복잡한 시스템에서 발생 가능한 위험을 사전에 예측하고 관리하는 시스템 안전 공학은 기업의 설비 신뢰도 및 경영 안전성을 확보하는 핵심 분야입니다. 이번 포스팅에서는 시스템 위험 분석의 양대 산맥인 FMEA와 HAZOP를 중심으로, 주요 위험 분석 기법들을 심층적으로 다룹니다.
I. 시스템 안전 공학의 정의 및 개발 단계
시스템은 다수의 독립된 목적 또는 개념적 요소의 집합체가 어떤 공동의 목적을 달성하도록 유기적으로 결합해 활동하도록 된 것입니다. 시스템의 안전성을 확보하기 위한 방안에는 위험 상태의 최소화, 인공공학적 설계 적용, 안전장치 및 경보장치의 채택 등이 있습니다.
📌 시스템 개발의 5단계
II. 고장 형태 및 영향 분석 (FMEA)
FMEA (Failure Mode and Effect Analysis)는 시스템에 영향을 미치는 모든 요소(재료, 부품, 장비 등)의 고장 형태(유형)별로 분석하여, 그것이 시스템 전체에 어떤 영향을 미치는지 분석하는 정성적이고 귀납적인 분석 기법입니다.
1. 위험 우선순위 번호 (RPN: Risk Priority Number)
FMEA에서 고장 우선순위를 결정하는 지표로, 다음 세 가지 요소의 곱으로 산출됩니다.
RPN = 심각도(Severity) × 발생 빈도(Occurrence) × 검출도(Detection)
2. 고장 유형별 분류 (고장 영향)
| 발생 확률 (β) | 영향 |
|---|---|
| β = 1.00 | 실제의 손실 |
| 0.10 ≤ β < 1.00 | 예상되는 손실 |
| 0 < β < 0.10 | 가능한 손실 |
| β = 0 | 영향 없음 |
III. 위험과 운용 분석 (HAZOP)
HAZOP (Hazard and Operability Analysis)는 가이드워드(guide word), 유인(유도어), 공정의 파라미터(parameter)를 결합하여 위험요소와 운전상의 문제점을 도출하는 기법입니다.
HAZOP 가이드워드 주요 종류 및 정의
| 가이드워드 | 정의 |
|---|---|
| 없음 (No, Not, or None) |
설계 의도에 완전히 반하여 공정 변수의 양이 없는 상태, 설계 의도의 완전한 부정 |
| 증가 (More) |
공정 변수가 양적으로 증가되는 상태 (예: 유량 증가(More flow)) |
| 감소 (Less) |
공정 변수가 양적으로 감소되는 상태 (예: 유량 감소(Less flow)) |
| 반대 (Reverse) |
설계 의도와 정반대로 나타나는 상태, 설계 의도의 논리적인 역 |
IV. 기타 주요 위험 분석 기법
FMEA와 HAZOP 외에도 시스템의 위험을 정량적/정성적으로 평가하기 위한 다양한 기법들이 있습니다.
- PHA (Preliminary Hazard Analysis): 예비 위험성 분석. 개발 초기 단계에서 시스템 고유의 위험을 파악하고 예상되는 위험 수준을 결정하는 정성적인 기법.
- CA (Criticality Analysis): 치명도 분석. 고장 발생의 빈도와 그 영향의 크기를 통하여 치명적인 고장에 대하여 정량적으로 평가하는 기법.
- MORT (Management Oversight and Risk Tree): 경영 소홀 및 위험수 분석. FTA와 동일한 논리 방법을 사용하여 관리, 설계, 생산 및 보전 등의 넓은 범위에 걸친 안전 확보를 위해 활용되는 기법.
- CCA (Cause Consequence Analysis): 원인결과분석. KOSHA GUIDE X-43-2011에 따른 FTA와 ETA를 결합한 것으로, 잠재된 사고의 결과 및 근본적인 원인을 찾아내고, 사고 결과와 원인 사이의 상호 관계를 규명하여 리스크를 정량적으로 평가하는 기법.
- THERP (Technique for Human Error Rate Prediction): 인간 에러율 예측 기법. 인간의 실수를 정량적으로 평가.
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