[논문]기능안전규격 ISO 26262의 효과적 구현을 위한 시스템공학 기반 요구사항 분석/검증 방법

임관택; 이재천

doi:10.12812/ksms.2013.15.3.61

기능안전규격 ISO 26262의 효과적 구현을 위한 시스템공학 기반 요구사항 분석/검증 방법
On a Method to Analyze and Verify the Functional Safety of ISO 26262 Based on Systems Engineering Framework 원문보기

대한안전경영과학회지 = Journal of the Korea safety management & science, v.15 no.3, 2013년, pp.61 - 69

Abstract ▼ AI-Helper

According to ISO 26262 (the international standard on functional safety for automotive industry), the functional safety should be considered during the whole automotive systems life cycle from the design phase throughout the production phase. In order to satisfy the standard, the automotive and related industry needs to take appropriate actions while carrying out a variety of development activities. This paper presents an approach to coping with the standard. Analyzing the standard indicates that the safety issues of the automotive systems should be handled with a system's view whereas the conventional approach to solving the issues has been practiced with focus on the component's level. The aforementioned system's view implies that the functional safety shall be incorporated in the system design from both the system's life-cycle view and the hierarchical view for the structure. In light of this, the systems engineering framework can be quite appropriate in the functional safety development and thus has been taken in this paper as a problem solving approach. Of various design issues, the analysis and verification of the safety requirements for functional safety is a key study subject of the paper. Note, in particular, that the conventional FMEA (failure mode effects analysis) and FTA (fault tree analysis) methods seem to be partly relying on the insufficient experience and knowledge of the engineers. To improve this, a systematic method is studied here and the result is applied in the design of an ABS braking system as a case study.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

8]을 통해 시스템 및 서브 시스템의 사례인 ABS와 ABS Module을 표현하고, 기능분석을 위한 부품 구성도를 연계된 입/출력 부품과 구분하여 추가하였다. ABS 시스템의 기능분석의 수행은 자체 수준의 기능 분석은 물론, 서브 시스템인 Valve Block, Motor, ECU 등의 Organization 수준의 하부 단계에 입력될 요구사항으로서의 ABS 시스템 기능분석을 수행하는 것이 또 하나의 목적이 될 수 있다.
그 중에서도 본 논문을 통해 다루고자 하는 영역은 기능 안전성의 확보를 위한 시스템 요구사항 검증/분석 방법으로 ISO 26262의 ASIL A~D 전 레벨에 “++(indicates that the method is highly recommended for the identified ASIL)”로 요구되어진 귀납적 분석 방법론인 FMEA(Failure Mode Effect and Analysis;고장형태 및 영향분석)를 효과적으로 수행하여, 시스템 FMEA의 결과물을 도출하고 설계 검증의 명확성을 확보하기 위한 방법을 제시하는 것이다.
실무적으로 필요한 부분에 더 많은 연구의 노력을 들이고자 하였다. 향후에는 ISO 26262 기능안전의 배경 지식인 운영환경에 내재하는 기존의 위험과 시스템 오류로 인해 생성된 위험[18]에 대해 더 세부적으로 연구를 수행하여, 세계 자동차사 들이 추진하는 ISO 26262 기능안전을 위한 효과적 수행을 위해 기여토록 하겠다.
시스템 공학의 CDR(Critical Design Review; 제시된 도면에 따라 제품이 제작되고 위험이 검토됨을 증명하는 생산보증 게이트[13])에 해당하고, V-모델 기반 ISO 26262 Part4(Product development at the system level)의 안전 분석/검증 방법인, 시스템 FMEA의 작성 프로세스를 도출한다. 이는 선행연구 들을 통해 접근하였던 단일 레벨에서의 방법론과는 다르게 시스템 공학의 프로세스를 활용하여 요구분석과 기능분석이 고장과 연계될 수 있도록 유도하는 방법론을 제시하고자 한다. FSR을 브레인스토밍을 통한 체계적으로 구성되지 못하는 문제점[14]이나 과거 경험에 의존한 데이터 확보를 주장하는 기존 연구에 대해, 본 연구가 꼭 필요한 방법론을 제시할 것이며, ISO 26262를 만족하기 위한 수행 방법론의 핵심이다.
여기서 본 연구의 핵심적 내용인 기능분석도(Functional Block Diagram; FBD), FTA, FMEA가 수행되어야 TSR이 명확하게 도출될 수 있다. 특히 본 연구의 핵심적인 항목은 FBD-FTA-FMEA의 연계성을 통한 TSR의 명확한 도출의 방법론을 제시하는 것이다.

가설 설정

5) 도출된 FMEA의 검증항목과 TSR의 항목이 비교되면 안전 분석/검증의 단계가 마무리된다.

제안 방법

1) [Fig. 8]을 통해 시스템 및 서브 시스템의 사례인 ABS와 ABS Module을 표현하고, 기능분석을 위한 부품 구성도를 연계된 입/출력 부품과 구분하여 추가하였다. ABS 시스템의 기능분석의 수행은 자체 수준의 기능 분석은 물론, 서브 시스템인 Valve Block, Motor, ECU 등의 Organization 수준의 하부 단계에 입력될 요구사항으로서의 ABS 시스템 기능분석을 수행하는 것이 또 하나의 목적이 될 수 있다.
개발된 안전 분석 프로세스가 적용된 ABS 제동시스템의 사례를 제시한다.
구체적인 설계 방법이나 하드웨어와 소프트웨어 개발 방식에 대해서는 명확하게 표현되어 있지 않으며, 제품 개발 조직 내에서 개발 가이드라인이 반드시 필요한 조건이라고 기술되어 있다[16]. 또한 핵심 내용인 고장을 누락 없이 정의하는 것이 명확해야 함을 인지하여, 시스템 공학 이론을 이용한 개발 가이드라인을 제시하기 위해 [Fig. 6]과 같은 실행 프로세스를 제시하고, 그 방법론을 연구하여, 세부 실행 방법을 설명하고, 사례를 제시하였다.
시스템 공학의 CDR(Critical Design Review; 제시된 도면에 따라 제품이 제작되고 위험이 검토됨을 증명하는 생산보증 게이트[13])에 해당하고, V-모델 기반 ISO 26262 Part4(Product development at the system level)의 안전 분석/검증 방법인, 시스템 FMEA의 작성 프로세스를 도출한다. 이는 선행연구 들을 통해 접근하였던 단일 레벨에서의 방법론과는 다르게 시스템 공학의 프로세스를 활용하여 요구분석과 기능분석이 고장과 연계될 수 있도록 유도하는 방법론을 제시하고자 한다.
시스템 설계 검증/분석의 방법인 FMEA는 ISO 26262 표준의 모태인 VDA P/P의 요구사항을 명확히 반영하여야 하며, 이를 위한 시스템 공학 프로세스를 이용한 자동차 시스템의 전 수명주기별 관점 그리고 동시에 계층적 관점에서 요구사항분석-기능분석-고장형태 영향분석 활동을 연계하여, ISO 26262를 만족하는 요구사항 분석/검증의 방법을 제시한다. 본 연구를 통한 결과가 ISO 26262를 만족하기 위한 수행 방법론의 핵심이 될 것이다.
이상과 같이 설명한 본 논문에서 제시하는 ISO 26262 만족을 위한 안전 분석/검증 프로세스와 구체적인 방법론들은 다음의 실제 자동차 개발 시 적용된 사례를 통해 검증했다.
제3장에서는 시스템 공학 프로세스에 기반하여 개발된 기능안전을 위한 안전 분석/검증 프로세스를 정의하고, 단계별 수행 활동을 설명 하였다. 제 4장에서는 개발된 프로세스 모델을 자동차 ABS 시스템의 기능안전 검증 사례에 적용하여 연구결과의 검증을 수행 하였다. 마지막 제5장에서는 본 연구에서의 기여와 향후 연구수행 방향을 정리하였다.

성능/효과

1) FSC와 FSR은 ISO 26262 Part3 Concept phase의 활동이며, 이는 시스템 수준의 제품개발 이전에 해당된다. 따라서 차량 기준의 안전목표가 FSC로 표현될 것이며, 시스템을 구성하는 서브 시스템의 기능으로 할당되는 FSR이 도출될 것이다.
1) 기능분석 단계의 개념이 연계될 FSC와 FSR을 도출하고, TSR의 초기 개념을 도출한다.
2) ISO 26262에서 DIA를 통해, FSC를 기반으로 도출된 TSC가 협력사에 전달된다고 하나, 실제 TSC는 개념적인 사항으로 구체적인 TSR이 도출되어야 의미가 있는 개념이 된다. 여기서 본 연구의 핵심적 내용인 기능분석도(Functional Block Diagram; FBD), FTA, FMEA가 수행되어야 TSR이 명확하게 도출될 수 있다.
2) 물리적 정의 단계의 개념이 적용될 기능/부품 분석도를 이용한 기능이 적용될 부품 체계를 구축한다. 여기서 TSR의 세부 항목이 결정될 수 있으며, TSC 또한 명확해질 수 있다.
3) 기능분석도가 만들어지면, 고장을 도출하기 위한 전환을 수행하는데, 고장은 기능이 안 되는 것을 의미하는 것이다. 따라서 기능분석도의 입/출력 및 분석 대상의 기능을 FTA의 형태로 정리하는데, 고장의 레벨을 맞추는 것이 필수이다.
4) FTA 결과물과 연계된 검증항목을 추가한 FMEA를 완성한다.
5) FMEA의 현 설계관리(검증) 항목이 TSR 항목과 일치하면 요구사항 검증이 되며, TSR이 제대로 도출되었는지를 확인할 수 있거나 역으로 TSR을 도출하여 FSR과 연계성을 확인함으로서 ISO 26262의 요건을 만족할 수 있다. 이 TSR이 실제 부품 협력업체에서 수행하는 설계구상서 안에 포함되어 있고, 이 과정을 시스템 공학에서는 CDR이라 한다.
5) 이 검증 항목의 전체는 도면과 고객요구사항에 있어야하며 이것이 설계검증 결과인데, 기능안전 측면에서는 TSR과 일치되어야 함을 의미한다.
2) ISO 26262에서 DIA를 통해, FSC를 기반으로 도출된 TSC가 협력사에 전달된다고 하나, 실제 TSC는 개념적인 사항으로 구체적인 TSR이 도출되어야 의미가 있는 개념이 된다. 여기서 본 연구의 핵심적 내용인 기능분석도(Functional Block Diagram; FBD), FTA, FMEA가 수행되어야 TSR이 명확하게 도출될 수 있다. 특히 본 연구의 핵심적인 항목은 FBD-FTA-FMEA의 연계성을 통한 TSR의 명확한 도출의 방법론을 제시하는 것이다.
이상의 사례 분석을 통해 표준의 내용에 포함되지 않은 수행 방법론의 모호성으로 인해 공학적으로 필요치 않은 활동들이 수행될 가능성을 줄이기 위해 사례 분석을 추가하여 명확히 방법론의 효과를 설명하였다.

후속연구

1) FSC와 FSR은 ISO 26262 Part3 Concept phase의 활동이며, 이는 시스템 수준의 제품개발 이전에 해당된다. 따라서 차량 기준의 안전목표가 FSC로 표현될 것이며, 시스템을 구성하는 서브 시스템의 기능으로 할당되는 FSR이 도출될 것이다. 이 단계에서의 활동은 자동차 전체 영역을 범위로 분석될 대상에 대한 다른 시스템의 상호관계를 고려하여 분석되어야 하나, 사실상은 Organization 수준의 전문 업체 들이 자동차를 대행하여 분석/제출하고 승인받는 형태를 취하므로, 자동차 전체를 고려한 결과물이 아닌 경우들이 많아 출발 단계에서부터 분석 데이터의 리스크를 가진다고 볼 수 있다.
시스템 설계 검증/분석의 방법인 FMEA는 ISO 26262 표준의 모태인 VDA P/P의 요구사항을 명확히 반영하여야 하며, 이를 위한 시스템 공학 프로세스를 이용한 자동차 시스템의 전 수명주기별 관점 그리고 동시에 계층적 관점에서 요구사항분석-기능분석-고장형태 영향분석 활동을 연계하여, ISO 26262를 만족하는 요구사항 분석/검증의 방법을 제시한다. 본 연구를 통한 결과가 ISO 26262를 만족하기 위한 수행 방법론의 핵심이 될 것이다.
실무적으로 필요한 부분에 더 많은 연구의 노력을 들이고자 하였다. 향후에는 ISO 26262 기능안전의 배경 지식인 운영환경에 내재하는 기존의 위험과 시스템 오류로 인해 생성된 위험[18]에 대해 더 세부적으로 연구를 수행하여, 세계 자동차사 들이 추진하는 ISO 26262 기능안전을 위한 효과적 수행을 위해 기여토록 하겠다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	시스템 공학 프로세스와 안전 공학 프로세스의 단계를 정의하고 두 프로세스의 연관관계와 출력물을 정의를 한 인물은 누구인가?	그리고, H. Aboutaleb, M. Bouali, M. Adedjouma, and E. Suomalainen(2012)는 시스템 공학 프로세스와 안전 공학 프로세스의 단계를 정의하고 두 프로세스의 연관관계와 출력물을 정의하였다[9]. 이 출력물의 두 가지가 FMEA와 FTA로 시스템 개발 프로세스와 연계된 안전 활동의 개별적 두 출력물로 존재한다.
	기능 안전성 요구사항인 ISO 26262 은 어떤 표준인가?	자동차 개발사를 중심으로 한 대표적인 두 영역이 북미와 유럽이며, 한국과 유럽의 자유무역협정 체결로 인해 유럽 자동차 개발사와 시장이 한국의 자동차사와 자동차 부품사에게 점점 더 중요한 고객으로 자리 매김하고 있다. 유럽 자동차 개발 주체의 중심에 독일 VDA(Verband Der Automobilindustrie; 자동차 산업 협회)가 있으며, 최근의 기능 안전성 요구사항인 ISO 26262 또한 VDA P/P(Project Plan)을 기반으로 한 계획된 표준이다[1]. VDA Band 2 Quality management in the Automotive Industry[2] 상에 [Fig.
	본 연구의 유용성은 기계와 전자부품이 함께 사용되는 기능안전 대상부품에 있는 이유는 무엇인가?	특히 기능안전을 필요로 하는 대상의 한 부분은 전자부품이며 이 경우 FMEDA(Failure Modes Effects and Diagnostic Analysis)를 사용할 수 있는 것은 부품의 데이터베이스가 구축되어 있기 때문이다. 하지만 이 방법의 근본적 문제는 기계적 구성요소에 대한 데이터베이스가 부족하다는 것이다[17]. 따라서 본 연구의 유용성은 기계와 전자부품이 함께 사용되는 기능안전 대상부품에 있다.

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