KR101304308B1 - 가변 환경 내의 제품 수명 예측 방법 - Google Patents

Abstract

가변 환경 내의 제품 수명 예측 방법이 개시된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 가변 환경 내의 제품 수명 예측 방법은 가변 환경에 노출된 제품의 수명을 예측하는 가변 환경 내의 제품 수명 예측 방법에 있어서, 상기 제품의 복수개의 스트레스 인자를 설정하는 제1 단계; 복수개의 상기 스트레스 인자 각각의 시간대별 열화율을 총 t시간동안 합산하는 제2 단계; 상기 시간대별 열화율을 하기 [식 1]에 대입하여 D값을 산출하는 제3 단계; 상기 D값이 1이 되는 경우 상기 제품의 제품 수명이 다한 것으로 정의하는 제4 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
[식 1]

Description

가변 환경 내의 제품 수명 예측 방법{METHOD FOR PREDICTING A LIFETIME IN CONTINUOUS VARYING ENVIRONMENT}

본 발명은 제품 수명 예측 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 가변 환경 내의 제품 수명을 예측하는 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 제품의 수명 예측(Life Assessment)이란 부재, 기기, 장치, 구조물 등에 대하여 외력이나 사용 환경에 따라 정해진 기능을 다하는 기간(제품 수명)을 예측하는 것을 의미한다.

이러한 제품의 수명 예측 방법은 다양하게 존재하고, 그 중 하나로 가속 수명 시험법이 있다. 상기 가속 수명 시험법은 기준조건보다 엄격한 조건하에서 제품의 손상 매커니즘을 통상의 속도 이상으로 촉진해서 같은 모드의 손상을 재현하는 시험법을 의미한다.

그런데, 종래 가속 수명 시험법의 경우에는 제품의 수명을 예측할 때 제품이 사용되는 조건을 일정하게 고정시킨 상황에서 수명을 예측하였으므로, 사용조건이 변화하는 제품의 경우, 실제 제품 수명과는 오차가 크게 발생한다는 문제가 있었다. 예를 들면, 가속 수명 시험법에서의 가속계수(Acceleration Factor)는 사용조건에서의 제품 수명과 가속조건에서의 제품 수명의 비율을 나타내는데, 이 때 상기 사용조건은 시간에 따른 변화 상태를 무시한 채 고정되어 설정된다.

따라서, 주변 환경조건의 변화가 없는 특정 실내에 위치되어 사용되는 제품의 경우에는 큰 문제가 없으나, 환경이 시시각각 변하는 가변 환경 내에 위치되어 사용되는 제품의 경우에는 상기와 같이 스트레스 인자들을 고정 설정하는 경우 실제 제품 수명과의 오차가 크게 발생하였다.

예를 들면, 태양전지 모듈(또는 태양전지 모듈 내의 부품들)은 외부에 설치되는 것으로, 온도, 습도, 일사량 등의 외부 환경의 영향을 크게 받는다. 그런데, 이러한 외부 환경은 또한 시간에 따라 변하기 때문에 상기 외부 환경에 의한 태양전지 모듈의 열화율(내지 손상율)을 측정하는데에 종래 가속 수명 시험법은 적합하지 않다는 문제가 있다. 이는 상술하였듯이, 종래 가속 수명 시험법에서 수명을 예측하는 경우에는 시간에 따라 변하는 외부 환경을 고려하지 않기 때문이다.

이러한 문제점을 해결하기 위해, 시간에 따라 변하는 외부 환경을 산술적으로 평균하여 동작환경이라 설정한 후에 제품 수명을 예측하는 방법이 제시된 바 있으나, 이 경우에도 역시 수명계산 시에 오차가 크게 발생한다는 문제점이 있었다.

제품 수명을 예측하는 것은 더 사용할 수 있는 제품을 불필요하게 보수 정비하거나 보수 정비기간이 되기도 전에 제품을 교체하는 일을 방지할 수 있으므로, 그 신뢰성이 매우 중요하다. 따라서, 가변 환경에 노출된 제품의 경우에도 상기 가변 환경을 고려하여 제품의 수명을 예측함으로써, 보다 신뢰성이 높은 제품 수명 예측 방법이 요구되고 있다.

본 발명의 실시예들은 가변 환경을 고려하여 제품의 수명 예측의 신뢰성을 향상시킬 수 있는 가변 환경 내의 제품 수명 예측 방법을 제공하고자 한다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 가변 환경에 노출된 제품의 수명을 예측하는 가변 환경 내의 제품 수명 예측 방법에 있어서, 상기 제품의 복수개의 스트레스 인자를 설정하는 제1 단계; 복수개의 상기 스트레스 인자 각각의 시간대별 열화율을 총 t시간동안 합산하는 제2 단계; 상기 시간대별 열화율을 하기 [식 1]에 대입하여 D값을 산출하는 제3 단계; 상기 D값이 1이 되는 경우 상기 제품의 제품 수명이 다한 것으로 정의하는 제4 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 가변 환경 내의 제품 수명 예측 방법이 제공될 수 있다.

[식 1]

(여기에서, D는 t시간 동안의 열화량, k_t는 시간 t에서의 열화율, S_fn(t)는 시간에 따라 변화하는 스트레스 인자, 함수 f(S_fn)은 상기 스트레스 인자에 의한 열화율이고, n은 정수임. )

이 때, 상기 스트레스 인자는 온도, 습도, 일사량, 풍속 및 기압 중에서 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.

한편, 상기 제1 단계 이전에, 상기 제품 수명과 상기 열화율은 하기 [식 2]를 만족하는 것으로 설정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.

[식 2]

(여기에서, L은 제품 수명, k는 열화율, D_t는 시간 t에서의 열화량, k_t는 시간 t에서의 열화율)

본 발명의 실시예들은 제품의 주변 환경(또는 동작 환경)이 시간에 따라 변하는 사용 조건을 고려함으로써, 제품 수명의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 가변 환경 내의 제품 수명 예측 방법의 순서도이다.

이하, 본 발명의 실시예들에 대하여 구체적으로 설명하도록 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 가변 환경 내의 제품 수명 예측 방법(S100, 이하 제품 수명 예측 방법)의 순서도이다.

도 1을 참조하면, 제품 수명 예측 방법(S100)은 우선, 제품의 스트레스 인자를 설정한다. 여기에서 상기 스트레스 인자는 제품 수명에 영향을 미치는 외부환경을 의미한다. 상기 스트레스 인자의 예로는 온도, 습도, 일사량, 풍속, 기압 등이 있으나, 이에 제한되지는 않는다. 즉, 상기 스트레스 인자는 온도, 습도, 일사량, 풍속 및 기압 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다.

또한, 상기 스트레스 인자는 시간에 따라 변화할 수 있으며, 이는 현실 환경을 고려한 것이다. 예를 들면, 태양전지 모듈이 설치되어 있는 장소에서는 날짜별, 시간별로 일사량이 달라질 수 있으며, 그에 따라 온도, 습도도 시시각각 변하게 된다. 본 발명의 일 실시예에서는 이와 같이 시시각각 변하는 외부 환경을 고려하여 스트레스 인자를 설정하는 점에 일 특징이 있다.

상기 제품의 제품 수명은 외부환경에 의해 영향을 받을 수 있으므로, 하기 [식 1]과 같이 표현할 수 있다.

[식 1]

상기 [식 1]에서 L은 제품 수명을 나타내고, S_fn(t)는 시간에 따라 변화하는 스트레스 인자이고, 함수 f(S_fn)은 상기 스트레스 인자에 의한 열화율을 의미한다. 예를 들어, S₁(t)는 시간에 따라 변화하는 온도, S₂(t)는 시간에 따라 변화하는 습도, S₃(t)는 시간에 따라 변화하는 일사량 등으로 구분할 수 있다. 한편, 함수 f는 상기 스트레스 인자(S_n(t)) 및 제품 수명(L)의 관계를 나타내는 것으로, 특정 함수로 제한되지 않는다. 예를 들어, 상기 함수는 아레니우스식(Arrhenius equation), 아이링 모델식(Eyring's formula)등을 사용할 수 있다(이상, S120).

한편, 제품의 스트레스 인자를 설정하기 이전에, 상기 제품 수명과 열화율이 하기 [식 2]를 만족하는 것으로 설정할 수 있다.

[식 2]

상기 [식 2]에서 L은 제품 수명, k는 열화율, D_t는 시간 t에서의 열화량, k_t는 시간 t에서의 열화율을 각각 나타낸다. 여기에서 열화율은 제품의 손상율을 의미한다.

상기 [식 2]는 제품 수명이 열화율과 반비례함을 나타내는 것으로, 제품의 손상율이 클수록 제품 수명이 짧아지는 것을 고려한다면 예정된 관계라 할 수 있다. 따라서, [식 2]에서 확인되듯이, 시간 t에서의 열화율을 측정하면, 상기 시간 t에서의 열화량이 도출될 수 있다. 여기에서 열화량은 열화된 총량을 의미한다(이상, S110).

다음으로, 복수개의 상기 스트레스 인자로부터 유발되는 각각의 열화율을 시간당 산출하고, 총 t시간 동안 합산한다. 예를 들면, 상기 스트레스 인자가 온도 및 습도라고 가정할 때에, 제품이 놓인 환경에서 온도를 시간당 측정하고 이와는 별개로 습도를 시간당 측정한다. 이를 위하여, 각각의 스트레스 인자를 시간별로 모니터링 가능한 장비(예를 들면, 온도 센서, 습도 센서 등)를 구비할 수 있다. 또는, 상기 스트레스 인자(온도, 습도 등)를 외부에서 제공되는 기상데이터로부터 얻는 것도 가능하다.

상기 스트레스 인자를 획득하면, 개개의 스트레스 인자와 제품 열화율과의 관계를 이용하여 각각의 열화율을 시간당 산출하는 것이 가능하다. 이 때, 상기 스트레스 인자와 제품 열화율과의 관계는 통상의 관계식을 이용하거나 새로이 설정한 관계식을 이용하는 것이 가능하다.

각각의 상기 열화율은 시간당 산출되고(시간대별 열화율), 총 t시간 동안 산출될 수 있다. 상기 총 t시간은 한정되지 않으며 예를 들면 1년(8760시간)동안 산출하는 것이 가능하다(이상, S130).

다음으로, 측정된 상기 스트레스 인자들 각각의 시간대별 열화율을 하기 [식 3]에 대입하여 D값을 산출한다. 여기에서 상기 D값은 일정시간동안 총 열화된 정도의 산술적 표기에 해당한다.

[식 3]

상기 [식 3]에서 D는 t시간 동안의 열화량, k_t는 시간 t에서의 열화율, S_fn(t)는 시간에 따라 변화하는 스트레스 인자이고, 함수 f(S_fn)은 상기 스트레스 인자에 의한 열화율이며, 이 때 n은 정수이다. 상기와 같이, 상기 시간 t 동안의 스트레스 인자별 열화율을 모두 합산하면, 제품이 실제 환경에서 동작하는 시간 동안의 총 열화량(D)을 산출 가능하다(이상 S140).

다음으로, 상기 [식 3]에서 산출된 D값이 1이 되는 경우에 상기 제품의 제품 수명이 다한 것으로 정의한다. 이는 상기 [식 3]이 각 스트레스 인자 성분들의 기여분을 모두 합친 것과 같으므로, 이를 1이라고 하면 L=1/k (식 2)에 의하여 제품 수명이 산출되기 때문이다(이상 S150).

상술한 바와 같이, 본 발명의 실시예들은 제품의 주변 환경(또는 동작 환경)이 시간에 따라 변화하는 조건을 고려함으로써, 제품 수명 예측의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.

이상, 본 발명의 일 실시예에 대하여 설명하였으나, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 구성 요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리범위 내에 포함된다고 할 것이다.

Claims (3)

1. 가변 환경에 노출된 제품의 수명을 예측하는 가변 환경 내의 제품 수명 예측 방법에 있어서,
   상기 제품이 노출된 환경 조건에 해당하는 것으로, 시간에 따라 값이 변화하는 온도, 습도, 일사량, 풍속 및 기압을 포함하는 스트레스 인자를 복수 개 설정하는 제1 단계;
   설정된 상기 스트레스 인자들로부터 발생되는 각각의 시간대별 열화율을 총 t시간동안 합산하는 제2 단계;
   상기 시간대별 열화율을 하기 [식 1]에 대입하여 D값을 산출하는 제3 단계; 및
   상기 D값이 1이 되는 경우 상기 제품의 제품 수명이 다한 것으로 정의하는 제4 단계를 포함하고,
   상기 제1 단계 이전에, 상기 제품 수명 및 열화율은 하기 [식 2]를 만족하는 것으로 설정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가변 환경 내의 제품 수명 예측 방법.
   [식 1]
   

   

   
   (여기에서, D는 t시간 동안의 열화량, k_t는 시간 t에서의 열화율, S_fn(t)는 시간에 따라 변화하는 스트레스 인자, 함수 f(S_fn)은 상기 스트레스 인자에 의한 열화율이고, n은 정수임.)
   [식 2]
   

   

   
   (여기에서, L은 제품 수명, k는 열화율, D_t는 시간 t에서의 열화량, k_t는 시간 t에서의 열화율)
2. 삭제
3. 삭제

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