[논문]SysML을 활용한 기능안전 기반의 위험원 분석 방법

정호전; 이재천

doi:10.12812/ksms.2014.16.1.79

문제 정의

위험원의 분석은 대상 시스템을 체계적으로 분석하여 얻는 정보가 매우 중요하게 활용되기 때문에 SysML을 활용함으로써 위험원 분석에 이용될 정보들을 효과적으로 얻을 수 있다. 또한 본 연구에서는 시스템의 구성요소들 간의 인터페이스 상에서 발생할 수 있는 위험원의 분석을 수행하고자 하는데 SysML 다이어그램들을 활용하여 대상 시스템을 분석하여 구성요소들 간의 인터페이스의 식별을 수행 할 수 있으며, 이를 바탕으로 인터페이스 위험원의 식별이 가능하다.
상위 선행연구 분석을 통해 안전 확보를 위한 위험원 분석단계의 중요성에 대해서 인지하였다. 또한 현대의 시스템에 대하여 기능안전표준을 충족시키기에는 재의 위험원 분석 방법으로는 부족함이 있으며 이를 개선 보완하기 위해 기능중심의 위험원 분석 및 SysML의 활용에 대한 필요성에 대해서 제시하였다. 이를 위해 시스템 공학 기반의 위험원 분석의 필요성을 제시하였다.
본 논문에서는 대상 시스템에 대한 안전을 확보하기 위해 기능안전표준에서 명시하고 있는 기능중심의 위험원 분석방법에 대한 연구를 수행하였다. 기능중심의 위험원 분석을 위해 시스템을 분석하는 과정에서 SysML을 활용한 모델링 결과를 활용했다.
본 논문에서는 상위수준에서부터 Top-down 접근을 통한 기능분석을 수행하고 이를 바탕으로 위험원의 식별을 수행하며 또한 SysML을 활용하여 기능들 간의 인터페이스를 분석하여 인터페이스 상에서 발생할 수 있는 위험원에 대해서도 분석이 가능하도록 하였다.
이를 위해 시스템 공학 기반의 위험원 분석의 필요성을 제시하였다. 시스템의 상위수준에서부터 체계적인 위험원 식별을 수행하고 이 때 SysML을 활용하여 대상 시스템을 분석하여 위험원 분석을 수행하는 것이 본 논문의 연구 목표라 할 수 있다.
또한 현대의 시스템에 대하여 기능안전표준을 충족시키기에는 재의 위험원 분석 방법으로는 부족함이 있으며 이를 개선 보완하기 위해 기능중심의 위험원 분석 및 SysML의 활용에 대한 필요성에 대해서 제시하였다. 이를 위해 시스템 공학 기반의 위험원 분석의 필요성을 제시하였다. 시스템의 상위수준에서부터 체계적인 위험원 식별을 수행하고 이 때 SysML을 활용하여 대상 시스템을 분석하여 위험원 분석을 수행하는 것이 본 논문의 연구 목표라 할 수 있다.

제안 방법

3장에서 제시한 SysML을 활용한 위험원 분석방법에 따라 철도시스템에 대한 위험원 분석을 수행했다. 먼저 시스템 정의를 통해 대상시스템의 요소를 식별하였다.
4.1절에서 정의한 철도 제어시스템의 대한 정의를 바탕으로 철도 제어시스템에 대한 위험원 분석을 수행하였다. 이를 위해 철도 제어에 대한 Activity Diagram을 모델링 했다.
Activity Diagram에서 식별된 차량 출발에 대한 신호를 바탕으로 하여 차량 시작을 위한 제어기능들과 신호를 주고받는 과정에서 발생 가능한 위험원들을 식별 하였다.
Activity Diagram을 바탕으로 해서 차량의 속도제어에 수행되는 하부 기능들에서 발생 가능한 위험원에 대하여 식별하였고, 관제부와의 데이터 전송과정에서 발생 가능한 위험원도 식별하였다.
이후 현제 운행되고 있는 차량에 대한 실제 속도를 지속적으로 측정한다. 그 후 전송받은 제한 속도 값과 현재 측정되고 있는 실제 차량 속도 값 을 지속적으로 비교하며 비교한 결과가 현재 속도가 제한속도 값보다 높을 경우 브레이킹을 수행하고 제한 속도 값 보다 낮을 경우엔 지속적으로 현재 운행속도에 대한 모니터링을 수행한다.
본 논문에서는 대상 시스템에 대한 안전을 확보하기 위해 기능안전표준에서 명시하고 있는 기능중심의 위험원 분석방법에 대한 연구를 수행하였다. 기능중심의 위험원 분석을 위해 시스템을 분석하는 과정에서 SysML을 활용한 모델링 결과를 활용했다.
먼저 시스템 정의를 통해 대상시스템의 요소를 식별하였다. 다음으로 기능분석을 통한 철도차량 운전실 위험원 식별을 수행했다. 이를 통해 기능안전표준에서 지향하는 기능중심의 위험원 식별을 달성했다.
다음으로 철도 시스템이 출발한 후의 차량 속도제어에 관한 Activity Diagram을 모델링 했다. [Figure 7] 속도 제어에 관한 Activity Diagram을 분석하면 차량의 속도 제어를 위해서는 먼저 관제부로부터 현재 달리고 있는 선로에서의 제한속도 값을 전송받는다.
이때는 두 가지 방향으로 접근하게 되는데 먼저 식별된 기능에 대하여 Activity Diagram을 통해 거동분석을 하여 기능 수준에서의 위험원 분석을 수행한다. 두 번째로는 구성요소들간의 인터페이스 상에서 발생 가능한 위험원을 분석하기 위해서 Block Definition Diagram을 활용하여 Interface를 식별하고 이에 대한 위험원 분석을 수행한다.
또한 Activity Diagram을 통해서 시스템의 시나리오를 분석하였다. 이는 시스템의 개발초기에 PHA를 수행하기 위함으로써 Activity Diagram을 활용한 시나리오 분석을 통해 시스템의 운용상에서 발생 가능한 위험원의 분석이 가능하다.
이를 위해 철도 제어에 대한 Activity Diagram을 모델링 했다. 먼저 [Figure 6]와 같이 철도차량의 운행을 시작할 때의 제어에 대하여 Activity Diagram을 구현했다. 이를 바탕으로 하여 철도차량을 출발할 때의 시나리오를 파악할 수 있다.
SysML은 여기서 효과적인 기능분석을 수행하기 위해 활용된다. 본 연구에서는 SysML의 여러 Diagram들 중 Activity Diagram과 Block Definition Diagram을 활용하여 기능분석을 수행 하였다. Block Definition Diagram은 Block과 Block간 관계를 정의하기 위한 Diagram이다[10].
PHA의 경우 대상 시스템을 운용관점에서 분석하여 고장 시나리오 분석을 수행한다. 시나리오 분석을 통해서 대상 시스템이 운용되는 과정에서 발생 가능한 고장을 분석하여 그에 대한 위험원을 식별하는 과정을 수행하여 위험원 분석을 수행한다. PHA는 시스템 설계의 초기에 시스템의 운용개념이 정해지면 그것을 바탕으로 시나리오를 구성하여 위험원 분석에 활용한다.
시스템을 정의하고 시스템에 대한 요구사항을 식별하고 요구사항을 충족시키기 위한 기능을 식별한 후 이에 대해 SysML을 활용한 모델링을 통해 거동분석을 수행함으로써 기능안전표준에서 명시하고 있는 기능중심의 위험원 분석이 가능하다. 또한 SysML을 활용함으로써 개별 기능뿐만 아니라 기능간의 관계에 대해서도 분석이 가능함으로써 인터페이스 상에서 발생 가능한 위험원도 식별 가능 하다.
속도 제어를 위해 필요한 기능에는 실제 차량 운행속도 측정, 차량 운행속도와 제한 속도 비교, 관제부와의 속도 값 송수신 기능 등이 필요하다. 식별된 기능들에서 발생 가능한 위험원들을 식별하였고, 이로 인해 발생 가능한 위험에 대하여 Deviation으로 식별하여 Hazard List를 작성했다.
그 다음으로 System Hazard Analysis를 수행하여 대상 시스템의 기능상의 위험원을 식별하게 된다. 이때는 두 가지 방향으로 접근하게 되는데 먼저 식별된 기능에 대하여 Activity Diagram을 통해 거동분석을 하여 기능 수준에서의 위험원 분석을 수행한다. 두 번째로는 구성요소들간의 인터페이스 상에서 발생 가능한 위험원을 분석하기 위해서 Block Definition Diagram을 활용하여 Interface를 식별하고 이에 대한 위험원 분석을 수행한다.
현재 중요성이 점차 강조되고 있는 기능안전의 달성을 위해 기능중심의 위험원 분석을 수행하기 위해 SysML을 활용하여 시스템을 분석하여 그 결과를 위험원 분석에 활용한다. 이를 바탕으로 구조화된 기능 식별을 통해 개별 기능의 오류로 인한 위험뿐만 아니라 기능간의 상호작용에 의한 위험 또한 식별하여 대응할 수 있도록 한다. 본 논문에서 제시하고 있는 연구 개념은[Figure 3]와 같다.
1절에서 정의한 철도 제어시스템의 대한 정의를 바탕으로 철도 제어시스템에 대한 위험원 분석을 수행하였다. 이를 위해 철도 제어에 대한 Activity Diagram을 모델링 했다. 먼저 [Figure 6]와 같이 철도차량의 운행을 시작할 때의 제어에 대하여 Activity Diagram을 구현했다.
차량 제어중 배터리 제어와 차량 속도 제어 및 그 하부 구성요소에 대해 식별하였다. 이를 활용하여 SHA를 수행하는데 있어서 대상 시스템을 구조적으로 파악하고 구성요소간의 관계를 파악하여 위험원의 분석을 수행 하였다.
이와 같이 SysML에서 지원하는 여러 Diagram을 시스템의 분석에 활용함으로써 그 결과를 바탕으로 PHA 와 SHA를 수행하였다.
이는 시스템의 개발초기에 PHA를 수행하기 위함으로써 Activity Diagram을 활용한 시나리오 분석을 통해 시스템의 운용상에서 발생 가능한 위험원의 분석이 가능하다. 즉 Activity Diagram은 PHA를 수행하기 위한 시나리오 분석과 SHA를 수행하기 위한 거동분석에 활용하였다.
[Figure 5]는 차량 제어시스템에 대한 Block Definition Diagram의 일부이다. 차량 제어중 배터리 제어와 차량 속도 제어 및 그 하부 구성요소에 대해 식별하였다. 이를 활용하여 SHA를 수행하는데 있어서 대상 시스템을 구조적으로 파악하고 구성요소간의 관계를 파악하여 위험원의 분석을 수행 하였다.
[Table 1]은 철도차량의 출발 제어 시에 발생하는 위험원에 대하여 식별한 것이다. 차량의 출발제어에 수행되는 기능들을 식별하고 기능상에서의 위험원 식별하였고 이로 인해 발생 가능한 위험에 대하여 Deviation으로 식별하였고, 그 결과를 Hazard List에 작성했다. 이를 기반으로 차량 출발제어 시에 기능오류로 인해 발생 가능한 위험원을 식별하였고, 향후 이에 대한 대응책을 구성함으로써 위험에 대비 할 수 있다.

데이터처리

시스템을 분석하는 과정에서 SysML Diagram을 활용하였고 그 결과를 기능분석 및 시나리오 분석에 활용하여 시스템의 위험원을 분석했다. 이는 기존의 위험원 식별 기법들인 FMEA나 HAZOP등이 하위 수준에서 부터의 위험원 분석인 것과는 달리 상위수준에서부터의 체계적인 시스템 분석 과정의 결과로써 얻어진 위험원 분석결과 이다.

이론/모형

이는 기능분석을 수행하기 전에 대상 시스템에 대한 정의를 명확히 하는 과정에서 활용하였다. 대상 시스템을 Block Definition Diagram으로 분석함으로써 대상 시스템의 구성요소와 구성요소간의 관계를 식별할 수 있다. 또한 Block Definition Diagram을 활용하여 기능들 간의 Interface를 분석하여 인터페이스 상에서 발생 할 수 있는 위험원에 대해서도 분석이 가능하다.
시스템은 단일 기능으로 구성된 것이 아니라 다양한 기능이 포함되어 있고, 이들 기능간의 무수한 상호작용으로 시스템의 운용이 된다. 따라서 개별 기능에 대한 위험원 분석뿐만이 아니라 기능들 간의 인터페이스 상에서의 위험원 분석의 중요성이 커지고 있으며 본 연구에서는 이를 SysML Diagram을 활용하여 수행하였다.
본 연구에서는 Activity Diagram을 기능분석에 활용하였다. 요구사항을 바탕으로 기능들을 식별한 후에 기능들의 순서와 상호 관계 등을 포함하는 기능에 대한 거동분석을 하는데 Activity Diagram을 활용 하였다.
본 연구에서는 Activity Diagram을 기능분석에 활용하였다. 요구사항을 바탕으로 기능들을 식별한 후에 기능들의 순서와 상호 관계 등을 포함하는 기능에 대한 거동분석을 하는데 Activity Diagram을 활용 하였다. 이는 기능안전표준에서 지향하는 기능중심의 위험원 분석을 보다 체계적으로 수행 할 수 있도록 해준다.
또한 Block Definition Diagram을 활용하여 기능들 간의 Interface를 분석하여 인터페이스 상에서 발생 할 수 있는 위험원에 대해서도 분석이 가능하다. 즉 Block Definition Diagram은 위험원 분석을 수행하기 위한 시스템의 정의과정과 SHA의 수행과정에서 Interface의 분석에 활용하였다.
현재 중요성이 점차 강조되고 있는 기능안전의 달성을 위해 기능중심의 위험원 분석을 수행하기 위해 SysML을 활용하여 시스템을 분석하여 그 결과를 위험원 분석에 활용한다. 이를 바탕으로 구조화된 기능 식별을 통해 개별 기능의 오류로 인한 위험뿐만 아니라 기능간의 상호작용에 의한 위험 또한 식별하여 대응할 수 있도록 한다.

성능/효과

기능 분석과정에서 SysML을 활용함으로써 개별 기능에 대한 위험원뿐만이 아니라 기능간의 인터페이스 상에서 발생 가능한 위험원들 또한 식별이 가능하였다. 이를 통해 기능안전표준에서 제시하고 있는 시스템 수준에서의 기능안전의 달성이 가능하다.
기능안전규격들은 기능안전의 달성을 위해 위험원 분석을 수행하라고 제시하고 있지만 상세한 방법론은 제시하지 않고 있다. 본 논문에서 제시하고 있는 SysML을 활용한 기능 중심의 위험원 분석을 통해 기능 안전 규격에서의 기능안전을 달성 할 수 있다. 향후 기능 중심의 위험평가 까지를 고려하여 시스템 수준에서의 기능 중심의 위험원 분석 전체 활동을 수행 하는 것에 대한 연구를 수행 할 필요가 있다.

후속연구

차량의 출발제어에 수행되는 기능들을 식별하고 기능상에서의 위험원 식별하였고 이로 인해 발생 가능한 위험에 대하여 Deviation으로 식별하였고, 그 결과를 Hazard List에 작성했다. 이를 기반으로 차량 출발제어 시에 기능오류로 인해 발생 가능한 위험원을 식별하였고, 향후 이에 대한 대응책을 구성함으로써 위험에 대비 할 수 있다.
이와 같이 시스템 설계 초기 단계부터 PHA, SHA를 수행함으로써 미리 위험원의 식별이 분석이 이뤄지게 되면, 향후 설계 과정 및 운용단계에서 발생 가능한 고장 및 오류에 대한 대응을 적절하게 수행할 수 있게 된다.
본 논문에서 제시하고 있는 SysML을 활용한 기능 중심의 위험원 분석을 통해 기능 안전 규격에서의 기능안전을 달성 할 수 있다. 향후 기능 중심의 위험평가 까지를 고려하여 시스템 수준에서의 기능 중심의 위험원 분석 전체 활동을 수행 하는 것에 대한 연구를 수행 할 필요가 있다.

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	SysML이란 무엇인가?	위험원의 분석을 위해 시스템을 분석하는데 있어서 SysML을 활용하여 효과적인 위험원의 분석을 수행 할 수 있다. SysML은 시스템 모델링 언어로써 시스템을 구현할 때 효과를 발휘하는 모델링 언어의 일종이다. SysML은 시스템의 사양화, 분석, 설계, 타당성 확인/검증을 위해 사용 할 수 있고, 현재 자동차, 항공우주, 통신 분야 등에서 광범위하게 활용 되고 있다.
	위험원 분석이란 무엇인가?	이처럼 중요시되고 있는 안전의 확보를 위해 제시되고 있는 많은 표준규격에서 안전을 위한 첫걸음으로 제시하고 있는 것이 위험원 분석(Hazard Analysis)과정이다. 위험원 분석은 시스템에 내재되어 있는 위험원들을 식별하고, 향후 위험원에 의해 발현될 위험들을 미리 예상하고 평가하여, 이에 대한 대응을 수립하는 것을 포함하는 과정이다. 안전관련 표준에서는 위험원 분석을 시스템 개발의 초기에 수행함으로써 목표로 하는 안전수준에 도달 할 수 있다고 제시하고 있다.
	System Hazard Analysis를 수행하여 대상 시스템의 기능상의 위험원을 식별하는데 있어 두가지 접근방법은?	그 다음으로 System Hazard Analysis를 수행하여 대상 시스템의 기능상의 위험원을 식별하게 된다. 이때는 두 가지 방향으로 접근하게 되는데 먼저 식별된 기능에 대하여 Activity Diagram을 통해 거동분석을 하여 기능 수준에서의 위험원 분석을 수행한다. 두 번째로는 구성요소들간의 인터페이스 상에서 발생 가능한 위험원을 분석하기 위해서 Block Definition Diagram을 활용하여 Interface를 식별하고 이에 대한 위험원 분석을 수행한다.

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
저장형식	Text(ASCII format) Excel format RefWorks Direct Export RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format

연합인증

SysML을 활용한 기능안전 기반의 위험원 분석 방법
On a Hazard Identification Method Based on Functional Safety and SysML 원문보기

Abstract ▼ AI-Helper

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

문제 정의

제안 방법

데이터처리

이론/모형

성능/효과

후속연구

질의응답

참고문헌 (10)

이 논문을 인용한 문헌

저자의 다른 논문 :

연구과제 타임라인

관련 콘텐츠

원문 보기

원문 URL 링크

오픈액세스(OA) 유형

연관된 기능

이 논문과 함께 이용한 콘텐츠

AI-Helper ※ AI-Helper는 오픈소스 모델을 사용합니다.

선택된 텍스트

연합인증

SysML을 활용한 기능안전 기반의 위험원 분석 방법 On a Hazard Identification Method Based on Functional Safety and SysML 원문보기

Abstract ▼ AI-Helper

주제어

AI 본문요약 엑셀 다운로드 AI-Helper

문제 정의

제안 방법

데이터처리

이론/모형

성능/효과

후속연구

질의응답

참고문헌 (10)

이 논문을 인용한 문헌

저자의 다른 논문 :

정호전 (6) 이재천 (102)

연구과제 타임라인

전체(0) 논문(0) 특허(0) 보고서(0)

전체(0) 논문(0) 특허(0) 보고서(0)

관련 콘텐츠

원문 보기

원문 URL 링크

오픈액세스(OA) 유형

연관된 기능

이 논문과 함께 이용한 콘텐츠

AI-Helper ※ AI-Helper는 오픈소스 모델을 사용합니다.

선택된 텍스트

SysML을 활용한 기능안전 기반의 위험원 분석 방법
On a Hazard Identification Method Based on Functional Safety and SysML 원문보기

AI 본문요약
AI-Helper