1.1 일반적인 접극 방법 (Competing Approaches)
1.2 專門家的인 接近 方法 (The Professional Problem Solver’s(PPS)Approach)
Introduction
고장 분석기법(Failure Analysis)을 고장난 기계부품에 대한 사후 점검이라고 한다면, 고장원인 해결기법(Troubleshooting)은 고장 분석기법보다 확대된 의미로서 고장발생의 근본 원인을 규명하는 모든 활동을 포함하는 의미이다. 그러나 때로는 고장원인 해결의 과정은 여기서 멈추지 않고 문제의 제거까지를 포함하기도 한다. 다음의 두 가지 기본적인 경우에서 이 정의를 보다 확실하게 해 줄 것이다. 첫 번째 예는 시제품을 원형 시험하는 동안 기계 제조자가 많이 경험하는 구동축의 일관된 피로손상이며, 두 번째 예는 고장없이 몇 년간 운전한 후에 기계 소유자가 경험하는 비슷한 고장이다. 첫 번째 예에서는 고장 분석을 통하여 고장의 원인을 밝히고, 설계변수를 변경함으로써 교정행위가 비교적 빨리 이루어질 수 있다. 두 번째 예에서는 고장 분석이란 일반적으로 고장원인 해결 기법이라고 불리는 과정의 일부가 될 것이다. 고장 분석이 일단 완료되어, 직접적인 원인과 결과의 관계로서 저주파수 비틀림에 의한 “피로파괴”라고 결론지어지면, 여기서부터 고장원인 해결 기법이 시작된다. 무엇이 비틀림 진동을 갑자기 일어나게 했는가? 경험이 있는 기술자는 이렇게 말할 것이다. “이것은 보통 이런 식으로 되지 않는데! 진단상의 방법은 어떤가? 그것은 고장원인 해결 기법의 일부분이 아니지 않는가?” 기계 기술자들은 기계의 건전성을 평가하거나, 기계 성능상의 결함에 관계된 문제를 해결해 달라는 요청을 매우 자주 받기 때문에 이것은 지당한 질문이다. 전형적인 공정기계류의 성능상 결함 즉 간단한 문제의 징후들이 표 4-1에 나타나 있다.
이 같은 증상들이 한 개 또는 그 이상이 나타나면 기계 기술자들은 다음과 같은 질문에 답하도록 요구되어질 것이다.
⑴ 기계가 운전중이라면 필연적인 손상을 줄이기 위하여 운전을 중지해야 하는가? 문제의 심각성은 어느 정도인가? 얼마나 신속하게 이 문제를 해결해야 하는가? 문제가 더 심각해질 것인가, 현상태로 유지될 것인가 아니면 감소될 것인가?
⑵ 기계 정비가 가능하다면 점검과 수리를 위해 개방해야 하는가?
⑶ 이러한 증상이 나타나면 어떤 부품에 이상이 있는 것이며, 고장형태는 어떠할 것이며, 연쇄적인 영향은 무엇일까? 또 고장으로 인한 정지시간을 단축하기 위하여 어떤 부품과 설비들이 준비되어야 하는가?
숙련된 고장원인 해결사는 이같은 중대한 질문에 어떻게 답하는가? 다음 Page에서 몇 가지 대표적 접근방법을 알아보고 효과적으로 적용되어왔던 방법들을 예를 들어 설명할 것이다.
1. 일반적인 접근 방법
Competing Approaches
조직적인 접근 (Organizational Approaches).
조직적 접근 방법은 흔히 고장원인 해결에 별 도움이 되지 않는다. 이상 증상이나 고장의 해결을 위해 공장에서 어떤 조직을 구성하는 것은 진정한 원인규명과 결론의 도출에 큰 기여를 하지 못한다. 이 경우 기계고장의 원인에 대한 접근보다는 이상 증상이나 결과에 대한 수정 측면의 “정비(Maintenance)”에 초점이 맞추어지기 때문이다. 효과적인 고장 분석과 고장원인 해결을 위한 조직에 대해서 설명하는 본장 뒷부분에서 단순히 조직적이고 관습적인 방법의 단점이 설명된다.
문제를 잘 알고 있다는 것 (Learning to live with the Problem).
어떤 기계의 문제점에 관하여 어느 누군가 이렇게 말하는 것을 들었다. “이 문제에 대해서는 이미 알고 있으므로, 이 문제는 이제 더 이상 문제가 아니다.” 이 말의 뜻은 문제는 계속되어 왔지만 이미 3개월 주기로 계속 접해왔기 때문에 문제가 없다는 것이다. 즉 “이것이 발생되면 우리는 이렇게 했다. 그러므로 그것은 지극히 정상이다” 이렇게 접근하는 이유는 적절한 동기부여의 부족임은 두말할 나위도 없지만 또 다른 이유는 기계 고장 형태에 대하여 잘 알지 못하기 때문이다.
유리한 측면으로만 해석하여 접근하는 방법 (Well-Meaning Approach).
접근 방법은 고장원인 해결을 수행하는 의도는 좋지만 이미 발생된 문제를 해결하는 과정에서 새로운 문제를 발생시킨다. 이것은 조치를 하기 전에 결정된 어떤 문제 해결 방법의 장단점을 잘 비교 분석하지 못했음을 의미한다. 이러한 접근 방법의 또 다른 특징은 이전에 한번 고장 원인의 규명을 통하여 만들어진 권고사항을 철저히 추적하지 못한다는 것이다. 우리는 종종 어떤 문제점의 수정방법을 동일한 문제가 일어날 수 있는 분야의 예방책으로 적용하지 못할 때가 있다. 편협한 태도는 문제의 재발 방지 행위를 방해하게 된다.
기계공적 접근 (Mr. Machinery Approach).
이 접근 방법은 조직적 접근 방법과 유리한 측면으로만 해석하여 접근하는 방법의 범주에 속한다. 이는 기계 수명의 책임이 단지 기계공 한 사람에게 달려 있을 때 취해지는 접근 방법이다. 그의 성공률은 대체로 양호하지만 그 성공률이 좋아질지 나빠질지 어찌 알겠는가? 그는 유능한 대처요원이므로 자주 임무를 맡게되고 해결사이며 통제자이다. 그는 소위 기계 고장원인 해결사임에는 틀림없지만, 그가 얼마나 성공적일 수 있을까?
본서를 통하여 고장 분석과 고장원인 해결은 기계공 혼자서 수행하는 경우는 거의 없고, 얼마만큼 상호 협력 노력이 있어야만 하는가를 알게 될 것이다.
그릇된 사고방식에 의한 접근 (Approaches caused by wrong thinking patterns)
기계의 고장 분석과 고장원인 해결은 손상이나 기능상 부진의 원인이 무엇인지 이해하는 과정이다. “이해한다는 것은 곧 생각한다는 것이다.” 그리고 어느 고장원인 해결사가 말했듯이 고장원인 해결은 생각할 때와 행동을 취할 때를 아는 것이다. 고장 분석과 고장원인 해결이 가끔 성공적으로 수행되지 못하는 이유는 그에 대한 사고 패턴이 효과적이지 못했기 때문이다.
우리의 사고 과정은 2가지 인자에 의해 방해를 받는다. 하나는 외부인자로서 “기계 요소의 수명을 예측하는 것이 가능한가?” 하는 것이며(이것에 대해서는 앞에서 잠깐 언급했으며, 공정기계의 고장 분석과 고장원인 해결을 수행할 때 이것을 알아야 할 필요가 있다고 소개했다), 또 하나는 사고 과정 자체에 의해 결정되는 인자로서 이제부터 설명하게 될 것이다.
사람들이 효율적인 사고를 할 수 있도록 만드는 획일적인 방법은 오류가 수반될 수 있다는 것을 인식해야 하며 이러한 오류는 다음과 같은 것들이 있다.
모노레일 오류 (The Monorail Mistake).
기계 진동의 신호 분석이 제트엔진의 점검에서 잘 이루어져 왔기 때문에 원심형 압축기나 터빈과 같은 예비기가 없는 주 공정 기계에서도 동일할 것이라고 생각하기 쉽다. 그러나 정말로 똑같은 수백 개의 기계가 있는 경우도 있지만 주 공정 기계에서는 똑같은 경우가 거의 없다. 한 개의 제트엔진의 예비 진단은 수많은 다른 제트엔진에서도 유효하게 적용될 수 있지만, 주 공정 기계에서는 이것이 불가능하다. 따라서 고장원인 해결 기법의 결과에 의한 기적은 모든 진동분석 장비를 갖춘 주 공정기계 기술자에게서 기대될 수 있다. 모노레일 오류는 간단히 말해서 모든 제한 요소(Qualifying Factor)들을 무시하고 판에 박힌 방식으로 한가지 생각을 다른 것에 곧장 적용시키는 것을 뜻한다. 예를 들어 “전문가에 의하여 제작된 진동 가혹 정도표에 의하면 이 기계는 과도한 진동 상태로 운전되고 있다.”라는 것이다. 여기서 무시된 제한 요소는 모든 기계가 동일하게 제작되지 않았다는 사실이다. 만일, 기계의 고장원인 해결에 있어 제한 요소를 고려하지 않으면 모노레일 오류를 범하기가 쉽다.
상태의 정도에 대한 오류 (The Magnitude Mistake).
두 번째 주된 오류는 사람들이 일하는 방식으로부터 비롯되는 사고방식상의 오류이다. 사람들은 흔히 고장에 대한 “명칭”만을 생각하고 이에 해당하는 유효한 대책을 수립하기 위한 사고 과정을 진행시킨다. 각종 보고서에서 이러한 오류를 자주 볼 수 있는데 즉, “축 정렬 불량에 의한 고장”, “정상 마모” 등과 같은 것들이다. 이러한 오류는 직접 경험을 하는 실무 기술자들에게서는 잘 볼 수 없으며 이들은 “마모는 언제 발생하였으며 상태는 어느 정도인가?” “축 정렬 불량은 어느 정도인가?” 등과 같은 구체적인 의문점을 제시한다.
부적합 오류 (The Misfit Mistake).
길을 걷는 도중 잘 아는 사람을 발견하고 반가워 달려갔다가 그 사람이 자기가 생각했던 사람이 아님을 발견할 때가 있다. 관념적으로 알고 있는 어떤 것이 실제와 같지 않을 때를 부적절 오류라 한다. 우리는 흔히 어떤 결론을 도출할때 모든 정보를 다 사용하지는 않는다. 그 상황에 익숙할수록 더 빨리 그 상황에 대한 결론을 내리게 되는데, 예를 들어, 전에 이런 소음을 들었을때, “원인이…이었다”라고 하는 것 등이다. 실제로 고장원인 해결시 이러한 부적합 오류가 쉽게 발생되며, 이 책에서 제시한 고장원인 해결 Matrix는 이와 같은 위험성이 인식되지 않을때 얼마나 많은 오류가 발생될 수 있을 것인지에 대한 좋은 아이디어를 제공한다.
당위성 오류 (The Must-be Mistake).
이 오류는 “자만에 의한 오류”라고도 불린다. 결론을 이끌어 내기 위해 수집된 정보가 틀린 것이 없는데도 불구하고 자만은 이 결론이 수정이나 개선이 불가능하다고 확정해 버린다. 기계에 대한 고장원인 해결중 새로운 증거가 나타났을 때, 당위성 오류 때문에 이미 내려진 결론을 변경시키기를 거부하게 된다. 이전에 결코 제기된 적이 없는 새로운 관점의 가능성을 인정하지 않는한 이러한 오류는 계속될 것이다. “다른 사실로 나를 혼동시키지 마시오. 내 마음은 이미 정해져 있소.”
간과에 의한 오류 (The Miss out Mistake).
이러한 오류는 부분적인 것만을 고려하여 전체 상황에 적용되는 결론을 도출할 때 발생되며, 간접 정보에 의존하는 점검자에게서 빈번히 발생된다. 예를 들어 거대한 공정 압축기의 Thrust 베어링 손상에 대한 원인 추적에서 기계에 액상 슬러지를 야기시키는 최근 공정 사고에 대한 기록이 없다는 사실 때문에 조사자는 그릇된 판단을 내릴 수 있다. 우리는 우리가 알고 있는 정보 보다 더 많은 정보가 있을 거라는 명확하지 않은 생각이 떠오르는 상황에 처해오곤 한다. 기계의 고장원인 해결중 이러한 생각이 들면 몇 가지 선택을 하여야 한다.
① 이것이 전체중에서 단지 일부분에 근거를 두고 있다고 확신하므로 제기된 결론을 거부한다.
② 기출된 결론이 마음에 들지 않고, 그것이 전체 사실중에서 일부에 근거를 두었다고 생각되므로 제기된 결론을 거부한다.
③ 결론을 받아들이지만, 일단 유보하고 보다 완전한 것을 찾아본다.
④ 결론이 마음에 듦으로 그것을 받아들이고 결정이 옳다는 결론을 내린다.
⑤ 우리가 모든 정보를 갖고 있음에도 다른 것을 찾을 수 없으므로 다른 결론은 있을 수 없다는 결론을 내린다.
2. 전문가적인 접근 방법
The Professional Problem Solver’s(PPS)Approach
사고과정의 장애에 대한 설명에 이어, 고장 분석과 원인 해결의 전문가적인 접근에 대해 설명하고자 한다. 모든 정보처리 과정에서는 선택이 중요하므로 마지막 실수가 가장 결정적이다. 문제의 해결과 고장 원인 규명을 위하여 필요한 선택 요소 3가지는 다음과 같다.
① 선택을 위한 코드화.
때로 방대하고 부적절한 정보들의 코드화를 위해서 구성 요소들을 선택해야 한다. 이에 대한 기술은 올바른 구성 요소들을 선택하고 잘못된 것들은 제거하는 것이다.
② 선택을 위한 조합
코드화된 요소들을 조합하거나 통합하는 방식은 여러 가지가 있다. 이에 대한 기술은 이러한 요소들을 올바로 조합하는 방식을 선택하는 것이며, 이 과정은 상반조건에 대한 영향과 여러 기계 부품들의 상호관련 함수에 대한 지식을 기본으로 한다. 여기에서 중요한 것은 대부분의 기계 고장은 여러 가지 원인들이 조합되어 어떤 결과로 나타난다는 것이다. 고장 원인이 유일한 경우는 아주 드물다.
③ 선택을 위한 비교.
새로운 정보는 반드시 이전의 정보와 관련이 있기 때문에, 유사하거나 관련이 있는 점들을 이끌어 낼 수 있다. 이에 대한 기술은 올바른 비교를 하는 것이다.
일반적으로 이러한 사고 과정의 3가지 요소를 통찰이라고 부르며, 공통적으로 “선택”이라는 한 인자를 가지고 있다. 그러나 고장 분석 기법이나 고장원인 해결 기법에의 PPS 접근을 위해서는 또 다른 요소들이 있다.
사전 지식(Prior knowledge).
간단하게 보이는 문제라 할지라도 때로는 사전지식을 필요로 한다. 표 4-1의 목록화된 성능 결함을 고려해 보자. 적어도 그 원인이 될 수 있는 몇 가지 지식도 없이 이들 증상을 진단하려고 하는 것은 올바른 자세가 아니다.
사전지식이 경험에 근거를 두고 있고 만일 우리의 경험이 올바른 것이라면 기본적인 고장원인 해결의 원칙을 세울 수 있을 것이다. 그 좋은 예로는 다음과 같은 것들이 있다.
윤활에 관하여(On lubrication) :
① 유막 두께는 증가하지 않고 편심이 증가하면 기계의 윤활이나 마찰과 관련된 문제가 종종 발생한다.
② 상대 팽창과 열로 인한 비틀림으로 인해 온도는 윤활 요소에 직, 간접적인 영향을 미치므로 윤활요소의 고장원인 해결시에는 항시 온도, 온도 변화율, 온도 천이구역 등을 확인하여야 한다.
“문제가 발생되기 쉬운 부분”에 관하여(On “trouble spots”) :
① 비교적 꼭 조인 틈새와 같은 접촉 부위에서는 문제가 발생하기 쉬우므로 Fit 부식과 마찰을 예상해야 한다. 액체와 근접한 벽 사이에서, 기포와 액체가 공존할 때는 케비테이션이 발생한다. 즉, 양쪽의 간섭이 동시에 나타날 때(그림 4-1) 케비테이션이 발생한다.
그림 4-1 케비테이션 현상
② 서로 상대적으로 움직일 수 있도록 설계된 부품이 실제로 움직이지 않으면 고착될 것이다.
③ 숙련된 정비공들은 조립시 각 부품이 제자리에 위치하도록 조립품을 분해하기 전에 조립상태에서 서로 표시를 해두어야 한다는 것을 알고 있다. 그러나 여러 번 같은 일을 하게되면 자만심이 생기게 되고, 조립상태에서 서로 표시를 하는 것과 같은 간단한 예방책을 무시하면 부적절한 조립과 기동후에 심각한 운전문제를 유발할 수 있다.
문제 해결에 관하여(On problem solving) :
① 문제는 한번에 한가지씩 다루어야 가장 잘 해결된다.
② 문제에는 반드시 원인이 있으므로 문제를 해결하려고 하기 전에 원인을 밝혀야 한다.
③ 성취하고자 하는 목표가 무엇인지를 미리 알아야 한다.
④ 문제가 발생하면 당황하기보다는 대처할 방안을 세워야 한다.
그리고 좀더 너그러운 측면에서 보면, 전혀 모르는 문제를 조사할 때는 찾으려고 하는 것이 무엇인지 모르는 것이 당연하다.
실행 과정(Executive Processes). 이것은 고장 분석과 고장원인 해결시의 계획, 모니터링, 성능평가 등의 과정을 포함한다. 시작하기 전에 먼저 문제를 상세히 연구하여 동일성, 위치, 시간, 범위 등을 정의하고 새로 얻어지는 정보를 이용하여 문제를 수정해 나가야 한다. 실행과정에서 또 한가지 중요한 사항은 문제 해결 과정을 모니터링 하는 것으로 이미 진행되었거나 진행중이거나 여전히 진행될 필요가 있는 것이 무엇인가 하는 진전 상황을 계속 알고 있어야 하며 만약 진행정도가 너무 느리면 방법을 바꿔본다.
동기(Motivation).
정말로 도전해 볼만한 문제는 종종 문제 해결자에게 많은 동기부여를 요구한다. 보통 유능한 문제 해결자는 최선의 노력을 다하려고 하는 사람이다.
스타일(Style).
사람들은 다양한 스타일의 사고와 이해로 문제에 접근한다. 어떤 이들은 충동적이고 또 어떤 이들은 사려가 깊다. 유능한 문제 해결자는 양쪽 스타일을 모두 활용하는 사람인데, 고장원인 해결 과정에 있어서 어떤 것은 즉각적인 사고가 요구되며 또 어떤 것은 사려 깊고 논리적인 계산이 요구되기 때문이다.
종합해 보면 고장 분석과 고장원인 해결에의 전문가적인 접근방식은 최선의 선택 과정, 사전 지식, 실행 과정, 동기, 스타일 등을 복합적으로 적용하는 것이다.