Failure Mode and Effect Analysis 기본 개념 정리

장애 모드 및 영향 분석(Failure Mode and Effect Analysis) 정의

• 제품 또는 프로세스의 잠재적인 장애 모드(failure modes)와 그 영향(the effect of a failure mode)을 체계적으로 분석하는 기법
• 장애 모드(Failure Mode): 컴포넌트, 하위 부품(subassembly), 제품, 입력물, 프로세스, 서브 프로세스 등이 의도한 일을 제대로 수행하지 못하는 상황. 이전 오퍼레이션의 결과로 나타날 수도 있고 다음 오퍼레이션을 실패하도록 만들 수도 있다.
• 신규 제품/프로세스를 구현하거나 변경을 가하기 전에 수행하고 그에 따른 적절한 조치를 취하여 발생 가능한 문제를 사전에 막는 예방 목적의 활동(a preventive action)이다.
• 제품 설계 내지는 프로세스 개발 단계에서 수행되는 것이 바람직하지만 기존 제품/프로세스에 적용하는 것도 도움이 될 수 있다.

 

FMEA 발전 과정(History)

• 1960년대 중반 항공우주산업 분야에서 안전성(safety)을 위해 처음으로 공식적인 FMEA 분석을 수행하였고, 이후 화학 프로세스 분야에서 안전성 개선을 위한 주요 도구로 부상
• 1974년 미 해군의 MIL-STD-1629 표준에서 FMEA의 사용을 권고
• 1970~1980년대에 원자력, 항공기, 화학, 전자, 식품 가공 산업 등 여러 분야에서 사용됨
• 미국 자동차 산업의 QS-9000 표준에서 제품 및 프로세스 FMEA를 공급업자들(suppliers)이 수행할 것을 요구함
• 최근 의료 산업 분야에서 장애에 따른 위험 평가 및 프로세스 개선 목적으로 적용. 의료 시설(healthcare facilities) 관련 표준인 JCAHO(The Joint Commission for the Accreditation of Healthcare Organizations)에서도 FMEA를 권장

 

FMEA 타입(Types of FMEAs)

크게 두 가지 유형의 FMEA가 수행된다

• 제품/설계 FMEA(Product/Design FMEAs): 안전성 위협, 제품 오작동, 제품 생명주기 단축 등을 초래하는 제품의 문제를 찾아내는 것이 목표. 생산에 들어가기 전에 제품 기능에 중점을 두어 제품 설계를 분석하거나 또는 개발 주기의 초기 분석 및 설계 단계에서 시스템과 서브시스템을 분석
• 프로세스 FMEA(Process FMEAs): 제품 제조와 관련된 문제를 찾아내는 것이 목표. 제조 및 조립 프로세스(manufacturing and assembly processes)를 분석한다. 

 

FMEA 적용 절차(FMEA Procedure)

1단계: FMEA 분석 대상 선정

• FMEA 분석을 수행할 프로세스나 제품 컴포넌트를 선정하고 적절한(지나치게 크거나 복잡하지 않은) 범위를 정한다. 

 

2단계: FMEA 팀 조직

• FMEA는 팀 기반의 분석 기법이므로 내부 조직원이든 외부 인원이든 상관없이 관련된 여러 분야의 전문가(설계자, 프로세스 전문가, 재료 공급업자, 고객/사용자, 운영자, 부품 공급자, 품질 담당자 등)들로 팀을 구성한다.
• 분석 대상의 규모나 성격에 따라 달라지지만 대개 4~6명 또는 6~10명의 팀원 구성이 적절하다.

 

3단계: FMEA 팀 구성원들의 분석 대상 검토

• 미팅을 통해 FMEA 팀 구성원들이 만나 분석 대상을 검토한다.
• 프로세스 FMEA의 경우 플로우차트 등을 활용하여 대상 프로세스의 모든 단계(steps)를 최대한 상세히 식별하고 팀 구성원들의 의견 일치를 본다. 

 

4단계: 장애 모드와 그 원인 및 영향 식별

• 브레인스토밍을 통해 잠재적인 장애 모드(Mode of Failure)를 식별하고 각 장애 모드의 원인(Cause of Failure) 및 장애가 고객, 제품, 프로세스에 미치는 영향(Effect of Failure)을 분석한다.
• FMEA 분석 결과를 기록하는 작업장인 아래 표와 같은 스프레드시트를 생성하여 식별된 내용을 해당 열에 기록한다.
• 장애 모드와 그 영향(effects)의 관계가 항상 1 대 1인 것은 아니다.

 

5단계: 각 장애 모드에 대해 발생빈도, 심각도, 발견가능성 수치화

• 분석팀은 특정 점수 체계에 따라 각 장애 모드의 발생 빈도(Frequency of Occurrence), 심각도(Severity of the Failure), 발견 가능성(Chance of Detection)의 점수를 매긴다.
• 점수 체계(Rating Scales)는 1~10 등급 체계가 주로 사용되며 1~5 등급 체계도 가능하다. 1~5 등급 체계는 분석 팀이 점수를 매기기가 좀 더 수월하고, 1~10 체계는 더 정확한 추정을 가능하게 해준다.

 

<점수 체계 예>

발생빈도(1~10): 1=발생 가능성 매우 낮음, 10=발생 가능성 매우 높음

심각도(1~10): 1=피해를 입을 가능성 매우 낮음, 10=심각한 피해를 입을 가능성 매우 높음

발견가능성(1~10): 1=발견 가능성 매우 높음, 10=발견 가능성 매우 낮음

 

6단계: RPN(Risk Priority Number) 계산

• 발생 빈도, 심각도, 발견 가능성을 곱하여 각 장애 모드의 리스크 우선 순위(Risk Priority Number: RPN)를 계산한다.
• RPN 점수는 1~1000사이가 된다.

 

7단계: RPN을 이용한 개선 노력 계획

• RPN 점수가 높은 장애 모드가 시스템/프로세스의 가장 중요한 부분일 가능성이 높으므로 개선 노력이 집중되어야 할 부분이 어딘지를 알려준다. 예를 들어, RPN 점수가 가장 높은 10개의 장애 모드를 선택하여 우선적으로 개선을 위한 노력을 한다.
• RPN 점수가 높은 중요(고위험) 장애 모드에 대해 이를 제거하거나 줄일 수 있는 예방책(a remedy 또는 an action plan)을 설계한다. 장애를 완전히 제거하는 것이 불가능한 경우 발생 빈도를 줄이거나, 심각도를 낮추거나, 발견 가능성을 높이거나 하는 전략을 취할 수도 있다. 설계된 예방책이 제대로 적용되고 있는지 확인(validation)할 수 있는 방법도 설계한다. 아래 워크시트 예에서 보이는 것처럼 RPN 점수가 높은 고위험 장애 모드에 대해서만 이런 정보가 기입되어 있다.

 

8단계: 예방 행동을 취하고 재평가

• 예방책 적용에 따라 고위험 장애 모드가 제거 내지는 감소된 상태에서의 심각도, 발생 빈도, 발견 가능성 점수를 재평가하여 RPN을 다시 계산한다. 이렇게 새롭게 계산된 RPN을 ‘the Resulting RPN’이라 지칭한다.
• 장애 모드에 대해 the Resulting RPN이 만족할만한 수준으로 낮아질 때까지 개선 노력과 예방책 설계 및 적용을 계속한다.

 

FMEA 워크시트 예

제품: 독립형(stand-alone) 컴퓨터 스테이션

컴포넌트: 하드웨어 설치

장애모드	장애원인	장애영향	발생빈도 (1~10)	심각도 (1~10)	발견가능성 (1~10)	RPN (1~1000)	예방책	예방책 확인
하드웨어가 적시에 설치가 안됨	제조업자의 선적 지연	고객 시간 낭비	2	6	8	96	에이전트가 공급업자와 타임라인 검토	에이전트의 주문서 사인
	소요 시간 추정에 오류	고객 시간 낭비	3	4	1	12
	설치자 부재	고객 시간 낭비	6	4	3	72
	컴포넌트 분실	고객 시간 낭비	5	7	5	175	설치자가 작업에 필요한 컴포넌트 확인	설치자가 작업 체크리스트에 사인
하드웨어가 올바르게 설치 안됨	설치자의 경험 부족	하드웨어 재설치 필요	1	8	10	80
	고객 요구사항이 불명확	하드웨어 재설치 필요	7	8	7	392	확인을 위해 설치자가 고객을 만나거나 전화	고객과 설치자가 체크리스트 확인 후 사인

 

FMEA의 장점(Benefits)

• 상대적으로 쉽고 적은 비용으로 변경이 가능한 개발 프로세스 초기에 설계와 프로세스의 개선 요인을 식별해 내어 비용 감소 효과를 준다.
• 제품/프로세스의 품질과 신뢰성(reliability) 개선 효과를 가져온다.
• 제품 또는 프로세스가 의도한대로 수행되지 않을 때 책임져야 하는 손해 비용을 줄여 준다.
• 유사한 설계나 프로세스를 개선할 수 있는 새로운 아이디어를 제공한다.

 

품질 시스템(Quality System) 구성 요소로서의 FMEA

FMEA를 단독으로 사용하는 것도 효과적이지만 조직 전반의 품질 시스템 체계가 갖추어진 환경에서 적용될 때 최대 효과를 얻을 수 있다. 이런 포괄적인 품질 시스템으로 Malcolm Baldrige, ISO 9001, QS-9000 가이드라인, Six Sigma 관리 시스템, NY Empire State Advantage 기준 등이 있다.