[논문]수상함 개발에서 기술성숙도, 난이도 및 중요도 기반의 위험도 평가 방안

김경환; 이재천

doi:10.12812/ksms.2012.14.3.151

수상함 개발에서 기술성숙도, 난이도 및 중요도 기반의 위험도 평가 방안
On a Risk Assessment Methodology based on the Technology Readiness Levels, Degrees of Difficulty, and Technology Need Values in the Development of Naval Surface Ships 원문보기

대한안전경영과학회지 = Journal of the Korea safety management & science, v.14 no.3, 2012년, pp.151 - 158

김경환 (국방기술품질원, 아주대학교 시스템공학과) , 이재천 (아주대학교 시스템공학과)

Abstract ▼ AI-Helper

The objective of this paper is to propose a method of how to perform risk assessment in the early stage of defense research and development for the acquisition of weapon systems. An advanced method for risk assessment and its associated objective functions are developed first based on the concept of systems engineering. The developed method is then applied to carry out the analysis of alternatives in the trade-off environments. As a case study, the multi-purpose training ship is considered, where it is performed using the notions of technology readiness levels, degrees of difficulty, and technology need values to facilitate design space visualization and decision maker interaction. It is noted that decision makers can benefit from our approach as an improved risk assessment method in the context of multi-criteria decision making.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

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문제 정의

본 연구는 국내 무기체계 선행연구 단계에서의 획득 대안 분석시 고려되어야 할 중요한 평가 요소로 위험도 평가의 적용 방안을 제시하였다.
본 연구는 우선적으로 사업 위험관리 분야에서 활용 가능성이 높은 계량화된 지표인 기술성숙도 평가 방법의 활용 가능성을 분석하고, 또한 추가적인 위험도 평가 지표로 기술의 난이도, 중요도의 적용 개념과 실질적인 적용 방안을 분석하였다.
본 연구에서는 국내외에서 무기체계 획득단계별 단계전환 및 의사결정을 위한 판단으로 적용하고 있는 기술성숙도(TRL : Technology Readiness Level) 지표를 활용하여 연구개발 사업의 위험도 평가의 계량적인 지표로 활용할 수 있는 방안을 연구하였다.
본 연구에서는 위험도(Ri) 평가시 위험요소들이 일어날 확률 Pi와 위험요소가 초래하는 결과 Ci를 기반으로 Mierzwicki와 Alan J. Brown이 위험 요인에 따라 성능, 비용, 일정 상의 가중치를 적용한 OMOR 목적함수를 대체할 수 있는 목적함수를 개발하는 것으로, John C. Mankins의 이론을 참조하여 기술성숙도, 난이도, 중요도 3가지를 위험도 지표로 변환하여 기존 OMOR 함수를 대체할 수 있고 보다 계량적으로 접근할 수 있는 목적함수를 제시하고자 한다.

제안 방법

기술의 난이도는 [Table 2]의 난이도 평가 기준 등을 참고하여 5단계(0.1∼0.9) 난이도 지표로 기준으로 전문가들의 의견을 기반으로 AHP 기법을 활용하여 무기 체계를 구성하는 설계 변수들에 대한 난이도를 평가하였다.
도출된 획득 대안들에 대해서는 기 수행한 MTS 함정의 선행연구단계 사업분석 결과를 반영하여 OMOE(Overall Measure of Effectiveness) 효과구조도와 비용 분할구조도를 기반으로 효과도, 비용을 추정하여 상관관계를 상호 분석하였고, 위험도 분석은 기술성숙도, 난이도, 중요도 기반의 목적함수에 따라 위험도 평가결과를 실시 후 기존 OMOR 목적함수 기반의 위험도 평가방법과 비교하여 그 유용성을 확인하였다.
또한, 기술성숙도, 난이도와 함께 위험도 평가를 위해 고려해야 할 추가적인 요소로서 기술의 중요도 TNV(Technology Need Values) 지표를 [Table 1]과 같이 제시하였다.[9]
또한, 무기체계 선행연구 및 함정 개념설계 단계에서 시스템공학적 접근 방법에 따라 TMOR 목적함수와 더불어 획득대안별 사업비용 추정, 효과도 분석 등을 동시적으로 고려한 획득대안 분석을 국내 무기체계 연구 개발 분야에 시범적으로 적용함으로써 합리적인 의사결정을 도출할 수 있는 선행연구 방법을 도출하였다.
또한, 요구능력 및 기능을 충족시킬 수 있는 다양한 설계변수들(DVs : Design Variables)을 대상으로 설계 조합을 실시함으로써 다양한 획득대안을 도출하였고, 각각의 대안들에 대해서는 TMOR 목적함수를 적용한 위험도평가를 수행하였다.
본 시범 함정에 대한 획득대안별 비용 추정은 유사장비 추정을 통한 공학적 추정과 [Figure 8]과 같이 PRICE 모델을 활용한 전산모델 추정 2가지 방법을 병행하여 추정한 결과 값을 사용하였다.
본 연구에서 도출한 TMOR(Technology based Measure of Risk) 목적함수에 대해서는 실증적 사례 연구를 위해서 국내 차세대 함정 무기체계에 대한 사례 연구 및 적용를 통해 기존 OMOR 목적함수를 적용한 결과와 비교 검증을 실시하였다.
본 연구에서는 국내 연구개발을 추진 중인 차기 MTS(Multi-purpose Training Ship) 함정을 대상으로 선행연구단계에서 무기체계 임무 및 운용개념, 요구능력 분석 등을 수행하고, AHP(Analytical Hierarchy Process) 기반의 전산 도구인 Expert Choice를 활용하여 [Figure 5]와 같이 효과구조도를 작성하였다.
상기 식 5의 결과를 기존 식 2의 OMOR 목적함수와 동일한 방식으로 적용하면 식 6과 같은 기술성숙도, 난이도, 중요도를 기반으로 하는 위험도평가 함수인 TMOR로 적용할 수 있으며, 본 연구에서는 차세대 함정 무기체계에 대한 사례 연구를 통해 기존 OMOR 기반의 위험도평가와 TMOR 기반의 위험도평가 방법을 비교하고 활용성을 평가하였다.
시범 함정에 대해서는 시스템공학 프로세스를 기반으로 임무 및 운용능력 정의, 요구기능 및 성능 분석 등을 수행하였고, 함정의 임무와 요구사항을 충족시킬 수 있는 설계변수들 간의 설계종합을 통해 다양한 획득 대안들을 도출하였다.
위험도평가의 경우 함수의 미국 등에서 적용되고 있는 Pi 및 Ci 기반의 기존 OMOR 목적함수를 대체할 수 있는 목적함수로, 계량화된 평가지표인 기술성숙도, 중요도 및 난이도 지표를 기반으로 평가가 가능한 TMOR 목적함수의 적용가능성을 차세대 다목적 MTS 함정사례 연구를 통한 실증적 연구를 통해 그 가능성을 확인하였다.
이를 통해 기존 OMOR 위험도 목적 함수와의 상관관계를 연구 분석하여 이를 대체 및 개선시킬 수 있는 목적함수로의 활용 가능성과 실질적으로 적용 방안을 연구 및 분석하였다.
최종 위험도는 TMOR 목적함수를 활용하여 산출하였으며, 시스템을 구성하는 DVs과 관련된 DV options에 대한 ΔTRL, DD, TNV를 평가한 후 Pi와 Ci로 전환하여 산출한 평가 결과는 [Table 3]과 같다.
획득대안별 다양한 설계변수들에 대한 기술성숙도평가는 [Table 2]와 같이 TRL 단계별(1∼9단계) 평가 기준 및 세부 체크리스트를 활용하여 평가하였다.

대상 데이터

또한 위험도 평가(Risk Assessment)시 기술성숙도가 나타내지 못하는 항목인 기술의 중요도와 난이도를 동시에 고려한 평가 방안을 제시하였고, 특히 실증적 사례 연구를 위해 국내 선행연구단계에서 함정 무기체계를 대상으로 본 연구를 수행하였다.

이론/모형

기술의 중요도 평가 지수는 AHP 전산도구인 Expert Choice를 활용하여 [Figure 6]와 같이 산출한 OMOE 분할구조도의 각 요구능력 및 성능별 효과도 산출에 적용한 가중치를 관련된 각 설계변수(기술)들에 할당하여 산출하였다.
획득 대안별 효과도 산출은 [Figure 6]의 가중치 결과를 반영하고, 시범 함정을 구성하는 설계변수들에 따라 설정된 VOP(Value of Performance), (MOP : Measure of Performance)를 적용하여 Alan J. Brown 의 효과도 목적 함수인 식 7에 따라 산출하였다.

성능/효과

총 12가지 획득 대안들에 대하여 기존 OMOR 방식과 비교해 보면 [Figure 7]과 같이 TMOR 방식과 점수 편차는 있으나, 전체 12개 대안들에 대한 위험도 우선순위(ordinal corelation)에 있어서는 동일한 결과가 도출되어 유용하게 활용할 수 있음을 알 수 있다.
특히, 위험도 평가 방법적인 측면에서 계량화된 평가 방법인 기술성숙도 지표(TRL 9단계 지표)를 활용함으로서 보다 객관적이고 정량적인 평가가 가능함을 알 수 있다.

후속연구

특히, 획득대안들 중 비용대 효과가 유사한 #A4와 #A8, #A9와 #A5의 경우와 같이 우선순위 판단이 곤란한 경우에도, 위험도 평가결과를 적용함으로써 합리적인 의사결정의 수단으로써 위험도가 유용한 지표로 활용될 수 있음을 알 수 있다.
향후에는 본 연구결과를 기반으로 유사 무기체계들에 대한 추가적인 연구를 수행함으로써, 위험도 평가 방법을 보다 계량화 및 정교화 함으로써 확대 적용할 수 있도록 추가적인 연구를 수행할 계획이다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	획득 단계는 무엇으로 구분되는가?	무기체계는 획득 단계는 소요제기, 선행연구, 탐색개발, 체계개발, 양산 단계로 구분되며, 국내 선행연구 단계에서는 요구사항 분석, 무기체계 및 함정 설계개념에 대한 기술적 분석, 타당성 검토 등을 통해 획득대안에 대한 합리적인 의사결정을 지원하고 있다.
	국내 선행연구 단계에서 무엇을 통해 획득대안에 대한 합리적 의사결정을 지원하는가?	무기체계는 획득 단계는 소요제기, 선행연구, 탐색개발, 체계개발, 양산 단계로 구분되며, 국내 선행연구 단계에서는 요구사항 분석, 무기체계 및 함정 설계개념에 대한 기술적 분석, 타당성 검토 등을 통해 획득대안에 대한 합리적인 의사결정을 지원하고 있다.
	절충(trade-off) 및 최적화를 통해 기술개발의 예로 미 국방부는 무엇을 선정하고 있는가?	미 국방부는 MSA(Material Solution Analysis) 단계 (국내 선행연구/함정 개념설계 단계와 유사)에서[Figure 1]과 같이 ICD(Initial Capability Document) 를 기반으로 최적의 대안분석을 수행하여 성능, 비용, 일정 제약조건 안에서 가용한 기술들에 대한 절충을 통해 획득 대안을 선정하고 있다.[1]

참고문헌 (10)

Judith S. Dahmann and Mike Kely(2009), Systems Engineering during the Material Solution Analysis and Technology Development phase, US DDR&E, pp. 2-6.
US Department of Defense, "Risk Management Guidebook for DoD Acquisition", pp. 11-14, 2006.
Mierzwicki, T., Brown A. J. (2004), "Risk Metric for Multi-Objective Design of naval ships", Naval Engineering Journal, Vol. 116, No. 2, pp. 55-71.

상세보기
Justin Strock, T., Brown A. J. (2008), "Methods for Naval Ship Concept and Propulsion Technology Exploration in a CGX Case Study", Naval Engineering Journal, pp. 103-104.
Virginia Tech.(2008), Ballastic Missile Defense Submarine(SSBMD), Design Report, Virginia Tech., p. 35.
US DoD(2009), Technology Readiness Assesment(TRA) deskbook, pp. B3-B4.
Institute for Defense Analyses(2007), "How the S&T Community can best for the technology Readiness Assessment(TRA) process do's and don'ts", 2007 Technology Maturity Conference, p. 17.
US General Accounting Office(1999), Better Management of Technology Development Can improve weapon system outcomes, pp. 4-5
John C. Mankins(2009), "Technology readiness and risk assessments : A new approach", Science Direct, pp. 1210-1212.
John C. Mankins(1998). "Research & Development Degree of Difficulty(RD3)" A White Paper, NASA, pp. 1-3.

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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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