국방에서도 건전성 예측관리(Prognostics and Health Management, PHM) 기술이 핵심 전략으로 자리하고 있다. 특히 센싱 기술과 빅데이터, 인공지능 기술은 항공과 국방산업의 진단과 예지에 필수적인 요소로 부각되고 있다.
하지만 전시가 아닌 상황에서 실제 운영에 대한 한계를 보이는 등 여러 문제점도 지적되고 있는 게 국방에서의 PHM이며, 이들 문제를 해결하기 위한 다양한 접근이 필요한 시점이다.
지난 22일 열린 한국PHM학회 주최 심포지엄 전경.
이같은 내용은 지난 22일 대전컨벤션센터에서 열린 한국PHM학회 주최의 ‘항공기 및 군수품의 건전성예측관리(PHM)를 위한 심포지엄’에서 나왔다.
8개의 주제로 진행된 심포지엄에서는 국내외 항공 및 국방산업에 응용되고 있는 PHM 산업과 기술 현황과 문제, 전망 등을 자세히 살폈다.
심포지엄은 ▲PHM 기술 소개 및 국방선진화에의 기여(서울대 윤병동 교수) ▲지상무기체계 정비선진화 방안(금오공대 허장욱 교수) ▲PHM for Military Aircraft-Past, Present and Future(이홍철 대령) ▲해군 자율무기체계 정비발전 방안(호원대 오경원 교수) ▲항공기 구조 건전성관리 기술(한국과학기술원 이정률 교수) ▲A Perspective on PHM for Defense(PHM Society 제프 버드 부회장) ▲정비 최적화를 위한 시스템 분석 방법(프론티스 박창규 상무)▲항공기 및 군수품 PHM구축을 위한 선결과제(패널 토의) 등으로 진행됐다.
강연에서 윤병동 교수는 과학기술의 발전과 함께 국방 기술력도 점차 고차원화, 정밀화 되고 있다고 말했다. 이중 항공기와 군수품의 경우, 국방시스템의 핵심적인 구성 요소 중 하나이며 이에 대한 신뢰성과 내구성은 국방력 수준과도 직결된다고 설명했다.
현대화·고급화되는 군수시스템의 높은 신뢰성과 내구성을 확보하기 위해서 PHM기술이 점차 중요시되고 있으며, 감지-분석-진단-예지 등의 기본단계로 이루어지는 PHM기술은 국방력의 상승에 큰 영향을 끼친다고 강조했다.
윤 교수는 PHM기술이 4차 산업혁명의 시대적 흐름과 발맞추어 IoT, 빅데이터, ICT 등의 많은 제반 기술들과의 시너지 효과를 내고 있으며, 군수 시스템의 고장을 미연에 방지하고 가용률을 높이며, 하이엔드 유지보수체계를 현실화시킬 것으로 예상했다.
지상 무기체계에서의 PHM 가능성을 짚은 허장욱 교수는 기술발전에 따라 무기체계가 점점 첨단화, 복잡화 및 고가화되고 있어 무기체계의 가동률 향상과 수명주기 비용의 절감이 최근 주요 화두로 등장하고 있다고 평가했다.
미국 등 주요 선진국에서는 CBM+를 적용하는 추세이며, 4차 산업혁명으로 기존에는 처리할 수 없었던 대량의 진단 및 예지 정보를 처리할 수 있는 정보화 인프라가 확보되어 기술적인 환경이 급격하게 변모하고 있다는 것.
허 교수는 정비 선진화를 위한 CBM+의 국제표준이나 군사표준 및 군사 핸드북 등이 중요한 이슈로 부각되고 있으며, 우리나라의 수리온 적용도 진전을 보이고 있다고 전했다. 이어 지상 무기체계의 CBM+ 적용은 인프라 구축분야 및 적용 가능분야와 함께, 시스템 분석, 데이터 획득, 진단 및 예지 프로세스 등을 파악해야 한다고 설명했다.
국방 항공에서 PHM의 중요성을 역설한 이홍철 대령은 유지보수 프로그램이 재료의 고유한 성능, 안전성, 신뢰성 수준을 달성하도록 구성되어 있으며, 항공기 정비 관리자들은 CBM+가 통합되어 운영 가용성과 임무 준비성을 높이고 총 소유비용을 절감해야 하는 과제가 있다고 지적했다.
그는 CBM+를 통해 항공기의 작동, 상태, 안전 등에 대해 지속적으로 모니터링하고 이를 통해 모든 구성요소나 하위 시스템에서 성능 저하를 감지하고 장애를 격리하며 시간을 예측한 다음 필요한 유지보수 작업을 완료하도록 예약할 수 있다고 전했다.
문제는 다양한 소스에서 사용 가능한 PHM 정보를 유지보수와 물류 인프라에 통합하는 고급 기술을 개발하는 것이라고 진단한 이홍철 대령은 새로운 시스템 개발 프로그램이 정보에 입각한 건전성 관리 의사결정과 함께 자동화된 진단 및 프로그램 기술을 개발하고 통합하려는 노력에 달려 있다고 강조했다.
해군의 자율무기체계 정비 방안을 발표한 오경원 교수는 군의 무기체계가 기본적으로 신뢰성이 높은 장비들로 구성되며 신뢰성을 향상을 위해 매우 혹독한 환경시험 등을 거쳐 체계를 완성시킨다고 말했다.
오 교수는 그럼에도 불구하고 획득된 무기체계가 전시 상황이 아닌 이상 최소 20년 이상의 운용 수명을 요구하고 있어서 실제 운용을 위한 수명시험평가에 한계를 보인다며, 전주기 수명평가에 한계가 있다 보니 운용상의 문제점은 사용자인 군에게 해결해야할 과제로 남겨지게 된다고 지적했다.
그는 무기체계가 빠르게 진보되어 가고 있는 반면, 미래 무기체계의 효율적 장비 운용을 위한 비전을 구축하는 데는 현실적인 여력의 한계가 있다면서 해군이 가까운 미래에 획득하게 될 무인무기체계에 대해 정비 운용에 대한 관심이 필요하다고 조언했다.
이정률 교수는 항공기 구조 건전성 관리기술 주제의 강연에서 레이저 초음파 및 기계학습 기반 구조건선성관리 기술 개발을 항공기 날개 동체 및 엔진에의 적용 사례별로 소개하고 품질관리 비파괴 평가로서의 활용 예도 함께 소개했다. 그는 강연을 통해 In-situ NDE와 예지에 대한 다양한 전망을 공유했다.
방어체계의 PHM을 전망한 제프 버드 부회장은 PHM 소사이어티가 PHM 요구 사항 및 측정 기준에 대한 내용과 프로세스를 포함하는 PHM 범위에 대해 지속적으로 논의해 왔으며, CBM+뿐만 아니라 군사 환경에서 적용되는 시스템 및 신뢰성 엔지니어링에 대해서도 관심을 갖고 있다고 설명했다.
그는 캐나다도 국방 영역에서 과학기술과 건전성 관리의 개발과 적용에 관심을 갖고 있으며, 캐나다 방위기술 개발기구의 프로세스와 우선순위, 성과 기반 물류 및 통합 프로젝트 팀과 같은 특정 기능도 포함되어 있다고 말했다.
박창규 상무는 정비 최적화를 위한 시스템 분석 방법 강의에서, PHM 시스템의 개발 과정이 일반적으로 시스템 분석 → 데이터 획득 방안의 수립 → 획득된 데이터의 분석 → RCM 프로세스에 반영의 순으로 이루어진다고 설명했다. 이중 시스템 분석 단계는 감시대상 결정, 시스템 분석 방안 결정, 지배 방정식의 선정, 대상 파라미터 구체화, 최적 RCM 프로세스 생성 등 시스템 구현을 위한 모든 기초 설계를 수행하는 중요한 단계라고 부언했다.
박 상무는 F-35의 윤활체계에 적용되었던 시스템 분석 사례를 소개하며 시스템 모델의 정의로부터 기능 분석, 고장 분석, 감시 파라미터의 정의와 진단 규칙 분석까지의 과정을 살폈다.
한국PHM학회의 최주호 회장(한국항공대 교수)은 “국내외 PHM 전문가들이 최근 선행 연구되고 있는 각군 정비 선진화 계획과 성공사례 등을 공유한 이번 항공 및 국방 산업분과 심포지엄에 참석자들의 논의가 뜨거웠다”고 전했다.
