[논문]국방 선행연구단계에서 안전분석 기법 FTA/FMEA의 활용을 통한 핵심요소의 결정

최세근; 김영민; 이재천

doi:10.5762/kais.2018.19.9.50

문제 정의

관련된 연구로는 국방 분야에서 시스템엔지니어링 기반으로 무기체계 연구개발 단계 개선에 관해 연구를 수행하였다. 해당 연구는 시스템엔지니어링 분야에서 언급하는 개발 생명주기에 따라, 기존의 선행연구 단계에서 요구되는 항목에 대해 재구분(할당) 관점에서 수행을 하였다.
따라서, 평가요소에 대한 평가기준의 정립이 요구되었다. 기존 방위사업청 위험관리 가이드북 기준에 따르면 사업의 종료시점을 기준으로 사업평가를 위한 평가지표로 일정/성능/비용을 기준으로 수행되었지만, 본 연구에서는 최근 무기체계의 안전성 중요도 증대 및 사업관리 관점의 위험 영향이 반영될 필요가 있어, 추가적으로 제시 되었다.
따라서, 본 연구에서는 Fig.2와 같이, 선행연구 단계에서 수행되어야 할 핵심요소를 도출하고, 도출된 항목을 바탕으로 수행절차를 구축하는 방법론에 대한 연구를 수행하였다. 방위력 개선사업 선행연구단계에 대하여, 기존 산출물 및 활동에 대한 객관화하기 위한 정량적 평가기반 구축을 수행하기 위해 FMEA(Failure Mode Effects Analysis)[4]와 FTA(Fault Tree Analysis)[5]의 안전분석 기법을 사업관리 측면에서 활용해 본 연구를 수행하였다.
해당연구는 사업관리의 품질요소에 대한 설문조사를 기반으로 수행했다는 점에서 객관화에 한계가 있다. 따라서, 본 연구에서는 안전분석 기법의 사업관리 관점에서의 활용방안을 제시하여 선행연구단계의 수행되어야 할 핵심요소 식별 및 핵심요소 기반의 수행방안 모델을 만들고자 하였다.
FMEA 기법은 의도한 기능의 추적 및 기능의 오류가 미치는 영향성 및 추적성 확립이 요구되는 기법이다. 따라서, 본 연구에서는 해당하는 핵심지표가 연동하고 있는 핵심지표 요소와의 연동성 확립을 통해, Fig. 8과 같이, 어떠한 범주의 핵심요소와의 연동이 있는지에 대한 추적성 정보 확립을 수행하였다. 이는 향후, 사업관리의 위험관리 측면에서 중요한 정보를 제공한다.
따라서, 수많은 사업관리 요소에서 핵심이 되는 요소를 기반으로 수행하는 접근법의 이슈를 해결하고자 위험도·신뢰도를 기반한 선행연구단계의 방위력 개선사업 사업관리의 수행방안에 대해 연구를 수행하였다.
본 연구는 FTA/FMEA 안전분석 기법을 국방 무기체계 선행연구단계에서 활용 가능한 연구관점에서 수행되었다. FTA와 FMEA 기법의 상호보완 요소라는 측면의 특성을 활용해, 보완요소를 식별하여 기존의 무기체계 개발사업, 특히, 선행연구단계에서 고려되어야 할 핵심요소에 대한 분석 및 도출을 수행하였다.
무기체계 사업의 특성상 사업전체를 검토하는데 있어서 전문가의 전문성 분야별 놓치는 문제가 발생할 수 있기 때문에 무기체계 사업의 전체의 관점에서 활용 가능한 접근 방법론이 필요하였다. 본 연구에서는 이를 보완하기 위해 체계적 접근 방법론 구축에 관한 연구를 수행하였다. 이를 위해 공학분야 안전분석 기법을 활용해 무기체계 관련 사업관리 요소를 체계적 관점에서 접근 가능한 방법론 구축에 관한 연구를 수행하였다.
특히, 방법론적으로 시스템의 위험 요소를 식별하여 설계적 결함을 사전에 방지하기 위한 접근 방안으로 FTA-FMEA 순서로 연구가 진행되는 추세이다[5]. 차량의 구조적/기능적 관점에서 분석을 통해 유발 가능한 영향 및 위험원 인자를 식별하는데 목적을 두는 두 기법은 서로 정반대의 접근 메카니즘을 바탕으로 수행하기 때문에 본 연구에서는 구조적/기능적/영향/원인 관점을 사업 관리적 관점에서 착안하여 두 기법의 연계성을 확보 기반으로 선행연구 단계의 수행방안에 대해서 연구하는데 노력하였다.

제안 방법

Step 4. FMEA 기법 수행을 통한 전체 수행요소의 위험도 기반 평가 수행.
Step 2. FTA 수행을 통한, 기존 수행요소 보완 식별 수행.
본 연구는 FTA/FMEA 안전분석 기법을 국방 무기체계 선행연구단계에서 활용 가능한 연구관점에서 수행되었다. FTA와 FMEA 기법의 상호보완 요소라는 측면의 특성을 활용해, 보완요소를 식별하여 기존의 무기체계 개발사업, 특히, 선행연구단계에서 고려되어야 할 핵심요소에 대한 분석 및 도출을 수행하였다. 핵심요소를 도출하기 위해서, 무기체계 개발 선행연구단계 특성을 반영한 평가 지표를 개발하여 기준 지표를 중심으로 핵심요소를 도출하기 위한 방법론을 구축하였다.
Fig. 9와 같이, IQ-FMEA라는 FMEA 기법 전문 지원도구를 활용해, 무기체계 선행연구 단계에서 고려되어야 할 핵심요소에 대해, 도구기반의 구축활동을 수행하였다. 이러한 수행을 통해서, 기존에 알수 없었던 영향성 평가를 수행할 수 있었다.
보완된 요소를 반영한 전체 검토항목에 대해서, FMEA 활동을 통해, 개별 항목이 지니고 있는 다양한 관점에서의 특징을 분석하고 이를 기반으로 개별 항목에 대한 평가를 수행하였다. 개별항목에 대해서는 방위력 개선사업에 영향을 미치는 요소를 식별하고, 식별된 요소를 평가할 수 있는 평가지표 및 기준을 제안하여 수행하였다. 평가된 검토항목에 대해서, 정량적 평가를 통해, 사업 지연/실패에 크게 미치는 수치 이상의 활동을 선행연구단계에서 활용될 핵심요소로 활용하였다.
따라서, 발생될 수 있는 사건을 분석하는데 있어서 식별할 수 있는 능력은 실제 수행자의 경험을 바탕으로 식별되거나 식별되지 않을 수도 있다는 장단점을 지니고 있다. 경험바탕의 지식 기반 FTA 수행을 통해, 기존에 관리규정에서 고려하지 않는 발생될 수 있는 사건(Top-Event)를 식별하여 이를 기반으로 관련 요소를 검토항목으로 추가하였다.
앞서, FTA 활동을 통해, 보완적인 요소 7개 항목을 추가적으로 분석·도출하였다. 따라서, 기존 방위사업청 규정 51개 요소를 포함한, 총 58개의 요소를 기반으로 핵심요소를 도출하는 활동을 수행하였다. 핵심요소를 도출하기 위해서 FMEA 기법을 활용한 중요도 평가 개념을 적용하여 중요도 평가에 따른 핵심요소를 도출하였다.
4와 같이, 두 기법의 활용적 관점에서 우선, 기존 방위사업관리규정[1]에 선행연구단계에서 검토할 51개 항목이 지니고 있는 미흡점을 찾아 보완하기 위해 FTA 기법을 활용하였다. 보완된 요소를 반영한 전체 검토항목에 대해서, FMEA 활동을 통해, 개별 항목이 지니고 있는 다양한 관점에서의 특징을 분석하고 이를 기반으로 개별 항목에 대한 평가를 수행하였다. 개별항목에 대해서는 방위력 개선사업에 영향을 미치는 요소를 식별하고, 식별된 요소를 평가할 수 있는 평가지표 및 기준을 제안하여 수행하였다.
본 연구는 안전분석 기법인 FTA/FMEA 기법이 지니고 있는 수행 특징을 활용해, 방위력 개선사업관리에 유용한점을 활용하였다. Fig.
중요도는 사업의 지연 및 실패에 미치는 영향도에 따른 중요도에 따라 평가하였다. 본 연구에서는 방위력 개선 사업에 미치는 요소를 일정/성능/위험도/비용을 기준 요소로 식별하였다. 따라서, 평가요소에 대한 평가기준의 정립이 요구되었다.
앞서, FTA 활동을 통해, 보완적인 요소 7개 항목을 추가적으로 분석·도출하였다.
앞선 3.3 절의 주요항목 평가기준 표를 바탕으로 Fig. 7과 같이, 개별 검토항목에 대해 성능, 일정, 비용을 바탕으로 평가를 수행하였다. 수행한 결과 값은 RPN 값이 심각도 등급 2등급 이상의 항목을 유지하고 1등급에 해당하는 저위험군 요소는 핵심요소에서 제외하는 절차를 수행하였다.
본 연구에서는 이를 보완하기 위해 체계적 접근 방법론 구축에 관한 연구를 수행하였다. 이를 위해 공학분야 안전분석 기법을 활용해 무기체계 관련 사업관리 요소를 체계적 관점에서 접근 가능한 방법론 구축에 관한 연구를 수행하였다. 윤상윤 외(2014)[10]는 선행연구 단계에서 수행되어야 할 활동에 대해 총괄적인 관점에서 절차 및 활동을 제시하고 있다.
3장에서는 핵심요소를 기반한 선행연구 방법론 구축에 관해 제시하고 있다. 전체 사업에 미치는 위험도 측면의 분석된 결과를 바탕으로 핵심요소 도출 및 방법론을 정립하였다. 4장에서는 FMEA 지원 도구기반 선행연구단계의 핵심요소 기반 방법론을 구축하고 기존 무기체계 개발 사례를 통한 검증활동을 수행하였다.
6과 같이, 위험도 우선순위 숫자(RPN)값을 구하기 위해, 사업관리 측면에 가장 큰 영향을 미치는 성능, 일정, 비용 관점에서 평가 기준 표를 새롭게 마련하였다. 평가된 점수 RPN 값을 기준으로 최종적으로 5등급의 구분으로 나누어 선행연구단계 핵심지표 2등급 이상, 즉, 사업의 정상 추진 이외의 영향을 미치는 위험원에 대해서는 핵심항목으로 선정하는 기준을 제시하였다.
FTA와 FMEA 기법의 상호보완 요소라는 측면의 특성을 활용해, 보완요소를 식별하여 기존의 무기체계 개발사업, 특히, 선행연구단계에서 고려되어야 할 핵심요소에 대한 분석 및 도출을 수행하였다. 핵심요소를 도출하기 위해서, 무기체계 개발 선행연구단계 특성을 반영한 평가 지표를 개발하여 기준 지표를 중심으로 핵심요소를 도출하기 위한 방법론을 구축하였다. 구축된 방법론은 기존의 사업관리 기법에서 제시하지 못하는 중요요소에 대한 평가 및 상호연동성 확보가 가능하다는 장점을 지니고 있다.

이론/모형

선행연구단계의 핵심요소를 도출하는데 직관에 기반한 접근한 수행의 한계점을 해결하기 위해, 본 연구에서는 시스템 안전분석을 위해 수행되는 FTA와 FMEA 기법을 활용하였다.
본 연구는 안전분석 기법인 FTA/FMEA 기법이 지니고 있는 수행 특징을 활용해, 방위력 개선사업관리에 유용한점을 활용하였다. Fig. 4와 같이, 두 기법의 활용적 관점에서 우선, 기존 방위사업관리규정[1]에 선행연구단계에서 검토할 51개 항목이 지니고 있는 미흡점을 찾아 보완하기 위해 FTA 기법을 활용하였다. 보완된 요소를 반영한 전체 검토항목에 대해서, FMEA 활동을 통해, 개별 항목이 지니고 있는 다양한 관점에서의 특징을 분석하고 이를 기반으로 개별 항목에 대한 평가를 수행하였다.
기존 방위사업청 방위사업관리규정의 선행연구단계 검토항목을 보완하기 위해, FTA 기법을 활용하였다. FTA 기법은 Top-Event를 정의하여, Top-Event를 유발시키는 원인이 되는 요소를 식별하는 기법이다.
2와 같이, 선행연구 단계에서 수행되어야 할 핵심요소를 도출하고, 도출된 항목을 바탕으로 수행절차를 구축하는 방법론에 대한 연구를 수행하였다. 방위력 개선사업 선행연구단계에 대하여, 기존 산출물 및 활동에 대한 객관화하기 위한 정량적 평가기반 구축을 수행하기 위해 FMEA(Failure Mode Effects Analysis)[4]와 FTA(Fault Tree Analysis)[5]의 안전분석 기법을 사업관리 측면에서 활용해 본 연구를 수행하였다.
따라서, 기존 방위사업청 규정 51개 요소를 포함한, 총 58개의 요소를 기반으로 핵심요소를 도출하는 활동을 수행하였다. 핵심요소를 도출하기 위해서 FMEA 기법을 활용한 중요도 평가 개념을 적용하여 중요도 평가에 따른 핵심요소를 도출하였다. 중요도는 사업의 지연 및 실패에 미치는 영향도에 따른 중요도에 따라 평가하였다.

성능/효과

FMEA 기반의 수행활동은 기능 및 오류에 대한 네트워크 구축, 다시 말해, 추적성 확립이 중요한 활동이다. FMEA 활동의 주요 요소인 구조 및 기능, 오작동에 대해 사업관리 측면에 해당하는 범주, 핵심요소, 영향에 대해 상호연동성 정보를 파악할 수 있었다. 특히, 기존의 단편적인 단일 항목의 의미에서 벗어나, 상호 연동 범주 및 핵심요소 식별이 되었다는 점에서 사업관리 측면에서의 중요한 연동정보를 제공할 수 있었다.
이를 통해, 총 58개의 검토 요소 중 23개 항목을 삭제하여 35개 항목으로 최종 도출될 수 있었다. 개별 검토항목의 요소로부터 발생가능한 위험결과를 바탕으로 국방 무기체계 개발 사업의 사업지연 및 실패를 초래하는 위험요소 인자에 대한 평가 수행과 이를 기반으로 핵심요소를 도출할 수 있었다. 기존의 핵심지표는 해당 범주 내에서의 활동에 머물렀다.
기존 방위사업청 규정에 포함된 선행연구 핵심요소 51개는 개별 요소의 독립요소로 존재하지만, 본 연구를 통해 제시하는 방법론은 해당 핵심요소와의 상호관계 및 입·출력 관점에서 제시된다는 측면에서 사업관리자 및 사용자로 하여금 가이드가 될 수 있는 정보제공이 가능해 졌다.
도출된 핵심요소가 지니고 있지 않는 범주에 속할시 관리 범주를 새롭게 Table 2와 같이 검토 항목을 7가지를 추가하고 추가된 항목은 범주에 따라 분류하여 추가할 수 있었다. 또한, 이러한 사업 관리적 방안은 발생되는 문제점을 가이드 또는 해결하기 위한 지침이 될 수있는 저감대책을 도출할 수 있었다. Fig.
수행한 결과 값은 RPN 값이 심각도 등급 2등급 이상의 항목을 유지하고 1등급에 해당하는 저위험군 요소는 핵심요소에서 제외하는 절차를 수행하였다. 이를 통해, 총 58개의 검토 요소 중 23개 항목을 삭제하여 35개 항목으로 최종 도출될 수 있었다. 개별 검토항목의 요소로부터 발생가능한 위험결과를 바탕으로 국방 무기체계 개발 사업의 사업지연 및 실패를 초래하는 위험요소 인자에 대한 평가 수행과 이를 기반으로 핵심요소를 도출할 수 있었다.

후속연구

현재 선행연구단계에서 수행하는 핵심요소는 개별 요소의 중점 에서 벗어나지 못하지만 도구기반 연동 정보를 활용한다면, 최근 안전성 및 사업관리의 효율화 측면에서 위기 및 대응관리 매뉴얼 생성에 적극 활용되어 보다 가치 있는 활용법이 될 수 있다고 판단된다. 도출된 핵심요소를 기반으로 향후, 선행연구 단계의 핵심요소로 활용된다면, 개발기간 및 비용의 단축을 기대할 수 있다.
기존 방위사업청 규정에 포함된 선행연구 핵심요소 51개는 개별 요소의 독립요소로 존재하지만, 본 연구를 통해 제시하는 방법론은 해당 핵심요소와의 상호관계 및 입·출력 관점에서 제시된다는 측면에서 사업관리자 및 사용자로 하여금 가이드가 될 수 있는 정보제공이 가능해 졌다. 또한, Table 4를 통해 제시되는 핵심요소가 지니고 있는 위험요소, 위험요소로부터 발생 가능한 상황(Event)를 제공함으로써, 사업관리자로서 역량 강화에 큰 도움을 줄 수 있을 것으로 기대된다. Table 3과 같이, 기존 국방 사업에서 문제시 되는 요소에 대해, 도출된 핵심요소를 기반으로 기존 문제점 소요소에 대한 커버 범위가 해당 된다는 측면에서 국방 선행연구 단계의 핵심적 사항을 다루고 있다.
구축된 방법론은 기존의 사업관리 기법에서 제시하지 못하는 중요요소에 대한 평가 및 상호연동성 확보가 가능하다는 장점을 지니고 있다. 이러한 제시된 방법론은 향후, 타 산업 분야에서도 확산/보급 가능하다고 판단된다. 현재 선행연구단계에서 수행하는 핵심요소는 개별 요소의 중점 에서 벗어나지 못하지만 도구기반 연동 정보를 활용한다면, 최근 안전성 및 사업관리의 효율화 측면에서 위기 및 대응관리 매뉴얼 생성에 적극 활용되어 보다 가치 있는 활용법이 될 수 있다고 판단된다.
따라서, 체계의 운용 장애 및 사업관리 지연/실패에 영향을 미칠수 있는 다양한 원인 요소로부터 발생될 수 있는 결과 또는 심각도를 예측 및 평가함에 따라, 정량적 기준을 근간한 방위력 개선사업의 수행이 가능해진다. 특히, 방위 사업 특성상, 일정/기간/체계의 복잡도가 일반 사업의 사업관리 측면보다 범위가 넓기 때문에, 정량적 접근을 기반한 사업관리가 가능해진다는 것은 향후, 매우 큰 사업 관리 효과를 가져올 것으로 기대한다.
이러한 제시된 방법론은 향후, 타 산업 분야에서도 확산/보급 가능하다고 판단된다. 현재 선행연구단계에서 수행하는 핵심요소는 개별 요소의 중점 에서 벗어나지 못하지만 도구기반 연동 정보를 활용한다면, 최근 안전성 및 사업관리의 효율화 측면에서 위기 및 대응관리 매뉴얼 생성에 적극 활용되어 보다 가치 있는 활용법이 될 수 있다고 판단된다. 도출된 핵심요소를 기반으로 향후, 선행연구 단계의 핵심요소로 활용된다면, 개발기간 및 비용의 단축을 기대할 수 있다.

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	FMEA 기법이란?	기존의 핵심지표는 해당 범주 내에서의 활동에 머물렀다. FMEA 기법은 의도한 기능의 추적 및 기능의 오류가 미치는 영향성 및 추적성 확립이 요구되는 기법이다. 따라서, 본 연구에서는 해당하는 핵심지표가 연동하고 있는 핵심지표 요소와의 연동성 확립을 통해, Fig.
	구축된 방법론의 장점은?	핵심요소를 도출하기 위해서, 무기체계 개발 선행연구단계 특성을 반영한 평가 지표를 개발하여 기준 지표를 중심으로 핵심요소를 도출하기 위한 방법론을 구축하였다. 구축된 방법론은 기존의 사업관리 기법에서 제시하지 못하는 중요요소에 대한 평가 및 상호연동성 확보가 가능하다는 장점을 지니고 있다. 이러한 제시된 방법론은 향후, 타 산업 분야에서도 확산/보급 가능하다고 판단된다.
	FTA와 FMEA 기법의 접근형태는 어떻게 수행되는가?	선행연구단계의 핵심요소를 도출하는데 직관에 기반한 접근한 수행의 한계점을 해결하기 위해, 본 연구에서는 시스템 안전분석을 위해 수행되는 FTA와 FMEA 기법을 활용하였다. 두 기법의 접근형태는 구조(Structure)와 영향(Effects) 및 사고(Event) 측면에서 서로 상반된 접근 방식을 기반으로 수행된다. 따라서, 통상 병행 활동을 통해, 상호간에 식별되지 못한 요소를 찾는데 역할을 함으로 상호보완적 접근법이라고 볼 수 있다.

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