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군수품의 신뢰성 확보는 작전 수행의 성공 여부를 결정짓는 핵심 요소이다. 특히, 수리부속품의 열화 및 마모는 전체 시스템의 성능 저하와 직결되며, 예기치 않은 고장은 임무 수행에 큰 영향을 미칠 수 있다. 이를 예방하기 위해 다양한 신뢰성 평가 방법이 적용되고 있지만, 장기간의 실사용 시험은 현실적으로 불가능하다. 이를 극복하기 위해 가속열화시험은 제한된 시간과 자원 내에 군수품의 열화 특성을 분석하고, 신뢰성을 평가하는 중요한 방법으로 활용되고 있다. 본 기고문에서는 가속열화시험의 개념을 정리하고, 최신 기술 동향 및 군수품 수리부속품의 신뢰성 확보에 적용 가능한 전략을 제시한다. 이를 통해 군수품의 효과적인 높은 신뢰성 확보를 위한 실질적인 방안을 모색하고자 한다.

화생방장비와 물자는 제품 생산 시점에서부터 사용 시점에 이르기까지 일정 환경 조건에서 저장된다. 이때 시간 경과에 따라 지속적인 노화가 진행되어 물성 및 성능 저하가 발생한다. 즉, 제품이 제조될 당시에는 규격을 만족하는 제품일지라도, 일정 기간이 지난 후에는 이화학적 물성이 저하되어 사용자의 요구를 충족하지 못할 수 있다. 특히, 치장물자는 특성상 일정 기간의 저장수명(shelf-life)을 요구하므로, 저장된 제품의 품질을 어떻게 보증할 것인지, 순환주기를 어떻게 설정할 것인지가 매우 중요하다. 이를 해결하기 위하여 국방기술품질원은 2006년부터 저장 화생방장비·물자 신뢰성평가(CSRP, Chemical Materiels Stockpile Reliability Program)를 수행하여, 평가 기간이 도래하는 시점에 시효 연장 여부를 결정하고 있다. 또한, 저장수명이 종료되는 연도부터 시작하는 기술시험 데이터도 축적하고 있다. 이번 글에서는 화생방장비와 물자의 저장수명을 예측하기 위한 가속 수명시험 절차를 소개하고, CSRP 데이터를 활용할 수 있는 방안을 제시하고자 한다.

기품원은 2006년도부터 저장수명이 도래하는 화생방장비와 물자의 시효연장을 판정하기 위하여 저장 화생방장비·물자 신뢰성평가(Chemical Materiel Stockpile Reliability Program, 이하 CSRP)를 수행하고 있다. CSRP의 신뢰성 평가를 위하여 저장수명이 종료되는 연도부터 신뢰성 시험을 시작하므로 시험결과를 데이터로 축적하고 있다. CSRP 시험결과는 화생방장비와 물자가 시간 경과에 따라 지속적인 노화가 진행되어 물성 및 성능 저하가 발현되는 자연노화를 분석할 수 있는 실제 자료이다. 가속수명시험은 사용조건보다 가혹한 일정 스트레스 조건에서의 시험데이터들을 분석하여 수명-스트레스 관계식을 추정하고, 이로부터 사용조건의 수명을 추정하기 위한 시험이다. 가속수명시험은 사용조건에서의 수명을 짧은 시간에 추정할 수 있는 장점이 있지만, 적절하지 않은 평가항목과 스트레스 수준 등을 적용하면 잘못된 결론을 초래할 수 있어 검증이 필요하다. 화생방장비와 물자에 많이 사용되는 부틸 고무에 대한 가속수명시험 결과를 자연 노화된 제품의 CSRP 데이터를 이용하여 분석한 결과를 사례로 소개한다.

오늘날 국방기술품질원 국방신뢰성연구센터는 군수품 신뢰성 전문기관으로서 무기체계의 신뢰성 향상을 위해 업무를 수행하고 있으며, 획득순기에 따라 체계에 목표값을 할당하여 제품에 대한 RAM목표값을 설정하고 있다. 또한, 다빈도 고장품목을 매년 선정하여 고장원인분석을 수행하고 도출된 결과 등을 개발단계에 환류하고 있지만 실제 고장품이 작전 및 운용중에 노출되었던 환경을 정확하게 모사하기에는 제한이 있으며, 이로 인한 고장 발생 사례가 다수 발생하고 있다. 이를 해결하기 위한 방안으로 실제 운용환경을 모사할 수 있는 프로파일을 활용한 시험기법 연구의 필요성이 제기되었고 이에 따라 야전에서 운용되는 무기체계에 설치하고 환경 데이터를 무인으로 장기간 수집할 수 있는 장치를 고안하였다. 본 기고에서는 앞서 언급한 데이터 수집장치에 대해 소개하고 향후 활용방안을 제언하고자 한다.

군에서 운용되고 있는 무기체계 내부 탑재장비들의 경우, 민수 제품의 환경과는 다르게 야전의 비포장 도로 노면 및 포 사격 등의 가혹한 진동 환경에 노출되어 있다. 무기체계 개발단계에서부터 이러한 운용 환경조건을 고려한 신뢰성시험이 수행되어야만 고신뢰도의 군수품을 획득할 수 있다. 일부 무기체계 개발사업에서 시험을 통해 직접 데이터를 획득하고 진동 프로파일을 설계하여 시험 규격에 반영하고 있지만, 이는 실제 군 운용 환경조건과 차이가 있다. 또한, 무기체계나 탑재장비의 신뢰도를 검증하거나 확인하기 위한 진동시험이 아닌 규격 조건의 진동 상태에서 운용했을 때 이상여부를 검증하기 위한 내환경 시험이다. 본 기고에서는 실제 군 운용 환경에서 진동데이터를 획득하고, 비지도 학습을 적용하여 과소 또는 과대설계가 되지 않는 신뢰성시험 프로파일 도출 방안을 제시하였다.