[논문]함정 전투체계 개발을 위한 모델기반 시스템 엔지니어링 프로세스 연구

조명섭; 송하석; 윤태훈; 오성균; 박영원

doi:10.14248/jkosse.2012.8.1.029

함정 전투체계 개발을 위한 모델기반 시스템 엔지니어링 프로세스 연구
A Study on the Model-Based Systems Engineering Process for Developing the Naval Combat System 원문보기

시스템엔지니어링학술지 = Journal of the Korean Society of Systems Engineering, v.8 no.1, 2012년, pp.29 - 39

조명섭 (삼성탈레스(주)) , 송하석 (삼성탈레스(주)) , 윤태훈 (아주대학교) , 오성균 (아주대학교) , 박영원 (아주대학교)

Abstract ▼ AI-Helper

The conventional systems engineering has been performed mainly based on documentation artifacts. Although the Document-Based Systems Engineering has played a very important role in developing and deploying systems, it is difficult for systems engineers to build, to clarify, and to reuse the operational, functional and physical views of the System of Interest (SOI) efficiently. An information-age approach to this problem is the Model-Based Systems Engineering which has been emerging as a very productive solution for stakeholders to define, and understand the desired systems easily, to communicate and collaborate efficiently among each other, and also to verify and validate the systems solutions effectively. This paper proposes a set of MBSE process, methods, and models for use during the systems analysis and design phase of the naval combat system development. An example application of the proposed approach was exercised and a set of artifacts was generated for an export combat system project to demonstrate its effectiveness.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 논문은 이러한 시스템 엔지니어링 흐름에 맞추어 PMTE(Process, Method, Tool, Environment) 패러다임에 따라 MBSE 프로세스(P)와 각 프로세스 단계 별 모델링 방법(M)을 제안하였다. 또, 제안된 프로세스를 CASE(Computer Aided Systems Engineering) 도구(T)를 이용하여 시스템 설계 환경(E)을 구축함으로써 보다 효과적으로 시스템을 개발하기 위한 MBSE 방법론을 제안하는 것에 목표를 두었다.
본 논문은 함정 전투체계를 개발함에 있어 표준 시스템 엔지니어링 프로세스에 모델링을 적용하여 새로운 MBSE 프로세스를 구축하는 것을 목표로 하여 PMTE 패러다임에 기반을 둔 MBSE 프로세스에 대한 연구를 수행하였다.

제안 방법

MBSE 프로세스 단계별 구체적인 모델링 방안은 그림 8에서 분석된 SE 엔진 프로세스에서의 다이어그램 활용 방안을 기초로 하여, 타 방법론과 SysML에서 적용하는 다이어그램을 비교분석하여 Cradle에서 지원하는 다이어그램을 중심으로 도출하였다[10].
우선 기존의 MBSE 방법론을 살펴보았으며 PMTE 패러다임에 따라 프로세스, 방법, 도구 및 환경 요소를 정의하였다. 또한, 기존 문서 기반의 시스템 엔지니어링 프로세스에 근거하여 MBSE 프로세스를 제안하였으며, 제안된 MBSE 프로세스에 따라 수출용 함정 전투체계의 요구분석 및 설계를 수행하였다.
모델기반의 시스템 엔지니어링 프로세스 설계를 위해 CASE 도구에서 제공하는 시스템 모델링 언어를 분석하여 활용 가능한 다이어그램을 식별하였다. 본 연구에서 선정한 전산지원도구인 CRADLE^Ⓡ은 시스템 엔지니어링을 위한 도구로서 시스템 모델링을 위해 표 1에서 비교한 방법론에서 사용하는 대부분의 도식화 언어를 제공한다[8].
본 논문은 이러한 시스템 엔지니어링 흐름에 맞추어 PMTE(Process, Method, Tool, Environment) 패러다임에 따라 MBSE 프로세스(P)와 각 프로세스 단계 별 모델링 방법(M)을 제안하였다. 또, 제안된 프로세스를 CASE(Computer Aided Systems Engineering) 도구(T)를 이용하여 시스템 설계 환경(E)을 구축함으로써 보다 효과적으로 시스템을 개발하기 위한 MBSE 방법론을 제안하는 것에 목표를 두었다.
모델기반의 시스템 엔지니어링 프로세스 설계를 위해 CASE 도구에서 제공하는 시스템 모델링 언어를 분석하여 활용 가능한 다이어그램을 식별하였다. 본 연구에서 선정한 전산지원도구인 CRADLE^Ⓡ은 시스템 엔지니어링을 위한 도구로서 시스템 모델링을 위해 표 1에서 비교한 방법론에서 사용하는 대부분의 도식화 언어를 제공한다[8].
고객 요구사항 관리 단계에서는 크게 시스템 경계 및 외부인터페이스를 정의하는 단계에서 DFD를 이용하여 시스템의 경계를 정의하고 eFFBD를 사용하여 시스템의 운용개념, 정비개념 및 훈련개념 시나리오를 모델로 표현한다. 시스템 개념 분석을 통해서 고객의 기능 요구사항, 성능 요구사항 및 제약사항을 도출하며, 도출된 고객 요구사항은 HID를 통해 구조적으로 표현한다. 그림 11은 고객 요구사항 관리 단계에서 수행하는 내용을 도식화 하였으며 각 단계별 적용 가능한 모델 및 산출물을 정의하였다.
우선 기존의 MBSE 방법론을 살펴보았으며 PMTE 패러다임에 따라 프로세스, 방법, 도구 및 환경 요소를 정의하였다. 또한, 기존 문서 기반의 시스템 엔지니어링 프로세스에 근거하여 MBSE 프로세스를 제안하였으며, 제안된 MBSE 프로세스에 따라 수출용 함정 전투체계의 요구분석 및 설계를 수행하였다.
제안된 함정 전투체계 MBSE 프로세스는 기존에 국내에서 적용되어 온 표준 프로세스를 기준으로 고객 요구사항 분석 활동과 모델링을 추가함으로써 다음과 같은 특징과 장점을 갖는다.
프로세스는 Vee Model, Martin 프로세스, EIA-632, MIL-STD-499B 등과 같은 표준 시스템 엔지니어링 프로세스와 국내 함정전투체계 개발에 적용되어 온 시스템 엔지니어링 프로세스를 참조하여 정립하였다. 정립된 함정 전투체계의 MBSE 기본 프로세스는 4장에서 구체적으로 소개한다.
함정 전투체계 MBSE 기본 프로세스는 기존에 적용되어 온 V-커브 기반의 개발 프로세스에 세부적인 모델링 방법의 접목을 통해 그림 9와 같이 고객 요구사항 관리, 체계 요구사항 정의, 체계 구조 설계, 주 장비 요구사항정의, SW 및 HW 요구사항 관리 등의 단계로 정의하였다.

대상 데이터

이 장에서는 4장에서 정의된 모델 기반의 시스템 엔지니어링 프로세스를 함정 전투체계의 요구분석 및 설계 과정에 적용한 결과를 제시한다. 적용 대상 함정 전투체계는 수출용 함정 전투체계로서 대공전, 대함전, 전자전 및 대지전을 수행하는 소형 함정 전투체계이다. 도구로는 CRADLE^Ⓡ을 사용하였으며, 함정 전투체계에 맞는 스키마를 그림 15와 같이 정의하였다.

이론/모형

를 통해 지원되며 소스 요구사항 분석, 기능 및 거동 분석, 아키텍처 설계 및 합성, 설계 검증 및 확인 등 4가지의 주요 동시공학 시스템 엔지니어링에 기반한다[6]. VitechⓇ MBSE는 System Definition Language(SDL)을 이용한 Entity-Relationship-Attribute 모델을 정의하고 Onion 모델을 중심으로 설계한다. Onion 모델은 앞의 4가지의 주요 시스템 엔지니어링 활동을 각 설계단계마다 반복하는 것을 의미한다.
Rational Unified Process for SE는 모델 기반 시스템 개발을 위한 RUPⓇ의 확장된 형태로서 반복적이고 점진적인 나선형 모델로 생명주기를 표현한다[5]. 또한 UML을 사용하는 객체지향 접근법을 적용하였다.
본 연구에서는 국내에서 가장 널리 사용되는 SE 도구들 중 하나인 CRADLE^Ⓡ을 사용하였으며, 앞에서 제시된 MBSE 기본 프로세스에 따라 CRADLE^Ⓡ의 프로세스 단계는 그림 7과 같이 적용되었다.

성능/효과

. 본 연구에서 선정된 전산지원도구인 CRADLE^Ⓡ에 필요한 통합된 관리 서버와 클라이언트 지원 환경뿐만 아니라 MBSE를 적용한 개발 업무 규칙과 지침, 엔지니어를 위한 다양한 교육훈련제도, 모델 재사용을 위한 모델 자산 관리 소프트웨어 등이 MBSE 프로세스가 바르게 정착되기 위해 필요한 환경이 될 수 있다.
주장비를 정의한 후에는 주장비간의 인터페이스를 통해서 주고받는 신호와 정보를 정의하고, 형상품목을 정의한 후 형상품목간의 인터페이스를 통해서 주고 받는 신호와 정보를 정의한다. 최종적으로 체계 구조설계 작업의 검증 과정으로서, 형상품목과 그 인터페이스를 통해 시스템의 운용 시나리오 수행 여부를 확인하여 아키텍처의 완전성을 확인한다. 그림 13은 체계 구조설계 단계에서 수행하는 내용을 도식화 하였으며 각 단계별 적용 가능한 모델 및 산출물을 정의하였다.

후속연구

향후에는 기 개발완료된 요구분석 및 설계 모델을 재사용하는 방안에 대한 보다 깊이 있는 연구를 수행할 것이다. 그리고 MBSE 프로세스가 문서기반의 시스템 엔지니어링 프로세스에 비해 얼마나 효율적인 것인가를 측정하고, 그 측정된 결과를 활용하여 다시 MBSE 프로세스를 지속적으로 테일러링하는 작업을 수행할 것이다. 또한 제안된 MBSE 프로세스를 향후 개발하는 타 국방 사업에도 적용하여 그 효과를 입증할 예정이다.
그리고 MBSE 프로세스가 문서기반의 시스템 엔지니어링 프로세스에 비해 얼마나 효율적인 것인가를 측정하고, 그 측정된 결과를 활용하여 다시 MBSE 프로세스를 지속적으로 테일러링하는 작업을 수행할 것이다. 또한 제안된 MBSE 프로세스를 향후 개발하는 타 국방 사업에도 적용하여 그 효과를 입증할 예정이다.
제안된 MBSE 프로세스는 모델 기반으로 시스템 엔지니어링을 수행하고자 할 때 필요한 모델링 방법과 절차를 구체적으로 정의하기 때문에 함정 전투체계 뿐만 아니라 다양한 도메인에서 MBSE를 도입하여 적용할 때 참조 지침으로서 활용할 수 있을 것으로 기대한다.
향후에는 기 개발완료된 요구분석 및 설계 모델을 재사용하는 방안에 대한 보다 깊이 있는 연구를 수행할 것이다. 그리고 MBSE 프로세스가 문서기반의 시스템 엔지니어링 프로세스에 비해 얼마나 효율적인 것인가를 측정하고, 그 측정된 결과를 활용하여 다시 MBSE 프로세스를 지속적으로 테일러링하는 작업을 수행할 것이다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	MBSE는 왜 발전하게 되었는가?	MBSE는 정보화 시대에 문서기반의 시스템 엔지니어링의 문제점을 해결하기 위해 발전하게 되었다. 전통적인 문서기반 시스템 엔지니어링은 대량의 문서를 관리하는데 어려움이 있었으며 설계 정보의 급격한 증가에 대한 일관성과 추적성을 확보하는데 어려움이 있었다.
	상호간의 명확한 의사소통이 시스템 개발에 매우 중요한 요소로 작용하게 된 배경은 무엇인가?	최근의 시스템 설계는 시스템의 복잡도가 증가하고 이해당사자의 수가 많아짐에 따라 상호간의 명확한 의사소통이 시스템 개발에 매우 중요한 요소로 작용하고 있다. 시스템 엔지니어는 시스템 설계시 문서에 의존하는 대화법을 사용하여 사용자 및 개발자와 운용적, 기능적 및 물리적 관점에서 의사소통을 명확히 하는데 어려움이 있었다.
	시스템 엔지니어들의 의사소통을 명확히 하는데 어려움을 해결하고자 어떤 노력이 진행되고 있는가?	시스템 엔지니어는 시스템 설계시 문서에 의존하는 대화법을 사용하여 사용자 및 개발자와 운용적, 기능적 및 물리적 관점에서 의사소통을 명확히 하는데 어려움이 있었다. 이러한 문제점을 해결하고자 최근에는 모델기반 시스템 엔지니어링(MBSE; Model Based Systems Engineering)에 대한 연구와 시스템 개발 과제에 대한 적용 노력이 활발하게 진행되고 있다.

참고문헌 (10)

Gordy, L. W., "Process change in systems engineering : from document-driven to model- based approach"
Estefan, J. A., "Survey of Model-Based Systems Engineering (MBSE) Methodologies", June. 2008
Hoffmann, H., "Harmony-SE/SysML Deskbook: Model-Based Systems Engineering with Rhapsody", Rev. 1.51, Telelogic/I-Logix white paper, Telelogic AB, May 24, 2006.
"Object-Oriented Systems Engineering Method (OOSEM) Tutorial", Ver. 02.42.00, Lockheed Martin Corporation and INCOSE OOSEM Working Group, Apr. 2006.
Cantor, M., "RUP SE: The Rational Unified Process for Systems Engineering", The Rational Edge, Rational Software, Nov. 2001.
Long, J. E., "MBSE in Practice: Developing Systems with CORE", Vitech briefing slides, Vitech Corporation, Vienna, VA, Mar. 2007.
Martin, J. N., Systems Engineering Guidebook: A Process for Developing Systems and Products, CRC Press, Inc.: Boca Raton, FL, 1996.
"Cradle 6.1 Overview", Ver. 6.1, 3SL, June 2010
MSSE/MSSEM Cohort 6, NSWC PHD, "Application of MBSE methods to development of combat system architectures", March 2009.
윤태훈, 박영원, 조명섭, 송하석, "아키텍처 프레임워크를 활용한 모델 기반 시스템 엔지니어링", 한국시스템엔지니어링협회 추계 심포지엄, 219-227, 2010.

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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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