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모델기반 시스템공학 기법을 통한 시스템설계 및 안전프로세스 통합모델의 구현에 관한 연구
On a Model-Based Systems Engineering Approach to the Realization of the Integrated Systems Design and Safety Process Model 원문보기

대한안전경영과학회 2013년 춘계학술대회, 2013 Apr. 21, 2013년, pp.215 - 223  

김영민 (아주대학교 시스템공학과) ,  이재천 (아주대학교 시스템공학과)

초록
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산업기술의 비약적인 발전으로 인해 오늘날 우리가 개발하거나 사용하는 시스템은 보다 기술의 고도화 양상을 보이고 있다. 따라서, 기존의 시스템이 지니고 있어 제공하는 단일 특성에서 벗어나 다양한 학제간 결합된 기술로 기존 시스템이 지니고 있는 관념적인 기능에서 벗어나 다기능을 제공하고 있다. 이로 인해, 기존의 개발단계에서는 보다 높은 설계 신뢰성이 요구되고 있다. 특히, 오늘날 우리사회는 시스템의 개발 성공이라는 안도에서 벗어나 시스템 운용 유지단계에서도 안전성 측면에서 매우 중요성을 인식하고 대비하고 있다. 따라서, 국내에서는 미흡한 상위 단계에서의 설계활동과 또한, 같은 시스템 수명주기 상에서의 시스템 안전활동을 동시에 고려한 동시공학적인 접근에 관한 연구를 본 연구팀은 지속적으로 수행해왔다. 따라서, 기존의 연구결과인 설계와 안전을 동시에 고려한 통합 설계 프로세스 모델에 대해, 시스템개발에 관련한 모든 이해당사자가 공통된 이해를 바탕으로 시스템설계와 안전 활동에 대해 상호 호완성과 공통된 인식을 갖고 접근할 수 있는 방안을 본 연구를 통해 수행하였다. 따라서, 본 연구는 모델기반 시스템공학 기법중 보편적인 언어인 공통 언어를 통해 기존 연구를 통해 제시한 통합설계 프로세스 모델을 구현에 관한 연구 수행을 통한 접근 방안에 관하여 논의하고 있다. 본 연구를 기반으로 향후 추가 연구를 수행한다면, 국내 대형복합시스템의 설계단계에서의 안전성을 동시 고려한 시스템 설계 신뢰성 확보를 위해 도움이 될 것으로 기대 된다.

AI 본문요약
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문제 정의

  • 따라서, 본 연구진은 다년간 시스템 개발의 초기단계에 해당되는 개념설계 단계에서의 설계활동과 안전활동과의 상호 유기적인 영향에 관한 연구를 수행하여 시스템 설계 활동과 시스템안전 활동과의 상호운용에 관한 연구 수행을 통해, 통합된 형태의 설계 프로세스 모델을 구축하였다. 기존 연구의 취지는 시스템 초기 설계활동인 상위레벨에서의 설계활동과 시스템 안전 활동과의 상호 운용성을 동시에 고려하여 수행함으로써 시스템 설계 엔지니어와 안전 활동을 수행하는 엔지니어 사이의 상호운용에 관한 연관성에 대해 연구를 수행하였다. 이로서 시스템 개발에 있어서의 관련한 이해당사자간의 일관된 이해를 바탕으로 성공적인 시스템 개발을 수행하고 시스템설계의 상위단계에서 안전활동 및 위험원 식별에 따른 제거를 수행하기 위해 설계단계에 반영함으로써, 초기 설계 및 안전활동에 집중함으로써 보다 시스템 개발에 성공적으로 접근하리라 생각한다.
  • 따라서, 이러한 연구결과를 시스템 개발에 연관된 모든 이해당사자들이 공통된 인식 및 상호연동성에 대한 이해가 밑바탕으로 전제되기 위해 본 연구를 통해 방안을 제시하였다. 따라서, 모델기반 시스템공학 기법중 하나인 SysML을 통해 시스템 설계 과정에서 표준 언어로서 역할을 하는 방법론을 가지고 통합 프로세스 모델을 구현하기 위한 연구를 수행하였다. 본 연구수행을 통해 시스템설계 프로세스와 시스템 안전활동에 해당하는 개별 활동에 대한 특성을 분석하였으며, 또한 이러한 활동을 SysML을 통해 표현·구현하기 위한 SysML이 지니고 있는 개별 특성에 대해 분석하였다.
  • 따라서, 이번 연구를 통해, SysML을 통해 구현하고자하는 연구범위 또한 개념설계 단계에 초점이 맞춰있다. 따라서, 본 연구를 통해 [Figure 2]와 [Figure 3]의 기존 산출물인 시스템공학 설계활동과 시스템안전 활동의 통합된 형태의 프로세스에 대해 SysML을 통한 구현 방안에 대한 제시를 하고자 본 연구를 수행하였다.
  • [Figure 1]에서 제시되는 것처럼, SysML은 크게 3가지 특성인 거동, 요구사항, 구조적 특징 가진다. 따라서, 본 연구팀의 선행 연구를 통해 개발된 통합설계 프로세스 모델을 모델기반 시스템공학 기법중 하나인 SysML을 통해 구현함으로써 누구나 공통된 이해를 갖게 하고자 본 연구를 통해 접근적 해법을 제시하고자 노력하였다.
  • 본 연구진은 이러한 국제적 추세에 앞서 다년간 시스템 상위 레벨에서의 시스템 설계 활동과 시스템 안전활동의 상호운용성에 대한 연구를 바탕으로 통합된 설계 프로세스 모델을 제시하였었다. 따라서, 이러한 연구결과를 시스템 개발에 연관된 모든 이해당사자들이 공통된 인식 및 상호연동성에 대한 이해가 밑바탕으로 전제되기 위해 본 연구를 통해 방안을 제시하였다. 따라서, 모델기반 시스템공학 기법중 하나인 SysML을 통해 시스템 설계 과정에서 표준 언어로서 역할을 하는 방법론을 가지고 통합 프로세스 모델을 구현하기 위한 연구를 수행하였다.
  • 서두에 언급했듯이, [Figure 1]을 통해서, SysML이 크게 3가지(거동,구조,요구사항) 특징을 가지고 있고 이러한 측면에서 반영할 수 있다는 것을 알 수 있다. 본 연구단계는 통합설계 프로세스를 SysML 특성을 이해하여 반영하기위해, SysML 개별 다이어그램이 지니고 있는 특성을 분석하였다. 분석결과는 아래 <표 1>과 같이 정리하였다.
  • 하지만, 최근 대형 복합 안전중시 시스템을 중심으로 수많은 사고들이 국제적으로 발생하다 보니, 체계적인 설계 접근법과 안전성 확보에 대해 이슈로 떠오르고 있다. 본 연구진은 이러한 국제적 추세에 앞서 다년간 시스템 상위 레벨에서의 시스템 설계 활동과 시스템 안전활동의 상호운용성에 대한 연구를 바탕으로 통합된 설계 프로세스 모델을 제시하였었다. 따라서, 이러한 연구결과를 시스템 개발에 연관된 모든 이해당사자들이 공통된 인식 및 상호연동성에 대한 이해가 밑바탕으로 전제되기 위해 본 연구를 통해 방안을 제시하였다.
  • 특히, 이러한 문제 해결을 위한 방안으로 본 연구에서는 SysML[3](System Moleling Language)을 통해 해결하고자 한다. SysML은 적용시킨 이유는 기존 시스템 개발에 있어서 국제 표준으로 사용되었던 UML(Unified Modeling Language)의 확장된 새로운 개념의 표준이다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
시스템공학의 설계 프로세스의 4단계는 무엇인가? 시스템공학의 설계 프로세스는 크게 4가지 단계로 구성된다[6]. 우선, 첫 번째로 행하는 단계는 요구사항을 생성하는 단계이다. 본 단계에서는 이해당사자로부터 수집된 정보를 바탕으로 생성된 요구사항 또는 생성 근거를 위한 자료를 바탕으로 Requirement Diagram을 통해서 생성 및 관리하게 된다. 또한, 이를 통해 생성된 요구사항을 바탕으로 시스템 안전계획에 반영되어야 할 것이다. 시스템공학 설계 프로세스에 따른 두 번째 단계는 첫 번째, 요구사항 생성과정을 통해 생성된 요구사항을 바탕으로 이해당사자 요구사항을 시스템요구사항으로 전환하는 단계로서 유스케이스 다이어그램(Usecase Diagram)의 활용을 통해서 시스템이 수행해야하는 주요 임무를 기능 중심으로 식별이 가능하다. 또한, 이러한 유스케이스 다이어그램(Usecase Diagram)을 통해 상위레벨의 시스템이 지녀야할 안전 분석이 가능하므로 PHL(Preliminary hazard list) 및 PHA(Preliminary hazard analysis)에 대한 대체 활동으로 가능해진다. 시스템공학 설계프로세스에 따른 세 번째 수행단계는 기능분석단계이다. 본 단계에서는 개발하려고 하는 시스템이 지녀야할 기능을 상위레벨에서 하위레벨로 분해하는 단계로서 이 단계에서는 Activity Diagram, Block Definition Diagram, 시퀀스 다이어그램을 통해서 기능분석 활동을 나타낼수 있다. 또한 이러한 다이어그램을 통해서 상위레벨에서의 FHA 및 SHA를 수행하는데 있어서 대체 가능한 역할을 할 수 있을 것으로 기대된다. 또한, 기능분석 단계를 도출된 시스템 분해구조(SBS, System Breakdown Structure)를 도출 할 수 있다. 이렇게 구조화된 시스템분해구조를 바탕으로 기능할당 단계에서 거동분석을 통해 도출된 하부 요구사항에 할당하면 되겠다. 시스템공학 설계 프로세스의 네 번째 단계에 해당하는 기능할당에서는 이전 기능분석 활동을 통해 분해된 기능을 시스템 구성 컴퍼넌트에 할당하는 활동을 말한다. 이렇게 할당된 기능들은 어떠한 흐름으로 진행되는지 [Figure 5]와 같은 시퀀스 다이어그램(Sequence Diagram)을 통해서 표현가능하다.
SysML의 큰 장점은 무엇인가? SysML은 적용시킨 이유는 기존 시스템 개발에 있어서 국제 표준으로 사용되었던 UML(Unified Modeling Language)의 확장된 새로운 개념의 표준이다. 이러한 SysML의 특징과 장점을 살펴보면, 우선 가장 큰 장점은 표준언어라는 점이다. 따라서, 이해당사자간의 정보를 공유하는데 있어서 동일한 이해를 가능하게 할 수 있다. 또한, 기존에 설계 및 안전활동을 수행하므로 발생된 결과의 문서가 문서중심의 산출물이라는 점에서 그래픽화된 모델링 언어로써 보다 목표에 대한 정보를 효과적으로 전달 가능해진다. 앞에서 언급했듯이 시스템 개발 전산지원도구에서 SysML지원을 확장하는 추세이다.
SysML의 특징은 무엇인가? 이러한 결점을 보완하기 위해, 시스템 모델링 언어를 지원하는 툴을 활용함으로써 보다 체계적으로 개발에 다가 갈수 있을 것이다. [Figure 1]에서 제시되는 것처럼, SysML은 크게 3가지 특성인 거동, 요구사항, 구조적 특징 가진다. 따라서, 본 연구팀의 선행 연구를 통해 개발된 통합설계 프로세스 모델을 모델기반 시스템공학 기법중 하나인 SysML을 통해 구현함으로써 누구나 공통된 이해를 갖게 하고자 본 연구를 통해 접근적 해법을 제시하고자 노력하였다.
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