클리퍼 윈드파워, 식스시그마 근본원인 분석으로 결빙 풍속계 고장 해결

262피트 높이의 클리퍼 윈드파워 풍력 터빈은 세 개의 견고한 블레이드로 750가구에 24시간 동안 전력을 공급할 수 있는 청정 재생 전기를 생산합니다. 그런데 바람이 얼음, 결빙비, 눈, 안개를 동반한 강풍으로 변하면 풍속과 방향을 측정하는 풍속계가 얼어붙어 잠기고, 클리퍼 같은 운영사에는 값비싼 가동 중단을 초래합니다.

클리퍼 윈드파워 소개

캘리포니아주 카핀테리아에 본사를 둔 클리퍼 윈드파워는 풍력 에너지 기술, 터빈 제조, 프로젝트 개발 분야의 빠르게 성장하는 리더입니다. 미국, 덴마크, 영국에 850명 이상의 직원을 두고 있습니다. 아이오와주 시더 래피즈의 ISO 9001 인증 제조·조립 공장은 2006년 3월부터 가동 중입니다.

품질 경영으로 터빈 가용성 개선

2007~2008년 겨울, 아이오와, 일리노이, 뉴욕의 클리퍼 최초 터빈들이 심한 결빙비와 안개로 풍속계 고장을 겪었습니다. 타워는 온라인 상태였으나 작동하는 풍속계가 없어 153피트 블레이드가 풍력을 효율적으로 포착하도록 위치할 수 없었습니다. 초기 소프트웨어 수정으로 해결되지 않았고, 추가 장비들이 결빙되면서 터빈 가용성이 저하되었습니다.

증가하는 고장 리스트에 직면해 클리퍼는 식스시그마 DMAIC 프레임워크(정의, 측정, 분석, 개선, 관리) 하에 근본원인 분석(RCA)을 착수했습니다. ASQ 시니어 멤버인 매니저 마이크 트루그(Mike Trueg)는 안전, 품질, 가용성에 영향을 미치는 프로젝트 우선순위를 매기기 위해 채점 매트릭스를 사용했습니다. RCA는 풍속계가 겨울에 고장 나는 원인을 규명하고 다음 시즌 전에 영구적 해결책을 개발하는 것을 목표로 했습니다.

DMAIC 접근법 적용

팀 구성에는 전문성의 균형이 필요했습니다. 공동 리더 엘렌 세넷(Ellen Sennett)은 처음에는 문제가 전기적으로 보여 전기 경험이 있는 인원을 선발했습니다. 제조, 현장 운영, 품질 보증, 공급망, 벤더 대표 등 7명의 이해관계자가 참여했습니다(그림 1 참조).

그림 1

모든 구성원이 모든 단계에 참여한 것은 아니며, 벤더는 근본원인 규명 후 합류했습니다. 팀은 그림 2에 요약된 단계를 따랐습니다.

그림 2

문제 정의

초기 고장 후 클리퍼는 기상 관련 가동 중단을 체계적으로 기록하기 시작했고, 이 데이터가 RCA 차터의 기반이 되었습니다.

문제 정량화 (측정)

수집된 데이터에 따르면 강수량과 온도는 풍속계 사양 범위 내였습니다. 팀은 SIPOC 매트릭스와 피시본 다이어그램을 작성해 45개 잠재 원인을 도출했습니다. 원인-결과 매트릭스로 이를 9개 고위험 항목으로 좁혀 FMEA(고장 모드 및 영향 분석)를 수행했습니다.

데이터 분석으로 근본원인 규명

팀은 FMEA 상위 리스크 13개 잠재 원인(부적절한 배선 절차부터 가열 회로 결함까지)에 대한 증거를 테스트로 수집했습니다. 분석 결과, 공급업체의 가열 회로 설계가 광고 사양에 미달해 클리퍼의 운영 조건에 부적합함이 드러났습니다. RCA 팀은 공급업체가 부족함을 인정하도록 설득했으나, 더 이른 협업이었다면 해결이 빨랐을 것입니다.

해결책 식별 및 구현

근본원인 파악 후, 팀은 군 표준 810F 섹션 521.2(결빙)에 따라 겨울 기상 시뮬레이션 랩에서 개선된 가열 회로 프로토타입을 테스트했습니다. 3차례 프로토타입 테스트: 처음 두 번은 시뮬레이션 조건에서 실패했으나, 세 번째는 극한 기상을 견뎠습니다. 목표는 2010년 3월 30일까지 전국 405개 풍속계 교체였습니다.

관리를 통한 개선 확인

도입된 관리 항목:

• 벤더 주도의 100% 검사: 가열 시스템 3일 번인 테스트로 불량 출하 차단
• 공장 내 터빈 제어 장치와 연동한 전수 검증
• 현장 배선 오류 방지를 위한 단방향 커넥터 설계
• 설치자용 색상 코드 배선

자연 환경에도 견디는 새로운 설계

2008~2009년, 2009~2010년 겨울 현장 테스트에서 재설계 검증 완료. 바람 40~50mph, 0.5인치 얼음, 4~8인치 눈, 영하 15°C 이하 혹한에도 기상 관련 고장은 단 2건(1.6%) 발생했으며, 이는 벤더 조립 문제이지 풍속계 설계 결함이 아니었습니다. RCA는 공식 종결되었습니다.

프로젝트는 고객들에게 시정 조치 프레젠테이션으로 진행 상황을 공유해 신뢰와 만족도를 높였습니다. 식스시그마 도구에 익숙한 많은 클리퍼 고객들이 투명한 문제 해결 접근을 높이 평가했습니다.

시더 래피즈 모니터링 센터 직원들도 겨울 폭풍 시 터빈 사고 감소로 혜택을 보았습니다. RCA는 클리퍼 직원들이 설계 단계부터 결함 예방에 초점을 맞춘 사전 예방적 마인드셋을 갖도록 도왔습니다.

품질 문화 구축

트루그와 세넷은 RCA가 내부 테스트와 공급업체 다변화의 필요성을 부각시켰다고 평가합니다. 클리퍼는 이제 현장 배치 전 부품을 자체 테스트해 향후 리스크를 완화합니다. 이 프로젝트는 팀원들의 식스시그마 관심을 불러일으켜 다수가 그린벨트 교육을 이수했습니다.

더 알아보기

• 추천 도서: The Lean Six Sigma Pocket Toolbook (George, Rowlands, Price, Maxey 공저); Statistics for the Utterly Confused (Jaisingh 저)
• ASQ 지식 센터에서 근본원인 분석과 식스시그마 자료 확인

저자 소개
자넷 제이콥슨(Janet Jacobsen)은 품질 및 컴플라이언스 전문 프리랜서 작가입니다. 드레이크 대학 졸업, 아이오와주 시더 래피즈 거주. 본 기사는 미국 품질 학회(ASQ, www.asq.org) 제공으로 게재되었습니다.