근원적안전설계 (Fool proof, Fail safe) 및 양립성에 관하여

 

인간의 실수와 안전설계 (Fool Proof, Fail Safe)

인간은 모두 실수를 합니다. 따라서 운전원 및 근로자가 실수를 하더라도 모든 기계의 안전성이 확보되도록 설계되어야 합니다. 사고 발생의 주요원인은 인간의 불안전한 행동이다. 인간은 누구나 실수를 한다는 전제하에 모든 기계 설비를 설계되어야 합니다. 또한 설계된 안전장치가 정상적으로 작동하는 지를 주기적으로 점검하는 것도 중요합니다.

근원적 안전설계원리는 Fool Proof(풀프루프)와 Fail Safe(페일세이프) 2종류로 나눌 수 있습니다. 

 Fool Proof(풀프루프)  오조작방지 장치
운전원이 조작 실수를 하더라도 피해를 주지 않도록 하는 설계방법으로 정의됩니다. 기계를 다루는 초보자나 미숙련자가 사용방법을 완벽히 숙지하지 않고 기계를 사용하더라도 사고가 나지 않도록 설계되는 것입니다. 즉, “인간의 실수가 직접적으로 고장 또는 사고로 이어지지 않도록 하는 설계원리”로 말할 수 있습니다. 

 Fail Safe(페일세이프)  안전도증강 장치
기계 또는 시스템이 고장이 발생한 경우라도 피해가 확대되지 않고 단순 고장이나 일시적으로 운영이 계속되도록 하여 안전을 확보하는 설계방법으로 정의됩니다. 이것은 기계 또는 시스템 고장이 발생하여도 비상장치나 다른 부품이 작동하여 사고를 예방하는 설계원리이며, 병렬 부품을 사용하여 부품 하나가 고장이 나더라도 나머지 부품이 작동하여 시스템을 안전하게 작동시킬 수 있습니다. 

Fool proof(풀프루프)

 1  Fool Proof(풀프루프) 정의

운전원이 조작 실수를 하더라도 피해를 주지 않도록 하는 설계방법으로 정의됩니다. 기계를 다루는 초보자나 미숙련자가 사용방법을 완벽히 숙지하지 않고 기계를 사용하더라도 사고가 나지 않도록 설계되는 것으로써 작업자가 기계를 잘못 취급해 불안전한 행동이나 실수를 해도 기기나 시스템의 신뢰성, 안전성을 유지할 수 있도록 설계하는 것을 말한다. 즉, 기계가 고장 났을 경우, 그대로 폭주해서 사고로 연계되지 않도록 안전을 확보하는 것을 말합니다. 즉, “인간의 실수가 직접적으로 고장 또는 사고로 이어지지 않도록 하는 설계원리”로 말할 수 있습니다. 

본래의 Fool Proof (풀프루프)는 조작 순서를 잘못 조작하거나 오조작에 대응하는 것으로써, 본래 인간의 착오, 실수 등 의 휴먼 에러를 방지하기 위한 것입니다.


 2  Fool Proof(풀프루프) 종류 및 예시

• 설계방법 : 격리, 기계화, LOCK 등
• 문제점 : 설비의 수리 작업 중 Fool Proof 해제할 경우 위험성이 상존함

	가드(Guard) 덮개나 울 회전기기의 회전부에 대하여 보호커버를 설치한다. 격리방법에 해당되며, 이를 해제했을 경우 위험성을 안고 있다.
	Motor Ooverload Tip (EOCR) 모터의 보호를 위해 정격 암페어 이상이 되면 자동으로 모터가 정지되는 장치이다.
	버튼을 조작 순서대로 배열 스위치 버튼의 조작 실수를 방지하기 위해 버튼을 조작 순서대로 배열한다.
	프레스의 방호장치 프레스의 경우 작업자의 실수로 손과 팔이 금형 사이로 들어갔을 경우 센서가 이를 감지하여 슬라이드의 하강이 자동적으로 정지된다.
	승강기 과부하장치 승강기의 경우 정격하중보다 많은 하중이 걸리면 과부하를 감지하여 경보가 울리고 작동이 되지 않는다.
	탈수기, 세탁기 탈수기 뚜껑을 열면 탈수기가 정지된다.
	전원커넥터 전원커넥터 모양을 다르게 해 해당 모양대로 끼워야만 삽입이 가능하도록 제작
	조작밸브의 시건장치 (CSO/CSC)
	Automatic Guard 동력 전달 장치의 덮개를 벗기면 운전이 정지된다.

 

 

Fail Safe(페일세이프)

 1  Fail Safe(페일세이프; 안전도 증강 장치) 정의

고장이 발생한 경우라도 피해가 확대되지 않고 단순고장으로 마무리 되도록 하거나 항상 안전을 유지할 수 있도록 하는 설계를 의미한다. 즉, 기계나 그 부품에 고장이나 기능불량이 생겨도 사고가 발생하지 않도록 2중, 3중의 통제를 가하는 안전대책을 말한다. 예를 들어, 어떤 작업자가 작업을 할 때 정상적인 메뉴얼에 따라 작업을 하지 않고 임의대로 작업을 할 경우에 바로 사고로 이어지지 않도록 설계하는 것으로 정의된다.

Fail Passive	기계고장 즉시 장비가 멈춤, 부품이 고장 나면 통상기계는 정지하는 방향으로 이동
Fail Active	기계고장 시 경보가 울리며 잠시 작동 가능, 부품이 고장나면 기계는 경보를 울리는 가운데 짧은 시간 동안의 운전이 가능
Fail Operational	기계고장 시 다음 점검까지 작동 가능, 부품이 고장이 있어도 기계는 추후 보수가 될 때까지 안전한 기능을 유지
Tamper proof	안전장치를 제거하면 작동이 안 되도록 2중, 3중 안전 설계하는 것

 2  Fail Safe(페일세이프) 종류 및 예시

	크레인 권과방지장치 크레인의 와이어 로프가 무한정 감기지 않도록 권과 방지 장치를 설치한다.
	화학공정에서 Control Valve Control Valve는 Folw, Level, Press, Temprature 등을 제어하여 정상 운전 범위를 벗어나면 자동으로 Control Valve를 조작하여 Fail 이 발생하지 않도록 안전한 상태로 제어합니다.
	System의 병렬화  제어기기의 구동원을 전기원과 공기원 등 2중으로 설치하여 정전이나 공기압이 중단되는 경우처럼 구동원이 상실되는 경우 비상전원 또는 질소가스로 자동으로 전환되어 구동설비가 작동이 가능하도록 제어한다.
	프레스 머신, 절단기 프레스 머신이나 절단기에는 적외선 차단 장치가 설치되어 있어 손이나 팔을 감지하면 기기가 정지된다.
	Compressor High/Low pressure limit switch 압축기에는 1, 2차의 고압 및 저압차단 장치가 설치되며 2중의 안전장치를 고압 및 저압에 의한 압축기의 파손 및 안전사고를 방지하고 있다.
	Gas boiler emergency shut-off valve 가스보일러용 버너 연소제어장치에도 자동차단밸브를 직렬로 2중으로 설치하고 있어 만약 그 중 1개가 고장나더라도 사고로 이어지지 않도록 하고 있으며, 공급되는 가스 압력이 이상저압이나 이상 고압 시 버너의 가동을 자동정지 하도록 되어 있다.
	PSV + Rupture disc 압력용기에 설치된 안전밸브(PSV)와 파열판(Rupture Disc)을 직렬 형태의 2중으로 설치하여 1개의 과압방지 장치가 고장이 나더라도 안전하게 과압을 해소할 수 있다.
	윤활계통의 Interlock system 터빈, 컴프레셔, 압출기 등의 대형회전기기에는 윤활유 공급이 필수적입니다. 이러한 설비에 윤활유가 정상적으로 공급되지 않으면 고가의 장비가 고장이 날 수 있으므로 냉각, 윤활계통이 정상적으로 가동되지 않으면 대형회전기기가 가동되지않는 구조로 Fail Safe로 설계되어 있다.
	누전차단기 퓨즈, 회로 차단기 또는 전류 제한 회로에 의해 단락으로부터 보호한다. 과부하 상태에서 전기적 중단은 과열로 인한 배선 또는 회로 장치의 손상 또는 파괴를 방지한다.
	철도차단기 (railway breaker) 기차레일에서 철도신호가 고장이 발생했을 때 청색신호가 반드시 적색신호로 바뀌게 되어 있습니다.
	석유난로 기울어지면 자동 소화 석유난로가 일정 각도 이상으로 기울여지면 자동적으로 꺼지도록 소화기능이 내장되어 있다.
	항공기 비상엔진 항공기가 비행 중에 하나의 엔진이 고장나도 다른 하나의 엔진으로 운행이 가능하도록 설계 되어 있다.
	승강기 정전 시 운전정지  승강기 정전 시 마그네틱 브레이크가 작동하여 운전을 정지시키는 경우 정격속도 이상의 주행시 조속기가 작동하여 긴급정지를 시킨다.
	로봇방책 연동장치 로봇이 설치된 작업장에 방책문을 닫지 않으면 로봇이 작동되지 않는다. 방책문을 여는 경우 로봇의 가동이 즉시 중지된다.

 

양립성

 1  양립성

양립성이란 인간의 기대(예상)와 작동결과가 일치하는 것을 말한다. 즉 작업자가 어떠한 설비 등을 조작하고 작동 할 경우 작업자가 예상한 의도대로 설비가 작동하도록 설계하는 것을 말한다. 양립성이 높게 설계되면 시스템을 운영하는 과정에서 실수나 좌절을 줄일 수 있다. 특히 시간적 압박 하에서 작업하거나 사고의 가능성이 있는 작업환경에서는 조종 장치와 표시 장치에 높은 양립성이 요구 된다.

 2  운동양립성
• 운동양립성 작업자가 무언가를 조작했을 경우 의도한 방향대로 움직이게 설계 
• 버튼을 돌리는 방향대로 침이 움직임, 자동차의 핸들 

운동 양립성 적용  다이얼을 오른쪽으로 돌리면 기계도 증가하는 쪽으로 움직여 의도대로 조종됨	양립성 위배  만약 다이얼을 돌렸는데 의도한 바와 다르게 나타난다면 오류를 범할 수 있음

 3  공간양립성
• 작업자가 조작 시 의도한 공간과 일치하게 작동되게 설계
• 버너의 오른쪽 스위치 작동 시 오른쪽 화구에서 불 발생 등

공간 양립성 적용  왼쪽 화구는 왼쪽 다이얼을, 오른쪽 화구는 오른쪽 다이얼로 조종하는데 혼란이 발생하지 않음	양립성 위배  각 다이얼이 어느 쪽 화구를 나타내는지 정확히 판단하는데 여러번의 오류를 범할 수 있음

 4  개념양립성
• 작업자의 개념적 연상과 작동이 일치하게 설계 
• 정수기 빨간색 버튼 - 뜨거운 물, 파란색 버튼 - 차가운 물, 스위치의 on/off 등 

개념 양립성 적용  일반적으로 빨간색은 뜨거운 물이며 왼쪽에, 파란색은 차가운 물이며 오른쪽에 위치 적용하여 설계	양립성 위배  각각의 위치와 색깔이 일반적인 개념과 달라 어느 쪽이 찬물인지 알 수 없어 오류를 범할 수 있음

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