[논문]Risk Graph에 의해 할당된 SIL에 따른 철도 승강장 도어 시스템의 정량적 Risk 저감 모델

송기태; 이성일

doi:10.14346/jkosos.2016.31.5.141

Risk Graph에 의해 할당된 SIL에 따른 철도 승강장 도어 시스템의 정량적 Risk 저감 모델
Quantitative Risk Reduction Model according to SIL allocated by Risk Graph for Railway Platform Door System 원문보기

한국안전학회지 = Journal of the Korean Society of Safety, v.31 no.5, 2016년, pp.141 - 148

송기태 (한국교통대학교 안전공학과) , 이성일 (한국교통대학교 안전공학과)

Abstract ▼ AI-Helper

There exists required safety integrity level (SIL) to assure safety in accordance with international standards for every electrical / electronics / control equipment or systems with safety related functions. The SIL is allocated from lowest level (level 0) to highest level (level 4). In order to guarantee certain safety level that is internationally acceptable, application of methodology for SIL allocation and demonstration based on related international standards is required. Especially, in case of the SIL allocation method without determining of quantitative tolerable risk, the additional review is needed to check whether it is suitable or not is required. In this study, the quantitative risk reduction model based on the safety integrity allocation results of railway platform screen door system using Risk Graph method has been examined in order to review the suitability of quantitative risk reduction according to allocated safety integrity level.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구에서는 상기 선행연구에서 수행한 Risk Graph에 의한 안전 무결성 수준 할당 결과가 별도로 정의된 허용 가능 개별 위험도(TIR)에 정량적으로 부합하는지 검토하기 위하여 표준에서 제시한 기본적인 위험도 저감개념에 기반하여 정량적 위험도 저감 평가 수식을 제시하였다. 즉, 선행연구와 비교하여 본 연구에서의 진보성은 정량적 위험도 허용 기준을 고려하지 않은 정성적 Risk Graph에 의한 안전 무결성 할당 결과가 별도로 정의된 정량적 허용기준에 부합하는지 확인하기 위한 정량적 위험도 저감 모델 적용 방법론의 제시에 있다.
본 연구에서는 위험도 그래프를 통해 할당된 철도승강장 스크린 도어시스템의 안전 무결성 수준 할당결과를 선행연구 결과⁸⁾에 기반하여 정량적 위험도 저감 모델을 생성하고 할당된 안전 무결성 수준이 정량적인 측면에서 허용 가능한 수준으로 저감시키기 위해 적합한 수준인지를 확인하기 위한 정량적 Risk 저감 모델 적용 방법론을 새롭게 제시하고 그 결과를 검토하였다.
특히, 이러한 방법론 중 정량적으로 허용 위험도(Tolerable Risk) 또는 허용 위험고장 발생률을 사전 정의하지 않고 기능 별로 SIL을 할당하는 방법론의 경우에는 할당 결과가 사전에 정의된 허용기준에 부합하는지에 대한 추가적인 검토가 필요하다. 이러한 배경에 따라, 본 연구에서는 안전 무결성 수준에 대한 할당 방법론 중 정량적인 위험요인 발생률 또는 위험도의 사전정의 없이 SIL을 할당 하는 방법론 중에 하나인 Risk Graph 방법론을 통한 철도 승강장 스크린도어 시스템의 안전 무결성 수준 할당 결과를 기반으로 할당된 안전 무결성 수준에 따른 위험도 저감 결과에 대한 적합성을 검토하기 위하여 IEC61508에서 정의하고 있는 Risk 저감 개념에 기반하여 정량적 Risk 저감 평가 방법론을 제시하고 적용하여 결과를 검토 하였다.

제안 방법

본 연구에서는 IEC61508에서 제시하고 있는 Fig. 3의 위험도 저감의 개념에 근거하여 Risk Graph를 통해 할당된 SIL에 따른 Risk 저감 모델을 정량적으로 정의하기 위한 수식을 추가로 정의하였다. 이를 위해서 Risk Graph에 적용되는 각 파라미터를 기반으로 정량적 위험도 평가 방법을 적용하였다.
에서 제시한 7가지 승강장 스크린도어 시스템의 위험요인, 안전성 관련 기능 및 Risk Graph에 의해 할당된 SIL은 아래의 Table 4와 같다. 본 연구에서는 Table 4의 할당 결과를 인용하여 정량적 허용 위험도 기준에 따른 위험도 저감 모델을 3.2절에서 정량적으로 검토하였다.
상기의 Table 5와 6에 정의된 위험요인, 안전성 관련 기능, Risk Graph의 파라미터 및 SIL 할당 결과에 근거하여 각 위험요인 별 Initial risk 및 Residual risk를 평가하고 이를 통해 Fig. 3에서 제시한 Risk 저감 모델을 적용하여 할당된 SIL에 따른 위험도 저감 결과의 적합성을 검토하였다. 이를 위하여 본 연구에서는 2.
위험도 평가 수식 (1)에 근거한 Initial risk를 평가 수식을 위에서 언급한 Risk Graph의 파라미터를 고려하여 각 파라미터의 정량적 분류 기준의 Range상에서 가장 최대치를 고려하여 Worst case risk, 평균치를 고려하여 Mean case risk, 가장 최소치를 적용하여 Best case risk로 구분하여 정의하였다. 기본적으로 각 Case별 risk 평가를 위한 수식은 아래와 같다.
”에서는 지하철 승강장에 적용되는 일반적인 승강장 스크린도어 시스템에 대한 위험요인을 도출하기 위하여 우선적으로 승강장 스크린 도어시스템의 주요 하부구성장치 분류 및 각 장치별 기능을 정의하였으며, 이렇게 정의된 승강장 스크린 도어시스템의 주요 구성기능상에서 발생 가능한 잠재 위험요인을 식별하고 위험요인의 원인 및 영향을 분석하였다. 이러한 위험요인 분석 결과에 근거하여 국제 표준에서 제시하고 있는 안전 무결성 수준 할당 방법론 중 심각도에 기반한 안전 무결성 수준 할당 방법론과 Risk Graph를 이용한 안전 무결성 수준 할당 방법론을 각각 적용하여 승강장 스크린 도어시스템의 안전 무결성 수준 할당을 수행하고, 그 결과를 비교하였다.
3에서 제시한 Risk 저감 모델을 적용하여 할당된 SIL에 따른 위험도 저감 결과의 적합성을 검토하였다. 이를 위하여 본 연구에서는 2.3절에서 언급한 TIR(Tolerable Individual Risk)를 국제표준에서 제시하고 있는 1인 사망사고 발생 확률로서 1E-05(per year)를 적용하였다.²⁾ 해당 기준은 100,000년에 1인 사상(1 fatality in 100,000 years) 확률을 의미한다.
3의 위험도 저감의 개념에 근거하여 Risk Graph를 통해 할당된 SIL에 따른 Risk 저감 모델을 정량적으로 정의하기 위한 수식을 추가로 정의하였다. 이를 위해서 Risk Graph에 적용되는 각 파라미터를 기반으로 정량적 위험도 평가 방법을 적용하였다. Risk Graph를 통한 SIL할당 시 적용되는 파라미터는 위험요인으로 인한 결과 심각도(C), 위험요인 노출빈도(F), 위험요인 회피 가능성(P), 위험요인 발생률(W)이며, 각 파라미터에 적용할 정성적 및 정량적 평가 기준은 관련 표준을 참조하여 Table 3과 같이 정의하였다.
정량적 Risk 저감 모델 정의를 위하여 Risk Graph 적용 시 사용된 Parameter들의 정량적인 값과 할당된 안전 무결성 수준에 따른 위험 고장률(λ)을 고려하여 초기 및 잔여 위험도 평가를 수행하고 그 결과를 기반으로 Risk 저감 모델을 생성 하였으며, 이를 통해 할당된 SIL이 사전에 정의된 허용 위험도(Tolerable risk)이하로 충분히 저감시키는지에 대하여 검토 하였다.

이론/모형

²⁾ 해당 기준은 100,000년에 1인 사상(1 fatality in 100,000 years) 확률을 의미한다. 각각의 위험도 저감 모델을 생성하기 위하여 상기 2.3절에서 정의된 수식에 근거하여 계산된 결과 중 평균 위험도(Mean risk)를 적용하여 Risk를 평가 하였으며, Initial Risk의 경우 식 (5)와 Residual risk의 경우 식 (9)를 적용하였다. 평균 위험도(Mean risk)를 적용한 이유는 Worst case를 고려하였을 경우 현실적으로 너무 보수적인 위험도가 산출되어 비효율적으로 추가적인 저감 대책이나 비용이 소요될 수 있으며, 반대로 Best case를 고려하였을 경우는 너무 낙관적인 위험도가 산출되어 현실적으로 충분히 위험도가 저감되었다고 판단하기 어려울 수 있기 때문이다.
또한, Risk 저감 모델 검토를 위해 적용할 수식을 정의하기 위하여 IEC61508에서 정의된 위험도(Risk)산출을 위한 기본 수식 “Risk = Frequency × Consequence”에 Risk Graph에 적용되는 리스크 파라미터를 적용하였다.

성능/효과

각각의 위험요인에 대하여 생성된 Risk 저감모델을 검토한 결과, SIL2 이상의 안전 무결성 수준이 할당된 경우 대부분 정량적으로 허용 가능한 위험도 수준이하로 충분히 저감 가능함을 확인하였다. 반면에 SIL0로 할당된 항목(No4 & No6)의 경우 잔여 위험도가 정의된 허용 가능 위험도 이하로 충분히 저감되지 않음을 확인 하였다.
결과적으로, Risk Graph를 통해 안전 무결성 수준을 할당할 경우, 심각도가 낮게 평가되는 항목에 대해서는 실제 사전에 정의된 정량적인 허용 위험도 수준에 적합하지 않은 안전 무결성 수준이 할당될 가능성이 있음을 확인 하였으며, 이에 영향을 미치는 주요 요소는 Risk Graph 적용 시 Risk parameter들의 정량적 기준(Quantitative range)과 허용 위험도(Tolerable risk)임을 확인 할 수 있었다. 즉, Risk Graph의 적용을 통한 안전무결성 수준 할당 시 적합한 수준의 SIL 할당을 위해서는 사전에 Risk Parameter에 대한 정량적 기준 및 허용 위험도(TIR)를 결정함에 있어서 대상 시스템 특성, 운영 환경, 국가적 법규/규정 등을 고려하여 현실적으로 적합한 수준에서 결정되어야 할 것으로 사료된다.
상기 Fig. 10에 정의된 Risk 저감 모델을 검토한 결과 초기 위험도(1E-02)에서 할당된 SIL3를 적용하였을 경우 잔여위험도가 ‘3.162E-06’로 저감되어 허용 기준(1E-05)이하로 충분히 저감됨을 확인 할 수 있다.
상기 Fig. 4에 정의된 Risk 저감 모델을 검토한 결과 초기 위험도(1E-02)에서 할당된 SIL3를 적용하였을 경우 잔여위험도가 ‘3.162E-06’으로 저감되어 허용 기준(1E-05)이하로 저감됨을 확인 할 수 있다.
상기 Fig. 5에 정의된 Risk 저감 모델을 검토한 결과 초기 위험도(1E-03)에서 할당된 SIL2를 적용하였을 경우 잔여위험도가 ‘3.162E-06’으로 저감되어 허용 기준(1E-05)이하로 저감됨을 확인 할 수 있다.
상기 Fig. 6에 정의된 Risk 저감 모델을 검토한 결과 초기 위험도(1E-03)에서 할당된 SIL2를 적용하였을 경우 잔여위험도가 ‘3.162E-06’으로 저감되어 허용 기준(1E-05)이하로 저감됨을 확인 할 수 있다.
상기 Fig. 8에 정의된 Risk 저감 모델을 검토한 결과 초기 위험도(1E-02)에서 할당된 SIL3를 적용하였을 경우 잔여위험도가 ‘3.162E-06’으로 저감되어 허용 기준(1E-05)이하로 저감됨을 확인 할 수 있다.
상기 Fig. 9에 정의된 Risk 저감 모델을 검토한 결과 초기 위험도(1E-03)에서 할당된 SIL0를 적용하였을 경우 잔여위험도가 ‘3.162E-04’로 저감되어 허용 기준(1E-05) 이하로 충분히 저감되지 않음을 확인 할 수 있다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	위험도 그래프에 기반한 할당 방법론이란 무엇인가?	위험도 그래프에 기반한 할당 방법론(Risk graph based allocation method)은 기본적으로는 정성적인 할당 방법론으로서 시스템 위험요인 분석 및 위험도 평가 결과에 근거하여 위험요인의 결과 심각도, 위험요인 노출빈도, 위험요인 회피 가능성, 위험요인 발생률에 따라 사전에 정의된 리스크 그래프를 통해 안전 무결성 수준을 할당하는 방법론이다1,3).
	안전 무결성 수준에서 할당 될 수 있는 Level은?	시스템의 결함이나 오류가 대형사고로 이어질 수 있는 항공, 원자력, 국방, 철도 등과 같은 분야에 적용된 시스템의 경우에는 시스템의 설계적 안전성의 보증이 필수적이다. 이러한 상황에서 안전성과 관련된 기능이 존재하는 전기/전자/제어 장치나 시스템을 대상으로 국제적인 표준에 따라 안전 무결성을 정량화하기 위하여 요구되는 안전 무결성 수준(Safety Integrity Level, SIL)이 있으며, 안전 무결성 수준은 가장 낮은 수준의 Level 0부터 가장 높은 수준의 Level 4까지 할당 될 수 있다1). 따라서 국제적으로 수용 가능한 안전성을 보증하기 위해서는 관련된 국제표준에 근거하여 적합한 수준의 안전 무결성 수준 할당(Safety Integrity Level Allocation) 방법론의 적용이 요구된다.
	안전 무결성 수준 할당방법론에서 필요한 것은 무엇인가?	따라서 국제적으로 수용 가능한 안전성을 보증하기 위해서는 관련된 국제표준에 근거하여 적합한 수준의 안전 무결성 수준 할당(Safety Integrity Level Allocation) 방법론의 적용이 요구된다. 안전 무결성 수준의 할당과 관련하여 각 산업분야 별로 여러 방법론이 존재한다. 특히, 이러한 방법론 중 정량적으로 허용위험도(Tolerable Risk) 또는 허용 위험고장 발생률을 사전 정의하지 않고 기능 별로 SIL을 할당하는 방법론의 경우에는 할당 결과가 사전에 정의된 허용기준에 부합하는지에 대한 추가적인 검토가 필요하다. 이러한 배경에 따라, 본 연구에서는 안전 무결성 수준에 대한 할당 방법론 중 정량적인 위험요인 발생률 또는 위험도의 사전정의 없이 SIL을 할당 하는 방법론 중에 하나인 Risk Graph 방법론을 통한 철도 승강장 스크린도어 시스템의 안전 무결성 수준 할당 결과를 기반으로 할당된 안전 무결성 수준에 따른 위험도 저감 결과에 대한 적합성을 검토하기 위하여 IEC61508에서 정의하고 있는 Risk 저감 개념에 기반하여 정량적 Risk 저감평가 방법론을 제시하고 적용하여 결과를 검토 하였다.

참고문헌 (8)

IEC61508, Functional Safety of Electrical / Electronic / Programmable Electronic Safety-related Systems, Part 5, IEC, pp. 10-44, 2010.
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K. -T. Song and S. -I. Lee, "Allocation of Safety Integrity Level for Railway Platform Screen Door System Based on Consequence Severity and Risk Graph Methods of Determining Safety Integrity Level", Journal of The Korean Society of Safety, Vol 30. No.6, pp. 164-173, 2015.

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저자의 다른 논문 :

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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