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KR101736230B1 - 결함검출률 정량화 시스템 및 방법 - Google Patents

결함검출률 정량화 시스템 및 방법 Download PDF

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KR101736230B1
KR101736230B1 KR1020160016084A KR20160016084A KR101736230B1 KR 101736230 B1 KR101736230 B1 KR 101736230B1 KR 1020160016084 A KR1020160016084 A KR 1020160016084A KR 20160016084 A KR20160016084 A KR 20160016084A KR 101736230 B1 KR101736230 B1 KR 101736230B1
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defect detection
detection rate
quantifying
fault
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KR1020160016084A
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조재현
이승준
정원대
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한국원자력연구원
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Abstract

본 발명은 디지털계측제어계통의 결함검출률을 정량화하기 위해 인위적으로 주입해야 하는 결함들을 규명하고, 이를 시뮬레이터에 시험해볼 수 있도록 입력자료로 매핑하며, 여러 결함이 매핑된 각 입력 자료의 가중치를 할당함으로써 결함검출률을 정량화하는 디지털계측제어계통에 구현되어 있는 결함허용기법의 결함검출률 정량화 시스템 및 방법에 관한 것으로, 포함한다. 이에 따라 결함검출률을 이용하여 디지털계측제어계통의 신뢰도 자료로 사용할 수 있도록 하는 효과가 있다.

Description

결함검출률 정량화 시스템 및 방법{System and method for quantifying the fault detection rate}
본 발명은 결함검출률 정량화 시스템 및 방법에 관한 것으로, 특히 디지털계측제어계통의 결함검출률을 정량화하기 위해 인위적으로 주입해야 하는 결함들을 규명하고, 이를 시뮬레이터에 시험해볼 수 있도록 입력자료로 매핑하며, 여러 결함이 매핑된 각 입력 자료의 가중치를 할당함으로써 결함검출률을 정량화하는 디지털계측제어계통에 구현되어 있는 결함허용기법의 결함검출률 정량화 시스템 및 방법에 관한 것이다.
디지털계측제어기술은 아날로그계측제어기술에 비하여 측정치의 드래프트가 없으며, 방대한 자료를 처리할 수 있는 저장공간, 설계의 유연성 등 많은 장점을 지니고 있기 때문에 현재 원자력발전소에 도입 중에 있다. 디지털계측제어계통과 기존 아날로그계통의 두드러진 차이점 중 하나는 디지털계측제어계통에는 기기 신뢰성을 향상시키기 위하여 결함허용기법 (Fault-Tolerant Technique)이 구현되어 있다는 점이다. 만약 결함이 발생하면, 자동으로 디지털계측제어기술이 이를 탐지하여 계통을 안전-정지시키거나 수동으로 안전조치를 수행할 수 있도록 상태정보를 전송하게 된다. 따라서 원자력발전소에서 디지털계측제어기술의 취약점을 규명하고 안전성을 평가하기 위해서는 결함허용기법 및 결함허용기법의 효과 (탐지가 가능한 범위)에 대한 평가를 수행해야 한다. 현재까지 결함허용기법의 효과를 평가하기 위한 방법론이 구체화되지 않은 상태이므로 결함허용기법의 신뢰도를 평가할 수 없으며, 더 나아가 디지털계측제어기술의 신뢰도도 평가할 수 없다는 문제점이 있다.
대한민국 등록특허 제 1019459 호
이와 같은 문제점을 해소시키기 위해 본 발명은 디지털계측제어계통의 결함검출률을 정량화하기 위해 인위적으로 주입해야 하는 결함들을 규명하고, 이를 시뮬레이터에 시험해볼 수 있도록 입력자료로 매핑하며, 여러 결함이 매핑된 각 입력 자료의 가중치를 할당함으로써 결함검출률을 정량화하는 디지털계측제어계통에 구현되어 있는 결함허용기법의 결함검출률 정량화 시스템 및 방법을 제공하는데, 그 목적이 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 결함검출률 정량화 시스템은 외부로부터 입력되는 인위적으로 주입해야 하는 결함들을 규명하고, 이를 시뮬레이터에 주입시켜 시험할 수 있는 입력자료로 매핑하는 자료 매핑부(110); 자료 매핑부(110)에 의해 매핑된 입력자료를 시뮬레이터로 주입시키는 결함 주입부(120); 시뮬레이터에 적용된 결함허용기법이 주입된 입력자료에 따른 결함들을 검출하는지를 검출하여 고장유형정보들을 수집하는 결함 검출부(130); 결함 검출부(130)에 의해 수집된 고장유형정보들의 고장률을 가산하여 입력자료당 가중치를 정량화시키는 가중치 정량화부(140); 및 가중치 정량화부(140)에 의해 정량화된 가중치를 기반으로 각 최종영향에 속해 있는 결함들의 모든 누적고장률의 합에 대하여 검출할 수 있는 누적고장률들의 합을 결함검출률로 정량화하는 결함검출률 정량화부(150)를 포함할 수 있다.
본 발명과 관련된 실시 예로서, 자료 매핑부(110)가, 복수의 결함들로 이루어진 입력자료들에 대해 각 입력자료의 가중치를 할당할 수 있다.
본 발명과 관련된 실시 예로서, 자료 매핑부(110)에 의해 매핑된 입력자료는, 디지털계측제어계통을 이루는 모든 모듈 중 공정변수 신호의 흐름을 거치는 모듈이 핵심모듈로 선정하여, 핵심모듈을 구성하는 부품들의 정보들로 이루어질 수 있다.
본 발명과 관련된 실시 예로서, 고장유형정보들을 저장하고 있는 고장유형 데이터베이스(160)를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시 예에 따른 결함검출률 정량화 방법은 디지털계통을 구성하는 모듈의 구조를 파악하고 핵심 모듈을 규명하는 계통을 구성하는 핵심단위 규명 단계; 모든 고장유형을 데이터베이스화 하는 고장유형 데이터베이스 작성 단계; 모든 유의미한 고장들을 디지털계통에 미치는 최종영향별로 분류하고, 고장유형의 개수를 매핑하며, 고장률을 정량화하는 고장유형 최종영향별 분류 단계; 결함주입실험이 가능한 형태로 메모리 상사분석을 수행하는 결함주입 입력자료 매핑 단계; 입력자료별로 규명된 각 고장유형들의 고장률을 더해 입력자료 당 가중치를 정량화함으로써 결함주입 시험의 우선순위를 선정할 수 있게 하는 입력자료별 가중치 정량화 단계; 및 각 최종영향에 속해 있는 결함들의 모든 누적고장률의 합에 대하여 검출할 수 있는 누적고장률들의 합을 정량화하는 결함검출률 정량화 단계를 포함할 수 있다.
본 발명과 관련된 실시 예로서, 고장유형 데이터베이스 작성단계가 모든 고장유형들에 대해서 고장이라고 판단할 수 없는 유형들을 선정하여 제외시키는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명과 관련된 실시 예로서, 입력자료별 가중치 정량화단계에서 입력자료 중 시험이 필요한 회수로 우선순위를 선정할 수 있다.
본 발명은 디지털계측제어계통의 결함검출률을 정량화하기 위해 인위적으로 주입해야 하는 결함들을 규명하고, 이를 시뮬레이터에 시험해볼 수 있도록 입력자료로 매핑하며, 여러 결함이 매핑된 각 입력 자료의 가중치를 할당함으로써 결함검출률을 정량화함으로써, 결함검출률을 이용하여 디지털계측제어계통의 신뢰도 자료로 사용할 수 있도록 하는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 결함주입시험을 수행할 때, 입력자료별 가중치를 이용하여 시험의 우선순위를 판독할 수 있도록 하는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 디지털계측제어계통 결함허용기법의 취약 부분을 규명할 수 있도록 하는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 디지털계측제어계통에 구현되어 있는 결함허용기법의 결함검출률 정량화 시스템의 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 디지털계측제어계통에 구현되어 있는 결함허용기법의 결함검출률 정량화 시스템의 결함검출률 정량화 방법을 설명하기 위한 동작 흐름도이다.
도 3은 본 발명에 적용된 고장유형 및 영향분석 자료 형식을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 결함검출률 정량화 예제를 설명하기 위한 도면이다.
본 발명에서 사용되는 기술적 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아님을 유의해야 한다. 또한, 본 발명에서 사용되는 기술적 용어는 본 발명에서 특별히 다른 의미로 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 의미로 해석되어야 하며, 과도하게 포괄적인 의미로 해석되거나, 과도하게 축소된 의미로 해석되지 않아야 한다. 또한, 본 발명에서 사용되는 기술적인 용어가 본 발명의 사상을 정확하게 표현하지 못하는 잘못된 기술적 용어일 때에는, 당업자가 올바르게 이해할 수 있는 기술적 용어로 대체되어 이해되어야 할 것이다. 또한, 본 발명에서 사용되는 일반적인 용어는 사전에 정의되어 있는 바에 따라, 또는 전후 문맥상에 따라 해석되어야 하며, 과도하게 축소된 의미로 해석되지 않아야 한다.
또한, 본 발명에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함한다. 본 발명에서, "구성된다" 또는 "포함한다" 등의 용어는 발명에 기재된 여러 구성 요소들, 또는 여러 단계를 반드시 모두 포함하는 것으로 해석되지 않아야 하며, 그 중 일부 구성 요소들 또는 일부 단계들은 포함되지 않을 수도 있고, 또는 추가적인 구성 요소 또는 단계들을 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 1은 본 발명에 따른 디지털계측제어계통에 구현되어 있는 결함허용기법의 결함검출률 정량화 시스템의 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명이 적용된 결함검출률 정량화 시스템(100)은 외부로부터 입력되는 인위적으로 주입해야 하는 결함들을 규명하고, 이를 시뮬레이터에 주입시켜 시험할 수 있는 입력자료로 매핑하는 자료 매핑부(110)와, 자료 매핑부(110)에 의해 매핑된 입력자료를 시뮬레이터로 주입시키는 결함 주입부(120)와, 시뮬레이터에 적용된 결함허용기법이 주입된 입력자료에 따른 결함들을 검출하는지를 검출하여 고장유형정보들을 수집하는 결함 검출부(130)와, 결함 검출부(130)에 의해 수집된 고장유형정보들의 고장률을 가산하여 입력자료당 가중치를 정량화시키는 가중치 정량화부(140)와, 가중치 정량화부(140)에 의해 정량화된 가중치를 기반으로 각 최종영향에 속해 있는 결함들의 모든 누적고장률의 합에 대하여 검출할 수 있는 누적고장률들의 합을 결함검출률로 정량화하는 결함검출률 정량화부(150)와, 고장유형정보들을 저장하고 있는 고장유형 데이터베이스(160)로 이루어진다.
자료 매핑부(110)가 복수의 결함들로 이루어진 입력자료들에 대해 각 입력자료의 가중치를 할당한다.
자료 매핑부(110)에 의해 매핑된 입력자료는 디지털계측제어계통을 이루는 모든 모듈 중 공정변수 신호의 흐름을 거치는 모듈이 핵심모듈로 선정하여, 핵심모듈을 구성하는 부품들의 정보들로 이루어진다.
상기와 같이 구성된 디지털계측계통에 구현되어 있는 결함허용기법의 결함검출률 정량화 방법을 설명하면 하기와 같다.
도 2는 본 발명에 따른 디지털계측제어계통에 구현되어 있는 결함허용기법의 결함검출률 정량화 시스템의 결함검출률 정량화 방법을 설명하기 위한 동작 흐름도이다. 도 3은 본 발명에 적용된 고장유형 및 영향분석 자료 형식을 설명하기 위한 도면이다. 도 4는 본 발명에 따른 결함검출률 정량화 예제를 설명하기 위한 도면이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 결함검출률 정량화 방법에 대해서 설명하면, 결함검출률 정량화 시스템(100)은 디지털계통을 구성하는 모듈의 구조를 파악하고 핵심 모듈을 규명하는 계통을 구성(S110)한다.
핵심 모듈을 규명하는 단계(S110)에서, 모든 모듈이 디지털 계측제어계통의 최종적인 고장에 관여하는 것은 아니기 때문에 디지털 계통을 구성하는 모듈의 구조를 파악하고 핵심 모듈을 규명한다. 핵심모듈을 규정하는 3가지 원칙으로, 첫 번째 원칙은 공정변수 신호의 흐름을 거치는 모듈을 선정해야 한다. 두 번째 원칙은 Fail-Safe 하게 설계된 모듈은 선정에서 제외한다. 여기서, Fail-Safe는 모듈이 고장이 났을 때 발전소의 안전한 상태가 일어나는 방향으로 작동하도록 설계된 개념이다. 세 번째 원칙은 결함허용기법 또는 회복조치와 같은 부수적인 기능을 가진 모듈은 선정에서 제외한다.
그리고 결함검출률 정량화 시스템(100)은 모든 고장유형을 데이터베이스화 하여 고장유형 데이터베이스(160)를 구축(S120)한다.
이때, 결함검출률 정량화 시스템(100)은 고장이라고 판단할 수 없는 유형들을 선정하여 제외하는 작업을 수행한다.
고장이라고 판단할 수 없는 유형들을 선정으로부터 제외하는 작업의 유형은 4가지로 분류할 수 있다. 첫 번째 유형은 부품이 고장 났지만, 모듈에는 영향이 없는 것을 의미한다. 두 번째 유형은 모듈의 동작상태를 표시하고 있는 LED가 고장 난 것을 의미한다. 이 경우 동작상태를 알 순 없지만, 이것은 추후 운전원에 정보가 전달되지 않는 문제일 뿐 모듈의 필수 기능은 정상 동작할 것이다. 여기서 필수 기능이란 계측제어계통에서 계측된 공정신호를 이용하여 비상시 원자로 안전신호를 발생하여 개시회로까지 전달하기 위하여 필요한 모듈들의 최소 기능을 의미한다. 예를 들어 아날로그입력모듈의 필수 기능은 계측기의 아날로그 신호를 받아 디지털 신호로 전환한 후 프로세서모듈로 전송하는 것이다. 세 번째 유형은 각 부품에는 기기 자가진단기능 (Component Self Diagnostics)에 의해서 고장을 스스로 진단하는 기능이 있는데, 이 기능이 고장 난 것이다. 이 경우, 모듈의 필수 기능은 정상 동작할 것이다. 다만, 특정 부품 및 모듈의 주요 고장 유형에 의하여 실제 고장이 났을 때에 고장진단을 할 수 없을 뿐이다. 네 번째 유형은 오류신호가 발생하였으나 정상작동상태인 경우를 의미한다. 이 경우, 오류신호에 의하여 정상을 비정상으로 판단하므로 안전성 평가 차원에서 문제가 되지 않는다. 사건수목에서 관심을 두는 것은 비정상인데 정상으로 판정하는 경우이다.
결함검출률 정량화 시스템(100)은 모든 유의미한 고장들을 디지털계통에 미치는 최종영향별로 분류하고, 고장유형의 개수를 매핑하며, 고장률을 정량화하여 고장유형이 최종영향별로 분류(S130)되도록 한다.
이때 최종영향이 의미하는 것은 해당 고장유형이 발생했을 때 디지털계통에 미치는 최종영향이다. 따라서 하나의 최종영향에는 여러 개의 고장유형이 매핑될 수 있다. 본 분류가 되면 최종영향별로 고장유형의 개수, 고장률이 정량화된다.
결함검출률 정량화 시스템(100)은 결함주입실험이 가능한 형태로 메모리 상사분석을 수행하여, 결함주입 입력자료를 매핑(S140)시키고, 입력자료별로 규명된 각 고장유형들의 고장률을 더해 입력자료 당 가중치를 정량화함으로써 결함주입 시험의 우선순위를 선정할 수 있도록 입력자료별 가중치를 정량화(S150)한다. 즉, 입력자료별로 고장유형들이 규명되었기 때문에, 각 고장유형들의 고장률을 더하게 되면 입력자료 당 가중치가 정량화된다. 이것이 클수록 결함검출률의 비율이 크기 때문에 중요한 결함주입 시험이라고 할 수 있다. 따라서 매우 많은 시험이 필요한 경우에 우선순위를 선정할 수 있다.
마지막으로 결함검출률 정량화 시스템(100)은 각 최종영향에 속해 있는 결함들의 모든 누적고장률의 합에 대하여 검출할 수 있는 누적고장률들의 합을 정량화하는 결함검출률을 정량화(S160)한다.
모든 결함은 총 n 개이며 최종영향으로 구분했을 때 총 4가지라고 가정하자. 4개의 최종영향에 해당하는 결함 수는 각각 n1, n2, n3, n4 (n=n1+n2+n3+n4) 개이며, 각 최종영향에 속해 있는 결함들의 누적고장률은 f1, f2, f3, f4 이다. 시뮬레이터(200)로 시험했을 때, 첫 번째와 세 번째 최종영향이 검출이 불가하고, 두 번째와 네 번째 최종 영향은 검출할 수 있다고 가정하면, 결함검출률은 (f2+f4)/(f1+f2+f3+f4)로 표현할 수 있다. 이를 일반적인 형태의 식으로 표현하면 하기 수학식과 같다.
Figure 112016013942561-pat00001
여기서, xi=1일 때 검출 가능하며, xi=0일 때 검출 불가하다.
전술한 내용은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 수정 및 변형할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시 예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100 : 결함검출률 정량화 시스템
110 : 자료 매핑부 120 : 결함 주입부
130 : 결함 검출부 140 : 가중치 정량화부
150 : 결함검출률 정량화부 160 : 고장유형 데이터베이스
200 : 시뮬레이터(디지털계측제어계통)

Claims (7)

  1. 외부로부터 입력되는 인위적으로 주입해야 하는 결함들을 규명하고, 이를 시뮬레이터에 주입시켜 시험할 수 있는 입력자료로 매핑하는 자료 매핑부(110);
    상기 자료 매핑부(110)에 의해 매핑된 입력자료를 시뮬레이터로 주입시키는 결함 주입부(120);
    상기 시뮬레이터에 적용된 결함허용기법이 주입된 입력자료에 따른 결함들을 검출하는지의 여부를 검출하여 고장유형정보들을 수집하는 결함 검출부(130);
    상기 결함 검출부(130)에 의해 수집된 고장유형정보들의 고장률을 가산하여 입력자료당 가중치를 정량화시키는 가중치 정량화부(140); 및
    상기 가중치 정량화부(140)에 의해 정량화된 가중치를 기반으로 각 최종영향에 속해 있는 결함들의 모든 누적고장률의 합에 대하여 검출할 수 있는 누적고장률들의 합을 결함검출률로 정량화하는 결함검출률 정량화부(150);
    를 포함하는 결함검출률 정량화 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 자료 매핑부(110)가, 복수의 결함들로 이루어진 입력자료들에 대해 각 입력자료의 가중치를 할당하는 것을 특징으로 하는 결함검출률 정량화 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 자료 매핑부(110)에 의해 매핑된 입력자료는, 디지털계측제어계통을 이루는 모든 모듈 중 공정변수 신호의 흐름을 거치는 모듈을 핵심모듈로 선정하여, 상기 핵심모듈을 구성하는 부품들의 정보들로 이루어진 것을 특징으로 하는 결함검출률 정량화 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서,
    고장유형정보들을 저장하고 있는 고장유형 데이터베이스(160)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 결함검출률 정량화 시스템.
  5. 디지털계통을 구성하는 모듈의 구조를 파악하고 핵심 모듈을 규명하는 계통을 구성하는 핵심단위 규명 단계;
    모든 고장유형을 데이터베이스화 하는 고장유형 데이터베이스 작성 단계;
    모든 유의미한 고장들을 디지털계통에 미치는 최종영향별로 분류하고, 고장유형의 개수를 매핑하며, 고장률을 정량화하는 고장유형 최종영향별 분류 단계;
    결함주입실험이 가능한 형태로 메모리 상사분석을 수행하는 결함주입 입력자료 매핑 단계;
    입력자료별로 규명된 각 고장유형들의 고장률을 더해 입력자료 당 가중치를 정량화함으로써 결함주입 시험의 우선순위를 선정할 수 있게 하는 입력자료별 가중치 정량화 단계; 및
    각 최종영향에 속해 있는 결함들의 모든 누적고장률의 합에 대하여 검출할 수 있는 누적고장률들의 합을 정량화하는 결함검출률 정량화 단계;
    를 포함하는 결함검출률 정량화 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 고장유형 데이터베이스 작성단계가, 모든 고장유형들에 대해서 고장이라고 판단할 수 없는 유형들을 선정하여 제외시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 결함검출률 정량화 방법.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 입력자료별 가중치 정량화단계에서 입력자료 중 시험이 필요한 회수로 우선순위를 선정하는 것을 특징으로 하는 결함검출률 정량화 방법.
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