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문제 정의
- 첫째, 특정 장비 및 구성품에 대한 장비가동률을 측정하고 평가시 정비부대의 정비능력과 정비부대에서 정비하는 복수의 다양한 장비들의 정비소요 발생률을 고려하였다. 기존 연구는 단일 기종의 정비소요 발생률을 고려해 정비계단별 정비부대의 능력에 따라 운용 가용도를 측정했다면 본 연구는 창 정비계단에서 복수의 장비의 정비소요 발생률을 반영해 장비가동률을 측정하여 창 정비를 대상으로 하는 복구성 품목의 장비가동률을 판단하는데 기여하였다.
- 그러나 노무비 추정을 위해 정비당 정비소요시간을 통해 비용을 추정하였고 재료비를 재고의 관점에서 획득하고 소비하는 비용까지 포함했다는 공통점을 확인할 수 있었다. 따라서 본 연구는 운영유지간 소비되는 창정비비용을 직접 노무비와 재고 획득비, 수리비로 한정하여 비용대 효과분석이 가능토록 하였다.
- 따라서 시뮬레이션을 활용하여 정비창 단계에서 복수 장비에 대한 정비소요를 반영시킨 정비 프로세스를 설계하고 비용대 효과분석이 가능하도록 정비 프로세스 상의 비용요소를 추정하여 적정수준의 군수지원능력을 평가하는 모델을 개발하고자 하였다.
- 본 연구는 복수 장비를 정비하는 단일 부대인 창 정비부대에서 정비되는 장비 및 구성품들의 정비소요 발생률을 고려해 각 구성품의 장비가동률과 정비기간을 분석하고 정비비용에 대한 비용추정을 연구하였다.
- 본 연구는 새로운 무기체계가 도입 및 개발단계에서 목표 가용도와 정비계획을 고려할 때 창 정비부대에서 정비하는 다른 기종의 정비소요 발생률을 반영해 정비계획을 수립하는데 참고할 수 있으며 새로운 무기체계 도입이 타 기종의 장비가동률에 어떤 영향을 미치는지 분석할 수 있을 것이다.
가설 설정
- 둘째, 정비능력 중 정비인력의 피로도를 반영하는 것이다. 기술수준과 동시에 피로도를 반영해 현실성 있는 정비능력을 판단하고 장비가동률을 측정할 수 있을 것이다.
- 기술수준과 동시에 피로도를 반영해 현실성 있는 정비능력을 판단하고 장비가동률을 측정할 수 있을 것이다. 본 연구에서는 정비요원들의 인적요소 중 기술수준을 고려했으며 계급별로 기술수준이 동일하다는 가정으로 분류하였다. 그러나 정비부대의 실제 기술수준 평가표를 통해 기술수준을 반영하고 피로도를 고려해 시뮬레이션을 시행하는 연구가 필요하겠다.
- 첫째, 정비소요발생 주기이다. 과거 실제 정비간격 자료를 바탕으로 가장 적합한 확률 분포를 반영한다.
제안 방법
- NOLH 실험설계법은 다구찌 실험계획법에서의 직교성에 의한 표본추출로 극단값을 포함하는 개념과 Uniform Design 에서의 표본간의 최대 최소거리를 최소화하는 개념을 접목하여 실험영역 전반에 걸쳐 표본이 고르게 추출되도록 하였으며 각 표본이 직교성을 가지고 있기 때문에 다중 공선성 등의 문제가 발생하지 않고 표본을 추출할 수 있게 해준다. 2k 인자 실험설계법보다 적은 표본수를 가지고 전체 실험영역을 표현할 수 있기 때문에 본 연구는 다구찌 실험설계법과 2k 인자 실험설계법이 아닌 NOLH 실험설계법을 적용하여 시나리오를 구성하고 요소별 영향력을 분석하였다.
- 시뮬레이션 모형을 활용한 연구는 단일장비에 대한 다단계 정비를 분석할 수 있었다. 그러나 정비창을 부대정비와 야전정비와 동일하게 단일장비만을 정비하는 부대로 설정하여 연구하였다. 즉, 기존연구는 장비에 중점을 두어 단일 장비의 정비소요, 정비계단별 정비정책에 따라 군수지원능력을 판단했기 때문에 실제 정비창과 같이 복수장비에 대한 다품목을 정비하는 정비부대의 특성을 고려하지 못했다.
- 모델의 코딩이 정상적으로 이루어졌는지를 검증하기 위해 ARENA 프로그램 상에 ‘Check Model’을 통해 오류가 없다는 것을 확인하였다(David, 2015). 그리고 한 개의 개체를 생성시키고, 그 흐름을 추적함으로써 모델의 논리와 정확성을 검증하였다. 실행 추적 화면은 Fig.
- 둘째, 정비능력 중 정비인력의 피로도를 반영하는 것이다. 기술수준과 동시에 피로도를 반영해 현실성 있는 정비능력을 판단하고 장비가동률을 측정할 수 있을 것이다. 본 연구에서는 정비요원들의 인적요소 중 기술수준을 고려했으며 계급별로 기술수준이 동일하다는 가정으로 분류하였다.
- 넷째, 창정비비 중 인건비는 연간 고정된 보수를 지급하기 때문에 편제표 상 계급별 기준 호봉의 평균 연봉을 적용하였다. 항공기 정비단 엔진팀의 계급별 연봉 총합은 883,321,000원으로 고정된 인건비로 적용한다.
- 둘째, 정비 프로세스에서 발생하는 다양한 비용 요소를 정의하고 정비기간에 따라 변동되는 정비비용을 판단하여 제한된 예산에서 의사결정을 할 수 있는 지표를 제시하였다. 육군에서 규정한 기술수준별 작업능력과 정비부대에서 실제로 투입된 정비인시를 접목하여 창 정비팀의 평균 정비당 정비기간과 시간당 정비비용을 도출하는 정비비용평가 방법론을 제시하였다.
- 또한 장비의 정비를 위한 정비인력의 인건비, 수리부속 수리비 및 재고비는 정비비용에서 상당부분을 차지한다. 따라서 시뮬레이션을 통해 군수지원능력의 영향력을 확인하고 군수지원능력의 변화에 따른 비용대 효과를 평가하기 위해 민감도 분석을 실시하였다.
- Table 11에서 독립변수들의 범위는 민감도 분석에 적용한 범위로 한정하였다. 또한 수리부속 재고수준은NOLH Spreadsheet Model 입력시 2배 증가는 5, 1.5배 증가는 4, 현 수준은 3, 1/2 감소는 2, 1/4감소는 1로 입력하여 시나리오를 적용하였다. 시뮬레이션 실행조건은 기존과 동일한 상태인 1000회를 수행하였으며 Table 12는 시나리오별 장비가동률과 정비기간의 결과값이다.
- 시뮬레이션 실행기간은 현재 항공기 정비단 엔진팀의 정비능력을 측정하기 위해 자료수집기간과 동일한 3년(1095일)을 설정하였다. 또한 일일 평균 작업 가용인시인 4.5시간을 적용하여 1일 4.5시간으로 설정하였다.
- 본 연구는 장비가동률과 정비기간을 동시에 적용하였다. 장비가동률은 『국방부 훈령 제1837호 전투준비태세평가업무 훈령』에 근거하여 식 (2)와 식 (3)과 같다.
- 정비창의 정비능력에 대한 연구에서 박세훈, 문성암,이정환(2011)은 정비능력을 정비사, 정비지원장비, 정비공간으로 적용하였고 최담과 정석재(2014)는 정비능력을 정비기술, 정비시설, 정비인력, 시험장비 및 공구로 구분하여 평가하였다. 본 연구에서는 정비능력을 주어진 조건하에서 일정기간동안 정비임무를 달성하는 척도로서 정비에 영향을 미치는 요소로 정비요원에 한정하여 적용하였다.
- 5)시간으로 계산하면 시간당 537,791원의 단위노무비를 얻게 된다. 예비품 획득비와 수리부속 재고비는 기종별 엔진 예비 수량과 수리부속의 재고수준에 예비엔진 및 수리부속의 단가를 적용해 계산하였다.
- 둘째, 정비 프로세스에서 발생하는 다양한 비용 요소를 정의하고 정비기간에 따라 변동되는 정비비용을 판단하여 제한된 예산에서 의사결정을 할 수 있는 지표를 제시하였다. 육군에서 규정한 기술수준별 작업능력과 정비부대에서 실제로 투입된 정비인시를 접목하여 창 정비팀의 평균 정비당 정비기간과 시간당 정비비용을 도출하는 정비비용평가 방법론을 제시하였다.
- 창정비 프로세스 모형을 바탕으로 ARENA 14.5 프로그램을 사용하여 시뮬레이션 모델을 구축하고 실증연구를 수행한다. 실증연구 대상부대는 항공기 정비단 엔진팀이며 장비는 UH60, 500MD, UH1H, AH1S의 주요 구성품인 엔진으로 선정했다.
- 창정비 프로세스를 모델링하기 위해서 이론적 고찰을 통해 연구한 내용을 바탕으로 정비흐름을 Fig. 1과 같이 설계하였다.
- 본 연구의 목적은 다음과 같다. 첫째, 복수장비에 대한다품목을 정비하는 정비창을 시뮬레이션 모델로 제시한다. 둘째, 비용대 효과 분석이 가능하도록 성과지표와 정비비용 추정요소를 설정한다.
- 첫째, 특정 장비 및 구성품에 대한 장비가동률을 측정하고 평가시 정비부대의 정비능력과 정비부대에서 정비하는 복수의 다양한 장비들의 정비소요 발생률을 고려하였다. 기존 연구는 단일 기종의 정비소요 발생률을 고려해 정비계단별 정비부대의 능력에 따라 운용 가용도를 측정했다면 본 연구는 창 정비계단에서 복수의 장비의 정비소요 발생률을 반영해 장비가동률을 측정하여 창 정비를 대상으로 하는 복구성 품목의 장비가동률을 판단하는데 기여하였다.
- 항공기 정비단 엔진팀의 시간당 작업능력을 11 ∼ 16까지 변화시켜 장비가동률과 정비비용 변화를 측정하였다.
- 첫째, 정비 프로세스의 다양한 변수에 따른 장비가동률에 미치는 영향 정도를 분석하는 연구가 필요하다. 현재 정비부대의 정비능력에 따라 구성품의 장비가동률을 측정하고 최소의 비용으로 목표가용도를 달성하는 대안을 도출하기 위해 변수를 제한하였다. 그러나 장비별 정비소요 발생률, 수송 및 발주시간 등 추가적인 변수를 적용하여 연구를 진행하면 장비가동률에 미치는 영향의 우선순위를 분석하여 의사 결정시 반영할 수 있을 것이다.
대상 데이터
- 그 결과 UH60 11개, 500MD 10개, UH1H 5개,AH1S 6개로 총 32개 수리부속품목을 선정하였으며 수리부속 정비비율은 Table 5, 정비기간은 Table 6과 같다.
- 본 연구는 충분한 통계량 확보를 위해 총 1000회의 시뮬레이션을 실시하였다. 시뮬레이션 실행기간은 현재 항공기 정비단 엔진팀의 정비능력을 측정하기 위해 자료수집기간과 동일한 3년(1095일)을 설정하였다.
- 부대 및 야전정비부대에 보유중인 각 기종별 엔진의 예비품은 UH60 3개, 500MD 2개, UH1H 3개, AH1S 2개를 적용한다.
- 3년간 수요발생 품목은 UH60 108개, 500MD 115개, UH1H 102개, AH1S 105개였다. 시뮬레이션 모델에 적용할 수리부속 품목은 Fig.2와 같이 복구성 품목 중 P품목을 우선 선정하고 군수사인가저장품목 중 전투긴요 수리부속인 C품목 또는 ABC 재고 관리기법을 적용하는 품목 중 고액품목(A그룹)을 시뮬레이션 모델에 적용하는 수리부속으로 선정하였다.
- 본 연구는 충분한 통계량 확보를 위해 총 1000회의 시뮬레이션을 실시하였다. 시뮬레이션 실행기간은 현재 항공기 정비단 엔진팀의 정비능력을 측정하기 위해 자료수집기간과 동일한 3년(1095일)을 설정하였다. 또한 일일 평균 작업 가용인시인 4.
- 5배 증가는 4, 현 수준은 3, 1/2 감소는 2, 1/4감소는 1로 입력하여 시나리오를 적용하였다. 시뮬레이션 실행조건은 기존과 동일한 상태인 1000회를 수행하였으며 Table 12는 시나리오별 장비가동률과 정비기간의 결과값이다.
- 시뮬레이션에 활용할 입력 자료는 육군 장비정보체계(DELIIS : DEfense Logistics Integrated Information System)에 입력된 자료로 2013년 1월 1일부터 2015년 12월 31일까지 3년간 항공기 정비단 엔진팀의 정비실적을 토대로 하였다.
- 5 프로그램을 사용하여 시뮬레이션 모델을 구축하고 실증연구를 수행한다. 실증연구 대상부대는 항공기 정비단 엔진팀이며 장비는 UH60, 500MD, UH1H, AH1S의 주요 구성품인 엔진으로 선정했다. 선정 이유는 단일 정비부대에서 다른 기종의 구성품을 정비하는 모델을 구현할 수 있기 때문이다.
데이터처리
- 대부분의 입력자료가 확률분포로 주어져 있기 때문에 시뮬레이션 결과값이 차이가 발생할 수 있지만 충분한 횟수의 실행반복을 통하여 통계량의 객관성을 확보하였다. 엔진의 장비가동률과 정비기간은 Table 9와 같다.
- 둘째, 비용대 효과 분석이 가능하도록 성과지표와 정비비용 추정요소를 설정한다. 마지막으로 실증연구 단계에서는 ARENA 시뮬레이션 프로그램을 이용하여 다양한 대안들에 대한 비용대 효과분석과 다중회귀분석을 통해 군수지원능력을 평가한다.
이론/모형
- 운용부대에서 정비소요가 발생하여 정비를 위해 창정비부대로 오는 기간은 육군장비정보체계에서 자료를 획득하기 제한되었다. 기존 연구 자료(김성원, 이상진, 2007)를 통해 운용부대에서 창정비부대까지 평균 1일이 소요되는 확정값으로 적용하였다.
- 실험설계법을 적용한 기존연구에서 Kang(2010)은NOLH(Sanchez, 2008)실험설계법을 적용해 대안별 가동률과 수명주기 비용을 분석하였다. 이상진, 배주근, 김민규(2010)는 2k 인자 시뮬레이션 실험설계법을 통해 정비 프로세스상의 영향요소들의 영향력을 확인하였다.
- 그러나 수치적으로 장비가동률에 얼만큼의 영향을 끼치는지 확인하는데는 제한이 되었다. 이를 위해, 실험 설계법인NOLH(Nearly Orthogonal Latin Hypercube)기법을 사용하여 33개 시나리오를 Table 11과 같이 구성하였다.
성능/효과
- 정비창의 정비비용 추정을 위한 기존연구는 무기체계의 운영유지간 발생되는 비용으로 정비비용을 인식하고 있지만 비용추정을 위한 적용범위가 상이했다. 그러나 노무비 추정을 위해 정비당 정비소요시간을 통해 비용을 추정하였고 재료비를 재고의 관점에서 획득하고 소비하는 비용까지 포함했다는 공통점을 확인할 수 있었다. 따라서 본 연구는 운영유지간 소비되는 창정비비용을 직접 노무비와 재고 획득비, 수리비로 한정하여 비용대 효과분석이 가능토록 하였다.
- 수리부속을 1/4 감소시키는 경우 목표가동률인 95%를 충족시키지 못하고 정비비용도 1/2 감소와 초기값보다 더 많이 발생하는 것을 확인할 수 있다. 또한 수리부속 재고를 너무 적게 보유하면 목표가동률을 유지할 수 없으며 너무 많이 보유하면 장비가동률은 크게 변하지 않고 재고 비용이 지속적으로 증가하게 되는 것을 확인할 수 있다. Fig.
- 316의 수치가 나타났는데, 그 수치가 2에 가깝고 0 또는 4와 가깝지 않으므로 잔차들 간에 상관관계가 없어 회귀모형이 적합하다고 해석할 수 있다. 또한 회귀모형은 F값이 P=.000에서 255.509의 수치를 보여 회귀선이 모델에 적합한 것으로 나타났다.
- 민감도 분석을 통해 군수지원능력이 장비가동률과 정비비용에 영향을 끼치는 정도를 확인할 수 있었다. 그러나 수치적으로 장비가동률에 얼만큼의 영향을 끼치는지 확인하는데는 제한이 되었다.
- 셋째, 기종별 창정비기간과 정비 자원이다. 창 정비기간은 육군장비정보체계를 통해 획득한 4개 엔진의 총정비인시값인 2,394인시를 정비요원의 일일 평균 작업 가용인시(4.
- 셋째, 장비의 가동률에 대한 학문분야에서 과거 대기 행렬이론, 시뮬레이션 등을 활용한 연구에서 확장하여 실험계획법과 비용대 효과분석이론을 접목시켰다는 것에서 학문적으로 기여하였다.
- 5배, 2배씩 증가시켜 변화를 주었다. 수리부속의 재고수준을 증가시키면 수리부속 재고비는 증가하지만 수리부속 대기기간이 단축되어 수리부속 수리비가 감소되는 것을 확인할 수 있다. 수리부속을 1/4 감소시키는 경우 목표가동률인 95%를 충족시키지 못하고 정비비용도 1/2 감소와 초기값보다 더 많이 발생하는 것을 확인할 수 있다.
- 장비가동률은 보유장비 대비 가동장비 비율에 대한 연간 누적 평균값을 통해 산출하였고, 이는 임의시점에서 실질적인 장비가동률을 나타내는 지표라고 할 수 있다. 시뮬레이션 결과 엔진의 목표가동률이 95%라고 가정하면 장비가동률은 목표가동률을 충족시킨다고 볼 수 있다. 장비가동률은 전투부대측면에서 중요한 지표로서 시뮬레이션 결과를 분석하여 정비 프로세스 상에서 장비 불가 동의 원인에 대한 분석이 가능하다.
- 6을 보면 시간당 작업능력이 높을수록 단위 비용당 가동률 효과가 더 높다는 것을 확인할 수 있다. 이를 통해 작업능력이 향상되면 인건비의 증가보다 수리부속 수리비의 감소가 더 크다는 것을 확인할 수 있다. Fig.
- 식 (5)를 보면 Y는 UH60의 장비가동률이 되며 X1은 예비엔진 수량, X2는 수리부속 재고수준, X3은 작업능력이 되겠다. 이를 통해 장비가동률에 영향력이 큰 우선순위는 예비엔진수량, 작업능력, 수리부속 재고순이 되겠으며 예비엔진 수량이 작업능력과 수리부속 재고수준보다 약 2배 이상 영향력이 있다는 것으로 나타났다. 이러한회귀식의 설명력은 R2= .
- 4에서 개체( )는 발생주기에 따른 정비소요 발생, 정비흐름, 수리부속 재고 및 정비능력 부족 시 대기 등의 모습을 보여주고 있다. 이와 같이 실행추적을 실시하여 모델이 설계의도대로 설계되어 실제 정비 및 수리부속 흐름이 정상적으로 이루어지고 있다는 것을 확인할 수 있다.
후속연구
- 민감도 분석을 통해 군수지원능력이 장비가동률과 정비비용에 영향을 끼치는 정도를 확인할 수 있었다. 그러나 수치적으로 장비가동률에 얼만큼의 영향을 끼치는지 확인하는데는 제한이 되었다. 이를 위해, 실험 설계법인NOLH(Nearly Orthogonal Latin Hypercube)기법을 사용하여 33개 시나리오를 Table 11과 같이 구성하였다.
- 현재 정비부대의 정비능력에 따라 구성품의 장비가동률을 측정하고 최소의 비용으로 목표가용도를 달성하는 대안을 도출하기 위해 변수를 제한하였다. 그러나 장비별 정비소요 발생률, 수송 및 발주시간 등 추가적인 변수를 적용하여 연구를 진행하면 장비가동률에 미치는 영향의 우선순위를 분석하여 의사 결정시 반영할 수 있을 것이다.
- 본 연구에서는 정비요원들의 인적요소 중 기술수준을 고려했으며 계급별로 기술수준이 동일하다는 가정으로 분류하였다. 그러나 정비부대의 실제 기술수준 평가표를 통해 기술수준을 반영하고 피로도를 고려해 시뮬레이션을 시행하는 연구가 필요하겠다.
- 이를 통해 예비엔진 수량은 정비기간보다 장비가동률에 더욱 영향을 끼친다는 점을 확인할 수 있다. 또한 예비 엔진의 수량에 따라 장비가동률과 정비비용의 변화가 비례하기 때문에 예비엔진 수량을 적게 보유하면 정비비용이 감소하지만 장비가 적정 시간에 운용되지 못함에 따라 발생하는 비용(위험)은 일차적인 수치적 정비비용요소 만이 아닌 군사작전과 군수지원 측면 모두 더욱 큰 비용으로 측정될 수 있음을 유의해야한다.
- 4%)로 나타났으며 군수지원업무와 관련된 인원에게 제약된 예산과 조건들의 균형을 맞출 수 있는 시각을 제공 할 수 있다. 마찬가지로 각 엔진별 장비가동률과 정비기간에 대한 다중회귀분석을 통해 영향력을 확인하여 정비프로세스를 효과적으로 관리하는데 적용시킬 수 있을 것이다.
- 김용과 윤봉규(2008)는 장비의 고장특성과 정비창의 정비능력을 고려하여 흡수마코프체인을 접목시켜 적정 예비장비수를 결정하는 모형을 제시하였고 손휘민과 윤봉규(2008)는 장비가동률의 목표수준, 예비장비자체 고장, 제한된 정비팀수를 고려한 모형을 제시하였다. 이러한 연구는 대기행렬 모형을 활용하여 정비능력을 한정지어 정확한 재고량의 확률분포 및 기댓값을 구할 수 있는 장점이 있으나 다단계와 다품목에 동시에 적용하기에는 한계가 있었다.
- 향후 연구에서는 시뮬레이션의 현실성 강화를 위해 다음과 같은 노력을 할 수 있을 것이다. 첫째, 정비 프로세스의 다양한 변수에 따른 장비가동률에 미치는 영향 정도를 분석하는 연구가 필요하다. 현재 정비부대의 정비능력에 따라 구성품의 장비가동률을 측정하고 최소의 비용으로 목표가용도를 달성하는 대안을 도출하기 위해 변수를 제한하였다.
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