[논문]국내 정밀유도무기 사격시험 결과 기반 신뢰수준 분석

서보길; 윤영호; 김보람

doi:10.7469/jksqm.2020.48.1.215

국내 정밀유도무기 사격시험 결과 기반 신뢰수준 분석
An Analysis on Confidence Level of Domestic Precision Guided Missile(PGM) based on Live-fire Test Results 원문보기

品質經營學會誌 = Journal of Korean society for quality management, v.48 no.1, 2020년, pp.215 - 225

서보길 (국방기술품질원) , 윤영호 (국방기술품질원) , 김보람 (국방기술품질원)

Abstract ▼ AI-Helper

Purpose: The purpose of this study was to show current states of domestic Precision Guided Missile(PGM) by analyzing Live-fire test results using general methods to get the Confidence Levels. Methods: Live-fire test results were used to get Confidence Levels of PGM. The Confidence Levels were derived by two general methods. The first method was Binomial distribution and second was convergence of Hypergeometric distribution and Bayes' rule. Results: The results of this study are as follows; The more Live-fire tests of PGM are performed, the higher Confidence Level of PGM will be estimated. And the number of Live-fire tests are related to a unit price of PGM. This results means that the increase of live-fire test, which is useful data for preparation and evaluation of Development Tests / Operation Tests for PGMs, is only way to enhance the Confidence Levels of each PGMs. Conclusion: This study shows the relationship between the Live-fire tests and Confidence Levels of PGMs and it will be used on Live-fire Test & Evaluation of PGMs for reference.

주제어

표/그림 (17)

표 Table 1. The minimum number of live-fire tests and Confidence Level(90%/95%) at 90% reliability(Sherwin (2000))
표 Table 2. Precision Guided Missile for estimating Confidence Level
표 Table 3. Confidence Level(%) of Missile 1
그림 Figure 1. Confidence Level of Missile 1
그림 Figure 2. Confidence Level of Missile 2
표 Table 4. Confidence Level(%) of Missile 2
그림 Figure 3. Confidence Level of Missile 3
그림 Figure 4. Confidence Level of Missile 4
표 Table 5. Confidence Level(%) of Missile 3
표 Table 6. Confidence Level(%) of Missile 4
그림 Figure 5. Confidence Level of Missile 4 after Local Manufacturing
그림 Figure 6. Confidence Level of Missile 5
표 Table 7. Confidence Level(%) of Missile 4 after Local Manufacturing
표 Table 8. Confidence Level(%) of Missile 5
그림 Figure 7. Confidence Level of Missile 6
표 Table 9. Confidence Level(%) of Missile 6
표 Table 10. Summary of Confidence Level Analysis Result

AI 본문요약
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문제 정의

또한, 개발단계 이후 양산/운용 유지 단계에서의 군 주관 정밀 유도무기 실 사격시험에서도 사격시험 결과 신뢰수준을 산정하고 이를 바탕으로 전력화된 유도무기 모집단의 성능 대표성을 파악하기보다는 단순 명중 여부 및 요구 명중률 충족 여부를 확인하고 있다. 따라서 본 연구에서는 국내 정밀 유도무기의 운용시험평가 및 실 사격시험 결과를 바탕으로 국내 정밀 유도무기 시험평가 특성을 고려 시 신뢰수준 산정에 적합한 초기하분포 및 베이지안 규칙을 활용하여 다양한 정밀 유도무기에 대한 신뢰수준을 산정 및 확인하고, 그 결과를 활용하여 시험평가 시 참고할 수 있는 신뢰수준을 제안한다.
본 연구에서는 국내 정밀 유도무기의 신뢰수준을 분석하기 위하여, 국내 유도무기 사업특성에 적합한 초기하분포 및 베이지안 규칙을 활용한 신뢰수준 산정방안과 미국에서 활용하고 있는 이항분포를 활용한 신뢰수준 산정방안을 국내 정밀 유도무기 사격시험 결과에 적용하고 그 결과를 비교한다. 사격시험 결과를 활용할 정밀 유도무기 대상과 특성은 Table 2.
본 연구에서는 사격시험 결과를 기반으로 국내 정밀 유도무기의 신뢰수준을 분석하고 확인하였다. 신뢰수준 분석을 위하여 국내/외에서 사격시험 결과를 바탕으로 신뢰수준 산정에 활용 가능한 일반적이고 효과적인 연구결과를 적용하였다.

제안 방법

신뢰수준 분석을 위하여 실 사격시험 결과를 활용 가능한 국내 정밀 유도무기는 총 6종을 선정하였다. 각 유도무기 별 주요 특징은 1번 유도무기의 경우 양산 중 성능 개선이 3회 존재하고, 4번 유도무기의 경우 구성품을 국산화한 이력이 존재하므로 국산화 전/후를 분리하여 신뢰수준을 분석하였다. 신뢰수준을 분석하기 위하여 Bo-Gil et al.
(2015)의 경우, 정밀 유도무기가 여러 개의 부 체계(Sub System)로 구성된 일회성 체계(System)임을 착안하여, 사격시험 결과가 아닌 각각의 부 체계 시험평가 결과를 베이지안 방법에 적용하여 체계의 신뢰도를 분석하는 방안 제안하였다. 신뢰도 분석을 위하여 먼저 Clopper-Pearson 신뢰구간을 추정하고, 체계를 구성하는 부체계의 블록 다이어그램을 선정한 다음, 부 체계의 시험평가 결과를 사전분포(prior)에 적용하여 부 체계 및 체계의 사후분포(posterior)를 추정 후 그에 따른 적정 표본 크기를 도출한다. 하지만 이 방법은 신뢰도 블록 다이어그램 선정을 위하여 부 체계를 단품(Component), 조립체(Assembly) 등 정의하는 수준에 따라 추정 대상이 많아지며, 각 정밀 유도무기 체계마다 구성되는 부 체계의 특성이 다양하므로 정밀 유도무기에 공통으로 적용할 수 있는 신뢰도 산정방안에는 부합하지 않는다.
본 연구에서는 사격시험 결과를 기반으로 국내 정밀 유도무기의 신뢰수준을 분석하고 확인하였다. 신뢰수준 분석을 위하여 국내/외에서 사격시험 결과를 바탕으로 신뢰수준 산정에 활용 가능한 일반적이고 효과적인 연구결과를 적용하였다. 분석결과 국내 정밀 유도무기의 신뢰수준은 각 유도무기 사업의 특성인 전력화 수량, 단가, 사격시험 횟수에 따라 달라질 수 있음을 확인하였다.

대상 데이터

신뢰수준 분석을 위하여 실 사격시험 결과를 활용 가능한 국내 정밀 유도무기는 총 6종을 선정하였다. 각 유도무기 별 주요 특징은 1번 유도무기의 경우 양산 중 성능 개선이 3회 존재하고, 4번 유도무기의 경우 구성품을 국산화한 이력이 존재하므로 국산화 전/후를 분리하여 신뢰수준을 분석하였다.

성능/효과

Figure 1. Confidence Level of Missile 1

1번 유도무기는 앞서 언급했듯이 개발 이후 양산 단계에서 사격시험 결과를 바탕으로 3회의 성능 개선이 이루어졌으며, 사격시험 실패횟수가 존재하므로 이항분포를 적용하여 산정한 신뢰수준은 다소 낮음을 확인할 수 있다. 초기하분포 및 베이지안 규칙을 활용하여 산정한 신뢰수준은 그에 비하면 높은 결과를 보이는데, 이는 최소 사격시험 수량으로 적정 신뢰수준을 충족하는 방법이라는 특징과 더불어 성능 개선으로 인하여 개선과정 중에 유도무기의 성능 특성이 바뀌므로 이전 사격시험 결과를 공유하지 않고 분리하여 각 개선 단계별 신뢰수준을 산정하였기 때문이다.
Figure 2. Confidence Level of Missile 2

2번 유도무기는 단가가 00억 원으로 높은 수준임에도 불구하고 개발 이후 양산 단계에서 꾸준히 사격시험을 수행하였고 이에 따라 신뢰수준이 점진적으로 향상되고 있음을 확인할 수 있다. 사격시험 수행 횟수 및 사격시험 결과 성공 횟수도 많으므로 신뢰수준이 1번 유도무기에 비해 높은 편임을 알 수 있다.
Figure 3. Confidence Level of Missile 3

3번 유도무기는 단가가 00억 원으로 높은 수준이며 사격시험 수행 횟수도 많지 않으므로 타 유도무기에 비해 신뢰수준이 낮음을 확인할 수 있다. 신뢰수준을 향상시키기 위해서는 향후 많은 사격시험을 수행할 필요가 있다.
개선이 완료된 ‘14년 이후부터는 유도무기 성능에 변동사항이 없으므로 ‘14년 사격시험 결과부터 공유하여 ‘16년도 사격시험 결과를 반영하였고 신뢰수준이 향상되고 있음을 확인할 수 있다.
그리고 사격 수량 및 시험평가 결과를 활용하여 신뢰수준을 산정할 경우, 전자의 방법보다 후자의 방법을 통하여 산정된 신뢰수준이 더 높은 것을 알 수 있는데, 이는 동일한 신뢰수준을 충족하기 위해 요구되는 사격시험 수량이 전자의 방법보다 후자의 방법이 더 적다는 것을 의미한다.
이러한 특성으로 인하여 전력화된 모든 정밀 유도무기를 사격하여 각각의 유도무기의 성능을 확인할 수 없는 제한사항이 존재한다. 따라서 일회성 장비와 마찬가지로 정밀 유도무기의 성능 확인을 위하여 전력화된 정밀 유도무기의 전체 수량 중 일부 수량에 대하여 실 사격시험을 수행하고, 그 결과를 활용하여 정밀 유도무기의 성능을 대표할 수 있는 신뢰도를 산정하거나 시험평가 시 요구된 신뢰도에 대한 충족 여부를 확인할 수 있다. 통계학적으로 모집단 중 표본을 추출하고, 추출한 표본의 특성이 모집단의 특성을 어느 정도 대변할 수 있는지에 대한 신뢰도(Reliability)는 신뢰수준(Confidence Level)으로 표현되며, 해외의 경우 신뢰수준을 산정하기 위하여 정밀 유도무기의 요구 명중률과 실사격시험 결과를 활용하고 있다.
정리하자면 양산 단계에서 지속적인 사격시험 수행 시 해당하는 정밀 유도무기의 신뢰수준은 꾸준히 증가할 수 있다. 또한, 국내 정밀 유도무기 최초 사격시험 수행 시 산정되는 신뢰수준의 평균은 이항분포 적용 방법의 경우 60.3%, 초기하분포 및 베이지안 규칙을 활용한 방법의 경우 75.5%로, 방위사업청 무기체계 시험평가 실무 가이드 북(2012)에서 사용자의 요구, 비용, 안정성, 경제적 손실 등을 고려하여 일반적인 경우의 신뢰수준은 60%가 제안됨을 고려 시 국내 정밀 유도무기 신뢰수준은 높은 수준임을 알 수 있다. 그리고 사격 수량 및 시험평가 결과를 활용하여 신뢰수준을 산정할 경우, 전자의 방법보다 후자의 방법을 통하여 산정된 신뢰수준이 더 높은 것을 알 수 있는데, 이는 동일한 신뢰수준을 충족하기 위해 요구되는 사격시험 수량이 전자의 방법보다 후자의 방법이 더 적다는 것을 의미한다.
분석결과 국내 정밀 유도무기의 신뢰수준은 각 유도무기 사업의 특성인 전력화 수량, 단가, 사격시험 횟수에 따라 달라질 수 있음을 확인하였다. 또한, 정밀 유도무기의 신뢰수준 향상을 위해서는 양산 단계에서 지속적인 사격시험 수행이 필수적임을 확인하였다. 마지막으로 개발 단계에서의 시험평가 혹은 양산/운용유지 단계에서의 사격시험 시 확인이 필요한 신뢰수준을 선정 시, 본 연구에서 분석한 국내 정밀 유도무기의 신뢰수준을 참고하여 시험 계획을 수립하는 데 큰 도움이 될 수 있을 것으로 기대된다.
신뢰수준 분석을 위하여 국내/외에서 사격시험 결과를 바탕으로 신뢰수준 산정에 활용 가능한 일반적이고 효과적인 연구결과를 적용하였다. 분석결과 국내 정밀 유도무기의 신뢰수준은 각 유도무기 사업의 특성인 전력화 수량, 단가, 사격시험 횟수에 따라 달라질 수 있음을 확인하였다. 또한, 정밀 유도무기의 신뢰수준 향상을 위해서는 양산 단계에서 지속적인 사격시험 수행이 필수적임을 확인하였다.
비록 3번 유도무기에 비해 사격시험 수행 횟수는 적으나 사격시험 결과 모두 성공하였으므로 산정된 신뢰수준이 3번 유도무기에 비해 많이 높음을 확인할 수 있다. 다시 말하면, 성공 횟수가 많을수록 신뢰수준은 향상된다는 것을 의미한다.

후속연구

또한 앞서 4번 유도무기 사례에서 언급했듯이 전력화 수량이 많고 사격시험 수행횟수가 많을수록 그 결과로부터 산정되는 신뢰수준은 상당히 높으며, 이럴 경우 초기하분포가 이항분포에 근사되므로 두 방법으로부터 산정된 신뢰수준은 동일함을 알 수 있다. 결론적으로 국내 정밀 유도무기 시험평가 시 해당 유도무기의 전력화 수량, 최소 사격수량, 요구 명중률, 허용 실패횟수 정보를 초기하분포 및 베이지안 규칙을 활용한 신뢰수준 산정방법에 적용하여 사격시험 결과에 따른 유도무기 신뢰수준을 확인할 수 있으며, 이를 활용하여 유도무기의 성능 요구조건의 충족여부를 판단할 수 있을 것으로 생각된다.
또한, 정밀 유도무기의 신뢰수준 향상을 위해서는 양산 단계에서 지속적인 사격시험 수행이 필수적임을 확인하였다. 마지막으로 개발 단계에서의 시험평가 혹은 양산/운용유지 단계에서의 사격시험 시 확인이 필요한 신뢰수준을 선정 시, 본 연구에서 분석한 국내 정밀 유도무기의 신뢰수준을 참고하여 시험 계획을 수립하는 데 큰 도움이 될 수 있을 것으로 기대된다.
6번 유도무기의 경우 양산 단계에 진입한지 얼마 되지 않았고, 단가가 타 유도무기 중에서 가장 저렴하다. 현재 사격시험 결과에 따라 산정된 신뢰수준은 높은 편이나 유도무기 단가를 고려 시 사격시험을 가장 많이 수행할 수 있는 유도무기로 생각되며 이에 따른 신뢰수준 향상 정도도 앞으로 높아질 것으로 기대된다.

참고문헌 (7)

Bo-Gil, S., and Chang Woo, L. 2017. A Study on the Confidence Level of Precision Guided Missile Based on Result of Live-Fire Test. The Korean Society for Quailty Management 17(2):263-264.
Bo-Gil, S., and Seok-Jin, H. 2016. A Study of Estimating the Hit Probability and Confidence Level Considering the Characteristic of Precision Guided Missile. Journal of the Korea Academia-Industrial Cooperation Society 17(12):193-197.

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MoonKi, K., and Seok Joong, K. 2015. T&E Reliability Analysis of Guided Weapons using Bayesian. Journal of the Korea Institute of Information and Communication Engineering 19(7):1750-1758.

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Reliability Prediction of Electronic Equipment. 1996. MIL-HDBK-217F(DoD).
Sherwin, E. R. 2000. Analysis of "One-Shot" Devices, START(Selected Topics in Assurance Related Technologies). A Publication of DoD Reliability Analysis Center 1-4.
The Practical Guide Book of Test and Evaluation of Weapon System. 2012. Defence Acquisition Program Administration(DAPA).
The Regulation of Defense Acquisition Program Management. 2019. Defence Acquisition Program Administration(DAPA).

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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