[논문]선박의 비상대응훈련 개선을 위한 HSTPA 모델에 관한 연구

한기영; 정진기; 안영중

doi:10.7837/kosomes.2019.25.4.441

선박의 비상대응훈련 개선을 위한 HSTPA 모델에 관한 연구
A Study on HSTPA Model for Improvement of Emergency Response Training for Ships 원문보기

海洋環境安全學會誌 = Journal of the Korean society of marine environment & safety, v.25 no.4, 2019년, pp.441 - 447

한기영 (한국해양수산연수원) , 정진기 , 안영중 (한국해양수산연수원)

초록
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해사안전을 위한 비상대응훈련 및 해기교육기관의 안전교육은 정해진 시나리오와 교육내용을 기반으로 실시되기 때문에, 다양한 상황에 따른 인적오류 감소와 대응에는 한계가 있다. 이에 대한 개선 필요성이 요구되고 있으나, 기존 교육훈련에 대한 평가와 상황의 다양성 확보를 통한 대응능력 향상을 위한 방안은 부재하다. 본 연구는 비상대응훈련 개선을 위해 상황 다변성을 모델링할 수 있는 이론적 절차 분석기법을 제안한다. 선원과 시스템의 유기적 관계에 기반한 인적 및 시스템 이론적 절차 분석 모델(HSTPA)을 정의하고, 각 구성요소들이 발생시킬 수 있는 오류를 분석, 수직적 보고체계와 대응이 요구되는 화재대응 훈련 시나리오에 이를 적용하여 기존 훈련의 한계점을 식별하였다. 제안된 HSTPA 모델을 적용한 훈련 시나리오 고려요소의 세분화 및 점검은 비상대응훈련 및 교육에 있어 다양하고 현실적인 시나리오 생성과 피훈련자들의 상황판단 이해력 및 대응능력 향상에 도움이 될 것으로 판단된다.

Abstract ▼ AI-Helper

Since emergency response training for maritime safety and safety education of maritime education institutions are conducted based on the set scenarios and education contents, there are limitations in the reduction of human error and response to various situations. Although there is a need for improvement, there is no way to improve response capabilities by assessing existing education training and securing diversity in situations. This study proposes a theoretical procedure analyzer method to model the diversity of situations for the improvement of emergency response training. This paper defines the human and system theoretical procedure analysis model (HSTPA) based on the organic relationship of the source and system. The limitations of the existing training were derived by analyzing the errors that each component could produce and applying them to the fire response training scenarios requiring vertical reporting systems and responses. The segmentation and inspection of training scenario considerations applying the proposed HSTPA model is believed to help create diverse and realistic scenarios in emergency response training and education, and improve the situation judgment understanding and response capabilities of the subjects.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 논문에서는 선내에서 시행하고 있는, 시나리오 기반의 비상대응훈련에 중점을 두고자 하며, 해사안전을 위한 상황 다변성을 모델링할 수 있는 인적·시스템 이론적 절차 분석 모델(Human and System Theoretic Process Analysis, 이하 HSTPA라 함)을 제안한다.
본 논문에서는 선내에서 시행하고 있는, 시나리오 기반의 비상대응훈련에 중점을 두고자 하며, 해사안전을 위한 상황 다변성을 모델링할 수 있는 인적·시스템 이론적 절차 분석 모델(Human and System Theoretic Process Analysis, 이하 HSTPA라 함)을 제안한다. 본 모델은 항공 우주 분야에서 사용되어 온 위험 분석 기술인 STPA를 선박 환경의 인적 자원의 체계를 포함하는 개념으로 수정한 것이다. Owen and Crocker(2015)의 연구에서 STPA(System Theoretic Process Analysis, 이하 STPA라 함)를 기반으로 인적요소에 대한 상황 다변성 대응훈련을 제안하였듯이, HSTPA는 사람과 시스템이 유기적 관계를 맺는 선박에서의 비상 상황에서 발생 가능한 2차 사고의 원인을 추적하고 예방하는데 그 의의를 가진다.

제안 방법

본 논문은 인적 및 시스템적 요소를 고려하며 각 컴포넌트간의 상호작용을 정의하는 추상적 모델인 HSTPA(Human and Systems Therotical Procedure Analysis)를 정의한다. HSTPA는 선박의 업무 계층에 따른 인적 요인을 모델링하기 위해 수행 업무에 따라 각 인적요소를 구분하였으며 이를 STPA의 구조에 적용하였다. 선박의 업무는 지휘자의 명령으로 시작하여 명령 이행, 시스템으로의 적용, 적용 내용 보고의 순환적 절차로 이루어지기 때문에 이를 STPA의 control loop 구조에 적용할 수 있다.
선박의 업무는 지휘자의 명령으로 시작하여 명령 이행, 시스템으로의 적용, 적용 내용 보고의 순환적 절차로 이루어지기 때문에 이를 STPA의 control loop 구조에 적용할 수 있다. 본 논문에서의 HSTPA 기반 비상대응훈련은 1차 비상상황의 발생을 전제로 하며 해당control loop는 지휘자로의 사고 보고로 시작되게 된다. 비상상황의 대응은 선원들이 협력하여 선내 시스템을 이용하여 피해를 최소화하거나 정상 상태로 되돌리기 위한 목표를 가지며, 이러한 대응체계는 완전한 선박 무인화가 이루어지기 전까지 사람의 판단에 따른 시스템 적용의 형태가 유지될 것이다.
본 논문을 통해 비상대응훈련 개선을 위한 이론적 절차 설계 모델인 HSTPA를 제안하였고 이를 기반으로 기존의 비상대응훈련 중 하나인 소화 훈련 체크리스트를 분석하였다. HSTPA 기반 분석은 현존하는 소화 훈련 체크리스트는 상황 다변성의 고려, 즉 외부 환경에 대한 요소 및 내부 요인으로 인한 추가적 사고의 고려가 미흡하다는 결과를 도출하였다.
본 절에서는 HSTPA기반 Control loop를 선박의 화재대응 훈련 시나리오에 적용하여, 전체 Process 평가를 수행하였다. 화재대응 훈련 시나리오를 채택한 이유는 비상상황에서 대응과정이 사람과 시스템 간의 유기적 관련성을 갖고, 시나리오 전반에 걸쳐 선장의 지시와 현장의 이행 그리고 보고의 Process가 일관성 있게 유지되기 때문이다.

대상 데이터

본 연구에서 분석한 체크리스트 Table 1은 2012년 9월 1일부터 11월 30일까지 Tokyo MoU, Paris MoU 및 Indian MoU에서 실시된 2012년 PSC CIC “화재안전”을 대비하기 위해 제공된 한국선급의 참고자료로써 국제적인 표준은 아니지만 선박의 화재 시 대응절차에 있어 누락되거나 발생할 수 있는 오류를 식별하여 피해 최소화를 목적으로 하고 있다(KR, 2012).

성능/효과

본 논문을 통해 비상대응훈련 개선을 위한 이론적 절차 설계 모델인 HSTPA를 제안하였고 이를 기반으로 기존의 비상대응훈련 중 하나인 소화 훈련 체크리스트를 분석하였다. HSTPA 기반 분석은 현존하는 소화 훈련 체크리스트는 상황 다변성의 고려, 즉 외부 환경에 대한 요소 및 내부 요인으로 인한 추가적 사고의 고려가 미흡하다는 결과를 도출하였다. 기존 시나리오 분석의 마지막 부분에서 제안한 개선점들이 사고 혹은 준사고 사례를 통해 현실적인 훈련 시나리오로써 도출되고 이를 기반으로 훈련 체크리스트를 보강한다면 피훈련자들의 비상대응훈련을 통한 대응능력의 명시적 점검도 가능해지며, 다수의 시나리오 기반 훈련을 통한 교육 훈련에서의 고려요소 또한 보다 세부화될 것으로 보인다.
(2009)은 해양사고를 발생시키는 원인에 대하여 항해사와 도선사를 대상으로 설문조사를 실시하였다. 설문결과 응답자들의 담당 업무나 직급과 관계없이 공통적으로 해양사고원인은 근무태만과 안전의식으로 인한 발생이 높다고 응답하였다. 위의 연구들은 해양사고와 인적오류의 관련성을 명확히 하고, 사고의 예방과 대응에 있어 교육과 훈련의 중요성을 강조하고 있다.
(2002)은 해양사고 보고서를 기반으로 상황 인식 능력의 결여가 사고에 끼치는 주요한 영향을 분석하였다. 이 연구는 사고 보고서들에 텍스트 분석 기법(Leximancer tool)을 적용하여 많은 수의 사고 원인이 상황 인식 능력의 부족임을 밝혀냈다. Jang et al.
18개의 점검항목은 인적오류를 식별하기 위한 것이며, Commands에서 오류확인을 위한 점검사항은 6개, Operation에서는 13개, Observed output은 14개, Reports는 11개 항목이였다. 특히 Commander와의 명령 및 의사소통 오류식별을 위한 점검항목은 6개로 다른 구성요소의 오류식별보다 취약함을 확인하였다. Performer와 Reporter의 역할 관련 점검항목이 다수로, 두 가지 역할을 동일한 선원이 수행한다고 가정한다면, 본 체크리스트는 현장대응자의 명령수행과 상황확인 및 보고에만 집중되어 있다고 볼 수 있다.

후속연구

Owen and Crocker(2015)의 연구에서 STPA(System Theoretic Process Analysis, 이하 STPA라 함)를 기반으로 인적요소에 대한 상황 다변성 대응훈련을 제안하였듯이, HSTPA는 사람과 시스템이 유기적 관계를 맺는 선박에서의 비상 상황에서 발생 가능한 2차 사고의 원인을 추적하고 예방하는데 그 의의를 가진다. HSTPA를 사용함으로써 기존의 정형화된 시나리오의 한계를 벗어나 무작위성 상황별 시나리오를 생성하고, 피 훈련자로 하여금 예상하지 못한 상황에 대해 유동적으로 대처할 수 있는 비상대응 능력 및 의사소통 능력을 배양할 수 있을 것이다. 가상현실 기반 훈련에 이를 적용한다면 기존의 위험상황 연출에 대한 비용적 한계를 벗어나 안전성을 보장하면서 다양한 상황별 훈련을 진행할 수 있을 것으로 기대된다.
HSTPA를 사용함으로써 기존의 정형화된 시나리오의 한계를 벗어나 무작위성 상황별 시나리오를 생성하고, 피 훈련자로 하여금 예상하지 못한 상황에 대해 유동적으로 대처할 수 있는 비상대응 능력 및 의사소통 능력을 배양할 수 있을 것이다. 가상현실 기반 훈련에 이를 적용한다면 기존의 위험상황 연출에 대한 비용적 한계를 벗어나 안전성을 보장하면서 다양한 상황별 훈련을 진행할 수 있을 것으로 기대된다. 또한 피 훈련자와 교육자간의 피드백을 통해 훈련에 대한 효율도도 높아질 것으로 기대된다.
HSTPA 기반 분석은 현존하는 소화 훈련 체크리스트는 상황 다변성의 고려, 즉 외부 환경에 대한 요소 및 내부 요인으로 인한 추가적 사고의 고려가 미흡하다는 결과를 도출하였다. 기존 시나리오 분석의 마지막 부분에서 제안한 개선점들이 사고 혹은 준사고 사례를 통해 현실적인 훈련 시나리오로써 도출되고 이를 기반으로 훈련 체크리스트를 보강한다면 피훈련자들의 비상대응훈련을 통한 대응능력의 명시적 점검도 가능해지며, 다수의 시나리오 기반 훈련을 통한 교육 훈련에서의 고려요소 또한 보다 세부화될 것으로 보인다. 또한 상황대응능력의 점검은 피훈련자에 대해 사고 대응 능력에 대해 강화되어야 할 역량을 시각화함으로써 개인의 자발적 동기 및 능력 향상을 고취시킬 수 있을 것이다.
기존 시나리오 분석의 마지막 부분에서 제안한 개선점들이 사고 혹은 준사고 사례를 통해 현실적인 훈련 시나리오로써 도출되고 이를 기반으로 훈련 체크리스트를 보강한다면 피훈련자들의 비상대응훈련을 통한 대응능력의 명시적 점검도 가능해지며, 다수의 시나리오 기반 훈련을 통한 교육 훈련에서의 고려요소 또한 보다 세부화될 것으로 보인다. 또한 상황대응능력의 점검은 피훈련자에 대해 사고 대응 능력에 대해 강화되어야 할 역량을 시각화함으로써 개인의 자발적 동기 및 능력 향상을 고취시킬 수 있을 것이다. 본 HSTPA를 실제 훈련에 적용 시 다양한 상황 생성이 매우 중요한 부분이므로 가상현실 기술을 이용한 훈련으로 개발한다면 비용 효율적이면서도 보다 폭넓은 훈련을 수행하는데 용이할 것으로 판단된다.
가상현실 기반 훈련에 이를 적용한다면 기존의 위험상황 연출에 대한 비용적 한계를 벗어나 안전성을 보장하면서 다양한 상황별 훈련을 진행할 수 있을 것으로 기대된다. 또한 피 훈련자와 교육자간의 피드백을 통해 훈련에 대한 효율도도 높아질 것으로 기대된다.
또한 상황대응능력의 점검은 피훈련자에 대해 사고 대응 능력에 대해 강화되어야 할 역량을 시각화함으로써 개인의 자발적 동기 및 능력 향상을 고취시킬 수 있을 것이다. 본 HSTPA를 실제 훈련에 적용 시 다양한 상황 생성이 매우 중요한 부분이므로 가상현실 기술을 이용한 훈련으로 개발한다면 비용 효율적이면서도 보다 폭넓은 훈련을 수행하는데 용이할 것으로 판단된다. 추후 연구로써 HSTPA 기반 선장(Commander) 상황 판단과 의사소통(명령전달) 능력 훈련 방법에 대한 연구를 수행할 것이다.
본 HSTPA를 실제 훈련에 적용 시 다양한 상황 생성이 매우 중요한 부분이므로 가상현실 기술을 이용한 훈련으로 개발한다면 비용 효율적이면서도 보다 폭넓은 훈련을 수행하는데 용이할 것으로 판단된다. 추후 연구로써 HSTPA 기반 선장(Commander) 상황 판단과 의사소통(명령전달) 능력 훈련 방법에 대한 연구를 수행할 것이다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	ISM코드의 한계는?	기존 선박의 훈련 시뮬레이션 시나리오는 ISM코드에 기초하는 절차 모델을 따르고 있다. 선원들이 비상시의 대응 절차를 완벽히 숙지하고 능숙하게 수행할 필요가 있다는 것은 부인할 수 없지만 현재 절차 모델은 하나의 역할을 수행하는 것만을 목표로 하기에 대응 중간에 발생하는 비상상황에 대한 고려가 없다는 한계가 있다. 이와 같이 기존 절차 모델에 따른 비상 대응 절차가 실패하거나 적절한 대응 자체가 불가능할 경우에는 선내 최고 결정자인 선장 및 기관장의 명확한 사고판단 능력에 영향을 미칠 수 있다(Grech et al.
	STPA란?	(2010)는 비정상적 상황의 대응 능력 배양을 위해 STPA 분석기법을 도입하여 훈련에 반영하였다. STPA는 항공 분야의 소프트웨어 기반 자동화 시스템을 위한 안전설계를 위해 제안된 모델이며, 하드웨어와 소프트웨어뿐 아니라 환경 등 다양한 구성요소를 계층적으로 표현하는 STAMP(Systems Theoretic Accident Model & Processes)에 기반한 안전성 분석 기법이다. Fig.
	국제해사기구(International Maritime Origination, 이하 IMO라함)가 보고한 해양사고의 원인은?	국제해사기구(International Maritime Origination, 이하 IMO라함)는 해양사고의 80 % 이상이 인적오류(Human error)와 조직의 문제(Organizational Factor)에 의해 발생한다고 보고하고 있다(IMO, 1994). 또한 국내에서도 중앙해양안전심판원의 재결결과 최근 5년(2013 ~ 2017)간의 사고 원인으로 233건 중199건, 85.

참고문헌 (13)

Grech, M. R. , T. Horberry and A. Smith (2002), Human error in maritime operations: Analyses of accident reports using the Leximancer tool, In Proceedings of the human factors and ergonomics society annual meeting, Vol. 46, No. 19, pp. 1718-1721.
IMO (1994), Better standards, training and certification: IMOs response to human error, IMO News.
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Jang, J. H. , M. J. Kang and D. C. Lee (2009), A Study on the Reason of Marine Acidents - focused on Human Factors, Journal of Ergonomics Society of Korea, pp. 495-501.
Kim, H. T. , S. Na and W. H. Ha (2011), Case Study of Marine Accident Investigation and Analysis with Focus on Human Error, Journal of the Ergonomics Society of Korea, Vol. 30, No. 1, pp. 137-150.
KMST (2017), Korea Maritime Safety Tribunal, Marine Accident Statistics and Accident Cases, p. 5.
KMST (2018), Korea Maritime Safety Tribunal, Marine Accident Statistics and Accident Cases, p. 15.
KR (2012), Korea register, PSC CIC CHECKLIST(Tokyo, Paris, Indian MOUs). available at http://www.krs.co.kr.
Martineau, E. and J. Roy (2011), Maritime anomaly detection: Domain introduction and review of selected literature, Defence Research and Development Canada, No. DRDC Valcartier TM 2010-460, pp. 2-9.
Owens, B. D. and A. R. Crocker( (2015), SimSup's Loop: A control theory approach to spacecraft operator training, In 2015 IEEE Aerospace Conference, pp. 1-17.
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Riveiro, M. and G. Falkman (2011), The role of visualization and interaction in maritime anomaly detection, In Visualization and Data Analysis 2011, Vol. 7868, pp. 1-41.
10.1109/JPROC.2009.2039551 Stringfellow, M. V. , G. L. Nancy and B. D. Owens (2010), Safety-driven design for software-intensive aerospace and automotive systems, pp. 515-525.

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