ISO 61508에 대해 알아보았어요
ISO 61508이란 무엇인가요?
ISO 61508은 "전기/전자/프로그램 가능 전자(PE) 안전 관련 시스템의 기능 안전"에 관한 국제 표준으로, 복잡한 전자 시스템의 안전성을 확보하기 위해 제정되었습니다.
현대 산업에서 전자 시스템이 중심 역할을 하면서, 이들의 오작동은 심각한 안전 사고로 이어질 수 있습니다.
따라서 ISO 61508은 이러한 위험을 관리하고 최소화하기 위한 체계적인 방법론을 제공합니다.
주요 개념과 구조
ISO 61508은 총 7개의 부분으로 구성되어 있으며, 각각은 기능 안전을 달성하기 위한 다양한 측면을 다룹니다:
- 용어 및 일반 요구 사항: 기능 안전의 기본 원칙과 용어 정의를 제공합니다.
- 기능 안전 관리: 안전 관련 시스템의 전체 수명 주기 동안 필요한 관리 절차와 조직적 구조를 다룹니다.
- 시스템 요구 사항: 안전 관련 시스템의 개념 설계와 위험 분석 방법을 설명합니다.
- 하드웨어 요구 사항: 하드웨어 설계 및 고장 확률 계산에 대한 지침을 제공합니다.
- 소프트웨어 요구 사항: 소프트웨어 개발 과정에서의 안전성 확보 방법을 제시합니다.
- 어플리케이션 지침: 다양한 응용 분야에서의 적용 사례와 지침을 제공합니다.
- 예제 및 지원 자료: 실제 적용을 위한 예제와 추가 정보를 제공합니다.
안전 무결성 수준(SIL)
ISO 61508에서 가장 중요한 개념 중 하나는 안전 무결성 수준(Safety Integrity Level, SIL)입니다.
SIL은 시스템의 안전 성능 요구 사항을 등급화한 것으로, 총 1에서 4까지의 등급으로 나뉩니다.
숫자가 높을수록 요구되는 안전 수준이 높아지며, 잠재적 위험의 심각성에 따라 적절한 SIL을 설정하게 됩니다.
- SIL 1: 비교적 낮은 위험 수준
- SIL 2: 중간 정도의 위험 수준
- SIL 3: 높은 위험 수준
- SIL 4: 매우 높은 위험 수준
적용 분야
ISO 61508은 다양한 산업 분야에서 활용되고 있습니다:
- 에너지 산업: 원자력 발전소, 화력 발전소 등의 안전 시스템
- 프로세스 산업: 화학 공장, 정유 시설의 안전 계측 시스템
- 철도 시스템: 신호 제어 및 열차 보호 시스템
- 의료 기기: 생명 유지 장비 및 진단 기기의 안전성 확보
- 자동차 산업: 전기/전자 시스템의 안전성 (ISO 26262로 파생됨)
기능 안전의 중요성
기술의 발전은 우리에게 편리함과 효율성을 제공하지만, 그와 동시에 새로운 위험 요소도 등장합니다.
시스템의 오작동으로 인한 사고는 인명 피해와 재산상의 손실을 초래할 수 있습니다.
ISO 61508은 이러한 위험을 사전에 식별하고 적절히 대응함으로써 안전 사고를 예방하는 데 핵심적인 역할을 합니다.
ISO 61508의 영향력
이 표준은 다른 산업별 표준의 기반이 되었습니다:
- ISO 26262: 자동차 전기/전자 시스템의 기능 안전
- IEC 61511: 프로세스 산업을 위한 안전 계측 시스템
- IEC 62061: 기계 안전을 위한 전기/전자 제어 시스템
각 산업의 특성에 맞게 ISO 61508의 원칙을 적용하여 안전성을 향상시키고 있습니다.
추가로 알아두시면 좋은 점
위험 분석 기법: HAZOP, FMEA 등 다양한 방법론이 사용됩니다.
HAZOP이란 무엇인가요?
HAZOP(Hazard and Operability Study)은 "위험 및 운전 분석"을 의미하는 산업 안전 기법으로, 프로세스 산업에서 잠재적인 위험 요소와 운영상의 문제점을 식별하기 위해 사용됩니다. 이 기법은 시스템의 설계 단계부터 운영 단계까지 모든 과정에서 발생할 수 있는 이상 현상을 체계적으로 분석하여 사고를 예방하고 안전성을 향상시키는 것을 목적으로 합니다.
HAZOP의 주요 목적
위험 식별: 시스템 또는 프로세스에서 발생할 수 있는 잠재적인 위험 요소를 찾아냅니다.
운전성 개선: 운영 중에 발생할 수 있는 문제점을 사전에 파악하여 효율적인 운영을 도모합니다.
사고 예방: 잠재적 위험을 제거하거나 최소화하여 인명 피해와 재산 손실을 방지합니다.
규정 준수: 산업 안전 관련 법규와 표준을 준수하고 기업의 사회적 책임을 이행합니다.
HAZOP의 진행 절차
팀 구성: 다양한 전문 분야의 인원(엔지니어, 운영자, 안전 전문가 등)으로 구성된 팀을 조직합니다.
프로세스 분할: 분석 대상 시스템을 여러 개의 노드(node)나 단위로 나눕니다.
가이드 워드 설정: 각 노드에 대해 표준화된 가이드 워드(guide word)를 적용합니다.
이상 현상 식별: 가이드 워드를 활용하여 잠재적인 이상 현상을 도출합니다.
원인 분석: 도출된 이상 현상의 원인을 식별하고 분석합니다.
결과 평가: 이상 현상이 미칠 수 있는 영향과 위험 수준을 평가합니다.
대응 방안 제시: 위험을 감소시키기 위한 corrective action을 제안합니다.
문서화: 모든 과정을 상세히 기록하여 추후 참고할 수 있도록 합니다.
주요 가이드 워드와 그 의미
가이드 워드는 예상되는 정상적인 작동 조건에서 벗어나는 상황을 탐지하기 위한 키워드입니다.
없음 (No or Not): 특정 기능이나 흐름이 전혀 없는 경우
더 많음 (More): 예상보다 과도한 기능이나 흐름
더 적음 (Less): 예상보다 부족한 기능이나 흐름
역방향 (Reverse): 흐름이나 프로세스의 방향이 반대로 진행되는 경우
뿐만 아니라 (As well as): 추가적인 요소나 물질이 존재하는 경우
부분적으로 (Part of): 일부 기능만 작동하는 경우
기타 (Other than): 예상치 못한 다른 현상이 발생하는 경우
예시를 통한 이해
* 상황: 화학 공장에서의 액체 원료 이송 파이프라인을 분석한다고 가정합니다.
가이드 워드: 없음(No) + 흐름(Flow)
- 이상 현상: 액체 원료의 흐름이 없다.
- 가능한 원인:
펌프 고장
밸브 폐쇄
파이프 막힘
- 결과:
생산 중단
반응기 손상 위험
- 대응 방안:
펌프 정기 점검 시행
밸브 상태 모니터링 시스템 도입
파이프라인 클리닝 주기 설정
HAZOP의 장점
종합적인 위험 식별: 시스템 전반에 걸쳐 다양한 위험 요소를 발견할 수 있습니다.
팀 협업 강화: 여러 분야의 전문가들이 참여하여 다양한 관점을 반영합니다.
사전 예방 활동: 문제 발생 전에 대응책을 마련하여 사고를 예방합니다.
문서화 및 추적 가능성: 분석 과정과 결과를 체계적으로 기록하여 향후 개선에 활용합니다.
고려해야 할 한계점
시간 및 비용 소요: 상세한 분석 과정으로 인해 많은 자원 투입이 필요할 수 있습니다.
팀 구성의 중요성: 참여자의 경험과 지식 수준에 따라 결과가 달라질 수 있습니다.
범위 설정의 어려움: 너무 좁거나 넓은 범위 설정은 효과적인 분석을 방해할 수 있습니다.
FMEA란 무엇인가요?
FMEA는 "고장 모드 및 영향 분석(Failure Mode and Effects Analysis)"의 약자로, 제품이나 프로세스에서 발생할 수 있는 잠재적인 고장 모드를 식별하고 그로 인한 영향을 분석하는 체계적인 기법입니다.
이를 통해 사전에 문제를 예방하고 신뢰성과 안전성을 높이는 데 목적이 있습니다.
제조업부터 서비스 산업, 소프트웨어 개발 등 다양한 분야에서 품질 향상과 위험 감소를 위해 활용되고 있습니다.
FMEA의 주요 목적
- 잠재적 고장 모드 식별: 제품이나 프로세스에서 발생할 수 있는 모든 가능한 고장 모드를 찾아냅니다.
- 영향 평가: 각 고장 모드가 시스템, 사용자, 고객에게 미치는 영향을 분석합니다.
- 우선순위 설정: 고장의 심각성, 발생 가능성, 발견 어려움 등을 고려하여 위험도를 평가하고 개선의 우선순위를 정합니다.
- 개선 조치 수립: 높은 위험도를 가진 고장 모드에 대해 예방 또는 완화 조치를 계획하고 실행합니다.
- 품질 및 신뢰성 향상: 사전 예방 활동을 통해 제품과 프로세스의 전반적인 품질과 신뢰성을 높입니다.
FMEA의 진행 절차
- 분석 대상 정의: 제품, 프로세스, 시스템 등 분석할 대상을 명확히 설정합니다.
- 기능 파악: 대상의 각 구성 요소와 그 기능을 상세히 이해합니다.
- 잠재적 고장 모드 식별: 각 기능별로 어떤 방식으로 고장이 발생할 수 있는지 찾아냅니다.
- 고장 영향 분석: 고장이 발생했을 때 시스템, 사용자, 환경 등에 미치는 영향을 평가합니다.
- 위험 우선순위 수(RPN) 계산:
- 심각도(S): 고장의 영향이 얼마나 심각한지 1~10점 척도로 평가합니다.
- 발생 가능도(O): 고장이 발생할 확률을 1~10점 척도로 평가합니다.
- 발견 가능도(D): 고장을 발견하기 얼마나 어려운지 1~10점 척도로 평가합니다. 값이 높을수록 발견하기 어렵다는 의미입니다.
- RPN = S × O × D로 계산하여 위험도의 우선순위를 정합니다.
- 개선 조치 수립 및 실행: RPN 값이 높은 항목부터 개선 방안을 계획하고 실행합니다.
- 결과 검토 및 업데이트: 개선 조치 후 재평가하여 효과를 확인하고 문서를 업데이트합니다.
핵심 개념과 용어
- 고장 모드(Failure Mode): 시스템이나 프로세스에서 고장이 발생하는 방식이나 형태를 의미합니다.
- 고장 원인(Cause of Failure): 고장 모드가 발생하게 된 근본적인 원인을 말합니다.
- 고장 영향(Effect of Failure): 고장 모드가 시스템, 사용자, 환경에 미치는 결과나 영향을 나타냅니다.
- 심각도(Severity, S): 고장 영향의 심각성을 나타내며, 값이 높을수록 영향이 크다는 의미입니다.
- 발생 가능도(Occurrence, O): 고장이 발생할 가능성을 나타냅니다.
- 발견 가능도(Detection, D): 고장을 사전에 발견하기 얼마나 어려운지를 나타냅니다.
- 위험 우선순위 수(Risk Priority Number, RPN): 개선 조치의 우선순위를 정하기 위한 지표로, S, O, D 값을 곱하여 산출합니다.
예시를 통한 이해
상황: 스마트폰 배터리 시스템에 대한 FMEA를 수행한다고 가정해보겠습니다.
- 고장 모드: 배터리 과열
- 고장 원인: 충전 회로의 결함으로 인한 과전류
- 고장 영향: 사용자 화상 위험, 기기 손상, 화재 발생 가능성
- 심각도(S): 10 (안전 사고로 이어질 수 있음)
- 발생 가능도(O): 3 (드문 경우지만 가능성 있음)
- 발견 가능도(D): 5 (사용자가 감지하기 어려움)
- RPN 계산: 10 × 3 × 5 = 150
- 개선 조치:
- 과전류 보호 회로 추가 설계
- 고품질 부품 사용으로 신뢰성 향상
- 배터리 상태 모니터링 소프트웨어 개발
- 재평가:
- 개선 조치 후 발견 가능도(D)를 2로 낮춤
- 새로운 RPN: 10 × 3 × 2 = 60
- 위험도 감소 확인
FMEA의 장점
- 사전 예방 활동 촉진: 잠재적 문제를 미리 파악하여 결함 발생 이전에 대응할 수 있습니다.
- 품질 개선: 제품과 프로세스의 전반적인 품질을 향상시켜 고객 만족도를 높입니다.
- 비용 절감: 사후 대응에 드는 리콜, 수리 비용 등을 감소시킵니다.
- 팀 협업 강화: 다양한 부서의 전문가들이 참여하여 지식과 경험을 공유합니다.
- 문서화 및 추적성 확보: 분석 과정과 결과를 문서화하여 향후 개선 활동에 활용할 수 있습니다.
고려해야 할 한계점
- 시간과 자원 소요: 상세한 분석으로 인해 많은 시간과 인력이 필요할 수 있습니다.
- 주관성 개입 가능성: 평가 점수가 개인의 판단에 따라 달라질 수 있으므로 객관성을 유지해야 합니다.
- 완벽하지 않음: 모든 잠재적 고장을 완벽히 식별하는 것은 현실적으로 어렵습니다. 지속적인 업데이트와 개선이 필요합니다.
- 수명 주기 접근법: 시스템의 기획부터 폐기까지 전 과정에서 안전성을 고려합니다.
- 인적 요소: 기술뿐 아니라 사람의 오류도 중요한 고려 사항입니다.
안전은 기술 혁신과 함께 반드시 고려되어야 할 요소입니다. ISO 61508은 복잡한 전자 시스템의 안전성을 체계적으로 확보하기 위한 지침을 제공함으로써 산업 전반에 걸쳐 중요한 역할을 수행하고 있습니다.
