[논문]부대 전투력 향상을 위한 군 교육훈련 일정계획 최적화 모형

박철언; 정창순; 김경섭

doi:10.5762/kais.2020.21.10.240

초록
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우리나라 군은 인구절벽 현상으로 인한 병력 부족, 병사들의 의무복무기간 단축, 획일화된 교육훈련에 대한 거부감 등을 이유로 전투력 유지에 어려움을 겪고 있다. 최근 군 내부적으로도 이러한 문제를 인식하여 전투력 유지에 결정적 역할을 하는 군 교육훈련 체계 개선에 대한 논의가 많이 이루어지고 있다. 본 연구에서는 부대 전투력 향상을 위한 군 교육훈련 일정계획 최적화 모형을 제안한다. 이를 위해 부대 전투력에 영향을 미치는 요소인 교육훈련 과제에 대한 망각 및 학습효과, 과제별 개인점수를 정량화하여 모형에 적용한다. 일정계획 기간은 실제 야전부대의 순환식 부대훈련 주기인 4주로 설정하며, 부대 전투력 측정은 4주 후 부대 구성원의 과제별 개인점수 총합에서 낙제가 발생한 총 횟수를 가중차감하여 계산한다. 교육훈련 여건 및 일부 과제의 초기 개인점수로 시나리오를 구성하고 실험을 수행한 결과 부대 전투력이 최소 10%, 최대 77% 상승하였는데, 이는 전역 및 전입하는 인원을 감안할 때 적어도 부대 전투력 유지가 가능할 만큼의 수치에 해당한다. 또한 부대 전투력 상승률 및 과제별 낙제 발생 횟수 결과를 통해 교육훈련 여건의 조성, 특히 전투기술훈련 과제를 충분히 계획하는 것이 부대 전투력에 큰 영향을 미치는 것을 확인하였다. 본 연구모형을 통해 군 교육훈련 관리자가 효과적으로 부대 전투력을 유지 혹은 향상시킬 수 있는 교육훈련 일정을 수립할 수 있을 것으로 기대한다.

Abstract ▼ AI-Helper

The Korean military is having difficulty maintaining combat power due to the insufficient troop numbers caused by a demographic cliff and the reduction of the mandatory military service period. Recently, discussions on improving the military training system have increased significantly. This paper p...

The Korean military is having difficulty maintaining combat power due to the insufficient troop numbers caused by a demographic cliff and the reduction of the mandatory military service period. Recently, discussions on improving the military training system have increased significantly. This paper proposes an optimization model to establish military training schedules to improve combat power. The oblivion and learning effects on training tasks were quantified through a survey and applied to the model. The objective value, combat power, was calculated based on the total task scores of the unit members and the number of task failures after four weeks. The scenarios were configured by the change in educational conditions and initial scores of some tasks. As a result of scenario experiments, combat power has increased by at least 10% and up to 77%, which is sufficient to maintain combat power considering the change in troops. In addition, the planning of combat skill tasks has a significant impact on combat power. Through this research model, it is expected that military training managers will be able to establish a training schedule that maintains or improves the combat power of troops effectively.

주제어

표/그림 (10)

표 Table 1. Soldier basic tasks
표 Table 2. Soldier combat skill tasks
그림 Fig. 1. Research Procedure
표 Table 3. Initial scores for each task and class
표 Table 4. Oblivion and learning effect by task
표 Table 5. Scenario configurations
표 Table 6. Educational conditions by scenario
표 Table 7. Results of Total Task Scores(TTS), Failure Counts(FC) and Combat Power(CP) by scenario
표 Table 8. Results of task failure counts by scenario
표 Table 9. Frequency of planned task by scenario

AI 본문요약
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문제 정의

하지만 교육훈련의 수행횟수, 시기 등에 관한 구체적인 지침이나 지원도구가 없기 때문에, 많은 지휘관들이 일정계획 수립 시 어려움을 겪는 동시에 그것의 효과성 또한 보장되기 힘든 상황이다. 따라서 본 연구에서는 군 교육훈련 일정계획을 효과적으로 수립하기 위한 지원도구로써 우리나라 군의 상황에 적합한 최적화 모형을 제안한다.
본 연구는 군 교육훈련 일정계획 최적화 모형 구축을 통해 부대 전투력을 최대화하는 일정 수립을 목적으로 한다. 이를 위해 기존 연구에서 다루지 않았던 군 교육훈련의 특성, 병사들의 학습에 대한 망각, 교육훈련의 학습효과와 같은 요소들을 모형에 고려한다.
본 연구에서는 군 교육훈련의 주체이면서 교육훈련을 가장 직접적으로 실행하는 중대급 부대가 어떻게 교육훈련 일정을 계획해야 하는지에 대해 다루며, 군 조직은 지상군 전투부대, 계급 구조는 병사를 중심으로 연구한다. 현재 지상군 전투부대 병사가 개별적으로 숙달하는 교육훈련 과제는 장병 기본훈련 과제, 전투기술훈련 과제로 구분된다[3,4].
본 연구에서는 부대 전투력에 영향을 주는 교육훈련과제에 대한 병력의 망각과 학습효과를 정량화하고, 부대의 교육훈련 여건 등의 요인을 고려하여 부대 전투력을 최대화하는 군 교육훈련 일정계획 최적화 모형을 제안한다.
부대의 교육훈련 관리자의 직감과 상급부대의 지침에 의존하여 교육훈련 일정을 계획했던 기존 방식과 다르게, 본 연구에서는 부대의 전투력을 최대화하기 위해 정량적인 데이터를 활용한 교육훈련 일정계획 최적화 모형을 제시한다. 이를 위한 기호정의와 수리모형은 아래와 같다.

가설 설정

K₃ : 정신전력 과제만 가능, K₄ : 모든 과제 불가능
본 연구는 과제별 개인점수가 시간이 지남에 따라 하락(망각)하고, 교육훈련에 의해 상승(학습)하는 것을 가정 한다. 과제별 망각지수와 학습효과 지수를 측정하기 위해미 육군연구소에서 과업별 훈련주기를 산출하기 위한 지원도구로 개발한 UDA (User’s Decision Aid) 연구[1,10]를 참고하였다.
본 연구에서 중대는 분/소대 편제 구분 없이 계급으로 구분하여 병장 15명, 상병 35명, 일병 35명, 이병 15명으로 구성된 상황을 가정한다. 교육훈련 일정계획 수립 시 과제별 초기 개인점수는 실제 중대급 부대 수준을 고려하여 Table 3과 같이 편제상 계급에 따라 점수 범위를 부여하고, 범위 내에서 무작위로 점수를 생성한다.
본 연구에서는 부대 구성원의 과제별 개인점수 총합과 낙제 발생 횟수의 가중치 값 비율을 1:100으로 가정하였다. 만약 과제 낙제 횟수의 가중치를 작게 설정한다면, 교육훈련의 효율이 낮은 1, 4번 과제의 비중이 상대적으로 감소할 것이라 예측된다.
군대의 존재 목적은 전쟁을 억제하기 위한 전투력 유지이다. 전투력을 유지하기 위해서는 잘 훈련된 군대를 보유하는 것이 필수적이다. 최근 우리 군에서는 인구절벽이라는 시대적 흐름과 병사들의 군 복무 단축으로 인한 훈련시간 부족 등의 이유로 교육훈련 체계 개선에 대한 필요성이 제기되고 있다.

제안 방법

분석 과정에서 미군과 국군의 환경차이가 존재함을 확인, 미 육군 연구소에서 사용한 데이터를 활용하는 것은 어렵다고 판단하였다. 따라서 본 연구에서는 미 육군이 UDA 개발 시 활용하였던 과제평가 척도를 바탕으로 설문지를 작성하였고, 국군 육군/해병대 중대장 필수직을 수행 중 또는 만료한 장교들을 대상으로 설문한 결과를 국군에 적용, 과제의 망각지수와 학습효과 지수를 측정하였다.
전투기술훈련 과제는 전문화된 군사특기에 따라 부여받은 개인의 임무를 정확하게 수행할 수 있는 능력을 배양하는데 목표를 두고 실시하는 훈련이다. 본 연구는 지상군 전투부대를 대표하는 보병, 포병, 기갑병과의 전투기술훈련 과제를 특성에 따라 3개의 과제(C1, C2, C3)로 분류하여 교육훈련 일정계획 모형에 반영한다. 전투기술훈련의 분류 및 세부과제는 Table 2와 같다.
본 연구에서 제시하는 군 교육훈련 일정계획 모형의 실효성을 확인하기 위한 실험을 위해 야전부대에서 일어날 수 있는 상황을 바탕으로 시나리오를 생성하였다. 실험 시나리오는 교육훈련 여건과 부대의 과제별 초기 개인점수를 변수로 상황을 구성하였고, 이와 같은 변수가 교육훈련 일정을 계획하는데 어떤 영향을 주는지에 대해 중점적으로 확인하였다.
실험 시나리오 S1, S2, S3의 비교를 통해 교육훈련 여건이 군 교육훈련 일정계획에 미치는 영향을 분석한다. 이를 위해 부대가 처한 교육훈련 여건이 좋음, 보통, 나쁨의 3가지 경우를 생성하였고, 각 시나리오의 모든 군 교육훈련 과제 계획이 가능한 일정(K₁), 장병 기본훈련 과제만 계획이 가능한 일정(K₂), 정신전력 과제만 계획이 가능한 일정(K₃), 모든 군 교육훈련 과제 계획이 불가능한 일정(K₄)의 수를 Table 6과 같이 구성하였다.
부대훈련 준칙에서는 지휘관들이 교육훈련 일정계획을 수립할 때 취약한 과제를 우선적으로 훈련하도록 권장하고 있지만, 특정 과제에 대한 장병들의 수준을 파악하기 위한 방법이나 기준이 마련되어 있지 않은 것이 현실이다. 이를 위해 본 연구에서는 설문을 통해 망각지수와 학습효과 지수를 과제별로 산출함으로써, 특정과제의 수준을 기간 및 인원에 따라 산출 가능하도록 한다. 또한 부대 차원의 취약분야를 파악할 수 있는 기준으로써 과제 점수와 과제 낙제를 활용하여 부대 전투력이라는 개념을 정의한다.
실험 시나리오 S1, S2, S3의 비교를 통해 교육훈련 여건이 군 교육훈련 일정계획에 미치는 영향을 분석한다. 이를 위해 부대가 처한 교육훈련 여건이 좋음, 보통, 나쁨의 3가지 경우를 생성하였고, 각 시나리오의 모든 군 교육훈련 과제 계획이 가능한 일정(K₁), 장병 기본훈련 과제만 계획이 가능한 일정(K₂), 정신전력 과제만 계획이 가능한 일정(K₃), 모든 군 교육훈련 과제 계획이 불가능한 일정(K₄)의 수를 Table 6과 같이 구성하였다.

대상 데이터

장병 기본과제는 총 12개의 과제로 구성되어 있으나, 최근 군에서 12개의 과제는 너무 많다는 지적과 함께 과제에 대한 선택과 집중의 필요성을 논의하고 있고, 실제로 야전부대에서는 대대장급 이상 지휘관이 핵심과제를 선정하여 집중적으로 숙달시키고 있다[3]. 본 연구에서는 현실성을 반영하기 위해 야전부대에서 핵심과제로 다루고 있는 정신전력, 체력단련, 사격술, 화생방, 구급법, 각개전투 등 6개 과제를 교육훈련 일정계획의 대상 과제로 선정한다. 현재 야전부대에서 숙달하고 있는 장병 기본과제는 Table 1과 같다.

데이터처리

실험을 위해 IBM ILOG CPLEX 12.7 소프트웨어를 활용하였으며, 목적함수의 가중치는 교육훈련 과제의 낙제 횟수가 부대 전투력에 미치는 영향을 고려하여 α₁은 1, α₂는 100으로 설정하였다. α₃의 경우 값을 작게 설정하면 과제 낙제 횟수가 왜곡될 수 있기 때문에, 사전실험을 통해 1,000으로 설정하였다.

이론/모형

본 연구는 과제별 개인점수가 시간이 지남에 따라 하락(망각)하고, 교육훈련에 의해 상승(학습)하는 것을 가정 한다. 과제별 망각지수와 학습효과 지수를 측정하기 위해미 육군연구소에서 과업별 훈련주기를 산출하기 위한 지원도구로 개발한 UDA (User’s Decision Aid) 연구[1,10]를 참고하였다. 분석 과정에서 미군과 국군의 환경차이가 존재함을 확인, 미 육군 연구소에서 사용한 데이터를 활용하는 것은 어렵다고 판단하였다.

후속연구

과제별 망각지수 및 학습효과 지수 측정을 위한 설문조사 수행시 설문대상을 확대하여 보다 일반화된 수치를 산출한다면, 본 연구의 군 교육훈련 일정계획 최적화 모형의 적용 범위를 국군 全 부대로 확장할 수 있을 것으로 예상된다. 그리고 본 연구에서는 중대 구성원을 분/소대 편제 구분 없이 계급으로 구분하였는데, 분/소대 편제 유지 여부가 부대 전투력에 미치는 영향을 고려한다면 보다 현실적인 교육훈련 일정계획을 수립할 수 있을 것이다.
과제별 망각지수 및 학습효과 지수 측정을 위한 설문조사 수행시 설문대상을 확대하여 보다 일반화된 수치를 산출한다면, 본 연구의 군 교육훈련 일정계획 최적화 모형의 적용 범위를 국군 全 부대로 확장할 수 있을 것으로 예상된다. 그리고 본 연구에서는 중대 구성원을 분/소대 편제 구분 없이 계급으로 구분하였는데, 분/소대 편제 유지 여부가 부대 전투력에 미치는 영향을 고려한다면 보다 현실적인 교육훈련 일정계획을 수립할 수 있을 것이다.
이를 통해 인구 절벽, 병사 복무기간 단축 등으로 부대 전투력 유지에 어려움을 겪고 있는 야전부대 지휘관들은 효과적으로 병사들의 교육훈련 수준을 유지할 수 있다. 또한 병사들도 본인 능력을 고려한 맞춤형 교육을 받음으로써 군에서 실시하는 교육훈련에 대한 부정적인 인식을 줄이고 교육훈련에 참여하는 목적을 분명히 할 것이라 기대된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	군대의 존재 목적은?	군대의 존재 목적은 전쟁을 억제하기 위한 전투력 유지이다. 전투력을 유지하기 위해서는 잘 훈련된 군대를 보유하는 것이 필수적이다.
	실질적인 교육훈련이 이루어지는 중대급 부대의 지휘관에게는 효과적인 일정계획을 구성해야 한다는 책임과 권한이 부여되지만 한계는 무엇인가?	즉, 실질적인 교육훈련이 이루어지는 중대급 부대의 지휘관에게는 효과적인 일정계획을 구성해야 한다는 책임과 권한이 부여된다. 하지만 교육훈련의 수행횟수, 시기 등에 관한 구체적인 지침이나 지원도구가 없기 때문에, 많은 지휘관들이 일정계획 수립 시 어려움을 겪는 동시에 그것의 효과성 또한 보장되기 힘든 상황이다. 따라서 본 연구에서는 군 교육훈련 일정계획을 효과적으로 수립하기 위한 지원도구로써 우리나라 군의 상황에 적합한 최적화 모형을 제안한다.
	장병 기본훈련 과제는?	장병 기본훈련 과제는 군인으로서 필요한 기본적인 능력을 배양하는 훈련으로 모든 장병이 병과 또는 특기에 관계없이 실시하는 훈련이다. 장병 기본과제는 총 12개의 과제로 구성되어 있으나, 최근 군에서 12개의 과제는 너무 많다는 지적과 함께 과제에 대한 선택과 집중의 필요성을 논의하고 있고, 실제로 야전부대에서는 대대장급 이상 지휘관이 핵심과제를 선정하여 집중적으로 숙달시키고 있다[3].

참고문헌 (10)

R. A. Wisher, M. A. Sabol, J. A. Ellis, K. Ellis, "Staying Sharp: Retention of Military Knowledge and Skills", Special Report 39, U.S. Army Research Institute, USA, pp. 10-25, Jul. 1999.
C. Stothard, R. Nicholson, "Skill Acquisition and Retention in Training: DSTO Support to the Army Ammunition Study", Defence Science & Technology Organisation, DSTO Electronics and Surveillance Research Laboratory, Australia, pp. 7-16, Dec. 2001.
K. R. Han, "A Study on the Experimental Method for Establishing a Repetitive Period of Education and Training for the Proper Level of Education and Training", KRINS QUARTERLY, vol. 4, no. 3, pp. 173-222, Nov. 2019. DOI:https://doi.org/10.46322/KRINSQ.4.3.6

상세보기
K. H. Choi, "Effective Methods to Train Enlisted Soldiers Following Shortened Service Period", Combat Experiment of the Korea Institute of Strategic Studies, pp. 287-358, Dec. 2005.
R. P. Brown, "Optimizing Readiness and Equity in Marine Corps Aviation Training Schedules", Master's thesis, Naval Postgraduate School, pp. 5-24, Sep. 1995.
M. F. Fauske, "Optimizing the Troops-to-Tasks Problem in Military Operations Planning", Military Operations Research, vol. 20, no. 4, pp. 49-57, 2015. DOI:https://doi.org/10.1016/j.jenvman.2016.02.005
H. Onal, P. Woodford, S. A. Tweddale, J. D. Westervelt, M. Chen, S. T. Dissanayake, G. Pitois, "A dynamic simulation/optimization model for scheduling restoration of degraded military training lands", Journal of Environmental Management, vol. 171, pp. 144-157, Apr. 2016.

상세보기
M. L. McGinnis, R. G. Phelan Jr, "Scheduling Simulation-Based Training", Military Operations Research, vol. 4, no. 1, pp. 35-49, 1999.
H. J. Lee, Y. D. Kim, "Scheduling for Military Training of Serials with Partial Precedence Relationships based on the Assignment Problem", Journal of the Korea Institute of Military Science and Technology, vol. 7, no. 3, pp. 77-83, 2004.

원문보기 상세보기
A. M. Rose, M. Y. Czarnolewski, F. E. Gragg, S. H. Austin, P. Ford, "Acquisition and Retention of Soldiering Skills", Technical Report 671, U.S. Army Research Institute, USA, pp. 1-9, 60-89, Feb. 1985.

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