KR102385004B1 - 누적 파형을 통한 기기의 예지 보전방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 누적 파형을 통한 기기의 예지 보전방법에 관한 것으로, 그 구성은 기기의 정상적인 구동 상태에서 한 동작을 수행하는데 소모되는 전류 값을 시간의 흐름에 따라 나타낸 파형을 반복적으로 수집하되, 그 수집되는 다수의 파형을 중첩시켜 두께를 갖는 정상 파형을 형성하는 정상 파형 구축단계(S10);와, 고장이 발생하기 직전의 기기의 구동 상태에서 한 동작을 수행하는데 소모되는 전류 값을 시간의 흐름에 따라 나타낸 파형을 반복적으로 수집하되, 그 수집되는 다수의 파형을 중첩시켜 두께를 갖는 불량 파형을 형성하는 불량 파형 구축단계(S20);와, 상기 정상 및 불량 파형 구축단계(S10,S20)에서 구축된 정상 및 불량 파형 정보를 기반으로 실시간 파형의 두께에 대한 임계값을 설정하는 설정단계(S30);와, 실시간 기기의 구동 상태에서 한 동작을 수행하는데 소모되는 전류 값을 시간의 흐름에 따라 나타낸 파형을 수집하되, 적어도 둘 이상의 파형이 포함되는 단위 시간 간격으로 반복 수집하며, 각 단위 시간에 포함되는 다수의 파형을 중첩시켜 두께를 갖는 실시간 파형을 반복적으로 추출하고, 그 추출된 실시간 파형의 두께가 상기 설정단계(S30)에서 설정된 임계값을 초과하면 상기 기기를 이상상태로 판단하고 경보하는 판단단계(S40);로 이루어지는 것을 특징으로 하는 것으로서,
기기가 정상적인 상태 및 고장이 발생하기 직전의 상태에서 한 동작을 수행하는데 소모되는 전류 값을 시간의 흐름에 따른 파형을 반복적으로 각각 수집하고, 그 수집된 파형을 중첩시켜 정상 및 불량 파형을 구축하고, 그 구축된 정상 및 불량 파형을 기반으로 실시간 파형에 대한 임계값을 설정한 후, 실시간 구동되는 기기로부터 수집되는 실시간 파형의 두께가 임계값을 초과하면 기기를 이상상태로 판단 경보하여 적합한 시기에 기기의 정비 및 교체가 수행되도록 유도하여 기기의 고장으로 인한 막대한 금전적인 손실을 미연에 예방할 수 있는 효과가 있다.

Description

누적 파형을 통한 기기의 예지 보전방법{Predictive maintenance method of equipment through cumulative waveform}

본 발명은 누적 파형을 통한 기기의 예지 보전방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 기기가 정상적인 상태 및 고장이 발생하기 직전의 상태에서 한 동작을 수행하는데 소모되는 전류 값을 시간의 흐름에 따른 파형을 반복적으로 각각 수집하고, 그 수집된 파형을 중첩시켜 정상 및 불량 파형을 구축하고, 그 구축된 정상 및 불량 파형을 기반으로 실시간 파형에 대한 임계값을 설정한 후, 실시간 구동되는 기기로부터 수집되는 실시간 파형의 두께가 임계값을 초과하면 기기를 이상상태로 판단 경보하여 적합한 시기에 기기의 정비 및 교체가 수행되도록 유도하여 기기의 고장으로 인한 막대한 금전적인 손실을 미연에 예방할 수 있는 누적 파형을 통한 기기의 예지 보전방법에 관한 것이다.

일반적으로 설비의 자동화 공정을 위해 사용되는 각종 기기들은 안정적인 작동이 매우 중요하다.

일 예로, 대규모 생산 공장의 설비에는 수십, 수백 개의 기기가 설치되어 서로 연동 동작하면서 제품을 연속 생산하게 되는데, 만약 다수의 기기 중에서 어느 하나의 기기가 고장이 발생하면 설비의 동작이 전체적으로 중단되는 엄청난 상황이 발생할 수 있다.

이때는 기기의 고장으로 인한 다운 타임의 발생으로 기기의 수리비용뿐만 아니라, 설비가 중단되는 동안 낭비되는 운영비와 비즈니스 효과에 의해 엄청난 손실이 발생될 수밖에 없다.

최근 고용노동부와 산업안전 관리공단의 자료에 따르면 연간 산업 안전사고로 인한 사상자는 총 10만 명 수준으로 집게 되고 있으며, 이를 비용으로 환산시 연간 18조원의 손실이 발생하고 있다고 집계되고 있다.

이러한 예기치 않은 다운 타임 비용을 피하기 위한 방법으로 사전 예지 보전시스템의 도입이 시급한 실정이다. 이미 예지 보전이라는 명목하에 문제점을 개선하고자 노력하고 있으나 보다 효율적인 예지 보전을 위해 더 차원 높은 예지 보전방법의 개발이 필요한 실정이다.

[문헌 0001] 등록특허공보 제10-1893745호 (2018.10.04) [문헌 0002] 공개특허공보 제10-2019-0108280호 (2019.09.24)

본 발명은 상기한 바와 같은 제반 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 그 목적은 기기가 정상적인 상태 및 고장이 발생하기 직전의 상태에서 한 동작을 수행하는데 소모되는 전류 값을 시간의 흐름에 따른 파형을 반복적으로 각각 수집하고, 그 수집된 파형을 중첩시켜 정상 및 불량 파형을 구축하고, 그 구축된 정상 및 불량 파형을 기반으로 실시간 파형에 대한 임계값을 설정한 후, 실시간 구동되는 기기로부터 수집되는 실시간 파형의 두께가 임계값을 초과하면 기기를 이상상태로 판단 경보하여 적합한 시기에 기기의 정비 및 교체가 수행되도록 유도하여 기기의 고장으로 인한 막대한 금전적인 손실을 미연에 예방할 수 있는 누적 파형을 통한 기기의 예지 보전방법을 제공함에 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 누적 파형을 통한 기기의 예지 보전방법은 기기의 정상적인 구동 상태에서 한 동작을 수행하는데 소모되는 전류 값을 시간의 흐름에 따라 나타낸 파형을 반복적으로 수집하되, 그 수집되는 다수의 파형을 중첩시켜 두께를 갖는 정상 파형을 형성하는 정상 파형 구축단계(S10);와, 고장이 발생하기 직전의 기기의 구동 상태에서 한 동작을 수행하는데 소모되는 전류 값을 시간의 흐름에 따라 나타낸 파형을 반복적으로 수집하되, 그 수집되는 다수의 파형을 중첩시켜 두께를 갖는 불량 파형을 형성하는 불량 파형 구축단계(S20);와, 상기 정상 및 불량 파형 구축단계(S10,S20)에서 구축된 정상 및 불량 파형 정보를 기반으로 실시간 파형의 두께에 대한 임계값을 설정하는 설정단계(S30);와, 실시간 기기의 구동 상태에서 한 동작을 수행하는데 소모되는 전류 값을 시간의 흐름에 따라 나타낸 파형을 수집하되, 적어도 둘 이상의 파형이 포함되는 단위 시간 간격으로 반복 수집하며, 각 단위 시간에 포함되는 다수의 파형을 중첩시켜 두께를 갖는 실시간 파형을 반복적으로 추출하고, 그 추출된 실시간 파형의 두께가 상기 설정단계(S30)에서 설정된 임계값을 초과하면 상기 기기를 이상상태로 판단하고 경보하는 판단단계(S40);를 포함하여 이루어지며,
상기 설정단계(S30)의 임계값은 실시간 파형의 두께에 대한 최대 임계값과, 실시간 파형의 두께에 대한 평균 임계값으로 구분되어, 선택되는 어느 하나 또는 둘을 함께 사용하며,
상기 판단단계(S40)는 실시간 파형의 두께 중에서 상기 최대 임계값을 초과하면 상기 기기를 이상상태로 판단하며, 실시간 파형의 전체 두께의 평균값이 상기 평균 임계값을 초과하면 상기 기기를 이상상태로 판단하여 경보하는 것을 특징으로 한다.

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이상에서와 같이 본 발명에 따른 누적 파형을 통한 기기의 예지 보전방법에 의하면, 기기가 정상적인 상태 및 고장이 발생하기 직전의 상태에서 한 동작을 수행하는데 소모되는 전류 값을 시간의 흐름에 따른 파형을 반복적으로 각각 수집하고, 그 수집된 파형을 중첩시켜 정상 및 불량 파형을 구축하고, 그 구축된 정상 및 불량 파형을 기반으로 실시간 파형에 대한 임계값을 설정한 후, 실시간 구동되는 기기로부터 수집되는 실시간 파형의 두께가 임계값을 초과하면 기기를 이상상태로 판단 경보하여 적합한 시기에 기기의 정비 및 교체가 수행되도록 유도하여 기기의 고장으로 인한 막대한 금전적인 손실을 미연에 예방할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 누적 파형을 통한 기기의 예지 보전방법의 블럭도
도 2 내지 도 7은 도 1에 도시된 누적 파형을 통한 기기의 예지 보전방법을 설명하기 위한 도면

본 발명의 바람직한 실시예에 따른 누적 파형을 통한 기기의 예지 보전방법을 첨부된 도면에 의거하여 상세히 설명한다. 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 기술은 생략한다.

도 1 내지 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 누적 파형을 통한 기기의 예지 보전방법을 도시한 것으로, 도 1은 본 발명의 실시예에 따른 누적 파형을 통한 기기의 예지 보전방법의 블럭도를, 도 2 내지 도 7은 도 1에 도시된 누적 파형을 통한 기기의 예지 보전방법을 설명하기 위한 도면을 각각 나타낸 것이다.

상기 도면에 도시한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 누적 파형을 통한 기기의 예지 보전방법(100)은 정상 파형 구축단계(S10)와, 불량 파형 구축단계(S20)와, 설정단계(S30)와, 판단단계(S40)를 포함하고 있다.

도 1에 도시된 바와 같이, 상기 정상 파형 구축단계(S10)는 기기의 정상적인 구동 상태에서 한 동작을 수행하는데 소모되는 전류 값을 시간의 흐름에 따라 나타낸 파형을 반복적으로 수집하되, 그 수집되는 다수의 파형을 중첩시켜 두께를 갖는 정상 파형을 구축하는 단계이다.

통상적으로 대형 설비에 설치되어 유기적으로 동작하는 기기는 특정 작업공정을 반복적으로 수행하게 되는데, 일 예로, 천공기와 같은 기기는 소재에 구멍을 천공하는 동작을 반복하여 수행하게 되며, 이러한 천공기에서 구멍을 천공하는 동작에 소모되는 전류를 시간의 흐름에 따라 나타내면, 도 2에 도시된 파형으로 나타낼 수 있다.

상기와 같은 파형을 기반으로 본 발명의 예지 보전방법을 설명하도록 하나, 이러한 천공기와 같은 기기 및 천공 동작에 한정하여 적용하는 것은 물론 아니다.

또한, 본 발명의 누적 파형을 통한 기기의 예지 보전방법(100)에서는 기기의 동작에 소모되는 전류 값을 기반으로 상기와 같은 파형을 수집하였으나, 기기에서 소모되는 공급 전원(전류)의 주파수, 기기에서 발생되는 진동이, 온도, 압력 등이 전류 값과 대체되어 적용될 수 있다.

즉, 도 2에 도시된 바와 같이 상기 정상 파형 구축단계(S10)에서 수집되는 파형은 정상적인 기기로부터 수집되는 매우 안정(정상)적인 파형이므로, 다수의 파형이 중첩되면서 구축되는 상기 정상 파형은 얇은 두께를 가지게 되는데, 이러한 상기 정상 파형을 기반으로 후설될 상기 설정단계(S30)에서 임계값을 설정하게 된다.

만약, 기기가 열화, 노후, 부품의 마모 등의 이유로 인해 기기의 구동상태가 다소 불량하여 기기가 구동과정에서 부하가 발생하면, 그 부하로 인해 전류 값의 기복(흔들림)이 발생함으로 중첩되어 형성되는 파형의 두께가 두껍게 형성될 수 있는 특성상, 상기 정상 파형 구축단계(S10)에서 추출된 정상 파형의 두께가 얇다는 것은 정상적인 기기로부터 파형이 수집된 것으로 매우 안정적인 파형으로 볼 수 있다.

여기서, 상기 정상 파형 구축단계(S10)에서 기기로부터 수집되는 전류 값은 전류를 측정할 수 있는 통상의 각종 센서를 통해 측정 수집됨은 물론이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 상기 불량 파형 구축단계(S20)는 고장이 발생하기 직전의 기기의 구동 상태에서 한 동작을 수행하는데 소모되는 전류 값을 시간의 흐름에 따라 나타낸 파형을 반복적으로 수집하되, 그 수집되는 다수의 파형을 중첩시켜 두께를 갖는 불량 파형을 형성하는 단계이다.

여기서, 도 3에 도시된 바와 같이 상기 불량 파형 구축단계(S20)에서 수집되는 파형은 고장이 발생하기 직전의 기기의 구동 상태에서 수집되는 것으로 비정상적으로 변화되는 전류 값들이 포함되므로, 다수의 파형이 중첩되어 구축되는 상기 불량 파형의 두께는 다소 두껍게 형성되며, 이러한 상기 불량 파형은 상기 설정단계(S30)에서 설정되는 임계값의 기반이 된다.

도 1에 도시된 바와 같이, 상기 설정단계(S30)는 상기 정상 및 불량 파형 구축단계(S10,S20)에서 구축된 정상 및 불량 파형 정보를 기반으로 실시간 파형의 두께에 대한 임계값을 설정하는 단계이다.

이러한 상기 임계값은 상기 판단단계(S40)에서 기기의 상태를 판단하는 기준이 되는 것으로, 상기 정상 및 불량 파형 구축단계(S10,S20)의 파형 정보를 기반으로 설정하되, 기기의 종류, 사용환경, 수명 등의 조건을 고려하여 적합한 크기의 값으로 설정함이 바람직하며, 상기 임계값은 둘 이상의 값, 일 예로 경보 임계값, 위험 임계값 등으로 설정하여 경보에 대한 수위를 다양하게 설정하여 관리자에게 기기의 이상징후가 검출되도록 유도할 수 있다.

도 1에 도시된 바와 같이, 상기 판단단계(S40)는 실시간 기기의 구동 상태에서 한 동작을 수행하는데 소모되는 전류 값을 시간의 흐름에 따라 나타낸 파형을 수집하되, 적어도 둘 이상의 파형이 포함되는 단위 시간 간격으로 반복 수집하며, 각 단위 시간에 포함되는 다수의 파형을 중첩시켜 두께를 갖는 실시간 파형을 반복적으로 추출하고, 그 추출된 실시간 파형의 두께가 상기 설정단계(S30)에서 설정된 임계값을 초과하면 상기 기기를 이상상태로 판단하고 경보하는 단계이다.

여기서, 도 4에 도시된 바와 같이 기기로부터 실시간 파형을 추출하기 위해 단위 시간을 설정하고, 그 단위 시간에 포함되는 다수의 파형을 중첩시켜 실시간 구동되는 기기로부터 단위 시간 간격으로 반복하여 실시간 파형을 추출하는데, 상기 단위 시간이나 그 단위 시간에 포함되는 파형의 개수는 기기의 종류, 사용환경, 수명 등의 조건을 고려하여 다양하게 형성될 수 있고, 일 예로 단위 시간은 적게는 초 단위로 설정할 수 있고 크게는 월, 년 단위로 설정할 수 있음은 물론이다.

즉, 도 5에 도시된 바와 같이 실시간 기기로부터 단위 시간 간격으로 추출되는 실시간 파형의 두께가 상기 설정단계(S30)에서 설정된 임계값을 초과하면 기기를 이상상태로 검출 경보하여 기기의 고장이 발생하기 전에 미리 교체나 수리 등의 관리를 수행하여 기기의 고장으로 설비의 가동의 중단되어 발생할 수 있는 막대한 경제적 손실을 미연에 예방하도록 한다.

여기서, 설명의 편의를 위해 실시간 파형에서 임의로 선택하는 수 개의 시간대 지점의 두께를 검출하고, 그 두께를 통해 기기의 이상징후를 검출하였으나, 이러한 시간대 지점 및 개수를 한정하여 검출하는 것은 물론 아니다.

한편, 상기 설정단계(S30)의 임계값은 실시간 파형의 두께에 대한 최대 임계값과, 실시간 파형의 두께에 대한 평균 임계값으로 구분되어, 선택되는 어느 하나 또는 둘을 함께 사용 설정할 수 있다.

일 예로, 도 6에 도시된 바와 같이 상기 설정단계(S30)에서 임계값으로 최대 임계값을 선택 사용하면, 상기 판단단계(S40)에서는 실시간 파형 중에서 두께가 최대 임계값을 초과하면 기기를 이상상태로 검출 경보하도록 하며,

다른 예로, 도 7에 도시된 바와 같이 상기 설정단계(S30)에서 임계값으로 평균 임계값을 선택 사용하면, 상기 판단단계(S40)에서는 실시간 파형의 전체 두께를 평균한 평균값이 상기 평균 임계값을 초과하면 기기를 이상상태로 검출 경보하는 것이다.

여기서, 상기 임계값의 최대 임계값이나 평균 임계값은 각각 설정하여 사용하거나 두 개의 임계값을 모두 적용 사용할 수 있음은 물론이다.

상기와 같은 공정으로 이루어지는 본 발명의 누적 파형을 통한 기기의 예지 보전방법(100)은 기기가 정상적인 상태 및 고장이 발생하기 직전의 상태에서 한 동작을 수행하는데 소모되는 전류 값을 시간의 흐름에 따른 파형을 반복적으로 각각 수집하고, 그 수집된 파형을 중첩시켜 정상 및 불량 파형을 구축하고, 그 구축된 정상 및 불량 파형을 기반으로 실시간 파형에 대한 임계값을 설정한 후, 실시간 구동되는 기기로부터 수집되는 실시간 파형의 두께가 임계값을 초과하면 기기를 이상상태로 판단 경보하여 적합한 시기에 기기의 정비 및 교체가 수행되도록 유도하여 기기의 고장으로 인한 막대한 금전적인 손실을 미연에 예방할 수 있는 효과가 있다.

본 발명은 첨부된 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것으로 상술한 실시예에 한정되지 않으며, 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 실시예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 또한, 본 발명의 사상을 해치지 않는 범위 내에서 당업자에 의한 변형이 가능함은 물론이다. 따라서, 본 발명에서 권리를 청구하는 범위는 상세한 설명의 범위 내로 정해지는 것이 아니라 후술되는 청구범위와 이의 기술적 사상에 의해 한정될 것이다.

S10. 정상 파형 구축단계
S20. 불량 파형 구축단계
S30. 설정단계
S40. 판단단계
100. 누적 파형을 통한 기기의 예지 보전방법

Claims (2)

1. 각종 설비에 사용되는 것으로, 동일한 동작을 반복 수행하는 기기의 예지 보전방법에 있어서,
   상기 기기의 정상적인 구동 상태에서 한 동작을 수행하는데 소모되는 전류 값을 시간의 흐름에 따라 나타낸 파형을 반복적으로 수집하되, 그 수집되는 다수의 파형을 중첩시켜 두께를 갖는 정상 파형을 형성하는 정상 파형 구축단계(S10);
   고장이 발생하기 직전의 기기의 구동 상태에서 한 동작을 수행하는데 소모되는 전류 값을 시간의 흐름에 따라 나타낸 파형을 반복적으로 수집하되, 그 수집되는 다수의 파형을 중첩시켜 두께를 갖는 불량 파형을 형성하는 불량 파형 구축단계(S20);
   상기 정상 및 불량 파형 구축단계(S10,S20)에서 구축된 정상 및 불량 파형 정보를 기반으로 실시간 파형의 두께에 대한 임계값을 설정하는 설정단계(S30); 및
   실시간 기기의 구동 상태에서 한 동작을 수행하는데 소모되는 전류 값을 시간의 흐름에 따라 나타낸 파형을 수집하되, 적어도 둘 이상의 파형이 포함되는 단위 시간 간격으로 반복 수집하며, 각 단위 시간에 포함되는 다수의 파형을 중첩시켜 두께를 갖는 실시간 파형을 반복적으로 추출하고, 그 추출된 실시간 파형의 두께가 상기 설정단계(S30)에서 설정된 임계값을 초과하면 상기 기기를 이상상태로 판단하고 경보하는 판단단계(S40);를 포함하여 이루어지며,
   상기 설정단계(S30)의 임계값은 실시간 파형의 두께에 대한 최대 임계값과, 실시간 파형의 두께에 대한 평균 임계값으로 구분되어, 선택되는 어느 하나 또는 둘을 함께 사용하며,
   상기 판단단계(S40)는 실시간 파형의 두께 중에서 상기 최대 임계값을 초과하면 상기 기기를 이상상태로 판단하며, 실시간 파형의 전체 두께의 평균값이 상기 평균 임계값을 초과하면 상기 기기를 이상상태로 판단하여 경보하는 것을 특징으로 하는 누적 파형을 통한 기기의 예지 보전방법.
2. 삭제

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