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[국내논문] M&S를 활용한 유도탄 검사주기 및 수량 설정 방안
Certified Missile Rounds Concepts Using Modeling and Simulation 원문보기

한국시뮬레이션학회논문지 = Journal of the Korea Society for Simulation, v.18 no.4, 2009년, pp.95 - 105  

김병수 (국방과학연구소 전술유도무기 체계개발단) ,  이계신 (LIG넥스원 ILS연구센터) ,  김동석 (국방과학연구소 전술유도무기 체계개발단) ,  문기성 (LIG넥스원 ILS연구센터)

초록
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본 연구에서는 M&S(Modeling and Simulation) 기법을 통하여 보증 유도탄의 주기적 검사방법을 제시하였다. 유도탄 운용 개념과 예측된 저장신뢰도로부터 시나리오를 작성, 이를 기반으로 모의시험을 위한 모델링을 수행하고 시뮬레이션 프로그램으로 구현하였다. 그리고, 시뮬레이션 결과와 이론적인 추정치를 비교 검토하고, 목표로 하는 정상작동확률을 달성할 수 있는 최적의 주기점검 방안을 제시한다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

In this study, we presented the periodic inspection method of the Certified Missile Round Concepts usuing M&S(Modeling and Simulation) techniques. Firstly, We drew up the scenario from the application concepts and the predicted dormant reliability Secondly, we performed the modeling for a simulation...

Keyword

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 논문에서는 유도탄의 적정 검사 주기 및 수량을 산출하기 위한 접근법을 토대로 실제 운용환경의 다양한 변화 양상과 제약조건을 모델에 직접 도입하여 여러 제약조건과 환경에 의해 실제 보증방안이 변화되는 것을 보여주며, 이러한 환경 속에서 보증을 위한 적정 검사 주기와 수량을 결정할 수 있는 시뮬레이션 모델을 구현하고자 한다. 본 논문 2장에서는 현재 유도무기 체계 중 보증탄의 개념과 유사장비의 보증방안을 설명하고, 3장에서는 시뮬레이션 모델로 구현된 여러 요소를 종합하여 적정 검사 주기와 수량을 결정하는 모델에 대한 설명과 적절한 검사 주기와 수량을 제시하고, 4장에서는 결론과 향후 발전방향을 제시하였다.
  • 단, 동일 부대에 배치된 유도탄은 운용일과 대기일이 동일하다. 결국 창에서 부대에 대해 유도탄 검사를 수행하기 위해서는, 해당 부대가 현재 대기시간인지 확인한다. 또한 검사가 시행되면 해당 부대가 정상적인 운용을 수행할 수 없음으로, 창에서 유도탄을 점검 및 수리이후 유도탄을 해당 부대에 복귀 시킬 때 까지, 해당 부대 전체는 대기 상태를 유지해야 한다.
  • 실제 유도탄 점검을 시작할 EVENT START_OF_TEST라는 이벤트 함수는 배열을 읽어들인 후, QUEU_BAT 대기행렬에 있는 유도탄을 불러들인다. 해당 유도탄을 검색하여 원하는 유도탄이 선정되면 유도탄이 배치된 부대의 대기 여부를 확인한다.
  • 시뮬레이션과 이론적인 결과를 비교하기 위해 목표로 설정된 5년 이후 몇 %를 수행할지 확률적인 검토를 수행해 보자. 개별 유도탄의 k년도 검사 시 유도탄의 정상작동 확률(qk)은 다음 (1)과 같다.
  • 그럼, 최적해를 찾기 위해 유도탄 연간 검사수량을 늘려가면서 보증신뢰도를 확인해 보자. 아래의 표는 유도탄 검사수량을 1기씩 추가하면서 수행한 시뮬레이션 결과이다.
  • 앞에서 제시된 수식에 의해 보증신뢰도를 계산하면 현재 시뮬레이션 결과와는 달리 80% 이상을 상회하고 있으나, 계산수식은 조건 및 제약사항이 없을 경우로 실제 조건 및 제약이 있는 현 상황에서는 적절치 못하나 가장 근사한 검사 시작 년도와 검사수량을 개략적으로 알 수 있다. 그렇다면, 현재의 시뮬레이션 상에 포함된 통상 유도탄의 운용개념과 시나리오들이 확률에 미치는 영향을 검토해 보자. 보증신뢰도(Pk)의 수식은 k년도 도래되는 시점에 바로 점검하여 수리하는 것을 기준으로 한다.
  • 본 논문에서는 보증유도탄의 개념과 One-Shot Device인 유도탄의 정비개념과 이러한 정비개념을 가질 수 밖에 없는 배경에 대해 살펴보았다. 그리고, 현 정비시스템 상황하에서 적절한 주기적 점검 수량과 년도를 확인할 수 있는 M&S 기법을 활용한 시뮬레이션 모형을 구축하여 현 제시된 점검 시작 년도와 수량이 적절함을 입증하였다.

가설 설정

  • 저장 중의 주기적인 검사와 관련된 기존의 연구는, Wood(1985)가 장기간 저장되는 유도탄 로트(Lot)에 대한 저장신뢰도 유지모형[1]과 Martinez(1984)가 장기간 저장되는 전자장비에 대해 매 번의 검사에서 발견된 고장난 부품이 모두 수리되어 신품과 같아진다는 가정 하에 보전 후 저장신뢰도를 계산하였고[2], Ito와 Nakagawa(1992, 1995a, 2000)는 장비를 고장의 발견 가능성 여부에 따라 두 종류의 구성요소로 구분하여[3], 고장을 발견할 수 있는 첫 번째 구성요소는 주기적인 검사 및 보전 후에 신품과 같아진다고 가정하고, 고장을 발견할 수 없는 두 번째 구성요소는 검사 및 보전을 하지 않는다고 가정하여 보전 후 저장신뢰도를 계산하였다.
  • 보증신뢰도(Pk)는 Wood(1985)의 공식과 같이 아래 구조에 의해 설명된다. 전체 유도탄의 수량이 100기라고 가정하고 생산이후 5년째부터 10%의 수량의 검사를 수행한다고 가정하자. 5년째 검사를 수행한 이후 해당 유도탄의 보증신뢰도 100%를 회복한 10기와 5년동안 신뢰도가 떨어진 90기의 평균일 것이다.
  • 보증 유도탄이 창에 입고되는 시기는 앞서 언급한 보증신뢰도 유지를 위한 주기적인 검사를 위한 입고와 비전자부품 중 일정 시한이 경과하면 교환을 해야 하는 시한성 품목 교환을 위한 입고가 있다. 앞에서는 시한성 품목 교환과 관련된 부분은 포함하지 않고, 보증신뢰도 유지를 위한 일정 수량만을 제시하였으나, 본 절에서는 시한성 품목 교환 시 보증 신뢰도 유지를 위한 검사를 동시에 수행한다고 가정하여 결과를 도출하여 보았다.
  • 그러나, 개발 초기에는 정확한 수명주기를 도출키 어려움으로 10년으로 가정하고 개발이 완료되고, 10년째부터 ASRP(Ammunition Surveilla nce Reliability Program )를 통해 입증 및 수명 주기 연장을 검토한다. 본 절에서는 10년째에 시한성 품목 교환을 입고되는 모든 유도탄에 대해 보증신뢰도 검사를 동시에 진행한다고 가정하여 대안을 도출하여 보았다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
보증 유도탄의 탄생 배경은 무엇인가? 유도탄과 같이 장기간의 저장 상태로 유지된 후 단, 한번의 운용을 통해 임무를 완료하게 되는 장비는 운용 중일 때보다 저장 중의 신뢰도가 더욱 중요하다. 고가의 장비이면서 해당 장비의 정확한 신뢰도를 알 수 없는 유도탄의 낮은 신뢰도 문제점 해결을 위해 철저한 품질 보증업무를 통해 목표신뢰도를 확보하고 야전에서의 검사 및 수리를 배제하여 적정 신뢰도 보증과 비용절감을 위해 탄생한 것이 보증 유도탄(Certified Missile Round Concepts, 이하 보증탄)이다. 과거에는 외국 무기체계를 국내 도입하여 사용하던 상황을 벗어나, 현재는 점차 국내에서 자체 개발되는 유도탄이 많아지고 있다.
국방 산업에서 현재 M&S 기법은 어디에 적용되고 있는가? 근래 국방 획득 사업에 가장 다양한 방법으로 시도되는 것이 M&S 기법이다. 과거 국방 획득 사업시 체계 개발 및 통합시에만 적용되었던 M&S 기법은 현재 최초 소요제기 단계부터 운용/폐기의 전과정에 대해 적용되고 있으며, SBA(Simulation Based Acqusition) 제도 정착을 위한 노력을 경주하고 있는 실정이다. 이런 추세에서 국방과학연구소(이하 국과연)는 지상장비에 대해 무기체계의 다양한 운용환경에서 RAM(Reliability, Availability, Maintainability) 특성 판단을 위해 이산사건 모델을 개발하였다.
보증탄의 보증 신뢰도 요구값을 달성하기 위해 개발자들은 어떤 노력을 하는가? 보증탄은 기본적으로 사용자로부터 유도탄의 보증신뢰도 요구값이 제시된다. 개발자들은 요구값 달성을 위해, 개발단계에서는 부품개선 또는 이중화설계 등을 통해 저장신뢰도 자체를 향상시키려는 노력과 제조시 품질보증에 노력을 기울이며, 운용 유지 시에는 저장 중 신뢰도 확인 및 점검을 위한 주기점검을 수행하도록 품질 점검 프로그램을 개발한다. 실제 사용자들은 제품의 설계에 대한 완결성은 시험평가를 통해 확인 가능하나, 점검 및 신뢰도 유지를 위한 보증 절차는 실제 검사시 폭발물 취급이 가능한 시설과 장비 및 점검에 소요되는 비용이 큰 문제로 인해 최소한의 수량을 통해 적절한 보증이 가능한 방안을 요구한다.
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참고문헌 (13)

  1. 김도형, 노효상, 정일한, 한상철 (2006), RAMSim-무기시스템 RAM 분석용 이산사건 시뮬레이터. 

  2. 조용석 (2001), 저장신뢰도 유지를 위한 최적 2단계 주기적 검사정책, 박사학위논문, 충남대학교. 

  3. Averill, M. L. and W. D. Kelton(1999), Simulation Modeling and Analysis. Third Edition. 

  4. Coit, D.W. and Priore, M. G.(1985), Impact of Nonoperating Periods on Equipment Reliability. RADC-TR-85- 91(AD/A-158 843). 

  5. Cottrell, D. F.m Gagnier, T.R., Kimball, E. W., Kirejczyk, T. E. et al.(1974). Effects of Dormancy on Nonelectronic Components and Materials. RADC-TR-74-269(AD/A-002 838). 

  6. Etzl, J. M., Purenell, A.W. and Seman, R. M.(1988). Reliability/ Maintainability/Testability Design for Dormancy, RADC-TR-88-110(AD/A-202 704) 

  7. Homer, L.H and Billy, R. S(1980). Improved Hawk Certified Round Mid-Life Status Report, U. S. Army Missile Command. 

  8. Ito, K. and Nakagawa, T.(1992). Optimal inspection po licies for a system in storage. Computers and Mathematics with Applications, Vol. 24, No. 1/2, 87-90. 

  9. Ito, K. and Nakagawa, T.(1995a). An optimal inspection policy for a storage system with high reliability. Microelectronics and Reliability, Vol. 36, 875-882. 

  10. Ito, K. and Nakagawa, T.(2000). Optimal inspection policies for a storage system with degradation at periodic tests. Mathematical and Computer Modeling, Vol. 31, 191-195. 

  11. Martinez, E. C.(1984). Storage reliability with periodic test. Proceedings Annual Reliability and Maintainability Symposium, 181-185. 

  12. Raytheon.(2003), Annual Reports(Raytheon). 

  13. Wood, B. B.(1985), Design of Surveillance Plans for Tactical Missiles in Long Term Storage. AD/A-156498. 

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