신뢰성에 기초한 고속철도 교량의 안전도 및 내하력평가

조효남,곽계환 한국전산구조공학회 1997 전산구조공학 Vol.10 No.3

한국에서는 서울-부산간 고속철도건설이 5년전 시험구간의 시공을 시작으로 본격적인 고속철도건설이 진행중에 있다. 본 연구에서는, 고속철도교량의 전산화 유지관리를 위한 신뢰성에 기초한 건전성 평가모델을 개발하는데 중점을 두고 있다. 신뢰성 해석을 위한 PC철도교의 강도한계상태모형은 휨 또는 전단강도와 같이 단일 파괴모드뿐만아니라 휨, 전단 및 비틀림을 동시에 고려하는 조합상관식도 고려되었다. 실제적인 내하력 평가를 위해 체계신뢰성에 기초한 등가내하력 평가방법을 사용하였으며 이로부터 얻은 결과를 요소신뢰성과 재래적인 방법에 의한 결과와 비교하였다. 본 논문에서 제안한 모델은 실재하는 고속철도교량의 신뢰성에 기초한 실제적인 안전도 및 내하력평가를 위한 적절한 모델임을 알 수 있었다. In Korea, the construction of the first high-speed railroad on the Seoul-Pusan Corridor has already started 3 years ago, in the paper, an attempt is made to develop reliability-based safety and capacity evaluation models for the computer-aided maintenance of the high-speed railroad bridges. The strength limit state models of PC railroad bridges for reliability analysis encompass both the single failure mode such as bending or shear strength and the combined interaction equations which simultaneously take into account flexures, shear and torsion. Then, the actual load carrying capacity and the realistic safety of bridges are evaluated using the system reliability-based equivalent strength, and the results are compared with those of the element reliability based or conventional methods. It is concluded that the proposed models may be appropriately applied in practice for the realistic assessment of safety and capacity of high-speed railroad bridges.

Reliability-based design optimization via high order response surface method

Hong-Shuang Li 대한기계학회 2013 JOURNAL OF MECHANICAL SCIENCE AND TECHNOLOGY Vol.27 No.4

To reduce the computational effort of reliability-based design optimization (RBDO), the response surface method (RSM) has been widely used to evaluate reliability constraints. We propose an efficient methodology for solving RBDO problems based on an improved high order response surface method (HORSM) that takes advantage of an efficient sampling method, Hermite polynomials and uncertainty contribution concept to construct a high order response surface function with cross terms for reliability analysis. The sampling method generates supporting points from Gauss-Hermite quadrature points, which can be used to approximate response surface function without cross terms, to identify the highest order of each random variable and to determine the significant variables connected with point estimate method. The cross terms between two significant random variables are added to the response surface function to improve the approximation accuracy. Integrating the nested strategy, the improved HORSM is explored in solving RBDO problems. Additionally, a sampling based reliability sensitivity analysis method is employed to reduce the computational effort further when design variables are distributional parameters of input random variables. The proposed methodology is applied on two test problems to validate its accuracy and efficiency. The proposed methodology is more efficient than first order reliability method based RBDO and Monte Carlo simulation based RBDO, and enables the use of RBDO as a practical design tool.

Development and application of reliability test platform for high-speed punch machine clutch brake system

Hao Chen,Yu Sun 대한기계학회 2017 JOURNAL OF MECHANICAL SCIENCE AND TECHNOLOGY Vol.31 No.1

In order to obtain high-speed punch clutch brake system dynamic characteristics and achieve reliability growth, a reliability test platform for high-speed punch machine clutch brake system was designed. Clutch brake working condition was analyzed and slipping power was determined in the process of coupling and braking. And on this basis, reliability test platform was designed. By adjusting motor rotating speed and rotational inertia of components, clutch brake working state was simulated. In the aspect of testing, clutching torque, loading torque and braking torque were collected in real time by using wireless torque sensors. And dynamic response time of clutch brake system was measured by using rotary encoder and virtual instruments. The experimental results show test platform with the validity and reliability. It can be used to find the weakness of clutch brake system and offer experimental support for reliability growth of high-speed punch.

인적, 사회적 요인이 간과된 고신뢰조직: 한국군 케이스를 중심으로

오세형(Se Hyung Oh) 건국대학교 경제경영연구소 2013 商經硏究 Vol.2016 No.1

고신뢰조직이론은 군대나 병원과 같이 실수와 실패를 줄여야하는 조직의 설계에 많은 시사점을 준다. 하지만, 고신뢰조직이론에서 주창하는 조직의 제도나 방침은, 조직구성원의 인적, 사회적 요인들을 간과함으로써, 그로인한 인적자원관리의 실패, 더 나아가서는 조직전체의 실패를 야기할 수 있는 가능성을 내포하고 있다. 이 연구에서는, 최근 몇 년간 있었던 한국군 케이스들을 분석하여, 대표적인 고 신뢰조직인 군대에서, 따돌림, 자살과 같은 인적자원관리의 실패들이 일어난 이유들과, 이들이 고신뢰조직이론에 대하여 주는 시사점들을 살펴본다. 또한 한국의 전체주의적 문화 특성이 고신뢰조직의 인적자원관리 실패에 어떻게 영향을 주는지도 고찰해본다. In this paper I argue that the practices contributing to high reliability as explained in high reliability organization (HRO) theory often have unintended consequences for the individuals operating an HRO. Specifically, reliability‐generating practices often create the conditions for bullying that has deleterious effects on the individuals operating an HRO. I utilize a series of empirical vignettes from the Republic of Korea (ROK) military to illustrate the organizational conditions that give rise to bullying. I further illustrate how these unintended consequences of the pursuit of reliability can be amplified based on aspects of the broader culture within which the HRO is embedded. In the case of the ROK military the hobong system of status differentiation, Wang‐tta culture of victimization, and strong Confucianism (hierarchy) all exacerbate the incidence and consequences of bullying. I discuss the implications for HRO theory.

신뢰성 성장 강화를 위한 Analysis 방법(FMECA)과 Test(초가속수명시험-HALT) 비교 연구

신상희,정주현,강태호,이종신 한국산학기술학회 2020 한국산학기술학회논문지 Vol.21 No.7

When developing weapons systems, it is important to implement the functions and performance of equipment suitable for development purposes, but it is very important to ensure that the equipment is capable of operating without any vacuum with reliability after development. Therefore, various activities are carried out to enhance reliability of equipment. Reliability is enhanced by using high-specification parts in development, reliability verification through analysis, and testing using development prototypes to reinforce and improve the parts that are lacking in equipment. However, recently, development schedules are shortened due to rapidly changing external conditions and technologies, and there are cases where sufficient reliability growth activities were not carried out due to problems such as cost. Examples are projects that perform reliability activities only in analytical methods (reliability, FMECA). In this paper, analyzing and testing methods for analysis and testing were carried out on the same equipment through FMECA and super-accelerated life test, the contents of reliability growth activity were derived, the results of design change/review were accordingly compared, the differences between the two methods were analyzed, and measures were proposed to strengthen reliable growth activities. It was concluded that reliable growth activities through analysis from the beginning of development and reliable growth activities through testing should be carried out at the completion of initial prototype production. 무기체계를 개발할 때, 개발 목적에 맞는 장비의 기능과 성능을 구현하는 것도 중요하지만, 개발 후 장비가 얼마나 신뢰성을 가지고 공백이 없이 운용유지를 할 수 있는지 매우 중요하다. 그렇기 때문에 장비의 신뢰성을 높이기 위하여 다양한 활동을 수행한다. 개발 시 높은 스펙의 부품을 사용하고, 분석을 통하여 신뢰도를 검증하며, 개발 시제품을 이용하여 시험을 통해 장비의 부족한 부분은 보강하고 개선하여 신뢰성을 강화시키기 위한 활동을 한다. 그러나 최근에는 급변하는 외부 정세 및 기술 등에 의하여 개발 일정이 단축되고, 비용 등의 문제로 인하여 충분한 신뢰성 성장활동을 수행하지 못하는 경우가 발생하고 있다. 분석적인 방법(신뢰도 분석, FMECA 등)으로만 신뢰성 활동을 하는 사업들이 그 예이다. 본 논문에서는 FMECA와 초가속수명시험(HALT)을 통하여 분석과 시험이라는 방법을 같은 장비에 각각 수행했을 때, 도출된 신뢰성 성장 활동 내용과, 그로 인한 설계변경/검토 결과가 두 방법에서 어떠한 차이를 보이는지 비교/분석하고, 신뢰성 성장 활동을 강화하기 위한 방안을 제시하고자 한다. 개발 초기부터 분석을 통한 신뢰성 성장활동 및 초기 시제 제작 완료 시 시험을 통한 신뢰성 성장활동을 모두 수행해야 한다고 분석되었다.

고신뢰조직(HRO)을 중심으로 한 우리나라 항공안전 정책체계의 변화와 시사점

한익현,박진서 한국항공경영학회 2022 한국항공경영학회지 Vol.20 No.4

In Korea, The government have continued to carry out related government’s aviation policy and operation research on micro- safety themes, but studies on the aviation safety policy system like the ‘High-Reliability theory’ and ‘High-Reliability Organization(HRO)’ have not been well conducted in aviation field. It is needed for a detailed exploratory study on the level of the safety policy system of the Korean aviation authorities. Through this, it is possible to identify the strengths and weaknesses of Korea’s aviation safety policy system and suggest improvement points in terms of organizational reinforcement. This study aims to analyze the change of Korea Civil Aviation Authority to a High-Reliability Organization and presents the long-term aviation safety policy direction of the Ministry of Land, infrastructure and transportation(MOLIT) by using ‘High-Reliability theory’ and ‘High-Reliability Organization (HRO)’ based on O’Neil(2008)’s framework. The results of this study are as follows. The era of the Department of Transportation (1946~1994) was in its infancy for both policy and agency attributes. The era of the Ministry of Construction and Transportation (1994~2008) was the time when the great changes were made for safety. The age of the Ministry of Land, Transport and Maritime Affairs (2008~2013) and MOLIT (2014~2020) have proposed additional measures for aviation safety. However, there is still partially lack of policy and agency levels for safety organization operation. For the Ultra-safety system, sufficient budget, training and education, State Safety Policy implementation are more needed as compared with HRO safety level. 최근 제20대 대통령 윤석열 정부의 공약 중 ‘항공․우주청’은 우주와 산업․기술 개발에 초점을 두었다. 하지만 실제 대표적인 사례로 드는 해외 주요국인 미국, 영국 등의 항공청은 주로 ‘항공안전’이라는 특수성과 전문성을 구축하기 위해 운영되는 조직으로 발전해왔다. 우리나라는 국제민간항공기구(ICAO)를 중심으로 국제 항공사회에서 추진하는 다양하고 세부적인 항공안전 정책을 수행하고 있다. 하지만 우리나라 항공과 관련된 안전 정책체계(조직, 예산, 법령, 인력)가 ‘항공’분야의 특성을 반영한적합한 체계인지에 대한 연구는 미흡한 실정이다. 안전조직 이론을 기준으로 왜 항공안전이라는 특수한 분야에서 전문화된 조직이 필요한지, 그렇다면 우리나라 항공당국의 안전 정책체계의 수준은 어떠한지에 대한 구체적인 탐색적 연구가 필요하다. 이를 통해 우리나라 항공안전 정책체계에 대한 강․약점을 파악하여 향후 조직 강화 측면에 개선점을제시할 수 있다. 본 연구에서는 우리나라 정책입안자들이 국가 항공안전 정책체계를 위한 의사결정에 도움이 될 수있도록 이론적 기준과 방향을 O’Neil(2008)이 제시한 고신뢰조직(HRO) 분석 기준을 중심으로 제시하였다. 고신뢰조직을 통해 항공안전 정책체계의 기준점을 제시하고, 수립된 기준을 통한 우리나라 항공 당국의 종단적 사례조사를 수행하여 약 70년간의 변화 패턴을 분석하였다. 분석 결과를 토대로 우리나라의 항공안전 정책체계의 강약점을 도출하였고 이에 따라 앞으로의 발전방향을 제시하였다. 종단적 사례조사를 통한 본 연구의 결과는 다음과 같다. 교통부 시대(1946~1994)는 정책 및 운영 수준 모두 막 태동한 시기였으며 행정력과 권한을 상승해 나갔다. 건설교통부 시대(1994~2008)는 항공안전시스템을 극적으로 상승시키는 시대가 되었다. 국토해양부 시대(2008~2013)와 국토교통부 시대(2014~2020) 모두 추가적인 안전방안을 지속적으로 상승시켜 왔다. 고신뢰조직의 최상위 요소와 비교해보면 행정과 안전기술 분야에서는 최상위 방안을 구축한 것으로 판단된다. 하지만 정책, 운영 요소에서 부분적으로 몇 가지 기준이 부족한 것으로 분석되었다. 최상위 안전시스템을 구축하기 위해서는좀 더 충분한 조직적 권한, 예산, 내부 조직인력의 훈련과 교육, 보상 등이 필요하다.

기대생애주기비용에 기초한 고속철도교량의 신뢰성-최적설계 방안

이우상,방명석,한성호,이진옥 한국구조물진단유지관리공학회 2010 한국구조물진단유지관리공학회 논문집 Vol.14 No.4

신뢰성평가는 고속철도교량에 포함된 불확실성의 영향을 고려하여 정량적 구조안전성을 검토하기 위한 효율적인 방안이며, 신뢰성평가에 기초한 기대생애주기비용은 고속철도교량의 합리적인 안전수준 및 설계기준을 제공할 것이다. 따라서 이 연구에서는 수치해석과 신뢰성평가 결과를 바탕으로 고속철도교량의 기대생애주기비용 및 최적설계 방안을 결정하고자 한다. 이를 위해, 고속철도교량의 표준설계를 기준으로 다양한 설계방안을 설정한 후, 각각의 설계방안에 대해 수치해석을 수행하였으며, 설계강도 한계상태방정식에 따른 신뢰성평가는 수치해석결과를 토대로 외적 불확실성의 영향을 고려하여 수행하였다. 고속철도교량의 기대생애주기비용은 각각의 설계방안에 따른 신뢰성평가 결과를 바탕으로 산정하였다. 또한 최적설계 방안은 산정된 기대생애주기비용을 이용하여 결정하였다. 아울러, 최적설계 방안의 신뢰성평가 결과 및 기대생애주기비용에 대해 내적 불확실성의 영향을 고려하여 검토하였다. 이 연구결과는 고속철도교량의 체계적인 안전성 평가 및 최적 구조설계를 위한 기초자료로 활용될 것으로 기대된다. The reliability evaluation may be a efficient method for estimating of the quantitative structural safety considering the effect of uncertainties included in high-speed railway bridges. The expected life-cycle cost(LCC) based upon the reliability evaluation will reasonably offer the safety level and design criteria of high-speed railway bridges. Therefore, this study determined the expected life-cycle cost and optimal design method of high-speed railway bridges on the basis of the result of the numerical analysis and reliability evaluation. For this, after creating various design method based upon the standard design of high-speed railway bridges, the numerical analysis is conducted on each of the alternative design methods. The reliability evaluation by the design strength limit state function is conducted considering the effect of external uncertainties on the basis of the numerical analysis result. The expected life-cycle cost of high-speed railway bridges is calculated on the basis of the reliability evaluation result by each of the alternative design methods. Also, the optimal design method is determined using the calculated expected life-cycle cost. In addition, The result of reliability evaluation and expected life-cycle cost of optimal design method are examined considering the effect of internal uncertainties. It is expected that the result of this study can be used as a basic information for the systematic safety evaluation and optimal structure design of high-speed railway bridges.

고출력 GaN RF 전력증폭 소자 공정 양산 개발

이상민 ( Sangmin Lee ),전병철 ( Byoungchul Jun ),최철순 ( Chulsoon Choi ),정혜영 ( Hyeyoung Jung ),권호상 ( Hosang Kwon ) 한국국방기술학회 2020 한국국방기술학회 논문지 Vol.2 No.4

본 보고서는 국책과제의 결과를 요약한 것으로 0.4 um 게이트 길이를 갖는 고출력의 RF 소자를 양산수준의 신뢰성을 확보하도록 공정기술을 개발하는데 목적이 있다. 지금까지의 과제와 다른 점은 성능 목표 뿐 아니라 신뢰성과 수율을 목표로 설정함으로써 같은 성능의 소자를 대량으로 제작하여 그 재현성과 신뢰성을 확인하고 추가적인 경제성을 확보하기 위하여 크기가 큰 고출력 소자의 수율을 일정이상이 되도록 설정함으로써 그간의 부품개발 과제가 성능목표 달성에만 국한함으로써 목표를 달성하였으나 그 부품은 국내에 존재하지 않는 문제점을 해결하여 실질적으로 소자의 생산이 국내에서 가능하도록 하는 데에 있다. 5년간의 개발 결과로게이트 너비 0.7 mm의 PCM(process control monitoring)소자에 대하여 문턱전압(Vth) -2.7V, 항복전압 200V 이상, 최대포화 전류 950 mA/mm, 최대 트랜스컨덕턴스 250 mS/mm, ft 19 GHz, fmax 41 GHz, 3.5 GHz 에서의 소신호 이득 16.5 dB, 최대출력 8 W/mm, 전력부가효율 53%의 소자특성을 확인하였다. PCM소자의 RF성능은 CW(continuous wave)모드에서 측정하였다. 고출력 소자는 총 게이트 너비 3.5 mm인 단위소자를 기반으로 제작하였다. 단위소자들은 약 >20W의 출력을 보이며 대량으로 제작한 단위소자에 대하여 가속수명시험을 포함하는 다양한 신뢰성 시험을 성공적으로 통과하였다. 단위소자 8개를 병렬로 연결하여 제작한 고출력 소자를 제작하여 S-band 400 MHz 대역에서 186.5W 이상의 출력, 13.5 dB 이상의 소신호 이득, 63.6% 이상의 드레인 효율을 측정하였다. 180W급의 고출력 소자도 대량으로 생산하여 고온동작시험과 온도변화, 고온저장 등의 환경시험을 통과하였으며 공정최적화를 통해 최종단계에서 웨이퍼당 83~92%의 수율을 확보하였다. In this report, the results of a government supported project have been summarized. The purpose of the project was to develop a fabrication process of high power GaN RF devices with 0.4 um gate length at S-band frequency ranges. The most important fact which makes this project different from previous government funded projects on GaN HEMT device development in Korea is that this project is not only asking for the performance of the device but also for the reliability and yield of the devices which are the two crucial factors for manufacturing and mass production. Through the hard work for the last 5 years, GaN HEMT process has been developed in Wavice Inc., and it shows excellent performance and reliability. The process control monitoring devices with 0.7 mm gate periphery show -2.7 V threshold voltage, >200V breakdown voltage, 950 mA/mm maximum saturation current, 250 mS/mm maximum trans-conductance, 19 GHz ft, 41 GHz fmax, 16.5 dB small signal gain, 8W/mm maximum output power density, 53% power added efficiency. The RF performances of PCM devices were measured with continuous wave mode. The high power devices were fabricated by connecting unit cell devices with 3.5 mm gate periphery in parallel. 3.5 mm devices show >20W output power and 3.5x8=28 mm devices show >186.5W output power, >13.5dB small signal gain, >63.5% drain efficiency over 400 MHz bandwith in S-band with pulsed input signal with 15% duty cycle.. Both unit cells and 180W high power devices passed MIL-STD based reliability tests. The 180W devices shows 83~92% yield from the on wafer test.

High temperature storage test and its effect on the thermal stability and electrical characteristics of AlGaN/GaN high electron mobility transistors

이종민,민병규,주철원,안호균,임종원 한국물리학회 2017 Current Applied Physics Vol.17 No.2

The high temperature storage (HTS) effects on the thermal stability and electrical characteristics of AlGaN/GaN high electron mobility transistors (HEMTs) were investigated. The step-temperature storage tests in the temperature range from 150 C to 325 C were performed to evaluate the reliability of device. It was shown that the electrical properties of devices were remarkably changed as temperature increases. The values of the saturation current and the transconductance ranged from 187 mA to 299 mS/mm (fresh device) to 149 mA and 246 mS/mm (after HTS at 325 C), respectively. In addition, the threshold voltage was shifted in a positive position and the leakage current was significantly decreased. In order to analyze the fundamental mechanisms of device degradation, we investigated the ohmic contact reliability by the transmission line model and analyzed the gate diode characteristics to estimate the diode parameters. It was found that Ti/Al/Ni/Au ohmic contact were stable and showed good thermal performance, but the Schottky contact was more sensitive to the HTS test. Failure analysis using electrical characterization of the gate diode and TEM/EDX cross-section revealed that the gate metal diffusion phenomenon was main degradation mechanism. During HTS test, Ni diffused out from the metal-semiconductor interface and Au formed a Schottky contact on AlGaN layer. To suppress the gate deformation, we adopted the optimum passivation and demonstrated its effect on the device reliability. By comparing the behavior of gate during HTS test, we clarified that the optimum passivation could suppress the diffusion related degradation mechanism and increase the reliability of AlGaN/GaN HEMTs.

Reliability-based combined high and low cycle fatigue analysis of turbine blade using adaptive least squares support vector machines

Juan Ma,Peng Yue,Wenyi Du,Changping Dai,Peter Wriggers 국제구조공학회 2022 Structural Engineering and Mechanics, An Int'l Jou Vol.83 No.3

In this work, a novel reliability approach for combined high and low cycle fatigue (CCF) estimation is developed by combining active learning strategy with least squares support vector machines (LS-SVM) (named as ALS-SVM) surrogate model to address the multi-resources uncertainties, including working loads, material properties and model itself. Initially, a new active learner function combining LS-SVM approach with Monte Carlo simulation (MCS) is presented to improve computational efficiency with fewer calls to the performance function. To consider the uncertainty of surrogate model at candidate sample points, the learning function employs k-fold cross validation method and introduces the predicted variance to sequentially select sampling. Following that, low cycle fatigue (LCF) loads and high cycle fatigue (HCF) loads are firstly estimated based on the training samples extracted from finite element (FE) simulations, and their simulated responses together with the sample points of model parameters in Coffin-Manson formula are selected as the MC samples to establish ALS-SVM model. In this analysis, the MC samples are substituted to predict the CCF reliability of turbine blades by using the built ALSSVM model. Through the comparison of the two approaches, it is indicated that the reliability model by linear cumulative damage rule provides a non-conservative result compared with that by the proposed one. In addition, the results demonstrate that ALS-SVM is an effective analysis method holding high computational efficiency with small training samples to gain accurate fatigue reliability.