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문제 정의
- 본 ILS M&S 도구의 개발목적은 OO유도무기체계의 수명주기 간 배치, 저장, 운용, 검사, 고장, 정비, 보급 등 제반 군수지원활동을 모의하여 무기체계의 RAM 성능을 예측하고 시뮬레이션 결과를 활용하여 최적 ILS 요소의 개발을 지원하기 위함이다.
- 본 논문에서는 M&S 기법을 활용하여 OO유도무기체계의 배치 시부터 폐기 시까지의 저장, 운용, 고장발생, 정비 등 제반 군수지원활동을 모의함으로써 OO체계의 수명주기 동안의 RAM특성 예측 및 군수지원성 분석을 위한 시뮬레이션 모델의 개발과정을 제시하고자 한다.
- 본 논문에서는 OO체계의 ILS M&S도구 개발을 위한 모델의 목적 설정, 관련 정보 수집 및 분석, 모델링 설계, 시뮬레이션 구현까지 일련의 개발과정을 제시하였다.
가설 설정
- 11) 정비/보급 부대별 가용한 자원(인력, 지원장비, 수리부속)은 상이하다.
- 2) 정비계단은 장비에 따라 이원화 되어 적용된다. 유도탄은 탄약정비체계를 적용하며 발사장비/거치대는 일반적인 전자/기계장비의 정비체계를 따른다.
- 4) 각 구성품은 정비가 가능한 최소 정비계단이 있으며 해당계단으로 이동하여 정비된다.
- 6) 부대와 부대 간에 장비 및 수리부속이 이동할 때 이동시간이 소요된다.
제안 방법
- 1) 부대, 야전, 창의 3계단 정비를 기본으로 하며 장비에 따라 정비계단이 상이한 특성을 반영하여 유도탄의 정비계단과 발사장비 및 거치대의 정비계단을 Fig. 2와 같이 이원화하였다.
- 2) 정비부대의 개체는 사용자가 직접 구성함으로써 Fig. 3과 같이 부대 특성에 따라 일정하지 않고 비대칭적인 정비부대의 구조를 반영하도록 설계하였다.
- 7) 재고정책은 재주문점을 사용자가 융통성 있게 설정할 수 있도록 SIMLOX와 같이 (s, S) 재고정책을 적용하였다.
- 8) 시간과 관련된 입력값은 4가지 주요 확률분포(정규, 지수, 대수정규, 와이블) 및 모수를 선택 입력할 수 있도록 설계한다.
- 8) 주기점검은 현실을 반영하여 점검주기에 도래하면 지정한 샘플링 비율을 고려, 지정한 횟수만큼 수량을 분할하여 점검할 수 있도록 하였다.
- 9) RAMsim과 마찬가지로 정비부대의 인력, 지원장비, 수리부속을 입력할 수 있도록 하였으며 직접교환품목, M/F 장비 적용이 가능하도록 하였다.
- ILS M&S의 개발범위, 방향을 구체화하기 위해서 시뮬레이션 모델의 목적을 설정하고, 모의하고자 하는 대상 체계에 대한 분석, 유사 상용 시뮬레이션 S/W에 대한 자료 수집 및 분석을 통해 모델링 설계의 방향을 구상하였다.
- ILS M&S의 분석 대상이 되는 OO유도무기체계 특성을 장비의 구조적 특성, 정비/지원 체계의 특성, 운용 시나리오 특성으로 구분하여 분석하였다.
- 단일 OO체계는 n개의 유도탄과 1개의 발사장비 및 거치대로 구성되므로 이를 반영하여 전체 OO체계의 가용도 산출 시 유도탄의 기준 가용수를 설정할 수 있도록 하고 주기교환품목 설정이 가능하도록 하였다. 구성품 별 고유의 저장 신뢰도와 운용 신뢰도를 구분하여 반영할 수 있도록 하고 운용 신뢰도는 운용 시나리오와 연결되어 체계가 운용 중일 경우는 운용신뢰도의 적용을 받아 고장이 발생하도록 하였다.
- 둘째, OO 유도무기체계의 정비, 보급 및 운용 등 유지보수지원체계 정보를 입력하여 정비자원(인력, 지원장비, 수리부속), 정비시간, 대기시간 등을 예측 가능한 시뮬레이션을 구현한다.
- 본 논문에서는 M&S 기법을 활용하여 OO유도무기체계의 배치 시부터 폐기 시까지의 저장, 운용, 고장발생, 정비 등 제반 군수지원활동을 모의함으로써 OO체계의 수명주기 동안의 RAM특성 예측 및 군수지원성 분석을 위한 시뮬레이션 모델의 개발과정을 제시하고자 한다. 또한 개발 모델은 OO유도무기체계의 특성을 반영하며 기존의 시뮬레이터의 기능을 발전시켜 현실세계의 다양한 고려사항들을 더욱 상세히 모의할 수 있도록 하였다.
- 입력된 운용 시나리오의 운용주기, 운용시간, 운용할 때 가동되는 체계의 수, 참여하는 부대 등의 세부사항을 설정하여 실제 현실을 반영할 수 있도록 설계하였다. 또한 최하위 단계인 기능과 직접관련이 있는 구성품 설정할 수 있도록 하여 해당 기능이 수행되는 시뮬레이션 시간 동안에는 관련된 구성품은 저장상태의 고장율이 아닌 운용상태의 고장율을 적용받도록 하였다. 따라서 유도탄처럼 장기간 탄약고에 저장/보관되는 장비 및 구성품의 경우는 시뮬레이션 기간 동안 저장상태의 고장율을 적용받게 할 수 있으며 발사장비 및 거치대와 같은 상시 운용하는 장비 및 구성품은 사용자가 입력한 시나리오에 따라 운용하지 않을 때는 저장상태의 고장율을 운용 중일 경우는 운용상태의 고장율을 적용받도록 할 수 있다.
- 셋째, 기존 ILS M&S S/W의 기능을 보완, 발전시키고 OO유도무기체계의 특성을 반영하며, 시뮬레이션 진행 및 결과를 그래프, 표 형태를 활용하여 표현한다.
- 장비를 신품과 같이 회복시키는 것이 완전수리, 고장직전의 상태로 회복시키는 것이 최소수리, 신품과 같진 않지만 현 상태보다 나은 상태로 회복시키는 것이 불완전 수리이다. 수리효과는 완전, 최소, 불완전 수리를 모두 포함할 수 있도록 정량화된 확률로 입력 하도록 설계 하였다.
- 시뮬레이션 결과를 나타내는 출력값은 RAM성능과 관련된 신뢰도, 가용도, 정비도 및 정비소요자원(인력, 공구, 수리부속, 지연시간)에 대한 항목들로 설정하고 다음과 같이 설계 하였다.
- 시뮬레이션 모델의 목적, 대상 체계의 특성 및 유사 시뮬레이션 S/W 기능을 분석한 결과를 바탕으로 다음과 같이 모델을 설계 하였다.
- 운용시나리오는 OO무기체계가 야전에 배치된 이후에 계획에 의하여 운용되는 시나리오이며 OO체계의 특성과 유사 S/W인 RAMsim의 특성을 참조하여 임무 - 운용업무 - 기능의 3단계로 구분하여 사용자가 직접 운용시나리오를 구조화하여 입력 시킬 수 있도록 설계하였다. 입력된 운용 시나리오의 운용주기, 운용시간, 운용할 때 가동되는 체계의 수, 참여하는 부대 등의 세부사항을 설정하여 실제 현실을 반영할 수 있도록 설계하였다.
- 이를 통해서 OO유도무기체계를 모의하기 위해 필요한 기능들을 식별하고, 기존의 유사 M&S 시뮬레이터의 모의기능을 분석하여 설계에 참조하였다.
- 운용시나리오는 OO무기체계가 야전에 배치된 이후에 계획에 의하여 운용되는 시나리오이며 OO체계의 특성과 유사 S/W인 RAMsim의 특성을 참조하여 임무 - 운용업무 - 기능의 3단계로 구분하여 사용자가 직접 운용시나리오를 구조화하여 입력 시킬 수 있도록 설계하였다. 입력된 운용 시나리오의 운용주기, 운용시간, 운용할 때 가동되는 체계의 수, 참여하는 부대 등의 세부사항을 설정하여 실제 현실을 반영할 수 있도록 설계하였다. 또한 최하위 단계인 기능과 직접관련이 있는 구성품 설정할 수 있도록 하여 해당 기능이 수행되는 시뮬레이션 시간 동안에는 관련된 구성품은 저장상태의 고장율이 아닌 운용상태의 고장율을 적용받도록 하였다.
- 첫째, OO 유도무기체계의 구조를 입력하고 하부 구성품의 신뢰도, 정비 및 운용관련 정보 등을 활용하여 체계의 RAM 성능 예측이 가능한 시뮬레이션을 구현한다.
- 체계구조 모델은 OO체계의 특성을 고려하여 Fig. 1과 같이 크게 유도탄, 발사장비, 거치대 세 종류의 장비를 기본으로 구성하고 그 하부 레벨의 구성품들은 사용자가 직접 트리구조를 구성하고, 확장이 가능하며 구성품별로 고장율 값, 정비 소요자원, 조달시간 등 기본적인 고유정보를 입력할 수 있도록 설계하였다.
이론/모형
- 시뮬레이션은 DEVS형식론[1]에 따른 모델구성 및 시뮬레이션 실행, 분석을 제공하는 C++로 개발된 DEVSim 어플리케이션을 활용하였다.
- 장비의 가용도 척도는 운용가용도(Ao)를 사용하며 시뮬레이션에서 산출되는 데이터를 이용하여 다음과 같은 수식으로 산출한다.[2]
성능/효과
- 1) 운용상태와 저장상태를 구분할 경우 운용을 할 때 무기체계는 신뢰도 측면에서 저장상태보다 더욱 가혹한 환경에 노출된다.
- 1) 운용시나리오의 경우 SIMLOX는 주기 및 시간으로 설정할 수 있으며 RAMsim은 운용을 임무/운용형태/운용업무/기능설정의 4단계로 구분하여 입력 및 설정할 수 있다.
- 1) 정비계단은 부대, 야전, 창정비 3계단으로 구분된다.
- 12) 정비/보급 부대의 편제는 부대여건에 따라 비대칭적 구조를 가질 수도 있다.
- 2) OO체계를 구성하는 모든 각 구성품들은 고유한 고장율 값(확률적 수치)을 가지고 있으며 고장율을 기준으로 고장이 발생한다. 이를 통해 체계 전체의 신뢰도(MTBF)를 예측할 수 있다.
- 2) 정비부대에서 정비를 수행하기 위한 자원(인력, 공구, 수리부속)이 부족한 경우는 필요한 자원이 가용한 상태가 될 때까지 정비를 지연하고 대기한다.
- 2) 체계의 신뢰도구조 표현의 경우 SIMLOX은 Family Tree구조를 이용하여, RAMsim은 신뢰성블록도(RBD)를 이용하여 입력한다.
- 3) OO체계의 각 구성품은 고장 발생 및 식별 시 교환 또는 수리를 실시하며 이 때 필요한 시간, 인력, 지원장비(공구, 물자 등) 등은 각각 상이하다.
- 3) 고장발생분포 및 수리시간 분포는 확률분포를 적용하거나, 상수값을 적용하며 확률분포의 경우도 적용 가능한 분포의 종류가 서로 상이하다.
- 3) 교환이 완료된 고장상태의 구성품은 정비계단에서 정비를 수행한 후 동일한 수준의 보급부대에 저장한다.
- 3) 구성품에 고장이 발생하면 고장난 장비는 정비부대에 입고되어 정비가 수행되며 정비부대에서 정비를 위한 수리부속이 없으면 보급부대에 이를 청구한다.(단, 발사장비의 경우 이동정비를 우선 실시하며 불가 시 입고정비를 한다.
- 3) 임무에 참여하는 체계의 수, 임무를 수행하는 시간은 임무의 형태에 따라 다르다.
- 4) 각 구성품은 제조사로부터 조달에 필요한 고유한 조달시간을 가지며 구성품 중에는 배치 후 일정시기가 도래하면 무조건 교환해야하는 주기교환 품목이 존재한다.
- 4) 시뮬레이션 내에서 부대의 근무시간은 평일(월∼금) 일일 8시간이며 공휴일은 고려하지 않는다
- 4) 정비 및 보급체계의 경우 SIMLOX는 정비부대, 보급부대 분리가 되지 않고 정비/보급부대가 하나의 부대로 통합 적용된다.
- 4) 특정한 임무는 하위 업무 및 세부기능으로 계층화할 수 있으며 세부 기능에 따라 체계 전체에 영향을 줄 수도 있고 특정 구성품에만 영향을 줄 수도 있다. 예를 들면 ‘전술훈련’이라는 임무 하위에는 ‘관측/경계라’는 업무가 있고 그 하위에 ‘전원On’ 이라는 세부기능이 있다고 할 때 ‘전원On’이라는 세부 기능은 체계의 스위치, 배선, 전지, 전원모듈 등 일부 구성품들에 영향을 준다.
- 5) OO체계는 각 부대에 한 번에 동시에 배치되지 않으며 배치계획에 의해서 순차적으로 배치된다. 배치된 순서가 빠를수록 먼저 폐기수명에 도달한다.
- 5) 정비/보급/제조사에서 정비/보급/조달을 요청할 때는 행정시간이 소요된다.
- 5) 정비수준이 높은 고장이 있을 경우 현재 정비계단에서 정비가 가능한 구성품을 모두 정비한 후에 상위 정비계단으로 이동한다.
- 6) 유도탄은 일회성장비(One-shot device)로 평시 장기간 저장 상태로 보관되며 유사 시 1회 사용 후 폐기된다. 단, 일반 포탄과는 달리 유도탄은 내부에 다수의 전자부품을 포함한 고가의 일회성장비로 예방 정비 등 주기적인 검사를 통해서 장비의 고장여부를 점검한다.
- 6) 정비소요자원과 관련해서는 SIMLOX에서는 수리부속은 모의 가능하나 정비인력, 지원장비(치공구 등)는 모의되지 않으며 RAMsim에서는 정비인력, 지원장비, 수리부속 모두 모의가 가능하다.
- 7) 구성품을 정비하는 행위는 교환 또는 수리로 구별되며 수리를 시도하더라도 수리가 될 수도 있고 안 될 수도 있다. 수리가 안되면 교환을 실시한다.
- 7) 운용에 투입되는 유도탄, 발사장비, 거치대는 해당 운용부대에서 무작위로 선택한다.
- 7) 유도탄과 달리 발사장비와 거치대는 평시 운용부대에서 운용 및 관리하며 고장발생 시 운용 전/후 검사를 통해 즉각 식별이 가능하고 정비 후에는 재사용이 가능하다.
- 8) 보급부대에서는 재고량 관리정책에 따라 필요한 재고량을 유지한다.
- 9) 주기별로 야전정비 수준의 점검을 실시하며 운용가용도 및 비용을 고려하여 점검주기, 샘플링 비율, 주기점검 분할횟수는 장비별로 다르게 적용된다.
후속연구
- 구현된 ILS M&S 시뮬레이터는 유도무기체계의 특성과 현실의 다양한 변수 및 제약조건을 반영하여 실제 현상에 근접한 모의가 가능하며 기존의 RAMsim, SIMLOX의 기능을 보완, 발전시킨 모델로 OO체계의 RAM 특성 예측 및 군수지원성을 분석하는 측면에 기여할 것으로 판단된다.
- 구현된 ILS M&S 시뮬레이터는 유도무기체계의 특성과 현실의 다양한 변수 및 제약조건을 반영하여 실제 현상에 근접한 모의가 가능하며 기존의 RAMsim, SIMLOX의 기능을 보완, 발전시킨 모델로 OO체계의 RAM 특성 예측 및 군수지원성을 분석하는 측면에 기여할 것으로 판단된다. 또한 OO체계와 유사한 구조를 갖는 무기체계에 대한 종합군수지원요소 개발 시에도 확장 적용이 가능할 것이다.
- 추후연구과제로는 개발된 ILS M&S의 입력/출력 데이터와 연계한 비용분석, 최적 점검주기 산출, 최적 수리부속 산출 등과 같은 ILS 주요 이슈 해결을 위해 활용할 수 있는 모델의 개발, ILS M&S S/W에 대한 검증방안에 대한 연구, 시뮬레이션 결과를 활용하여 RAM목표값 설정등 실제의 다양한 문제에 활용하기 위한 방법 및 사례 연구 등이 있다.
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