안전중시 시스템의 체계적인 설계를 위한 시스템 설계 및 안전 분석 활동 모델의 통합 Model Integration of Systems Design and Safety Analysis Processes for Systematic Design of Safety-Critical Systems원문보기
고장으로 인한 사고 등으로 막대한 피해를 초래할 수 있어 안전성이 중요시 되는 시스템을 안전중시 시스템이라고 한다. 시스템의 대형화, 복잡도 증가 및 무인화 운영 등으로 인해서 안전 위해 요소가 증가하고 있기 때문에 안전성 확보는 국방 및 다양한 산업분야에서 중요한 문제가 되었다. 이러한 이유로 미 국방부와 IEC 등 국제표준기구 등에서는 안전 관련 표준을 만들어서 안전성 확보의 강조 및 시스템 설계와 안전성 분석의 연계를 제시하고 있다. 또한 많은 연구들에서 안전성 분석 활동이 반영된 시스템 설계 프로세스, 방법론 및 도구가 개발되고 있다. 하지만 현재까지 제시된 시스템 설계와 안전성 분석의 통합 프로세스는 각 계층 수준에 존재하는 시스템 설계 정보를 어떻게 활용하는지 명확하게 제시하지 하지 못했다. 그 결과, 체계적인 방식으로 위험원을 식별하는데 어려움이 따르게 되었다. 이와 같은 문제점을 해결하기 위해서 본 연구에서는 각 계층 수준의 시스템 설계 정보를 기반으로 위험원을 식별하여 안전성을 향상 시키고, 여러 산업 분야에 적용 가능한 시스템 설계와 안전성 분석 활동의 통합 모델을 생성했다. 통합 모델이 체계적으로 안전성 분석을 수행할 수 있는 것을 보여주기 위해서 자동차 시스템을 대상으로 적용한 연구결과를 제시하였다.
고장으로 인한 사고 등으로 막대한 피해를 초래할 수 있어 안전성이 중요시 되는 시스템을 안전중시 시스템이라고 한다. 시스템의 대형화, 복잡도 증가 및 무인화 운영 등으로 인해서 안전 위해 요소가 증가하고 있기 때문에 안전성 확보는 국방 및 다양한 산업분야에서 중요한 문제가 되었다. 이러한 이유로 미 국방부와 IEC 등 국제표준기구 등에서는 안전 관련 표준을 만들어서 안전성 확보의 강조 및 시스템 설계와 안전성 분석의 연계를 제시하고 있다. 또한 많은 연구들에서 안전성 분석 활동이 반영된 시스템 설계 프로세스, 방법론 및 도구가 개발되고 있다. 하지만 현재까지 제시된 시스템 설계와 안전성 분석의 통합 프로세스는 각 계층 수준에 존재하는 시스템 설계 정보를 어떻게 활용하는지 명확하게 제시하지 하지 못했다. 그 결과, 체계적인 방식으로 위험원을 식별하는데 어려움이 따르게 되었다. 이와 같은 문제점을 해결하기 위해서 본 연구에서는 각 계층 수준의 시스템 설계 정보를 기반으로 위험원을 식별하여 안전성을 향상 시키고, 여러 산업 분야에 적용 가능한 시스템 설계와 안전성 분석 활동의 통합 모델을 생성했다. 통합 모델이 체계적으로 안전성 분석을 수행할 수 있는 것을 보여주기 위해서 자동차 시스템을 대상으로 적용한 연구결과를 제시하였다.
In safety-critical systems (SCS), failure may result in accidents with serious damage to human beings and property. As systems become more complex and automated, the goal of acquiring safety has attracted increasing attention lately in the defense industry, as well as the rail, automotive, and aeros...
In safety-critical systems (SCS), failure may result in accidents with serious damage to human beings and property. As systems become more complex and automated, the goal of acquiring safety has attracted increasing attention lately in the defense industry, as well as the rail, automotive, and aerospace industries, among others. As such, the Department of Defense and international organizations have established appropriate standards and guidelines for systems safety and design. To this end, there has been research on the processes, methods, and associated tools for safety design. However, those results do not seem to sufficiently utilize system architectural information. The purpose of this paper is to provide a more systematic approach to SCS design. To better identify potential hazards, design information at each level of system hierarchy is exploited. Based on the results, an integrated process model was developed by combining the processes of system design and safety analysis. As a case study, the resultant integrated process model was applied to the safety design of an automobile system, which shows useful results for safety evaluation.
In safety-critical systems (SCS), failure may result in accidents with serious damage to human beings and property. As systems become more complex and automated, the goal of acquiring safety has attracted increasing attention lately in the defense industry, as well as the rail, automotive, and aerospace industries, among others. As such, the Department of Defense and international organizations have established appropriate standards and guidelines for systems safety and design. To this end, there has been research on the processes, methods, and associated tools for safety design. However, those results do not seem to sufficiently utilize system architectural information. The purpose of this paper is to provide a more systematic approach to SCS design. To better identify potential hazards, design information at each level of system hierarchy is exploited. Based on the results, an integrated process model was developed by combining the processes of system design and safety analysis. As a case study, the resultant integrated process model was applied to the safety design of an automobile system, which shows useful results for safety evaluation.
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제안 방법
1단계: 니즈, 운영개념 및 위험원 체크리스트를 기반으로 시스템 요구사항과 PHL 분석을 수행한다.
ISO 26262를 기반으로 위의 통합모델을 수정 및 변경하여 자동차 분야에 적용시킴으로써 통합 모델의 사례 연구를 진행했다.
먼저, 위험원, 위험 사건 및 위험 사건으로 인한 ASIL 평가 결과를 도출했다. 다음으로 위험 사건에 대한 ASIL 평가 결과를 기반으로 안전 목표를 도출했다. 마지막으로 “Avoiding unexpected acceleration”라는 안전 목표에 대해서 3개의 기능 안전 요구사항을 생성하고, 기능 안전 요구사항에 ASIL을 할당한 결과를 Table 2에 정리했다.
ASIL은 높을수록 리스크가 큰 것을 의미한다. 다음으로 위험 사건을 제거하거나 경감시킬 수 있도록 안전 목표를 설정하고, 기능 안전 요구사항을 도출한다. 마지막으로 서브시스템 수준에서의 안전성 분석 활동은 기능 안전 요구사항을 기반으로 기술 안전 요구사항을 도출하는 활동이다.
따라서 본 논문에서는 각 활동들과 활동들 사이의 데이터 교환을 표현하기 적합한 SysML의 Activity diagram을 통해서 위의 세 가지 요소를 모두 반영 통합 모델을 제시할 것이다[10].
2절의 분석결과를 기반으로 3절에서는 시스템 설계와 안전성 분석의 통합 모델을 생성한다. 마지막으로 4절 사례연구에서는 생성한 통합 모델을 기반으로 자동차 시스템의 안전성 분석을 수행한다.
마지막으로 SSHA는 서브시스템의 기능 아키텍처와 물리 아키텍처 및 PHA의 산출물을 기반으로 PHA보다 상세하고, 자세하게 안전성 분석을 수행한다.
먼저, 시스템 수준의 위험원 분석과 리스크 평가를 통해서 위험원, 위험 사건 및 위험 사건에 대한 ASIL을 도출한다. ASIL은 심각도(S), 노출도(E), 제어가능성(C)의 3요소를 가지며, 범위는 QM(Quality Management) 및 A에서 D까지 존재한다.
수정된 통합 모델을 기반으로 체계적으로 안전성 분석을 수행했다. 먼저, 위험원, 위험 사건 및 위험 사건으로 인한 ASIL 평가 결과를 도출했다. 다음으로 위험 사건에 대한 ASIL 평가 결과를 기반으로 안전 목표를 도출했다.
본 논문에서는 시스템 설계와 안전성 분석 활동의 통합 모델을 Activity diagram으로 생성했다.
세 번째로 각 계층 수준의 설계 정보를 활용하여 시스템 설계와 안전성 분석 활동이 수행됨을 명확하게 표현하기 위해서 시스템 수준과 서브시스템 수준에서 수행되는 시스템 설계와 안전성 분석 활동을 Swimlanes 으로 구분했다.
수정된 통합 모델을 기반으로 체계적으로 안전성 분석을 수행했다. 먼저, 위험원, 위험 사건 및 위험 사건으로 인한 ASIL 평가 결과를 도출했다.
우선, 시스템 설계 활동은 안전성 분석의 최종 결과물인 안전 조치를 설계에 반영하여 요구사항 및 아키텍처를 수정 및 보완한다.
위와 같은 문제점을 해결하기 위해서 본 논문에서는 기존의 시스템 설계와 안전성 분석 활동의 통합 모델 보다 체계적인 방식으로 안전중시 시스템 개발을 지원할 수 있는 통합 모델을 생성하여 안전중시 시스템 개발에 적용시켰다.
종합해보면 본 논문에서 제시한 통합 모델은 각 계층 수준의 시스템 설계 정보를 활용해서 안전성 분석을 수행하기 때문에 같은 수명주기 단계에서 두 활동이 수행된다.
성능/효과
사례 연구 결과는 첫째, 본 논문에서 제시한 통합 모델이 자동차 산업에 적용 가능하며, 두 번째로, 체계적인 안전성 분석의 프레임워크로서 역할 수행이 가능하다는 것을 보여준다. 마지막으로 각 계층 수준의 설계정보를 활용한 안전성 분석 활동을 명확하게 제시하기 때문에 기존의 통합 모델들 보다 안전성을 향상시킬 수 있다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
안전중시 시스템이란?
안전중시 시스템은 안전사고가 발생했을 때, 인명손실과 재산상의 막대한 피해를 주는 시스템이다. 현대의 시스템은 대형화, 복잡화 되어가고 있기 때문에 안전중시 시스템의 사고 및 고장에 대한 위험이 증가하게 되었다.
시스템 수준의 설계 활동은 어디서부터 시작되는가?
먼저, 시스템 수준의 설계 활동은 니즈와 운영개념을 기반으로 이해당사자 및 시스템 요구사항을 도출함으로써 시작된다. 시스템 요구사항을 기반으로 대상시스템의 기능 아키텍처를 생성하고, 기능 아키텍처를 기반으로 시스템의 물리 아키텍처를 생성한다.
시스템 설계와 안전성 분석 활동의 통합에 대한 연구들이 고려하지 못한 사항들은 무엇인가?
1) 시스템 설계와 안전성 분석 활동 및 각 활동 사이의 순서관계 정의
2) 각 활동들 사이의 산출물 교환
3) 각 계층(시스템, 서브시스템, 컴포넌트) 수준에서의 통합
참고문헌 (10)
Department of Defense Practice: System Safety, Department of Defense Standard, MIL-STD-882E, 2012.
Road vehicles - Functional safety -, ISO standard, 26262, 2011.
K. Thramboulidis and S. Scholz, "Integrating the 3+1 SysML view model with safety engineering," in Proc. Emerging Technologies and Factory Automation (ETFA), Bilbao, Spain, Sep. 13, 2010. DOI: http://dx.doi.org/10.1109/ETFA.2010.5641353
H. Aboutaleb, M. Bouali, M. Adedjouma, and E. Suomalainen, "An integrated approach to implement system engineering and safety engineering processes: SASHA Project," in Proc. European congress on Embedded Real Time Software and Systems (ERTS 2012), Toulouse, France, Feb. 1, 2012.
Yiannis Papadopoulos and Christian Grante, "Evolving car designs using model-based automated safety analysis and optimisation techniques," The Journal of Systems and Software, vol. 76, no. 1, pp. 77-89, Apr. 2005. DOI: http://dx.doi.org/10.1016/j.jss.2004.06.027
E. Denney, G. Pai, C. Ippolito, and R. Lee, "An integrated safety and systems engineering methodology for small unmanned aircraft systems," in Proc. Infotech@Aerospace 2012, Garden Grove, CA, Jun. 21, 2012.
R. Cressent, P. David, V. Idasiak, and F. Kratz, "Designing the database for a reliability aware Model-Based System Engineering process," Reliability Engineering and System Safety, vol. 111, pp. 171-182, Mar. 2013. DOI: http://dx.doi.org/10.1016/j.ress.2012.10.014
F. Mhenni, "Safety analysis integration in a systems engineering approach for mechatronic systems design," Ph.D dissertation Ecole Centrale Paris, Paris, France 2014.
S. Friedenthal, A. Moore and R. Steiner, A Practical Guide To SysML, Elsevier, 2015.
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