안전설계 기법과 예시(페일 세이프, 풀 프루프, 백업, 페일 소프트, 리던던시, 병렬설계)
1. 페일 세이프(Fail Safe)
인간 또는 기계 등의 시스템에서 일부의 과오나 실수, 오조작이 있더라도 다른 고장의 발생을 방지하고 안전하게 작동할 수 있는 구조의 설계
- ex) 감지 센서나 밸브 등이 정상 작동하지 않게 되더라도 시스템 전체적으로 안전하게 구동될 수 있게 안전성을 확보하는 경우
- ex) 선풍기가 넘어지면 자동으로 작동이 멈추게 설계함.
[페일 세이프의 종류]
- 고장이 나면 안전하게 정지하는 시스템은 페일 패시브(Fail Passive)
- 고장이 나도 경고음을 송출하고 추가적으로 작동이 가능하게 설계한 경우는 페일 액티브(Fail Active)
- 고장이 나도 재작동까지 혹은 이후의 설비보전이 이루어질 때까지 안전하게 작동하게 설계하는 것은 페일 오퍼레이션(Fail Operation)
2. 풀 프루프(Fool Proof)
기계를 작동, 사용할 때 휴먼에러를 막고 고장이 발생되지 않도록 한 설계(본래 의 뜻은 "바보라도 해낼 수 있다" 의역하면 누구라도 다룰 수 있게하여 고장을 방지하고 안전하게 작동하는 것이라 이해하면 된다)
- ex) 세탁기 사용 시에 외부의 덮개(세탁물을 넣는 곳의 덮개)를 열면 세탁기의 회전 작동 기능이 자동으로 멈추고, 닫아야 작동한다는 의미의 경고음을 내보내는 것이 대표적인 예이다.
3. 백업(Back Up) 또는 백업 시스템
작동기기나 시스템에서 주로 사용되는 기능(주기능)이 에러 혹은 고장을 일으킬 경우 이를 대신하는 기능을 설계. 주 모터가 작동 이상 또는 고장 신호를 보내면 보조 모터가 가동되도록 설계하는 방법
- ex) 워드프로세스나 오피스프로그램을 사용하여 문서 등을 제작하는 작업 시 뜻하지 않게 PC가 종료되거나 프로그램이 외부의 요건으로 닫게 되어 인위적인 저장기능을 수행할 수 없더라도 임시 또는 자동적으로 저장하는 기능이 작동하게 되는 경우(자동저장기능)
- ex) 가정용 가스의 사용에서 누출시 경보기 작동하면 자동으로 밸브가 차단되는 기능이 주기능 이라면, 보조 기능으로 가스에 인위적인 냄새가 나도록 하여 사람이 인지할 수 있도록 해주는 것. 자동으로 밸브가 닫히지 않아도 사람이 냄새로 가스의 누출을 확인하고 조치할 수 있게된다.
4. 페일 소프트(Fail Soft)
시스템에서 일부장치가 고장나거나 결함이 발생하더라도 가능한 고장의 영향을 최소화하여 전체적인 시스템의 기능은 유지할 수 있도록해서 작동을 지속할 수 있게 하는 설계. 분류상 페일 세이프의 설계 개념에 속한다.
- ex) 지하주차장의 움직임 감지 조명의 경우 물체의 움직임을 감지하는 센서에 따라 밝기가 변경되는데, 센서가 고장이 날 경우에도 기본적인 조명을 유지할 수 있도록 설계하는 경우. 조명의 주기능은 유지시켜주므로 이를 두고 장애완화라는 개념으로도 부른다.
5. 리던던시(Redundancy)
여유도를 주는 설계방법, 작동 기능의 중복설계를 도입하여 시스템 일부의 고장이 전체의 고장이 되지 않도록 설계하는 방법.
- ex) 벨트슬링의 안전율 개념으로 파단강도는 훨씬 높지만 여유율, 안전율 등을 고려하여 적합한 작업안전하중을 설계하는 경우
- ex) 같은 기능에 대한 중복 설계 개념으로 신체의 신장(콩팥)처럼 2개의 중복된 장기가 있어 혈액을 맑게 거르는 역할을 하는 필터가 충분한 여유를 갖는 경우
- ex) 항공기의 엔진 등을 중복으로 설계하여 사용하는 엔진의 고장에도 다른 엔진을 사용하여 정상적인 운항이 가능토록 설계하는 방법
- ex) 탁상시계 중 직류인 건전지와 교류전원을 동시에 사용할 수 있도록 리던던시 전원설계 기법, 어느 한 쪽에 고장을 일으켜도 지속적으로 사용이 가능함.
6. 다중계화(병렬작동)
동일한 기능을 다중으로 설비하고 변경하거나 선택하여 사용 또는 병렬적으로 사용할 수 있도록 하는 설계
- ex) 건설용 리프트의 경우 자동호출기의 신호로 리프트를 동작할 수 있고, 내부의 층수 이동 버튼으로도 이동이 가능하며, 수동조작(매뉴얼 조작)으로 사람이 직접 리프트의 오르내림을 조작할 수 있도록 다양한 루트로 건설용 리프트를 작동할 수 있도록 설계함.