신뢰성응용연구 제18권, 제1호. pp.56-65, 2018 저장탄약신뢰성평가 데이터를 이용한 기계식시한신관 KM577A1 저장수명 추정 연구 이동녁 † ․윤근식 국방기술품질원 A Study on the Estimation of Shelf Life for Fuze MTSQ KM577A1 from ASRP Data Dongnyok Lee † ․ Keunsig Yoon Defense Agency for Technology and Quality Purpose : The purpose of this study is to estimate shelf life of fuze MTSQ (Mechanical Time & Super Quick) KM577A1 from Ammunition Stockpile Reliability Program (ASRP) data. Methods : For many years, ammunition test data had been gathered from ASRP. In this study, lot selection criteria and reliability score of functioning time for fuze are proposed. Reliability score of functioning time and failure data are used to estimate shelf life. Results : The results of this study are as follows; The failure modes of fuze MTSQ KM577A1 are dud, inverse function and mechanical time functioning failure (not operating in intended time). Dud and inverse function are major failure modes. Fuze MTSQ KM577A1’s shelf life (B 5 ) is estimated 18.2 years conservatively. Conclusion: Degradation of chemical components in fuze MTSQ KM577A1 is major factor for its reliability. And shelf life (B 5 ) of fuze MTSQ KM577A1 is estimated 18.2 years conservatively. 1) Keywords: Ammunition Stockpile Reliability Program, One-shot Device, Fuze, Shelf Life 1. 서 론 탄약은 수명기간 동안 지속적으로 사용하는 것이 아니라 단 한 번 기능을 발휘하고 파괴되는 One-shot Device(혹은 One Time Use Device)이다. One-shot Device는 목적에 적합한 환경을 조성하여 사용해 보 기 전에는 해당 제품의 성능이나 안전성을 확인할 수 없으며 요구되는 신뢰도가 매우 높고 이로 인해 고장 의 발생 빈도가 낮다. 기동장비 등의 무기체계는 저장 기간이 거의 존재하지 않고 전 수명 간 지속적으로 사 용되어 고장이 발생할 경우 확인할 수 있으나 탄약은 저장기간 동안 작동되지 않으므로 저장 중에는 고장 을 발견할 수 없다. 탄약은 저장수명 기간 동안 신뢰 도가 서서히 저하되므로 주기적으로 상태를 확인해 야만 한다[1]. 국내 저장된 탄약의 성능과 안전성을 확인하기 위 해 저장탄약신뢰성평가(ASRP; Ammunition Stockpile Reliability Program)를 실시하고 있다. 1998년 국방부 †교신저자 [email protected]2017년 8월 18일 접수; 2018년 3월 13일 수정본 접수; 2018년 3월 14일 게재 확정
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
신뢰성응용연구제18권, 제1호. pp.56-65, 2018
저장탄약신뢰성평가 데이터를 이용한
기계식시한신관 KM577A1 저장수명 추정 연구
이동녁†․윤근식
국방기술품질원
A Study on the Estimation of Shelf Life for Fuze MTSQ KM577A1 from ASRP Data
Dongnyok Lee†․ Keunsig Yoon
Defense Agency for Technology and Quality
Purpose: The purpose of this study is to estimate shelf life of fuze MTSQ (Mechanical Time & Super Quick) KM577A1 from Ammunition Stockpile Reliability Program (ASRP) data.Methods: For many years, ammunition test data had been gathered from ASRP. In this study, lot selection criteria and reliability score of functioning time for fuze are proposed. Reliability score of functioning time and failure data are used to estimate shelf life.Results: The results of this study are as follows; The failure modes of fuze MTSQ KM577A1 are dud, inverse function and mechanical time functioning failure (not operating in intended time). Dud and inverse function are major failure modes. Fuze MTSQ KM577A1’s shelf life (B5) is estimated 18.2 years conservatively.Conclusion: Degradation of chemical components in fuze MTSQ KM577A1 is major factor for its reliability. And shelf life (B5) of fuze MTSQ KM577A1 is estimated 18.2 years conservatively.
1)
Keywords: Ammunition Stockpile Reliability Program, One-shot Device, Fuze, Shelf Life
1. 서 론
탄약은 수명기간 동안 지속적으로 사용하는 것이
아니라 단 한 번 기능을 발휘하고 파괴되는 One-shot Device(혹은 One Time Use Device)이다. One-shot Device는 목적에 적합한 환경을 조성하여 사용해 보
기 전에는 해당 제품의 성능이나 안전성을 확인할 수
없으며 요구되는 신뢰도가 매우 높고 이로 인해 고장
의 발생 빈도가 낮다. 기동장비 등의 무기체계는 저장
기간이 거의 존재하지 않고 전 수명 간 지속적으로 사
용되어 고장이 발생할 경우 확인할 수 있으나 탄약은
저장기간 동안 작동되지 않으므로 저장 중에는 고장
을 발견할 수 없다. 탄약은 저장수명 기간 동안 신뢰
도가 서서히 저하되므로 주기적으로 상태를 확인해
야만 한다[1].국내 저장된 탄약의 성능과 안전성을 확인하기 위
해 저장탄약신뢰성평가(ASRP; Ammunition Stockpile Reliability Program)를 실시하고 있다. 1998년 국방부
†교신저자 [email protected]년 8월 18일 접수; 2018년 3월 13일 수정본 접수; 2018년 3월 14일 게재 확정
Dongnyok Lee․Keunsig Yoon 57
로부터 국방기술품질원이 저장탄약신뢰성평가 종합
관리부서로 지정되었고 1999년부터 저장탄약신뢰성
평가 업무를 주관하고 있다. 저장탄약신뢰성평가는
군에 저장 중인 탄약에 대하여 주기적으로 비기능시
험(육안검사), 기능시험(사격시험) 및 저장분석시험
(이화학시험)을 실시하고 사용 가능성과 안전성을 평가
한다. 평가결과에 따라 탄약은 계속저장, 조건부 불출, 우선불출, 폐기 등으로 탄약상태기호(Condition Code)가
부여된다.현재까지 저장탄약신뢰성평가는 로트 단위 평가이
다. 로트 단위로 평가할 경우 탄약의 관리에는 유용하
지만 품목의 신뢰도를 파악하거나 전체적인 로트 사
이 또는 시험년도 사이의 신뢰도를 비교하는데 한계
가 있다. 또한 탄약의 성능데이터와 수명데이터는 사
격을 통해서 얻을 수 있으나 평가에 소요되는 비용과
시간뿐만 아니라 안전 등의 이유로 시료수에 제약이
있고 탄약의 높은 신뢰도로 인해 고장의 발생 빈도가
낮아 저장수명을 추정하는 데 어려움이 있다. 로트 단위 평가의 한계를 해결하기 위하여 탄약 품
목별 신뢰도 추정 연구[2], 추진장약의 신뢰도와 저장
수명 추정 연구[3] 등 탄약의 신뢰성을 품목단위로 평
가하는 방법에 대한 연구가 이루어져 왔다. 또한 가속
열화시험을 통해 신관구성품의 저장수명을 예측하는
연구[4], 추진제의 수명연장[5], 의약품 사용기간평가
기법을 활용하여 저장탄약의 최초시험연수를 결정하
는 연구[6] 등 탄약의 저장수명을 추정하기 위한 연구
가 지속적으로 수행되고 있다.본 연구에서는 저장탄약신뢰성평가 대상탄약 중에
서 기계식시한신관 KM577A1의 저장수명을 추정하
고자 하였다. Chang et al.[4]이 신관 구성부품에 한정
하여 저장수명을 추정했던 것과는 달리 신관 완성품
의 저장탄약신뢰성평가 데이터를 이용하여 저장수
명을 추정하였다. 이를 위해 로트 단위의 저장탄약
신뢰성평가 결과로부터 품목의 저장수명 추정에 필요
한 로트선별기준을 제시하였다. 또한 기계식시한신
관 KM577A1의 성능데이터와 수명데이터를 분석하
는 방법을 제시하고 이를 통해 저장수명을 추정하였
다. 기계식시한신관 KM577A1의 성능데이터는 신뢰
성점수를 정의하여 저장기간에 따라 변화하는 추이
를 분석하였고 수명데이터는 모수적 추정방법에 따
라 저장수명을 추정하였다.
2. 기계식시한신관 KM577A1 제원과 특징
신관은 저장이나 이동시에는 안전한 상태를 유지하
고 발사 후 목표물에 명중하거나 정해진 시간에 소정의
작동을 하여 탄체를 폭발시키는 장치이다. 신관의 주요
기능은 안전, 장전 및 기폭이라고 할 수 있다. 안전기능
은 탄약을 저장, 수송 또는 취급할 때 안전한 상태로 유지
하도록 해주는 기능이다. 장전기능은 발사 이후에 폭발
계열(Explosive Train)을 정렬시키고 스위치들을 연결/차단하며 논리회로 등을 동작시켜 목적하는 조건이 형
성될 때 신관이 즉각 작동할 수 있는 상태를 갖추는 것이
다. 기폭기능은 목적하는 지점이나 시간에 탄두를 폭발
시키는 기능이며 기폭 방식에 따라서 충격신관, 시한신
관, 접근신관 등으로 구분할 수 있다. 시한신관은 사용자가 설정한 시간에 기폭되며 자동
이나 수동으로 시간을 설정한다. 시한신관은 화공부
품으로 연소시간을 조절하는 연소형 신관과 시계치차
의 작동원리를 사용하는 기계식 신관이 있으며 전자
식으로 시한장치를 설계한 신관도 운용되고 있다[7].기계식시한신관 KM577A1은 시한기능과 충격기
능이 있다. 시한기능은 기계식으로 작동하고 2~200초까지 0.1초 단위로 조정이 가능하다. 탄두의 직경이
105mm, 155mm, 4.2inch인 탄약 중 조명탄과 DPICM (Dual-Purpose Improved Conventional Munition)과 같이
공중에서 폭발하는 형태의 탄체(Air-burst carrier-type projectile)에 결합하여 사용할 수 있다. 기계식시한신관
에 대한 적합도 검정을 수행하였다. 각 분포의 Modified Anderson-Daring(AD*)값은 <Table 4>와 같다. 정규분
포를 포함하여 8개 분포의 Modified Anderson-Daring (AD*)값이 147.711이었으며, Weibull 분포를 포함한 3개 분포의 Modified Anderson-Daring(AD*)값이 147.712이다. Modified Anderson-Daring(AD*)값의 차이는 크지
않았다. 3모수 로그정규분포, 3모수 로그로지스틱분포, 3
모수 Weibull 분포, Weibull 분포, 로그로지스틱분포,
로그정규분포는 신뢰구간이 발산하여 수명추정에 적
합하지 않았다. 신뢰구간이 발산하는 Weibull 분포 등
7개의 수명분포는 제외하고 정규분포 등 5개의 수명
분포에 대한 B5수명은 <Table 5>와 같다. 정규분포로
가정하여 보수적으로 추정할 경우 B5수명은 약 18.2년으로 가장 짧았고, 2모수 지수분포로 가정할 경우
약 21.9년으로 가장 길었다.
5. 결 론
본 연구에서는 저장탄약신뢰성평가를 통해 얻어진
로트 단위의 데이터로부터 품목의 저장수명추정에
필요한 로트선별기준을 제시하였다. 또한 저장기간
에 따라 신관의 시한시간 신뢰도가 변화하는 추이를
파악하고자 시한시간 신뢰성점수()를 정의하였
다. 기계식시한신관 KM577A1의 시한시간 신뢰성점
수()와 시한실패 데이터를 분석하여 저장수명을
추정하였다.2005년에서 2013년까지 얻어진 기계식시한신관
KM577A1의 저장탄약신뢰성평가 데이터를 분석하
여 다음의 결과를 도출하였다.첫째, 기계식시한신관 KM577A1의 고장모드(Failure
Mode)는 시한실패(Dud & Inverse Function)와 시한시
간이탈(Mechanical Time Function Failure)로 분류할
수 있다. 저장기간 22년 동안 기계식시한신관 KM577A1은 시한시간이탈로 인한 고장은 없었다.
둘째, 기계식시한신관 KM577A1의 시한시간 신뢰
성점수()는 저장기간이 약 27.2년 이상 경과되면
1.33 이하로 낮아질 것으로 추정된다.셋째, 기계식시한신관 KM577A1의 양산품 합격수
준에 준하여 B5 수명을 기준으로 저장수명을 추정하
였다. B5 수명은 수명분포에 따라 차이가 있으나 약
18.2년~21.9년으로 추정된다.넷째, 기계식시한신관 KM577A1은 시한시간에 대
한 신뢰성이 높으나 불발이 대부분의 고장을 차지하
는 점을 볼 때, 시한신관의 기계적 구성품의 수명저하
보다 기폭관, 연결관, 전폭약 등 화공품의 성능이 저
장수명을 결정하는 요인이다.기계식시한신관 KM577A1의 보다 정확한 저장수명
을 추정하기 위해서는 지속적인 저장탄약신뢰성평가
를 통해 수명데이터와 성능데이터의 확보가 필요하다.
Dongnyok Lee․Keunsig Yoon 65
또한 저장기간, 로트의 크기 등을 고려하여 로트를 선
정하는 등 체계적으로 구성된 평가계획을 세워 품목단
위로 저장탄약신뢰성평가를 수행한다면 보다 정확하
게 저장수명을 추정할 수 있을 것이라 기대한다.
References
[1] Kim, Y. S. et al. (2010). “Introduction to Defense Quality Management”. Hyungseul Publishing Network.
[2] Yoon, K. S. and Lee, J. C. (2012). “A Case Study on the Reliability Assessment of Stockpile Ammunition”. Journal of the Korean Society for Quality Management, Vol. 40, No. 3, pp. 259-269.
[3] Yoon, K. S. and Park, S. W. (2014). “A Study on the Estimation of Shelf-life for 155mm Propelling Charge KM4A2 using ASRP’s Data”. Jounal of the Korean Society for Quality Management, Vol. 42, No. 3, pp. 291-300.
[4] Chang, I. H. et al. (2010). “Storage Lifetime Estimation of Detonator in Fuze MTSQ KM577A1”. Journal of the Korean Society for Quality Management, Vol. 38, No. 4, pp. 504-511.
[5] Bong, H. G. and Yoon, K. S. (2005). “The Study for the Single-based Propellant Shelf Life Extension”. Journal of Applied Reliability, Vol. 3, No. 3, pp. 357-371.
[6] Park, J. M., Lee, H. C., and Pack, S. C. (2017). “Determination of the Initial Test Years for One-shot System using Validity Assessment of Drugs”. Journal of Applied Reliability, Vol. 17, No. 1, pp. 1-10.
[7] Hong, J. T. (2011). “Technology of Modern Munitions”. Bonn Design.
[8] Jane’s Ammunition Handbook (2017). “Fuze-Artillery-Fuzes”. Last modified July 21. https://janes.ihs.com/Def
enceEquipment/Display/1333194.[9] Chung, Y. H. et al. (2016). “Influence Analysis of
Sampling Points on Accuracy of Storage Reliability Estimation for One-shot Systems”. Journal of Applied Reliability, Vol. 16, No. 1, pp. 32-40.
[10] Seo, S. K. (2015). “Minitab Reliability Analysis”. Eretec Inc.
[11] Park, J. W. and Ham, J. K. (2006). “Development of Reliability Index for Comparison of Components’ Reliability”. 2006 Spring Conference Proceedings of the Korean Reliability Society, pp. 140-148.
[12] Sherwin, E. R. (2004). “Analysis of “One-Shot” Devices”. Selected Topics in Assurance Related Technologies, Vol. 7, No. 4, pp. 1-4.
[13] Sim, H. G., Park, S. G., and Son, Y. K. (2009). “A Study on the Reliability Analysis of One-shot System”. Journal of the Korea Association of Defense Industry Studies, Vol. 16, No. 2, pp. 105-116.
[14] Ulrike, G. and Wiliam, Q. M. (2010). “A Comparison of Maximum Likelihood and Median-rank Regression for Weibull Estimation”. Quality Engineering, Vol. 22, No. 4, pp. 236-255.
[15] Park, D. S. et al. (2006). “The Report on the ASRP’s Activities in 2005”. Defense Agency for Technology and Quality, DTaQ-06-1213-T.
[16] Na, S. E. et al. (2007). “The Report on the ASRP’s Activities in 2006”. Defense Agency for Technology and Quality, DTaQ-07-1348-T.
[17] Koo, W. S. et al. (2014). “The Report on the ASRP Activities for the Army Ammunition in 2013”. Defense Agency for Technology and Quality, DTaQ-14-4237-T.
[18] Yoon, K. S. et al. (2011). “The Report on the Army ASRP’s Activities in 2010”. Defense Agency for Technology and Quality, DTaQ-11-2810-T.