[기계안전] Fool Proof와 Fail Safe

 기계설비의 안전화 개념에는 Fool Proof와 Fail Safe 두 가지 개념이 있다. 이 두 가지 개념은 제품이나 서비스의 안전성을 보장하기 위한 방법론으로서 안전과 관련된 여러 상황에 적용되며 각각의 특징을 가지고 있다.

Fool proof의 개념

특정 제품이나 서비스를 사용하는 과정에서 실수나 잘못된 조작이 있을 경우에도 안전하게 작동하도록 설계되어 있음을 의미한다. 즉 인간이 기계 등의 취급을 잘못해도 그것이 바로 사고나 재해로 이어지지 않는 기능을 말하며, 조작순서를 잘못하거나 오조작에 대응하는 것으로, 예를 들어 카메라의 이중 촬영방지기구이다. 그러나 많은 기계 재해는 그 취급 잘못에 기인한다는 관점에서 보면 안전장치의 대부분은 풀 프루프 를 위한 것이라고 할 수 있다. 

 

Fool Proof는 본래 인간의 착오,미스 등 이른바 휴먼에러를 방지하기 위한 것으로 기계 설비의 위험 부분을 방호하는 덮개나 울, 이동식 가이드의 인터록이 전제조건이 되어 그 예는 다음과 같다

 1. 동력전달장치의 덮개를 벗기면 운전이 정지된다

 2. 프레스의 경우 실수하여 손이 금형 사이로 들어갔을 때 슬라이드의 하강이 자동적으로 정지된다.

 3. 승강기의 경우 과부하가 되면 경보가 울리고 작동이 되지 않는다.

 4. 크레인의 와이어로프가 무한정 감기지 않도록 권과방지장치를 설치한다.

 5. 로봇이 설치된 작업장에 방책이 닫지 않으면 로봇이 작동되지 않는다.

 6. 전기세탁기의 탈수기가 돌아가는 도중에 뚜껑을 열면 탈수가 정지된다. 또는 탈수기의 정지 스위치를 누른 후 정지가 될 때까지 뚜껑이 열리지 않는다.

 

Fool Proof 시스템이나 제품은 사용자가 실수를 하더라도 기능을 제대로 수행할 수 있도록 설계되어 있다. 예를 들어 식기 세척기가 Fool Proof 시스템으로 설계되면 사용자가 설거지용 세제를 잘못 넣어도 기계가 작동되지 않거나, 잘못된 세척 제품을 사용해도 세척이 제대로 이루어진다. 이를 통해 제품의 안전성과 효율성이 향상된다. 

 

또한 fool proof 시스템은 특정 과정이나 작업을 수행 할 때 발생할 수 있는 인전오류를 방지하기 위해 사용될 수도 있다. 예를 들어 자동차의 브레이크는 실수를 방지하기 위하여 fool proof 시스템이 적용된다. 브레이크 패드를 밟지 않았을 때는 자동차가 움직이지 않도록 하여 안전성을 보장한다.

 

하지만 fool proof 시스템도 모든 오류를 완전히 방지할 수는 없다. 사용자의 실수가 예측하기 힘든 경우나 시스템 자체의 결함 등으로 인해 오류가 발생 할 수도 있다.

또한 fool proof 시스템은 일부 사용자에게는 사용이 어려울 수 있다. 일부 사용자는 설계자가 예상하지 못한 방식으로 제품을 사용할 수 있으며, 이는 심각한 결과로 이어질 수 있다.

 

따라서 fool proof 시스템을 설계할 때는 가능한 한 많은 오류를 방지하기 위해 노력해야 하지만, 이를 위해 사용성이나 유연성 등의 측면을 희생해서는 안된다.

 

 Fail Safe의 개념

 시스템 또는 기기의 동작 실패를 방지하기 위하여 설계된 안전장치이며 일반적으로 고위험 환경에서 사용되는 기계 및 장비에서 찾아 볼 수 있다. 즉 기계나 부품에 고장이나 가능불량이 생겨도 항상 안전하게 유지하는 구조와 그 기능을 말한다.

 

페일 셰이프는 크게 두가지 방법으로 작동한다. 

 

첫째, 장치가 발생시킨 잠재적인 문제를 탐지하고 대처하는 것이다. 이 방법은 예를 들어 자동차에서 횡단보도를 통과하는 보행자를 탐지하고 차량을 멈추도록 하는 차선 이탈 경보와 같은 기술을 포한한다. 

 

둘째, 장치가 작동하지 않으면 다른 대안이 사용될 수 있는 보조 시스템으로 바꿀 수 있다. 이러한 방법은 항공기에서 사용되는 이중 제어 시스템과 같은 기술을 포함한다. 

 

기능면에서는 3단계로 분류한다.

 1. Fail Passive : 부품이 고장나면 통상 기계는 정지하는 방향으로 이동한다.

 2. Fail Active :  부품이 고장나면 기계는 경보를 울리는 가운데 짧은 시간 동안의 운전이 가능하다.

 3. Fail Operational : 부품의 고장이 있어도 기계는 추후의 보수가 될 때까지 안전한 기능을 유지한다.

위 중에서 3번이 운전상 제일 선호하는 방법이고, 산업기계에서는 일반적으로 1번을 많이 채택하고 있다. 

 

fail safe의 대표적인 예는 다음과 같다.

 

 1. 증기보일러의 안전변과 급수탱크를 복수로 설치하는 것

 2. 프레스 제어용으로 설치된 복식전자밸브 중 한쪽의 밸브가 고장이 나면 클러치, 브레이크의 압축공기를 배출시켜 프레스를 급정지시키도록 한 것

 3. 화학설비에 안전변 또는 긴급차단장치를 설치하여 이상 시에는 이들이 작동하여 설비를 보호

 4. 석유난로가 일정 각도 이상으로 기울어지면 자동적으로 불이 꺼지도록 소화기구를 내장시킨 것

 5. 승강기 정전 시 마크네틱 브레이크가 작동하여 운전을 정지시키는 경우와 정격속도이상의 주행 시 조속기가 작동하여 긴급정지시키는 것

 

fail safe 시스템은 단순히 작도하는 것만으로는 충분하지 않으며, 실제로 신뢰성을 보장하기 위해 수많은 테스트와 검증이 필요하다. 이러한 테스트와 검증은 예기치 않게 실패하거나 잘못 작동할 가능성을 최소화하기 위해 필수적이다.

이와 관련하여 Fail safe의 개념은 기술뿐만 아니라 다른 분야에서도 널리 사용된다. 예를 들어 기업이 비즈니스 계획을 수립할 때, 이러한 계획이 실패해도 회사에 큰 영향을 미치지 않도록 하는 Fail safe 방법이 사용될 수 있다 이러한 방법은 기업의 영향을 최소화하고 긍정적인 결과를 보장하기 위해 더 많은 계획을 수립하고 다양한 시나리오를 고려한다는 것을 의미한다.