기술로 품질로

국방에 기여하는 국방기술품질원의 이야기

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[기품人터뷰]

현장과 사람에게서 길을 찾다

2023년 국방기술품질원 주관 무기체계 개량 연구사업 우수과제

경청(傾聽)은 단순히 화자의 말을 집중해서 듣는다는 뜻에서 그치지 않는다. ‘기울다’라는 뜻을 가진 경(傾)의 글자처럼 ‘마음을 기울이는 일’에서 시작한다. 경청은 신뢰성시험분석팀 김용훈 선임연구원의 무기다. 고장원인 분석이 필요한 함정에 올라 성에 찰 때까지 면담을 하고 방향성을 모색한다. 그리고 문제가 해결될 때까지 숱한 조언을 수집하며, 마음을 쏟는다. 2023년 국방기술품질원 주관 무기체계 개량 연구사업 우수과제를 다루는 이번 기사에서는 현장과 사람에게서 힌트를 얻어 DDH-Ⅰ/Ⅱ급 함정의 문제를 해결한 사례를 살펴본다.

무기체계 개량 연구사업이란?

국방기술품질원이 주관하는 양산/운영유지단계 품질개선 활동으로 무기체계 운용성 향상을 목적으로 한다. 국방기술품질원에 산재해 있던 품질개선 연구를 종합하여 2024년 ‘무기체계 개량 연구사업’으로 확대 발전했다. 향후 국방기술품질원의 대표적인 연구사업이자 소요군 전력 강화의 핵심이 될 전망이다.

DDH-Ⅰ/Ⅱ급 함정 Cardan Shaft 파손방지를 위한 진동기준 정립 및 모니터링 방안 연구

대표 연구자 : 신뢰성시험분석팀 김용훈 선임연구원

문제점

‘DDH-Ⅰ/Ⅱ급 함정의 Carden Shaft 파손으로 추진축계 운용불가 문제 발생’
* Cardan Shaft : 축계에 각도 차이가 발생할 경우, 그 차이를 보상하는 역할 수행

문제 발생 원인

문제 발생 원인
원인 연구	개량 연구
상태진단 기준 없음 측정 및 모니터링 방법 없음 정비주기 및 정비기준 없음 고장 및 파손 시 사후조치	상태진단을 위한 진동기준 제시 측정 및 모니터링 방법 발굴 진동기준 측정으로 상태진단, 사전정비 수명시간 활용하여 정비기준 수립

해결 과정

향후 Cardan Shaft 파손방지 및 정비판단을 위한 상태진단 진동기준 신규 수립
진동 측정 및 모니터링 방법 제시
Cardan Shaft 정비기준 수립을 위한 파손 취약부품 수명시간 산출

문제 발생 원인
개량방안1	진동 상태진단 기준 수립 : 사후조치 → 사전예방조치
개량방안2	진동 측정 및 모니터링 방법 제시 : 외주진단 → 자가진단
개량방안3	수명시간 산출로 수명시간 기반 정비기준 제정 :관리제한 → 체계적 관리 예) 십자축 니들롤러 베어링의 수명시간 : 19,519시간

성과

유·무형 경제효과 예상 : 전순기 약 119억 원(연간 약 8억 원)
- 부품 파손후 사후조치 : 전량교체비용 126.5억 - 예방정비(부품교체 시) 7.1억
  ※Cardan Shaft는 DDH-I/II급 함정(0척)에 총 18개 적용, 구축함 잔여수명(약 15년)

문제 발생 원인
항목		추산 비용
기존 방식 (①)	우발적(미예측) 파손 시, 잔여수명 간 총 손실비 Cardan Shaft 파손/대형정비 횟수 및 추세를 잔여수명에 비례하여 적용 DDH-I/II급 함정의 잔여수명을 최대 15년으로 설정(총 35년) Cardan Shaft 1기 신규 구매비용 및 교체 작업비용 적용	126.5억 원
기존 방식 (②)	상태진단 및 예방정비(부품교체) 시, 잔여수명 간 총 정비비용 정비창은 향후 1년에 2기씩 상태점검 및 예방정비 수행할 예정임 예방정비시 소요되는 부품비, 정비비, 교체작업비만 발생하는 것으로 확인	7.1억 원
효과 (①-②)	본 제안 적용 시, 예산절감 효과	119.4억 원

23년 연구과제 연구비 3,000천 원 투입 대비 전순기 약 3,966배 경제효과 달성

※ 구축함 잔여수명 연장 및 정비 고려 시 무형 경제효과 극대화 예상

미니 인터뷰

Q1. 연구원님에 대한 자기소개 부탁드립니다.

국방신뢰성연구센터 신뢰성시험분석팀 김용훈 선임연구원입니다. 팀 내에서 음향진동 KOLAS, 소음진동 기술지원, 군수품 고장 원인분석 등의 업무를 담당하고 있습니다.

Q2. 국방기술품질원이 주관하는 이번 연구사업에는 어떤 계기로 참여하게 되셨나요?

저희 팀의 주요 기능 중에는 ‘군수품 고장 원인분석’이 있습니다. RAM분석팀에서 도출해주신 다빈도 고장 품목 및 각 군에서 요청해주시는 품목들을 검토하여 매년 군수품 고장 원인분석 업무를 수행하고 있습니다. 이번 연구사업의 경우 해군에서 요청해주신 품목 중 하나였으며, 저와 황수하 선임이 담당하게 되었습니다.

Q3. 기저 베어링에서의 진동과 Cardan Shaft의 상관성은 어떻게 알게 되셨나요? 어떤 참고 자료를 통해 해결방안을 도출하셨는지 궁금합니다.

Cardan Shaft의 상태를 직접적으로 진단하려면 토크(Torque, 축을 회전시키는 능력) 측정 센서를 설치하여 지속적으로 모니터링하면 됩니다. 이미 Cardan Shaft에 대한 토크 기준치는 정해져 있기 때문입니다. 그러나 공간, 비용(예산), 복잡성, 위험성 등의 문제로 현시점에 적용하기는 거의 불가능합니다. 이에 대한 합리적인 대안을 고민했으며, Cardan Shaft와 직결되는 기저베어링에서의 ‘진동’ 측정을 통해 Cardan Shaft의 ‘토크’를 간접적으로 진단할 수 있겠다는 아이디어를 도출하였습니다.

Cardan Shaft 관련 문헌(논문, 책, 제조사 기술자료 등) 조사를 통해 Cardan Shaft의 각도 및 토크에 따라 기저베어링에 가해지는 하중의 크기가 달라진다는 점을 확인하였고, 정비부대 협조를 통해 DDH-Ⅰ/Ⅱ급 함정에서도 Cardan Shaft 고장 시 기저베어링에서도 고장 또는 과진동 현상이 동반된다는 점을 확인했습니다.

Q4. 연구사업에는 담지 못했던 경험이나 아이디어를 얻는 ‘나만의 방법’이 있다면 소개 부탁드립니다.

고장조사 등과 같은 초기 단계에서는 오랫동안 이 품목을 운용·정비했던 분들과의 토의 및 의견 청취가 매우 큰 도움이 되었습니다. 실제로 겪어보지 못했던 현상들에 대해서도 생생한 설명을 들을 수 있고, 그 과정에서 문제 해결의 실마리나 아이디어도 많이 떠올릴 수 있었습니다. 고장원인 분석을 진행하는 단계에서는 유사한 문제를 다룬 국내외 논문들, 해당 품목에 대해 전문적으로 다루는 국내외 기술서적들, 원제작사 및 경쟁사들이 발간하는 매뉴얼, 백서, 기술자료 등을 광범위하게 공부하여 고장원인 분석의 근거를 쌓았던 것 같습니다. 또한, 진행 과정을 최대한 팀 내에 공유하여 다양한 지식을 가진 팀원분들의 코멘트를 받았던 것이 큰 도움이 되었습니다.

Q5. 무기체계의 ‘신뢰성’은 거듭 강조해도 부족함이 없다고 생각합니다. 연구원님께 ‘신뢰성’은 어떤 의미인지, 또한 왜 ‘신뢰성’이 중요한지 듣고 싶습니다.

문헌에 따르면, 품질은 일정 시점에서의 ‘정적인 품질’을 의미하고, 신뢰성은 시간의 변화에 따른 ‘동적인 품질’을 의미한다고 합니다. 무기체계가 군에 인도되는 시점에 엄격한 품질의 기준을 통과해야 함은 물론이고, 군에서 무기체계를 운용하는 동안에도 요구 성능을 발휘할 수 있어야 하므로, 품질과 신뢰성은 모두 중요한 의미를 갖는 것 같습니다. 한편, 신뢰성이라는 단어가 추상적 개념에서 머무르지 않고 실체화되기 위해서는 업무를 수행하는 연구원 개개인의 공학적 전문지식과 경험이 매우 중요하겠다는 생각도 갖게 됩니다.

Q6. 이번 계기를 통해서 국방기술품질원이나 국방 관련 분야에 제언하고 싶은 부분이 있다면 한 말씀 부탁드리겠습니다.

국방기술품질원에는 다양한 지식, 능력, 경험을 갖춘 훌륭한 연구원분들이 많이 있습니다. 국방기술품질원이 그런 분들의 전문성을 수용하고 더 확대할 수 있는 장이 되었으면 좋겠습니다.

Q7. 앞으로의 계획 및 포부가 궁금합니다.

무엇보다 가정에서 아이들이 잘 성장할 수 있는 울타리 역할을 잘 감당하고 싶습니다. 노력 중입니다. 회사 안에서는, 아직도 부족한 점이 많지만, 주변 동료들에게 도움이 되는 연구원이 되고 싶습니다.