[논문]현대 무기체계 소프트웨어 개발 사례 분석을 통한 품질개선 방안에 대한 연구

최태윤; 이효진

doi:10.14248/jkosse.2012.8.2.019

현대 무기체계 소프트웨어 개발 사례 분석을 통한 품질개선 방안에 대한 연구
An Investigation into Improving the Quality of Modern Weapon System Software Products: a Case Study 원문보기

시스템엔지니어링학술지 = Journal of the Korean Society of Systems Engineering, v.8 no.2, 2012년, pp.19 - 25

최태윤 ((주)대한항공 무인기사업부) , 이효진 ((주)대한항공 무인기사업부)

Abstract ▼ AI-Helper

As modern weapon systems have evolved into embedded software systems, the capability to develop, install, and maintain high-quality software products is becoming increasingly valuable in today's competitive aerospace and defense industry. It is desirable, especially for government-contracted projects whose end-users are military personnel, that specific types of software quality elements are assured early during product development; namely, functionality and usability. Motivated by this need to approach improving software quality from a user's perspective, this paper presents a case study that analyzes system-level software integration testing results for a weapon system indigenously developed in the Republic of Korea. Quantitative data, such as software defect ratios and configuration change rates, are computed to observe meaningful trends with respect to functionality - represented by tests designed to verify the system's electrical signal interfaces - and usability, which is evaluated in terms of how often the initial human-computer interface had to be re-designed. Insights gained from these exercises are subsequently presented as a set of "lessons learned" to take into account when developing new software items for complex weapon systems.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

사용자가 SW 제품의 품질이 높다고 느낄 수 있으려면, 해당 SW 제품이 배우기 쉽고, 조작이 간단하며, 다양한 기능과 우수한 성능을 갖추었다는 인상을 받아야 한다(박태순, 2009). 국방 무기체계 SW 개발자가 최종 사용자인 소요군의 만족도를 높이기 위해서 여러 접근 방법을 고려할 수 있겠으나, 본 논문에서는 그림 3에 분류된 유형의 결함을 최소화함으로서 표 2에 나타나 있는 기능성 및 사용성을 향상시킬 수 있는 방안을 교훈으로 도출하였다. 그 결과를 우선순위가 높은 순서대로 정리하면 다음과 같다.
본 논문에서는 국내에서 진행된 무기체계 통합시험 사례를 연구하여 국방 SW 개발 과정에서 SW 제품의 기능성 및 사용성 향상에 긍정적인 영향을 미칠 수 있는 교훈을 도출하였다. 이 중 대표적인 방안으로 그래픽 사용자 인터페이스 형태의 사용자 인터페이스 설계에 대해 SW 요구사항명세 검토 단계에서부터 지속적으로 사용자 의견을 수렴하고, 사용자와 개발자가 함께 상세설계 내용을 검토할 것을 제안하였다.
본 논문은 사용자 관점의 무기체계 SW 제품 품질 향상을 목적으로, 국방 SW 개발 프로세스 개선 방향을 모색하고자 하는 동기에서 출발하였다. 우선, SW 중심의 복합체계 특성을 가진 무기체계의 전기적 신호 인터페이스설계와 인간 컴퓨터 인터페이스를 검증한 사례를 바탕으로 SW 형상항목별로 결함분포도와 형상변경율을 도출하였다.
또한 체계 수준에서의 SW 통합시험 수행 시 작성한 소프트웨어 문제점 보고서들을 원인별로 분석하고 분류하였다. 이러한 정량적 분석 결과를 토대로 개선이 필요한 SW 개발 프로세스 요소들을 교훈으로 도출하였고, 정리된 결과를 본 논문을 통해 제시하고자 한다.

제안 방법

우선, SW 중심의 복합체계 특성을 가진 무기체계의 전기적 신호 인터페이스설계와 인간 컴퓨터 인터페이스를 검증한 사례를 바탕으로 SW 형상항목별로 결함분포도와 형상변경율을 도출하였다. 또한 체계 수준에서의 SW 통합시험 수행 시 작성한 소프트웨어 문제점 보고서들을 원인별로 분석하고 분류하였다. 이러한 정량적 분석 결과를 토대로 개선이 필요한 SW 개발 프로세스 요소들을 교훈으로 도출하였고, 정리된 결과를 본 논문을 통해 제시하고자 한다.
본 연구 사례에서는 무기체계의 운용 중에 간헐적으로 발생하고 블랙박스(기능) 시험을 통해서 원인규명이 어려운 유형의 SW 결함을 표 3에 ‘기타’로 분류하였다.
이 통합시험은 시험 대상 무기체계의 체계연동 및 기능적 요구사항을 검증하는 것으로, 시험에 필요한 모든 SW 형상항목, 즉 CSCI(Computer Software Configuration Item)의 SW 통합시험이 종료된 이후에 수행되었다. 시험 대상 CSCI 중 그래픽 사용자 인터페이스가 포함된 SW의 경우에는 사용성 검증을 통해 HCI(Human-Computer Interface)에 대한 개선 사항을 도출하는 절차가 인터페이스/기능 시험과 병행되었다.
SIL 환경은 실제 무기체계에 탑재되는 현장교환품목과 동일한 하드웨어에 CSCI를 탑재한 실장비 부분, 실장비는 아니지만 해당 장비의 전기적/SW 인터페이스를 모사해 주는 모의장비 부분, 그리고 실/모의장비간 연동의 실시간 확인을 가능하게 해주는 모니터링장비 부분으로 구성되었다. 실장비 부분은 실제 무기체계의 전원계통이 출력해 주는 것과 유사한 특성의 직류전원을 공급해주도록 설계되었으며, 모의장비 부분과 모니터링장비 부분은 국내에서 개발된 장비와 이더넷 통신 및 MIL-STD-1553B(DOD, 1978) 통신 등을 모니터링해 주는 상용 장비를 포함하도록 설계되었다.
본 논문은 사용자 관점의 무기체계 SW 제품 품질 향상을 목적으로, 국방 SW 개발 프로세스 개선 방향을 모색하고자 하는 동기에서 출발하였다. 우선, SW 중심의 복합체계 특성을 가진 무기체계의 전기적 신호 인터페이스설계와 인간 컴퓨터 인터페이스를 검증한 사례를 바탕으로 SW 형상항목별로 결함분포도와 형상변경율을 도출하였다. 또한 체계 수준에서의 SW 통합시험 수행 시 작성한 소프트웨어 문제점 보고서들을 원인별로 분석하고 분류하였다.
본 논문에서는 국내에서 진행된 무기체계 통합시험 사례를 연구하여 국방 SW 개발 과정에서 SW 제품의 기능성 및 사용성 향상에 긍정적인 영향을 미칠 수 있는 교훈을 도출하였다. 이 중 대표적인 방안으로 그래픽 사용자 인터페이스 형태의 사용자 인터페이스 설계에 대해 SW 요구사항명세 검토 단계에서부터 지속적으로 사용자 의견을 수렴하고, 사용자와 개발자가 함께 상세설계 내용을 검토할 것을 제안하였다. 또한 IPPD 기법의 핵심 중 하나인 통합팀의 개념을 ICD 워킹그룹에 적용하여 시스템 엔지니어와 SW 개발자간 의사소통을 보다 원활하게 해 주는 동시에 원천적으로 잘못된 연동설계 내용이 SW 결함으로 기록되는 악순환을 방지할 필요가 있음을 피력하였다.

이론/모형

그림 3은 통합시험 수행간에 SPR(Software Problem Report)로 기록된 결함들의 유형별 발생 분포 추세를 보여주며, 표 3은 결함 분류에 사용된 판단기준을 나타낸다. 시험 차수는 체계연동 검증의 기준이 된 인터페이스통제문서의 버전에 따라 구분하였다. 즉, 2차 시험 때 사용한 인터페이스통제문서는 1차 시험의 기준이 된 문서를 개정한 것이다.

성능/효과

두 번째로 주목할 만한 경향은 결함 발생 당시에 SPR로 처리되었으나, 이후 원인 분석을 통해 하드웨어 수리로 조치가 완료된 결함이 존재하였다는 점이다. 통합시험이 단위장비 수준에서의 수락시험 또는 인증시험 종료 후에 수행된 것을 감안했을 때, 1/2차 시험에서 보고된 HW(Hardware) 결함비율은 타 결함유형에 비해 수치상으로는 낮아 보이지만, HW 신뢰성 보증 담당자에게는 다소 우려스러운 결과일 수 있다.
또한 IPPD 기법의 핵심 중 하나인 통합팀의 개념을 ICD 워킹그룹에 적용하여 시스템 엔지니어와 SW 개발자간 의사소통을 보다 원활하게 해 주는 동시에 원천적으로 잘못된 연동설계 내용이 SW 결함으로 기록되는 악순환을 방지할 필요가 있음을 피력하였다.
현대 무기체계의 형태가 하드웨어에 소프트웨어를 탑재하는 내장형 시스템으로 발전하는 과정에서 전체 기능 중 소프트웨어가 차지하는 비중은 점차 증가해 왔다. 미국의 군용항공기 개발사례를 정리한 표 1을 보면, 1960년대 미국 공군의 주력 항공기였던 F-4(3세대 전투기)에서 SW(Software)가 담당하는 기능 비율이 8% (Ferguson, 2001)정도였던 반면, 5세대 전투기인 F-35의 경우에는 SW로 구현된 기능 비율이 90%(김호준, 2012)에 육박하고 있음을 확인할 수 있다. 그러므로 고품질의 SW 제품을 개발, 설치 및 유지보수 할 수 있는 역량의 확보는 현대 무기체계의 성공적 구현을 위한 선결 요건이라 할 수 있다.
셋째, ICD 개정과 함께 ICD 관련 문제점 및 HCI 개선 비율이 하락한 것은 고무적인 반면, SW 문제점 비율이 1차 시험의 37.3%에서 2차 시험 때 56.8%로 크게 상승한 것은 바람직하지 않은 현상이다. (2차 시험 시 검출된 SW 문제점 개수는 1차 시험 때 발견된 SW 문제점 개수보다 1.
우선, 2차 시험에서 HCI 개선을 요구한 SPR의 비율이 1차 시험과 비교해서 18.4% 감소(37.3% → 18.9%)한 값과 비슷하게 SW 문제점이 전체 결함에서 차지하는 비중이 19.5% 증가(37.3% → 56.8%)하였다.
특히 7개의 CSCI에 대한 형상변경 횟수가 전체 변경 건수의 과반 이상에 기여하였고, 증가율을 해당 CSCI들에 한정하여 계산할 경우 1차 시험과 비교한 2차 시험에서의 형상변경 증가율이 20%(40% → 60%)가 되어 그림 4에 나타난 평균 증가율인 12%(44% → 56%)보다 높아진다.

후속연구

이러한 맥락에서 본연구진은 ICD의 작성, 검토 및 배포를 전담하는 워킹그룹 형태의 조직이 무기체계 개발사업의 상세설계검토회의 시점에 구성되는 것이 적절하다고 본다. 아울러 해당 조직에는 IPPD(Integrated Product and Process Development) 기법의 통합팀 개념을 도입하여, 소수의 분야별 전문가들과 체계연동규격을 개발한 시스템엔지니어가 하나의 유기적이고 역동적인 팀으로써 ICD를 작성하고 유지해 나갈 수 있는 여건을 마련해야 하겠다. 잘못 설계된 인터페이스 내용이 체계에서 부체계로 할당되고, 결과적으로 SW에서 결함처리를 하는 것은 계속해서 소를 잃으면서 그 때마다 외양간을 고치는 것과 크게 다를 바가 없다.
형상관리 활동 및 신뢰성 시험은 정부에서 발행한 최신 지침에 정의된 프로세스를 따르되, 각 도메인별로 특화된 자동화 도구의 사용을 통해 휴먼 에러로 인한 코딩/디버깅/빌드 변경 문제점과 실행시간 오류와 같이 실제 체계 운용에 치명적인 문제점의 발생 가능성을 최소화할 것을 권고한다. 최근 방위사업청에서 국방 SW 개발사업 참여업체가 지식경제부의 SW 프로세스 품질인증을 획득할 경우에는 이에 대한 비용 지원과 함께 가산점을 부여하겠다고 선언한 만큼(정용철, 2012), 향후 본 논문과 유사한 주제의 연구가 지속적으로 수행되어 국방 무기체계 SW 품질개선에 기여할 수 있는 우수 사례들이 더 많이 발굴되길 바란다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	어떤 과정에서 소프트웨어가 차지하는 비중이 점차 증가해왔는가?	현대 무기체계의 형태가 하드웨어에 소프트웨어를 탑재하는 내장형 시스템으로 발전하는 과정에서 전체 기능 중 소프트웨어가 차지하는 비중은 점차 증가해 왔다. 미국의 군용항공기 개발사례를 정리한표 1을 보면, 1960년대 미국 공군의 주력 항공기였던 F-4(3세대 전투기)에서 SW(Software)가 담당하는 기능 비율이 8% (Ferguson, 2001)정도였던 반면, 5세대 전투기인 F-35의 경우에는 SW로 구현된 기능 비율이 90%(김호준, 2012)에 육박하고 있음을 확인할 수 있다.
	ISO/IEC 9126-1 품질모델은 무엇을 제시하는가?	SW 품질평가에 대한 표준화된 기준을 제시하는 ISO/IEC 9126-1 품질모델(ISO/IEC, 2001)은 SW 제품에 대한 품질특성을 표 2와 같이 6개의 외부특성(External Metrics)과 21개의 내부특성 (Internal Metrics)으로 정의한다. 국내 무기체계 개발사업의 경우에는 소요군 이라는 내정된 사용자를 대상으로 시제품에 대한 전투적합 판정을 획득 하는 것이 사업의 일차적인 목표이기 때문에, 무기 체계 개발기관 또는 업체는 6개의 외부특성 중 그림 1(박태순, 2009)의 분류에 따라 기능의 정확성및 사용 용이성과 같은 사용자 관점의 SW 품질을 중점적으로 확보할 필요가 있다.
	개발 초기부터 SW 개발 프로세스를 개선해야 하는 이유는 무엇인가?	SW 결함으로 인해 발생되는 비용은 개발 후기 단계로 갈수록 막대하게 증가한다고 알려져 있으며, 최근 F-35 납기 지연 및 비용 증가 사례의 주요 원인 중 하나로 탑재 SW 결함이 지적되었다 (Rosenberg, 2012). 따라서 사업 실패의 위험을 최소화하기 위한 최적의 시나리오는 SW 개발 초기 단계부터 품질에 악영향을 주는 요소들을 조기에 발견하고 제거해 나아갈 수 있도록 SW 개발 프로세스를 개선하는 것이다.

참고문헌 (11)

J., Ferguson. Crouching dragon, hidden software: software in DoD weapon systems. IEEE Software, 18(4), 105-107 , 2001

상세보기
김호준. 방사청, 첨단무기 S/W 개발에 430억원 투입. 연합뉴스, 2012년 9월 9일
ISO/IEC. 1SO/IEC 9126-1 : Software Engineering-Product Quality-Part 1 : Quality Model. ISO Copyright Office, 2001
박태순. TopSpot 소프트웨어 공학. 도서출판 탑스팟, 2009
Z., Rosenberg. Senior F-35 official warns on software breakdowns, relationship crisis. Flightglobal, September 17, 2012
M.B., Chrissis, M., Konrad, and S. Sandy. CMMI : Guidelines for Process Integration and Product Improvement. 3rd Edition, Boston: Addison-Wesley, 2011
방위사업청. 방위사업청 지침 제2011-26호, 무기 체계 소프트웨어 개발 및 관리 지침. 2011년 8월 26일
DOD. MIL-STD-1553B : Digital Time Division Command/Response Multiplex Data Bus. Department of Defense, 1978
김행곤. 임베디드 소프트웨어 공학. 도서출판 그린, 2006
Wikipedia. Comparison of open source configuration management software. September 2012 http://en.wikipedia.org/wiki/Comparison_of_open_source_configuration_management_software
정용철. 국방 SW 개발사업 'SP 인증제'도입. 디지털타임스, 2012년 9월 25일

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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