[논문]시스템엔지니어링 탐색적 접근을 통한 플랜트 엔지니어링 선행설계 전문인력 양성을 위한 스마트 교육시스템 개념설계에 관한 연구

홍대근; 박창우; 서석환; 서활원

doi:10.14248/jkosse.2018.14.1.028

시스템엔지니어링 탐색적 접근을 통한 플랜트 엔지니어링 선행설계 전문인력 양성을 위한 스마트 교육시스템 개념설계에 관한 연구
A Study on Conceptual Design of Smart Training System for Advanced Plant Design and FEED Engineers Based on Exploring Systems Engineering 원문보기

시스템엔지니어링학술지 = Journal of the Korean Society of Systems Engineering, v.14 no.1, 2018년, pp.28 - 35

홍대근 (포스텍 철강대학원) , 박창우 (서울대학교 공학전문대학원) , 서석환 (포스텍 철강대학원) , 서활원 (포스텍 철강대학원)

Abstract ▼ AI-Helper

Front End Engineering Design (FEED), currently dominated by a few advanced countries, creates the highest added-value in the in plant construction industry. In the domestic plant engineering industry, it is difficult to acquire its own technology capability and experience due to lack of experience and shortage of experts in advanced design fields such as basic design and FEED. To achieve competitiveness with the advanced countries, it is necessary to establish smart training system for advanced plant design and FEED engineers. This study aims to design an integrated training framework for plant engineering and FEED using system engineering to build a smart plant engineering education system that learns design knowledge based on educational content and experience based on design stage for chemical plant.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구에서는 우리는 이들 프로세스 그룹 중 기술적인 관점에서 이해관계자의 요구사항으로부터 요구사항을 만족하는 시스템의 개발 및 운영, 유지보수까지 다루고 있는 기술 프로세스를 중심으로 한다.
본 연구에서는 화공플랜트 공정에 대해 설계단계별 교육컨텐츠 및 경험에 기초한 설계지식을 학습하는 스마트 플랜트 엔지니어링 교육시스템을 구축하기 위해서, 시스템엔지니어링을 이용하여 플랜트 엔지니어링 선행설계 통합교육 프레임워크를 설계하고자 한다.
이러한 대상시스템의 복잡성을 만족시키기 위해서, 본 연구에서는 이러한 복잡성을 갖는 학교와 산업체 수준의 교육 프로그램을 체계적으로 개발할 수 있는 시스템엔지니어링 기반의 플랜트 엔지니어링과 교육을 위한 프레임워크를 개발하였다.
이를 위해서 본 연구에서는 수요기업(현대오일뱅크)의 지식노하우를 바탕으로 교수설계자가 개발한 플랜트 개념설계, 기본설계, FEED Package의 내용을 교육기관(포항공과대학교, 서울대학교, 연세대학교)과 상용 소프트웨어 개발업체((주)솔트웍스, 피에스이코리아(유))가 협력하여 실무 엔지니어가 쉽게 학습할 수 있는 교육 플랫폼을 구축하고자 한다.
이를 위해서 본 연구에서는 플랜트 엔지니어링 선행설계를 위한 전문인력 양성 교육 프로그램을 체계적으로 개발하기 위해서 시스템엔지니어링 관점에서 교육시스템 개발 프레임워크를 제안하였다.

제안 방법

Figure 3과 같이 요구사항이 만족되는지를 어떻게 검증할 것인가를 기술한 검증요구사항을 개발하여 이해관계자 요구사항, 시스템 요구사항과 추적성을 제공하고, 검증요구사항을 기준으로 개발된 3D 가상 시뮬레이터 기반 플랜트 엔지니어링 통합교육시스템을 평가하고 효과성을 측정한다.
다시 말해서, 화공기초, FEED 분야별 설계･표준･코드, FEED 수행절차, 기술적･경제적 보증 등 화공 플랜트 설계를 위한 이론과 실무교육 요구사항을 분석하고, 화공플랜트 모듈화된 설계활동에서 PDF 설계 변경이 이루어지면 연관되어 있는 다른 모듈(예, P&ID)에서도 설계변경이 자동으로 반영되는 지능형 P&ID 요구사항을 분석한다.
또한, 본 연구에서는 각 분야별 전문가그룹과 협력하여 플랜트 엔지니어링 선행설계 전문인력 양성을 위한 지능형 통합설계 교육시스템, Smart-PETS 개발을 위한 탐색적 연구를 수행하였으며, 시스템엔지니어링을 통해서 앞으로 나아가야 할 연구 방향과 세부 연구내용을 구조화하였다.
또한, 시스템 요구사항을 분석 및 수정하여 완전한 요구사항으로 재정의･기록･유지하고, 이해관계자 요구사항과의 추적성(Traceability) 확보한다. 다시 말해서, 기본설계단계에서 생성된 데이터와 FEED 단계에서 생성된 설계 자료간의 추적성을 제공하고, 각 추적성 분석 시 관련된 문서･의사결정사항등과 관련된 기타 자료를 DB화하고 추적성 검토 시 활용할 수 있도록 전산지원 환경을 구축한다.
본 연구에서는, 이 중 국제적으로 가장 범용적으로 사용되고 있는 ISO/IEC 15288과 INCOSE 핸드북에 초점을 맞추며, 이를 기반으로 스마트 플랜트 엔지니어링 교육 시스템 구축을 위한 시스템엔지니어링 프로세스를 개발한다.
본 연구의 대상 시스템은 플랜트 엔지니어링 단계에서 특히, FEED 역량을 키울 수 있는 교육 프로그램 개발을 위한 교육 시스템이고, 교육 시스템은 물리적 시스템과 달리 개발과정과 결과물에서 차이가 존재하기 때문에, 우리는 전문가들과 함께 일반적인 시스템엔지니어링 프로세스를 화공 설계 및 모델링, 플랜트 시뮬레이션, 시스템엔지니어링, 프로젝트관리, 교육 개발을 포함한 전문가들 함께 교육 시스템 목적에 맞도록 tailoring 하였다.
이를 위해서 기본설계 및 FEED 프로세스를 구성하는 세부 엔지니어링 활동을 모듈화하고, 각 모듈에 대한 입력･출력･고려사항 등을 파악한다.
특히 교육시스템의 특징을 아키텍처 설계 단계에서 반영하기 위해서 비전, 추진목적, 인재상 설계, 교육체계 설계, 교육과정 설계, 교과목 설계 네 개의 서브 프로세스로 세분화하였다.
플랜트 유형별 선행설계(개념/기본설계, FEED) 프로세스를 디자인하고, 프로세스 단계별 입･출력 요소를 구조화 및 각각에 대한 교육요소를 구체화하여 교과목 및 교육과정을 설계한다.

성능/효과

시스템엔지니어링 접근을 통해서 플랜트분야의 지능형 통합교육시스템을 대상으로 불명확하고 복잡한 이해관계자 요구사항을 분석하여 개념단계부터 합리적인 방법을 통해서 시스템 규격을 개발하고 관리할 수 있었으며, 대상시스템인 플랜트공정 프로세스를 정의, 운영환경 정의, 논리적/물리적 아키텍처 개발, 설계 워크플로우 개발을 통해서 개념설계, 기본설계 FEED 각 단계에서 발생되는 설계 문서 및 정보를 통합 관리하고 추적성을 확보할 수 있었다.

후속연구

이를 위해서 향후 연구에서는 제안된 프레임워크를 실제 플랜트 선행설계 전문인력 양성 교육시스템사례에 적용하여 효과성을 확인할 계획이다.
하지만 본 연구에서 제안하는 시스템엔지니어링 기반 교육시스템 개발 프레임워크는 아직까지 실제 사례개발에 완전히 적용되지 못했다는 한계점을 가진다. 다시 말해서, 시스템 생명주기 관점에서 제안된 교육시스템 개발 프레임워크를 기반으로 아키텍처 설계 및 시스템 개발을 추진중이기 때문에 운영 및 유지보수, 그리고 효과는 아직 검증하지 못했다. 이를 위해서 향후 연구에서는 제안된 프레임워크를 실제 플랜트 선행설계 전문인력 양성 교육시스템사례에 적용하여 효과성을 확인할 계획이다.
또한, 설계단계별 교육 컨텐츠 및 지식기반 구축과 더불어 동적공정시뮬레이션, VR, AR, 빅데이터 등 최신 ICT를 융합하여 설계교육의 지능화 및 효과를 극대화할 수 있는 교육방안 개발이 필요하다.
이를 위해서 향후 연구에서는 제안된 프레임워크를 실제 플랜트 선행설계 전문인력 양성 교육시스템사례에 적용하여 효과성을 확인할 계획이다. 또한, 플랜트 엔지니어링 선행설계 전문인력 양성 교육시스템 개발뿐만 아니라 시범운영을 통해서 지속적으로 교육프로그램의 평가하고 개선해 나갈 것이다.
하지만 본 연구에서 제안하는 시스템엔지니어링 기반 교육시스템 개발 프레임워크는 아직까지 실제 사례개발에 완전히 적용되지 못했다는 한계점을 가진다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	플랜트 엔지니어링 산업의 개념과 특징은 무엇인가?	플랜트 엔지니어링 산업은 지식서비스와 기계설비･건설 등 제조업이 융복합된 산업으로서 산업 파급효과가 높고, 기술 혁신을 통한 석유화학, 철강, 기계, 조선, 에너지 등 주력 장치산업의 고부가가치화와 시장 확대에 기여하는 주력산업이다[3]. (산업별 부가가치율(%) : 엔지니어링(56), SW(50), 제조업(33), 건설업(21)).
	엔지니어링 사업 전체의 수익성을 결정하는 전방 가치사슬이 갖는 성장의 한계 문제를 해결하기 위해서는 어떠한 것들이 요구되는가?	엔지니어링 사업 전체의 수익성을 결정하고, 상세설계, 구매, 시공 등 후방 가치사슬 엔지니어링 수주 경쟁력을 좌우하는 전방 가치사슬은 부가가치가 높지만, 한국을 포함한 엔지니어링 후발업체는 전문인력 부족으로 성장하는데 한계를 보이고 있다[3]. 그동안 국내에서 건조한 다양한 육/해상 플랜트 건조경험을 기반으로 산재한 국내 기본설계 및 FEED 설계 전문인력의 역량을 결집하여 국내 실정에 맞는 지능형 플랜트 엔지니어링 설계교육 시스템의 개발을 정책적으로 지원할 필요가 있다. 특히, LNG 플랜트 등 전략적으로 중요한 핵심 플랜트 엔지니어링 공정을 선별하여 각기 특성에 따른 설계 프로세스의 정의와 프로세스별 설계 지식을 체계적으로 반영한 교육 컨텐츠 및 지식기반의 체험 학습을 지원할 수 있는 교육과정 개발이 시급하다. 또한, 설계단계별 교육 컨텐츠 및 지식기반 구축과 더불어 동적공정시뮬레이션, VR, AR, 빅데이터 등 최신 ICT를 융합하여 설계교육의 지능화 및 효과를 극대화할 수 있는 교육방안 개발이 필요하다.
	현재 엔지니어링 후발업체가 많이 있는 분야는 어디인가?	엔지니어링 수명주기 관점에서 보면, 선진국들은 부가가치가 높은 Front End Engineering Design(FEED)와 같은 전방 가치사슬 분야를 포함하여 경쟁우위를 갖고 있는 반면, 우리나라를 비롯한 엔지니어링 후발업체는 상대적으로 부가가치가 낮은 상세설계, 구매, 시공 등 후방 가치사슬 분야에 치중하고 있는 상황이다[2]. 국내 플랜트 엔지니어링 산업의 경쟁력 회복을 위하여 산업구조를 고부가가치영역인 개념설계, 기본설계 및 FEED 등 선행설계영역으로의 고도화 대책마련이 시급하다.

참고문헌 (9)

조재현, 서활원, 탁경재, 한형상, 국내 플랜트 엔지니어링 위기 극복 방안 - FEED를 중심으로, KEIT PD ISSUE REPORT, Vol.16-09, pp.45-71, 2016.
기완욱, 김준필, 홍대근, 서석환, 플랜트 FEED 설계를 위한 시스템엔지니어링 기술프로세스 적용방안 연구 - 환경플랜트 사례를 중심으로, 시스템엔지니어링 학술지 Vol.9 No.2, p.37-53, 2013.

원문보기 상세보기
한국엔지니어링협회, 엔지니어링산업백서, 한국엔지니어링협회, 2013.
Bozkurt, I. and Randolph-Gips, M., A systems engineering framework for online course design and delivery, Proceedings of the 42nd Annual Southwest Decision Sciences Institute Conference, Houston, TX, 2011.
INCOSE, Systems engineering handbook: A guide for system life cycle processes and activities, version 3.2.2. International Council on Systems Engineering (INCOSE), 2011.
International Organization for Standardization, ISO/IEC 15288:2008: Systems and software engineering - System life cycle processes, ISO, 2008.
O'Shea, P., A systems view of learning in education. International Journal of Educational Development, 27(6), pp. 637-646, 2007.

상세보기
Reina, P. and Tulacz, G., 2016. The 2016 top 225 international design firm, Engineering News-Record. Engineering News-Record (ENR). The McGraw-Hill Companies, Inc.
Rompelman, O. and Graaff, E. De, The engineering of engineering education: curriculum development from a designer's point of view, European journal of engineering education, 31(02), pp. 215-226, 2006.

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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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