시스템과 운용지원 모델링



앞서 대상 시스템(SOI)의 능력을 개념화하고 체계화하며 식별하기 위한 기초로써 시스템 운용 모델을 소개했다. 그 결과로써 획득자 시스템 성능규격서(SPS)를 작성하거나 개발자에 의해 성능규격을 분석하게 된다.
한번 대상 시스템의 능력이 식별되고 나면, 다음 주요한 질문은 첫째, 누가 이러한 능력을 수행하며 그리고 연관된 능력 레벨을 달성하기에 가장 적합한가 하는 것이고, 둘째는 보다 구체적으로 어느 시스템(임무 시스템이나 지원 시스템 또는 양자)에 의해 수행될 것인가 하는 것이다.
한번 임무 시스템과 지원 시스템이 어떻게 연관되어 있는지를 알면, 상관관계를 각 개체의 시스템 요소(인력, 장비 등) 하위 레벨 제약사항으로 할당할 수 있다. 궁극적으로 시스템 요소 상관관계는 장비와 이를 지원하는 하드웨어 및 소프트웨어 요소로 제약사항을 분할하게 된다.
이 글은 임무 시스템과 지원 시스템 상관관계를 이해함에 있다. 시스템 운용개념(ConOps)에 따른 시스템 운용이 임무수행 전, 임무수행 및 임무수행 후 단계로 어떻게 할당될 것인지를 매트릭스 매핑 기법을 적용해 본다. 임무 시스템과 지원 시스템 운용은 적용에 의존되어 있기 때문에 운용모델링 기법을 이해해야 한다. 따라서 여기서 그 여러 가지 다양한 적용 방법을 살펴보도록 하자.
여기서 시스템이 임무수행과 상호작용에 어떻게 적용되어 있는지를 살펴본다. 따라서 이는 정체상태를 분석하는 것으로 생각하기가 쉽다. 숲처럼 전체를 보기 위한 분석과 나무처럼 세부 항을 분석하는 일에 균형을 잡을 필요가 있다. 시스템 상호작용을 정의함에 있어서 가치를 인식하지 못한 경우를 들어보면 다음과 같다.

· 머리로만 정보를 인식하는 경우
· 무엇이든지 문서화 하지 않는 경우
· 다른 사람과 상호이해를 공유하지 않는 경우
· 모든 사람은 저마다 다르게 시스템을 이해하고 있다고 불평하는 경우

시스템 엔지니어가 수행해야 할 여러 가지 역할 중 의사결정과 결정된 사항에 대하여 즉시 정보를 함께 공유해야 할 의무가 있다. 복합 시스템 설계는 분할과 분석을 통해 단순화하고 문서화를 통해 모든 엔지니어링 의사결정 사항을 관리하게 된다.

1. 얻고자 하는 내용
· 시스템 적용형태란 무엇인가?
· 적용된 운용이란 무엇인가?
· 재판매 및 재활용 시스템이란 무엇인가?
· 시스템 통제 흐름에 의한 수단은 무엇인가?
· 시스템 데이터 흐름에 의한 수단은 무엇인가?
· 통제 흐름과 데이터 흐름은 어떻게 연관되어 있는가?
· 시스템 운용 사이클은 무엇인가?

임무단계와 운용

앞서 일반 시스템 운용 모델은 시스템 운용개념(ConOps)의 개념적 통찰력을 제공해 주었다. 주요 사항은 시스템 운용에 요구되는 능력을 제공하기 위하여 무슨 시스템 요소가 필요한지를 알아야 한다.
우리는 앞서 운용개념에 따른 업무를 수행하기 위해 세 가지 시스템 단계 및 운용형태 1) 임무수행 전 운용, 2) 임무수행 운용, 3) 임무수행 후 운용으로 구체화할 수가 있다. 이러한 임무운용단계는 동시적인 임무 시스템 운용(예, 항공기) 및 지원 시스템 운용(예, 항공기 지상 통제장비) 업무를 포함하고 있다.
운용업무가 운용영역과 연계되어 있음을 보다 잘 이해하기 위하여 시스템 운용모델의 임무 시스템과 지원 시스템 그리고 각 운용단계와의 관계를 볼 수 있는 매트릭스 매핑기법을 적용해 보자.

1. 시스템 운용과 임무 시스템 및 지원 시스템 연계성
그림 1에서 임무수행 전, 임무수행 및 임무수행 후 단계에서 발생되는 임무 시스템과 지원 시스템을 동시적으로 볼 수 있다. 동시적 운용이란 임무 시스템(예, 우주 셔틀)과 지원 시스템 (지상통제 장비, 통신 시스템 등) 간 동시적이고 동기화된 상호관계를 요구하고 있다. 임무 시스템과 지원 시스템 간 상호운용성은 성공적 임무달성에 치명적인 요소이다. 그림 1은 어느 운용 업무가 시스템 운용단계 기능에서 임무 시스템과 지원 시스템 요소에 의해 수행되는지를 이해하기 위한 단순 분석도표이다.



2. 대상 시스템 운용 모델링
시스템 요소 상호간 논리적인 실체관계가 식별되고 나면, 다음 단계는 이러한 상호작용 관계가 어떻게 일어나는지를 이해하는 일이다. 이러한 시스템 요소의 상호작용을 모델링으로 할 수 있다. 그림 2는 대상 시스템이 어떻게 운용환경과 연계되어 있는지를 보여주고 있다.



도표를 단순하게 이해하려면 운용 1.0(임무수행 전 운용)과 운용 3.0(임무수행 후 운용)을 상위 레벨 추상적인 개념으로 먼저 생각한다. 임무수행 중인 운용단계 2.0은 하위 레벨 임무 시스템 운용 2.1과 지원 시스템 운용 2.2로 보다 세분화한다.
앞서 논의된 바를 토대로 점선으로 표시된 2.0 임무운용단계의 4.0 운용환경 인터페이스는 내부에 속한 모든 운용(운용 2.1 및 2.2), 운용 4.1(상위 레벨 시스템)은 운용 2.1 및 2,2와의 인터페이스 또는 상호작용을 보여주고 있다.
이 도표는 두 가지 중요한 점을 동시에 지니고 있다. 첫째, 대상 시스템은 임무수행 전, 수행 중, 수행 후에 이르기까지 주기적이나 루프를 형성하여 순차적으로 운용된다. 둘째, 그 시스템은 이러한 운용을 수행할 동안 운용환경과 상호작용한다.
두 번째 관점은 대상 시스템의 임무단계에 임무 시스템과 지원 시스템은 물리적 접촉, 정보자료교환, 또는 상호연결, 양방향 관계로 표시함으로써 상호작용을 나타내고 있다. 이러한 두 가지 관점을 잘 이해하기 위하여 보다 상세하게 이러한 관계를 살펴보자.

3. 운용통제 흐름과 데이터 흐름
일반적으로 시스템을 분석할 때, 두 가지 형태의 흐름이 발생한다. 이는 1) 통제흐름 또는 업무흐름, 2) 데이터 흐름을 말한다. 통제흐름이나 업무흐름은 시스템 운용을 어떤 순서로 수행하는가를 이해토록 해 준다. 데이터 흐름은 전기, 시각 또는 기계 정보가 시스템 개체 상호간에 어떻게 전이되고 교류되는지를 보여준다. 이를 이해하기 위해 통제흐름과 데이터 흐름을 보다 자세하게 살펴보자.
그림 3은 우측에 SOI 운용을, 좌측에 상호작용하는 화살표를 나타낸다. 수직 화살표는 통제흐름을, 수평 화살표는 데이터 흐름을 표시한다. 일반적으로 통제흐름이나 업무흐름 순서는 한 작동에서 다른 작동으로 내려간다. 데이터 흐름은 시스템 개체 사이에 서로 전후로 나란히 이동한다.



이러한 상태에서 통제흐름이나 업무흐름은 다음과 같은 절차를 밟는다.

① 작동 1.0, 임무수행 전 초기 상태
② 작동 2.0 임무수행
③ 작동 3.0 임무수행 후
④ 최종 상태

순환 시스템은 최종 상태에서 다시 초기 상태로 돌아가는 그림에 나타난 피드백 루프를 형성한다. 데이터 흐름 관점에서 작동 2.0(임무 작동)은 작동 2.1(임무 시스템 작동)과 작동 2.2(임무지원 시스템 작동) 상호간에 정보가 교환된다.
이제 임무 시스템과 지원 시스템 작동 교환을 임무 전, 임무수행 중, 임무수행 후 모든 단계에 걸쳐 살펴보면 그림 4와 같다. 각 작동 단계는 현 임무 시스템과 지원 시스템 작동으로 구성된다.



임무 전, 임무수행 중, 임무수행 후 단계 전이는 1) 운용 1.3(임무수행 여부), 2) 운용 2.3(의무 종료 여부), 3) 운용 3.3(임무수행 후 종료 여부)이라는 의사결정 통제점으로 다룬다. 이는 의사결정 점으로 다시 순환적으로 되돌아가는 것을 나타낸다. 네 번째 의사 통제점으로 운용 3.4(활동 중지)를 보여주고 있다. 만일 시스템이 다시 실 임무수행으로 가려면, 통제흐름 또는 업무흐름이 초기 상태로 되돌아간다.

시스템 운용 애플리케이션

시스템을 분석하고 설계할 때, 시스템 엔지니어는 사용자가 시스템을 어떻게 운용할 것인지를 알아야 한다. 모든 시스템이 추상적 상위 레벨에서 공통성을 지니고 있지만, 사용자 애플리케이션 하위 레벨에서 고유성이 나타나게 된다. 이러한 그래픽 사례가 몇 가지 고유 애플리케이션에서만 나타나게 된다. 당신의 조직이 이러한 협의가 당신의 비즈니스 도메인에서 어떻게 적용되는지를 식별하기 위하여 제공되는 제품과 서비스 형태를 분석해야 한다.

1. 사용자 애플리케이션 형태
사용자 시스템 애플리케이션과 운용은 여러 가지 방법으로 나타낼 수 있다. 그 사례는 다음과 같다.

· 일반적인 사용 또는 다목적 애플리케이션
· 특정 사용 애플리케이션
· 이해관계자 유형

이러한 영역을 보다 잘 나타내기 위하여 다음 사례를 생각해 보자.

1) 일반적 사용 또는 다목적 시스템 애플리케이션 : 일반적 사용 또는 다목적 시스템 애플리케이션은 광범위의 사용자 임무 및 임무 애플리케이션을 넘어 일반적인 애플리케이션을 위해 개발된 임무 시스템과 연관되어 있다. 다음과 같은 사례를 생각해 보자.

[사례 1] 일반적 사용 또는 다목적 시스템 애플리케이션은 데스크톱 컴퓨터, 자동차, 책상 및 의자 등을 들 수 있다. 그림 5는 자동차 운용의 상위 레벨 모델을 보여주고 있다.



항공기와 컴퓨터와 같은 몇 가지 시스템은 특정 임무 애플리케이션을 할 수 있는 다목적으로 사용될 수 있다. 다음 예제를 생각해 보자.

[사례 2] 군용 항공기 플랫폼은 정찰, 공대공, 공대지, 폭파 평가 임무를 수행할 수 있는 다양한 탑재물을 항공기와 조종사가 수용하기 위해 표준화된 기계, 전기 및 커뮤니케이션 인터페이스로 설계된다.

2) 특정 사용 시스템 애플리케이션 : 시스템이 특정 임무형태로 구성될 때, 헌신된 사용 애플리케이션으로서의 형상이라고 한다. 다음 예제를 생각해 보자.

[사례 3] 민간 항공기는 티켓을 지닌 탑승자를 운송하거나, 의자를 제거하고 다용도 카고 운송을 위해 특정 사용으로 제작된다.

이와 같은 사례를 기반으로 몇 가지 대상 시스템은 특정 사용 애플리케이션으로 만들어진 다중 사용 시스템이라 할 수 있다. 각 임무수행 후 새로운 애플리케이션을 위해 임무자원을 재보충하고 재보완하는 활동을 가리켜 순환적 운용이라고 할 수 있다.

3) 단일 사용자 또는 재사용 시스템 애플리케이션 : 일반적으로 대부분 시스템은 단일 사용자이거나 재사용할 수 있다. 사용자 단일 애플리케이션은 운용 수명주기에 있어서 개념형성에서부터 폐기에 이르기까지 한 번 운용으로 되어 있는 미사일 시스템과 같다. 재사용 또는 재활용 애플리케이션은 자동차와 같이 정의된 예상 수명을 가지고 반복적으로 사용되는 순환 시스템을 가진다. 다음 사례를 생각해 보자.

[사례 4] 단일 사용 시스템 애플리케이션은 우주선의 외부 연료탱크(ET), 미사일 및 탄약, 상용 제품 비닐 봉투 및 불꽃놀이 등을 들 수 있다.

[사례 5] 재사용 애플리케이션은 우주선 궤도차량(OV), 고체 로켓 부스터(SRB), 자동차, 카메라(예를 들면, 소비자 관점)를 들 수 있다.

전형적인 재사용 시스템은 다음 임무를 수행하기 위한 준비상태로 복원하기 위해 각 애플리케이션이나 운용 사이클 이후에 보충이나 보완해야 할 단계를 가지고 있다. 재사용 시스템은 신뢰성, 가용성, 유지보수성, 안전성과 같은 기술적 사항을 포함하여 설계된다.

4) 이해관계자 유형 : 사용자 유형에 따라 시스템 운용 능력에 영향을 준다. 이처럼 임무 시스템은 실 임무 수행 및 임무를 수행하지 않을 때 교육훈련 임무 수행 능력을 요구한다. 다음 사례를 생각해 보자.

[사례 6] 조종사 훈련용 훈련기 시스템은 비행교관을 수용하고 교관을 통제할 수 있는 능력을 요구한다. 자동차 운전교육장은 교관이 제동할 수 있는 특수 자동차를 필요로 한다.

2. 비즈니스 운용 모델링
앞서 논의는 자동차와 운전자와 같은 대상 시스템에 초점을 두고 살펴보았다. 이제 임무 시스템과 지원 시스템을 음식점과 자동차 영업소와 같이 비즈니스 관점에서 살펴보자. 비즈니스 경영자 측면에서 보면, 그 조직이 임무 시스템을 운용한다. 그 역할을 수행하기 위하여 비즈니스는 고객에게 지원 시스템을 통해 시스템, 제품, 또는 서비스를 제공해야 한다.
이러한 이중 임무 시스템/지원 시스템 역할을 수행하기 위하여 간단한 모델을 그림 6에 보여주고 있다. 모델에서 보면 고객이 운용 A를 통해 비즈니스로 들어가고 업무흐름을 진행하며 운용 n을 통해 쇼핑과 식사를 하고 나간다. 비즈니스 관점에서 볼 때, A에서 n까지 운용은 의류, 스포츠 상품, 및 잔디 기계와 같이 동시적 운용을 나타낸다. 재활용 시스템으로서 일상 운용은 초기 상태에서 시작하여 그날의 운용을 마감하는 최종 상태를 나타내고 있다. 그림 6은 음식점, 자동차 영업점, 공원, 또는 사진관과 같은 기본적인 비즈니스 운용 모델을 보여주고 있다.



3. 생각해볼 점

앞에서 우리는 1) 일반적인 사용, 다목적 및 특정 사용 시스템 애플리케이션, 2) 단일 사용, 다중 사용 및 재사용 애플리케이션, 3) 이해관계자 유형을 살펴보았다. 시스템 엔지니어로써 이러한 유형의 시스템을 쉽게 분별하기란 매우 어렵다는 것이다. 당신의 임무는 이해관계자로 하여금 시스템 사용 및 애플리케이션에 대해 분명하고 간결하게 알 수 있도록 해야 한다는 점이다.
이러한 일은 이해관계자에 달려있다는 점을 다음 예제를 통해 알아보자.

[사례 7] 폐기용 카메라는 여러 가지 관점에서 재사용할 수 있는 임무 시스템을 보여주고 있다. 고객은 카메라를 산 다음, 사진을 찍고 카메라를 인화 사진관에 맡긴다. 그리고 여러 장의 사진을 제공받는다. 고객 관점에서 볼 때 임무 시스템으로서의 카메라는 다음과 같다.

· 하나의 필름 용량에 제한된 일회성 단일 사용 시스템
· 인화 사진관에 맡겨진 폐기 시스템

인화 사진관 입장에서 볼 때 카메라는 다음과 같다.

· 특정 필름 속도, 조리개 설정 등으로 설계된 특정 사용 시스템
· 카메라가 기술적인 ‘사용 적합성’ 기준을 충족한다고 가정할 때, 매 사용 이후 다른 고객 애플리케이션을 위해 필름을 보충하여 사용하는 재활용 시스템

재사용 또는 다중-용도 임무 운용, 유지보수, 교육훈련 활동이 실 임무 수행으로부터 기존 시스템을 전환하도록 사용 중지가 일어날 때까지 지속된다. 이러한 경우가 발생되면, 기존 시스템이나 능력은 사라지고 동시에 새로운 시스템이나 능력이 다시 등장하게 된다. 전형적으로 신규 시스템은 기존 시스템이나 능력의 대체가 일어날 때까지 외부 시스템과의 호환성을 검증 및 확인하기 위한 ‘파이로트’ 모드를 동시적으로 운용하게 된다.

사이클 내에서의 운용 사이클

비즈니스가 엔터프라이즈 레벨에서 매일 순환적으로 수행되고 있는 한편, 비즈니스 내에서의 개체는 반복적 사이클을 밟고 있다. 만일 당신이 임무 시스템의 애플리케이션 콘텍스트를 고려하고 있다면, 다양한 내장된 운용 사이클을 분석하게 된다. 이러한 형태의 사례를 생각해 보자.

1. 도시 버스 운송 시스템
우리는 일일 몇 시간, 주당 매일, 주 7일 도시 주위 순환적으로 운행되는 도시 버스 운송을 하고 있다고 가정하자. 각 버스 노선에 따라 모든 승객에게 서비스를 제공하기 위해 정거장에 선다. 그러면 승객이 탑승한다. 차비를 낸다. 목적지까지 타고 간다. 그리고 내린다.
각 노선이 끝나는 차고지에서 버스는 정기 예방정비를 위해 정비고로 들어간다. 만일 수시정비가 필요하게 되면 정비가 완료될 때까지 정상운행이 중단된다. 정비 도중에 버스교체 여부를 결정하게 된다. 수리 가능할 경우, 그 버스는 다시 운행상태로 돌아간다. 교체해야 할 경우, 신규 버스를 구매한다. 현재 운행 중인 버스는 별다른 일이 발생되지 않는 한 운행을 계속한다. 이는 비즈니스 필요에 따라 신규 버스 구매에 관계없이 연계된다.
그림 7은 사이클 내에서의 운용 사이클을 보기 위한 운용 모델 사례를 나타내고 있다. (1)에서 (6)까지 여섯 운용 사이클을 보여준다. (1) 버스 수명주기 사이클, (2) 매일 운행 일정 사이클, (3) 운전자 교체 사이클, (4) 노선 사이클, (5) 승객 사이클, (6) 유지보수 사이클을 말한다. 그리고 비즈니스 경영구조에 따라 일곱 번째 사이클로써 버스 연대 사이클이 적용된다.



이러한 사이클은 항공운송, 우편배달, 자동차대여, 경찰차량 등에 같이 적용된다. 이러한 그림을 그리는 방법은 여러 가지가 있겠으나, 가장 중요한 것은 여러 가지 사이클 동안에 지원 시스템과 임무 시스템을 통합한 내장된 운용 사이클을 인식하고 시현함에 있다.

요약

앞서 논의를 통해 사용자가 임무 시스템을 어떻게 사용할 것인지, 동시, 특정사용, 재활용 시스템의 상위 레벨 개념을 기술했다. 운용이란 시스템 레벨 능력과 성능 요구사항을 전환할 수 있는지를 말한다. 이러한 요구사항을 궁극적으로 시스템 요소(장비, 인력, 설비 등)로 할당된다. 그러나 가끔 요구사항 할당은 운용 모델링과 시뮬레이션을 통해 지원 된다.

1. 일반적 예제
① 개요에서 제시된 이 장에서 무엇을 배울 것인가에 대한 답을 해보라.
② 앞장에서 식별된 시스템, 또는 생각해 보았던 시스템이나 새로운 시스템을 선정하여 이 장에서 제시된 내용을 적용해 보라.
③ NASA 우주선은 궤도차량(OV), 고체 로켓 부스터(SRBs), 외부연료탱크(ET)를 통합한 발사 형상을 지니고 있다. 발사 기간 중 SRBs가 작동된다. 그리고 ET가 작동되고 마지막으로 OV가 작동된다. 만일 SRB나 ET 관점에서 모델링을 한다면, 그림 5를 참조하여 시간에 따른 통제흐름 운용을 그려보라.
④ 다음 시스템에 대하여 통제흐름과 데이터 흐름 운용을 포함한 다단계 운용모델을 개발해 보라. 그림 6을 참조하라.
· 자동차 딜러와 고객
· 영화관, 페스트 푸드 음식점, 또는 야구장과 같은 소매 비즈니스
· K-12 공립학교
⑤ 4번 문제에 있어서 각 시스템에 어떠한 내장된 사이클 운용이 발생되고 있는가를 설명해 보라.

민성기 시스템체계공학원장(ise@seinstitute.co.kr)