 인자에 의해

영향을 받는다 접착파괴는 접착제의 가장 약한 곳에서 일어나며 접착강도는 여러

가지 측정법에 따라 고유강도 잔류강도 측정강도 등과 같이 다르게 표현된다 고

무부싱의 접착구조는 그림 과 같다[ 61]

그림 접착의 구조[ 61]

프라이머 는 피착제 표면과의 친화성이나 접착제와의 상용성이 뛰어나야(Primer)

하고 동시에 접착 저해물과의 상용성도 높아야 한다 또 프라이머 중의 유효성분

쪽이 피착제 표면에 흡착되어 있는 저해성분보다 피착제에 의하여 안정하게 흡착되

어 있는 것이 중요하다 따라서 프라이머는

- 53 -

충분한 교반 균일하고 엷은 도포 그리고 완전한 건조가 이루어져야 한다 이러한

도포공정은 피착제의 모앙에 따라 달라진다

열경화성 접착제의 대부분은 유기 중합물과 각종 충진제를 유기용제에 용해 분산

시킨 것으로 사용전이나 사용 중에도 교반기 등으로 균일하게 용해 분산시킨 접착

제를 사용하는 것이 중요하다 따라서 의 도포 공정은 그림 와 같이 교 DA-2 [ 62]

반기를 추가 설치하여 공정 개선을 실시하였다

그림 설치한 교반기[ 62]

또한 피착제의 균일한 도포를 위해 롤타입의 코팅기에 기존 페인트용 롤러에서

그림 에서와 같이 융을 말아 롤러 도포하는 형태로 개선을 실시하여 코팅의[ 415]

두께 정밀도를 향상시켰다

- 54 -

그림 변경된 롤러 모양[ 63]

접착 재료를 프라이머 에서 변경하여 사용함CHEMLOK 220 252 CHEMLOK 205

으로써 접착력을 향상시켰는데 는 금속 및 경길대료의 프라이머로CHEMLOK 205

사용되며 또한 같은 극성고무에 단독으로 접착이 가능하다 NBR

방식의 경우 의 특징을 살펴보면TWO Coat CHEMLOK 205

ㆍㆍㆍㆍ 접착제의 금속 표면에서의 접착강도를 향상시킬 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ 기계적 표면처리 후 활성화된 금속표면을 산화작용으로부터 보호하며 녹방

지 도료적 역할을 한다

ㆍㆍㆍㆍ 크로로프렌이나 에피크로로히드린고무와 같은 가류 중에 염소가스를 발생

시 켜 금속표면을 부식시키기 쉬운 고무배합에 대하여 유효하게 적용된다 프

라 이머는 충분한 교반 균일하고 엷은 도포 그리고 완전한 건조가 이루어져

야 접착성이 뛰어나게 된다

도포공정 개선 전후의 효과는 그림 그림 의 도포두께 비교[ 64]~[ 67] Cpk

를 통해서도 알 수 있다DATA

아래 그림 는 도포공정의 개선전[ 64] 관리도의 그래프를 나타낸

- 55 -

것으로 관리도는 평균치와 범위에 관한 계량형 관리도에서 가장 많이 사용되

는 관리도의 하나이다 관리도는 평균치의 변화를 관리하는 관리도와 산포의

변화를 관리하는 관리도로 구성된다 관리도의 중심선(Central Line) CL=로 나

타내며 관리 상한선 은(Upper Control Limit) UCL= 로 관리하한선인 (Lower

의 경우Control Limit) LCL=

로 구한다

관리도의 관리선의 경우 중심선 관리상한선 UCL= 관리하한선 LCL

의 경우 로 구한다

여기서 등의 계수는 샘플의 크기인 에 따라 결정 되며 일 경우=4

=0729 =0 이다=2282

그림 에서[ 64] 이며=273410 관리도의 로 나타났UCL=307994 LCL=238826

다

관리도의 은CL 이며 이다=4744 UCL=1082581

- 56 -

그림 도포공정 개선전[ 64] 관리도

한편 그림 는 도포공정 개선 전의 경우에 대하여 지정된 규격의 공정능력 [ 65]

지수를 나타낸 것으로서 단기공정능력지수( 와 장기공정능력지수) ( 를 나타낸)

다 단기공정능력지수는 공정능력 ( 과 규격의 폭) ( 과의 비율을 의미하며 일반적)

으로 로 표시한다 규격은 그림 에서처럼 양쪽규격이 모두 주어진 경우 공 [ 65]

정 능력 지수는 다음과 같이 계산할 수 있다

공정 능력

로 나타내고 만약 공정 평균이 규격의 중심으로부터 어느

한쪽으로 치우쳐 있게 되는 경우 치우침도( 와) 를 조합한 단기공정능력지수

( 로 나타낸다 즉)

- 57 -

장기공정능력지수( 의 계산은)

으로서 이다

따라서 그림 에 나타난 것처럼 개선전의 공정능력은[ 65] =17854 =08458

으로서 장기 공정에 대해 만족스럽지 못한 값을 나타내고 있다

그림 도포공정 개선전 공정능력 분석그래프[ 65]

- 58 -

그러나 공정개선후의 관리도인 그림 을 살펴보면[ 66] 이며=28196 관리

도의 이고UCL=300418 LCL=263502 관리도의 은CL 로=2532 UCL=51418

나타난다

그림 도포공정 개선후[ 66] 관리도

- 59 -

개선 후에는 그림 로부터 알 수 있듯이 단기공정능력은[ 67] 으로서=31966

인 장기 공정에 대해 안정적인 것을 확인할 수 있어 도포공정 개선에=23275

대한 효과가 있음을 알 수 있다

그림 정 개선 후 공정능력 분석그래프[ 67]

또한 도포공정의 두께관리를 강화하기 위하여 작업자 교육 및 샘플링 두께 측정

검사를 통해 지속적인 모니터링을 실시하고 공정별 온도관리 및 시간 관리를 통해

작업 환경 유지관리 강화로 변함없는 품질의 제품을 생산하도록 하였다 그림 [

은 롤 코팅 공정이다68] (Roll coating)

- 60 -

그림 롤 코팅 공정[ 68] (Roll coating)

- 61 -

제 장 최적수준 결정을 위한 파라미터 설계제 장 최적수준 결정을 위한 파라미터 설계제 장 최적수준 결정을 위한 파라미터 설계제 장 최적수준 결정을 위한 파라미터 설계7777

제 절 실험계획법에 의한 유의인자 결정제 절 실험계획법에 의한 유의인자 결정제 절 실험계획법에 의한 유의인자 결정제 절 실험계획법에 의한 유의인자 결정1111

재료설계 형상설계 및 공정설계에 대한 최적조건의 결정은 부품의 품질 특성에

대한 사양 을 만족시켜야 할 뿐 아니라 생산부품 간 품질의 산포를(Specification)

최대한 줄여야 한다 의 최적설계를 위해 다구찌 기법 을 적 DA-2 (Taguchi method)

용하였다

다구찌의 강건설계 는 인자 가 품질 특성의 평균에 대해(Robust design) (Factor)

가지는 효과뿐만 아니라 분산에 미치는 효과에 대해서도 초점을 맞추고 있다 분산

을 줄일 수 있는 통제 가능한 인자에 대한 조건을 설정하여 품질특성이 통제 불가

능한 인자의 변화에 대해서는 둔감하도록 할 수 있다 강건설계의 주목적은 품질특

성의 목표값을 유지하면서 분산을 줄이는 인자에 대해 설치값 을 발견하는 (Setting)

데 있다

다구찌 설계에 의한 실험계획법은 특히 확장된 역할로서 다음의 몇 가지를 들 수

있다

ㆍㆍㆍㆍ종래에는 제어 불가능한 환경조건이나 제어하기 어려운 생산조건 공정조건

등의 원인 이를 잡음인자로 통칭 들이 데이터에 주는 영향의 정도를 평가하기 어려( )

웠으나 객관적으로 그리고 계량적으로 이를 평가할 수 있는 방법을 제시하고 있

다 또한 품질 산포의 크기를 계량특성치 손실함수 비 등 로 변환하여 산포를 ( SN )

작게 하는 인자들의 조건을 찾아가는 강건설계를 사용한다

ㆍㆍㆍㆍ직교배열표를 광범위하게 사용하여 인자의 수가 많은 경우에도 크게 실험횟

수를 증가시키지 않고 실험하는 일부 실시법을 사용한다

ㆍㆍㆍㆍ생산라인 내 뿐만 아니라 신제품 개발을 위한 품질설계 파라미터(On-line)

설계 허용오차 설계 등의 라인 외 품질관리를 위하여 유용하게 사용할 (Off-line)

수 있다

ㆍㆍㆍㆍ다구찌 방법에서 추가적으로 다룰 수 있는 주요한 것들로는 직교배열

- 62 -

표의 확대사용 수준계의 표준 직교배열표 이외에 확대 응용 혼합 직교배열표(2 3

의 사용과 조합법의 사용 계량치 데이터의 파라미터 설계 허용차 설계 그리고)

계수치 데이터의 파라미터 설계 동적 특성의 파라미터 설계 등을 들 수 있다

파라미터 설계 는 제품설계와 공정설계에서 유용하게 사용되는(Parameter design)

다구찌 실험계획법의 핵심이다 파라미터는 제품성능의 특성치에 영향을 주는 제어

가능한 인자 를 의미하며 파라미터 설계는 이들 인자들의 최적(Controllable factor)

수준을 정하여 주는 것을 말한다 파라미터를 설계변수 라고도 부 (Design variable)

르며 파라미터 설계에서는 제품의 품질변동이 잡음에 둔감하면서 목표품질을 가질

수 있도록 설계변수들의 최적조건을 구하여 준다 최적조건을 찾을 때 설계변수와

잡음을 주는 인자들을 포함시켜 실험하는 직교배열표 등을 주로 사용한다 이때 목

표 품질을 만족시키는 범위 내에서 가능한 한 비용이 적게 드는 조건이나 부품 등

을 이용한다

만약 신뢰성에 영향을 주는 제어 가능한 인자 에 대한 파라미터설계 A B C D

를 한다고 하자 는 수준 는 수준의 혼합수준 에 대한 설계 A B 4 C D 2 (Mixed level)

분석을 하려고 한다면 각 요인 변동의 계산을 표 과 같은 [ 71] L16(215형 직교배)

열표 를 사용하면 된다(Orthogonal Design)

에 대한 파라미터 설계조건으로는 내구성이 가장 좋은 최적의 설계 및 공정DA-2

조건을 구하여야 하므로 반응변수가 큰 값일수록 좋은 망대특성(Larger-the-better

에 대한 조건을 구하고 부품의 정특성 및 동특성에 대한 분석은 적characteristics)

정한 상호관계를 고려하여 별도의 실험을 행한다

- 63 -

표 다구찌 설계의 예[ 71]

- 64 -

제 절 시험데이터의 해석제 절 시험데이터의 해석제 절 시험데이터의 해석제 절 시험데이터의 해석2222

실험조건실험조건실험조건실험조건1111

제품의 신뢰성향상을 위해 지금까지 재료배합의 개선 형상개선 및 공정개선에

대한 각각의 과정을 설명하였으며 본 장에서는 관련된 여러 인자들을 동시에 고려

하여 최상의 품질특성을 나타낼 수 있는 최적인자수준의 결정에 대하여 설명하려고

한다 이는 인자들 간의 상호 작용이 상승 또는 보완작용을 할 수도 있고 반대로

서로 상극임을 나타낼 수 도 있기 때문이다

일반적으로 고무부싱의 개발에 적용되는 인자 는 다음과 같다(Factor)

ㆍㆍㆍㆍ경도 는 수요기업에서 제시하는 사양 에 따라 적정수(Hardness) (Specification)

준의 경도 도 도 도 도 를 적용하였으며 경험적으로 경도의 산포는(43 45 48 50 ) plusmn

정도이다2

ㆍㆍㆍㆍ각 부분의 모양이나 각도에 따라 고무 량에 영향을 미치게 되는 형상설계에

관해서는 내부 파이프 구배각도를(Inner pipe) 15deg~25deg로 하고 외부파이프 (Outer

의 접착부분을 로 하였으며 외경의 크기는pipe) 13mm~15mm

27mm~ 로 유지하였다278mm

ㆍㆍㆍㆍ공정설계는 가류시간을 로 하였다 가류 온도는240sec~600sec 150deg~180

로 하고 주변 온도에 영향을 받으므로 금형 표면온도는 항상 확인하였다 접착제

도포가 내구성에 영향을 주므로 접착제 두께는 으로 하고 접15micron~40micron

착제 배합조건은 로 하였다120cc~128cc

다구찌 설계에 의한 최적수준을 결정하기 위해 다른 인자는 고정시키고 경도 가

류시간 스웨징 인자에 대하여 표 와 같이 실험수준을 정하였다 [ 72]

- 65 -

표 실험인자 별 수준[ 72]

분석결과의 해석분석결과의 해석분석결과의 해석분석결과의 해석2222

실험결과의 해석은 다음과 같다

을 통해 표 의 실험조건을 입력하여 다구찌 설계를 생성한 결과MMITAB [ 72]

표 과 같은 실험조합을 얻었다 표 는 실험조합 별 시험결과 값이다[ 73] [ 74]

에서의 내구성에 대한 다구찌 설계해석의 결과는 표 의 신호 대Nominal load [ 75]

잡음비 비 평균 표준편차에 대한 반응표에 잘 나타나(SN Signal to noise ratio)

있다 그림 그림 은 비 평균 표준편차에 대한 반응 값을 도식한 [ 71]~[ 73] SN

것이다

표 의 신호 대 잡음비의 반응표를 보면 경도는 스웨징이나 가류시간에 비해[ 75]

반응변수 내구성 에 큰 영향을 미치고 있음을 보여준다 평균에 대한 반응표에서도( )

경도는 다른 인자들에 비해 반응변수의 평균에 크게 영향을 미치고 있음을 알 수

있다 표준편차 역시 경도의 수준 변화에 따라 차이가 가장 많음을 보여주고 있다

- 66 -

표 에 의한 다구찌 설계생성[ 73] MINITAB

- 67 -

표 실험조합 별 시험결과 데이터[ 74]

- 68 -

표 비 평균 표준편차에 대한 반응표[ 75] SN

신호 대 잡음 비에 대한 반응 표신호 대 잡음 비에 대한 반응 표신호 대 잡음 비에 대한 반응 표신호 대 잡음 비에 대한 반응 표

망대특성망대특성망대특성망대특성

평균에 대한 반응 표평균에 대한 반응 표평균에 대한 반응 표평균에 대한 반응 표

표준 편차에 대한 반응 표표준 편차에 대한 반응 표표준 편차에 대한 반응 표표준 편차에 대한 반응 표

- 69 -

그림 신호 대 잡음 비의 주효과도[ 71]

그림 인자수준별 평균의 주효과도[ 72]

그림 인자수준별 표준편차의 주효과도[ 73]

- 70 -

표 와 그림 에서 에서의 내구성 예측값을 가장 크게 하[ 75] [ 72] Nominal Load

는 것은 요인 수준의 조합이 일 때이다 품질 향상을 위해서는 정특성 동(4 2 2)

특성 값도 동시에 고려하여야 하므로 조합 조합 조합(4 2 2) (4 3 2) (4 1 2)

에 대한 예측 값을 함께 구하였다

표 은 에서의 내구성 예측값을 표 은 에[ 76] Nominal Load [ 77] Maximum Load

서의 내구성 예측값 표 은 정특성 예측값 표 는 에서의 동특성 예 [ 78] [ 79] 15Hz

측값 그리고 표 은 에서의 동특성 예측값을 보여주고 있다 [ 710] 150Hz Nominal

에서의 내구성 예측값은 조합 조합 조합에서 각Load (4 2 2) (4 3 2) (4 1 2)

각 목표값인 을 상회한 과170000 Cycle 178023 Cycle 174272 Cycle 175830

로서 조합일 때 더 높게 나타났다Cycle (4 2 2)

동배율은 예측 평균값을 기준으로 할 때 동배율은 조합에서는 에 (4 2 2) 15Hz

서 에서 이고 조합에서의110(1187691079) 150Hz 113(1215561079) (432)

동배율은 에서 에서15Hz 106(112856 106938) 150Hz 108(115769106938)

이며 조합에서의 동배율은 에서 에서 (412) 15Hz 108(118194 1094) 150Hz

이었다109(1195691094)

모델의 경우 수요기업에서 동배율 값이 적은 값을 요구하기 때문에DA-2 (kdks)

동배율을 고려하면 의 조합이 더 좋은 품질을 나타낸다고 할 수 있다(4 1 2)

- 71 -

표 에서의 내구성 예측값[ 76] Nominal Load

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 2 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 3 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 1 2

예측 값

신호 대

- 72 -

표 에서의 내구성 예측값[ 77] Maximum Load

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 2 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 3 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 1 2

신호 대

- 73 -

표 정특성 예측값[ 78]

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 2 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 3 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 1 2

신호 대

- 74 -

표 동특성 예측값[ 79] (15Hz)

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 2 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 3 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 1 2

신호 대

- 75 -

표 동특성 예측값[ 710] (150Hz)

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 2 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 3 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 1 2

신호 대

- 76 -

제 장 부품의 신뢰성성장관리제 장 부품의 신뢰성성장관리제 장 부품의 신뢰성성장관리제 장 부품의 신뢰성성장관리8888

제 절 신뢰성성장관리제 절 신뢰성성장관리제 절 신뢰성성장관리제 절 신뢰성성장관리1111

복잡하고 기술적인 제품의 개발 프로그램을 운영하는 데 있어서는 고객이 요구

하는 신뢰성 수준을 만족시키기 위하여 상당한 규모의 시간 예산 기술인력 등의

자원을 필요로 한다 고객들의 신뢰성 요구수준은 매우 높으므로 이러한 목표를 달

성하기 위하여 시험 개선 시험 개선의 개발과정을 반드시 거친다 이 과정에서 시- - -

스템 서브시스템 또는 모듈을 고장 날 때까지 시험하고 고장모드를 결정해서 이를

제거하기 위한 시도를 하거나 적어도 고장발생을 줄일 수 있는 시도를 하여 설계나

엔지니어링 개선을 이룬다 만약 이러한 과정이 계속되고 설계나 엔지니어링 변경

이 충분히 이루지면 시스템의 신뢰성은 증가한다 개발프로그램이 운영되는 동안

신뢰성 수준의 변화를 추적할 수 있다면 개발책임자로서는 여러 가지 이점이 있다

즉 목표하는 신뢰성 수준을 달성하기 위하여 충분한 비율로 성장하고 있는지의 여

부를 가능한 빠른 시간 내에 판단할 수 있고 그에 따라 필요한 자원을 적절히 배

분할 수 있다 따라서 개발책임자는 시험데이터로부터 현재 시스템의 신뢰성 수준

성장률의 평가 앞으로 기대되는 달성 가능한 수준을 결정하기를 원한다

신뢰성 성장관리 기술은 제품을 개발하는 데(Reliability growth management)

소요되는 많은 시간과 비용 및 엔지니어링 노력을 절감하면서 개념선택 제품과 공

정의 신뢰성 그리고 비용효율을 달성할 수 있도록 유용한 정보를 제공해 준다 군

사장비 자동차 및 전자 중장비개발 등에 적용된 최근의 신뢰성 성장시험 관리기술

은 각 분야의 경쟁적인 사업 환경 아래에서 제품개발을 효율적으로 조직하여 신뢰

성평가를 시작하고 신뢰성 성장과정을 추적할 수 있도록 해준다 신뢰성성장관리기

술은 제품 및 공정설계 관련사항 및 검증시험 항목들에 대하여 사용 환경에 따른

신뢰성 성장 진행과정을 확인하고 그 결과로부터 성장시험곡선을 개발할 수 있게

한다 또한 설계단계 사이의 여러 가지 관련성을 확인하여 관찰하고 그 정보를 다

른 제품보증분석들과 연결하여 고객 요구사항에 대한 제품의

- 77 -

적합도를 적절히 평가하는 데 도움을 준다

신뢰성성장모델은 가 개발한Crow(1975) AMSAA(Army Materiel Systems

모델이 많이 활용되었으나 이는 시스템 또는 서브시스템에서의Analysis Activity)

성장관리에 유용하고 부품수준에서는 모델을 활용하는 것이 더욱 실용적이 Weibull

다 모델은 목표 Weibull B10 수명에 대하여 초기 시작품 으로부터(Early Prototype)

후기 시작품 까지의 신뢰성 개선을 관리하는데 실용적으로 활용할(Later Prototype)

수 있다

신뢰성 성장시험 프로세스신뢰성 성장시험 프로세스신뢰성 성장시험 프로세스신뢰성 성장시험 프로세스1111

신뢰성 성장은 개발시스템에 대하여 여러 시험단계가 시리즈로 이루어지는 동안

고장모드를 발견하고 이를 개선하는 과정을 거쳐 이TAAF(Test Analyze And Fix)

루어진다 또한 기능시험 환경시험 안전시험의 결과는 신뢰성 향상을 위한 FMEA

등과 연계하여 사용된다 분석결과는 설계변경에 반영되고 최종목표가 달성될 때까

지 개선과 시험이 연속적으로 이루어진다 그림 은 일반적인 신뢰성 성장시험 [ 81]

프로세스를 보여준다 프로그램의 시작시점에 신뢰성 성장에 대한 계획을 수립하여

고객의 기대사항을 만족시킬 수 있는 성능수준에 대한 구체적인 측정치를 제시하

고 이 목적을 달성시킬 수 있는 시험조건을 정한다 시험조건은 특정한 부품이나

시스템에 대하여 고객의 사용방법과 환경에 대한 지식을 기초로 하여야 한다

개발프로젝트가 진행되는 동안 신뢰성 성장시험 프로그램이 개발되고 실행되는

과정에서 설계 및 공정의 관심사항을 확인하기 위해 QFD(Quality function

와 같은 제품보증을 위한 분석방법들이 선행되어 실시되는데 신뢰성deployment)

성장관리와 연계하여 이를 통틀어 통합 신뢰성 성장관리(Integrated reliability

라고 한다 신뢰성 성장관리를 포함한 제품설계평가의 모든growth management)

과정은 제품 공정의 신뢰성 향상에 있어 중요한 역할을 하는 제품보증기능의 한부

분이다

- 78 -

통합 신뢰성 성장시험관리 프로세스는 설계뿐 아니라 공정신뢰성(MIL-HDBK-781)

과 관련된 문제에 대응할 수 있도록 신뢰성 성장시험의 이점을 전적으로 활용할 수

있는 수단을 제공한다

신뢰성 성장관리과정을 개발함으로써 신뢰성 수준은 계속적으로 추적될 수 있고

조치를 취하고 다른 분석결과들과 비교되어 초기 신뢰성 예측을 수립하고 제품설

계에 포함된 확신을 증가시킨 후 검증시험에 들어갈 수 있도록 한다 이러한 신뢰

성 성장관리 프로세스는 제품개발 사이클에 있어서 초기 단계 동안에 신뢰성을 확

립하는 데 도움을 줄 수 있는 장치이다

그림 신뢰성성장시험 프로세스[ 81]

제품개발과정에 적용되는 신뢰성 성장시험관리 프로세스는 다음과 같다

신뢰성 성장시험조건을 결정하고 시험 사이클을 개발한다 ①

신뢰성 성장시험곡선의 사용을 통하여 시험과정을 실행하고 추적한다②

시험결과를 평가하고 다른 선행된 분석연구결과들과 비교한다③

확인된 결함을 제거하기 위해 설계변경을 실시한다④

- 79 -

설계검증시험을 준비한다⑤

신뢰성 성장시험의 주된 목적은 설계상의 약점을 확인하고 제거함으로써 설계의

신뢰성을 증가시키는 것이다 정확하게 신뢰성 수준이 변화되는 진행상황을 추적하

기 위해서는 요구사항에 대한 불합치성 을 확인하고 불합치성이(Nonconformance)

일어난 시간을 모두 추적하여야 한다 시험을 시작하기 전에 적절한 시정조치를 용

이하게 하기 위해 사전계획이 수립되어야 하며 고장분포를 결정하기 전에 각각의

고장부품에 대한 고장원인을 분리할 수 있어야 한다

부품의 개발과정에서 몇 개의 표본에 대한 고장시간 데이터가 있을 때 Weibull

분포를 활용한 신뢰성 성장분석에 대하여 설명하면 다음과 같다

가 분석의 개요가 분석의 개요가 분석의 개요가 분석의 개요

밀도함수는 그림 와 같이 특성 수명과 기울기로 고장시간Weibull [ 82] (Cycle

을 설명한다 작은 표본에 대한 고장시간 데이터가 주어졌을 때 분석Km) Weibull

을 사용하여 세 가지의 정보를 얻을 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ특정 시간이 주어졌을 때 등 부품의 신뢰도는 그 시간까지 살아 있(Cycle Km )

을 백분율이다

ㆍㆍㆍㆍ 또는 다른( 수명을 추정할 수 있다) 수명은 부품들 중 가 고장10

날 것이라고 기대되는 시간이다 즉 이 시간에서의 신뢰도는 이다 90

ㆍㆍㆍㆍ 기울기의 값은 고장률 패턴에 대한 정보를 제공해준다 기울기가Weibull 10

이라면 고장률이 일정하다는 것을 의미한다 이 경우 고장은 일반적으로 우연히

일어나며 고장률은 설계의 강건 정도에 따라 달라진다 기울기가 보다 작다면 1

고장률은 감소하고 있음을 의미한다

- 80 -

즉 높은 초기 고장률 을 말한다 기울기가 보다 크면 고장률은 증 (Infant mortality) 1

가하고 이는 마모 되고 있음을 의미한다(Wear-out)

그림 에 의한 부품의 신뢰성성장분석[ 82] Weibull 수명 비교

가장 많이 활용되는 측도는 수명이며 이것은 요구되는 목표 신뢰도가 임 90

을 의미한다 첫 번째 프로토타입이 고장 난다면 신뢰성 목표 달성을 위해 설계 변

경을 행하고 다음 프로토타입을 시험한다 이 과정은 목표 수명이 달성될 때까

지 반복한다

나 의이점나 의이점나 의이점나 의이점WeibullWeibullWeibullWeibull

부품의 개발과정에서 작은 표본에 대한 고장시간 자료가 주어졌을 때 Weibull

분석을 활용하여 신뢰성성장관리를 행하면 다음의 정보를 얻을 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ신뢰성 개선은 목표 수명이 달성될 때까지 하나의 프로토타입에

- 81 -

서 다음 프로토타입까지 추적할 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ신뢰성 개선은 시험한 프로토타입에 대해 타점으로 표현되고 빠르Weibull

게 방향을 파악하여 신뢰성 진전과정에 대한 양적 측면의 관리능력 향상을 그

래프로 확인할 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ컴포넌트를 고장 날 때까지 시험하는 것은 고장모드에 대한 아주 귀중한 정

보를 제공하고 따라서 시정조치 활동이 필요하다

ㆍㆍㆍㆍ많은 표본이 더 좋은 신뢰도를 얻을 수 있지만 분석은 많은 표본을Weibull

필요로 하지 않는다

ㆍㆍㆍㆍ고객의 운영 사용 사이클과 시험 모수의 관계가 알려져 있다면 더 빠르고( )

더 적은 비용으로 가속시험을 할 수도 있다

다 기본가정및제한다 기본가정및제한다 기본가정및제한다 기본가정및제한

ㆍㆍㆍㆍ각 분석에서 오직 하나의 고장모드만 포함되어야 한다 두 개나 그 이상의

고장 모드가 검출된다면 각각에 대해 분리하여 분석해야 한다

ㆍㆍㆍㆍ신뢰도는 시험 제한 한계 로 인해 년 마일까지 확장하여 외삽하면 안( ) 10 150K

된다 왜냐하면 시험 제한 한계 로 인해 다른 고장모드가 발생할 것인지 알 수 ( )

없기 때문이다

ㆍㆍㆍㆍ하나의 프로토타입에서 다음 프로토타입까지 기울기가 변하는 데는 특별히

주의를 하여야 한다 왜냐하면 초기 후기 수명에서 더 높은 신뢰도와 후기 초 ( ) (

기 수명에서 더 낮은 신뢰도의 할 수 도 있기 때문이다) trade-off

라 적용시기라 적용시기라 적용시기라 적용시기

ㆍㆍㆍㆍ수명의 비교는 엔지니어링 사양 이 특정한(Specification) 을 요구할 경

우 사용된다

ㆍㆍㆍㆍ이러한 접근방법은 고장시간 등 에 대하여 동일한 부품의(Cycle Km )

- 82 -

다른 시점에서의 프로토타입을 비교할 때 사용한다

ㆍㆍㆍㆍ신뢰성 목표가 달성될 때까지 계속한다

마 입력자료마 입력자료마 입력자료마 입력자료

ㆍㆍㆍㆍ프로토타입 의 몇 개 표본의 고장시간 등1 (Cycle Km )

ㆍㆍㆍㆍ프로토타입 의 몇 개 표본의 고장시간 등2 (Cycle Km )

⦙

ㆍㆍㆍㆍ마지막 프로토타입의 몇 개 표본의 고장시간 등(Cycle Km )

분석프로세스는 그림 과 같다[ 83]

프로세스프로세스프로세스프로세스 일반적 단계일반적 단계일반적 단계일반적 단계

Ⅰ 요구

또는 수명 결정

프로그램 신뢰성 목표 사용

고객의 운영 사용 프로파일 사용( )

시험 프로그램 적정시간 사용

Ⅱ 시험 프로그램 자료정보

확인과 데이터 수집초기 부품의 프로토타입

후기 부품의 프로토타입

Ⅲ 다른 프로토타입에 대한

누적고장 시간 또는 vs

거리 계산 및 타점

분석이 가능한 사용Weibull SW

가능한 가속수명시험 사용

Ⅳ 프로젝트 검토 시

현재 신뢰성 수준신뢰성 목표 적합성 결정

초기 경고 관련 정보 제공

개선을 위한 계획 정보 제공

그림 프로세스별 단계[ 83]

- 83 -

제 절 신뢰성성장 데이터분석제 절 신뢰성성장 데이터분석제 절 신뢰성성장 데이터분석제 절 신뢰성성장 데이터분석2222

초기 프로토타입 으로 부터 개의 표본을 정상하중 으(Prototype1) 6 (Nominal load)

로 고장 날 때까지 시험하고 고장모드를 기록하였다 여러 개선작업을 거친 후 후

기 프로토타입 으로부터 개의 표본을 고장 날 때까지 시험하고 고장모(Prototype2) 6

드를 기록하였다 시험 데이터는 표 에 주어져 있다 [ 81]

에 고장데이터를 입력하고 각 프로토타입 단계별로 용지에 결과MINITAB Weibull

를 타점한 결과 그림 와 같은 성장곡선이 생성되었다 [ 84] Weibull

정상하중 에서 의 평균수명 추정치는 이(Nominal load) Prototype1 127366Cycle

고 의 평균수명 추정치는 로서 의 개선을 이루었 Prototype2 176882 Cycle 389

음을 알 수 있었다 수명은 은 이었으나Prototype1 112668 Cycle Prototype2

의 수명은 로서 상당한 개선이 이루어졌음을 볼 수 있다168620 Cycle 수

명에 대한 신뢰하한은 로 추정되었다 따라서 정상부하에 의한95 162926 Cycle

시험데이터분석 결과 개선활동 재료배합개선 형상설계개선 공정개선 에 의하여 ( )

내구성 목표가 달성되었음을 알 수 있다

그림 는 에서의 신뢰구간을 보여주고 있다[ 85] Nominal load 90

최대하중 에서는 표 의 데이터 입력결과 그림 의 그래프를(Max load) [ 82] [ 86]

생성하였다 그래프로 부터 추정된 의 Prototype1 수명은 이고16362Cycle

의Prototype2 수명은 이다21850 Cycle 수명에 대한 신뢰하한추정치95

는 으로부터 로 계산된다MINITAB 20983 Cycle

의 수명과 의 수명이 다른 것은 개선 활동의 결과이Prototype1 Prototype2

- 84 -

며 에서 개선목표가 달성되었음을 알 수 있다 Prototype2

표 하중 고장시간[ 81] Nominal (Cycle)

Weibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth Curve

(Nominal Load)(Nominal Load)(Nominal Load)(Nominal Load)

그림 성장곡선[ 84] Weibull (Nominal load data)

- 85 -

Weibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth Curve

(Nominal Load-90 Cl)(Nominal Load-90 Cl)(Nominal Load-90 Cl)(Nominal Load-90 Cl)

그림 신뢰구간[ 85] Nominal Load90

- 86 -

표 하중 고장시간[ 82] Max (Cycle)

Weibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth Curve

(MaxLoad)(MaxLoad)(MaxLoad)(MaxLoad)

그림 성장곡선[ 86] Weibull (Max load data)

- 87 -

제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론9999

본 연구는 자동차현가장치인 고무부싱 의 신뢰성향상을 위한 기(Rubber bushing)

술개발과제이다 에나 인더스트리는 수출전문기업으로서 주요 경쟁사에 비해 고성

능 고내구성의 제품을 짧은 기간 내에 개발할 수 있는 능력을 갖추어야 해외 시장

에서 경쟁력을 가질 수 있다

본 연구개발에서는 수요기업에서 요구하는 GMUTS(General Motors Uniform

의 사양에 따른 시험을 실행하여 내구성을 목표 사이클 이상으Test Specification)

로 개선하고 정특성과 동특성 비틀림 토크를 개선항목으로 선정하여 제품의 품질

및 신뢰성 향상을 진행하였다

수요기업의 요구 수준에 의하면 내구성은 와 Tension Compress Alternating

가 동시에 일 때 일 때Torsion Stress Maximum Load 20000 Cycle Normal Load

을 요구한다 본 프로젝트의 경우 해외의 부품메이커들에 대한 경쟁150000 Cycle

력 우위를 확보하기 위하여 기본 요구 수준을 넘어 향상된 제품신뢰성을5~10

확보를 목표로 하였다 내구성 정특성 및 동특성에 대한 시험은 직접 행하였고 비

틀림토크에 대한 부분은 추가적인 시험장치가 필요하여 수요기업의 실험실에 샘플

을 제출하여 요구수준을 검증받았다

본 연구개발의 성과를 요약하면 다음과 같다

우선 기술적 효과로는

설계기술의 확보(1)

재료배합설계 형상설계 공정설계에 대한 기술을 확보하여 내구성을 비롯한 품

질특성을 향상시킬 수 있었다 종래에는 설계 개발 생산프로세스에서 경험적 방법

에 의존하여 시행착오가 많았으나 본 연구를 통하여 과학적이고 체계적인 방법으

로 접근할 수 있는 기술이 확보되었다

설계 요소의 기술적 배치를 위한 실험계획법의 활용기술 확보(2)

- 88 -

종전에는 고무 배합설계 형상설계 공정설계에 대하여 설계요인 별 수 (Facter)

준 을 무작위로 추출하여 실험하였으나 본 실험계획의 과정을 따르면 요인들(Level)

이 계획적으로 반영되어 품질특성에 각각 어느 정도의 영향을 미치는지 분석이 가

능하게 된다 또한 다구찌에 의한 강건 설계의 생성으로 산포를 줄일 수 있다

잠재적 고장원인 분석방법 기술 확보(3)

제품기능에 대한 잠재적 고장모드의 예측과 시험항목을 판단하고 최종적으로는 설

계검증 과 공정검증 의 세부항목과 효과적(Design verification) (Process verification)

으로 연계가 가능하다

신뢰성 데이터분석기술 확보(4)

부품의 개발과정에서 몇 개의 표본에 대한 고장시간 데이터가 있을 때 Weibull

분포를 활용한 신뢰성 성장분석이 가능하게 되었다 개발프로그램이 운영되는 동안

신뢰성 수준의 변화를 추적할 수 있어 목표하는 신뢰성 수준을 달성하기 위하여 충

분한 비율로 성장하고 있는지의 여부를 가능한 빠른 시간 내에 판단할 수 있고 그

에 따라 필요한 자원을 적절히 배분할 수 있다 따라서 개발책임자는 시험데이터로

부터 현재 시스템의 신뢰성 수준 성장률의 평가 앞으로 기대되는 달성 가능한 수

준에 대한 결정이 가능하다

경제적 측면의 효과로는

제품에 대한 내구성 및 동특성 정특성에 대하여 요구사양 이상으로 특성관리(1)

를 행할 수 있어 해외 부품메이커들에 대한 경쟁력 우위로 수출력을 향상할 수 있

게 되었다

개발기간을 단축할 수 있게 되어 개발비의 절감을 가져올 수 있게 되었다(2)

재료배합 형상설계 및 공정설계에 대한 기술개발의 표준 정립으로 개발 기간의 단

축이 가능하게 되었다

본 과제 결과를 활용하여 다른 방진제품에 대한 신뢰성 관리로 수출(3)

- 89 -

시장을 개척하여 신규거래처를 확보할 예정이다 신뢰성 데이터의 관리가 이루어져

제품수명에 대한 설득력 있는 자료의 제시가 가능하게 되었다

향후 연구계획으로는

고무부싱부품의 특성상 내구성만의 개선이 최선이 아니고 정특성과 동특성을 일

정수준으로 동시에 고려하여야 한다 따라서 이 부분에 대한 동시적인 실험설계가

시스템화 되도록 추가적인 연구가 요구된다

- 90 -

참고문헌참고문헌참고문헌참고문헌[ ][ ][ ][ ]

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박성현 실험계획법 민영사[5] 2003

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Journal of Fatigue Vol27 2005

[8] McLean R A and Anderson V I Extreme Vertices Design of Mixture

Experiments Technometrics Vol8 No3 1966

- 96 -

주 의

이 보고서는 산업자원부에서 시행한 부품소재종합기술지원사업의 최1

종보고서이다

이 신뢰성기반기술확산사업 내용을 대외적으로 발표할 때에는 반드시2

산업자원부에서 시행한 부품소재신뢰성기반기술 사업의 지원결과임을

밝혀야 한다

- 97 -

이 보고서는 산업자원부에서 시행한

부품소재 신뢰성기반기술확산사업의 최종보고서이다

- 53 -

충분한 교반 균일하고 엷은 도포 그리고 완전한 건조가 이루어져야 한다 이러한

도포공정은 피착제의 모앙에 따라 달라진다

열경화성 접착제의 대부분은 유기 중합물과 각종 충진제를 유기용제에 용해 분산

시킨 것으로 사용전이나 사용 중에도 교반기 등으로 균일하게 용해 분산시킨 접착

제를 사용하는 것이 중요하다 따라서 의 도포 공정은 그림 와 같이 교 DA-2 [ 62]

반기를 추가 설치하여 공정 개선을 실시하였다

그림 설치한 교반기[ 62]

또한 피착제의 균일한 도포를 위해 롤타입의 코팅기에 기존 페인트용 롤러에서

그림 에서와 같이 융을 말아 롤러 도포하는 형태로 개선을 실시하여 코팅의[ 415]

두께 정밀도를 향상시켰다

- 54 -

그림 변경된 롤러 모양[ 63]

접착 재료를 프라이머 에서 변경하여 사용함CHEMLOK 220 252 CHEMLOK 205

으로써 접착력을 향상시켰는데 는 금속 및 경길대료의 프라이머로CHEMLOK 205

사용되며 또한 같은 극성고무에 단독으로 접착이 가능하다 NBR

방식의 경우 의 특징을 살펴보면TWO Coat CHEMLOK 205

ㆍㆍㆍㆍ 접착제의 금속 표면에서의 접착강도를 향상시킬 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ 기계적 표면처리 후 활성화된 금속표면을 산화작용으로부터 보호하며 녹방

지 도료적 역할을 한다

ㆍㆍㆍㆍ 크로로프렌이나 에피크로로히드린고무와 같은 가류 중에 염소가스를 발생

시 켜 금속표면을 부식시키기 쉬운 고무배합에 대하여 유효하게 적용된다 프

라 이머는 충분한 교반 균일하고 엷은 도포 그리고 완전한 건조가 이루어져

야 접착성이 뛰어나게 된다

도포공정 개선 전후의 효과는 그림 그림 의 도포두께 비교[ 64]~[ 67] Cpk

를 통해서도 알 수 있다DATA

아래 그림 는 도포공정의 개선전[ 64] 관리도의 그래프를 나타낸

- 55 -

것으로 관리도는 평균치와 범위에 관한 계량형 관리도에서 가장 많이 사용되

는 관리도의 하나이다 관리도는 평균치의 변화를 관리하는 관리도와 산포의

변화를 관리하는 관리도로 구성된다 관리도의 중심선(Central Line) CL=로 나

타내며 관리 상한선 은(Upper Control Limit) UCL= 로 관리하한선인 (Lower

의 경우Control Limit) LCL=

로 구한다

관리도의 관리선의 경우 중심선 관리상한선 UCL= 관리하한선 LCL

의 경우 로 구한다

여기서 등의 계수는 샘플의 크기인 에 따라 결정 되며 일 경우=4

=0729 =0 이다=2282

그림 에서[ 64] 이며=273410 관리도의 로 나타났UCL=307994 LCL=238826

다

관리도의 은CL 이며 이다=4744 UCL=1082581

- 56 -

그림 도포공정 개선전[ 64] 관리도

한편 그림 는 도포공정 개선 전의 경우에 대하여 지정된 규격의 공정능력 [ 65]

지수를 나타낸 것으로서 단기공정능력지수( 와 장기공정능력지수) ( 를 나타낸)

다 단기공정능력지수는 공정능력 ( 과 규격의 폭) ( 과의 비율을 의미하며 일반적)

으로 로 표시한다 규격은 그림 에서처럼 양쪽규격이 모두 주어진 경우 공 [ 65]

정 능력 지수는 다음과 같이 계산할 수 있다

공정 능력

로 나타내고 만약 공정 평균이 규격의 중심으로부터 어느

한쪽으로 치우쳐 있게 되는 경우 치우침도( 와) 를 조합한 단기공정능력지수

( 로 나타낸다 즉)

- 57 -

장기공정능력지수( 의 계산은)

으로서 이다

따라서 그림 에 나타난 것처럼 개선전의 공정능력은[ 65] =17854 =08458

으로서 장기 공정에 대해 만족스럽지 못한 값을 나타내고 있다

그림 도포공정 개선전 공정능력 분석그래프[ 65]

- 58 -

그러나 공정개선후의 관리도인 그림 을 살펴보면[ 66] 이며=28196 관리

도의 이고UCL=300418 LCL=263502 관리도의 은CL 로=2532 UCL=51418

나타난다

그림 도포공정 개선후[ 66] 관리도

- 59 -

개선 후에는 그림 로부터 알 수 있듯이 단기공정능력은[ 67] 으로서=31966

인 장기 공정에 대해 안정적인 것을 확인할 수 있어 도포공정 개선에=23275

대한 효과가 있음을 알 수 있다

그림 정 개선 후 공정능력 분석그래프[ 67]

또한 도포공정의 두께관리를 강화하기 위하여 작업자 교육 및 샘플링 두께 측정

검사를 통해 지속적인 모니터링을 실시하고 공정별 온도관리 및 시간 관리를 통해

작업 환경 유지관리 강화로 변함없는 품질의 제품을 생산하도록 하였다 그림 [

은 롤 코팅 공정이다68] (Roll coating)

- 60 -

그림 롤 코팅 공정[ 68] (Roll coating)

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제 장 최적수준 결정을 위한 파라미터 설계제 장 최적수준 결정을 위한 파라미터 설계제 장 최적수준 결정을 위한 파라미터 설계제 장 최적수준 결정을 위한 파라미터 설계7777

제 절 실험계획법에 의한 유의인자 결정제 절 실험계획법에 의한 유의인자 결정제 절 실험계획법에 의한 유의인자 결정제 절 실험계획법에 의한 유의인자 결정1111

재료설계 형상설계 및 공정설계에 대한 최적조건의 결정은 부품의 품질 특성에

대한 사양 을 만족시켜야 할 뿐 아니라 생산부품 간 품질의 산포를(Specification)

최대한 줄여야 한다 의 최적설계를 위해 다구찌 기법 을 적 DA-2 (Taguchi method)

용하였다

다구찌의 강건설계 는 인자 가 품질 특성의 평균에 대해(Robust design) (Factor)

가지는 효과뿐만 아니라 분산에 미치는 효과에 대해서도 초점을 맞추고 있다 분산

을 줄일 수 있는 통제 가능한 인자에 대한 조건을 설정하여 품질특성이 통제 불가

능한 인자의 변화에 대해서는 둔감하도록 할 수 있다 강건설계의 주목적은 품질특

성의 목표값을 유지하면서 분산을 줄이는 인자에 대해 설치값 을 발견하는 (Setting)

데 있다

다구찌 설계에 의한 실험계획법은 특히 확장된 역할로서 다음의 몇 가지를 들 수

있다

ㆍㆍㆍㆍ종래에는 제어 불가능한 환경조건이나 제어하기 어려운 생산조건 공정조건

등의 원인 이를 잡음인자로 통칭 들이 데이터에 주는 영향의 정도를 평가하기 어려( )

웠으나 객관적으로 그리고 계량적으로 이를 평가할 수 있는 방법을 제시하고 있

다 또한 품질 산포의 크기를 계량특성치 손실함수 비 등 로 변환하여 산포를 ( SN )

작게 하는 인자들의 조건을 찾아가는 강건설계를 사용한다

ㆍㆍㆍㆍ직교배열표를 광범위하게 사용하여 인자의 수가 많은 경우에도 크게 실험횟

수를 증가시키지 않고 실험하는 일부 실시법을 사용한다

ㆍㆍㆍㆍ생산라인 내 뿐만 아니라 신제품 개발을 위한 품질설계 파라미터(On-line)

설계 허용오차 설계 등의 라인 외 품질관리를 위하여 유용하게 사용할 (Off-line)

수 있다

ㆍㆍㆍㆍ다구찌 방법에서 추가적으로 다룰 수 있는 주요한 것들로는 직교배열

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표의 확대사용 수준계의 표준 직교배열표 이외에 확대 응용 혼합 직교배열표(2 3

의 사용과 조합법의 사용 계량치 데이터의 파라미터 설계 허용차 설계 그리고)

계수치 데이터의 파라미터 설계 동적 특성의 파라미터 설계 등을 들 수 있다

파라미터 설계 는 제품설계와 공정설계에서 유용하게 사용되는(Parameter design)

다구찌 실험계획법의 핵심이다 파라미터는 제품성능의 특성치에 영향을 주는 제어

가능한 인자 를 의미하며 파라미터 설계는 이들 인자들의 최적(Controllable factor)

수준을 정하여 주는 것을 말한다 파라미터를 설계변수 라고도 부 (Design variable)

르며 파라미터 설계에서는 제품의 품질변동이 잡음에 둔감하면서 목표품질을 가질

수 있도록 설계변수들의 최적조건을 구하여 준다 최적조건을 찾을 때 설계변수와

잡음을 주는 인자들을 포함시켜 실험하는 직교배열표 등을 주로 사용한다 이때 목

표 품질을 만족시키는 범위 내에서 가능한 한 비용이 적게 드는 조건이나 부품 등

을 이용한다

만약 신뢰성에 영향을 주는 제어 가능한 인자 에 대한 파라미터설계 A B C D

를 한다고 하자 는 수준 는 수준의 혼합수준 에 대한 설계 A B 4 C D 2 (Mixed level)

분석을 하려고 한다면 각 요인 변동의 계산을 표 과 같은 [ 71] L16(215형 직교배)

열표 를 사용하면 된다(Orthogonal Design)

에 대한 파라미터 설계조건으로는 내구성이 가장 좋은 최적의 설계 및 공정DA-2

조건을 구하여야 하므로 반응변수가 큰 값일수록 좋은 망대특성(Larger-the-better

에 대한 조건을 구하고 부품의 정특성 및 동특성에 대한 분석은 적characteristics)

정한 상호관계를 고려하여 별도의 실험을 행한다

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표 다구찌 설계의 예[ 71]

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제 절 시험데이터의 해석제 절 시험데이터의 해석제 절 시험데이터의 해석제 절 시험데이터의 해석2222

실험조건실험조건실험조건실험조건1111

제품의 신뢰성향상을 위해 지금까지 재료배합의 개선 형상개선 및 공정개선에

대한 각각의 과정을 설명하였으며 본 장에서는 관련된 여러 인자들을 동시에 고려

하여 최상의 품질특성을 나타낼 수 있는 최적인자수준의 결정에 대하여 설명하려고

한다 이는 인자들 간의 상호 작용이 상승 또는 보완작용을 할 수도 있고 반대로

서로 상극임을 나타낼 수 도 있기 때문이다

일반적으로 고무부싱의 개발에 적용되는 인자 는 다음과 같다(Factor)

ㆍㆍㆍㆍ경도 는 수요기업에서 제시하는 사양 에 따라 적정수(Hardness) (Specification)

준의 경도 도 도 도 도 를 적용하였으며 경험적으로 경도의 산포는(43 45 48 50 ) plusmn

정도이다2

ㆍㆍㆍㆍ각 부분의 모양이나 각도에 따라 고무 량에 영향을 미치게 되는 형상설계에

관해서는 내부 파이프 구배각도를(Inner pipe) 15deg~25deg로 하고 외부파이프 (Outer

의 접착부분을 로 하였으며 외경의 크기는pipe) 13mm~15mm

27mm~ 로 유지하였다278mm

ㆍㆍㆍㆍ공정설계는 가류시간을 로 하였다 가류 온도는240sec~600sec 150deg~180

로 하고 주변 온도에 영향을 받으므로 금형 표면온도는 항상 확인하였다 접착제

도포가 내구성에 영향을 주므로 접착제 두께는 으로 하고 접15micron~40micron

착제 배합조건은 로 하였다120cc~128cc

다구찌 설계에 의한 최적수준을 결정하기 위해 다른 인자는 고정시키고 경도 가

류시간 스웨징 인자에 대하여 표 와 같이 실험수준을 정하였다 [ 72]

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표 실험인자 별 수준[ 72]

분석결과의 해석분석결과의 해석분석결과의 해석분석결과의 해석2222

실험결과의 해석은 다음과 같다

을 통해 표 의 실험조건을 입력하여 다구찌 설계를 생성한 결과MMITAB [ 72]

표 과 같은 실험조합을 얻었다 표 는 실험조합 별 시험결과 값이다[ 73] [ 74]

에서의 내구성에 대한 다구찌 설계해석의 결과는 표 의 신호 대Nominal load [ 75]

잡음비 비 평균 표준편차에 대한 반응표에 잘 나타나(SN Signal to noise ratio)

있다 그림 그림 은 비 평균 표준편차에 대한 반응 값을 도식한 [ 71]~[ 73] SN

것이다

표 의 신호 대 잡음비의 반응표를 보면 경도는 스웨징이나 가류시간에 비해[ 75]

반응변수 내구성 에 큰 영향을 미치고 있음을 보여준다 평균에 대한 반응표에서도( )

경도는 다른 인자들에 비해 반응변수의 평균에 크게 영향을 미치고 있음을 알 수

있다 표준편차 역시 경도의 수준 변화에 따라 차이가 가장 많음을 보여주고 있다

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표 에 의한 다구찌 설계생성[ 73] MINITAB

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표 실험조합 별 시험결과 데이터[ 74]

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표 비 평균 표준편차에 대한 반응표[ 75] SN

신호 대 잡음 비에 대한 반응 표신호 대 잡음 비에 대한 반응 표신호 대 잡음 비에 대한 반응 표신호 대 잡음 비에 대한 반응 표

망대특성망대특성망대특성망대특성

평균에 대한 반응 표평균에 대한 반응 표평균에 대한 반응 표평균에 대한 반응 표

표준 편차에 대한 반응 표표준 편차에 대한 반응 표표준 편차에 대한 반응 표표준 편차에 대한 반응 표

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그림 신호 대 잡음 비의 주효과도[ 71]

그림 인자수준별 평균의 주효과도[ 72]

그림 인자수준별 표준편차의 주효과도[ 73]

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표 와 그림 에서 에서의 내구성 예측값을 가장 크게 하[ 75] [ 72] Nominal Load

는 것은 요인 수준의 조합이 일 때이다 품질 향상을 위해서는 정특성 동(4 2 2)

특성 값도 동시에 고려하여야 하므로 조합 조합 조합(4 2 2) (4 3 2) (4 1 2)

에 대한 예측 값을 함께 구하였다

표 은 에서의 내구성 예측값을 표 은 에[ 76] Nominal Load [ 77] Maximum Load

서의 내구성 예측값 표 은 정특성 예측값 표 는 에서의 동특성 예 [ 78] [ 79] 15Hz

측값 그리고 표 은 에서의 동특성 예측값을 보여주고 있다 [ 710] 150Hz Nominal

에서의 내구성 예측값은 조합 조합 조합에서 각Load (4 2 2) (4 3 2) (4 1 2)

각 목표값인 을 상회한 과170000 Cycle 178023 Cycle 174272 Cycle 175830

로서 조합일 때 더 높게 나타났다Cycle (4 2 2)

동배율은 예측 평균값을 기준으로 할 때 동배율은 조합에서는 에 (4 2 2) 15Hz

서 에서 이고 조합에서의110(1187691079) 150Hz 113(1215561079) (432)

동배율은 에서 에서15Hz 106(112856 106938) 150Hz 108(115769106938)

이며 조합에서의 동배율은 에서 에서 (412) 15Hz 108(118194 1094) 150Hz

이었다109(1195691094)

모델의 경우 수요기업에서 동배율 값이 적은 값을 요구하기 때문에DA-2 (kdks)

동배율을 고려하면 의 조합이 더 좋은 품질을 나타낸다고 할 수 있다(4 1 2)

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표 에서의 내구성 예측값[ 76] Nominal Load

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 2 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 3 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 1 2

예측 값

신호 대

- 72 -

표 에서의 내구성 예측값[ 77] Maximum Load

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 2 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 3 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 1 2

신호 대

- 73 -

표 정특성 예측값[ 78]

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 2 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 3 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 1 2

신호 대

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표 동특성 예측값[ 79] (15Hz)

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 2 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 3 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 1 2

신호 대

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표 동특성 예측값[ 710] (150Hz)

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 2 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 3 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 1 2

신호 대

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제 장 부품의 신뢰성성장관리제 장 부품의 신뢰성성장관리제 장 부품의 신뢰성성장관리제 장 부품의 신뢰성성장관리8888

제 절 신뢰성성장관리제 절 신뢰성성장관리제 절 신뢰성성장관리제 절 신뢰성성장관리1111

복잡하고 기술적인 제품의 개발 프로그램을 운영하는 데 있어서는 고객이 요구

하는 신뢰성 수준을 만족시키기 위하여 상당한 규모의 시간 예산 기술인력 등의

자원을 필요로 한다 고객들의 신뢰성 요구수준은 매우 높으므로 이러한 목표를 달

성하기 위하여 시험 개선 시험 개선의 개발과정을 반드시 거친다 이 과정에서 시- - -

스템 서브시스템 또는 모듈을 고장 날 때까지 시험하고 고장모드를 결정해서 이를

제거하기 위한 시도를 하거나 적어도 고장발생을 줄일 수 있는 시도를 하여 설계나

엔지니어링 개선을 이룬다 만약 이러한 과정이 계속되고 설계나 엔지니어링 변경

이 충분히 이루지면 시스템의 신뢰성은 증가한다 개발프로그램이 운영되는 동안

신뢰성 수준의 변화를 추적할 수 있다면 개발책임자로서는 여러 가지 이점이 있다

즉 목표하는 신뢰성 수준을 달성하기 위하여 충분한 비율로 성장하고 있는지의 여

부를 가능한 빠른 시간 내에 판단할 수 있고 그에 따라 필요한 자원을 적절히 배

분할 수 있다 따라서 개발책임자는 시험데이터로부터 현재 시스템의 신뢰성 수준

성장률의 평가 앞으로 기대되는 달성 가능한 수준을 결정하기를 원한다

신뢰성 성장관리 기술은 제품을 개발하는 데(Reliability growth management)

소요되는 많은 시간과 비용 및 엔지니어링 노력을 절감하면서 개념선택 제품과 공

정의 신뢰성 그리고 비용효율을 달성할 수 있도록 유용한 정보를 제공해 준다 군

사장비 자동차 및 전자 중장비개발 등에 적용된 최근의 신뢰성 성장시험 관리기술

은 각 분야의 경쟁적인 사업 환경 아래에서 제품개발을 효율적으로 조직하여 신뢰

성평가를 시작하고 신뢰성 성장과정을 추적할 수 있도록 해준다 신뢰성성장관리기

술은 제품 및 공정설계 관련사항 및 검증시험 항목들에 대하여 사용 환경에 따른

신뢰성 성장 진행과정을 확인하고 그 결과로부터 성장시험곡선을 개발할 수 있게

한다 또한 설계단계 사이의 여러 가지 관련성을 확인하여 관찰하고 그 정보를 다

른 제품보증분석들과 연결하여 고객 요구사항에 대한 제품의

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적합도를 적절히 평가하는 데 도움을 준다

신뢰성성장모델은 가 개발한Crow(1975) AMSAA(Army Materiel Systems

모델이 많이 활용되었으나 이는 시스템 또는 서브시스템에서의Analysis Activity)

성장관리에 유용하고 부품수준에서는 모델을 활용하는 것이 더욱 실용적이 Weibull

다 모델은 목표 Weibull B10 수명에 대하여 초기 시작품 으로부터(Early Prototype)

후기 시작품 까지의 신뢰성 개선을 관리하는데 실용적으로 활용할(Later Prototype)

수 있다

신뢰성 성장시험 프로세스신뢰성 성장시험 프로세스신뢰성 성장시험 프로세스신뢰성 성장시험 프로세스1111

신뢰성 성장은 개발시스템에 대하여 여러 시험단계가 시리즈로 이루어지는 동안

고장모드를 발견하고 이를 개선하는 과정을 거쳐 이TAAF(Test Analyze And Fix)

루어진다 또한 기능시험 환경시험 안전시험의 결과는 신뢰성 향상을 위한 FMEA

등과 연계하여 사용된다 분석결과는 설계변경에 반영되고 최종목표가 달성될 때까

지 개선과 시험이 연속적으로 이루어진다 그림 은 일반적인 신뢰성 성장시험 [ 81]

프로세스를 보여준다 프로그램의 시작시점에 신뢰성 성장에 대한 계획을 수립하여

고객의 기대사항을 만족시킬 수 있는 성능수준에 대한 구체적인 측정치를 제시하

고 이 목적을 달성시킬 수 있는 시험조건을 정한다 시험조건은 특정한 부품이나

시스템에 대하여 고객의 사용방법과 환경에 대한 지식을 기초로 하여야 한다

개발프로젝트가 진행되는 동안 신뢰성 성장시험 프로그램이 개발되고 실행되는

과정에서 설계 및 공정의 관심사항을 확인하기 위해 QFD(Quality function

와 같은 제품보증을 위한 분석방법들이 선행되어 실시되는데 신뢰성deployment)

성장관리와 연계하여 이를 통틀어 통합 신뢰성 성장관리(Integrated reliability

라고 한다 신뢰성 성장관리를 포함한 제품설계평가의 모든growth management)

과정은 제품 공정의 신뢰성 향상에 있어 중요한 역할을 하는 제품보증기능의 한부

분이다

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통합 신뢰성 성장시험관리 프로세스는 설계뿐 아니라 공정신뢰성(MIL-HDBK-781)

과 관련된 문제에 대응할 수 있도록 신뢰성 성장시험의 이점을 전적으로 활용할 수

있는 수단을 제공한다

신뢰성 성장관리과정을 개발함으로써 신뢰성 수준은 계속적으로 추적될 수 있고

조치를 취하고 다른 분석결과들과 비교되어 초기 신뢰성 예측을 수립하고 제품설

계에 포함된 확신을 증가시킨 후 검증시험에 들어갈 수 있도록 한다 이러한 신뢰

성 성장관리 프로세스는 제품개발 사이클에 있어서 초기 단계 동안에 신뢰성을 확

립하는 데 도움을 줄 수 있는 장치이다

그림 신뢰성성장시험 프로세스[ 81]

제품개발과정에 적용되는 신뢰성 성장시험관리 프로세스는 다음과 같다

신뢰성 성장시험조건을 결정하고 시험 사이클을 개발한다 ①

신뢰성 성장시험곡선의 사용을 통하여 시험과정을 실행하고 추적한다②

시험결과를 평가하고 다른 선행된 분석연구결과들과 비교한다③

확인된 결함을 제거하기 위해 설계변경을 실시한다④

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설계검증시험을 준비한다⑤

신뢰성 성장시험의 주된 목적은 설계상의 약점을 확인하고 제거함으로써 설계의

신뢰성을 증가시키는 것이다 정확하게 신뢰성 수준이 변화되는 진행상황을 추적하

기 위해서는 요구사항에 대한 불합치성 을 확인하고 불합치성이(Nonconformance)

일어난 시간을 모두 추적하여야 한다 시험을 시작하기 전에 적절한 시정조치를 용

이하게 하기 위해 사전계획이 수립되어야 하며 고장분포를 결정하기 전에 각각의

고장부품에 대한 고장원인을 분리할 수 있어야 한다

부품의 개발과정에서 몇 개의 표본에 대한 고장시간 데이터가 있을 때 Weibull

분포를 활용한 신뢰성 성장분석에 대하여 설명하면 다음과 같다

가 분석의 개요가 분석의 개요가 분석의 개요가 분석의 개요

밀도함수는 그림 와 같이 특성 수명과 기울기로 고장시간Weibull [ 82] (Cycle

을 설명한다 작은 표본에 대한 고장시간 데이터가 주어졌을 때 분석Km) Weibull

을 사용하여 세 가지의 정보를 얻을 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ특정 시간이 주어졌을 때 등 부품의 신뢰도는 그 시간까지 살아 있(Cycle Km )

을 백분율이다

ㆍㆍㆍㆍ 또는 다른( 수명을 추정할 수 있다) 수명은 부품들 중 가 고장10

날 것이라고 기대되는 시간이다 즉 이 시간에서의 신뢰도는 이다 90

ㆍㆍㆍㆍ 기울기의 값은 고장률 패턴에 대한 정보를 제공해준다 기울기가Weibull 10

이라면 고장률이 일정하다는 것을 의미한다 이 경우 고장은 일반적으로 우연히

일어나며 고장률은 설계의 강건 정도에 따라 달라진다 기울기가 보다 작다면 1

고장률은 감소하고 있음을 의미한다

- 80 -

즉 높은 초기 고장률 을 말한다 기울기가 보다 크면 고장률은 증 (Infant mortality) 1

가하고 이는 마모 되고 있음을 의미한다(Wear-out)

그림 에 의한 부품의 신뢰성성장분석[ 82] Weibull 수명 비교

가장 많이 활용되는 측도는 수명이며 이것은 요구되는 목표 신뢰도가 임 90

을 의미한다 첫 번째 프로토타입이 고장 난다면 신뢰성 목표 달성을 위해 설계 변

경을 행하고 다음 프로토타입을 시험한다 이 과정은 목표 수명이 달성될 때까

지 반복한다

나 의이점나 의이점나 의이점나 의이점WeibullWeibullWeibullWeibull

부품의 개발과정에서 작은 표본에 대한 고장시간 자료가 주어졌을 때 Weibull

분석을 활용하여 신뢰성성장관리를 행하면 다음의 정보를 얻을 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ신뢰성 개선은 목표 수명이 달성될 때까지 하나의 프로토타입에

- 81 -

서 다음 프로토타입까지 추적할 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ신뢰성 개선은 시험한 프로토타입에 대해 타점으로 표현되고 빠르Weibull

게 방향을 파악하여 신뢰성 진전과정에 대한 양적 측면의 관리능력 향상을 그

래프로 확인할 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ컴포넌트를 고장 날 때까지 시험하는 것은 고장모드에 대한 아주 귀중한 정

보를 제공하고 따라서 시정조치 활동이 필요하다

ㆍㆍㆍㆍ많은 표본이 더 좋은 신뢰도를 얻을 수 있지만 분석은 많은 표본을Weibull

필요로 하지 않는다

ㆍㆍㆍㆍ고객의 운영 사용 사이클과 시험 모수의 관계가 알려져 있다면 더 빠르고( )

더 적은 비용으로 가속시험을 할 수도 있다

다 기본가정및제한다 기본가정및제한다 기본가정및제한다 기본가정및제한

ㆍㆍㆍㆍ각 분석에서 오직 하나의 고장모드만 포함되어야 한다 두 개나 그 이상의

고장 모드가 검출된다면 각각에 대해 분리하여 분석해야 한다

ㆍㆍㆍㆍ신뢰도는 시험 제한 한계 로 인해 년 마일까지 확장하여 외삽하면 안( ) 10 150K

된다 왜냐하면 시험 제한 한계 로 인해 다른 고장모드가 발생할 것인지 알 수 ( )

없기 때문이다

ㆍㆍㆍㆍ하나의 프로토타입에서 다음 프로토타입까지 기울기가 변하는 데는 특별히

주의를 하여야 한다 왜냐하면 초기 후기 수명에서 더 높은 신뢰도와 후기 초 ( ) (

기 수명에서 더 낮은 신뢰도의 할 수 도 있기 때문이다) trade-off

라 적용시기라 적용시기라 적용시기라 적용시기

ㆍㆍㆍㆍ수명의 비교는 엔지니어링 사양 이 특정한(Specification) 을 요구할 경

우 사용된다

ㆍㆍㆍㆍ이러한 접근방법은 고장시간 등 에 대하여 동일한 부품의(Cycle Km )

- 82 -

다른 시점에서의 프로토타입을 비교할 때 사용한다

ㆍㆍㆍㆍ신뢰성 목표가 달성될 때까지 계속한다

마 입력자료마 입력자료마 입력자료마 입력자료

ㆍㆍㆍㆍ프로토타입 의 몇 개 표본의 고장시간 등1 (Cycle Km )

ㆍㆍㆍㆍ프로토타입 의 몇 개 표본의 고장시간 등2 (Cycle Km )

⦙

ㆍㆍㆍㆍ마지막 프로토타입의 몇 개 표본의 고장시간 등(Cycle Km )

분석프로세스는 그림 과 같다[ 83]

프로세스프로세스프로세스프로세스 일반적 단계일반적 단계일반적 단계일반적 단계

Ⅰ 요구

또는 수명 결정

프로그램 신뢰성 목표 사용

고객의 운영 사용 프로파일 사용( )

시험 프로그램 적정시간 사용

Ⅱ 시험 프로그램 자료정보

확인과 데이터 수집초기 부품의 프로토타입

후기 부품의 프로토타입

Ⅲ 다른 프로토타입에 대한

누적고장 시간 또는 vs

거리 계산 및 타점

분석이 가능한 사용Weibull SW

가능한 가속수명시험 사용

Ⅳ 프로젝트 검토 시

현재 신뢰성 수준신뢰성 목표 적합성 결정

초기 경고 관련 정보 제공

개선을 위한 계획 정보 제공

그림 프로세스별 단계[ 83]

- 83 -

제 절 신뢰성성장 데이터분석제 절 신뢰성성장 데이터분석제 절 신뢰성성장 데이터분석제 절 신뢰성성장 데이터분석2222

초기 프로토타입 으로 부터 개의 표본을 정상하중 으(Prototype1) 6 (Nominal load)

로 고장 날 때까지 시험하고 고장모드를 기록하였다 여러 개선작업을 거친 후 후

기 프로토타입 으로부터 개의 표본을 고장 날 때까지 시험하고 고장모(Prototype2) 6

드를 기록하였다 시험 데이터는 표 에 주어져 있다 [ 81]

에 고장데이터를 입력하고 각 프로토타입 단계별로 용지에 결과MINITAB Weibull

를 타점한 결과 그림 와 같은 성장곡선이 생성되었다 [ 84] Weibull

정상하중 에서 의 평균수명 추정치는 이(Nominal load) Prototype1 127366Cycle

고 의 평균수명 추정치는 로서 의 개선을 이루었 Prototype2 176882 Cycle 389

음을 알 수 있었다 수명은 은 이었으나Prototype1 112668 Cycle Prototype2

의 수명은 로서 상당한 개선이 이루어졌음을 볼 수 있다168620 Cycle 수

명에 대한 신뢰하한은 로 추정되었다 따라서 정상부하에 의한95 162926 Cycle

시험데이터분석 결과 개선활동 재료배합개선 형상설계개선 공정개선 에 의하여 ( )

내구성 목표가 달성되었음을 알 수 있다

그림 는 에서의 신뢰구간을 보여주고 있다[ 85] Nominal load 90

최대하중 에서는 표 의 데이터 입력결과 그림 의 그래프를(Max load) [ 82] [ 86]

생성하였다 그래프로 부터 추정된 의 Prototype1 수명은 이고16362Cycle

의Prototype2 수명은 이다21850 Cycle 수명에 대한 신뢰하한추정치95

는 으로부터 로 계산된다MINITAB 20983 Cycle

의 수명과 의 수명이 다른 것은 개선 활동의 결과이Prototype1 Prototype2

- 84 -

며 에서 개선목표가 달성되었음을 알 수 있다 Prototype2

표 하중 고장시간[ 81] Nominal (Cycle)

Weibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth Curve

(Nominal Load)(Nominal Load)(Nominal Load)(Nominal Load)

그림 성장곡선[ 84] Weibull (Nominal load data)

- 85 -

Weibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth Curve

(Nominal Load-90 Cl)(Nominal Load-90 Cl)(Nominal Load-90 Cl)(Nominal Load-90 Cl)

그림 신뢰구간[ 85] Nominal Load90

- 86 -

표 하중 고장시간[ 82] Max (Cycle)

Weibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth Curve

(MaxLoad)(MaxLoad)(MaxLoad)(MaxLoad)

그림 성장곡선[ 86] Weibull (Max load data)

- 87 -

제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론9999

본 연구는 자동차현가장치인 고무부싱 의 신뢰성향상을 위한 기(Rubber bushing)

술개발과제이다 에나 인더스트리는 수출전문기업으로서 주요 경쟁사에 비해 고성

능 고내구성의 제품을 짧은 기간 내에 개발할 수 있는 능력을 갖추어야 해외 시장

에서 경쟁력을 가질 수 있다

본 연구개발에서는 수요기업에서 요구하는 GMUTS(General Motors Uniform

의 사양에 따른 시험을 실행하여 내구성을 목표 사이클 이상으Test Specification)

로 개선하고 정특성과 동특성 비틀림 토크를 개선항목으로 선정하여 제품의 품질

및 신뢰성 향상을 진행하였다

수요기업의 요구 수준에 의하면 내구성은 와 Tension Compress Alternating

가 동시에 일 때 일 때Torsion Stress Maximum Load 20000 Cycle Normal Load

을 요구한다 본 프로젝트의 경우 해외의 부품메이커들에 대한 경쟁150000 Cycle

력 우위를 확보하기 위하여 기본 요구 수준을 넘어 향상된 제품신뢰성을5~10

확보를 목표로 하였다 내구성 정특성 및 동특성에 대한 시험은 직접 행하였고 비

틀림토크에 대한 부분은 추가적인 시험장치가 필요하여 수요기업의 실험실에 샘플

을 제출하여 요구수준을 검증받았다

본 연구개발의 성과를 요약하면 다음과 같다

우선 기술적 효과로는

설계기술의 확보(1)

재료배합설계 형상설계 공정설계에 대한 기술을 확보하여 내구성을 비롯한 품

질특성을 향상시킬 수 있었다 종래에는 설계 개발 생산프로세스에서 경험적 방법

에 의존하여 시행착오가 많았으나 본 연구를 통하여 과학적이고 체계적인 방법으

로 접근할 수 있는 기술이 확보되었다

설계 요소의 기술적 배치를 위한 실험계획법의 활용기술 확보(2)

- 88 -

종전에는 고무 배합설계 형상설계 공정설계에 대하여 설계요인 별 수 (Facter)

준 을 무작위로 추출하여 실험하였으나 본 실험계획의 과정을 따르면 요인들(Level)

이 계획적으로 반영되어 품질특성에 각각 어느 정도의 영향을 미치는지 분석이 가

능하게 된다 또한 다구찌에 의한 강건 설계의 생성으로 산포를 줄일 수 있다

잠재적 고장원인 분석방법 기술 확보(3)

제품기능에 대한 잠재적 고장모드의 예측과 시험항목을 판단하고 최종적으로는 설

계검증 과 공정검증 의 세부항목과 효과적(Design verification) (Process verification)

으로 연계가 가능하다

신뢰성 데이터분석기술 확보(4)

부품의 개발과정에서 몇 개의 표본에 대한 고장시간 데이터가 있을 때 Weibull

분포를 활용한 신뢰성 성장분석이 가능하게 되었다 개발프로그램이 운영되는 동안

신뢰성 수준의 변화를 추적할 수 있어 목표하는 신뢰성 수준을 달성하기 위하여 충

분한 비율로 성장하고 있는지의 여부를 가능한 빠른 시간 내에 판단할 수 있고 그

에 따라 필요한 자원을 적절히 배분할 수 있다 따라서 개발책임자는 시험데이터로

부터 현재 시스템의 신뢰성 수준 성장률의 평가 앞으로 기대되는 달성 가능한 수

준에 대한 결정이 가능하다

경제적 측면의 효과로는

제품에 대한 내구성 및 동특성 정특성에 대하여 요구사양 이상으로 특성관리(1)

를 행할 수 있어 해외 부품메이커들에 대한 경쟁력 우위로 수출력을 향상할 수 있

게 되었다

개발기간을 단축할 수 있게 되어 개발비의 절감을 가져올 수 있게 되었다(2)

재료배합 형상설계 및 공정설계에 대한 기술개발의 표준 정립으로 개발 기간의 단

축이 가능하게 되었다

본 과제 결과를 활용하여 다른 방진제품에 대한 신뢰성 관리로 수출(3)

- 89 -

시장을 개척하여 신규거래처를 확보할 예정이다 신뢰성 데이터의 관리가 이루어져

제품수명에 대한 설득력 있는 자료의 제시가 가능하게 되었다

향후 연구계획으로는

고무부싱부품의 특성상 내구성만의 개선이 최선이 아니고 정특성과 동특성을 일

정수준으로 동시에 고려하여야 한다 따라서 이 부분에 대한 동시적인 실험설계가

시스템화 되도록 추가적인 연구가 요구된다

- 90 -

참고문헌참고문헌참고문헌참고문헌[ ][ ][ ][ ]

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Journal of Fatigue Vol27 2005

[8] McLean R A and Anderson V I Extreme Vertices Design of Mixture

Experiments Technometrics Vol8 No3 1966

- 96 -

주 의

이 보고서는 산업자원부에서 시행한 부품소재종합기술지원사업의 최1

종보고서이다

이 신뢰성기반기술확산사업 내용을 대외적으로 발표할 때에는 반드시2

산업자원부에서 시행한 부품소재신뢰성기반기술 사업의 지원결과임을

밝혀야 한다

- 97 -

이 보고서는 산업자원부에서 시행한

부품소재 신뢰성기반기술확산사업의 최종보고서이다

- 54 -

그림 변경된 롤러 모양[ 63]

접착 재료를 프라이머 에서 변경하여 사용함CHEMLOK 220 252 CHEMLOK 205

으로써 접착력을 향상시켰는데 는 금속 및 경길대료의 프라이머로CHEMLOK 205

사용되며 또한 같은 극성고무에 단독으로 접착이 가능하다 NBR

방식의 경우 의 특징을 살펴보면TWO Coat CHEMLOK 205

ㆍㆍㆍㆍ 접착제의 금속 표면에서의 접착강도를 향상시킬 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ 기계적 표면처리 후 활성화된 금속표면을 산화작용으로부터 보호하며 녹방

지 도료적 역할을 한다

ㆍㆍㆍㆍ 크로로프렌이나 에피크로로히드린고무와 같은 가류 중에 염소가스를 발생

시 켜 금속표면을 부식시키기 쉬운 고무배합에 대하여 유효하게 적용된다 프

라 이머는 충분한 교반 균일하고 엷은 도포 그리고 완전한 건조가 이루어져

야 접착성이 뛰어나게 된다

도포공정 개선 전후의 효과는 그림 그림 의 도포두께 비교[ 64]~[ 67] Cpk

를 통해서도 알 수 있다DATA

아래 그림 는 도포공정의 개선전[ 64] 관리도의 그래프를 나타낸

- 55 -

것으로 관리도는 평균치와 범위에 관한 계량형 관리도에서 가장 많이 사용되

는 관리도의 하나이다 관리도는 평균치의 변화를 관리하는 관리도와 산포의

변화를 관리하는 관리도로 구성된다 관리도의 중심선(Central Line) CL=로 나

타내며 관리 상한선 은(Upper Control Limit) UCL= 로 관리하한선인 (Lower

의 경우Control Limit) LCL=

로 구한다

관리도의 관리선의 경우 중심선 관리상한선 UCL= 관리하한선 LCL

의 경우 로 구한다

여기서 등의 계수는 샘플의 크기인 에 따라 결정 되며 일 경우=4

=0729 =0 이다=2282

그림 에서[ 64] 이며=273410 관리도의 로 나타났UCL=307994 LCL=238826

다

관리도의 은CL 이며 이다=4744 UCL=1082581

- 56 -

그림 도포공정 개선전[ 64] 관리도

한편 그림 는 도포공정 개선 전의 경우에 대하여 지정된 규격의 공정능력 [ 65]

지수를 나타낸 것으로서 단기공정능력지수( 와 장기공정능력지수) ( 를 나타낸)

다 단기공정능력지수는 공정능력 ( 과 규격의 폭) ( 과의 비율을 의미하며 일반적)

으로 로 표시한다 규격은 그림 에서처럼 양쪽규격이 모두 주어진 경우 공 [ 65]

정 능력 지수는 다음과 같이 계산할 수 있다

공정 능력

로 나타내고 만약 공정 평균이 규격의 중심으로부터 어느

한쪽으로 치우쳐 있게 되는 경우 치우침도( 와) 를 조합한 단기공정능력지수

( 로 나타낸다 즉)

- 57 -

장기공정능력지수( 의 계산은)

으로서 이다

따라서 그림 에 나타난 것처럼 개선전의 공정능력은[ 65] =17854 =08458

으로서 장기 공정에 대해 만족스럽지 못한 값을 나타내고 있다

그림 도포공정 개선전 공정능력 분석그래프[ 65]

- 58 -

그러나 공정개선후의 관리도인 그림 을 살펴보면[ 66] 이며=28196 관리

도의 이고UCL=300418 LCL=263502 관리도의 은CL 로=2532 UCL=51418

나타난다

그림 도포공정 개선후[ 66] 관리도

- 59 -

개선 후에는 그림 로부터 알 수 있듯이 단기공정능력은[ 67] 으로서=31966

인 장기 공정에 대해 안정적인 것을 확인할 수 있어 도포공정 개선에=23275

대한 효과가 있음을 알 수 있다

그림 정 개선 후 공정능력 분석그래프[ 67]

또한 도포공정의 두께관리를 강화하기 위하여 작업자 교육 및 샘플링 두께 측정

검사를 통해 지속적인 모니터링을 실시하고 공정별 온도관리 및 시간 관리를 통해

작업 환경 유지관리 강화로 변함없는 품질의 제품을 생산하도록 하였다 그림 [

은 롤 코팅 공정이다68] (Roll coating)

- 60 -

그림 롤 코팅 공정[ 68] (Roll coating)

- 61 -

제 장 최적수준 결정을 위한 파라미터 설계제 장 최적수준 결정을 위한 파라미터 설계제 장 최적수준 결정을 위한 파라미터 설계제 장 최적수준 결정을 위한 파라미터 설계7777

제 절 실험계획법에 의한 유의인자 결정제 절 실험계획법에 의한 유의인자 결정제 절 실험계획법에 의한 유의인자 결정제 절 실험계획법에 의한 유의인자 결정1111

재료설계 형상설계 및 공정설계에 대한 최적조건의 결정은 부품의 품질 특성에

대한 사양 을 만족시켜야 할 뿐 아니라 생산부품 간 품질의 산포를(Specification)

최대한 줄여야 한다 의 최적설계를 위해 다구찌 기법 을 적 DA-2 (Taguchi method)

용하였다

다구찌의 강건설계 는 인자 가 품질 특성의 평균에 대해(Robust design) (Factor)

가지는 효과뿐만 아니라 분산에 미치는 효과에 대해서도 초점을 맞추고 있다 분산

을 줄일 수 있는 통제 가능한 인자에 대한 조건을 설정하여 품질특성이 통제 불가

능한 인자의 변화에 대해서는 둔감하도록 할 수 있다 강건설계의 주목적은 품질특

성의 목표값을 유지하면서 분산을 줄이는 인자에 대해 설치값 을 발견하는 (Setting)

데 있다

다구찌 설계에 의한 실험계획법은 특히 확장된 역할로서 다음의 몇 가지를 들 수

있다

ㆍㆍㆍㆍ종래에는 제어 불가능한 환경조건이나 제어하기 어려운 생산조건 공정조건

등의 원인 이를 잡음인자로 통칭 들이 데이터에 주는 영향의 정도를 평가하기 어려( )

웠으나 객관적으로 그리고 계량적으로 이를 평가할 수 있는 방법을 제시하고 있

다 또한 품질 산포의 크기를 계량특성치 손실함수 비 등 로 변환하여 산포를 ( SN )

작게 하는 인자들의 조건을 찾아가는 강건설계를 사용한다

ㆍㆍㆍㆍ직교배열표를 광범위하게 사용하여 인자의 수가 많은 경우에도 크게 실험횟

수를 증가시키지 않고 실험하는 일부 실시법을 사용한다

ㆍㆍㆍㆍ생산라인 내 뿐만 아니라 신제품 개발을 위한 품질설계 파라미터(On-line)

설계 허용오차 설계 등의 라인 외 품질관리를 위하여 유용하게 사용할 (Off-line)

수 있다

ㆍㆍㆍㆍ다구찌 방법에서 추가적으로 다룰 수 있는 주요한 것들로는 직교배열

- 62 -

표의 확대사용 수준계의 표준 직교배열표 이외에 확대 응용 혼합 직교배열표(2 3

의 사용과 조합법의 사용 계량치 데이터의 파라미터 설계 허용차 설계 그리고)

계수치 데이터의 파라미터 설계 동적 특성의 파라미터 설계 등을 들 수 있다

파라미터 설계 는 제품설계와 공정설계에서 유용하게 사용되는(Parameter design)

다구찌 실험계획법의 핵심이다 파라미터는 제품성능의 특성치에 영향을 주는 제어

가능한 인자 를 의미하며 파라미터 설계는 이들 인자들의 최적(Controllable factor)

수준을 정하여 주는 것을 말한다 파라미터를 설계변수 라고도 부 (Design variable)

르며 파라미터 설계에서는 제품의 품질변동이 잡음에 둔감하면서 목표품질을 가질

수 있도록 설계변수들의 최적조건을 구하여 준다 최적조건을 찾을 때 설계변수와

잡음을 주는 인자들을 포함시켜 실험하는 직교배열표 등을 주로 사용한다 이때 목

표 품질을 만족시키는 범위 내에서 가능한 한 비용이 적게 드는 조건이나 부품 등

을 이용한다

만약 신뢰성에 영향을 주는 제어 가능한 인자 에 대한 파라미터설계 A B C D

를 한다고 하자 는 수준 는 수준의 혼합수준 에 대한 설계 A B 4 C D 2 (Mixed level)

분석을 하려고 한다면 각 요인 변동의 계산을 표 과 같은 [ 71] L16(215형 직교배)

열표 를 사용하면 된다(Orthogonal Design)

에 대한 파라미터 설계조건으로는 내구성이 가장 좋은 최적의 설계 및 공정DA-2

조건을 구하여야 하므로 반응변수가 큰 값일수록 좋은 망대특성(Larger-the-better

에 대한 조건을 구하고 부품의 정특성 및 동특성에 대한 분석은 적characteristics)

정한 상호관계를 고려하여 별도의 실험을 행한다

- 63 -

표 다구찌 설계의 예[ 71]

- 64 -

제 절 시험데이터의 해석제 절 시험데이터의 해석제 절 시험데이터의 해석제 절 시험데이터의 해석2222

실험조건실험조건실험조건실험조건1111

제품의 신뢰성향상을 위해 지금까지 재료배합의 개선 형상개선 및 공정개선에

대한 각각의 과정을 설명하였으며 본 장에서는 관련된 여러 인자들을 동시에 고려

하여 최상의 품질특성을 나타낼 수 있는 최적인자수준의 결정에 대하여 설명하려고

한다 이는 인자들 간의 상호 작용이 상승 또는 보완작용을 할 수도 있고 반대로

서로 상극임을 나타낼 수 도 있기 때문이다

일반적으로 고무부싱의 개발에 적용되는 인자 는 다음과 같다(Factor)

ㆍㆍㆍㆍ경도 는 수요기업에서 제시하는 사양 에 따라 적정수(Hardness) (Specification)

준의 경도 도 도 도 도 를 적용하였으며 경험적으로 경도의 산포는(43 45 48 50 ) plusmn

정도이다2

ㆍㆍㆍㆍ각 부분의 모양이나 각도에 따라 고무 량에 영향을 미치게 되는 형상설계에

관해서는 내부 파이프 구배각도를(Inner pipe) 15deg~25deg로 하고 외부파이프 (Outer

의 접착부분을 로 하였으며 외경의 크기는pipe) 13mm~15mm

27mm~ 로 유지하였다278mm

ㆍㆍㆍㆍ공정설계는 가류시간을 로 하였다 가류 온도는240sec~600sec 150deg~180

로 하고 주변 온도에 영향을 받으므로 금형 표면온도는 항상 확인하였다 접착제

도포가 내구성에 영향을 주므로 접착제 두께는 으로 하고 접15micron~40micron

착제 배합조건은 로 하였다120cc~128cc

다구찌 설계에 의한 최적수준을 결정하기 위해 다른 인자는 고정시키고 경도 가

류시간 스웨징 인자에 대하여 표 와 같이 실험수준을 정하였다 [ 72]

- 65 -

표 실험인자 별 수준[ 72]

분석결과의 해석분석결과의 해석분석결과의 해석분석결과의 해석2222

실험결과의 해석은 다음과 같다

을 통해 표 의 실험조건을 입력하여 다구찌 설계를 생성한 결과MMITAB [ 72]

표 과 같은 실험조합을 얻었다 표 는 실험조합 별 시험결과 값이다[ 73] [ 74]

에서의 내구성에 대한 다구찌 설계해석의 결과는 표 의 신호 대Nominal load [ 75]

잡음비 비 평균 표준편차에 대한 반응표에 잘 나타나(SN Signal to noise ratio)

있다 그림 그림 은 비 평균 표준편차에 대한 반응 값을 도식한 [ 71]~[ 73] SN

것이다

표 의 신호 대 잡음비의 반응표를 보면 경도는 스웨징이나 가류시간에 비해[ 75]

반응변수 내구성 에 큰 영향을 미치고 있음을 보여준다 평균에 대한 반응표에서도( )

경도는 다른 인자들에 비해 반응변수의 평균에 크게 영향을 미치고 있음을 알 수

있다 표준편차 역시 경도의 수준 변화에 따라 차이가 가장 많음을 보여주고 있다

- 66 -

표 에 의한 다구찌 설계생성[ 73] MINITAB

- 67 -

표 실험조합 별 시험결과 데이터[ 74]

- 68 -

표 비 평균 표준편차에 대한 반응표[ 75] SN

신호 대 잡음 비에 대한 반응 표신호 대 잡음 비에 대한 반응 표신호 대 잡음 비에 대한 반응 표신호 대 잡음 비에 대한 반응 표

망대특성망대특성망대특성망대특성

평균에 대한 반응 표평균에 대한 반응 표평균에 대한 반응 표평균에 대한 반응 표

표준 편차에 대한 반응 표표준 편차에 대한 반응 표표준 편차에 대한 반응 표표준 편차에 대한 반응 표

- 69 -

그림 신호 대 잡음 비의 주효과도[ 71]

그림 인자수준별 평균의 주효과도[ 72]

그림 인자수준별 표준편차의 주효과도[ 73]

- 70 -

표 와 그림 에서 에서의 내구성 예측값을 가장 크게 하[ 75] [ 72] Nominal Load

는 것은 요인 수준의 조합이 일 때이다 품질 향상을 위해서는 정특성 동(4 2 2)

특성 값도 동시에 고려하여야 하므로 조합 조합 조합(4 2 2) (4 3 2) (4 1 2)

에 대한 예측 값을 함께 구하였다

표 은 에서의 내구성 예측값을 표 은 에[ 76] Nominal Load [ 77] Maximum Load

서의 내구성 예측값 표 은 정특성 예측값 표 는 에서의 동특성 예 [ 78] [ 79] 15Hz

측값 그리고 표 은 에서의 동특성 예측값을 보여주고 있다 [ 710] 150Hz Nominal

에서의 내구성 예측값은 조합 조합 조합에서 각Load (4 2 2) (4 3 2) (4 1 2)

각 목표값인 을 상회한 과170000 Cycle 178023 Cycle 174272 Cycle 175830

로서 조합일 때 더 높게 나타났다Cycle (4 2 2)

동배율은 예측 평균값을 기준으로 할 때 동배율은 조합에서는 에 (4 2 2) 15Hz

서 에서 이고 조합에서의110(1187691079) 150Hz 113(1215561079) (432)

동배율은 에서 에서15Hz 106(112856 106938) 150Hz 108(115769106938)

이며 조합에서의 동배율은 에서 에서 (412) 15Hz 108(118194 1094) 150Hz

이었다109(1195691094)

모델의 경우 수요기업에서 동배율 값이 적은 값을 요구하기 때문에DA-2 (kdks)

동배율을 고려하면 의 조합이 더 좋은 품질을 나타낸다고 할 수 있다(4 1 2)

- 71 -

표 에서의 내구성 예측값[ 76] Nominal Load

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 2 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 3 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 1 2

예측 값

신호 대

- 72 -

표 에서의 내구성 예측값[ 77] Maximum Load

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 2 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 3 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 1 2

신호 대

- 73 -

표 정특성 예측값[ 78]

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 2 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 3 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 1 2

신호 대

- 74 -

표 동특성 예측값[ 79] (15Hz)

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 2 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 3 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 1 2

신호 대

- 75 -

표 동특성 예측값[ 710] (150Hz)

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 2 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 3 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 1 2

신호 대

- 76 -

제 장 부품의 신뢰성성장관리제 장 부품의 신뢰성성장관리제 장 부품의 신뢰성성장관리제 장 부품의 신뢰성성장관리8888

제 절 신뢰성성장관리제 절 신뢰성성장관리제 절 신뢰성성장관리제 절 신뢰성성장관리1111

복잡하고 기술적인 제품의 개발 프로그램을 운영하는 데 있어서는 고객이 요구

하는 신뢰성 수준을 만족시키기 위하여 상당한 규모의 시간 예산 기술인력 등의

자원을 필요로 한다 고객들의 신뢰성 요구수준은 매우 높으므로 이러한 목표를 달

성하기 위하여 시험 개선 시험 개선의 개발과정을 반드시 거친다 이 과정에서 시- - -

스템 서브시스템 또는 모듈을 고장 날 때까지 시험하고 고장모드를 결정해서 이를

제거하기 위한 시도를 하거나 적어도 고장발생을 줄일 수 있는 시도를 하여 설계나

엔지니어링 개선을 이룬다 만약 이러한 과정이 계속되고 설계나 엔지니어링 변경

이 충분히 이루지면 시스템의 신뢰성은 증가한다 개발프로그램이 운영되는 동안

신뢰성 수준의 변화를 추적할 수 있다면 개발책임자로서는 여러 가지 이점이 있다

즉 목표하는 신뢰성 수준을 달성하기 위하여 충분한 비율로 성장하고 있는지의 여

부를 가능한 빠른 시간 내에 판단할 수 있고 그에 따라 필요한 자원을 적절히 배

분할 수 있다 따라서 개발책임자는 시험데이터로부터 현재 시스템의 신뢰성 수준

성장률의 평가 앞으로 기대되는 달성 가능한 수준을 결정하기를 원한다

신뢰성 성장관리 기술은 제품을 개발하는 데(Reliability growth management)

소요되는 많은 시간과 비용 및 엔지니어링 노력을 절감하면서 개념선택 제품과 공

정의 신뢰성 그리고 비용효율을 달성할 수 있도록 유용한 정보를 제공해 준다 군

사장비 자동차 및 전자 중장비개발 등에 적용된 최근의 신뢰성 성장시험 관리기술

은 각 분야의 경쟁적인 사업 환경 아래에서 제품개발을 효율적으로 조직하여 신뢰

성평가를 시작하고 신뢰성 성장과정을 추적할 수 있도록 해준다 신뢰성성장관리기

술은 제품 및 공정설계 관련사항 및 검증시험 항목들에 대하여 사용 환경에 따른

신뢰성 성장 진행과정을 확인하고 그 결과로부터 성장시험곡선을 개발할 수 있게

한다 또한 설계단계 사이의 여러 가지 관련성을 확인하여 관찰하고 그 정보를 다

른 제품보증분석들과 연결하여 고객 요구사항에 대한 제품의

- 77 -

적합도를 적절히 평가하는 데 도움을 준다

신뢰성성장모델은 가 개발한Crow(1975) AMSAA(Army Materiel Systems

모델이 많이 활용되었으나 이는 시스템 또는 서브시스템에서의Analysis Activity)

성장관리에 유용하고 부품수준에서는 모델을 활용하는 것이 더욱 실용적이 Weibull

다 모델은 목표 Weibull B10 수명에 대하여 초기 시작품 으로부터(Early Prototype)

후기 시작품 까지의 신뢰성 개선을 관리하는데 실용적으로 활용할(Later Prototype)

수 있다

신뢰성 성장시험 프로세스신뢰성 성장시험 프로세스신뢰성 성장시험 프로세스신뢰성 성장시험 프로세스1111

신뢰성 성장은 개발시스템에 대하여 여러 시험단계가 시리즈로 이루어지는 동안

고장모드를 발견하고 이를 개선하는 과정을 거쳐 이TAAF(Test Analyze And Fix)

루어진다 또한 기능시험 환경시험 안전시험의 결과는 신뢰성 향상을 위한 FMEA

등과 연계하여 사용된다 분석결과는 설계변경에 반영되고 최종목표가 달성될 때까

지 개선과 시험이 연속적으로 이루어진다 그림 은 일반적인 신뢰성 성장시험 [ 81]

프로세스를 보여준다 프로그램의 시작시점에 신뢰성 성장에 대한 계획을 수립하여

고객의 기대사항을 만족시킬 수 있는 성능수준에 대한 구체적인 측정치를 제시하

고 이 목적을 달성시킬 수 있는 시험조건을 정한다 시험조건은 특정한 부품이나

시스템에 대하여 고객의 사용방법과 환경에 대한 지식을 기초로 하여야 한다

개발프로젝트가 진행되는 동안 신뢰성 성장시험 프로그램이 개발되고 실행되는

과정에서 설계 및 공정의 관심사항을 확인하기 위해 QFD(Quality function

와 같은 제품보증을 위한 분석방법들이 선행되어 실시되는데 신뢰성deployment)

성장관리와 연계하여 이를 통틀어 통합 신뢰성 성장관리(Integrated reliability

라고 한다 신뢰성 성장관리를 포함한 제품설계평가의 모든growth management)

과정은 제품 공정의 신뢰성 향상에 있어 중요한 역할을 하는 제품보증기능의 한부

분이다

- 78 -

통합 신뢰성 성장시험관리 프로세스는 설계뿐 아니라 공정신뢰성(MIL-HDBK-781)

과 관련된 문제에 대응할 수 있도록 신뢰성 성장시험의 이점을 전적으로 활용할 수

있는 수단을 제공한다

신뢰성 성장관리과정을 개발함으로써 신뢰성 수준은 계속적으로 추적될 수 있고

조치를 취하고 다른 분석결과들과 비교되어 초기 신뢰성 예측을 수립하고 제품설

계에 포함된 확신을 증가시킨 후 검증시험에 들어갈 수 있도록 한다 이러한 신뢰

성 성장관리 프로세스는 제품개발 사이클에 있어서 초기 단계 동안에 신뢰성을 확

립하는 데 도움을 줄 수 있는 장치이다

그림 신뢰성성장시험 프로세스[ 81]

제품개발과정에 적용되는 신뢰성 성장시험관리 프로세스는 다음과 같다

신뢰성 성장시험조건을 결정하고 시험 사이클을 개발한다 ①

신뢰성 성장시험곡선의 사용을 통하여 시험과정을 실행하고 추적한다②

시험결과를 평가하고 다른 선행된 분석연구결과들과 비교한다③

확인된 결함을 제거하기 위해 설계변경을 실시한다④

- 79 -

설계검증시험을 준비한다⑤

신뢰성 성장시험의 주된 목적은 설계상의 약점을 확인하고 제거함으로써 설계의

신뢰성을 증가시키는 것이다 정확하게 신뢰성 수준이 변화되는 진행상황을 추적하

기 위해서는 요구사항에 대한 불합치성 을 확인하고 불합치성이(Nonconformance)

일어난 시간을 모두 추적하여야 한다 시험을 시작하기 전에 적절한 시정조치를 용

이하게 하기 위해 사전계획이 수립되어야 하며 고장분포를 결정하기 전에 각각의

고장부품에 대한 고장원인을 분리할 수 있어야 한다

부품의 개발과정에서 몇 개의 표본에 대한 고장시간 데이터가 있을 때 Weibull

분포를 활용한 신뢰성 성장분석에 대하여 설명하면 다음과 같다

가 분석의 개요가 분석의 개요가 분석의 개요가 분석의 개요

밀도함수는 그림 와 같이 특성 수명과 기울기로 고장시간Weibull [ 82] (Cycle

을 설명한다 작은 표본에 대한 고장시간 데이터가 주어졌을 때 분석Km) Weibull

을 사용하여 세 가지의 정보를 얻을 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ특정 시간이 주어졌을 때 등 부품의 신뢰도는 그 시간까지 살아 있(Cycle Km )

을 백분율이다

ㆍㆍㆍㆍ 또는 다른( 수명을 추정할 수 있다) 수명은 부품들 중 가 고장10

날 것이라고 기대되는 시간이다 즉 이 시간에서의 신뢰도는 이다 90

ㆍㆍㆍㆍ 기울기의 값은 고장률 패턴에 대한 정보를 제공해준다 기울기가Weibull 10

이라면 고장률이 일정하다는 것을 의미한다 이 경우 고장은 일반적으로 우연히

일어나며 고장률은 설계의 강건 정도에 따라 달라진다 기울기가 보다 작다면 1

고장률은 감소하고 있음을 의미한다

- 80 -

즉 높은 초기 고장률 을 말한다 기울기가 보다 크면 고장률은 증 (Infant mortality) 1

가하고 이는 마모 되고 있음을 의미한다(Wear-out)

그림 에 의한 부품의 신뢰성성장분석[ 82] Weibull 수명 비교

가장 많이 활용되는 측도는 수명이며 이것은 요구되는 목표 신뢰도가 임 90

을 의미한다 첫 번째 프로토타입이 고장 난다면 신뢰성 목표 달성을 위해 설계 변

경을 행하고 다음 프로토타입을 시험한다 이 과정은 목표 수명이 달성될 때까

지 반복한다

나 의이점나 의이점나 의이점나 의이점WeibullWeibullWeibullWeibull

부품의 개발과정에서 작은 표본에 대한 고장시간 자료가 주어졌을 때 Weibull

분석을 활용하여 신뢰성성장관리를 행하면 다음의 정보를 얻을 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ신뢰성 개선은 목표 수명이 달성될 때까지 하나의 프로토타입에

- 81 -

서 다음 프로토타입까지 추적할 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ신뢰성 개선은 시험한 프로토타입에 대해 타점으로 표현되고 빠르Weibull

게 방향을 파악하여 신뢰성 진전과정에 대한 양적 측면의 관리능력 향상을 그

래프로 확인할 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ컴포넌트를 고장 날 때까지 시험하는 것은 고장모드에 대한 아주 귀중한 정

보를 제공하고 따라서 시정조치 활동이 필요하다

ㆍㆍㆍㆍ많은 표본이 더 좋은 신뢰도를 얻을 수 있지만 분석은 많은 표본을Weibull

필요로 하지 않는다

ㆍㆍㆍㆍ고객의 운영 사용 사이클과 시험 모수의 관계가 알려져 있다면 더 빠르고( )

더 적은 비용으로 가속시험을 할 수도 있다

다 기본가정및제한다 기본가정및제한다 기본가정및제한다 기본가정및제한

ㆍㆍㆍㆍ각 분석에서 오직 하나의 고장모드만 포함되어야 한다 두 개나 그 이상의

고장 모드가 검출된다면 각각에 대해 분리하여 분석해야 한다

ㆍㆍㆍㆍ신뢰도는 시험 제한 한계 로 인해 년 마일까지 확장하여 외삽하면 안( ) 10 150K

된다 왜냐하면 시험 제한 한계 로 인해 다른 고장모드가 발생할 것인지 알 수 ( )

없기 때문이다

ㆍㆍㆍㆍ하나의 프로토타입에서 다음 프로토타입까지 기울기가 변하는 데는 특별히

주의를 하여야 한다 왜냐하면 초기 후기 수명에서 더 높은 신뢰도와 후기 초 ( ) (

기 수명에서 더 낮은 신뢰도의 할 수 도 있기 때문이다) trade-off

라 적용시기라 적용시기라 적용시기라 적용시기

ㆍㆍㆍㆍ수명의 비교는 엔지니어링 사양 이 특정한(Specification) 을 요구할 경

우 사용된다

ㆍㆍㆍㆍ이러한 접근방법은 고장시간 등 에 대하여 동일한 부품의(Cycle Km )

- 82 -

다른 시점에서의 프로토타입을 비교할 때 사용한다

ㆍㆍㆍㆍ신뢰성 목표가 달성될 때까지 계속한다

마 입력자료마 입력자료마 입력자료마 입력자료

ㆍㆍㆍㆍ프로토타입 의 몇 개 표본의 고장시간 등1 (Cycle Km )

ㆍㆍㆍㆍ프로토타입 의 몇 개 표본의 고장시간 등2 (Cycle Km )

⦙

ㆍㆍㆍㆍ마지막 프로토타입의 몇 개 표본의 고장시간 등(Cycle Km )

분석프로세스는 그림 과 같다[ 83]

프로세스프로세스프로세스프로세스 일반적 단계일반적 단계일반적 단계일반적 단계

Ⅰ 요구

또는 수명 결정

프로그램 신뢰성 목표 사용

고객의 운영 사용 프로파일 사용( )

시험 프로그램 적정시간 사용

Ⅱ 시험 프로그램 자료정보

확인과 데이터 수집초기 부품의 프로토타입

후기 부품의 프로토타입

Ⅲ 다른 프로토타입에 대한

누적고장 시간 또는 vs

거리 계산 및 타점

분석이 가능한 사용Weibull SW

가능한 가속수명시험 사용

Ⅳ 프로젝트 검토 시

현재 신뢰성 수준신뢰성 목표 적합성 결정

초기 경고 관련 정보 제공

개선을 위한 계획 정보 제공

그림 프로세스별 단계[ 83]

- 83 -

제 절 신뢰성성장 데이터분석제 절 신뢰성성장 데이터분석제 절 신뢰성성장 데이터분석제 절 신뢰성성장 데이터분석2222

초기 프로토타입 으로 부터 개의 표본을 정상하중 으(Prototype1) 6 (Nominal load)

로 고장 날 때까지 시험하고 고장모드를 기록하였다 여러 개선작업을 거친 후 후

기 프로토타입 으로부터 개의 표본을 고장 날 때까지 시험하고 고장모(Prototype2) 6

드를 기록하였다 시험 데이터는 표 에 주어져 있다 [ 81]

에 고장데이터를 입력하고 각 프로토타입 단계별로 용지에 결과MINITAB Weibull

를 타점한 결과 그림 와 같은 성장곡선이 생성되었다 [ 84] Weibull

정상하중 에서 의 평균수명 추정치는 이(Nominal load) Prototype1 127366Cycle

고 의 평균수명 추정치는 로서 의 개선을 이루었 Prototype2 176882 Cycle 389

음을 알 수 있었다 수명은 은 이었으나Prototype1 112668 Cycle Prototype2

의 수명은 로서 상당한 개선이 이루어졌음을 볼 수 있다168620 Cycle 수

명에 대한 신뢰하한은 로 추정되었다 따라서 정상부하에 의한95 162926 Cycle

시험데이터분석 결과 개선활동 재료배합개선 형상설계개선 공정개선 에 의하여 ( )

내구성 목표가 달성되었음을 알 수 있다

그림 는 에서의 신뢰구간을 보여주고 있다[ 85] Nominal load 90

최대하중 에서는 표 의 데이터 입력결과 그림 의 그래프를(Max load) [ 82] [ 86]

생성하였다 그래프로 부터 추정된 의 Prototype1 수명은 이고16362Cycle

의Prototype2 수명은 이다21850 Cycle 수명에 대한 신뢰하한추정치95

는 으로부터 로 계산된다MINITAB 20983 Cycle

의 수명과 의 수명이 다른 것은 개선 활동의 결과이Prototype1 Prototype2

- 84 -

며 에서 개선목표가 달성되었음을 알 수 있다 Prototype2

표 하중 고장시간[ 81] Nominal (Cycle)

Weibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth Curve

(Nominal Load)(Nominal Load)(Nominal Load)(Nominal Load)

그림 성장곡선[ 84] Weibull (Nominal load data)

- 85 -

Weibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth Curve

(Nominal Load-90 Cl)(Nominal Load-90 Cl)(Nominal Load-90 Cl)(Nominal Load-90 Cl)

그림 신뢰구간[ 85] Nominal Load90

- 86 -

표 하중 고장시간[ 82] Max (Cycle)

Weibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth Curve

(MaxLoad)(MaxLoad)(MaxLoad)(MaxLoad)

그림 성장곡선[ 86] Weibull (Max load data)

- 87 -

제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론9999

본 연구는 자동차현가장치인 고무부싱 의 신뢰성향상을 위한 기(Rubber bushing)

술개발과제이다 에나 인더스트리는 수출전문기업으로서 주요 경쟁사에 비해 고성

능 고내구성의 제품을 짧은 기간 내에 개발할 수 있는 능력을 갖추어야 해외 시장

에서 경쟁력을 가질 수 있다

본 연구개발에서는 수요기업에서 요구하는 GMUTS(General Motors Uniform

의 사양에 따른 시험을 실행하여 내구성을 목표 사이클 이상으Test Specification)

로 개선하고 정특성과 동특성 비틀림 토크를 개선항목으로 선정하여 제품의 품질

및 신뢰성 향상을 진행하였다

수요기업의 요구 수준에 의하면 내구성은 와 Tension Compress Alternating

가 동시에 일 때 일 때Torsion Stress Maximum Load 20000 Cycle Normal Load

을 요구한다 본 프로젝트의 경우 해외의 부품메이커들에 대한 경쟁150000 Cycle

력 우위를 확보하기 위하여 기본 요구 수준을 넘어 향상된 제품신뢰성을5~10

확보를 목표로 하였다 내구성 정특성 및 동특성에 대한 시험은 직접 행하였고 비

틀림토크에 대한 부분은 추가적인 시험장치가 필요하여 수요기업의 실험실에 샘플

을 제출하여 요구수준을 검증받았다

본 연구개발의 성과를 요약하면 다음과 같다

우선 기술적 효과로는

설계기술의 확보(1)

재료배합설계 형상설계 공정설계에 대한 기술을 확보하여 내구성을 비롯한 품

질특성을 향상시킬 수 있었다 종래에는 설계 개발 생산프로세스에서 경험적 방법

에 의존하여 시행착오가 많았으나 본 연구를 통하여 과학적이고 체계적인 방법으

로 접근할 수 있는 기술이 확보되었다

설계 요소의 기술적 배치를 위한 실험계획법의 활용기술 확보(2)

- 88 -

종전에는 고무 배합설계 형상설계 공정설계에 대하여 설계요인 별 수 (Facter)

준 을 무작위로 추출하여 실험하였으나 본 실험계획의 과정을 따르면 요인들(Level)

이 계획적으로 반영되어 품질특성에 각각 어느 정도의 영향을 미치는지 분석이 가

능하게 된다 또한 다구찌에 의한 강건 설계의 생성으로 산포를 줄일 수 있다

잠재적 고장원인 분석방법 기술 확보(3)

제품기능에 대한 잠재적 고장모드의 예측과 시험항목을 판단하고 최종적으로는 설

계검증 과 공정검증 의 세부항목과 효과적(Design verification) (Process verification)

으로 연계가 가능하다

신뢰성 데이터분석기술 확보(4)

부품의 개발과정에서 몇 개의 표본에 대한 고장시간 데이터가 있을 때 Weibull

분포를 활용한 신뢰성 성장분석이 가능하게 되었다 개발프로그램이 운영되는 동안

신뢰성 수준의 변화를 추적할 수 있어 목표하는 신뢰성 수준을 달성하기 위하여 충

분한 비율로 성장하고 있는지의 여부를 가능한 빠른 시간 내에 판단할 수 있고 그

에 따라 필요한 자원을 적절히 배분할 수 있다 따라서 개발책임자는 시험데이터로

부터 현재 시스템의 신뢰성 수준 성장률의 평가 앞으로 기대되는 달성 가능한 수

준에 대한 결정이 가능하다

경제적 측면의 효과로는

제품에 대한 내구성 및 동특성 정특성에 대하여 요구사양 이상으로 특성관리(1)

를 행할 수 있어 해외 부품메이커들에 대한 경쟁력 우위로 수출력을 향상할 수 있

게 되었다

개발기간을 단축할 수 있게 되어 개발비의 절감을 가져올 수 있게 되었다(2)

재료배합 형상설계 및 공정설계에 대한 기술개발의 표준 정립으로 개발 기간의 단

축이 가능하게 되었다

본 과제 결과를 활용하여 다른 방진제품에 대한 신뢰성 관리로 수출(3)

- 89 -

시장을 개척하여 신규거래처를 확보할 예정이다 신뢰성 데이터의 관리가 이루어져

제품수명에 대한 설득력 있는 자료의 제시가 가능하게 되었다

향후 연구계획으로는

고무부싱부품의 특성상 내구성만의 개선이 최선이 아니고 정특성과 동특성을 일

정수준으로 동시에 고려하여야 한다 따라서 이 부분에 대한 동시적인 실험설계가

시스템화 되도록 추가적인 연구가 요구된다

- 90 -

참고문헌참고문헌참고문헌참고문헌[ ][ ][ ][ ]

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- 96 -

주 의

이 보고서는 산업자원부에서 시행한 부품소재종합기술지원사업의 최1

종보고서이다

이 신뢰성기반기술확산사업 내용을 대외적으로 발표할 때에는 반드시2

산업자원부에서 시행한 부품소재신뢰성기반기술 사업의 지원결과임을

밝혀야 한다

- 97 -

이 보고서는 산업자원부에서 시행한

부품소재 신뢰성기반기술확산사업의 최종보고서이다

- 55 -

것으로 관리도는 평균치와 범위에 관한 계량형 관리도에서 가장 많이 사용되

는 관리도의 하나이다 관리도는 평균치의 변화를 관리하는 관리도와 산포의

변화를 관리하는 관리도로 구성된다 관리도의 중심선(Central Line) CL=로 나

타내며 관리 상한선 은(Upper Control Limit) UCL= 로 관리하한선인 (Lower

의 경우Control Limit) LCL=

로 구한다

관리도의 관리선의 경우 중심선 관리상한선 UCL= 관리하한선 LCL

의 경우 로 구한다

여기서 등의 계수는 샘플의 크기인 에 따라 결정 되며 일 경우=4

=0729 =0 이다=2282

그림 에서[ 64] 이며=273410 관리도의 로 나타났UCL=307994 LCL=238826

다

관리도의 은CL 이며 이다=4744 UCL=1082581

- 56 -

그림 도포공정 개선전[ 64] 관리도

한편 그림 는 도포공정 개선 전의 경우에 대하여 지정된 규격의 공정능력 [ 65]

지수를 나타낸 것으로서 단기공정능력지수( 와 장기공정능력지수) ( 를 나타낸)

다 단기공정능력지수는 공정능력 ( 과 규격의 폭) ( 과의 비율을 의미하며 일반적)

으로 로 표시한다 규격은 그림 에서처럼 양쪽규격이 모두 주어진 경우 공 [ 65]

정 능력 지수는 다음과 같이 계산할 수 있다

공정 능력

로 나타내고 만약 공정 평균이 규격의 중심으로부터 어느

한쪽으로 치우쳐 있게 되는 경우 치우침도( 와) 를 조합한 단기공정능력지수

( 로 나타낸다 즉)

- 57 -

장기공정능력지수( 의 계산은)

으로서 이다

따라서 그림 에 나타난 것처럼 개선전의 공정능력은[ 65] =17854 =08458

으로서 장기 공정에 대해 만족스럽지 못한 값을 나타내고 있다

그림 도포공정 개선전 공정능력 분석그래프[ 65]

- 58 -

그러나 공정개선후의 관리도인 그림 을 살펴보면[ 66] 이며=28196 관리

도의 이고UCL=300418 LCL=263502 관리도의 은CL 로=2532 UCL=51418

나타난다

그림 도포공정 개선후[ 66] 관리도

- 59 -

개선 후에는 그림 로부터 알 수 있듯이 단기공정능력은[ 67] 으로서=31966

인 장기 공정에 대해 안정적인 것을 확인할 수 있어 도포공정 개선에=23275

대한 효과가 있음을 알 수 있다

그림 정 개선 후 공정능력 분석그래프[ 67]

또한 도포공정의 두께관리를 강화하기 위하여 작업자 교육 및 샘플링 두께 측정

검사를 통해 지속적인 모니터링을 실시하고 공정별 온도관리 및 시간 관리를 통해

작업 환경 유지관리 강화로 변함없는 품질의 제품을 생산하도록 하였다 그림 [

은 롤 코팅 공정이다68] (Roll coating)

- 60 -

그림 롤 코팅 공정[ 68] (Roll coating)

- 61 -

제 장 최적수준 결정을 위한 파라미터 설계제 장 최적수준 결정을 위한 파라미터 설계제 장 최적수준 결정을 위한 파라미터 설계제 장 최적수준 결정을 위한 파라미터 설계7777

제 절 실험계획법에 의한 유의인자 결정제 절 실험계획법에 의한 유의인자 결정제 절 실험계획법에 의한 유의인자 결정제 절 실험계획법에 의한 유의인자 결정1111

재료설계 형상설계 및 공정설계에 대한 최적조건의 결정은 부품의 품질 특성에

대한 사양 을 만족시켜야 할 뿐 아니라 생산부품 간 품질의 산포를(Specification)

최대한 줄여야 한다 의 최적설계를 위해 다구찌 기법 을 적 DA-2 (Taguchi method)

용하였다

다구찌의 강건설계 는 인자 가 품질 특성의 평균에 대해(Robust design) (Factor)

가지는 효과뿐만 아니라 분산에 미치는 효과에 대해서도 초점을 맞추고 있다 분산

을 줄일 수 있는 통제 가능한 인자에 대한 조건을 설정하여 품질특성이 통제 불가

능한 인자의 변화에 대해서는 둔감하도록 할 수 있다 강건설계의 주목적은 품질특

성의 목표값을 유지하면서 분산을 줄이는 인자에 대해 설치값 을 발견하는 (Setting)

데 있다

다구찌 설계에 의한 실험계획법은 특히 확장된 역할로서 다음의 몇 가지를 들 수

있다

ㆍㆍㆍㆍ종래에는 제어 불가능한 환경조건이나 제어하기 어려운 생산조건 공정조건

등의 원인 이를 잡음인자로 통칭 들이 데이터에 주는 영향의 정도를 평가하기 어려( )

웠으나 객관적으로 그리고 계량적으로 이를 평가할 수 있는 방법을 제시하고 있

다 또한 품질 산포의 크기를 계량특성치 손실함수 비 등 로 변환하여 산포를 ( SN )

작게 하는 인자들의 조건을 찾아가는 강건설계를 사용한다

ㆍㆍㆍㆍ직교배열표를 광범위하게 사용하여 인자의 수가 많은 경우에도 크게 실험횟

수를 증가시키지 않고 실험하는 일부 실시법을 사용한다

ㆍㆍㆍㆍ생산라인 내 뿐만 아니라 신제품 개발을 위한 품질설계 파라미터(On-line)

설계 허용오차 설계 등의 라인 외 품질관리를 위하여 유용하게 사용할 (Off-line)

수 있다

ㆍㆍㆍㆍ다구찌 방법에서 추가적으로 다룰 수 있는 주요한 것들로는 직교배열

- 62 -

표의 확대사용 수준계의 표준 직교배열표 이외에 확대 응용 혼합 직교배열표(2 3

의 사용과 조합법의 사용 계량치 데이터의 파라미터 설계 허용차 설계 그리고)

계수치 데이터의 파라미터 설계 동적 특성의 파라미터 설계 등을 들 수 있다

파라미터 설계 는 제품설계와 공정설계에서 유용하게 사용되는(Parameter design)

다구찌 실험계획법의 핵심이다 파라미터는 제품성능의 특성치에 영향을 주는 제어

가능한 인자 를 의미하며 파라미터 설계는 이들 인자들의 최적(Controllable factor)

수준을 정하여 주는 것을 말한다 파라미터를 설계변수 라고도 부 (Design variable)

르며 파라미터 설계에서는 제품의 품질변동이 잡음에 둔감하면서 목표품질을 가질

수 있도록 설계변수들의 최적조건을 구하여 준다 최적조건을 찾을 때 설계변수와

잡음을 주는 인자들을 포함시켜 실험하는 직교배열표 등을 주로 사용한다 이때 목

표 품질을 만족시키는 범위 내에서 가능한 한 비용이 적게 드는 조건이나 부품 등

을 이용한다

만약 신뢰성에 영향을 주는 제어 가능한 인자 에 대한 파라미터설계 A B C D

를 한다고 하자 는 수준 는 수준의 혼합수준 에 대한 설계 A B 4 C D 2 (Mixed level)

분석을 하려고 한다면 각 요인 변동의 계산을 표 과 같은 [ 71] L16(215형 직교배)

열표 를 사용하면 된다(Orthogonal Design)

에 대한 파라미터 설계조건으로는 내구성이 가장 좋은 최적의 설계 및 공정DA-2

조건을 구하여야 하므로 반응변수가 큰 값일수록 좋은 망대특성(Larger-the-better

에 대한 조건을 구하고 부품의 정특성 및 동특성에 대한 분석은 적characteristics)

정한 상호관계를 고려하여 별도의 실험을 행한다

- 63 -

표 다구찌 설계의 예[ 71]

- 64 -

제 절 시험데이터의 해석제 절 시험데이터의 해석제 절 시험데이터의 해석제 절 시험데이터의 해석2222

실험조건실험조건실험조건실험조건1111

제품의 신뢰성향상을 위해 지금까지 재료배합의 개선 형상개선 및 공정개선에

대한 각각의 과정을 설명하였으며 본 장에서는 관련된 여러 인자들을 동시에 고려

하여 최상의 품질특성을 나타낼 수 있는 최적인자수준의 결정에 대하여 설명하려고

한다 이는 인자들 간의 상호 작용이 상승 또는 보완작용을 할 수도 있고 반대로

서로 상극임을 나타낼 수 도 있기 때문이다

일반적으로 고무부싱의 개발에 적용되는 인자 는 다음과 같다(Factor)

ㆍㆍㆍㆍ경도 는 수요기업에서 제시하는 사양 에 따라 적정수(Hardness) (Specification)

준의 경도 도 도 도 도 를 적용하였으며 경험적으로 경도의 산포는(43 45 48 50 ) plusmn

정도이다2

ㆍㆍㆍㆍ각 부분의 모양이나 각도에 따라 고무 량에 영향을 미치게 되는 형상설계에

관해서는 내부 파이프 구배각도를(Inner pipe) 15deg~25deg로 하고 외부파이프 (Outer

의 접착부분을 로 하였으며 외경의 크기는pipe) 13mm~15mm

27mm~ 로 유지하였다278mm

ㆍㆍㆍㆍ공정설계는 가류시간을 로 하였다 가류 온도는240sec~600sec 150deg~180

로 하고 주변 온도에 영향을 받으므로 금형 표면온도는 항상 확인하였다 접착제

도포가 내구성에 영향을 주므로 접착제 두께는 으로 하고 접15micron~40micron

착제 배합조건은 로 하였다120cc~128cc

다구찌 설계에 의한 최적수준을 결정하기 위해 다른 인자는 고정시키고 경도 가

류시간 스웨징 인자에 대하여 표 와 같이 실험수준을 정하였다 [ 72]

- 65 -

표 실험인자 별 수준[ 72]

분석결과의 해석분석결과의 해석분석결과의 해석분석결과의 해석2222

실험결과의 해석은 다음과 같다

을 통해 표 의 실험조건을 입력하여 다구찌 설계를 생성한 결과MMITAB [ 72]

표 과 같은 실험조합을 얻었다 표 는 실험조합 별 시험결과 값이다[ 73] [ 74]

에서의 내구성에 대한 다구찌 설계해석의 결과는 표 의 신호 대Nominal load [ 75]

잡음비 비 평균 표준편차에 대한 반응표에 잘 나타나(SN Signal to noise ratio)

있다 그림 그림 은 비 평균 표준편차에 대한 반응 값을 도식한 [ 71]~[ 73] SN

것이다

표 의 신호 대 잡음비의 반응표를 보면 경도는 스웨징이나 가류시간에 비해[ 75]

반응변수 내구성 에 큰 영향을 미치고 있음을 보여준다 평균에 대한 반응표에서도( )

경도는 다른 인자들에 비해 반응변수의 평균에 크게 영향을 미치고 있음을 알 수

있다 표준편차 역시 경도의 수준 변화에 따라 차이가 가장 많음을 보여주고 있다

- 66 -

표 에 의한 다구찌 설계생성[ 73] MINITAB

- 67 -

표 실험조합 별 시험결과 데이터[ 74]

- 68 -

표 비 평균 표준편차에 대한 반응표[ 75] SN

신호 대 잡음 비에 대한 반응 표신호 대 잡음 비에 대한 반응 표신호 대 잡음 비에 대한 반응 표신호 대 잡음 비에 대한 반응 표

망대특성망대특성망대특성망대특성

평균에 대한 반응 표평균에 대한 반응 표평균에 대한 반응 표평균에 대한 반응 표

표준 편차에 대한 반응 표표준 편차에 대한 반응 표표준 편차에 대한 반응 표표준 편차에 대한 반응 표

- 69 -

그림 신호 대 잡음 비의 주효과도[ 71]

그림 인자수준별 평균의 주효과도[ 72]

그림 인자수준별 표준편차의 주효과도[ 73]

- 70 -

표 와 그림 에서 에서의 내구성 예측값을 가장 크게 하[ 75] [ 72] Nominal Load

는 것은 요인 수준의 조합이 일 때이다 품질 향상을 위해서는 정특성 동(4 2 2)

특성 값도 동시에 고려하여야 하므로 조합 조합 조합(4 2 2) (4 3 2) (4 1 2)

에 대한 예측 값을 함께 구하였다

표 은 에서의 내구성 예측값을 표 은 에[ 76] Nominal Load [ 77] Maximum Load

서의 내구성 예측값 표 은 정특성 예측값 표 는 에서의 동특성 예 [ 78] [ 79] 15Hz

측값 그리고 표 은 에서의 동특성 예측값을 보여주고 있다 [ 710] 150Hz Nominal

에서의 내구성 예측값은 조합 조합 조합에서 각Load (4 2 2) (4 3 2) (4 1 2)

각 목표값인 을 상회한 과170000 Cycle 178023 Cycle 174272 Cycle 175830

로서 조합일 때 더 높게 나타났다Cycle (4 2 2)

동배율은 예측 평균값을 기준으로 할 때 동배율은 조합에서는 에 (4 2 2) 15Hz

서 에서 이고 조합에서의110(1187691079) 150Hz 113(1215561079) (432)

동배율은 에서 에서15Hz 106(112856 106938) 150Hz 108(115769106938)

이며 조합에서의 동배율은 에서 에서 (412) 15Hz 108(118194 1094) 150Hz

이었다109(1195691094)

모델의 경우 수요기업에서 동배율 값이 적은 값을 요구하기 때문에DA-2 (kdks)

동배율을 고려하면 의 조합이 더 좋은 품질을 나타낸다고 할 수 있다(4 1 2)

- 71 -

표 에서의 내구성 예측값[ 76] Nominal Load

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 2 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 3 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 1 2

예측 값

신호 대

- 72 -

표 에서의 내구성 예측값[ 77] Maximum Load

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 2 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 3 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 1 2

신호 대

- 73 -

표 정특성 예측값[ 78]

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 2 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 3 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 1 2

신호 대

- 74 -

표 동특성 예측값[ 79] (15Hz)

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 2 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 3 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 1 2

신호 대

- 75 -

표 동특성 예측값[ 710] (150Hz)

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 2 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 3 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 1 2

신호 대

- 76 -

제 장 부품의 신뢰성성장관리제 장 부품의 신뢰성성장관리제 장 부품의 신뢰성성장관리제 장 부품의 신뢰성성장관리8888

제 절 신뢰성성장관리제 절 신뢰성성장관리제 절 신뢰성성장관리제 절 신뢰성성장관리1111

복잡하고 기술적인 제품의 개발 프로그램을 운영하는 데 있어서는 고객이 요구

하는 신뢰성 수준을 만족시키기 위하여 상당한 규모의 시간 예산 기술인력 등의

자원을 필요로 한다 고객들의 신뢰성 요구수준은 매우 높으므로 이러한 목표를 달

성하기 위하여 시험 개선 시험 개선의 개발과정을 반드시 거친다 이 과정에서 시- - -

스템 서브시스템 또는 모듈을 고장 날 때까지 시험하고 고장모드를 결정해서 이를

제거하기 위한 시도를 하거나 적어도 고장발생을 줄일 수 있는 시도를 하여 설계나

엔지니어링 개선을 이룬다 만약 이러한 과정이 계속되고 설계나 엔지니어링 변경

이 충분히 이루지면 시스템의 신뢰성은 증가한다 개발프로그램이 운영되는 동안

신뢰성 수준의 변화를 추적할 수 있다면 개발책임자로서는 여러 가지 이점이 있다

즉 목표하는 신뢰성 수준을 달성하기 위하여 충분한 비율로 성장하고 있는지의 여

부를 가능한 빠른 시간 내에 판단할 수 있고 그에 따라 필요한 자원을 적절히 배

분할 수 있다 따라서 개발책임자는 시험데이터로부터 현재 시스템의 신뢰성 수준

성장률의 평가 앞으로 기대되는 달성 가능한 수준을 결정하기를 원한다

신뢰성 성장관리 기술은 제품을 개발하는 데(Reliability growth management)

소요되는 많은 시간과 비용 및 엔지니어링 노력을 절감하면서 개념선택 제품과 공

정의 신뢰성 그리고 비용효율을 달성할 수 있도록 유용한 정보를 제공해 준다 군

사장비 자동차 및 전자 중장비개발 등에 적용된 최근의 신뢰성 성장시험 관리기술

은 각 분야의 경쟁적인 사업 환경 아래에서 제품개발을 효율적으로 조직하여 신뢰

성평가를 시작하고 신뢰성 성장과정을 추적할 수 있도록 해준다 신뢰성성장관리기

술은 제품 및 공정설계 관련사항 및 검증시험 항목들에 대하여 사용 환경에 따른

신뢰성 성장 진행과정을 확인하고 그 결과로부터 성장시험곡선을 개발할 수 있게

한다 또한 설계단계 사이의 여러 가지 관련성을 확인하여 관찰하고 그 정보를 다

른 제품보증분석들과 연결하여 고객 요구사항에 대한 제품의

- 77 -

적합도를 적절히 평가하는 데 도움을 준다

신뢰성성장모델은 가 개발한Crow(1975) AMSAA(Army Materiel Systems

모델이 많이 활용되었으나 이는 시스템 또는 서브시스템에서의Analysis Activity)

성장관리에 유용하고 부품수준에서는 모델을 활용하는 것이 더욱 실용적이 Weibull

다 모델은 목표 Weibull B10 수명에 대하여 초기 시작품 으로부터(Early Prototype)

후기 시작품 까지의 신뢰성 개선을 관리하는데 실용적으로 활용할(Later Prototype)

수 있다

신뢰성 성장시험 프로세스신뢰성 성장시험 프로세스신뢰성 성장시험 프로세스신뢰성 성장시험 프로세스1111

신뢰성 성장은 개발시스템에 대하여 여러 시험단계가 시리즈로 이루어지는 동안

고장모드를 발견하고 이를 개선하는 과정을 거쳐 이TAAF(Test Analyze And Fix)

루어진다 또한 기능시험 환경시험 안전시험의 결과는 신뢰성 향상을 위한 FMEA

등과 연계하여 사용된다 분석결과는 설계변경에 반영되고 최종목표가 달성될 때까

지 개선과 시험이 연속적으로 이루어진다 그림 은 일반적인 신뢰성 성장시험 [ 81]

프로세스를 보여준다 프로그램의 시작시점에 신뢰성 성장에 대한 계획을 수립하여

고객의 기대사항을 만족시킬 수 있는 성능수준에 대한 구체적인 측정치를 제시하

고 이 목적을 달성시킬 수 있는 시험조건을 정한다 시험조건은 특정한 부품이나

시스템에 대하여 고객의 사용방법과 환경에 대한 지식을 기초로 하여야 한다

개발프로젝트가 진행되는 동안 신뢰성 성장시험 프로그램이 개발되고 실행되는

과정에서 설계 및 공정의 관심사항을 확인하기 위해 QFD(Quality function

와 같은 제품보증을 위한 분석방법들이 선행되어 실시되는데 신뢰성deployment)

성장관리와 연계하여 이를 통틀어 통합 신뢰성 성장관리(Integrated reliability

라고 한다 신뢰성 성장관리를 포함한 제품설계평가의 모든growth management)

과정은 제품 공정의 신뢰성 향상에 있어 중요한 역할을 하는 제품보증기능의 한부

분이다

- 78 -

통합 신뢰성 성장시험관리 프로세스는 설계뿐 아니라 공정신뢰성(MIL-HDBK-781)

과 관련된 문제에 대응할 수 있도록 신뢰성 성장시험의 이점을 전적으로 활용할 수

있는 수단을 제공한다

신뢰성 성장관리과정을 개발함으로써 신뢰성 수준은 계속적으로 추적될 수 있고

조치를 취하고 다른 분석결과들과 비교되어 초기 신뢰성 예측을 수립하고 제품설

계에 포함된 확신을 증가시킨 후 검증시험에 들어갈 수 있도록 한다 이러한 신뢰

성 성장관리 프로세스는 제품개발 사이클에 있어서 초기 단계 동안에 신뢰성을 확

립하는 데 도움을 줄 수 있는 장치이다

그림 신뢰성성장시험 프로세스[ 81]

제품개발과정에 적용되는 신뢰성 성장시험관리 프로세스는 다음과 같다

신뢰성 성장시험조건을 결정하고 시험 사이클을 개발한다 ①

신뢰성 성장시험곡선의 사용을 통하여 시험과정을 실행하고 추적한다②

시험결과를 평가하고 다른 선행된 분석연구결과들과 비교한다③

확인된 결함을 제거하기 위해 설계변경을 실시한다④

- 79 -

설계검증시험을 준비한다⑤

신뢰성 성장시험의 주된 목적은 설계상의 약점을 확인하고 제거함으로써 설계의

신뢰성을 증가시키는 것이다 정확하게 신뢰성 수준이 변화되는 진행상황을 추적하

기 위해서는 요구사항에 대한 불합치성 을 확인하고 불합치성이(Nonconformance)

일어난 시간을 모두 추적하여야 한다 시험을 시작하기 전에 적절한 시정조치를 용

이하게 하기 위해 사전계획이 수립되어야 하며 고장분포를 결정하기 전에 각각의

고장부품에 대한 고장원인을 분리할 수 있어야 한다

부품의 개발과정에서 몇 개의 표본에 대한 고장시간 데이터가 있을 때 Weibull

분포를 활용한 신뢰성 성장분석에 대하여 설명하면 다음과 같다

가 분석의 개요가 분석의 개요가 분석의 개요가 분석의 개요

밀도함수는 그림 와 같이 특성 수명과 기울기로 고장시간Weibull [ 82] (Cycle

을 설명한다 작은 표본에 대한 고장시간 데이터가 주어졌을 때 분석Km) Weibull

을 사용하여 세 가지의 정보를 얻을 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ특정 시간이 주어졌을 때 등 부품의 신뢰도는 그 시간까지 살아 있(Cycle Km )

을 백분율이다

ㆍㆍㆍㆍ 또는 다른( 수명을 추정할 수 있다) 수명은 부품들 중 가 고장10

날 것이라고 기대되는 시간이다 즉 이 시간에서의 신뢰도는 이다 90

ㆍㆍㆍㆍ 기울기의 값은 고장률 패턴에 대한 정보를 제공해준다 기울기가Weibull 10

이라면 고장률이 일정하다는 것을 의미한다 이 경우 고장은 일반적으로 우연히

일어나며 고장률은 설계의 강건 정도에 따라 달라진다 기울기가 보다 작다면 1

고장률은 감소하고 있음을 의미한다

- 80 -

즉 높은 초기 고장률 을 말한다 기울기가 보다 크면 고장률은 증 (Infant mortality) 1

가하고 이는 마모 되고 있음을 의미한다(Wear-out)

그림 에 의한 부품의 신뢰성성장분석[ 82] Weibull 수명 비교

가장 많이 활용되는 측도는 수명이며 이것은 요구되는 목표 신뢰도가 임 90

을 의미한다 첫 번째 프로토타입이 고장 난다면 신뢰성 목표 달성을 위해 설계 변

경을 행하고 다음 프로토타입을 시험한다 이 과정은 목표 수명이 달성될 때까

지 반복한다

나 의이점나 의이점나 의이점나 의이점WeibullWeibullWeibullWeibull

부품의 개발과정에서 작은 표본에 대한 고장시간 자료가 주어졌을 때 Weibull

분석을 활용하여 신뢰성성장관리를 행하면 다음의 정보를 얻을 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ신뢰성 개선은 목표 수명이 달성될 때까지 하나의 프로토타입에

- 81 -

서 다음 프로토타입까지 추적할 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ신뢰성 개선은 시험한 프로토타입에 대해 타점으로 표현되고 빠르Weibull

게 방향을 파악하여 신뢰성 진전과정에 대한 양적 측면의 관리능력 향상을 그

래프로 확인할 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ컴포넌트를 고장 날 때까지 시험하는 것은 고장모드에 대한 아주 귀중한 정

보를 제공하고 따라서 시정조치 활동이 필요하다

ㆍㆍㆍㆍ많은 표본이 더 좋은 신뢰도를 얻을 수 있지만 분석은 많은 표본을Weibull

필요로 하지 않는다

ㆍㆍㆍㆍ고객의 운영 사용 사이클과 시험 모수의 관계가 알려져 있다면 더 빠르고( )

더 적은 비용으로 가속시험을 할 수도 있다

다 기본가정및제한다 기본가정및제한다 기본가정및제한다 기본가정및제한

ㆍㆍㆍㆍ각 분석에서 오직 하나의 고장모드만 포함되어야 한다 두 개나 그 이상의

고장 모드가 검출된다면 각각에 대해 분리하여 분석해야 한다

ㆍㆍㆍㆍ신뢰도는 시험 제한 한계 로 인해 년 마일까지 확장하여 외삽하면 안( ) 10 150K

된다 왜냐하면 시험 제한 한계 로 인해 다른 고장모드가 발생할 것인지 알 수 ( )

없기 때문이다

ㆍㆍㆍㆍ하나의 프로토타입에서 다음 프로토타입까지 기울기가 변하는 데는 특별히

주의를 하여야 한다 왜냐하면 초기 후기 수명에서 더 높은 신뢰도와 후기 초 ( ) (

기 수명에서 더 낮은 신뢰도의 할 수 도 있기 때문이다) trade-off

라 적용시기라 적용시기라 적용시기라 적용시기

ㆍㆍㆍㆍ수명의 비교는 엔지니어링 사양 이 특정한(Specification) 을 요구할 경

우 사용된다

ㆍㆍㆍㆍ이러한 접근방법은 고장시간 등 에 대하여 동일한 부품의(Cycle Km )

- 82 -

다른 시점에서의 프로토타입을 비교할 때 사용한다

ㆍㆍㆍㆍ신뢰성 목표가 달성될 때까지 계속한다

마 입력자료마 입력자료마 입력자료마 입력자료

ㆍㆍㆍㆍ프로토타입 의 몇 개 표본의 고장시간 등1 (Cycle Km )

ㆍㆍㆍㆍ프로토타입 의 몇 개 표본의 고장시간 등2 (Cycle Km )

⦙

ㆍㆍㆍㆍ마지막 프로토타입의 몇 개 표본의 고장시간 등(Cycle Km )

분석프로세스는 그림 과 같다[ 83]

프로세스프로세스프로세스프로세스 일반적 단계일반적 단계일반적 단계일반적 단계

Ⅰ 요구

또는 수명 결정

프로그램 신뢰성 목표 사용

고객의 운영 사용 프로파일 사용( )

시험 프로그램 적정시간 사용

Ⅱ 시험 프로그램 자료정보

확인과 데이터 수집초기 부품의 프로토타입

후기 부품의 프로토타입

Ⅲ 다른 프로토타입에 대한

누적고장 시간 또는 vs

거리 계산 및 타점

분석이 가능한 사용Weibull SW

가능한 가속수명시험 사용

Ⅳ 프로젝트 검토 시

현재 신뢰성 수준신뢰성 목표 적합성 결정

초기 경고 관련 정보 제공

개선을 위한 계획 정보 제공

그림 프로세스별 단계[ 83]

- 83 -

제 절 신뢰성성장 데이터분석제 절 신뢰성성장 데이터분석제 절 신뢰성성장 데이터분석제 절 신뢰성성장 데이터분석2222

초기 프로토타입 으로 부터 개의 표본을 정상하중 으(Prototype1) 6 (Nominal load)

로 고장 날 때까지 시험하고 고장모드를 기록하였다 여러 개선작업을 거친 후 후

기 프로토타입 으로부터 개의 표본을 고장 날 때까지 시험하고 고장모(Prototype2) 6

드를 기록하였다 시험 데이터는 표 에 주어져 있다 [ 81]

에 고장데이터를 입력하고 각 프로토타입 단계별로 용지에 결과MINITAB Weibull

를 타점한 결과 그림 와 같은 성장곡선이 생성되었다 [ 84] Weibull

정상하중 에서 의 평균수명 추정치는 이(Nominal load) Prototype1 127366Cycle

고 의 평균수명 추정치는 로서 의 개선을 이루었 Prototype2 176882 Cycle 389

음을 알 수 있었다 수명은 은 이었으나Prototype1 112668 Cycle Prototype2

의 수명은 로서 상당한 개선이 이루어졌음을 볼 수 있다168620 Cycle 수

명에 대한 신뢰하한은 로 추정되었다 따라서 정상부하에 의한95 162926 Cycle

시험데이터분석 결과 개선활동 재료배합개선 형상설계개선 공정개선 에 의하여 ( )

내구성 목표가 달성되었음을 알 수 있다

그림 는 에서의 신뢰구간을 보여주고 있다[ 85] Nominal load 90

최대하중 에서는 표 의 데이터 입력결과 그림 의 그래프를(Max load) [ 82] [ 86]

생성하였다 그래프로 부터 추정된 의 Prototype1 수명은 이고16362Cycle

의Prototype2 수명은 이다21850 Cycle 수명에 대한 신뢰하한추정치95

는 으로부터 로 계산된다MINITAB 20983 Cycle

의 수명과 의 수명이 다른 것은 개선 활동의 결과이Prototype1 Prototype2

- 84 -

며 에서 개선목표가 달성되었음을 알 수 있다 Prototype2

표 하중 고장시간[ 81] Nominal (Cycle)

Weibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth Curve

(Nominal Load)(Nominal Load)(Nominal Load)(Nominal Load)

그림 성장곡선[ 84] Weibull (Nominal load data)

- 85 -

Weibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth Curve

(Nominal Load-90 Cl)(Nominal Load-90 Cl)(Nominal Load-90 Cl)(Nominal Load-90 Cl)

그림 신뢰구간[ 85] Nominal Load90

- 86 -

표 하중 고장시간[ 82] Max (Cycle)

Weibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth Curve

(MaxLoad)(MaxLoad)(MaxLoad)(MaxLoad)

그림 성장곡선[ 86] Weibull (Max load data)

- 87 -

제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론9999

본 연구는 자동차현가장치인 고무부싱 의 신뢰성향상을 위한 기(Rubber bushing)

술개발과제이다 에나 인더스트리는 수출전문기업으로서 주요 경쟁사에 비해 고성

능 고내구성의 제품을 짧은 기간 내에 개발할 수 있는 능력을 갖추어야 해외 시장

에서 경쟁력을 가질 수 있다

본 연구개발에서는 수요기업에서 요구하는 GMUTS(General Motors Uniform

의 사양에 따른 시험을 실행하여 내구성을 목표 사이클 이상으Test Specification)

로 개선하고 정특성과 동특성 비틀림 토크를 개선항목으로 선정하여 제품의 품질

및 신뢰성 향상을 진행하였다

수요기업의 요구 수준에 의하면 내구성은 와 Tension Compress Alternating

가 동시에 일 때 일 때Torsion Stress Maximum Load 20000 Cycle Normal Load

을 요구한다 본 프로젝트의 경우 해외의 부품메이커들에 대한 경쟁150000 Cycle

력 우위를 확보하기 위하여 기본 요구 수준을 넘어 향상된 제품신뢰성을5~10

확보를 목표로 하였다 내구성 정특성 및 동특성에 대한 시험은 직접 행하였고 비

틀림토크에 대한 부분은 추가적인 시험장치가 필요하여 수요기업의 실험실에 샘플

을 제출하여 요구수준을 검증받았다

본 연구개발의 성과를 요약하면 다음과 같다

우선 기술적 효과로는

설계기술의 확보(1)

재료배합설계 형상설계 공정설계에 대한 기술을 확보하여 내구성을 비롯한 품

질특성을 향상시킬 수 있었다 종래에는 설계 개발 생산프로세스에서 경험적 방법

에 의존하여 시행착오가 많았으나 본 연구를 통하여 과학적이고 체계적인 방법으

로 접근할 수 있는 기술이 확보되었다

설계 요소의 기술적 배치를 위한 실험계획법의 활용기술 확보(2)

- 88 -

종전에는 고무 배합설계 형상설계 공정설계에 대하여 설계요인 별 수 (Facter)

준 을 무작위로 추출하여 실험하였으나 본 실험계획의 과정을 따르면 요인들(Level)

이 계획적으로 반영되어 품질특성에 각각 어느 정도의 영향을 미치는지 분석이 가

능하게 된다 또한 다구찌에 의한 강건 설계의 생성으로 산포를 줄일 수 있다

잠재적 고장원인 분석방법 기술 확보(3)

제품기능에 대한 잠재적 고장모드의 예측과 시험항목을 판단하고 최종적으로는 설

계검증 과 공정검증 의 세부항목과 효과적(Design verification) (Process verification)

으로 연계가 가능하다

신뢰성 데이터분석기술 확보(4)

부품의 개발과정에서 몇 개의 표본에 대한 고장시간 데이터가 있을 때 Weibull

분포를 활용한 신뢰성 성장분석이 가능하게 되었다 개발프로그램이 운영되는 동안

신뢰성 수준의 변화를 추적할 수 있어 목표하는 신뢰성 수준을 달성하기 위하여 충

분한 비율로 성장하고 있는지의 여부를 가능한 빠른 시간 내에 판단할 수 있고 그

에 따라 필요한 자원을 적절히 배분할 수 있다 따라서 개발책임자는 시험데이터로

부터 현재 시스템의 신뢰성 수준 성장률의 평가 앞으로 기대되는 달성 가능한 수

준에 대한 결정이 가능하다

경제적 측면의 효과로는

제품에 대한 내구성 및 동특성 정특성에 대하여 요구사양 이상으로 특성관리(1)

를 행할 수 있어 해외 부품메이커들에 대한 경쟁력 우위로 수출력을 향상할 수 있

게 되었다

개발기간을 단축할 수 있게 되어 개발비의 절감을 가져올 수 있게 되었다(2)

재료배합 형상설계 및 공정설계에 대한 기술개발의 표준 정립으로 개발 기간의 단

축이 가능하게 되었다

본 과제 결과를 활용하여 다른 방진제품에 대한 신뢰성 관리로 수출(3)

- 89 -

시장을 개척하여 신규거래처를 확보할 예정이다 신뢰성 데이터의 관리가 이루어져

제품수명에 대한 설득력 있는 자료의 제시가 가능하게 되었다

향후 연구계획으로는

고무부싱부품의 특성상 내구성만의 개선이 최선이 아니고 정특성과 동특성을 일

정수준으로 동시에 고려하여야 한다 따라서 이 부분에 대한 동시적인 실험설계가

시스템화 되도록 추가적인 연구가 요구된다

- 90 -

참고문헌참고문헌참고문헌참고문헌[ ][ ][ ][ ]

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[8] McLean R A and Anderson V I Extreme Vertices Design of Mixture

Experiments Technometrics Vol8 No3 1966

- 96 -

주 의

이 보고서는 산업자원부에서 시행한 부품소재종합기술지원사업의 최1

종보고서이다

이 신뢰성기반기술확산사업 내용을 대외적으로 발표할 때에는 반드시2

산업자원부에서 시행한 부품소재신뢰성기반기술 사업의 지원결과임을

밝혀야 한다

- 97 -

이 보고서는 산업자원부에서 시행한

부품소재 신뢰성기반기술확산사업의 최종보고서이다

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그림 도포공정 개선전[ 64] 관리도

한편 그림 는 도포공정 개선 전의 경우에 대하여 지정된 규격의 공정능력 [ 65]

지수를 나타낸 것으로서 단기공정능력지수( 와 장기공정능력지수) ( 를 나타낸)

다 단기공정능력지수는 공정능력 ( 과 규격의 폭) ( 과의 비율을 의미하며 일반적)

으로 로 표시한다 규격은 그림 에서처럼 양쪽규격이 모두 주어진 경우 공 [ 65]

정 능력 지수는 다음과 같이 계산할 수 있다

공정 능력

로 나타내고 만약 공정 평균이 규격의 중심으로부터 어느

한쪽으로 치우쳐 있게 되는 경우 치우침도( 와) 를 조합한 단기공정능력지수

( 로 나타낸다 즉)

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장기공정능력지수( 의 계산은)

으로서 이다

따라서 그림 에 나타난 것처럼 개선전의 공정능력은[ 65] =17854 =08458

으로서 장기 공정에 대해 만족스럽지 못한 값을 나타내고 있다

그림 도포공정 개선전 공정능력 분석그래프[ 65]

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그러나 공정개선후의 관리도인 그림 을 살펴보면[ 66] 이며=28196 관리

도의 이고UCL=300418 LCL=263502 관리도의 은CL 로=2532 UCL=51418

나타난다

그림 도포공정 개선후[ 66] 관리도

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개선 후에는 그림 로부터 알 수 있듯이 단기공정능력은[ 67] 으로서=31966

인 장기 공정에 대해 안정적인 것을 확인할 수 있어 도포공정 개선에=23275

대한 효과가 있음을 알 수 있다

그림 정 개선 후 공정능력 분석그래프[ 67]

또한 도포공정의 두께관리를 강화하기 위하여 작업자 교육 및 샘플링 두께 측정

검사를 통해 지속적인 모니터링을 실시하고 공정별 온도관리 및 시간 관리를 통해

작업 환경 유지관리 강화로 변함없는 품질의 제품을 생산하도록 하였다 그림 [

은 롤 코팅 공정이다68] (Roll coating)

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그림 롤 코팅 공정[ 68] (Roll coating)

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제 장 최적수준 결정을 위한 파라미터 설계제 장 최적수준 결정을 위한 파라미터 설계제 장 최적수준 결정을 위한 파라미터 설계제 장 최적수준 결정을 위한 파라미터 설계7777

제 절 실험계획법에 의한 유의인자 결정제 절 실험계획법에 의한 유의인자 결정제 절 실험계획법에 의한 유의인자 결정제 절 실험계획법에 의한 유의인자 결정1111

재료설계 형상설계 및 공정설계에 대한 최적조건의 결정은 부품의 품질 특성에

대한 사양 을 만족시켜야 할 뿐 아니라 생산부품 간 품질의 산포를(Specification)

최대한 줄여야 한다 의 최적설계를 위해 다구찌 기법 을 적 DA-2 (Taguchi method)

용하였다

다구찌의 강건설계 는 인자 가 품질 특성의 평균에 대해(Robust design) (Factor)

가지는 효과뿐만 아니라 분산에 미치는 효과에 대해서도 초점을 맞추고 있다 분산

을 줄일 수 있는 통제 가능한 인자에 대한 조건을 설정하여 품질특성이 통제 불가

능한 인자의 변화에 대해서는 둔감하도록 할 수 있다 강건설계의 주목적은 품질특

성의 목표값을 유지하면서 분산을 줄이는 인자에 대해 설치값 을 발견하는 (Setting)

데 있다

다구찌 설계에 의한 실험계획법은 특히 확장된 역할로서 다음의 몇 가지를 들 수

있다

ㆍㆍㆍㆍ종래에는 제어 불가능한 환경조건이나 제어하기 어려운 생산조건 공정조건

등의 원인 이를 잡음인자로 통칭 들이 데이터에 주는 영향의 정도를 평가하기 어려( )

웠으나 객관적으로 그리고 계량적으로 이를 평가할 수 있는 방법을 제시하고 있

다 또한 품질 산포의 크기를 계량특성치 손실함수 비 등 로 변환하여 산포를 ( SN )

작게 하는 인자들의 조건을 찾아가는 강건설계를 사용한다

ㆍㆍㆍㆍ직교배열표를 광범위하게 사용하여 인자의 수가 많은 경우에도 크게 실험횟

수를 증가시키지 않고 실험하는 일부 실시법을 사용한다

ㆍㆍㆍㆍ생산라인 내 뿐만 아니라 신제품 개발을 위한 품질설계 파라미터(On-line)

설계 허용오차 설계 등의 라인 외 품질관리를 위하여 유용하게 사용할 (Off-line)

수 있다

ㆍㆍㆍㆍ다구찌 방법에서 추가적으로 다룰 수 있는 주요한 것들로는 직교배열

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표의 확대사용 수준계의 표준 직교배열표 이외에 확대 응용 혼합 직교배열표(2 3

의 사용과 조합법의 사용 계량치 데이터의 파라미터 설계 허용차 설계 그리고)

계수치 데이터의 파라미터 설계 동적 특성의 파라미터 설계 등을 들 수 있다

파라미터 설계 는 제품설계와 공정설계에서 유용하게 사용되는(Parameter design)

다구찌 실험계획법의 핵심이다 파라미터는 제품성능의 특성치에 영향을 주는 제어

가능한 인자 를 의미하며 파라미터 설계는 이들 인자들의 최적(Controllable factor)

수준을 정하여 주는 것을 말한다 파라미터를 설계변수 라고도 부 (Design variable)

르며 파라미터 설계에서는 제품의 품질변동이 잡음에 둔감하면서 목표품질을 가질

수 있도록 설계변수들의 최적조건을 구하여 준다 최적조건을 찾을 때 설계변수와

잡음을 주는 인자들을 포함시켜 실험하는 직교배열표 등을 주로 사용한다 이때 목

표 품질을 만족시키는 범위 내에서 가능한 한 비용이 적게 드는 조건이나 부품 등

을 이용한다

만약 신뢰성에 영향을 주는 제어 가능한 인자 에 대한 파라미터설계 A B C D

를 한다고 하자 는 수준 는 수준의 혼합수준 에 대한 설계 A B 4 C D 2 (Mixed level)

분석을 하려고 한다면 각 요인 변동의 계산을 표 과 같은 [ 71] L16(215형 직교배)

열표 를 사용하면 된다(Orthogonal Design)

에 대한 파라미터 설계조건으로는 내구성이 가장 좋은 최적의 설계 및 공정DA-2

조건을 구하여야 하므로 반응변수가 큰 값일수록 좋은 망대특성(Larger-the-better

에 대한 조건을 구하고 부품의 정특성 및 동특성에 대한 분석은 적characteristics)

정한 상호관계를 고려하여 별도의 실험을 행한다

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표 다구찌 설계의 예[ 71]

- 64 -

제 절 시험데이터의 해석제 절 시험데이터의 해석제 절 시험데이터의 해석제 절 시험데이터의 해석2222

실험조건실험조건실험조건실험조건1111

제품의 신뢰성향상을 위해 지금까지 재료배합의 개선 형상개선 및 공정개선에

대한 각각의 과정을 설명하였으며 본 장에서는 관련된 여러 인자들을 동시에 고려

하여 최상의 품질특성을 나타낼 수 있는 최적인자수준의 결정에 대하여 설명하려고

한다 이는 인자들 간의 상호 작용이 상승 또는 보완작용을 할 수도 있고 반대로

서로 상극임을 나타낼 수 도 있기 때문이다

일반적으로 고무부싱의 개발에 적용되는 인자 는 다음과 같다(Factor)

ㆍㆍㆍㆍ경도 는 수요기업에서 제시하는 사양 에 따라 적정수(Hardness) (Specification)

준의 경도 도 도 도 도 를 적용하였으며 경험적으로 경도의 산포는(43 45 48 50 ) plusmn

정도이다2

ㆍㆍㆍㆍ각 부분의 모양이나 각도에 따라 고무 량에 영향을 미치게 되는 형상설계에

관해서는 내부 파이프 구배각도를(Inner pipe) 15deg~25deg로 하고 외부파이프 (Outer

의 접착부분을 로 하였으며 외경의 크기는pipe) 13mm~15mm

27mm~ 로 유지하였다278mm

ㆍㆍㆍㆍ공정설계는 가류시간을 로 하였다 가류 온도는240sec~600sec 150deg~180

로 하고 주변 온도에 영향을 받으므로 금형 표면온도는 항상 확인하였다 접착제

도포가 내구성에 영향을 주므로 접착제 두께는 으로 하고 접15micron~40micron

착제 배합조건은 로 하였다120cc~128cc

다구찌 설계에 의한 최적수준을 결정하기 위해 다른 인자는 고정시키고 경도 가

류시간 스웨징 인자에 대하여 표 와 같이 실험수준을 정하였다 [ 72]

- 65 -

표 실험인자 별 수준[ 72]

분석결과의 해석분석결과의 해석분석결과의 해석분석결과의 해석2222

실험결과의 해석은 다음과 같다

을 통해 표 의 실험조건을 입력하여 다구찌 설계를 생성한 결과MMITAB [ 72]

표 과 같은 실험조합을 얻었다 표 는 실험조합 별 시험결과 값이다[ 73] [ 74]

에서의 내구성에 대한 다구찌 설계해석의 결과는 표 의 신호 대Nominal load [ 75]

잡음비 비 평균 표준편차에 대한 반응표에 잘 나타나(SN Signal to noise ratio)

있다 그림 그림 은 비 평균 표준편차에 대한 반응 값을 도식한 [ 71]~[ 73] SN

것이다

표 의 신호 대 잡음비의 반응표를 보면 경도는 스웨징이나 가류시간에 비해[ 75]

반응변수 내구성 에 큰 영향을 미치고 있음을 보여준다 평균에 대한 반응표에서도( )

경도는 다른 인자들에 비해 반응변수의 평균에 크게 영향을 미치고 있음을 알 수

있다 표준편차 역시 경도의 수준 변화에 따라 차이가 가장 많음을 보여주고 있다

- 66 -

표 에 의한 다구찌 설계생성[ 73] MINITAB

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표 실험조합 별 시험결과 데이터[ 74]

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표 비 평균 표준편차에 대한 반응표[ 75] SN

신호 대 잡음 비에 대한 반응 표신호 대 잡음 비에 대한 반응 표신호 대 잡음 비에 대한 반응 표신호 대 잡음 비에 대한 반응 표

망대특성망대특성망대특성망대특성

평균에 대한 반응 표평균에 대한 반응 표평균에 대한 반응 표평균에 대한 반응 표

표준 편차에 대한 반응 표표준 편차에 대한 반응 표표준 편차에 대한 반응 표표준 편차에 대한 반응 표

- 69 -

그림 신호 대 잡음 비의 주효과도[ 71]

그림 인자수준별 평균의 주효과도[ 72]

그림 인자수준별 표준편차의 주효과도[ 73]

- 70 -

표 와 그림 에서 에서의 내구성 예측값을 가장 크게 하[ 75] [ 72] Nominal Load

는 것은 요인 수준의 조합이 일 때이다 품질 향상을 위해서는 정특성 동(4 2 2)

특성 값도 동시에 고려하여야 하므로 조합 조합 조합(4 2 2) (4 3 2) (4 1 2)

에 대한 예측 값을 함께 구하였다

표 은 에서의 내구성 예측값을 표 은 에[ 76] Nominal Load [ 77] Maximum Load

서의 내구성 예측값 표 은 정특성 예측값 표 는 에서의 동특성 예 [ 78] [ 79] 15Hz

측값 그리고 표 은 에서의 동특성 예측값을 보여주고 있다 [ 710] 150Hz Nominal

에서의 내구성 예측값은 조합 조합 조합에서 각Load (4 2 2) (4 3 2) (4 1 2)

각 목표값인 을 상회한 과170000 Cycle 178023 Cycle 174272 Cycle 175830

로서 조합일 때 더 높게 나타났다Cycle (4 2 2)

동배율은 예측 평균값을 기준으로 할 때 동배율은 조합에서는 에 (4 2 2) 15Hz

서 에서 이고 조합에서의110(1187691079) 150Hz 113(1215561079) (432)

동배율은 에서 에서15Hz 106(112856 106938) 150Hz 108(115769106938)

이며 조합에서의 동배율은 에서 에서 (412) 15Hz 108(118194 1094) 150Hz

이었다109(1195691094)

모델의 경우 수요기업에서 동배율 값이 적은 값을 요구하기 때문에DA-2 (kdks)

동배율을 고려하면 의 조합이 더 좋은 품질을 나타낸다고 할 수 있다(4 1 2)

- 71 -

표 에서의 내구성 예측값[ 76] Nominal Load

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 2 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 3 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 1 2

예측 값

신호 대

- 72 -

표 에서의 내구성 예측값[ 77] Maximum Load

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 2 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 3 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 1 2

신호 대

- 73 -

표 정특성 예측값[ 78]

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 2 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 3 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 1 2

신호 대

- 74 -

표 동특성 예측값[ 79] (15Hz)

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 2 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 3 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 1 2

신호 대

- 75 -

표 동특성 예측값[ 710] (150Hz)

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 2 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 3 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 1 2

신호 대

- 76 -

제 장 부품의 신뢰성성장관리제 장 부품의 신뢰성성장관리제 장 부품의 신뢰성성장관리제 장 부품의 신뢰성성장관리8888

제 절 신뢰성성장관리제 절 신뢰성성장관리제 절 신뢰성성장관리제 절 신뢰성성장관리1111

복잡하고 기술적인 제품의 개발 프로그램을 운영하는 데 있어서는 고객이 요구

하는 신뢰성 수준을 만족시키기 위하여 상당한 규모의 시간 예산 기술인력 등의

자원을 필요로 한다 고객들의 신뢰성 요구수준은 매우 높으므로 이러한 목표를 달

성하기 위하여 시험 개선 시험 개선의 개발과정을 반드시 거친다 이 과정에서 시- - -

스템 서브시스템 또는 모듈을 고장 날 때까지 시험하고 고장모드를 결정해서 이를

제거하기 위한 시도를 하거나 적어도 고장발생을 줄일 수 있는 시도를 하여 설계나

엔지니어링 개선을 이룬다 만약 이러한 과정이 계속되고 설계나 엔지니어링 변경

이 충분히 이루지면 시스템의 신뢰성은 증가한다 개발프로그램이 운영되는 동안

신뢰성 수준의 변화를 추적할 수 있다면 개발책임자로서는 여러 가지 이점이 있다

즉 목표하는 신뢰성 수준을 달성하기 위하여 충분한 비율로 성장하고 있는지의 여

부를 가능한 빠른 시간 내에 판단할 수 있고 그에 따라 필요한 자원을 적절히 배

분할 수 있다 따라서 개발책임자는 시험데이터로부터 현재 시스템의 신뢰성 수준

성장률의 평가 앞으로 기대되는 달성 가능한 수준을 결정하기를 원한다

신뢰성 성장관리 기술은 제품을 개발하는 데(Reliability growth management)

소요되는 많은 시간과 비용 및 엔지니어링 노력을 절감하면서 개념선택 제품과 공

정의 신뢰성 그리고 비용효율을 달성할 수 있도록 유용한 정보를 제공해 준다 군

사장비 자동차 및 전자 중장비개발 등에 적용된 최근의 신뢰성 성장시험 관리기술

은 각 분야의 경쟁적인 사업 환경 아래에서 제품개발을 효율적으로 조직하여 신뢰

성평가를 시작하고 신뢰성 성장과정을 추적할 수 있도록 해준다 신뢰성성장관리기

술은 제품 및 공정설계 관련사항 및 검증시험 항목들에 대하여 사용 환경에 따른

신뢰성 성장 진행과정을 확인하고 그 결과로부터 성장시험곡선을 개발할 수 있게

한다 또한 설계단계 사이의 여러 가지 관련성을 확인하여 관찰하고 그 정보를 다

른 제품보증분석들과 연결하여 고객 요구사항에 대한 제품의

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적합도를 적절히 평가하는 데 도움을 준다

신뢰성성장모델은 가 개발한Crow(1975) AMSAA(Army Materiel Systems

모델이 많이 활용되었으나 이는 시스템 또는 서브시스템에서의Analysis Activity)

성장관리에 유용하고 부품수준에서는 모델을 활용하는 것이 더욱 실용적이 Weibull

다 모델은 목표 Weibull B10 수명에 대하여 초기 시작품 으로부터(Early Prototype)

후기 시작품 까지의 신뢰성 개선을 관리하는데 실용적으로 활용할(Later Prototype)

수 있다

신뢰성 성장시험 프로세스신뢰성 성장시험 프로세스신뢰성 성장시험 프로세스신뢰성 성장시험 프로세스1111

신뢰성 성장은 개발시스템에 대하여 여러 시험단계가 시리즈로 이루어지는 동안

고장모드를 발견하고 이를 개선하는 과정을 거쳐 이TAAF(Test Analyze And Fix)

루어진다 또한 기능시험 환경시험 안전시험의 결과는 신뢰성 향상을 위한 FMEA

등과 연계하여 사용된다 분석결과는 설계변경에 반영되고 최종목표가 달성될 때까

지 개선과 시험이 연속적으로 이루어진다 그림 은 일반적인 신뢰성 성장시험 [ 81]

프로세스를 보여준다 프로그램의 시작시점에 신뢰성 성장에 대한 계획을 수립하여

고객의 기대사항을 만족시킬 수 있는 성능수준에 대한 구체적인 측정치를 제시하

고 이 목적을 달성시킬 수 있는 시험조건을 정한다 시험조건은 특정한 부품이나

시스템에 대하여 고객의 사용방법과 환경에 대한 지식을 기초로 하여야 한다

개발프로젝트가 진행되는 동안 신뢰성 성장시험 프로그램이 개발되고 실행되는

과정에서 설계 및 공정의 관심사항을 확인하기 위해 QFD(Quality function

와 같은 제품보증을 위한 분석방법들이 선행되어 실시되는데 신뢰성deployment)

성장관리와 연계하여 이를 통틀어 통합 신뢰성 성장관리(Integrated reliability

라고 한다 신뢰성 성장관리를 포함한 제품설계평가의 모든growth management)

과정은 제품 공정의 신뢰성 향상에 있어 중요한 역할을 하는 제품보증기능의 한부

분이다

- 78 -

통합 신뢰성 성장시험관리 프로세스는 설계뿐 아니라 공정신뢰성(MIL-HDBK-781)

과 관련된 문제에 대응할 수 있도록 신뢰성 성장시험의 이점을 전적으로 활용할 수

있는 수단을 제공한다

신뢰성 성장관리과정을 개발함으로써 신뢰성 수준은 계속적으로 추적될 수 있고

조치를 취하고 다른 분석결과들과 비교되어 초기 신뢰성 예측을 수립하고 제품설

계에 포함된 확신을 증가시킨 후 검증시험에 들어갈 수 있도록 한다 이러한 신뢰

성 성장관리 프로세스는 제품개발 사이클에 있어서 초기 단계 동안에 신뢰성을 확

립하는 데 도움을 줄 수 있는 장치이다

그림 신뢰성성장시험 프로세스[ 81]

제품개발과정에 적용되는 신뢰성 성장시험관리 프로세스는 다음과 같다

신뢰성 성장시험조건을 결정하고 시험 사이클을 개발한다 ①

신뢰성 성장시험곡선의 사용을 통하여 시험과정을 실행하고 추적한다②

시험결과를 평가하고 다른 선행된 분석연구결과들과 비교한다③

확인된 결함을 제거하기 위해 설계변경을 실시한다④

- 79 -

설계검증시험을 준비한다⑤

신뢰성 성장시험의 주된 목적은 설계상의 약점을 확인하고 제거함으로써 설계의

신뢰성을 증가시키는 것이다 정확하게 신뢰성 수준이 변화되는 진행상황을 추적하

기 위해서는 요구사항에 대한 불합치성 을 확인하고 불합치성이(Nonconformance)

일어난 시간을 모두 추적하여야 한다 시험을 시작하기 전에 적절한 시정조치를 용

이하게 하기 위해 사전계획이 수립되어야 하며 고장분포를 결정하기 전에 각각의

고장부품에 대한 고장원인을 분리할 수 있어야 한다

부품의 개발과정에서 몇 개의 표본에 대한 고장시간 데이터가 있을 때 Weibull

분포를 활용한 신뢰성 성장분석에 대하여 설명하면 다음과 같다

가 분석의 개요가 분석의 개요가 분석의 개요가 분석의 개요

밀도함수는 그림 와 같이 특성 수명과 기울기로 고장시간Weibull [ 82] (Cycle

을 설명한다 작은 표본에 대한 고장시간 데이터가 주어졌을 때 분석Km) Weibull

을 사용하여 세 가지의 정보를 얻을 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ특정 시간이 주어졌을 때 등 부품의 신뢰도는 그 시간까지 살아 있(Cycle Km )

을 백분율이다

ㆍㆍㆍㆍ 또는 다른( 수명을 추정할 수 있다) 수명은 부품들 중 가 고장10

날 것이라고 기대되는 시간이다 즉 이 시간에서의 신뢰도는 이다 90

ㆍㆍㆍㆍ 기울기의 값은 고장률 패턴에 대한 정보를 제공해준다 기울기가Weibull 10

이라면 고장률이 일정하다는 것을 의미한다 이 경우 고장은 일반적으로 우연히

일어나며 고장률은 설계의 강건 정도에 따라 달라진다 기울기가 보다 작다면 1

고장률은 감소하고 있음을 의미한다

- 80 -

즉 높은 초기 고장률 을 말한다 기울기가 보다 크면 고장률은 증 (Infant mortality) 1

가하고 이는 마모 되고 있음을 의미한다(Wear-out)

그림 에 의한 부품의 신뢰성성장분석[ 82] Weibull 수명 비교

가장 많이 활용되는 측도는 수명이며 이것은 요구되는 목표 신뢰도가 임 90

을 의미한다 첫 번째 프로토타입이 고장 난다면 신뢰성 목표 달성을 위해 설계 변

경을 행하고 다음 프로토타입을 시험한다 이 과정은 목표 수명이 달성될 때까

지 반복한다

나 의이점나 의이점나 의이점나 의이점WeibullWeibullWeibullWeibull

부품의 개발과정에서 작은 표본에 대한 고장시간 자료가 주어졌을 때 Weibull

분석을 활용하여 신뢰성성장관리를 행하면 다음의 정보를 얻을 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ신뢰성 개선은 목표 수명이 달성될 때까지 하나의 프로토타입에

- 81 -

서 다음 프로토타입까지 추적할 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ신뢰성 개선은 시험한 프로토타입에 대해 타점으로 표현되고 빠르Weibull

게 방향을 파악하여 신뢰성 진전과정에 대한 양적 측면의 관리능력 향상을 그

래프로 확인할 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ컴포넌트를 고장 날 때까지 시험하는 것은 고장모드에 대한 아주 귀중한 정

보를 제공하고 따라서 시정조치 활동이 필요하다

ㆍㆍㆍㆍ많은 표본이 더 좋은 신뢰도를 얻을 수 있지만 분석은 많은 표본을Weibull

필요로 하지 않는다

ㆍㆍㆍㆍ고객의 운영 사용 사이클과 시험 모수의 관계가 알려져 있다면 더 빠르고( )

더 적은 비용으로 가속시험을 할 수도 있다

다 기본가정및제한다 기본가정및제한다 기본가정및제한다 기본가정및제한

ㆍㆍㆍㆍ각 분석에서 오직 하나의 고장모드만 포함되어야 한다 두 개나 그 이상의

고장 모드가 검출된다면 각각에 대해 분리하여 분석해야 한다

ㆍㆍㆍㆍ신뢰도는 시험 제한 한계 로 인해 년 마일까지 확장하여 외삽하면 안( ) 10 150K

된다 왜냐하면 시험 제한 한계 로 인해 다른 고장모드가 발생할 것인지 알 수 ( )

없기 때문이다

ㆍㆍㆍㆍ하나의 프로토타입에서 다음 프로토타입까지 기울기가 변하는 데는 특별히

주의를 하여야 한다 왜냐하면 초기 후기 수명에서 더 높은 신뢰도와 후기 초 ( ) (

기 수명에서 더 낮은 신뢰도의 할 수 도 있기 때문이다) trade-off

라 적용시기라 적용시기라 적용시기라 적용시기

ㆍㆍㆍㆍ수명의 비교는 엔지니어링 사양 이 특정한(Specification) 을 요구할 경

우 사용된다

ㆍㆍㆍㆍ이러한 접근방법은 고장시간 등 에 대하여 동일한 부품의(Cycle Km )

- 82 -

다른 시점에서의 프로토타입을 비교할 때 사용한다

ㆍㆍㆍㆍ신뢰성 목표가 달성될 때까지 계속한다

마 입력자료마 입력자료마 입력자료마 입력자료

ㆍㆍㆍㆍ프로토타입 의 몇 개 표본의 고장시간 등1 (Cycle Km )

ㆍㆍㆍㆍ프로토타입 의 몇 개 표본의 고장시간 등2 (Cycle Km )

⦙

ㆍㆍㆍㆍ마지막 프로토타입의 몇 개 표본의 고장시간 등(Cycle Km )

분석프로세스는 그림 과 같다[ 83]

프로세스프로세스프로세스프로세스 일반적 단계일반적 단계일반적 단계일반적 단계

Ⅰ 요구

또는 수명 결정

프로그램 신뢰성 목표 사용

고객의 운영 사용 프로파일 사용( )

시험 프로그램 적정시간 사용

Ⅱ 시험 프로그램 자료정보

확인과 데이터 수집초기 부품의 프로토타입

후기 부품의 프로토타입

Ⅲ 다른 프로토타입에 대한

누적고장 시간 또는 vs

거리 계산 및 타점

분석이 가능한 사용Weibull SW

가능한 가속수명시험 사용

Ⅳ 프로젝트 검토 시

현재 신뢰성 수준신뢰성 목표 적합성 결정

초기 경고 관련 정보 제공

개선을 위한 계획 정보 제공

그림 프로세스별 단계[ 83]

- 83 -

제 절 신뢰성성장 데이터분석제 절 신뢰성성장 데이터분석제 절 신뢰성성장 데이터분석제 절 신뢰성성장 데이터분석2222

초기 프로토타입 으로 부터 개의 표본을 정상하중 으(Prototype1) 6 (Nominal load)

로 고장 날 때까지 시험하고 고장모드를 기록하였다 여러 개선작업을 거친 후 후

기 프로토타입 으로부터 개의 표본을 고장 날 때까지 시험하고 고장모(Prototype2) 6

드를 기록하였다 시험 데이터는 표 에 주어져 있다 [ 81]

에 고장데이터를 입력하고 각 프로토타입 단계별로 용지에 결과MINITAB Weibull

를 타점한 결과 그림 와 같은 성장곡선이 생성되었다 [ 84] Weibull

정상하중 에서 의 평균수명 추정치는 이(Nominal load) Prototype1 127366Cycle

고 의 평균수명 추정치는 로서 의 개선을 이루었 Prototype2 176882 Cycle 389

음을 알 수 있었다 수명은 은 이었으나Prototype1 112668 Cycle Prototype2

의 수명은 로서 상당한 개선이 이루어졌음을 볼 수 있다168620 Cycle 수

명에 대한 신뢰하한은 로 추정되었다 따라서 정상부하에 의한95 162926 Cycle

시험데이터분석 결과 개선활동 재료배합개선 형상설계개선 공정개선 에 의하여 ( )

내구성 목표가 달성되었음을 알 수 있다

그림 는 에서의 신뢰구간을 보여주고 있다[ 85] Nominal load 90

최대하중 에서는 표 의 데이터 입력결과 그림 의 그래프를(Max load) [ 82] [ 86]

생성하였다 그래프로 부터 추정된 의 Prototype1 수명은 이고16362Cycle

의Prototype2 수명은 이다21850 Cycle 수명에 대한 신뢰하한추정치95

는 으로부터 로 계산된다MINITAB 20983 Cycle

의 수명과 의 수명이 다른 것은 개선 활동의 결과이Prototype1 Prototype2

- 84 -

며 에서 개선목표가 달성되었음을 알 수 있다 Prototype2

표 하중 고장시간[ 81] Nominal (Cycle)

Weibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth Curve

(Nominal Load)(Nominal Load)(Nominal Load)(Nominal Load)

그림 성장곡선[ 84] Weibull (Nominal load data)

- 85 -

Weibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth Curve

(Nominal Load-90 Cl)(Nominal Load-90 Cl)(Nominal Load-90 Cl)(Nominal Load-90 Cl)

그림 신뢰구간[ 85] Nominal Load90

- 86 -

표 하중 고장시간[ 82] Max (Cycle)

Weibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth Curve

(MaxLoad)(MaxLoad)(MaxLoad)(MaxLoad)

그림 성장곡선[ 86] Weibull (Max load data)

- 87 -

제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론9999

본 연구는 자동차현가장치인 고무부싱 의 신뢰성향상을 위한 기(Rubber bushing)

술개발과제이다 에나 인더스트리는 수출전문기업으로서 주요 경쟁사에 비해 고성

능 고내구성의 제품을 짧은 기간 내에 개발할 수 있는 능력을 갖추어야 해외 시장

에서 경쟁력을 가질 수 있다

본 연구개발에서는 수요기업에서 요구하는 GMUTS(General Motors Uniform

의 사양에 따른 시험을 실행하여 내구성을 목표 사이클 이상으Test Specification)

로 개선하고 정특성과 동특성 비틀림 토크를 개선항목으로 선정하여 제품의 품질

및 신뢰성 향상을 진행하였다

수요기업의 요구 수준에 의하면 내구성은 와 Tension Compress Alternating

가 동시에 일 때 일 때Torsion Stress Maximum Load 20000 Cycle Normal Load

을 요구한다 본 프로젝트의 경우 해외의 부품메이커들에 대한 경쟁150000 Cycle

력 우위를 확보하기 위하여 기본 요구 수준을 넘어 향상된 제품신뢰성을5~10

확보를 목표로 하였다 내구성 정특성 및 동특성에 대한 시험은 직접 행하였고 비

틀림토크에 대한 부분은 추가적인 시험장치가 필요하여 수요기업의 실험실에 샘플

을 제출하여 요구수준을 검증받았다

본 연구개발의 성과를 요약하면 다음과 같다

우선 기술적 효과로는

설계기술의 확보(1)

재료배합설계 형상설계 공정설계에 대한 기술을 확보하여 내구성을 비롯한 품

질특성을 향상시킬 수 있었다 종래에는 설계 개발 생산프로세스에서 경험적 방법

에 의존하여 시행착오가 많았으나 본 연구를 통하여 과학적이고 체계적인 방법으

로 접근할 수 있는 기술이 확보되었다

설계 요소의 기술적 배치를 위한 실험계획법의 활용기술 확보(2)

- 88 -

종전에는 고무 배합설계 형상설계 공정설계에 대하여 설계요인 별 수 (Facter)

준 을 무작위로 추출하여 실험하였으나 본 실험계획의 과정을 따르면 요인들(Level)

이 계획적으로 반영되어 품질특성에 각각 어느 정도의 영향을 미치는지 분석이 가

능하게 된다 또한 다구찌에 의한 강건 설계의 생성으로 산포를 줄일 수 있다

잠재적 고장원인 분석방법 기술 확보(3)

제품기능에 대한 잠재적 고장모드의 예측과 시험항목을 판단하고 최종적으로는 설

계검증 과 공정검증 의 세부항목과 효과적(Design verification) (Process verification)

으로 연계가 가능하다

신뢰성 데이터분석기술 확보(4)

부품의 개발과정에서 몇 개의 표본에 대한 고장시간 데이터가 있을 때 Weibull

분포를 활용한 신뢰성 성장분석이 가능하게 되었다 개발프로그램이 운영되는 동안

신뢰성 수준의 변화를 추적할 수 있어 목표하는 신뢰성 수준을 달성하기 위하여 충

분한 비율로 성장하고 있는지의 여부를 가능한 빠른 시간 내에 판단할 수 있고 그

에 따라 필요한 자원을 적절히 배분할 수 있다 따라서 개발책임자는 시험데이터로

부터 현재 시스템의 신뢰성 수준 성장률의 평가 앞으로 기대되는 달성 가능한 수

준에 대한 결정이 가능하다

경제적 측면의 효과로는

제품에 대한 내구성 및 동특성 정특성에 대하여 요구사양 이상으로 특성관리(1)

를 행할 수 있어 해외 부품메이커들에 대한 경쟁력 우위로 수출력을 향상할 수 있

게 되었다

개발기간을 단축할 수 있게 되어 개발비의 절감을 가져올 수 있게 되었다(2)

재료배합 형상설계 및 공정설계에 대한 기술개발의 표준 정립으로 개발 기간의 단

축이 가능하게 되었다

본 과제 결과를 활용하여 다른 방진제품에 대한 신뢰성 관리로 수출(3)

- 89 -

시장을 개척하여 신규거래처를 확보할 예정이다 신뢰성 데이터의 관리가 이루어져

제품수명에 대한 설득력 있는 자료의 제시가 가능하게 되었다

향후 연구계획으로는

고무부싱부품의 특성상 내구성만의 개선이 최선이 아니고 정특성과 동특성을 일

정수준으로 동시에 고려하여야 한다 따라서 이 부분에 대한 동시적인 실험설계가

시스템화 되도록 추가적인 연구가 요구된다

- 90 -

참고문헌참고문헌참고문헌참고문헌[ ][ ][ ][ ]

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Journal of Fatigue Vol27 2005

[8] McLean R A and Anderson V I Extreme Vertices Design of Mixture

Experiments Technometrics Vol8 No3 1966

- 96 -

주 의

이 보고서는 산업자원부에서 시행한 부품소재종합기술지원사업의 최1

종보고서이다

이 신뢰성기반기술확산사업 내용을 대외적으로 발표할 때에는 반드시2

산업자원부에서 시행한 부품소재신뢰성기반기술 사업의 지원결과임을

밝혀야 한다

- 97 -

이 보고서는 산업자원부에서 시행한

부품소재 신뢰성기반기술확산사업의 최종보고서이다

- 57 -

장기공정능력지수( 의 계산은)

으로서 이다

따라서 그림 에 나타난 것처럼 개선전의 공정능력은[ 65] =17854 =08458

으로서 장기 공정에 대해 만족스럽지 못한 값을 나타내고 있다

그림 도포공정 개선전 공정능력 분석그래프[ 65]

- 58 -

그러나 공정개선후의 관리도인 그림 을 살펴보면[ 66] 이며=28196 관리

도의 이고UCL=300418 LCL=263502 관리도의 은CL 로=2532 UCL=51418

나타난다

그림 도포공정 개선후[ 66] 관리도

- 59 -

개선 후에는 그림 로부터 알 수 있듯이 단기공정능력은[ 67] 으로서=31966

인 장기 공정에 대해 안정적인 것을 확인할 수 있어 도포공정 개선에=23275

대한 효과가 있음을 알 수 있다

그림 정 개선 후 공정능력 분석그래프[ 67]

또한 도포공정의 두께관리를 강화하기 위하여 작업자 교육 및 샘플링 두께 측정

검사를 통해 지속적인 모니터링을 실시하고 공정별 온도관리 및 시간 관리를 통해

작업 환경 유지관리 강화로 변함없는 품질의 제품을 생산하도록 하였다 그림 [

은 롤 코팅 공정이다68] (Roll coating)

- 60 -

그림 롤 코팅 공정[ 68] (Roll coating)

- 61 -

제 장 최적수준 결정을 위한 파라미터 설계제 장 최적수준 결정을 위한 파라미터 설계제 장 최적수준 결정을 위한 파라미터 설계제 장 최적수준 결정을 위한 파라미터 설계7777

제 절 실험계획법에 의한 유의인자 결정제 절 실험계획법에 의한 유의인자 결정제 절 실험계획법에 의한 유의인자 결정제 절 실험계획법에 의한 유의인자 결정1111

재료설계 형상설계 및 공정설계에 대한 최적조건의 결정은 부품의 품질 특성에

대한 사양 을 만족시켜야 할 뿐 아니라 생산부품 간 품질의 산포를(Specification)

최대한 줄여야 한다 의 최적설계를 위해 다구찌 기법 을 적 DA-2 (Taguchi method)

용하였다

다구찌의 강건설계 는 인자 가 품질 특성의 평균에 대해(Robust design) (Factor)

가지는 효과뿐만 아니라 분산에 미치는 효과에 대해서도 초점을 맞추고 있다 분산

을 줄일 수 있는 통제 가능한 인자에 대한 조건을 설정하여 품질특성이 통제 불가

능한 인자의 변화에 대해서는 둔감하도록 할 수 있다 강건설계의 주목적은 품질특

성의 목표값을 유지하면서 분산을 줄이는 인자에 대해 설치값 을 발견하는 (Setting)

데 있다

다구찌 설계에 의한 실험계획법은 특히 확장된 역할로서 다음의 몇 가지를 들 수

있다

ㆍㆍㆍㆍ종래에는 제어 불가능한 환경조건이나 제어하기 어려운 생산조건 공정조건

등의 원인 이를 잡음인자로 통칭 들이 데이터에 주는 영향의 정도를 평가하기 어려( )

웠으나 객관적으로 그리고 계량적으로 이를 평가할 수 있는 방법을 제시하고 있

다 또한 품질 산포의 크기를 계량특성치 손실함수 비 등 로 변환하여 산포를 ( SN )

작게 하는 인자들의 조건을 찾아가는 강건설계를 사용한다

ㆍㆍㆍㆍ직교배열표를 광범위하게 사용하여 인자의 수가 많은 경우에도 크게 실험횟

수를 증가시키지 않고 실험하는 일부 실시법을 사용한다

ㆍㆍㆍㆍ생산라인 내 뿐만 아니라 신제품 개발을 위한 품질설계 파라미터(On-line)

설계 허용오차 설계 등의 라인 외 품질관리를 위하여 유용하게 사용할 (Off-line)

수 있다

ㆍㆍㆍㆍ다구찌 방법에서 추가적으로 다룰 수 있는 주요한 것들로는 직교배열

- 62 -

표의 확대사용 수준계의 표준 직교배열표 이외에 확대 응용 혼합 직교배열표(2 3

의 사용과 조합법의 사용 계량치 데이터의 파라미터 설계 허용차 설계 그리고)

계수치 데이터의 파라미터 설계 동적 특성의 파라미터 설계 등을 들 수 있다

파라미터 설계 는 제품설계와 공정설계에서 유용하게 사용되는(Parameter design)

다구찌 실험계획법의 핵심이다 파라미터는 제품성능의 특성치에 영향을 주는 제어

가능한 인자 를 의미하며 파라미터 설계는 이들 인자들의 최적(Controllable factor)

수준을 정하여 주는 것을 말한다 파라미터를 설계변수 라고도 부 (Design variable)

르며 파라미터 설계에서는 제품의 품질변동이 잡음에 둔감하면서 목표품질을 가질

수 있도록 설계변수들의 최적조건을 구하여 준다 최적조건을 찾을 때 설계변수와

잡음을 주는 인자들을 포함시켜 실험하는 직교배열표 등을 주로 사용한다 이때 목

표 품질을 만족시키는 범위 내에서 가능한 한 비용이 적게 드는 조건이나 부품 등

을 이용한다

만약 신뢰성에 영향을 주는 제어 가능한 인자 에 대한 파라미터설계 A B C D

를 한다고 하자 는 수준 는 수준의 혼합수준 에 대한 설계 A B 4 C D 2 (Mixed level)

분석을 하려고 한다면 각 요인 변동의 계산을 표 과 같은 [ 71] L16(215형 직교배)

열표 를 사용하면 된다(Orthogonal Design)

에 대한 파라미터 설계조건으로는 내구성이 가장 좋은 최적의 설계 및 공정DA-2

조건을 구하여야 하므로 반응변수가 큰 값일수록 좋은 망대특성(Larger-the-better

에 대한 조건을 구하고 부품의 정특성 및 동특성에 대한 분석은 적characteristics)

정한 상호관계를 고려하여 별도의 실험을 행한다

- 63 -

표 다구찌 설계의 예[ 71]

- 64 -

제 절 시험데이터의 해석제 절 시험데이터의 해석제 절 시험데이터의 해석제 절 시험데이터의 해석2222

실험조건실험조건실험조건실험조건1111

제품의 신뢰성향상을 위해 지금까지 재료배합의 개선 형상개선 및 공정개선에

대한 각각의 과정을 설명하였으며 본 장에서는 관련된 여러 인자들을 동시에 고려

하여 최상의 품질특성을 나타낼 수 있는 최적인자수준의 결정에 대하여 설명하려고

한다 이는 인자들 간의 상호 작용이 상승 또는 보완작용을 할 수도 있고 반대로

서로 상극임을 나타낼 수 도 있기 때문이다

일반적으로 고무부싱의 개발에 적용되는 인자 는 다음과 같다(Factor)

ㆍㆍㆍㆍ경도 는 수요기업에서 제시하는 사양 에 따라 적정수(Hardness) (Specification)

준의 경도 도 도 도 도 를 적용하였으며 경험적으로 경도의 산포는(43 45 48 50 ) plusmn

정도이다2

ㆍㆍㆍㆍ각 부분의 모양이나 각도에 따라 고무 량에 영향을 미치게 되는 형상설계에

관해서는 내부 파이프 구배각도를(Inner pipe) 15deg~25deg로 하고 외부파이프 (Outer

의 접착부분을 로 하였으며 외경의 크기는pipe) 13mm~15mm

27mm~ 로 유지하였다278mm

ㆍㆍㆍㆍ공정설계는 가류시간을 로 하였다 가류 온도는240sec~600sec 150deg~180

로 하고 주변 온도에 영향을 받으므로 금형 표면온도는 항상 확인하였다 접착제

도포가 내구성에 영향을 주므로 접착제 두께는 으로 하고 접15micron~40micron

착제 배합조건은 로 하였다120cc~128cc

다구찌 설계에 의한 최적수준을 결정하기 위해 다른 인자는 고정시키고 경도 가

류시간 스웨징 인자에 대하여 표 와 같이 실험수준을 정하였다 [ 72]

- 65 -

표 실험인자 별 수준[ 72]

분석결과의 해석분석결과의 해석분석결과의 해석분석결과의 해석2222

실험결과의 해석은 다음과 같다

을 통해 표 의 실험조건을 입력하여 다구찌 설계를 생성한 결과MMITAB [ 72]

표 과 같은 실험조합을 얻었다 표 는 실험조합 별 시험결과 값이다[ 73] [ 74]

에서의 내구성에 대한 다구찌 설계해석의 결과는 표 의 신호 대Nominal load [ 75]

잡음비 비 평균 표준편차에 대한 반응표에 잘 나타나(SN Signal to noise ratio)

있다 그림 그림 은 비 평균 표준편차에 대한 반응 값을 도식한 [ 71]~[ 73] SN

것이다

표 의 신호 대 잡음비의 반응표를 보면 경도는 스웨징이나 가류시간에 비해[ 75]

반응변수 내구성 에 큰 영향을 미치고 있음을 보여준다 평균에 대한 반응표에서도( )

경도는 다른 인자들에 비해 반응변수의 평균에 크게 영향을 미치고 있음을 알 수

있다 표준편차 역시 경도의 수준 변화에 따라 차이가 가장 많음을 보여주고 있다

- 66 -

표 에 의한 다구찌 설계생성[ 73] MINITAB

- 67 -

표 실험조합 별 시험결과 데이터[ 74]

- 68 -

표 비 평균 표준편차에 대한 반응표[ 75] SN

신호 대 잡음 비에 대한 반응 표신호 대 잡음 비에 대한 반응 표신호 대 잡음 비에 대한 반응 표신호 대 잡음 비에 대한 반응 표

망대특성망대특성망대특성망대특성

평균에 대한 반응 표평균에 대한 반응 표평균에 대한 반응 표평균에 대한 반응 표

표준 편차에 대한 반응 표표준 편차에 대한 반응 표표준 편차에 대한 반응 표표준 편차에 대한 반응 표

- 69 -

그림 신호 대 잡음 비의 주효과도[ 71]

그림 인자수준별 평균의 주효과도[ 72]

그림 인자수준별 표준편차의 주효과도[ 73]

- 70 -

표 와 그림 에서 에서의 내구성 예측값을 가장 크게 하[ 75] [ 72] Nominal Load

는 것은 요인 수준의 조합이 일 때이다 품질 향상을 위해서는 정특성 동(4 2 2)

특성 값도 동시에 고려하여야 하므로 조합 조합 조합(4 2 2) (4 3 2) (4 1 2)

에 대한 예측 값을 함께 구하였다

표 은 에서의 내구성 예측값을 표 은 에[ 76] Nominal Load [ 77] Maximum Load

서의 내구성 예측값 표 은 정특성 예측값 표 는 에서의 동특성 예 [ 78] [ 79] 15Hz

측값 그리고 표 은 에서의 동특성 예측값을 보여주고 있다 [ 710] 150Hz Nominal

에서의 내구성 예측값은 조합 조합 조합에서 각Load (4 2 2) (4 3 2) (4 1 2)

각 목표값인 을 상회한 과170000 Cycle 178023 Cycle 174272 Cycle 175830

로서 조합일 때 더 높게 나타났다Cycle (4 2 2)

동배율은 예측 평균값을 기준으로 할 때 동배율은 조합에서는 에 (4 2 2) 15Hz

서 에서 이고 조합에서의110(1187691079) 150Hz 113(1215561079) (432)

동배율은 에서 에서15Hz 106(112856 106938) 150Hz 108(115769106938)

이며 조합에서의 동배율은 에서 에서 (412) 15Hz 108(118194 1094) 150Hz

이었다109(1195691094)

모델의 경우 수요기업에서 동배율 값이 적은 값을 요구하기 때문에DA-2 (kdks)

동배율을 고려하면 의 조합이 더 좋은 품질을 나타낸다고 할 수 있다(4 1 2)

- 71 -

표 에서의 내구성 예측값[ 76] Nominal Load

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 2 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 3 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 1 2

예측 값

신호 대

- 72 -

표 에서의 내구성 예측값[ 77] Maximum Load

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 2 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 3 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 1 2

신호 대

- 73 -

표 정특성 예측값[ 78]

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 2 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 3 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 1 2

신호 대

- 74 -

표 동특성 예측값[ 79] (15Hz)

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 2 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 3 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 1 2

신호 대

- 75 -

표 동특성 예측값[ 710] (150Hz)

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 2 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 3 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 1 2

신호 대

- 76 -

제 장 부품의 신뢰성성장관리제 장 부품의 신뢰성성장관리제 장 부품의 신뢰성성장관리제 장 부품의 신뢰성성장관리8888

제 절 신뢰성성장관리제 절 신뢰성성장관리제 절 신뢰성성장관리제 절 신뢰성성장관리1111

복잡하고 기술적인 제품의 개발 프로그램을 운영하는 데 있어서는 고객이 요구

하는 신뢰성 수준을 만족시키기 위하여 상당한 규모의 시간 예산 기술인력 등의

자원을 필요로 한다 고객들의 신뢰성 요구수준은 매우 높으므로 이러한 목표를 달

성하기 위하여 시험 개선 시험 개선의 개발과정을 반드시 거친다 이 과정에서 시- - -

스템 서브시스템 또는 모듈을 고장 날 때까지 시험하고 고장모드를 결정해서 이를

제거하기 위한 시도를 하거나 적어도 고장발생을 줄일 수 있는 시도를 하여 설계나

엔지니어링 개선을 이룬다 만약 이러한 과정이 계속되고 설계나 엔지니어링 변경

이 충분히 이루지면 시스템의 신뢰성은 증가한다 개발프로그램이 운영되는 동안

신뢰성 수준의 변화를 추적할 수 있다면 개발책임자로서는 여러 가지 이점이 있다

즉 목표하는 신뢰성 수준을 달성하기 위하여 충분한 비율로 성장하고 있는지의 여

부를 가능한 빠른 시간 내에 판단할 수 있고 그에 따라 필요한 자원을 적절히 배

분할 수 있다 따라서 개발책임자는 시험데이터로부터 현재 시스템의 신뢰성 수준

성장률의 평가 앞으로 기대되는 달성 가능한 수준을 결정하기를 원한다

신뢰성 성장관리 기술은 제품을 개발하는 데(Reliability growth management)

소요되는 많은 시간과 비용 및 엔지니어링 노력을 절감하면서 개념선택 제품과 공

정의 신뢰성 그리고 비용효율을 달성할 수 있도록 유용한 정보를 제공해 준다 군

사장비 자동차 및 전자 중장비개발 등에 적용된 최근의 신뢰성 성장시험 관리기술

은 각 분야의 경쟁적인 사업 환경 아래에서 제품개발을 효율적으로 조직하여 신뢰

성평가를 시작하고 신뢰성 성장과정을 추적할 수 있도록 해준다 신뢰성성장관리기

술은 제품 및 공정설계 관련사항 및 검증시험 항목들에 대하여 사용 환경에 따른

신뢰성 성장 진행과정을 확인하고 그 결과로부터 성장시험곡선을 개발할 수 있게

한다 또한 설계단계 사이의 여러 가지 관련성을 확인하여 관찰하고 그 정보를 다

른 제품보증분석들과 연결하여 고객 요구사항에 대한 제품의

- 77 -

적합도를 적절히 평가하는 데 도움을 준다

신뢰성성장모델은 가 개발한Crow(1975) AMSAA(Army Materiel Systems

모델이 많이 활용되었으나 이는 시스템 또는 서브시스템에서의Analysis Activity)

성장관리에 유용하고 부품수준에서는 모델을 활용하는 것이 더욱 실용적이 Weibull

다 모델은 목표 Weibull B10 수명에 대하여 초기 시작품 으로부터(Early Prototype)

후기 시작품 까지의 신뢰성 개선을 관리하는데 실용적으로 활용할(Later Prototype)

수 있다

신뢰성 성장시험 프로세스신뢰성 성장시험 프로세스신뢰성 성장시험 프로세스신뢰성 성장시험 프로세스1111

신뢰성 성장은 개발시스템에 대하여 여러 시험단계가 시리즈로 이루어지는 동안

고장모드를 발견하고 이를 개선하는 과정을 거쳐 이TAAF(Test Analyze And Fix)

루어진다 또한 기능시험 환경시험 안전시험의 결과는 신뢰성 향상을 위한 FMEA

등과 연계하여 사용된다 분석결과는 설계변경에 반영되고 최종목표가 달성될 때까

지 개선과 시험이 연속적으로 이루어진다 그림 은 일반적인 신뢰성 성장시험 [ 81]

프로세스를 보여준다 프로그램의 시작시점에 신뢰성 성장에 대한 계획을 수립하여

고객의 기대사항을 만족시킬 수 있는 성능수준에 대한 구체적인 측정치를 제시하

고 이 목적을 달성시킬 수 있는 시험조건을 정한다 시험조건은 특정한 부품이나

시스템에 대하여 고객의 사용방법과 환경에 대한 지식을 기초로 하여야 한다

개발프로젝트가 진행되는 동안 신뢰성 성장시험 프로그램이 개발되고 실행되는

과정에서 설계 및 공정의 관심사항을 확인하기 위해 QFD(Quality function

와 같은 제품보증을 위한 분석방법들이 선행되어 실시되는데 신뢰성deployment)

성장관리와 연계하여 이를 통틀어 통합 신뢰성 성장관리(Integrated reliability

라고 한다 신뢰성 성장관리를 포함한 제품설계평가의 모든growth management)

과정은 제품 공정의 신뢰성 향상에 있어 중요한 역할을 하는 제품보증기능의 한부

분이다

- 78 -

통합 신뢰성 성장시험관리 프로세스는 설계뿐 아니라 공정신뢰성(MIL-HDBK-781)

과 관련된 문제에 대응할 수 있도록 신뢰성 성장시험의 이점을 전적으로 활용할 수

있는 수단을 제공한다

신뢰성 성장관리과정을 개발함으로써 신뢰성 수준은 계속적으로 추적될 수 있고

조치를 취하고 다른 분석결과들과 비교되어 초기 신뢰성 예측을 수립하고 제품설

계에 포함된 확신을 증가시킨 후 검증시험에 들어갈 수 있도록 한다 이러한 신뢰

성 성장관리 프로세스는 제품개발 사이클에 있어서 초기 단계 동안에 신뢰성을 확

립하는 데 도움을 줄 수 있는 장치이다

그림 신뢰성성장시험 프로세스[ 81]

제품개발과정에 적용되는 신뢰성 성장시험관리 프로세스는 다음과 같다

신뢰성 성장시험조건을 결정하고 시험 사이클을 개발한다 ①

신뢰성 성장시험곡선의 사용을 통하여 시험과정을 실행하고 추적한다②

시험결과를 평가하고 다른 선행된 분석연구결과들과 비교한다③

확인된 결함을 제거하기 위해 설계변경을 실시한다④

- 79 -

설계검증시험을 준비한다⑤

신뢰성 성장시험의 주된 목적은 설계상의 약점을 확인하고 제거함으로써 설계의

신뢰성을 증가시키는 것이다 정확하게 신뢰성 수준이 변화되는 진행상황을 추적하

기 위해서는 요구사항에 대한 불합치성 을 확인하고 불합치성이(Nonconformance)

일어난 시간을 모두 추적하여야 한다 시험을 시작하기 전에 적절한 시정조치를 용

이하게 하기 위해 사전계획이 수립되어야 하며 고장분포를 결정하기 전에 각각의

고장부품에 대한 고장원인을 분리할 수 있어야 한다

부품의 개발과정에서 몇 개의 표본에 대한 고장시간 데이터가 있을 때 Weibull

분포를 활용한 신뢰성 성장분석에 대하여 설명하면 다음과 같다

가 분석의 개요가 분석의 개요가 분석의 개요가 분석의 개요

밀도함수는 그림 와 같이 특성 수명과 기울기로 고장시간Weibull [ 82] (Cycle

을 설명한다 작은 표본에 대한 고장시간 데이터가 주어졌을 때 분석Km) Weibull

을 사용하여 세 가지의 정보를 얻을 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ특정 시간이 주어졌을 때 등 부품의 신뢰도는 그 시간까지 살아 있(Cycle Km )

을 백분율이다

ㆍㆍㆍㆍ 또는 다른( 수명을 추정할 수 있다) 수명은 부품들 중 가 고장10

날 것이라고 기대되는 시간이다 즉 이 시간에서의 신뢰도는 이다 90

ㆍㆍㆍㆍ 기울기의 값은 고장률 패턴에 대한 정보를 제공해준다 기울기가Weibull 10

이라면 고장률이 일정하다는 것을 의미한다 이 경우 고장은 일반적으로 우연히

일어나며 고장률은 설계의 강건 정도에 따라 달라진다 기울기가 보다 작다면 1

고장률은 감소하고 있음을 의미한다

- 80 -

즉 높은 초기 고장률 을 말한다 기울기가 보다 크면 고장률은 증 (Infant mortality) 1

가하고 이는 마모 되고 있음을 의미한다(Wear-out)

그림 에 의한 부품의 신뢰성성장분석[ 82] Weibull 수명 비교

가장 많이 활용되는 측도는 수명이며 이것은 요구되는 목표 신뢰도가 임 90

을 의미한다 첫 번째 프로토타입이 고장 난다면 신뢰성 목표 달성을 위해 설계 변

경을 행하고 다음 프로토타입을 시험한다 이 과정은 목표 수명이 달성될 때까

지 반복한다

나 의이점나 의이점나 의이점나 의이점WeibullWeibullWeibullWeibull

부품의 개발과정에서 작은 표본에 대한 고장시간 자료가 주어졌을 때 Weibull

분석을 활용하여 신뢰성성장관리를 행하면 다음의 정보를 얻을 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ신뢰성 개선은 목표 수명이 달성될 때까지 하나의 프로토타입에

- 81 -

서 다음 프로토타입까지 추적할 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ신뢰성 개선은 시험한 프로토타입에 대해 타점으로 표현되고 빠르Weibull

게 방향을 파악하여 신뢰성 진전과정에 대한 양적 측면의 관리능력 향상을 그

래프로 확인할 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ컴포넌트를 고장 날 때까지 시험하는 것은 고장모드에 대한 아주 귀중한 정

보를 제공하고 따라서 시정조치 활동이 필요하다

ㆍㆍㆍㆍ많은 표본이 더 좋은 신뢰도를 얻을 수 있지만 분석은 많은 표본을Weibull

필요로 하지 않는다

ㆍㆍㆍㆍ고객의 운영 사용 사이클과 시험 모수의 관계가 알려져 있다면 더 빠르고( )

더 적은 비용으로 가속시험을 할 수도 있다

다 기본가정및제한다 기본가정및제한다 기본가정및제한다 기본가정및제한

ㆍㆍㆍㆍ각 분석에서 오직 하나의 고장모드만 포함되어야 한다 두 개나 그 이상의

고장 모드가 검출된다면 각각에 대해 분리하여 분석해야 한다

ㆍㆍㆍㆍ신뢰도는 시험 제한 한계 로 인해 년 마일까지 확장하여 외삽하면 안( ) 10 150K

된다 왜냐하면 시험 제한 한계 로 인해 다른 고장모드가 발생할 것인지 알 수 ( )

없기 때문이다

ㆍㆍㆍㆍ하나의 프로토타입에서 다음 프로토타입까지 기울기가 변하는 데는 특별히

주의를 하여야 한다 왜냐하면 초기 후기 수명에서 더 높은 신뢰도와 후기 초 ( ) (

기 수명에서 더 낮은 신뢰도의 할 수 도 있기 때문이다) trade-off

라 적용시기라 적용시기라 적용시기라 적용시기

ㆍㆍㆍㆍ수명의 비교는 엔지니어링 사양 이 특정한(Specification) 을 요구할 경

우 사용된다

ㆍㆍㆍㆍ이러한 접근방법은 고장시간 등 에 대하여 동일한 부품의(Cycle Km )

- 82 -

다른 시점에서의 프로토타입을 비교할 때 사용한다

ㆍㆍㆍㆍ신뢰성 목표가 달성될 때까지 계속한다

마 입력자료마 입력자료마 입력자료마 입력자료

ㆍㆍㆍㆍ프로토타입 의 몇 개 표본의 고장시간 등1 (Cycle Km )

ㆍㆍㆍㆍ프로토타입 의 몇 개 표본의 고장시간 등2 (Cycle Km )

⦙

ㆍㆍㆍㆍ마지막 프로토타입의 몇 개 표본의 고장시간 등(Cycle Km )

분석프로세스는 그림 과 같다[ 83]

프로세스프로세스프로세스프로세스 일반적 단계일반적 단계일반적 단계일반적 단계

Ⅰ 요구

또는 수명 결정

프로그램 신뢰성 목표 사용

고객의 운영 사용 프로파일 사용( )

시험 프로그램 적정시간 사용

Ⅱ 시험 프로그램 자료정보

확인과 데이터 수집초기 부품의 프로토타입

후기 부품의 프로토타입

Ⅲ 다른 프로토타입에 대한

누적고장 시간 또는 vs

거리 계산 및 타점

분석이 가능한 사용Weibull SW

가능한 가속수명시험 사용

Ⅳ 프로젝트 검토 시

현재 신뢰성 수준신뢰성 목표 적합성 결정

초기 경고 관련 정보 제공

개선을 위한 계획 정보 제공

그림 프로세스별 단계[ 83]

- 83 -

제 절 신뢰성성장 데이터분석제 절 신뢰성성장 데이터분석제 절 신뢰성성장 데이터분석제 절 신뢰성성장 데이터분석2222

초기 프로토타입 으로 부터 개의 표본을 정상하중 으(Prototype1) 6 (Nominal load)

로 고장 날 때까지 시험하고 고장모드를 기록하였다 여러 개선작업을 거친 후 후

기 프로토타입 으로부터 개의 표본을 고장 날 때까지 시험하고 고장모(Prototype2) 6

드를 기록하였다 시험 데이터는 표 에 주어져 있다 [ 81]

에 고장데이터를 입력하고 각 프로토타입 단계별로 용지에 결과MINITAB Weibull

를 타점한 결과 그림 와 같은 성장곡선이 생성되었다 [ 84] Weibull

정상하중 에서 의 평균수명 추정치는 이(Nominal load) Prototype1 127366Cycle

고 의 평균수명 추정치는 로서 의 개선을 이루었 Prototype2 176882 Cycle 389

음을 알 수 있었다 수명은 은 이었으나Prototype1 112668 Cycle Prototype2

의 수명은 로서 상당한 개선이 이루어졌음을 볼 수 있다168620 Cycle 수

명에 대한 신뢰하한은 로 추정되었다 따라서 정상부하에 의한95 162926 Cycle

시험데이터분석 결과 개선활동 재료배합개선 형상설계개선 공정개선 에 의하여 ( )

내구성 목표가 달성되었음을 알 수 있다

그림 는 에서의 신뢰구간을 보여주고 있다[ 85] Nominal load 90

최대하중 에서는 표 의 데이터 입력결과 그림 의 그래프를(Max load) [ 82] [ 86]

생성하였다 그래프로 부터 추정된 의 Prototype1 수명은 이고16362Cycle

의Prototype2 수명은 이다21850 Cycle 수명에 대한 신뢰하한추정치95

는 으로부터 로 계산된다MINITAB 20983 Cycle

의 수명과 의 수명이 다른 것은 개선 활동의 결과이Prototype1 Prototype2

- 84 -

며 에서 개선목표가 달성되었음을 알 수 있다 Prototype2

표 하중 고장시간[ 81] Nominal (Cycle)

Weibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth Curve

(Nominal Load)(Nominal Load)(Nominal Load)(Nominal Load)

그림 성장곡선[ 84] Weibull (Nominal load data)

- 85 -

Weibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth Curve

(Nominal Load-90 Cl)(Nominal Load-90 Cl)(Nominal Load-90 Cl)(Nominal Load-90 Cl)

그림 신뢰구간[ 85] Nominal Load90

- 86 -

표 하중 고장시간[ 82] Max (Cycle)

Weibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth Curve

(MaxLoad)(MaxLoad)(MaxLoad)(MaxLoad)

그림 성장곡선[ 86] Weibull (Max load data)

- 87 -

제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론9999

본 연구는 자동차현가장치인 고무부싱 의 신뢰성향상을 위한 기(Rubber bushing)

술개발과제이다 에나 인더스트리는 수출전문기업으로서 주요 경쟁사에 비해 고성

능 고내구성의 제품을 짧은 기간 내에 개발할 수 있는 능력을 갖추어야 해외 시장

에서 경쟁력을 가질 수 있다

본 연구개발에서는 수요기업에서 요구하는 GMUTS(General Motors Uniform

의 사양에 따른 시험을 실행하여 내구성을 목표 사이클 이상으Test Specification)

로 개선하고 정특성과 동특성 비틀림 토크를 개선항목으로 선정하여 제품의 품질

및 신뢰성 향상을 진행하였다

수요기업의 요구 수준에 의하면 내구성은 와 Tension Compress Alternating

가 동시에 일 때 일 때Torsion Stress Maximum Load 20000 Cycle Normal Load

을 요구한다 본 프로젝트의 경우 해외의 부품메이커들에 대한 경쟁150000 Cycle

력 우위를 확보하기 위하여 기본 요구 수준을 넘어 향상된 제품신뢰성을5~10

확보를 목표로 하였다 내구성 정특성 및 동특성에 대한 시험은 직접 행하였고 비

틀림토크에 대한 부분은 추가적인 시험장치가 필요하여 수요기업의 실험실에 샘플

을 제출하여 요구수준을 검증받았다

본 연구개발의 성과를 요약하면 다음과 같다

우선 기술적 효과로는

설계기술의 확보(1)

재료배합설계 형상설계 공정설계에 대한 기술을 확보하여 내구성을 비롯한 품

질특성을 향상시킬 수 있었다 종래에는 설계 개발 생산프로세스에서 경험적 방법

에 의존하여 시행착오가 많았으나 본 연구를 통하여 과학적이고 체계적인 방법으

로 접근할 수 있는 기술이 확보되었다

설계 요소의 기술적 배치를 위한 실험계획법의 활용기술 확보(2)

- 88 -

종전에는 고무 배합설계 형상설계 공정설계에 대하여 설계요인 별 수 (Facter)

준 을 무작위로 추출하여 실험하였으나 본 실험계획의 과정을 따르면 요인들(Level)

이 계획적으로 반영되어 품질특성에 각각 어느 정도의 영향을 미치는지 분석이 가

능하게 된다 또한 다구찌에 의한 강건 설계의 생성으로 산포를 줄일 수 있다

잠재적 고장원인 분석방법 기술 확보(3)

제품기능에 대한 잠재적 고장모드의 예측과 시험항목을 판단하고 최종적으로는 설

계검증 과 공정검증 의 세부항목과 효과적(Design verification) (Process verification)

으로 연계가 가능하다

신뢰성 데이터분석기술 확보(4)

부품의 개발과정에서 몇 개의 표본에 대한 고장시간 데이터가 있을 때 Weibull

분포를 활용한 신뢰성 성장분석이 가능하게 되었다 개발프로그램이 운영되는 동안

신뢰성 수준의 변화를 추적할 수 있어 목표하는 신뢰성 수준을 달성하기 위하여 충

분한 비율로 성장하고 있는지의 여부를 가능한 빠른 시간 내에 판단할 수 있고 그

에 따라 필요한 자원을 적절히 배분할 수 있다 따라서 개발책임자는 시험데이터로

부터 현재 시스템의 신뢰성 수준 성장률의 평가 앞으로 기대되는 달성 가능한 수

준에 대한 결정이 가능하다

경제적 측면의 효과로는

제품에 대한 내구성 및 동특성 정특성에 대하여 요구사양 이상으로 특성관리(1)

를 행할 수 있어 해외 부품메이커들에 대한 경쟁력 우위로 수출력을 향상할 수 있

게 되었다

개발기간을 단축할 수 있게 되어 개발비의 절감을 가져올 수 있게 되었다(2)

재료배합 형상설계 및 공정설계에 대한 기술개발의 표준 정립으로 개발 기간의 단

축이 가능하게 되었다

본 과제 결과를 활용하여 다른 방진제품에 대한 신뢰성 관리로 수출(3)

- 89 -

시장을 개척하여 신규거래처를 확보할 예정이다 신뢰성 데이터의 관리가 이루어져

제품수명에 대한 설득력 있는 자료의 제시가 가능하게 되었다

향후 연구계획으로는

고무부싱부품의 특성상 내구성만의 개선이 최선이 아니고 정특성과 동특성을 일

정수준으로 동시에 고려하여야 한다 따라서 이 부분에 대한 동시적인 실험설계가

시스템화 되도록 추가적인 연구가 요구된다

- 90 -

참고문헌참고문헌참고문헌참고문헌[ ][ ][ ][ ]

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[8] McLean R A and Anderson V I Extreme Vertices Design of Mixture

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- 96 -

주 의

이 보고서는 산업자원부에서 시행한 부품소재종합기술지원사업의 최1

종보고서이다

이 신뢰성기반기술확산사업 내용을 대외적으로 발표할 때에는 반드시2

산업자원부에서 시행한 부품소재신뢰성기반기술 사업의 지원결과임을

밝혀야 한다

- 97 -

이 보고서는 산업자원부에서 시행한

부품소재 신뢰성기반기술확산사업의 최종보고서이다

- 58 -

그러나 공정개선후의 관리도인 그림 을 살펴보면[ 66] 이며=28196 관리

도의 이고UCL=300418 LCL=263502 관리도의 은CL 로=2532 UCL=51418

나타난다

그림 도포공정 개선후[ 66] 관리도

- 59 -

개선 후에는 그림 로부터 알 수 있듯이 단기공정능력은[ 67] 으로서=31966

인 장기 공정에 대해 안정적인 것을 확인할 수 있어 도포공정 개선에=23275

대한 효과가 있음을 알 수 있다

그림 정 개선 후 공정능력 분석그래프[ 67]

또한 도포공정의 두께관리를 강화하기 위하여 작업자 교육 및 샘플링 두께 측정

검사를 통해 지속적인 모니터링을 실시하고 공정별 온도관리 및 시간 관리를 통해

작업 환경 유지관리 강화로 변함없는 품질의 제품을 생산하도록 하였다 그림 [

은 롤 코팅 공정이다68] (Roll coating)

- 60 -

그림 롤 코팅 공정[ 68] (Roll coating)

- 61 -

제 장 최적수준 결정을 위한 파라미터 설계제 장 최적수준 결정을 위한 파라미터 설계제 장 최적수준 결정을 위한 파라미터 설계제 장 최적수준 결정을 위한 파라미터 설계7777

제 절 실험계획법에 의한 유의인자 결정제 절 실험계획법에 의한 유의인자 결정제 절 실험계획법에 의한 유의인자 결정제 절 실험계획법에 의한 유의인자 결정1111

재료설계 형상설계 및 공정설계에 대한 최적조건의 결정은 부품의 품질 특성에

대한 사양 을 만족시켜야 할 뿐 아니라 생산부품 간 품질의 산포를(Specification)

최대한 줄여야 한다 의 최적설계를 위해 다구찌 기법 을 적 DA-2 (Taguchi method)

용하였다

다구찌의 강건설계 는 인자 가 품질 특성의 평균에 대해(Robust design) (Factor)

가지는 효과뿐만 아니라 분산에 미치는 효과에 대해서도 초점을 맞추고 있다 분산

을 줄일 수 있는 통제 가능한 인자에 대한 조건을 설정하여 품질특성이 통제 불가

능한 인자의 변화에 대해서는 둔감하도록 할 수 있다 강건설계의 주목적은 품질특

성의 목표값을 유지하면서 분산을 줄이는 인자에 대해 설치값 을 발견하는 (Setting)

데 있다

다구찌 설계에 의한 실험계획법은 특히 확장된 역할로서 다음의 몇 가지를 들 수

있다

ㆍㆍㆍㆍ종래에는 제어 불가능한 환경조건이나 제어하기 어려운 생산조건 공정조건

등의 원인 이를 잡음인자로 통칭 들이 데이터에 주는 영향의 정도를 평가하기 어려( )

웠으나 객관적으로 그리고 계량적으로 이를 평가할 수 있는 방법을 제시하고 있

다 또한 품질 산포의 크기를 계량특성치 손실함수 비 등 로 변환하여 산포를 ( SN )

작게 하는 인자들의 조건을 찾아가는 강건설계를 사용한다

ㆍㆍㆍㆍ직교배열표를 광범위하게 사용하여 인자의 수가 많은 경우에도 크게 실험횟

수를 증가시키지 않고 실험하는 일부 실시법을 사용한다

ㆍㆍㆍㆍ생산라인 내 뿐만 아니라 신제품 개발을 위한 품질설계 파라미터(On-line)

설계 허용오차 설계 등의 라인 외 품질관리를 위하여 유용하게 사용할 (Off-line)

수 있다

ㆍㆍㆍㆍ다구찌 방법에서 추가적으로 다룰 수 있는 주요한 것들로는 직교배열

- 62 -

표의 확대사용 수준계의 표준 직교배열표 이외에 확대 응용 혼합 직교배열표(2 3

의 사용과 조합법의 사용 계량치 데이터의 파라미터 설계 허용차 설계 그리고)

계수치 데이터의 파라미터 설계 동적 특성의 파라미터 설계 등을 들 수 있다

파라미터 설계 는 제품설계와 공정설계에서 유용하게 사용되는(Parameter design)

다구찌 실험계획법의 핵심이다 파라미터는 제품성능의 특성치에 영향을 주는 제어

가능한 인자 를 의미하며 파라미터 설계는 이들 인자들의 최적(Controllable factor)

수준을 정하여 주는 것을 말한다 파라미터를 설계변수 라고도 부 (Design variable)

르며 파라미터 설계에서는 제품의 품질변동이 잡음에 둔감하면서 목표품질을 가질

수 있도록 설계변수들의 최적조건을 구하여 준다 최적조건을 찾을 때 설계변수와

잡음을 주는 인자들을 포함시켜 실험하는 직교배열표 등을 주로 사용한다 이때 목

표 품질을 만족시키는 범위 내에서 가능한 한 비용이 적게 드는 조건이나 부품 등

을 이용한다

만약 신뢰성에 영향을 주는 제어 가능한 인자 에 대한 파라미터설계 A B C D

를 한다고 하자 는 수준 는 수준의 혼합수준 에 대한 설계 A B 4 C D 2 (Mixed level)

분석을 하려고 한다면 각 요인 변동의 계산을 표 과 같은 [ 71] L16(215형 직교배)

열표 를 사용하면 된다(Orthogonal Design)

에 대한 파라미터 설계조건으로는 내구성이 가장 좋은 최적의 설계 및 공정DA-2

조건을 구하여야 하므로 반응변수가 큰 값일수록 좋은 망대특성(Larger-the-better

에 대한 조건을 구하고 부품의 정특성 및 동특성에 대한 분석은 적characteristics)

정한 상호관계를 고려하여 별도의 실험을 행한다

- 63 -

표 다구찌 설계의 예[ 71]

- 64 -

제 절 시험데이터의 해석제 절 시험데이터의 해석제 절 시험데이터의 해석제 절 시험데이터의 해석2222

실험조건실험조건실험조건실험조건1111

제품의 신뢰성향상을 위해 지금까지 재료배합의 개선 형상개선 및 공정개선에

대한 각각의 과정을 설명하였으며 본 장에서는 관련된 여러 인자들을 동시에 고려

하여 최상의 품질특성을 나타낼 수 있는 최적인자수준의 결정에 대하여 설명하려고

한다 이는 인자들 간의 상호 작용이 상승 또는 보완작용을 할 수도 있고 반대로

서로 상극임을 나타낼 수 도 있기 때문이다

일반적으로 고무부싱의 개발에 적용되는 인자 는 다음과 같다(Factor)

ㆍㆍㆍㆍ경도 는 수요기업에서 제시하는 사양 에 따라 적정수(Hardness) (Specification)

준의 경도 도 도 도 도 를 적용하였으며 경험적으로 경도의 산포는(43 45 48 50 ) plusmn

정도이다2

ㆍㆍㆍㆍ각 부분의 모양이나 각도에 따라 고무 량에 영향을 미치게 되는 형상설계에

관해서는 내부 파이프 구배각도를(Inner pipe) 15deg~25deg로 하고 외부파이프 (Outer

의 접착부분을 로 하였으며 외경의 크기는pipe) 13mm~15mm

27mm~ 로 유지하였다278mm

ㆍㆍㆍㆍ공정설계는 가류시간을 로 하였다 가류 온도는240sec~600sec 150deg~180

로 하고 주변 온도에 영향을 받으므로 금형 표면온도는 항상 확인하였다 접착제

도포가 내구성에 영향을 주므로 접착제 두께는 으로 하고 접15micron~40micron

착제 배합조건은 로 하였다120cc~128cc

다구찌 설계에 의한 최적수준을 결정하기 위해 다른 인자는 고정시키고 경도 가

류시간 스웨징 인자에 대하여 표 와 같이 실험수준을 정하였다 [ 72]

- 65 -

표 실험인자 별 수준[ 72]

분석결과의 해석분석결과의 해석분석결과의 해석분석결과의 해석2222

실험결과의 해석은 다음과 같다

을 통해 표 의 실험조건을 입력하여 다구찌 설계를 생성한 결과MMITAB [ 72]

표 과 같은 실험조합을 얻었다 표 는 실험조합 별 시험결과 값이다[ 73] [ 74]

에서의 내구성에 대한 다구찌 설계해석의 결과는 표 의 신호 대Nominal load [ 75]

잡음비 비 평균 표준편차에 대한 반응표에 잘 나타나(SN Signal to noise ratio)

있다 그림 그림 은 비 평균 표준편차에 대한 반응 값을 도식한 [ 71]~[ 73] SN

것이다

표 의 신호 대 잡음비의 반응표를 보면 경도는 스웨징이나 가류시간에 비해[ 75]

반응변수 내구성 에 큰 영향을 미치고 있음을 보여준다 평균에 대한 반응표에서도( )

경도는 다른 인자들에 비해 반응변수의 평균에 크게 영향을 미치고 있음을 알 수

있다 표준편차 역시 경도의 수준 변화에 따라 차이가 가장 많음을 보여주고 있다

- 66 -

표 에 의한 다구찌 설계생성[ 73] MINITAB

- 67 -

표 실험조합 별 시험결과 데이터[ 74]

- 68 -

표 비 평균 표준편차에 대한 반응표[ 75] SN

신호 대 잡음 비에 대한 반응 표신호 대 잡음 비에 대한 반응 표신호 대 잡음 비에 대한 반응 표신호 대 잡음 비에 대한 반응 표

망대특성망대특성망대특성망대특성

평균에 대한 반응 표평균에 대한 반응 표평균에 대한 반응 표평균에 대한 반응 표

표준 편차에 대한 반응 표표준 편차에 대한 반응 표표준 편차에 대한 반응 표표준 편차에 대한 반응 표

- 69 -

그림 신호 대 잡음 비의 주효과도[ 71]

그림 인자수준별 평균의 주효과도[ 72]

그림 인자수준별 표준편차의 주효과도[ 73]

- 70 -

표 와 그림 에서 에서의 내구성 예측값을 가장 크게 하[ 75] [ 72] Nominal Load

는 것은 요인 수준의 조합이 일 때이다 품질 향상을 위해서는 정특성 동(4 2 2)

특성 값도 동시에 고려하여야 하므로 조합 조합 조합(4 2 2) (4 3 2) (4 1 2)

에 대한 예측 값을 함께 구하였다

표 은 에서의 내구성 예측값을 표 은 에[ 76] Nominal Load [ 77] Maximum Load

서의 내구성 예측값 표 은 정특성 예측값 표 는 에서의 동특성 예 [ 78] [ 79] 15Hz

측값 그리고 표 은 에서의 동특성 예측값을 보여주고 있다 [ 710] 150Hz Nominal

에서의 내구성 예측값은 조합 조합 조합에서 각Load (4 2 2) (4 3 2) (4 1 2)

각 목표값인 을 상회한 과170000 Cycle 178023 Cycle 174272 Cycle 175830

로서 조합일 때 더 높게 나타났다Cycle (4 2 2)

동배율은 예측 평균값을 기준으로 할 때 동배율은 조합에서는 에 (4 2 2) 15Hz

서 에서 이고 조합에서의110(1187691079) 150Hz 113(1215561079) (432)

동배율은 에서 에서15Hz 106(112856 106938) 150Hz 108(115769106938)

이며 조합에서의 동배율은 에서 에서 (412) 15Hz 108(118194 1094) 150Hz

이었다109(1195691094)

모델의 경우 수요기업에서 동배율 값이 적은 값을 요구하기 때문에DA-2 (kdks)

동배율을 고려하면 의 조합이 더 좋은 품질을 나타낸다고 할 수 있다(4 1 2)

- 71 -

표 에서의 내구성 예측값[ 76] Nominal Load

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 2 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 3 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 1 2

예측 값

신호 대

- 72 -

표 에서의 내구성 예측값[ 77] Maximum Load

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 2 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 3 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 1 2

신호 대

- 73 -

표 정특성 예측값[ 78]

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 2 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 3 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 1 2

신호 대

- 74 -

표 동특성 예측값[ 79] (15Hz)

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 2 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 3 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 1 2

신호 대

- 75 -

표 동특성 예측값[ 710] (150Hz)

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 2 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 3 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 1 2

신호 대

- 76 -

제 장 부품의 신뢰성성장관리제 장 부품의 신뢰성성장관리제 장 부품의 신뢰성성장관리제 장 부품의 신뢰성성장관리8888

제 절 신뢰성성장관리제 절 신뢰성성장관리제 절 신뢰성성장관리제 절 신뢰성성장관리1111

복잡하고 기술적인 제품의 개발 프로그램을 운영하는 데 있어서는 고객이 요구

하는 신뢰성 수준을 만족시키기 위하여 상당한 규모의 시간 예산 기술인력 등의

자원을 필요로 한다 고객들의 신뢰성 요구수준은 매우 높으므로 이러한 목표를 달

성하기 위하여 시험 개선 시험 개선의 개발과정을 반드시 거친다 이 과정에서 시- - -

스템 서브시스템 또는 모듈을 고장 날 때까지 시험하고 고장모드를 결정해서 이를

제거하기 위한 시도를 하거나 적어도 고장발생을 줄일 수 있는 시도를 하여 설계나

엔지니어링 개선을 이룬다 만약 이러한 과정이 계속되고 설계나 엔지니어링 변경

이 충분히 이루지면 시스템의 신뢰성은 증가한다 개발프로그램이 운영되는 동안

신뢰성 수준의 변화를 추적할 수 있다면 개발책임자로서는 여러 가지 이점이 있다

즉 목표하는 신뢰성 수준을 달성하기 위하여 충분한 비율로 성장하고 있는지의 여

부를 가능한 빠른 시간 내에 판단할 수 있고 그에 따라 필요한 자원을 적절히 배

분할 수 있다 따라서 개발책임자는 시험데이터로부터 현재 시스템의 신뢰성 수준

성장률의 평가 앞으로 기대되는 달성 가능한 수준을 결정하기를 원한다

신뢰성 성장관리 기술은 제품을 개발하는 데(Reliability growth management)

소요되는 많은 시간과 비용 및 엔지니어링 노력을 절감하면서 개념선택 제품과 공

정의 신뢰성 그리고 비용효율을 달성할 수 있도록 유용한 정보를 제공해 준다 군

사장비 자동차 및 전자 중장비개발 등에 적용된 최근의 신뢰성 성장시험 관리기술

은 각 분야의 경쟁적인 사업 환경 아래에서 제품개발을 효율적으로 조직하여 신뢰

성평가를 시작하고 신뢰성 성장과정을 추적할 수 있도록 해준다 신뢰성성장관리기

술은 제품 및 공정설계 관련사항 및 검증시험 항목들에 대하여 사용 환경에 따른

신뢰성 성장 진행과정을 확인하고 그 결과로부터 성장시험곡선을 개발할 수 있게

한다 또한 설계단계 사이의 여러 가지 관련성을 확인하여 관찰하고 그 정보를 다

른 제품보증분석들과 연결하여 고객 요구사항에 대한 제품의

- 77 -

적합도를 적절히 평가하는 데 도움을 준다

신뢰성성장모델은 가 개발한Crow(1975) AMSAA(Army Materiel Systems

모델이 많이 활용되었으나 이는 시스템 또는 서브시스템에서의Analysis Activity)

성장관리에 유용하고 부품수준에서는 모델을 활용하는 것이 더욱 실용적이 Weibull

다 모델은 목표 Weibull B10 수명에 대하여 초기 시작품 으로부터(Early Prototype)

후기 시작품 까지의 신뢰성 개선을 관리하는데 실용적으로 활용할(Later Prototype)

수 있다

신뢰성 성장시험 프로세스신뢰성 성장시험 프로세스신뢰성 성장시험 프로세스신뢰성 성장시험 프로세스1111

신뢰성 성장은 개발시스템에 대하여 여러 시험단계가 시리즈로 이루어지는 동안

고장모드를 발견하고 이를 개선하는 과정을 거쳐 이TAAF(Test Analyze And Fix)

루어진다 또한 기능시험 환경시험 안전시험의 결과는 신뢰성 향상을 위한 FMEA

등과 연계하여 사용된다 분석결과는 설계변경에 반영되고 최종목표가 달성될 때까

지 개선과 시험이 연속적으로 이루어진다 그림 은 일반적인 신뢰성 성장시험 [ 81]

프로세스를 보여준다 프로그램의 시작시점에 신뢰성 성장에 대한 계획을 수립하여

고객의 기대사항을 만족시킬 수 있는 성능수준에 대한 구체적인 측정치를 제시하

고 이 목적을 달성시킬 수 있는 시험조건을 정한다 시험조건은 특정한 부품이나

시스템에 대하여 고객의 사용방법과 환경에 대한 지식을 기초로 하여야 한다

개발프로젝트가 진행되는 동안 신뢰성 성장시험 프로그램이 개발되고 실행되는

과정에서 설계 및 공정의 관심사항을 확인하기 위해 QFD(Quality function

와 같은 제품보증을 위한 분석방법들이 선행되어 실시되는데 신뢰성deployment)

성장관리와 연계하여 이를 통틀어 통합 신뢰성 성장관리(Integrated reliability

라고 한다 신뢰성 성장관리를 포함한 제품설계평가의 모든growth management)

과정은 제품 공정의 신뢰성 향상에 있어 중요한 역할을 하는 제품보증기능의 한부

분이다

- 78 -

통합 신뢰성 성장시험관리 프로세스는 설계뿐 아니라 공정신뢰성(MIL-HDBK-781)

과 관련된 문제에 대응할 수 있도록 신뢰성 성장시험의 이점을 전적으로 활용할 수

있는 수단을 제공한다

신뢰성 성장관리과정을 개발함으로써 신뢰성 수준은 계속적으로 추적될 수 있고

조치를 취하고 다른 분석결과들과 비교되어 초기 신뢰성 예측을 수립하고 제품설

계에 포함된 확신을 증가시킨 후 검증시험에 들어갈 수 있도록 한다 이러한 신뢰

성 성장관리 프로세스는 제품개발 사이클에 있어서 초기 단계 동안에 신뢰성을 확

립하는 데 도움을 줄 수 있는 장치이다

그림 신뢰성성장시험 프로세스[ 81]

제품개발과정에 적용되는 신뢰성 성장시험관리 프로세스는 다음과 같다

신뢰성 성장시험조건을 결정하고 시험 사이클을 개발한다 ①

신뢰성 성장시험곡선의 사용을 통하여 시험과정을 실행하고 추적한다②

시험결과를 평가하고 다른 선행된 분석연구결과들과 비교한다③

확인된 결함을 제거하기 위해 설계변경을 실시한다④

- 79 -

설계검증시험을 준비한다⑤

신뢰성 성장시험의 주된 목적은 설계상의 약점을 확인하고 제거함으로써 설계의

신뢰성을 증가시키는 것이다 정확하게 신뢰성 수준이 변화되는 진행상황을 추적하

기 위해서는 요구사항에 대한 불합치성 을 확인하고 불합치성이(Nonconformance)

일어난 시간을 모두 추적하여야 한다 시험을 시작하기 전에 적절한 시정조치를 용

이하게 하기 위해 사전계획이 수립되어야 하며 고장분포를 결정하기 전에 각각의

고장부품에 대한 고장원인을 분리할 수 있어야 한다

부품의 개발과정에서 몇 개의 표본에 대한 고장시간 데이터가 있을 때 Weibull

분포를 활용한 신뢰성 성장분석에 대하여 설명하면 다음과 같다

가 분석의 개요가 분석의 개요가 분석의 개요가 분석의 개요

밀도함수는 그림 와 같이 특성 수명과 기울기로 고장시간Weibull [ 82] (Cycle

을 설명한다 작은 표본에 대한 고장시간 데이터가 주어졌을 때 분석Km) Weibull

을 사용하여 세 가지의 정보를 얻을 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ특정 시간이 주어졌을 때 등 부품의 신뢰도는 그 시간까지 살아 있(Cycle Km )

을 백분율이다

ㆍㆍㆍㆍ 또는 다른( 수명을 추정할 수 있다) 수명은 부품들 중 가 고장10

날 것이라고 기대되는 시간이다 즉 이 시간에서의 신뢰도는 이다 90

ㆍㆍㆍㆍ 기울기의 값은 고장률 패턴에 대한 정보를 제공해준다 기울기가Weibull 10

이라면 고장률이 일정하다는 것을 의미한다 이 경우 고장은 일반적으로 우연히

일어나며 고장률은 설계의 강건 정도에 따라 달라진다 기울기가 보다 작다면 1

고장률은 감소하고 있음을 의미한다

- 80 -

즉 높은 초기 고장률 을 말한다 기울기가 보다 크면 고장률은 증 (Infant mortality) 1

가하고 이는 마모 되고 있음을 의미한다(Wear-out)

그림 에 의한 부품의 신뢰성성장분석[ 82] Weibull 수명 비교

가장 많이 활용되는 측도는 수명이며 이것은 요구되는 목표 신뢰도가 임 90

을 의미한다 첫 번째 프로토타입이 고장 난다면 신뢰성 목표 달성을 위해 설계 변

경을 행하고 다음 프로토타입을 시험한다 이 과정은 목표 수명이 달성될 때까

지 반복한다

나 의이점나 의이점나 의이점나 의이점WeibullWeibullWeibullWeibull

부품의 개발과정에서 작은 표본에 대한 고장시간 자료가 주어졌을 때 Weibull

분석을 활용하여 신뢰성성장관리를 행하면 다음의 정보를 얻을 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ신뢰성 개선은 목표 수명이 달성될 때까지 하나의 프로토타입에

- 81 -

서 다음 프로토타입까지 추적할 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ신뢰성 개선은 시험한 프로토타입에 대해 타점으로 표현되고 빠르Weibull

게 방향을 파악하여 신뢰성 진전과정에 대한 양적 측면의 관리능력 향상을 그

래프로 확인할 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ컴포넌트를 고장 날 때까지 시험하는 것은 고장모드에 대한 아주 귀중한 정

보를 제공하고 따라서 시정조치 활동이 필요하다

ㆍㆍㆍㆍ많은 표본이 더 좋은 신뢰도를 얻을 수 있지만 분석은 많은 표본을Weibull

필요로 하지 않는다

ㆍㆍㆍㆍ고객의 운영 사용 사이클과 시험 모수의 관계가 알려져 있다면 더 빠르고( )

더 적은 비용으로 가속시험을 할 수도 있다

다 기본가정및제한다 기본가정및제한다 기본가정및제한다 기본가정및제한

ㆍㆍㆍㆍ각 분석에서 오직 하나의 고장모드만 포함되어야 한다 두 개나 그 이상의

고장 모드가 검출된다면 각각에 대해 분리하여 분석해야 한다

ㆍㆍㆍㆍ신뢰도는 시험 제한 한계 로 인해 년 마일까지 확장하여 외삽하면 안( ) 10 150K

된다 왜냐하면 시험 제한 한계 로 인해 다른 고장모드가 발생할 것인지 알 수 ( )

없기 때문이다

ㆍㆍㆍㆍ하나의 프로토타입에서 다음 프로토타입까지 기울기가 변하는 데는 특별히

주의를 하여야 한다 왜냐하면 초기 후기 수명에서 더 높은 신뢰도와 후기 초 ( ) (

기 수명에서 더 낮은 신뢰도의 할 수 도 있기 때문이다) trade-off

라 적용시기라 적용시기라 적용시기라 적용시기

ㆍㆍㆍㆍ수명의 비교는 엔지니어링 사양 이 특정한(Specification) 을 요구할 경

우 사용된다

ㆍㆍㆍㆍ이러한 접근방법은 고장시간 등 에 대하여 동일한 부품의(Cycle Km )

- 82 -

다른 시점에서의 프로토타입을 비교할 때 사용한다

ㆍㆍㆍㆍ신뢰성 목표가 달성될 때까지 계속한다

마 입력자료마 입력자료마 입력자료마 입력자료

ㆍㆍㆍㆍ프로토타입 의 몇 개 표본의 고장시간 등1 (Cycle Km )

ㆍㆍㆍㆍ프로토타입 의 몇 개 표본의 고장시간 등2 (Cycle Km )

⦙

ㆍㆍㆍㆍ마지막 프로토타입의 몇 개 표본의 고장시간 등(Cycle Km )

분석프로세스는 그림 과 같다[ 83]

프로세스프로세스프로세스프로세스 일반적 단계일반적 단계일반적 단계일반적 단계

Ⅰ 요구

또는 수명 결정

프로그램 신뢰성 목표 사용

고객의 운영 사용 프로파일 사용( )

시험 프로그램 적정시간 사용

Ⅱ 시험 프로그램 자료정보

확인과 데이터 수집초기 부품의 프로토타입

후기 부품의 프로토타입

Ⅲ 다른 프로토타입에 대한

누적고장 시간 또는 vs

거리 계산 및 타점

분석이 가능한 사용Weibull SW

가능한 가속수명시험 사용

Ⅳ 프로젝트 검토 시

현재 신뢰성 수준신뢰성 목표 적합성 결정

초기 경고 관련 정보 제공

개선을 위한 계획 정보 제공

그림 프로세스별 단계[ 83]

- 83 -

제 절 신뢰성성장 데이터분석제 절 신뢰성성장 데이터분석제 절 신뢰성성장 데이터분석제 절 신뢰성성장 데이터분석2222

초기 프로토타입 으로 부터 개의 표본을 정상하중 으(Prototype1) 6 (Nominal load)

로 고장 날 때까지 시험하고 고장모드를 기록하였다 여러 개선작업을 거친 후 후

기 프로토타입 으로부터 개의 표본을 고장 날 때까지 시험하고 고장모(Prototype2) 6

드를 기록하였다 시험 데이터는 표 에 주어져 있다 [ 81]

에 고장데이터를 입력하고 각 프로토타입 단계별로 용지에 결과MINITAB Weibull

를 타점한 결과 그림 와 같은 성장곡선이 생성되었다 [ 84] Weibull

정상하중 에서 의 평균수명 추정치는 이(Nominal load) Prototype1 127366Cycle

고 의 평균수명 추정치는 로서 의 개선을 이루었 Prototype2 176882 Cycle 389

음을 알 수 있었다 수명은 은 이었으나Prototype1 112668 Cycle Prototype2

의 수명은 로서 상당한 개선이 이루어졌음을 볼 수 있다168620 Cycle 수

명에 대한 신뢰하한은 로 추정되었다 따라서 정상부하에 의한95 162926 Cycle

시험데이터분석 결과 개선활동 재료배합개선 형상설계개선 공정개선 에 의하여 ( )

내구성 목표가 달성되었음을 알 수 있다

그림 는 에서의 신뢰구간을 보여주고 있다[ 85] Nominal load 90

최대하중 에서는 표 의 데이터 입력결과 그림 의 그래프를(Max load) [ 82] [ 86]

생성하였다 그래프로 부터 추정된 의 Prototype1 수명은 이고16362Cycle

의Prototype2 수명은 이다21850 Cycle 수명에 대한 신뢰하한추정치95

는 으로부터 로 계산된다MINITAB 20983 Cycle

의 수명과 의 수명이 다른 것은 개선 활동의 결과이Prototype1 Prototype2

- 84 -

며 에서 개선목표가 달성되었음을 알 수 있다 Prototype2

표 하중 고장시간[ 81] Nominal (Cycle)

Weibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth Curve

(Nominal Load)(Nominal Load)(Nominal Load)(Nominal Load)

그림 성장곡선[ 84] Weibull (Nominal load data)

- 85 -

Weibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth Curve

(Nominal Load-90 Cl)(Nominal Load-90 Cl)(Nominal Load-90 Cl)(Nominal Load-90 Cl)

그림 신뢰구간[ 85] Nominal Load90

- 86 -

표 하중 고장시간[ 82] Max (Cycle)

Weibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth Curve

(MaxLoad)(MaxLoad)(MaxLoad)(MaxLoad)

그림 성장곡선[ 86] Weibull (Max load data)

- 87 -

제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론9999

본 연구는 자동차현가장치인 고무부싱 의 신뢰성향상을 위한 기(Rubber bushing)

술개발과제이다 에나 인더스트리는 수출전문기업으로서 주요 경쟁사에 비해 고성

능 고내구성의 제품을 짧은 기간 내에 개발할 수 있는 능력을 갖추어야 해외 시장

에서 경쟁력을 가질 수 있다

본 연구개발에서는 수요기업에서 요구하는 GMUTS(General Motors Uniform

의 사양에 따른 시험을 실행하여 내구성을 목표 사이클 이상으Test Specification)

로 개선하고 정특성과 동특성 비틀림 토크를 개선항목으로 선정하여 제품의 품질

및 신뢰성 향상을 진행하였다

수요기업의 요구 수준에 의하면 내구성은 와 Tension Compress Alternating

가 동시에 일 때 일 때Torsion Stress Maximum Load 20000 Cycle Normal Load

을 요구한다 본 프로젝트의 경우 해외의 부품메이커들에 대한 경쟁150000 Cycle

력 우위를 확보하기 위하여 기본 요구 수준을 넘어 향상된 제품신뢰성을5~10

확보를 목표로 하였다 내구성 정특성 및 동특성에 대한 시험은 직접 행하였고 비

틀림토크에 대한 부분은 추가적인 시험장치가 필요하여 수요기업의 실험실에 샘플

을 제출하여 요구수준을 검증받았다

본 연구개발의 성과를 요약하면 다음과 같다

우선 기술적 효과로는

설계기술의 확보(1)

재료배합설계 형상설계 공정설계에 대한 기술을 확보하여 내구성을 비롯한 품

질특성을 향상시킬 수 있었다 종래에는 설계 개발 생산프로세스에서 경험적 방법

에 의존하여 시행착오가 많았으나 본 연구를 통하여 과학적이고 체계적인 방법으

로 접근할 수 있는 기술이 확보되었다

설계 요소의 기술적 배치를 위한 실험계획법의 활용기술 확보(2)

- 88 -

종전에는 고무 배합설계 형상설계 공정설계에 대하여 설계요인 별 수 (Facter)

준 을 무작위로 추출하여 실험하였으나 본 실험계획의 과정을 따르면 요인들(Level)

이 계획적으로 반영되어 품질특성에 각각 어느 정도의 영향을 미치는지 분석이 가

능하게 된다 또한 다구찌에 의한 강건 설계의 생성으로 산포를 줄일 수 있다

잠재적 고장원인 분석방법 기술 확보(3)

제품기능에 대한 잠재적 고장모드의 예측과 시험항목을 판단하고 최종적으로는 설

계검증 과 공정검증 의 세부항목과 효과적(Design verification) (Process verification)

으로 연계가 가능하다

신뢰성 데이터분석기술 확보(4)

부품의 개발과정에서 몇 개의 표본에 대한 고장시간 데이터가 있을 때 Weibull

분포를 활용한 신뢰성 성장분석이 가능하게 되었다 개발프로그램이 운영되는 동안

신뢰성 수준의 변화를 추적할 수 있어 목표하는 신뢰성 수준을 달성하기 위하여 충

분한 비율로 성장하고 있는지의 여부를 가능한 빠른 시간 내에 판단할 수 있고 그

에 따라 필요한 자원을 적절히 배분할 수 있다 따라서 개발책임자는 시험데이터로

부터 현재 시스템의 신뢰성 수준 성장률의 평가 앞으로 기대되는 달성 가능한 수

준에 대한 결정이 가능하다

경제적 측면의 효과로는

제품에 대한 내구성 및 동특성 정특성에 대하여 요구사양 이상으로 특성관리(1)

를 행할 수 있어 해외 부품메이커들에 대한 경쟁력 우위로 수출력을 향상할 수 있

게 되었다

개발기간을 단축할 수 있게 되어 개발비의 절감을 가져올 수 있게 되었다(2)

재료배합 형상설계 및 공정설계에 대한 기술개발의 표준 정립으로 개발 기간의 단

축이 가능하게 되었다

본 과제 결과를 활용하여 다른 방진제품에 대한 신뢰성 관리로 수출(3)

- 89 -

시장을 개척하여 신규거래처를 확보할 예정이다 신뢰성 데이터의 관리가 이루어져

제품수명에 대한 설득력 있는 자료의 제시가 가능하게 되었다

향후 연구계획으로는

고무부싱부품의 특성상 내구성만의 개선이 최선이 아니고 정특성과 동특성을 일

정수준으로 동시에 고려하여야 한다 따라서 이 부분에 대한 동시적인 실험설계가

시스템화 되도록 추가적인 연구가 요구된다

- 90 -

참고문헌참고문헌참고문헌참고문헌[ ][ ][ ][ ]

고정 이상규 권수호 노태성 정원 박창규 김명수 신뢰성성장프로그램 수[1]

원대 신뢰성혁신센터 2005

김명웅 고무공업화학 선진문화사[2] 2006

김완두 김완수 방진고무부품의 유한요소해석 및 수명예측기술 고무기술[3] ldquo rdquo

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미니탭사업팀 새 실무완성 이레테크[4] Minitab 2004

박성현 실험계획법 민영사[5] 2003

[6] Gil-Negrete N Vinolas J and Kari L A Simplified methodology to

predict the dynamic stiffness of carbon-black filled rubber isolators using

a finite element code Journal of sound and Vibration Vol296 2006

[7] Kim J-H and Jeong H-Y A Study on the material properties and

fatigue life of natural rubber with different carbon blacks International

Journal of Fatigue Vol27 2005

[8] McLean R A and Anderson V I Extreme Vertices Design of Mixture

Experiments Technometrics Vol8 No3 1966

- 96 -

주 의

이 보고서는 산업자원부에서 시행한 부품소재종합기술지원사업의 최1

종보고서이다

이 신뢰성기반기술확산사업 내용을 대외적으로 발표할 때에는 반드시2

산업자원부에서 시행한 부품소재신뢰성기반기술 사업의 지원결과임을

밝혀야 한다

- 97 -

이 보고서는 산업자원부에서 시행한

부품소재 신뢰성기반기술확산사업의 최종보고서이다

- 59 -

개선 후에는 그림 로부터 알 수 있듯이 단기공정능력은[ 67] 으로서=31966

인 장기 공정에 대해 안정적인 것을 확인할 수 있어 도포공정 개선에=23275

대한 효과가 있음을 알 수 있다

그림 정 개선 후 공정능력 분석그래프[ 67]

또한 도포공정의 두께관리를 강화하기 위하여 작업자 교육 및 샘플링 두께 측정

검사를 통해 지속적인 모니터링을 실시하고 공정별 온도관리 및 시간 관리를 통해

작업 환경 유지관리 강화로 변함없는 품질의 제품을 생산하도록 하였다 그림 [

은 롤 코팅 공정이다68] (Roll coating)

- 60 -

그림 롤 코팅 공정[ 68] (Roll coating)

- 61 -

제 장 최적수준 결정을 위한 파라미터 설계제 장 최적수준 결정을 위한 파라미터 설계제 장 최적수준 결정을 위한 파라미터 설계제 장 최적수준 결정을 위한 파라미터 설계7777

제 절 실험계획법에 의한 유의인자 결정제 절 실험계획법에 의한 유의인자 결정제 절 실험계획법에 의한 유의인자 결정제 절 실험계획법에 의한 유의인자 결정1111

재료설계 형상설계 및 공정설계에 대한 최적조건의 결정은 부품의 품질 특성에

대한 사양 을 만족시켜야 할 뿐 아니라 생산부품 간 품질의 산포를(Specification)

최대한 줄여야 한다 의 최적설계를 위해 다구찌 기법 을 적 DA-2 (Taguchi method)

용하였다

다구찌의 강건설계 는 인자 가 품질 특성의 평균에 대해(Robust design) (Factor)

가지는 효과뿐만 아니라 분산에 미치는 효과에 대해서도 초점을 맞추고 있다 분산

을 줄일 수 있는 통제 가능한 인자에 대한 조건을 설정하여 품질특성이 통제 불가

능한 인자의 변화에 대해서는 둔감하도록 할 수 있다 강건설계의 주목적은 품질특

성의 목표값을 유지하면서 분산을 줄이는 인자에 대해 설치값 을 발견하는 (Setting)

데 있다

다구찌 설계에 의한 실험계획법은 특히 확장된 역할로서 다음의 몇 가지를 들 수

있다

ㆍㆍㆍㆍ종래에는 제어 불가능한 환경조건이나 제어하기 어려운 생산조건 공정조건

등의 원인 이를 잡음인자로 통칭 들이 데이터에 주는 영향의 정도를 평가하기 어려( )

웠으나 객관적으로 그리고 계량적으로 이를 평가할 수 있는 방법을 제시하고 있

다 또한 품질 산포의 크기를 계량특성치 손실함수 비 등 로 변환하여 산포를 ( SN )

작게 하는 인자들의 조건을 찾아가는 강건설계를 사용한다

ㆍㆍㆍㆍ직교배열표를 광범위하게 사용하여 인자의 수가 많은 경우에도 크게 실험횟

수를 증가시키지 않고 실험하는 일부 실시법을 사용한다

ㆍㆍㆍㆍ생산라인 내 뿐만 아니라 신제품 개발을 위한 품질설계 파라미터(On-line)

설계 허용오차 설계 등의 라인 외 품질관리를 위하여 유용하게 사용할 (Off-line)

수 있다

ㆍㆍㆍㆍ다구찌 방법에서 추가적으로 다룰 수 있는 주요한 것들로는 직교배열

- 62 -

표의 확대사용 수준계의 표준 직교배열표 이외에 확대 응용 혼합 직교배열표(2 3

의 사용과 조합법의 사용 계량치 데이터의 파라미터 설계 허용차 설계 그리고)

계수치 데이터의 파라미터 설계 동적 특성의 파라미터 설계 등을 들 수 있다

파라미터 설계 는 제품설계와 공정설계에서 유용하게 사용되는(Parameter design)

다구찌 실험계획법의 핵심이다 파라미터는 제품성능의 특성치에 영향을 주는 제어

가능한 인자 를 의미하며 파라미터 설계는 이들 인자들의 최적(Controllable factor)

수준을 정하여 주는 것을 말한다 파라미터를 설계변수 라고도 부 (Design variable)

르며 파라미터 설계에서는 제품의 품질변동이 잡음에 둔감하면서 목표품질을 가질

수 있도록 설계변수들의 최적조건을 구하여 준다 최적조건을 찾을 때 설계변수와

잡음을 주는 인자들을 포함시켜 실험하는 직교배열표 등을 주로 사용한다 이때 목

표 품질을 만족시키는 범위 내에서 가능한 한 비용이 적게 드는 조건이나 부품 등

을 이용한다

만약 신뢰성에 영향을 주는 제어 가능한 인자 에 대한 파라미터설계 A B C D

를 한다고 하자 는 수준 는 수준의 혼합수준 에 대한 설계 A B 4 C D 2 (Mixed level)

분석을 하려고 한다면 각 요인 변동의 계산을 표 과 같은 [ 71] L16(215형 직교배)

열표 를 사용하면 된다(Orthogonal Design)

에 대한 파라미터 설계조건으로는 내구성이 가장 좋은 최적의 설계 및 공정DA-2

조건을 구하여야 하므로 반응변수가 큰 값일수록 좋은 망대특성(Larger-the-better

에 대한 조건을 구하고 부품의 정특성 및 동특성에 대한 분석은 적characteristics)

정한 상호관계를 고려하여 별도의 실험을 행한다

- 63 -

표 다구찌 설계의 예[ 71]

- 64 -

제 절 시험데이터의 해석제 절 시험데이터의 해석제 절 시험데이터의 해석제 절 시험데이터의 해석2222

실험조건실험조건실험조건실험조건1111

제품의 신뢰성향상을 위해 지금까지 재료배합의 개선 형상개선 및 공정개선에

대한 각각의 과정을 설명하였으며 본 장에서는 관련된 여러 인자들을 동시에 고려

하여 최상의 품질특성을 나타낼 수 있는 최적인자수준의 결정에 대하여 설명하려고

한다 이는 인자들 간의 상호 작용이 상승 또는 보완작용을 할 수도 있고 반대로

서로 상극임을 나타낼 수 도 있기 때문이다

일반적으로 고무부싱의 개발에 적용되는 인자 는 다음과 같다(Factor)

ㆍㆍㆍㆍ경도 는 수요기업에서 제시하는 사양 에 따라 적정수(Hardness) (Specification)

준의 경도 도 도 도 도 를 적용하였으며 경험적으로 경도의 산포는(43 45 48 50 ) plusmn

정도이다2

ㆍㆍㆍㆍ각 부분의 모양이나 각도에 따라 고무 량에 영향을 미치게 되는 형상설계에

관해서는 내부 파이프 구배각도를(Inner pipe) 15deg~25deg로 하고 외부파이프 (Outer

의 접착부분을 로 하였으며 외경의 크기는pipe) 13mm~15mm

27mm~ 로 유지하였다278mm

ㆍㆍㆍㆍ공정설계는 가류시간을 로 하였다 가류 온도는240sec~600sec 150deg~180

로 하고 주변 온도에 영향을 받으므로 금형 표면온도는 항상 확인하였다 접착제

도포가 내구성에 영향을 주므로 접착제 두께는 으로 하고 접15micron~40micron

착제 배합조건은 로 하였다120cc~128cc

다구찌 설계에 의한 최적수준을 결정하기 위해 다른 인자는 고정시키고 경도 가

류시간 스웨징 인자에 대하여 표 와 같이 실험수준을 정하였다 [ 72]

- 65 -

표 실험인자 별 수준[ 72]

분석결과의 해석분석결과의 해석분석결과의 해석분석결과의 해석2222

실험결과의 해석은 다음과 같다

을 통해 표 의 실험조건을 입력하여 다구찌 설계를 생성한 결과MMITAB [ 72]

표 과 같은 실험조합을 얻었다 표 는 실험조합 별 시험결과 값이다[ 73] [ 74]

에서의 내구성에 대한 다구찌 설계해석의 결과는 표 의 신호 대Nominal load [ 75]

잡음비 비 평균 표준편차에 대한 반응표에 잘 나타나(SN Signal to noise ratio)

있다 그림 그림 은 비 평균 표준편차에 대한 반응 값을 도식한 [ 71]~[ 73] SN

것이다

표 의 신호 대 잡음비의 반응표를 보면 경도는 스웨징이나 가류시간에 비해[ 75]

반응변수 내구성 에 큰 영향을 미치고 있음을 보여준다 평균에 대한 반응표에서도( )

경도는 다른 인자들에 비해 반응변수의 평균에 크게 영향을 미치고 있음을 알 수

있다 표준편차 역시 경도의 수준 변화에 따라 차이가 가장 많음을 보여주고 있다

- 66 -

표 에 의한 다구찌 설계생성[ 73] MINITAB

- 67 -

표 실험조합 별 시험결과 데이터[ 74]

- 68 -

표 비 평균 표준편차에 대한 반응표[ 75] SN

신호 대 잡음 비에 대한 반응 표신호 대 잡음 비에 대한 반응 표신호 대 잡음 비에 대한 반응 표신호 대 잡음 비에 대한 반응 표

망대특성망대특성망대특성망대특성

평균에 대한 반응 표평균에 대한 반응 표평균에 대한 반응 표평균에 대한 반응 표

표준 편차에 대한 반응 표표준 편차에 대한 반응 표표준 편차에 대한 반응 표표준 편차에 대한 반응 표

- 69 -

그림 신호 대 잡음 비의 주효과도[ 71]

그림 인자수준별 평균의 주효과도[ 72]

그림 인자수준별 표준편차의 주효과도[ 73]

- 70 -

표 와 그림 에서 에서의 내구성 예측값을 가장 크게 하[ 75] [ 72] Nominal Load

는 것은 요인 수준의 조합이 일 때이다 품질 향상을 위해서는 정특성 동(4 2 2)

특성 값도 동시에 고려하여야 하므로 조합 조합 조합(4 2 2) (4 3 2) (4 1 2)

에 대한 예측 값을 함께 구하였다

표 은 에서의 내구성 예측값을 표 은 에[ 76] Nominal Load [ 77] Maximum Load

서의 내구성 예측값 표 은 정특성 예측값 표 는 에서의 동특성 예 [ 78] [ 79] 15Hz

측값 그리고 표 은 에서의 동특성 예측값을 보여주고 있다 [ 710] 150Hz Nominal

에서의 내구성 예측값은 조합 조합 조합에서 각Load (4 2 2) (4 3 2) (4 1 2)

각 목표값인 을 상회한 과170000 Cycle 178023 Cycle 174272 Cycle 175830

로서 조합일 때 더 높게 나타났다Cycle (4 2 2)

동배율은 예측 평균값을 기준으로 할 때 동배율은 조합에서는 에 (4 2 2) 15Hz

서 에서 이고 조합에서의110(1187691079) 150Hz 113(1215561079) (432)

동배율은 에서 에서15Hz 106(112856 106938) 150Hz 108(115769106938)

이며 조합에서의 동배율은 에서 에서 (412) 15Hz 108(118194 1094) 150Hz

이었다109(1195691094)

모델의 경우 수요기업에서 동배율 값이 적은 값을 요구하기 때문에DA-2 (kdks)

동배율을 고려하면 의 조합이 더 좋은 품질을 나타낸다고 할 수 있다(4 1 2)

- 71 -

표 에서의 내구성 예측값[ 76] Nominal Load

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 2 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 3 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 1 2

예측 값

신호 대

- 72 -

표 에서의 내구성 예측값[ 77] Maximum Load

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 2 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 3 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 1 2

신호 대

- 73 -

표 정특성 예측값[ 78]

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 2 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 3 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 1 2

신호 대

- 74 -

표 동특성 예측값[ 79] (15Hz)

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 2 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 3 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 1 2

신호 대

- 75 -

표 동특성 예측값[ 710] (150Hz)

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 2 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 3 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 1 2

신호 대

- 76 -

제 장 부품의 신뢰성성장관리제 장 부품의 신뢰성성장관리제 장 부품의 신뢰성성장관리제 장 부품의 신뢰성성장관리8888

제 절 신뢰성성장관리제 절 신뢰성성장관리제 절 신뢰성성장관리제 절 신뢰성성장관리1111

복잡하고 기술적인 제품의 개발 프로그램을 운영하는 데 있어서는 고객이 요구

하는 신뢰성 수준을 만족시키기 위하여 상당한 규모의 시간 예산 기술인력 등의

자원을 필요로 한다 고객들의 신뢰성 요구수준은 매우 높으므로 이러한 목표를 달

성하기 위하여 시험 개선 시험 개선의 개발과정을 반드시 거친다 이 과정에서 시- - -

스템 서브시스템 또는 모듈을 고장 날 때까지 시험하고 고장모드를 결정해서 이를

제거하기 위한 시도를 하거나 적어도 고장발생을 줄일 수 있는 시도를 하여 설계나

엔지니어링 개선을 이룬다 만약 이러한 과정이 계속되고 설계나 엔지니어링 변경

이 충분히 이루지면 시스템의 신뢰성은 증가한다 개발프로그램이 운영되는 동안

신뢰성 수준의 변화를 추적할 수 있다면 개발책임자로서는 여러 가지 이점이 있다

즉 목표하는 신뢰성 수준을 달성하기 위하여 충분한 비율로 성장하고 있는지의 여

부를 가능한 빠른 시간 내에 판단할 수 있고 그에 따라 필요한 자원을 적절히 배

분할 수 있다 따라서 개발책임자는 시험데이터로부터 현재 시스템의 신뢰성 수준

성장률의 평가 앞으로 기대되는 달성 가능한 수준을 결정하기를 원한다

신뢰성 성장관리 기술은 제품을 개발하는 데(Reliability growth management)

소요되는 많은 시간과 비용 및 엔지니어링 노력을 절감하면서 개념선택 제품과 공

정의 신뢰성 그리고 비용효율을 달성할 수 있도록 유용한 정보를 제공해 준다 군

사장비 자동차 및 전자 중장비개발 등에 적용된 최근의 신뢰성 성장시험 관리기술

은 각 분야의 경쟁적인 사업 환경 아래에서 제품개발을 효율적으로 조직하여 신뢰

성평가를 시작하고 신뢰성 성장과정을 추적할 수 있도록 해준다 신뢰성성장관리기

술은 제품 및 공정설계 관련사항 및 검증시험 항목들에 대하여 사용 환경에 따른

신뢰성 성장 진행과정을 확인하고 그 결과로부터 성장시험곡선을 개발할 수 있게

한다 또한 설계단계 사이의 여러 가지 관련성을 확인하여 관찰하고 그 정보를 다

른 제품보증분석들과 연결하여 고객 요구사항에 대한 제품의

- 77 -

적합도를 적절히 평가하는 데 도움을 준다

신뢰성성장모델은 가 개발한Crow(1975) AMSAA(Army Materiel Systems

모델이 많이 활용되었으나 이는 시스템 또는 서브시스템에서의Analysis Activity)

성장관리에 유용하고 부품수준에서는 모델을 활용하는 것이 더욱 실용적이 Weibull

다 모델은 목표 Weibull B10 수명에 대하여 초기 시작품 으로부터(Early Prototype)

후기 시작품 까지의 신뢰성 개선을 관리하는데 실용적으로 활용할(Later Prototype)

수 있다

신뢰성 성장시험 프로세스신뢰성 성장시험 프로세스신뢰성 성장시험 프로세스신뢰성 성장시험 프로세스1111

신뢰성 성장은 개발시스템에 대하여 여러 시험단계가 시리즈로 이루어지는 동안

고장모드를 발견하고 이를 개선하는 과정을 거쳐 이TAAF(Test Analyze And Fix)

루어진다 또한 기능시험 환경시험 안전시험의 결과는 신뢰성 향상을 위한 FMEA

등과 연계하여 사용된다 분석결과는 설계변경에 반영되고 최종목표가 달성될 때까

지 개선과 시험이 연속적으로 이루어진다 그림 은 일반적인 신뢰성 성장시험 [ 81]

프로세스를 보여준다 프로그램의 시작시점에 신뢰성 성장에 대한 계획을 수립하여

고객의 기대사항을 만족시킬 수 있는 성능수준에 대한 구체적인 측정치를 제시하

고 이 목적을 달성시킬 수 있는 시험조건을 정한다 시험조건은 특정한 부품이나

시스템에 대하여 고객의 사용방법과 환경에 대한 지식을 기초로 하여야 한다

개발프로젝트가 진행되는 동안 신뢰성 성장시험 프로그램이 개발되고 실행되는

과정에서 설계 및 공정의 관심사항을 확인하기 위해 QFD(Quality function

와 같은 제품보증을 위한 분석방법들이 선행되어 실시되는데 신뢰성deployment)

성장관리와 연계하여 이를 통틀어 통합 신뢰성 성장관리(Integrated reliability

라고 한다 신뢰성 성장관리를 포함한 제품설계평가의 모든growth management)

과정은 제품 공정의 신뢰성 향상에 있어 중요한 역할을 하는 제품보증기능의 한부

분이다

- 78 -

통합 신뢰성 성장시험관리 프로세스는 설계뿐 아니라 공정신뢰성(MIL-HDBK-781)

과 관련된 문제에 대응할 수 있도록 신뢰성 성장시험의 이점을 전적으로 활용할 수

있는 수단을 제공한다

신뢰성 성장관리과정을 개발함으로써 신뢰성 수준은 계속적으로 추적될 수 있고

조치를 취하고 다른 분석결과들과 비교되어 초기 신뢰성 예측을 수립하고 제품설

계에 포함된 확신을 증가시킨 후 검증시험에 들어갈 수 있도록 한다 이러한 신뢰

성 성장관리 프로세스는 제품개발 사이클에 있어서 초기 단계 동안에 신뢰성을 확

립하는 데 도움을 줄 수 있는 장치이다

그림 신뢰성성장시험 프로세스[ 81]

제품개발과정에 적용되는 신뢰성 성장시험관리 프로세스는 다음과 같다

신뢰성 성장시험조건을 결정하고 시험 사이클을 개발한다 ①

신뢰성 성장시험곡선의 사용을 통하여 시험과정을 실행하고 추적한다②

시험결과를 평가하고 다른 선행된 분석연구결과들과 비교한다③

확인된 결함을 제거하기 위해 설계변경을 실시한다④

- 79 -

설계검증시험을 준비한다⑤

신뢰성 성장시험의 주된 목적은 설계상의 약점을 확인하고 제거함으로써 설계의

신뢰성을 증가시키는 것이다 정확하게 신뢰성 수준이 변화되는 진행상황을 추적하

기 위해서는 요구사항에 대한 불합치성 을 확인하고 불합치성이(Nonconformance)

일어난 시간을 모두 추적하여야 한다 시험을 시작하기 전에 적절한 시정조치를 용

이하게 하기 위해 사전계획이 수립되어야 하며 고장분포를 결정하기 전에 각각의

고장부품에 대한 고장원인을 분리할 수 있어야 한다

부품의 개발과정에서 몇 개의 표본에 대한 고장시간 데이터가 있을 때 Weibull

분포를 활용한 신뢰성 성장분석에 대하여 설명하면 다음과 같다

가 분석의 개요가 분석의 개요가 분석의 개요가 분석의 개요

밀도함수는 그림 와 같이 특성 수명과 기울기로 고장시간Weibull [ 82] (Cycle

을 설명한다 작은 표본에 대한 고장시간 데이터가 주어졌을 때 분석Km) Weibull

을 사용하여 세 가지의 정보를 얻을 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ특정 시간이 주어졌을 때 등 부품의 신뢰도는 그 시간까지 살아 있(Cycle Km )

을 백분율이다

ㆍㆍㆍㆍ 또는 다른( 수명을 추정할 수 있다) 수명은 부품들 중 가 고장10

날 것이라고 기대되는 시간이다 즉 이 시간에서의 신뢰도는 이다 90

ㆍㆍㆍㆍ 기울기의 값은 고장률 패턴에 대한 정보를 제공해준다 기울기가Weibull 10

이라면 고장률이 일정하다는 것을 의미한다 이 경우 고장은 일반적으로 우연히

일어나며 고장률은 설계의 강건 정도에 따라 달라진다 기울기가 보다 작다면 1

고장률은 감소하고 있음을 의미한다

- 80 -

즉 높은 초기 고장률 을 말한다 기울기가 보다 크면 고장률은 증 (Infant mortality) 1

가하고 이는 마모 되고 있음을 의미한다(Wear-out)

그림 에 의한 부품의 신뢰성성장분석[ 82] Weibull 수명 비교

가장 많이 활용되는 측도는 수명이며 이것은 요구되는 목표 신뢰도가 임 90

을 의미한다 첫 번째 프로토타입이 고장 난다면 신뢰성 목표 달성을 위해 설계 변

경을 행하고 다음 프로토타입을 시험한다 이 과정은 목표 수명이 달성될 때까

지 반복한다

나 의이점나 의이점나 의이점나 의이점WeibullWeibullWeibullWeibull

부품의 개발과정에서 작은 표본에 대한 고장시간 자료가 주어졌을 때 Weibull

분석을 활용하여 신뢰성성장관리를 행하면 다음의 정보를 얻을 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ신뢰성 개선은 목표 수명이 달성될 때까지 하나의 프로토타입에

- 81 -

서 다음 프로토타입까지 추적할 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ신뢰성 개선은 시험한 프로토타입에 대해 타점으로 표현되고 빠르Weibull

게 방향을 파악하여 신뢰성 진전과정에 대한 양적 측면의 관리능력 향상을 그

래프로 확인할 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ컴포넌트를 고장 날 때까지 시험하는 것은 고장모드에 대한 아주 귀중한 정

보를 제공하고 따라서 시정조치 활동이 필요하다

ㆍㆍㆍㆍ많은 표본이 더 좋은 신뢰도를 얻을 수 있지만 분석은 많은 표본을Weibull

필요로 하지 않는다

ㆍㆍㆍㆍ고객의 운영 사용 사이클과 시험 모수의 관계가 알려져 있다면 더 빠르고( )

더 적은 비용으로 가속시험을 할 수도 있다

다 기본가정및제한다 기본가정및제한다 기본가정및제한다 기본가정및제한

ㆍㆍㆍㆍ각 분석에서 오직 하나의 고장모드만 포함되어야 한다 두 개나 그 이상의

고장 모드가 검출된다면 각각에 대해 분리하여 분석해야 한다

ㆍㆍㆍㆍ신뢰도는 시험 제한 한계 로 인해 년 마일까지 확장하여 외삽하면 안( ) 10 150K

된다 왜냐하면 시험 제한 한계 로 인해 다른 고장모드가 발생할 것인지 알 수 ( )

없기 때문이다

ㆍㆍㆍㆍ하나의 프로토타입에서 다음 프로토타입까지 기울기가 변하는 데는 특별히

주의를 하여야 한다 왜냐하면 초기 후기 수명에서 더 높은 신뢰도와 후기 초 ( ) (

기 수명에서 더 낮은 신뢰도의 할 수 도 있기 때문이다) trade-off

라 적용시기라 적용시기라 적용시기라 적용시기

ㆍㆍㆍㆍ수명의 비교는 엔지니어링 사양 이 특정한(Specification) 을 요구할 경

우 사용된다

ㆍㆍㆍㆍ이러한 접근방법은 고장시간 등 에 대하여 동일한 부품의(Cycle Km )

- 82 -

다른 시점에서의 프로토타입을 비교할 때 사용한다

ㆍㆍㆍㆍ신뢰성 목표가 달성될 때까지 계속한다

마 입력자료마 입력자료마 입력자료마 입력자료

ㆍㆍㆍㆍ프로토타입 의 몇 개 표본의 고장시간 등1 (Cycle Km )

ㆍㆍㆍㆍ프로토타입 의 몇 개 표본의 고장시간 등2 (Cycle Km )

⦙

ㆍㆍㆍㆍ마지막 프로토타입의 몇 개 표본의 고장시간 등(Cycle Km )

분석프로세스는 그림 과 같다[ 83]

프로세스프로세스프로세스프로세스 일반적 단계일반적 단계일반적 단계일반적 단계

Ⅰ 요구

또는 수명 결정

프로그램 신뢰성 목표 사용

고객의 운영 사용 프로파일 사용( )

시험 프로그램 적정시간 사용

Ⅱ 시험 프로그램 자료정보

확인과 데이터 수집초기 부품의 프로토타입

후기 부품의 프로토타입

Ⅲ 다른 프로토타입에 대한

누적고장 시간 또는 vs

거리 계산 및 타점

분석이 가능한 사용Weibull SW

가능한 가속수명시험 사용

Ⅳ 프로젝트 검토 시

현재 신뢰성 수준신뢰성 목표 적합성 결정

초기 경고 관련 정보 제공

개선을 위한 계획 정보 제공

그림 프로세스별 단계[ 83]

- 83 -

제 절 신뢰성성장 데이터분석제 절 신뢰성성장 데이터분석제 절 신뢰성성장 데이터분석제 절 신뢰성성장 데이터분석2222

초기 프로토타입 으로 부터 개의 표본을 정상하중 으(Prototype1) 6 (Nominal load)

로 고장 날 때까지 시험하고 고장모드를 기록하였다 여러 개선작업을 거친 후 후

기 프로토타입 으로부터 개의 표본을 고장 날 때까지 시험하고 고장모(Prototype2) 6

드를 기록하였다 시험 데이터는 표 에 주어져 있다 [ 81]

에 고장데이터를 입력하고 각 프로토타입 단계별로 용지에 결과MINITAB Weibull

를 타점한 결과 그림 와 같은 성장곡선이 생성되었다 [ 84] Weibull

정상하중 에서 의 평균수명 추정치는 이(Nominal load) Prototype1 127366Cycle

고 의 평균수명 추정치는 로서 의 개선을 이루었 Prototype2 176882 Cycle 389

음을 알 수 있었다 수명은 은 이었으나Prototype1 112668 Cycle Prototype2

의 수명은 로서 상당한 개선이 이루어졌음을 볼 수 있다168620 Cycle 수

명에 대한 신뢰하한은 로 추정되었다 따라서 정상부하에 의한95 162926 Cycle

시험데이터분석 결과 개선활동 재료배합개선 형상설계개선 공정개선 에 의하여 ( )

내구성 목표가 달성되었음을 알 수 있다

그림 는 에서의 신뢰구간을 보여주고 있다[ 85] Nominal load 90

최대하중 에서는 표 의 데이터 입력결과 그림 의 그래프를(Max load) [ 82] [ 86]

생성하였다 그래프로 부터 추정된 의 Prototype1 수명은 이고16362Cycle

의Prototype2 수명은 이다21850 Cycle 수명에 대한 신뢰하한추정치95

는 으로부터 로 계산된다MINITAB 20983 Cycle

의 수명과 의 수명이 다른 것은 개선 활동의 결과이Prototype1 Prototype2

- 84 -

며 에서 개선목표가 달성되었음을 알 수 있다 Prototype2

표 하중 고장시간[ 81] Nominal (Cycle)

Weibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth Curve

(Nominal Load)(Nominal Load)(Nominal Load)(Nominal Load)

그림 성장곡선[ 84] Weibull (Nominal load data)

- 85 -

Weibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth Curve

(Nominal Load-90 Cl)(Nominal Load-90 Cl)(Nominal Load-90 Cl)(Nominal Load-90 Cl)

그림 신뢰구간[ 85] Nominal Load90

- 86 -

표 하중 고장시간[ 82] Max (Cycle)

Weibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth Curve

(MaxLoad)(MaxLoad)(MaxLoad)(MaxLoad)

그림 성장곡선[ 86] Weibull (Max load data)

- 87 -

제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론9999

본 연구는 자동차현가장치인 고무부싱 의 신뢰성향상을 위한 기(Rubber bushing)

술개발과제이다 에나 인더스트리는 수출전문기업으로서 주요 경쟁사에 비해 고성

능 고내구성의 제품을 짧은 기간 내에 개발할 수 있는 능력을 갖추어야 해외 시장

에서 경쟁력을 가질 수 있다

본 연구개발에서는 수요기업에서 요구하는 GMUTS(General Motors Uniform

의 사양에 따른 시험을 실행하여 내구성을 목표 사이클 이상으Test Specification)

로 개선하고 정특성과 동특성 비틀림 토크를 개선항목으로 선정하여 제품의 품질

및 신뢰성 향상을 진행하였다

수요기업의 요구 수준에 의하면 내구성은 와 Tension Compress Alternating

가 동시에 일 때 일 때Torsion Stress Maximum Load 20000 Cycle Normal Load

을 요구한다 본 프로젝트의 경우 해외의 부품메이커들에 대한 경쟁150000 Cycle

력 우위를 확보하기 위하여 기본 요구 수준을 넘어 향상된 제품신뢰성을5~10

확보를 목표로 하였다 내구성 정특성 및 동특성에 대한 시험은 직접 행하였고 비

틀림토크에 대한 부분은 추가적인 시험장치가 필요하여 수요기업의 실험실에 샘플

을 제출하여 요구수준을 검증받았다

본 연구개발의 성과를 요약하면 다음과 같다

우선 기술적 효과로는

설계기술의 확보(1)

재료배합설계 형상설계 공정설계에 대한 기술을 확보하여 내구성을 비롯한 품

질특성을 향상시킬 수 있었다 종래에는 설계 개발 생산프로세스에서 경험적 방법

에 의존하여 시행착오가 많았으나 본 연구를 통하여 과학적이고 체계적인 방법으

로 접근할 수 있는 기술이 확보되었다

설계 요소의 기술적 배치를 위한 실험계획법의 활용기술 확보(2)

- 88 -

종전에는 고무 배합설계 형상설계 공정설계에 대하여 설계요인 별 수 (Facter)

준 을 무작위로 추출하여 실험하였으나 본 실험계획의 과정을 따르면 요인들(Level)

이 계획적으로 반영되어 품질특성에 각각 어느 정도의 영향을 미치는지 분석이 가

능하게 된다 또한 다구찌에 의한 강건 설계의 생성으로 산포를 줄일 수 있다

잠재적 고장원인 분석방법 기술 확보(3)

제품기능에 대한 잠재적 고장모드의 예측과 시험항목을 판단하고 최종적으로는 설

계검증 과 공정검증 의 세부항목과 효과적(Design verification) (Process verification)

으로 연계가 가능하다

신뢰성 데이터분석기술 확보(4)

부품의 개발과정에서 몇 개의 표본에 대한 고장시간 데이터가 있을 때 Weibull

분포를 활용한 신뢰성 성장분석이 가능하게 되었다 개발프로그램이 운영되는 동안

신뢰성 수준의 변화를 추적할 수 있어 목표하는 신뢰성 수준을 달성하기 위하여 충

분한 비율로 성장하고 있는지의 여부를 가능한 빠른 시간 내에 판단할 수 있고 그

에 따라 필요한 자원을 적절히 배분할 수 있다 따라서 개발책임자는 시험데이터로

부터 현재 시스템의 신뢰성 수준 성장률의 평가 앞으로 기대되는 달성 가능한 수

준에 대한 결정이 가능하다

경제적 측면의 효과로는

제품에 대한 내구성 및 동특성 정특성에 대하여 요구사양 이상으로 특성관리(1)

를 행할 수 있어 해외 부품메이커들에 대한 경쟁력 우위로 수출력을 향상할 수 있

게 되었다

개발기간을 단축할 수 있게 되어 개발비의 절감을 가져올 수 있게 되었다(2)

재료배합 형상설계 및 공정설계에 대한 기술개발의 표준 정립으로 개발 기간의 단

축이 가능하게 되었다

본 과제 결과를 활용하여 다른 방진제품에 대한 신뢰성 관리로 수출(3)

- 89 -

시장을 개척하여 신규거래처를 확보할 예정이다 신뢰성 데이터의 관리가 이루어져

제품수명에 대한 설득력 있는 자료의 제시가 가능하게 되었다

향후 연구계획으로는

고무부싱부품의 특성상 내구성만의 개선이 최선이 아니고 정특성과 동특성을 일

정수준으로 동시에 고려하여야 한다 따라서 이 부분에 대한 동시적인 실험설계가

시스템화 되도록 추가적인 연구가 요구된다

- 90 -

참고문헌참고문헌참고문헌참고문헌[ ][ ][ ][ ]

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- 96 -

주 의

이 보고서는 산업자원부에서 시행한 부품소재종합기술지원사업의 최1

종보고서이다

이 신뢰성기반기술확산사업 내용을 대외적으로 발표할 때에는 반드시2

산업자원부에서 시행한 부품소재신뢰성기반기술 사업의 지원결과임을

밝혀야 한다

- 97 -

이 보고서는 산업자원부에서 시행한

부품소재 신뢰성기반기술확산사업의 최종보고서이다

- 60 -

그림 롤 코팅 공정[ 68] (Roll coating)

- 61 -

제 장 최적수준 결정을 위한 파라미터 설계제 장 최적수준 결정을 위한 파라미터 설계제 장 최적수준 결정을 위한 파라미터 설계제 장 최적수준 결정을 위한 파라미터 설계7777

제 절 실험계획법에 의한 유의인자 결정제 절 실험계획법에 의한 유의인자 결정제 절 실험계획법에 의한 유의인자 결정제 절 실험계획법에 의한 유의인자 결정1111

재료설계 형상설계 및 공정설계에 대한 최적조건의 결정은 부품의 품질 특성에

대한 사양 을 만족시켜야 할 뿐 아니라 생산부품 간 품질의 산포를(Specification)

최대한 줄여야 한다 의 최적설계를 위해 다구찌 기법 을 적 DA-2 (Taguchi method)

용하였다

다구찌의 강건설계 는 인자 가 품질 특성의 평균에 대해(Robust design) (Factor)

가지는 효과뿐만 아니라 분산에 미치는 효과에 대해서도 초점을 맞추고 있다 분산

을 줄일 수 있는 통제 가능한 인자에 대한 조건을 설정하여 품질특성이 통제 불가

능한 인자의 변화에 대해서는 둔감하도록 할 수 있다 강건설계의 주목적은 품질특

성의 목표값을 유지하면서 분산을 줄이는 인자에 대해 설치값 을 발견하는 (Setting)

데 있다

다구찌 설계에 의한 실험계획법은 특히 확장된 역할로서 다음의 몇 가지를 들 수

있다

ㆍㆍㆍㆍ종래에는 제어 불가능한 환경조건이나 제어하기 어려운 생산조건 공정조건

등의 원인 이를 잡음인자로 통칭 들이 데이터에 주는 영향의 정도를 평가하기 어려( )

웠으나 객관적으로 그리고 계량적으로 이를 평가할 수 있는 방법을 제시하고 있

다 또한 품질 산포의 크기를 계량특성치 손실함수 비 등 로 변환하여 산포를 ( SN )

작게 하는 인자들의 조건을 찾아가는 강건설계를 사용한다

ㆍㆍㆍㆍ직교배열표를 광범위하게 사용하여 인자의 수가 많은 경우에도 크게 실험횟

수를 증가시키지 않고 실험하는 일부 실시법을 사용한다

ㆍㆍㆍㆍ생산라인 내 뿐만 아니라 신제품 개발을 위한 품질설계 파라미터(On-line)

설계 허용오차 설계 등의 라인 외 품질관리를 위하여 유용하게 사용할 (Off-line)

수 있다

ㆍㆍㆍㆍ다구찌 방법에서 추가적으로 다룰 수 있는 주요한 것들로는 직교배열

- 62 -

표의 확대사용 수준계의 표준 직교배열표 이외에 확대 응용 혼합 직교배열표(2 3

의 사용과 조합법의 사용 계량치 데이터의 파라미터 설계 허용차 설계 그리고)

계수치 데이터의 파라미터 설계 동적 특성의 파라미터 설계 등을 들 수 있다

파라미터 설계 는 제품설계와 공정설계에서 유용하게 사용되는(Parameter design)

다구찌 실험계획법의 핵심이다 파라미터는 제품성능의 특성치에 영향을 주는 제어

가능한 인자 를 의미하며 파라미터 설계는 이들 인자들의 최적(Controllable factor)

수준을 정하여 주는 것을 말한다 파라미터를 설계변수 라고도 부 (Design variable)

르며 파라미터 설계에서는 제품의 품질변동이 잡음에 둔감하면서 목표품질을 가질

수 있도록 설계변수들의 최적조건을 구하여 준다 최적조건을 찾을 때 설계변수와

잡음을 주는 인자들을 포함시켜 실험하는 직교배열표 등을 주로 사용한다 이때 목

표 품질을 만족시키는 범위 내에서 가능한 한 비용이 적게 드는 조건이나 부품 등

을 이용한다

만약 신뢰성에 영향을 주는 제어 가능한 인자 에 대한 파라미터설계 A B C D

를 한다고 하자 는 수준 는 수준의 혼합수준 에 대한 설계 A B 4 C D 2 (Mixed level)

분석을 하려고 한다면 각 요인 변동의 계산을 표 과 같은 [ 71] L16(215형 직교배)

열표 를 사용하면 된다(Orthogonal Design)

에 대한 파라미터 설계조건으로는 내구성이 가장 좋은 최적의 설계 및 공정DA-2

조건을 구하여야 하므로 반응변수가 큰 값일수록 좋은 망대특성(Larger-the-better

에 대한 조건을 구하고 부품의 정특성 및 동특성에 대한 분석은 적characteristics)

정한 상호관계를 고려하여 별도의 실험을 행한다

- 63 -

표 다구찌 설계의 예[ 71]

- 64 -

제 절 시험데이터의 해석제 절 시험데이터의 해석제 절 시험데이터의 해석제 절 시험데이터의 해석2222

실험조건실험조건실험조건실험조건1111

제품의 신뢰성향상을 위해 지금까지 재료배합의 개선 형상개선 및 공정개선에

대한 각각의 과정을 설명하였으며 본 장에서는 관련된 여러 인자들을 동시에 고려

하여 최상의 품질특성을 나타낼 수 있는 최적인자수준의 결정에 대하여 설명하려고

한다 이는 인자들 간의 상호 작용이 상승 또는 보완작용을 할 수도 있고 반대로

서로 상극임을 나타낼 수 도 있기 때문이다

일반적으로 고무부싱의 개발에 적용되는 인자 는 다음과 같다(Factor)

ㆍㆍㆍㆍ경도 는 수요기업에서 제시하는 사양 에 따라 적정수(Hardness) (Specification)

준의 경도 도 도 도 도 를 적용하였으며 경험적으로 경도의 산포는(43 45 48 50 ) plusmn

정도이다2

ㆍㆍㆍㆍ각 부분의 모양이나 각도에 따라 고무 량에 영향을 미치게 되는 형상설계에

관해서는 내부 파이프 구배각도를(Inner pipe) 15deg~25deg로 하고 외부파이프 (Outer

의 접착부분을 로 하였으며 외경의 크기는pipe) 13mm~15mm

27mm~ 로 유지하였다278mm

ㆍㆍㆍㆍ공정설계는 가류시간을 로 하였다 가류 온도는240sec~600sec 150deg~180

로 하고 주변 온도에 영향을 받으므로 금형 표면온도는 항상 확인하였다 접착제

도포가 내구성에 영향을 주므로 접착제 두께는 으로 하고 접15micron~40micron

착제 배합조건은 로 하였다120cc~128cc

다구찌 설계에 의한 최적수준을 결정하기 위해 다른 인자는 고정시키고 경도 가

류시간 스웨징 인자에 대하여 표 와 같이 실험수준을 정하였다 [ 72]

- 65 -

표 실험인자 별 수준[ 72]

분석결과의 해석분석결과의 해석분석결과의 해석분석결과의 해석2222

실험결과의 해석은 다음과 같다

을 통해 표 의 실험조건을 입력하여 다구찌 설계를 생성한 결과MMITAB [ 72]

표 과 같은 실험조합을 얻었다 표 는 실험조합 별 시험결과 값이다[ 73] [ 74]

에서의 내구성에 대한 다구찌 설계해석의 결과는 표 의 신호 대Nominal load [ 75]

잡음비 비 평균 표준편차에 대한 반응표에 잘 나타나(SN Signal to noise ratio)

있다 그림 그림 은 비 평균 표준편차에 대한 반응 값을 도식한 [ 71]~[ 73] SN

것이다

표 의 신호 대 잡음비의 반응표를 보면 경도는 스웨징이나 가류시간에 비해[ 75]

반응변수 내구성 에 큰 영향을 미치고 있음을 보여준다 평균에 대한 반응표에서도( )

경도는 다른 인자들에 비해 반응변수의 평균에 크게 영향을 미치고 있음을 알 수

있다 표준편차 역시 경도의 수준 변화에 따라 차이가 가장 많음을 보여주고 있다

- 66 -

표 에 의한 다구찌 설계생성[ 73] MINITAB

- 67 -

표 실험조합 별 시험결과 데이터[ 74]

- 68 -

표 비 평균 표준편차에 대한 반응표[ 75] SN

신호 대 잡음 비에 대한 반응 표신호 대 잡음 비에 대한 반응 표신호 대 잡음 비에 대한 반응 표신호 대 잡음 비에 대한 반응 표

망대특성망대특성망대특성망대특성

평균에 대한 반응 표평균에 대한 반응 표평균에 대한 반응 표평균에 대한 반응 표

표준 편차에 대한 반응 표표준 편차에 대한 반응 표표준 편차에 대한 반응 표표준 편차에 대한 반응 표

- 69 -

그림 신호 대 잡음 비의 주효과도[ 71]

그림 인자수준별 평균의 주효과도[ 72]

그림 인자수준별 표준편차의 주효과도[ 73]

- 70 -

표 와 그림 에서 에서의 내구성 예측값을 가장 크게 하[ 75] [ 72] Nominal Load

는 것은 요인 수준의 조합이 일 때이다 품질 향상을 위해서는 정특성 동(4 2 2)

특성 값도 동시에 고려하여야 하므로 조합 조합 조합(4 2 2) (4 3 2) (4 1 2)

에 대한 예측 값을 함께 구하였다

표 은 에서의 내구성 예측값을 표 은 에[ 76] Nominal Load [ 77] Maximum Load

서의 내구성 예측값 표 은 정특성 예측값 표 는 에서의 동특성 예 [ 78] [ 79] 15Hz

측값 그리고 표 은 에서의 동특성 예측값을 보여주고 있다 [ 710] 150Hz Nominal

에서의 내구성 예측값은 조합 조합 조합에서 각Load (4 2 2) (4 3 2) (4 1 2)

각 목표값인 을 상회한 과170000 Cycle 178023 Cycle 174272 Cycle 175830

로서 조합일 때 더 높게 나타났다Cycle (4 2 2)

동배율은 예측 평균값을 기준으로 할 때 동배율은 조합에서는 에 (4 2 2) 15Hz

서 에서 이고 조합에서의110(1187691079) 150Hz 113(1215561079) (432)

동배율은 에서 에서15Hz 106(112856 106938) 150Hz 108(115769106938)

이며 조합에서의 동배율은 에서 에서 (412) 15Hz 108(118194 1094) 150Hz

이었다109(1195691094)

모델의 경우 수요기업에서 동배율 값이 적은 값을 요구하기 때문에DA-2 (kdks)

동배율을 고려하면 의 조합이 더 좋은 품질을 나타낸다고 할 수 있다(4 1 2)

- 71 -

표 에서의 내구성 예측값[ 76] Nominal Load

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 2 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 3 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 1 2

예측 값

신호 대

- 72 -

표 에서의 내구성 예측값[ 77] Maximum Load

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 2 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 3 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 1 2

신호 대

- 73 -

표 정특성 예측값[ 78]

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 2 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 3 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 1 2

신호 대

- 74 -

표 동특성 예측값[ 79] (15Hz)

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 2 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 3 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 1 2

신호 대

- 75 -

표 동특성 예측값[ 710] (150Hz)

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 2 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 3 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 1 2

신호 대

- 76 -

제 장 부품의 신뢰성성장관리제 장 부품의 신뢰성성장관리제 장 부품의 신뢰성성장관리제 장 부품의 신뢰성성장관리8888

제 절 신뢰성성장관리제 절 신뢰성성장관리제 절 신뢰성성장관리제 절 신뢰성성장관리1111

복잡하고 기술적인 제품의 개발 프로그램을 운영하는 데 있어서는 고객이 요구

하는 신뢰성 수준을 만족시키기 위하여 상당한 규모의 시간 예산 기술인력 등의

자원을 필요로 한다 고객들의 신뢰성 요구수준은 매우 높으므로 이러한 목표를 달

성하기 위하여 시험 개선 시험 개선의 개발과정을 반드시 거친다 이 과정에서 시- - -

스템 서브시스템 또는 모듈을 고장 날 때까지 시험하고 고장모드를 결정해서 이를

제거하기 위한 시도를 하거나 적어도 고장발생을 줄일 수 있는 시도를 하여 설계나

엔지니어링 개선을 이룬다 만약 이러한 과정이 계속되고 설계나 엔지니어링 변경

이 충분히 이루지면 시스템의 신뢰성은 증가한다 개발프로그램이 운영되는 동안

신뢰성 수준의 변화를 추적할 수 있다면 개발책임자로서는 여러 가지 이점이 있다

즉 목표하는 신뢰성 수준을 달성하기 위하여 충분한 비율로 성장하고 있는지의 여

부를 가능한 빠른 시간 내에 판단할 수 있고 그에 따라 필요한 자원을 적절히 배

분할 수 있다 따라서 개발책임자는 시험데이터로부터 현재 시스템의 신뢰성 수준

성장률의 평가 앞으로 기대되는 달성 가능한 수준을 결정하기를 원한다

신뢰성 성장관리 기술은 제품을 개발하는 데(Reliability growth management)

소요되는 많은 시간과 비용 및 엔지니어링 노력을 절감하면서 개념선택 제품과 공

정의 신뢰성 그리고 비용효율을 달성할 수 있도록 유용한 정보를 제공해 준다 군

사장비 자동차 및 전자 중장비개발 등에 적용된 최근의 신뢰성 성장시험 관리기술

은 각 분야의 경쟁적인 사업 환경 아래에서 제품개발을 효율적으로 조직하여 신뢰

성평가를 시작하고 신뢰성 성장과정을 추적할 수 있도록 해준다 신뢰성성장관리기

술은 제품 및 공정설계 관련사항 및 검증시험 항목들에 대하여 사용 환경에 따른

신뢰성 성장 진행과정을 확인하고 그 결과로부터 성장시험곡선을 개발할 수 있게

한다 또한 설계단계 사이의 여러 가지 관련성을 확인하여 관찰하고 그 정보를 다

른 제품보증분석들과 연결하여 고객 요구사항에 대한 제품의

- 77 -

적합도를 적절히 평가하는 데 도움을 준다

신뢰성성장모델은 가 개발한Crow(1975) AMSAA(Army Materiel Systems

모델이 많이 활용되었으나 이는 시스템 또는 서브시스템에서의Analysis Activity)

성장관리에 유용하고 부품수준에서는 모델을 활용하는 것이 더욱 실용적이 Weibull

다 모델은 목표 Weibull B10 수명에 대하여 초기 시작품 으로부터(Early Prototype)

후기 시작품 까지의 신뢰성 개선을 관리하는데 실용적으로 활용할(Later Prototype)

수 있다

신뢰성 성장시험 프로세스신뢰성 성장시험 프로세스신뢰성 성장시험 프로세스신뢰성 성장시험 프로세스1111

신뢰성 성장은 개발시스템에 대하여 여러 시험단계가 시리즈로 이루어지는 동안

고장모드를 발견하고 이를 개선하는 과정을 거쳐 이TAAF(Test Analyze And Fix)

루어진다 또한 기능시험 환경시험 안전시험의 결과는 신뢰성 향상을 위한 FMEA

등과 연계하여 사용된다 분석결과는 설계변경에 반영되고 최종목표가 달성될 때까

지 개선과 시험이 연속적으로 이루어진다 그림 은 일반적인 신뢰성 성장시험 [ 81]

프로세스를 보여준다 프로그램의 시작시점에 신뢰성 성장에 대한 계획을 수립하여

고객의 기대사항을 만족시킬 수 있는 성능수준에 대한 구체적인 측정치를 제시하

고 이 목적을 달성시킬 수 있는 시험조건을 정한다 시험조건은 특정한 부품이나

시스템에 대하여 고객의 사용방법과 환경에 대한 지식을 기초로 하여야 한다

개발프로젝트가 진행되는 동안 신뢰성 성장시험 프로그램이 개발되고 실행되는

과정에서 설계 및 공정의 관심사항을 확인하기 위해 QFD(Quality function

와 같은 제품보증을 위한 분석방법들이 선행되어 실시되는데 신뢰성deployment)

성장관리와 연계하여 이를 통틀어 통합 신뢰성 성장관리(Integrated reliability

라고 한다 신뢰성 성장관리를 포함한 제품설계평가의 모든growth management)

과정은 제품 공정의 신뢰성 향상에 있어 중요한 역할을 하는 제품보증기능의 한부

분이다

- 78 -

통합 신뢰성 성장시험관리 프로세스는 설계뿐 아니라 공정신뢰성(MIL-HDBK-781)

과 관련된 문제에 대응할 수 있도록 신뢰성 성장시험의 이점을 전적으로 활용할 수

있는 수단을 제공한다

신뢰성 성장관리과정을 개발함으로써 신뢰성 수준은 계속적으로 추적될 수 있고

조치를 취하고 다른 분석결과들과 비교되어 초기 신뢰성 예측을 수립하고 제품설

계에 포함된 확신을 증가시킨 후 검증시험에 들어갈 수 있도록 한다 이러한 신뢰

성 성장관리 프로세스는 제품개발 사이클에 있어서 초기 단계 동안에 신뢰성을 확

립하는 데 도움을 줄 수 있는 장치이다

그림 신뢰성성장시험 프로세스[ 81]

제품개발과정에 적용되는 신뢰성 성장시험관리 프로세스는 다음과 같다

신뢰성 성장시험조건을 결정하고 시험 사이클을 개발한다 ①

신뢰성 성장시험곡선의 사용을 통하여 시험과정을 실행하고 추적한다②

시험결과를 평가하고 다른 선행된 분석연구결과들과 비교한다③

확인된 결함을 제거하기 위해 설계변경을 실시한다④

- 79 -

설계검증시험을 준비한다⑤

신뢰성 성장시험의 주된 목적은 설계상의 약점을 확인하고 제거함으로써 설계의

신뢰성을 증가시키는 것이다 정확하게 신뢰성 수준이 변화되는 진행상황을 추적하

기 위해서는 요구사항에 대한 불합치성 을 확인하고 불합치성이(Nonconformance)

일어난 시간을 모두 추적하여야 한다 시험을 시작하기 전에 적절한 시정조치를 용

이하게 하기 위해 사전계획이 수립되어야 하며 고장분포를 결정하기 전에 각각의

고장부품에 대한 고장원인을 분리할 수 있어야 한다

부품의 개발과정에서 몇 개의 표본에 대한 고장시간 데이터가 있을 때 Weibull

분포를 활용한 신뢰성 성장분석에 대하여 설명하면 다음과 같다

가 분석의 개요가 분석의 개요가 분석의 개요가 분석의 개요

밀도함수는 그림 와 같이 특성 수명과 기울기로 고장시간Weibull [ 82] (Cycle

을 설명한다 작은 표본에 대한 고장시간 데이터가 주어졌을 때 분석Km) Weibull

을 사용하여 세 가지의 정보를 얻을 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ특정 시간이 주어졌을 때 등 부품의 신뢰도는 그 시간까지 살아 있(Cycle Km )

을 백분율이다

ㆍㆍㆍㆍ 또는 다른( 수명을 추정할 수 있다) 수명은 부품들 중 가 고장10

날 것이라고 기대되는 시간이다 즉 이 시간에서의 신뢰도는 이다 90

ㆍㆍㆍㆍ 기울기의 값은 고장률 패턴에 대한 정보를 제공해준다 기울기가Weibull 10

이라면 고장률이 일정하다는 것을 의미한다 이 경우 고장은 일반적으로 우연히

일어나며 고장률은 설계의 강건 정도에 따라 달라진다 기울기가 보다 작다면 1

고장률은 감소하고 있음을 의미한다

- 80 -

즉 높은 초기 고장률 을 말한다 기울기가 보다 크면 고장률은 증 (Infant mortality) 1

가하고 이는 마모 되고 있음을 의미한다(Wear-out)

그림 에 의한 부품의 신뢰성성장분석[ 82] Weibull 수명 비교

가장 많이 활용되는 측도는 수명이며 이것은 요구되는 목표 신뢰도가 임 90

을 의미한다 첫 번째 프로토타입이 고장 난다면 신뢰성 목표 달성을 위해 설계 변

경을 행하고 다음 프로토타입을 시험한다 이 과정은 목표 수명이 달성될 때까

지 반복한다

나 의이점나 의이점나 의이점나 의이점WeibullWeibullWeibullWeibull

부품의 개발과정에서 작은 표본에 대한 고장시간 자료가 주어졌을 때 Weibull

분석을 활용하여 신뢰성성장관리를 행하면 다음의 정보를 얻을 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ신뢰성 개선은 목표 수명이 달성될 때까지 하나의 프로토타입에

- 81 -

서 다음 프로토타입까지 추적할 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ신뢰성 개선은 시험한 프로토타입에 대해 타점으로 표현되고 빠르Weibull

게 방향을 파악하여 신뢰성 진전과정에 대한 양적 측면의 관리능력 향상을 그

래프로 확인할 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ컴포넌트를 고장 날 때까지 시험하는 것은 고장모드에 대한 아주 귀중한 정

보를 제공하고 따라서 시정조치 활동이 필요하다

ㆍㆍㆍㆍ많은 표본이 더 좋은 신뢰도를 얻을 수 있지만 분석은 많은 표본을Weibull

필요로 하지 않는다

ㆍㆍㆍㆍ고객의 운영 사용 사이클과 시험 모수의 관계가 알려져 있다면 더 빠르고( )

더 적은 비용으로 가속시험을 할 수도 있다

다 기본가정및제한다 기본가정및제한다 기본가정및제한다 기본가정및제한

ㆍㆍㆍㆍ각 분석에서 오직 하나의 고장모드만 포함되어야 한다 두 개나 그 이상의

고장 모드가 검출된다면 각각에 대해 분리하여 분석해야 한다

ㆍㆍㆍㆍ신뢰도는 시험 제한 한계 로 인해 년 마일까지 확장하여 외삽하면 안( ) 10 150K

된다 왜냐하면 시험 제한 한계 로 인해 다른 고장모드가 발생할 것인지 알 수 ( )

없기 때문이다

ㆍㆍㆍㆍ하나의 프로토타입에서 다음 프로토타입까지 기울기가 변하는 데는 특별히

주의를 하여야 한다 왜냐하면 초기 후기 수명에서 더 높은 신뢰도와 후기 초 ( ) (

기 수명에서 더 낮은 신뢰도의 할 수 도 있기 때문이다) trade-off

라 적용시기라 적용시기라 적용시기라 적용시기

ㆍㆍㆍㆍ수명의 비교는 엔지니어링 사양 이 특정한(Specification) 을 요구할 경

우 사용된다

ㆍㆍㆍㆍ이러한 접근방법은 고장시간 등 에 대하여 동일한 부품의(Cycle Km )

- 82 -

다른 시점에서의 프로토타입을 비교할 때 사용한다

ㆍㆍㆍㆍ신뢰성 목표가 달성될 때까지 계속한다

마 입력자료마 입력자료마 입력자료마 입력자료

ㆍㆍㆍㆍ프로토타입 의 몇 개 표본의 고장시간 등1 (Cycle Km )

ㆍㆍㆍㆍ프로토타입 의 몇 개 표본의 고장시간 등2 (Cycle Km )

⦙

ㆍㆍㆍㆍ마지막 프로토타입의 몇 개 표본의 고장시간 등(Cycle Km )

분석프로세스는 그림 과 같다[ 83]

프로세스프로세스프로세스프로세스 일반적 단계일반적 단계일반적 단계일반적 단계

Ⅰ 요구

또는 수명 결정

프로그램 신뢰성 목표 사용

고객의 운영 사용 프로파일 사용( )

시험 프로그램 적정시간 사용

Ⅱ 시험 프로그램 자료정보

확인과 데이터 수집초기 부품의 프로토타입

후기 부품의 프로토타입

Ⅲ 다른 프로토타입에 대한

누적고장 시간 또는 vs

거리 계산 및 타점

분석이 가능한 사용Weibull SW

가능한 가속수명시험 사용

Ⅳ 프로젝트 검토 시

현재 신뢰성 수준신뢰성 목표 적합성 결정

초기 경고 관련 정보 제공

개선을 위한 계획 정보 제공

그림 프로세스별 단계[ 83]

- 83 -

제 절 신뢰성성장 데이터분석제 절 신뢰성성장 데이터분석제 절 신뢰성성장 데이터분석제 절 신뢰성성장 데이터분석2222

초기 프로토타입 으로 부터 개의 표본을 정상하중 으(Prototype1) 6 (Nominal load)

로 고장 날 때까지 시험하고 고장모드를 기록하였다 여러 개선작업을 거친 후 후

기 프로토타입 으로부터 개의 표본을 고장 날 때까지 시험하고 고장모(Prototype2) 6

드를 기록하였다 시험 데이터는 표 에 주어져 있다 [ 81]

에 고장데이터를 입력하고 각 프로토타입 단계별로 용지에 결과MINITAB Weibull

를 타점한 결과 그림 와 같은 성장곡선이 생성되었다 [ 84] Weibull

정상하중 에서 의 평균수명 추정치는 이(Nominal load) Prototype1 127366Cycle

고 의 평균수명 추정치는 로서 의 개선을 이루었 Prototype2 176882 Cycle 389

음을 알 수 있었다 수명은 은 이었으나Prototype1 112668 Cycle Prototype2

의 수명은 로서 상당한 개선이 이루어졌음을 볼 수 있다168620 Cycle 수

명에 대한 신뢰하한은 로 추정되었다 따라서 정상부하에 의한95 162926 Cycle

시험데이터분석 결과 개선활동 재료배합개선 형상설계개선 공정개선 에 의하여 ( )

내구성 목표가 달성되었음을 알 수 있다

그림 는 에서의 신뢰구간을 보여주고 있다[ 85] Nominal load 90

최대하중 에서는 표 의 데이터 입력결과 그림 의 그래프를(Max load) [ 82] [ 86]

생성하였다 그래프로 부터 추정된 의 Prototype1 수명은 이고16362Cycle

의Prototype2 수명은 이다21850 Cycle 수명에 대한 신뢰하한추정치95

는 으로부터 로 계산된다MINITAB 20983 Cycle

의 수명과 의 수명이 다른 것은 개선 활동의 결과이Prototype1 Prototype2

- 84 -

며 에서 개선목표가 달성되었음을 알 수 있다 Prototype2

표 하중 고장시간[ 81] Nominal (Cycle)

Weibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth Curve

(Nominal Load)(Nominal Load)(Nominal Load)(Nominal Load)

그림 성장곡선[ 84] Weibull (Nominal load data)

- 85 -

Weibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth Curve

(Nominal Load-90 Cl)(Nominal Load-90 Cl)(Nominal Load-90 Cl)(Nominal Load-90 Cl)

그림 신뢰구간[ 85] Nominal Load90

- 86 -

표 하중 고장시간[ 82] Max (Cycle)

Weibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth Curve

(MaxLoad)(MaxLoad)(MaxLoad)(MaxLoad)

그림 성장곡선[ 86] Weibull (Max load data)

- 87 -

제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론9999

본 연구는 자동차현가장치인 고무부싱 의 신뢰성향상을 위한 기(Rubber bushing)

술개발과제이다 에나 인더스트리는 수출전문기업으로서 주요 경쟁사에 비해 고성

능 고내구성의 제품을 짧은 기간 내에 개발할 수 있는 능력을 갖추어야 해외 시장

에서 경쟁력을 가질 수 있다

본 연구개발에서는 수요기업에서 요구하는 GMUTS(General Motors Uniform

의 사양에 따른 시험을 실행하여 내구성을 목표 사이클 이상으Test Specification)

로 개선하고 정특성과 동특성 비틀림 토크를 개선항목으로 선정하여 제품의 품질

및 신뢰성 향상을 진행하였다

수요기업의 요구 수준에 의하면 내구성은 와 Tension Compress Alternating

가 동시에 일 때 일 때Torsion Stress Maximum Load 20000 Cycle Normal Load

을 요구한다 본 프로젝트의 경우 해외의 부품메이커들에 대한 경쟁150000 Cycle

력 우위를 확보하기 위하여 기본 요구 수준을 넘어 향상된 제품신뢰성을5~10

확보를 목표로 하였다 내구성 정특성 및 동특성에 대한 시험은 직접 행하였고 비

틀림토크에 대한 부분은 추가적인 시험장치가 필요하여 수요기업의 실험실에 샘플

을 제출하여 요구수준을 검증받았다

본 연구개발의 성과를 요약하면 다음과 같다

우선 기술적 효과로는

설계기술의 확보(1)

재료배합설계 형상설계 공정설계에 대한 기술을 확보하여 내구성을 비롯한 품

질특성을 향상시킬 수 있었다 종래에는 설계 개발 생산프로세스에서 경험적 방법

에 의존하여 시행착오가 많았으나 본 연구를 통하여 과학적이고 체계적인 방법으

로 접근할 수 있는 기술이 확보되었다

설계 요소의 기술적 배치를 위한 실험계획법의 활용기술 확보(2)

- 88 -

종전에는 고무 배합설계 형상설계 공정설계에 대하여 설계요인 별 수 (Facter)

준 을 무작위로 추출하여 실험하였으나 본 실험계획의 과정을 따르면 요인들(Level)

이 계획적으로 반영되어 품질특성에 각각 어느 정도의 영향을 미치는지 분석이 가

능하게 된다 또한 다구찌에 의한 강건 설계의 생성으로 산포를 줄일 수 있다

잠재적 고장원인 분석방법 기술 확보(3)

제품기능에 대한 잠재적 고장모드의 예측과 시험항목을 판단하고 최종적으로는 설

계검증 과 공정검증 의 세부항목과 효과적(Design verification) (Process verification)

으로 연계가 가능하다

신뢰성 데이터분석기술 확보(4)

부품의 개발과정에서 몇 개의 표본에 대한 고장시간 데이터가 있을 때 Weibull

분포를 활용한 신뢰성 성장분석이 가능하게 되었다 개발프로그램이 운영되는 동안

신뢰성 수준의 변화를 추적할 수 있어 목표하는 신뢰성 수준을 달성하기 위하여 충

분한 비율로 성장하고 있는지의 여부를 가능한 빠른 시간 내에 판단할 수 있고 그

에 따라 필요한 자원을 적절히 배분할 수 있다 따라서 개발책임자는 시험데이터로

부터 현재 시스템의 신뢰성 수준 성장률의 평가 앞으로 기대되는 달성 가능한 수

준에 대한 결정이 가능하다

경제적 측면의 효과로는

제품에 대한 내구성 및 동특성 정특성에 대하여 요구사양 이상으로 특성관리(1)

를 행할 수 있어 해외 부품메이커들에 대한 경쟁력 우위로 수출력을 향상할 수 있

게 되었다

개발기간을 단축할 수 있게 되어 개발비의 절감을 가져올 수 있게 되었다(2)

재료배합 형상설계 및 공정설계에 대한 기술개발의 표준 정립으로 개발 기간의 단

축이 가능하게 되었다

본 과제 결과를 활용하여 다른 방진제품에 대한 신뢰성 관리로 수출(3)

- 89 -

시장을 개척하여 신규거래처를 확보할 예정이다 신뢰성 데이터의 관리가 이루어져

제품수명에 대한 설득력 있는 자료의 제시가 가능하게 되었다

향후 연구계획으로는

고무부싱부품의 특성상 내구성만의 개선이 최선이 아니고 정특성과 동특성을 일

정수준으로 동시에 고려하여야 한다 따라서 이 부분에 대한 동시적인 실험설계가

시스템화 되도록 추가적인 연구가 요구된다

- 90 -

참고문헌참고문헌참고문헌참고문헌[ ][ ][ ][ ]

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Journal of Fatigue Vol27 2005

[8] McLean R A and Anderson V I Extreme Vertices Design of Mixture

Experiments Technometrics Vol8 No3 1966

- 96 -

주 의

이 보고서는 산업자원부에서 시행한 부품소재종합기술지원사업의 최1

종보고서이다

이 신뢰성기반기술확산사업 내용을 대외적으로 발표할 때에는 반드시2

산업자원부에서 시행한 부품소재신뢰성기반기술 사업의 지원결과임을

밝혀야 한다

- 97 -

이 보고서는 산업자원부에서 시행한

부품소재 신뢰성기반기술확산사업의 최종보고서이다

- 61 -

제 장 최적수준 결정을 위한 파라미터 설계제 장 최적수준 결정을 위한 파라미터 설계제 장 최적수준 결정을 위한 파라미터 설계제 장 최적수준 결정을 위한 파라미터 설계7777

제 절 실험계획법에 의한 유의인자 결정제 절 실험계획법에 의한 유의인자 결정제 절 실험계획법에 의한 유의인자 결정제 절 실험계획법에 의한 유의인자 결정1111

재료설계 형상설계 및 공정설계에 대한 최적조건의 결정은 부품의 품질 특성에

대한 사양 을 만족시켜야 할 뿐 아니라 생산부품 간 품질의 산포를(Specification)

최대한 줄여야 한다 의 최적설계를 위해 다구찌 기법 을 적 DA-2 (Taguchi method)

용하였다

다구찌의 강건설계 는 인자 가 품질 특성의 평균에 대해(Robust design) (Factor)

가지는 효과뿐만 아니라 분산에 미치는 효과에 대해서도 초점을 맞추고 있다 분산

을 줄일 수 있는 통제 가능한 인자에 대한 조건을 설정하여 품질특성이 통제 불가

능한 인자의 변화에 대해서는 둔감하도록 할 수 있다 강건설계의 주목적은 품질특

성의 목표값을 유지하면서 분산을 줄이는 인자에 대해 설치값 을 발견하는 (Setting)

데 있다

다구찌 설계에 의한 실험계획법은 특히 확장된 역할로서 다음의 몇 가지를 들 수

있다

ㆍㆍㆍㆍ종래에는 제어 불가능한 환경조건이나 제어하기 어려운 생산조건 공정조건

등의 원인 이를 잡음인자로 통칭 들이 데이터에 주는 영향의 정도를 평가하기 어려( )

웠으나 객관적으로 그리고 계량적으로 이를 평가할 수 있는 방법을 제시하고 있

다 또한 품질 산포의 크기를 계량특성치 손실함수 비 등 로 변환하여 산포를 ( SN )

작게 하는 인자들의 조건을 찾아가는 강건설계를 사용한다

ㆍㆍㆍㆍ직교배열표를 광범위하게 사용하여 인자의 수가 많은 경우에도 크게 실험횟

수를 증가시키지 않고 실험하는 일부 실시법을 사용한다

ㆍㆍㆍㆍ생산라인 내 뿐만 아니라 신제품 개발을 위한 품질설계 파라미터(On-line)

설계 허용오차 설계 등의 라인 외 품질관리를 위하여 유용하게 사용할 (Off-line)

수 있다

ㆍㆍㆍㆍ다구찌 방법에서 추가적으로 다룰 수 있는 주요한 것들로는 직교배열

- 62 -

표의 확대사용 수준계의 표준 직교배열표 이외에 확대 응용 혼합 직교배열표(2 3

의 사용과 조합법의 사용 계량치 데이터의 파라미터 설계 허용차 설계 그리고)

계수치 데이터의 파라미터 설계 동적 특성의 파라미터 설계 등을 들 수 있다

파라미터 설계 는 제품설계와 공정설계에서 유용하게 사용되는(Parameter design)

다구찌 실험계획법의 핵심이다 파라미터는 제품성능의 특성치에 영향을 주는 제어

가능한 인자 를 의미하며 파라미터 설계는 이들 인자들의 최적(Controllable factor)

수준을 정하여 주는 것을 말한다 파라미터를 설계변수 라고도 부 (Design variable)

르며 파라미터 설계에서는 제품의 품질변동이 잡음에 둔감하면서 목표품질을 가질

수 있도록 설계변수들의 최적조건을 구하여 준다 최적조건을 찾을 때 설계변수와

잡음을 주는 인자들을 포함시켜 실험하는 직교배열표 등을 주로 사용한다 이때 목

표 품질을 만족시키는 범위 내에서 가능한 한 비용이 적게 드는 조건이나 부품 등

을 이용한다

만약 신뢰성에 영향을 주는 제어 가능한 인자 에 대한 파라미터설계 A B C D

를 한다고 하자 는 수준 는 수준의 혼합수준 에 대한 설계 A B 4 C D 2 (Mixed level)

분석을 하려고 한다면 각 요인 변동의 계산을 표 과 같은 [ 71] L16(215형 직교배)

열표 를 사용하면 된다(Orthogonal Design)

에 대한 파라미터 설계조건으로는 내구성이 가장 좋은 최적의 설계 및 공정DA-2

조건을 구하여야 하므로 반응변수가 큰 값일수록 좋은 망대특성(Larger-the-better

에 대한 조건을 구하고 부품의 정특성 및 동특성에 대한 분석은 적characteristics)

정한 상호관계를 고려하여 별도의 실험을 행한다

- 63 -

표 다구찌 설계의 예[ 71]

- 64 -

제 절 시험데이터의 해석제 절 시험데이터의 해석제 절 시험데이터의 해석제 절 시험데이터의 해석2222

실험조건실험조건실험조건실험조건1111

제품의 신뢰성향상을 위해 지금까지 재료배합의 개선 형상개선 및 공정개선에

대한 각각의 과정을 설명하였으며 본 장에서는 관련된 여러 인자들을 동시에 고려

하여 최상의 품질특성을 나타낼 수 있는 최적인자수준의 결정에 대하여 설명하려고

한다 이는 인자들 간의 상호 작용이 상승 또는 보완작용을 할 수도 있고 반대로

서로 상극임을 나타낼 수 도 있기 때문이다

일반적으로 고무부싱의 개발에 적용되는 인자 는 다음과 같다(Factor)

ㆍㆍㆍㆍ경도 는 수요기업에서 제시하는 사양 에 따라 적정수(Hardness) (Specification)

준의 경도 도 도 도 도 를 적용하였으며 경험적으로 경도의 산포는(43 45 48 50 ) plusmn

정도이다2

ㆍㆍㆍㆍ각 부분의 모양이나 각도에 따라 고무 량에 영향을 미치게 되는 형상설계에

관해서는 내부 파이프 구배각도를(Inner pipe) 15deg~25deg로 하고 외부파이프 (Outer

의 접착부분을 로 하였으며 외경의 크기는pipe) 13mm~15mm

27mm~ 로 유지하였다278mm

ㆍㆍㆍㆍ공정설계는 가류시간을 로 하였다 가류 온도는240sec~600sec 150deg~180

로 하고 주변 온도에 영향을 받으므로 금형 표면온도는 항상 확인하였다 접착제

도포가 내구성에 영향을 주므로 접착제 두께는 으로 하고 접15micron~40micron

착제 배합조건은 로 하였다120cc~128cc

다구찌 설계에 의한 최적수준을 결정하기 위해 다른 인자는 고정시키고 경도 가

류시간 스웨징 인자에 대하여 표 와 같이 실험수준을 정하였다 [ 72]

- 65 -

표 실험인자 별 수준[ 72]

분석결과의 해석분석결과의 해석분석결과의 해석분석결과의 해석2222

실험결과의 해석은 다음과 같다

을 통해 표 의 실험조건을 입력하여 다구찌 설계를 생성한 결과MMITAB [ 72]

표 과 같은 실험조합을 얻었다 표 는 실험조합 별 시험결과 값이다[ 73] [ 74]

에서의 내구성에 대한 다구찌 설계해석의 결과는 표 의 신호 대Nominal load [ 75]

잡음비 비 평균 표준편차에 대한 반응표에 잘 나타나(SN Signal to noise ratio)

있다 그림 그림 은 비 평균 표준편차에 대한 반응 값을 도식한 [ 71]~[ 73] SN

것이다

표 의 신호 대 잡음비의 반응표를 보면 경도는 스웨징이나 가류시간에 비해[ 75]

반응변수 내구성 에 큰 영향을 미치고 있음을 보여준다 평균에 대한 반응표에서도( )

경도는 다른 인자들에 비해 반응변수의 평균에 크게 영향을 미치고 있음을 알 수

있다 표준편차 역시 경도의 수준 변화에 따라 차이가 가장 많음을 보여주고 있다

- 66 -

표 에 의한 다구찌 설계생성[ 73] MINITAB

- 67 -

표 실험조합 별 시험결과 데이터[ 74]

- 68 -

표 비 평균 표준편차에 대한 반응표[ 75] SN

신호 대 잡음 비에 대한 반응 표신호 대 잡음 비에 대한 반응 표신호 대 잡음 비에 대한 반응 표신호 대 잡음 비에 대한 반응 표

망대특성망대특성망대특성망대특성

평균에 대한 반응 표평균에 대한 반응 표평균에 대한 반응 표평균에 대한 반응 표

표준 편차에 대한 반응 표표준 편차에 대한 반응 표표준 편차에 대한 반응 표표준 편차에 대한 반응 표

- 69 -

그림 신호 대 잡음 비의 주효과도[ 71]

그림 인자수준별 평균의 주효과도[ 72]

그림 인자수준별 표준편차의 주효과도[ 73]

- 70 -

표 와 그림 에서 에서의 내구성 예측값을 가장 크게 하[ 75] [ 72] Nominal Load

는 것은 요인 수준의 조합이 일 때이다 품질 향상을 위해서는 정특성 동(4 2 2)

특성 값도 동시에 고려하여야 하므로 조합 조합 조합(4 2 2) (4 3 2) (4 1 2)

에 대한 예측 값을 함께 구하였다

표 은 에서의 내구성 예측값을 표 은 에[ 76] Nominal Load [ 77] Maximum Load

서의 내구성 예측값 표 은 정특성 예측값 표 는 에서의 동특성 예 [ 78] [ 79] 15Hz

측값 그리고 표 은 에서의 동특성 예측값을 보여주고 있다 [ 710] 150Hz Nominal

에서의 내구성 예측값은 조합 조합 조합에서 각Load (4 2 2) (4 3 2) (4 1 2)

각 목표값인 을 상회한 과170000 Cycle 178023 Cycle 174272 Cycle 175830

로서 조합일 때 더 높게 나타났다Cycle (4 2 2)

동배율은 예측 평균값을 기준으로 할 때 동배율은 조합에서는 에 (4 2 2) 15Hz

서 에서 이고 조합에서의110(1187691079) 150Hz 113(1215561079) (432)

동배율은 에서 에서15Hz 106(112856 106938) 150Hz 108(115769106938)

이며 조합에서의 동배율은 에서 에서 (412) 15Hz 108(118194 1094) 150Hz

이었다109(1195691094)

모델의 경우 수요기업에서 동배율 값이 적은 값을 요구하기 때문에DA-2 (kdks)

동배율을 고려하면 의 조합이 더 좋은 품질을 나타낸다고 할 수 있다(4 1 2)

- 71 -

표 에서의 내구성 예측값[ 76] Nominal Load

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 2 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 3 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 1 2

예측 값

신호 대

- 72 -

표 에서의 내구성 예측값[ 77] Maximum Load

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 2 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 3 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 1 2

신호 대

- 73 -

표 정특성 예측값[ 78]

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 2 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 3 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 1 2

신호 대

- 74 -

표 동특성 예측값[ 79] (15Hz)

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 2 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 3 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 1 2

신호 대

- 75 -

표 동특성 예측값[ 710] (150Hz)

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 2 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 3 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 1 2

신호 대

- 76 -

제 장 부품의 신뢰성성장관리제 장 부품의 신뢰성성장관리제 장 부품의 신뢰성성장관리제 장 부품의 신뢰성성장관리8888

제 절 신뢰성성장관리제 절 신뢰성성장관리제 절 신뢰성성장관리제 절 신뢰성성장관리1111

복잡하고 기술적인 제품의 개발 프로그램을 운영하는 데 있어서는 고객이 요구

하는 신뢰성 수준을 만족시키기 위하여 상당한 규모의 시간 예산 기술인력 등의

자원을 필요로 한다 고객들의 신뢰성 요구수준은 매우 높으므로 이러한 목표를 달

성하기 위하여 시험 개선 시험 개선의 개발과정을 반드시 거친다 이 과정에서 시- - -

스템 서브시스템 또는 모듈을 고장 날 때까지 시험하고 고장모드를 결정해서 이를

제거하기 위한 시도를 하거나 적어도 고장발생을 줄일 수 있는 시도를 하여 설계나

엔지니어링 개선을 이룬다 만약 이러한 과정이 계속되고 설계나 엔지니어링 변경

이 충분히 이루지면 시스템의 신뢰성은 증가한다 개발프로그램이 운영되는 동안

신뢰성 수준의 변화를 추적할 수 있다면 개발책임자로서는 여러 가지 이점이 있다

즉 목표하는 신뢰성 수준을 달성하기 위하여 충분한 비율로 성장하고 있는지의 여

부를 가능한 빠른 시간 내에 판단할 수 있고 그에 따라 필요한 자원을 적절히 배

분할 수 있다 따라서 개발책임자는 시험데이터로부터 현재 시스템의 신뢰성 수준

성장률의 평가 앞으로 기대되는 달성 가능한 수준을 결정하기를 원한다

신뢰성 성장관리 기술은 제품을 개발하는 데(Reliability growth management)

소요되는 많은 시간과 비용 및 엔지니어링 노력을 절감하면서 개념선택 제품과 공

정의 신뢰성 그리고 비용효율을 달성할 수 있도록 유용한 정보를 제공해 준다 군

사장비 자동차 및 전자 중장비개발 등에 적용된 최근의 신뢰성 성장시험 관리기술

은 각 분야의 경쟁적인 사업 환경 아래에서 제품개발을 효율적으로 조직하여 신뢰

성평가를 시작하고 신뢰성 성장과정을 추적할 수 있도록 해준다 신뢰성성장관리기

술은 제품 및 공정설계 관련사항 및 검증시험 항목들에 대하여 사용 환경에 따른

신뢰성 성장 진행과정을 확인하고 그 결과로부터 성장시험곡선을 개발할 수 있게

한다 또한 설계단계 사이의 여러 가지 관련성을 확인하여 관찰하고 그 정보를 다

른 제품보증분석들과 연결하여 고객 요구사항에 대한 제품의

- 77 -

적합도를 적절히 평가하는 데 도움을 준다

신뢰성성장모델은 가 개발한Crow(1975) AMSAA(Army Materiel Systems

모델이 많이 활용되었으나 이는 시스템 또는 서브시스템에서의Analysis Activity)

성장관리에 유용하고 부품수준에서는 모델을 활용하는 것이 더욱 실용적이 Weibull

다 모델은 목표 Weibull B10 수명에 대하여 초기 시작품 으로부터(Early Prototype)

후기 시작품 까지의 신뢰성 개선을 관리하는데 실용적으로 활용할(Later Prototype)

수 있다

신뢰성 성장시험 프로세스신뢰성 성장시험 프로세스신뢰성 성장시험 프로세스신뢰성 성장시험 프로세스1111

신뢰성 성장은 개발시스템에 대하여 여러 시험단계가 시리즈로 이루어지는 동안

고장모드를 발견하고 이를 개선하는 과정을 거쳐 이TAAF(Test Analyze And Fix)

루어진다 또한 기능시험 환경시험 안전시험의 결과는 신뢰성 향상을 위한 FMEA

등과 연계하여 사용된다 분석결과는 설계변경에 반영되고 최종목표가 달성될 때까

지 개선과 시험이 연속적으로 이루어진다 그림 은 일반적인 신뢰성 성장시험 [ 81]

프로세스를 보여준다 프로그램의 시작시점에 신뢰성 성장에 대한 계획을 수립하여

고객의 기대사항을 만족시킬 수 있는 성능수준에 대한 구체적인 측정치를 제시하

고 이 목적을 달성시킬 수 있는 시험조건을 정한다 시험조건은 특정한 부품이나

시스템에 대하여 고객의 사용방법과 환경에 대한 지식을 기초로 하여야 한다

개발프로젝트가 진행되는 동안 신뢰성 성장시험 프로그램이 개발되고 실행되는

과정에서 설계 및 공정의 관심사항을 확인하기 위해 QFD(Quality function

와 같은 제품보증을 위한 분석방법들이 선행되어 실시되는데 신뢰성deployment)

성장관리와 연계하여 이를 통틀어 통합 신뢰성 성장관리(Integrated reliability

라고 한다 신뢰성 성장관리를 포함한 제품설계평가의 모든growth management)

과정은 제품 공정의 신뢰성 향상에 있어 중요한 역할을 하는 제품보증기능의 한부

분이다

- 78 -

통합 신뢰성 성장시험관리 프로세스는 설계뿐 아니라 공정신뢰성(MIL-HDBK-781)

과 관련된 문제에 대응할 수 있도록 신뢰성 성장시험의 이점을 전적으로 활용할 수

있는 수단을 제공한다

신뢰성 성장관리과정을 개발함으로써 신뢰성 수준은 계속적으로 추적될 수 있고

조치를 취하고 다른 분석결과들과 비교되어 초기 신뢰성 예측을 수립하고 제품설

계에 포함된 확신을 증가시킨 후 검증시험에 들어갈 수 있도록 한다 이러한 신뢰

성 성장관리 프로세스는 제품개발 사이클에 있어서 초기 단계 동안에 신뢰성을 확

립하는 데 도움을 줄 수 있는 장치이다

그림 신뢰성성장시험 프로세스[ 81]

제품개발과정에 적용되는 신뢰성 성장시험관리 프로세스는 다음과 같다

신뢰성 성장시험조건을 결정하고 시험 사이클을 개발한다 ①

신뢰성 성장시험곡선의 사용을 통하여 시험과정을 실행하고 추적한다②

시험결과를 평가하고 다른 선행된 분석연구결과들과 비교한다③

확인된 결함을 제거하기 위해 설계변경을 실시한다④

- 79 -

설계검증시험을 준비한다⑤

신뢰성 성장시험의 주된 목적은 설계상의 약점을 확인하고 제거함으로써 설계의

신뢰성을 증가시키는 것이다 정확하게 신뢰성 수준이 변화되는 진행상황을 추적하

기 위해서는 요구사항에 대한 불합치성 을 확인하고 불합치성이(Nonconformance)

일어난 시간을 모두 추적하여야 한다 시험을 시작하기 전에 적절한 시정조치를 용

이하게 하기 위해 사전계획이 수립되어야 하며 고장분포를 결정하기 전에 각각의

고장부품에 대한 고장원인을 분리할 수 있어야 한다

부품의 개발과정에서 몇 개의 표본에 대한 고장시간 데이터가 있을 때 Weibull

분포를 활용한 신뢰성 성장분석에 대하여 설명하면 다음과 같다

가 분석의 개요가 분석의 개요가 분석의 개요가 분석의 개요

밀도함수는 그림 와 같이 특성 수명과 기울기로 고장시간Weibull [ 82] (Cycle

을 설명한다 작은 표본에 대한 고장시간 데이터가 주어졌을 때 분석Km) Weibull

을 사용하여 세 가지의 정보를 얻을 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ특정 시간이 주어졌을 때 등 부품의 신뢰도는 그 시간까지 살아 있(Cycle Km )

을 백분율이다

ㆍㆍㆍㆍ 또는 다른( 수명을 추정할 수 있다) 수명은 부품들 중 가 고장10

날 것이라고 기대되는 시간이다 즉 이 시간에서의 신뢰도는 이다 90

ㆍㆍㆍㆍ 기울기의 값은 고장률 패턴에 대한 정보를 제공해준다 기울기가Weibull 10

이라면 고장률이 일정하다는 것을 의미한다 이 경우 고장은 일반적으로 우연히

일어나며 고장률은 설계의 강건 정도에 따라 달라진다 기울기가 보다 작다면 1

고장률은 감소하고 있음을 의미한다

- 80 -

즉 높은 초기 고장률 을 말한다 기울기가 보다 크면 고장률은 증 (Infant mortality) 1

가하고 이는 마모 되고 있음을 의미한다(Wear-out)

그림 에 의한 부품의 신뢰성성장분석[ 82] Weibull 수명 비교

가장 많이 활용되는 측도는 수명이며 이것은 요구되는 목표 신뢰도가 임 90

을 의미한다 첫 번째 프로토타입이 고장 난다면 신뢰성 목표 달성을 위해 설계 변

경을 행하고 다음 프로토타입을 시험한다 이 과정은 목표 수명이 달성될 때까

지 반복한다

나 의이점나 의이점나 의이점나 의이점WeibullWeibullWeibullWeibull

부품의 개발과정에서 작은 표본에 대한 고장시간 자료가 주어졌을 때 Weibull

분석을 활용하여 신뢰성성장관리를 행하면 다음의 정보를 얻을 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ신뢰성 개선은 목표 수명이 달성될 때까지 하나의 프로토타입에

- 81 -

서 다음 프로토타입까지 추적할 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ신뢰성 개선은 시험한 프로토타입에 대해 타점으로 표현되고 빠르Weibull

게 방향을 파악하여 신뢰성 진전과정에 대한 양적 측면의 관리능력 향상을 그

래프로 확인할 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ컴포넌트를 고장 날 때까지 시험하는 것은 고장모드에 대한 아주 귀중한 정

보를 제공하고 따라서 시정조치 활동이 필요하다

ㆍㆍㆍㆍ많은 표본이 더 좋은 신뢰도를 얻을 수 있지만 분석은 많은 표본을Weibull

필요로 하지 않는다

ㆍㆍㆍㆍ고객의 운영 사용 사이클과 시험 모수의 관계가 알려져 있다면 더 빠르고( )

더 적은 비용으로 가속시험을 할 수도 있다

다 기본가정및제한다 기본가정및제한다 기본가정및제한다 기본가정및제한

ㆍㆍㆍㆍ각 분석에서 오직 하나의 고장모드만 포함되어야 한다 두 개나 그 이상의

고장 모드가 검출된다면 각각에 대해 분리하여 분석해야 한다

ㆍㆍㆍㆍ신뢰도는 시험 제한 한계 로 인해 년 마일까지 확장하여 외삽하면 안( ) 10 150K

된다 왜냐하면 시험 제한 한계 로 인해 다른 고장모드가 발생할 것인지 알 수 ( )

없기 때문이다

ㆍㆍㆍㆍ하나의 프로토타입에서 다음 프로토타입까지 기울기가 변하는 데는 특별히

주의를 하여야 한다 왜냐하면 초기 후기 수명에서 더 높은 신뢰도와 후기 초 ( ) (

기 수명에서 더 낮은 신뢰도의 할 수 도 있기 때문이다) trade-off

라 적용시기라 적용시기라 적용시기라 적용시기

ㆍㆍㆍㆍ수명의 비교는 엔지니어링 사양 이 특정한(Specification) 을 요구할 경

우 사용된다

ㆍㆍㆍㆍ이러한 접근방법은 고장시간 등 에 대하여 동일한 부품의(Cycle Km )

- 82 -

다른 시점에서의 프로토타입을 비교할 때 사용한다

ㆍㆍㆍㆍ신뢰성 목표가 달성될 때까지 계속한다

마 입력자료마 입력자료마 입력자료마 입력자료

ㆍㆍㆍㆍ프로토타입 의 몇 개 표본의 고장시간 등1 (Cycle Km )

ㆍㆍㆍㆍ프로토타입 의 몇 개 표본의 고장시간 등2 (Cycle Km )

⦙

ㆍㆍㆍㆍ마지막 프로토타입의 몇 개 표본의 고장시간 등(Cycle Km )

분석프로세스는 그림 과 같다[ 83]

프로세스프로세스프로세스프로세스 일반적 단계일반적 단계일반적 단계일반적 단계

Ⅰ 요구

또는 수명 결정

프로그램 신뢰성 목표 사용

고객의 운영 사용 프로파일 사용( )

시험 프로그램 적정시간 사용

Ⅱ 시험 프로그램 자료정보

확인과 데이터 수집초기 부품의 프로토타입

후기 부품의 프로토타입

Ⅲ 다른 프로토타입에 대한

누적고장 시간 또는 vs

거리 계산 및 타점

분석이 가능한 사용Weibull SW

가능한 가속수명시험 사용

Ⅳ 프로젝트 검토 시

현재 신뢰성 수준신뢰성 목표 적합성 결정

초기 경고 관련 정보 제공

개선을 위한 계획 정보 제공

그림 프로세스별 단계[ 83]

- 83 -

제 절 신뢰성성장 데이터분석제 절 신뢰성성장 데이터분석제 절 신뢰성성장 데이터분석제 절 신뢰성성장 데이터분석2222

초기 프로토타입 으로 부터 개의 표본을 정상하중 으(Prototype1) 6 (Nominal load)

로 고장 날 때까지 시험하고 고장모드를 기록하였다 여러 개선작업을 거친 후 후

기 프로토타입 으로부터 개의 표본을 고장 날 때까지 시험하고 고장모(Prototype2) 6

드를 기록하였다 시험 데이터는 표 에 주어져 있다 [ 81]

에 고장데이터를 입력하고 각 프로토타입 단계별로 용지에 결과MINITAB Weibull

를 타점한 결과 그림 와 같은 성장곡선이 생성되었다 [ 84] Weibull

정상하중 에서 의 평균수명 추정치는 이(Nominal load) Prototype1 127366Cycle

고 의 평균수명 추정치는 로서 의 개선을 이루었 Prototype2 176882 Cycle 389

음을 알 수 있었다 수명은 은 이었으나Prototype1 112668 Cycle Prototype2

의 수명은 로서 상당한 개선이 이루어졌음을 볼 수 있다168620 Cycle 수

명에 대한 신뢰하한은 로 추정되었다 따라서 정상부하에 의한95 162926 Cycle

시험데이터분석 결과 개선활동 재료배합개선 형상설계개선 공정개선 에 의하여 ( )

내구성 목표가 달성되었음을 알 수 있다

그림 는 에서의 신뢰구간을 보여주고 있다[ 85] Nominal load 90

최대하중 에서는 표 의 데이터 입력결과 그림 의 그래프를(Max load) [ 82] [ 86]

생성하였다 그래프로 부터 추정된 의 Prototype1 수명은 이고16362Cycle

의Prototype2 수명은 이다21850 Cycle 수명에 대한 신뢰하한추정치95

는 으로부터 로 계산된다MINITAB 20983 Cycle

의 수명과 의 수명이 다른 것은 개선 활동의 결과이Prototype1 Prototype2

- 84 -

며 에서 개선목표가 달성되었음을 알 수 있다 Prototype2

표 하중 고장시간[ 81] Nominal (Cycle)

Weibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth Curve

(Nominal Load)(Nominal Load)(Nominal Load)(Nominal Load)

그림 성장곡선[ 84] Weibull (Nominal load data)

- 85 -

Weibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth Curve

(Nominal Load-90 Cl)(Nominal Load-90 Cl)(Nominal Load-90 Cl)(Nominal Load-90 Cl)

그림 신뢰구간[ 85] Nominal Load90

- 86 -

표 하중 고장시간[ 82] Max (Cycle)

Weibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth Curve

(MaxLoad)(MaxLoad)(MaxLoad)(MaxLoad)

그림 성장곡선[ 86] Weibull (Max load data)

- 87 -

제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론9999

본 연구는 자동차현가장치인 고무부싱 의 신뢰성향상을 위한 기(Rubber bushing)

술개발과제이다 에나 인더스트리는 수출전문기업으로서 주요 경쟁사에 비해 고성

능 고내구성의 제품을 짧은 기간 내에 개발할 수 있는 능력을 갖추어야 해외 시장

에서 경쟁력을 가질 수 있다

본 연구개발에서는 수요기업에서 요구하는 GMUTS(General Motors Uniform

의 사양에 따른 시험을 실행하여 내구성을 목표 사이클 이상으Test Specification)

로 개선하고 정특성과 동특성 비틀림 토크를 개선항목으로 선정하여 제품의 품질

및 신뢰성 향상을 진행하였다

수요기업의 요구 수준에 의하면 내구성은 와 Tension Compress Alternating

가 동시에 일 때 일 때Torsion Stress Maximum Load 20000 Cycle Normal Load

을 요구한다 본 프로젝트의 경우 해외의 부품메이커들에 대한 경쟁150000 Cycle

력 우위를 확보하기 위하여 기본 요구 수준을 넘어 향상된 제품신뢰성을5~10

확보를 목표로 하였다 내구성 정특성 및 동특성에 대한 시험은 직접 행하였고 비

틀림토크에 대한 부분은 추가적인 시험장치가 필요하여 수요기업의 실험실에 샘플

을 제출하여 요구수준을 검증받았다

본 연구개발의 성과를 요약하면 다음과 같다

우선 기술적 효과로는

설계기술의 확보(1)

재료배합설계 형상설계 공정설계에 대한 기술을 확보하여 내구성을 비롯한 품

질특성을 향상시킬 수 있었다 종래에는 설계 개발 생산프로세스에서 경험적 방법

에 의존하여 시행착오가 많았으나 본 연구를 통하여 과학적이고 체계적인 방법으

로 접근할 수 있는 기술이 확보되었다

설계 요소의 기술적 배치를 위한 실험계획법의 활용기술 확보(2)

- 88 -

종전에는 고무 배합설계 형상설계 공정설계에 대하여 설계요인 별 수 (Facter)

준 을 무작위로 추출하여 실험하였으나 본 실험계획의 과정을 따르면 요인들(Level)

이 계획적으로 반영되어 품질특성에 각각 어느 정도의 영향을 미치는지 분석이 가

능하게 된다 또한 다구찌에 의한 강건 설계의 생성으로 산포를 줄일 수 있다

잠재적 고장원인 분석방법 기술 확보(3)

제품기능에 대한 잠재적 고장모드의 예측과 시험항목을 판단하고 최종적으로는 설

계검증 과 공정검증 의 세부항목과 효과적(Design verification) (Process verification)

으로 연계가 가능하다

신뢰성 데이터분석기술 확보(4)

부품의 개발과정에서 몇 개의 표본에 대한 고장시간 데이터가 있을 때 Weibull

분포를 활용한 신뢰성 성장분석이 가능하게 되었다 개발프로그램이 운영되는 동안

신뢰성 수준의 변화를 추적할 수 있어 목표하는 신뢰성 수준을 달성하기 위하여 충

분한 비율로 성장하고 있는지의 여부를 가능한 빠른 시간 내에 판단할 수 있고 그

에 따라 필요한 자원을 적절히 배분할 수 있다 따라서 개발책임자는 시험데이터로

부터 현재 시스템의 신뢰성 수준 성장률의 평가 앞으로 기대되는 달성 가능한 수

준에 대한 결정이 가능하다

경제적 측면의 효과로는

제품에 대한 내구성 및 동특성 정특성에 대하여 요구사양 이상으로 특성관리(1)

를 행할 수 있어 해외 부품메이커들에 대한 경쟁력 우위로 수출력을 향상할 수 있

게 되었다

개발기간을 단축할 수 있게 되어 개발비의 절감을 가져올 수 있게 되었다(2)

재료배합 형상설계 및 공정설계에 대한 기술개발의 표준 정립으로 개발 기간의 단

축이 가능하게 되었다

본 과제 결과를 활용하여 다른 방진제품에 대한 신뢰성 관리로 수출(3)

- 89 -

시장을 개척하여 신규거래처를 확보할 예정이다 신뢰성 데이터의 관리가 이루어져

제품수명에 대한 설득력 있는 자료의 제시가 가능하게 되었다

향후 연구계획으로는

고무부싱부품의 특성상 내구성만의 개선이 최선이 아니고 정특성과 동특성을 일

정수준으로 동시에 고려하여야 한다 따라서 이 부분에 대한 동시적인 실험설계가

시스템화 되도록 추가적인 연구가 요구된다

- 90 -

참고문헌참고문헌참고문헌참고문헌[ ][ ][ ][ ]

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- 96 -

주 의

이 보고서는 산업자원부에서 시행한 부품소재종합기술지원사업의 최1

종보고서이다

이 신뢰성기반기술확산사업 내용을 대외적으로 발표할 때에는 반드시2

산업자원부에서 시행한 부품소재신뢰성기반기술 사업의 지원결과임을

밝혀야 한다

- 97 -

이 보고서는 산업자원부에서 시행한

부품소재 신뢰성기반기술확산사업의 최종보고서이다

- 62 -

표의 확대사용 수준계의 표준 직교배열표 이외에 확대 응용 혼합 직교배열표(2 3

의 사용과 조합법의 사용 계량치 데이터의 파라미터 설계 허용차 설계 그리고)

계수치 데이터의 파라미터 설계 동적 특성의 파라미터 설계 등을 들 수 있다

파라미터 설계 는 제품설계와 공정설계에서 유용하게 사용되는(Parameter design)

다구찌 실험계획법의 핵심이다 파라미터는 제품성능의 특성치에 영향을 주는 제어

가능한 인자 를 의미하며 파라미터 설계는 이들 인자들의 최적(Controllable factor)

수준을 정하여 주는 것을 말한다 파라미터를 설계변수 라고도 부 (Design variable)

르며 파라미터 설계에서는 제품의 품질변동이 잡음에 둔감하면서 목표품질을 가질

수 있도록 설계변수들의 최적조건을 구하여 준다 최적조건을 찾을 때 설계변수와

잡음을 주는 인자들을 포함시켜 실험하는 직교배열표 등을 주로 사용한다 이때 목

표 품질을 만족시키는 범위 내에서 가능한 한 비용이 적게 드는 조건이나 부품 등

을 이용한다

만약 신뢰성에 영향을 주는 제어 가능한 인자 에 대한 파라미터설계 A B C D

를 한다고 하자 는 수준 는 수준의 혼합수준 에 대한 설계 A B 4 C D 2 (Mixed level)

분석을 하려고 한다면 각 요인 변동의 계산을 표 과 같은 [ 71] L16(215형 직교배)

열표 를 사용하면 된다(Orthogonal Design)

에 대한 파라미터 설계조건으로는 내구성이 가장 좋은 최적의 설계 및 공정DA-2

조건을 구하여야 하므로 반응변수가 큰 값일수록 좋은 망대특성(Larger-the-better

에 대한 조건을 구하고 부품의 정특성 및 동특성에 대한 분석은 적characteristics)

정한 상호관계를 고려하여 별도의 실험을 행한다

- 63 -

표 다구찌 설계의 예[ 71]

- 64 -

제 절 시험데이터의 해석제 절 시험데이터의 해석제 절 시험데이터의 해석제 절 시험데이터의 해석2222

실험조건실험조건실험조건실험조건1111

제품의 신뢰성향상을 위해 지금까지 재료배합의 개선 형상개선 및 공정개선에

대한 각각의 과정을 설명하였으며 본 장에서는 관련된 여러 인자들을 동시에 고려

하여 최상의 품질특성을 나타낼 수 있는 최적인자수준의 결정에 대하여 설명하려고

한다 이는 인자들 간의 상호 작용이 상승 또는 보완작용을 할 수도 있고 반대로

서로 상극임을 나타낼 수 도 있기 때문이다

일반적으로 고무부싱의 개발에 적용되는 인자 는 다음과 같다(Factor)

ㆍㆍㆍㆍ경도 는 수요기업에서 제시하는 사양 에 따라 적정수(Hardness) (Specification)

준의 경도 도 도 도 도 를 적용하였으며 경험적으로 경도의 산포는(43 45 48 50 ) plusmn

정도이다2

ㆍㆍㆍㆍ각 부분의 모양이나 각도에 따라 고무 량에 영향을 미치게 되는 형상설계에

관해서는 내부 파이프 구배각도를(Inner pipe) 15deg~25deg로 하고 외부파이프 (Outer

의 접착부분을 로 하였으며 외경의 크기는pipe) 13mm~15mm

27mm~ 로 유지하였다278mm

ㆍㆍㆍㆍ공정설계는 가류시간을 로 하였다 가류 온도는240sec~600sec 150deg~180

로 하고 주변 온도에 영향을 받으므로 금형 표면온도는 항상 확인하였다 접착제

도포가 내구성에 영향을 주므로 접착제 두께는 으로 하고 접15micron~40micron

착제 배합조건은 로 하였다120cc~128cc

다구찌 설계에 의한 최적수준을 결정하기 위해 다른 인자는 고정시키고 경도 가

류시간 스웨징 인자에 대하여 표 와 같이 실험수준을 정하였다 [ 72]

- 65 -

표 실험인자 별 수준[ 72]

분석결과의 해석분석결과의 해석분석결과의 해석분석결과의 해석2222

실험결과의 해석은 다음과 같다

을 통해 표 의 실험조건을 입력하여 다구찌 설계를 생성한 결과MMITAB [ 72]

표 과 같은 실험조합을 얻었다 표 는 실험조합 별 시험결과 값이다[ 73] [ 74]

에서의 내구성에 대한 다구찌 설계해석의 결과는 표 의 신호 대Nominal load [ 75]

잡음비 비 평균 표준편차에 대한 반응표에 잘 나타나(SN Signal to noise ratio)

있다 그림 그림 은 비 평균 표준편차에 대한 반응 값을 도식한 [ 71]~[ 73] SN

것이다

표 의 신호 대 잡음비의 반응표를 보면 경도는 스웨징이나 가류시간에 비해[ 75]

반응변수 내구성 에 큰 영향을 미치고 있음을 보여준다 평균에 대한 반응표에서도( )

경도는 다른 인자들에 비해 반응변수의 평균에 크게 영향을 미치고 있음을 알 수

있다 표준편차 역시 경도의 수준 변화에 따라 차이가 가장 많음을 보여주고 있다

- 66 -

표 에 의한 다구찌 설계생성[ 73] MINITAB

- 67 -

표 실험조합 별 시험결과 데이터[ 74]

- 68 -

표 비 평균 표준편차에 대한 반응표[ 75] SN

신호 대 잡음 비에 대한 반응 표신호 대 잡음 비에 대한 반응 표신호 대 잡음 비에 대한 반응 표신호 대 잡음 비에 대한 반응 표

망대특성망대특성망대특성망대특성

평균에 대한 반응 표평균에 대한 반응 표평균에 대한 반응 표평균에 대한 반응 표

표준 편차에 대한 반응 표표준 편차에 대한 반응 표표준 편차에 대한 반응 표표준 편차에 대한 반응 표

- 69 -

그림 신호 대 잡음 비의 주효과도[ 71]

그림 인자수준별 평균의 주효과도[ 72]

그림 인자수준별 표준편차의 주효과도[ 73]

- 70 -

표 와 그림 에서 에서의 내구성 예측값을 가장 크게 하[ 75] [ 72] Nominal Load

는 것은 요인 수준의 조합이 일 때이다 품질 향상을 위해서는 정특성 동(4 2 2)

특성 값도 동시에 고려하여야 하므로 조합 조합 조합(4 2 2) (4 3 2) (4 1 2)

에 대한 예측 값을 함께 구하였다

표 은 에서의 내구성 예측값을 표 은 에[ 76] Nominal Load [ 77] Maximum Load

서의 내구성 예측값 표 은 정특성 예측값 표 는 에서의 동특성 예 [ 78] [ 79] 15Hz

측값 그리고 표 은 에서의 동특성 예측값을 보여주고 있다 [ 710] 150Hz Nominal

에서의 내구성 예측값은 조합 조합 조합에서 각Load (4 2 2) (4 3 2) (4 1 2)

각 목표값인 을 상회한 과170000 Cycle 178023 Cycle 174272 Cycle 175830

로서 조합일 때 더 높게 나타났다Cycle (4 2 2)

동배율은 예측 평균값을 기준으로 할 때 동배율은 조합에서는 에 (4 2 2) 15Hz

서 에서 이고 조합에서의110(1187691079) 150Hz 113(1215561079) (432)

동배율은 에서 에서15Hz 106(112856 106938) 150Hz 108(115769106938)

이며 조합에서의 동배율은 에서 에서 (412) 15Hz 108(118194 1094) 150Hz

이었다109(1195691094)

모델의 경우 수요기업에서 동배율 값이 적은 값을 요구하기 때문에DA-2 (kdks)

동배율을 고려하면 의 조합이 더 좋은 품질을 나타낸다고 할 수 있다(4 1 2)

- 71 -

표 에서의 내구성 예측값[ 76] Nominal Load

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 2 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 3 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 1 2

예측 값

신호 대

- 72 -

표 에서의 내구성 예측값[ 77] Maximum Load

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 2 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 3 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 1 2

신호 대

- 73 -

표 정특성 예측값[ 78]

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 2 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 3 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 1 2

신호 대

- 74 -

표 동특성 예측값[ 79] (15Hz)

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 2 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 3 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 1 2

신호 대

- 75 -

표 동특성 예측값[ 710] (150Hz)

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 2 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 3 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 1 2

신호 대

- 76 -

제 장 부품의 신뢰성성장관리제 장 부품의 신뢰성성장관리제 장 부품의 신뢰성성장관리제 장 부품의 신뢰성성장관리8888

제 절 신뢰성성장관리제 절 신뢰성성장관리제 절 신뢰성성장관리제 절 신뢰성성장관리1111

복잡하고 기술적인 제품의 개발 프로그램을 운영하는 데 있어서는 고객이 요구

하는 신뢰성 수준을 만족시키기 위하여 상당한 규모의 시간 예산 기술인력 등의

자원을 필요로 한다 고객들의 신뢰성 요구수준은 매우 높으므로 이러한 목표를 달

성하기 위하여 시험 개선 시험 개선의 개발과정을 반드시 거친다 이 과정에서 시- - -

스템 서브시스템 또는 모듈을 고장 날 때까지 시험하고 고장모드를 결정해서 이를

제거하기 위한 시도를 하거나 적어도 고장발생을 줄일 수 있는 시도를 하여 설계나

엔지니어링 개선을 이룬다 만약 이러한 과정이 계속되고 설계나 엔지니어링 변경

이 충분히 이루지면 시스템의 신뢰성은 증가한다 개발프로그램이 운영되는 동안

신뢰성 수준의 변화를 추적할 수 있다면 개발책임자로서는 여러 가지 이점이 있다

즉 목표하는 신뢰성 수준을 달성하기 위하여 충분한 비율로 성장하고 있는지의 여

부를 가능한 빠른 시간 내에 판단할 수 있고 그에 따라 필요한 자원을 적절히 배

분할 수 있다 따라서 개발책임자는 시험데이터로부터 현재 시스템의 신뢰성 수준

성장률의 평가 앞으로 기대되는 달성 가능한 수준을 결정하기를 원한다

신뢰성 성장관리 기술은 제품을 개발하는 데(Reliability growth management)

소요되는 많은 시간과 비용 및 엔지니어링 노력을 절감하면서 개념선택 제품과 공

정의 신뢰성 그리고 비용효율을 달성할 수 있도록 유용한 정보를 제공해 준다 군

사장비 자동차 및 전자 중장비개발 등에 적용된 최근의 신뢰성 성장시험 관리기술

은 각 분야의 경쟁적인 사업 환경 아래에서 제품개발을 효율적으로 조직하여 신뢰

성평가를 시작하고 신뢰성 성장과정을 추적할 수 있도록 해준다 신뢰성성장관리기

술은 제품 및 공정설계 관련사항 및 검증시험 항목들에 대하여 사용 환경에 따른

신뢰성 성장 진행과정을 확인하고 그 결과로부터 성장시험곡선을 개발할 수 있게

한다 또한 설계단계 사이의 여러 가지 관련성을 확인하여 관찰하고 그 정보를 다

른 제품보증분석들과 연결하여 고객 요구사항에 대한 제품의

- 77 -

적합도를 적절히 평가하는 데 도움을 준다

신뢰성성장모델은 가 개발한Crow(1975) AMSAA(Army Materiel Systems

모델이 많이 활용되었으나 이는 시스템 또는 서브시스템에서의Analysis Activity)

성장관리에 유용하고 부품수준에서는 모델을 활용하는 것이 더욱 실용적이 Weibull

다 모델은 목표 Weibull B10 수명에 대하여 초기 시작품 으로부터(Early Prototype)

후기 시작품 까지의 신뢰성 개선을 관리하는데 실용적으로 활용할(Later Prototype)

수 있다

신뢰성 성장시험 프로세스신뢰성 성장시험 프로세스신뢰성 성장시험 프로세스신뢰성 성장시험 프로세스1111

신뢰성 성장은 개발시스템에 대하여 여러 시험단계가 시리즈로 이루어지는 동안

고장모드를 발견하고 이를 개선하는 과정을 거쳐 이TAAF(Test Analyze And Fix)

루어진다 또한 기능시험 환경시험 안전시험의 결과는 신뢰성 향상을 위한 FMEA

등과 연계하여 사용된다 분석결과는 설계변경에 반영되고 최종목표가 달성될 때까

지 개선과 시험이 연속적으로 이루어진다 그림 은 일반적인 신뢰성 성장시험 [ 81]

프로세스를 보여준다 프로그램의 시작시점에 신뢰성 성장에 대한 계획을 수립하여

고객의 기대사항을 만족시킬 수 있는 성능수준에 대한 구체적인 측정치를 제시하

고 이 목적을 달성시킬 수 있는 시험조건을 정한다 시험조건은 특정한 부품이나

시스템에 대하여 고객의 사용방법과 환경에 대한 지식을 기초로 하여야 한다

개발프로젝트가 진행되는 동안 신뢰성 성장시험 프로그램이 개발되고 실행되는

과정에서 설계 및 공정의 관심사항을 확인하기 위해 QFD(Quality function

와 같은 제품보증을 위한 분석방법들이 선행되어 실시되는데 신뢰성deployment)

성장관리와 연계하여 이를 통틀어 통합 신뢰성 성장관리(Integrated reliability

라고 한다 신뢰성 성장관리를 포함한 제품설계평가의 모든growth management)

과정은 제품 공정의 신뢰성 향상에 있어 중요한 역할을 하는 제품보증기능의 한부

분이다

- 78 -

통합 신뢰성 성장시험관리 프로세스는 설계뿐 아니라 공정신뢰성(MIL-HDBK-781)

과 관련된 문제에 대응할 수 있도록 신뢰성 성장시험의 이점을 전적으로 활용할 수

있는 수단을 제공한다

신뢰성 성장관리과정을 개발함으로써 신뢰성 수준은 계속적으로 추적될 수 있고

조치를 취하고 다른 분석결과들과 비교되어 초기 신뢰성 예측을 수립하고 제품설

계에 포함된 확신을 증가시킨 후 검증시험에 들어갈 수 있도록 한다 이러한 신뢰

성 성장관리 프로세스는 제품개발 사이클에 있어서 초기 단계 동안에 신뢰성을 확

립하는 데 도움을 줄 수 있는 장치이다

그림 신뢰성성장시험 프로세스[ 81]

제품개발과정에 적용되는 신뢰성 성장시험관리 프로세스는 다음과 같다

신뢰성 성장시험조건을 결정하고 시험 사이클을 개발한다 ①

신뢰성 성장시험곡선의 사용을 통하여 시험과정을 실행하고 추적한다②

시험결과를 평가하고 다른 선행된 분석연구결과들과 비교한다③

확인된 결함을 제거하기 위해 설계변경을 실시한다④

- 79 -

설계검증시험을 준비한다⑤

신뢰성 성장시험의 주된 목적은 설계상의 약점을 확인하고 제거함으로써 설계의

신뢰성을 증가시키는 것이다 정확하게 신뢰성 수준이 변화되는 진행상황을 추적하

기 위해서는 요구사항에 대한 불합치성 을 확인하고 불합치성이(Nonconformance)

일어난 시간을 모두 추적하여야 한다 시험을 시작하기 전에 적절한 시정조치를 용

이하게 하기 위해 사전계획이 수립되어야 하며 고장분포를 결정하기 전에 각각의

고장부품에 대한 고장원인을 분리할 수 있어야 한다

부품의 개발과정에서 몇 개의 표본에 대한 고장시간 데이터가 있을 때 Weibull

분포를 활용한 신뢰성 성장분석에 대하여 설명하면 다음과 같다

가 분석의 개요가 분석의 개요가 분석의 개요가 분석의 개요

밀도함수는 그림 와 같이 특성 수명과 기울기로 고장시간Weibull [ 82] (Cycle

을 설명한다 작은 표본에 대한 고장시간 데이터가 주어졌을 때 분석Km) Weibull

을 사용하여 세 가지의 정보를 얻을 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ특정 시간이 주어졌을 때 등 부품의 신뢰도는 그 시간까지 살아 있(Cycle Km )

을 백분율이다

ㆍㆍㆍㆍ 또는 다른( 수명을 추정할 수 있다) 수명은 부품들 중 가 고장10

날 것이라고 기대되는 시간이다 즉 이 시간에서의 신뢰도는 이다 90

ㆍㆍㆍㆍ 기울기의 값은 고장률 패턴에 대한 정보를 제공해준다 기울기가Weibull 10

이라면 고장률이 일정하다는 것을 의미한다 이 경우 고장은 일반적으로 우연히

일어나며 고장률은 설계의 강건 정도에 따라 달라진다 기울기가 보다 작다면 1

고장률은 감소하고 있음을 의미한다

- 80 -

즉 높은 초기 고장률 을 말한다 기울기가 보다 크면 고장률은 증 (Infant mortality) 1

가하고 이는 마모 되고 있음을 의미한다(Wear-out)

그림 에 의한 부품의 신뢰성성장분석[ 82] Weibull 수명 비교

가장 많이 활용되는 측도는 수명이며 이것은 요구되는 목표 신뢰도가 임 90

을 의미한다 첫 번째 프로토타입이 고장 난다면 신뢰성 목표 달성을 위해 설계 변

경을 행하고 다음 프로토타입을 시험한다 이 과정은 목표 수명이 달성될 때까

지 반복한다

나 의이점나 의이점나 의이점나 의이점WeibullWeibullWeibullWeibull

부품의 개발과정에서 작은 표본에 대한 고장시간 자료가 주어졌을 때 Weibull

분석을 활용하여 신뢰성성장관리를 행하면 다음의 정보를 얻을 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ신뢰성 개선은 목표 수명이 달성될 때까지 하나의 프로토타입에

- 81 -

서 다음 프로토타입까지 추적할 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ신뢰성 개선은 시험한 프로토타입에 대해 타점으로 표현되고 빠르Weibull

게 방향을 파악하여 신뢰성 진전과정에 대한 양적 측면의 관리능력 향상을 그

래프로 확인할 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ컴포넌트를 고장 날 때까지 시험하는 것은 고장모드에 대한 아주 귀중한 정

보를 제공하고 따라서 시정조치 활동이 필요하다

ㆍㆍㆍㆍ많은 표본이 더 좋은 신뢰도를 얻을 수 있지만 분석은 많은 표본을Weibull

필요로 하지 않는다

ㆍㆍㆍㆍ고객의 운영 사용 사이클과 시험 모수의 관계가 알려져 있다면 더 빠르고( )

더 적은 비용으로 가속시험을 할 수도 있다

다 기본가정및제한다 기본가정및제한다 기본가정및제한다 기본가정및제한

ㆍㆍㆍㆍ각 분석에서 오직 하나의 고장모드만 포함되어야 한다 두 개나 그 이상의

고장 모드가 검출된다면 각각에 대해 분리하여 분석해야 한다

ㆍㆍㆍㆍ신뢰도는 시험 제한 한계 로 인해 년 마일까지 확장하여 외삽하면 안( ) 10 150K

된다 왜냐하면 시험 제한 한계 로 인해 다른 고장모드가 발생할 것인지 알 수 ( )

없기 때문이다

ㆍㆍㆍㆍ하나의 프로토타입에서 다음 프로토타입까지 기울기가 변하는 데는 특별히

주의를 하여야 한다 왜냐하면 초기 후기 수명에서 더 높은 신뢰도와 후기 초 ( ) (

기 수명에서 더 낮은 신뢰도의 할 수 도 있기 때문이다) trade-off

라 적용시기라 적용시기라 적용시기라 적용시기

ㆍㆍㆍㆍ수명의 비교는 엔지니어링 사양 이 특정한(Specification) 을 요구할 경

우 사용된다

ㆍㆍㆍㆍ이러한 접근방법은 고장시간 등 에 대하여 동일한 부품의(Cycle Km )

- 82 -

다른 시점에서의 프로토타입을 비교할 때 사용한다

ㆍㆍㆍㆍ신뢰성 목표가 달성될 때까지 계속한다

마 입력자료마 입력자료마 입력자료마 입력자료

ㆍㆍㆍㆍ프로토타입 의 몇 개 표본의 고장시간 등1 (Cycle Km )

ㆍㆍㆍㆍ프로토타입 의 몇 개 표본의 고장시간 등2 (Cycle Km )

⦙

ㆍㆍㆍㆍ마지막 프로토타입의 몇 개 표본의 고장시간 등(Cycle Km )

분석프로세스는 그림 과 같다[ 83]

프로세스프로세스프로세스프로세스 일반적 단계일반적 단계일반적 단계일반적 단계

Ⅰ 요구

또는 수명 결정

프로그램 신뢰성 목표 사용

고객의 운영 사용 프로파일 사용( )

시험 프로그램 적정시간 사용

Ⅱ 시험 프로그램 자료정보

확인과 데이터 수집초기 부품의 프로토타입

후기 부품의 프로토타입

Ⅲ 다른 프로토타입에 대한

누적고장 시간 또는 vs

거리 계산 및 타점

분석이 가능한 사용Weibull SW

가능한 가속수명시험 사용

Ⅳ 프로젝트 검토 시

현재 신뢰성 수준신뢰성 목표 적합성 결정

초기 경고 관련 정보 제공

개선을 위한 계획 정보 제공

그림 프로세스별 단계[ 83]

- 83 -

제 절 신뢰성성장 데이터분석제 절 신뢰성성장 데이터분석제 절 신뢰성성장 데이터분석제 절 신뢰성성장 데이터분석2222

초기 프로토타입 으로 부터 개의 표본을 정상하중 으(Prototype1) 6 (Nominal load)

로 고장 날 때까지 시험하고 고장모드를 기록하였다 여러 개선작업을 거친 후 후

기 프로토타입 으로부터 개의 표본을 고장 날 때까지 시험하고 고장모(Prototype2) 6

드를 기록하였다 시험 데이터는 표 에 주어져 있다 [ 81]

에 고장데이터를 입력하고 각 프로토타입 단계별로 용지에 결과MINITAB Weibull

를 타점한 결과 그림 와 같은 성장곡선이 생성되었다 [ 84] Weibull

정상하중 에서 의 평균수명 추정치는 이(Nominal load) Prototype1 127366Cycle

고 의 평균수명 추정치는 로서 의 개선을 이루었 Prototype2 176882 Cycle 389

음을 알 수 있었다 수명은 은 이었으나Prototype1 112668 Cycle Prototype2

의 수명은 로서 상당한 개선이 이루어졌음을 볼 수 있다168620 Cycle 수

명에 대한 신뢰하한은 로 추정되었다 따라서 정상부하에 의한95 162926 Cycle

시험데이터분석 결과 개선활동 재료배합개선 형상설계개선 공정개선 에 의하여 ( )

내구성 목표가 달성되었음을 알 수 있다

그림 는 에서의 신뢰구간을 보여주고 있다[ 85] Nominal load 90

최대하중 에서는 표 의 데이터 입력결과 그림 의 그래프를(Max load) [ 82] [ 86]

생성하였다 그래프로 부터 추정된 의 Prototype1 수명은 이고16362Cycle

의Prototype2 수명은 이다21850 Cycle 수명에 대한 신뢰하한추정치95

는 으로부터 로 계산된다MINITAB 20983 Cycle

의 수명과 의 수명이 다른 것은 개선 활동의 결과이Prototype1 Prototype2

- 84 -

며 에서 개선목표가 달성되었음을 알 수 있다 Prototype2

표 하중 고장시간[ 81] Nominal (Cycle)

Weibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth Curve

(Nominal Load)(Nominal Load)(Nominal Load)(Nominal Load)

그림 성장곡선[ 84] Weibull (Nominal load data)

- 85 -

Weibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth Curve

(Nominal Load-90 Cl)(Nominal Load-90 Cl)(Nominal Load-90 Cl)(Nominal Load-90 Cl)

그림 신뢰구간[ 85] Nominal Load90

- 86 -

표 하중 고장시간[ 82] Max (Cycle)

Weibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth Curve

(MaxLoad)(MaxLoad)(MaxLoad)(MaxLoad)

그림 성장곡선[ 86] Weibull (Max load data)

- 87 -

제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론9999

본 연구는 자동차현가장치인 고무부싱 의 신뢰성향상을 위한 기(Rubber bushing)

술개발과제이다 에나 인더스트리는 수출전문기업으로서 주요 경쟁사에 비해 고성

능 고내구성의 제품을 짧은 기간 내에 개발할 수 있는 능력을 갖추어야 해외 시장

에서 경쟁력을 가질 수 있다

본 연구개발에서는 수요기업에서 요구하는 GMUTS(General Motors Uniform

의 사양에 따른 시험을 실행하여 내구성을 목표 사이클 이상으Test Specification)

로 개선하고 정특성과 동특성 비틀림 토크를 개선항목으로 선정하여 제품의 품질

및 신뢰성 향상을 진행하였다

수요기업의 요구 수준에 의하면 내구성은 와 Tension Compress Alternating

가 동시에 일 때 일 때Torsion Stress Maximum Load 20000 Cycle Normal Load

을 요구한다 본 프로젝트의 경우 해외의 부품메이커들에 대한 경쟁150000 Cycle

력 우위를 확보하기 위하여 기본 요구 수준을 넘어 향상된 제품신뢰성을5~10

확보를 목표로 하였다 내구성 정특성 및 동특성에 대한 시험은 직접 행하였고 비

틀림토크에 대한 부분은 추가적인 시험장치가 필요하여 수요기업의 실험실에 샘플

을 제출하여 요구수준을 검증받았다

본 연구개발의 성과를 요약하면 다음과 같다

우선 기술적 효과로는

설계기술의 확보(1)

재료배합설계 형상설계 공정설계에 대한 기술을 확보하여 내구성을 비롯한 품

질특성을 향상시킬 수 있었다 종래에는 설계 개발 생산프로세스에서 경험적 방법

에 의존하여 시행착오가 많았으나 본 연구를 통하여 과학적이고 체계적인 방법으

로 접근할 수 있는 기술이 확보되었다

설계 요소의 기술적 배치를 위한 실험계획법의 활용기술 확보(2)

- 88 -

종전에는 고무 배합설계 형상설계 공정설계에 대하여 설계요인 별 수 (Facter)

준 을 무작위로 추출하여 실험하였으나 본 실험계획의 과정을 따르면 요인들(Level)

이 계획적으로 반영되어 품질특성에 각각 어느 정도의 영향을 미치는지 분석이 가

능하게 된다 또한 다구찌에 의한 강건 설계의 생성으로 산포를 줄일 수 있다

잠재적 고장원인 분석방법 기술 확보(3)

제품기능에 대한 잠재적 고장모드의 예측과 시험항목을 판단하고 최종적으로는 설

계검증 과 공정검증 의 세부항목과 효과적(Design verification) (Process verification)

으로 연계가 가능하다

신뢰성 데이터분석기술 확보(4)

부품의 개발과정에서 몇 개의 표본에 대한 고장시간 데이터가 있을 때 Weibull

분포를 활용한 신뢰성 성장분석이 가능하게 되었다 개발프로그램이 운영되는 동안

신뢰성 수준의 변화를 추적할 수 있어 목표하는 신뢰성 수준을 달성하기 위하여 충

분한 비율로 성장하고 있는지의 여부를 가능한 빠른 시간 내에 판단할 수 있고 그

에 따라 필요한 자원을 적절히 배분할 수 있다 따라서 개발책임자는 시험데이터로

부터 현재 시스템의 신뢰성 수준 성장률의 평가 앞으로 기대되는 달성 가능한 수

준에 대한 결정이 가능하다

경제적 측면의 효과로는

제품에 대한 내구성 및 동특성 정특성에 대하여 요구사양 이상으로 특성관리(1)

를 행할 수 있어 해외 부품메이커들에 대한 경쟁력 우위로 수출력을 향상할 수 있

게 되었다

개발기간을 단축할 수 있게 되어 개발비의 절감을 가져올 수 있게 되었다(2)

재료배합 형상설계 및 공정설계에 대한 기술개발의 표준 정립으로 개발 기간의 단

축이 가능하게 되었다

본 과제 결과를 활용하여 다른 방진제품에 대한 신뢰성 관리로 수출(3)

- 89 -

시장을 개척하여 신규거래처를 확보할 예정이다 신뢰성 데이터의 관리가 이루어져

제품수명에 대한 설득력 있는 자료의 제시가 가능하게 되었다

향후 연구계획으로는

고무부싱부품의 특성상 내구성만의 개선이 최선이 아니고 정특성과 동특성을 일

정수준으로 동시에 고려하여야 한다 따라서 이 부분에 대한 동시적인 실험설계가

시스템화 되도록 추가적인 연구가 요구된다

- 90 -

참고문헌참고문헌참고문헌참고문헌[ ][ ][ ][ ]

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김완두 김완수 방진고무부품의 유한요소해석 및 수명예측기술 고무기술[3] ldquo rdquo

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미니탭사업팀 새 실무완성 이레테크[4] Minitab 2004

박성현 실험계획법 민영사[5] 2003

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a finite element code Journal of sound and Vibration Vol296 2006

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Journal of Fatigue Vol27 2005

[8] McLean R A and Anderson V I Extreme Vertices Design of Mixture

Experiments Technometrics Vol8 No3 1966

- 96 -

주 의

이 보고서는 산업자원부에서 시행한 부품소재종합기술지원사업의 최1

종보고서이다

이 신뢰성기반기술확산사업 내용을 대외적으로 발표할 때에는 반드시2

산업자원부에서 시행한 부품소재신뢰성기반기술 사업의 지원결과임을

밝혀야 한다

- 97 -

이 보고서는 산업자원부에서 시행한

부품소재 신뢰성기반기술확산사업의 최종보고서이다

- 63 -

표 다구찌 설계의 예[ 71]

- 64 -

제 절 시험데이터의 해석제 절 시험데이터의 해석제 절 시험데이터의 해석제 절 시험데이터의 해석2222

실험조건실험조건실험조건실험조건1111

제품의 신뢰성향상을 위해 지금까지 재료배합의 개선 형상개선 및 공정개선에

대한 각각의 과정을 설명하였으며 본 장에서는 관련된 여러 인자들을 동시에 고려

하여 최상의 품질특성을 나타낼 수 있는 최적인자수준의 결정에 대하여 설명하려고

한다 이는 인자들 간의 상호 작용이 상승 또는 보완작용을 할 수도 있고 반대로

서로 상극임을 나타낼 수 도 있기 때문이다

일반적으로 고무부싱의 개발에 적용되는 인자 는 다음과 같다(Factor)

ㆍㆍㆍㆍ경도 는 수요기업에서 제시하는 사양 에 따라 적정수(Hardness) (Specification)

준의 경도 도 도 도 도 를 적용하였으며 경험적으로 경도의 산포는(43 45 48 50 ) plusmn

정도이다2

ㆍㆍㆍㆍ각 부분의 모양이나 각도에 따라 고무 량에 영향을 미치게 되는 형상설계에

관해서는 내부 파이프 구배각도를(Inner pipe) 15deg~25deg로 하고 외부파이프 (Outer

의 접착부분을 로 하였으며 외경의 크기는pipe) 13mm~15mm

27mm~ 로 유지하였다278mm

ㆍㆍㆍㆍ공정설계는 가류시간을 로 하였다 가류 온도는240sec~600sec 150deg~180

로 하고 주변 온도에 영향을 받으므로 금형 표면온도는 항상 확인하였다 접착제

도포가 내구성에 영향을 주므로 접착제 두께는 으로 하고 접15micron~40micron

착제 배합조건은 로 하였다120cc~128cc

다구찌 설계에 의한 최적수준을 결정하기 위해 다른 인자는 고정시키고 경도 가

류시간 스웨징 인자에 대하여 표 와 같이 실험수준을 정하였다 [ 72]

- 65 -

표 실험인자 별 수준[ 72]

분석결과의 해석분석결과의 해석분석결과의 해석분석결과의 해석2222

실험결과의 해석은 다음과 같다

을 통해 표 의 실험조건을 입력하여 다구찌 설계를 생성한 결과MMITAB [ 72]

표 과 같은 실험조합을 얻었다 표 는 실험조합 별 시험결과 값이다[ 73] [ 74]

에서의 내구성에 대한 다구찌 설계해석의 결과는 표 의 신호 대Nominal load [ 75]

잡음비 비 평균 표준편차에 대한 반응표에 잘 나타나(SN Signal to noise ratio)

있다 그림 그림 은 비 평균 표준편차에 대한 반응 값을 도식한 [ 71]~[ 73] SN

것이다

표 의 신호 대 잡음비의 반응표를 보면 경도는 스웨징이나 가류시간에 비해[ 75]

반응변수 내구성 에 큰 영향을 미치고 있음을 보여준다 평균에 대한 반응표에서도( )

경도는 다른 인자들에 비해 반응변수의 평균에 크게 영향을 미치고 있음을 알 수

있다 표준편차 역시 경도의 수준 변화에 따라 차이가 가장 많음을 보여주고 있다

- 66 -

표 에 의한 다구찌 설계생성[ 73] MINITAB

- 67 -

표 실험조합 별 시험결과 데이터[ 74]

- 68 -

표 비 평균 표준편차에 대한 반응표[ 75] SN

신호 대 잡음 비에 대한 반응 표신호 대 잡음 비에 대한 반응 표신호 대 잡음 비에 대한 반응 표신호 대 잡음 비에 대한 반응 표

망대특성망대특성망대특성망대특성

평균에 대한 반응 표평균에 대한 반응 표평균에 대한 반응 표평균에 대한 반응 표

표준 편차에 대한 반응 표표준 편차에 대한 반응 표표준 편차에 대한 반응 표표준 편차에 대한 반응 표

- 69 -

그림 신호 대 잡음 비의 주효과도[ 71]

그림 인자수준별 평균의 주효과도[ 72]

그림 인자수준별 표준편차의 주효과도[ 73]

- 70 -

표 와 그림 에서 에서의 내구성 예측값을 가장 크게 하[ 75] [ 72] Nominal Load

는 것은 요인 수준의 조합이 일 때이다 품질 향상을 위해서는 정특성 동(4 2 2)

특성 값도 동시에 고려하여야 하므로 조합 조합 조합(4 2 2) (4 3 2) (4 1 2)

에 대한 예측 값을 함께 구하였다

표 은 에서의 내구성 예측값을 표 은 에[ 76] Nominal Load [ 77] Maximum Load

서의 내구성 예측값 표 은 정특성 예측값 표 는 에서의 동특성 예 [ 78] [ 79] 15Hz

측값 그리고 표 은 에서의 동특성 예측값을 보여주고 있다 [ 710] 150Hz Nominal

에서의 내구성 예측값은 조합 조합 조합에서 각Load (4 2 2) (4 3 2) (4 1 2)

각 목표값인 을 상회한 과170000 Cycle 178023 Cycle 174272 Cycle 175830

로서 조합일 때 더 높게 나타났다Cycle (4 2 2)

동배율은 예측 평균값을 기준으로 할 때 동배율은 조합에서는 에 (4 2 2) 15Hz

서 에서 이고 조합에서의110(1187691079) 150Hz 113(1215561079) (432)

동배율은 에서 에서15Hz 106(112856 106938) 150Hz 108(115769106938)

이며 조합에서의 동배율은 에서 에서 (412) 15Hz 108(118194 1094) 150Hz

이었다109(1195691094)

모델의 경우 수요기업에서 동배율 값이 적은 값을 요구하기 때문에DA-2 (kdks)

동배율을 고려하면 의 조합이 더 좋은 품질을 나타낸다고 할 수 있다(4 1 2)

- 71 -

표 에서의 내구성 예측값[ 76] Nominal Load

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 2 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 3 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 1 2

예측 값

신호 대

- 72 -

표 에서의 내구성 예측값[ 77] Maximum Load

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 2 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 3 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 1 2

신호 대

- 73 -

표 정특성 예측값[ 78]

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 2 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 3 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 1 2

신호 대

- 74 -

표 동특성 예측값[ 79] (15Hz)

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 2 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 3 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 1 2

신호 대

- 75 -

표 동특성 예측값[ 710] (150Hz)

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 2 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 3 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 1 2

신호 대

- 76 -

제 장 부품의 신뢰성성장관리제 장 부품의 신뢰성성장관리제 장 부품의 신뢰성성장관리제 장 부품의 신뢰성성장관리8888

제 절 신뢰성성장관리제 절 신뢰성성장관리제 절 신뢰성성장관리제 절 신뢰성성장관리1111

복잡하고 기술적인 제품의 개발 프로그램을 운영하는 데 있어서는 고객이 요구

하는 신뢰성 수준을 만족시키기 위하여 상당한 규모의 시간 예산 기술인력 등의

자원을 필요로 한다 고객들의 신뢰성 요구수준은 매우 높으므로 이러한 목표를 달

성하기 위하여 시험 개선 시험 개선의 개발과정을 반드시 거친다 이 과정에서 시- - -

스템 서브시스템 또는 모듈을 고장 날 때까지 시험하고 고장모드를 결정해서 이를

제거하기 위한 시도를 하거나 적어도 고장발생을 줄일 수 있는 시도를 하여 설계나

엔지니어링 개선을 이룬다 만약 이러한 과정이 계속되고 설계나 엔지니어링 변경

이 충분히 이루지면 시스템의 신뢰성은 증가한다 개발프로그램이 운영되는 동안

신뢰성 수준의 변화를 추적할 수 있다면 개발책임자로서는 여러 가지 이점이 있다

즉 목표하는 신뢰성 수준을 달성하기 위하여 충분한 비율로 성장하고 있는지의 여

부를 가능한 빠른 시간 내에 판단할 수 있고 그에 따라 필요한 자원을 적절히 배

분할 수 있다 따라서 개발책임자는 시험데이터로부터 현재 시스템의 신뢰성 수준

성장률의 평가 앞으로 기대되는 달성 가능한 수준을 결정하기를 원한다

신뢰성 성장관리 기술은 제품을 개발하는 데(Reliability growth management)

소요되는 많은 시간과 비용 및 엔지니어링 노력을 절감하면서 개념선택 제품과 공

정의 신뢰성 그리고 비용효율을 달성할 수 있도록 유용한 정보를 제공해 준다 군

사장비 자동차 및 전자 중장비개발 등에 적용된 최근의 신뢰성 성장시험 관리기술

은 각 분야의 경쟁적인 사업 환경 아래에서 제품개발을 효율적으로 조직하여 신뢰

성평가를 시작하고 신뢰성 성장과정을 추적할 수 있도록 해준다 신뢰성성장관리기

술은 제품 및 공정설계 관련사항 및 검증시험 항목들에 대하여 사용 환경에 따른

신뢰성 성장 진행과정을 확인하고 그 결과로부터 성장시험곡선을 개발할 수 있게

한다 또한 설계단계 사이의 여러 가지 관련성을 확인하여 관찰하고 그 정보를 다

른 제품보증분석들과 연결하여 고객 요구사항에 대한 제품의

- 77 -

적합도를 적절히 평가하는 데 도움을 준다

신뢰성성장모델은 가 개발한Crow(1975) AMSAA(Army Materiel Systems

모델이 많이 활용되었으나 이는 시스템 또는 서브시스템에서의Analysis Activity)

성장관리에 유용하고 부품수준에서는 모델을 활용하는 것이 더욱 실용적이 Weibull

다 모델은 목표 Weibull B10 수명에 대하여 초기 시작품 으로부터(Early Prototype)

후기 시작품 까지의 신뢰성 개선을 관리하는데 실용적으로 활용할(Later Prototype)

수 있다

신뢰성 성장시험 프로세스신뢰성 성장시험 프로세스신뢰성 성장시험 프로세스신뢰성 성장시험 프로세스1111

신뢰성 성장은 개발시스템에 대하여 여러 시험단계가 시리즈로 이루어지는 동안

고장모드를 발견하고 이를 개선하는 과정을 거쳐 이TAAF(Test Analyze And Fix)

루어진다 또한 기능시험 환경시험 안전시험의 결과는 신뢰성 향상을 위한 FMEA

등과 연계하여 사용된다 분석결과는 설계변경에 반영되고 최종목표가 달성될 때까

지 개선과 시험이 연속적으로 이루어진다 그림 은 일반적인 신뢰성 성장시험 [ 81]

프로세스를 보여준다 프로그램의 시작시점에 신뢰성 성장에 대한 계획을 수립하여

고객의 기대사항을 만족시킬 수 있는 성능수준에 대한 구체적인 측정치를 제시하

고 이 목적을 달성시킬 수 있는 시험조건을 정한다 시험조건은 특정한 부품이나

시스템에 대하여 고객의 사용방법과 환경에 대한 지식을 기초로 하여야 한다

개발프로젝트가 진행되는 동안 신뢰성 성장시험 프로그램이 개발되고 실행되는

과정에서 설계 및 공정의 관심사항을 확인하기 위해 QFD(Quality function

와 같은 제품보증을 위한 분석방법들이 선행되어 실시되는데 신뢰성deployment)

성장관리와 연계하여 이를 통틀어 통합 신뢰성 성장관리(Integrated reliability

라고 한다 신뢰성 성장관리를 포함한 제품설계평가의 모든growth management)

과정은 제품 공정의 신뢰성 향상에 있어 중요한 역할을 하는 제품보증기능의 한부

분이다

- 78 -

통합 신뢰성 성장시험관리 프로세스는 설계뿐 아니라 공정신뢰성(MIL-HDBK-781)

과 관련된 문제에 대응할 수 있도록 신뢰성 성장시험의 이점을 전적으로 활용할 수

있는 수단을 제공한다

신뢰성 성장관리과정을 개발함으로써 신뢰성 수준은 계속적으로 추적될 수 있고

조치를 취하고 다른 분석결과들과 비교되어 초기 신뢰성 예측을 수립하고 제품설

계에 포함된 확신을 증가시킨 후 검증시험에 들어갈 수 있도록 한다 이러한 신뢰

성 성장관리 프로세스는 제품개발 사이클에 있어서 초기 단계 동안에 신뢰성을 확

립하는 데 도움을 줄 수 있는 장치이다

그림 신뢰성성장시험 프로세스[ 81]

제품개발과정에 적용되는 신뢰성 성장시험관리 프로세스는 다음과 같다

신뢰성 성장시험조건을 결정하고 시험 사이클을 개발한다 ①

신뢰성 성장시험곡선의 사용을 통하여 시험과정을 실행하고 추적한다②

시험결과를 평가하고 다른 선행된 분석연구결과들과 비교한다③

확인된 결함을 제거하기 위해 설계변경을 실시한다④

- 79 -

설계검증시험을 준비한다⑤

신뢰성 성장시험의 주된 목적은 설계상의 약점을 확인하고 제거함으로써 설계의

신뢰성을 증가시키는 것이다 정확하게 신뢰성 수준이 변화되는 진행상황을 추적하

기 위해서는 요구사항에 대한 불합치성 을 확인하고 불합치성이(Nonconformance)

일어난 시간을 모두 추적하여야 한다 시험을 시작하기 전에 적절한 시정조치를 용

이하게 하기 위해 사전계획이 수립되어야 하며 고장분포를 결정하기 전에 각각의

고장부품에 대한 고장원인을 분리할 수 있어야 한다

부품의 개발과정에서 몇 개의 표본에 대한 고장시간 데이터가 있을 때 Weibull

분포를 활용한 신뢰성 성장분석에 대하여 설명하면 다음과 같다

가 분석의 개요가 분석의 개요가 분석의 개요가 분석의 개요

밀도함수는 그림 와 같이 특성 수명과 기울기로 고장시간Weibull [ 82] (Cycle

을 설명한다 작은 표본에 대한 고장시간 데이터가 주어졌을 때 분석Km) Weibull

을 사용하여 세 가지의 정보를 얻을 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ특정 시간이 주어졌을 때 등 부품의 신뢰도는 그 시간까지 살아 있(Cycle Km )

을 백분율이다

ㆍㆍㆍㆍ 또는 다른( 수명을 추정할 수 있다) 수명은 부품들 중 가 고장10

날 것이라고 기대되는 시간이다 즉 이 시간에서의 신뢰도는 이다 90

ㆍㆍㆍㆍ 기울기의 값은 고장률 패턴에 대한 정보를 제공해준다 기울기가Weibull 10

이라면 고장률이 일정하다는 것을 의미한다 이 경우 고장은 일반적으로 우연히

일어나며 고장률은 설계의 강건 정도에 따라 달라진다 기울기가 보다 작다면 1

고장률은 감소하고 있음을 의미한다

- 80 -

즉 높은 초기 고장률 을 말한다 기울기가 보다 크면 고장률은 증 (Infant mortality) 1

가하고 이는 마모 되고 있음을 의미한다(Wear-out)

그림 에 의한 부품의 신뢰성성장분석[ 82] Weibull 수명 비교

가장 많이 활용되는 측도는 수명이며 이것은 요구되는 목표 신뢰도가 임 90

을 의미한다 첫 번째 프로토타입이 고장 난다면 신뢰성 목표 달성을 위해 설계 변

경을 행하고 다음 프로토타입을 시험한다 이 과정은 목표 수명이 달성될 때까

지 반복한다

나 의이점나 의이점나 의이점나 의이점WeibullWeibullWeibullWeibull

부품의 개발과정에서 작은 표본에 대한 고장시간 자료가 주어졌을 때 Weibull

분석을 활용하여 신뢰성성장관리를 행하면 다음의 정보를 얻을 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ신뢰성 개선은 목표 수명이 달성될 때까지 하나의 프로토타입에

- 81 -

서 다음 프로토타입까지 추적할 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ신뢰성 개선은 시험한 프로토타입에 대해 타점으로 표현되고 빠르Weibull

게 방향을 파악하여 신뢰성 진전과정에 대한 양적 측면의 관리능력 향상을 그

래프로 확인할 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ컴포넌트를 고장 날 때까지 시험하는 것은 고장모드에 대한 아주 귀중한 정

보를 제공하고 따라서 시정조치 활동이 필요하다

ㆍㆍㆍㆍ많은 표본이 더 좋은 신뢰도를 얻을 수 있지만 분석은 많은 표본을Weibull

필요로 하지 않는다

ㆍㆍㆍㆍ고객의 운영 사용 사이클과 시험 모수의 관계가 알려져 있다면 더 빠르고( )

더 적은 비용으로 가속시험을 할 수도 있다

다 기본가정및제한다 기본가정및제한다 기본가정및제한다 기본가정및제한

ㆍㆍㆍㆍ각 분석에서 오직 하나의 고장모드만 포함되어야 한다 두 개나 그 이상의

고장 모드가 검출된다면 각각에 대해 분리하여 분석해야 한다

ㆍㆍㆍㆍ신뢰도는 시험 제한 한계 로 인해 년 마일까지 확장하여 외삽하면 안( ) 10 150K

된다 왜냐하면 시험 제한 한계 로 인해 다른 고장모드가 발생할 것인지 알 수 ( )

없기 때문이다

ㆍㆍㆍㆍ하나의 프로토타입에서 다음 프로토타입까지 기울기가 변하는 데는 특별히

주의를 하여야 한다 왜냐하면 초기 후기 수명에서 더 높은 신뢰도와 후기 초 ( ) (

기 수명에서 더 낮은 신뢰도의 할 수 도 있기 때문이다) trade-off

라 적용시기라 적용시기라 적용시기라 적용시기

ㆍㆍㆍㆍ수명의 비교는 엔지니어링 사양 이 특정한(Specification) 을 요구할 경

우 사용된다

ㆍㆍㆍㆍ이러한 접근방법은 고장시간 등 에 대하여 동일한 부품의(Cycle Km )

- 82 -

다른 시점에서의 프로토타입을 비교할 때 사용한다

ㆍㆍㆍㆍ신뢰성 목표가 달성될 때까지 계속한다

마 입력자료마 입력자료마 입력자료마 입력자료

ㆍㆍㆍㆍ프로토타입 의 몇 개 표본의 고장시간 등1 (Cycle Km )

ㆍㆍㆍㆍ프로토타입 의 몇 개 표본의 고장시간 등2 (Cycle Km )

⦙

ㆍㆍㆍㆍ마지막 프로토타입의 몇 개 표본의 고장시간 등(Cycle Km )

분석프로세스는 그림 과 같다[ 83]

프로세스프로세스프로세스프로세스 일반적 단계일반적 단계일반적 단계일반적 단계

Ⅰ 요구

또는 수명 결정

프로그램 신뢰성 목표 사용

고객의 운영 사용 프로파일 사용( )

시험 프로그램 적정시간 사용

Ⅱ 시험 프로그램 자료정보

확인과 데이터 수집초기 부품의 프로토타입

후기 부품의 프로토타입

Ⅲ 다른 프로토타입에 대한

누적고장 시간 또는 vs

거리 계산 및 타점

분석이 가능한 사용Weibull SW

가능한 가속수명시험 사용

Ⅳ 프로젝트 검토 시

현재 신뢰성 수준신뢰성 목표 적합성 결정

초기 경고 관련 정보 제공

개선을 위한 계획 정보 제공

그림 프로세스별 단계[ 83]

- 83 -

제 절 신뢰성성장 데이터분석제 절 신뢰성성장 데이터분석제 절 신뢰성성장 데이터분석제 절 신뢰성성장 데이터분석2222

초기 프로토타입 으로 부터 개의 표본을 정상하중 으(Prototype1) 6 (Nominal load)

로 고장 날 때까지 시험하고 고장모드를 기록하였다 여러 개선작업을 거친 후 후

기 프로토타입 으로부터 개의 표본을 고장 날 때까지 시험하고 고장모(Prototype2) 6

드를 기록하였다 시험 데이터는 표 에 주어져 있다 [ 81]

에 고장데이터를 입력하고 각 프로토타입 단계별로 용지에 결과MINITAB Weibull

를 타점한 결과 그림 와 같은 성장곡선이 생성되었다 [ 84] Weibull

정상하중 에서 의 평균수명 추정치는 이(Nominal load) Prototype1 127366Cycle

고 의 평균수명 추정치는 로서 의 개선을 이루었 Prototype2 176882 Cycle 389

음을 알 수 있었다 수명은 은 이었으나Prototype1 112668 Cycle Prototype2

의 수명은 로서 상당한 개선이 이루어졌음을 볼 수 있다168620 Cycle 수

명에 대한 신뢰하한은 로 추정되었다 따라서 정상부하에 의한95 162926 Cycle

시험데이터분석 결과 개선활동 재료배합개선 형상설계개선 공정개선 에 의하여 ( )

내구성 목표가 달성되었음을 알 수 있다

그림 는 에서의 신뢰구간을 보여주고 있다[ 85] Nominal load 90

최대하중 에서는 표 의 데이터 입력결과 그림 의 그래프를(Max load) [ 82] [ 86]

생성하였다 그래프로 부터 추정된 의 Prototype1 수명은 이고16362Cycle

의Prototype2 수명은 이다21850 Cycle 수명에 대한 신뢰하한추정치95

는 으로부터 로 계산된다MINITAB 20983 Cycle

의 수명과 의 수명이 다른 것은 개선 활동의 결과이Prototype1 Prototype2

- 84 -

며 에서 개선목표가 달성되었음을 알 수 있다 Prototype2

표 하중 고장시간[ 81] Nominal (Cycle)

Weibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth Curve

(Nominal Load)(Nominal Load)(Nominal Load)(Nominal Load)

그림 성장곡선[ 84] Weibull (Nominal load data)

- 85 -

Weibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth Curve

(Nominal Load-90 Cl)(Nominal Load-90 Cl)(Nominal Load-90 Cl)(Nominal Load-90 Cl)

그림 신뢰구간[ 85] Nominal Load90

- 86 -

표 하중 고장시간[ 82] Max (Cycle)

Weibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth Curve

(MaxLoad)(MaxLoad)(MaxLoad)(MaxLoad)

그림 성장곡선[ 86] Weibull (Max load data)

- 87 -

제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론9999

본 연구는 자동차현가장치인 고무부싱 의 신뢰성향상을 위한 기(Rubber bushing)

술개발과제이다 에나 인더스트리는 수출전문기업으로서 주요 경쟁사에 비해 고성

능 고내구성의 제품을 짧은 기간 내에 개발할 수 있는 능력을 갖추어야 해외 시장

에서 경쟁력을 가질 수 있다

본 연구개발에서는 수요기업에서 요구하는 GMUTS(General Motors Uniform

의 사양에 따른 시험을 실행하여 내구성을 목표 사이클 이상으Test Specification)

로 개선하고 정특성과 동특성 비틀림 토크를 개선항목으로 선정하여 제품의 품질

및 신뢰성 향상을 진행하였다

수요기업의 요구 수준에 의하면 내구성은 와 Tension Compress Alternating

가 동시에 일 때 일 때Torsion Stress Maximum Load 20000 Cycle Normal Load

을 요구한다 본 프로젝트의 경우 해외의 부품메이커들에 대한 경쟁150000 Cycle

력 우위를 확보하기 위하여 기본 요구 수준을 넘어 향상된 제품신뢰성을5~10

확보를 목표로 하였다 내구성 정특성 및 동특성에 대한 시험은 직접 행하였고 비

틀림토크에 대한 부분은 추가적인 시험장치가 필요하여 수요기업의 실험실에 샘플

을 제출하여 요구수준을 검증받았다

본 연구개발의 성과를 요약하면 다음과 같다

우선 기술적 효과로는

설계기술의 확보(1)

재료배합설계 형상설계 공정설계에 대한 기술을 확보하여 내구성을 비롯한 품

질특성을 향상시킬 수 있었다 종래에는 설계 개발 생산프로세스에서 경험적 방법

에 의존하여 시행착오가 많았으나 본 연구를 통하여 과학적이고 체계적인 방법으

로 접근할 수 있는 기술이 확보되었다

설계 요소의 기술적 배치를 위한 실험계획법의 활용기술 확보(2)

- 88 -

종전에는 고무 배합설계 형상설계 공정설계에 대하여 설계요인 별 수 (Facter)

준 을 무작위로 추출하여 실험하였으나 본 실험계획의 과정을 따르면 요인들(Level)

이 계획적으로 반영되어 품질특성에 각각 어느 정도의 영향을 미치는지 분석이 가

능하게 된다 또한 다구찌에 의한 강건 설계의 생성으로 산포를 줄일 수 있다

잠재적 고장원인 분석방법 기술 확보(3)

제품기능에 대한 잠재적 고장모드의 예측과 시험항목을 판단하고 최종적으로는 설

계검증 과 공정검증 의 세부항목과 효과적(Design verification) (Process verification)

으로 연계가 가능하다

신뢰성 데이터분석기술 확보(4)

부품의 개발과정에서 몇 개의 표본에 대한 고장시간 데이터가 있을 때 Weibull

분포를 활용한 신뢰성 성장분석이 가능하게 되었다 개발프로그램이 운영되는 동안

신뢰성 수준의 변화를 추적할 수 있어 목표하는 신뢰성 수준을 달성하기 위하여 충

분한 비율로 성장하고 있는지의 여부를 가능한 빠른 시간 내에 판단할 수 있고 그

에 따라 필요한 자원을 적절히 배분할 수 있다 따라서 개발책임자는 시험데이터로

부터 현재 시스템의 신뢰성 수준 성장률의 평가 앞으로 기대되는 달성 가능한 수

준에 대한 결정이 가능하다

경제적 측면의 효과로는

제품에 대한 내구성 및 동특성 정특성에 대하여 요구사양 이상으로 특성관리(1)

를 행할 수 있어 해외 부품메이커들에 대한 경쟁력 우위로 수출력을 향상할 수 있

게 되었다

개발기간을 단축할 수 있게 되어 개발비의 절감을 가져올 수 있게 되었다(2)

재료배합 형상설계 및 공정설계에 대한 기술개발의 표준 정립으로 개발 기간의 단

축이 가능하게 되었다

본 과제 결과를 활용하여 다른 방진제품에 대한 신뢰성 관리로 수출(3)

- 89 -

시장을 개척하여 신규거래처를 확보할 예정이다 신뢰성 데이터의 관리가 이루어져

제품수명에 대한 설득력 있는 자료의 제시가 가능하게 되었다

향후 연구계획으로는

고무부싱부품의 특성상 내구성만의 개선이 최선이 아니고 정특성과 동특성을 일

정수준으로 동시에 고려하여야 한다 따라서 이 부분에 대한 동시적인 실험설계가

시스템화 되도록 추가적인 연구가 요구된다

- 90 -

참고문헌참고문헌참고문헌참고문헌[ ][ ][ ][ ]

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김완두 김완수 방진고무부품의 유한요소해석 및 수명예측기술 고무기술[3] ldquo rdquo

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미니탭사업팀 새 실무완성 이레테크[4] Minitab 2004

박성현 실험계획법 민영사[5] 2003

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[7] Kim J-H and Jeong H-Y A Study on the material properties and

fatigue life of natural rubber with different carbon blacks International

Journal of Fatigue Vol27 2005

[8] McLean R A and Anderson V I Extreme Vertices Design of Mixture

Experiments Technometrics Vol8 No3 1966

- 96 -

주 의

이 보고서는 산업자원부에서 시행한 부품소재종합기술지원사업의 최1

종보고서이다

이 신뢰성기반기술확산사업 내용을 대외적으로 발표할 때에는 반드시2

산업자원부에서 시행한 부품소재신뢰성기반기술 사업의 지원결과임을

밝혀야 한다

- 97 -

이 보고서는 산업자원부에서 시행한

부품소재 신뢰성기반기술확산사업의 최종보고서이다

- 64 -

제 절 시험데이터의 해석제 절 시험데이터의 해석제 절 시험데이터의 해석제 절 시험데이터의 해석2222

실험조건실험조건실험조건실험조건1111

제품의 신뢰성향상을 위해 지금까지 재료배합의 개선 형상개선 및 공정개선에

대한 각각의 과정을 설명하였으며 본 장에서는 관련된 여러 인자들을 동시에 고려

하여 최상의 품질특성을 나타낼 수 있는 최적인자수준의 결정에 대하여 설명하려고

한다 이는 인자들 간의 상호 작용이 상승 또는 보완작용을 할 수도 있고 반대로

서로 상극임을 나타낼 수 도 있기 때문이다

일반적으로 고무부싱의 개발에 적용되는 인자 는 다음과 같다(Factor)

ㆍㆍㆍㆍ경도 는 수요기업에서 제시하는 사양 에 따라 적정수(Hardness) (Specification)

준의 경도 도 도 도 도 를 적용하였으며 경험적으로 경도의 산포는(43 45 48 50 ) plusmn

정도이다2

ㆍㆍㆍㆍ각 부분의 모양이나 각도에 따라 고무 량에 영향을 미치게 되는 형상설계에

관해서는 내부 파이프 구배각도를(Inner pipe) 15deg~25deg로 하고 외부파이프 (Outer

의 접착부분을 로 하였으며 외경의 크기는pipe) 13mm~15mm

27mm~ 로 유지하였다278mm

ㆍㆍㆍㆍ공정설계는 가류시간을 로 하였다 가류 온도는240sec~600sec 150deg~180

로 하고 주변 온도에 영향을 받으므로 금형 표면온도는 항상 확인하였다 접착제

도포가 내구성에 영향을 주므로 접착제 두께는 으로 하고 접15micron~40micron

착제 배합조건은 로 하였다120cc~128cc

다구찌 설계에 의한 최적수준을 결정하기 위해 다른 인자는 고정시키고 경도 가

류시간 스웨징 인자에 대하여 표 와 같이 실험수준을 정하였다 [ 72]

- 65 -

표 실험인자 별 수준[ 72]

분석결과의 해석분석결과의 해석분석결과의 해석분석결과의 해석2222

실험결과의 해석은 다음과 같다

을 통해 표 의 실험조건을 입력하여 다구찌 설계를 생성한 결과MMITAB [ 72]

표 과 같은 실험조합을 얻었다 표 는 실험조합 별 시험결과 값이다[ 73] [ 74]

에서의 내구성에 대한 다구찌 설계해석의 결과는 표 의 신호 대Nominal load [ 75]

잡음비 비 평균 표준편차에 대한 반응표에 잘 나타나(SN Signal to noise ratio)

있다 그림 그림 은 비 평균 표준편차에 대한 반응 값을 도식한 [ 71]~[ 73] SN

것이다

표 의 신호 대 잡음비의 반응표를 보면 경도는 스웨징이나 가류시간에 비해[ 75]

반응변수 내구성 에 큰 영향을 미치고 있음을 보여준다 평균에 대한 반응표에서도( )

경도는 다른 인자들에 비해 반응변수의 평균에 크게 영향을 미치고 있음을 알 수

있다 표준편차 역시 경도의 수준 변화에 따라 차이가 가장 많음을 보여주고 있다

- 66 -

표 에 의한 다구찌 설계생성[ 73] MINITAB

- 67 -

표 실험조합 별 시험결과 데이터[ 74]

- 68 -

표 비 평균 표준편차에 대한 반응표[ 75] SN

신호 대 잡음 비에 대한 반응 표신호 대 잡음 비에 대한 반응 표신호 대 잡음 비에 대한 반응 표신호 대 잡음 비에 대한 반응 표

망대특성망대특성망대특성망대특성

평균에 대한 반응 표평균에 대한 반응 표평균에 대한 반응 표평균에 대한 반응 표

표준 편차에 대한 반응 표표준 편차에 대한 반응 표표준 편차에 대한 반응 표표준 편차에 대한 반응 표

- 69 -

그림 신호 대 잡음 비의 주효과도[ 71]

그림 인자수준별 평균의 주효과도[ 72]

그림 인자수준별 표준편차의 주효과도[ 73]

- 70 -

표 와 그림 에서 에서의 내구성 예측값을 가장 크게 하[ 75] [ 72] Nominal Load

는 것은 요인 수준의 조합이 일 때이다 품질 향상을 위해서는 정특성 동(4 2 2)

특성 값도 동시에 고려하여야 하므로 조합 조합 조합(4 2 2) (4 3 2) (4 1 2)

에 대한 예측 값을 함께 구하였다

표 은 에서의 내구성 예측값을 표 은 에[ 76] Nominal Load [ 77] Maximum Load

서의 내구성 예측값 표 은 정특성 예측값 표 는 에서의 동특성 예 [ 78] [ 79] 15Hz

측값 그리고 표 은 에서의 동특성 예측값을 보여주고 있다 [ 710] 150Hz Nominal

에서의 내구성 예측값은 조합 조합 조합에서 각Load (4 2 2) (4 3 2) (4 1 2)

각 목표값인 을 상회한 과170000 Cycle 178023 Cycle 174272 Cycle 175830

로서 조합일 때 더 높게 나타났다Cycle (4 2 2)

동배율은 예측 평균값을 기준으로 할 때 동배율은 조합에서는 에 (4 2 2) 15Hz

서 에서 이고 조합에서의110(1187691079) 150Hz 113(1215561079) (432)

동배율은 에서 에서15Hz 106(112856 106938) 150Hz 108(115769106938)

이며 조합에서의 동배율은 에서 에서 (412) 15Hz 108(118194 1094) 150Hz

이었다109(1195691094)

모델의 경우 수요기업에서 동배율 값이 적은 값을 요구하기 때문에DA-2 (kdks)

동배율을 고려하면 의 조합이 더 좋은 품질을 나타낸다고 할 수 있다(4 1 2)

- 71 -

표 에서의 내구성 예측값[ 76] Nominal Load

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 2 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 3 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 1 2

예측 값

신호 대

- 72 -

표 에서의 내구성 예측값[ 77] Maximum Load

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 2 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 3 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 1 2

신호 대

- 73 -

표 정특성 예측값[ 78]

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 2 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 3 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 1 2

신호 대

- 74 -

표 동특성 예측값[ 79] (15Hz)

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 2 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 3 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 1 2

신호 대

- 75 -

표 동특성 예측값[ 710] (150Hz)

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 2 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 3 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 1 2

신호 대

- 76 -

제 장 부품의 신뢰성성장관리제 장 부품의 신뢰성성장관리제 장 부품의 신뢰성성장관리제 장 부품의 신뢰성성장관리8888

제 절 신뢰성성장관리제 절 신뢰성성장관리제 절 신뢰성성장관리제 절 신뢰성성장관리1111

복잡하고 기술적인 제품의 개발 프로그램을 운영하는 데 있어서는 고객이 요구

하는 신뢰성 수준을 만족시키기 위하여 상당한 규모의 시간 예산 기술인력 등의

자원을 필요로 한다 고객들의 신뢰성 요구수준은 매우 높으므로 이러한 목표를 달

성하기 위하여 시험 개선 시험 개선의 개발과정을 반드시 거친다 이 과정에서 시- - -

스템 서브시스템 또는 모듈을 고장 날 때까지 시험하고 고장모드를 결정해서 이를

제거하기 위한 시도를 하거나 적어도 고장발생을 줄일 수 있는 시도를 하여 설계나

엔지니어링 개선을 이룬다 만약 이러한 과정이 계속되고 설계나 엔지니어링 변경

이 충분히 이루지면 시스템의 신뢰성은 증가한다 개발프로그램이 운영되는 동안

신뢰성 수준의 변화를 추적할 수 있다면 개발책임자로서는 여러 가지 이점이 있다

즉 목표하는 신뢰성 수준을 달성하기 위하여 충분한 비율로 성장하고 있는지의 여

부를 가능한 빠른 시간 내에 판단할 수 있고 그에 따라 필요한 자원을 적절히 배

분할 수 있다 따라서 개발책임자는 시험데이터로부터 현재 시스템의 신뢰성 수준

성장률의 평가 앞으로 기대되는 달성 가능한 수준을 결정하기를 원한다

신뢰성 성장관리 기술은 제품을 개발하는 데(Reliability growth management)

소요되는 많은 시간과 비용 및 엔지니어링 노력을 절감하면서 개념선택 제품과 공

정의 신뢰성 그리고 비용효율을 달성할 수 있도록 유용한 정보를 제공해 준다 군

사장비 자동차 및 전자 중장비개발 등에 적용된 최근의 신뢰성 성장시험 관리기술

은 각 분야의 경쟁적인 사업 환경 아래에서 제품개발을 효율적으로 조직하여 신뢰

성평가를 시작하고 신뢰성 성장과정을 추적할 수 있도록 해준다 신뢰성성장관리기

술은 제품 및 공정설계 관련사항 및 검증시험 항목들에 대하여 사용 환경에 따른

신뢰성 성장 진행과정을 확인하고 그 결과로부터 성장시험곡선을 개발할 수 있게

한다 또한 설계단계 사이의 여러 가지 관련성을 확인하여 관찰하고 그 정보를 다

른 제품보증분석들과 연결하여 고객 요구사항에 대한 제품의

- 77 -

적합도를 적절히 평가하는 데 도움을 준다

신뢰성성장모델은 가 개발한Crow(1975) AMSAA(Army Materiel Systems

모델이 많이 활용되었으나 이는 시스템 또는 서브시스템에서의Analysis Activity)

성장관리에 유용하고 부품수준에서는 모델을 활용하는 것이 더욱 실용적이 Weibull

다 모델은 목표 Weibull B10 수명에 대하여 초기 시작품 으로부터(Early Prototype)

후기 시작품 까지의 신뢰성 개선을 관리하는데 실용적으로 활용할(Later Prototype)

수 있다

신뢰성 성장시험 프로세스신뢰성 성장시험 프로세스신뢰성 성장시험 프로세스신뢰성 성장시험 프로세스1111

신뢰성 성장은 개발시스템에 대하여 여러 시험단계가 시리즈로 이루어지는 동안

고장모드를 발견하고 이를 개선하는 과정을 거쳐 이TAAF(Test Analyze And Fix)

루어진다 또한 기능시험 환경시험 안전시험의 결과는 신뢰성 향상을 위한 FMEA

등과 연계하여 사용된다 분석결과는 설계변경에 반영되고 최종목표가 달성될 때까

지 개선과 시험이 연속적으로 이루어진다 그림 은 일반적인 신뢰성 성장시험 [ 81]

프로세스를 보여준다 프로그램의 시작시점에 신뢰성 성장에 대한 계획을 수립하여

고객의 기대사항을 만족시킬 수 있는 성능수준에 대한 구체적인 측정치를 제시하

고 이 목적을 달성시킬 수 있는 시험조건을 정한다 시험조건은 특정한 부품이나

시스템에 대하여 고객의 사용방법과 환경에 대한 지식을 기초로 하여야 한다

개발프로젝트가 진행되는 동안 신뢰성 성장시험 프로그램이 개발되고 실행되는

과정에서 설계 및 공정의 관심사항을 확인하기 위해 QFD(Quality function

와 같은 제품보증을 위한 분석방법들이 선행되어 실시되는데 신뢰성deployment)

성장관리와 연계하여 이를 통틀어 통합 신뢰성 성장관리(Integrated reliability

라고 한다 신뢰성 성장관리를 포함한 제품설계평가의 모든growth management)

과정은 제품 공정의 신뢰성 향상에 있어 중요한 역할을 하는 제품보증기능의 한부

분이다

- 78 -

통합 신뢰성 성장시험관리 프로세스는 설계뿐 아니라 공정신뢰성(MIL-HDBK-781)

과 관련된 문제에 대응할 수 있도록 신뢰성 성장시험의 이점을 전적으로 활용할 수

있는 수단을 제공한다

신뢰성 성장관리과정을 개발함으로써 신뢰성 수준은 계속적으로 추적될 수 있고

조치를 취하고 다른 분석결과들과 비교되어 초기 신뢰성 예측을 수립하고 제품설

계에 포함된 확신을 증가시킨 후 검증시험에 들어갈 수 있도록 한다 이러한 신뢰

성 성장관리 프로세스는 제품개발 사이클에 있어서 초기 단계 동안에 신뢰성을 확

립하는 데 도움을 줄 수 있는 장치이다

그림 신뢰성성장시험 프로세스[ 81]

제품개발과정에 적용되는 신뢰성 성장시험관리 프로세스는 다음과 같다

신뢰성 성장시험조건을 결정하고 시험 사이클을 개발한다 ①

신뢰성 성장시험곡선의 사용을 통하여 시험과정을 실행하고 추적한다②

시험결과를 평가하고 다른 선행된 분석연구결과들과 비교한다③

확인된 결함을 제거하기 위해 설계변경을 실시한다④

- 79 -

설계검증시험을 준비한다⑤

신뢰성 성장시험의 주된 목적은 설계상의 약점을 확인하고 제거함으로써 설계의

신뢰성을 증가시키는 것이다 정확하게 신뢰성 수준이 변화되는 진행상황을 추적하

기 위해서는 요구사항에 대한 불합치성 을 확인하고 불합치성이(Nonconformance)

일어난 시간을 모두 추적하여야 한다 시험을 시작하기 전에 적절한 시정조치를 용

이하게 하기 위해 사전계획이 수립되어야 하며 고장분포를 결정하기 전에 각각의

고장부품에 대한 고장원인을 분리할 수 있어야 한다

부품의 개발과정에서 몇 개의 표본에 대한 고장시간 데이터가 있을 때 Weibull

분포를 활용한 신뢰성 성장분석에 대하여 설명하면 다음과 같다

가 분석의 개요가 분석의 개요가 분석의 개요가 분석의 개요

밀도함수는 그림 와 같이 특성 수명과 기울기로 고장시간Weibull [ 82] (Cycle

을 설명한다 작은 표본에 대한 고장시간 데이터가 주어졌을 때 분석Km) Weibull

을 사용하여 세 가지의 정보를 얻을 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ특정 시간이 주어졌을 때 등 부품의 신뢰도는 그 시간까지 살아 있(Cycle Km )

을 백분율이다

ㆍㆍㆍㆍ 또는 다른( 수명을 추정할 수 있다) 수명은 부품들 중 가 고장10

날 것이라고 기대되는 시간이다 즉 이 시간에서의 신뢰도는 이다 90

ㆍㆍㆍㆍ 기울기의 값은 고장률 패턴에 대한 정보를 제공해준다 기울기가Weibull 10

이라면 고장률이 일정하다는 것을 의미한다 이 경우 고장은 일반적으로 우연히

일어나며 고장률은 설계의 강건 정도에 따라 달라진다 기울기가 보다 작다면 1

고장률은 감소하고 있음을 의미한다

- 80 -

즉 높은 초기 고장률 을 말한다 기울기가 보다 크면 고장률은 증 (Infant mortality) 1

가하고 이는 마모 되고 있음을 의미한다(Wear-out)

그림 에 의한 부품의 신뢰성성장분석[ 82] Weibull 수명 비교

가장 많이 활용되는 측도는 수명이며 이것은 요구되는 목표 신뢰도가 임 90

을 의미한다 첫 번째 프로토타입이 고장 난다면 신뢰성 목표 달성을 위해 설계 변

경을 행하고 다음 프로토타입을 시험한다 이 과정은 목표 수명이 달성될 때까

지 반복한다

나 의이점나 의이점나 의이점나 의이점WeibullWeibullWeibullWeibull

부품의 개발과정에서 작은 표본에 대한 고장시간 자료가 주어졌을 때 Weibull

분석을 활용하여 신뢰성성장관리를 행하면 다음의 정보를 얻을 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ신뢰성 개선은 목표 수명이 달성될 때까지 하나의 프로토타입에

- 81 -

서 다음 프로토타입까지 추적할 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ신뢰성 개선은 시험한 프로토타입에 대해 타점으로 표현되고 빠르Weibull

게 방향을 파악하여 신뢰성 진전과정에 대한 양적 측면의 관리능력 향상을 그

래프로 확인할 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ컴포넌트를 고장 날 때까지 시험하는 것은 고장모드에 대한 아주 귀중한 정

보를 제공하고 따라서 시정조치 활동이 필요하다

ㆍㆍㆍㆍ많은 표본이 더 좋은 신뢰도를 얻을 수 있지만 분석은 많은 표본을Weibull

필요로 하지 않는다

ㆍㆍㆍㆍ고객의 운영 사용 사이클과 시험 모수의 관계가 알려져 있다면 더 빠르고( )

더 적은 비용으로 가속시험을 할 수도 있다

다 기본가정및제한다 기본가정및제한다 기본가정및제한다 기본가정및제한

ㆍㆍㆍㆍ각 분석에서 오직 하나의 고장모드만 포함되어야 한다 두 개나 그 이상의

고장 모드가 검출된다면 각각에 대해 분리하여 분석해야 한다

ㆍㆍㆍㆍ신뢰도는 시험 제한 한계 로 인해 년 마일까지 확장하여 외삽하면 안( ) 10 150K

된다 왜냐하면 시험 제한 한계 로 인해 다른 고장모드가 발생할 것인지 알 수 ( )

없기 때문이다

ㆍㆍㆍㆍ하나의 프로토타입에서 다음 프로토타입까지 기울기가 변하는 데는 특별히

주의를 하여야 한다 왜냐하면 초기 후기 수명에서 더 높은 신뢰도와 후기 초 ( ) (

기 수명에서 더 낮은 신뢰도의 할 수 도 있기 때문이다) trade-off

라 적용시기라 적용시기라 적용시기라 적용시기

ㆍㆍㆍㆍ수명의 비교는 엔지니어링 사양 이 특정한(Specification) 을 요구할 경

우 사용된다

ㆍㆍㆍㆍ이러한 접근방법은 고장시간 등 에 대하여 동일한 부품의(Cycle Km )

- 82 -

다른 시점에서의 프로토타입을 비교할 때 사용한다

ㆍㆍㆍㆍ신뢰성 목표가 달성될 때까지 계속한다

마 입력자료마 입력자료마 입력자료마 입력자료

ㆍㆍㆍㆍ프로토타입 의 몇 개 표본의 고장시간 등1 (Cycle Km )

ㆍㆍㆍㆍ프로토타입 의 몇 개 표본의 고장시간 등2 (Cycle Km )

⦙

ㆍㆍㆍㆍ마지막 프로토타입의 몇 개 표본의 고장시간 등(Cycle Km )

분석프로세스는 그림 과 같다[ 83]

프로세스프로세스프로세스프로세스 일반적 단계일반적 단계일반적 단계일반적 단계

Ⅰ 요구

또는 수명 결정

프로그램 신뢰성 목표 사용

고객의 운영 사용 프로파일 사용( )

시험 프로그램 적정시간 사용

Ⅱ 시험 프로그램 자료정보

확인과 데이터 수집초기 부품의 프로토타입

후기 부품의 프로토타입

Ⅲ 다른 프로토타입에 대한

누적고장 시간 또는 vs

거리 계산 및 타점

분석이 가능한 사용Weibull SW

가능한 가속수명시험 사용

Ⅳ 프로젝트 검토 시

현재 신뢰성 수준신뢰성 목표 적합성 결정

초기 경고 관련 정보 제공

개선을 위한 계획 정보 제공

그림 프로세스별 단계[ 83]

- 83 -

제 절 신뢰성성장 데이터분석제 절 신뢰성성장 데이터분석제 절 신뢰성성장 데이터분석제 절 신뢰성성장 데이터분석2222

초기 프로토타입 으로 부터 개의 표본을 정상하중 으(Prototype1) 6 (Nominal load)

로 고장 날 때까지 시험하고 고장모드를 기록하였다 여러 개선작업을 거친 후 후

기 프로토타입 으로부터 개의 표본을 고장 날 때까지 시험하고 고장모(Prototype2) 6

드를 기록하였다 시험 데이터는 표 에 주어져 있다 [ 81]

에 고장데이터를 입력하고 각 프로토타입 단계별로 용지에 결과MINITAB Weibull

를 타점한 결과 그림 와 같은 성장곡선이 생성되었다 [ 84] Weibull

정상하중 에서 의 평균수명 추정치는 이(Nominal load) Prototype1 127366Cycle

고 의 평균수명 추정치는 로서 의 개선을 이루었 Prototype2 176882 Cycle 389

음을 알 수 있었다 수명은 은 이었으나Prototype1 112668 Cycle Prototype2

의 수명은 로서 상당한 개선이 이루어졌음을 볼 수 있다168620 Cycle 수

명에 대한 신뢰하한은 로 추정되었다 따라서 정상부하에 의한95 162926 Cycle

시험데이터분석 결과 개선활동 재료배합개선 형상설계개선 공정개선 에 의하여 ( )

내구성 목표가 달성되었음을 알 수 있다

그림 는 에서의 신뢰구간을 보여주고 있다[ 85] Nominal load 90

최대하중 에서는 표 의 데이터 입력결과 그림 의 그래프를(Max load) [ 82] [ 86]

생성하였다 그래프로 부터 추정된 의 Prototype1 수명은 이고16362Cycle

의Prototype2 수명은 이다21850 Cycle 수명에 대한 신뢰하한추정치95

는 으로부터 로 계산된다MINITAB 20983 Cycle

의 수명과 의 수명이 다른 것은 개선 활동의 결과이Prototype1 Prototype2

- 84 -

며 에서 개선목표가 달성되었음을 알 수 있다 Prototype2

표 하중 고장시간[ 81] Nominal (Cycle)

Weibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth Curve

(Nominal Load)(Nominal Load)(Nominal Load)(Nominal Load)

그림 성장곡선[ 84] Weibull (Nominal load data)

- 85 -

Weibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth Curve

(Nominal Load-90 Cl)(Nominal Load-90 Cl)(Nominal Load-90 Cl)(Nominal Load-90 Cl)

그림 신뢰구간[ 85] Nominal Load90

- 86 -

표 하중 고장시간[ 82] Max (Cycle)

Weibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth Curve

(MaxLoad)(MaxLoad)(MaxLoad)(MaxLoad)

그림 성장곡선[ 86] Weibull (Max load data)

- 87 -

제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론9999

본 연구는 자동차현가장치인 고무부싱 의 신뢰성향상을 위한 기(Rubber bushing)

술개발과제이다 에나 인더스트리는 수출전문기업으로서 주요 경쟁사에 비해 고성

능 고내구성의 제품을 짧은 기간 내에 개발할 수 있는 능력을 갖추어야 해외 시장

에서 경쟁력을 가질 수 있다

본 연구개발에서는 수요기업에서 요구하는 GMUTS(General Motors Uniform

의 사양에 따른 시험을 실행하여 내구성을 목표 사이클 이상으Test Specification)

로 개선하고 정특성과 동특성 비틀림 토크를 개선항목으로 선정하여 제품의 품질

및 신뢰성 향상을 진행하였다

수요기업의 요구 수준에 의하면 내구성은 와 Tension Compress Alternating

가 동시에 일 때 일 때Torsion Stress Maximum Load 20000 Cycle Normal Load

을 요구한다 본 프로젝트의 경우 해외의 부품메이커들에 대한 경쟁150000 Cycle

력 우위를 확보하기 위하여 기본 요구 수준을 넘어 향상된 제품신뢰성을5~10

확보를 목표로 하였다 내구성 정특성 및 동특성에 대한 시험은 직접 행하였고 비

틀림토크에 대한 부분은 추가적인 시험장치가 필요하여 수요기업의 실험실에 샘플

을 제출하여 요구수준을 검증받았다

본 연구개발의 성과를 요약하면 다음과 같다

우선 기술적 효과로는

설계기술의 확보(1)

재료배합설계 형상설계 공정설계에 대한 기술을 확보하여 내구성을 비롯한 품

질특성을 향상시킬 수 있었다 종래에는 설계 개발 생산프로세스에서 경험적 방법

에 의존하여 시행착오가 많았으나 본 연구를 통하여 과학적이고 체계적인 방법으

로 접근할 수 있는 기술이 확보되었다

설계 요소의 기술적 배치를 위한 실험계획법의 활용기술 확보(2)

- 88 -

종전에는 고무 배합설계 형상설계 공정설계에 대하여 설계요인 별 수 (Facter)

준 을 무작위로 추출하여 실험하였으나 본 실험계획의 과정을 따르면 요인들(Level)

이 계획적으로 반영되어 품질특성에 각각 어느 정도의 영향을 미치는지 분석이 가

능하게 된다 또한 다구찌에 의한 강건 설계의 생성으로 산포를 줄일 수 있다

잠재적 고장원인 분석방법 기술 확보(3)

제품기능에 대한 잠재적 고장모드의 예측과 시험항목을 판단하고 최종적으로는 설

계검증 과 공정검증 의 세부항목과 효과적(Design verification) (Process verification)

으로 연계가 가능하다

신뢰성 데이터분석기술 확보(4)

부품의 개발과정에서 몇 개의 표본에 대한 고장시간 데이터가 있을 때 Weibull

분포를 활용한 신뢰성 성장분석이 가능하게 되었다 개발프로그램이 운영되는 동안

신뢰성 수준의 변화를 추적할 수 있어 목표하는 신뢰성 수준을 달성하기 위하여 충

분한 비율로 성장하고 있는지의 여부를 가능한 빠른 시간 내에 판단할 수 있고 그

에 따라 필요한 자원을 적절히 배분할 수 있다 따라서 개발책임자는 시험데이터로

부터 현재 시스템의 신뢰성 수준 성장률의 평가 앞으로 기대되는 달성 가능한 수

준에 대한 결정이 가능하다

경제적 측면의 효과로는

제품에 대한 내구성 및 동특성 정특성에 대하여 요구사양 이상으로 특성관리(1)

를 행할 수 있어 해외 부품메이커들에 대한 경쟁력 우위로 수출력을 향상할 수 있

게 되었다

개발기간을 단축할 수 있게 되어 개발비의 절감을 가져올 수 있게 되었다(2)

재료배합 형상설계 및 공정설계에 대한 기술개발의 표준 정립으로 개발 기간의 단

축이 가능하게 되었다

본 과제 결과를 활용하여 다른 방진제품에 대한 신뢰성 관리로 수출(3)

- 89 -

시장을 개척하여 신규거래처를 확보할 예정이다 신뢰성 데이터의 관리가 이루어져

제품수명에 대한 설득력 있는 자료의 제시가 가능하게 되었다

향후 연구계획으로는

고무부싱부품의 특성상 내구성만의 개선이 최선이 아니고 정특성과 동특성을 일

정수준으로 동시에 고려하여야 한다 따라서 이 부분에 대한 동시적인 실험설계가

시스템화 되도록 추가적인 연구가 요구된다

- 90 -

참고문헌참고문헌참고문헌참고문헌[ ][ ][ ][ ]

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Journal of Fatigue Vol27 2005

[8] McLean R A and Anderson V I Extreme Vertices Design of Mixture

Experiments Technometrics Vol8 No3 1966

- 96 -

주 의

이 보고서는 산업자원부에서 시행한 부품소재종합기술지원사업의 최1

종보고서이다

이 신뢰성기반기술확산사업 내용을 대외적으로 발표할 때에는 반드시2

산업자원부에서 시행한 부품소재신뢰성기반기술 사업의 지원결과임을

밝혀야 한다

- 97 -

이 보고서는 산업자원부에서 시행한

부품소재 신뢰성기반기술확산사업의 최종보고서이다

- 65 -

표 실험인자 별 수준[ 72]

분석결과의 해석분석결과의 해석분석결과의 해석분석결과의 해석2222

실험결과의 해석은 다음과 같다

을 통해 표 의 실험조건을 입력하여 다구찌 설계를 생성한 결과MMITAB [ 72]

표 과 같은 실험조합을 얻었다 표 는 실험조합 별 시험결과 값이다[ 73] [ 74]

에서의 내구성에 대한 다구찌 설계해석의 결과는 표 의 신호 대Nominal load [ 75]

잡음비 비 평균 표준편차에 대한 반응표에 잘 나타나(SN Signal to noise ratio)

있다 그림 그림 은 비 평균 표준편차에 대한 반응 값을 도식한 [ 71]~[ 73] SN

것이다

표 의 신호 대 잡음비의 반응표를 보면 경도는 스웨징이나 가류시간에 비해[ 75]

반응변수 내구성 에 큰 영향을 미치고 있음을 보여준다 평균에 대한 반응표에서도( )

경도는 다른 인자들에 비해 반응변수의 평균에 크게 영향을 미치고 있음을 알 수

있다 표준편차 역시 경도의 수준 변화에 따라 차이가 가장 많음을 보여주고 있다

- 66 -

표 에 의한 다구찌 설계생성[ 73] MINITAB

- 67 -

표 실험조합 별 시험결과 데이터[ 74]

- 68 -

표 비 평균 표준편차에 대한 반응표[ 75] SN

신호 대 잡음 비에 대한 반응 표신호 대 잡음 비에 대한 반응 표신호 대 잡음 비에 대한 반응 표신호 대 잡음 비에 대한 반응 표

망대특성망대특성망대특성망대특성

평균에 대한 반응 표평균에 대한 반응 표평균에 대한 반응 표평균에 대한 반응 표

표준 편차에 대한 반응 표표준 편차에 대한 반응 표표준 편차에 대한 반응 표표준 편차에 대한 반응 표

- 69 -

그림 신호 대 잡음 비의 주효과도[ 71]

그림 인자수준별 평균의 주효과도[ 72]

그림 인자수준별 표준편차의 주효과도[ 73]

- 70 -

표 와 그림 에서 에서의 내구성 예측값을 가장 크게 하[ 75] [ 72] Nominal Load

는 것은 요인 수준의 조합이 일 때이다 품질 향상을 위해서는 정특성 동(4 2 2)

특성 값도 동시에 고려하여야 하므로 조합 조합 조합(4 2 2) (4 3 2) (4 1 2)

에 대한 예측 값을 함께 구하였다

표 은 에서의 내구성 예측값을 표 은 에[ 76] Nominal Load [ 77] Maximum Load

서의 내구성 예측값 표 은 정특성 예측값 표 는 에서의 동특성 예 [ 78] [ 79] 15Hz

측값 그리고 표 은 에서의 동특성 예측값을 보여주고 있다 [ 710] 150Hz Nominal

에서의 내구성 예측값은 조합 조합 조합에서 각Load (4 2 2) (4 3 2) (4 1 2)

각 목표값인 을 상회한 과170000 Cycle 178023 Cycle 174272 Cycle 175830

로서 조합일 때 더 높게 나타났다Cycle (4 2 2)

동배율은 예측 평균값을 기준으로 할 때 동배율은 조합에서는 에 (4 2 2) 15Hz

서 에서 이고 조합에서의110(1187691079) 150Hz 113(1215561079) (432)

동배율은 에서 에서15Hz 106(112856 106938) 150Hz 108(115769106938)

이며 조합에서의 동배율은 에서 에서 (412) 15Hz 108(118194 1094) 150Hz

이었다109(1195691094)

모델의 경우 수요기업에서 동배율 값이 적은 값을 요구하기 때문에DA-2 (kdks)

동배율을 고려하면 의 조합이 더 좋은 품질을 나타낸다고 할 수 있다(4 1 2)

- 71 -

표 에서의 내구성 예측값[ 76] Nominal Load

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 2 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 3 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 1 2

예측 값

신호 대

- 72 -

표 에서의 내구성 예측값[ 77] Maximum Load

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 2 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 3 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 1 2

신호 대

- 73 -

표 정특성 예측값[ 78]

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 2 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 3 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 1 2

신호 대

- 74 -

표 동특성 예측값[ 79] (15Hz)

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 2 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 3 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 1 2

신호 대

- 75 -

표 동특성 예측값[ 710] (150Hz)

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 2 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 3 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 1 2

신호 대

- 76 -

제 장 부품의 신뢰성성장관리제 장 부품의 신뢰성성장관리제 장 부품의 신뢰성성장관리제 장 부품의 신뢰성성장관리8888

제 절 신뢰성성장관리제 절 신뢰성성장관리제 절 신뢰성성장관리제 절 신뢰성성장관리1111

복잡하고 기술적인 제품의 개발 프로그램을 운영하는 데 있어서는 고객이 요구

하는 신뢰성 수준을 만족시키기 위하여 상당한 규모의 시간 예산 기술인력 등의

자원을 필요로 한다 고객들의 신뢰성 요구수준은 매우 높으므로 이러한 목표를 달

성하기 위하여 시험 개선 시험 개선의 개발과정을 반드시 거친다 이 과정에서 시- - -

스템 서브시스템 또는 모듈을 고장 날 때까지 시험하고 고장모드를 결정해서 이를

제거하기 위한 시도를 하거나 적어도 고장발생을 줄일 수 있는 시도를 하여 설계나

엔지니어링 개선을 이룬다 만약 이러한 과정이 계속되고 설계나 엔지니어링 변경

이 충분히 이루지면 시스템의 신뢰성은 증가한다 개발프로그램이 운영되는 동안

신뢰성 수준의 변화를 추적할 수 있다면 개발책임자로서는 여러 가지 이점이 있다

즉 목표하는 신뢰성 수준을 달성하기 위하여 충분한 비율로 성장하고 있는지의 여

부를 가능한 빠른 시간 내에 판단할 수 있고 그에 따라 필요한 자원을 적절히 배

분할 수 있다 따라서 개발책임자는 시험데이터로부터 현재 시스템의 신뢰성 수준

성장률의 평가 앞으로 기대되는 달성 가능한 수준을 결정하기를 원한다

신뢰성 성장관리 기술은 제품을 개발하는 데(Reliability growth management)

소요되는 많은 시간과 비용 및 엔지니어링 노력을 절감하면서 개념선택 제품과 공

정의 신뢰성 그리고 비용효율을 달성할 수 있도록 유용한 정보를 제공해 준다 군

사장비 자동차 및 전자 중장비개발 등에 적용된 최근의 신뢰성 성장시험 관리기술

은 각 분야의 경쟁적인 사업 환경 아래에서 제품개발을 효율적으로 조직하여 신뢰

성평가를 시작하고 신뢰성 성장과정을 추적할 수 있도록 해준다 신뢰성성장관리기

술은 제품 및 공정설계 관련사항 및 검증시험 항목들에 대하여 사용 환경에 따른

신뢰성 성장 진행과정을 확인하고 그 결과로부터 성장시험곡선을 개발할 수 있게

한다 또한 설계단계 사이의 여러 가지 관련성을 확인하여 관찰하고 그 정보를 다

른 제품보증분석들과 연결하여 고객 요구사항에 대한 제품의

- 77 -

적합도를 적절히 평가하는 데 도움을 준다

신뢰성성장모델은 가 개발한Crow(1975) AMSAA(Army Materiel Systems

모델이 많이 활용되었으나 이는 시스템 또는 서브시스템에서의Analysis Activity)

성장관리에 유용하고 부품수준에서는 모델을 활용하는 것이 더욱 실용적이 Weibull

다 모델은 목표 Weibull B10 수명에 대하여 초기 시작품 으로부터(Early Prototype)

후기 시작품 까지의 신뢰성 개선을 관리하는데 실용적으로 활용할(Later Prototype)

수 있다

신뢰성 성장시험 프로세스신뢰성 성장시험 프로세스신뢰성 성장시험 프로세스신뢰성 성장시험 프로세스1111

신뢰성 성장은 개발시스템에 대하여 여러 시험단계가 시리즈로 이루어지는 동안

고장모드를 발견하고 이를 개선하는 과정을 거쳐 이TAAF(Test Analyze And Fix)

루어진다 또한 기능시험 환경시험 안전시험의 결과는 신뢰성 향상을 위한 FMEA

등과 연계하여 사용된다 분석결과는 설계변경에 반영되고 최종목표가 달성될 때까

지 개선과 시험이 연속적으로 이루어진다 그림 은 일반적인 신뢰성 성장시험 [ 81]

프로세스를 보여준다 프로그램의 시작시점에 신뢰성 성장에 대한 계획을 수립하여

고객의 기대사항을 만족시킬 수 있는 성능수준에 대한 구체적인 측정치를 제시하

고 이 목적을 달성시킬 수 있는 시험조건을 정한다 시험조건은 특정한 부품이나

시스템에 대하여 고객의 사용방법과 환경에 대한 지식을 기초로 하여야 한다

개발프로젝트가 진행되는 동안 신뢰성 성장시험 프로그램이 개발되고 실행되는

과정에서 설계 및 공정의 관심사항을 확인하기 위해 QFD(Quality function

와 같은 제품보증을 위한 분석방법들이 선행되어 실시되는데 신뢰성deployment)

성장관리와 연계하여 이를 통틀어 통합 신뢰성 성장관리(Integrated reliability

라고 한다 신뢰성 성장관리를 포함한 제품설계평가의 모든growth management)

과정은 제품 공정의 신뢰성 향상에 있어 중요한 역할을 하는 제품보증기능의 한부

분이다

- 78 -

통합 신뢰성 성장시험관리 프로세스는 설계뿐 아니라 공정신뢰성(MIL-HDBK-781)

과 관련된 문제에 대응할 수 있도록 신뢰성 성장시험의 이점을 전적으로 활용할 수

있는 수단을 제공한다

신뢰성 성장관리과정을 개발함으로써 신뢰성 수준은 계속적으로 추적될 수 있고

조치를 취하고 다른 분석결과들과 비교되어 초기 신뢰성 예측을 수립하고 제품설

계에 포함된 확신을 증가시킨 후 검증시험에 들어갈 수 있도록 한다 이러한 신뢰

성 성장관리 프로세스는 제품개발 사이클에 있어서 초기 단계 동안에 신뢰성을 확

립하는 데 도움을 줄 수 있는 장치이다

그림 신뢰성성장시험 프로세스[ 81]

제품개발과정에 적용되는 신뢰성 성장시험관리 프로세스는 다음과 같다

신뢰성 성장시험조건을 결정하고 시험 사이클을 개발한다 ①

신뢰성 성장시험곡선의 사용을 통하여 시험과정을 실행하고 추적한다②

시험결과를 평가하고 다른 선행된 분석연구결과들과 비교한다③

확인된 결함을 제거하기 위해 설계변경을 실시한다④

- 79 -

설계검증시험을 준비한다⑤

신뢰성 성장시험의 주된 목적은 설계상의 약점을 확인하고 제거함으로써 설계의

신뢰성을 증가시키는 것이다 정확하게 신뢰성 수준이 변화되는 진행상황을 추적하

기 위해서는 요구사항에 대한 불합치성 을 확인하고 불합치성이(Nonconformance)

일어난 시간을 모두 추적하여야 한다 시험을 시작하기 전에 적절한 시정조치를 용

이하게 하기 위해 사전계획이 수립되어야 하며 고장분포를 결정하기 전에 각각의

고장부품에 대한 고장원인을 분리할 수 있어야 한다

부품의 개발과정에서 몇 개의 표본에 대한 고장시간 데이터가 있을 때 Weibull

분포를 활용한 신뢰성 성장분석에 대하여 설명하면 다음과 같다

가 분석의 개요가 분석의 개요가 분석의 개요가 분석의 개요

밀도함수는 그림 와 같이 특성 수명과 기울기로 고장시간Weibull [ 82] (Cycle

을 설명한다 작은 표본에 대한 고장시간 데이터가 주어졌을 때 분석Km) Weibull

을 사용하여 세 가지의 정보를 얻을 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ특정 시간이 주어졌을 때 등 부품의 신뢰도는 그 시간까지 살아 있(Cycle Km )

을 백분율이다

ㆍㆍㆍㆍ 또는 다른( 수명을 추정할 수 있다) 수명은 부품들 중 가 고장10

날 것이라고 기대되는 시간이다 즉 이 시간에서의 신뢰도는 이다 90

ㆍㆍㆍㆍ 기울기의 값은 고장률 패턴에 대한 정보를 제공해준다 기울기가Weibull 10

이라면 고장률이 일정하다는 것을 의미한다 이 경우 고장은 일반적으로 우연히

일어나며 고장률은 설계의 강건 정도에 따라 달라진다 기울기가 보다 작다면 1

고장률은 감소하고 있음을 의미한다

- 80 -

즉 높은 초기 고장률 을 말한다 기울기가 보다 크면 고장률은 증 (Infant mortality) 1

가하고 이는 마모 되고 있음을 의미한다(Wear-out)

그림 에 의한 부품의 신뢰성성장분석[ 82] Weibull 수명 비교

가장 많이 활용되는 측도는 수명이며 이것은 요구되는 목표 신뢰도가 임 90

을 의미한다 첫 번째 프로토타입이 고장 난다면 신뢰성 목표 달성을 위해 설계 변

경을 행하고 다음 프로토타입을 시험한다 이 과정은 목표 수명이 달성될 때까

지 반복한다

나 의이점나 의이점나 의이점나 의이점WeibullWeibullWeibullWeibull

부품의 개발과정에서 작은 표본에 대한 고장시간 자료가 주어졌을 때 Weibull

분석을 활용하여 신뢰성성장관리를 행하면 다음의 정보를 얻을 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ신뢰성 개선은 목표 수명이 달성될 때까지 하나의 프로토타입에

- 81 -

서 다음 프로토타입까지 추적할 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ신뢰성 개선은 시험한 프로토타입에 대해 타점으로 표현되고 빠르Weibull

게 방향을 파악하여 신뢰성 진전과정에 대한 양적 측면의 관리능력 향상을 그

래프로 확인할 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ컴포넌트를 고장 날 때까지 시험하는 것은 고장모드에 대한 아주 귀중한 정

보를 제공하고 따라서 시정조치 활동이 필요하다

ㆍㆍㆍㆍ많은 표본이 더 좋은 신뢰도를 얻을 수 있지만 분석은 많은 표본을Weibull

필요로 하지 않는다

ㆍㆍㆍㆍ고객의 운영 사용 사이클과 시험 모수의 관계가 알려져 있다면 더 빠르고( )

더 적은 비용으로 가속시험을 할 수도 있다

다 기본가정및제한다 기본가정및제한다 기본가정및제한다 기본가정및제한

ㆍㆍㆍㆍ각 분석에서 오직 하나의 고장모드만 포함되어야 한다 두 개나 그 이상의

고장 모드가 검출된다면 각각에 대해 분리하여 분석해야 한다

ㆍㆍㆍㆍ신뢰도는 시험 제한 한계 로 인해 년 마일까지 확장하여 외삽하면 안( ) 10 150K

된다 왜냐하면 시험 제한 한계 로 인해 다른 고장모드가 발생할 것인지 알 수 ( )

없기 때문이다

ㆍㆍㆍㆍ하나의 프로토타입에서 다음 프로토타입까지 기울기가 변하는 데는 특별히

주의를 하여야 한다 왜냐하면 초기 후기 수명에서 더 높은 신뢰도와 후기 초 ( ) (

기 수명에서 더 낮은 신뢰도의 할 수 도 있기 때문이다) trade-off

라 적용시기라 적용시기라 적용시기라 적용시기

ㆍㆍㆍㆍ수명의 비교는 엔지니어링 사양 이 특정한(Specification) 을 요구할 경

우 사용된다

ㆍㆍㆍㆍ이러한 접근방법은 고장시간 등 에 대하여 동일한 부품의(Cycle Km )

- 82 -

다른 시점에서의 프로토타입을 비교할 때 사용한다

ㆍㆍㆍㆍ신뢰성 목표가 달성될 때까지 계속한다

마 입력자료마 입력자료마 입력자료마 입력자료

ㆍㆍㆍㆍ프로토타입 의 몇 개 표본의 고장시간 등1 (Cycle Km )

ㆍㆍㆍㆍ프로토타입 의 몇 개 표본의 고장시간 등2 (Cycle Km )

⦙

ㆍㆍㆍㆍ마지막 프로토타입의 몇 개 표본의 고장시간 등(Cycle Km )

분석프로세스는 그림 과 같다[ 83]

프로세스프로세스프로세스프로세스 일반적 단계일반적 단계일반적 단계일반적 단계

Ⅰ 요구

또는 수명 결정

프로그램 신뢰성 목표 사용

고객의 운영 사용 프로파일 사용( )

시험 프로그램 적정시간 사용

Ⅱ 시험 프로그램 자료정보

확인과 데이터 수집초기 부품의 프로토타입

후기 부품의 프로토타입

Ⅲ 다른 프로토타입에 대한

누적고장 시간 또는 vs

거리 계산 및 타점

분석이 가능한 사용Weibull SW

가능한 가속수명시험 사용

Ⅳ 프로젝트 검토 시

현재 신뢰성 수준신뢰성 목표 적합성 결정

초기 경고 관련 정보 제공

개선을 위한 계획 정보 제공

그림 프로세스별 단계[ 83]

- 83 -

제 절 신뢰성성장 데이터분석제 절 신뢰성성장 데이터분석제 절 신뢰성성장 데이터분석제 절 신뢰성성장 데이터분석2222

초기 프로토타입 으로 부터 개의 표본을 정상하중 으(Prototype1) 6 (Nominal load)

로 고장 날 때까지 시험하고 고장모드를 기록하였다 여러 개선작업을 거친 후 후

기 프로토타입 으로부터 개의 표본을 고장 날 때까지 시험하고 고장모(Prototype2) 6

드를 기록하였다 시험 데이터는 표 에 주어져 있다 [ 81]

에 고장데이터를 입력하고 각 프로토타입 단계별로 용지에 결과MINITAB Weibull

를 타점한 결과 그림 와 같은 성장곡선이 생성되었다 [ 84] Weibull

정상하중 에서 의 평균수명 추정치는 이(Nominal load) Prototype1 127366Cycle

고 의 평균수명 추정치는 로서 의 개선을 이루었 Prototype2 176882 Cycle 389

음을 알 수 있었다 수명은 은 이었으나Prototype1 112668 Cycle Prototype2

의 수명은 로서 상당한 개선이 이루어졌음을 볼 수 있다168620 Cycle 수

명에 대한 신뢰하한은 로 추정되었다 따라서 정상부하에 의한95 162926 Cycle

시험데이터분석 결과 개선활동 재료배합개선 형상설계개선 공정개선 에 의하여 ( )

내구성 목표가 달성되었음을 알 수 있다

그림 는 에서의 신뢰구간을 보여주고 있다[ 85] Nominal load 90

최대하중 에서는 표 의 데이터 입력결과 그림 의 그래프를(Max load) [ 82] [ 86]

생성하였다 그래프로 부터 추정된 의 Prototype1 수명은 이고16362Cycle

의Prototype2 수명은 이다21850 Cycle 수명에 대한 신뢰하한추정치95

는 으로부터 로 계산된다MINITAB 20983 Cycle

의 수명과 의 수명이 다른 것은 개선 활동의 결과이Prototype1 Prototype2

- 84 -

며 에서 개선목표가 달성되었음을 알 수 있다 Prototype2

표 하중 고장시간[ 81] Nominal (Cycle)

Weibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth Curve

(Nominal Load)(Nominal Load)(Nominal Load)(Nominal Load)

그림 성장곡선[ 84] Weibull (Nominal load data)

- 85 -

Weibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth Curve

(Nominal Load-90 Cl)(Nominal Load-90 Cl)(Nominal Load-90 Cl)(Nominal Load-90 Cl)

그림 신뢰구간[ 85] Nominal Load90

- 86 -

표 하중 고장시간[ 82] Max (Cycle)

Weibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth Curve

(MaxLoad)(MaxLoad)(MaxLoad)(MaxLoad)

그림 성장곡선[ 86] Weibull (Max load data)

- 87 -

제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론9999

본 연구는 자동차현가장치인 고무부싱 의 신뢰성향상을 위한 기(Rubber bushing)

술개발과제이다 에나 인더스트리는 수출전문기업으로서 주요 경쟁사에 비해 고성

능 고내구성의 제품을 짧은 기간 내에 개발할 수 있는 능력을 갖추어야 해외 시장

에서 경쟁력을 가질 수 있다

본 연구개발에서는 수요기업에서 요구하는 GMUTS(General Motors Uniform

의 사양에 따른 시험을 실행하여 내구성을 목표 사이클 이상으Test Specification)

로 개선하고 정특성과 동특성 비틀림 토크를 개선항목으로 선정하여 제품의 품질

및 신뢰성 향상을 진행하였다

수요기업의 요구 수준에 의하면 내구성은 와 Tension Compress Alternating

가 동시에 일 때 일 때Torsion Stress Maximum Load 20000 Cycle Normal Load

을 요구한다 본 프로젝트의 경우 해외의 부품메이커들에 대한 경쟁150000 Cycle

력 우위를 확보하기 위하여 기본 요구 수준을 넘어 향상된 제품신뢰성을5~10

확보를 목표로 하였다 내구성 정특성 및 동특성에 대한 시험은 직접 행하였고 비

틀림토크에 대한 부분은 추가적인 시험장치가 필요하여 수요기업의 실험실에 샘플

을 제출하여 요구수준을 검증받았다

본 연구개발의 성과를 요약하면 다음과 같다

우선 기술적 효과로는

설계기술의 확보(1)

재료배합설계 형상설계 공정설계에 대한 기술을 확보하여 내구성을 비롯한 품

질특성을 향상시킬 수 있었다 종래에는 설계 개발 생산프로세스에서 경험적 방법

에 의존하여 시행착오가 많았으나 본 연구를 통하여 과학적이고 체계적인 방법으

로 접근할 수 있는 기술이 확보되었다

설계 요소의 기술적 배치를 위한 실험계획법의 활용기술 확보(2)

- 88 -

종전에는 고무 배합설계 형상설계 공정설계에 대하여 설계요인 별 수 (Facter)

준 을 무작위로 추출하여 실험하였으나 본 실험계획의 과정을 따르면 요인들(Level)

이 계획적으로 반영되어 품질특성에 각각 어느 정도의 영향을 미치는지 분석이 가

능하게 된다 또한 다구찌에 의한 강건 설계의 생성으로 산포를 줄일 수 있다

잠재적 고장원인 분석방법 기술 확보(3)

제품기능에 대한 잠재적 고장모드의 예측과 시험항목을 판단하고 최종적으로는 설

계검증 과 공정검증 의 세부항목과 효과적(Design verification) (Process verification)

으로 연계가 가능하다

신뢰성 데이터분석기술 확보(4)

부품의 개발과정에서 몇 개의 표본에 대한 고장시간 데이터가 있을 때 Weibull

분포를 활용한 신뢰성 성장분석이 가능하게 되었다 개발프로그램이 운영되는 동안

신뢰성 수준의 변화를 추적할 수 있어 목표하는 신뢰성 수준을 달성하기 위하여 충

분한 비율로 성장하고 있는지의 여부를 가능한 빠른 시간 내에 판단할 수 있고 그

에 따라 필요한 자원을 적절히 배분할 수 있다 따라서 개발책임자는 시험데이터로

부터 현재 시스템의 신뢰성 수준 성장률의 평가 앞으로 기대되는 달성 가능한 수

준에 대한 결정이 가능하다

경제적 측면의 효과로는

제품에 대한 내구성 및 동특성 정특성에 대하여 요구사양 이상으로 특성관리(1)

를 행할 수 있어 해외 부품메이커들에 대한 경쟁력 우위로 수출력을 향상할 수 있

게 되었다

개발기간을 단축할 수 있게 되어 개발비의 절감을 가져올 수 있게 되었다(2)

재료배합 형상설계 및 공정설계에 대한 기술개발의 표준 정립으로 개발 기간의 단

축이 가능하게 되었다

본 과제 결과를 활용하여 다른 방진제품에 대한 신뢰성 관리로 수출(3)

- 89 -

시장을 개척하여 신규거래처를 확보할 예정이다 신뢰성 데이터의 관리가 이루어져

제품수명에 대한 설득력 있는 자료의 제시가 가능하게 되었다

향후 연구계획으로는

고무부싱부품의 특성상 내구성만의 개선이 최선이 아니고 정특성과 동특성을 일

정수준으로 동시에 고려하여야 한다 따라서 이 부분에 대한 동시적인 실험설계가

시스템화 되도록 추가적인 연구가 요구된다

- 90 -

참고문헌참고문헌참고문헌참고문헌[ ][ ][ ][ ]

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원대 신뢰성혁신센터 2005

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김완두 김완수 방진고무부품의 유한요소해석 및 수명예측기술 고무기술[3] ldquo rdquo

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박성현 실험계획법 민영사[5] 2003

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[7] Kim J-H and Jeong H-Y A Study on the material properties and

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Journal of Fatigue Vol27 2005

[8] McLean R A and Anderson V I Extreme Vertices Design of Mixture

Experiments Technometrics Vol8 No3 1966

- 96 -

주 의

이 보고서는 산업자원부에서 시행한 부품소재종합기술지원사업의 최1

종보고서이다

이 신뢰성기반기술확산사업 내용을 대외적으로 발표할 때에는 반드시2

산업자원부에서 시행한 부품소재신뢰성기반기술 사업의 지원결과임을

밝혀야 한다

- 97 -

이 보고서는 산업자원부에서 시행한

부품소재 신뢰성기반기술확산사업의 최종보고서이다

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표 에 의한 다구찌 설계생성[ 73] MINITAB

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표 실험조합 별 시험결과 데이터[ 74]

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표 비 평균 표준편차에 대한 반응표[ 75] SN

신호 대 잡음 비에 대한 반응 표신호 대 잡음 비에 대한 반응 표신호 대 잡음 비에 대한 반응 표신호 대 잡음 비에 대한 반응 표

망대특성망대특성망대특성망대특성

평균에 대한 반응 표평균에 대한 반응 표평균에 대한 반응 표평균에 대한 반응 표

표준 편차에 대한 반응 표표준 편차에 대한 반응 표표준 편차에 대한 반응 표표준 편차에 대한 반응 표

- 69 -

그림 신호 대 잡음 비의 주효과도[ 71]

그림 인자수준별 평균의 주효과도[ 72]

그림 인자수준별 표준편차의 주효과도[ 73]

- 70 -

표 와 그림 에서 에서의 내구성 예측값을 가장 크게 하[ 75] [ 72] Nominal Load

는 것은 요인 수준의 조합이 일 때이다 품질 향상을 위해서는 정특성 동(4 2 2)

특성 값도 동시에 고려하여야 하므로 조합 조합 조합(4 2 2) (4 3 2) (4 1 2)

에 대한 예측 값을 함께 구하였다

표 은 에서의 내구성 예측값을 표 은 에[ 76] Nominal Load [ 77] Maximum Load

서의 내구성 예측값 표 은 정특성 예측값 표 는 에서의 동특성 예 [ 78] [ 79] 15Hz

측값 그리고 표 은 에서의 동특성 예측값을 보여주고 있다 [ 710] 150Hz Nominal

에서의 내구성 예측값은 조합 조합 조합에서 각Load (4 2 2) (4 3 2) (4 1 2)

각 목표값인 을 상회한 과170000 Cycle 178023 Cycle 174272 Cycle 175830

로서 조합일 때 더 높게 나타났다Cycle (4 2 2)

동배율은 예측 평균값을 기준으로 할 때 동배율은 조합에서는 에 (4 2 2) 15Hz

서 에서 이고 조합에서의110(1187691079) 150Hz 113(1215561079) (432)

동배율은 에서 에서15Hz 106(112856 106938) 150Hz 108(115769106938)

이며 조합에서의 동배율은 에서 에서 (412) 15Hz 108(118194 1094) 150Hz

이었다109(1195691094)

모델의 경우 수요기업에서 동배율 값이 적은 값을 요구하기 때문에DA-2 (kdks)

동배율을 고려하면 의 조합이 더 좋은 품질을 나타낸다고 할 수 있다(4 1 2)

- 71 -

표 에서의 내구성 예측값[ 76] Nominal Load

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 2 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 3 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 1 2

예측 값

신호 대

- 72 -

표 에서의 내구성 예측값[ 77] Maximum Load

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 2 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 3 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 1 2

신호 대

- 73 -

표 정특성 예측값[ 78]

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 2 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 3 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 1 2

신호 대

- 74 -

표 동특성 예측값[ 79] (15Hz)

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 2 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 3 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 1 2

신호 대

- 75 -

표 동특성 예측값[ 710] (150Hz)

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 2 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 3 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 1 2

신호 대

- 76 -

제 장 부품의 신뢰성성장관리제 장 부품의 신뢰성성장관리제 장 부품의 신뢰성성장관리제 장 부품의 신뢰성성장관리8888

제 절 신뢰성성장관리제 절 신뢰성성장관리제 절 신뢰성성장관리제 절 신뢰성성장관리1111

복잡하고 기술적인 제품의 개발 프로그램을 운영하는 데 있어서는 고객이 요구

하는 신뢰성 수준을 만족시키기 위하여 상당한 규모의 시간 예산 기술인력 등의

자원을 필요로 한다 고객들의 신뢰성 요구수준은 매우 높으므로 이러한 목표를 달

성하기 위하여 시험 개선 시험 개선의 개발과정을 반드시 거친다 이 과정에서 시- - -

스템 서브시스템 또는 모듈을 고장 날 때까지 시험하고 고장모드를 결정해서 이를

제거하기 위한 시도를 하거나 적어도 고장발생을 줄일 수 있는 시도를 하여 설계나

엔지니어링 개선을 이룬다 만약 이러한 과정이 계속되고 설계나 엔지니어링 변경

이 충분히 이루지면 시스템의 신뢰성은 증가한다 개발프로그램이 운영되는 동안

신뢰성 수준의 변화를 추적할 수 있다면 개발책임자로서는 여러 가지 이점이 있다

즉 목표하는 신뢰성 수준을 달성하기 위하여 충분한 비율로 성장하고 있는지의 여

부를 가능한 빠른 시간 내에 판단할 수 있고 그에 따라 필요한 자원을 적절히 배

분할 수 있다 따라서 개발책임자는 시험데이터로부터 현재 시스템의 신뢰성 수준

성장률의 평가 앞으로 기대되는 달성 가능한 수준을 결정하기를 원한다

신뢰성 성장관리 기술은 제품을 개발하는 데(Reliability growth management)

소요되는 많은 시간과 비용 및 엔지니어링 노력을 절감하면서 개념선택 제품과 공

정의 신뢰성 그리고 비용효율을 달성할 수 있도록 유용한 정보를 제공해 준다 군

사장비 자동차 및 전자 중장비개발 등에 적용된 최근의 신뢰성 성장시험 관리기술

은 각 분야의 경쟁적인 사업 환경 아래에서 제품개발을 효율적으로 조직하여 신뢰

성평가를 시작하고 신뢰성 성장과정을 추적할 수 있도록 해준다 신뢰성성장관리기

술은 제품 및 공정설계 관련사항 및 검증시험 항목들에 대하여 사용 환경에 따른

신뢰성 성장 진행과정을 확인하고 그 결과로부터 성장시험곡선을 개발할 수 있게

한다 또한 설계단계 사이의 여러 가지 관련성을 확인하여 관찰하고 그 정보를 다

른 제품보증분석들과 연결하여 고객 요구사항에 대한 제품의

- 77 -

적합도를 적절히 평가하는 데 도움을 준다

신뢰성성장모델은 가 개발한Crow(1975) AMSAA(Army Materiel Systems

모델이 많이 활용되었으나 이는 시스템 또는 서브시스템에서의Analysis Activity)

성장관리에 유용하고 부품수준에서는 모델을 활용하는 것이 더욱 실용적이 Weibull

다 모델은 목표 Weibull B10 수명에 대하여 초기 시작품 으로부터(Early Prototype)

후기 시작품 까지의 신뢰성 개선을 관리하는데 실용적으로 활용할(Later Prototype)

수 있다

신뢰성 성장시험 프로세스신뢰성 성장시험 프로세스신뢰성 성장시험 프로세스신뢰성 성장시험 프로세스1111

신뢰성 성장은 개발시스템에 대하여 여러 시험단계가 시리즈로 이루어지는 동안

고장모드를 발견하고 이를 개선하는 과정을 거쳐 이TAAF(Test Analyze And Fix)

루어진다 또한 기능시험 환경시험 안전시험의 결과는 신뢰성 향상을 위한 FMEA

등과 연계하여 사용된다 분석결과는 설계변경에 반영되고 최종목표가 달성될 때까

지 개선과 시험이 연속적으로 이루어진다 그림 은 일반적인 신뢰성 성장시험 [ 81]

프로세스를 보여준다 프로그램의 시작시점에 신뢰성 성장에 대한 계획을 수립하여

고객의 기대사항을 만족시킬 수 있는 성능수준에 대한 구체적인 측정치를 제시하

고 이 목적을 달성시킬 수 있는 시험조건을 정한다 시험조건은 특정한 부품이나

시스템에 대하여 고객의 사용방법과 환경에 대한 지식을 기초로 하여야 한다

개발프로젝트가 진행되는 동안 신뢰성 성장시험 프로그램이 개발되고 실행되는

과정에서 설계 및 공정의 관심사항을 확인하기 위해 QFD(Quality function

와 같은 제품보증을 위한 분석방법들이 선행되어 실시되는데 신뢰성deployment)

성장관리와 연계하여 이를 통틀어 통합 신뢰성 성장관리(Integrated reliability

라고 한다 신뢰성 성장관리를 포함한 제품설계평가의 모든growth management)

과정은 제품 공정의 신뢰성 향상에 있어 중요한 역할을 하는 제품보증기능의 한부

분이다

- 78 -

통합 신뢰성 성장시험관리 프로세스는 설계뿐 아니라 공정신뢰성(MIL-HDBK-781)

과 관련된 문제에 대응할 수 있도록 신뢰성 성장시험의 이점을 전적으로 활용할 수

있는 수단을 제공한다

신뢰성 성장관리과정을 개발함으로써 신뢰성 수준은 계속적으로 추적될 수 있고

조치를 취하고 다른 분석결과들과 비교되어 초기 신뢰성 예측을 수립하고 제품설

계에 포함된 확신을 증가시킨 후 검증시험에 들어갈 수 있도록 한다 이러한 신뢰

성 성장관리 프로세스는 제품개발 사이클에 있어서 초기 단계 동안에 신뢰성을 확

립하는 데 도움을 줄 수 있는 장치이다

그림 신뢰성성장시험 프로세스[ 81]

제품개발과정에 적용되는 신뢰성 성장시험관리 프로세스는 다음과 같다

신뢰성 성장시험조건을 결정하고 시험 사이클을 개발한다 ①

신뢰성 성장시험곡선의 사용을 통하여 시험과정을 실행하고 추적한다②

시험결과를 평가하고 다른 선행된 분석연구결과들과 비교한다③

확인된 결함을 제거하기 위해 설계변경을 실시한다④

- 79 -

설계검증시험을 준비한다⑤

신뢰성 성장시험의 주된 목적은 설계상의 약점을 확인하고 제거함으로써 설계의

신뢰성을 증가시키는 것이다 정확하게 신뢰성 수준이 변화되는 진행상황을 추적하

기 위해서는 요구사항에 대한 불합치성 을 확인하고 불합치성이(Nonconformance)

일어난 시간을 모두 추적하여야 한다 시험을 시작하기 전에 적절한 시정조치를 용

이하게 하기 위해 사전계획이 수립되어야 하며 고장분포를 결정하기 전에 각각의

고장부품에 대한 고장원인을 분리할 수 있어야 한다

부품의 개발과정에서 몇 개의 표본에 대한 고장시간 데이터가 있을 때 Weibull

분포를 활용한 신뢰성 성장분석에 대하여 설명하면 다음과 같다

가 분석의 개요가 분석의 개요가 분석의 개요가 분석의 개요

밀도함수는 그림 와 같이 특성 수명과 기울기로 고장시간Weibull [ 82] (Cycle

을 설명한다 작은 표본에 대한 고장시간 데이터가 주어졌을 때 분석Km) Weibull

을 사용하여 세 가지의 정보를 얻을 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ특정 시간이 주어졌을 때 등 부품의 신뢰도는 그 시간까지 살아 있(Cycle Km )

을 백분율이다

ㆍㆍㆍㆍ 또는 다른( 수명을 추정할 수 있다) 수명은 부품들 중 가 고장10

날 것이라고 기대되는 시간이다 즉 이 시간에서의 신뢰도는 이다 90

ㆍㆍㆍㆍ 기울기의 값은 고장률 패턴에 대한 정보를 제공해준다 기울기가Weibull 10

이라면 고장률이 일정하다는 것을 의미한다 이 경우 고장은 일반적으로 우연히

일어나며 고장률은 설계의 강건 정도에 따라 달라진다 기울기가 보다 작다면 1

고장률은 감소하고 있음을 의미한다

- 80 -

즉 높은 초기 고장률 을 말한다 기울기가 보다 크면 고장률은 증 (Infant mortality) 1

가하고 이는 마모 되고 있음을 의미한다(Wear-out)

그림 에 의한 부품의 신뢰성성장분석[ 82] Weibull 수명 비교

가장 많이 활용되는 측도는 수명이며 이것은 요구되는 목표 신뢰도가 임 90

을 의미한다 첫 번째 프로토타입이 고장 난다면 신뢰성 목표 달성을 위해 설계 변

경을 행하고 다음 프로토타입을 시험한다 이 과정은 목표 수명이 달성될 때까

지 반복한다

나 의이점나 의이점나 의이점나 의이점WeibullWeibullWeibullWeibull

부품의 개발과정에서 작은 표본에 대한 고장시간 자료가 주어졌을 때 Weibull

분석을 활용하여 신뢰성성장관리를 행하면 다음의 정보를 얻을 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ신뢰성 개선은 목표 수명이 달성될 때까지 하나의 프로토타입에

- 81 -

서 다음 프로토타입까지 추적할 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ신뢰성 개선은 시험한 프로토타입에 대해 타점으로 표현되고 빠르Weibull

게 방향을 파악하여 신뢰성 진전과정에 대한 양적 측면의 관리능력 향상을 그

래프로 확인할 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ컴포넌트를 고장 날 때까지 시험하는 것은 고장모드에 대한 아주 귀중한 정

보를 제공하고 따라서 시정조치 활동이 필요하다

ㆍㆍㆍㆍ많은 표본이 더 좋은 신뢰도를 얻을 수 있지만 분석은 많은 표본을Weibull

필요로 하지 않는다

ㆍㆍㆍㆍ고객의 운영 사용 사이클과 시험 모수의 관계가 알려져 있다면 더 빠르고( )

더 적은 비용으로 가속시험을 할 수도 있다

다 기본가정및제한다 기본가정및제한다 기본가정및제한다 기본가정및제한

ㆍㆍㆍㆍ각 분석에서 오직 하나의 고장모드만 포함되어야 한다 두 개나 그 이상의

고장 모드가 검출된다면 각각에 대해 분리하여 분석해야 한다

ㆍㆍㆍㆍ신뢰도는 시험 제한 한계 로 인해 년 마일까지 확장하여 외삽하면 안( ) 10 150K

된다 왜냐하면 시험 제한 한계 로 인해 다른 고장모드가 발생할 것인지 알 수 ( )

없기 때문이다

ㆍㆍㆍㆍ하나의 프로토타입에서 다음 프로토타입까지 기울기가 변하는 데는 특별히

주의를 하여야 한다 왜냐하면 초기 후기 수명에서 더 높은 신뢰도와 후기 초 ( ) (

기 수명에서 더 낮은 신뢰도의 할 수 도 있기 때문이다) trade-off

라 적용시기라 적용시기라 적용시기라 적용시기

ㆍㆍㆍㆍ수명의 비교는 엔지니어링 사양 이 특정한(Specification) 을 요구할 경

우 사용된다

ㆍㆍㆍㆍ이러한 접근방법은 고장시간 등 에 대하여 동일한 부품의(Cycle Km )

- 82 -

다른 시점에서의 프로토타입을 비교할 때 사용한다

ㆍㆍㆍㆍ신뢰성 목표가 달성될 때까지 계속한다

마 입력자료마 입력자료마 입력자료마 입력자료

ㆍㆍㆍㆍ프로토타입 의 몇 개 표본의 고장시간 등1 (Cycle Km )

ㆍㆍㆍㆍ프로토타입 의 몇 개 표본의 고장시간 등2 (Cycle Km )

⦙

ㆍㆍㆍㆍ마지막 프로토타입의 몇 개 표본의 고장시간 등(Cycle Km )

분석프로세스는 그림 과 같다[ 83]

프로세스프로세스프로세스프로세스 일반적 단계일반적 단계일반적 단계일반적 단계

Ⅰ 요구

또는 수명 결정

프로그램 신뢰성 목표 사용

고객의 운영 사용 프로파일 사용( )

시험 프로그램 적정시간 사용

Ⅱ 시험 프로그램 자료정보

확인과 데이터 수집초기 부품의 프로토타입

후기 부품의 프로토타입

Ⅲ 다른 프로토타입에 대한

누적고장 시간 또는 vs

거리 계산 및 타점

분석이 가능한 사용Weibull SW

가능한 가속수명시험 사용

Ⅳ 프로젝트 검토 시

현재 신뢰성 수준신뢰성 목표 적합성 결정

초기 경고 관련 정보 제공

개선을 위한 계획 정보 제공

그림 프로세스별 단계[ 83]

- 83 -

제 절 신뢰성성장 데이터분석제 절 신뢰성성장 데이터분석제 절 신뢰성성장 데이터분석제 절 신뢰성성장 데이터분석2222

초기 프로토타입 으로 부터 개의 표본을 정상하중 으(Prototype1) 6 (Nominal load)

로 고장 날 때까지 시험하고 고장모드를 기록하였다 여러 개선작업을 거친 후 후

기 프로토타입 으로부터 개의 표본을 고장 날 때까지 시험하고 고장모(Prototype2) 6

드를 기록하였다 시험 데이터는 표 에 주어져 있다 [ 81]

에 고장데이터를 입력하고 각 프로토타입 단계별로 용지에 결과MINITAB Weibull

를 타점한 결과 그림 와 같은 성장곡선이 생성되었다 [ 84] Weibull

정상하중 에서 의 평균수명 추정치는 이(Nominal load) Prototype1 127366Cycle

고 의 평균수명 추정치는 로서 의 개선을 이루었 Prototype2 176882 Cycle 389

음을 알 수 있었다 수명은 은 이었으나Prototype1 112668 Cycle Prototype2

의 수명은 로서 상당한 개선이 이루어졌음을 볼 수 있다168620 Cycle 수

명에 대한 신뢰하한은 로 추정되었다 따라서 정상부하에 의한95 162926 Cycle

시험데이터분석 결과 개선활동 재료배합개선 형상설계개선 공정개선 에 의하여 ( )

내구성 목표가 달성되었음을 알 수 있다

그림 는 에서의 신뢰구간을 보여주고 있다[ 85] Nominal load 90

최대하중 에서는 표 의 데이터 입력결과 그림 의 그래프를(Max load) [ 82] [ 86]

생성하였다 그래프로 부터 추정된 의 Prototype1 수명은 이고16362Cycle

의Prototype2 수명은 이다21850 Cycle 수명에 대한 신뢰하한추정치95

는 으로부터 로 계산된다MINITAB 20983 Cycle

의 수명과 의 수명이 다른 것은 개선 활동의 결과이Prototype1 Prototype2

- 84 -

며 에서 개선목표가 달성되었음을 알 수 있다 Prototype2

표 하중 고장시간[ 81] Nominal (Cycle)

Weibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth Curve

(Nominal Load)(Nominal Load)(Nominal Load)(Nominal Load)

그림 성장곡선[ 84] Weibull (Nominal load data)

- 85 -

Weibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth Curve

(Nominal Load-90 Cl)(Nominal Load-90 Cl)(Nominal Load-90 Cl)(Nominal Load-90 Cl)

그림 신뢰구간[ 85] Nominal Load90

- 86 -

표 하중 고장시간[ 82] Max (Cycle)

Weibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth Curve

(MaxLoad)(MaxLoad)(MaxLoad)(MaxLoad)

그림 성장곡선[ 86] Weibull (Max load data)

- 87 -

제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론9999

본 연구는 자동차현가장치인 고무부싱 의 신뢰성향상을 위한 기(Rubber bushing)

술개발과제이다 에나 인더스트리는 수출전문기업으로서 주요 경쟁사에 비해 고성

능 고내구성의 제품을 짧은 기간 내에 개발할 수 있는 능력을 갖추어야 해외 시장

에서 경쟁력을 가질 수 있다

본 연구개발에서는 수요기업에서 요구하는 GMUTS(General Motors Uniform

의 사양에 따른 시험을 실행하여 내구성을 목표 사이클 이상으Test Specification)

로 개선하고 정특성과 동특성 비틀림 토크를 개선항목으로 선정하여 제품의 품질

및 신뢰성 향상을 진행하였다

수요기업의 요구 수준에 의하면 내구성은 와 Tension Compress Alternating

가 동시에 일 때 일 때Torsion Stress Maximum Load 20000 Cycle Normal Load

을 요구한다 본 프로젝트의 경우 해외의 부품메이커들에 대한 경쟁150000 Cycle

력 우위를 확보하기 위하여 기본 요구 수준을 넘어 향상된 제품신뢰성을5~10

확보를 목표로 하였다 내구성 정특성 및 동특성에 대한 시험은 직접 행하였고 비

틀림토크에 대한 부분은 추가적인 시험장치가 필요하여 수요기업의 실험실에 샘플

을 제출하여 요구수준을 검증받았다

본 연구개발의 성과를 요약하면 다음과 같다

우선 기술적 효과로는

설계기술의 확보(1)

재료배합설계 형상설계 공정설계에 대한 기술을 확보하여 내구성을 비롯한 품

질특성을 향상시킬 수 있었다 종래에는 설계 개발 생산프로세스에서 경험적 방법

에 의존하여 시행착오가 많았으나 본 연구를 통하여 과학적이고 체계적인 방법으

로 접근할 수 있는 기술이 확보되었다

설계 요소의 기술적 배치를 위한 실험계획법의 활용기술 확보(2)

- 88 -

종전에는 고무 배합설계 형상설계 공정설계에 대하여 설계요인 별 수 (Facter)

준 을 무작위로 추출하여 실험하였으나 본 실험계획의 과정을 따르면 요인들(Level)

이 계획적으로 반영되어 품질특성에 각각 어느 정도의 영향을 미치는지 분석이 가

능하게 된다 또한 다구찌에 의한 강건 설계의 생성으로 산포를 줄일 수 있다

잠재적 고장원인 분석방법 기술 확보(3)

제품기능에 대한 잠재적 고장모드의 예측과 시험항목을 판단하고 최종적으로는 설

계검증 과 공정검증 의 세부항목과 효과적(Design verification) (Process verification)

으로 연계가 가능하다

신뢰성 데이터분석기술 확보(4)

부품의 개발과정에서 몇 개의 표본에 대한 고장시간 데이터가 있을 때 Weibull

분포를 활용한 신뢰성 성장분석이 가능하게 되었다 개발프로그램이 운영되는 동안

신뢰성 수준의 변화를 추적할 수 있어 목표하는 신뢰성 수준을 달성하기 위하여 충

분한 비율로 성장하고 있는지의 여부를 가능한 빠른 시간 내에 판단할 수 있고 그

에 따라 필요한 자원을 적절히 배분할 수 있다 따라서 개발책임자는 시험데이터로

부터 현재 시스템의 신뢰성 수준 성장률의 평가 앞으로 기대되는 달성 가능한 수

준에 대한 결정이 가능하다

경제적 측면의 효과로는

제품에 대한 내구성 및 동특성 정특성에 대하여 요구사양 이상으로 특성관리(1)

를 행할 수 있어 해외 부품메이커들에 대한 경쟁력 우위로 수출력을 향상할 수 있

게 되었다

개발기간을 단축할 수 있게 되어 개발비의 절감을 가져올 수 있게 되었다(2)

재료배합 형상설계 및 공정설계에 대한 기술개발의 표준 정립으로 개발 기간의 단

축이 가능하게 되었다

본 과제 결과를 활용하여 다른 방진제품에 대한 신뢰성 관리로 수출(3)

- 89 -

시장을 개척하여 신규거래처를 확보할 예정이다 신뢰성 데이터의 관리가 이루어져

제품수명에 대한 설득력 있는 자료의 제시가 가능하게 되었다

향후 연구계획으로는

고무부싱부품의 특성상 내구성만의 개선이 최선이 아니고 정특성과 동특성을 일

정수준으로 동시에 고려하여야 한다 따라서 이 부분에 대한 동시적인 실험설계가

시스템화 되도록 추가적인 연구가 요구된다

- 90 -

참고문헌참고문헌참고문헌참고문헌[ ][ ][ ][ ]

고정 이상규 권수호 노태성 정원 박창규 김명수 신뢰성성장프로그램 수[1]

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김명웅 고무공업화학 선진문화사[2] 2006

김완두 김완수 방진고무부품의 유한요소해석 및 수명예측기술 고무기술[3] ldquo rdquo

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미니탭사업팀 새 실무완성 이레테크[4] Minitab 2004

박성현 실험계획법 민영사[5] 2003

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a finite element code Journal of sound and Vibration Vol296 2006

[7] Kim J-H and Jeong H-Y A Study on the material properties and

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Journal of Fatigue Vol27 2005

[8] McLean R A and Anderson V I Extreme Vertices Design of Mixture

Experiments Technometrics Vol8 No3 1966

- 96 -

주 의

이 보고서는 산업자원부에서 시행한 부품소재종합기술지원사업의 최1

종보고서이다

이 신뢰성기반기술확산사업 내용을 대외적으로 발표할 때에는 반드시2

산업자원부에서 시행한 부품소재신뢰성기반기술 사업의 지원결과임을

밝혀야 한다

- 97 -

이 보고서는 산업자원부에서 시행한

부품소재 신뢰성기반기술확산사업의 최종보고서이다

- 67 -

표 실험조합 별 시험결과 데이터[ 74]

- 68 -

표 비 평균 표준편차에 대한 반응표[ 75] SN

신호 대 잡음 비에 대한 반응 표신호 대 잡음 비에 대한 반응 표신호 대 잡음 비에 대한 반응 표신호 대 잡음 비에 대한 반응 표

망대특성망대특성망대특성망대특성

평균에 대한 반응 표평균에 대한 반응 표평균에 대한 반응 표평균에 대한 반응 표

표준 편차에 대한 반응 표표준 편차에 대한 반응 표표준 편차에 대한 반응 표표준 편차에 대한 반응 표

- 69 -

그림 신호 대 잡음 비의 주효과도[ 71]

그림 인자수준별 평균의 주효과도[ 72]

그림 인자수준별 표준편차의 주효과도[ 73]

- 70 -

표 와 그림 에서 에서의 내구성 예측값을 가장 크게 하[ 75] [ 72] Nominal Load

는 것은 요인 수준의 조합이 일 때이다 품질 향상을 위해서는 정특성 동(4 2 2)

특성 값도 동시에 고려하여야 하므로 조합 조합 조합(4 2 2) (4 3 2) (4 1 2)

에 대한 예측 값을 함께 구하였다

표 은 에서의 내구성 예측값을 표 은 에[ 76] Nominal Load [ 77] Maximum Load

서의 내구성 예측값 표 은 정특성 예측값 표 는 에서의 동특성 예 [ 78] [ 79] 15Hz

측값 그리고 표 은 에서의 동특성 예측값을 보여주고 있다 [ 710] 150Hz Nominal

에서의 내구성 예측값은 조합 조합 조합에서 각Load (4 2 2) (4 3 2) (4 1 2)

각 목표값인 을 상회한 과170000 Cycle 178023 Cycle 174272 Cycle 175830

로서 조합일 때 더 높게 나타났다Cycle (4 2 2)

동배율은 예측 평균값을 기준으로 할 때 동배율은 조합에서는 에 (4 2 2) 15Hz

서 에서 이고 조합에서의110(1187691079) 150Hz 113(1215561079) (432)

동배율은 에서 에서15Hz 106(112856 106938) 150Hz 108(115769106938)

이며 조합에서의 동배율은 에서 에서 (412) 15Hz 108(118194 1094) 150Hz

이었다109(1195691094)

모델의 경우 수요기업에서 동배율 값이 적은 값을 요구하기 때문에DA-2 (kdks)

동배율을 고려하면 의 조합이 더 좋은 품질을 나타낸다고 할 수 있다(4 1 2)

- 71 -

표 에서의 내구성 예측값[ 76] Nominal Load

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 2 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 3 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 1 2

예측 값

신호 대

- 72 -

표 에서의 내구성 예측값[ 77] Maximum Load

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 2 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 3 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 1 2

신호 대

- 73 -

표 정특성 예측값[ 78]

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 2 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 3 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 1 2

신호 대

- 74 -

표 동특성 예측값[ 79] (15Hz)

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 2 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 3 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 1 2

신호 대

- 75 -

표 동특성 예측값[ 710] (150Hz)

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 2 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 3 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 1 2

신호 대

- 76 -

제 장 부품의 신뢰성성장관리제 장 부품의 신뢰성성장관리제 장 부품의 신뢰성성장관리제 장 부품의 신뢰성성장관리8888

제 절 신뢰성성장관리제 절 신뢰성성장관리제 절 신뢰성성장관리제 절 신뢰성성장관리1111

복잡하고 기술적인 제품의 개발 프로그램을 운영하는 데 있어서는 고객이 요구

하는 신뢰성 수준을 만족시키기 위하여 상당한 규모의 시간 예산 기술인력 등의

자원을 필요로 한다 고객들의 신뢰성 요구수준은 매우 높으므로 이러한 목표를 달

성하기 위하여 시험 개선 시험 개선의 개발과정을 반드시 거친다 이 과정에서 시- - -

스템 서브시스템 또는 모듈을 고장 날 때까지 시험하고 고장모드를 결정해서 이를

제거하기 위한 시도를 하거나 적어도 고장발생을 줄일 수 있는 시도를 하여 설계나

엔지니어링 개선을 이룬다 만약 이러한 과정이 계속되고 설계나 엔지니어링 변경

이 충분히 이루지면 시스템의 신뢰성은 증가한다 개발프로그램이 운영되는 동안

신뢰성 수준의 변화를 추적할 수 있다면 개발책임자로서는 여러 가지 이점이 있다

즉 목표하는 신뢰성 수준을 달성하기 위하여 충분한 비율로 성장하고 있는지의 여

부를 가능한 빠른 시간 내에 판단할 수 있고 그에 따라 필요한 자원을 적절히 배

분할 수 있다 따라서 개발책임자는 시험데이터로부터 현재 시스템의 신뢰성 수준

성장률의 평가 앞으로 기대되는 달성 가능한 수준을 결정하기를 원한다

신뢰성 성장관리 기술은 제품을 개발하는 데(Reliability growth management)

소요되는 많은 시간과 비용 및 엔지니어링 노력을 절감하면서 개념선택 제품과 공

정의 신뢰성 그리고 비용효율을 달성할 수 있도록 유용한 정보를 제공해 준다 군

사장비 자동차 및 전자 중장비개발 등에 적용된 최근의 신뢰성 성장시험 관리기술

은 각 분야의 경쟁적인 사업 환경 아래에서 제품개발을 효율적으로 조직하여 신뢰

성평가를 시작하고 신뢰성 성장과정을 추적할 수 있도록 해준다 신뢰성성장관리기

술은 제품 및 공정설계 관련사항 및 검증시험 항목들에 대하여 사용 환경에 따른

신뢰성 성장 진행과정을 확인하고 그 결과로부터 성장시험곡선을 개발할 수 있게

한다 또한 설계단계 사이의 여러 가지 관련성을 확인하여 관찰하고 그 정보를 다

른 제품보증분석들과 연결하여 고객 요구사항에 대한 제품의

- 77 -

적합도를 적절히 평가하는 데 도움을 준다

신뢰성성장모델은 가 개발한Crow(1975) AMSAA(Army Materiel Systems

모델이 많이 활용되었으나 이는 시스템 또는 서브시스템에서의Analysis Activity)

성장관리에 유용하고 부품수준에서는 모델을 활용하는 것이 더욱 실용적이 Weibull

다 모델은 목표 Weibull B10 수명에 대하여 초기 시작품 으로부터(Early Prototype)

후기 시작품 까지의 신뢰성 개선을 관리하는데 실용적으로 활용할(Later Prototype)

수 있다

신뢰성 성장시험 프로세스신뢰성 성장시험 프로세스신뢰성 성장시험 프로세스신뢰성 성장시험 프로세스1111

신뢰성 성장은 개발시스템에 대하여 여러 시험단계가 시리즈로 이루어지는 동안

고장모드를 발견하고 이를 개선하는 과정을 거쳐 이TAAF(Test Analyze And Fix)

루어진다 또한 기능시험 환경시험 안전시험의 결과는 신뢰성 향상을 위한 FMEA

등과 연계하여 사용된다 분석결과는 설계변경에 반영되고 최종목표가 달성될 때까

지 개선과 시험이 연속적으로 이루어진다 그림 은 일반적인 신뢰성 성장시험 [ 81]

프로세스를 보여준다 프로그램의 시작시점에 신뢰성 성장에 대한 계획을 수립하여

고객의 기대사항을 만족시킬 수 있는 성능수준에 대한 구체적인 측정치를 제시하

고 이 목적을 달성시킬 수 있는 시험조건을 정한다 시험조건은 특정한 부품이나

시스템에 대하여 고객의 사용방법과 환경에 대한 지식을 기초로 하여야 한다

개발프로젝트가 진행되는 동안 신뢰성 성장시험 프로그램이 개발되고 실행되는

과정에서 설계 및 공정의 관심사항을 확인하기 위해 QFD(Quality function

와 같은 제품보증을 위한 분석방법들이 선행되어 실시되는데 신뢰성deployment)

성장관리와 연계하여 이를 통틀어 통합 신뢰성 성장관리(Integrated reliability

라고 한다 신뢰성 성장관리를 포함한 제품설계평가의 모든growth management)

과정은 제품 공정의 신뢰성 향상에 있어 중요한 역할을 하는 제품보증기능의 한부

분이다

- 78 -

통합 신뢰성 성장시험관리 프로세스는 설계뿐 아니라 공정신뢰성(MIL-HDBK-781)

과 관련된 문제에 대응할 수 있도록 신뢰성 성장시험의 이점을 전적으로 활용할 수

있는 수단을 제공한다

신뢰성 성장관리과정을 개발함으로써 신뢰성 수준은 계속적으로 추적될 수 있고

조치를 취하고 다른 분석결과들과 비교되어 초기 신뢰성 예측을 수립하고 제품설

계에 포함된 확신을 증가시킨 후 검증시험에 들어갈 수 있도록 한다 이러한 신뢰

성 성장관리 프로세스는 제품개발 사이클에 있어서 초기 단계 동안에 신뢰성을 확

립하는 데 도움을 줄 수 있는 장치이다

그림 신뢰성성장시험 프로세스[ 81]

제품개발과정에 적용되는 신뢰성 성장시험관리 프로세스는 다음과 같다

신뢰성 성장시험조건을 결정하고 시험 사이클을 개발한다 ①

신뢰성 성장시험곡선의 사용을 통하여 시험과정을 실행하고 추적한다②

시험결과를 평가하고 다른 선행된 분석연구결과들과 비교한다③

확인된 결함을 제거하기 위해 설계변경을 실시한다④

- 79 -

설계검증시험을 준비한다⑤

신뢰성 성장시험의 주된 목적은 설계상의 약점을 확인하고 제거함으로써 설계의

신뢰성을 증가시키는 것이다 정확하게 신뢰성 수준이 변화되는 진행상황을 추적하

기 위해서는 요구사항에 대한 불합치성 을 확인하고 불합치성이(Nonconformance)

일어난 시간을 모두 추적하여야 한다 시험을 시작하기 전에 적절한 시정조치를 용

이하게 하기 위해 사전계획이 수립되어야 하며 고장분포를 결정하기 전에 각각의

고장부품에 대한 고장원인을 분리할 수 있어야 한다

부품의 개발과정에서 몇 개의 표본에 대한 고장시간 데이터가 있을 때 Weibull

분포를 활용한 신뢰성 성장분석에 대하여 설명하면 다음과 같다

가 분석의 개요가 분석의 개요가 분석의 개요가 분석의 개요

밀도함수는 그림 와 같이 특성 수명과 기울기로 고장시간Weibull [ 82] (Cycle

을 설명한다 작은 표본에 대한 고장시간 데이터가 주어졌을 때 분석Km) Weibull

을 사용하여 세 가지의 정보를 얻을 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ특정 시간이 주어졌을 때 등 부품의 신뢰도는 그 시간까지 살아 있(Cycle Km )

을 백분율이다

ㆍㆍㆍㆍ 또는 다른( 수명을 추정할 수 있다) 수명은 부품들 중 가 고장10

날 것이라고 기대되는 시간이다 즉 이 시간에서의 신뢰도는 이다 90

ㆍㆍㆍㆍ 기울기의 값은 고장률 패턴에 대한 정보를 제공해준다 기울기가Weibull 10

이라면 고장률이 일정하다는 것을 의미한다 이 경우 고장은 일반적으로 우연히

일어나며 고장률은 설계의 강건 정도에 따라 달라진다 기울기가 보다 작다면 1

고장률은 감소하고 있음을 의미한다

- 80 -

즉 높은 초기 고장률 을 말한다 기울기가 보다 크면 고장률은 증 (Infant mortality) 1

가하고 이는 마모 되고 있음을 의미한다(Wear-out)

그림 에 의한 부품의 신뢰성성장분석[ 82] Weibull 수명 비교

가장 많이 활용되는 측도는 수명이며 이것은 요구되는 목표 신뢰도가 임 90

을 의미한다 첫 번째 프로토타입이 고장 난다면 신뢰성 목표 달성을 위해 설계 변

경을 행하고 다음 프로토타입을 시험한다 이 과정은 목표 수명이 달성될 때까

지 반복한다

나 의이점나 의이점나 의이점나 의이점WeibullWeibullWeibullWeibull

부품의 개발과정에서 작은 표본에 대한 고장시간 자료가 주어졌을 때 Weibull

분석을 활용하여 신뢰성성장관리를 행하면 다음의 정보를 얻을 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ신뢰성 개선은 목표 수명이 달성될 때까지 하나의 프로토타입에

- 81 -

서 다음 프로토타입까지 추적할 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ신뢰성 개선은 시험한 프로토타입에 대해 타점으로 표현되고 빠르Weibull

게 방향을 파악하여 신뢰성 진전과정에 대한 양적 측면의 관리능력 향상을 그

래프로 확인할 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ컴포넌트를 고장 날 때까지 시험하는 것은 고장모드에 대한 아주 귀중한 정

보를 제공하고 따라서 시정조치 활동이 필요하다

ㆍㆍㆍㆍ많은 표본이 더 좋은 신뢰도를 얻을 수 있지만 분석은 많은 표본을Weibull

필요로 하지 않는다

ㆍㆍㆍㆍ고객의 운영 사용 사이클과 시험 모수의 관계가 알려져 있다면 더 빠르고( )

더 적은 비용으로 가속시험을 할 수도 있다

다 기본가정및제한다 기본가정및제한다 기본가정및제한다 기본가정및제한

ㆍㆍㆍㆍ각 분석에서 오직 하나의 고장모드만 포함되어야 한다 두 개나 그 이상의

고장 모드가 검출된다면 각각에 대해 분리하여 분석해야 한다

ㆍㆍㆍㆍ신뢰도는 시험 제한 한계 로 인해 년 마일까지 확장하여 외삽하면 안( ) 10 150K

된다 왜냐하면 시험 제한 한계 로 인해 다른 고장모드가 발생할 것인지 알 수 ( )

없기 때문이다

ㆍㆍㆍㆍ하나의 프로토타입에서 다음 프로토타입까지 기울기가 변하는 데는 특별히

주의를 하여야 한다 왜냐하면 초기 후기 수명에서 더 높은 신뢰도와 후기 초 ( ) (

기 수명에서 더 낮은 신뢰도의 할 수 도 있기 때문이다) trade-off

라 적용시기라 적용시기라 적용시기라 적용시기

ㆍㆍㆍㆍ수명의 비교는 엔지니어링 사양 이 특정한(Specification) 을 요구할 경

우 사용된다

ㆍㆍㆍㆍ이러한 접근방법은 고장시간 등 에 대하여 동일한 부품의(Cycle Km )

- 82 -

다른 시점에서의 프로토타입을 비교할 때 사용한다

ㆍㆍㆍㆍ신뢰성 목표가 달성될 때까지 계속한다

마 입력자료마 입력자료마 입력자료마 입력자료

ㆍㆍㆍㆍ프로토타입 의 몇 개 표본의 고장시간 등1 (Cycle Km )

ㆍㆍㆍㆍ프로토타입 의 몇 개 표본의 고장시간 등2 (Cycle Km )

⦙

ㆍㆍㆍㆍ마지막 프로토타입의 몇 개 표본의 고장시간 등(Cycle Km )

분석프로세스는 그림 과 같다[ 83]

프로세스프로세스프로세스프로세스 일반적 단계일반적 단계일반적 단계일반적 단계

Ⅰ 요구

또는 수명 결정

프로그램 신뢰성 목표 사용

고객의 운영 사용 프로파일 사용( )

시험 프로그램 적정시간 사용

Ⅱ 시험 프로그램 자료정보

확인과 데이터 수집초기 부품의 프로토타입

후기 부품의 프로토타입

Ⅲ 다른 프로토타입에 대한

누적고장 시간 또는 vs

거리 계산 및 타점

분석이 가능한 사용Weibull SW

가능한 가속수명시험 사용

Ⅳ 프로젝트 검토 시

현재 신뢰성 수준신뢰성 목표 적합성 결정

초기 경고 관련 정보 제공

개선을 위한 계획 정보 제공

그림 프로세스별 단계[ 83]

- 83 -

제 절 신뢰성성장 데이터분석제 절 신뢰성성장 데이터분석제 절 신뢰성성장 데이터분석제 절 신뢰성성장 데이터분석2222

초기 프로토타입 으로 부터 개의 표본을 정상하중 으(Prototype1) 6 (Nominal load)

로 고장 날 때까지 시험하고 고장모드를 기록하였다 여러 개선작업을 거친 후 후

기 프로토타입 으로부터 개의 표본을 고장 날 때까지 시험하고 고장모(Prototype2) 6

드를 기록하였다 시험 데이터는 표 에 주어져 있다 [ 81]

에 고장데이터를 입력하고 각 프로토타입 단계별로 용지에 결과MINITAB Weibull

를 타점한 결과 그림 와 같은 성장곡선이 생성되었다 [ 84] Weibull

정상하중 에서 의 평균수명 추정치는 이(Nominal load) Prototype1 127366Cycle

고 의 평균수명 추정치는 로서 의 개선을 이루었 Prototype2 176882 Cycle 389

음을 알 수 있었다 수명은 은 이었으나Prototype1 112668 Cycle Prototype2

의 수명은 로서 상당한 개선이 이루어졌음을 볼 수 있다168620 Cycle 수

명에 대한 신뢰하한은 로 추정되었다 따라서 정상부하에 의한95 162926 Cycle

시험데이터분석 결과 개선활동 재료배합개선 형상설계개선 공정개선 에 의하여 ( )

내구성 목표가 달성되었음을 알 수 있다

그림 는 에서의 신뢰구간을 보여주고 있다[ 85] Nominal load 90

최대하중 에서는 표 의 데이터 입력결과 그림 의 그래프를(Max load) [ 82] [ 86]

생성하였다 그래프로 부터 추정된 의 Prototype1 수명은 이고16362Cycle

의Prototype2 수명은 이다21850 Cycle 수명에 대한 신뢰하한추정치95

는 으로부터 로 계산된다MINITAB 20983 Cycle

의 수명과 의 수명이 다른 것은 개선 활동의 결과이Prototype1 Prototype2

- 84 -

며 에서 개선목표가 달성되었음을 알 수 있다 Prototype2

표 하중 고장시간[ 81] Nominal (Cycle)

Weibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth Curve

(Nominal Load)(Nominal Load)(Nominal Load)(Nominal Load)

그림 성장곡선[ 84] Weibull (Nominal load data)

- 85 -

Weibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth Curve

(Nominal Load-90 Cl)(Nominal Load-90 Cl)(Nominal Load-90 Cl)(Nominal Load-90 Cl)

그림 신뢰구간[ 85] Nominal Load90

- 86 -

표 하중 고장시간[ 82] Max (Cycle)

Weibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth Curve

(MaxLoad)(MaxLoad)(MaxLoad)(MaxLoad)

그림 성장곡선[ 86] Weibull (Max load data)

- 87 -

제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론9999

본 연구는 자동차현가장치인 고무부싱 의 신뢰성향상을 위한 기(Rubber bushing)

술개발과제이다 에나 인더스트리는 수출전문기업으로서 주요 경쟁사에 비해 고성

능 고내구성의 제품을 짧은 기간 내에 개발할 수 있는 능력을 갖추어야 해외 시장

에서 경쟁력을 가질 수 있다

본 연구개발에서는 수요기업에서 요구하는 GMUTS(General Motors Uniform

의 사양에 따른 시험을 실행하여 내구성을 목표 사이클 이상으Test Specification)

로 개선하고 정특성과 동특성 비틀림 토크를 개선항목으로 선정하여 제품의 품질

및 신뢰성 향상을 진행하였다

수요기업의 요구 수준에 의하면 내구성은 와 Tension Compress Alternating

가 동시에 일 때 일 때Torsion Stress Maximum Load 20000 Cycle Normal Load

을 요구한다 본 프로젝트의 경우 해외의 부품메이커들에 대한 경쟁150000 Cycle

력 우위를 확보하기 위하여 기본 요구 수준을 넘어 향상된 제품신뢰성을5~10

확보를 목표로 하였다 내구성 정특성 및 동특성에 대한 시험은 직접 행하였고 비

틀림토크에 대한 부분은 추가적인 시험장치가 필요하여 수요기업의 실험실에 샘플

을 제출하여 요구수준을 검증받았다

본 연구개발의 성과를 요약하면 다음과 같다

우선 기술적 효과로는

설계기술의 확보(1)

재료배합설계 형상설계 공정설계에 대한 기술을 확보하여 내구성을 비롯한 품

질특성을 향상시킬 수 있었다 종래에는 설계 개발 생산프로세스에서 경험적 방법

에 의존하여 시행착오가 많았으나 본 연구를 통하여 과학적이고 체계적인 방법으

로 접근할 수 있는 기술이 확보되었다

설계 요소의 기술적 배치를 위한 실험계획법의 활용기술 확보(2)

- 88 -

종전에는 고무 배합설계 형상설계 공정설계에 대하여 설계요인 별 수 (Facter)

준 을 무작위로 추출하여 실험하였으나 본 실험계획의 과정을 따르면 요인들(Level)

이 계획적으로 반영되어 품질특성에 각각 어느 정도의 영향을 미치는지 분석이 가

능하게 된다 또한 다구찌에 의한 강건 설계의 생성으로 산포를 줄일 수 있다

잠재적 고장원인 분석방법 기술 확보(3)

제품기능에 대한 잠재적 고장모드의 예측과 시험항목을 판단하고 최종적으로는 설

계검증 과 공정검증 의 세부항목과 효과적(Design verification) (Process verification)

으로 연계가 가능하다

신뢰성 데이터분석기술 확보(4)

부품의 개발과정에서 몇 개의 표본에 대한 고장시간 데이터가 있을 때 Weibull

분포를 활용한 신뢰성 성장분석이 가능하게 되었다 개발프로그램이 운영되는 동안

신뢰성 수준의 변화를 추적할 수 있어 목표하는 신뢰성 수준을 달성하기 위하여 충

분한 비율로 성장하고 있는지의 여부를 가능한 빠른 시간 내에 판단할 수 있고 그

에 따라 필요한 자원을 적절히 배분할 수 있다 따라서 개발책임자는 시험데이터로

부터 현재 시스템의 신뢰성 수준 성장률의 평가 앞으로 기대되는 달성 가능한 수

준에 대한 결정이 가능하다

경제적 측면의 효과로는

제품에 대한 내구성 및 동특성 정특성에 대하여 요구사양 이상으로 특성관리(1)

를 행할 수 있어 해외 부품메이커들에 대한 경쟁력 우위로 수출력을 향상할 수 있

게 되었다

개발기간을 단축할 수 있게 되어 개발비의 절감을 가져올 수 있게 되었다(2)

재료배합 형상설계 및 공정설계에 대한 기술개발의 표준 정립으로 개발 기간의 단

축이 가능하게 되었다

본 과제 결과를 활용하여 다른 방진제품에 대한 신뢰성 관리로 수출(3)

- 89 -

시장을 개척하여 신규거래처를 확보할 예정이다 신뢰성 데이터의 관리가 이루어져

제품수명에 대한 설득력 있는 자료의 제시가 가능하게 되었다

향후 연구계획으로는

고무부싱부품의 특성상 내구성만의 개선이 최선이 아니고 정특성과 동특성을 일

정수준으로 동시에 고려하여야 한다 따라서 이 부분에 대한 동시적인 실험설계가

시스템화 되도록 추가적인 연구가 요구된다

- 90 -

참고문헌참고문헌참고문헌참고문헌[ ][ ][ ][ ]

고정 이상규 권수호 노태성 정원 박창규 김명수 신뢰성성장프로그램 수[1]

원대 신뢰성혁신센터 2005

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김완두 김완수 방진고무부품의 유한요소해석 및 수명예측기술 고무기술[3] ldquo rdquo

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미니탭사업팀 새 실무완성 이레테크[4] Minitab 2004

박성현 실험계획법 민영사[5] 2003

[6] Gil-Negrete N Vinolas J and Kari L A Simplified methodology to

predict the dynamic stiffness of carbon-black filled rubber isolators using

a finite element code Journal of sound and Vibration Vol296 2006

[7] Kim J-H and Jeong H-Y A Study on the material properties and

fatigue life of natural rubber with different carbon blacks International

Journal of Fatigue Vol27 2005

[8] McLean R A and Anderson V I Extreme Vertices Design of Mixture

Experiments Technometrics Vol8 No3 1966

- 96 -

주 의

이 보고서는 산업자원부에서 시행한 부품소재종합기술지원사업의 최1

종보고서이다

이 신뢰성기반기술확산사업 내용을 대외적으로 발표할 때에는 반드시2

산업자원부에서 시행한 부품소재신뢰성기반기술 사업의 지원결과임을

밝혀야 한다

- 97 -

이 보고서는 산업자원부에서 시행한

부품소재 신뢰성기반기술확산사업의 최종보고서이다

- 68 -

표 비 평균 표준편차에 대한 반응표[ 75] SN

신호 대 잡음 비에 대한 반응 표신호 대 잡음 비에 대한 반응 표신호 대 잡음 비에 대한 반응 표신호 대 잡음 비에 대한 반응 표

망대특성망대특성망대특성망대특성

평균에 대한 반응 표평균에 대한 반응 표평균에 대한 반응 표평균에 대한 반응 표

표준 편차에 대한 반응 표표준 편차에 대한 반응 표표준 편차에 대한 반응 표표준 편차에 대한 반응 표

- 69 -

그림 신호 대 잡음 비의 주효과도[ 71]

그림 인자수준별 평균의 주효과도[ 72]

그림 인자수준별 표준편차의 주효과도[ 73]

- 70 -

표 와 그림 에서 에서의 내구성 예측값을 가장 크게 하[ 75] [ 72] Nominal Load

는 것은 요인 수준의 조합이 일 때이다 품질 향상을 위해서는 정특성 동(4 2 2)

특성 값도 동시에 고려하여야 하므로 조합 조합 조합(4 2 2) (4 3 2) (4 1 2)

에 대한 예측 값을 함께 구하였다

표 은 에서의 내구성 예측값을 표 은 에[ 76] Nominal Load [ 77] Maximum Load

서의 내구성 예측값 표 은 정특성 예측값 표 는 에서의 동특성 예 [ 78] [ 79] 15Hz

측값 그리고 표 은 에서의 동특성 예측값을 보여주고 있다 [ 710] 150Hz Nominal

에서의 내구성 예측값은 조합 조합 조합에서 각Load (4 2 2) (4 3 2) (4 1 2)

각 목표값인 을 상회한 과170000 Cycle 178023 Cycle 174272 Cycle 175830

로서 조합일 때 더 높게 나타났다Cycle (4 2 2)

동배율은 예측 평균값을 기준으로 할 때 동배율은 조합에서는 에 (4 2 2) 15Hz

서 에서 이고 조합에서의110(1187691079) 150Hz 113(1215561079) (432)

동배율은 에서 에서15Hz 106(112856 106938) 150Hz 108(115769106938)

이며 조합에서의 동배율은 에서 에서 (412) 15Hz 108(118194 1094) 150Hz

이었다109(1195691094)

모델의 경우 수요기업에서 동배율 값이 적은 값을 요구하기 때문에DA-2 (kdks)

동배율을 고려하면 의 조합이 더 좋은 품질을 나타낸다고 할 수 있다(4 1 2)

- 71 -

표 에서의 내구성 예측값[ 76] Nominal Load

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 2 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 3 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 1 2

예측 값

신호 대

- 72 -

표 에서의 내구성 예측값[ 77] Maximum Load

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 2 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 3 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 1 2

신호 대

- 73 -

표 정특성 예측값[ 78]

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 2 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 3 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 1 2

신호 대

- 74 -

표 동특성 예측값[ 79] (15Hz)

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 2 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 3 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 1 2

신호 대

- 75 -

표 동특성 예측값[ 710] (150Hz)

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 2 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 3 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 1 2

신호 대

- 76 -

제 장 부품의 신뢰성성장관리제 장 부품의 신뢰성성장관리제 장 부품의 신뢰성성장관리제 장 부품의 신뢰성성장관리8888

제 절 신뢰성성장관리제 절 신뢰성성장관리제 절 신뢰성성장관리제 절 신뢰성성장관리1111

복잡하고 기술적인 제품의 개발 프로그램을 운영하는 데 있어서는 고객이 요구

하는 신뢰성 수준을 만족시키기 위하여 상당한 규모의 시간 예산 기술인력 등의

자원을 필요로 한다 고객들의 신뢰성 요구수준은 매우 높으므로 이러한 목표를 달

성하기 위하여 시험 개선 시험 개선의 개발과정을 반드시 거친다 이 과정에서 시- - -

스템 서브시스템 또는 모듈을 고장 날 때까지 시험하고 고장모드를 결정해서 이를

제거하기 위한 시도를 하거나 적어도 고장발생을 줄일 수 있는 시도를 하여 설계나

엔지니어링 개선을 이룬다 만약 이러한 과정이 계속되고 설계나 엔지니어링 변경

이 충분히 이루지면 시스템의 신뢰성은 증가한다 개발프로그램이 운영되는 동안

신뢰성 수준의 변화를 추적할 수 있다면 개발책임자로서는 여러 가지 이점이 있다

즉 목표하는 신뢰성 수준을 달성하기 위하여 충분한 비율로 성장하고 있는지의 여

부를 가능한 빠른 시간 내에 판단할 수 있고 그에 따라 필요한 자원을 적절히 배

분할 수 있다 따라서 개발책임자는 시험데이터로부터 현재 시스템의 신뢰성 수준

성장률의 평가 앞으로 기대되는 달성 가능한 수준을 결정하기를 원한다

신뢰성 성장관리 기술은 제품을 개발하는 데(Reliability growth management)

소요되는 많은 시간과 비용 및 엔지니어링 노력을 절감하면서 개념선택 제품과 공

정의 신뢰성 그리고 비용효율을 달성할 수 있도록 유용한 정보를 제공해 준다 군

사장비 자동차 및 전자 중장비개발 등에 적용된 최근의 신뢰성 성장시험 관리기술

은 각 분야의 경쟁적인 사업 환경 아래에서 제품개발을 효율적으로 조직하여 신뢰

성평가를 시작하고 신뢰성 성장과정을 추적할 수 있도록 해준다 신뢰성성장관리기

술은 제품 및 공정설계 관련사항 및 검증시험 항목들에 대하여 사용 환경에 따른

신뢰성 성장 진행과정을 확인하고 그 결과로부터 성장시험곡선을 개발할 수 있게

한다 또한 설계단계 사이의 여러 가지 관련성을 확인하여 관찰하고 그 정보를 다

른 제품보증분석들과 연결하여 고객 요구사항에 대한 제품의

- 77 -

적합도를 적절히 평가하는 데 도움을 준다

신뢰성성장모델은 가 개발한Crow(1975) AMSAA(Army Materiel Systems

모델이 많이 활용되었으나 이는 시스템 또는 서브시스템에서의Analysis Activity)

성장관리에 유용하고 부품수준에서는 모델을 활용하는 것이 더욱 실용적이 Weibull

다 모델은 목표 Weibull B10 수명에 대하여 초기 시작품 으로부터(Early Prototype)

후기 시작품 까지의 신뢰성 개선을 관리하는데 실용적으로 활용할(Later Prototype)

수 있다

신뢰성 성장시험 프로세스신뢰성 성장시험 프로세스신뢰성 성장시험 프로세스신뢰성 성장시험 프로세스1111

신뢰성 성장은 개발시스템에 대하여 여러 시험단계가 시리즈로 이루어지는 동안

고장모드를 발견하고 이를 개선하는 과정을 거쳐 이TAAF(Test Analyze And Fix)

루어진다 또한 기능시험 환경시험 안전시험의 결과는 신뢰성 향상을 위한 FMEA

등과 연계하여 사용된다 분석결과는 설계변경에 반영되고 최종목표가 달성될 때까

지 개선과 시험이 연속적으로 이루어진다 그림 은 일반적인 신뢰성 성장시험 [ 81]

프로세스를 보여준다 프로그램의 시작시점에 신뢰성 성장에 대한 계획을 수립하여

고객의 기대사항을 만족시킬 수 있는 성능수준에 대한 구체적인 측정치를 제시하

고 이 목적을 달성시킬 수 있는 시험조건을 정한다 시험조건은 특정한 부품이나

시스템에 대하여 고객의 사용방법과 환경에 대한 지식을 기초로 하여야 한다

개발프로젝트가 진행되는 동안 신뢰성 성장시험 프로그램이 개발되고 실행되는

과정에서 설계 및 공정의 관심사항을 확인하기 위해 QFD(Quality function

와 같은 제품보증을 위한 분석방법들이 선행되어 실시되는데 신뢰성deployment)

성장관리와 연계하여 이를 통틀어 통합 신뢰성 성장관리(Integrated reliability

라고 한다 신뢰성 성장관리를 포함한 제품설계평가의 모든growth management)

과정은 제품 공정의 신뢰성 향상에 있어 중요한 역할을 하는 제품보증기능의 한부

분이다

- 78 -

통합 신뢰성 성장시험관리 프로세스는 설계뿐 아니라 공정신뢰성(MIL-HDBK-781)

과 관련된 문제에 대응할 수 있도록 신뢰성 성장시험의 이점을 전적으로 활용할 수

있는 수단을 제공한다

신뢰성 성장관리과정을 개발함으로써 신뢰성 수준은 계속적으로 추적될 수 있고

조치를 취하고 다른 분석결과들과 비교되어 초기 신뢰성 예측을 수립하고 제품설

계에 포함된 확신을 증가시킨 후 검증시험에 들어갈 수 있도록 한다 이러한 신뢰

성 성장관리 프로세스는 제품개발 사이클에 있어서 초기 단계 동안에 신뢰성을 확

립하는 데 도움을 줄 수 있는 장치이다

그림 신뢰성성장시험 프로세스[ 81]

제품개발과정에 적용되는 신뢰성 성장시험관리 프로세스는 다음과 같다

신뢰성 성장시험조건을 결정하고 시험 사이클을 개발한다 ①

신뢰성 성장시험곡선의 사용을 통하여 시험과정을 실행하고 추적한다②

시험결과를 평가하고 다른 선행된 분석연구결과들과 비교한다③

확인된 결함을 제거하기 위해 설계변경을 실시한다④

- 79 -

설계검증시험을 준비한다⑤

신뢰성 성장시험의 주된 목적은 설계상의 약점을 확인하고 제거함으로써 설계의

신뢰성을 증가시키는 것이다 정확하게 신뢰성 수준이 변화되는 진행상황을 추적하

기 위해서는 요구사항에 대한 불합치성 을 확인하고 불합치성이(Nonconformance)

일어난 시간을 모두 추적하여야 한다 시험을 시작하기 전에 적절한 시정조치를 용

이하게 하기 위해 사전계획이 수립되어야 하며 고장분포를 결정하기 전에 각각의

고장부품에 대한 고장원인을 분리할 수 있어야 한다

부품의 개발과정에서 몇 개의 표본에 대한 고장시간 데이터가 있을 때 Weibull

분포를 활용한 신뢰성 성장분석에 대하여 설명하면 다음과 같다

가 분석의 개요가 분석의 개요가 분석의 개요가 분석의 개요

밀도함수는 그림 와 같이 특성 수명과 기울기로 고장시간Weibull [ 82] (Cycle

을 설명한다 작은 표본에 대한 고장시간 데이터가 주어졌을 때 분석Km) Weibull

을 사용하여 세 가지의 정보를 얻을 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ특정 시간이 주어졌을 때 등 부품의 신뢰도는 그 시간까지 살아 있(Cycle Km )

을 백분율이다

ㆍㆍㆍㆍ 또는 다른( 수명을 추정할 수 있다) 수명은 부품들 중 가 고장10

날 것이라고 기대되는 시간이다 즉 이 시간에서의 신뢰도는 이다 90

ㆍㆍㆍㆍ 기울기의 값은 고장률 패턴에 대한 정보를 제공해준다 기울기가Weibull 10

이라면 고장률이 일정하다는 것을 의미한다 이 경우 고장은 일반적으로 우연히

일어나며 고장률은 설계의 강건 정도에 따라 달라진다 기울기가 보다 작다면 1

고장률은 감소하고 있음을 의미한다

- 80 -

즉 높은 초기 고장률 을 말한다 기울기가 보다 크면 고장률은 증 (Infant mortality) 1

가하고 이는 마모 되고 있음을 의미한다(Wear-out)

그림 에 의한 부품의 신뢰성성장분석[ 82] Weibull 수명 비교

가장 많이 활용되는 측도는 수명이며 이것은 요구되는 목표 신뢰도가 임 90

을 의미한다 첫 번째 프로토타입이 고장 난다면 신뢰성 목표 달성을 위해 설계 변

경을 행하고 다음 프로토타입을 시험한다 이 과정은 목표 수명이 달성될 때까

지 반복한다

나 의이점나 의이점나 의이점나 의이점WeibullWeibullWeibullWeibull

부품의 개발과정에서 작은 표본에 대한 고장시간 자료가 주어졌을 때 Weibull

분석을 활용하여 신뢰성성장관리를 행하면 다음의 정보를 얻을 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ신뢰성 개선은 목표 수명이 달성될 때까지 하나의 프로토타입에

- 81 -

서 다음 프로토타입까지 추적할 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ신뢰성 개선은 시험한 프로토타입에 대해 타점으로 표현되고 빠르Weibull

게 방향을 파악하여 신뢰성 진전과정에 대한 양적 측면의 관리능력 향상을 그

래프로 확인할 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ컴포넌트를 고장 날 때까지 시험하는 것은 고장모드에 대한 아주 귀중한 정

보를 제공하고 따라서 시정조치 활동이 필요하다

ㆍㆍㆍㆍ많은 표본이 더 좋은 신뢰도를 얻을 수 있지만 분석은 많은 표본을Weibull

필요로 하지 않는다

ㆍㆍㆍㆍ고객의 운영 사용 사이클과 시험 모수의 관계가 알려져 있다면 더 빠르고( )

더 적은 비용으로 가속시험을 할 수도 있다

다 기본가정및제한다 기본가정및제한다 기본가정및제한다 기본가정및제한

ㆍㆍㆍㆍ각 분석에서 오직 하나의 고장모드만 포함되어야 한다 두 개나 그 이상의

고장 모드가 검출된다면 각각에 대해 분리하여 분석해야 한다

ㆍㆍㆍㆍ신뢰도는 시험 제한 한계 로 인해 년 마일까지 확장하여 외삽하면 안( ) 10 150K

된다 왜냐하면 시험 제한 한계 로 인해 다른 고장모드가 발생할 것인지 알 수 ( )

없기 때문이다

ㆍㆍㆍㆍ하나의 프로토타입에서 다음 프로토타입까지 기울기가 변하는 데는 특별히

주의를 하여야 한다 왜냐하면 초기 후기 수명에서 더 높은 신뢰도와 후기 초 ( ) (

기 수명에서 더 낮은 신뢰도의 할 수 도 있기 때문이다) trade-off

라 적용시기라 적용시기라 적용시기라 적용시기

ㆍㆍㆍㆍ수명의 비교는 엔지니어링 사양 이 특정한(Specification) 을 요구할 경

우 사용된다

ㆍㆍㆍㆍ이러한 접근방법은 고장시간 등 에 대하여 동일한 부품의(Cycle Km )

- 82 -

다른 시점에서의 프로토타입을 비교할 때 사용한다

ㆍㆍㆍㆍ신뢰성 목표가 달성될 때까지 계속한다

마 입력자료마 입력자료마 입력자료마 입력자료

ㆍㆍㆍㆍ프로토타입 의 몇 개 표본의 고장시간 등1 (Cycle Km )

ㆍㆍㆍㆍ프로토타입 의 몇 개 표본의 고장시간 등2 (Cycle Km )

⦙

ㆍㆍㆍㆍ마지막 프로토타입의 몇 개 표본의 고장시간 등(Cycle Km )

분석프로세스는 그림 과 같다[ 83]

프로세스프로세스프로세스프로세스 일반적 단계일반적 단계일반적 단계일반적 단계

Ⅰ 요구

또는 수명 결정

프로그램 신뢰성 목표 사용

고객의 운영 사용 프로파일 사용( )

시험 프로그램 적정시간 사용

Ⅱ 시험 프로그램 자료정보

확인과 데이터 수집초기 부품의 프로토타입

후기 부품의 프로토타입

Ⅲ 다른 프로토타입에 대한

누적고장 시간 또는 vs

거리 계산 및 타점

분석이 가능한 사용Weibull SW

가능한 가속수명시험 사용

Ⅳ 프로젝트 검토 시

현재 신뢰성 수준신뢰성 목표 적합성 결정

초기 경고 관련 정보 제공

개선을 위한 계획 정보 제공

그림 프로세스별 단계[ 83]

- 83 -

제 절 신뢰성성장 데이터분석제 절 신뢰성성장 데이터분석제 절 신뢰성성장 데이터분석제 절 신뢰성성장 데이터분석2222

초기 프로토타입 으로 부터 개의 표본을 정상하중 으(Prototype1) 6 (Nominal load)

로 고장 날 때까지 시험하고 고장모드를 기록하였다 여러 개선작업을 거친 후 후

기 프로토타입 으로부터 개의 표본을 고장 날 때까지 시험하고 고장모(Prototype2) 6

드를 기록하였다 시험 데이터는 표 에 주어져 있다 [ 81]

에 고장데이터를 입력하고 각 프로토타입 단계별로 용지에 결과MINITAB Weibull

를 타점한 결과 그림 와 같은 성장곡선이 생성되었다 [ 84] Weibull

정상하중 에서 의 평균수명 추정치는 이(Nominal load) Prototype1 127366Cycle

고 의 평균수명 추정치는 로서 의 개선을 이루었 Prototype2 176882 Cycle 389

음을 알 수 있었다 수명은 은 이었으나Prototype1 112668 Cycle Prototype2

의 수명은 로서 상당한 개선이 이루어졌음을 볼 수 있다168620 Cycle 수

명에 대한 신뢰하한은 로 추정되었다 따라서 정상부하에 의한95 162926 Cycle

시험데이터분석 결과 개선활동 재료배합개선 형상설계개선 공정개선 에 의하여 ( )

내구성 목표가 달성되었음을 알 수 있다

그림 는 에서의 신뢰구간을 보여주고 있다[ 85] Nominal load 90

최대하중 에서는 표 의 데이터 입력결과 그림 의 그래프를(Max load) [ 82] [ 86]

생성하였다 그래프로 부터 추정된 의 Prototype1 수명은 이고16362Cycle

의Prototype2 수명은 이다21850 Cycle 수명에 대한 신뢰하한추정치95

는 으로부터 로 계산된다MINITAB 20983 Cycle

의 수명과 의 수명이 다른 것은 개선 활동의 결과이Prototype1 Prototype2

- 84 -

며 에서 개선목표가 달성되었음을 알 수 있다 Prototype2

표 하중 고장시간[ 81] Nominal (Cycle)

Weibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth Curve

(Nominal Load)(Nominal Load)(Nominal Load)(Nominal Load)

그림 성장곡선[ 84] Weibull (Nominal load data)

- 85 -

Weibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth Curve

(Nominal Load-90 Cl)(Nominal Load-90 Cl)(Nominal Load-90 Cl)(Nominal Load-90 Cl)

그림 신뢰구간[ 85] Nominal Load90

- 86 -

표 하중 고장시간[ 82] Max (Cycle)

Weibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth Curve

(MaxLoad)(MaxLoad)(MaxLoad)(MaxLoad)

그림 성장곡선[ 86] Weibull (Max load data)

- 87 -

제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론9999

본 연구는 자동차현가장치인 고무부싱 의 신뢰성향상을 위한 기(Rubber bushing)

술개발과제이다 에나 인더스트리는 수출전문기업으로서 주요 경쟁사에 비해 고성

능 고내구성의 제품을 짧은 기간 내에 개발할 수 있는 능력을 갖추어야 해외 시장

에서 경쟁력을 가질 수 있다

본 연구개발에서는 수요기업에서 요구하는 GMUTS(General Motors Uniform

의 사양에 따른 시험을 실행하여 내구성을 목표 사이클 이상으Test Specification)

로 개선하고 정특성과 동특성 비틀림 토크를 개선항목으로 선정하여 제품의 품질

및 신뢰성 향상을 진행하였다

수요기업의 요구 수준에 의하면 내구성은 와 Tension Compress Alternating

가 동시에 일 때 일 때Torsion Stress Maximum Load 20000 Cycle Normal Load

을 요구한다 본 프로젝트의 경우 해외의 부품메이커들에 대한 경쟁150000 Cycle

력 우위를 확보하기 위하여 기본 요구 수준을 넘어 향상된 제품신뢰성을5~10

확보를 목표로 하였다 내구성 정특성 및 동특성에 대한 시험은 직접 행하였고 비

틀림토크에 대한 부분은 추가적인 시험장치가 필요하여 수요기업의 실험실에 샘플

을 제출하여 요구수준을 검증받았다

본 연구개발의 성과를 요약하면 다음과 같다

우선 기술적 효과로는

설계기술의 확보(1)

재료배합설계 형상설계 공정설계에 대한 기술을 확보하여 내구성을 비롯한 품

질특성을 향상시킬 수 있었다 종래에는 설계 개발 생산프로세스에서 경험적 방법

에 의존하여 시행착오가 많았으나 본 연구를 통하여 과학적이고 체계적인 방법으

로 접근할 수 있는 기술이 확보되었다

설계 요소의 기술적 배치를 위한 실험계획법의 활용기술 확보(2)

- 88 -

종전에는 고무 배합설계 형상설계 공정설계에 대하여 설계요인 별 수 (Facter)

준 을 무작위로 추출하여 실험하였으나 본 실험계획의 과정을 따르면 요인들(Level)

이 계획적으로 반영되어 품질특성에 각각 어느 정도의 영향을 미치는지 분석이 가

능하게 된다 또한 다구찌에 의한 강건 설계의 생성으로 산포를 줄일 수 있다

잠재적 고장원인 분석방법 기술 확보(3)

제품기능에 대한 잠재적 고장모드의 예측과 시험항목을 판단하고 최종적으로는 설

계검증 과 공정검증 의 세부항목과 효과적(Design verification) (Process verification)

으로 연계가 가능하다

신뢰성 데이터분석기술 확보(4)

부품의 개발과정에서 몇 개의 표본에 대한 고장시간 데이터가 있을 때 Weibull

분포를 활용한 신뢰성 성장분석이 가능하게 되었다 개발프로그램이 운영되는 동안

신뢰성 수준의 변화를 추적할 수 있어 목표하는 신뢰성 수준을 달성하기 위하여 충

분한 비율로 성장하고 있는지의 여부를 가능한 빠른 시간 내에 판단할 수 있고 그

에 따라 필요한 자원을 적절히 배분할 수 있다 따라서 개발책임자는 시험데이터로

부터 현재 시스템의 신뢰성 수준 성장률의 평가 앞으로 기대되는 달성 가능한 수

준에 대한 결정이 가능하다

경제적 측면의 효과로는

제품에 대한 내구성 및 동특성 정특성에 대하여 요구사양 이상으로 특성관리(1)

를 행할 수 있어 해외 부품메이커들에 대한 경쟁력 우위로 수출력을 향상할 수 있

게 되었다

개발기간을 단축할 수 있게 되어 개발비의 절감을 가져올 수 있게 되었다(2)

재료배합 형상설계 및 공정설계에 대한 기술개발의 표준 정립으로 개발 기간의 단

축이 가능하게 되었다

본 과제 결과를 활용하여 다른 방진제품에 대한 신뢰성 관리로 수출(3)

- 89 -

시장을 개척하여 신규거래처를 확보할 예정이다 신뢰성 데이터의 관리가 이루어져

제품수명에 대한 설득력 있는 자료의 제시가 가능하게 되었다

향후 연구계획으로는

고무부싱부품의 특성상 내구성만의 개선이 최선이 아니고 정특성과 동특성을 일

정수준으로 동시에 고려하여야 한다 따라서 이 부분에 대한 동시적인 실험설계가

시스템화 되도록 추가적인 연구가 요구된다

- 90 -

참고문헌참고문헌참고문헌참고문헌[ ][ ][ ][ ]

고정 이상규 권수호 노태성 정원 박창규 김명수 신뢰성성장프로그램 수[1]

원대 신뢰성혁신센터 2005

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김완두 김완수 방진고무부품의 유한요소해석 및 수명예측기술 고무기술[3] ldquo rdquo

Vol5 No1 2004

미니탭사업팀 새 실무완성 이레테크[4] Minitab 2004

박성현 실험계획법 민영사[5] 2003

[6] Gil-Negrete N Vinolas J and Kari L A Simplified methodology to

predict the dynamic stiffness of carbon-black filled rubber isolators using

a finite element code Journal of sound and Vibration Vol296 2006

[7] Kim J-H and Jeong H-Y A Study on the material properties and

fatigue life of natural rubber with different carbon blacks International

Journal of Fatigue Vol27 2005

[8] McLean R A and Anderson V I Extreme Vertices Design of Mixture

Experiments Technometrics Vol8 No3 1966

- 96 -

주 의

이 보고서는 산업자원부에서 시행한 부품소재종합기술지원사업의 최1

종보고서이다

이 신뢰성기반기술확산사업 내용을 대외적으로 발표할 때에는 반드시2

산업자원부에서 시행한 부품소재신뢰성기반기술 사업의 지원결과임을

밝혀야 한다

- 97 -

이 보고서는 산업자원부에서 시행한

부품소재 신뢰성기반기술확산사업의 최종보고서이다

- 69 -

그림 신호 대 잡음 비의 주효과도[ 71]

그림 인자수준별 평균의 주효과도[ 72]

그림 인자수준별 표준편차의 주효과도[ 73]

- 70 -

표 와 그림 에서 에서의 내구성 예측값을 가장 크게 하[ 75] [ 72] Nominal Load

는 것은 요인 수준의 조합이 일 때이다 품질 향상을 위해서는 정특성 동(4 2 2)

특성 값도 동시에 고려하여야 하므로 조합 조합 조합(4 2 2) (4 3 2) (4 1 2)

에 대한 예측 값을 함께 구하였다

표 은 에서의 내구성 예측값을 표 은 에[ 76] Nominal Load [ 77] Maximum Load

서의 내구성 예측값 표 은 정특성 예측값 표 는 에서의 동특성 예 [ 78] [ 79] 15Hz

측값 그리고 표 은 에서의 동특성 예측값을 보여주고 있다 [ 710] 150Hz Nominal

에서의 내구성 예측값은 조합 조합 조합에서 각Load (4 2 2) (4 3 2) (4 1 2)

각 목표값인 을 상회한 과170000 Cycle 178023 Cycle 174272 Cycle 175830

로서 조합일 때 더 높게 나타났다Cycle (4 2 2)

동배율은 예측 평균값을 기준으로 할 때 동배율은 조합에서는 에 (4 2 2) 15Hz

서 에서 이고 조합에서의110(1187691079) 150Hz 113(1215561079) (432)

동배율은 에서 에서15Hz 106(112856 106938) 150Hz 108(115769106938)

이며 조합에서의 동배율은 에서 에서 (412) 15Hz 108(118194 1094) 150Hz

이었다109(1195691094)

모델의 경우 수요기업에서 동배율 값이 적은 값을 요구하기 때문에DA-2 (kdks)

동배율을 고려하면 의 조합이 더 좋은 품질을 나타낸다고 할 수 있다(4 1 2)

- 71 -

표 에서의 내구성 예측값[ 76] Nominal Load

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 2 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 3 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 1 2

예측 값

신호 대

- 72 -

표 에서의 내구성 예측값[ 77] Maximum Load

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 2 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 3 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 1 2

신호 대

- 73 -

표 정특성 예측값[ 78]

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 2 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 3 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 1 2

신호 대

- 74 -

표 동특성 예측값[ 79] (15Hz)

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 2 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 3 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 1 2

신호 대

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표 동특성 예측값[ 710] (150Hz)

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 2 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 3 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 1 2

신호 대

- 76 -

제 장 부품의 신뢰성성장관리제 장 부품의 신뢰성성장관리제 장 부품의 신뢰성성장관리제 장 부품의 신뢰성성장관리8888

제 절 신뢰성성장관리제 절 신뢰성성장관리제 절 신뢰성성장관리제 절 신뢰성성장관리1111

복잡하고 기술적인 제품의 개발 프로그램을 운영하는 데 있어서는 고객이 요구

하는 신뢰성 수준을 만족시키기 위하여 상당한 규모의 시간 예산 기술인력 등의

자원을 필요로 한다 고객들의 신뢰성 요구수준은 매우 높으므로 이러한 목표를 달

성하기 위하여 시험 개선 시험 개선의 개발과정을 반드시 거친다 이 과정에서 시- - -

스템 서브시스템 또는 모듈을 고장 날 때까지 시험하고 고장모드를 결정해서 이를

제거하기 위한 시도를 하거나 적어도 고장발생을 줄일 수 있는 시도를 하여 설계나

엔지니어링 개선을 이룬다 만약 이러한 과정이 계속되고 설계나 엔지니어링 변경

이 충분히 이루지면 시스템의 신뢰성은 증가한다 개발프로그램이 운영되는 동안

신뢰성 수준의 변화를 추적할 수 있다면 개발책임자로서는 여러 가지 이점이 있다

즉 목표하는 신뢰성 수준을 달성하기 위하여 충분한 비율로 성장하고 있는지의 여

부를 가능한 빠른 시간 내에 판단할 수 있고 그에 따라 필요한 자원을 적절히 배

분할 수 있다 따라서 개발책임자는 시험데이터로부터 현재 시스템의 신뢰성 수준

성장률의 평가 앞으로 기대되는 달성 가능한 수준을 결정하기를 원한다

신뢰성 성장관리 기술은 제품을 개발하는 데(Reliability growth management)

소요되는 많은 시간과 비용 및 엔지니어링 노력을 절감하면서 개념선택 제품과 공

정의 신뢰성 그리고 비용효율을 달성할 수 있도록 유용한 정보를 제공해 준다 군

사장비 자동차 및 전자 중장비개발 등에 적용된 최근의 신뢰성 성장시험 관리기술

은 각 분야의 경쟁적인 사업 환경 아래에서 제품개발을 효율적으로 조직하여 신뢰

성평가를 시작하고 신뢰성 성장과정을 추적할 수 있도록 해준다 신뢰성성장관리기

술은 제품 및 공정설계 관련사항 및 검증시험 항목들에 대하여 사용 환경에 따른

신뢰성 성장 진행과정을 확인하고 그 결과로부터 성장시험곡선을 개발할 수 있게

한다 또한 설계단계 사이의 여러 가지 관련성을 확인하여 관찰하고 그 정보를 다

른 제품보증분석들과 연결하여 고객 요구사항에 대한 제품의

- 77 -

적합도를 적절히 평가하는 데 도움을 준다

신뢰성성장모델은 가 개발한Crow(1975) AMSAA(Army Materiel Systems

모델이 많이 활용되었으나 이는 시스템 또는 서브시스템에서의Analysis Activity)

성장관리에 유용하고 부품수준에서는 모델을 활용하는 것이 더욱 실용적이 Weibull

다 모델은 목표 Weibull B10 수명에 대하여 초기 시작품 으로부터(Early Prototype)

후기 시작품 까지의 신뢰성 개선을 관리하는데 실용적으로 활용할(Later Prototype)

수 있다

신뢰성 성장시험 프로세스신뢰성 성장시험 프로세스신뢰성 성장시험 프로세스신뢰성 성장시험 프로세스1111

신뢰성 성장은 개발시스템에 대하여 여러 시험단계가 시리즈로 이루어지는 동안

고장모드를 발견하고 이를 개선하는 과정을 거쳐 이TAAF(Test Analyze And Fix)

루어진다 또한 기능시험 환경시험 안전시험의 결과는 신뢰성 향상을 위한 FMEA

등과 연계하여 사용된다 분석결과는 설계변경에 반영되고 최종목표가 달성될 때까

지 개선과 시험이 연속적으로 이루어진다 그림 은 일반적인 신뢰성 성장시험 [ 81]

프로세스를 보여준다 프로그램의 시작시점에 신뢰성 성장에 대한 계획을 수립하여

고객의 기대사항을 만족시킬 수 있는 성능수준에 대한 구체적인 측정치를 제시하

고 이 목적을 달성시킬 수 있는 시험조건을 정한다 시험조건은 특정한 부품이나

시스템에 대하여 고객의 사용방법과 환경에 대한 지식을 기초로 하여야 한다

개발프로젝트가 진행되는 동안 신뢰성 성장시험 프로그램이 개발되고 실행되는

과정에서 설계 및 공정의 관심사항을 확인하기 위해 QFD(Quality function

와 같은 제품보증을 위한 분석방법들이 선행되어 실시되는데 신뢰성deployment)

성장관리와 연계하여 이를 통틀어 통합 신뢰성 성장관리(Integrated reliability

라고 한다 신뢰성 성장관리를 포함한 제품설계평가의 모든growth management)

과정은 제품 공정의 신뢰성 향상에 있어 중요한 역할을 하는 제품보증기능의 한부

분이다

- 78 -

통합 신뢰성 성장시험관리 프로세스는 설계뿐 아니라 공정신뢰성(MIL-HDBK-781)

과 관련된 문제에 대응할 수 있도록 신뢰성 성장시험의 이점을 전적으로 활용할 수

있는 수단을 제공한다

신뢰성 성장관리과정을 개발함으로써 신뢰성 수준은 계속적으로 추적될 수 있고

조치를 취하고 다른 분석결과들과 비교되어 초기 신뢰성 예측을 수립하고 제품설

계에 포함된 확신을 증가시킨 후 검증시험에 들어갈 수 있도록 한다 이러한 신뢰

성 성장관리 프로세스는 제품개발 사이클에 있어서 초기 단계 동안에 신뢰성을 확

립하는 데 도움을 줄 수 있는 장치이다

그림 신뢰성성장시험 프로세스[ 81]

제품개발과정에 적용되는 신뢰성 성장시험관리 프로세스는 다음과 같다

신뢰성 성장시험조건을 결정하고 시험 사이클을 개발한다 ①

신뢰성 성장시험곡선의 사용을 통하여 시험과정을 실행하고 추적한다②

시험결과를 평가하고 다른 선행된 분석연구결과들과 비교한다③

확인된 결함을 제거하기 위해 설계변경을 실시한다④

- 79 -

설계검증시험을 준비한다⑤

신뢰성 성장시험의 주된 목적은 설계상의 약점을 확인하고 제거함으로써 설계의

신뢰성을 증가시키는 것이다 정확하게 신뢰성 수준이 변화되는 진행상황을 추적하

기 위해서는 요구사항에 대한 불합치성 을 확인하고 불합치성이(Nonconformance)

일어난 시간을 모두 추적하여야 한다 시험을 시작하기 전에 적절한 시정조치를 용

이하게 하기 위해 사전계획이 수립되어야 하며 고장분포를 결정하기 전에 각각의

고장부품에 대한 고장원인을 분리할 수 있어야 한다

부품의 개발과정에서 몇 개의 표본에 대한 고장시간 데이터가 있을 때 Weibull

분포를 활용한 신뢰성 성장분석에 대하여 설명하면 다음과 같다

가 분석의 개요가 분석의 개요가 분석의 개요가 분석의 개요

밀도함수는 그림 와 같이 특성 수명과 기울기로 고장시간Weibull [ 82] (Cycle

을 설명한다 작은 표본에 대한 고장시간 데이터가 주어졌을 때 분석Km) Weibull

을 사용하여 세 가지의 정보를 얻을 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ특정 시간이 주어졌을 때 등 부품의 신뢰도는 그 시간까지 살아 있(Cycle Km )

을 백분율이다

ㆍㆍㆍㆍ 또는 다른( 수명을 추정할 수 있다) 수명은 부품들 중 가 고장10

날 것이라고 기대되는 시간이다 즉 이 시간에서의 신뢰도는 이다 90

ㆍㆍㆍㆍ 기울기의 값은 고장률 패턴에 대한 정보를 제공해준다 기울기가Weibull 10

이라면 고장률이 일정하다는 것을 의미한다 이 경우 고장은 일반적으로 우연히

일어나며 고장률은 설계의 강건 정도에 따라 달라진다 기울기가 보다 작다면 1

고장률은 감소하고 있음을 의미한다

- 80 -

즉 높은 초기 고장률 을 말한다 기울기가 보다 크면 고장률은 증 (Infant mortality) 1

가하고 이는 마모 되고 있음을 의미한다(Wear-out)

그림 에 의한 부품의 신뢰성성장분석[ 82] Weibull 수명 비교

가장 많이 활용되는 측도는 수명이며 이것은 요구되는 목표 신뢰도가 임 90

을 의미한다 첫 번째 프로토타입이 고장 난다면 신뢰성 목표 달성을 위해 설계 변

경을 행하고 다음 프로토타입을 시험한다 이 과정은 목표 수명이 달성될 때까

지 반복한다

나 의이점나 의이점나 의이점나 의이점WeibullWeibullWeibullWeibull

부품의 개발과정에서 작은 표본에 대한 고장시간 자료가 주어졌을 때 Weibull

분석을 활용하여 신뢰성성장관리를 행하면 다음의 정보를 얻을 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ신뢰성 개선은 목표 수명이 달성될 때까지 하나의 프로토타입에

- 81 -

서 다음 프로토타입까지 추적할 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ신뢰성 개선은 시험한 프로토타입에 대해 타점으로 표현되고 빠르Weibull

게 방향을 파악하여 신뢰성 진전과정에 대한 양적 측면의 관리능력 향상을 그

래프로 확인할 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ컴포넌트를 고장 날 때까지 시험하는 것은 고장모드에 대한 아주 귀중한 정

보를 제공하고 따라서 시정조치 활동이 필요하다

ㆍㆍㆍㆍ많은 표본이 더 좋은 신뢰도를 얻을 수 있지만 분석은 많은 표본을Weibull

필요로 하지 않는다

ㆍㆍㆍㆍ고객의 운영 사용 사이클과 시험 모수의 관계가 알려져 있다면 더 빠르고( )

더 적은 비용으로 가속시험을 할 수도 있다

다 기본가정및제한다 기본가정및제한다 기본가정및제한다 기본가정및제한

ㆍㆍㆍㆍ각 분석에서 오직 하나의 고장모드만 포함되어야 한다 두 개나 그 이상의

고장 모드가 검출된다면 각각에 대해 분리하여 분석해야 한다

ㆍㆍㆍㆍ신뢰도는 시험 제한 한계 로 인해 년 마일까지 확장하여 외삽하면 안( ) 10 150K

된다 왜냐하면 시험 제한 한계 로 인해 다른 고장모드가 발생할 것인지 알 수 ( )

없기 때문이다

ㆍㆍㆍㆍ하나의 프로토타입에서 다음 프로토타입까지 기울기가 변하는 데는 특별히

주의를 하여야 한다 왜냐하면 초기 후기 수명에서 더 높은 신뢰도와 후기 초 ( ) (

기 수명에서 더 낮은 신뢰도의 할 수 도 있기 때문이다) trade-off

라 적용시기라 적용시기라 적용시기라 적용시기

ㆍㆍㆍㆍ수명의 비교는 엔지니어링 사양 이 특정한(Specification) 을 요구할 경

우 사용된다

ㆍㆍㆍㆍ이러한 접근방법은 고장시간 등 에 대하여 동일한 부품의(Cycle Km )

- 82 -

다른 시점에서의 프로토타입을 비교할 때 사용한다

ㆍㆍㆍㆍ신뢰성 목표가 달성될 때까지 계속한다

마 입력자료마 입력자료마 입력자료마 입력자료

ㆍㆍㆍㆍ프로토타입 의 몇 개 표본의 고장시간 등1 (Cycle Km )

ㆍㆍㆍㆍ프로토타입 의 몇 개 표본의 고장시간 등2 (Cycle Km )

⦙

ㆍㆍㆍㆍ마지막 프로토타입의 몇 개 표본의 고장시간 등(Cycle Km )

분석프로세스는 그림 과 같다[ 83]

프로세스프로세스프로세스프로세스 일반적 단계일반적 단계일반적 단계일반적 단계

Ⅰ 요구

또는 수명 결정

프로그램 신뢰성 목표 사용

고객의 운영 사용 프로파일 사용( )

시험 프로그램 적정시간 사용

Ⅱ 시험 프로그램 자료정보

확인과 데이터 수집초기 부품의 프로토타입

후기 부품의 프로토타입

Ⅲ 다른 프로토타입에 대한

누적고장 시간 또는 vs

거리 계산 및 타점

분석이 가능한 사용Weibull SW

가능한 가속수명시험 사용

Ⅳ 프로젝트 검토 시

현재 신뢰성 수준신뢰성 목표 적합성 결정

초기 경고 관련 정보 제공

개선을 위한 계획 정보 제공

그림 프로세스별 단계[ 83]

- 83 -

제 절 신뢰성성장 데이터분석제 절 신뢰성성장 데이터분석제 절 신뢰성성장 데이터분석제 절 신뢰성성장 데이터분석2222

초기 프로토타입 으로 부터 개의 표본을 정상하중 으(Prototype1) 6 (Nominal load)

로 고장 날 때까지 시험하고 고장모드를 기록하였다 여러 개선작업을 거친 후 후

기 프로토타입 으로부터 개의 표본을 고장 날 때까지 시험하고 고장모(Prototype2) 6

드를 기록하였다 시험 데이터는 표 에 주어져 있다 [ 81]

에 고장데이터를 입력하고 각 프로토타입 단계별로 용지에 결과MINITAB Weibull

를 타점한 결과 그림 와 같은 성장곡선이 생성되었다 [ 84] Weibull

정상하중 에서 의 평균수명 추정치는 이(Nominal load) Prototype1 127366Cycle

고 의 평균수명 추정치는 로서 의 개선을 이루었 Prototype2 176882 Cycle 389

음을 알 수 있었다 수명은 은 이었으나Prototype1 112668 Cycle Prototype2

의 수명은 로서 상당한 개선이 이루어졌음을 볼 수 있다168620 Cycle 수

명에 대한 신뢰하한은 로 추정되었다 따라서 정상부하에 의한95 162926 Cycle

시험데이터분석 결과 개선활동 재료배합개선 형상설계개선 공정개선 에 의하여 ( )

내구성 목표가 달성되었음을 알 수 있다

그림 는 에서의 신뢰구간을 보여주고 있다[ 85] Nominal load 90

최대하중 에서는 표 의 데이터 입력결과 그림 의 그래프를(Max load) [ 82] [ 86]

생성하였다 그래프로 부터 추정된 의 Prototype1 수명은 이고16362Cycle

의Prototype2 수명은 이다21850 Cycle 수명에 대한 신뢰하한추정치95

는 으로부터 로 계산된다MINITAB 20983 Cycle

의 수명과 의 수명이 다른 것은 개선 활동의 결과이Prototype1 Prototype2

- 84 -

며 에서 개선목표가 달성되었음을 알 수 있다 Prototype2

표 하중 고장시간[ 81] Nominal (Cycle)

Weibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth Curve

(Nominal Load)(Nominal Load)(Nominal Load)(Nominal Load)

그림 성장곡선[ 84] Weibull (Nominal load data)

- 85 -

Weibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth Curve

(Nominal Load-90 Cl)(Nominal Load-90 Cl)(Nominal Load-90 Cl)(Nominal Load-90 Cl)

그림 신뢰구간[ 85] Nominal Load90

- 86 -

표 하중 고장시간[ 82] Max (Cycle)

Weibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth Curve

(MaxLoad)(MaxLoad)(MaxLoad)(MaxLoad)

그림 성장곡선[ 86] Weibull (Max load data)

- 87 -

제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론9999

본 연구는 자동차현가장치인 고무부싱 의 신뢰성향상을 위한 기(Rubber bushing)

술개발과제이다 에나 인더스트리는 수출전문기업으로서 주요 경쟁사에 비해 고성

능 고내구성의 제품을 짧은 기간 내에 개발할 수 있는 능력을 갖추어야 해외 시장

에서 경쟁력을 가질 수 있다

본 연구개발에서는 수요기업에서 요구하는 GMUTS(General Motors Uniform

의 사양에 따른 시험을 실행하여 내구성을 목표 사이클 이상으Test Specification)

로 개선하고 정특성과 동특성 비틀림 토크를 개선항목으로 선정하여 제품의 품질

및 신뢰성 향상을 진행하였다

수요기업의 요구 수준에 의하면 내구성은 와 Tension Compress Alternating

가 동시에 일 때 일 때Torsion Stress Maximum Load 20000 Cycle Normal Load

을 요구한다 본 프로젝트의 경우 해외의 부품메이커들에 대한 경쟁150000 Cycle

력 우위를 확보하기 위하여 기본 요구 수준을 넘어 향상된 제품신뢰성을5~10

확보를 목표로 하였다 내구성 정특성 및 동특성에 대한 시험은 직접 행하였고 비

틀림토크에 대한 부분은 추가적인 시험장치가 필요하여 수요기업의 실험실에 샘플

을 제출하여 요구수준을 검증받았다

본 연구개발의 성과를 요약하면 다음과 같다

우선 기술적 효과로는

설계기술의 확보(1)

재료배합설계 형상설계 공정설계에 대한 기술을 확보하여 내구성을 비롯한 품

질특성을 향상시킬 수 있었다 종래에는 설계 개발 생산프로세스에서 경험적 방법

에 의존하여 시행착오가 많았으나 본 연구를 통하여 과학적이고 체계적인 방법으

로 접근할 수 있는 기술이 확보되었다

설계 요소의 기술적 배치를 위한 실험계획법의 활용기술 확보(2)

- 88 -

종전에는 고무 배합설계 형상설계 공정설계에 대하여 설계요인 별 수 (Facter)

준 을 무작위로 추출하여 실험하였으나 본 실험계획의 과정을 따르면 요인들(Level)

이 계획적으로 반영되어 품질특성에 각각 어느 정도의 영향을 미치는지 분석이 가

능하게 된다 또한 다구찌에 의한 강건 설계의 생성으로 산포를 줄일 수 있다

잠재적 고장원인 분석방법 기술 확보(3)

제품기능에 대한 잠재적 고장모드의 예측과 시험항목을 판단하고 최종적으로는 설

계검증 과 공정검증 의 세부항목과 효과적(Design verification) (Process verification)

으로 연계가 가능하다

신뢰성 데이터분석기술 확보(4)

부품의 개발과정에서 몇 개의 표본에 대한 고장시간 데이터가 있을 때 Weibull

분포를 활용한 신뢰성 성장분석이 가능하게 되었다 개발프로그램이 운영되는 동안

신뢰성 수준의 변화를 추적할 수 있어 목표하는 신뢰성 수준을 달성하기 위하여 충

분한 비율로 성장하고 있는지의 여부를 가능한 빠른 시간 내에 판단할 수 있고 그

에 따라 필요한 자원을 적절히 배분할 수 있다 따라서 개발책임자는 시험데이터로

부터 현재 시스템의 신뢰성 수준 성장률의 평가 앞으로 기대되는 달성 가능한 수

준에 대한 결정이 가능하다

경제적 측면의 효과로는

제품에 대한 내구성 및 동특성 정특성에 대하여 요구사양 이상으로 특성관리(1)

를 행할 수 있어 해외 부품메이커들에 대한 경쟁력 우위로 수출력을 향상할 수 있

게 되었다

개발기간을 단축할 수 있게 되어 개발비의 절감을 가져올 수 있게 되었다(2)

재료배합 형상설계 및 공정설계에 대한 기술개발의 표준 정립으로 개발 기간의 단

축이 가능하게 되었다

본 과제 결과를 활용하여 다른 방진제품에 대한 신뢰성 관리로 수출(3)

- 89 -

시장을 개척하여 신규거래처를 확보할 예정이다 신뢰성 데이터의 관리가 이루어져

제품수명에 대한 설득력 있는 자료의 제시가 가능하게 되었다

향후 연구계획으로는

고무부싱부품의 특성상 내구성만의 개선이 최선이 아니고 정특성과 동특성을 일

정수준으로 동시에 고려하여야 한다 따라서 이 부분에 대한 동시적인 실험설계가

시스템화 되도록 추가적인 연구가 요구된다

- 90 -

참고문헌참고문헌참고문헌참고문헌[ ][ ][ ][ ]

고정 이상규 권수호 노태성 정원 박창규 김명수 신뢰성성장프로그램 수[1]

원대 신뢰성혁신센터 2005

김명웅 고무공업화학 선진문화사[2] 2006

김완두 김완수 방진고무부품의 유한요소해석 및 수명예측기술 고무기술[3] ldquo rdquo

Vol5 No1 2004

미니탭사업팀 새 실무완성 이레테크[4] Minitab 2004

박성현 실험계획법 민영사[5] 2003

[6] Gil-Negrete N Vinolas J and Kari L A Simplified methodology to

predict the dynamic stiffness of carbon-black filled rubber isolators using

a finite element code Journal of sound and Vibration Vol296 2006

[7] Kim J-H and Jeong H-Y A Study on the material properties and

fatigue life of natural rubber with different carbon blacks International

Journal of Fatigue Vol27 2005

[8] McLean R A and Anderson V I Extreme Vertices Design of Mixture

Experiments Technometrics Vol8 No3 1966

- 96 -

주 의

이 보고서는 산업자원부에서 시행한 부품소재종합기술지원사업의 최1

종보고서이다

이 신뢰성기반기술확산사업 내용을 대외적으로 발표할 때에는 반드시2

산업자원부에서 시행한 부품소재신뢰성기반기술 사업의 지원결과임을

밝혀야 한다

- 97 -

이 보고서는 산업자원부에서 시행한

부품소재 신뢰성기반기술확산사업의 최종보고서이다

- 70 -

표 와 그림 에서 에서의 내구성 예측값을 가장 크게 하[ 75] [ 72] Nominal Load

는 것은 요인 수준의 조합이 일 때이다 품질 향상을 위해서는 정특성 동(4 2 2)

특성 값도 동시에 고려하여야 하므로 조합 조합 조합(4 2 2) (4 3 2) (4 1 2)

에 대한 예측 값을 함께 구하였다

표 은 에서의 내구성 예측값을 표 은 에[ 76] Nominal Load [ 77] Maximum Load

서의 내구성 예측값 표 은 정특성 예측값 표 는 에서의 동특성 예 [ 78] [ 79] 15Hz

측값 그리고 표 은 에서의 동특성 예측값을 보여주고 있다 [ 710] 150Hz Nominal

에서의 내구성 예측값은 조합 조합 조합에서 각Load (4 2 2) (4 3 2) (4 1 2)

각 목표값인 을 상회한 과170000 Cycle 178023 Cycle 174272 Cycle 175830

로서 조합일 때 더 높게 나타났다Cycle (4 2 2)

동배율은 예측 평균값을 기준으로 할 때 동배율은 조합에서는 에 (4 2 2) 15Hz

서 에서 이고 조합에서의110(1187691079) 150Hz 113(1215561079) (432)

동배율은 에서 에서15Hz 106(112856 106938) 150Hz 108(115769106938)

이며 조합에서의 동배율은 에서 에서 (412) 15Hz 108(118194 1094) 150Hz

이었다109(1195691094)

모델의 경우 수요기업에서 동배율 값이 적은 값을 요구하기 때문에DA-2 (kdks)

동배율을 고려하면 의 조합이 더 좋은 품질을 나타낸다고 할 수 있다(4 1 2)

- 71 -

표 에서의 내구성 예측값[ 76] Nominal Load

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 2 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 3 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 1 2

예측 값

신호 대

- 72 -

표 에서의 내구성 예측값[ 77] Maximum Load

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 2 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 3 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 1 2

신호 대

- 73 -

표 정특성 예측값[ 78]

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 2 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 3 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 1 2

신호 대

- 74 -

표 동특성 예측값[ 79] (15Hz)

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 2 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 3 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 1 2

신호 대

- 75 -

표 동특성 예측값[ 710] (150Hz)

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 2 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 3 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 1 2

신호 대

- 76 -

제 장 부품의 신뢰성성장관리제 장 부품의 신뢰성성장관리제 장 부품의 신뢰성성장관리제 장 부품의 신뢰성성장관리8888

제 절 신뢰성성장관리제 절 신뢰성성장관리제 절 신뢰성성장관리제 절 신뢰성성장관리1111

복잡하고 기술적인 제품의 개발 프로그램을 운영하는 데 있어서는 고객이 요구

하는 신뢰성 수준을 만족시키기 위하여 상당한 규모의 시간 예산 기술인력 등의

자원을 필요로 한다 고객들의 신뢰성 요구수준은 매우 높으므로 이러한 목표를 달

성하기 위하여 시험 개선 시험 개선의 개발과정을 반드시 거친다 이 과정에서 시- - -

스템 서브시스템 또는 모듈을 고장 날 때까지 시험하고 고장모드를 결정해서 이를

제거하기 위한 시도를 하거나 적어도 고장발생을 줄일 수 있는 시도를 하여 설계나

엔지니어링 개선을 이룬다 만약 이러한 과정이 계속되고 설계나 엔지니어링 변경

이 충분히 이루지면 시스템의 신뢰성은 증가한다 개발프로그램이 운영되는 동안

신뢰성 수준의 변화를 추적할 수 있다면 개발책임자로서는 여러 가지 이점이 있다

즉 목표하는 신뢰성 수준을 달성하기 위하여 충분한 비율로 성장하고 있는지의 여

부를 가능한 빠른 시간 내에 판단할 수 있고 그에 따라 필요한 자원을 적절히 배

분할 수 있다 따라서 개발책임자는 시험데이터로부터 현재 시스템의 신뢰성 수준

성장률의 평가 앞으로 기대되는 달성 가능한 수준을 결정하기를 원한다

신뢰성 성장관리 기술은 제품을 개발하는 데(Reliability growth management)

소요되는 많은 시간과 비용 및 엔지니어링 노력을 절감하면서 개념선택 제품과 공

정의 신뢰성 그리고 비용효율을 달성할 수 있도록 유용한 정보를 제공해 준다 군

사장비 자동차 및 전자 중장비개발 등에 적용된 최근의 신뢰성 성장시험 관리기술

은 각 분야의 경쟁적인 사업 환경 아래에서 제품개발을 효율적으로 조직하여 신뢰

성평가를 시작하고 신뢰성 성장과정을 추적할 수 있도록 해준다 신뢰성성장관리기

술은 제품 및 공정설계 관련사항 및 검증시험 항목들에 대하여 사용 환경에 따른

신뢰성 성장 진행과정을 확인하고 그 결과로부터 성장시험곡선을 개발할 수 있게

한다 또한 설계단계 사이의 여러 가지 관련성을 확인하여 관찰하고 그 정보를 다

른 제품보증분석들과 연결하여 고객 요구사항에 대한 제품의

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적합도를 적절히 평가하는 데 도움을 준다

신뢰성성장모델은 가 개발한Crow(1975) AMSAA(Army Materiel Systems

모델이 많이 활용되었으나 이는 시스템 또는 서브시스템에서의Analysis Activity)

성장관리에 유용하고 부품수준에서는 모델을 활용하는 것이 더욱 실용적이 Weibull

다 모델은 목표 Weibull B10 수명에 대하여 초기 시작품 으로부터(Early Prototype)

후기 시작품 까지의 신뢰성 개선을 관리하는데 실용적으로 활용할(Later Prototype)

수 있다

신뢰성 성장시험 프로세스신뢰성 성장시험 프로세스신뢰성 성장시험 프로세스신뢰성 성장시험 프로세스1111

신뢰성 성장은 개발시스템에 대하여 여러 시험단계가 시리즈로 이루어지는 동안

고장모드를 발견하고 이를 개선하는 과정을 거쳐 이TAAF(Test Analyze And Fix)

루어진다 또한 기능시험 환경시험 안전시험의 결과는 신뢰성 향상을 위한 FMEA

등과 연계하여 사용된다 분석결과는 설계변경에 반영되고 최종목표가 달성될 때까

지 개선과 시험이 연속적으로 이루어진다 그림 은 일반적인 신뢰성 성장시험 [ 81]

프로세스를 보여준다 프로그램의 시작시점에 신뢰성 성장에 대한 계획을 수립하여

고객의 기대사항을 만족시킬 수 있는 성능수준에 대한 구체적인 측정치를 제시하

고 이 목적을 달성시킬 수 있는 시험조건을 정한다 시험조건은 특정한 부품이나

시스템에 대하여 고객의 사용방법과 환경에 대한 지식을 기초로 하여야 한다

개발프로젝트가 진행되는 동안 신뢰성 성장시험 프로그램이 개발되고 실행되는

과정에서 설계 및 공정의 관심사항을 확인하기 위해 QFD(Quality function

와 같은 제품보증을 위한 분석방법들이 선행되어 실시되는데 신뢰성deployment)

성장관리와 연계하여 이를 통틀어 통합 신뢰성 성장관리(Integrated reliability

라고 한다 신뢰성 성장관리를 포함한 제품설계평가의 모든growth management)

과정은 제품 공정의 신뢰성 향상에 있어 중요한 역할을 하는 제품보증기능의 한부

분이다

- 78 -

통합 신뢰성 성장시험관리 프로세스는 설계뿐 아니라 공정신뢰성(MIL-HDBK-781)

과 관련된 문제에 대응할 수 있도록 신뢰성 성장시험의 이점을 전적으로 활용할 수

있는 수단을 제공한다

신뢰성 성장관리과정을 개발함으로써 신뢰성 수준은 계속적으로 추적될 수 있고

조치를 취하고 다른 분석결과들과 비교되어 초기 신뢰성 예측을 수립하고 제품설

계에 포함된 확신을 증가시킨 후 검증시험에 들어갈 수 있도록 한다 이러한 신뢰

성 성장관리 프로세스는 제품개발 사이클에 있어서 초기 단계 동안에 신뢰성을 확

립하는 데 도움을 줄 수 있는 장치이다

그림 신뢰성성장시험 프로세스[ 81]

제품개발과정에 적용되는 신뢰성 성장시험관리 프로세스는 다음과 같다

신뢰성 성장시험조건을 결정하고 시험 사이클을 개발한다 ①

신뢰성 성장시험곡선의 사용을 통하여 시험과정을 실행하고 추적한다②

시험결과를 평가하고 다른 선행된 분석연구결과들과 비교한다③

확인된 결함을 제거하기 위해 설계변경을 실시한다④

- 79 -

설계검증시험을 준비한다⑤

신뢰성 성장시험의 주된 목적은 설계상의 약점을 확인하고 제거함으로써 설계의

신뢰성을 증가시키는 것이다 정확하게 신뢰성 수준이 변화되는 진행상황을 추적하

기 위해서는 요구사항에 대한 불합치성 을 확인하고 불합치성이(Nonconformance)

일어난 시간을 모두 추적하여야 한다 시험을 시작하기 전에 적절한 시정조치를 용

이하게 하기 위해 사전계획이 수립되어야 하며 고장분포를 결정하기 전에 각각의

고장부품에 대한 고장원인을 분리할 수 있어야 한다

부품의 개발과정에서 몇 개의 표본에 대한 고장시간 데이터가 있을 때 Weibull

분포를 활용한 신뢰성 성장분석에 대하여 설명하면 다음과 같다

가 분석의 개요가 분석의 개요가 분석의 개요가 분석의 개요

밀도함수는 그림 와 같이 특성 수명과 기울기로 고장시간Weibull [ 82] (Cycle

을 설명한다 작은 표본에 대한 고장시간 데이터가 주어졌을 때 분석Km) Weibull

을 사용하여 세 가지의 정보를 얻을 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ특정 시간이 주어졌을 때 등 부품의 신뢰도는 그 시간까지 살아 있(Cycle Km )

을 백분율이다

ㆍㆍㆍㆍ 또는 다른( 수명을 추정할 수 있다) 수명은 부품들 중 가 고장10

날 것이라고 기대되는 시간이다 즉 이 시간에서의 신뢰도는 이다 90

ㆍㆍㆍㆍ 기울기의 값은 고장률 패턴에 대한 정보를 제공해준다 기울기가Weibull 10

이라면 고장률이 일정하다는 것을 의미한다 이 경우 고장은 일반적으로 우연히

일어나며 고장률은 설계의 강건 정도에 따라 달라진다 기울기가 보다 작다면 1

고장률은 감소하고 있음을 의미한다

- 80 -

즉 높은 초기 고장률 을 말한다 기울기가 보다 크면 고장률은 증 (Infant mortality) 1

가하고 이는 마모 되고 있음을 의미한다(Wear-out)

그림 에 의한 부품의 신뢰성성장분석[ 82] Weibull 수명 비교

가장 많이 활용되는 측도는 수명이며 이것은 요구되는 목표 신뢰도가 임 90

을 의미한다 첫 번째 프로토타입이 고장 난다면 신뢰성 목표 달성을 위해 설계 변

경을 행하고 다음 프로토타입을 시험한다 이 과정은 목표 수명이 달성될 때까

지 반복한다

나 의이점나 의이점나 의이점나 의이점WeibullWeibullWeibullWeibull

부품의 개발과정에서 작은 표본에 대한 고장시간 자료가 주어졌을 때 Weibull

분석을 활용하여 신뢰성성장관리를 행하면 다음의 정보를 얻을 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ신뢰성 개선은 목표 수명이 달성될 때까지 하나의 프로토타입에

- 81 -

서 다음 프로토타입까지 추적할 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ신뢰성 개선은 시험한 프로토타입에 대해 타점으로 표현되고 빠르Weibull

게 방향을 파악하여 신뢰성 진전과정에 대한 양적 측면의 관리능력 향상을 그

래프로 확인할 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ컴포넌트를 고장 날 때까지 시험하는 것은 고장모드에 대한 아주 귀중한 정

보를 제공하고 따라서 시정조치 활동이 필요하다

ㆍㆍㆍㆍ많은 표본이 더 좋은 신뢰도를 얻을 수 있지만 분석은 많은 표본을Weibull

필요로 하지 않는다

ㆍㆍㆍㆍ고객의 운영 사용 사이클과 시험 모수의 관계가 알려져 있다면 더 빠르고( )

더 적은 비용으로 가속시험을 할 수도 있다

다 기본가정및제한다 기본가정및제한다 기본가정및제한다 기본가정및제한

ㆍㆍㆍㆍ각 분석에서 오직 하나의 고장모드만 포함되어야 한다 두 개나 그 이상의

고장 모드가 검출된다면 각각에 대해 분리하여 분석해야 한다

ㆍㆍㆍㆍ신뢰도는 시험 제한 한계 로 인해 년 마일까지 확장하여 외삽하면 안( ) 10 150K

된다 왜냐하면 시험 제한 한계 로 인해 다른 고장모드가 발생할 것인지 알 수 ( )

없기 때문이다

ㆍㆍㆍㆍ하나의 프로토타입에서 다음 프로토타입까지 기울기가 변하는 데는 특별히

주의를 하여야 한다 왜냐하면 초기 후기 수명에서 더 높은 신뢰도와 후기 초 ( ) (

기 수명에서 더 낮은 신뢰도의 할 수 도 있기 때문이다) trade-off

라 적용시기라 적용시기라 적용시기라 적용시기

ㆍㆍㆍㆍ수명의 비교는 엔지니어링 사양 이 특정한(Specification) 을 요구할 경

우 사용된다

ㆍㆍㆍㆍ이러한 접근방법은 고장시간 등 에 대하여 동일한 부품의(Cycle Km )

- 82 -

다른 시점에서의 프로토타입을 비교할 때 사용한다

ㆍㆍㆍㆍ신뢰성 목표가 달성될 때까지 계속한다

마 입력자료마 입력자료마 입력자료마 입력자료

ㆍㆍㆍㆍ프로토타입 의 몇 개 표본의 고장시간 등1 (Cycle Km )

ㆍㆍㆍㆍ프로토타입 의 몇 개 표본의 고장시간 등2 (Cycle Km )

⦙

ㆍㆍㆍㆍ마지막 프로토타입의 몇 개 표본의 고장시간 등(Cycle Km )

분석프로세스는 그림 과 같다[ 83]

프로세스프로세스프로세스프로세스 일반적 단계일반적 단계일반적 단계일반적 단계

Ⅰ 요구

또는 수명 결정

프로그램 신뢰성 목표 사용

고객의 운영 사용 프로파일 사용( )

시험 프로그램 적정시간 사용

Ⅱ 시험 프로그램 자료정보

확인과 데이터 수집초기 부품의 프로토타입

후기 부품의 프로토타입

Ⅲ 다른 프로토타입에 대한

누적고장 시간 또는 vs

거리 계산 및 타점

분석이 가능한 사용Weibull SW

가능한 가속수명시험 사용

Ⅳ 프로젝트 검토 시

현재 신뢰성 수준신뢰성 목표 적합성 결정

초기 경고 관련 정보 제공

개선을 위한 계획 정보 제공

그림 프로세스별 단계[ 83]

- 83 -

제 절 신뢰성성장 데이터분석제 절 신뢰성성장 데이터분석제 절 신뢰성성장 데이터분석제 절 신뢰성성장 데이터분석2222

초기 프로토타입 으로 부터 개의 표본을 정상하중 으(Prototype1) 6 (Nominal load)

로 고장 날 때까지 시험하고 고장모드를 기록하였다 여러 개선작업을 거친 후 후

기 프로토타입 으로부터 개의 표본을 고장 날 때까지 시험하고 고장모(Prototype2) 6

드를 기록하였다 시험 데이터는 표 에 주어져 있다 [ 81]

에 고장데이터를 입력하고 각 프로토타입 단계별로 용지에 결과MINITAB Weibull

를 타점한 결과 그림 와 같은 성장곡선이 생성되었다 [ 84] Weibull

정상하중 에서 의 평균수명 추정치는 이(Nominal load) Prototype1 127366Cycle

고 의 평균수명 추정치는 로서 의 개선을 이루었 Prototype2 176882 Cycle 389

음을 알 수 있었다 수명은 은 이었으나Prototype1 112668 Cycle Prototype2

의 수명은 로서 상당한 개선이 이루어졌음을 볼 수 있다168620 Cycle 수

명에 대한 신뢰하한은 로 추정되었다 따라서 정상부하에 의한95 162926 Cycle

시험데이터분석 결과 개선활동 재료배합개선 형상설계개선 공정개선 에 의하여 ( )

내구성 목표가 달성되었음을 알 수 있다

그림 는 에서의 신뢰구간을 보여주고 있다[ 85] Nominal load 90

최대하중 에서는 표 의 데이터 입력결과 그림 의 그래프를(Max load) [ 82] [ 86]

생성하였다 그래프로 부터 추정된 의 Prototype1 수명은 이고16362Cycle

의Prototype2 수명은 이다21850 Cycle 수명에 대한 신뢰하한추정치95

는 으로부터 로 계산된다MINITAB 20983 Cycle

의 수명과 의 수명이 다른 것은 개선 활동의 결과이Prototype1 Prototype2

- 84 -

며 에서 개선목표가 달성되었음을 알 수 있다 Prototype2

표 하중 고장시간[ 81] Nominal (Cycle)

Weibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth Curve

(Nominal Load)(Nominal Load)(Nominal Load)(Nominal Load)

그림 성장곡선[ 84] Weibull (Nominal load data)

- 85 -

Weibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth Curve

(Nominal Load-90 Cl)(Nominal Load-90 Cl)(Nominal Load-90 Cl)(Nominal Load-90 Cl)

그림 신뢰구간[ 85] Nominal Load90

- 86 -

표 하중 고장시간[ 82] Max (Cycle)

Weibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth Curve

(MaxLoad)(MaxLoad)(MaxLoad)(MaxLoad)

그림 성장곡선[ 86] Weibull (Max load data)

- 87 -

제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론9999

본 연구는 자동차현가장치인 고무부싱 의 신뢰성향상을 위한 기(Rubber bushing)

술개발과제이다 에나 인더스트리는 수출전문기업으로서 주요 경쟁사에 비해 고성

능 고내구성의 제품을 짧은 기간 내에 개발할 수 있는 능력을 갖추어야 해외 시장

에서 경쟁력을 가질 수 있다

본 연구개발에서는 수요기업에서 요구하는 GMUTS(General Motors Uniform

의 사양에 따른 시험을 실행하여 내구성을 목표 사이클 이상으Test Specification)

로 개선하고 정특성과 동특성 비틀림 토크를 개선항목으로 선정하여 제품의 품질

및 신뢰성 향상을 진행하였다

수요기업의 요구 수준에 의하면 내구성은 와 Tension Compress Alternating

가 동시에 일 때 일 때Torsion Stress Maximum Load 20000 Cycle Normal Load

을 요구한다 본 프로젝트의 경우 해외의 부품메이커들에 대한 경쟁150000 Cycle

력 우위를 확보하기 위하여 기본 요구 수준을 넘어 향상된 제품신뢰성을5~10

확보를 목표로 하였다 내구성 정특성 및 동특성에 대한 시험은 직접 행하였고 비

틀림토크에 대한 부분은 추가적인 시험장치가 필요하여 수요기업의 실험실에 샘플

을 제출하여 요구수준을 검증받았다

본 연구개발의 성과를 요약하면 다음과 같다

우선 기술적 효과로는

설계기술의 확보(1)

재료배합설계 형상설계 공정설계에 대한 기술을 확보하여 내구성을 비롯한 품

질특성을 향상시킬 수 있었다 종래에는 설계 개발 생산프로세스에서 경험적 방법

에 의존하여 시행착오가 많았으나 본 연구를 통하여 과학적이고 체계적인 방법으

로 접근할 수 있는 기술이 확보되었다

설계 요소의 기술적 배치를 위한 실험계획법의 활용기술 확보(2)

- 88 -

종전에는 고무 배합설계 형상설계 공정설계에 대하여 설계요인 별 수 (Facter)

준 을 무작위로 추출하여 실험하였으나 본 실험계획의 과정을 따르면 요인들(Level)

이 계획적으로 반영되어 품질특성에 각각 어느 정도의 영향을 미치는지 분석이 가

능하게 된다 또한 다구찌에 의한 강건 설계의 생성으로 산포를 줄일 수 있다

잠재적 고장원인 분석방법 기술 확보(3)

제품기능에 대한 잠재적 고장모드의 예측과 시험항목을 판단하고 최종적으로는 설

계검증 과 공정검증 의 세부항목과 효과적(Design verification) (Process verification)

으로 연계가 가능하다

신뢰성 데이터분석기술 확보(4)

부품의 개발과정에서 몇 개의 표본에 대한 고장시간 데이터가 있을 때 Weibull

분포를 활용한 신뢰성 성장분석이 가능하게 되었다 개발프로그램이 운영되는 동안

신뢰성 수준의 변화를 추적할 수 있어 목표하는 신뢰성 수준을 달성하기 위하여 충

분한 비율로 성장하고 있는지의 여부를 가능한 빠른 시간 내에 판단할 수 있고 그

에 따라 필요한 자원을 적절히 배분할 수 있다 따라서 개발책임자는 시험데이터로

부터 현재 시스템의 신뢰성 수준 성장률의 평가 앞으로 기대되는 달성 가능한 수

준에 대한 결정이 가능하다

경제적 측면의 효과로는

제품에 대한 내구성 및 동특성 정특성에 대하여 요구사양 이상으로 특성관리(1)

를 행할 수 있어 해외 부품메이커들에 대한 경쟁력 우위로 수출력을 향상할 수 있

게 되었다

개발기간을 단축할 수 있게 되어 개발비의 절감을 가져올 수 있게 되었다(2)

재료배합 형상설계 및 공정설계에 대한 기술개발의 표준 정립으로 개발 기간의 단

축이 가능하게 되었다

본 과제 결과를 활용하여 다른 방진제품에 대한 신뢰성 관리로 수출(3)

- 89 -

시장을 개척하여 신규거래처를 확보할 예정이다 신뢰성 데이터의 관리가 이루어져

제품수명에 대한 설득력 있는 자료의 제시가 가능하게 되었다

향후 연구계획으로는

고무부싱부품의 특성상 내구성만의 개선이 최선이 아니고 정특성과 동특성을 일

정수준으로 동시에 고려하여야 한다 따라서 이 부분에 대한 동시적인 실험설계가

시스템화 되도록 추가적인 연구가 요구된다

- 90 -

참고문헌참고문헌참고문헌참고문헌[ ][ ][ ][ ]

고정 이상규 권수호 노태성 정원 박창규 김명수 신뢰성성장프로그램 수[1]

원대 신뢰성혁신센터 2005

김명웅 고무공업화학 선진문화사[2] 2006

김완두 김완수 방진고무부품의 유한요소해석 및 수명예측기술 고무기술[3] ldquo rdquo

Vol5 No1 2004

미니탭사업팀 새 실무완성 이레테크[4] Minitab 2004

박성현 실험계획법 민영사[5] 2003

[6] Gil-Negrete N Vinolas J and Kari L A Simplified methodology to

predict the dynamic stiffness of carbon-black filled rubber isolators using

a finite element code Journal of sound and Vibration Vol296 2006

[7] Kim J-H and Jeong H-Y A Study on the material properties and

fatigue life of natural rubber with different carbon blacks International

Journal of Fatigue Vol27 2005

[8] McLean R A and Anderson V I Extreme Vertices Design of Mixture

Experiments Technometrics Vol8 No3 1966

- 96 -

주 의

이 보고서는 산업자원부에서 시행한 부품소재종합기술지원사업의 최1

종보고서이다

이 신뢰성기반기술확산사업 내용을 대외적으로 발표할 때에는 반드시2

산업자원부에서 시행한 부품소재신뢰성기반기술 사업의 지원결과임을

밝혀야 한다

- 97 -

이 보고서는 산업자원부에서 시행한

부품소재 신뢰성기반기술확산사업의 최종보고서이다

- 71 -

표 에서의 내구성 예측값[ 76] Nominal Load

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 2 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 3 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 1 2

예측 값

신호 대

- 72 -

표 에서의 내구성 예측값[ 77] Maximum Load

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 2 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 3 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 1 2

신호 대

- 73 -

표 정특성 예측값[ 78]

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 2 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 3 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 1 2

신호 대

- 74 -

표 동특성 예측값[ 79] (15Hz)

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 2 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 3 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 1 2

신호 대

- 75 -

표 동특성 예측값[ 710] (150Hz)

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 2 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 3 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 1 2

신호 대

- 76 -

제 장 부품의 신뢰성성장관리제 장 부품의 신뢰성성장관리제 장 부품의 신뢰성성장관리제 장 부품의 신뢰성성장관리8888

제 절 신뢰성성장관리제 절 신뢰성성장관리제 절 신뢰성성장관리제 절 신뢰성성장관리1111

복잡하고 기술적인 제품의 개발 프로그램을 운영하는 데 있어서는 고객이 요구

하는 신뢰성 수준을 만족시키기 위하여 상당한 규모의 시간 예산 기술인력 등의

자원을 필요로 한다 고객들의 신뢰성 요구수준은 매우 높으므로 이러한 목표를 달

성하기 위하여 시험 개선 시험 개선의 개발과정을 반드시 거친다 이 과정에서 시- - -

스템 서브시스템 또는 모듈을 고장 날 때까지 시험하고 고장모드를 결정해서 이를

제거하기 위한 시도를 하거나 적어도 고장발생을 줄일 수 있는 시도를 하여 설계나

엔지니어링 개선을 이룬다 만약 이러한 과정이 계속되고 설계나 엔지니어링 변경

이 충분히 이루지면 시스템의 신뢰성은 증가한다 개발프로그램이 운영되는 동안

신뢰성 수준의 변화를 추적할 수 있다면 개발책임자로서는 여러 가지 이점이 있다

즉 목표하는 신뢰성 수준을 달성하기 위하여 충분한 비율로 성장하고 있는지의 여

부를 가능한 빠른 시간 내에 판단할 수 있고 그에 따라 필요한 자원을 적절히 배

분할 수 있다 따라서 개발책임자는 시험데이터로부터 현재 시스템의 신뢰성 수준

성장률의 평가 앞으로 기대되는 달성 가능한 수준을 결정하기를 원한다

신뢰성 성장관리 기술은 제품을 개발하는 데(Reliability growth management)

소요되는 많은 시간과 비용 및 엔지니어링 노력을 절감하면서 개념선택 제품과 공

정의 신뢰성 그리고 비용효율을 달성할 수 있도록 유용한 정보를 제공해 준다 군

사장비 자동차 및 전자 중장비개발 등에 적용된 최근의 신뢰성 성장시험 관리기술

은 각 분야의 경쟁적인 사업 환경 아래에서 제품개발을 효율적으로 조직하여 신뢰

성평가를 시작하고 신뢰성 성장과정을 추적할 수 있도록 해준다 신뢰성성장관리기

술은 제품 및 공정설계 관련사항 및 검증시험 항목들에 대하여 사용 환경에 따른

신뢰성 성장 진행과정을 확인하고 그 결과로부터 성장시험곡선을 개발할 수 있게

한다 또한 설계단계 사이의 여러 가지 관련성을 확인하여 관찰하고 그 정보를 다

른 제품보증분석들과 연결하여 고객 요구사항에 대한 제품의

- 77 -

적합도를 적절히 평가하는 데 도움을 준다

신뢰성성장모델은 가 개발한Crow(1975) AMSAA(Army Materiel Systems

모델이 많이 활용되었으나 이는 시스템 또는 서브시스템에서의Analysis Activity)

성장관리에 유용하고 부품수준에서는 모델을 활용하는 것이 더욱 실용적이 Weibull

다 모델은 목표 Weibull B10 수명에 대하여 초기 시작품 으로부터(Early Prototype)

후기 시작품 까지의 신뢰성 개선을 관리하는데 실용적으로 활용할(Later Prototype)

수 있다

신뢰성 성장시험 프로세스신뢰성 성장시험 프로세스신뢰성 성장시험 프로세스신뢰성 성장시험 프로세스1111

신뢰성 성장은 개발시스템에 대하여 여러 시험단계가 시리즈로 이루어지는 동안

고장모드를 발견하고 이를 개선하는 과정을 거쳐 이TAAF(Test Analyze And Fix)

루어진다 또한 기능시험 환경시험 안전시험의 결과는 신뢰성 향상을 위한 FMEA

등과 연계하여 사용된다 분석결과는 설계변경에 반영되고 최종목표가 달성될 때까

지 개선과 시험이 연속적으로 이루어진다 그림 은 일반적인 신뢰성 성장시험 [ 81]

프로세스를 보여준다 프로그램의 시작시점에 신뢰성 성장에 대한 계획을 수립하여

고객의 기대사항을 만족시킬 수 있는 성능수준에 대한 구체적인 측정치를 제시하

고 이 목적을 달성시킬 수 있는 시험조건을 정한다 시험조건은 특정한 부품이나

시스템에 대하여 고객의 사용방법과 환경에 대한 지식을 기초로 하여야 한다

개발프로젝트가 진행되는 동안 신뢰성 성장시험 프로그램이 개발되고 실행되는

과정에서 설계 및 공정의 관심사항을 확인하기 위해 QFD(Quality function

와 같은 제품보증을 위한 분석방법들이 선행되어 실시되는데 신뢰성deployment)

성장관리와 연계하여 이를 통틀어 통합 신뢰성 성장관리(Integrated reliability

라고 한다 신뢰성 성장관리를 포함한 제품설계평가의 모든growth management)

과정은 제품 공정의 신뢰성 향상에 있어 중요한 역할을 하는 제품보증기능의 한부

분이다

- 78 -

통합 신뢰성 성장시험관리 프로세스는 설계뿐 아니라 공정신뢰성(MIL-HDBK-781)

과 관련된 문제에 대응할 수 있도록 신뢰성 성장시험의 이점을 전적으로 활용할 수

있는 수단을 제공한다

신뢰성 성장관리과정을 개발함으로써 신뢰성 수준은 계속적으로 추적될 수 있고

조치를 취하고 다른 분석결과들과 비교되어 초기 신뢰성 예측을 수립하고 제품설

계에 포함된 확신을 증가시킨 후 검증시험에 들어갈 수 있도록 한다 이러한 신뢰

성 성장관리 프로세스는 제품개발 사이클에 있어서 초기 단계 동안에 신뢰성을 확

립하는 데 도움을 줄 수 있는 장치이다

그림 신뢰성성장시험 프로세스[ 81]

제품개발과정에 적용되는 신뢰성 성장시험관리 프로세스는 다음과 같다

신뢰성 성장시험조건을 결정하고 시험 사이클을 개발한다 ①

신뢰성 성장시험곡선의 사용을 통하여 시험과정을 실행하고 추적한다②

시험결과를 평가하고 다른 선행된 분석연구결과들과 비교한다③

확인된 결함을 제거하기 위해 설계변경을 실시한다④

- 79 -

설계검증시험을 준비한다⑤

신뢰성 성장시험의 주된 목적은 설계상의 약점을 확인하고 제거함으로써 설계의

신뢰성을 증가시키는 것이다 정확하게 신뢰성 수준이 변화되는 진행상황을 추적하

기 위해서는 요구사항에 대한 불합치성 을 확인하고 불합치성이(Nonconformance)

일어난 시간을 모두 추적하여야 한다 시험을 시작하기 전에 적절한 시정조치를 용

이하게 하기 위해 사전계획이 수립되어야 하며 고장분포를 결정하기 전에 각각의

고장부품에 대한 고장원인을 분리할 수 있어야 한다

부품의 개발과정에서 몇 개의 표본에 대한 고장시간 데이터가 있을 때 Weibull

분포를 활용한 신뢰성 성장분석에 대하여 설명하면 다음과 같다

가 분석의 개요가 분석의 개요가 분석의 개요가 분석의 개요

밀도함수는 그림 와 같이 특성 수명과 기울기로 고장시간Weibull [ 82] (Cycle

을 설명한다 작은 표본에 대한 고장시간 데이터가 주어졌을 때 분석Km) Weibull

을 사용하여 세 가지의 정보를 얻을 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ특정 시간이 주어졌을 때 등 부품의 신뢰도는 그 시간까지 살아 있(Cycle Km )

을 백분율이다

ㆍㆍㆍㆍ 또는 다른( 수명을 추정할 수 있다) 수명은 부품들 중 가 고장10

날 것이라고 기대되는 시간이다 즉 이 시간에서의 신뢰도는 이다 90

ㆍㆍㆍㆍ 기울기의 값은 고장률 패턴에 대한 정보를 제공해준다 기울기가Weibull 10

이라면 고장률이 일정하다는 것을 의미한다 이 경우 고장은 일반적으로 우연히

일어나며 고장률은 설계의 강건 정도에 따라 달라진다 기울기가 보다 작다면 1

고장률은 감소하고 있음을 의미한다

- 80 -

즉 높은 초기 고장률 을 말한다 기울기가 보다 크면 고장률은 증 (Infant mortality) 1

가하고 이는 마모 되고 있음을 의미한다(Wear-out)

그림 에 의한 부품의 신뢰성성장분석[ 82] Weibull 수명 비교

가장 많이 활용되는 측도는 수명이며 이것은 요구되는 목표 신뢰도가 임 90

을 의미한다 첫 번째 프로토타입이 고장 난다면 신뢰성 목표 달성을 위해 설계 변

경을 행하고 다음 프로토타입을 시험한다 이 과정은 목표 수명이 달성될 때까

지 반복한다

나 의이점나 의이점나 의이점나 의이점WeibullWeibullWeibullWeibull

부품의 개발과정에서 작은 표본에 대한 고장시간 자료가 주어졌을 때 Weibull

분석을 활용하여 신뢰성성장관리를 행하면 다음의 정보를 얻을 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ신뢰성 개선은 목표 수명이 달성될 때까지 하나의 프로토타입에

- 81 -

서 다음 프로토타입까지 추적할 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ신뢰성 개선은 시험한 프로토타입에 대해 타점으로 표현되고 빠르Weibull

게 방향을 파악하여 신뢰성 진전과정에 대한 양적 측면의 관리능력 향상을 그

래프로 확인할 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ컴포넌트를 고장 날 때까지 시험하는 것은 고장모드에 대한 아주 귀중한 정

보를 제공하고 따라서 시정조치 활동이 필요하다

ㆍㆍㆍㆍ많은 표본이 더 좋은 신뢰도를 얻을 수 있지만 분석은 많은 표본을Weibull

필요로 하지 않는다

ㆍㆍㆍㆍ고객의 운영 사용 사이클과 시험 모수의 관계가 알려져 있다면 더 빠르고( )

더 적은 비용으로 가속시험을 할 수도 있다

다 기본가정및제한다 기본가정및제한다 기본가정및제한다 기본가정및제한

ㆍㆍㆍㆍ각 분석에서 오직 하나의 고장모드만 포함되어야 한다 두 개나 그 이상의

고장 모드가 검출된다면 각각에 대해 분리하여 분석해야 한다

ㆍㆍㆍㆍ신뢰도는 시험 제한 한계 로 인해 년 마일까지 확장하여 외삽하면 안( ) 10 150K

된다 왜냐하면 시험 제한 한계 로 인해 다른 고장모드가 발생할 것인지 알 수 ( )

없기 때문이다

ㆍㆍㆍㆍ하나의 프로토타입에서 다음 프로토타입까지 기울기가 변하는 데는 특별히

주의를 하여야 한다 왜냐하면 초기 후기 수명에서 더 높은 신뢰도와 후기 초 ( ) (

기 수명에서 더 낮은 신뢰도의 할 수 도 있기 때문이다) trade-off

라 적용시기라 적용시기라 적용시기라 적용시기

ㆍㆍㆍㆍ수명의 비교는 엔지니어링 사양 이 특정한(Specification) 을 요구할 경

우 사용된다

ㆍㆍㆍㆍ이러한 접근방법은 고장시간 등 에 대하여 동일한 부품의(Cycle Km )

- 82 -

다른 시점에서의 프로토타입을 비교할 때 사용한다

ㆍㆍㆍㆍ신뢰성 목표가 달성될 때까지 계속한다

마 입력자료마 입력자료마 입력자료마 입력자료

ㆍㆍㆍㆍ프로토타입 의 몇 개 표본의 고장시간 등1 (Cycle Km )

ㆍㆍㆍㆍ프로토타입 의 몇 개 표본의 고장시간 등2 (Cycle Km )

⦙

ㆍㆍㆍㆍ마지막 프로토타입의 몇 개 표본의 고장시간 등(Cycle Km )

분석프로세스는 그림 과 같다[ 83]

프로세스프로세스프로세스프로세스 일반적 단계일반적 단계일반적 단계일반적 단계

Ⅰ 요구

또는 수명 결정

프로그램 신뢰성 목표 사용

고객의 운영 사용 프로파일 사용( )

시험 프로그램 적정시간 사용

Ⅱ 시험 프로그램 자료정보

확인과 데이터 수집초기 부품의 프로토타입

후기 부품의 프로토타입

Ⅲ 다른 프로토타입에 대한

누적고장 시간 또는 vs

거리 계산 및 타점

분석이 가능한 사용Weibull SW

가능한 가속수명시험 사용

Ⅳ 프로젝트 검토 시

현재 신뢰성 수준신뢰성 목표 적합성 결정

초기 경고 관련 정보 제공

개선을 위한 계획 정보 제공

그림 프로세스별 단계[ 83]

- 83 -

제 절 신뢰성성장 데이터분석제 절 신뢰성성장 데이터분석제 절 신뢰성성장 데이터분석제 절 신뢰성성장 데이터분석2222

초기 프로토타입 으로 부터 개의 표본을 정상하중 으(Prototype1) 6 (Nominal load)

로 고장 날 때까지 시험하고 고장모드를 기록하였다 여러 개선작업을 거친 후 후

기 프로토타입 으로부터 개의 표본을 고장 날 때까지 시험하고 고장모(Prototype2) 6

드를 기록하였다 시험 데이터는 표 에 주어져 있다 [ 81]

에 고장데이터를 입력하고 각 프로토타입 단계별로 용지에 결과MINITAB Weibull

를 타점한 결과 그림 와 같은 성장곡선이 생성되었다 [ 84] Weibull

정상하중 에서 의 평균수명 추정치는 이(Nominal load) Prototype1 127366Cycle

고 의 평균수명 추정치는 로서 의 개선을 이루었 Prototype2 176882 Cycle 389

음을 알 수 있었다 수명은 은 이었으나Prototype1 112668 Cycle Prototype2

의 수명은 로서 상당한 개선이 이루어졌음을 볼 수 있다168620 Cycle 수

명에 대한 신뢰하한은 로 추정되었다 따라서 정상부하에 의한95 162926 Cycle

시험데이터분석 결과 개선활동 재료배합개선 형상설계개선 공정개선 에 의하여 ( )

내구성 목표가 달성되었음을 알 수 있다

그림 는 에서의 신뢰구간을 보여주고 있다[ 85] Nominal load 90

최대하중 에서는 표 의 데이터 입력결과 그림 의 그래프를(Max load) [ 82] [ 86]

생성하였다 그래프로 부터 추정된 의 Prototype1 수명은 이고16362Cycle

의Prototype2 수명은 이다21850 Cycle 수명에 대한 신뢰하한추정치95

는 으로부터 로 계산된다MINITAB 20983 Cycle

의 수명과 의 수명이 다른 것은 개선 활동의 결과이Prototype1 Prototype2

- 84 -

며 에서 개선목표가 달성되었음을 알 수 있다 Prototype2

표 하중 고장시간[ 81] Nominal (Cycle)

Weibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth Curve

(Nominal Load)(Nominal Load)(Nominal Load)(Nominal Load)

그림 성장곡선[ 84] Weibull (Nominal load data)

- 85 -

Weibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth Curve

(Nominal Load-90 Cl)(Nominal Load-90 Cl)(Nominal Load-90 Cl)(Nominal Load-90 Cl)

그림 신뢰구간[ 85] Nominal Load90

- 86 -

표 하중 고장시간[ 82] Max (Cycle)

Weibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth Curve

(MaxLoad)(MaxLoad)(MaxLoad)(MaxLoad)

그림 성장곡선[ 86] Weibull (Max load data)

- 87 -

제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론9999

본 연구는 자동차현가장치인 고무부싱 의 신뢰성향상을 위한 기(Rubber bushing)

술개발과제이다 에나 인더스트리는 수출전문기업으로서 주요 경쟁사에 비해 고성

능 고내구성의 제품을 짧은 기간 내에 개발할 수 있는 능력을 갖추어야 해외 시장

에서 경쟁력을 가질 수 있다

본 연구개발에서는 수요기업에서 요구하는 GMUTS(General Motors Uniform

의 사양에 따른 시험을 실행하여 내구성을 목표 사이클 이상으Test Specification)

로 개선하고 정특성과 동특성 비틀림 토크를 개선항목으로 선정하여 제품의 품질

및 신뢰성 향상을 진행하였다

수요기업의 요구 수준에 의하면 내구성은 와 Tension Compress Alternating

가 동시에 일 때 일 때Torsion Stress Maximum Load 20000 Cycle Normal Load

을 요구한다 본 프로젝트의 경우 해외의 부품메이커들에 대한 경쟁150000 Cycle

력 우위를 확보하기 위하여 기본 요구 수준을 넘어 향상된 제품신뢰성을5~10

확보를 목표로 하였다 내구성 정특성 및 동특성에 대한 시험은 직접 행하였고 비

틀림토크에 대한 부분은 추가적인 시험장치가 필요하여 수요기업의 실험실에 샘플

을 제출하여 요구수준을 검증받았다

본 연구개발의 성과를 요약하면 다음과 같다

우선 기술적 효과로는

설계기술의 확보(1)

재료배합설계 형상설계 공정설계에 대한 기술을 확보하여 내구성을 비롯한 품

질특성을 향상시킬 수 있었다 종래에는 설계 개발 생산프로세스에서 경험적 방법

에 의존하여 시행착오가 많았으나 본 연구를 통하여 과학적이고 체계적인 방법으

로 접근할 수 있는 기술이 확보되었다

설계 요소의 기술적 배치를 위한 실험계획법의 활용기술 확보(2)

- 88 -

종전에는 고무 배합설계 형상설계 공정설계에 대하여 설계요인 별 수 (Facter)

준 을 무작위로 추출하여 실험하였으나 본 실험계획의 과정을 따르면 요인들(Level)

이 계획적으로 반영되어 품질특성에 각각 어느 정도의 영향을 미치는지 분석이 가

능하게 된다 또한 다구찌에 의한 강건 설계의 생성으로 산포를 줄일 수 있다

잠재적 고장원인 분석방법 기술 확보(3)

제품기능에 대한 잠재적 고장모드의 예측과 시험항목을 판단하고 최종적으로는 설

계검증 과 공정검증 의 세부항목과 효과적(Design verification) (Process verification)

으로 연계가 가능하다

신뢰성 데이터분석기술 확보(4)

부품의 개발과정에서 몇 개의 표본에 대한 고장시간 데이터가 있을 때 Weibull

분포를 활용한 신뢰성 성장분석이 가능하게 되었다 개발프로그램이 운영되는 동안

신뢰성 수준의 변화를 추적할 수 있어 목표하는 신뢰성 수준을 달성하기 위하여 충

분한 비율로 성장하고 있는지의 여부를 가능한 빠른 시간 내에 판단할 수 있고 그

에 따라 필요한 자원을 적절히 배분할 수 있다 따라서 개발책임자는 시험데이터로

부터 현재 시스템의 신뢰성 수준 성장률의 평가 앞으로 기대되는 달성 가능한 수

준에 대한 결정이 가능하다

경제적 측면의 효과로는

제품에 대한 내구성 및 동특성 정특성에 대하여 요구사양 이상으로 특성관리(1)

를 행할 수 있어 해외 부품메이커들에 대한 경쟁력 우위로 수출력을 향상할 수 있

게 되었다

개발기간을 단축할 수 있게 되어 개발비의 절감을 가져올 수 있게 되었다(2)

재료배합 형상설계 및 공정설계에 대한 기술개발의 표준 정립으로 개발 기간의 단

축이 가능하게 되었다

본 과제 결과를 활용하여 다른 방진제품에 대한 신뢰성 관리로 수출(3)

- 89 -

시장을 개척하여 신규거래처를 확보할 예정이다 신뢰성 데이터의 관리가 이루어져

제품수명에 대한 설득력 있는 자료의 제시가 가능하게 되었다

향후 연구계획으로는

고무부싱부품의 특성상 내구성만의 개선이 최선이 아니고 정특성과 동특성을 일

정수준으로 동시에 고려하여야 한다 따라서 이 부분에 대한 동시적인 실험설계가

시스템화 되도록 추가적인 연구가 요구된다

- 90 -

참고문헌참고문헌참고문헌참고문헌[ ][ ][ ][ ]

고정 이상규 권수호 노태성 정원 박창규 김명수 신뢰성성장프로그램 수[1]

원대 신뢰성혁신센터 2005

김명웅 고무공업화학 선진문화사[2] 2006

김완두 김완수 방진고무부품의 유한요소해석 및 수명예측기술 고무기술[3] ldquo rdquo

Vol5 No1 2004

미니탭사업팀 새 실무완성 이레테크[4] Minitab 2004

박성현 실험계획법 민영사[5] 2003

[6] Gil-Negrete N Vinolas J and Kari L A Simplified methodology to

predict the dynamic stiffness of carbon-black filled rubber isolators using

a finite element code Journal of sound and Vibration Vol296 2006

[7] Kim J-H and Jeong H-Y A Study on the material properties and

fatigue life of natural rubber with different carbon blacks International

Journal of Fatigue Vol27 2005

[8] McLean R A and Anderson V I Extreme Vertices Design of Mixture

Experiments Technometrics Vol8 No3 1966

- 96 -

주 의

이 보고서는 산업자원부에서 시행한 부품소재종합기술지원사업의 최1

종보고서이다

이 신뢰성기반기술확산사업 내용을 대외적으로 발표할 때에는 반드시2

산업자원부에서 시행한 부품소재신뢰성기반기술 사업의 지원결과임을

밝혀야 한다

- 97 -

이 보고서는 산업자원부에서 시행한

부품소재 신뢰성기반기술확산사업의 최종보고서이다

- 72 -

표 에서의 내구성 예측값[ 77] Maximum Load

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 2 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 3 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 1 2

신호 대

- 73 -

표 정특성 예측값[ 78]

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 2 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 3 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 1 2

신호 대

- 74 -

표 동특성 예측값[ 79] (15Hz)

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 2 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 3 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 1 2

신호 대

- 75 -

표 동특성 예측값[ 710] (150Hz)

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 2 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 3 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 1 2

신호 대

- 76 -

제 장 부품의 신뢰성성장관리제 장 부품의 신뢰성성장관리제 장 부품의 신뢰성성장관리제 장 부품의 신뢰성성장관리8888

제 절 신뢰성성장관리제 절 신뢰성성장관리제 절 신뢰성성장관리제 절 신뢰성성장관리1111

복잡하고 기술적인 제품의 개발 프로그램을 운영하는 데 있어서는 고객이 요구

하는 신뢰성 수준을 만족시키기 위하여 상당한 규모의 시간 예산 기술인력 등의

자원을 필요로 한다 고객들의 신뢰성 요구수준은 매우 높으므로 이러한 목표를 달

성하기 위하여 시험 개선 시험 개선의 개발과정을 반드시 거친다 이 과정에서 시- - -

스템 서브시스템 또는 모듈을 고장 날 때까지 시험하고 고장모드를 결정해서 이를

제거하기 위한 시도를 하거나 적어도 고장발생을 줄일 수 있는 시도를 하여 설계나

엔지니어링 개선을 이룬다 만약 이러한 과정이 계속되고 설계나 엔지니어링 변경

이 충분히 이루지면 시스템의 신뢰성은 증가한다 개발프로그램이 운영되는 동안

신뢰성 수준의 변화를 추적할 수 있다면 개발책임자로서는 여러 가지 이점이 있다

즉 목표하는 신뢰성 수준을 달성하기 위하여 충분한 비율로 성장하고 있는지의 여

부를 가능한 빠른 시간 내에 판단할 수 있고 그에 따라 필요한 자원을 적절히 배

분할 수 있다 따라서 개발책임자는 시험데이터로부터 현재 시스템의 신뢰성 수준

성장률의 평가 앞으로 기대되는 달성 가능한 수준을 결정하기를 원한다

신뢰성 성장관리 기술은 제품을 개발하는 데(Reliability growth management)

소요되는 많은 시간과 비용 및 엔지니어링 노력을 절감하면서 개념선택 제품과 공

정의 신뢰성 그리고 비용효율을 달성할 수 있도록 유용한 정보를 제공해 준다 군

사장비 자동차 및 전자 중장비개발 등에 적용된 최근의 신뢰성 성장시험 관리기술

은 각 분야의 경쟁적인 사업 환경 아래에서 제품개발을 효율적으로 조직하여 신뢰

성평가를 시작하고 신뢰성 성장과정을 추적할 수 있도록 해준다 신뢰성성장관리기

술은 제품 및 공정설계 관련사항 및 검증시험 항목들에 대하여 사용 환경에 따른

신뢰성 성장 진행과정을 확인하고 그 결과로부터 성장시험곡선을 개발할 수 있게

한다 또한 설계단계 사이의 여러 가지 관련성을 확인하여 관찰하고 그 정보를 다

른 제품보증분석들과 연결하여 고객 요구사항에 대한 제품의

- 77 -

적합도를 적절히 평가하는 데 도움을 준다

신뢰성성장모델은 가 개발한Crow(1975) AMSAA(Army Materiel Systems

모델이 많이 활용되었으나 이는 시스템 또는 서브시스템에서의Analysis Activity)

성장관리에 유용하고 부품수준에서는 모델을 활용하는 것이 더욱 실용적이 Weibull

다 모델은 목표 Weibull B10 수명에 대하여 초기 시작품 으로부터(Early Prototype)

후기 시작품 까지의 신뢰성 개선을 관리하는데 실용적으로 활용할(Later Prototype)

수 있다

신뢰성 성장시험 프로세스신뢰성 성장시험 프로세스신뢰성 성장시험 프로세스신뢰성 성장시험 프로세스1111

신뢰성 성장은 개발시스템에 대하여 여러 시험단계가 시리즈로 이루어지는 동안

고장모드를 발견하고 이를 개선하는 과정을 거쳐 이TAAF(Test Analyze And Fix)

루어진다 또한 기능시험 환경시험 안전시험의 결과는 신뢰성 향상을 위한 FMEA

등과 연계하여 사용된다 분석결과는 설계변경에 반영되고 최종목표가 달성될 때까

지 개선과 시험이 연속적으로 이루어진다 그림 은 일반적인 신뢰성 성장시험 [ 81]

프로세스를 보여준다 프로그램의 시작시점에 신뢰성 성장에 대한 계획을 수립하여

고객의 기대사항을 만족시킬 수 있는 성능수준에 대한 구체적인 측정치를 제시하

고 이 목적을 달성시킬 수 있는 시험조건을 정한다 시험조건은 특정한 부품이나

시스템에 대하여 고객의 사용방법과 환경에 대한 지식을 기초로 하여야 한다

개발프로젝트가 진행되는 동안 신뢰성 성장시험 프로그램이 개발되고 실행되는

과정에서 설계 및 공정의 관심사항을 확인하기 위해 QFD(Quality function

와 같은 제품보증을 위한 분석방법들이 선행되어 실시되는데 신뢰성deployment)

성장관리와 연계하여 이를 통틀어 통합 신뢰성 성장관리(Integrated reliability

라고 한다 신뢰성 성장관리를 포함한 제품설계평가의 모든growth management)

과정은 제품 공정의 신뢰성 향상에 있어 중요한 역할을 하는 제품보증기능의 한부

분이다

- 78 -

통합 신뢰성 성장시험관리 프로세스는 설계뿐 아니라 공정신뢰성(MIL-HDBK-781)

과 관련된 문제에 대응할 수 있도록 신뢰성 성장시험의 이점을 전적으로 활용할 수

있는 수단을 제공한다

신뢰성 성장관리과정을 개발함으로써 신뢰성 수준은 계속적으로 추적될 수 있고

조치를 취하고 다른 분석결과들과 비교되어 초기 신뢰성 예측을 수립하고 제품설

계에 포함된 확신을 증가시킨 후 검증시험에 들어갈 수 있도록 한다 이러한 신뢰

성 성장관리 프로세스는 제품개발 사이클에 있어서 초기 단계 동안에 신뢰성을 확

립하는 데 도움을 줄 수 있는 장치이다

그림 신뢰성성장시험 프로세스[ 81]

제품개발과정에 적용되는 신뢰성 성장시험관리 프로세스는 다음과 같다

신뢰성 성장시험조건을 결정하고 시험 사이클을 개발한다 ①

신뢰성 성장시험곡선의 사용을 통하여 시험과정을 실행하고 추적한다②

시험결과를 평가하고 다른 선행된 분석연구결과들과 비교한다③

확인된 결함을 제거하기 위해 설계변경을 실시한다④

- 79 -

설계검증시험을 준비한다⑤

신뢰성 성장시험의 주된 목적은 설계상의 약점을 확인하고 제거함으로써 설계의

신뢰성을 증가시키는 것이다 정확하게 신뢰성 수준이 변화되는 진행상황을 추적하

기 위해서는 요구사항에 대한 불합치성 을 확인하고 불합치성이(Nonconformance)

일어난 시간을 모두 추적하여야 한다 시험을 시작하기 전에 적절한 시정조치를 용

이하게 하기 위해 사전계획이 수립되어야 하며 고장분포를 결정하기 전에 각각의

고장부품에 대한 고장원인을 분리할 수 있어야 한다

부품의 개발과정에서 몇 개의 표본에 대한 고장시간 데이터가 있을 때 Weibull

분포를 활용한 신뢰성 성장분석에 대하여 설명하면 다음과 같다

가 분석의 개요가 분석의 개요가 분석의 개요가 분석의 개요

밀도함수는 그림 와 같이 특성 수명과 기울기로 고장시간Weibull [ 82] (Cycle

을 설명한다 작은 표본에 대한 고장시간 데이터가 주어졌을 때 분석Km) Weibull

을 사용하여 세 가지의 정보를 얻을 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ특정 시간이 주어졌을 때 등 부품의 신뢰도는 그 시간까지 살아 있(Cycle Km )

을 백분율이다

ㆍㆍㆍㆍ 또는 다른( 수명을 추정할 수 있다) 수명은 부품들 중 가 고장10

날 것이라고 기대되는 시간이다 즉 이 시간에서의 신뢰도는 이다 90

ㆍㆍㆍㆍ 기울기의 값은 고장률 패턴에 대한 정보를 제공해준다 기울기가Weibull 10

이라면 고장률이 일정하다는 것을 의미한다 이 경우 고장은 일반적으로 우연히

일어나며 고장률은 설계의 강건 정도에 따라 달라진다 기울기가 보다 작다면 1

고장률은 감소하고 있음을 의미한다

- 80 -

즉 높은 초기 고장률 을 말한다 기울기가 보다 크면 고장률은 증 (Infant mortality) 1

가하고 이는 마모 되고 있음을 의미한다(Wear-out)

그림 에 의한 부품의 신뢰성성장분석[ 82] Weibull 수명 비교

가장 많이 활용되는 측도는 수명이며 이것은 요구되는 목표 신뢰도가 임 90

을 의미한다 첫 번째 프로토타입이 고장 난다면 신뢰성 목표 달성을 위해 설계 변

경을 행하고 다음 프로토타입을 시험한다 이 과정은 목표 수명이 달성될 때까

지 반복한다

나 의이점나 의이점나 의이점나 의이점WeibullWeibullWeibullWeibull

부품의 개발과정에서 작은 표본에 대한 고장시간 자료가 주어졌을 때 Weibull

분석을 활용하여 신뢰성성장관리를 행하면 다음의 정보를 얻을 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ신뢰성 개선은 목표 수명이 달성될 때까지 하나의 프로토타입에

- 81 -

서 다음 프로토타입까지 추적할 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ신뢰성 개선은 시험한 프로토타입에 대해 타점으로 표현되고 빠르Weibull

게 방향을 파악하여 신뢰성 진전과정에 대한 양적 측면의 관리능력 향상을 그

래프로 확인할 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ컴포넌트를 고장 날 때까지 시험하는 것은 고장모드에 대한 아주 귀중한 정

보를 제공하고 따라서 시정조치 활동이 필요하다

ㆍㆍㆍㆍ많은 표본이 더 좋은 신뢰도를 얻을 수 있지만 분석은 많은 표본을Weibull

필요로 하지 않는다

ㆍㆍㆍㆍ고객의 운영 사용 사이클과 시험 모수의 관계가 알려져 있다면 더 빠르고( )

더 적은 비용으로 가속시험을 할 수도 있다

다 기본가정및제한다 기본가정및제한다 기본가정및제한다 기본가정및제한

ㆍㆍㆍㆍ각 분석에서 오직 하나의 고장모드만 포함되어야 한다 두 개나 그 이상의

고장 모드가 검출된다면 각각에 대해 분리하여 분석해야 한다

ㆍㆍㆍㆍ신뢰도는 시험 제한 한계 로 인해 년 마일까지 확장하여 외삽하면 안( ) 10 150K

된다 왜냐하면 시험 제한 한계 로 인해 다른 고장모드가 발생할 것인지 알 수 ( )

없기 때문이다

ㆍㆍㆍㆍ하나의 프로토타입에서 다음 프로토타입까지 기울기가 변하는 데는 특별히

주의를 하여야 한다 왜냐하면 초기 후기 수명에서 더 높은 신뢰도와 후기 초 ( ) (

기 수명에서 더 낮은 신뢰도의 할 수 도 있기 때문이다) trade-off

라 적용시기라 적용시기라 적용시기라 적용시기

ㆍㆍㆍㆍ수명의 비교는 엔지니어링 사양 이 특정한(Specification) 을 요구할 경

우 사용된다

ㆍㆍㆍㆍ이러한 접근방법은 고장시간 등 에 대하여 동일한 부품의(Cycle Km )

- 82 -

다른 시점에서의 프로토타입을 비교할 때 사용한다

ㆍㆍㆍㆍ신뢰성 목표가 달성될 때까지 계속한다

마 입력자료마 입력자료마 입력자료마 입력자료

ㆍㆍㆍㆍ프로토타입 의 몇 개 표본의 고장시간 등1 (Cycle Km )

ㆍㆍㆍㆍ프로토타입 의 몇 개 표본의 고장시간 등2 (Cycle Km )

⦙

ㆍㆍㆍㆍ마지막 프로토타입의 몇 개 표본의 고장시간 등(Cycle Km )

분석프로세스는 그림 과 같다[ 83]

프로세스프로세스프로세스프로세스 일반적 단계일반적 단계일반적 단계일반적 단계

Ⅰ 요구

또는 수명 결정

프로그램 신뢰성 목표 사용

고객의 운영 사용 프로파일 사용( )

시험 프로그램 적정시간 사용

Ⅱ 시험 프로그램 자료정보

확인과 데이터 수집초기 부품의 프로토타입

후기 부품의 프로토타입

Ⅲ 다른 프로토타입에 대한

누적고장 시간 또는 vs

거리 계산 및 타점

분석이 가능한 사용Weibull SW

가능한 가속수명시험 사용

Ⅳ 프로젝트 검토 시

현재 신뢰성 수준신뢰성 목표 적합성 결정

초기 경고 관련 정보 제공

개선을 위한 계획 정보 제공

그림 프로세스별 단계[ 83]

- 83 -

제 절 신뢰성성장 데이터분석제 절 신뢰성성장 데이터분석제 절 신뢰성성장 데이터분석제 절 신뢰성성장 데이터분석2222

초기 프로토타입 으로 부터 개의 표본을 정상하중 으(Prototype1) 6 (Nominal load)

로 고장 날 때까지 시험하고 고장모드를 기록하였다 여러 개선작업을 거친 후 후

기 프로토타입 으로부터 개의 표본을 고장 날 때까지 시험하고 고장모(Prototype2) 6

드를 기록하였다 시험 데이터는 표 에 주어져 있다 [ 81]

에 고장데이터를 입력하고 각 프로토타입 단계별로 용지에 결과MINITAB Weibull

를 타점한 결과 그림 와 같은 성장곡선이 생성되었다 [ 84] Weibull

정상하중 에서 의 평균수명 추정치는 이(Nominal load) Prototype1 127366Cycle

고 의 평균수명 추정치는 로서 의 개선을 이루었 Prototype2 176882 Cycle 389

음을 알 수 있었다 수명은 은 이었으나Prototype1 112668 Cycle Prototype2

의 수명은 로서 상당한 개선이 이루어졌음을 볼 수 있다168620 Cycle 수

명에 대한 신뢰하한은 로 추정되었다 따라서 정상부하에 의한95 162926 Cycle

시험데이터분석 결과 개선활동 재료배합개선 형상설계개선 공정개선 에 의하여 ( )

내구성 목표가 달성되었음을 알 수 있다

그림 는 에서의 신뢰구간을 보여주고 있다[ 85] Nominal load 90

최대하중 에서는 표 의 데이터 입력결과 그림 의 그래프를(Max load) [ 82] [ 86]

생성하였다 그래프로 부터 추정된 의 Prototype1 수명은 이고16362Cycle

의Prototype2 수명은 이다21850 Cycle 수명에 대한 신뢰하한추정치95

는 으로부터 로 계산된다MINITAB 20983 Cycle

의 수명과 의 수명이 다른 것은 개선 활동의 결과이Prototype1 Prototype2

- 84 -

며 에서 개선목표가 달성되었음을 알 수 있다 Prototype2

표 하중 고장시간[ 81] Nominal (Cycle)

Weibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth Curve

(Nominal Load)(Nominal Load)(Nominal Load)(Nominal Load)

그림 성장곡선[ 84] Weibull (Nominal load data)

- 85 -

Weibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth Curve

(Nominal Load-90 Cl)(Nominal Load-90 Cl)(Nominal Load-90 Cl)(Nominal Load-90 Cl)

그림 신뢰구간[ 85] Nominal Load90

- 86 -

표 하중 고장시간[ 82] Max (Cycle)

Weibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth Curve

(MaxLoad)(MaxLoad)(MaxLoad)(MaxLoad)

그림 성장곡선[ 86] Weibull (Max load data)

- 87 -

제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론9999

본 연구는 자동차현가장치인 고무부싱 의 신뢰성향상을 위한 기(Rubber bushing)

술개발과제이다 에나 인더스트리는 수출전문기업으로서 주요 경쟁사에 비해 고성

능 고내구성의 제품을 짧은 기간 내에 개발할 수 있는 능력을 갖추어야 해외 시장

에서 경쟁력을 가질 수 있다

본 연구개발에서는 수요기업에서 요구하는 GMUTS(General Motors Uniform

의 사양에 따른 시험을 실행하여 내구성을 목표 사이클 이상으Test Specification)

로 개선하고 정특성과 동특성 비틀림 토크를 개선항목으로 선정하여 제품의 품질

및 신뢰성 향상을 진행하였다

수요기업의 요구 수준에 의하면 내구성은 와 Tension Compress Alternating

가 동시에 일 때 일 때Torsion Stress Maximum Load 20000 Cycle Normal Load

을 요구한다 본 프로젝트의 경우 해외의 부품메이커들에 대한 경쟁150000 Cycle

력 우위를 확보하기 위하여 기본 요구 수준을 넘어 향상된 제품신뢰성을5~10

확보를 목표로 하였다 내구성 정특성 및 동특성에 대한 시험은 직접 행하였고 비

틀림토크에 대한 부분은 추가적인 시험장치가 필요하여 수요기업의 실험실에 샘플

을 제출하여 요구수준을 검증받았다

본 연구개발의 성과를 요약하면 다음과 같다

우선 기술적 효과로는

설계기술의 확보(1)

재료배합설계 형상설계 공정설계에 대한 기술을 확보하여 내구성을 비롯한 품

질특성을 향상시킬 수 있었다 종래에는 설계 개발 생산프로세스에서 경험적 방법

에 의존하여 시행착오가 많았으나 본 연구를 통하여 과학적이고 체계적인 방법으

로 접근할 수 있는 기술이 확보되었다

설계 요소의 기술적 배치를 위한 실험계획법의 활용기술 확보(2)

- 88 -

종전에는 고무 배합설계 형상설계 공정설계에 대하여 설계요인 별 수 (Facter)

준 을 무작위로 추출하여 실험하였으나 본 실험계획의 과정을 따르면 요인들(Level)

이 계획적으로 반영되어 품질특성에 각각 어느 정도의 영향을 미치는지 분석이 가

능하게 된다 또한 다구찌에 의한 강건 설계의 생성으로 산포를 줄일 수 있다

잠재적 고장원인 분석방법 기술 확보(3)

제품기능에 대한 잠재적 고장모드의 예측과 시험항목을 판단하고 최종적으로는 설

계검증 과 공정검증 의 세부항목과 효과적(Design verification) (Process verification)

으로 연계가 가능하다

신뢰성 데이터분석기술 확보(4)

부품의 개발과정에서 몇 개의 표본에 대한 고장시간 데이터가 있을 때 Weibull

분포를 활용한 신뢰성 성장분석이 가능하게 되었다 개발프로그램이 운영되는 동안

신뢰성 수준의 변화를 추적할 수 있어 목표하는 신뢰성 수준을 달성하기 위하여 충

분한 비율로 성장하고 있는지의 여부를 가능한 빠른 시간 내에 판단할 수 있고 그

에 따라 필요한 자원을 적절히 배분할 수 있다 따라서 개발책임자는 시험데이터로

부터 현재 시스템의 신뢰성 수준 성장률의 평가 앞으로 기대되는 달성 가능한 수

준에 대한 결정이 가능하다

경제적 측면의 효과로는

제품에 대한 내구성 및 동특성 정특성에 대하여 요구사양 이상으로 특성관리(1)

를 행할 수 있어 해외 부품메이커들에 대한 경쟁력 우위로 수출력을 향상할 수 있

게 되었다

개발기간을 단축할 수 있게 되어 개발비의 절감을 가져올 수 있게 되었다(2)

재료배합 형상설계 및 공정설계에 대한 기술개발의 표준 정립으로 개발 기간의 단

축이 가능하게 되었다

본 과제 결과를 활용하여 다른 방진제품에 대한 신뢰성 관리로 수출(3)

- 89 -

시장을 개척하여 신규거래처를 확보할 예정이다 신뢰성 데이터의 관리가 이루어져

제품수명에 대한 설득력 있는 자료의 제시가 가능하게 되었다

향후 연구계획으로는

고무부싱부품의 특성상 내구성만의 개선이 최선이 아니고 정특성과 동특성을 일

정수준으로 동시에 고려하여야 한다 따라서 이 부분에 대한 동시적인 실험설계가

시스템화 되도록 추가적인 연구가 요구된다

- 90 -

참고문헌참고문헌참고문헌참고문헌[ ][ ][ ][ ]

고정 이상규 권수호 노태성 정원 박창규 김명수 신뢰성성장프로그램 수[1]

원대 신뢰성혁신센터 2005

김명웅 고무공업화학 선진문화사[2] 2006

김완두 김완수 방진고무부품의 유한요소해석 및 수명예측기술 고무기술[3] ldquo rdquo

Vol5 No1 2004

미니탭사업팀 새 실무완성 이레테크[4] Minitab 2004

박성현 실험계획법 민영사[5] 2003

[6] Gil-Negrete N Vinolas J and Kari L A Simplified methodology to

predict the dynamic stiffness of carbon-black filled rubber isolators using

a finite element code Journal of sound and Vibration Vol296 2006

[7] Kim J-H and Jeong H-Y A Study on the material properties and

fatigue life of natural rubber with different carbon blacks International

Journal of Fatigue Vol27 2005

[8] McLean R A and Anderson V I Extreme Vertices Design of Mixture

Experiments Technometrics Vol8 No3 1966

- 96 -

주 의

이 보고서는 산업자원부에서 시행한 부품소재종합기술지원사업의 최1

종보고서이다

이 신뢰성기반기술확산사업 내용을 대외적으로 발표할 때에는 반드시2

산업자원부에서 시행한 부품소재신뢰성기반기술 사업의 지원결과임을

밝혀야 한다

- 97 -

이 보고서는 산업자원부에서 시행한

부품소재 신뢰성기반기술확산사업의 최종보고서이다

- 73 -

표 정특성 예측값[ 78]

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 2 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 3 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 1 2

신호 대

- 74 -

표 동특성 예측값[ 79] (15Hz)

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 2 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 3 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 1 2

신호 대

- 75 -

표 동특성 예측값[ 710] (150Hz)

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 2 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 3 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 1 2

신호 대

- 76 -

제 장 부품의 신뢰성성장관리제 장 부품의 신뢰성성장관리제 장 부품의 신뢰성성장관리제 장 부품의 신뢰성성장관리8888

제 절 신뢰성성장관리제 절 신뢰성성장관리제 절 신뢰성성장관리제 절 신뢰성성장관리1111

복잡하고 기술적인 제품의 개발 프로그램을 운영하는 데 있어서는 고객이 요구

하는 신뢰성 수준을 만족시키기 위하여 상당한 규모의 시간 예산 기술인력 등의

자원을 필요로 한다 고객들의 신뢰성 요구수준은 매우 높으므로 이러한 목표를 달

성하기 위하여 시험 개선 시험 개선의 개발과정을 반드시 거친다 이 과정에서 시- - -

스템 서브시스템 또는 모듈을 고장 날 때까지 시험하고 고장모드를 결정해서 이를

제거하기 위한 시도를 하거나 적어도 고장발생을 줄일 수 있는 시도를 하여 설계나

엔지니어링 개선을 이룬다 만약 이러한 과정이 계속되고 설계나 엔지니어링 변경

이 충분히 이루지면 시스템의 신뢰성은 증가한다 개발프로그램이 운영되는 동안

신뢰성 수준의 변화를 추적할 수 있다면 개발책임자로서는 여러 가지 이점이 있다

즉 목표하는 신뢰성 수준을 달성하기 위하여 충분한 비율로 성장하고 있는지의 여

부를 가능한 빠른 시간 내에 판단할 수 있고 그에 따라 필요한 자원을 적절히 배

분할 수 있다 따라서 개발책임자는 시험데이터로부터 현재 시스템의 신뢰성 수준

성장률의 평가 앞으로 기대되는 달성 가능한 수준을 결정하기를 원한다

신뢰성 성장관리 기술은 제품을 개발하는 데(Reliability growth management)

소요되는 많은 시간과 비용 및 엔지니어링 노력을 절감하면서 개념선택 제품과 공

정의 신뢰성 그리고 비용효율을 달성할 수 있도록 유용한 정보를 제공해 준다 군

사장비 자동차 및 전자 중장비개발 등에 적용된 최근의 신뢰성 성장시험 관리기술

은 각 분야의 경쟁적인 사업 환경 아래에서 제품개발을 효율적으로 조직하여 신뢰

성평가를 시작하고 신뢰성 성장과정을 추적할 수 있도록 해준다 신뢰성성장관리기

술은 제품 및 공정설계 관련사항 및 검증시험 항목들에 대하여 사용 환경에 따른

신뢰성 성장 진행과정을 확인하고 그 결과로부터 성장시험곡선을 개발할 수 있게

한다 또한 설계단계 사이의 여러 가지 관련성을 확인하여 관찰하고 그 정보를 다

른 제품보증분석들과 연결하여 고객 요구사항에 대한 제품의

- 77 -

적합도를 적절히 평가하는 데 도움을 준다

신뢰성성장모델은 가 개발한Crow(1975) AMSAA(Army Materiel Systems

모델이 많이 활용되었으나 이는 시스템 또는 서브시스템에서의Analysis Activity)

성장관리에 유용하고 부품수준에서는 모델을 활용하는 것이 더욱 실용적이 Weibull

다 모델은 목표 Weibull B10 수명에 대하여 초기 시작품 으로부터(Early Prototype)

후기 시작품 까지의 신뢰성 개선을 관리하는데 실용적으로 활용할(Later Prototype)

수 있다

신뢰성 성장시험 프로세스신뢰성 성장시험 프로세스신뢰성 성장시험 프로세스신뢰성 성장시험 프로세스1111

신뢰성 성장은 개발시스템에 대하여 여러 시험단계가 시리즈로 이루어지는 동안

고장모드를 발견하고 이를 개선하는 과정을 거쳐 이TAAF(Test Analyze And Fix)

루어진다 또한 기능시험 환경시험 안전시험의 결과는 신뢰성 향상을 위한 FMEA

등과 연계하여 사용된다 분석결과는 설계변경에 반영되고 최종목표가 달성될 때까

지 개선과 시험이 연속적으로 이루어진다 그림 은 일반적인 신뢰성 성장시험 [ 81]

프로세스를 보여준다 프로그램의 시작시점에 신뢰성 성장에 대한 계획을 수립하여

고객의 기대사항을 만족시킬 수 있는 성능수준에 대한 구체적인 측정치를 제시하

고 이 목적을 달성시킬 수 있는 시험조건을 정한다 시험조건은 특정한 부품이나

시스템에 대하여 고객의 사용방법과 환경에 대한 지식을 기초로 하여야 한다

개발프로젝트가 진행되는 동안 신뢰성 성장시험 프로그램이 개발되고 실행되는

과정에서 설계 및 공정의 관심사항을 확인하기 위해 QFD(Quality function

와 같은 제품보증을 위한 분석방법들이 선행되어 실시되는데 신뢰성deployment)

성장관리와 연계하여 이를 통틀어 통합 신뢰성 성장관리(Integrated reliability

라고 한다 신뢰성 성장관리를 포함한 제품설계평가의 모든growth management)

과정은 제품 공정의 신뢰성 향상에 있어 중요한 역할을 하는 제품보증기능의 한부

분이다

- 78 -

통합 신뢰성 성장시험관리 프로세스는 설계뿐 아니라 공정신뢰성(MIL-HDBK-781)

과 관련된 문제에 대응할 수 있도록 신뢰성 성장시험의 이점을 전적으로 활용할 수

있는 수단을 제공한다

신뢰성 성장관리과정을 개발함으로써 신뢰성 수준은 계속적으로 추적될 수 있고

조치를 취하고 다른 분석결과들과 비교되어 초기 신뢰성 예측을 수립하고 제품설

계에 포함된 확신을 증가시킨 후 검증시험에 들어갈 수 있도록 한다 이러한 신뢰

성 성장관리 프로세스는 제품개발 사이클에 있어서 초기 단계 동안에 신뢰성을 확

립하는 데 도움을 줄 수 있는 장치이다

그림 신뢰성성장시험 프로세스[ 81]

제품개발과정에 적용되는 신뢰성 성장시험관리 프로세스는 다음과 같다

신뢰성 성장시험조건을 결정하고 시험 사이클을 개발한다 ①

신뢰성 성장시험곡선의 사용을 통하여 시험과정을 실행하고 추적한다②

시험결과를 평가하고 다른 선행된 분석연구결과들과 비교한다③

확인된 결함을 제거하기 위해 설계변경을 실시한다④

- 79 -

설계검증시험을 준비한다⑤

신뢰성 성장시험의 주된 목적은 설계상의 약점을 확인하고 제거함으로써 설계의

신뢰성을 증가시키는 것이다 정확하게 신뢰성 수준이 변화되는 진행상황을 추적하

기 위해서는 요구사항에 대한 불합치성 을 확인하고 불합치성이(Nonconformance)

일어난 시간을 모두 추적하여야 한다 시험을 시작하기 전에 적절한 시정조치를 용

이하게 하기 위해 사전계획이 수립되어야 하며 고장분포를 결정하기 전에 각각의

고장부품에 대한 고장원인을 분리할 수 있어야 한다

부품의 개발과정에서 몇 개의 표본에 대한 고장시간 데이터가 있을 때 Weibull

분포를 활용한 신뢰성 성장분석에 대하여 설명하면 다음과 같다

가 분석의 개요가 분석의 개요가 분석의 개요가 분석의 개요

밀도함수는 그림 와 같이 특성 수명과 기울기로 고장시간Weibull [ 82] (Cycle

을 설명한다 작은 표본에 대한 고장시간 데이터가 주어졌을 때 분석Km) Weibull

을 사용하여 세 가지의 정보를 얻을 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ특정 시간이 주어졌을 때 등 부품의 신뢰도는 그 시간까지 살아 있(Cycle Km )

을 백분율이다

ㆍㆍㆍㆍ 또는 다른( 수명을 추정할 수 있다) 수명은 부품들 중 가 고장10

날 것이라고 기대되는 시간이다 즉 이 시간에서의 신뢰도는 이다 90

ㆍㆍㆍㆍ 기울기의 값은 고장률 패턴에 대한 정보를 제공해준다 기울기가Weibull 10

이라면 고장률이 일정하다는 것을 의미한다 이 경우 고장은 일반적으로 우연히

일어나며 고장률은 설계의 강건 정도에 따라 달라진다 기울기가 보다 작다면 1

고장률은 감소하고 있음을 의미한다

- 80 -

즉 높은 초기 고장률 을 말한다 기울기가 보다 크면 고장률은 증 (Infant mortality) 1

가하고 이는 마모 되고 있음을 의미한다(Wear-out)

그림 에 의한 부품의 신뢰성성장분석[ 82] Weibull 수명 비교

가장 많이 활용되는 측도는 수명이며 이것은 요구되는 목표 신뢰도가 임 90

을 의미한다 첫 번째 프로토타입이 고장 난다면 신뢰성 목표 달성을 위해 설계 변

경을 행하고 다음 프로토타입을 시험한다 이 과정은 목표 수명이 달성될 때까

지 반복한다

나 의이점나 의이점나 의이점나 의이점WeibullWeibullWeibullWeibull

부품의 개발과정에서 작은 표본에 대한 고장시간 자료가 주어졌을 때 Weibull

분석을 활용하여 신뢰성성장관리를 행하면 다음의 정보를 얻을 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ신뢰성 개선은 목표 수명이 달성될 때까지 하나의 프로토타입에

- 81 -

서 다음 프로토타입까지 추적할 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ신뢰성 개선은 시험한 프로토타입에 대해 타점으로 표현되고 빠르Weibull

게 방향을 파악하여 신뢰성 진전과정에 대한 양적 측면의 관리능력 향상을 그

래프로 확인할 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ컴포넌트를 고장 날 때까지 시험하는 것은 고장모드에 대한 아주 귀중한 정

보를 제공하고 따라서 시정조치 활동이 필요하다

ㆍㆍㆍㆍ많은 표본이 더 좋은 신뢰도를 얻을 수 있지만 분석은 많은 표본을Weibull

필요로 하지 않는다

ㆍㆍㆍㆍ고객의 운영 사용 사이클과 시험 모수의 관계가 알려져 있다면 더 빠르고( )

더 적은 비용으로 가속시험을 할 수도 있다

다 기본가정및제한다 기본가정및제한다 기본가정및제한다 기본가정및제한

ㆍㆍㆍㆍ각 분석에서 오직 하나의 고장모드만 포함되어야 한다 두 개나 그 이상의

고장 모드가 검출된다면 각각에 대해 분리하여 분석해야 한다

ㆍㆍㆍㆍ신뢰도는 시험 제한 한계 로 인해 년 마일까지 확장하여 외삽하면 안( ) 10 150K

된다 왜냐하면 시험 제한 한계 로 인해 다른 고장모드가 발생할 것인지 알 수 ( )

없기 때문이다

ㆍㆍㆍㆍ하나의 프로토타입에서 다음 프로토타입까지 기울기가 변하는 데는 특별히

주의를 하여야 한다 왜냐하면 초기 후기 수명에서 더 높은 신뢰도와 후기 초 ( ) (

기 수명에서 더 낮은 신뢰도의 할 수 도 있기 때문이다) trade-off

라 적용시기라 적용시기라 적용시기라 적용시기

ㆍㆍㆍㆍ수명의 비교는 엔지니어링 사양 이 특정한(Specification) 을 요구할 경

우 사용된다

ㆍㆍㆍㆍ이러한 접근방법은 고장시간 등 에 대하여 동일한 부품의(Cycle Km )

- 82 -

다른 시점에서의 프로토타입을 비교할 때 사용한다

ㆍㆍㆍㆍ신뢰성 목표가 달성될 때까지 계속한다

마 입력자료마 입력자료마 입력자료마 입력자료

ㆍㆍㆍㆍ프로토타입 의 몇 개 표본의 고장시간 등1 (Cycle Km )

ㆍㆍㆍㆍ프로토타입 의 몇 개 표본의 고장시간 등2 (Cycle Km )

⦙

ㆍㆍㆍㆍ마지막 프로토타입의 몇 개 표본의 고장시간 등(Cycle Km )

분석프로세스는 그림 과 같다[ 83]

프로세스프로세스프로세스프로세스 일반적 단계일반적 단계일반적 단계일반적 단계

Ⅰ 요구

또는 수명 결정

프로그램 신뢰성 목표 사용

고객의 운영 사용 프로파일 사용( )

시험 프로그램 적정시간 사용

Ⅱ 시험 프로그램 자료정보

확인과 데이터 수집초기 부품의 프로토타입

후기 부품의 프로토타입

Ⅲ 다른 프로토타입에 대한

누적고장 시간 또는 vs

거리 계산 및 타점

분석이 가능한 사용Weibull SW

가능한 가속수명시험 사용

Ⅳ 프로젝트 검토 시

현재 신뢰성 수준신뢰성 목표 적합성 결정

초기 경고 관련 정보 제공

개선을 위한 계획 정보 제공

그림 프로세스별 단계[ 83]

- 83 -

제 절 신뢰성성장 데이터분석제 절 신뢰성성장 데이터분석제 절 신뢰성성장 데이터분석제 절 신뢰성성장 데이터분석2222

초기 프로토타입 으로 부터 개의 표본을 정상하중 으(Prototype1) 6 (Nominal load)

로 고장 날 때까지 시험하고 고장모드를 기록하였다 여러 개선작업을 거친 후 후

기 프로토타입 으로부터 개의 표본을 고장 날 때까지 시험하고 고장모(Prototype2) 6

드를 기록하였다 시험 데이터는 표 에 주어져 있다 [ 81]

에 고장데이터를 입력하고 각 프로토타입 단계별로 용지에 결과MINITAB Weibull

를 타점한 결과 그림 와 같은 성장곡선이 생성되었다 [ 84] Weibull

정상하중 에서 의 평균수명 추정치는 이(Nominal load) Prototype1 127366Cycle

고 의 평균수명 추정치는 로서 의 개선을 이루었 Prototype2 176882 Cycle 389

음을 알 수 있었다 수명은 은 이었으나Prototype1 112668 Cycle Prototype2

의 수명은 로서 상당한 개선이 이루어졌음을 볼 수 있다168620 Cycle 수

명에 대한 신뢰하한은 로 추정되었다 따라서 정상부하에 의한95 162926 Cycle

시험데이터분석 결과 개선활동 재료배합개선 형상설계개선 공정개선 에 의하여 ( )

내구성 목표가 달성되었음을 알 수 있다

그림 는 에서의 신뢰구간을 보여주고 있다[ 85] Nominal load 90

최대하중 에서는 표 의 데이터 입력결과 그림 의 그래프를(Max load) [ 82] [ 86]

생성하였다 그래프로 부터 추정된 의 Prototype1 수명은 이고16362Cycle

의Prototype2 수명은 이다21850 Cycle 수명에 대한 신뢰하한추정치95

는 으로부터 로 계산된다MINITAB 20983 Cycle

의 수명과 의 수명이 다른 것은 개선 활동의 결과이Prototype1 Prototype2

- 84 -

며 에서 개선목표가 달성되었음을 알 수 있다 Prototype2

표 하중 고장시간[ 81] Nominal (Cycle)

Weibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth Curve

(Nominal Load)(Nominal Load)(Nominal Load)(Nominal Load)

그림 성장곡선[ 84] Weibull (Nominal load data)

- 85 -

Weibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth Curve

(Nominal Load-90 Cl)(Nominal Load-90 Cl)(Nominal Load-90 Cl)(Nominal Load-90 Cl)

그림 신뢰구간[ 85] Nominal Load90

- 86 -

표 하중 고장시간[ 82] Max (Cycle)

Weibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth Curve

(MaxLoad)(MaxLoad)(MaxLoad)(MaxLoad)

그림 성장곡선[ 86] Weibull (Max load data)

- 87 -

제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론9999

본 연구는 자동차현가장치인 고무부싱 의 신뢰성향상을 위한 기(Rubber bushing)

술개발과제이다 에나 인더스트리는 수출전문기업으로서 주요 경쟁사에 비해 고성

능 고내구성의 제품을 짧은 기간 내에 개발할 수 있는 능력을 갖추어야 해외 시장

에서 경쟁력을 가질 수 있다

본 연구개발에서는 수요기업에서 요구하는 GMUTS(General Motors Uniform

의 사양에 따른 시험을 실행하여 내구성을 목표 사이클 이상으Test Specification)

로 개선하고 정특성과 동특성 비틀림 토크를 개선항목으로 선정하여 제품의 품질

및 신뢰성 향상을 진행하였다

수요기업의 요구 수준에 의하면 내구성은 와 Tension Compress Alternating

가 동시에 일 때 일 때Torsion Stress Maximum Load 20000 Cycle Normal Load

을 요구한다 본 프로젝트의 경우 해외의 부품메이커들에 대한 경쟁150000 Cycle

력 우위를 확보하기 위하여 기본 요구 수준을 넘어 향상된 제품신뢰성을5~10

확보를 목표로 하였다 내구성 정특성 및 동특성에 대한 시험은 직접 행하였고 비

틀림토크에 대한 부분은 추가적인 시험장치가 필요하여 수요기업의 실험실에 샘플

을 제출하여 요구수준을 검증받았다

본 연구개발의 성과를 요약하면 다음과 같다

우선 기술적 효과로는

설계기술의 확보(1)

재료배합설계 형상설계 공정설계에 대한 기술을 확보하여 내구성을 비롯한 품

질특성을 향상시킬 수 있었다 종래에는 설계 개발 생산프로세스에서 경험적 방법

에 의존하여 시행착오가 많았으나 본 연구를 통하여 과학적이고 체계적인 방법으

로 접근할 수 있는 기술이 확보되었다

설계 요소의 기술적 배치를 위한 실험계획법의 활용기술 확보(2)

- 88 -

종전에는 고무 배합설계 형상설계 공정설계에 대하여 설계요인 별 수 (Facter)

준 을 무작위로 추출하여 실험하였으나 본 실험계획의 과정을 따르면 요인들(Level)

이 계획적으로 반영되어 품질특성에 각각 어느 정도의 영향을 미치는지 분석이 가

능하게 된다 또한 다구찌에 의한 강건 설계의 생성으로 산포를 줄일 수 있다

잠재적 고장원인 분석방법 기술 확보(3)

제품기능에 대한 잠재적 고장모드의 예측과 시험항목을 판단하고 최종적으로는 설

계검증 과 공정검증 의 세부항목과 효과적(Design verification) (Process verification)

으로 연계가 가능하다

신뢰성 데이터분석기술 확보(4)

부품의 개발과정에서 몇 개의 표본에 대한 고장시간 데이터가 있을 때 Weibull

분포를 활용한 신뢰성 성장분석이 가능하게 되었다 개발프로그램이 운영되는 동안

신뢰성 수준의 변화를 추적할 수 있어 목표하는 신뢰성 수준을 달성하기 위하여 충

분한 비율로 성장하고 있는지의 여부를 가능한 빠른 시간 내에 판단할 수 있고 그

에 따라 필요한 자원을 적절히 배분할 수 있다 따라서 개발책임자는 시험데이터로

부터 현재 시스템의 신뢰성 수준 성장률의 평가 앞으로 기대되는 달성 가능한 수

준에 대한 결정이 가능하다

경제적 측면의 효과로는

제품에 대한 내구성 및 동특성 정특성에 대하여 요구사양 이상으로 특성관리(1)

를 행할 수 있어 해외 부품메이커들에 대한 경쟁력 우위로 수출력을 향상할 수 있

게 되었다

개발기간을 단축할 수 있게 되어 개발비의 절감을 가져올 수 있게 되었다(2)

재료배합 형상설계 및 공정설계에 대한 기술개발의 표준 정립으로 개발 기간의 단

축이 가능하게 되었다

본 과제 결과를 활용하여 다른 방진제품에 대한 신뢰성 관리로 수출(3)

- 89 -

시장을 개척하여 신규거래처를 확보할 예정이다 신뢰성 데이터의 관리가 이루어져

제품수명에 대한 설득력 있는 자료의 제시가 가능하게 되었다

향후 연구계획으로는

고무부싱부품의 특성상 내구성만의 개선이 최선이 아니고 정특성과 동특성을 일

정수준으로 동시에 고려하여야 한다 따라서 이 부분에 대한 동시적인 실험설계가

시스템화 되도록 추가적인 연구가 요구된다

- 90 -

참고문헌참고문헌참고문헌참고문헌[ ][ ][ ][ ]

고정 이상규 권수호 노태성 정원 박창규 김명수 신뢰성성장프로그램 수[1]

원대 신뢰성혁신센터 2005

김명웅 고무공업화학 선진문화사[2] 2006

김완두 김완수 방진고무부품의 유한요소해석 및 수명예측기술 고무기술[3] ldquo rdquo

Vol5 No1 2004

미니탭사업팀 새 실무완성 이레테크[4] Minitab 2004

박성현 실험계획법 민영사[5] 2003

[6] Gil-Negrete N Vinolas J and Kari L A Simplified methodology to

predict the dynamic stiffness of carbon-black filled rubber isolators using

a finite element code Journal of sound and Vibration Vol296 2006

[7] Kim J-H and Jeong H-Y A Study on the material properties and

fatigue life of natural rubber with different carbon blacks International

Journal of Fatigue Vol27 2005

[8] McLean R A and Anderson V I Extreme Vertices Design of Mixture

Experiments Technometrics Vol8 No3 1966

- 96 -

주 의

이 보고서는 산업자원부에서 시행한 부품소재종합기술지원사업의 최1

종보고서이다

이 신뢰성기반기술확산사업 내용을 대외적으로 발표할 때에는 반드시2

산업자원부에서 시행한 부품소재신뢰성기반기술 사업의 지원결과임을

밝혀야 한다

- 97 -

이 보고서는 산업자원부에서 시행한

부품소재 신뢰성기반기술확산사업의 최종보고서이다

- 74 -

표 동특성 예측값[ 79] (15Hz)

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 2 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 3 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 1 2

신호 대

- 75 -

표 동특성 예측값[ 710] (150Hz)

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 2 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 3 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 1 2

신호 대

- 76 -

제 장 부품의 신뢰성성장관리제 장 부품의 신뢰성성장관리제 장 부품의 신뢰성성장관리제 장 부품의 신뢰성성장관리8888

제 절 신뢰성성장관리제 절 신뢰성성장관리제 절 신뢰성성장관리제 절 신뢰성성장관리1111

복잡하고 기술적인 제품의 개발 프로그램을 운영하는 데 있어서는 고객이 요구

하는 신뢰성 수준을 만족시키기 위하여 상당한 규모의 시간 예산 기술인력 등의

자원을 필요로 한다 고객들의 신뢰성 요구수준은 매우 높으므로 이러한 목표를 달

성하기 위하여 시험 개선 시험 개선의 개발과정을 반드시 거친다 이 과정에서 시- - -

스템 서브시스템 또는 모듈을 고장 날 때까지 시험하고 고장모드를 결정해서 이를

제거하기 위한 시도를 하거나 적어도 고장발생을 줄일 수 있는 시도를 하여 설계나

엔지니어링 개선을 이룬다 만약 이러한 과정이 계속되고 설계나 엔지니어링 변경

이 충분히 이루지면 시스템의 신뢰성은 증가한다 개발프로그램이 운영되는 동안

신뢰성 수준의 변화를 추적할 수 있다면 개발책임자로서는 여러 가지 이점이 있다

즉 목표하는 신뢰성 수준을 달성하기 위하여 충분한 비율로 성장하고 있는지의 여

부를 가능한 빠른 시간 내에 판단할 수 있고 그에 따라 필요한 자원을 적절히 배

분할 수 있다 따라서 개발책임자는 시험데이터로부터 현재 시스템의 신뢰성 수준

성장률의 평가 앞으로 기대되는 달성 가능한 수준을 결정하기를 원한다

신뢰성 성장관리 기술은 제품을 개발하는 데(Reliability growth management)

소요되는 많은 시간과 비용 및 엔지니어링 노력을 절감하면서 개념선택 제품과 공

정의 신뢰성 그리고 비용효율을 달성할 수 있도록 유용한 정보를 제공해 준다 군

사장비 자동차 및 전자 중장비개발 등에 적용된 최근의 신뢰성 성장시험 관리기술

은 각 분야의 경쟁적인 사업 환경 아래에서 제품개발을 효율적으로 조직하여 신뢰

성평가를 시작하고 신뢰성 성장과정을 추적할 수 있도록 해준다 신뢰성성장관리기

술은 제품 및 공정설계 관련사항 및 검증시험 항목들에 대하여 사용 환경에 따른

신뢰성 성장 진행과정을 확인하고 그 결과로부터 성장시험곡선을 개발할 수 있게

한다 또한 설계단계 사이의 여러 가지 관련성을 확인하여 관찰하고 그 정보를 다

른 제품보증분석들과 연결하여 고객 요구사항에 대한 제품의

- 77 -

적합도를 적절히 평가하는 데 도움을 준다

신뢰성성장모델은 가 개발한Crow(1975) AMSAA(Army Materiel Systems

모델이 많이 활용되었으나 이는 시스템 또는 서브시스템에서의Analysis Activity)

성장관리에 유용하고 부품수준에서는 모델을 활용하는 것이 더욱 실용적이 Weibull

다 모델은 목표 Weibull B10 수명에 대하여 초기 시작품 으로부터(Early Prototype)

후기 시작품 까지의 신뢰성 개선을 관리하는데 실용적으로 활용할(Later Prototype)

수 있다

신뢰성 성장시험 프로세스신뢰성 성장시험 프로세스신뢰성 성장시험 프로세스신뢰성 성장시험 프로세스1111

신뢰성 성장은 개발시스템에 대하여 여러 시험단계가 시리즈로 이루어지는 동안

고장모드를 발견하고 이를 개선하는 과정을 거쳐 이TAAF(Test Analyze And Fix)

루어진다 또한 기능시험 환경시험 안전시험의 결과는 신뢰성 향상을 위한 FMEA

등과 연계하여 사용된다 분석결과는 설계변경에 반영되고 최종목표가 달성될 때까

지 개선과 시험이 연속적으로 이루어진다 그림 은 일반적인 신뢰성 성장시험 [ 81]

프로세스를 보여준다 프로그램의 시작시점에 신뢰성 성장에 대한 계획을 수립하여

고객의 기대사항을 만족시킬 수 있는 성능수준에 대한 구체적인 측정치를 제시하

고 이 목적을 달성시킬 수 있는 시험조건을 정한다 시험조건은 특정한 부품이나

시스템에 대하여 고객의 사용방법과 환경에 대한 지식을 기초로 하여야 한다

개발프로젝트가 진행되는 동안 신뢰성 성장시험 프로그램이 개발되고 실행되는

과정에서 설계 및 공정의 관심사항을 확인하기 위해 QFD(Quality function

와 같은 제품보증을 위한 분석방법들이 선행되어 실시되는데 신뢰성deployment)

성장관리와 연계하여 이를 통틀어 통합 신뢰성 성장관리(Integrated reliability

라고 한다 신뢰성 성장관리를 포함한 제품설계평가의 모든growth management)

과정은 제품 공정의 신뢰성 향상에 있어 중요한 역할을 하는 제품보증기능의 한부

분이다

- 78 -

통합 신뢰성 성장시험관리 프로세스는 설계뿐 아니라 공정신뢰성(MIL-HDBK-781)

과 관련된 문제에 대응할 수 있도록 신뢰성 성장시험의 이점을 전적으로 활용할 수

있는 수단을 제공한다

신뢰성 성장관리과정을 개발함으로써 신뢰성 수준은 계속적으로 추적될 수 있고

조치를 취하고 다른 분석결과들과 비교되어 초기 신뢰성 예측을 수립하고 제품설

계에 포함된 확신을 증가시킨 후 검증시험에 들어갈 수 있도록 한다 이러한 신뢰

성 성장관리 프로세스는 제품개발 사이클에 있어서 초기 단계 동안에 신뢰성을 확

립하는 데 도움을 줄 수 있는 장치이다

그림 신뢰성성장시험 프로세스[ 81]

제품개발과정에 적용되는 신뢰성 성장시험관리 프로세스는 다음과 같다

신뢰성 성장시험조건을 결정하고 시험 사이클을 개발한다 ①

신뢰성 성장시험곡선의 사용을 통하여 시험과정을 실행하고 추적한다②

시험결과를 평가하고 다른 선행된 분석연구결과들과 비교한다③

확인된 결함을 제거하기 위해 설계변경을 실시한다④

- 79 -

설계검증시험을 준비한다⑤

신뢰성 성장시험의 주된 목적은 설계상의 약점을 확인하고 제거함으로써 설계의

신뢰성을 증가시키는 것이다 정확하게 신뢰성 수준이 변화되는 진행상황을 추적하

기 위해서는 요구사항에 대한 불합치성 을 확인하고 불합치성이(Nonconformance)

일어난 시간을 모두 추적하여야 한다 시험을 시작하기 전에 적절한 시정조치를 용

이하게 하기 위해 사전계획이 수립되어야 하며 고장분포를 결정하기 전에 각각의

고장부품에 대한 고장원인을 분리할 수 있어야 한다

부품의 개발과정에서 몇 개의 표본에 대한 고장시간 데이터가 있을 때 Weibull

분포를 활용한 신뢰성 성장분석에 대하여 설명하면 다음과 같다

가 분석의 개요가 분석의 개요가 분석의 개요가 분석의 개요

밀도함수는 그림 와 같이 특성 수명과 기울기로 고장시간Weibull [ 82] (Cycle

을 설명한다 작은 표본에 대한 고장시간 데이터가 주어졌을 때 분석Km) Weibull

을 사용하여 세 가지의 정보를 얻을 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ특정 시간이 주어졌을 때 등 부품의 신뢰도는 그 시간까지 살아 있(Cycle Km )

을 백분율이다

ㆍㆍㆍㆍ 또는 다른( 수명을 추정할 수 있다) 수명은 부품들 중 가 고장10

날 것이라고 기대되는 시간이다 즉 이 시간에서의 신뢰도는 이다 90

ㆍㆍㆍㆍ 기울기의 값은 고장률 패턴에 대한 정보를 제공해준다 기울기가Weibull 10

이라면 고장률이 일정하다는 것을 의미한다 이 경우 고장은 일반적으로 우연히

일어나며 고장률은 설계의 강건 정도에 따라 달라진다 기울기가 보다 작다면 1

고장률은 감소하고 있음을 의미한다

- 80 -

즉 높은 초기 고장률 을 말한다 기울기가 보다 크면 고장률은 증 (Infant mortality) 1

가하고 이는 마모 되고 있음을 의미한다(Wear-out)

그림 에 의한 부품의 신뢰성성장분석[ 82] Weibull 수명 비교

가장 많이 활용되는 측도는 수명이며 이것은 요구되는 목표 신뢰도가 임 90

을 의미한다 첫 번째 프로토타입이 고장 난다면 신뢰성 목표 달성을 위해 설계 변

경을 행하고 다음 프로토타입을 시험한다 이 과정은 목표 수명이 달성될 때까

지 반복한다

나 의이점나 의이점나 의이점나 의이점WeibullWeibullWeibullWeibull

부품의 개발과정에서 작은 표본에 대한 고장시간 자료가 주어졌을 때 Weibull

분석을 활용하여 신뢰성성장관리를 행하면 다음의 정보를 얻을 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ신뢰성 개선은 목표 수명이 달성될 때까지 하나의 프로토타입에

- 81 -

서 다음 프로토타입까지 추적할 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ신뢰성 개선은 시험한 프로토타입에 대해 타점으로 표현되고 빠르Weibull

게 방향을 파악하여 신뢰성 진전과정에 대한 양적 측면의 관리능력 향상을 그

래프로 확인할 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ컴포넌트를 고장 날 때까지 시험하는 것은 고장모드에 대한 아주 귀중한 정

보를 제공하고 따라서 시정조치 활동이 필요하다

ㆍㆍㆍㆍ많은 표본이 더 좋은 신뢰도를 얻을 수 있지만 분석은 많은 표본을Weibull

필요로 하지 않는다

ㆍㆍㆍㆍ고객의 운영 사용 사이클과 시험 모수의 관계가 알려져 있다면 더 빠르고( )

더 적은 비용으로 가속시험을 할 수도 있다

다 기본가정및제한다 기본가정및제한다 기본가정및제한다 기본가정및제한

ㆍㆍㆍㆍ각 분석에서 오직 하나의 고장모드만 포함되어야 한다 두 개나 그 이상의

고장 모드가 검출된다면 각각에 대해 분리하여 분석해야 한다

ㆍㆍㆍㆍ신뢰도는 시험 제한 한계 로 인해 년 마일까지 확장하여 외삽하면 안( ) 10 150K

된다 왜냐하면 시험 제한 한계 로 인해 다른 고장모드가 발생할 것인지 알 수 ( )

없기 때문이다

ㆍㆍㆍㆍ하나의 프로토타입에서 다음 프로토타입까지 기울기가 변하는 데는 특별히

주의를 하여야 한다 왜냐하면 초기 후기 수명에서 더 높은 신뢰도와 후기 초 ( ) (

기 수명에서 더 낮은 신뢰도의 할 수 도 있기 때문이다) trade-off

라 적용시기라 적용시기라 적용시기라 적용시기

ㆍㆍㆍㆍ수명의 비교는 엔지니어링 사양 이 특정한(Specification) 을 요구할 경

우 사용된다

ㆍㆍㆍㆍ이러한 접근방법은 고장시간 등 에 대하여 동일한 부품의(Cycle Km )

- 82 -

다른 시점에서의 프로토타입을 비교할 때 사용한다

ㆍㆍㆍㆍ신뢰성 목표가 달성될 때까지 계속한다

마 입력자료마 입력자료마 입력자료마 입력자료

ㆍㆍㆍㆍ프로토타입 의 몇 개 표본의 고장시간 등1 (Cycle Km )

ㆍㆍㆍㆍ프로토타입 의 몇 개 표본의 고장시간 등2 (Cycle Km )

⦙

ㆍㆍㆍㆍ마지막 프로토타입의 몇 개 표본의 고장시간 등(Cycle Km )

분석프로세스는 그림 과 같다[ 83]

프로세스프로세스프로세스프로세스 일반적 단계일반적 단계일반적 단계일반적 단계

Ⅰ 요구

또는 수명 결정

프로그램 신뢰성 목표 사용

고객의 운영 사용 프로파일 사용( )

시험 프로그램 적정시간 사용

Ⅱ 시험 프로그램 자료정보

확인과 데이터 수집초기 부품의 프로토타입

후기 부품의 프로토타입

Ⅲ 다른 프로토타입에 대한

누적고장 시간 또는 vs

거리 계산 및 타점

분석이 가능한 사용Weibull SW

가능한 가속수명시험 사용

Ⅳ 프로젝트 검토 시

현재 신뢰성 수준신뢰성 목표 적합성 결정

초기 경고 관련 정보 제공

개선을 위한 계획 정보 제공

그림 프로세스별 단계[ 83]

- 83 -

제 절 신뢰성성장 데이터분석제 절 신뢰성성장 데이터분석제 절 신뢰성성장 데이터분석제 절 신뢰성성장 데이터분석2222

초기 프로토타입 으로 부터 개의 표본을 정상하중 으(Prototype1) 6 (Nominal load)

로 고장 날 때까지 시험하고 고장모드를 기록하였다 여러 개선작업을 거친 후 후

기 프로토타입 으로부터 개의 표본을 고장 날 때까지 시험하고 고장모(Prototype2) 6

드를 기록하였다 시험 데이터는 표 에 주어져 있다 [ 81]

에 고장데이터를 입력하고 각 프로토타입 단계별로 용지에 결과MINITAB Weibull

를 타점한 결과 그림 와 같은 성장곡선이 생성되었다 [ 84] Weibull

정상하중 에서 의 평균수명 추정치는 이(Nominal load) Prototype1 127366Cycle

고 의 평균수명 추정치는 로서 의 개선을 이루었 Prototype2 176882 Cycle 389

음을 알 수 있었다 수명은 은 이었으나Prototype1 112668 Cycle Prototype2

의 수명은 로서 상당한 개선이 이루어졌음을 볼 수 있다168620 Cycle 수

명에 대한 신뢰하한은 로 추정되었다 따라서 정상부하에 의한95 162926 Cycle

시험데이터분석 결과 개선활동 재료배합개선 형상설계개선 공정개선 에 의하여 ( )

내구성 목표가 달성되었음을 알 수 있다

그림 는 에서의 신뢰구간을 보여주고 있다[ 85] Nominal load 90

최대하중 에서는 표 의 데이터 입력결과 그림 의 그래프를(Max load) [ 82] [ 86]

생성하였다 그래프로 부터 추정된 의 Prototype1 수명은 이고16362Cycle

의Prototype2 수명은 이다21850 Cycle 수명에 대한 신뢰하한추정치95

는 으로부터 로 계산된다MINITAB 20983 Cycle

의 수명과 의 수명이 다른 것은 개선 활동의 결과이Prototype1 Prototype2

- 84 -

며 에서 개선목표가 달성되었음을 알 수 있다 Prototype2

표 하중 고장시간[ 81] Nominal (Cycle)

Weibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth Curve

(Nominal Load)(Nominal Load)(Nominal Load)(Nominal Load)

그림 성장곡선[ 84] Weibull (Nominal load data)

- 85 -

Weibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth Curve

(Nominal Load-90 Cl)(Nominal Load-90 Cl)(Nominal Load-90 Cl)(Nominal Load-90 Cl)

그림 신뢰구간[ 85] Nominal Load90

- 86 -

표 하중 고장시간[ 82] Max (Cycle)

Weibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth Curve

(MaxLoad)(MaxLoad)(MaxLoad)(MaxLoad)

그림 성장곡선[ 86] Weibull (Max load data)

- 87 -

제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론9999

본 연구는 자동차현가장치인 고무부싱 의 신뢰성향상을 위한 기(Rubber bushing)

술개발과제이다 에나 인더스트리는 수출전문기업으로서 주요 경쟁사에 비해 고성

능 고내구성의 제품을 짧은 기간 내에 개발할 수 있는 능력을 갖추어야 해외 시장

에서 경쟁력을 가질 수 있다

본 연구개발에서는 수요기업에서 요구하는 GMUTS(General Motors Uniform

의 사양에 따른 시험을 실행하여 내구성을 목표 사이클 이상으Test Specification)

로 개선하고 정특성과 동특성 비틀림 토크를 개선항목으로 선정하여 제품의 품질

및 신뢰성 향상을 진행하였다

수요기업의 요구 수준에 의하면 내구성은 와 Tension Compress Alternating

가 동시에 일 때 일 때Torsion Stress Maximum Load 20000 Cycle Normal Load

을 요구한다 본 프로젝트의 경우 해외의 부품메이커들에 대한 경쟁150000 Cycle

력 우위를 확보하기 위하여 기본 요구 수준을 넘어 향상된 제품신뢰성을5~10

확보를 목표로 하였다 내구성 정특성 및 동특성에 대한 시험은 직접 행하였고 비

틀림토크에 대한 부분은 추가적인 시험장치가 필요하여 수요기업의 실험실에 샘플

을 제출하여 요구수준을 검증받았다

본 연구개발의 성과를 요약하면 다음과 같다

우선 기술적 효과로는

설계기술의 확보(1)

재료배합설계 형상설계 공정설계에 대한 기술을 확보하여 내구성을 비롯한 품

질특성을 향상시킬 수 있었다 종래에는 설계 개발 생산프로세스에서 경험적 방법

에 의존하여 시행착오가 많았으나 본 연구를 통하여 과학적이고 체계적인 방법으

로 접근할 수 있는 기술이 확보되었다

설계 요소의 기술적 배치를 위한 실험계획법의 활용기술 확보(2)

- 88 -

종전에는 고무 배합설계 형상설계 공정설계에 대하여 설계요인 별 수 (Facter)

준 을 무작위로 추출하여 실험하였으나 본 실험계획의 과정을 따르면 요인들(Level)

이 계획적으로 반영되어 품질특성에 각각 어느 정도의 영향을 미치는지 분석이 가

능하게 된다 또한 다구찌에 의한 강건 설계의 생성으로 산포를 줄일 수 있다

잠재적 고장원인 분석방법 기술 확보(3)

제품기능에 대한 잠재적 고장모드의 예측과 시험항목을 판단하고 최종적으로는 설

계검증 과 공정검증 의 세부항목과 효과적(Design verification) (Process verification)

으로 연계가 가능하다

신뢰성 데이터분석기술 확보(4)

부품의 개발과정에서 몇 개의 표본에 대한 고장시간 데이터가 있을 때 Weibull

분포를 활용한 신뢰성 성장분석이 가능하게 되었다 개발프로그램이 운영되는 동안

신뢰성 수준의 변화를 추적할 수 있어 목표하는 신뢰성 수준을 달성하기 위하여 충

분한 비율로 성장하고 있는지의 여부를 가능한 빠른 시간 내에 판단할 수 있고 그

에 따라 필요한 자원을 적절히 배분할 수 있다 따라서 개발책임자는 시험데이터로

부터 현재 시스템의 신뢰성 수준 성장률의 평가 앞으로 기대되는 달성 가능한 수

준에 대한 결정이 가능하다

경제적 측면의 효과로는

제품에 대한 내구성 및 동특성 정특성에 대하여 요구사양 이상으로 특성관리(1)

를 행할 수 있어 해외 부품메이커들에 대한 경쟁력 우위로 수출력을 향상할 수 있

게 되었다

개발기간을 단축할 수 있게 되어 개발비의 절감을 가져올 수 있게 되었다(2)

재료배합 형상설계 및 공정설계에 대한 기술개발의 표준 정립으로 개발 기간의 단

축이 가능하게 되었다

본 과제 결과를 활용하여 다른 방진제품에 대한 신뢰성 관리로 수출(3)

- 89 -

시장을 개척하여 신규거래처를 확보할 예정이다 신뢰성 데이터의 관리가 이루어져

제품수명에 대한 설득력 있는 자료의 제시가 가능하게 되었다

향후 연구계획으로는

고무부싱부품의 특성상 내구성만의 개선이 최선이 아니고 정특성과 동특성을 일

정수준으로 동시에 고려하여야 한다 따라서 이 부분에 대한 동시적인 실험설계가

시스템화 되도록 추가적인 연구가 요구된다

- 90 -

참고문헌참고문헌참고문헌참고문헌[ ][ ][ ][ ]

고정 이상규 권수호 노태성 정원 박창규 김명수 신뢰성성장프로그램 수[1]

원대 신뢰성혁신센터 2005

김명웅 고무공업화학 선진문화사[2] 2006

김완두 김완수 방진고무부품의 유한요소해석 및 수명예측기술 고무기술[3] ldquo rdquo

Vol5 No1 2004

미니탭사업팀 새 실무완성 이레테크[4] Minitab 2004

박성현 실험계획법 민영사[5] 2003

[6] Gil-Negrete N Vinolas J and Kari L A Simplified methodology to

predict the dynamic stiffness of carbon-black filled rubber isolators using

a finite element code Journal of sound and Vibration Vol296 2006

[7] Kim J-H and Jeong H-Y A Study on the material properties and

fatigue life of natural rubber with different carbon blacks International

Journal of Fatigue Vol27 2005

[8] McLean R A and Anderson V I Extreme Vertices Design of Mixture

Experiments Technometrics Vol8 No3 1966

- 96 -

주 의

이 보고서는 산업자원부에서 시행한 부품소재종합기술지원사업의 최1

종보고서이다

이 신뢰성기반기술확산사업 내용을 대외적으로 발표할 때에는 반드시2

산업자원부에서 시행한 부품소재신뢰성기반기술 사업의 지원결과임을

밝혀야 한다

- 97 -

이 보고서는 산업자원부에서 시행한

부품소재 신뢰성기반기술확산사업의 최종보고서이다

- 75 -

표 동특성 예측값[ 710] (150Hz)

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 2 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 3 2

신호 대

예측에 대한 요인 수준

경도 가류시간 외경

4 1 2

신호 대

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제 장 부품의 신뢰성성장관리제 장 부품의 신뢰성성장관리제 장 부품의 신뢰성성장관리제 장 부품의 신뢰성성장관리8888

제 절 신뢰성성장관리제 절 신뢰성성장관리제 절 신뢰성성장관리제 절 신뢰성성장관리1111

복잡하고 기술적인 제품의 개발 프로그램을 운영하는 데 있어서는 고객이 요구

하는 신뢰성 수준을 만족시키기 위하여 상당한 규모의 시간 예산 기술인력 등의

자원을 필요로 한다 고객들의 신뢰성 요구수준은 매우 높으므로 이러한 목표를 달

성하기 위하여 시험 개선 시험 개선의 개발과정을 반드시 거친다 이 과정에서 시- - -

스템 서브시스템 또는 모듈을 고장 날 때까지 시험하고 고장모드를 결정해서 이를

제거하기 위한 시도를 하거나 적어도 고장발생을 줄일 수 있는 시도를 하여 설계나

엔지니어링 개선을 이룬다 만약 이러한 과정이 계속되고 설계나 엔지니어링 변경

이 충분히 이루지면 시스템의 신뢰성은 증가한다 개발프로그램이 운영되는 동안

신뢰성 수준의 변화를 추적할 수 있다면 개발책임자로서는 여러 가지 이점이 있다

즉 목표하는 신뢰성 수준을 달성하기 위하여 충분한 비율로 성장하고 있는지의 여

부를 가능한 빠른 시간 내에 판단할 수 있고 그에 따라 필요한 자원을 적절히 배

분할 수 있다 따라서 개발책임자는 시험데이터로부터 현재 시스템의 신뢰성 수준

성장률의 평가 앞으로 기대되는 달성 가능한 수준을 결정하기를 원한다

신뢰성 성장관리 기술은 제품을 개발하는 데(Reliability growth management)

소요되는 많은 시간과 비용 및 엔지니어링 노력을 절감하면서 개념선택 제품과 공

정의 신뢰성 그리고 비용효율을 달성할 수 있도록 유용한 정보를 제공해 준다 군

사장비 자동차 및 전자 중장비개발 등에 적용된 최근의 신뢰성 성장시험 관리기술

은 각 분야의 경쟁적인 사업 환경 아래에서 제품개발을 효율적으로 조직하여 신뢰

성평가를 시작하고 신뢰성 성장과정을 추적할 수 있도록 해준다 신뢰성성장관리기

술은 제품 및 공정설계 관련사항 및 검증시험 항목들에 대하여 사용 환경에 따른

신뢰성 성장 진행과정을 확인하고 그 결과로부터 성장시험곡선을 개발할 수 있게

한다 또한 설계단계 사이의 여러 가지 관련성을 확인하여 관찰하고 그 정보를 다

른 제품보증분석들과 연결하여 고객 요구사항에 대한 제품의

- 77 -

적합도를 적절히 평가하는 데 도움을 준다

신뢰성성장모델은 가 개발한Crow(1975) AMSAA(Army Materiel Systems

모델이 많이 활용되었으나 이는 시스템 또는 서브시스템에서의Analysis Activity)

성장관리에 유용하고 부품수준에서는 모델을 활용하는 것이 더욱 실용적이 Weibull

다 모델은 목표 Weibull B10 수명에 대하여 초기 시작품 으로부터(Early Prototype)

후기 시작품 까지의 신뢰성 개선을 관리하는데 실용적으로 활용할(Later Prototype)

수 있다

신뢰성 성장시험 프로세스신뢰성 성장시험 프로세스신뢰성 성장시험 프로세스신뢰성 성장시험 프로세스1111

신뢰성 성장은 개발시스템에 대하여 여러 시험단계가 시리즈로 이루어지는 동안

고장모드를 발견하고 이를 개선하는 과정을 거쳐 이TAAF(Test Analyze And Fix)

루어진다 또한 기능시험 환경시험 안전시험의 결과는 신뢰성 향상을 위한 FMEA

등과 연계하여 사용된다 분석결과는 설계변경에 반영되고 최종목표가 달성될 때까

지 개선과 시험이 연속적으로 이루어진다 그림 은 일반적인 신뢰성 성장시험 [ 81]

프로세스를 보여준다 프로그램의 시작시점에 신뢰성 성장에 대한 계획을 수립하여

고객의 기대사항을 만족시킬 수 있는 성능수준에 대한 구체적인 측정치를 제시하

고 이 목적을 달성시킬 수 있는 시험조건을 정한다 시험조건은 특정한 부품이나

시스템에 대하여 고객의 사용방법과 환경에 대한 지식을 기초로 하여야 한다

개발프로젝트가 진행되는 동안 신뢰성 성장시험 프로그램이 개발되고 실행되는

과정에서 설계 및 공정의 관심사항을 확인하기 위해 QFD(Quality function

와 같은 제품보증을 위한 분석방법들이 선행되어 실시되는데 신뢰성deployment)

성장관리와 연계하여 이를 통틀어 통합 신뢰성 성장관리(Integrated reliability

라고 한다 신뢰성 성장관리를 포함한 제품설계평가의 모든growth management)

과정은 제품 공정의 신뢰성 향상에 있어 중요한 역할을 하는 제품보증기능의 한부

분이다

- 78 -

통합 신뢰성 성장시험관리 프로세스는 설계뿐 아니라 공정신뢰성(MIL-HDBK-781)

과 관련된 문제에 대응할 수 있도록 신뢰성 성장시험의 이점을 전적으로 활용할 수

있는 수단을 제공한다

신뢰성 성장관리과정을 개발함으로써 신뢰성 수준은 계속적으로 추적될 수 있고

조치를 취하고 다른 분석결과들과 비교되어 초기 신뢰성 예측을 수립하고 제품설

계에 포함된 확신을 증가시킨 후 검증시험에 들어갈 수 있도록 한다 이러한 신뢰

성 성장관리 프로세스는 제품개발 사이클에 있어서 초기 단계 동안에 신뢰성을 확

립하는 데 도움을 줄 수 있는 장치이다

그림 신뢰성성장시험 프로세스[ 81]

제품개발과정에 적용되는 신뢰성 성장시험관리 프로세스는 다음과 같다

신뢰성 성장시험조건을 결정하고 시험 사이클을 개발한다 ①

신뢰성 성장시험곡선의 사용을 통하여 시험과정을 실행하고 추적한다②

시험결과를 평가하고 다른 선행된 분석연구결과들과 비교한다③

확인된 결함을 제거하기 위해 설계변경을 실시한다④

- 79 -

설계검증시험을 준비한다⑤

신뢰성 성장시험의 주된 목적은 설계상의 약점을 확인하고 제거함으로써 설계의

신뢰성을 증가시키는 것이다 정확하게 신뢰성 수준이 변화되는 진행상황을 추적하

기 위해서는 요구사항에 대한 불합치성 을 확인하고 불합치성이(Nonconformance)

일어난 시간을 모두 추적하여야 한다 시험을 시작하기 전에 적절한 시정조치를 용

이하게 하기 위해 사전계획이 수립되어야 하며 고장분포를 결정하기 전에 각각의

고장부품에 대한 고장원인을 분리할 수 있어야 한다

부품의 개발과정에서 몇 개의 표본에 대한 고장시간 데이터가 있을 때 Weibull

분포를 활용한 신뢰성 성장분석에 대하여 설명하면 다음과 같다

가 분석의 개요가 분석의 개요가 분석의 개요가 분석의 개요

밀도함수는 그림 와 같이 특성 수명과 기울기로 고장시간Weibull [ 82] (Cycle

을 설명한다 작은 표본에 대한 고장시간 데이터가 주어졌을 때 분석Km) Weibull

을 사용하여 세 가지의 정보를 얻을 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ특정 시간이 주어졌을 때 등 부품의 신뢰도는 그 시간까지 살아 있(Cycle Km )

을 백분율이다

ㆍㆍㆍㆍ 또는 다른( 수명을 추정할 수 있다) 수명은 부품들 중 가 고장10

날 것이라고 기대되는 시간이다 즉 이 시간에서의 신뢰도는 이다 90

ㆍㆍㆍㆍ 기울기의 값은 고장률 패턴에 대한 정보를 제공해준다 기울기가Weibull 10

이라면 고장률이 일정하다는 것을 의미한다 이 경우 고장은 일반적으로 우연히

일어나며 고장률은 설계의 강건 정도에 따라 달라진다 기울기가 보다 작다면 1

고장률은 감소하고 있음을 의미한다

- 80 -

즉 높은 초기 고장률 을 말한다 기울기가 보다 크면 고장률은 증 (Infant mortality) 1

가하고 이는 마모 되고 있음을 의미한다(Wear-out)

그림 에 의한 부품의 신뢰성성장분석[ 82] Weibull 수명 비교

가장 많이 활용되는 측도는 수명이며 이것은 요구되는 목표 신뢰도가 임 90

을 의미한다 첫 번째 프로토타입이 고장 난다면 신뢰성 목표 달성을 위해 설계 변

경을 행하고 다음 프로토타입을 시험한다 이 과정은 목표 수명이 달성될 때까

지 반복한다

나 의이점나 의이점나 의이점나 의이점WeibullWeibullWeibullWeibull

부품의 개발과정에서 작은 표본에 대한 고장시간 자료가 주어졌을 때 Weibull

분석을 활용하여 신뢰성성장관리를 행하면 다음의 정보를 얻을 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ신뢰성 개선은 목표 수명이 달성될 때까지 하나의 프로토타입에

- 81 -

서 다음 프로토타입까지 추적할 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ신뢰성 개선은 시험한 프로토타입에 대해 타점으로 표현되고 빠르Weibull

게 방향을 파악하여 신뢰성 진전과정에 대한 양적 측면의 관리능력 향상을 그

래프로 확인할 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ컴포넌트를 고장 날 때까지 시험하는 것은 고장모드에 대한 아주 귀중한 정

보를 제공하고 따라서 시정조치 활동이 필요하다

ㆍㆍㆍㆍ많은 표본이 더 좋은 신뢰도를 얻을 수 있지만 분석은 많은 표본을Weibull

필요로 하지 않는다

ㆍㆍㆍㆍ고객의 운영 사용 사이클과 시험 모수의 관계가 알려져 있다면 더 빠르고( )

더 적은 비용으로 가속시험을 할 수도 있다

다 기본가정및제한다 기본가정및제한다 기본가정및제한다 기본가정및제한

ㆍㆍㆍㆍ각 분석에서 오직 하나의 고장모드만 포함되어야 한다 두 개나 그 이상의

고장 모드가 검출된다면 각각에 대해 분리하여 분석해야 한다

ㆍㆍㆍㆍ신뢰도는 시험 제한 한계 로 인해 년 마일까지 확장하여 외삽하면 안( ) 10 150K

된다 왜냐하면 시험 제한 한계 로 인해 다른 고장모드가 발생할 것인지 알 수 ( )

없기 때문이다

ㆍㆍㆍㆍ하나의 프로토타입에서 다음 프로토타입까지 기울기가 변하는 데는 특별히

주의를 하여야 한다 왜냐하면 초기 후기 수명에서 더 높은 신뢰도와 후기 초 ( ) (

기 수명에서 더 낮은 신뢰도의 할 수 도 있기 때문이다) trade-off

라 적용시기라 적용시기라 적용시기라 적용시기

ㆍㆍㆍㆍ수명의 비교는 엔지니어링 사양 이 특정한(Specification) 을 요구할 경

우 사용된다

ㆍㆍㆍㆍ이러한 접근방법은 고장시간 등 에 대하여 동일한 부품의(Cycle Km )

- 82 -

다른 시점에서의 프로토타입을 비교할 때 사용한다

ㆍㆍㆍㆍ신뢰성 목표가 달성될 때까지 계속한다

마 입력자료마 입력자료마 입력자료마 입력자료

ㆍㆍㆍㆍ프로토타입 의 몇 개 표본의 고장시간 등1 (Cycle Km )

ㆍㆍㆍㆍ프로토타입 의 몇 개 표본의 고장시간 등2 (Cycle Km )

⦙

ㆍㆍㆍㆍ마지막 프로토타입의 몇 개 표본의 고장시간 등(Cycle Km )

분석프로세스는 그림 과 같다[ 83]

프로세스프로세스프로세스프로세스 일반적 단계일반적 단계일반적 단계일반적 단계

Ⅰ 요구

또는 수명 결정

프로그램 신뢰성 목표 사용

고객의 운영 사용 프로파일 사용( )

시험 프로그램 적정시간 사용

Ⅱ 시험 프로그램 자료정보

확인과 데이터 수집초기 부품의 프로토타입

후기 부품의 프로토타입

Ⅲ 다른 프로토타입에 대한

누적고장 시간 또는 vs

거리 계산 및 타점

분석이 가능한 사용Weibull SW

가능한 가속수명시험 사용

Ⅳ 프로젝트 검토 시

현재 신뢰성 수준신뢰성 목표 적합성 결정

초기 경고 관련 정보 제공

개선을 위한 계획 정보 제공

그림 프로세스별 단계[ 83]

- 83 -

제 절 신뢰성성장 데이터분석제 절 신뢰성성장 데이터분석제 절 신뢰성성장 데이터분석제 절 신뢰성성장 데이터분석2222

초기 프로토타입 으로 부터 개의 표본을 정상하중 으(Prototype1) 6 (Nominal load)

로 고장 날 때까지 시험하고 고장모드를 기록하였다 여러 개선작업을 거친 후 후

기 프로토타입 으로부터 개의 표본을 고장 날 때까지 시험하고 고장모(Prototype2) 6

드를 기록하였다 시험 데이터는 표 에 주어져 있다 [ 81]

에 고장데이터를 입력하고 각 프로토타입 단계별로 용지에 결과MINITAB Weibull

를 타점한 결과 그림 와 같은 성장곡선이 생성되었다 [ 84] Weibull

정상하중 에서 의 평균수명 추정치는 이(Nominal load) Prototype1 127366Cycle

고 의 평균수명 추정치는 로서 의 개선을 이루었 Prototype2 176882 Cycle 389

음을 알 수 있었다 수명은 은 이었으나Prototype1 112668 Cycle Prototype2

의 수명은 로서 상당한 개선이 이루어졌음을 볼 수 있다168620 Cycle 수

명에 대한 신뢰하한은 로 추정되었다 따라서 정상부하에 의한95 162926 Cycle

시험데이터분석 결과 개선활동 재료배합개선 형상설계개선 공정개선 에 의하여 ( )

내구성 목표가 달성되었음을 알 수 있다

그림 는 에서의 신뢰구간을 보여주고 있다[ 85] Nominal load 90

최대하중 에서는 표 의 데이터 입력결과 그림 의 그래프를(Max load) [ 82] [ 86]

생성하였다 그래프로 부터 추정된 의 Prototype1 수명은 이고16362Cycle

의Prototype2 수명은 이다21850 Cycle 수명에 대한 신뢰하한추정치95

는 으로부터 로 계산된다MINITAB 20983 Cycle

의 수명과 의 수명이 다른 것은 개선 활동의 결과이Prototype1 Prototype2

- 84 -

며 에서 개선목표가 달성되었음을 알 수 있다 Prototype2

표 하중 고장시간[ 81] Nominal (Cycle)

Weibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth Curve

(Nominal Load)(Nominal Load)(Nominal Load)(Nominal Load)

그림 성장곡선[ 84] Weibull (Nominal load data)

- 85 -

Weibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth Curve

(Nominal Load-90 Cl)(Nominal Load-90 Cl)(Nominal Load-90 Cl)(Nominal Load-90 Cl)

그림 신뢰구간[ 85] Nominal Load90

- 86 -

표 하중 고장시간[ 82] Max (Cycle)

Weibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth Curve

(MaxLoad)(MaxLoad)(MaxLoad)(MaxLoad)

그림 성장곡선[ 86] Weibull (Max load data)

- 87 -

제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론9999

본 연구는 자동차현가장치인 고무부싱 의 신뢰성향상을 위한 기(Rubber bushing)

술개발과제이다 에나 인더스트리는 수출전문기업으로서 주요 경쟁사에 비해 고성

능 고내구성의 제품을 짧은 기간 내에 개발할 수 있는 능력을 갖추어야 해외 시장

에서 경쟁력을 가질 수 있다

본 연구개발에서는 수요기업에서 요구하는 GMUTS(General Motors Uniform

의 사양에 따른 시험을 실행하여 내구성을 목표 사이클 이상으Test Specification)

로 개선하고 정특성과 동특성 비틀림 토크를 개선항목으로 선정하여 제품의 품질

및 신뢰성 향상을 진행하였다

수요기업의 요구 수준에 의하면 내구성은 와 Tension Compress Alternating

가 동시에 일 때 일 때Torsion Stress Maximum Load 20000 Cycle Normal Load

을 요구한다 본 프로젝트의 경우 해외의 부품메이커들에 대한 경쟁150000 Cycle

력 우위를 확보하기 위하여 기본 요구 수준을 넘어 향상된 제품신뢰성을5~10

확보를 목표로 하였다 내구성 정특성 및 동특성에 대한 시험은 직접 행하였고 비

틀림토크에 대한 부분은 추가적인 시험장치가 필요하여 수요기업의 실험실에 샘플

을 제출하여 요구수준을 검증받았다

본 연구개발의 성과를 요약하면 다음과 같다

우선 기술적 효과로는

설계기술의 확보(1)

재료배합설계 형상설계 공정설계에 대한 기술을 확보하여 내구성을 비롯한 품

질특성을 향상시킬 수 있었다 종래에는 설계 개발 생산프로세스에서 경험적 방법

에 의존하여 시행착오가 많았으나 본 연구를 통하여 과학적이고 체계적인 방법으

로 접근할 수 있는 기술이 확보되었다

설계 요소의 기술적 배치를 위한 실험계획법의 활용기술 확보(2)

- 88 -

종전에는 고무 배합설계 형상설계 공정설계에 대하여 설계요인 별 수 (Facter)

준 을 무작위로 추출하여 실험하였으나 본 실험계획의 과정을 따르면 요인들(Level)

이 계획적으로 반영되어 품질특성에 각각 어느 정도의 영향을 미치는지 분석이 가

능하게 된다 또한 다구찌에 의한 강건 설계의 생성으로 산포를 줄일 수 있다

잠재적 고장원인 분석방법 기술 확보(3)

제품기능에 대한 잠재적 고장모드의 예측과 시험항목을 판단하고 최종적으로는 설

계검증 과 공정검증 의 세부항목과 효과적(Design verification) (Process verification)

으로 연계가 가능하다

신뢰성 데이터분석기술 확보(4)

부품의 개발과정에서 몇 개의 표본에 대한 고장시간 데이터가 있을 때 Weibull

분포를 활용한 신뢰성 성장분석이 가능하게 되었다 개발프로그램이 운영되는 동안

신뢰성 수준의 변화를 추적할 수 있어 목표하는 신뢰성 수준을 달성하기 위하여 충

분한 비율로 성장하고 있는지의 여부를 가능한 빠른 시간 내에 판단할 수 있고 그

에 따라 필요한 자원을 적절히 배분할 수 있다 따라서 개발책임자는 시험데이터로

부터 현재 시스템의 신뢰성 수준 성장률의 평가 앞으로 기대되는 달성 가능한 수

준에 대한 결정이 가능하다

경제적 측면의 효과로는

제품에 대한 내구성 및 동특성 정특성에 대하여 요구사양 이상으로 특성관리(1)

를 행할 수 있어 해외 부품메이커들에 대한 경쟁력 우위로 수출력을 향상할 수 있

게 되었다

개발기간을 단축할 수 있게 되어 개발비의 절감을 가져올 수 있게 되었다(2)

재료배합 형상설계 및 공정설계에 대한 기술개발의 표준 정립으로 개발 기간의 단

축이 가능하게 되었다

본 과제 결과를 활용하여 다른 방진제품에 대한 신뢰성 관리로 수출(3)

- 89 -

시장을 개척하여 신규거래처를 확보할 예정이다 신뢰성 데이터의 관리가 이루어져

제품수명에 대한 설득력 있는 자료의 제시가 가능하게 되었다

향후 연구계획으로는

고무부싱부품의 특성상 내구성만의 개선이 최선이 아니고 정특성과 동특성을 일

정수준으로 동시에 고려하여야 한다 따라서 이 부분에 대한 동시적인 실험설계가

시스템화 되도록 추가적인 연구가 요구된다

- 90 -

참고문헌참고문헌참고문헌참고문헌[ ][ ][ ][ ]

고정 이상규 권수호 노태성 정원 박창규 김명수 신뢰성성장프로그램 수[1]

원대 신뢰성혁신센터 2005

김명웅 고무공업화학 선진문화사[2] 2006

김완두 김완수 방진고무부품의 유한요소해석 및 수명예측기술 고무기술[3] ldquo rdquo

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미니탭사업팀 새 실무완성 이레테크[4] Minitab 2004

박성현 실험계획법 민영사[5] 2003

[6] Gil-Negrete N Vinolas J and Kari L A Simplified methodology to

predict the dynamic stiffness of carbon-black filled rubber isolators using

a finite element code Journal of sound and Vibration Vol296 2006

[7] Kim J-H and Jeong H-Y A Study on the material properties and

fatigue life of natural rubber with different carbon blacks International

Journal of Fatigue Vol27 2005

[8] McLean R A and Anderson V I Extreme Vertices Design of Mixture

Experiments Technometrics Vol8 No3 1966

- 96 -

주 의

이 보고서는 산업자원부에서 시행한 부품소재종합기술지원사업의 최1

종보고서이다

이 신뢰성기반기술확산사업 내용을 대외적으로 발표할 때에는 반드시2

산업자원부에서 시행한 부품소재신뢰성기반기술 사업의 지원결과임을

밝혀야 한다

- 97 -

이 보고서는 산업자원부에서 시행한

부품소재 신뢰성기반기술확산사업의 최종보고서이다

- 76 -

제 장 부품의 신뢰성성장관리제 장 부품의 신뢰성성장관리제 장 부품의 신뢰성성장관리제 장 부품의 신뢰성성장관리8888

제 절 신뢰성성장관리제 절 신뢰성성장관리제 절 신뢰성성장관리제 절 신뢰성성장관리1111

복잡하고 기술적인 제품의 개발 프로그램을 운영하는 데 있어서는 고객이 요구

하는 신뢰성 수준을 만족시키기 위하여 상당한 규모의 시간 예산 기술인력 등의

자원을 필요로 한다 고객들의 신뢰성 요구수준은 매우 높으므로 이러한 목표를 달

성하기 위하여 시험 개선 시험 개선의 개발과정을 반드시 거친다 이 과정에서 시- - -

스템 서브시스템 또는 모듈을 고장 날 때까지 시험하고 고장모드를 결정해서 이를

제거하기 위한 시도를 하거나 적어도 고장발생을 줄일 수 있는 시도를 하여 설계나

엔지니어링 개선을 이룬다 만약 이러한 과정이 계속되고 설계나 엔지니어링 변경

이 충분히 이루지면 시스템의 신뢰성은 증가한다 개발프로그램이 운영되는 동안

신뢰성 수준의 변화를 추적할 수 있다면 개발책임자로서는 여러 가지 이점이 있다

즉 목표하는 신뢰성 수준을 달성하기 위하여 충분한 비율로 성장하고 있는지의 여

부를 가능한 빠른 시간 내에 판단할 수 있고 그에 따라 필요한 자원을 적절히 배

분할 수 있다 따라서 개발책임자는 시험데이터로부터 현재 시스템의 신뢰성 수준

성장률의 평가 앞으로 기대되는 달성 가능한 수준을 결정하기를 원한다

신뢰성 성장관리 기술은 제품을 개발하는 데(Reliability growth management)

소요되는 많은 시간과 비용 및 엔지니어링 노력을 절감하면서 개념선택 제품과 공

정의 신뢰성 그리고 비용효율을 달성할 수 있도록 유용한 정보를 제공해 준다 군

사장비 자동차 및 전자 중장비개발 등에 적용된 최근의 신뢰성 성장시험 관리기술

은 각 분야의 경쟁적인 사업 환경 아래에서 제품개발을 효율적으로 조직하여 신뢰

성평가를 시작하고 신뢰성 성장과정을 추적할 수 있도록 해준다 신뢰성성장관리기

술은 제품 및 공정설계 관련사항 및 검증시험 항목들에 대하여 사용 환경에 따른

신뢰성 성장 진행과정을 확인하고 그 결과로부터 성장시험곡선을 개발할 수 있게

한다 또한 설계단계 사이의 여러 가지 관련성을 확인하여 관찰하고 그 정보를 다

른 제품보증분석들과 연결하여 고객 요구사항에 대한 제품의

- 77 -

적합도를 적절히 평가하는 데 도움을 준다

신뢰성성장모델은 가 개발한Crow(1975) AMSAA(Army Materiel Systems

모델이 많이 활용되었으나 이는 시스템 또는 서브시스템에서의Analysis Activity)

성장관리에 유용하고 부품수준에서는 모델을 활용하는 것이 더욱 실용적이 Weibull

다 모델은 목표 Weibull B10 수명에 대하여 초기 시작품 으로부터(Early Prototype)

후기 시작품 까지의 신뢰성 개선을 관리하는데 실용적으로 활용할(Later Prototype)

수 있다

신뢰성 성장시험 프로세스신뢰성 성장시험 프로세스신뢰성 성장시험 프로세스신뢰성 성장시험 프로세스1111

신뢰성 성장은 개발시스템에 대하여 여러 시험단계가 시리즈로 이루어지는 동안

고장모드를 발견하고 이를 개선하는 과정을 거쳐 이TAAF(Test Analyze And Fix)

루어진다 또한 기능시험 환경시험 안전시험의 결과는 신뢰성 향상을 위한 FMEA

등과 연계하여 사용된다 분석결과는 설계변경에 반영되고 최종목표가 달성될 때까

지 개선과 시험이 연속적으로 이루어진다 그림 은 일반적인 신뢰성 성장시험 [ 81]

프로세스를 보여준다 프로그램의 시작시점에 신뢰성 성장에 대한 계획을 수립하여

고객의 기대사항을 만족시킬 수 있는 성능수준에 대한 구체적인 측정치를 제시하

고 이 목적을 달성시킬 수 있는 시험조건을 정한다 시험조건은 특정한 부품이나

시스템에 대하여 고객의 사용방법과 환경에 대한 지식을 기초로 하여야 한다

개발프로젝트가 진행되는 동안 신뢰성 성장시험 프로그램이 개발되고 실행되는

과정에서 설계 및 공정의 관심사항을 확인하기 위해 QFD(Quality function

와 같은 제품보증을 위한 분석방법들이 선행되어 실시되는데 신뢰성deployment)

성장관리와 연계하여 이를 통틀어 통합 신뢰성 성장관리(Integrated reliability

라고 한다 신뢰성 성장관리를 포함한 제품설계평가의 모든growth management)

과정은 제품 공정의 신뢰성 향상에 있어 중요한 역할을 하는 제품보증기능의 한부

분이다

- 78 -

통합 신뢰성 성장시험관리 프로세스는 설계뿐 아니라 공정신뢰성(MIL-HDBK-781)

과 관련된 문제에 대응할 수 있도록 신뢰성 성장시험의 이점을 전적으로 활용할 수

있는 수단을 제공한다

신뢰성 성장관리과정을 개발함으로써 신뢰성 수준은 계속적으로 추적될 수 있고

조치를 취하고 다른 분석결과들과 비교되어 초기 신뢰성 예측을 수립하고 제품설

계에 포함된 확신을 증가시킨 후 검증시험에 들어갈 수 있도록 한다 이러한 신뢰

성 성장관리 프로세스는 제품개발 사이클에 있어서 초기 단계 동안에 신뢰성을 확

립하는 데 도움을 줄 수 있는 장치이다

그림 신뢰성성장시험 프로세스[ 81]

제품개발과정에 적용되는 신뢰성 성장시험관리 프로세스는 다음과 같다

신뢰성 성장시험조건을 결정하고 시험 사이클을 개발한다 ①

신뢰성 성장시험곡선의 사용을 통하여 시험과정을 실행하고 추적한다②

시험결과를 평가하고 다른 선행된 분석연구결과들과 비교한다③

확인된 결함을 제거하기 위해 설계변경을 실시한다④

- 79 -

설계검증시험을 준비한다⑤

신뢰성 성장시험의 주된 목적은 설계상의 약점을 확인하고 제거함으로써 설계의

신뢰성을 증가시키는 것이다 정확하게 신뢰성 수준이 변화되는 진행상황을 추적하

기 위해서는 요구사항에 대한 불합치성 을 확인하고 불합치성이(Nonconformance)

일어난 시간을 모두 추적하여야 한다 시험을 시작하기 전에 적절한 시정조치를 용

이하게 하기 위해 사전계획이 수립되어야 하며 고장분포를 결정하기 전에 각각의

고장부품에 대한 고장원인을 분리할 수 있어야 한다

부품의 개발과정에서 몇 개의 표본에 대한 고장시간 데이터가 있을 때 Weibull

분포를 활용한 신뢰성 성장분석에 대하여 설명하면 다음과 같다

가 분석의 개요가 분석의 개요가 분석의 개요가 분석의 개요

밀도함수는 그림 와 같이 특성 수명과 기울기로 고장시간Weibull [ 82] (Cycle

을 설명한다 작은 표본에 대한 고장시간 데이터가 주어졌을 때 분석Km) Weibull

을 사용하여 세 가지의 정보를 얻을 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ특정 시간이 주어졌을 때 등 부품의 신뢰도는 그 시간까지 살아 있(Cycle Km )

을 백분율이다

ㆍㆍㆍㆍ 또는 다른( 수명을 추정할 수 있다) 수명은 부품들 중 가 고장10

날 것이라고 기대되는 시간이다 즉 이 시간에서의 신뢰도는 이다 90

ㆍㆍㆍㆍ 기울기의 값은 고장률 패턴에 대한 정보를 제공해준다 기울기가Weibull 10

이라면 고장률이 일정하다는 것을 의미한다 이 경우 고장은 일반적으로 우연히

일어나며 고장률은 설계의 강건 정도에 따라 달라진다 기울기가 보다 작다면 1

고장률은 감소하고 있음을 의미한다

- 80 -

즉 높은 초기 고장률 을 말한다 기울기가 보다 크면 고장률은 증 (Infant mortality) 1

가하고 이는 마모 되고 있음을 의미한다(Wear-out)

그림 에 의한 부품의 신뢰성성장분석[ 82] Weibull 수명 비교

가장 많이 활용되는 측도는 수명이며 이것은 요구되는 목표 신뢰도가 임 90

을 의미한다 첫 번째 프로토타입이 고장 난다면 신뢰성 목표 달성을 위해 설계 변

경을 행하고 다음 프로토타입을 시험한다 이 과정은 목표 수명이 달성될 때까

지 반복한다

나 의이점나 의이점나 의이점나 의이점WeibullWeibullWeibullWeibull

부품의 개발과정에서 작은 표본에 대한 고장시간 자료가 주어졌을 때 Weibull

분석을 활용하여 신뢰성성장관리를 행하면 다음의 정보를 얻을 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ신뢰성 개선은 목표 수명이 달성될 때까지 하나의 프로토타입에

- 81 -

서 다음 프로토타입까지 추적할 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ신뢰성 개선은 시험한 프로토타입에 대해 타점으로 표현되고 빠르Weibull

게 방향을 파악하여 신뢰성 진전과정에 대한 양적 측면의 관리능력 향상을 그

래프로 확인할 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ컴포넌트를 고장 날 때까지 시험하는 것은 고장모드에 대한 아주 귀중한 정

보를 제공하고 따라서 시정조치 활동이 필요하다

ㆍㆍㆍㆍ많은 표본이 더 좋은 신뢰도를 얻을 수 있지만 분석은 많은 표본을Weibull

필요로 하지 않는다

ㆍㆍㆍㆍ고객의 운영 사용 사이클과 시험 모수의 관계가 알려져 있다면 더 빠르고( )

더 적은 비용으로 가속시험을 할 수도 있다

다 기본가정및제한다 기본가정및제한다 기본가정및제한다 기본가정및제한

ㆍㆍㆍㆍ각 분석에서 오직 하나의 고장모드만 포함되어야 한다 두 개나 그 이상의

고장 모드가 검출된다면 각각에 대해 분리하여 분석해야 한다

ㆍㆍㆍㆍ신뢰도는 시험 제한 한계 로 인해 년 마일까지 확장하여 외삽하면 안( ) 10 150K

된다 왜냐하면 시험 제한 한계 로 인해 다른 고장모드가 발생할 것인지 알 수 ( )

없기 때문이다

ㆍㆍㆍㆍ하나의 프로토타입에서 다음 프로토타입까지 기울기가 변하는 데는 특별히

주의를 하여야 한다 왜냐하면 초기 후기 수명에서 더 높은 신뢰도와 후기 초 ( ) (

기 수명에서 더 낮은 신뢰도의 할 수 도 있기 때문이다) trade-off

라 적용시기라 적용시기라 적용시기라 적용시기

ㆍㆍㆍㆍ수명의 비교는 엔지니어링 사양 이 특정한(Specification) 을 요구할 경

우 사용된다

ㆍㆍㆍㆍ이러한 접근방법은 고장시간 등 에 대하여 동일한 부품의(Cycle Km )

- 82 -

다른 시점에서의 프로토타입을 비교할 때 사용한다

ㆍㆍㆍㆍ신뢰성 목표가 달성될 때까지 계속한다

마 입력자료마 입력자료마 입력자료마 입력자료

ㆍㆍㆍㆍ프로토타입 의 몇 개 표본의 고장시간 등1 (Cycle Km )

ㆍㆍㆍㆍ프로토타입 의 몇 개 표본의 고장시간 등2 (Cycle Km )

⦙

ㆍㆍㆍㆍ마지막 프로토타입의 몇 개 표본의 고장시간 등(Cycle Km )

분석프로세스는 그림 과 같다[ 83]

프로세스프로세스프로세스프로세스 일반적 단계일반적 단계일반적 단계일반적 단계

Ⅰ 요구

또는 수명 결정

프로그램 신뢰성 목표 사용

고객의 운영 사용 프로파일 사용( )

시험 프로그램 적정시간 사용

Ⅱ 시험 프로그램 자료정보

확인과 데이터 수집초기 부품의 프로토타입

후기 부품의 프로토타입

Ⅲ 다른 프로토타입에 대한

누적고장 시간 또는 vs

거리 계산 및 타점

분석이 가능한 사용Weibull SW

가능한 가속수명시험 사용

Ⅳ 프로젝트 검토 시

현재 신뢰성 수준신뢰성 목표 적합성 결정

초기 경고 관련 정보 제공

개선을 위한 계획 정보 제공

그림 프로세스별 단계[ 83]

- 83 -

제 절 신뢰성성장 데이터분석제 절 신뢰성성장 데이터분석제 절 신뢰성성장 데이터분석제 절 신뢰성성장 데이터분석2222

초기 프로토타입 으로 부터 개의 표본을 정상하중 으(Prototype1) 6 (Nominal load)

로 고장 날 때까지 시험하고 고장모드를 기록하였다 여러 개선작업을 거친 후 후

기 프로토타입 으로부터 개의 표본을 고장 날 때까지 시험하고 고장모(Prototype2) 6

드를 기록하였다 시험 데이터는 표 에 주어져 있다 [ 81]

에 고장데이터를 입력하고 각 프로토타입 단계별로 용지에 결과MINITAB Weibull

를 타점한 결과 그림 와 같은 성장곡선이 생성되었다 [ 84] Weibull

정상하중 에서 의 평균수명 추정치는 이(Nominal load) Prototype1 127366Cycle

고 의 평균수명 추정치는 로서 의 개선을 이루었 Prototype2 176882 Cycle 389

음을 알 수 있었다 수명은 은 이었으나Prototype1 112668 Cycle Prototype2

의 수명은 로서 상당한 개선이 이루어졌음을 볼 수 있다168620 Cycle 수

명에 대한 신뢰하한은 로 추정되었다 따라서 정상부하에 의한95 162926 Cycle

시험데이터분석 결과 개선활동 재료배합개선 형상설계개선 공정개선 에 의하여 ( )

내구성 목표가 달성되었음을 알 수 있다

그림 는 에서의 신뢰구간을 보여주고 있다[ 85] Nominal load 90

최대하중 에서는 표 의 데이터 입력결과 그림 의 그래프를(Max load) [ 82] [ 86]

생성하였다 그래프로 부터 추정된 의 Prototype1 수명은 이고16362Cycle

의Prototype2 수명은 이다21850 Cycle 수명에 대한 신뢰하한추정치95

는 으로부터 로 계산된다MINITAB 20983 Cycle

의 수명과 의 수명이 다른 것은 개선 활동의 결과이Prototype1 Prototype2

- 84 -

며 에서 개선목표가 달성되었음을 알 수 있다 Prototype2

표 하중 고장시간[ 81] Nominal (Cycle)

Weibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth Curve

(Nominal Load)(Nominal Load)(Nominal Load)(Nominal Load)

그림 성장곡선[ 84] Weibull (Nominal load data)

- 85 -

Weibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth Curve

(Nominal Load-90 Cl)(Nominal Load-90 Cl)(Nominal Load-90 Cl)(Nominal Load-90 Cl)

그림 신뢰구간[ 85] Nominal Load90

- 86 -

표 하중 고장시간[ 82] Max (Cycle)

Weibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth Curve

(MaxLoad)(MaxLoad)(MaxLoad)(MaxLoad)

그림 성장곡선[ 86] Weibull (Max load data)

- 87 -

제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론9999

본 연구는 자동차현가장치인 고무부싱 의 신뢰성향상을 위한 기(Rubber bushing)

술개발과제이다 에나 인더스트리는 수출전문기업으로서 주요 경쟁사에 비해 고성

능 고내구성의 제품을 짧은 기간 내에 개발할 수 있는 능력을 갖추어야 해외 시장

에서 경쟁력을 가질 수 있다

본 연구개발에서는 수요기업에서 요구하는 GMUTS(General Motors Uniform

의 사양에 따른 시험을 실행하여 내구성을 목표 사이클 이상으Test Specification)

로 개선하고 정특성과 동특성 비틀림 토크를 개선항목으로 선정하여 제품의 품질

및 신뢰성 향상을 진행하였다

수요기업의 요구 수준에 의하면 내구성은 와 Tension Compress Alternating

가 동시에 일 때 일 때Torsion Stress Maximum Load 20000 Cycle Normal Load

을 요구한다 본 프로젝트의 경우 해외의 부품메이커들에 대한 경쟁150000 Cycle

력 우위를 확보하기 위하여 기본 요구 수준을 넘어 향상된 제품신뢰성을5~10

확보를 목표로 하였다 내구성 정특성 및 동특성에 대한 시험은 직접 행하였고 비

틀림토크에 대한 부분은 추가적인 시험장치가 필요하여 수요기업의 실험실에 샘플

을 제출하여 요구수준을 검증받았다

본 연구개발의 성과를 요약하면 다음과 같다

우선 기술적 효과로는

설계기술의 확보(1)

재료배합설계 형상설계 공정설계에 대한 기술을 확보하여 내구성을 비롯한 품

질특성을 향상시킬 수 있었다 종래에는 설계 개발 생산프로세스에서 경험적 방법

에 의존하여 시행착오가 많았으나 본 연구를 통하여 과학적이고 체계적인 방법으

로 접근할 수 있는 기술이 확보되었다

설계 요소의 기술적 배치를 위한 실험계획법의 활용기술 확보(2)

- 88 -

종전에는 고무 배합설계 형상설계 공정설계에 대하여 설계요인 별 수 (Facter)

준 을 무작위로 추출하여 실험하였으나 본 실험계획의 과정을 따르면 요인들(Level)

이 계획적으로 반영되어 품질특성에 각각 어느 정도의 영향을 미치는지 분석이 가

능하게 된다 또한 다구찌에 의한 강건 설계의 생성으로 산포를 줄일 수 있다

잠재적 고장원인 분석방법 기술 확보(3)

제품기능에 대한 잠재적 고장모드의 예측과 시험항목을 판단하고 최종적으로는 설

계검증 과 공정검증 의 세부항목과 효과적(Design verification) (Process verification)

으로 연계가 가능하다

신뢰성 데이터분석기술 확보(4)

부품의 개발과정에서 몇 개의 표본에 대한 고장시간 데이터가 있을 때 Weibull

분포를 활용한 신뢰성 성장분석이 가능하게 되었다 개발프로그램이 운영되는 동안

신뢰성 수준의 변화를 추적할 수 있어 목표하는 신뢰성 수준을 달성하기 위하여 충

분한 비율로 성장하고 있는지의 여부를 가능한 빠른 시간 내에 판단할 수 있고 그

에 따라 필요한 자원을 적절히 배분할 수 있다 따라서 개발책임자는 시험데이터로

부터 현재 시스템의 신뢰성 수준 성장률의 평가 앞으로 기대되는 달성 가능한 수

준에 대한 결정이 가능하다

경제적 측면의 효과로는

제품에 대한 내구성 및 동특성 정특성에 대하여 요구사양 이상으로 특성관리(1)

를 행할 수 있어 해외 부품메이커들에 대한 경쟁력 우위로 수출력을 향상할 수 있

게 되었다

개발기간을 단축할 수 있게 되어 개발비의 절감을 가져올 수 있게 되었다(2)

재료배합 형상설계 및 공정설계에 대한 기술개발의 표준 정립으로 개발 기간의 단

축이 가능하게 되었다

본 과제 결과를 활용하여 다른 방진제품에 대한 신뢰성 관리로 수출(3)

- 89 -

시장을 개척하여 신규거래처를 확보할 예정이다 신뢰성 데이터의 관리가 이루어져

제품수명에 대한 설득력 있는 자료의 제시가 가능하게 되었다

향후 연구계획으로는

고무부싱부품의 특성상 내구성만의 개선이 최선이 아니고 정특성과 동특성을 일

정수준으로 동시에 고려하여야 한다 따라서 이 부분에 대한 동시적인 실험설계가

시스템화 되도록 추가적인 연구가 요구된다

- 90 -

참고문헌참고문헌참고문헌참고문헌[ ][ ][ ][ ]

고정 이상규 권수호 노태성 정원 박창규 김명수 신뢰성성장프로그램 수[1]

원대 신뢰성혁신센터 2005

김명웅 고무공업화학 선진문화사[2] 2006

김완두 김완수 방진고무부품의 유한요소해석 및 수명예측기술 고무기술[3] ldquo rdquo

Vol5 No1 2004

미니탭사업팀 새 실무완성 이레테크[4] Minitab 2004

박성현 실험계획법 민영사[5] 2003

[6] Gil-Negrete N Vinolas J and Kari L A Simplified methodology to

predict the dynamic stiffness of carbon-black filled rubber isolators using

a finite element code Journal of sound and Vibration Vol296 2006

[7] Kim J-H and Jeong H-Y A Study on the material properties and

fatigue life of natural rubber with different carbon blacks International

Journal of Fatigue Vol27 2005

[8] McLean R A and Anderson V I Extreme Vertices Design of Mixture

Experiments Technometrics Vol8 No3 1966

- 96 -

주 의

이 보고서는 산업자원부에서 시행한 부품소재종합기술지원사업의 최1

종보고서이다

이 신뢰성기반기술확산사업 내용을 대외적으로 발표할 때에는 반드시2

산업자원부에서 시행한 부품소재신뢰성기반기술 사업의 지원결과임을

밝혀야 한다

- 97 -

이 보고서는 산업자원부에서 시행한

부품소재 신뢰성기반기술확산사업의 최종보고서이다

- 77 -

적합도를 적절히 평가하는 데 도움을 준다

신뢰성성장모델은 가 개발한Crow(1975) AMSAA(Army Materiel Systems

모델이 많이 활용되었으나 이는 시스템 또는 서브시스템에서의Analysis Activity)

성장관리에 유용하고 부품수준에서는 모델을 활용하는 것이 더욱 실용적이 Weibull

다 모델은 목표 Weibull B10 수명에 대하여 초기 시작품 으로부터(Early Prototype)

후기 시작품 까지의 신뢰성 개선을 관리하는데 실용적으로 활용할(Later Prototype)

수 있다

신뢰성 성장시험 프로세스신뢰성 성장시험 프로세스신뢰성 성장시험 프로세스신뢰성 성장시험 프로세스1111

신뢰성 성장은 개발시스템에 대하여 여러 시험단계가 시리즈로 이루어지는 동안

고장모드를 발견하고 이를 개선하는 과정을 거쳐 이TAAF(Test Analyze And Fix)

루어진다 또한 기능시험 환경시험 안전시험의 결과는 신뢰성 향상을 위한 FMEA

등과 연계하여 사용된다 분석결과는 설계변경에 반영되고 최종목표가 달성될 때까

지 개선과 시험이 연속적으로 이루어진다 그림 은 일반적인 신뢰성 성장시험 [ 81]

프로세스를 보여준다 프로그램의 시작시점에 신뢰성 성장에 대한 계획을 수립하여

고객의 기대사항을 만족시킬 수 있는 성능수준에 대한 구체적인 측정치를 제시하

고 이 목적을 달성시킬 수 있는 시험조건을 정한다 시험조건은 특정한 부품이나

시스템에 대하여 고객의 사용방법과 환경에 대한 지식을 기초로 하여야 한다

개발프로젝트가 진행되는 동안 신뢰성 성장시험 프로그램이 개발되고 실행되는

과정에서 설계 및 공정의 관심사항을 확인하기 위해 QFD(Quality function

와 같은 제품보증을 위한 분석방법들이 선행되어 실시되는데 신뢰성deployment)

성장관리와 연계하여 이를 통틀어 통합 신뢰성 성장관리(Integrated reliability

라고 한다 신뢰성 성장관리를 포함한 제품설계평가의 모든growth management)

과정은 제품 공정의 신뢰성 향상에 있어 중요한 역할을 하는 제품보증기능의 한부

분이다

- 78 -

통합 신뢰성 성장시험관리 프로세스는 설계뿐 아니라 공정신뢰성(MIL-HDBK-781)

과 관련된 문제에 대응할 수 있도록 신뢰성 성장시험의 이점을 전적으로 활용할 수

있는 수단을 제공한다

신뢰성 성장관리과정을 개발함으로써 신뢰성 수준은 계속적으로 추적될 수 있고

조치를 취하고 다른 분석결과들과 비교되어 초기 신뢰성 예측을 수립하고 제품설

계에 포함된 확신을 증가시킨 후 검증시험에 들어갈 수 있도록 한다 이러한 신뢰

성 성장관리 프로세스는 제품개발 사이클에 있어서 초기 단계 동안에 신뢰성을 확

립하는 데 도움을 줄 수 있는 장치이다

그림 신뢰성성장시험 프로세스[ 81]

제품개발과정에 적용되는 신뢰성 성장시험관리 프로세스는 다음과 같다

신뢰성 성장시험조건을 결정하고 시험 사이클을 개발한다 ①

신뢰성 성장시험곡선의 사용을 통하여 시험과정을 실행하고 추적한다②

시험결과를 평가하고 다른 선행된 분석연구결과들과 비교한다③

확인된 결함을 제거하기 위해 설계변경을 실시한다④

- 79 -

설계검증시험을 준비한다⑤

신뢰성 성장시험의 주된 목적은 설계상의 약점을 확인하고 제거함으로써 설계의

신뢰성을 증가시키는 것이다 정확하게 신뢰성 수준이 변화되는 진행상황을 추적하

기 위해서는 요구사항에 대한 불합치성 을 확인하고 불합치성이(Nonconformance)

일어난 시간을 모두 추적하여야 한다 시험을 시작하기 전에 적절한 시정조치를 용

이하게 하기 위해 사전계획이 수립되어야 하며 고장분포를 결정하기 전에 각각의

고장부품에 대한 고장원인을 분리할 수 있어야 한다

부품의 개발과정에서 몇 개의 표본에 대한 고장시간 데이터가 있을 때 Weibull

분포를 활용한 신뢰성 성장분석에 대하여 설명하면 다음과 같다

가 분석의 개요가 분석의 개요가 분석의 개요가 분석의 개요

밀도함수는 그림 와 같이 특성 수명과 기울기로 고장시간Weibull [ 82] (Cycle

을 설명한다 작은 표본에 대한 고장시간 데이터가 주어졌을 때 분석Km) Weibull

을 사용하여 세 가지의 정보를 얻을 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ특정 시간이 주어졌을 때 등 부품의 신뢰도는 그 시간까지 살아 있(Cycle Km )

을 백분율이다

ㆍㆍㆍㆍ 또는 다른( 수명을 추정할 수 있다) 수명은 부품들 중 가 고장10

날 것이라고 기대되는 시간이다 즉 이 시간에서의 신뢰도는 이다 90

ㆍㆍㆍㆍ 기울기의 값은 고장률 패턴에 대한 정보를 제공해준다 기울기가Weibull 10

이라면 고장률이 일정하다는 것을 의미한다 이 경우 고장은 일반적으로 우연히

일어나며 고장률은 설계의 강건 정도에 따라 달라진다 기울기가 보다 작다면 1

고장률은 감소하고 있음을 의미한다

- 80 -

즉 높은 초기 고장률 을 말한다 기울기가 보다 크면 고장률은 증 (Infant mortality) 1

가하고 이는 마모 되고 있음을 의미한다(Wear-out)

그림 에 의한 부품의 신뢰성성장분석[ 82] Weibull 수명 비교

가장 많이 활용되는 측도는 수명이며 이것은 요구되는 목표 신뢰도가 임 90

을 의미한다 첫 번째 프로토타입이 고장 난다면 신뢰성 목표 달성을 위해 설계 변

경을 행하고 다음 프로토타입을 시험한다 이 과정은 목표 수명이 달성될 때까

지 반복한다

나 의이점나 의이점나 의이점나 의이점WeibullWeibullWeibullWeibull

부품의 개발과정에서 작은 표본에 대한 고장시간 자료가 주어졌을 때 Weibull

분석을 활용하여 신뢰성성장관리를 행하면 다음의 정보를 얻을 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ신뢰성 개선은 목표 수명이 달성될 때까지 하나의 프로토타입에

- 81 -

서 다음 프로토타입까지 추적할 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ신뢰성 개선은 시험한 프로토타입에 대해 타점으로 표현되고 빠르Weibull

게 방향을 파악하여 신뢰성 진전과정에 대한 양적 측면의 관리능력 향상을 그

래프로 확인할 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ컴포넌트를 고장 날 때까지 시험하는 것은 고장모드에 대한 아주 귀중한 정

보를 제공하고 따라서 시정조치 활동이 필요하다

ㆍㆍㆍㆍ많은 표본이 더 좋은 신뢰도를 얻을 수 있지만 분석은 많은 표본을Weibull

필요로 하지 않는다

ㆍㆍㆍㆍ고객의 운영 사용 사이클과 시험 모수의 관계가 알려져 있다면 더 빠르고( )

더 적은 비용으로 가속시험을 할 수도 있다

다 기본가정및제한다 기본가정및제한다 기본가정및제한다 기본가정및제한

ㆍㆍㆍㆍ각 분석에서 오직 하나의 고장모드만 포함되어야 한다 두 개나 그 이상의

고장 모드가 검출된다면 각각에 대해 분리하여 분석해야 한다

ㆍㆍㆍㆍ신뢰도는 시험 제한 한계 로 인해 년 마일까지 확장하여 외삽하면 안( ) 10 150K

된다 왜냐하면 시험 제한 한계 로 인해 다른 고장모드가 발생할 것인지 알 수 ( )

없기 때문이다

ㆍㆍㆍㆍ하나의 프로토타입에서 다음 프로토타입까지 기울기가 변하는 데는 특별히

주의를 하여야 한다 왜냐하면 초기 후기 수명에서 더 높은 신뢰도와 후기 초 ( ) (

기 수명에서 더 낮은 신뢰도의 할 수 도 있기 때문이다) trade-off

라 적용시기라 적용시기라 적용시기라 적용시기

ㆍㆍㆍㆍ수명의 비교는 엔지니어링 사양 이 특정한(Specification) 을 요구할 경

우 사용된다

ㆍㆍㆍㆍ이러한 접근방법은 고장시간 등 에 대하여 동일한 부품의(Cycle Km )

- 82 -

다른 시점에서의 프로토타입을 비교할 때 사용한다

ㆍㆍㆍㆍ신뢰성 목표가 달성될 때까지 계속한다

마 입력자료마 입력자료마 입력자료마 입력자료

ㆍㆍㆍㆍ프로토타입 의 몇 개 표본의 고장시간 등1 (Cycle Km )

ㆍㆍㆍㆍ프로토타입 의 몇 개 표본의 고장시간 등2 (Cycle Km )

⦙

ㆍㆍㆍㆍ마지막 프로토타입의 몇 개 표본의 고장시간 등(Cycle Km )

분석프로세스는 그림 과 같다[ 83]

프로세스프로세스프로세스프로세스 일반적 단계일반적 단계일반적 단계일반적 단계

Ⅰ 요구

또는 수명 결정

프로그램 신뢰성 목표 사용

고객의 운영 사용 프로파일 사용( )

시험 프로그램 적정시간 사용

Ⅱ 시험 프로그램 자료정보

확인과 데이터 수집초기 부품의 프로토타입

후기 부품의 프로토타입

Ⅲ 다른 프로토타입에 대한

누적고장 시간 또는 vs

거리 계산 및 타점

분석이 가능한 사용Weibull SW

가능한 가속수명시험 사용

Ⅳ 프로젝트 검토 시

현재 신뢰성 수준신뢰성 목표 적합성 결정

초기 경고 관련 정보 제공

개선을 위한 계획 정보 제공

그림 프로세스별 단계[ 83]

- 83 -

제 절 신뢰성성장 데이터분석제 절 신뢰성성장 데이터분석제 절 신뢰성성장 데이터분석제 절 신뢰성성장 데이터분석2222

초기 프로토타입 으로 부터 개의 표본을 정상하중 으(Prototype1) 6 (Nominal load)

로 고장 날 때까지 시험하고 고장모드를 기록하였다 여러 개선작업을 거친 후 후

기 프로토타입 으로부터 개의 표본을 고장 날 때까지 시험하고 고장모(Prototype2) 6

드를 기록하였다 시험 데이터는 표 에 주어져 있다 [ 81]

에 고장데이터를 입력하고 각 프로토타입 단계별로 용지에 결과MINITAB Weibull

를 타점한 결과 그림 와 같은 성장곡선이 생성되었다 [ 84] Weibull

정상하중 에서 의 평균수명 추정치는 이(Nominal load) Prototype1 127366Cycle

고 의 평균수명 추정치는 로서 의 개선을 이루었 Prototype2 176882 Cycle 389

음을 알 수 있었다 수명은 은 이었으나Prototype1 112668 Cycle Prototype2

의 수명은 로서 상당한 개선이 이루어졌음을 볼 수 있다168620 Cycle 수

명에 대한 신뢰하한은 로 추정되었다 따라서 정상부하에 의한95 162926 Cycle

시험데이터분석 결과 개선활동 재료배합개선 형상설계개선 공정개선 에 의하여 ( )

내구성 목표가 달성되었음을 알 수 있다

그림 는 에서의 신뢰구간을 보여주고 있다[ 85] Nominal load 90

최대하중 에서는 표 의 데이터 입력결과 그림 의 그래프를(Max load) [ 82] [ 86]

생성하였다 그래프로 부터 추정된 의 Prototype1 수명은 이고16362Cycle

의Prototype2 수명은 이다21850 Cycle 수명에 대한 신뢰하한추정치95

는 으로부터 로 계산된다MINITAB 20983 Cycle

의 수명과 의 수명이 다른 것은 개선 활동의 결과이Prototype1 Prototype2

- 84 -

며 에서 개선목표가 달성되었음을 알 수 있다 Prototype2

표 하중 고장시간[ 81] Nominal (Cycle)

Weibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth Curve

(Nominal Load)(Nominal Load)(Nominal Load)(Nominal Load)

그림 성장곡선[ 84] Weibull (Nominal load data)

- 85 -

Weibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth Curve

(Nominal Load-90 Cl)(Nominal Load-90 Cl)(Nominal Load-90 Cl)(Nominal Load-90 Cl)

그림 신뢰구간[ 85] Nominal Load90

- 86 -

표 하중 고장시간[ 82] Max (Cycle)

Weibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth Curve

(MaxLoad)(MaxLoad)(MaxLoad)(MaxLoad)

그림 성장곡선[ 86] Weibull (Max load data)

- 87 -

제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론9999

본 연구는 자동차현가장치인 고무부싱 의 신뢰성향상을 위한 기(Rubber bushing)

술개발과제이다 에나 인더스트리는 수출전문기업으로서 주요 경쟁사에 비해 고성

능 고내구성의 제품을 짧은 기간 내에 개발할 수 있는 능력을 갖추어야 해외 시장

에서 경쟁력을 가질 수 있다

본 연구개발에서는 수요기업에서 요구하는 GMUTS(General Motors Uniform

의 사양에 따른 시험을 실행하여 내구성을 목표 사이클 이상으Test Specification)

로 개선하고 정특성과 동특성 비틀림 토크를 개선항목으로 선정하여 제품의 품질

및 신뢰성 향상을 진행하였다

수요기업의 요구 수준에 의하면 내구성은 와 Tension Compress Alternating

가 동시에 일 때 일 때Torsion Stress Maximum Load 20000 Cycle Normal Load

을 요구한다 본 프로젝트의 경우 해외의 부품메이커들에 대한 경쟁150000 Cycle

력 우위를 확보하기 위하여 기본 요구 수준을 넘어 향상된 제품신뢰성을5~10

확보를 목표로 하였다 내구성 정특성 및 동특성에 대한 시험은 직접 행하였고 비

틀림토크에 대한 부분은 추가적인 시험장치가 필요하여 수요기업의 실험실에 샘플

을 제출하여 요구수준을 검증받았다

본 연구개발의 성과를 요약하면 다음과 같다

우선 기술적 효과로는

설계기술의 확보(1)

재료배합설계 형상설계 공정설계에 대한 기술을 확보하여 내구성을 비롯한 품

질특성을 향상시킬 수 있었다 종래에는 설계 개발 생산프로세스에서 경험적 방법

에 의존하여 시행착오가 많았으나 본 연구를 통하여 과학적이고 체계적인 방법으

로 접근할 수 있는 기술이 확보되었다

설계 요소의 기술적 배치를 위한 실험계획법의 활용기술 확보(2)

- 88 -

종전에는 고무 배합설계 형상설계 공정설계에 대하여 설계요인 별 수 (Facter)

준 을 무작위로 추출하여 실험하였으나 본 실험계획의 과정을 따르면 요인들(Level)

이 계획적으로 반영되어 품질특성에 각각 어느 정도의 영향을 미치는지 분석이 가

능하게 된다 또한 다구찌에 의한 강건 설계의 생성으로 산포를 줄일 수 있다

잠재적 고장원인 분석방법 기술 확보(3)

제품기능에 대한 잠재적 고장모드의 예측과 시험항목을 판단하고 최종적으로는 설

계검증 과 공정검증 의 세부항목과 효과적(Design verification) (Process verification)

으로 연계가 가능하다

신뢰성 데이터분석기술 확보(4)

부품의 개발과정에서 몇 개의 표본에 대한 고장시간 데이터가 있을 때 Weibull

분포를 활용한 신뢰성 성장분석이 가능하게 되었다 개발프로그램이 운영되는 동안

신뢰성 수준의 변화를 추적할 수 있어 목표하는 신뢰성 수준을 달성하기 위하여 충

분한 비율로 성장하고 있는지의 여부를 가능한 빠른 시간 내에 판단할 수 있고 그

에 따라 필요한 자원을 적절히 배분할 수 있다 따라서 개발책임자는 시험데이터로

부터 현재 시스템의 신뢰성 수준 성장률의 평가 앞으로 기대되는 달성 가능한 수

준에 대한 결정이 가능하다

경제적 측면의 효과로는

제품에 대한 내구성 및 동특성 정특성에 대하여 요구사양 이상으로 특성관리(1)

를 행할 수 있어 해외 부품메이커들에 대한 경쟁력 우위로 수출력을 향상할 수 있

게 되었다

개발기간을 단축할 수 있게 되어 개발비의 절감을 가져올 수 있게 되었다(2)

재료배합 형상설계 및 공정설계에 대한 기술개발의 표준 정립으로 개발 기간의 단

축이 가능하게 되었다

본 과제 결과를 활용하여 다른 방진제품에 대한 신뢰성 관리로 수출(3)

- 89 -

시장을 개척하여 신규거래처를 확보할 예정이다 신뢰성 데이터의 관리가 이루어져

제품수명에 대한 설득력 있는 자료의 제시가 가능하게 되었다

향후 연구계획으로는

고무부싱부품의 특성상 내구성만의 개선이 최선이 아니고 정특성과 동특성을 일

정수준으로 동시에 고려하여야 한다 따라서 이 부분에 대한 동시적인 실험설계가

시스템화 되도록 추가적인 연구가 요구된다

- 90 -

참고문헌참고문헌참고문헌참고문헌[ ][ ][ ][ ]

고정 이상규 권수호 노태성 정원 박창규 김명수 신뢰성성장프로그램 수[1]

원대 신뢰성혁신센터 2005

김명웅 고무공업화학 선진문화사[2] 2006

김완두 김완수 방진고무부품의 유한요소해석 및 수명예측기술 고무기술[3] ldquo rdquo

Vol5 No1 2004

미니탭사업팀 새 실무완성 이레테크[4] Minitab 2004

박성현 실험계획법 민영사[5] 2003

[6] Gil-Negrete N Vinolas J and Kari L A Simplified methodology to

predict the dynamic stiffness of carbon-black filled rubber isolators using

a finite element code Journal of sound and Vibration Vol296 2006

[7] Kim J-H and Jeong H-Y A Study on the material properties and

fatigue life of natural rubber with different carbon blacks International

Journal of Fatigue Vol27 2005

[8] McLean R A and Anderson V I Extreme Vertices Design of Mixture

Experiments Technometrics Vol8 No3 1966

- 96 -

주 의

이 보고서는 산업자원부에서 시행한 부품소재종합기술지원사업의 최1

종보고서이다

이 신뢰성기반기술확산사업 내용을 대외적으로 발표할 때에는 반드시2

산업자원부에서 시행한 부품소재신뢰성기반기술 사업의 지원결과임을

밝혀야 한다

- 97 -

이 보고서는 산업자원부에서 시행한

부품소재 신뢰성기반기술확산사업의 최종보고서이다

- 78 -

통합 신뢰성 성장시험관리 프로세스는 설계뿐 아니라 공정신뢰성(MIL-HDBK-781)

과 관련된 문제에 대응할 수 있도록 신뢰성 성장시험의 이점을 전적으로 활용할 수

있는 수단을 제공한다

신뢰성 성장관리과정을 개발함으로써 신뢰성 수준은 계속적으로 추적될 수 있고

조치를 취하고 다른 분석결과들과 비교되어 초기 신뢰성 예측을 수립하고 제품설

계에 포함된 확신을 증가시킨 후 검증시험에 들어갈 수 있도록 한다 이러한 신뢰

성 성장관리 프로세스는 제품개발 사이클에 있어서 초기 단계 동안에 신뢰성을 확

립하는 데 도움을 줄 수 있는 장치이다

그림 신뢰성성장시험 프로세스[ 81]

제품개발과정에 적용되는 신뢰성 성장시험관리 프로세스는 다음과 같다

신뢰성 성장시험조건을 결정하고 시험 사이클을 개발한다 ①

신뢰성 성장시험곡선의 사용을 통하여 시험과정을 실행하고 추적한다②

시험결과를 평가하고 다른 선행된 분석연구결과들과 비교한다③

확인된 결함을 제거하기 위해 설계변경을 실시한다④

- 79 -

설계검증시험을 준비한다⑤

신뢰성 성장시험의 주된 목적은 설계상의 약점을 확인하고 제거함으로써 설계의

신뢰성을 증가시키는 것이다 정확하게 신뢰성 수준이 변화되는 진행상황을 추적하

기 위해서는 요구사항에 대한 불합치성 을 확인하고 불합치성이(Nonconformance)

일어난 시간을 모두 추적하여야 한다 시험을 시작하기 전에 적절한 시정조치를 용

이하게 하기 위해 사전계획이 수립되어야 하며 고장분포를 결정하기 전에 각각의

고장부품에 대한 고장원인을 분리할 수 있어야 한다

부품의 개발과정에서 몇 개의 표본에 대한 고장시간 데이터가 있을 때 Weibull

분포를 활용한 신뢰성 성장분석에 대하여 설명하면 다음과 같다

가 분석의 개요가 분석의 개요가 분석의 개요가 분석의 개요

밀도함수는 그림 와 같이 특성 수명과 기울기로 고장시간Weibull [ 82] (Cycle

을 설명한다 작은 표본에 대한 고장시간 데이터가 주어졌을 때 분석Km) Weibull

을 사용하여 세 가지의 정보를 얻을 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ특정 시간이 주어졌을 때 등 부품의 신뢰도는 그 시간까지 살아 있(Cycle Km )

을 백분율이다

ㆍㆍㆍㆍ 또는 다른( 수명을 추정할 수 있다) 수명은 부품들 중 가 고장10

날 것이라고 기대되는 시간이다 즉 이 시간에서의 신뢰도는 이다 90

ㆍㆍㆍㆍ 기울기의 값은 고장률 패턴에 대한 정보를 제공해준다 기울기가Weibull 10

이라면 고장률이 일정하다는 것을 의미한다 이 경우 고장은 일반적으로 우연히

일어나며 고장률은 설계의 강건 정도에 따라 달라진다 기울기가 보다 작다면 1

고장률은 감소하고 있음을 의미한다

- 80 -

즉 높은 초기 고장률 을 말한다 기울기가 보다 크면 고장률은 증 (Infant mortality) 1

가하고 이는 마모 되고 있음을 의미한다(Wear-out)

그림 에 의한 부품의 신뢰성성장분석[ 82] Weibull 수명 비교

가장 많이 활용되는 측도는 수명이며 이것은 요구되는 목표 신뢰도가 임 90

을 의미한다 첫 번째 프로토타입이 고장 난다면 신뢰성 목표 달성을 위해 설계 변

경을 행하고 다음 프로토타입을 시험한다 이 과정은 목표 수명이 달성될 때까

지 반복한다

나 의이점나 의이점나 의이점나 의이점WeibullWeibullWeibullWeibull

부품의 개발과정에서 작은 표본에 대한 고장시간 자료가 주어졌을 때 Weibull

분석을 활용하여 신뢰성성장관리를 행하면 다음의 정보를 얻을 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ신뢰성 개선은 목표 수명이 달성될 때까지 하나의 프로토타입에

- 81 -

서 다음 프로토타입까지 추적할 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ신뢰성 개선은 시험한 프로토타입에 대해 타점으로 표현되고 빠르Weibull

게 방향을 파악하여 신뢰성 진전과정에 대한 양적 측면의 관리능력 향상을 그

래프로 확인할 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ컴포넌트를 고장 날 때까지 시험하는 것은 고장모드에 대한 아주 귀중한 정

보를 제공하고 따라서 시정조치 활동이 필요하다

ㆍㆍㆍㆍ많은 표본이 더 좋은 신뢰도를 얻을 수 있지만 분석은 많은 표본을Weibull

필요로 하지 않는다

ㆍㆍㆍㆍ고객의 운영 사용 사이클과 시험 모수의 관계가 알려져 있다면 더 빠르고( )

더 적은 비용으로 가속시험을 할 수도 있다

다 기본가정및제한다 기본가정및제한다 기본가정및제한다 기본가정및제한

ㆍㆍㆍㆍ각 분석에서 오직 하나의 고장모드만 포함되어야 한다 두 개나 그 이상의

고장 모드가 검출된다면 각각에 대해 분리하여 분석해야 한다

ㆍㆍㆍㆍ신뢰도는 시험 제한 한계 로 인해 년 마일까지 확장하여 외삽하면 안( ) 10 150K

된다 왜냐하면 시험 제한 한계 로 인해 다른 고장모드가 발생할 것인지 알 수 ( )

없기 때문이다

ㆍㆍㆍㆍ하나의 프로토타입에서 다음 프로토타입까지 기울기가 변하는 데는 특별히

주의를 하여야 한다 왜냐하면 초기 후기 수명에서 더 높은 신뢰도와 후기 초 ( ) (

기 수명에서 더 낮은 신뢰도의 할 수 도 있기 때문이다) trade-off

라 적용시기라 적용시기라 적용시기라 적용시기

ㆍㆍㆍㆍ수명의 비교는 엔지니어링 사양 이 특정한(Specification) 을 요구할 경

우 사용된다

ㆍㆍㆍㆍ이러한 접근방법은 고장시간 등 에 대하여 동일한 부품의(Cycle Km )

- 82 -

다른 시점에서의 프로토타입을 비교할 때 사용한다

ㆍㆍㆍㆍ신뢰성 목표가 달성될 때까지 계속한다

마 입력자료마 입력자료마 입력자료마 입력자료

ㆍㆍㆍㆍ프로토타입 의 몇 개 표본의 고장시간 등1 (Cycle Km )

ㆍㆍㆍㆍ프로토타입 의 몇 개 표본의 고장시간 등2 (Cycle Km )

⦙

ㆍㆍㆍㆍ마지막 프로토타입의 몇 개 표본의 고장시간 등(Cycle Km )

분석프로세스는 그림 과 같다[ 83]

프로세스프로세스프로세스프로세스 일반적 단계일반적 단계일반적 단계일반적 단계

Ⅰ 요구

또는 수명 결정

프로그램 신뢰성 목표 사용

고객의 운영 사용 프로파일 사용( )

시험 프로그램 적정시간 사용

Ⅱ 시험 프로그램 자료정보

확인과 데이터 수집초기 부품의 프로토타입

후기 부품의 프로토타입

Ⅲ 다른 프로토타입에 대한

누적고장 시간 또는 vs

거리 계산 및 타점

분석이 가능한 사용Weibull SW

가능한 가속수명시험 사용

Ⅳ 프로젝트 검토 시

현재 신뢰성 수준신뢰성 목표 적합성 결정

초기 경고 관련 정보 제공

개선을 위한 계획 정보 제공

그림 프로세스별 단계[ 83]

- 83 -

제 절 신뢰성성장 데이터분석제 절 신뢰성성장 데이터분석제 절 신뢰성성장 데이터분석제 절 신뢰성성장 데이터분석2222

초기 프로토타입 으로 부터 개의 표본을 정상하중 으(Prototype1) 6 (Nominal load)

로 고장 날 때까지 시험하고 고장모드를 기록하였다 여러 개선작업을 거친 후 후

기 프로토타입 으로부터 개의 표본을 고장 날 때까지 시험하고 고장모(Prototype2) 6

드를 기록하였다 시험 데이터는 표 에 주어져 있다 [ 81]

에 고장데이터를 입력하고 각 프로토타입 단계별로 용지에 결과MINITAB Weibull

를 타점한 결과 그림 와 같은 성장곡선이 생성되었다 [ 84] Weibull

정상하중 에서 의 평균수명 추정치는 이(Nominal load) Prototype1 127366Cycle

고 의 평균수명 추정치는 로서 의 개선을 이루었 Prototype2 176882 Cycle 389

음을 알 수 있었다 수명은 은 이었으나Prototype1 112668 Cycle Prototype2

의 수명은 로서 상당한 개선이 이루어졌음을 볼 수 있다168620 Cycle 수

명에 대한 신뢰하한은 로 추정되었다 따라서 정상부하에 의한95 162926 Cycle

시험데이터분석 결과 개선활동 재료배합개선 형상설계개선 공정개선 에 의하여 ( )

내구성 목표가 달성되었음을 알 수 있다

그림 는 에서의 신뢰구간을 보여주고 있다[ 85] Nominal load 90

최대하중 에서는 표 의 데이터 입력결과 그림 의 그래프를(Max load) [ 82] [ 86]

생성하였다 그래프로 부터 추정된 의 Prototype1 수명은 이고16362Cycle

의Prototype2 수명은 이다21850 Cycle 수명에 대한 신뢰하한추정치95

는 으로부터 로 계산된다MINITAB 20983 Cycle

의 수명과 의 수명이 다른 것은 개선 활동의 결과이Prototype1 Prototype2

- 84 -

며 에서 개선목표가 달성되었음을 알 수 있다 Prototype2

표 하중 고장시간[ 81] Nominal (Cycle)

Weibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth Curve

(Nominal Load)(Nominal Load)(Nominal Load)(Nominal Load)

그림 성장곡선[ 84] Weibull (Nominal load data)

- 85 -

Weibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth Curve

(Nominal Load-90 Cl)(Nominal Load-90 Cl)(Nominal Load-90 Cl)(Nominal Load-90 Cl)

그림 신뢰구간[ 85] Nominal Load90

- 86 -

표 하중 고장시간[ 82] Max (Cycle)

Weibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth Curve

(MaxLoad)(MaxLoad)(MaxLoad)(MaxLoad)

그림 성장곡선[ 86] Weibull (Max load data)

- 87 -

제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론9999

본 연구는 자동차현가장치인 고무부싱 의 신뢰성향상을 위한 기(Rubber bushing)

술개발과제이다 에나 인더스트리는 수출전문기업으로서 주요 경쟁사에 비해 고성

능 고내구성의 제품을 짧은 기간 내에 개발할 수 있는 능력을 갖추어야 해외 시장

에서 경쟁력을 가질 수 있다

본 연구개발에서는 수요기업에서 요구하는 GMUTS(General Motors Uniform

의 사양에 따른 시험을 실행하여 내구성을 목표 사이클 이상으Test Specification)

로 개선하고 정특성과 동특성 비틀림 토크를 개선항목으로 선정하여 제품의 품질

및 신뢰성 향상을 진행하였다

수요기업의 요구 수준에 의하면 내구성은 와 Tension Compress Alternating

가 동시에 일 때 일 때Torsion Stress Maximum Load 20000 Cycle Normal Load

을 요구한다 본 프로젝트의 경우 해외의 부품메이커들에 대한 경쟁150000 Cycle

력 우위를 확보하기 위하여 기본 요구 수준을 넘어 향상된 제품신뢰성을5~10

확보를 목표로 하였다 내구성 정특성 및 동특성에 대한 시험은 직접 행하였고 비

틀림토크에 대한 부분은 추가적인 시험장치가 필요하여 수요기업의 실험실에 샘플

을 제출하여 요구수준을 검증받았다

본 연구개발의 성과를 요약하면 다음과 같다

우선 기술적 효과로는

설계기술의 확보(1)

재료배합설계 형상설계 공정설계에 대한 기술을 확보하여 내구성을 비롯한 품

질특성을 향상시킬 수 있었다 종래에는 설계 개발 생산프로세스에서 경험적 방법

에 의존하여 시행착오가 많았으나 본 연구를 통하여 과학적이고 체계적인 방법으

로 접근할 수 있는 기술이 확보되었다

설계 요소의 기술적 배치를 위한 실험계획법의 활용기술 확보(2)

- 88 -

종전에는 고무 배합설계 형상설계 공정설계에 대하여 설계요인 별 수 (Facter)

준 을 무작위로 추출하여 실험하였으나 본 실험계획의 과정을 따르면 요인들(Level)

이 계획적으로 반영되어 품질특성에 각각 어느 정도의 영향을 미치는지 분석이 가

능하게 된다 또한 다구찌에 의한 강건 설계의 생성으로 산포를 줄일 수 있다

잠재적 고장원인 분석방법 기술 확보(3)

제품기능에 대한 잠재적 고장모드의 예측과 시험항목을 판단하고 최종적으로는 설

계검증 과 공정검증 의 세부항목과 효과적(Design verification) (Process verification)

으로 연계가 가능하다

신뢰성 데이터분석기술 확보(4)

부품의 개발과정에서 몇 개의 표본에 대한 고장시간 데이터가 있을 때 Weibull

분포를 활용한 신뢰성 성장분석이 가능하게 되었다 개발프로그램이 운영되는 동안

신뢰성 수준의 변화를 추적할 수 있어 목표하는 신뢰성 수준을 달성하기 위하여 충

분한 비율로 성장하고 있는지의 여부를 가능한 빠른 시간 내에 판단할 수 있고 그

에 따라 필요한 자원을 적절히 배분할 수 있다 따라서 개발책임자는 시험데이터로

부터 현재 시스템의 신뢰성 수준 성장률의 평가 앞으로 기대되는 달성 가능한 수

준에 대한 결정이 가능하다

경제적 측면의 효과로는

제품에 대한 내구성 및 동특성 정특성에 대하여 요구사양 이상으로 특성관리(1)

를 행할 수 있어 해외 부품메이커들에 대한 경쟁력 우위로 수출력을 향상할 수 있

게 되었다

개발기간을 단축할 수 있게 되어 개발비의 절감을 가져올 수 있게 되었다(2)

재료배합 형상설계 및 공정설계에 대한 기술개발의 표준 정립으로 개발 기간의 단

축이 가능하게 되었다

본 과제 결과를 활용하여 다른 방진제품에 대한 신뢰성 관리로 수출(3)

- 89 -

시장을 개척하여 신규거래처를 확보할 예정이다 신뢰성 데이터의 관리가 이루어져

제품수명에 대한 설득력 있는 자료의 제시가 가능하게 되었다

향후 연구계획으로는

고무부싱부품의 특성상 내구성만의 개선이 최선이 아니고 정특성과 동특성을 일

정수준으로 동시에 고려하여야 한다 따라서 이 부분에 대한 동시적인 실험설계가

시스템화 되도록 추가적인 연구가 요구된다

- 90 -

참고문헌참고문헌참고문헌참고문헌[ ][ ][ ][ ]

고정 이상규 권수호 노태성 정원 박창규 김명수 신뢰성성장프로그램 수[1]

원대 신뢰성혁신센터 2005

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김완두 김완수 방진고무부품의 유한요소해석 및 수명예측기술 고무기술[3] ldquo rdquo

Vol5 No1 2004

미니탭사업팀 새 실무완성 이레테크[4] Minitab 2004

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[6] Gil-Negrete N Vinolas J and Kari L A Simplified methodology to

predict the dynamic stiffness of carbon-black filled rubber isolators using

a finite element code Journal of sound and Vibration Vol296 2006

[7] Kim J-H and Jeong H-Y A Study on the material properties and

fatigue life of natural rubber with different carbon blacks International

Journal of Fatigue Vol27 2005

[8] McLean R A and Anderson V I Extreme Vertices Design of Mixture

Experiments Technometrics Vol8 No3 1966

- 96 -

주 의

이 보고서는 산업자원부에서 시행한 부품소재종합기술지원사업의 최1

종보고서이다

이 신뢰성기반기술확산사업 내용을 대외적으로 발표할 때에는 반드시2

산업자원부에서 시행한 부품소재신뢰성기반기술 사업의 지원결과임을

밝혀야 한다

- 97 -

이 보고서는 산업자원부에서 시행한

부품소재 신뢰성기반기술확산사업의 최종보고서이다

- 79 -

설계검증시험을 준비한다⑤

신뢰성 성장시험의 주된 목적은 설계상의 약점을 확인하고 제거함으로써 설계의

신뢰성을 증가시키는 것이다 정확하게 신뢰성 수준이 변화되는 진행상황을 추적하

기 위해서는 요구사항에 대한 불합치성 을 확인하고 불합치성이(Nonconformance)

일어난 시간을 모두 추적하여야 한다 시험을 시작하기 전에 적절한 시정조치를 용

이하게 하기 위해 사전계획이 수립되어야 하며 고장분포를 결정하기 전에 각각의

고장부품에 대한 고장원인을 분리할 수 있어야 한다

부품의 개발과정에서 몇 개의 표본에 대한 고장시간 데이터가 있을 때 Weibull

분포를 활용한 신뢰성 성장분석에 대하여 설명하면 다음과 같다

가 분석의 개요가 분석의 개요가 분석의 개요가 분석의 개요

밀도함수는 그림 와 같이 특성 수명과 기울기로 고장시간Weibull [ 82] (Cycle

을 설명한다 작은 표본에 대한 고장시간 데이터가 주어졌을 때 분석Km) Weibull

을 사용하여 세 가지의 정보를 얻을 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ특정 시간이 주어졌을 때 등 부품의 신뢰도는 그 시간까지 살아 있(Cycle Km )

을 백분율이다

ㆍㆍㆍㆍ 또는 다른( 수명을 추정할 수 있다) 수명은 부품들 중 가 고장10

날 것이라고 기대되는 시간이다 즉 이 시간에서의 신뢰도는 이다 90

ㆍㆍㆍㆍ 기울기의 값은 고장률 패턴에 대한 정보를 제공해준다 기울기가Weibull 10

이라면 고장률이 일정하다는 것을 의미한다 이 경우 고장은 일반적으로 우연히

일어나며 고장률은 설계의 강건 정도에 따라 달라진다 기울기가 보다 작다면 1

고장률은 감소하고 있음을 의미한다

- 80 -

즉 높은 초기 고장률 을 말한다 기울기가 보다 크면 고장률은 증 (Infant mortality) 1

가하고 이는 마모 되고 있음을 의미한다(Wear-out)

그림 에 의한 부품의 신뢰성성장분석[ 82] Weibull 수명 비교

가장 많이 활용되는 측도는 수명이며 이것은 요구되는 목표 신뢰도가 임 90

을 의미한다 첫 번째 프로토타입이 고장 난다면 신뢰성 목표 달성을 위해 설계 변

경을 행하고 다음 프로토타입을 시험한다 이 과정은 목표 수명이 달성될 때까

지 반복한다

나 의이점나 의이점나 의이점나 의이점WeibullWeibullWeibullWeibull

부품의 개발과정에서 작은 표본에 대한 고장시간 자료가 주어졌을 때 Weibull

분석을 활용하여 신뢰성성장관리를 행하면 다음의 정보를 얻을 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ신뢰성 개선은 목표 수명이 달성될 때까지 하나의 프로토타입에

- 81 -

서 다음 프로토타입까지 추적할 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ신뢰성 개선은 시험한 프로토타입에 대해 타점으로 표현되고 빠르Weibull

게 방향을 파악하여 신뢰성 진전과정에 대한 양적 측면의 관리능력 향상을 그

래프로 확인할 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ컴포넌트를 고장 날 때까지 시험하는 것은 고장모드에 대한 아주 귀중한 정

보를 제공하고 따라서 시정조치 활동이 필요하다

ㆍㆍㆍㆍ많은 표본이 더 좋은 신뢰도를 얻을 수 있지만 분석은 많은 표본을Weibull

필요로 하지 않는다

ㆍㆍㆍㆍ고객의 운영 사용 사이클과 시험 모수의 관계가 알려져 있다면 더 빠르고( )

더 적은 비용으로 가속시험을 할 수도 있다

다 기본가정및제한다 기본가정및제한다 기본가정및제한다 기본가정및제한

ㆍㆍㆍㆍ각 분석에서 오직 하나의 고장모드만 포함되어야 한다 두 개나 그 이상의

고장 모드가 검출된다면 각각에 대해 분리하여 분석해야 한다

ㆍㆍㆍㆍ신뢰도는 시험 제한 한계 로 인해 년 마일까지 확장하여 외삽하면 안( ) 10 150K

된다 왜냐하면 시험 제한 한계 로 인해 다른 고장모드가 발생할 것인지 알 수 ( )

없기 때문이다

ㆍㆍㆍㆍ하나의 프로토타입에서 다음 프로토타입까지 기울기가 변하는 데는 특별히

주의를 하여야 한다 왜냐하면 초기 후기 수명에서 더 높은 신뢰도와 후기 초 ( ) (

기 수명에서 더 낮은 신뢰도의 할 수 도 있기 때문이다) trade-off

라 적용시기라 적용시기라 적용시기라 적용시기

ㆍㆍㆍㆍ수명의 비교는 엔지니어링 사양 이 특정한(Specification) 을 요구할 경

우 사용된다

ㆍㆍㆍㆍ이러한 접근방법은 고장시간 등 에 대하여 동일한 부품의(Cycle Km )

- 82 -

다른 시점에서의 프로토타입을 비교할 때 사용한다

ㆍㆍㆍㆍ신뢰성 목표가 달성될 때까지 계속한다

마 입력자료마 입력자료마 입력자료마 입력자료

ㆍㆍㆍㆍ프로토타입 의 몇 개 표본의 고장시간 등1 (Cycle Km )

ㆍㆍㆍㆍ프로토타입 의 몇 개 표본의 고장시간 등2 (Cycle Km )

⦙

ㆍㆍㆍㆍ마지막 프로토타입의 몇 개 표본의 고장시간 등(Cycle Km )

분석프로세스는 그림 과 같다[ 83]

프로세스프로세스프로세스프로세스 일반적 단계일반적 단계일반적 단계일반적 단계

Ⅰ 요구

또는 수명 결정

프로그램 신뢰성 목표 사용

고객의 운영 사용 프로파일 사용( )

시험 프로그램 적정시간 사용

Ⅱ 시험 프로그램 자료정보

확인과 데이터 수집초기 부품의 프로토타입

후기 부품의 프로토타입

Ⅲ 다른 프로토타입에 대한

누적고장 시간 또는 vs

거리 계산 및 타점

분석이 가능한 사용Weibull SW

가능한 가속수명시험 사용

Ⅳ 프로젝트 검토 시

현재 신뢰성 수준신뢰성 목표 적합성 결정

초기 경고 관련 정보 제공

개선을 위한 계획 정보 제공

그림 프로세스별 단계[ 83]

- 83 -

제 절 신뢰성성장 데이터분석제 절 신뢰성성장 데이터분석제 절 신뢰성성장 데이터분석제 절 신뢰성성장 데이터분석2222

초기 프로토타입 으로 부터 개의 표본을 정상하중 으(Prototype1) 6 (Nominal load)

로 고장 날 때까지 시험하고 고장모드를 기록하였다 여러 개선작업을 거친 후 후

기 프로토타입 으로부터 개의 표본을 고장 날 때까지 시험하고 고장모(Prototype2) 6

드를 기록하였다 시험 데이터는 표 에 주어져 있다 [ 81]

에 고장데이터를 입력하고 각 프로토타입 단계별로 용지에 결과MINITAB Weibull

를 타점한 결과 그림 와 같은 성장곡선이 생성되었다 [ 84] Weibull

정상하중 에서 의 평균수명 추정치는 이(Nominal load) Prototype1 127366Cycle

고 의 평균수명 추정치는 로서 의 개선을 이루었 Prototype2 176882 Cycle 389

음을 알 수 있었다 수명은 은 이었으나Prototype1 112668 Cycle Prototype2

의 수명은 로서 상당한 개선이 이루어졌음을 볼 수 있다168620 Cycle 수

명에 대한 신뢰하한은 로 추정되었다 따라서 정상부하에 의한95 162926 Cycle

시험데이터분석 결과 개선활동 재료배합개선 형상설계개선 공정개선 에 의하여 ( )

내구성 목표가 달성되었음을 알 수 있다

그림 는 에서의 신뢰구간을 보여주고 있다[ 85] Nominal load 90

최대하중 에서는 표 의 데이터 입력결과 그림 의 그래프를(Max load) [ 82] [ 86]

생성하였다 그래프로 부터 추정된 의 Prototype1 수명은 이고16362Cycle

의Prototype2 수명은 이다21850 Cycle 수명에 대한 신뢰하한추정치95

는 으로부터 로 계산된다MINITAB 20983 Cycle

의 수명과 의 수명이 다른 것은 개선 활동의 결과이Prototype1 Prototype2

- 84 -

며 에서 개선목표가 달성되었음을 알 수 있다 Prototype2

표 하중 고장시간[ 81] Nominal (Cycle)

Weibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth Curve

(Nominal Load)(Nominal Load)(Nominal Load)(Nominal Load)

그림 성장곡선[ 84] Weibull (Nominal load data)

- 85 -

Weibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth Curve

(Nominal Load-90 Cl)(Nominal Load-90 Cl)(Nominal Load-90 Cl)(Nominal Load-90 Cl)

그림 신뢰구간[ 85] Nominal Load90

- 86 -

표 하중 고장시간[ 82] Max (Cycle)

Weibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth Curve

(MaxLoad)(MaxLoad)(MaxLoad)(MaxLoad)

그림 성장곡선[ 86] Weibull (Max load data)

- 87 -

제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론9999

본 연구는 자동차현가장치인 고무부싱 의 신뢰성향상을 위한 기(Rubber bushing)

술개발과제이다 에나 인더스트리는 수출전문기업으로서 주요 경쟁사에 비해 고성

능 고내구성의 제품을 짧은 기간 내에 개발할 수 있는 능력을 갖추어야 해외 시장

에서 경쟁력을 가질 수 있다

본 연구개발에서는 수요기업에서 요구하는 GMUTS(General Motors Uniform

의 사양에 따른 시험을 실행하여 내구성을 목표 사이클 이상으Test Specification)

로 개선하고 정특성과 동특성 비틀림 토크를 개선항목으로 선정하여 제품의 품질

및 신뢰성 향상을 진행하였다

수요기업의 요구 수준에 의하면 내구성은 와 Tension Compress Alternating

가 동시에 일 때 일 때Torsion Stress Maximum Load 20000 Cycle Normal Load

을 요구한다 본 프로젝트의 경우 해외의 부품메이커들에 대한 경쟁150000 Cycle

력 우위를 확보하기 위하여 기본 요구 수준을 넘어 향상된 제품신뢰성을5~10

확보를 목표로 하였다 내구성 정특성 및 동특성에 대한 시험은 직접 행하였고 비

틀림토크에 대한 부분은 추가적인 시험장치가 필요하여 수요기업의 실험실에 샘플

을 제출하여 요구수준을 검증받았다

본 연구개발의 성과를 요약하면 다음과 같다

우선 기술적 효과로는

설계기술의 확보(1)

재료배합설계 형상설계 공정설계에 대한 기술을 확보하여 내구성을 비롯한 품

질특성을 향상시킬 수 있었다 종래에는 설계 개발 생산프로세스에서 경험적 방법

에 의존하여 시행착오가 많았으나 본 연구를 통하여 과학적이고 체계적인 방법으

로 접근할 수 있는 기술이 확보되었다

설계 요소의 기술적 배치를 위한 실험계획법의 활용기술 확보(2)

- 88 -

종전에는 고무 배합설계 형상설계 공정설계에 대하여 설계요인 별 수 (Facter)

준 을 무작위로 추출하여 실험하였으나 본 실험계획의 과정을 따르면 요인들(Level)

이 계획적으로 반영되어 품질특성에 각각 어느 정도의 영향을 미치는지 분석이 가

능하게 된다 또한 다구찌에 의한 강건 설계의 생성으로 산포를 줄일 수 있다

잠재적 고장원인 분석방법 기술 확보(3)

제품기능에 대한 잠재적 고장모드의 예측과 시험항목을 판단하고 최종적으로는 설

계검증 과 공정검증 의 세부항목과 효과적(Design verification) (Process verification)

으로 연계가 가능하다

신뢰성 데이터분석기술 확보(4)

부품의 개발과정에서 몇 개의 표본에 대한 고장시간 데이터가 있을 때 Weibull

분포를 활용한 신뢰성 성장분석이 가능하게 되었다 개발프로그램이 운영되는 동안

신뢰성 수준의 변화를 추적할 수 있어 목표하는 신뢰성 수준을 달성하기 위하여 충

분한 비율로 성장하고 있는지의 여부를 가능한 빠른 시간 내에 판단할 수 있고 그

에 따라 필요한 자원을 적절히 배분할 수 있다 따라서 개발책임자는 시험데이터로

부터 현재 시스템의 신뢰성 수준 성장률의 평가 앞으로 기대되는 달성 가능한 수

준에 대한 결정이 가능하다

경제적 측면의 효과로는

제품에 대한 내구성 및 동특성 정특성에 대하여 요구사양 이상으로 특성관리(1)

를 행할 수 있어 해외 부품메이커들에 대한 경쟁력 우위로 수출력을 향상할 수 있

게 되었다

개발기간을 단축할 수 있게 되어 개발비의 절감을 가져올 수 있게 되었다(2)

재료배합 형상설계 및 공정설계에 대한 기술개발의 표준 정립으로 개발 기간의 단

축이 가능하게 되었다

본 과제 결과를 활용하여 다른 방진제품에 대한 신뢰성 관리로 수출(3)

- 89 -

시장을 개척하여 신규거래처를 확보할 예정이다 신뢰성 데이터의 관리가 이루어져

제품수명에 대한 설득력 있는 자료의 제시가 가능하게 되었다

향후 연구계획으로는

고무부싱부품의 특성상 내구성만의 개선이 최선이 아니고 정특성과 동특성을 일

정수준으로 동시에 고려하여야 한다 따라서 이 부분에 대한 동시적인 실험설계가

시스템화 되도록 추가적인 연구가 요구된다

- 90 -

참고문헌참고문헌참고문헌참고문헌[ ][ ][ ][ ]

고정 이상규 권수호 노태성 정원 박창규 김명수 신뢰성성장프로그램 수[1]

원대 신뢰성혁신센터 2005

김명웅 고무공업화학 선진문화사[2] 2006

김완두 김완수 방진고무부품의 유한요소해석 및 수명예측기술 고무기술[3] ldquo rdquo

Vol5 No1 2004

미니탭사업팀 새 실무완성 이레테크[4] Minitab 2004

박성현 실험계획법 민영사[5] 2003

[6] Gil-Negrete N Vinolas J and Kari L A Simplified methodology to

predict the dynamic stiffness of carbon-black filled rubber isolators using

a finite element code Journal of sound and Vibration Vol296 2006

[7] Kim J-H and Jeong H-Y A Study on the material properties and

fatigue life of natural rubber with different carbon blacks International

Journal of Fatigue Vol27 2005

[8] McLean R A and Anderson V I Extreme Vertices Design of Mixture

Experiments Technometrics Vol8 No3 1966

- 96 -

주 의

이 보고서는 산업자원부에서 시행한 부품소재종합기술지원사업의 최1

종보고서이다

이 신뢰성기반기술확산사업 내용을 대외적으로 발표할 때에는 반드시2

산업자원부에서 시행한 부품소재신뢰성기반기술 사업의 지원결과임을

밝혀야 한다

- 97 -

이 보고서는 산업자원부에서 시행한

부품소재 신뢰성기반기술확산사업의 최종보고서이다

- 80 -

즉 높은 초기 고장률 을 말한다 기울기가 보다 크면 고장률은 증 (Infant mortality) 1

가하고 이는 마모 되고 있음을 의미한다(Wear-out)

그림 에 의한 부품의 신뢰성성장분석[ 82] Weibull 수명 비교

가장 많이 활용되는 측도는 수명이며 이것은 요구되는 목표 신뢰도가 임 90

을 의미한다 첫 번째 프로토타입이 고장 난다면 신뢰성 목표 달성을 위해 설계 변

경을 행하고 다음 프로토타입을 시험한다 이 과정은 목표 수명이 달성될 때까

지 반복한다

나 의이점나 의이점나 의이점나 의이점WeibullWeibullWeibullWeibull

부품의 개발과정에서 작은 표본에 대한 고장시간 자료가 주어졌을 때 Weibull

분석을 활용하여 신뢰성성장관리를 행하면 다음의 정보를 얻을 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ신뢰성 개선은 목표 수명이 달성될 때까지 하나의 프로토타입에

- 81 -

서 다음 프로토타입까지 추적할 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ신뢰성 개선은 시험한 프로토타입에 대해 타점으로 표현되고 빠르Weibull

게 방향을 파악하여 신뢰성 진전과정에 대한 양적 측면의 관리능력 향상을 그

래프로 확인할 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ컴포넌트를 고장 날 때까지 시험하는 것은 고장모드에 대한 아주 귀중한 정

보를 제공하고 따라서 시정조치 활동이 필요하다

ㆍㆍㆍㆍ많은 표본이 더 좋은 신뢰도를 얻을 수 있지만 분석은 많은 표본을Weibull

필요로 하지 않는다

ㆍㆍㆍㆍ고객의 운영 사용 사이클과 시험 모수의 관계가 알려져 있다면 더 빠르고( )

더 적은 비용으로 가속시험을 할 수도 있다

다 기본가정및제한다 기본가정및제한다 기본가정및제한다 기본가정및제한

ㆍㆍㆍㆍ각 분석에서 오직 하나의 고장모드만 포함되어야 한다 두 개나 그 이상의

고장 모드가 검출된다면 각각에 대해 분리하여 분석해야 한다

ㆍㆍㆍㆍ신뢰도는 시험 제한 한계 로 인해 년 마일까지 확장하여 외삽하면 안( ) 10 150K

된다 왜냐하면 시험 제한 한계 로 인해 다른 고장모드가 발생할 것인지 알 수 ( )

없기 때문이다

ㆍㆍㆍㆍ하나의 프로토타입에서 다음 프로토타입까지 기울기가 변하는 데는 특별히

주의를 하여야 한다 왜냐하면 초기 후기 수명에서 더 높은 신뢰도와 후기 초 ( ) (

기 수명에서 더 낮은 신뢰도의 할 수 도 있기 때문이다) trade-off

라 적용시기라 적용시기라 적용시기라 적용시기

ㆍㆍㆍㆍ수명의 비교는 엔지니어링 사양 이 특정한(Specification) 을 요구할 경

우 사용된다

ㆍㆍㆍㆍ이러한 접근방법은 고장시간 등 에 대하여 동일한 부품의(Cycle Km )

- 82 -

다른 시점에서의 프로토타입을 비교할 때 사용한다

ㆍㆍㆍㆍ신뢰성 목표가 달성될 때까지 계속한다

마 입력자료마 입력자료마 입력자료마 입력자료

ㆍㆍㆍㆍ프로토타입 의 몇 개 표본의 고장시간 등1 (Cycle Km )

ㆍㆍㆍㆍ프로토타입 의 몇 개 표본의 고장시간 등2 (Cycle Km )

⦙

ㆍㆍㆍㆍ마지막 프로토타입의 몇 개 표본의 고장시간 등(Cycle Km )

분석프로세스는 그림 과 같다[ 83]

프로세스프로세스프로세스프로세스 일반적 단계일반적 단계일반적 단계일반적 단계

Ⅰ 요구

또는 수명 결정

프로그램 신뢰성 목표 사용

고객의 운영 사용 프로파일 사용( )

시험 프로그램 적정시간 사용

Ⅱ 시험 프로그램 자료정보

확인과 데이터 수집초기 부품의 프로토타입

후기 부품의 프로토타입

Ⅲ 다른 프로토타입에 대한

누적고장 시간 또는 vs

거리 계산 및 타점

분석이 가능한 사용Weibull SW

가능한 가속수명시험 사용

Ⅳ 프로젝트 검토 시

현재 신뢰성 수준신뢰성 목표 적합성 결정

초기 경고 관련 정보 제공

개선을 위한 계획 정보 제공

그림 프로세스별 단계[ 83]

- 83 -

제 절 신뢰성성장 데이터분석제 절 신뢰성성장 데이터분석제 절 신뢰성성장 데이터분석제 절 신뢰성성장 데이터분석2222

초기 프로토타입 으로 부터 개의 표본을 정상하중 으(Prototype1) 6 (Nominal load)

로 고장 날 때까지 시험하고 고장모드를 기록하였다 여러 개선작업을 거친 후 후

기 프로토타입 으로부터 개의 표본을 고장 날 때까지 시험하고 고장모(Prototype2) 6

드를 기록하였다 시험 데이터는 표 에 주어져 있다 [ 81]

에 고장데이터를 입력하고 각 프로토타입 단계별로 용지에 결과MINITAB Weibull

를 타점한 결과 그림 와 같은 성장곡선이 생성되었다 [ 84] Weibull

정상하중 에서 의 평균수명 추정치는 이(Nominal load) Prototype1 127366Cycle

고 의 평균수명 추정치는 로서 의 개선을 이루었 Prototype2 176882 Cycle 389

음을 알 수 있었다 수명은 은 이었으나Prototype1 112668 Cycle Prototype2

의 수명은 로서 상당한 개선이 이루어졌음을 볼 수 있다168620 Cycle 수

명에 대한 신뢰하한은 로 추정되었다 따라서 정상부하에 의한95 162926 Cycle

시험데이터분석 결과 개선활동 재료배합개선 형상설계개선 공정개선 에 의하여 ( )

내구성 목표가 달성되었음을 알 수 있다

그림 는 에서의 신뢰구간을 보여주고 있다[ 85] Nominal load 90

최대하중 에서는 표 의 데이터 입력결과 그림 의 그래프를(Max load) [ 82] [ 86]

생성하였다 그래프로 부터 추정된 의 Prototype1 수명은 이고16362Cycle

의Prototype2 수명은 이다21850 Cycle 수명에 대한 신뢰하한추정치95

는 으로부터 로 계산된다MINITAB 20983 Cycle

의 수명과 의 수명이 다른 것은 개선 활동의 결과이Prototype1 Prototype2

- 84 -

며 에서 개선목표가 달성되었음을 알 수 있다 Prototype2

표 하중 고장시간[ 81] Nominal (Cycle)

Weibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth Curve

(Nominal Load)(Nominal Load)(Nominal Load)(Nominal Load)

그림 성장곡선[ 84] Weibull (Nominal load data)

- 85 -

Weibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth Curve

(Nominal Load-90 Cl)(Nominal Load-90 Cl)(Nominal Load-90 Cl)(Nominal Load-90 Cl)

그림 신뢰구간[ 85] Nominal Load90

- 86 -

표 하중 고장시간[ 82] Max (Cycle)

Weibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth Curve

(MaxLoad)(MaxLoad)(MaxLoad)(MaxLoad)

그림 성장곡선[ 86] Weibull (Max load data)

- 87 -

제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론9999

본 연구는 자동차현가장치인 고무부싱 의 신뢰성향상을 위한 기(Rubber bushing)

술개발과제이다 에나 인더스트리는 수출전문기업으로서 주요 경쟁사에 비해 고성

능 고내구성의 제품을 짧은 기간 내에 개발할 수 있는 능력을 갖추어야 해외 시장

에서 경쟁력을 가질 수 있다

본 연구개발에서는 수요기업에서 요구하는 GMUTS(General Motors Uniform

의 사양에 따른 시험을 실행하여 내구성을 목표 사이클 이상으Test Specification)

로 개선하고 정특성과 동특성 비틀림 토크를 개선항목으로 선정하여 제품의 품질

및 신뢰성 향상을 진행하였다

수요기업의 요구 수준에 의하면 내구성은 와 Tension Compress Alternating

가 동시에 일 때 일 때Torsion Stress Maximum Load 20000 Cycle Normal Load

을 요구한다 본 프로젝트의 경우 해외의 부품메이커들에 대한 경쟁150000 Cycle

력 우위를 확보하기 위하여 기본 요구 수준을 넘어 향상된 제품신뢰성을5~10

확보를 목표로 하였다 내구성 정특성 및 동특성에 대한 시험은 직접 행하였고 비

틀림토크에 대한 부분은 추가적인 시험장치가 필요하여 수요기업의 실험실에 샘플

을 제출하여 요구수준을 검증받았다

본 연구개발의 성과를 요약하면 다음과 같다

우선 기술적 효과로는

설계기술의 확보(1)

재료배합설계 형상설계 공정설계에 대한 기술을 확보하여 내구성을 비롯한 품

질특성을 향상시킬 수 있었다 종래에는 설계 개발 생산프로세스에서 경험적 방법

에 의존하여 시행착오가 많았으나 본 연구를 통하여 과학적이고 체계적인 방법으

로 접근할 수 있는 기술이 확보되었다

설계 요소의 기술적 배치를 위한 실험계획법의 활용기술 확보(2)

- 88 -

종전에는 고무 배합설계 형상설계 공정설계에 대하여 설계요인 별 수 (Facter)

준 을 무작위로 추출하여 실험하였으나 본 실험계획의 과정을 따르면 요인들(Level)

이 계획적으로 반영되어 품질특성에 각각 어느 정도의 영향을 미치는지 분석이 가

능하게 된다 또한 다구찌에 의한 강건 설계의 생성으로 산포를 줄일 수 있다

잠재적 고장원인 분석방법 기술 확보(3)

제품기능에 대한 잠재적 고장모드의 예측과 시험항목을 판단하고 최종적으로는 설

계검증 과 공정검증 의 세부항목과 효과적(Design verification) (Process verification)

으로 연계가 가능하다

신뢰성 데이터분석기술 확보(4)

부품의 개발과정에서 몇 개의 표본에 대한 고장시간 데이터가 있을 때 Weibull

분포를 활용한 신뢰성 성장분석이 가능하게 되었다 개발프로그램이 운영되는 동안

신뢰성 수준의 변화를 추적할 수 있어 목표하는 신뢰성 수준을 달성하기 위하여 충

분한 비율로 성장하고 있는지의 여부를 가능한 빠른 시간 내에 판단할 수 있고 그

에 따라 필요한 자원을 적절히 배분할 수 있다 따라서 개발책임자는 시험데이터로

부터 현재 시스템의 신뢰성 수준 성장률의 평가 앞으로 기대되는 달성 가능한 수

준에 대한 결정이 가능하다

경제적 측면의 효과로는

제품에 대한 내구성 및 동특성 정특성에 대하여 요구사양 이상으로 특성관리(1)

를 행할 수 있어 해외 부품메이커들에 대한 경쟁력 우위로 수출력을 향상할 수 있

게 되었다

개발기간을 단축할 수 있게 되어 개발비의 절감을 가져올 수 있게 되었다(2)

재료배합 형상설계 및 공정설계에 대한 기술개발의 표준 정립으로 개발 기간의 단

축이 가능하게 되었다

본 과제 결과를 활용하여 다른 방진제품에 대한 신뢰성 관리로 수출(3)

- 89 -

시장을 개척하여 신규거래처를 확보할 예정이다 신뢰성 데이터의 관리가 이루어져

제품수명에 대한 설득력 있는 자료의 제시가 가능하게 되었다

향후 연구계획으로는

고무부싱부품의 특성상 내구성만의 개선이 최선이 아니고 정특성과 동특성을 일

정수준으로 동시에 고려하여야 한다 따라서 이 부분에 대한 동시적인 실험설계가

시스템화 되도록 추가적인 연구가 요구된다

- 90 -

참고문헌참고문헌참고문헌참고문헌[ ][ ][ ][ ]

고정 이상규 권수호 노태성 정원 박창규 김명수 신뢰성성장프로그램 수[1]

원대 신뢰성혁신센터 2005

김명웅 고무공업화학 선진문화사[2] 2006

김완두 김완수 방진고무부품의 유한요소해석 및 수명예측기술 고무기술[3] ldquo rdquo

Vol5 No1 2004

미니탭사업팀 새 실무완성 이레테크[4] Minitab 2004

박성현 실험계획법 민영사[5] 2003

[6] Gil-Negrete N Vinolas J and Kari L A Simplified methodology to

predict the dynamic stiffness of carbon-black filled rubber isolators using

a finite element code Journal of sound and Vibration Vol296 2006

[7] Kim J-H and Jeong H-Y A Study on the material properties and

fatigue life of natural rubber with different carbon blacks International

Journal of Fatigue Vol27 2005

[8] McLean R A and Anderson V I Extreme Vertices Design of Mixture

Experiments Technometrics Vol8 No3 1966

- 96 -

주 의

이 보고서는 산업자원부에서 시행한 부품소재종합기술지원사업의 최1

종보고서이다

이 신뢰성기반기술확산사업 내용을 대외적으로 발표할 때에는 반드시2

산업자원부에서 시행한 부품소재신뢰성기반기술 사업의 지원결과임을

밝혀야 한다

- 97 -

이 보고서는 산업자원부에서 시행한

부품소재 신뢰성기반기술확산사업의 최종보고서이다

- 81 -

서 다음 프로토타입까지 추적할 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ신뢰성 개선은 시험한 프로토타입에 대해 타점으로 표현되고 빠르Weibull

게 방향을 파악하여 신뢰성 진전과정에 대한 양적 측면의 관리능력 향상을 그

래프로 확인할 수 있다

ㆍㆍㆍㆍ컴포넌트를 고장 날 때까지 시험하는 것은 고장모드에 대한 아주 귀중한 정

보를 제공하고 따라서 시정조치 활동이 필요하다

ㆍㆍㆍㆍ많은 표본이 더 좋은 신뢰도를 얻을 수 있지만 분석은 많은 표본을Weibull

필요로 하지 않는다

ㆍㆍㆍㆍ고객의 운영 사용 사이클과 시험 모수의 관계가 알려져 있다면 더 빠르고( )

더 적은 비용으로 가속시험을 할 수도 있다

다 기본가정및제한다 기본가정및제한다 기본가정및제한다 기본가정및제한

ㆍㆍㆍㆍ각 분석에서 오직 하나의 고장모드만 포함되어야 한다 두 개나 그 이상의

고장 모드가 검출된다면 각각에 대해 분리하여 분석해야 한다

ㆍㆍㆍㆍ신뢰도는 시험 제한 한계 로 인해 년 마일까지 확장하여 외삽하면 안( ) 10 150K

된다 왜냐하면 시험 제한 한계 로 인해 다른 고장모드가 발생할 것인지 알 수 ( )

없기 때문이다

ㆍㆍㆍㆍ하나의 프로토타입에서 다음 프로토타입까지 기울기가 변하는 데는 특별히

주의를 하여야 한다 왜냐하면 초기 후기 수명에서 더 높은 신뢰도와 후기 초 ( ) (

기 수명에서 더 낮은 신뢰도의 할 수 도 있기 때문이다) trade-off

라 적용시기라 적용시기라 적용시기라 적용시기

ㆍㆍㆍㆍ수명의 비교는 엔지니어링 사양 이 특정한(Specification) 을 요구할 경

우 사용된다

ㆍㆍㆍㆍ이러한 접근방법은 고장시간 등 에 대하여 동일한 부품의(Cycle Km )

- 82 -

다른 시점에서의 프로토타입을 비교할 때 사용한다

ㆍㆍㆍㆍ신뢰성 목표가 달성될 때까지 계속한다

마 입력자료마 입력자료마 입력자료마 입력자료

ㆍㆍㆍㆍ프로토타입 의 몇 개 표본의 고장시간 등1 (Cycle Km )

ㆍㆍㆍㆍ프로토타입 의 몇 개 표본의 고장시간 등2 (Cycle Km )

⦙

ㆍㆍㆍㆍ마지막 프로토타입의 몇 개 표본의 고장시간 등(Cycle Km )

분석프로세스는 그림 과 같다[ 83]

프로세스프로세스프로세스프로세스 일반적 단계일반적 단계일반적 단계일반적 단계

Ⅰ 요구

또는 수명 결정

프로그램 신뢰성 목표 사용

고객의 운영 사용 프로파일 사용( )

시험 프로그램 적정시간 사용

Ⅱ 시험 프로그램 자료정보

확인과 데이터 수집초기 부품의 프로토타입

후기 부품의 프로토타입

Ⅲ 다른 프로토타입에 대한

누적고장 시간 또는 vs

거리 계산 및 타점

분석이 가능한 사용Weibull SW

가능한 가속수명시험 사용

Ⅳ 프로젝트 검토 시

현재 신뢰성 수준신뢰성 목표 적합성 결정

초기 경고 관련 정보 제공

개선을 위한 계획 정보 제공

그림 프로세스별 단계[ 83]

- 83 -

제 절 신뢰성성장 데이터분석제 절 신뢰성성장 데이터분석제 절 신뢰성성장 데이터분석제 절 신뢰성성장 데이터분석2222

초기 프로토타입 으로 부터 개의 표본을 정상하중 으(Prototype1) 6 (Nominal load)

로 고장 날 때까지 시험하고 고장모드를 기록하였다 여러 개선작업을 거친 후 후

기 프로토타입 으로부터 개의 표본을 고장 날 때까지 시험하고 고장모(Prototype2) 6

드를 기록하였다 시험 데이터는 표 에 주어져 있다 [ 81]

에 고장데이터를 입력하고 각 프로토타입 단계별로 용지에 결과MINITAB Weibull

를 타점한 결과 그림 와 같은 성장곡선이 생성되었다 [ 84] Weibull

정상하중 에서 의 평균수명 추정치는 이(Nominal load) Prototype1 127366Cycle

고 의 평균수명 추정치는 로서 의 개선을 이루었 Prototype2 176882 Cycle 389

음을 알 수 있었다 수명은 은 이었으나Prototype1 112668 Cycle Prototype2

의 수명은 로서 상당한 개선이 이루어졌음을 볼 수 있다168620 Cycle 수

명에 대한 신뢰하한은 로 추정되었다 따라서 정상부하에 의한95 162926 Cycle

시험데이터분석 결과 개선활동 재료배합개선 형상설계개선 공정개선 에 의하여 ( )

내구성 목표가 달성되었음을 알 수 있다

그림 는 에서의 신뢰구간을 보여주고 있다[ 85] Nominal load 90

최대하중 에서는 표 의 데이터 입력결과 그림 의 그래프를(Max load) [ 82] [ 86]

생성하였다 그래프로 부터 추정된 의 Prototype1 수명은 이고16362Cycle

의Prototype2 수명은 이다21850 Cycle 수명에 대한 신뢰하한추정치95

는 으로부터 로 계산된다MINITAB 20983 Cycle

의 수명과 의 수명이 다른 것은 개선 활동의 결과이Prototype1 Prototype2

- 84 -

며 에서 개선목표가 달성되었음을 알 수 있다 Prototype2

표 하중 고장시간[ 81] Nominal (Cycle)

Weibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth Curve

(Nominal Load)(Nominal Load)(Nominal Load)(Nominal Load)

그림 성장곡선[ 84] Weibull (Nominal load data)

- 85 -

Weibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth Curve

(Nominal Load-90 Cl)(Nominal Load-90 Cl)(Nominal Load-90 Cl)(Nominal Load-90 Cl)

그림 신뢰구간[ 85] Nominal Load90

- 86 -

표 하중 고장시간[ 82] Max (Cycle)

Weibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth Curve

(MaxLoad)(MaxLoad)(MaxLoad)(MaxLoad)

그림 성장곡선[ 86] Weibull (Max load data)

- 87 -

제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론9999

본 연구는 자동차현가장치인 고무부싱 의 신뢰성향상을 위한 기(Rubber bushing)

술개발과제이다 에나 인더스트리는 수출전문기업으로서 주요 경쟁사에 비해 고성

능 고내구성의 제품을 짧은 기간 내에 개발할 수 있는 능력을 갖추어야 해외 시장

에서 경쟁력을 가질 수 있다

본 연구개발에서는 수요기업에서 요구하는 GMUTS(General Motors Uniform

의 사양에 따른 시험을 실행하여 내구성을 목표 사이클 이상으Test Specification)

로 개선하고 정특성과 동특성 비틀림 토크를 개선항목으로 선정하여 제품의 품질

및 신뢰성 향상을 진행하였다

수요기업의 요구 수준에 의하면 내구성은 와 Tension Compress Alternating

가 동시에 일 때 일 때Torsion Stress Maximum Load 20000 Cycle Normal Load

을 요구한다 본 프로젝트의 경우 해외의 부품메이커들에 대한 경쟁150000 Cycle

력 우위를 확보하기 위하여 기본 요구 수준을 넘어 향상된 제품신뢰성을5~10

확보를 목표로 하였다 내구성 정특성 및 동특성에 대한 시험은 직접 행하였고 비

틀림토크에 대한 부분은 추가적인 시험장치가 필요하여 수요기업의 실험실에 샘플

을 제출하여 요구수준을 검증받았다

본 연구개발의 성과를 요약하면 다음과 같다

우선 기술적 효과로는

설계기술의 확보(1)

재료배합설계 형상설계 공정설계에 대한 기술을 확보하여 내구성을 비롯한 품

질특성을 향상시킬 수 있었다 종래에는 설계 개발 생산프로세스에서 경험적 방법

에 의존하여 시행착오가 많았으나 본 연구를 통하여 과학적이고 체계적인 방법으

로 접근할 수 있는 기술이 확보되었다

설계 요소의 기술적 배치를 위한 실험계획법의 활용기술 확보(2)

- 88 -

종전에는 고무 배합설계 형상설계 공정설계에 대하여 설계요인 별 수 (Facter)

준 을 무작위로 추출하여 실험하였으나 본 실험계획의 과정을 따르면 요인들(Level)

이 계획적으로 반영되어 품질특성에 각각 어느 정도의 영향을 미치는지 분석이 가

능하게 된다 또한 다구찌에 의한 강건 설계의 생성으로 산포를 줄일 수 있다

잠재적 고장원인 분석방법 기술 확보(3)

제품기능에 대한 잠재적 고장모드의 예측과 시험항목을 판단하고 최종적으로는 설

계검증 과 공정검증 의 세부항목과 효과적(Design verification) (Process verification)

으로 연계가 가능하다

신뢰성 데이터분석기술 확보(4)

부품의 개발과정에서 몇 개의 표본에 대한 고장시간 데이터가 있을 때 Weibull

분포를 활용한 신뢰성 성장분석이 가능하게 되었다 개발프로그램이 운영되는 동안

신뢰성 수준의 변화를 추적할 수 있어 목표하는 신뢰성 수준을 달성하기 위하여 충

분한 비율로 성장하고 있는지의 여부를 가능한 빠른 시간 내에 판단할 수 있고 그

에 따라 필요한 자원을 적절히 배분할 수 있다 따라서 개발책임자는 시험데이터로

부터 현재 시스템의 신뢰성 수준 성장률의 평가 앞으로 기대되는 달성 가능한 수

준에 대한 결정이 가능하다

경제적 측면의 효과로는

제품에 대한 내구성 및 동특성 정특성에 대하여 요구사양 이상으로 특성관리(1)

를 행할 수 있어 해외 부품메이커들에 대한 경쟁력 우위로 수출력을 향상할 수 있

게 되었다

개발기간을 단축할 수 있게 되어 개발비의 절감을 가져올 수 있게 되었다(2)

재료배합 형상설계 및 공정설계에 대한 기술개발의 표준 정립으로 개발 기간의 단

축이 가능하게 되었다

본 과제 결과를 활용하여 다른 방진제품에 대한 신뢰성 관리로 수출(3)

- 89 -

시장을 개척하여 신규거래처를 확보할 예정이다 신뢰성 데이터의 관리가 이루어져

제품수명에 대한 설득력 있는 자료의 제시가 가능하게 되었다

향후 연구계획으로는

고무부싱부품의 특성상 내구성만의 개선이 최선이 아니고 정특성과 동특성을 일

정수준으로 동시에 고려하여야 한다 따라서 이 부분에 대한 동시적인 실험설계가

시스템화 되도록 추가적인 연구가 요구된다

- 90 -

참고문헌참고문헌참고문헌참고문헌[ ][ ][ ][ ]

고정 이상규 권수호 노태성 정원 박창규 김명수 신뢰성성장프로그램 수[1]

원대 신뢰성혁신센터 2005

김명웅 고무공업화학 선진문화사[2] 2006

김완두 김완수 방진고무부품의 유한요소해석 및 수명예측기술 고무기술[3] ldquo rdquo

Vol5 No1 2004

미니탭사업팀 새 실무완성 이레테크[4] Minitab 2004

박성현 실험계획법 민영사[5] 2003

[6] Gil-Negrete N Vinolas J and Kari L A Simplified methodology to

predict the dynamic stiffness of carbon-black filled rubber isolators using

a finite element code Journal of sound and Vibration Vol296 2006

[7] Kim J-H and Jeong H-Y A Study on the material properties and

fatigue life of natural rubber with different carbon blacks International

Journal of Fatigue Vol27 2005

[8] McLean R A and Anderson V I Extreme Vertices Design of Mixture

Experiments Technometrics Vol8 No3 1966

- 96 -

주 의

이 보고서는 산업자원부에서 시행한 부품소재종합기술지원사업의 최1

종보고서이다

이 신뢰성기반기술확산사업 내용을 대외적으로 발표할 때에는 반드시2

산업자원부에서 시행한 부품소재신뢰성기반기술 사업의 지원결과임을

밝혀야 한다

- 97 -

이 보고서는 산업자원부에서 시행한

부품소재 신뢰성기반기술확산사업의 최종보고서이다

- 82 -

다른 시점에서의 프로토타입을 비교할 때 사용한다

ㆍㆍㆍㆍ신뢰성 목표가 달성될 때까지 계속한다

마 입력자료마 입력자료마 입력자료마 입력자료

ㆍㆍㆍㆍ프로토타입 의 몇 개 표본의 고장시간 등1 (Cycle Km )

ㆍㆍㆍㆍ프로토타입 의 몇 개 표본의 고장시간 등2 (Cycle Km )

⦙

ㆍㆍㆍㆍ마지막 프로토타입의 몇 개 표본의 고장시간 등(Cycle Km )

분석프로세스는 그림 과 같다[ 83]

프로세스프로세스프로세스프로세스 일반적 단계일반적 단계일반적 단계일반적 단계

Ⅰ 요구

또는 수명 결정

프로그램 신뢰성 목표 사용

고객의 운영 사용 프로파일 사용( )

시험 프로그램 적정시간 사용

Ⅱ 시험 프로그램 자료정보

확인과 데이터 수집초기 부품의 프로토타입

후기 부품의 프로토타입

Ⅲ 다른 프로토타입에 대한

누적고장 시간 또는 vs

거리 계산 및 타점

분석이 가능한 사용Weibull SW

가능한 가속수명시험 사용

Ⅳ 프로젝트 검토 시

현재 신뢰성 수준신뢰성 목표 적합성 결정

초기 경고 관련 정보 제공

개선을 위한 계획 정보 제공

그림 프로세스별 단계[ 83]

- 83 -

제 절 신뢰성성장 데이터분석제 절 신뢰성성장 데이터분석제 절 신뢰성성장 데이터분석제 절 신뢰성성장 데이터분석2222

초기 프로토타입 으로 부터 개의 표본을 정상하중 으(Prototype1) 6 (Nominal load)

로 고장 날 때까지 시험하고 고장모드를 기록하였다 여러 개선작업을 거친 후 후

기 프로토타입 으로부터 개의 표본을 고장 날 때까지 시험하고 고장모(Prototype2) 6

드를 기록하였다 시험 데이터는 표 에 주어져 있다 [ 81]

에 고장데이터를 입력하고 각 프로토타입 단계별로 용지에 결과MINITAB Weibull

를 타점한 결과 그림 와 같은 성장곡선이 생성되었다 [ 84] Weibull

정상하중 에서 의 평균수명 추정치는 이(Nominal load) Prototype1 127366Cycle

고 의 평균수명 추정치는 로서 의 개선을 이루었 Prototype2 176882 Cycle 389

음을 알 수 있었다 수명은 은 이었으나Prototype1 112668 Cycle Prototype2

의 수명은 로서 상당한 개선이 이루어졌음을 볼 수 있다168620 Cycle 수

명에 대한 신뢰하한은 로 추정되었다 따라서 정상부하에 의한95 162926 Cycle

시험데이터분석 결과 개선활동 재료배합개선 형상설계개선 공정개선 에 의하여 ( )

내구성 목표가 달성되었음을 알 수 있다

그림 는 에서의 신뢰구간을 보여주고 있다[ 85] Nominal load 90

최대하중 에서는 표 의 데이터 입력결과 그림 의 그래프를(Max load) [ 82] [ 86]

생성하였다 그래프로 부터 추정된 의 Prototype1 수명은 이고16362Cycle

의Prototype2 수명은 이다21850 Cycle 수명에 대한 신뢰하한추정치95

는 으로부터 로 계산된다MINITAB 20983 Cycle

의 수명과 의 수명이 다른 것은 개선 활동의 결과이Prototype1 Prototype2

- 84 -

며 에서 개선목표가 달성되었음을 알 수 있다 Prototype2

표 하중 고장시간[ 81] Nominal (Cycle)

Weibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth Curve

(Nominal Load)(Nominal Load)(Nominal Load)(Nominal Load)

그림 성장곡선[ 84] Weibull (Nominal load data)

- 85 -

Weibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth Curve

(Nominal Load-90 Cl)(Nominal Load-90 Cl)(Nominal Load-90 Cl)(Nominal Load-90 Cl)

그림 신뢰구간[ 85] Nominal Load90

- 86 -

표 하중 고장시간[ 82] Max (Cycle)

Weibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth Curve

(MaxLoad)(MaxLoad)(MaxLoad)(MaxLoad)

그림 성장곡선[ 86] Weibull (Max load data)

- 87 -

제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론9999

본 연구는 자동차현가장치인 고무부싱 의 신뢰성향상을 위한 기(Rubber bushing)

술개발과제이다 에나 인더스트리는 수출전문기업으로서 주요 경쟁사에 비해 고성

능 고내구성의 제품을 짧은 기간 내에 개발할 수 있는 능력을 갖추어야 해외 시장

에서 경쟁력을 가질 수 있다

본 연구개발에서는 수요기업에서 요구하는 GMUTS(General Motors Uniform

의 사양에 따른 시험을 실행하여 내구성을 목표 사이클 이상으Test Specification)

로 개선하고 정특성과 동특성 비틀림 토크를 개선항목으로 선정하여 제품의 품질

및 신뢰성 향상을 진행하였다

수요기업의 요구 수준에 의하면 내구성은 와 Tension Compress Alternating

가 동시에 일 때 일 때Torsion Stress Maximum Load 20000 Cycle Normal Load

을 요구한다 본 프로젝트의 경우 해외의 부품메이커들에 대한 경쟁150000 Cycle

력 우위를 확보하기 위하여 기본 요구 수준을 넘어 향상된 제품신뢰성을5~10

확보를 목표로 하였다 내구성 정특성 및 동특성에 대한 시험은 직접 행하였고 비

틀림토크에 대한 부분은 추가적인 시험장치가 필요하여 수요기업의 실험실에 샘플

을 제출하여 요구수준을 검증받았다

본 연구개발의 성과를 요약하면 다음과 같다

우선 기술적 효과로는

설계기술의 확보(1)

재료배합설계 형상설계 공정설계에 대한 기술을 확보하여 내구성을 비롯한 품

질특성을 향상시킬 수 있었다 종래에는 설계 개발 생산프로세스에서 경험적 방법

에 의존하여 시행착오가 많았으나 본 연구를 통하여 과학적이고 체계적인 방법으

로 접근할 수 있는 기술이 확보되었다

설계 요소의 기술적 배치를 위한 실험계획법의 활용기술 확보(2)

- 88 -

종전에는 고무 배합설계 형상설계 공정설계에 대하여 설계요인 별 수 (Facter)

준 을 무작위로 추출하여 실험하였으나 본 실험계획의 과정을 따르면 요인들(Level)

이 계획적으로 반영되어 품질특성에 각각 어느 정도의 영향을 미치는지 분석이 가

능하게 된다 또한 다구찌에 의한 강건 설계의 생성으로 산포를 줄일 수 있다

잠재적 고장원인 분석방법 기술 확보(3)

제품기능에 대한 잠재적 고장모드의 예측과 시험항목을 판단하고 최종적으로는 설

계검증 과 공정검증 의 세부항목과 효과적(Design verification) (Process verification)

으로 연계가 가능하다

신뢰성 데이터분석기술 확보(4)

부품의 개발과정에서 몇 개의 표본에 대한 고장시간 데이터가 있을 때 Weibull

분포를 활용한 신뢰성 성장분석이 가능하게 되었다 개발프로그램이 운영되는 동안

신뢰성 수준의 변화를 추적할 수 있어 목표하는 신뢰성 수준을 달성하기 위하여 충

분한 비율로 성장하고 있는지의 여부를 가능한 빠른 시간 내에 판단할 수 있고 그

에 따라 필요한 자원을 적절히 배분할 수 있다 따라서 개발책임자는 시험데이터로

부터 현재 시스템의 신뢰성 수준 성장률의 평가 앞으로 기대되는 달성 가능한 수

준에 대한 결정이 가능하다

경제적 측면의 효과로는

제품에 대한 내구성 및 동특성 정특성에 대하여 요구사양 이상으로 특성관리(1)

를 행할 수 있어 해외 부품메이커들에 대한 경쟁력 우위로 수출력을 향상할 수 있

게 되었다

개발기간을 단축할 수 있게 되어 개발비의 절감을 가져올 수 있게 되었다(2)

재료배합 형상설계 및 공정설계에 대한 기술개발의 표준 정립으로 개발 기간의 단

축이 가능하게 되었다

본 과제 결과를 활용하여 다른 방진제품에 대한 신뢰성 관리로 수출(3)

- 89 -

시장을 개척하여 신규거래처를 확보할 예정이다 신뢰성 데이터의 관리가 이루어져

제품수명에 대한 설득력 있는 자료의 제시가 가능하게 되었다

향후 연구계획으로는

고무부싱부품의 특성상 내구성만의 개선이 최선이 아니고 정특성과 동특성을 일

정수준으로 동시에 고려하여야 한다 따라서 이 부분에 대한 동시적인 실험설계가

시스템화 되도록 추가적인 연구가 요구된다

- 90 -

참고문헌참고문헌참고문헌참고문헌[ ][ ][ ][ ]

고정 이상규 권수호 노태성 정원 박창규 김명수 신뢰성성장프로그램 수[1]

원대 신뢰성혁신센터 2005

김명웅 고무공업화학 선진문화사[2] 2006

김완두 김완수 방진고무부품의 유한요소해석 및 수명예측기술 고무기술[3] ldquo rdquo

Vol5 No1 2004

미니탭사업팀 새 실무완성 이레테크[4] Minitab 2004

박성현 실험계획법 민영사[5] 2003

[6] Gil-Negrete N Vinolas J and Kari L A Simplified methodology to

predict the dynamic stiffness of carbon-black filled rubber isolators using

a finite element code Journal of sound and Vibration Vol296 2006

[7] Kim J-H and Jeong H-Y A Study on the material properties and

fatigue life of natural rubber with different carbon blacks International

Journal of Fatigue Vol27 2005

[8] McLean R A and Anderson V I Extreme Vertices Design of Mixture

Experiments Technometrics Vol8 No3 1966

- 96 -

주 의

이 보고서는 산업자원부에서 시행한 부품소재종합기술지원사업의 최1

종보고서이다

이 신뢰성기반기술확산사업 내용을 대외적으로 발표할 때에는 반드시2

산업자원부에서 시행한 부품소재신뢰성기반기술 사업의 지원결과임을

밝혀야 한다

- 97 -

이 보고서는 산업자원부에서 시행한

부품소재 신뢰성기반기술확산사업의 최종보고서이다

- 83 -

제 절 신뢰성성장 데이터분석제 절 신뢰성성장 데이터분석제 절 신뢰성성장 데이터분석제 절 신뢰성성장 데이터분석2222

초기 프로토타입 으로 부터 개의 표본을 정상하중 으(Prototype1) 6 (Nominal load)

로 고장 날 때까지 시험하고 고장모드를 기록하였다 여러 개선작업을 거친 후 후

기 프로토타입 으로부터 개의 표본을 고장 날 때까지 시험하고 고장모(Prototype2) 6

드를 기록하였다 시험 데이터는 표 에 주어져 있다 [ 81]

에 고장데이터를 입력하고 각 프로토타입 단계별로 용지에 결과MINITAB Weibull

를 타점한 결과 그림 와 같은 성장곡선이 생성되었다 [ 84] Weibull

정상하중 에서 의 평균수명 추정치는 이(Nominal load) Prototype1 127366Cycle

고 의 평균수명 추정치는 로서 의 개선을 이루었 Prototype2 176882 Cycle 389

음을 알 수 있었다 수명은 은 이었으나Prototype1 112668 Cycle Prototype2

의 수명은 로서 상당한 개선이 이루어졌음을 볼 수 있다168620 Cycle 수

명에 대한 신뢰하한은 로 추정되었다 따라서 정상부하에 의한95 162926 Cycle

시험데이터분석 결과 개선활동 재료배합개선 형상설계개선 공정개선 에 의하여 ( )

내구성 목표가 달성되었음을 알 수 있다

그림 는 에서의 신뢰구간을 보여주고 있다[ 85] Nominal load 90

최대하중 에서는 표 의 데이터 입력결과 그림 의 그래프를(Max load) [ 82] [ 86]

생성하였다 그래프로 부터 추정된 의 Prototype1 수명은 이고16362Cycle

의Prototype2 수명은 이다21850 Cycle 수명에 대한 신뢰하한추정치95

는 으로부터 로 계산된다MINITAB 20983 Cycle

의 수명과 의 수명이 다른 것은 개선 활동의 결과이Prototype1 Prototype2

- 84 -

며 에서 개선목표가 달성되었음을 알 수 있다 Prototype2

표 하중 고장시간[ 81] Nominal (Cycle)

Weibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth Curve

(Nominal Load)(Nominal Load)(Nominal Load)(Nominal Load)

그림 성장곡선[ 84] Weibull (Nominal load data)

- 85 -

Weibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth Curve

(Nominal Load-90 Cl)(Nominal Load-90 Cl)(Nominal Load-90 Cl)(Nominal Load-90 Cl)

그림 신뢰구간[ 85] Nominal Load90

- 86 -

표 하중 고장시간[ 82] Max (Cycle)

Weibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth Curve

(MaxLoad)(MaxLoad)(MaxLoad)(MaxLoad)

그림 성장곡선[ 86] Weibull (Max load data)

- 87 -

제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론9999

본 연구는 자동차현가장치인 고무부싱 의 신뢰성향상을 위한 기(Rubber bushing)

술개발과제이다 에나 인더스트리는 수출전문기업으로서 주요 경쟁사에 비해 고성

능 고내구성의 제품을 짧은 기간 내에 개발할 수 있는 능력을 갖추어야 해외 시장

에서 경쟁력을 가질 수 있다

본 연구개발에서는 수요기업에서 요구하는 GMUTS(General Motors Uniform

의 사양에 따른 시험을 실행하여 내구성을 목표 사이클 이상으Test Specification)

로 개선하고 정특성과 동특성 비틀림 토크를 개선항목으로 선정하여 제품의 품질

및 신뢰성 향상을 진행하였다

수요기업의 요구 수준에 의하면 내구성은 와 Tension Compress Alternating

가 동시에 일 때 일 때Torsion Stress Maximum Load 20000 Cycle Normal Load

을 요구한다 본 프로젝트의 경우 해외의 부품메이커들에 대한 경쟁150000 Cycle

력 우위를 확보하기 위하여 기본 요구 수준을 넘어 향상된 제품신뢰성을5~10

확보를 목표로 하였다 내구성 정특성 및 동특성에 대한 시험은 직접 행하였고 비

틀림토크에 대한 부분은 추가적인 시험장치가 필요하여 수요기업의 실험실에 샘플

을 제출하여 요구수준을 검증받았다

본 연구개발의 성과를 요약하면 다음과 같다

우선 기술적 효과로는

설계기술의 확보(1)

재료배합설계 형상설계 공정설계에 대한 기술을 확보하여 내구성을 비롯한 품

질특성을 향상시킬 수 있었다 종래에는 설계 개발 생산프로세스에서 경험적 방법

에 의존하여 시행착오가 많았으나 본 연구를 통하여 과학적이고 체계적인 방법으

로 접근할 수 있는 기술이 확보되었다

설계 요소의 기술적 배치를 위한 실험계획법의 활용기술 확보(2)

- 88 -

종전에는 고무 배합설계 형상설계 공정설계에 대하여 설계요인 별 수 (Facter)

준 을 무작위로 추출하여 실험하였으나 본 실험계획의 과정을 따르면 요인들(Level)

이 계획적으로 반영되어 품질특성에 각각 어느 정도의 영향을 미치는지 분석이 가

능하게 된다 또한 다구찌에 의한 강건 설계의 생성으로 산포를 줄일 수 있다

잠재적 고장원인 분석방법 기술 확보(3)

제품기능에 대한 잠재적 고장모드의 예측과 시험항목을 판단하고 최종적으로는 설

계검증 과 공정검증 의 세부항목과 효과적(Design verification) (Process verification)

으로 연계가 가능하다

신뢰성 데이터분석기술 확보(4)

부품의 개발과정에서 몇 개의 표본에 대한 고장시간 데이터가 있을 때 Weibull

분포를 활용한 신뢰성 성장분석이 가능하게 되었다 개발프로그램이 운영되는 동안

신뢰성 수준의 변화를 추적할 수 있어 목표하는 신뢰성 수준을 달성하기 위하여 충

분한 비율로 성장하고 있는지의 여부를 가능한 빠른 시간 내에 판단할 수 있고 그

에 따라 필요한 자원을 적절히 배분할 수 있다 따라서 개발책임자는 시험데이터로

부터 현재 시스템의 신뢰성 수준 성장률의 평가 앞으로 기대되는 달성 가능한 수

준에 대한 결정이 가능하다

경제적 측면의 효과로는

제품에 대한 내구성 및 동특성 정특성에 대하여 요구사양 이상으로 특성관리(1)

를 행할 수 있어 해외 부품메이커들에 대한 경쟁력 우위로 수출력을 향상할 수 있

게 되었다

개발기간을 단축할 수 있게 되어 개발비의 절감을 가져올 수 있게 되었다(2)

재료배합 형상설계 및 공정설계에 대한 기술개발의 표준 정립으로 개발 기간의 단

축이 가능하게 되었다

본 과제 결과를 활용하여 다른 방진제품에 대한 신뢰성 관리로 수출(3)

- 89 -

시장을 개척하여 신규거래처를 확보할 예정이다 신뢰성 데이터의 관리가 이루어져

제품수명에 대한 설득력 있는 자료의 제시가 가능하게 되었다

향후 연구계획으로는

고무부싱부품의 특성상 내구성만의 개선이 최선이 아니고 정특성과 동특성을 일

정수준으로 동시에 고려하여야 한다 따라서 이 부분에 대한 동시적인 실험설계가

시스템화 되도록 추가적인 연구가 요구된다

- 90 -

참고문헌참고문헌참고문헌참고문헌[ ][ ][ ][ ]

고정 이상규 권수호 노태성 정원 박창규 김명수 신뢰성성장프로그램 수[1]

원대 신뢰성혁신센터 2005

김명웅 고무공업화학 선진문화사[2] 2006

김완두 김완수 방진고무부품의 유한요소해석 및 수명예측기술 고무기술[3] ldquo rdquo

Vol5 No1 2004

미니탭사업팀 새 실무완성 이레테크[4] Minitab 2004

박성현 실험계획법 민영사[5] 2003

[6] Gil-Negrete N Vinolas J and Kari L A Simplified methodology to

predict the dynamic stiffness of carbon-black filled rubber isolators using

a finite element code Journal of sound and Vibration Vol296 2006

[7] Kim J-H and Jeong H-Y A Study on the material properties and

fatigue life of natural rubber with different carbon blacks International

Journal of Fatigue Vol27 2005

[8] McLean R A and Anderson V I Extreme Vertices Design of Mixture

Experiments Technometrics Vol8 No3 1966

- 96 -

주 의

이 보고서는 산업자원부에서 시행한 부품소재종합기술지원사업의 최1

종보고서이다

이 신뢰성기반기술확산사업 내용을 대외적으로 발표할 때에는 반드시2

산업자원부에서 시행한 부품소재신뢰성기반기술 사업의 지원결과임을

밝혀야 한다

- 97 -

이 보고서는 산업자원부에서 시행한

부품소재 신뢰성기반기술확산사업의 최종보고서이다

- 84 -

며 에서 개선목표가 달성되었음을 알 수 있다 Prototype2

표 하중 고장시간[ 81] Nominal (Cycle)

Weibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth Curve

(Nominal Load)(Nominal Load)(Nominal Load)(Nominal Load)

그림 성장곡선[ 84] Weibull (Nominal load data)

- 85 -

Weibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth Curve

(Nominal Load-90 Cl)(Nominal Load-90 Cl)(Nominal Load-90 Cl)(Nominal Load-90 Cl)

그림 신뢰구간[ 85] Nominal Load90

- 86 -

표 하중 고장시간[ 82] Max (Cycle)

Weibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth Curve

(MaxLoad)(MaxLoad)(MaxLoad)(MaxLoad)

그림 성장곡선[ 86] Weibull (Max load data)

- 87 -

제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론9999

본 연구는 자동차현가장치인 고무부싱 의 신뢰성향상을 위한 기(Rubber bushing)

술개발과제이다 에나 인더스트리는 수출전문기업으로서 주요 경쟁사에 비해 고성

능 고내구성의 제품을 짧은 기간 내에 개발할 수 있는 능력을 갖추어야 해외 시장

에서 경쟁력을 가질 수 있다

본 연구개발에서는 수요기업에서 요구하는 GMUTS(General Motors Uniform

의 사양에 따른 시험을 실행하여 내구성을 목표 사이클 이상으Test Specification)

로 개선하고 정특성과 동특성 비틀림 토크를 개선항목으로 선정하여 제품의 품질

및 신뢰성 향상을 진행하였다

수요기업의 요구 수준에 의하면 내구성은 와 Tension Compress Alternating

가 동시에 일 때 일 때Torsion Stress Maximum Load 20000 Cycle Normal Load

을 요구한다 본 프로젝트의 경우 해외의 부품메이커들에 대한 경쟁150000 Cycle

력 우위를 확보하기 위하여 기본 요구 수준을 넘어 향상된 제품신뢰성을5~10

확보를 목표로 하였다 내구성 정특성 및 동특성에 대한 시험은 직접 행하였고 비

틀림토크에 대한 부분은 추가적인 시험장치가 필요하여 수요기업의 실험실에 샘플

을 제출하여 요구수준을 검증받았다

본 연구개발의 성과를 요약하면 다음과 같다

우선 기술적 효과로는

설계기술의 확보(1)

재료배합설계 형상설계 공정설계에 대한 기술을 확보하여 내구성을 비롯한 품

질특성을 향상시킬 수 있었다 종래에는 설계 개발 생산프로세스에서 경험적 방법

에 의존하여 시행착오가 많았으나 본 연구를 통하여 과학적이고 체계적인 방법으

로 접근할 수 있는 기술이 확보되었다

설계 요소의 기술적 배치를 위한 실험계획법의 활용기술 확보(2)

- 88 -

종전에는 고무 배합설계 형상설계 공정설계에 대하여 설계요인 별 수 (Facter)

준 을 무작위로 추출하여 실험하였으나 본 실험계획의 과정을 따르면 요인들(Level)

이 계획적으로 반영되어 품질특성에 각각 어느 정도의 영향을 미치는지 분석이 가

능하게 된다 또한 다구찌에 의한 강건 설계의 생성으로 산포를 줄일 수 있다

잠재적 고장원인 분석방법 기술 확보(3)

제품기능에 대한 잠재적 고장모드의 예측과 시험항목을 판단하고 최종적으로는 설

계검증 과 공정검증 의 세부항목과 효과적(Design verification) (Process verification)

으로 연계가 가능하다

신뢰성 데이터분석기술 확보(4)

부품의 개발과정에서 몇 개의 표본에 대한 고장시간 데이터가 있을 때 Weibull

분포를 활용한 신뢰성 성장분석이 가능하게 되었다 개발프로그램이 운영되는 동안

신뢰성 수준의 변화를 추적할 수 있어 목표하는 신뢰성 수준을 달성하기 위하여 충

분한 비율로 성장하고 있는지의 여부를 가능한 빠른 시간 내에 판단할 수 있고 그

에 따라 필요한 자원을 적절히 배분할 수 있다 따라서 개발책임자는 시험데이터로

부터 현재 시스템의 신뢰성 수준 성장률의 평가 앞으로 기대되는 달성 가능한 수

준에 대한 결정이 가능하다

경제적 측면의 효과로는

제품에 대한 내구성 및 동특성 정특성에 대하여 요구사양 이상으로 특성관리(1)

를 행할 수 있어 해외 부품메이커들에 대한 경쟁력 우위로 수출력을 향상할 수 있

게 되었다

개발기간을 단축할 수 있게 되어 개발비의 절감을 가져올 수 있게 되었다(2)

재료배합 형상설계 및 공정설계에 대한 기술개발의 표준 정립으로 개발 기간의 단

축이 가능하게 되었다

본 과제 결과를 활용하여 다른 방진제품에 대한 신뢰성 관리로 수출(3)

- 89 -

시장을 개척하여 신규거래처를 확보할 예정이다 신뢰성 데이터의 관리가 이루어져

제품수명에 대한 설득력 있는 자료의 제시가 가능하게 되었다

향후 연구계획으로는

고무부싱부품의 특성상 내구성만의 개선이 최선이 아니고 정특성과 동특성을 일

정수준으로 동시에 고려하여야 한다 따라서 이 부분에 대한 동시적인 실험설계가

시스템화 되도록 추가적인 연구가 요구된다

- 90 -

참고문헌참고문헌참고문헌참고문헌[ ][ ][ ][ ]

고정 이상규 권수호 노태성 정원 박창규 김명수 신뢰성성장프로그램 수[1]

원대 신뢰성혁신센터 2005

김명웅 고무공업화학 선진문화사[2] 2006

김완두 김완수 방진고무부품의 유한요소해석 및 수명예측기술 고무기술[3] ldquo rdquo

Vol5 No1 2004

미니탭사업팀 새 실무완성 이레테크[4] Minitab 2004

박성현 실험계획법 민영사[5] 2003

[6] Gil-Negrete N Vinolas J and Kari L A Simplified methodology to

predict the dynamic stiffness of carbon-black filled rubber isolators using

a finite element code Journal of sound and Vibration Vol296 2006

[7] Kim J-H and Jeong H-Y A Study on the material properties and

fatigue life of natural rubber with different carbon blacks International

Journal of Fatigue Vol27 2005

[8] McLean R A and Anderson V I Extreme Vertices Design of Mixture

Experiments Technometrics Vol8 No3 1966

- 96 -

주 의

이 보고서는 산업자원부에서 시행한 부품소재종합기술지원사업의 최1

종보고서이다

이 신뢰성기반기술확산사업 내용을 대외적으로 발표할 때에는 반드시2

산업자원부에서 시행한 부품소재신뢰성기반기술 사업의 지원결과임을

밝혀야 한다

- 97 -

이 보고서는 산업자원부에서 시행한

부품소재 신뢰성기반기술확산사업의 최종보고서이다

- 85 -

Weibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth Curve

(Nominal Load-90 Cl)(Nominal Load-90 Cl)(Nominal Load-90 Cl)(Nominal Load-90 Cl)

그림 신뢰구간[ 85] Nominal Load90

- 86 -

표 하중 고장시간[ 82] Max (Cycle)

Weibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth Curve

(MaxLoad)(MaxLoad)(MaxLoad)(MaxLoad)

그림 성장곡선[ 86] Weibull (Max load data)

- 87 -

제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론9999

본 연구는 자동차현가장치인 고무부싱 의 신뢰성향상을 위한 기(Rubber bushing)

술개발과제이다 에나 인더스트리는 수출전문기업으로서 주요 경쟁사에 비해 고성

능 고내구성의 제품을 짧은 기간 내에 개발할 수 있는 능력을 갖추어야 해외 시장

에서 경쟁력을 가질 수 있다

본 연구개발에서는 수요기업에서 요구하는 GMUTS(General Motors Uniform

의 사양에 따른 시험을 실행하여 내구성을 목표 사이클 이상으Test Specification)

로 개선하고 정특성과 동특성 비틀림 토크를 개선항목으로 선정하여 제품의 품질

및 신뢰성 향상을 진행하였다

수요기업의 요구 수준에 의하면 내구성은 와 Tension Compress Alternating

가 동시에 일 때 일 때Torsion Stress Maximum Load 20000 Cycle Normal Load

을 요구한다 본 프로젝트의 경우 해외의 부품메이커들에 대한 경쟁150000 Cycle

력 우위를 확보하기 위하여 기본 요구 수준을 넘어 향상된 제품신뢰성을5~10

확보를 목표로 하였다 내구성 정특성 및 동특성에 대한 시험은 직접 행하였고 비

틀림토크에 대한 부분은 추가적인 시험장치가 필요하여 수요기업의 실험실에 샘플

을 제출하여 요구수준을 검증받았다

본 연구개발의 성과를 요약하면 다음과 같다

우선 기술적 효과로는

설계기술의 확보(1)

재료배합설계 형상설계 공정설계에 대한 기술을 확보하여 내구성을 비롯한 품

질특성을 향상시킬 수 있었다 종래에는 설계 개발 생산프로세스에서 경험적 방법

에 의존하여 시행착오가 많았으나 본 연구를 통하여 과학적이고 체계적인 방법으

로 접근할 수 있는 기술이 확보되었다

설계 요소의 기술적 배치를 위한 실험계획법의 활용기술 확보(2)

- 88 -

종전에는 고무 배합설계 형상설계 공정설계에 대하여 설계요인 별 수 (Facter)

준 을 무작위로 추출하여 실험하였으나 본 실험계획의 과정을 따르면 요인들(Level)

이 계획적으로 반영되어 품질특성에 각각 어느 정도의 영향을 미치는지 분석이 가

능하게 된다 또한 다구찌에 의한 강건 설계의 생성으로 산포를 줄일 수 있다

잠재적 고장원인 분석방법 기술 확보(3)

제품기능에 대한 잠재적 고장모드의 예측과 시험항목을 판단하고 최종적으로는 설

계검증 과 공정검증 의 세부항목과 효과적(Design verification) (Process verification)

으로 연계가 가능하다

신뢰성 데이터분석기술 확보(4)

부품의 개발과정에서 몇 개의 표본에 대한 고장시간 데이터가 있을 때 Weibull

분포를 활용한 신뢰성 성장분석이 가능하게 되었다 개발프로그램이 운영되는 동안

신뢰성 수준의 변화를 추적할 수 있어 목표하는 신뢰성 수준을 달성하기 위하여 충

분한 비율로 성장하고 있는지의 여부를 가능한 빠른 시간 내에 판단할 수 있고 그

에 따라 필요한 자원을 적절히 배분할 수 있다 따라서 개발책임자는 시험데이터로

부터 현재 시스템의 신뢰성 수준 성장률의 평가 앞으로 기대되는 달성 가능한 수

준에 대한 결정이 가능하다

경제적 측면의 효과로는

제품에 대한 내구성 및 동특성 정특성에 대하여 요구사양 이상으로 특성관리(1)

를 행할 수 있어 해외 부품메이커들에 대한 경쟁력 우위로 수출력을 향상할 수 있

게 되었다

개발기간을 단축할 수 있게 되어 개발비의 절감을 가져올 수 있게 되었다(2)

재료배합 형상설계 및 공정설계에 대한 기술개발의 표준 정립으로 개발 기간의 단

축이 가능하게 되었다

본 과제 결과를 활용하여 다른 방진제품에 대한 신뢰성 관리로 수출(3)

- 89 -

시장을 개척하여 신규거래처를 확보할 예정이다 신뢰성 데이터의 관리가 이루어져

제품수명에 대한 설득력 있는 자료의 제시가 가능하게 되었다

향후 연구계획으로는

고무부싱부품의 특성상 내구성만의 개선이 최선이 아니고 정특성과 동특성을 일

정수준으로 동시에 고려하여야 한다 따라서 이 부분에 대한 동시적인 실험설계가

시스템화 되도록 추가적인 연구가 요구된다

- 90 -

참고문헌참고문헌참고문헌참고문헌[ ][ ][ ][ ]

고정 이상규 권수호 노태성 정원 박창규 김명수 신뢰성성장프로그램 수[1]

원대 신뢰성혁신센터 2005

김명웅 고무공업화학 선진문화사[2] 2006

김완두 김완수 방진고무부품의 유한요소해석 및 수명예측기술 고무기술[3] ldquo rdquo

Vol5 No1 2004

미니탭사업팀 새 실무완성 이레테크[4] Minitab 2004

박성현 실험계획법 민영사[5] 2003

[6] Gil-Negrete N Vinolas J and Kari L A Simplified methodology to

predict the dynamic stiffness of carbon-black filled rubber isolators using

a finite element code Journal of sound and Vibration Vol296 2006

[7] Kim J-H and Jeong H-Y A Study on the material properties and

fatigue life of natural rubber with different carbon blacks International

Journal of Fatigue Vol27 2005

[8] McLean R A and Anderson V I Extreme Vertices Design of Mixture

Experiments Technometrics Vol8 No3 1966

- 96 -

주 의

이 보고서는 산업자원부에서 시행한 부품소재종합기술지원사업의 최1

종보고서이다

이 신뢰성기반기술확산사업 내용을 대외적으로 발표할 때에는 반드시2

산업자원부에서 시행한 부품소재신뢰성기반기술 사업의 지원결과임을

밝혀야 한다

- 97 -

이 보고서는 산업자원부에서 시행한

부품소재 신뢰성기반기술확산사업의 최종보고서이다

- 86 -

표 하중 고장시간[ 82] Max (Cycle)

Weibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth CurveWeibull Growth Curve

(MaxLoad)(MaxLoad)(MaxLoad)(MaxLoad)

그림 성장곡선[ 86] Weibull (Max load data)

- 87 -

제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론9999

본 연구는 자동차현가장치인 고무부싱 의 신뢰성향상을 위한 기(Rubber bushing)

술개발과제이다 에나 인더스트리는 수출전문기업으로서 주요 경쟁사에 비해 고성

능 고내구성의 제품을 짧은 기간 내에 개발할 수 있는 능력을 갖추어야 해외 시장

에서 경쟁력을 가질 수 있다

본 연구개발에서는 수요기업에서 요구하는 GMUTS(General Motors Uniform

의 사양에 따른 시험을 실행하여 내구성을 목표 사이클 이상으Test Specification)

로 개선하고 정특성과 동특성 비틀림 토크를 개선항목으로 선정하여 제품의 품질

및 신뢰성 향상을 진행하였다

수요기업의 요구 수준에 의하면 내구성은 와 Tension Compress Alternating

가 동시에 일 때 일 때Torsion Stress Maximum Load 20000 Cycle Normal Load

을 요구한다 본 프로젝트의 경우 해외의 부품메이커들에 대한 경쟁150000 Cycle

력 우위를 확보하기 위하여 기본 요구 수준을 넘어 향상된 제품신뢰성을5~10

확보를 목표로 하였다 내구성 정특성 및 동특성에 대한 시험은 직접 행하였고 비

틀림토크에 대한 부분은 추가적인 시험장치가 필요하여 수요기업의 실험실에 샘플

을 제출하여 요구수준을 검증받았다

본 연구개발의 성과를 요약하면 다음과 같다

우선 기술적 효과로는

설계기술의 확보(1)

재료배합설계 형상설계 공정설계에 대한 기술을 확보하여 내구성을 비롯한 품

질특성을 향상시킬 수 있었다 종래에는 설계 개발 생산프로세스에서 경험적 방법

에 의존하여 시행착오가 많았으나 본 연구를 통하여 과학적이고 체계적인 방법으

로 접근할 수 있는 기술이 확보되었다

설계 요소의 기술적 배치를 위한 실험계획법의 활용기술 확보(2)

- 88 -

종전에는 고무 배합설계 형상설계 공정설계에 대하여 설계요인 별 수 (Facter)

준 을 무작위로 추출하여 실험하였으나 본 실험계획의 과정을 따르면 요인들(Level)

이 계획적으로 반영되어 품질특성에 각각 어느 정도의 영향을 미치는지 분석이 가

능하게 된다 또한 다구찌에 의한 강건 설계의 생성으로 산포를 줄일 수 있다

잠재적 고장원인 분석방법 기술 확보(3)

제품기능에 대한 잠재적 고장모드의 예측과 시험항목을 판단하고 최종적으로는 설

계검증 과 공정검증 의 세부항목과 효과적(Design verification) (Process verification)

으로 연계가 가능하다

신뢰성 데이터분석기술 확보(4)

부품의 개발과정에서 몇 개의 표본에 대한 고장시간 데이터가 있을 때 Weibull

분포를 활용한 신뢰성 성장분석이 가능하게 되었다 개발프로그램이 운영되는 동안

신뢰성 수준의 변화를 추적할 수 있어 목표하는 신뢰성 수준을 달성하기 위하여 충

분한 비율로 성장하고 있는지의 여부를 가능한 빠른 시간 내에 판단할 수 있고 그

에 따라 필요한 자원을 적절히 배분할 수 있다 따라서 개발책임자는 시험데이터로

부터 현재 시스템의 신뢰성 수준 성장률의 평가 앞으로 기대되는 달성 가능한 수

준에 대한 결정이 가능하다

경제적 측면의 효과로는

제품에 대한 내구성 및 동특성 정특성에 대하여 요구사양 이상으로 특성관리(1)

를 행할 수 있어 해외 부품메이커들에 대한 경쟁력 우위로 수출력을 향상할 수 있

게 되었다

개발기간을 단축할 수 있게 되어 개발비의 절감을 가져올 수 있게 되었다(2)

재료배합 형상설계 및 공정설계에 대한 기술개발의 표준 정립으로 개발 기간의 단

축이 가능하게 되었다

본 과제 결과를 활용하여 다른 방진제품에 대한 신뢰성 관리로 수출(3)

- 89 -

시장을 개척하여 신규거래처를 확보할 예정이다 신뢰성 데이터의 관리가 이루어져

제품수명에 대한 설득력 있는 자료의 제시가 가능하게 되었다

향후 연구계획으로는

고무부싱부품의 특성상 내구성만의 개선이 최선이 아니고 정특성과 동특성을 일

정수준으로 동시에 고려하여야 한다 따라서 이 부분에 대한 동시적인 실험설계가

시스템화 되도록 추가적인 연구가 요구된다

- 90 -

참고문헌참고문헌참고문헌참고문헌[ ][ ][ ][ ]

고정 이상규 권수호 노태성 정원 박창규 김명수 신뢰성성장프로그램 수[1]

원대 신뢰성혁신센터 2005

김명웅 고무공업화학 선진문화사[2] 2006

김완두 김완수 방진고무부품의 유한요소해석 및 수명예측기술 고무기술[3] ldquo rdquo

Vol5 No1 2004

미니탭사업팀 새 실무완성 이레테크[4] Minitab 2004

박성현 실험계획법 민영사[5] 2003

[6] Gil-Negrete N Vinolas J and Kari L A Simplified methodology to

predict the dynamic stiffness of carbon-black filled rubber isolators using

a finite element code Journal of sound and Vibration Vol296 2006

[7] Kim J-H and Jeong H-Y A Study on the material properties and

fatigue life of natural rubber with different carbon blacks International

Journal of Fatigue Vol27 2005

[8] McLean R A and Anderson V I Extreme Vertices Design of Mixture

Experiments Technometrics Vol8 No3 1966

- 96 -

주 의

이 보고서는 산업자원부에서 시행한 부품소재종합기술지원사업의 최1

종보고서이다

이 신뢰성기반기술확산사업 내용을 대외적으로 발표할 때에는 반드시2

산업자원부에서 시행한 부품소재신뢰성기반기술 사업의 지원결과임을

밝혀야 한다

- 97 -

이 보고서는 산업자원부에서 시행한

부품소재 신뢰성기반기술확산사업의 최종보고서이다

- 87 -

제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론9999

본 연구는 자동차현가장치인 고무부싱 의 신뢰성향상을 위한 기(Rubber bushing)

술개발과제이다 에나 인더스트리는 수출전문기업으로서 주요 경쟁사에 비해 고성

능 고내구성의 제품을 짧은 기간 내에 개발할 수 있는 능력을 갖추어야 해외 시장

에서 경쟁력을 가질 수 있다

본 연구개발에서는 수요기업에서 요구하는 GMUTS(General Motors Uniform

의 사양에 따른 시험을 실행하여 내구성을 목표 사이클 이상으Test Specification)

로 개선하고 정특성과 동특성 비틀림 토크를 개선항목으로 선정하여 제품의 품질

및 신뢰성 향상을 진행하였다

수요기업의 요구 수준에 의하면 내구성은 와 Tension Compress Alternating

가 동시에 일 때 일 때Torsion Stress Maximum Load 20000 Cycle Normal Load

을 요구한다 본 프로젝트의 경우 해외의 부품메이커들에 대한 경쟁150000 Cycle

력 우위를 확보하기 위하여 기본 요구 수준을 넘어 향상된 제품신뢰성을5~10

확보를 목표로 하였다 내구성 정특성 및 동특성에 대한 시험은 직접 행하였고 비

틀림토크에 대한 부분은 추가적인 시험장치가 필요하여 수요기업의 실험실에 샘플

을 제출하여 요구수준을 검증받았다

본 연구개발의 성과를 요약하면 다음과 같다

우선 기술적 효과로는

설계기술의 확보(1)

재료배합설계 형상설계 공정설계에 대한 기술을 확보하여 내구성을 비롯한 품

질특성을 향상시킬 수 있었다 종래에는 설계 개발 생산프로세스에서 경험적 방법

에 의존하여 시행착오가 많았으나 본 연구를 통하여 과학적이고 체계적인 방법으

로 접근할 수 있는 기술이 확보되었다

설계 요소의 기술적 배치를 위한 실험계획법의 활용기술 확보(2)

- 88 -

종전에는 고무 배합설계 형상설계 공정설계에 대하여 설계요인 별 수 (Facter)

준 을 무작위로 추출하여 실험하였으나 본 실험계획의 과정을 따르면 요인들(Level)

이 계획적으로 반영되어 품질특성에 각각 어느 정도의 영향을 미치는지 분석이 가

능하게 된다 또한 다구찌에 의한 강건 설계의 생성으로 산포를 줄일 수 있다

잠재적 고장원인 분석방법 기술 확보(3)

제품기능에 대한 잠재적 고장모드의 예측과 시험항목을 판단하고 최종적으로는 설

계검증 과 공정검증 의 세부항목과 효과적(Design verification) (Process verification)

으로 연계가 가능하다

신뢰성 데이터분석기술 확보(4)

부품의 개발과정에서 몇 개의 표본에 대한 고장시간 데이터가 있을 때 Weibull

분포를 활용한 신뢰성 성장분석이 가능하게 되었다 개발프로그램이 운영되는 동안

신뢰성 수준의 변화를 추적할 수 있어 목표하는 신뢰성 수준을 달성하기 위하여 충

분한 비율로 성장하고 있는지의 여부를 가능한 빠른 시간 내에 판단할 수 있고 그

에 따라 필요한 자원을 적절히 배분할 수 있다 따라서 개발책임자는 시험데이터로

부터 현재 시스템의 신뢰성 수준 성장률의 평가 앞으로 기대되는 달성 가능한 수

준에 대한 결정이 가능하다

경제적 측면의 효과로는

제품에 대한 내구성 및 동특성 정특성에 대하여 요구사양 이상으로 특성관리(1)

를 행할 수 있어 해외 부품메이커들에 대한 경쟁력 우위로 수출력을 향상할 수 있

게 되었다

개발기간을 단축할 수 있게 되어 개발비의 절감을 가져올 수 있게 되었다(2)

재료배합 형상설계 및 공정설계에 대한 기술개발의 표준 정립으로 개발 기간의 단

축이 가능하게 되었다

본 과제 결과를 활용하여 다른 방진제품에 대한 신뢰성 관리로 수출(3)

- 89 -

시장을 개척하여 신규거래처를 확보할 예정이다 신뢰성 데이터의 관리가 이루어져

제품수명에 대한 설득력 있는 자료의 제시가 가능하게 되었다

향후 연구계획으로는

고무부싱부품의 특성상 내구성만의 개선이 최선이 아니고 정특성과 동특성을 일

정수준으로 동시에 고려하여야 한다 따라서 이 부분에 대한 동시적인 실험설계가

시스템화 되도록 추가적인 연구가 요구된다

- 90 -

참고문헌참고문헌참고문헌참고문헌[ ][ ][ ][ ]

고정 이상규 권수호 노태성 정원 박창규 김명수 신뢰성성장프로그램 수[1]

원대 신뢰성혁신센터 2005

김명웅 고무공업화학 선진문화사[2] 2006

김완두 김완수 방진고무부품의 유한요소해석 및 수명예측기술 고무기술[3] ldquo rdquo

Vol5 No1 2004

미니탭사업팀 새 실무완성 이레테크[4] Minitab 2004

박성현 실험계획법 민영사[5] 2003

[6] Gil-Negrete N Vinolas J and Kari L A Simplified methodology to

predict the dynamic stiffness of carbon-black filled rubber isolators using

a finite element code Journal of sound and Vibration Vol296 2006

[7] Kim J-H and Jeong H-Y A Study on the material properties and

fatigue life of natural rubber with different carbon blacks International

Journal of Fatigue Vol27 2005

[8] McLean R A and Anderson V I Extreme Vertices Design of Mixture

Experiments Technometrics Vol8 No3 1966

- 96 -

주 의

이 보고서는 산업자원부에서 시행한 부품소재종합기술지원사업의 최1

종보고서이다

이 신뢰성기반기술확산사업 내용을 대외적으로 발표할 때에는 반드시2

산업자원부에서 시행한 부품소재신뢰성기반기술 사업의 지원결과임을

밝혀야 한다

- 97 -

이 보고서는 산업자원부에서 시행한

부품소재 신뢰성기반기술확산사업의 최종보고서이다

- 88 -

종전에는 고무 배합설계 형상설계 공정설계에 대하여 설계요인 별 수 (Facter)

준 을 무작위로 추출하여 실험하였으나 본 실험계획의 과정을 따르면 요인들(Level)

이 계획적으로 반영되어 품질특성에 각각 어느 정도의 영향을 미치는지 분석이 가

능하게 된다 또한 다구찌에 의한 강건 설계의 생성으로 산포를 줄일 수 있다

잠재적 고장원인 분석방법 기술 확보(3)

제품기능에 대한 잠재적 고장모드의 예측과 시험항목을 판단하고 최종적으로는 설

계검증 과 공정검증 의 세부항목과 효과적(Design verification) (Process verification)

으로 연계가 가능하다

신뢰성 데이터분석기술 확보(4)

부품의 개발과정에서 몇 개의 표본에 대한 고장시간 데이터가 있을 때 Weibull

분포를 활용한 신뢰성 성장분석이 가능하게 되었다 개발프로그램이 운영되는 동안

신뢰성 수준의 변화를 추적할 수 있어 목표하는 신뢰성 수준을 달성하기 위하여 충

분한 비율로 성장하고 있는지의 여부를 가능한 빠른 시간 내에 판단할 수 있고 그

에 따라 필요한 자원을 적절히 배분할 수 있다 따라서 개발책임자는 시험데이터로

부터 현재 시스템의 신뢰성 수준 성장률의 평가 앞으로 기대되는 달성 가능한 수

준에 대한 결정이 가능하다

경제적 측면의 효과로는

제품에 대한 내구성 및 동특성 정특성에 대하여 요구사양 이상으로 특성관리(1)

를 행할 수 있어 해외 부품메이커들에 대한 경쟁력 우위로 수출력을 향상할 수 있

게 되었다

개발기간을 단축할 수 있게 되어 개발비의 절감을 가져올 수 있게 되었다(2)

재료배합 형상설계 및 공정설계에 대한 기술개발의 표준 정립으로 개발 기간의 단

축이 가능하게 되었다

본 과제 결과를 활용하여 다른 방진제품에 대한 신뢰성 관리로 수출(3)

- 89 -

시장을 개척하여 신규거래처를 확보할 예정이다 신뢰성 데이터의 관리가 이루어져

제품수명에 대한 설득력 있는 자료의 제시가 가능하게 되었다

향후 연구계획으로는

고무부싱부품의 특성상 내구성만의 개선이 최선이 아니고 정특성과 동특성을 일

정수준으로 동시에 고려하여야 한다 따라서 이 부분에 대한 동시적인 실험설계가

시스템화 되도록 추가적인 연구가 요구된다

- 90 -

참고문헌참고문헌참고문헌참고문헌[ ][ ][ ][ ]

고정 이상규 권수호 노태성 정원 박창규 김명수 신뢰성성장프로그램 수[1]

원대 신뢰성혁신센터 2005

김명웅 고무공업화학 선진문화사[2] 2006

김완두 김완수 방진고무부품의 유한요소해석 및 수명예측기술 고무기술[3] ldquo rdquo

Vol5 No1 2004

미니탭사업팀 새 실무완성 이레테크[4] Minitab 2004

박성현 실험계획법 민영사[5] 2003

[6] Gil-Negrete N Vinolas J and Kari L A Simplified methodology to

predict the dynamic stiffness of carbon-black filled rubber isolators using

a finite element code Journal of sound and Vibration Vol296 2006

[7] Kim J-H and Jeong H-Y A Study on the material properties and

fatigue life of natural rubber with different carbon blacks International

Journal of Fatigue Vol27 2005

[8] McLean R A and Anderson V I Extreme Vertices Design of Mixture

Experiments Technometrics Vol8 No3 1966

- 96 -

주 의

이 보고서는 산업자원부에서 시행한 부품소재종합기술지원사업의 최1

종보고서이다

이 신뢰성기반기술확산사업 내용을 대외적으로 발표할 때에는 반드시2

산업자원부에서 시행한 부품소재신뢰성기반기술 사업의 지원결과임을

밝혀야 한다

- 97 -

이 보고서는 산업자원부에서 시행한

부품소재 신뢰성기반기술확산사업의 최종보고서이다

- 89 -

시장을 개척하여 신규거래처를 확보할 예정이다 신뢰성 데이터의 관리가 이루어져

제품수명에 대한 설득력 있는 자료의 제시가 가능하게 되었다

향후 연구계획으로는

고무부싱부품의 특성상 내구성만의 개선이 최선이 아니고 정특성과 동특성을 일

정수준으로 동시에 고려하여야 한다 따라서 이 부분에 대한 동시적인 실험설계가

시스템화 되도록 추가적인 연구가 요구된다

- 90 -

참고문헌참고문헌참고문헌참고문헌[ ][ ][ ][ ]

고정 이상규 권수호 노태성 정원 박창규 김명수 신뢰성성장프로그램 수[1]

원대 신뢰성혁신센터 2005

김명웅 고무공업화학 선진문화사[2] 2006

김완두 김완수 방진고무부품의 유한요소해석 및 수명예측기술 고무기술[3] ldquo rdquo

Vol5 No1 2004

미니탭사업팀 새 실무완성 이레테크[4] Minitab 2004

박성현 실험계획법 민영사[5] 2003

[6] Gil-Negrete N Vinolas J and Kari L A Simplified methodology to

predict the dynamic stiffness of carbon-black filled rubber isolators using

a finite element code Journal of sound and Vibration Vol296 2006

[7] Kim J-H and Jeong H-Y A Study on the material properties and

fatigue life of natural rubber with different carbon blacks International

Journal of Fatigue Vol27 2005

[8] McLean R A and Anderson V I Extreme Vertices Design of Mixture

Experiments Technometrics Vol8 No3 1966

- 96 -

주 의

이 보고서는 산업자원부에서 시행한 부품소재종합기술지원사업의 최1

종보고서이다

이 신뢰성기반기술확산사업 내용을 대외적으로 발표할 때에는 반드시2

산업자원부에서 시행한 부품소재신뢰성기반기술 사업의 지원결과임을

밝혀야 한다

- 97 -

이 보고서는 산업자원부에서 시행한

부품소재 신뢰성기반기술확산사업의 최종보고서이다

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참고문헌참고문헌참고문헌참고문헌[ ][ ][ ][ ]

고정 이상규 권수호 노태성 정원 박창규 김명수 신뢰성성장프로그램 수[1]

원대 신뢰성혁신센터 2005

김명웅 고무공업화학 선진문화사[2] 2006

김완두 김완수 방진고무부품의 유한요소해석 및 수명예측기술 고무기술[3] ldquo rdquo

Vol5 No1 2004

미니탭사업팀 새 실무완성 이레테크[4] Minitab 2004

박성현 실험계획법 민영사[5] 2003

[6] Gil-Negrete N Vinolas J and Kari L A Simplified methodology to

predict the dynamic stiffness of carbon-black filled rubber isolators using

a finite element code Journal of sound and Vibration Vol296 2006

[7] Kim J-H and Jeong H-Y A Study on the material properties and

fatigue life of natural rubber with different carbon blacks International

Journal of Fatigue Vol27 2005

[8] McLean R A and Anderson V I Extreme Vertices Design of Mixture

Experiments Technometrics Vol8 No3 1966

- 96 -

주 의

이 보고서는 산업자원부에서 시행한 부품소재종합기술지원사업의 최1

종보고서이다

이 신뢰성기반기술확산사업 내용을 대외적으로 발표할 때에는 반드시2

산업자원부에서 시행한 부품소재신뢰성기반기술 사업의 지원결과임을

밝혀야 한다

- 97 -

이 보고서는 산업자원부에서 시행한

부품소재 신뢰성기반기술확산사업의 최종보고서이다

- 96 -

주 의

이 보고서는 산업자원부에서 시행한 부품소재종합기술지원사업의 최1

종보고서이다

이 신뢰성기반기술확산사업 내용을 대외적으로 발표할 때에는 반드시2

산업자원부에서 시행한 부품소재신뢰성기반기술 사업의 지원결과임을

밝혀야 한다

- 97 -

이 보고서는 산업자원부에서 시행한

부품소재 신뢰성기반기술확산사업의 최종보고서이다

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이 보고서는 산업자원부에서 시행한

부품소재 신뢰성기반기술확산사업의 최종보고서이다