[논문]기존시스템의 개념 및 기본 설계를 위해 최소화된 아키텍처 기반 설계 프로세스 제안 및 고로 시스템 적용 사례

이중윤; 최인용

doi:10.14248/jkosse.2018.14.1.072

기존시스템의 개념 및 기본 설계를 위해 최소화된 아키텍처 기반 설계 프로세스 제안 및 고로 시스템 적용 사례
A Proposal of Architecture Based Minimized Design Process for a Precedented System and the Application Case for a Blast Furnace System 원문보기

시스템엔지니어링학술지 = Journal of the Korean Society of Systems Engineering, v.14 no.1, 2018년, pp.72 - 82

이중윤 (포항공과대학교 엔지니어링 대학원) , (포항공과대학교 엔지니어링 대학원) , 최인용

Abstract ▼ AI-Helper

Generally speaking, because of complexity of engineering process, the systems engineering may be not easy to understand clearly and not easy to perform also. The status of systems engineering infrastructure of the some Korean industry is not matured yet, i.e., the systems engineering process, method, tool and environment is not implemented consistently within the steel making industry. These difficulties are more severe at the concept and basic design phase than the detail design phase relatively. Korean industry has lots of development project for the precedented systems and usually has matured domain knowledge for the precedented systems. Even though there is a mature domain knowledge of the precedented systems, the development project will lead to failure under the condition of engineering system is not well equipped. For the project success, it is very important to have a proper engineering execution system especially for the concept design and basic phase, which has a high abstraction and a large influence on the whole project. This paper proposes a minimized design process that can be easily applied to the concept and basic design phase of the precedented systems, instead of complex system engineering processes. This paper also proposes the application case of the minimized design process and methods for a Blast Furnace System.

주제어

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문제 정의

제시한 엔지니어링 프로세스는 간단하기 때문에 시스템엔지니어링 적용의 관점에서 현장 엔지니어들이 기존에 느끼던 부담감을 크게 낮출 수 있다. 또한 자력 개발 역량 확보의 핵심이 되는 시스템 규격(System Spec.)과 하부시스템 규격(Subsystem Spec.)을 개발하는 것에 초점을 두었다. 또한 이들 두 규격의 타당성과 완전성을 보장하기 위해 기능적 물리적 아키텍처를 활용한 분석 프로세스를 두었다.
본 논문에서는 1수준 표준 중에서 EIA-632 표준의 설계 프로세스를 활용하여 기존 시스템에 적용 가능한 간단한 모델을 제시한다.
본 논문에서는 논문의 목적에 적합하게 고로 시스템에 대한 기본적인 정보만을 소개한다.
본 논문은 기존 시스템에 대한 모범 시스템 규격서와 하부시스템 규격서가 없는 경우 이를 복구하기 위해 통상적으로 적용하는 역공학 및 재공학적 접근법을 사용한 간단한 프로세스를 제시한다. 본 논문에서 제시하는 설계 프로세스를 Figure 4에 나타내었으며, 이를 아키텍처 기반 설계 프로세스라 칭하였다.
본 논문은 시스템 자력 개발 능력 확보에 필요한 3대 요소 중 국내 산업계에서 가장 부족한 ‘체계적인 개발 프로세스 수행 역량’를 상대적으로 용이하게 확보할 수 있도록 조정한 다음 프로세스를 제시하였다.
하지만 체계적인 엔지니어링 프로세스를 제공하는 시스템엔지니어링 관련 표준 또는 지침은 그 내용의 추상성이 높아 실무에 적용하기가 쉽지 않다. 본 논문은 이러한 어려움을 극복하는 방법을 제시하기 위해, 복잡한 시스템엔지니어링 프로세스를 기존시스템에 쉽게 적용할 수 있도록 조정한 프로세스 제시하고 이를 제철 플랜트의 하부 시스템인 고로시스템에 적용한 사례를 제시한다.

제안 방법

기존의 고로 설비 개발에 사용되는 프로세스는 다음과 같다. (1) 설계 계산식, 기본 설계 연구 자료 등 기술 자료 준비, (2) 준비된 자료와 전문가 암묵지를 활용하여 계약사양서 개발 (3) 계약사양서로 계약 및 이를 기반으로 설비 개발 수행. 여기서 사용된 핵심 개발 지식은 계약사양서와 각종 설계 계산식 그리고 전문가의 암묵지이다.
규격서 목차 구조, 문장 작성 기준, 문장 작성 방법 등에 관한 관련 표준 또는 연구 결과를 활용하여 고로 시스템 개발 프로젝트 환경에서 활용이 용이하도록 조정하였다. 즉, 다른 프로젝트에서는 프로젝트의 복잡도에 따라 엄격한 수준을 높이거나 낮출 수 있다.
지금까지는 고로 시스템의 물리 아키텍처와 기능 아키텍처 그리고 성능 분석 모델을 개발하였다. 그 결과 물리적 계층구조에 따른 기능 구조를 식별하였다. 또한 시스템 및 하부시스템의 성능 값을 계층적으로 분석 및 결정할 수도 있었다.
또한 획득 및 공급관련 적합성을 고려해야 한다. 그리고 개발된 물리적 계층구조의 적합성은 도메인 전문가의 검토를 통해 확인하였다.
또한 이를 제철 플랜트의 하부 시스템인 고로시스템에 적용한 사례를 제시하였다. 그리고 고로시스템 적용 사례를 통해 제시한 프로세스의 수행에 필요한 방법과 도구로 규격서 목차 구조, 문장작성 기준, 문장 작성 방법을 예시하였다. 다른 기존시스템에 대한 개념설계 역량 확보를 위해, 본 논문에서 제시한 프로세스, 방법 및 도구를 활용할 수 있다.
기능 아키텍처의 개발시 고려사항은 물리 아키텍처와의 일관성 및 공정별 재료 입출력이다. 기능 아키텍처 적합성은 도메인 전문가의 검토를 통해 확인하였다.
시스템의 기능 아키텍처는 논리적 사고의 중심이 되는 산출물이다. 논리적으로 설계된 기능을 기준으로 성능 결정을 위한 분석을 수행하며, 분석 결과를 반영하여 규격을 결정한다. 따라서 기능 아키텍처는 핵심적인 설계 산출물로 주로 기능간의 관계를 파악할 수 있는 기능 흐름도(FFBD)와 입출력 및 수행 주체를 알 수 있는 Swim Lane Diagram 또는 IDEF0 등으로 구성된다.
제시한 개발 프로세스의 수행 능력을 확보하기 위해서는 프로세스 수행에 필요한 세부 방법과 도구 그리고 가능한 경우 예시까지를 제시할 필요가 있다. 다음 장에서 제철설비의 하부시스템인 고로시스템에 적용한 사례를 통하여 프로세스 수행에 필요한 도구 및 활용 방법 대한 내용을 이해할 수 있도록 하였다.
)을 개발하는 것에 초점을 두었다. 또한 이들 두 규격의 타당성과 완전성을 보장하기 위해 기능적 물리적 아키텍처를 활용한 분석 프로세스를 두었다.
우선 역공학을 통해 (1) 물리 아키텍처 모델을 개발하고, (2) 기능 아키텍처 모델을 개발하며, 이를 기반으로 (3) 필요한 분석을 수행하여 (4) 시스템 규격을 개발하고 (5) 하부시스템 규격을 개발한다. 또한 이를 제철 플랜트의 하부 시스템인 고로시스템에 적용한 사례를 제시하였다. 그리고 고로시스템 적용 사례를 통해 제시한 프로세스의 수행에 필요한 방법과 도구로 규격서 목차 구조, 문장작성 기준, 문장 작성 방법을 예시하였다.
획득자 및 기타 이해관계자 요구사항 정의 프로세스는 개념적인 수행으로 축약하였으며 본 논문에서 제시하는 프로세스에서는 제외하였다. 본 논문에서 제시하는 공식설계 프로세스의 범위는 (1) 시스템 규격서 작성, (2) 기능 아키텍처 모델 개발, (3) 물리 아키텍처 모델 개발, (4) 초안 하부시스템 규격서 개발, (5) 시스템 해석 이상 5개의 프로세스로 구성하였다.
Figure 9는 이와 같은 수식모델과 항목별 세부성능 분석 모델과의 관계 등을 예시하고 있다. 본 연구에서는 고로 개발팀으로부터 제공 받은 수식모델을 엑셀 기반으로 시스템 계층구조에 따라 정리하였다. 이 과정에서 수식모델이 변수 연결이 끊어진 누락 부분을 식별하고 보완하는 등 수식모델의 일관성을 일부 개선할 수 있었다.
본 연구에서는 연구 목적에 따라 규격 수목도 중주상 규격을 비롯한 일부 규격만을 개발하였다. 본 논문에서 제시하는 방법에 따라 고로 시스템 규격 및 하부시스템 규격을 개발하면 Figure 12에 나타난 고로 시스템의 규격 수목도와 같은 형상을 개발할 수 있다.
본 논문은 시스템 자력 개발 능력 확보에 필요한 3대 요소 중 국내 산업계에서 가장 부족한 ‘체계적인 개발 프로세스 수행 역량’를 상대적으로 용이하게 확보할 수 있도록 조정한 다음 프로세스를 제시하였다. 우선 역공학을 통해 (1) 물리 아키텍처 모델을 개발하고, (2) 기능 아키텍처 모델을 개발하며, 이를 기반으로 (3) 필요한 분석을 수행하여 (4) 시스템 규격을 개발하고 (5) 하부시스템 규격을 개발한다. 또한 이를 제철 플랜트의 하부 시스템인 고로시스템에 적용한 사례를 제시하였다.
이 개발 지식은 시스템 수준과 하부시스템 수준의 설계 정보들이 시스템 계층구조에 따라 체계화되어 있지 않고 혼재 또는 분산되어 있으며, 산출물화 되어 있는 형식지에서 부족 또는 누락된 부분은 전문가들의 축적된 경험기술인 암묵지를 활용하여 해결한다.
이러한 방법을 적용하여 계약사양서를 포함한 여러 기술 데이터의 내용을 정련하여 시스템 규격서 및 하부시스템 규격서를 개발하였다. Figure 11에는 계약 사항서의 원문장으로부터 규격 문장을 개발하고, 규격서 목차구조에 따라 배치하는 과정을 예시하였다.
고로 시스템의 성능 분석은 다양한 수식 모델이 활용된다. 이러한 수식모델을 시스템 계층구조에 따라 통합하는 과정을 수행하였다. 하지만 기능 아키텍처에서 정의된 기능 중에서 성능 분석을 통해 성능 값을 결정해야 하는 항목 모두를 수식 모델에 통합하지는 못 하였다.

이론/모형

고로 시스템의 규격 문장 작성 기준은 EIA 632(1999:97) 및 ISO/IEC/IEEE 29148 (2011:11)에서 제시한 기준을 조정하여 Table 4와 같이 정의하여 적용하였다.[4],[8]

성능/효과

대상 시스템인 고로 시스템에 대하여 시스템 및 하부시스템 규격서를 개발한 경우에 하부시스템 규격서를 활용하여 하부시스템 별로 획득 계약을 체결할 수 있으며, 규격 추적 체계를 통하여 계약 후 개발 관리를 합리적으로 수행할 수 있다.
본 논문에서 제시한 아키텍처 기반 설계 프로세스를 활용하여 최소의 노력으로 자력 개발 능력 확보에 필요한 빈 곳인 ‘체계적인 개발 프로세스’를 채울 수 있다.

후속연구

그리고 고로시스템 적용 사례를 통해 제시한 프로세스의 수행에 필요한 방법과 도구로 규격서 목차 구조, 문장작성 기준, 문장 작성 방법을 예시하였다. 다른 기존시스템에 대한 개념설계 역량 확보를 위해, 본 논문에서 제시한 프로세스, 방법 및 도구를 활용할 수 있다.
이러한 상태에 도달하기 위해, 기존 설계 정보를 본 논문에서 제시하는 아키텍처 기반 설계 프로세스에 적합하도록 정리할 필요가 있다. 이를 위한 프로세스는 Figure 4에 제시한 바와 같이 (1) 물리적 아키텍처 개발, (2) 기능 아키텍처 개발, 이를 기반으로 (3) 필요한 모든 해석 모델을 활용하여 분석을 수행, (4) 시스템 규격 개발, (5) 하부 시스템규격 개발을 수행한다.
하지만 본 논문은 기능 및 성능 규격 외에 가용성, 신뢰성, 유지보수성, 안전성, 조업 편의성, 친환경성 등과 같은 제약사항에 대한 분석 및 절충연구에 대한 내용은 자세히 제공하지 않는다. 향후 이러한 특수공학 분야에 대한 통합방안을 보완하면, 완전한 개념 설계 체계를 구비할 수 있다.
이 과정에서 수식모델이 변수 연결이 끊어진 누락 부분을 식별하고 보완하는 등 수식모델의 일관성을 일부 개선할 수 있었다. 향후 연구를 통해 누락과 끊어짐이 완전히 해결될 때 까지 지속적으로 개선이 필요한 상태이다.
하지만 본 논문은 기능 및 성능 규격 외에 가용성, 신뢰성, 유지보수성, 안전성, 조업 편의성, 친환경성 등과 같은 제약사항에 대한 분석 및 절충연구에 대한 내용은 자세히 제공하지 않는다. 향후 이러한 특수공학 분야에 대한 통합방안을 보완하면, 완전한 개념 설계 체계를 구비할 수 있다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	시스템엔지니어링 프로세스 관련 주요 표준으로 어떤 것이 있는가?	시스템엔지니어링 프로세스 관련 주요 표준은 MILSTD-499, IEEE 1220, EIA-632, ISO/IEC/IEEE 15288 등이 있다. 이들 표준이 다루는 범위는 모든 시스템에 적용 가능한 시스템엔지니어링 프로세스이다.
	창조적인 자력개발 능력 확보에 필요한 요소를 3개로 크게 구분하면?	창조적인 자력개발 능력 확보에 필요한 요소를 여러 관점에서 식별 및 구분할 수 있으나 (1)도메인 전문 지식, (2)체계적인 개발 프로세스 및 (3)창의성 이상 3대 요소로 구분할 수도 있다. 국내 산업은 자동차 및 가전제품 등의 대량 생산 제품을 개발하는 산업과 발전소, 선박, 해양플랜트, 건설 등의 플랜트 건설 산업 그리고 철강, 화학 등의 소재 생산 산업 등 여러 분야가 있다.
	체계적인 개발 프로세스를 구축에 필요한 시스템 생명주기 중 개념 및 기본설계 단계 수행 능력 확보가 어려운 이유는?	따라서 국내 산업계에서 체계적인 개발 프로세스를 구축하기 위해서는 시스템 생명주기 중 개념 및 기본설계 단계 수행 능력 확보에 초점을 둘 필요가 있다. 하지만 체계적인 엔지니어링 프로세스를 제공하는 시스템엔지니어링 관련 표준 또는 지침은 그 내용의 추상성이 높아 실무에 적용하기가 쉽지 않다. 본 논문은 이러한 어려움을 극복하는 방법을 제시하기 위해, 복잡한 시스템엔지니어링 프로세스를 기존시스템에 쉽게 적용할 수 있도록 조정한 프로세스 제시하고 이를 제철 플랜트의 하부 시스템인 고로시스템에 적용한 사례를 제시한다.

참고문헌 (9)

ISO/IEC/IEEE 24748-2, Systems and software engineering - Life cycle management - Part 2: Guidelines for the application of ISO/IEC/IEEE 15288, p.21, 2018.
Taekyong Lee et al., A Case Study of Steel-making Plant Engineering Standard Development Based on Systems Engineering Standards, J. of KOSSE v.12, n.1, p.9, 2016.
Taekyong Lee and Joongyoon Lee, A Systems Engineering Process Refinement: Focused on Technical Process, J. of KOSSE v.13, n.1, p.41-50, 2016.
EIA-632, Processes for Engineering a System, p.19-27, p.97, 1999.
그림 인용 http://www.daviddarling.info/images/blast_furnace.jpg
MIL-STD-490A, Specification Practices, p.53-76, 1985.
MIL-STD-961D, Defense Specifications, p.122-125, 1995.
ISO/IEC/IEEE 29148, Systems and software engineering - Life cycle processes - Requirements engineering, p.11-14, p.43, 2011.
Joongyoon Lee, A Study on the Process and Tool for System Requirements Definition, Ph.D. Thesis, p.103-105, 2004.

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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