도시철도는 시민을 빠르고 안전하게 수송하는 대중교통의 중심축이다. 도시철도차량의 유지보수는 고장 방지를 위한 예방정비의 개념이며 정해진 규정과 정비지침에 따라 시행되어야 한다. 신뢰성 있는 검수설비는 유지보수의 정확성과 전동차 운행의 정시성을 보장할 수 있다. 부산도시철도 전동차 검수용 검수설비를 자체 기술로 개발하여 활용한 사례 연구를 통해 유지보수 과학화와 전동차 안전운행 및 업무 효율 향상 방법을 고찰하고자 한다.
도시철도유지보수체계 정보화시스템 연구에서 예방정비시스템 구축을 위해 RCM 연구를 진행하고 있으며, 특히 예방정비에서 RCM은 지난 십 수년간 정비보수(Maintenance) 분야의 관리 기법으로 다른 어느 분야의 관리 기법 보다 한층 탁월한 발전을 하고 있다. 특히, 도시철도분야는 매우 복잡한 시스템으로 유지보수에 대한 신뢰성과 효율성 및 안전성을 가장 먼저 확보하여야 한다. 이를 위해서 본 논문에서는 여러 분야에서 오랜 기간동안 운영한 결과 상당한 유익점이 있다고 증명된 신뢰도 중심 정비 (Reliability Centered Maintenance: RCM)에 대한 소개를 하면서 도시철도 시스템에 대한 적용하고자 한다.
신규 철도노선의 건설을 위한 타당성 검토시 관련 유지보수비용은 궤도연장을 기반으로 여러 요인을 단순화하여 예측하고 있으나 UIC 714의 선로등급 및 UIC 715의 유지보수비용 영향요인 개념을 반영하는 경우, 비용산정결과의 신뢰도를 향상시킬 수 있다. 따라서 본 연구에서는 국내외 사례를 기초로 유지보수비용과 선로등급에 따른 가중 철도연장, 곡선반경, 종단경사 및 노후도 등과의 상관관계를 분석하였다. 이를 위하여 유지보수 위탁기관의 각 지역본부별 유지보수비용 중 대표성이 있는 자료를 기반으로 비용예측을 수행하였으며, 이 결과 기존노선의 선로등급 및 등급별 비용계수에 따른 유지보수비용 산정방안이 기존 적용방법에 비해 합리적임을 밝혔다. 또한 현재 개발중인 고속 종합검측차의 검측데이터 및 철도시설물의 이력정보를 고려한 비용산정 방안을 함께 고려하였으며 이를 기반으로 선로등급, 곡선반경, 노후도 및 선로 기울기 등을 종합적으로 고려한 유지보수비용 산정모델의 개발이 가능할 것으로 예상된다.
장기간 수명주기(Life Cycle)을 갖는 도시철도차량은 초기 도입비용보다 유지보수비용이 많은 비중(60%~70%)을 점유하고 있으므로 효율적인 유지보수 연구를 통하여 유지보수 비용의 절감과 대형시스템의 수명연장을 추구하는 일이 무엇보다 시급하다. 이를 위해 신뢰성기반의 유지보수체계에 대해 여러 산업분야의 국내 외 사례 조사 분석을 통해 도시철도차량 신뢰도/가용도 관리시스템을 구성하였다. 본 연구에서는 이 시스템이 가져야 할 주요 기능을 상세히 정하고 성공적인 시스템 개발이 될 수 있도록 관련 시스템을 개발하였다. 본 논문은 성공적으로 개발이 완료된 도시철도차량 신뢰도/가용도 관리시스템에 관한 내용을 기술한 것이다.
선로전환기는 분기기에서 철도의 궤도를 변경하는 핵심장치 중 하나로서, 해당 부품의 고장은 열차사고에 직접적인 영향을 미친다. 현재 철도 현장에서는 관리자가 모니터링 시스템을 통해 선로전환기의 장애 및 이상상황을 감시하고 지침서에 따라 관리를 수행한다. 본 논문에서는 실제 현장에서 발생하는 대규모의 선로전환기 이상상황 데이터를 대상으로 빅 데이터 해석학적 입장에서 심층 분석이 가능한 새로운 철도 유지보수 분석 시스템의 프로토타입을 제안한다. 제안하는 시스템은 첫째, 유지관리시스템에 저장된 선로전환기 데이터와 이상상황 데이터를 정규화하고 추출하여 베이스 테이블을 생성한다. 둘째, 베이스 테이블 상의 속성들을 스타 스키마로 설계하여 철도 유지보수 큐브로 구축한다. 마지막으로, 매핑된 철도 유지보수 큐브와 오라클에서 제공하는 AWM을 활용해 다차원적이고 심층적인 OLAP(On-Line Analytical Processing) 분석이 가능하다.
정량적 RAM(Reliability, Availability, Maintainability)은 철도차량의 품질을 나타내는 중요한 척도중 하나이다. 국내외의 철도차량 구매사양서에서는 정량적 RAM 요구조건이 제시되고 있으며 이에 대한 달성과 입증을 요구하고 있다. 본 연구에서는 철도차량의 정량적 RAM의 목표값을 설정하는 방법을 서비스 신뢰도, 로지스틱 신뢰도, 운영가용도와 성취가용도 또는 고유가용도, 유지보수성 측면에서 제안한다. 그리고 이 설정방법을 실제 철도차량 운영데이터에 적용해 보았다.
전기식 출입문 시스템은 철도차량 영업운전에 영향을 주는 가장 중요한 시스템 중의 하나이다. 도시철도차량의 출입문은 승객들의 승하차를 담당하는 장치로써 고장이 발생할 경우 승객의 안전과 직접적인 영향을 미치기 때문에 열차운행에 영향을 미치는 중요한 장치이다. 최근에는 전기식 출입문 시스템의 신뢰도 목표값을 철도운영자가 철도차량 설계와 제작을 위한 발주사양 기술 요구조건에 포함하는 경향이 있으며, 차량 제작자는 제작시 발주사양기술 요구조건에서 철도운영자가 제시한 전기식 출입문 시스템의 신뢰도 목표값을 만족시켜야 하고, 철도운영자는 유지보수 데이터를 기반으로 공급자의 신뢰도 목표값 달성여부를 확인하고 승인하여야 한다. 본 연구에서는 전기식 출입문 시스템의 유지보수 현장 데이터를 수집하여 신뢰도를 미니탭 통계프로그램으로 분석하였다. 현장 데이터를 적용한 신뢰도 분석은 철도차량에 대한 새로운 유지보수 정책이나 유지보수 주기를 바꾸는데 매우 유용할 것이다.
궤도의 유지보수비와 전력소모비의 합이 최소로 되는 최적 체결구의 강성을 평가하여 가급적 이 값을 갖도록 체결구를 제작 및 유지관리하는 것은 국내 콘크리트궤도의 부설이 급격하게 증가하는 시점에서 철도의 경제성 제고 차원에서 중요한 과제라 할 수 있다. 본 연구에서는 콘크리트궤도에서 궤도의 유지보수비와 차량운행에 따른 전력소모비의 합을 최소로 하는 최적 체결구 강성을 평가하는 방법을 제시한 후, 국내 고속철도 콘크리트궤도에 맞는 최적 체결구 강성을 평가하였다. 체결구 강성에 따른 궤도 유지보수비를 합리적으로 평가하기 위하여 콘크리트궤도에 적합한 체결구 강성에 따른 궤도손상모델을 제시하였으며, 궤도손상에 따른 궤도 유지보수비 상관관계를 도출하였다. 윤중 계산 시 고도화된 수치해석적 기법을 적용하여 각 궤도구성품의 거동특성이 반영될 수 있도록 함으로써 체결구 강성에 따른 윤중변동을 보다 정확하게 평가할 수 있도록 하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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