2015 년도 한국철도학회 춘계학술대회 논문집 KSR2015S070

철도차량 상태기반 유지보수체계 추진전략

A Study on Strategy of Condition Based Maintenance for Rolling Stock 이관섭*†, 김종운*

Kwan-Sup Lee*†, Jong-Woon Kim*

Abstract Railway vehicles should ensure passenger safety and high service quality as a mass transportation, and require lots of maintenance expenses which has reached hundreds of billions of Won per year. In order to improve their safety and availability, and to reduce the maintenance costs as well, various improvement plans for the existing maintenance system has been tried so far. This paper presents the basic direction and strategy for CBM, that is, condition based maintenance, to be applied to rolling stocks, and every activities of life cycle based CBM. Once the condition based technology is successfully applied to railway vehicles, safety, service reliability and the availability shall be improved and total life cycle cost is expected to be reduced Keywords : Rolling stock, condition based maintenance

초 록 철도차량은 대량 승객수송수단으로서 승객의 안전과 고도의 서비스 품질을 요구하

고 있고, 년간 수천억 원에 달하는 막대한 유지보수비용을 필요로 한다. 안전성 및 가용성

의 향상과 유지보수비 절감을 동시에 실현하기 위해 기존의 유지보수체계에 대한 개선방안

이 꾸준히 논의되고 있다. 본 논문은 차량 및 부품의 상태에 따라 유지보수를 시행하는 기

법인 상태기반 유지보수(CBM : Condition Based Maintenance) 체계를 철도차량에 적용하기

위해 필요한 기본 추진 방향 및 전략, 시스템 수명주기 각 단계별 CBM활동에 대해 기술하고

있다. 상태기반 유지보수체계가 철도차량에 성공적으로 적용된다면, 안전성과 서비스 신뢰

성, 가용성이 향상될 뿐만 아니라 총 수명주기비용도 절감될 것으로 기대된다.

주요어 : 철도차량, 상태기반 유지보수

1. 서 론

철도차량은 대량 승객수송수단으로서 승객의 안전과 고도의 서비스 품질을 요구하고 있고,

이에 대한 유지보수비용은 년간 수천억 원에 달하는 실정이다. 유지보수비가 철도차량의 생

애주기비용 중 가장 많은 비중인 30%를 차지하고 있다는 것은 주지의 사실이다.

† 교신저자: 한국철도기술연구원(kslee@krri.re.kr)

* 한국철도기술연구원

모든 철도 정책 및 운영기관의 공통된 관심사는 철도차량의 안전성 및 가용성을 향상시키

는 동시에 유지보수비를 절감하는 방안을 찾는 것이다. 이에 따라 기존의 철도차량 유지보

수체계에 대한 개선방안이 기술발전과 운영환경의 변화에 따라 다양하게 제시되고 있다.

본 논문은 차량 및 부품의 상태에 따라 유지보수를 시행하는 기법인 상태기반 유지보수

(CBM : Condition Based Maintenance) 체계를 철도차량에 적용하기 위해 필요한 기본 추진

방향 및 전략을 제시하고 철도차량용 CBM 아키텍쳐와 시스템 수명주기 각 단계별 CBM활동에

대해 기술하고 있다.

2. 본 론

2.1 철도차량 CBM 전략 및 기본방향

유지보수 방법은 크게 사후 정비(Reactive 또는 Corrective)와 사전 정비(Proactive)로

분류되고, 사전 정비는 다시 예방 정비(Preventive 또는 Scheduled)와 예지 정비

(Predictive)로 분류된다. 예지정비는 1단계 진단기반(Diagnostic) CBM에서 2단계 예지기반

(Prognostic) CBM으로 발전되고 있다[1]. 신뢰성기반 유지보수(RCM : Reliability Centered

Maintenance)는 철도차량이 운행되는 환경하에서 운영자가 원하는 것을 계속할 수 있도록

보장하기 위해 최적의 유지보수 방법을 선택하는 절차이다.[2] 운영자는 RCM을 통해 철도차

량의 안전성/가용성/정비성 및 경제성을 분석하여 차량 별 또는 장치/부품 별로 최적의 유

지보수방법을 선택하며, 동일한 차량에 대해서도 장치/부품 별로 다른 방식의 유지보수를

시행할 수 있다

철도차량에 CBM을 적용하기 위해 CBM대상 장치/부품을 선정해야 하며, 이때 고려해야 할

요소는 Fig. 1과 같다. 또한 CBM을 추진하기 위한 전략 기본 구성요소와 CBM시스템이 갖추

어야 할 기본요구조건에 대해서도 Fig.1 에 기술하고 있다.

- 안전에 미치는 영향이 큰 부품

- 유지보수비용이 많은 부품

- 상태진단 및 고장수리가 가능한 부품

- CBM 대상 부품이 단계적으로 확대될 경우를

고려한 오픈 프레임워크 기반 확장성

- 지식기반의 아키텍처 설계

- 산업표준과 호환이 되는 개방형 시스템

(OSA-EAI)

- 미 국방성 CBM Plus 벤치마킹

- 국제 표준화 설계 : ISO, SAE, IEEE, MIMOSA 등

- 기존 유지보수 운영시스템과의 호환성 및 연계성

- CBM 대상 품목 및 시행절차의 단계적 추진

- 도시철도법, 철도안전법 시행규정에 의한 제도화

- 유지보수 정책 및 원칙

- 유지보수 경영 전략

- RCM 과 CBM 의 관계

- CBM 인프라

- CBM 을 위한 아키텍처 체계

- 개방형 시스템 및 데이터 전략

Fig. 1 Requirements for CBM Strategy

2.2 철도차량 CBM 아키텍쳐

철도차량에 CBM을 적용하기 위해서는 차량과 유지보수 현장 및 유지보수 지휘소 간 유무선

통신 네트워크를 통해 상태정보 및 명령이 원활하게 전달되어야 한다. 차량에서는 부품의 상

태를 계측하는 내장센서와 플랫폼을 갖추고, 유지보수현장에서는 유지보수 보조장비를 보유한

다. 유지보수 지휘소는 건전성 관리시스템과 부품 공급체인 관리, 그리고 유지보수 총괄 및

통제조직을 가진다. 각각의 요소들은 IEEE, ISO, SAE 등 국제산업표준을 기반으로 설계되고

운용된다. Fig. 2 는 CBM 아키텍쳐의 프레임워크를 보여준다.

Fig.2 Framework of CBM Architecture

2.3 철도차량 수명주기 단계별 CBM 활동

철도차량 수명주기는 CBM 계획수립/기술선택 단계, CBM 구현 단계, CBM 운영 단계로 구분되

며, 각 단계별 활동항목은 Fig. 3과 같다. 각각의 활동은 기술의 발전 및 운영환경의 변화에

따라 언제든지 개선되어야 한다. 즉, 경영프로세스 정의, 실행기술 적용, 성과 측정, 경영 프

로세스 재정의 등 지속적인 프로세스의 개선이 이루어진다.

Fig.3 Life Cycle Based CBM Activities

3. 결 론

국내 철도차량에 대한 유지보수는 대부분 예방정비 즉, 주기적(시간적) 정비로 시행되고

있음으로써, 부품의 노화 정도나 열화상태를 고려하지 않고 일률적인 교환/수리, 정상상태

부품에 대해서도 분해수리 또는 교체, 보수 예비품 과다 보유 또는 필요부품 적기 공급 미

흡, 부품 고장 지속적 반복 발생으로 운전지연 또는 운전사고 발생, 경직된 유지보수업무로

유지보수비 증가 및 생산성 저하 등의 문제점이 제기되고 있다. 이와 같은 문제점에 대해

장치/부품의 상태를 파악하여 부품의 수명을 예측하고 고장 전에 교환 및 수리를 하는 CBM

은 하나의 좋은 대안이 될 수 있다. CBM을 철도차량에 적용하기 위해서는 기존의 유지보수

정책과 경영전략을 고려한 안전중심 경제성 지향 추진전략을 수립하고 국제 산업환경에 부

응하는 시스템을 적용하는 것이 중요하다.

상태기반 유지보수체계가 철도차량에 성공적으로 적용된다면, 안전성과 서비스 신뢰성,

가용성이 향상될 뿐만 아니라 총 수명주기비용도 절감될 것으로 기대된다.

후 기

본 논문은 국토교통과학기술진흥원에서 시행하는 상태기반 스마트 유지보수 핵심기술 개발 연

구(과제번호 : 13RTRP-C068243-01) 의 일환으로 수행되었습니다

참고문헌

[1] US Department of Defense (2008) Conditon Based Maintenance Plus DoD Guidebook, pp. 2-1 ~ 2-4 .

[2] I.S. Jung (2012) Railway RAMS, Samsung Press, pp.215