중복성 – 더 많은 것이 항상 안전한 것은 아닙니다.

안전 분석은 특히 고장이 심각한 영향 (항공 우주, 철도, 의료, 석유 및 가스)을 초래할 수있는 산업에서 안전 시스템의 설계 및 구현에 중요합니다.
대부분의 경우 안전에 대한 '마법의'치료법은 중복입니다. 예를 들면 다음과 같습니다.

• 백업 전원 공급 장치 (UPS 및 발전기)
• 중복 경로가있는 통신 네트워크
• 중복 브레이크 시스템
• 중복 엔진

그러나 많은 중복을 추가하는 데 몇 가지 함정이 있습니다.

비용:

더 많은 단위는 더 높은 조달 비용 (CAPEX에 기인)을 의미합니다.
또한 현장에서 더 많은 장치 고장이 발생하므로 유지 보수 비용도 치 솟을 것입니다 (OPEX에 기인 함).

일반적인 원인 실패 :

일반적인 원인 실패는 다른 항목 실패와 독립적이지 않은 실패 모드입니다.
예 :

• 전원 공급 장치가 단락되면 퓨즈로 보호되지 않는 한 다른 시스템에 장애가 발생할 수 있습니다.
• 엔진이 고장 나고 내부 손상이 케이싱에 포함되지 않으면 엔진에서 물체가 분출되어 주변 시스템의 고장을 일으킬 수 있습니다.

일반적인 원인을 줄이는 한 가지 방법은 여러 유형의 중복 장치를 사용하는 것입니다 (NASA의 "항공 우주 응용 프로그램이 포함 된 오류 트리 핸드북"[1]에서 논의 됨).

다음은 항공 분야에서 흥미로운 두 가지 예입니다.

1. 보잉 KC-46 페가수스 [2]

2014 년 7 월 Boeing은 Boeing KC-46 Pegasus 배선의 재 설계를 충당하기 위해 $272 백만의 세전 요금을 기록했습니다. 배선 번들의 5-10%는 이격 거리가 충분하지 않거나 일부 임무 시스템의 이중 또는 삼중 중복 배선에 대한 공군 요구 사항을 충족하도록 적절하게 차폐되지 않은 것으로 나타났습니다.
중복 배선 간의 분리를 요구하는 이유는 일반적인 원인 오류를 방지하기위한 것입니다. 느슨한 물체가 전선을 절단한다고 가정하면 중복 전선이 근처에 있으면 절단 될 가능성도 높습니다.

 

2. ETOPS

ETOPS는 Extended Operations의 약자입니다. 과거에는 4 대의 엔진 항공기가 장거리 비행에 사용되었지만 오늘날에는 2 엔진 항공기가 유사한 비행을 수행 할 수 있습니다. 그 이유 중 하나는 현대 발전소의 높은 신뢰성 때문입니다.
다음은 BQR의 FTA (Fault Tree Analysis) 소프트웨어를 사용한 분석입니다.

엔진 기내 정지 (IFSD) 확률은 약 2 · 10입니다.^-6 현대식 PW4000 발전소의 비행 시간당 [3] (비교를 위해 1952 년 비행 시간당 IFSD 확률은 2.5 · 10^-4 피스톤 엔진 용 [4]).
FAA는 10보다 작은 치명적인 실패 확률을 요구합니다.^-9 통근 형 비행기의 경우 비행 시간당 [5].
비행 중 단일 엔진으로 충분하다고 가정하면 간단한 분석을 통해 더 많은 엔진이 더 안전한 비행을 할 수 있음을 알 수 있습니다.

엔진 수	비행 시간당 모든 엔진 고장 확률
1	2 · 10-6
1	4 · 10-12
1	8 · 10-18
1	1.6 · 10-23

 

그러나 일반적인 원인이 존재하는 경우 상황은 다릅니다.
파편이 주변 시스템을 위험에 빠뜨리지 않도록 엔진 고장 테스트를 수행하는 동안 (동영상 [6] 참조), 단일 엔진 고장이 일반적인 원인으로 치명적인 고장을 일으킬 가능성이 0.015% * 인 경우를 고려하십시오. 다음은 2, 3 및 4 엔진의 경우에 대한 결함 트리 다이어그램입니다.

2 개의 엔진

3 개의 엔진

4 개의 엔진

3 개 FTA 수치를 비교해 보면 2 개 엔진이 3 개 또는 4 개 엔진보다 안전하고 4 개 엔진 케이스는 FAA 요건을 충족하지 않는 것으로 나타났습니다!
이 사소하지 않은 결과는 결함 트리 분석에서 일반적인 원인 실패를 설명하는 것의 중요성을 보여줍니다. 이 분석은 민간 항공 시스템 안전 평가의 일부로 필요합니다 [7].

 

* 0.015% 값은 데모 목적으로 만 선택되었습니다.

BQR은 안전 분석, FMEA / FMECA 및 공통 원인과 중첩 된 공통 원인 (하위 트리에 추가 공통 원인이 포함 된 공통 원인 이벤트)을 포함한 복잡한 FTA를위한 소프트웨어 및 전문 서비스를 제공합니다.

참조 :

[1] Fault Tree Handbook with Aerospace Applications, NASA, (2002)
[2] 위키 백과, https://en.wikipedia.org/wiki/Boeing_KC-46_Pegasus
[3] ICAO, EDTO 워크샵, https://www.icao.int/SAM/Documents/2014-EDTO/EDTO%20Module%20%204%20%E2%80%93%20Aircraft%20certification%20considerations.pdf
[4] 엔진 회전 또는 승객 수영 : ETOPS가 항공 분야의 안전 및 경제성을 개선 한 사례 연구, J. Angelo DeSantis (2013), https://scholar.smu.edu/cgi/viewcontent.cgi?article=1305&context=jalc
[5] 파트 23 항공기, FAA에 대한 시스템 안전 분석 및 평가, (2011), https://www.faa.gov/documentLibrary/media/Advisory_Circular/AC%2023.1309-1E.pdf
[6] A380 블레이드 오프 테스트, Youtube (2006), https://www.youtube.com/watch?v=j973645y5AA
[7] ARP 4761, 민간 항공기 시스템 및 장비에 대한 안전 평가 프로세스를 수행하기위한 지침 및 방법