[논문]국방 무기체계 FRACAS 적용을 위한 TLCSM 기반 통합 아키텍처 구축

조정호; 송현수; 김보현

doi:10.5762/kais.2020.21.1.190

국방 무기체계 FRACAS 적용을 위한 TLCSM 기반 통합 아키텍처 구축
Development of TLCSM Based Integrated Architecture for Applying FRACAS to Defense Systems 원문보기

한국산학기술학회논문지 = Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society, v.21 no.1, 2020년, pp.190 - 196

조정호 (한화시스템(주) ILS팀) , 송현수 (한화시스템(주) ILS팀) , 김보현 (한화시스템(주) ILS팀)

초록
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체계의 신뢰도 향상을 위한 활동으로 고장 보고, 분석 및 고장 수리체계 (FRACAS: Failure Reporting, Analysis and Corrective Action System)가 다양한 산업 분야에서 적용되고 있다. FRACAS는 식별된 고장에 대한 원인 분석과 적절한 시정 조치, 결과 검증을 반복 수행하는 활동으로 신뢰도 향상에 효과적이지만, 기존의 개발 환경에 통합 운용하기에는 프로세스, 데이터 수집 및 관리 등 여러 가지 측면에서 제약사항이 있다. 국내 방산분야에서는 FRACAS 적용의 어려움을 해소하기 위해서 FRACAS 시스템 개발 및 프로세스 개선에 관한 연구가 진행되었지만, 대부분이 운용/유지 단계에 집중되어 있다. FRACAS는 총 수명주기 체계관리(TLCSM: Total Life Cycle System Management) 관점에서 운용되어야 하므로, 개발 초기인 설계 단계부터 FRACAS를 적용할 수 있도록 참조 아키텍처에 대한 연구가 필요하다. 본 논문에서는 국방 무기체계의 전 수명주기에 걸쳐 FRACAS를 효과적으로 적용하기 위해, 체계 수명주기 단계와 FRACAS Closed-Loop 프로세스, FRACAS 필수 요소 등을 고려한 TLCSM 기반의 통합 아키텍처 구축에 대해 연구하였다. 제시된 아키텍처는 함정 전투체계 사업에서 FRACAS 수행 시 참조 모델로 활용하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

FRACAS(Failure Reporting, Analysis and Corrective Action System) has been applied in various industries to improve the reliability of the systems. FRACAS is effective in improving reliability by repeating failure analysis, proper corrective action, and result verification for identified failures. However, FRACAS has many limitations in terms of process, data collection and management to be integrated into the existing development environment. In the domestic defense industry, studies on the development of FRACAS system and process improvement have been conducted to solve the difficulties of applying FRACAS, but most of them are concentrated in the operation/maintenance phase. Since FRACAS should be conducted in consideration of TLCSM(Total Life Cycle System Management), it is necessary to study the reference architecture so that FRACAS can be applied from the early design phase. In this paper, we studied the TLCSM-based integrated architecture considering the system life cycle phases, FRACAS closed-loop process, and FRACAS essentials in order to effectively apply FRACAS throughout the life cycle of defense systems. The proposed architecture was used as a reference model for FRACAS in a shipboard combat system.

주제어

표/그림 (8)

그림 Fig. 1. FRACAS Closed-Loop Process[2]
그림 Fig. 2. FRACAS for a product life cycle[2]
표 Table 1. Application problems of FRACAS
표 Table 2. FRACAS Key Elements
그림 Fig. 3. Integrated FRACAS Architecture
표 Table 3. Effectiveness in applying the architecture
그림 Fig. 4. Created Report Form using FRACAS Tool
표 Table 4. Case Summary

AI 본문요약
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문제 정의

따라서 FRACAS 데이터베이스에 저장된 고장 데이터의 활용을 통한 적절한 시정조치 도출이 가능하도록 아키텍처에 반영하였으며, 해당 데이터베이스 구축을 위해 필요한 정보 요소와 국내 방산에서 대표적으로 활용하고 있는 고장 관련 전산시스템을 식별 후 반영하였다. 또한, 수명주기 간 시정조치 완료된 고장이력은 FRACAS 데이터베이스에 바로 저장하여 개발 및 운용/유지 간, 차후 유사체계 개발/양산 시 활용 가능하도록 하였다. Table 3은 본 논문에서 제시한 아키텍처의 효과 및 개선사항을 나타낸다.
본 논문에서는 국내 개발 무기체계를 대상으로 초기설계 단계부터 운용/유지 단계까지 체계 전 수명주기에 걸쳐 FRACAS를 수행하기 위해, 체계 수명주기 단계 및 전산 시스템, 입/출력 산출물을 고려한 FRACAS 통합 모델을 제시한다. 먼저, 본장(1장)에서는 국내/외 FRACAS적용 사례 및 연구 동향에 대해 정리하였고, 2장에서는 FRACAS 개념과 국내 방산 FRACAS 적용의 문제점 및 통합 아키텍처의 필요성을 기술한다.

제안 방법

FRACAS 통합 아키텍처를 구축하기 위해 본 논문에서는 체계 수명주기 단계와 FRACAS Closed-Loop 프로세스, FRACAS 필수 구성 요소와 고장 관련 전산시스템을 종합적으로 고려하였다. 구체적으로 체계 수명주기단계별 고장 유형을 식별하였고, 데이터베이스 구축 시 DELIIS와 품질관리시스템, MES를 참고 시스템으로 제시하였으며, 고장 데이터를 수집/관리하는 시간과 노력을 절약하기 위한 6개의 필수 요소를 제시하였다.
FRACAS 통합 아키텍처를 구축하기 위해 본 논문에서는 체계 수명주기 단계와 FRACAS Closed-Loop 프로세스, FRACAS 필수 구성 요소와 고장 관련 전산시스템을 종합적으로 고려하였다. 구체적으로 체계 수명주기단계별 고장 유형을 식별하였고, 데이터베이스 구축 시 DELIIS와 품질관리시스템, MES를 참고 시스템으로 제시하였으며, 고장 데이터를 수집/관리하는 시간과 노력을 절약하기 위한 6개의 필수 요소를 제시하였다. 마지막으로 제시된 통합 아키텍처의 사업 적용을 통해 신뢰도향상 결과를 확인하였다.
고장 징후가 발생된 초기에 대상 품목 및 발생 시점 등의 정보를 구체적으로 식별/기록하며, 해당 고장 징후가 단순한 운용상 실수에 의한 오류는 아닌지 검증이 필요하다. 그 후, FMEA, FTA 등 대표적인 신뢰도 예측/분석기법을 활용하여 근본 원인을 도출한다. 마지막으로 고장원인에 대하여 설계를 변경하는 등 고장 제거를 위한 적절한 시정 조치가 완료되면 FRACAS 보고서에 모든 이력을 기록/관리한다[2,11].
기존 국내 무기체계 개발 시에는 설계 및 통합, 시험평가 단계에서 고장이 발견되면 분석 후 시정조치를 취하는 과정에서 FRACAS 데이터 베이스의 활용이 미진하였다. 따라서 FRACAS 데이터베이스에 저장된 고장 데이터의 활용을 통한 적절한 시정조치 도출이 가능하도록 아키텍처에 반영하였으며, 해당 데이터베이스 구축을 위해 필요한 정보 요소와 국내 방산에서 대표적으로 활용하고 있는 고장 관련 전산시스템을 식별 후 반영하였다. 또한, 수명주기 간 시정조치 완료된 고장이력은 FRACAS 데이터베이스에 바로 저장하여 개발 및 운용/유지 간, 차후 유사체계 개발/양산 시 활용 가능하도록 하였다.
구체적으로 체계 수명주기단계별 고장 유형을 식별하였고, 데이터베이스 구축 시 DELIIS와 품질관리시스템, MES를 참고 시스템으로 제시하였으며, 고장 데이터를 수집/관리하는 시간과 노력을 절약하기 위한 6개의 필수 요소를 제시하였다. 마지막으로 제시된 통합 아키텍처의 사업 적용을 통해 신뢰도향상 결과를 확인하였다.
본 연구팀은 ○○○ 함정 전투체계 사업에서 FRACAS를 적용하였으며, 세부 기준은 방위사업청 무기체계 RAM 업무지침과 MIL-HDBK– 2155, 그리고 본 논문에서 제시한 아키텍처를 참고 하였다.
3과 같이 제시한다. 해당 아키텍처는 FRACAS Closed-Loop 프로세스 수행 간 단계별 필요 정보와 기법, 도구 등을 수명주기 측면에서 종합적으로 반영하였다. 기존 국내 무기체계 개발 시에는 설계 및 통합, 시험평가 단계에서 고장이 발견되면 분석 후 시정조치를 취하는 과정에서 FRACAS 데이터 베이스의 활용이 미진하였다.

이론/모형

현재 국방 시스템 상 S/W 관련 정비 이력을 수집 및 참고하기는 어려운 실정으로, 향후에는 S/W와 관련된 고장 데이터를 수집하기 위한 추가 조치와 함께 이력 관리에 대한 정비요원들의 노력이 필요하다. H/W 원인 분석 시에는 유사체계 고장 이력을 참고하였으며, 분석 기법으로는 FMEA, FMECA를 적용하였다. 최종적으로 체계 평균고장간시간 (MTBF: Mean Time Between Failure)은 초기 설계 단계 예측 값 대비 약 4.

성능/효과

FRACAS는 사업 초기부터 개발시험평가 (DT&E: Development Test and Evaluation) 및 운용시험평가 (OT&E: Operational Test and Evaluation) 전 과정에 걸쳐서 적용되었으며, 식별된 고장에 대해 모든 시정조치를 완료하고 검증 과정을 거쳤다. 구체적으로, 시험평가 중 식별 및 조치된 고장은 S/W 관련 사항이 약75%, H/W 관련 사항이 약 25%로, S/W 관련 고장과 정비 소요가 점차 증가하고 있는 것으로 나타났다. 현재 국방 시스템 상 S/W 관련 정비 이력을 수집 및 참고하기는 어려운 실정으로, 향후에는 S/W와 관련된 고장 데이터를 수집하기 위한 추가 조치와 함께 이력 관리에 대한 정비요원들의 노력이 필요하다.
H/W 원인 분석 시에는 유사체계 고장 이력을 참고하였으며, 분석 기법으로는 FMEA, FMECA를 적용하였다. 최종적으로 체계 평균고장간시간 (MTBF: Mean Time Between Failure)은 초기 설계 단계 예측 값 대비 약 4.5% 향상되어, FRACAS및 신뢰도 성장 관리를 통한 신뢰도 향상 목표를 달성하였다. Table 4에 적용사례 결과를 요약하였으며, Fig.

후속연구

해당 프로세스는 크게 고장 보고, 고장 검증, 고장 분석, 시정 조치의 4단계 활동이 반복 수행된다. 고장 징후가 발생된 초기에 대상 품목 및 발생 시점 등의 정보를 구체적으로 식별/기록하며, 해당 고장 징후가 단순한 운용상 실수에 의한 오류는 아닌지 검증이 필요하다. 그 후, FMEA, FTA 등 대표적인 신뢰도 예측/분석기법을 활용하여 근본 원인을 도출한다.
추후 FRACAS 담당 조직 간 역할과 책임, 한정된 예산, 보안에 따른 웹 기반 FRACAS 전산도구의 활용 제약, SW 고장 이력 관리 부족 등은 지속 개선해야할 과제로 남아있다. 제시된 통합 아키텍처는 국방 체계 개발 일부 단계가 아닌 총 수명주기 관점에서 FRACAS를 적용하기 위해 제시된 모델로써, 향후 국방 체계 관련 사업수행 시 활용이 기대된다.
추후 FRACAS 담당 조직 간 역할과 책임, 한정된 예산, 보안에 따른 웹 기반 FRACAS 전산도구의 활용 제약, SW 고장 이력 관리 부족 등은 지속 개선해야할 과제로 남아있다. 제시된 통합 아키텍처는 국방 체계 개발 일부 단계가 아닌 총 수명주기 관점에서 FRACAS를 적용하기 위해 제시된 모델로써, 향후 국방 체계 관련 사업수행 시 활용이 기대된다.
구체적으로, 시험평가 중 식별 및 조치된 고장은 S/W 관련 사항이 약75%, H/W 관련 사항이 약 25%로, S/W 관련 고장과 정비 소요가 점차 증가하고 있는 것으로 나타났다. 현재 국방 시스템 상 S/W 관련 정비 이력을 수집 및 참고하기는 어려운 실정으로, 향후에는 S/W와 관련된 고장 데이터를 수집하기 위한 추가 조치와 함께 이력 관리에 대한 정비요원들의 노력이 필요하다. H/W 원인 분석 시에는 유사체계 고장 이력을 참고하였으며, 분석 기법으로는 FMEA, FMECA를 적용하였다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	신뢰도 성장 관리 활동인 FRACAS는 어떤 활동인가?	신뢰도 성장 관리 활동 중 대표적인 것이 FRACAS이다. FRACAS는 체계 전 수명주기에 걸쳐서 식별되는 고장을 분석하여 원인이 제거될 때 까지 적절한 시정 조치를 반복 수행하고, 관련 이력을 최종 기록및 보고함으로써 체계 신뢰도를 향상시키는 활동이다. 또한, 차후 유사 체계 개발 시에도 FRACAS 데이터를 활용할 수 있어 다양한 산업에서 활용되고 있다[2].
	신뢰도 성장 관리란?	신뢰성 있는 무기체계를 획득하고 RAM 목표 값을 달성하기 위해서 체계적인 신뢰도 성장 관리 활동이 체계개발 시 요구되고 있다. 신뢰도 성장 관리란 체계 개발기간 중 결함 및 고장을 식별하여 원인을 분석하고 개선 반영함으로써 대상 체계의 예측 신뢰도를 향상시키는 활동이다[1]. 신뢰도 성장 관리 활동 중 대표적인 것이 FRACAS이다.
	신뢰도 성장 관리 활동 중 대표적인 것은?	신뢰도 성장 관리란 체계 개발기간 중 결함 및 고장을 식별하여 원인을 분석하고 개선 반영함으로써 대상 체계의 예측 신뢰도를 향상시키는 활동이다[1]. 신뢰도 성장 관리 활동 중 대표적인 것이 FRACAS이다. FRACAS는 체계 전 수명주기에 걸쳐서 식별되는 고장을 분석하여 원인이 제거될 때 까지 적절한 시정 조치를 반복 수행하고, 관련 이력을 최종 기록및 보고함으로써 체계 신뢰도를 향상시키는 활동이다.

참고문헌 (11)

Weapons System RAM LAW & Guide Book, Defense Acquisition Program Administration, Sep. 2018.
R. Wisniewsk, Failure Reporting, Analysis and Corrective Action System (FRACAS), Quanterion Solutions Incorporated, 2013.
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원문보기 상세보기
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Daniel J., Jennifer A., Organizational best practices for FRACAS implementation, Technical Report, PTC, Boston, MA.
J.H. Lee, S.I. Chan, J.S. Jang, "Process-Oriented Development of Failure Reporting, Analysis, and Corrective Action System", International Journal of Quality, Statistics, and Reliability, Vol.2010, May 2010. DOI: http://dx.doi.org/10.1155/2010/213690
M.Y. Lee, W.G. Kim, K.S. Kim, "A Study on the Development of FRACAS-based Failure Analysis Workflow for Military weapon system", Journal of Applied Reliability, Vol.10, No.2, pp.93-105, Jun. 2010.
S.P. Panchangam, V.N.A. Naikan, "Failure Analysis Methods for Reliability Improvement of Electronic Sensors", International Journal of Recent Technology and Engineering, Vol.1, No.3, Aug. 2012.
Failure Reporting, Analysis and Corrective Action Taken, MIL-HDBK-2155, 1995.

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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