무기체계는 기계·전자적 요소들이 집약적으로 구성되어 고장 발생 유형이 다양하고 발생 가능성이 높다. 또한 고장에 의한 전력 공백의 결과가 치명적이기 때문에 일반적으로 무기체계는 높은 신뢰도가 요구된다. 무기체계의 정비 계획은 신뢰성 기반 분석을 통해 수립되며, 대부분 고장이 발생한 후 품목을 수리 혹은 교체 하거나 일정 시간 간격의 점검을 통해 정비활동을 수행하고 있다. 그러나 이러한 정비활동은 체계의 사전적 고장 특성 분석이 곤란할 뿐만 아니라 체계 운용 실정과 상이한 부분이 있어 무기체계 운용효율성 향상에 기여하는 바는 미비하다.

정비전략은 사후정비(corrective maintenance), 예방정비(preventive maintenance)를 거쳐 예측정비(predictive maintenance)로 발전하고 있으며, 각 정비 전략의 특성은 그림 1과 같다. 예측정비는 상태기반정비(CBM/CBM⁺, condition based maintenance)라고도 불리며, CBM⁺는 장비의 상태정보 변화를 고장과 결함의 징후로 식별하는 CBM 개념에 잔존유효수명(RUL, remaining useful life) 예측 기술을 더한 정비전략이다. 이러한 예측정비의 핵심은 고장예지 및 건전성 관리(PHM, prognostics and health management) 기술으로, 최근 인공지능, 기계학습 등 4차 산업혁명 기술을 접목한 잔존유효수명 예측 기술에 대한 관심이 높다(Serradilla et al., 2020; Wang et al., 2020; Xiang et al., 2016).

상태기반정비는 발생하기도 전에 고장을 해소하기 때문에 소모적 정비 비용을 절감할 수 있으며 운용 중단 없이 효율적인 장비 운용이 가능하게 한다(Kumar et al., 2018; Teixeira et al., 2021). 이러한 장점으로 인해 현재 상태 기반정비는 국방 분야 정비전략 패러다임 전환의 중심에 있다. 상태기반정비를 무기체계에 적용하기 위해서는 상태 데이터를 지속적으로 습득하는 모니터링 시스템을 부가적으로 구축해야 하므로, 체계 연동성, 총 수명비용, 확장성 등을 고려하면 체계개발단계에서부터 체계와 함께 개발되어야 함이 타당하다(Jung et al., 2017; Seo et al., 2020). Yu et al.(2016)은 정비 전략과 체계설계의 상호관계를 반영하여 설계 최적화 모델을 제시하며 체계개발단계에서 정비성 고려가 필요함을 강조하기도 했다.

본 논문에서는 상태기반정비 업무를 규정한 국방 분야 규정, 지침 및 적용 사례 검토와 국내 무기체계 규격의 정비성 요구수준 분석을 통하여 상태기반정비에 대한 요구도를 국방 규격에 반영할 수 있는 방안에 대해 연구하고자 한다. 연구 프로세스를 정리하면 그림 2와 같다.

상태기반정비를 가스배관, 터빈 등 산업설비에 실제 적용한 사례가 보고되고 있으며(Kim et al., 2017; Seo et al., 2019), 산업 분야에서는 상태기반정비의 적용 범위를 구성품뿐만 아니라 제조 공정까지 확대하고 있다(Seo et al., 2019). 민수산업의 경우, ISO 17359, ISO 13381-1 등 국제표준에서 기계의 상태 감시와 진단, 예측 진단 과정의 개발과 적용 및 정비 업무 결정에 대한 세부적 지침을 제공하고 있다(표 1). 국방 분야에서 상태기반정비 관련 규정 및 지침은 국외(미국)와 국내로 구분하여 검토하고자 한다. 미 국방부는 무기체계 상태기반정비(CBM⁺) 적용을 위한 과정, 절차 등을 규정하고, 상태기반정비의 효과적 정착을 위한 지침서를 제공하고 있다. 반면 국내 국방 분야에서 예측 정비를 기반한 상태기반정비(CBM⁺) 업무를 정의하는 규정은 다소 미흡한 실정이다. 본 장에서는 국내외 상태기반정비 관련 규정, 지침과 상태기반정비 적용 현황에 대해 검토하여 상태기반정비 업무에 대해 파악하고자 한다.

본 연구는 상태기반정비(CBM/CBM⁺) 관련하여 국내외 국방 관련 규정과 기술 적용 사례 등을 분석함으로써 상태기반정비에 대한 요구도를 국방 규격에 반영할 수 있는 방안을 제시하고자 하였다. 상태기반정비 소요가 개발계획에 반영되면 체계가 지니는 고장유형와 체계 상태와의 연관관계를 정의하여 상태모니터링을 포함한 상태기반정비 시스템의 기술적 필요조건을 국방 규격에 포함시킬 수 있다. 그러나 고장유형과 상태신호 간 관련성이 명확히 규명되지 않는 경우가 많으므로, 본 논문에서는 체계의 고장유형과 구성품에 따른 상태기반정비체계에서 수집해야 하는 상태 데이터(condition data)에 대한 표준안을 제안하였다. 수집 데이터 표준안은 개발 간 구체화한 체계 고장유형에 따라 상태기반정비 체계 설계에 기여할 수 있으며, 나아가 체계개발과정에서 식별되지 않은 치명적인 고장이 체계 운용 중에 발생했을 때 상태기반정비를 확장 적용할 수 있는 기반으로 기대할 수 있다. 본 논문에서는 체계개발을 계획할 깨 상태기반정비를 고려하기 위한 가이드라인으로 수집 데이터 표준안을 제안했으나, 체계 특성, 고장유형, 품목 등에 따라 필요한 데이터 종류를 세부적으로 분류하지는 않았다. 향후 수집 데이터 표준안이 체계개발단계에서 실효적으로 적용될 수 있도록 다빈도 고장 유형과 품목에 대한 분석, 국내 무기체계의 건전성(health)을 나타낼 수 있는 상태 데이터에 관한 연구를 통해 본 논문에서 제안한 수집 데이터 표준안을 보완해나갈 예정이다. 여전히 국내 무기체계를 대상으로 하는, 상태기반정비 체계운용 측면의 효용성과 비용 측면의 효과성에 관한 실증적 연구가 부족하고, 상태기반정비와 관련하여 정비방법을 결정하는 논리 프로세스가 확립되지 않아 현재 무기체계 개발 사업에 상태기반정비의 타당성 확보에 한계가 있다. 본 연구를 비롯하여 상태기반정비를 무기체계에 적용하기 위한 기술적 및 제도적 연구와 개선을 통해 국내 국방 분야에 상태기반정비가 완전히 정착되기를 기대한다.