[논문]부품단종관리 효용성 분석을 위한 회피비용 및 총수명주기비용에 대한 연구

김시옥; 백원철; 김동길; 김흥근

doi:10.13067/jkiecs.2020.15.5.791

초록
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근래의 무기체계에서 첨단기술이 차지하는 비중은 점차 커지고 있으며, 빠른 기술발전 속도로 인하여 부품의 수명주기가 단축되고 실정이다. 이에 반하여 무기체계는 소요제기단계에서 운영/유지단계까지 오랜 시간이 소모되는 특성이 있다. 이로 인하여, 불가피하게 획득 단계에서 주요부품의 단종이 발생된다. 부품단종은 양산 일정 지연의 지연을 유발할 수 있으며, 나아가 운영유지단계에서는 원활하지 못한 부품 공급으로 운용가용도(Operational Availability)에 나쁜 영향을 미치게 된다. 한편, 사업관리자는 설계, 생산, 운영단계의 총수명주기 비용을 최소화하면서 성능을 극대화할 의무가 있으며, 이를 위해서는 적절한 부품단종관리 계획을 수립하고 이행할 필요가 있다. 본 논문에서는 적절한 부품단종관리를 통하여 절감할 수 있는 회피비용 및 총수명주기비용을 통하여 부품단종관리의 효용성을 분석하였다.

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The share of advanced technology in modern weapon systems are gradually increasing, and life cycle of components are shortened due to the rapid speed of technological development. On the other hand, the weapon systems have a characteristic that takes a long time in the requirement stage of weapon to...

The share of advanced technology in modern weapon systems are gradually increasing, and life cycle of components are shortened due to the rapid speed of technological development. On the other hand, the weapon systems have a characteristic that takes a long time in the requirement stage of weapon to the operation and maintenance stage. Due to inevitably, obsolescence of the main components for parts occurs in the acquisition phase. The obsolescence parts could cause delays in mass production schedules, and further adversely affects operational availability due to poor supply of repair parts during in the maintenance phase. However, business managers are obliged to maximize the performance while minimizing the cost of the total life cycle of the design, production, and operation stages. It is necessary to establish and implement an appropriate components and parts of life cycle management plan. In this research, we analyzed the effectiveness of parts obsolescence management through cost avoidance and total life cycle cost that can be reduced through proper parts obsolescence management.

주제어

표/그림 (13)

그림 그림 1. 수상함 소나 시스템의 단종된 COTS 부품의 비율 Fig. 1 Percent of obsolescence COTS parts versus the first 10 years of surface ship sonar system
표 표 1. SD-22에서 제시된 부품단종 대처방법별 평균비용 Table 1. Average cost of obsolescence resolution method in SD-22
표 표 2. 국내 실정을 고려한 부품단종 대처방법 및 회피비용 Table 2. Proposed cost of obsolescence resolution method and cost avoidance for south korea
표 표 3. 2016년 미국 국방예산 지출표 Table 3. Defense Budget Expenditure of US in 2016
그림 그림 2. MOCA모델의 부품단종 예측 결과[2, 8] Fig. 2 Parts obsolescence prediction results of MOCA model[2, 8]
그림 그림 3. 재고구매비용 산출을 위한 요소[8] Fig. 3 Calculating factor for life time buy cost[8]
그림 그림 4. Porter 모델을 활용한 총수명주기 비용 산출[9] Fig. 4 Estimation result of the total life cycle cost using the Porter mode[9]
표 표 4. 2016년 대한민국 국방예산 지출표 Table 4. Defense Budget Expenditure of S. Korea in 2016
표 표 5. 핵심부품국산화사업 18건에 대한 개발비 분석 Table 5. Development cost analysis for 18 core parts localization project
그림 그림 5. EEE-FORCE의 총수명주기비용 추정 결과[10] Fig. 5 Estimation result of the total life cycle cost of EEE-FORCE[10]
그림 그림 6. H-무기체계에 대한 Porter모델의 총수명주기비용 Fig. 6 Total life cycle cost for H-weapon system using porter model
그림 그림 7. A-무기체계에 대한 Porter모델 총수명주기비용 Fig. 7 Total life cycle cost for A-weapon system using porter model
표 표 6. 부품단종 총수명주기 비용추정 모델 비교 Table 6. Comparison of models for estimating total life cycle cost

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문제 정의

따라서 부품 단종 사전관리와 같은 부품단종 관리계획을 수립하고 지속적으로 관리한다면, 총수명주기비용 관점에서 상당한 비용을 절감할 수 있는 것으로 알려져 있다. 본 논문에서는 부품단종관리의 효용성을 확인하기 위한 방법으로 회피비용 및 총수명주기비용 모델에 대한 분석을 수행하고, 특정 무기체계 적용하여 총수명주기 비용 모델을 검증하였다. 본 논문에서 제시한 회피비용과 충수명주기비용 모델을 활용하면 부품단종관리의 효용성을 경제적인 관점에서 확인할 수 있을 것으로 판단된다.
본 논문에서는 적절한 부품단종관리의 필요성 및 효용성을 회피비용(cost avoidance)과 총수명주기비용 관점에서 분석하고자 한다. 회피비용은 다양한 부품단종 대처방법 중에서 상대적으로 비용이 적게 소모되는 대체품 적용과 같은 방법을 적용함으로써 기대할 수 있는 절감되는 비용을 의미한다.
부품단종 관리방안은 크게 사후관리(reactive)와 사전관리(proactive)와 로 구분된다. 사후관리는 부품단종이 식별된 시점에서 부품단종 문제를 해결하기 위한 방안을 모색한다. 일반적으로 사후관리에서는 대체품 확보 또는 재설계 방법이 적용된다.

제안 방법

본 논문에서는 모델이 공개되어 국내 적용 가능성이 높은 Porter모델을 특정 무기체계에 적용하여 총 수명주기비용을 분석하였다. Porter 모델의 유효성을 확인하기 위해서, MOCA 모델을 이용한 부품단종 총수명주기비용 연구에서[3] 제시한 H-무기체계에 대해서 Porter 모델을 적용하여 총수명주기비용을 분석하였다. Fig.
EEEFORCE는 다음의 4가지 부품특성을 종합하여 부품단종에 따른 비용을 추정한다: 1) Component Complexity Levels, 2) Obsolescence Management Levels, 3) Obsolescence Resolution Profiles, 그리고 4) Obsolescence Cost Metrics. 구체적으로는 BOM, MTBF, 단종관리계획, 기술발전추세, 부품단종 모니터링 도구 등을 정보를 입력데이터로 사용하여 총수명주기비용을 추정한다. 부품단종 발생 가능성, 부품 단종 비용, 부품단종 대처방안을 확률적으로 종합하여 부품단종 대처 비용을 산출하며, 비용추정 산출은 몬테카를로 시뮬레이션을 통하여 정규분포형태의 비용 추정 결과를 제시한다(Fig.
SD-22에서 부품단종 대처방법별 회피비용을 제시하고 있으나, 이는 미국 방위산업에서 소요된 비용을 산출한 것이므로, 이를 그대로 국내 방위산업에 적용 하는 것은 어려움이 있다. 본 논문에서는 국방분야 예산규모 및 핵심부품 국산화 사업의 평균 개발비 등을 이용하여, 국내 방위산업을 고려한 부품단종 대처방법별 소요비용을 추정하고, 이를 근거로 회피비용을 제시한다(Table 2). 소요비용을 추정하기 위해서 다음과 같은 2가지 가정을 하였다: 1) 재고확보 및 단순대체 방법 등은 인건비성 비용이 대부분임; 2) 인건비성 비용은 국방예산의 경상비를 이용하여 추정 가능함.
본 논문에서는 모델이 공개되어 국내 적용 가능성이 높은 Porter모델을 특정 무기체계에 적용하여 총 수명주기비용을 분석하였다. Porter 모델의 유효성을 확인하기 위해서, MOCA 모델을 이용한 부품단종 총수명주기비용 연구에서[3] 제시한 H-무기체계에 대해서 Porter 모델을 적용하여 총수명주기비용을 분석하였다.
부품단종 총수명주기 비용추정 모델(MOCA, Porter, EEE-FORCE)에 대해서 사용자그룹, 공개여부 등과 국내 적용 가능성을 분석하였다(Table 6). MOCA 모델은 다수부품단종을 고려하여, 정량적인 성능개량 시점을 추정하는 장점이 있다.
MOCA(Mitigation of Obsolescence Cost Analysis) 는 메릴랜드대학의 CALCE Electronic Products and Systems Center에서 개발한 것으로 무기체계의 가격, 고장특성, 운영유지기간, 부품단종 예측 정보, 재설계비용 등의 다양한 정보를 활용하여 무기체계의 총수명주기비용을 산출한다. 아울러, 총수명주기비용을 고려하여 적절한 재설계 시점도 함께 제안한다(Fig. 2). 그러나 MOCA 모델은 다수의 부품단종 및 다중 재설계 시점을 고려한 것으로 모델링 식이 상대적으로 복잡한 한계가 있다.
2016년 미국의 국방예산 중 경상비는 약 400조원이며(Table 3), 대한민국의 국방예산 중 경상비로 볼 수있는 전력운영비는 27조원이다(Table 4). 이 값을 이용하여 재고확보, 단순대체 방법 등 의 소요비용을 추정하였으며, 재설계비용은 국방기술품질원에서 공고하는 핵심부품국산화사업 18건의 개발비를 조사하여 평균값을 소모비용으로 사용하였다(Table 5). 아울러, 국내 산업 환경에서는 적용이 불가능하다고 생각되는 단종부품 생산연장, 재생산 등의 대처방법은 회피비용 산정에서 제외하였다.

이론/모형

이를 통해 Porter 모델을 적용하는 것이 충분히 유효함을 확인하였다. 이를 바탕으로 LIG넥스원의 도움을 받아 A-무기체계에 대해서 Porter 모델을 적용하여 총수명주기비용을 분석하였다(Fig. 7). 부품단종발생 후 총수명주기비용이 점차 감소하는 형태를 보였으며, 부품단종 발생 후 7년이 되는 시점에서 총수명주기비용이 최소가 되는 것을 확인하였다.

성능/효과

본 논문에서는 국방분야 예산규모 및 핵심부품 국산화 사업의 평균 개발비 등을 이용하여, 국내 방위산업을 고려한 부품단종 대처방법별 소요비용을 추정하고, 이를 근거로 회피비용을 제시한다(Table 2). 소요비용을 추정하기 위해서 다음과 같은 2가지 가정을 하였다: 1) 재고확보 및 단순대체 방법 등은 인건비성 비용이 대부분임; 2) 인건비성 비용은 국방예산의 경상비를 이용하여 추정 가능함.
구체적으로는 BOM, MTBF, 단종관리계획, 기술발전추세, 부품단종 모니터링 도구 등을 정보를 입력데이터로 사용하여 총수명주기비용을 추정한다. 부품단종 발생 가능성, 부품 단종 비용, 부품단종 대처방안을 확률적으로 종합하여 부품단종 대처 비용을 산출하며, 비용추정 산출은 몬테카를로 시뮬레이션을 통하여 정규분포형태의 비용 추정 결과를 제시한다(Fig. 5).
7). 부품단종발생 후 총수명주기비용이 점차 감소하는 형태를 보였으며, 부품단종 발생 후 7년이 되는 시점에서 총수명주기비용이 최소가 되는 것을 확인하였다. 따라서 부품단종 발생 후 7년 시점에서 무기체계 재개발(성능개량)을 착수하여 부품 및 기술을 최신화 하는 것이 유지비용을 절감하면서 성능을 향상하는 최적의 방안이라고 생각할 있다.
6은 H-무기체계에 대하여 Porter모델을 적용한 총수명주기비용을 나타낸 것으로, [3]에서 분석한 것과 동일하게 부품단종 발생 7년 후 총수명주기비용이 급증하는 것을 확인하였다. 이를 통해 Porter 모델을 적용하는 것이 충분히 유효함을 확인하였다. 이를 바탕으로 LIG넥스원의 도움을 받아 A-무기체계에 대해서 Porter 모델을 적용하여 총수명주기비용을 분석하였다(Fig.
4는 Porter 모델을 이용한 총수명주기비용 추정 예를 보여준다. 총수명주기비용은 2차 함수 형태를 보이며, 부품단종 발생 후 7년이 되는 시점에서 총수명주기비용이 최소가 되는 것을 확인할 수 있다. 따라서 부품 단종 발생 후 7년 시점에서 재개발에 착수하여 부품과 성능을 최신화하는 것이 총수명주기비용 관점에서 바람직하다.

후속연구

그러나 Table 1에서 확인할 수 있듯, 부품단종 대처방법은 방안별 평균소요비용이 크게 차이난다. 따라서 사전관리가 이루어질 수 있도록 부품단종계획을 수립하고 적절히 운영한다면, 비용이 많이 소모되는 재설계 방법이 아니라, 재고확보 또는 대체품 수급 등의 소모비용이 적게 드는 방법을 적용할 수 있으며, 이로 인하여 부품단종 해결에 소모되는 비용을 절감할 수 있을 것이다. 이러한 관점에서의 비용절감을 회피비용(cost avoidance)라고 한다.
본 논문에서는 부품단종관리의 효용성을 확인하기 위한 방법으로 회피비용 및 총수명주기비용 모델에 대한 분석을 수행하고, 특정 무기체계 적용하여 총수명주기 비용 모델을 검증하였다. 본 논문에서 제시한 회피비용과 충수명주기비용 모델을 활용하면 부품단종관리의 효용성을 경제적인 관점에서 확인할 수 있을 것으로 판단된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	무기체계의 특성은?	근래의 무기체계에서 첨단기술이 차지하는 비중은 점차 커지고 있으며[1], 빠른 기술발전 속도로 인하여 부품의 수명주기가 단축되고 있는 실정이다. 이에 반하여 무기체계는 소요제기단계에서 운영/유지단계까지 오랜 시간이 소모되는 특성이 있다. 이로 인하여, 불가피하게 획득 단계에서 주요부품의 단종이 발생된다.
	부품단종은 어떤 문제를 야기하는가?	부품단종은 양산 일정 지연을 유발할 수 있으며, 나아가 운영유지단계에서는 원활하지 못 한 부품공급으로 운용가용도(Operational Availability)에 나쁜 영향을 미치게 된다. 이와 같은 문제에 대한 인식이 확산되면서, 부품단종관리에 대한 연구 및 활동이 활발히 이루어지고 있다[3, 4, 5, 6].
	무기체계의 특성으로 인해 어떤 문제가 발생하는가?	이에 반하여 무기체계는 소요제기단계에서 운영/유지단계까지 오랜 시간이 소모되는 특성이 있다. 이로 인하여, 불가피하게 획득 단계에서 주요부품의 단종이 발생된다. 통상 양산 착수 시점에서 부품단종이 발생하는 것으로 알려져 있다.

참고문헌 (10)

B. Kim, "Design Conformance Verification of Military FM Radio Set Automatic Test Equipment," J. of the Korea institute of electronic communication sciences, vol. 15, no. 3, 2020, pp. 389-396.
P. Singh and P. Sandborn, "Obsolescence Driven Design Refresh Planning for Sustainment-Dominated Systems," The Engineering Economist, vol. 51, no. 2, 2006, pp. 115-139.

상세보기
K. Park and J. Rhee, "A Study on DMSMS Management for Weapon systems," J. of the Korea Academia-Industrial cooperation Society, vol. 14, no. 11, 2013, pp. 5866-5871.
W. Paik and S. Shin, "Research for Proactive and Reactive Obsolescence Management by Aging of Militaries Systems Components," J. of The Institute of Internet, Broadcasting and Communication, vol. 19, no. 6, 2019, pp. 213-218.
S. Kim, W. Paik, D. Kim, and H. Kim, "A Study on quality assurance to prevent applying foreign-components procurement counterfeit items of weapon system," J. of the Korea institute of electronic communication sciences, vol. 15, no. 4, 2020, pp. 625 - 636.
B. Kim, "A Study on Counterfeit Electronic Parts Identification and Verification Methods to Improve the Reliability of Weapons Systems in Mass Production Phase," J. of the Korea institute of electronic communication sciences, vol. 15, no. 4, 2020, pp. 617 - 624.
United States Department of Defense, Diminishing Manufacturing Sources and Material Shortages Cost Metrics, Defense Standardization Program Office, 2015.
D. Feng, P. Singh, and P. Sandborn, "Lifetime Buy Optimization to Minimize Life cycle Cost," Proc. of the 2007 Aging Aircraft Conference, Palm Springs, USA, 2007.
G. Porter, "An Economic Method for Evaluating Electronic Component Obsolescence Solutions," Boeing, 1998.
F. Rojo, R. Roy, E. Shehab, K. Cheruvu, and P. Mason, "A Cost Estimating Framework for Electronic, Electrical and Electromechanical (EEE) Components Obsolescence within the Use-Oriented Product-Service Systems Contracts," J. of Engineering Manufacture, vol. 226, no. 1, 2012, pp. 154-166.

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