예방보전 방식

왜 배우는가: 예방보전은 설비 고장을 사전에 막아 생산손실과 재해를 줄이는 보전의 기본 방식이다. 기계안전기술사 시험에서 TBM과 CBM, 예방보전 방법이 반복해서 출제되므로 정의와 차이를 정확히 구분해 익혀야 한다.

출제 이력: 제130회 3교시 2번, 제93회 4교시 2번

1. 한 줄 정의와 핵심 키워드

예방보전(Preventive Maintenance, PM)은 설비가 고장 나기 전에 점검·정비·교체를 계획적으로 수행하여 고장과 생산 손실을 막는 보전 방식이다.

• 예방보전(PM)
• 시간기준보전(TBM)
• 상태기준보전(CBM)
• 정기점검
• 오버홀
• 고장 징후 감시
• 보전비용·생산정지 손실

2. 개념 풀이

쉬운 말로 하면 설비가 망가지기 전에 미리 손보는 것이다. 고장이 난 뒤에 고치는 사후보전과 대비되는 개념이다. 예방보전은 정기적으로 설비를 검사하고 정비하는 활동으로 나뉜다.

정식 정의는 예방보전을 정기적인 설비의 검사와 설비의 정비 업무로 나누어 보는 것이다. 목표는 설비가 한 번의 계획 정비에서 다음 계획 정비까지 고장 없이 가도록 하는 것이다. 이를 위해 마모된 부품을 실제 고장 전에 교체하고, 오일 교환·윤활·부분 또는 전체 오버홀 같은 활동을 주기적으로 수행한다.

예방보전은 고장 시점을 알 수 없어도 주기나 상태를 기준으로 미리 손을 대는 방식이다. 예방보전 안에서 시간기준보전(TBM, Time Based Maintenance)은 달력 기간이나 사용시간을 기준으로 정비 시점을 정하는 방식이다. 상태기준보전(CBM, Condition Based Maintenance)은 설비의 상태 지표가 이상을 보일 때 정비하는 방식이다.

예방보전의 핵심 원리는 두 가지다. 첫째, 정비 비용과 고장 손실의 균형을 맞추는 것이다. 둘째, 고장 징후를 빨리 찾아 돌발 고장을 줄이는 것이다. 예방보전의 총비용은 생산정지에 의한 손실과 보전비용의 합으로 볼 수 있다. 점검 주기가 짧아지면 사전 보수 횟수가 늘고 돌발 고장 기회는 줄어든다. 두 비용의 합이 최소가 되는 주기를 찾는 것이 실무의 과제다.

3. 등장 배경과 필요성

설비가 대형화되고 자동화되면서 한 번의 고장이 생산 라인 전체를 멈추게 한다. 고장 후 수리에만 의존하면 생산정지 손실과 재해 위험이 함께 커진다. 기계 설비의 안전 측면에서도 방호장치나 기계 부품이 마모되어 기능을 잃으면 작업자가 위험에 노출된다. 따라서 정비를 미리 계획하는 것이 안전 관리의 일부가 되었다.

제조 현장에서는 설비 효율을 높이기 위한 전사적 설비보전(TPM) 활동이 확산되었다. 이 과정에서 설비의 고장 간격을 나타내는 평균고장간격(MTBF) 같은 지표를 관리하게 되었다. 예방보전은 이런 지표를 관리하는 기본 수단으로 자리 잡았다.

예방보전이 필요한 이유는 두 가지로 정리된다. 하나는 돌발 고장에 따른 인명 피해와 생산 손실을 줄이는 것이다. 다른 하나는 설비 수명을 늘리고 보전 계획을 예측 가능하게 만드는 것이다. 시험에서는 이 두 가지를 근거로 보전 방식을 선택해야 한다는 논리를 세우면 된다.

4. 구성요소·원리·절차

예방보전(Preventive Maintenance, PM)은 고장이 나기 전에 설비를 점검·정비하여 고장 확률과 정지 손실을 줄이는 보전 방식이다. 시간기준보전(TBM)과 상태기준보전(CBM)은 같은 예방보전 체계 안에서 보전 시점을 정하는 기준이 다르다. 구성은 점검, 정비(부품 교체·수리·오버홀), 기록·분석의 세 요소로 이루어진다.

위 표의 점검과 정비는 TBM에서는 주기가 먼저 정해지고, CBM에서는 측정값이 먼저 정해진다. 기록·분석은 두 방식 모두에서 필요하지만, CBM에서 특히 핵심이다.

원리는 다음과 같다. 설비의 고장은 우발적으로만 일어나지 않고 마모, 피로, 열화의 누적으로 진행한다. 따라서 열화가 고장 수준에 이르기 전에 징후를 잡아내면 계획된 시점에 정비할 수 있다. 예방보전의 목표는 계획 정지 중에 부품을 교체하여 운전 중 돌발고장을 줄이는 것이다.

예방보전의 절차는 다음과 같다.

• 설비 목록과 중요도를 정하고 점검 항목과 정상 기준값을 정함
• 방식(TBM 또는 CBM)을 설비별로 선택함
• 주기 또는 측정 주기에 따라 점검을 실시하고 결과를 기록함
• 기준값과 비교하여 이상 여부를 판정함
• 정비 조치를 하고 조치 후 성능을 확인함
• 이력을 분석하여 주기나 기준값을 갱신함

예방보전의 총비용은 생산정지에 의한 손실과 보전비용의 합으로 본다. 점검 주기를 짧게 하면 사전 보수 횟수는 늘고 돌발고장 기회는 줄어든다. 두 비용이 만나는 주기를 찾는 것이 설계의 핵심이다.

5. 관련 법령·기준·표준

예방보전 방식 자체를 정한 국가 기준은 없고, 사업장이 설비 특성에 따라 선택한다. 다만 항공 분야에는 예방보전 원리를 법으로 정한 사례가 있다. 「항공안전법」에 따른 「왕복엔진 사고예방 및 상태감시프로그램 운영지침」은 제작사가 권고한 오버홀 주기(TBO)를 기준으로 하고, 상태감시프로그램을 적용할 수 있는 조건을 정한다. 이 지침의 기준값은 다음 표와 같다.

위 기준은 CBM의 일종인 상태감시에 해당한다. 날짜주기는 TBM 방식의 주기이고, 측정값(오일압력, 실린더 압축 등)의 비교는 CBM 방식이다. 이처럼 한 설비에 TBM과 CBM을 함께 적용하는 것이 현장의 일반적인 방식이다.

6. 유형과 비교

예방보전 방식은 설비의 상태를 언제 확인하고 언제 정비할지에 따라 나뉜다. 대표적으로 시간기준 보전(TBM, Time Based Maintenance), 상태기준 보전(CBM, Condition Based Maintenance), 그리고 정기적으로 설비를 점검·정비하는 정기보전(Periodic Maintenance) 이 있다. 세 방식은 보전 시점을 정하는 기준이 서로 다르므로 비교표로 정리한다.

표에서 보듯 TBM은 시간을 기준으로 하고 CBM은 상태를 기준으로 한다. 두 방식의 차이는 보전 시점을 결정하는 근거에 있다.

CBM은 설비 상태를 관찰하여 열화가 진행되거나 고장 징후가 나타날 때 정비하는 방식이다. 상태 데이터를 모으고 분석하여 정비 시기를 정하므로 상태 감시(condition monitoring)가 전제된다. 기준 상태값이 정해진 범위를 벗어나면 정비에 들어간다.