유압실린더 제품, 공정 FMEA분석을통한 표준 재제조 공정 개발

이규창1,2, 손우현2, 박상진1,2, 유정호3, 박시현3, 변무정2, 목학수2

1㈜지오티에스, 2부산대학교 산업공학과, 3한국도키멕 주식회사

2hsmok@pusan.ac.kr

2018 춘계공동학술대회

연구개요

• 전 세계적으로 에너지 고갈 및 환경보호를 위한 지속가능한연구개발이 요구되고 있음

• 리싸이클링의 한 분야인 재제조에 대한 연구 및 관심이 증가하고 있음

2018년 춘계공동학술대회

에너지 고갈

환경오염

대응

SustainableDevelopment

Recycle

Reuse

Remanufacturing

연구개요

• 재제조는 일련의 과정의 거쳐 고품 등의 코어를 새 제품과 유사한수준으로 하는 것을 의미함

• 국내에는 자동차 부품, 잉크 카트리지, 일부 전자제품 등 한정적인분야에서 재제조가 진행되어 왔음

• 우주/항공, 조선/해양기자재, 산업용기계 등 다양한 분야로의 확대 필요

2018년 춘계공동학술대회

As-Is To-Be

T社 차량부품S社 프린터

출처 : 부산일보 D社 머시닝센터

확대

관련 연구 현황

• 하재현 등은 중고 수직형 머시닝 센터의 효율적인 재제조를 위하여, 작업표준서개발, 재제조 공정도 개발, 공정관린 전산프로그램을 개발하였으며 재제조 전후성능평가 및 확인

※ 출처 : 하재현, 우완식, 노영화, 이춘만, “중고 수직형 머시닝센터의 재제조 공정 표준화기술 개발에 관한 연구”, 「한국정밀공학회지」, Vol.34, No.8, (2017), 517-524

2018년 춘계공동학술대회

• Du등은 각국의 공작기계 재제조 시장 발전 현황을 분석하고, 재제조된 호빙기계사례를 통해 재제조의 경제성과 환경적 측면에 대한 이점을 연구

※ 출처 : Du, Y. B., Li, C. B., “Implementing Energy-Saving and Environmental-Begine

Paradigm : Machine Tool Remanufacturing by OEMs in China”, 「Journal of Cleaner

Production」, Vol.66, (2014), 272-279

• Cao등은 공작기계 재제조 공정을 분석하여 중고 공작기계의 재제조에 대한효율성을 평가하고 실제 재제조된 장비의 사례를 통해 경제성과 환경적 측면이점을 연구

※ 출처 : Du, Y. B., Cao, H. J., Liu, F., Li, C. B., and Chen, X., “An Integrated Method for

Evaluating the Remanufacturability of Used Machine Tool”, 「 Journal of Cleaner

Production 」, Vol.20, (2012), 82-91

연구목표

2018년 춘계공동학술대회

• 연구 대상 : 사출성형기 유압실린더

• 연구 목표 : 표준 재제조 공정개발을 통한 생산성 향상

• 연구 내용

1. 재제조 단위 공정 분석(해체, 재조립 중심)

2. 제품 및 공정의 FMEA 분석

3. 표준 재제조 공정 개발

- 제품명: 유압실린더

- 제품사양 및 수량

1) Φ80*Φ55*550ST – 4ea

2) Φ100*Φ70*200ST – 5ea

• 유압실린더의 부품도 작성, 해체/재조립 실험, 공정분석 및 개선안 도출과정을 통해 재제조 단위 공정 분석 진행함

재제조 단위 공정 분석

2018년 춘계공동학술대회

부품도 작성 공정분석 Sheet

공정 분석

유압실린더 FMEA 분석

2018년 춘계공동학술대회

• 고장유형과 원인들은 유압실린더의 재제조 공정의 문제점 파악 가능,

발생가능한 고장원인을 단위공정에서 고려하여 표준공정에 개선안제시 가능

• 유압실린더 고장 유형 : O-ring손상, 씰/패킹 손상 및 마모, 실린더 외부파손, 피스톤 마모, 실린더 스틱슬립, 실린더 내부파손 등

<고장유형 파악 체크리스트> <유압실린더 고장 유형 트리>

유압실린더 FMEA 분석

2018년 춘계공동학술대회

• 유압실린더 고장형태 분석

No 잠재적 고장 형태 고장의 잠재적 영향 고장의 잠재적 원인

1 O-ring 손상 누유 발생 - 각종 오링 조립 시 눌림 및 충격

2Seal, Packing 손상

및 마모누유 발생

- 각종 Seal 조립 시 날카로운 공구 사용- 작동사용주기,적정온도에따른재질규격불일치

3실린더 외부 파손(Tube, Tie rod)

작동 불량 - 유압실린더의 부하 장치 비정상적인 힘

4 피스톤 마모 작동 불량- 실린더와의 마창- 오일 탱크 및 배관에서 이물질 발생

5 실린더 스틱슬립 기능 저하- 외부먼지,이물질이쌓여패킹안으로흡입- 외부로의 윤할 누유- 외력에 의한 패킹 변형

6실린더 내부 파손(Rod, Tube 내부)

누유 발생작동 불량

- 로드가 녹슬어 이물질이 내부로 유입- 비정상적 하중, 작동유나 실린더 속 이물질- 오일 탱크 및 배관에서 이물질 발생- 비정상적 유압 작동유 사용

유압실린더 FMEA 분석

2018년 춘계공동학술대회

• 유압실린더 고장형태별 전문가 설문조사 결과

No. 고장형태

심각도 검출도 발생도

평가자1

평가자2

평가자3

평가자4

평균

평가자1

평가자2

평가자3

평가자4

평균

평가자1

평가자2

평가자3

평가자4

평균

1 O-ring 손상 7 8 7 7 7.25 5.5 4.5 4 5 4.75 7 3 3 3 4

2Seal, Packing

손상 및 마모8 8 7 8 7.75 4.5 4.5 4 4 4.25 6 4 3 5 4.5

3

실린더 외부파손

(Tube, Tie rod)4 10 4 4 5.5 4.5 4.5 3 4 4 1 2 2 3 2

4 피스톤 마모 6 1 4 6 4.25 4.5 4.5 3 4 4 1 9 6 6 5.5

5 실린더 스틱슬립 8 2 2 8 5 5 5 2 3.5 3.87 1 9 7 6 5.75

6

실린더 내부파손

(Rod, Tube 내부)8 8 3 8 6.75 4.5 4.5 4 3.5 4.12 3 3 5 5 4

※ 관련 경력 5년 이상의 전문가에게 설문조사

유압실린더 FMEA 분석

2018년 춘계공동학술대회

• 유압실린더 RPN(Risk Priority Number)분석결과

- RPN=심각도(Severity)×검출도(Detection)×발생도(Occurrence)- RPN이 100이상으로 나타난 O-ring 손상, Seal/Packing 손상 및 마모, 실린더 스틱슬립, 실린더 내부 파손의

고장율을 낮추기 위하여 개선이 필요한 것으로 분석됨

No잠재적

고장 형태심각도 검출도

현재Process관리상태

발생도 RPN

1 O-ring 손상 7.25 4.75육안 확인

TEST4 137.75

2 Seal, Packing 손상 및 마모 7.75 4.25육안 확인

TEST4.5 148.22

3실린더 외부 파손(Tube, Tie rod)

5.5 4육안 확인

TEST2 44

4 피스톤 마모 4.25 4 육안 확인 5.5 93.5

5 실린더 스틱슬립 5 3.88 육안 확인 5.75 111.41

6실린더 내부 파손(Rod, Tube 내부)

6.75 4.13 육안 확인 4 111.38

※심각도, 발생도, 검출도는 현장 실무자 4명의 의견을 종합하여 평균을 낸 값으로 나타냄

유압실린더 FMEA 분석

2018년 춘계공동학술대회

• 유압실린더 공정개선(안)

No잠재적

고장형태RPN

조치

대상개선공정

1 O-ring 손상 137.75검사,

교체

· 조립 시 취급에 주의하고 조립 직전 보관 온도를

높게 하여 고무의 탄성 이용

· 제품의 수명에 따른 주기적인 교체

2Seal, Packing 손상

및 마모148.22

검사,

교체

· 실린더를 사용하는 환경을 고려한 패킹과 씰 선택

· 제품의 수명에 따른 주기적인 교체

5 실린더 스틱슬립 111.41검사,

분해

· 제품의 형태를 고려한 역학적으로 설계된 대체 패

킹 사용

· 피스톤의 다양한 형태 설계 고려

6실린더 내부 파손

(Rod, Tube 내부)111.38

검사,

분해,

조립

· 제 품 의 수 명 에 따 른 주 기 적 인 교 체

(씰, 패킹)

유압실린더 재제조 표준공정 개발

2018년 춘계공동학술대회

• 유압실린더 재제조 기준 정립

실린더 부품 교체 기준 : 표면조도 , 치수, 크랙이나 변형 없을 것

- 고품 상태 : 실린더의 재제조전 상태는 대부분이 추력이 부족하며,외부 누유가 발생되는 상태

< 유압실린더 고장유형 대처 방안 >

유압실린더 재제조 표준공정 개발

2018년 춘계공동학술대회

• 유압실린더 재제조 기준 정립

- Tube 재사용 기준

1차 기준 TUBE 외관확인 육안검사 파손시 재사용 불가 폐기->신작

2차 기준 내경의 긁힘,찍힘 육안검사 슬라이딩부 간섭여부 공차 內 재호닝+도금

3차 기준 내경 외경 공차 실린더게이지 내경공차등급 H9(H8)충족 공차 內 재호닝+도금 패킹제조사

4차 기준 내경 조도 조도계 Rz1.6이하 공차 內 재호닝+도금 패킹제조사

5차 기준 TUBE 휨 정도 3차원측정 1000mm당 1mm이하 폐기->신작 (구) KS B6370

- Rod 재사용 기준

1차 기준 ROD 외관 확인(파손 여부) 육안검사 파손시 재사용 불가 폐기->신작

2차 기준 외경의 긁힘,찍힘 육안검사 슬라이딩부 간섭여부 확인 탈맥(박리) 재도금

3차 기준 ROD 외경 공차 마이크로 외경공차등급 f8충족 탈맥(박리) 재도금 패킹제조사

4차 기준 ROD의 조도 조도계 Rz1.6이하 탈맥(박리) 재도금 패킹제조사

5차 기준 ROD 도금 두께 도막측정계 편측두께 20㎛ 이상 탈맥(박리) 재도금

6차 기준 ROD 휨 정도 3차원측정 1000mm당 0.25이하 폐기->신작 (구) KS B6370

유압실린더 재제조 표준공정 개발

2018년 춘계공동학술대회

재조립고품회수고품유형

분석(성능시험)

부품분석 및측정

고품해체 부품세척 부품도면화

결론 및 추후계획

2018년 춘계공동학술대회

• 유압실린더 재제조 공정의 단위공정 분석, 제품/공정의 FMEA분석을통해 표준 재제조 공정을 개발함

• 표준 단위 공정 작업 지시서 , 재제조 기준(재사용/수리/폐기) 수립함

• 표준 재제조 공정을 통해 생산성/품질 향상(공정시간 단축 : 970s 880s)

• 향후 Design for Remanufacturing 개념을 적용한 설계 개선안 적용,

재제조품의 성능검사 및 경제성/환경성을 평가하는 연구 진행계획