[논문]가상현실 기반의 종합군수지원 수행 방안 연구

허길환; 이승용; 이학표

doi:10.5762/kais.2018.19.12.90

가상현실 기반의 종합군수지원 수행 방안 연구
A Study on Development of Integrated Logistics Support with Virtual Reality 원문보기

한국산학기술학회논문지 = Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society, v.19 no.12, 2018년, pp.90 - 98

허길환 (국방과학연구소 어뢰체계개발단) , 이승용 (LIG넥스원(주) 해양1연구소) , 이학표 (LIG넥스원(주) 해양1연구소)

초록
AI-Helper

최근 무기 체계에 대한 성능 요구 사양이 강화됨에 따라 연구 개발 초기 단계에서부터 개발 기간 단축 및 비용 최소화와 함께 효율적인 연구 방안 모색이 요구되고 있다. 이의 일환으로 무기 체계 개발 단계에서 가상현실 기술을 활용하여 군수지원 분석과 설계 검증을 수행할 수 있다. 또한 실질적 협업 체계 구축의 일환으로 종합 군수지원(ILS, Integrated Logistics Support) 개발 분야에서는 군수 지원성 향상을 목적으로 한 가상현실 기술의 적용이 대두되고 있다. 이에 본 연구에서는 무기 체계 전 수명주기 동안 가상현실 기술을 적용한 ILS 개발 및 적용 방안을 제안하고자 한다. 또한 현재 개발 중인 무기 체계에서 이를 수행하기 위해 개발한 가상현실 도구인 디지털 정비절차 검증장치(DMS, Digital Maintenance System)의 주요 기능 및 ILS 개발 단계별 적용 방안을 소개하고, DMS의 효율적인 ILS 적용을 위한 향후 발전 과제에 대해서도 제시하고자 한다.

Abstract ▼ AI-Helper

An efficient R&D Methodology with minimized development period and cost needs to be developed due to advanced performance requirements of weapon systems. This will require the performance of logistics support analysis and design verification in the development stages of weapon systems through VR technology. VR technology has been applied to the Integrated Logistics Support (ILS) process as a part of collaborative system. In this study, we propose a development and application plan of ILS based on VR technology during the total life cycle of weapon systems. Moreover Digital Maintenance System (DMS) is introduced as a VR tool with key functions. finally, applications and improvement topics of DMS are suggested for use in ILS development.

주제어

표/그림 (13)

그림 Fig. 1. Development procedure of ILS
그림 Fig. 2. Virtual Reality
그림 Fig. 3. Market size of VR(Unit : Million)
그림 Fig. 4. Concept of DMS
표 Table 1. Type of VR
그림 Fig. 5. Weapon system development stage
표 Table 2. Application of VR(DMS) and ILS in development stage
그림 Fig. 6. Review sheet of design and development
그림 Fig. 7. Virtual model
그림 Fig. 8. Example of design modification
표 Table 3. Improvement of DMS
표 Table 4. DMS module by development stage
그림 Fig. 9. Example of augmented reality based on Marker

AI 본문요약
AI-Helper

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문제 정의

DMS가 보유한 주요 기능을 중심으로 사용자 맞춤형의 모듈화 개념을 적용하는 방안이다. DMS 사용자, 운용 분야, 사용 용도에 따라 요구되는 기능이 다를 수 있으며, 불필요한 기능은 제외하고 핵심 기능만 구성함으로써 사용자 편의 및 맞춤형 개발 도구로 활용할 수 있다.
ILS는 무기체계의 효율적이고 경제적인 군수지원을 보장하기 위하여, 무기체계의 소요기획 단계부터 설계,개발, 획득, 운영 및 폐기까지 수명주기 동안의 전 과정에 걸쳐 제반 군수지원 요소를 종합적으로 관리하는 활동을 의미한다. 결국 수명주기 동안 군수지원요소를 획득하고 유지하여, 전투준비대세를 최대화하고 비용을 최소화하는데 목적이 있다.
특히 가상현실 기술을 기반으로 개발 중인 DMS는 현재 특정 무기체계 개발 단계에서 설계 검증을 위해 개발하고 있으나 다른 무기체계에도 적용이 가능하며, 설계 검증 외 총 수명주기 동안의 군수지원 보장을 위한 ILS 업무에도 적용이 가능할 것으로 판단하여 개발 단계별 ILS 분야에의 적용 업무 및 방안을 제안하였다. 또한 DMS의 현재 개발된 기능 외 추가적인 기능 개선 방향을 검토함으로써 ILS 업무에 대한 활용성을 높일 수 있는 방안을 제시하였다.
이에 무기체계 전체 수명주기 동안의 군수지원 요소를 다루는 종합군수지원(ILS) 측면에서 효과적인 군수지원 보장을 위해 가상현실 기술을 도입하고자 하며, 이를 위한 수단으로 DMS를 개발하고 ILS 분야에서의 적용방안을 검토하고자 한다. 또한 개발하고 있는 DMS 기능 외 ILS 분야에의 적용 확대를 위한 개선사항을 도출하고자 한다.
무기체계 개발 초기 단계에서부터 폐기까지 전 수명주기를 고려한 가상현실 기술 기반의 ILS 개발 수행 방안에 대하여 연구하였다. 특히 가상현실 기술을 기반으로 개발 중인 DMS는 현재 특정 무기체계 개발 단계에서 설계 검증을 위해 개발하고 있으나 다른 무기체계에도 적용이 가능하며, 설계 검증 외 총 수명주기 동안의 군수지원 보장을 위한 ILS 업무에도 적용이 가능할 것으로 판단하여 개발 단계별 ILS 분야에의 적용 업무 및 방안을 제안하였다.
본 연구에서는 무기체계 개발 초기 단계에서부터 체계가 운영되는 수명주기 동안의 군수지원성을 고려하여 ILS 체계와 가상현실 기술을 융합하여 활용할 수 있는 방안을 제시하고자 한다. 우선 ILS 및 가상현실에 대한기술 동향을 확인하고, 특정 무기체계 개발에 있어 가상현실 기술의 적용을 위해 개발 중인 디지털 정비절차 검증장치(DMS, Digital Maintenance System)의 주요 기능을 소개한다.
우선 ILS 및 가상현실에 대한기술 동향을 확인하고, 특정 무기체계 개발에 있어 가상현실 기술의 적용을 위해 개발 중인 디지털 정비절차 검증장치(DMS, Digital Maintenance System)의 주요 기능을 소개한다. 이를 바탕으로 무기체계 각 개발 단계에서 시뮬레이션 및 설계검증 등 DMS 주요 기능별 ILS 적용방안 및 활용 가능한 분야 등을 제안하고, 타 무기체계 개발 시 DMS의 범용 사용과 효율적인 ILS 적용을 위한 향후 DMS 개선 방향에 대한 연구 결과를 제시하였다.
국방 분야에서 가상현실 및 증강현실은 개발 완료되어 전력화 배치된 무기체계에 대한 교육 훈련(정비, 사격, 전술 훈련 등)의 목적으로 이미 적용/확대되고 있으나[4][5], 개발 단계에서는 정비성 시뮬레이션을 통한 정비절차 모의 및 기술교범 저작 등[6]의 일부 분야에서만 가상현실을 적용하고 있다. 이에 무기체계 전체 수명주기 동안의 군수지원 요소를 다루는 종합군수지원(ILS) 측면에서 효과적인 군수지원 보장을 위해 가상현실 기술을 도입하고자 하며, 이를 위한 수단으로 DMS를 개발하고 ILS 분야에서의 적용방안을 검토하고자 한다. 또한 개발하고 있는 DMS 기능 외 ILS 분야에의 적용 확대를 위한 개선사항을 도출하고자 한다.

제안 방법

설계 단계의 SRR(System Requirements Review)/SFR (System Functional Review) 시점에서는 작전운용 요구능력에 정의된 모든 체계 및 성능 요구사항이 비용, 일정, 위험 및 기타 체계 제약조건에 부합하고, 체계공학 활동 방향과 진행이 안정적이고 완벽한 형상으로 수렴하고 있는지를 검토한다. PDR(Preliminary Design Review) 시점에서는 비용, 일정, 위험 및 기타 체계 제약조건 하에서 체계가 정해진 성능 요구사항을 만족하고, 상세설계를 수행할 수 있는지를 검토하며, CDR(Critical Design Review) 시점에 접어들면 시제 제작 이전에 생산 기준선에 있는 각 제품이 상세설계 문서에 기록되어있음을 보증하고 모든 하드웨어와 소프트웨어 형상 품목을 검토한다. 시제작 및 시험평가 단계에서는 개발된 무기체계를 대상으로 개발기준 및 군 요구사항, ILS 분야 등의 충족 여부를 확인하고, 더불어 작전운용성능 충족 및 군 운용 적합 여부를 판단하여 전력화 가능 여부를 결정한다.
1과 같이 RAM 분석 산출물은 군수지원분석의 자료로 활용되며, 군수지원분석 산출물은 다시 RAM 분석의 자료에 영향을 미친다. 결국 RAM 분석 및 군수지원분석의 결과를 바탕으로 ILS 11대 요소를 종합적으로 개발한다.
설계 단계의 SRR(System Requirements Review)/SFR (System Functional Review) 시점에서는 작전운용 요구능력에 정의된 모든 체계 및 성능 요구사항이 비용, 일정, 위험 및 기타 체계 제약조건에 부합하고, 체계공학 활동 방향과 진행이 안정적이고 완벽한 형상으로 수렴하고 있는지를 검토한다. PDR(Preliminary Design Review) 시점에서는 비용, 일정, 위험 및 기타 체계 제약조건 하에서 체계가 정해진 성능 요구사항을 만족하고, 상세설계를 수행할 수 있는지를 검토하며, CDR(Critical Design Review) 시점에 접어들면 시제 제작 이전에 생산 기준선에 있는 각 제품이 상세설계 문서에 기록되어있음을 보증하고 모든 하드웨어와 소프트웨어 형상 품목을 검토한다.
본 연구에서는 무기체계 개발 초기 단계에서부터 체계가 운영되는 수명주기 동안의 군수지원성을 고려하여 ILS 체계와 가상현실 기술을 융합하여 활용할 수 있는 방안을 제시하고자 한다. 우선 ILS 및 가상현실에 대한기술 동향을 확인하고, 특정 무기체계 개발에 있어 가상현실 기술의 적용을 위해 개발 중인 디지털 정비절차 검증장치(DMS, Digital Maintenance System)의 주요 기능을 소개한다. 이를 바탕으로 무기체계 각 개발 단계에서 시뮬레이션 및 설계검증 등 DMS 주요 기능별 ILS 적용방안 및 활용 가능한 분야 등을 제안하고, 타 무기체계 개발 시 DMS의 범용 사용과 효율적인 ILS 적용을 위한 향후 DMS 개선 방향에 대한 연구 결과를 제시하였다.

성능/효과

이를 통해 개선 방안을 도출하여 “기술변경” 사항을 제안할 수 있으며, ILS 개발 요소 중 “연구 및 설계반영” 결과를 비롯하여 “정비계획”, “기술교범”, “군수지원교육”의 결과를 최신화 할 수 있는 효과가 있다.
무기체계 개발 초기 단계에서부터 폐기까지 전 수명주기를 고려한 가상현실 기술 기반의 ILS 개발 수행 방안에 대하여 연구하였다. 특히 가상현실 기술을 기반으로 개발 중인 DMS는 현재 특정 무기체계 개발 단계에서 설계 검증을 위해 개발하고 있으나 다른 무기체계에도 적용이 가능하며, 설계 검증 외 총 수명주기 동안의 군수지원 보장을 위한 ILS 업무에도 적용이 가능할 것으로 판단하여 개발 단계별 ILS 분야에의 적용 업무 및 방안을 제안하였다. 또한 DMS의 현재 개발된 기능 외 추가적인 기능 개선 방향을 검토함으로써 ILS 업무에 대한 활용성을 높일 수 있는 방안을 제시하였다.

후속연구

DMS는 통합된 기능을 기능별로 3D 형상을 조작할 수 있는 기본 플랫폼인 View 모듈, 수리부속에 대한 정비절차를 생성할 수 있는 정비절차 생성 모듈, 정비절차를 동영상으로 제작할 수 있는 시뮬레이션 모듈, 수리부 속 간의 충돌 및 간섭 부위를 시각화함으로써 설계 형상의 문제점을 확인할 수 있는 충돌/간섭 검증 모듈, 정비성 검토를 위한 치공구 탐색 및 인체 접근성에 대한 설계 검증이 가능한 치공구 및 인체 검증 모듈로 구분 개발할 수 있을 것으로 판단된다. 각 모듈별 개발 시 Table4와 같이 개발 단계별로 DMS 모듈을 별도 통합 구성하여 사용자의 편의 따라 사용할 수 있고, 비용 저감 효과를 기대할 수 있다.
각 기능은 다년간의 무기체계 개발을 수행하면서 축적된 필요사항을 지속적으로 추가 반영하여 개발 중이기 때문에 다른 무기체계 개발에 적용함에 있어 설계 수준과 활용성 등을 고려하여 DMS 기능을 선택적으로 적용할 수 있을 것이다.
동시에 기술교범 작성 수준(형상 및 정비절차)을 검토함으로써 평가 결과를 신속히 반영하여 기술교범을 최신화할 수 있을 것이다.
사용자가 태블릿 PC 또는 모바일 기기의 카메라를 BAR 코드/QR 코드와 같은 특정 코드에 인식시키면 해당 코드에 내포된 컨텐츠를 링크하여 증강현실로 체험할 수 있는 기능이 현실화되어 있다. 따라서 Fig. 9와 같이 DMS에서 생성된 컨텐츠를 활용함에 있어 사용자가 일일이 해당 컨텐츠에 접근하는 것이 아니라 특정 코드를 활용한 직접 접근법을 DMS 기능에 포함시키면 보다 효율적으로 DMS를 활용할 수 있을 것으로 기대된다.
또한 DMS의 시뮬레이션 저작 기능을 활용하면 정비 절차를 모의하고 그 결과는 동영상으로 제작하여 시험평가요원 및 초도배치 교관요원을 위한 교보재로 활용함으로써 무기체계의 이해도를 높일 수 있을 것으로 판단된다.
단계별 개발에 따른 산출물과 운용 및 정비개념 등을 토대로 ILS 업무는 동시에 진행된다. 반면 설계 단계별로 실물 제작이 수반되지 않기 때문에 효과적인 설계 검토 및 ILS 자료 개발에 한계가 있어 이를 보완하기 위한 방안으로 가상현실 기술을 적용한 DMS를 ILS 업무에 적용할 것을 제안한다. 이의 일환으로 ILS 핵심 요소 중 가상현실 기술이 적용 가능한 효율적인 요소를 식별하고, DMS의 여러 기능 중 각 설계 단계별 주요 활용 범위를 분류하여 Table 2와 같이 제시한다.
운용유지 단계에서는 무기체계를 운용하면서 발생하는 문제점에 대해서 DMS의 3D 조작 기능을 활용하면 소요군 내에서 수행하는 설계 개선 활동 및 기반 근거자료를 제작할 수 있을 것이다. 이를 통해 개선 방안을 도출하여 “기술변경” 사항을 제안할 수 있으며, ILS 개발 요소 중 “연구 및 설계반영” 결과를 비롯하여 “정비계획”, “기술교범”, “군수지원교육”의 결과를 최신화 할 수 있는 효과가 있다.
예를 들어PROTO 社에서 판매하는 공구 및 국가재고번호가 부여된 지원장비와 같이 널리 사용되는 공구를 주기적으로 파악하여 공구 사양을 기반으로 3D 모델링 DB를 구축할 필요가 있다. 이러한 DB는 인체 검증 시 활용하여 사용자에게 보다 효율적이고 정확한 검증 결과를 제시할 수 있을 것이다.
대표적인 예로 설계 단계에서는 확인하지 못하고 사용자가 직접 운용을 통해서만 식별할 수 있는 문제점이존재한다. 이러한 경우 Fig. 8과 같이 사용자는 DMS를 통해 가상 시제를 조작하여 위치, 크기, 배치 상태 등을 수정하면서 개선 사항을 도출할 수 있으며, 현재 사용 중인 무기체계에 대한 성능개량 사업을 위한 근거자료로 사용할 수 있을 것이다.
이러한 알고리즘 개발 이외 자동 정비절차 생성 시 충돌 검증과 무관한 구성품을 제외하는 등 추가적인 옵션을 강화하면 보다 효율적인 자동 정비절차 생성 알고리즘을 개발할 수 있을 것으로 기대된다.
이에 따라 보다 정확한 설계검증을 위해 케이블의 유연성을 고려한 모델링 제작 및 검증 기능, 더 나아가 케이블의 두께나 재질의 강도에 따른 케이블 자체 꺽임에 따른 부하 강도 검증 기능 등을 DMS 기능 개선사항으로 고려할 필요가 있다
현재 DMS의 자동 정비절차 생성 기능은 특정 무기체계에 대한 적용을 목적으로 “기본 Rule”을 통해 원통형 형상 내 구성품 정비절차를 자동적으로 생성할 수 있으며, “특정 Rule”을 통해 원통형이 아닌 형상의 구성품 정비절차를 자동적으로 생성할 수 있다. 이에 추가적으로 모든 무기체계에 적용 가능하도록 원통형이 아닌 다른 특정 형상, 운용개념, 정비 특성 등을 고려하여 이에 알맞은 자동 정비절차 생성 알고리즘의 개발이 필요할 것으로 보인다.
DMS는 개발 진행 중인 무기체계의 3D 설계 자료를 활용하여 시각화시켜 주는 기술인 DMU 기술과 3D 설계 자료 및 치공구 등에 대한 자료 관리를 위한 DB 구축기술을 바탕으로 하여, 3D 설계 자료의 변환, 정비 절차생성, 정비성 및 부품 간 설치성 등의 ILS 요소개발 결과 검증과 산출물 가시화를 목적으로 개발되고 있다. 정비절차를 생성하여 정비성 및 설치성 등을 분석하고 분석 결과를 바탕으로 설계변경 사항을 도출할 수 있으며,검증을 위한 치공구 및 수리부속 자료관리 DB를 별도구축하여 운용할 수 있다.
현재 DMS는 국방과학연구소 주관으로 개발 중이며 설계검증 및 교육/훈련 자료 등과 같은 활용도를 높이기 위한 연구가 추가 진행 중이다. 향후 기능 개선사항 및 사물인터넷 기술을 적용하여 보다 효율적인 정비수행과 군수지원교육이 가능할 것으로 판단된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	무기체계 개발 시 체계성능에 대한 요구사항 강화와 함께 증대되는 요구사항은 무엇인가?	무기체계 개발 시 소요군을 포함한 무기체계 사용자는 과학기술이 급변하고 첨단화됨으로 인하여 정밀한 기능과 다양한 임무를 수행할 수 있도록 체계성능에 대한 요구사항을 강화하고 있다. 이에 반하여 개발 기간 단축 및 비용 최소화에 대한 요구가 동시에 증대되면서 무기체계 개발 초기단계에서부터 효과적이고, 효율적인 개발에 대한 연구 활동이 필수 요건으로 인식되고 있다.
	국내 무기체계 개발이 자주국방을 목표로 진행되어온 시점은 언제인가?	국내 무기체계 개발은 “자주국방”을 목표로 1970년 이후부터 우수한 무기체계 획득과 방산 자주화 역량 구비, 미래 전장양상에 부응하는 첨단 무기체계 개발에 중점을 두고 진행되어 왔다. 하지만 이에 못지않게 무기체계의 완벽한 운영유지 보장을 위한 종합군수지원(ILS, Integrated Logistics Support) 체계 확립의 중요성 또한 대두되고 있다.
	연구 개발 초기 단계에서부터 개발 기간 단축 및 비용 최소화와 함께 효율적인 연구 방안 모색이 요구되는 이유는 무엇인가?	최근 무기 체계에 대한 성능 요구 사양이 강화됨에 따라 연구 개발 초기 단계에서부터 개발 기간 단축 및 비용 최소화와 함께 효율적인 연구 방안 모색이 요구되고 있다. 이의 일환으로 무기 체계 개발 단계에서 가상현실 기술을 활용하여 군수지원 분석과 설계 검증을 수행할 수 있다.

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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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)
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