60톤 C형 프레스 광전자식 방호장치의 안전거리 산정과 개선 대안
자동차 부품 2차 가공 라인에 설치된 60톤 C형 프레스다. 슬라이드는 크랭크식이며, 무부하 상태에서 슬라이드가 하사점까지 내려가는 데 걸리는 시간(정지시간 포함)은 0.25초로 측정되었다. 슬라이드 행정은 200mm, 금형 개구부 높이는 90mm다. 작업대 전면에는 광전자식 방호장치를 설치했고, 광축은 지름 14mm의 원형 빔 4개로 구성되어 있다. 현재 투광부·수광부에서 위험한계(금형 개구부)까지의 거리는 300mm이며, 작업자는 1분에 12회 부품을 넣고 빼는 동작을 8시간 반복한다. 최근 이 라인에서 손가락 골절 사고가 1건 발생했고, 안전보건공단 점검에서 방호장치 안전거리가 부족하다는 지적을 받았다. 생산팀은 사이클 타임 단축을 위해 광축을 금형 쪽으로 100mm 옮기자고 제안했고, 설비팀은 브레이크와 클러치 정비로 정지시간을 0.18초까지 단축할 수 있다고 보고 있다. 안전거리 계산은 KS/ISO 13855 방식(D = K×T + C, K = 1,600mm/s, C = 8(d−14), d는 광축 지름)을 적용한다.
1. 현재 설치된 광전자식 방호장치의 최소 안전거리를 계산하고, 300mm 설치가 적합한지 판정하시오. 계산 과정에서 각 항의 의미를 함께 설명하시오.
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1) 식의 구성 D = K×T + C에서 K는 접근속도(1,600mm/s), T는 위험한계까지 손이 도달하는 시간으로 방호장치 차단 후 기계가 실제로 정지할 때까지의 총시간이다. C는 광축 지름에 따른 추가 거리로, 손가락이 빔을 통과해 들어갈 수 있는 깊이를 보정한다.
2) 계산
- K×T = 1,600 × 0.25 = 400mm
- C = 8(d − 14) = 8(14 − 14) = 0mm (d = 14mm이므로 추가 없음)
- D = 400 + 0 = 400mm
3) 판정 현재 거리는 300mm로 최소 요구치 400mm에 100mm 부족하다. 즉 방호장치가 빔을 차단한 뒤 슬라이드가 멈추기 전에 손이 금형 개구부에 도달할 수 있다. 이 라인에서 발생한 손가락 골절은 이 거리 부족과 정합적으로 설명된다. 300mm를 유지하려면 T를 300/1,600 = 0.1875초 이하로 줄여야 한다.
4) 주의점 D는 반드시 위험한계(금형 개구부)에서 측정해야 하며, 작업대 상면이나 방호장치 프레임에서 재면 안 된다. 또한 C항은 광축 지름이 14mm일 때만 0이 되므로, 빔 지름이 커지면 재계산이 필요하다.
2. 안전거리를 확보하기 위한 대안을 세 가지 이상 제시하고, 각 대안의 한계와 우선순위를 판단하시오.
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1) 정지시간 단축(설비팀 안) T = 0.18초이면 D = 1,600 × 0.18 = 288mm로, 300mm 설치가 형식적으로는 성립한다. 다만 여유가 12mm뿐이라 브레이크 마모나 정비 상태에 따라 즉시 미달로 돌아간다. 정비 후 실제 정지시간을 반복 측정해 확인하고, 여유를 감안해 320~350mm로 재설치하는 것이 타당하다. 정지시간 측정은 무부하 1회가 아니라 부하·연속 운전 조건에서 여러 번 실시해야 한다.
2) 방호장치 위치 조정 광축을 금형에서 더 멀리(작업자 쪽으로) 옮겨 D를 400mm 이상으로 확보한다. 가장 확실하고 비용이 적은 대책이다. 다만 작업 공간이 좁아지고 부품 취급 동작이 불편해지면 작업자가 방호장치를 우회하거나 무력화할 유인이 생기므로, 작업대 배치와 부품 공급 방식을 함께 조정해야 한다.
3) 방호 방식 변경·병행 양수조작식 방호장치를 병행하면 두 손이 금형 밖에 있어야 슬라이드가 하강하므로 접근 자체가 차단된다. 다만 1분 12회의 반복 작업에서는 피로와 위조(한쪽 스위치 고정) 위험이 있어 관리감독이 필요하다. 방호울과 금형 개구부 축소, 손을 쓰지 않는 이송기구(진공 픽업, 자동 공급)는 근본 대책이지만 투자비와 리드타임이 크다.
4) 우선순위 단기: 광축 위치 조정으로 400mm 이상 확보 + 정지시간 측정·정비. 중기: 자동 이송기구 도입으로 손이 위험한계에 접근하는 동작 자체를 제거. 정지시간 단축만으로 300mm를 유지하는 방안은 여유가 없어 단독 대책으로는 부적절하다.
3. 생산팀의 “광축을 금형 쪽으로 100mm 옮기자”는 제안을 안전 관점에서 평가하고, 사이클 타임과 안전을 동시에 만족시키는 협상안을 제시하시오.
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1) 제안의 문제 광축을 금형 쪽으로 100mm 옮기면 안전거리는 200mm가 된다. 요구치는 400mm이므로 200mm 부족해지고, 빔이 차단된 뒤 슬라이드가 멈추기 전에 손이 금형 개구부에 도달한다. 즉 사고 재발 가능성이 오히려 커진다. 안전거리는 생산성과 협상할 수 있는 값이 아니라, 위험한계·정지시간·광축 지름으로 결정되는 하한값이다.
2) 사이클 타임의 실제 결정 요인 1분에 12회(5초/회) 작업에서 시간을 잡아먹는 것은 방호장치 위치보다 부품을 집어 넣고 빼는 수작업 동작과 금형 구조다. 광축을 옮겨 얻는 이득은 수백 ms 수준이지만, 사고 1건의 손실(휴업, 조사, 라인 정지, 대체 인력)은 그보다 훨씬 크다.
3) 협상안
- 안전거리는 400mm 이상으로 확보한다(위치 조정 또는 정지시간 0.18초 단축 후 320mm 이상).
- 사이클 타임은 수작업 제거로 단축한다. 진공 픽업·자동 공급기, 슬라이드 하강 속도 곡선 조정, 금형 개구부 축소, 작업대 높이 조정으로 손 이동거리를 줄인다.
- 방호장치 무력화 금지와 우회 방지: 광축 앞 장애물 금지, 방호장치 상태 감시(무력화 시 슬라이드 정지), 무력화 발견 시 작업중지 규정을 명문화한다.
4) 결론 생산팀 제안은 수용할 수 없다. 안전거리를 확보한 상태에서 자동화·금형 개선으로 사이클 타임을 줄이는 방향이 유일하게 지속 가능한 해법이며, 개선 전후 방호장치 무력화 건수와 정지시간 실측치를 기록으로 남겨야 한다.