시스템 안전, Fail Safe, Fool Proof, Temper Proof

시스템 안전 설계란?

 

1. 풀프루프(Fool Proof)설계

 

1) 풀프루프 정의 (오조작 방지 장치)

모든 인간은 누구나 실수를 하며, 실수는 심각한 안전사고로 이어질 가능성이 존재한다
따라서, 오퍼레이터(operator) 혹은 근로자가 실수를 하더라도 공장 내 모든 기계의 안정성이 확보되도록 설계되어야한다.
이 안정성을 확보하는 가장 대표적인 방법이 풀프루프 설계

 기계의 위험성을 이해하지 못한 사람이라도, 어떤 조작을 실수하지 않도록 하는 시스템을 지칭 

 

2) 풀프루프의 주요 원칙

• 오류 예방 (Prevention)
  사용자가 잘못된 작업을 수행하지 못하도록 설계
  ex. USB 포트는 잘못된 방향으로 삽입할 수 없도록 디자인
• 오류 감지 (Detection)
  오류가 발생했을 때 이를 즉시 감지하고 수정할 수 있도록 설계.
  ex. 프린터는 종이가 걸렸을 때 이를 감지하고 사용자에게 알리는 시스템
• 자체 수정 (Correction)
  시스템이 스스로 오류를 수정할 수 있도록 설계
  ex. 자동차의 차선 이탈 방지 시스템은 차량이 차선을 벗어나려고 할 때 자동으로 수정

 

 

3) 풀프루프 적용 사례 

(1) 가드 (Guard) 풀프루프

① 고정 가드 (fixed guard) : 개구부로부터 가공물과 공구 등을 넣어도 손이 위험 영역까지 갈 수 없게 설계 

② 조절 가드 (adjustable guard) : 가공물과 공구에 맞도록 형상과 크기를 조절함 (공구가 들어가면 손이 위험부에 닿을 수 없게)

③ 경고 가드 (warning guard) : 손이 위험 영역에 들어가기 전에 경고를함 (음성, 사이렌, LED 등)

④ 인터락 가드 (interlock guard) : 기계식 작동 중 개폐되는 경우, 계폐회로와 작동 회로가 인터락되어있어 기계가 정지함 

 

(2) 록기구 (Lock) 풀프루프

① 인터락 설계 (interlock) : 2개 이상의 시스템, 부품 등이 상호 구속됨 

② 키방식 인터락 (key type interlock) : 열쇠를 사용하여 한쪽을 잠그지 않으면 다른 쪽이 열리지 않음. 열쇠를 잠그는 행위를 할때 손, 사람 등이 위험영역에서 자연스럽게 빠질 수 있음

③ 키 락 (key lock) : 1개 혹은 여러개의 열쇠를 사용하여, 전체 열쇠가 작동되지 않으면 조작이 안되는 방식

 

(3) 트립기구 (Trip) 풀프루프 

① 접촉식 (contact type) : 신체 일부가 위험영역에 들어가면 기계는 작동하지 않음 (전압 감지, 하중 감지 등) 

② 비접촉식 (non contact type) : 광선식(광센서), 정전용량식으로 신체 일부가 위험 영역 접근시 기계가 저잊 혹은 역복귀

 

(4) 오버런기구 (Overrun) 풀프루프

① 검출식 (Detecting) : 스위치를 종료해도 관성운동 혹은 잔류 전하 등을 감지, 위험 여지가 있는동안 가드가 열리지 않음

② 타이밍식 (Timing) : 기계식 혹은 타이머를 이용, 일정 시간이 지나지 않으면 가드가 열리지 않음 

 

(5) 밀어내기(Push-Pull) 풀프루프 

① 자동 가드 : 가드의 가동 부분이 열릴때, 물리적으로 위험 영역으로부터 신체를 밀어냄

② 밀어내기, 끌어당김 : 자동으로 밀어내거나, 끌어당겨 제자리로 위치시킴

 

(6) 기동 방지 기구

① 안전 블록 : 기계의 가동을 기계적으로 방해하는 스토퍼 등을 사용

② 안전플러그 : 제어회로 등으로 설계된 접점을 차단하는 것, (헬스장 런닝머신)

③ 레버락 : 조작 레버를 중립 위치에 놓으면 자동적으로 잠기는 기능 (힘을 줘서 작동하고 있을때만 기계가 가동) 

 

프레스가공 (전단, 압축, 굽힘, 드로잉, 파인블랭킹, 프레스 종류, 프레스 이론, 파단면 형상, 프

 

2. 페일세이프 (Fail Safe) 설계

 

1) 페일세이프 정의 (안전도 증강 장치) 

기계 혹은 시스템이 고장나더라도, 피해가 확대되지 않고 단순 고장이나 일시적으로 운영이 계속되도록 하여 안전을 확보하는 설계 방법. 특정 장치가 고장났을때 다른 부품이 비정상작동하여 근로자에게 피해를 주면 안되기 때문에, 비상장치 등이 작동하여 사고를 예방하는 설계 원리를 의미 
기계 혹은 시스템이 고장나도 병렬부품을 사용하여 (이중화설계) 부품 하나가 고장나더라도 나머지 부품이 작동하여 시스템을 안전하게 작동시킬 수 있음 

이는 안전인증 등과도 연관이 많은데, 로봇이나 각종 장치의 안전인증 (ISO, UL, KC 등) 중 환경 인증이나 여러 부분을 보면, 기계에게 충격을 줬을시 (급격한 환경 변화 - 온도 등, EMI시험 중 정전기 충격, 모터 과부하) 제품이 꺼지는건 문제가 되지 않으나 오동작하면 문제가 된다 (모터가 폭주한다던지). 이는 기본적으로 안전 인증의 근본은 페일 세이프에서 시작한다고 할 수 있다.

 

2) 페일세이프 종류

① fail passive 

기계 고장시 장비가 멈춤. 부품이 고장나면 통상 기계는 정지하는 방향으로 이동

 

② Fail Active

기계 고장시 경보가 울리며 잠시 작동 가능 (짧은 시간 동안 운전이 가능)

③ Fail Operation
기계 고장시 다음 점검까지 작동 가능, 안전한 기능만을 유지 

 

3) 페일세이프 예시

• 항공기 비행 중 하나의 엔진이 고장나도 다른 엔진으로 운행이 가능하거나 보조 엔진이 작동됨
• 승강기 정전시 마그네틱 브레이크 작동하는데, 이때 긴급정지까지 실시 (속도 인식)
• 석유난로가 일정 각도 이상으로 기울지면 자동적으로 꺼지는 기능 
• 기차 레일에서 철도 신호 고장시 적색 신호 고정 
• 대형 트럭의 에어 브레이크 : 고장시 자동으로 주차 브레이크가 작동 

 

3. 템퍼 프루프 (Temper Proof)설계

 

1) 템퍼 프루프 (temper proof) 정의

안전장치 제거시 작동될 수 없도록 설계하는 것 (안전장치 제거시 작동이 안되도록 2중, 3중으로 안전 설계하는 것)
부적절하게 조작되거 변조되지 않도록 설계하는것을 의미하며, 사용자가 안전장치 및 중요 부품에 쉽게 접근하지 못하도록 설계하거나, 변조시 명확한 증거를 남기도록 설계함

 

2) 적용 예시

• 휴즈(fuse)
• 분해 방지 및 분해시 확인할 수 있는 스티커 부착 
• 중요 부분 별나사 혹은 접착제 적용 (쉽게 분해 X) 

 

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