[논문]SysML을 활용한 국방 유도무기체계에 대한 MBSE 적용 사례 연구

장재덕; 최상택; 김명호; 박동주; 김승환; 최상욱

doi:10.14248/jkosse.2011.7.1.023

문제 정의

있다. 본 논문에서는 MBSE 방법론에 대한 사례 적용 연구를 주제로 하기에 시스템 엔지니어링을 위한 Harmony Process에 초점을 맞추도록 한다.
본 논문에서는 SysML을 활용한 MBSE 방법론에 대한 적용 사례 연구를 고신뢰도, 고정밀, 대형복합 실시간 시스템인 국방 유도무기체계를 적용시켜 봄으로써 제시한다. 이를 통해 향후 유사한 실시간 시스템 특성을 갖는 국방무기체계 개발시 MBSE 방법론 적용의 유용성을 공유하고 MBSE 적용 지침으로 활용할 수 있기를 기대한다.
이는 프로세스의 부재에서 오는 영향일 수도 있고, UML 및 SysML의 사용되는 대상 시스템이 달라 발생되는 불일치 일 수 있다. 본 논문을 통해 이러한 다양한 사용법이 조금은 개선되고 일관성을 가지길 회 망한다.

가설 설정

따라서 합동전장 운영 개념에서 통합된 아키텍처를 바탕으로 규격서가 도출하게 되는 것이다. 그러나 본 논문의 목적인 시스템 수준의 MBSE 적용 사례 제시를 위해 유도무기 시스템 수준에서 개발을 시작한다고 가정한다. 유도무기의 요구사항은 군으로부터 수집되고 수집된 원 요구사항은 아래 그림 3과 같이 정리 될 수 있다.

제안 방법

적용에 애를 먹는 경우가 많다.(3) 이렇기에 MBSE 적용을 위한 프로세스가 필요하며, 많은 프로세스 중에세BM Software Group에서 개발한 Harmony Process를 활용하여 사례 적용연구를 하도록 한다.
SysMLe 요구사항 관리, 요구사항과 설계 내용의 추적, 시스템의 계층적 표현 및 구조 표현, 시스템 거동 및 시나리오와 시스템 분석을 지원하는 모델과 표준화 방법을 제공한다. 그러나 UML 및 SysML을 사용하는 많은 영역에서 그 사용하는 방법과 표현법이 다양하다.
항(Originating Requirements)을 이해하고 이를 기반으로 시스템 운영 시나리오와 개발 범위 정의 (Boundary Definition) 를 표현하기 위해 Use Case Diagram을 작성한다. Use Case Diagram을 통해 유도무기의 주요한 임무가 무엇인지를 Use Case 로 표현하고, 외부 시스템 (External System)과 대상 시스템 (Interesting System) 의 관계를 표현함으로써 정황분석 (Context Analysis)을 가능케 한다. 그림 4는 유도무기의 Use Case Diagram이다.
State Chart를 통해 세부 기능이 도출되면, 이 기능에 대한 거동을 분석한다. 기능의 논리적 흐름과 시간 흐름에 따른 시나리오를 정의함으로써 도출된 기능을 통한 거동 분석을 수행한다. 시나리오를 통한 거동 분석은 Activity Diagram과 Sequence Diagram을 통해 수행한다.
본 논문은 SysML을 통해 시스템 엔지니어링설계 프로세스인 요구사항 분석, 기능 분석, 설계종합 활동을 수행하는 과정을 유도무기 시스템을 예제로 제공하였다. SysMLe 시스템 엔지니어링통합 모델링 언어로서 다양한 다이어그램을 통해시스템을 조망하는 여러 관점 (View)을 제공하는유용한 언어이다.
본 논문의 사례로 다루고 있는 유도무기의 요구사항은 합동전장 운영 개념으로부터 도출되는 무기체계획득 프로세스를 따른다. 따라서 합동전장 운영 개념에서 통합된 아키텍처를 바탕으로 규격서가 도출하게 되는 것이다.
이러한 주요 임무는 FCS(Fire Control System)와 Satellite과 상호작용을 통해 달성된다. 비행까지의 임무는 FCS와 Satellite과 서로 상호작용하여 정보를 주고 받지만 비행 이후 폭파하는 시점까지는 유도무기 스스로 거동을 수행하므로 Flight Use Case와 Blasting Use Case의 관계를 Dependency관계에 (include) Stereotype으로 표현해줌으로써 Use Case 사이의 종속 관계를 표현하였다. Use Case는 앞서 정의된 원 요구사항과 Dependency 관계에 《itrace》stereotype 으로 정의함으로써 Use Case가 원 요구사항을 추적하고 있음을 정의한다.
IBD는 최종적인 시스템 아키텍처를 보여주는 Diagram으로 이해할 수 있다. 아키텍처 설계가 완성되면 이후 각 기능에 대해 상세 설계 혹은 메커니즘 설계를 수행한다. 상세설계 단계에서는 Class 혹은 Object에 정의된 오퍼레이션의 실제 알고리즘을 Activity Diagram을 통해 작성한다.
앞서 시스템 기능은 Switch On을 하기 위해전원인가, 안전 상태 점검, 준비 상태 알림 기능을 수행하였다. 이는 그림 11과 같이 하부 시스템에 분해하여 할당한다.
이러한 운용을 위해 미사일 이동 및 표적을 향해 방향을 정한 후 발사시키는 장치인 발사대, 유도장치로 목표에 도달할 때까지 유도되는 유도탄, 사격 지휘체계와 사격통제장치를 자동으로 제어하는 사격통제시스템으로 구성된다. 이 중 본 논문의 초점이 되는 유도탄은 표적과 유도탄에 대해 측정한 상대적 위치와 속도 등의 정보를 이용하여 유도탄이 표적에 명중되도록 유도탄의 비행경로를 수정하면서 안정되게 비행할 수 있도록 조정 및 추력을 제어하는 유도조종부, 추진 장치를 통해 유도탄에 요구되는 고도와 사거리를 위해 충분한 시간 동안 비행을 유지하는데 필요한 에너지를 공급하는 추진부, 유도탄 제어 날개를 조정하는 조정부, 비행 중 유도탄의 탄두를 보호하고 적 목표물을 파괴시키는 탄두부로 구성되어있다.
단계이다. 이를 위해 Activity Diagram, Sequence Diagram, State Chart Diagram을 활용하여 Use Case 시나리오를 정의, Use Case 기능적 흐름을 도출, 인터페이스 정의, 상태기반거동 도출 및 Use Case 모델의 검증 활동을 수행한다.
이를 위해 이해관계자 요구사항을 분석하여 시스템 요구사항을 생성하고 시스템 Use Case를 정의하여 시스템의 운영을 묘사한다.

이론/모형

기능의 논리적 흐름과 시간 흐름에 따른 시나리오를 정의함으로써 도출된 기능을 통한 거동 분석을 수행한다. 시나리오를 통한 거동 분석은 Activity Diagram과 Sequence Diagram을 통해 수행한다. Activity Diagrame 기능의 논리적 흐름을 표현하고, Sequence Diagrame 시간선 분석이 가능하다.

성능/효과

시스템 엔지니어링을 위한 Harmony Process 는 요구사항 분석, 시스템 기능 분석, 설계 종합으로 이루어져 있고, 설계 종합(Synthesis)은 아키텍처 분석, 아키텍처 설계, 상세 아키텍처로 이루어져 있어 MIL-STD-499B의 프로세스와 크게 다르지 않음을 알 수 있다.
할당 과정에 전원 인가 및 안전 상태 점검 기능은 동일하게 각 하부 시스템이 나누어 수행함을 확인할 수 있다. 준비 상태 알림은 최종적으로 안전 점검 결과를 인지한 GCS하부 시스템이 수행함을 알 수 있다. 물론 하부 시스템은 대안으로 다루어 지다가, 시스템의 최적화 및 분석 과정을 거치면서 최종 아키텍처로 결정 될 것이다.

후속연구

봄으로써 제시한다. 이를 통해 향후 유사한 실시간 시스템 특성을 갖는 국방무기체계 개발시 MBSE 방법론 적용의 유용성을 공유하고 MBSE 적용 지침으로 활용할 수 있기를 기대한다.

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