[시스템 엔지니어링(138)] 인간-시스템 통합(1) / HIS 접근방법
[시스템 엔지니어링(138)] 인간-시스템 통합(2) / 인간-시스템 인터페이스

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인공 시스템이나 제품 및 서비스는 불가피하게 모든 운용단계에서 사람에 의한 통제와 상호 간섭을 피할 길이 없다. 기술 진보와 조달, 운용 및 지원비용이 증가함에 따라 우리는 지속적으로 생산성, 효율성, 효과성을 증가시키고 비용을 절감하기 위해 사람을 이용하는 활동을 최소화하는 자동화 시스템을 장려하고 있다.

대부분 조직에서 모든 계약의 초점이 전형적으로 장비 요소인 시스템과 제품을 생산하는 데 초점을 두고 있다. 이러한 상태에서 그 장비 요소를 조달, 운영, 지원하는 인력 요소에 대하여 요구사항이 체계 성능 규격(SPS)으로부터 할당될 때 자주 ‘구호’에만 그치고 있는 경우가 많다. 생명이 없는 장비 요소는 아직까지 1) 임무시스템 준비, 2) 임무수행 및 3) 임무수행 후 연관 활동은 전적으로 인간 요소에 달려있다. 이러한 인간 요소가 나타날 때, 인간의 능력과 장비 성능 사이에 불균등 요인이 발생하고 있다.

이 글은 시스템, 제품 또는 서비스 개발에 영향을 주는 시스템의 인력-장비 상호관계를 알아보고자 한다. 전반적으로 우리의 논의는 시스템 운용모델에서 비롯된다. 이 모델의 운용과 활동에서 어떠한 업무가 사람, 장비 또는 두 가지 함께 어떻게 수행되어야 하느냐는 단순한 질문에 따라 그 구조가 제공된다. 인력 요구사항은 업무에 따라 운용자와 유지보수자에게 할당됨으로 우리는 필요한 업무의 속성을 미리 제시하여야 한다. 전형적으로 이는 전체 시스템이나 제품 성능에 관하여 사람의 능력을 이해하기 위하여 인간 루프(HITL) 상호관계에 대한 분석과 절충을 요구하게 된다.

여기에서 제공된 정보는 인간-시스템 인터페이스 설계에 영향을 주는 기초적인 시스템 엔지니어링 요소를 이해하는 데 도움을 주고자 한다. 인간-시스템 인터페이스 설계를 수행함에 있어 가장 유능하고 실력 있는 인간 요소 엔지니어의 서비스를 적용하고 있다.

1. 얻고자 하는 내용
· 인체측정학(anthropometry)이란 무엇인가
· Haptics이란 무엇인가
· 인간공학(ergonomics)이란 무엇인가
· 인간-시스템 인터페이스 분류란 무엇인가
· 무슨 형태의 입력/출력(I/O) 기기가 인간-시스템 인터페이스에 대하여 가용한가
· 인간 업무활동에 대한 주요 속성은 무엇인가
· 인간 요소 엔지니어링 (HFE)이란 무엇인가
· 인간-시스템 통합 (HSI)의 일곱 가지 요소는 무엇인가
· 각 HSI 요소와 연관된 고려 요소란 무엇인가
· 인간 요소의 다섯 가지 유형이란 무엇인가
· 인간 요소와 연관된 사람의 공통적인 특성 형태란 무엇인가
· 인간-시스템 인터페이스 분석을 위한 주요 분석기법이란 무엇인가
· HFE와 그들의 고려사항과 연관된 주요 관심 대상은 무엇인가

2. 주요 용어정의
· 인체측정학(anthropometry) : 인간의 물리적 특성에 대한 과학적인 측정과 데이터 수집 및 이러한 데이터를 시스템, 장비, 시설의 설계 및 평가에 적용 (출처 : MIL-HDBK- 1908B, 정의 3.0절 P.6)

· 인체측정학(anthropometry) : 사람 사이에 물리적 육체에 대한 변동 측정 및 계량화. 이는 인간 요소 설계에 매우 유용하다. (출처 : MIL-HDBK-470A, 부록 G: 용어집, p. G-2)

· 인간공학(ergonomics) : 활동 이해와 연관된 다분야 과학 및 인간 능력, 성능, 인간-시스템 인터페이스와 상호관계를 통한 업무수행 장소에 대한 설계 제한에 관련 정보 적용방법

· Haptic : 스킨 레벨에서 터치 센스 및 근육과 조인트로부터의 힘의 피드백 정보를 제공하는 모든 물리적 센서에 관한 사항 (출처 : DoD 5000.59-M 모델링 및 시뮬레이션 (M&S) 용어집, 파트 II. 용어집 A, 241항, p.117)

· Haptics : 육체 부분(예, 손가락)에 대한 모션 감각뿐만 아니라 가상세계에서의 힘에 대한 느낌의 피드백을 제공하는 의복이나 외골격에 대한 설계 (출처 : DoD5000.59- M 모델링 및 시뮬레이션 (M&S) 용어집, 파트 II. 용어집 A, 242항, p.117)

· 인간 요소(Human Factors): 인간 특성에 대한 과학적 요소. 이는 모든 생의학 및 사회심리학적 요소를 포함하고 있다. 이것은 인간 엔지니어링, 인력 선정, 교육훈련, 생애 지원, 업무 능력 에이드, 인간 능력 평가 분야의 원칙과 적용을 포함하고 있지만 제한된 것은 아니다. (출처 : MIL-HDBK- 1908B, 정의 3.0절 P.17)

· 인간 능력(Human Performance): 시스템이 사용되는 조건 상태에서 신뢰성과 유지보수성을 포함한 시스템 성능 표준을 충족하기 위하여 실 사용자와 유지보수자의 능력을 반영하는 특정 환경에서의 인간 기능과 활동 측정 (출처 : MIL-HDBK- 1908B, 정의 3.0절 P.18)

· 사람-사람 인터페이스(MMI) : 인간과 다른 시스템 컴포넌트 사이에서의 작용, 반작용 및 상호작용. 이는 여러 장소, 여러 사람 형상 또는 시스템에 적용된다. 이것은 상호작용 상태를 형성하는 하드웨어, 소프트웨어 또는 장비의 속성을 정의한다. (출처 : MIL-HDBK- 1908B, 정의 3.0절 P.21)

· 치명적인 안전 : 시스템의 안전 운용과 지원에 필수적인 적합한 인식, 통제, 성능, 또는 허용 오차를 제시한 어떠한 상태, 이벤트, 운영, 프로세스, 품목에 적용되는 항목(예, 치명적인 안전 기능, 안전 최단 방향, 또는 치명적인 안전 컴포넌트) (출처 : MIL-STD-882D, A.3.2.10절, P.9)

· 업무분석 : 시스템이나 장비 품목으로 함께 일하는 하나의 유닛을 수행하면서 운용자, 통제자 또는 유지보수자가 가져다주는 인력-장비/소프트웨어 상호관계를 시간축으로 개발하기 위해 사용되는 체계적인 방법. 이는 순차적인 장비 운영에 더하여 장비 운용, 유지보수, 통제에 대한 순차적 및 동시적인 매뉴얼, 지적활동을 나타낸다. 이것은 시스템 엔지니어링이 요구되는 시스템 엔지니어링 분석활동의 일부분이다. (출처 : MIL-HDBK- 1908B, 정의 3.0절 P.31-32)

· 사용자-컴퓨터 인터페이스 (UCI) : 사용자와 컴퓨터가 상호 소통하는 정보 및 정보 제시, 디스플레이, 시현정보, 포맷 및 데이터 요소; 지휘 모드 및 언어; 입력기기 및 기법; 대화, 상호관계, 트랜젝션 모드; 운용 시기 및 기간; 피드배, 에러 진단, 큐잉 및 업무성능 에이드, 의사결정 에이드 분야를 포함하여 통제활동이 수행되는 모드 (출처 : MIL-HDBK- 1908B, 정의 3.0절 P.34)

HSI 접근방법

HSI 접근방법은 시스템 엔지니어가 시스템과 연관된 인간 루프(HITL)를 요구하는 시스템개발을 이해하는 데 필요한 기법에 대한 의사결정 형태를 인지하고 제공함에 있다. 인간 요소 엔지니어링(HFE)이 특히 엔지니어링 분야이기 때문에 우리는 그림 1에서와 같이 시스템 엔지니어링 관점에서 HSI를 접근한다. 특히 우리가 다루어야 할 토픽은 다음 사항을 포함하고 있다.

· 인간 인터페이스 클래스
· 인간 요소
· 인간 시스템 통합(HSI) 요소
· HSI 쟁점 요소
· 업무 속성

1. 인간 시스템 엔지니어링과 분석
인간공학 또는 인간 시스템 엔지니어링(HSE: Human Systems Engineering) 노력은 인간-기계 인터페이스를 갖는 시스템의 모든 부분에 영향을 미친다. 이 주제의 구체적인 적용범위는 부록 B에서 언급한다. 인간공학자는 소프트웨어 인터페이스와 지원설비를 포함한 시스템 설계/개발 연구와 규격에서 운용자(사용자/유지자) 능력과 한계를 적용한다.

인간공학 요소를 품목설계와 통합하는 것은 필수적이다. 목적은 시스템 설계가 시스템을 운용, 유지, 운반, 공급하고, 통제할 인원의 능력과 한계에 있어 확실히 양립하도록 하여 시스템 성능과 비용의 균형을 보장하는 것이다.

요구사항과 설계는 ① 광범위한 인식, 물리적 또는 감각적인 기술, ② 불필요하게 복잡한 일의 수행, ③ 인력 또는 훈련자원이 감수하기 어려운 영향을 미치는 일을 요구하거나, 또는 자주 발생하거나 치명적인 오류를 야기하는 특성을 최소화하여야 한다.

인간공학자는 다음과 같은 분야의 많은 전문가와 함께 일을 한다.

· 전체 시스템의 운용에 대해 요구되는 기술과 많은 인원
· 필요한 훈련과 훈련지원을 개발할 훈련 전문가
· 요원안전과 생명지원 문제에 대한 의료요원
· 훌륭한 HSE 원리가 장비설계와 설비의 통합을 보장하도록 하는 하드웨어 엔지니어
· 사용자-컴퓨터 인터페이스를 개발하는 소프트웨어 인원

HSE 책임은 다음 사항을 포함한다.

· 인간공학 입력이 요구사항 문서에 통합되는 것을 보장
· 인간, 기계, 소프트웨어에 대한 시스템 요구사항과 기능의 할당에 있어 참여
· 인간공학 관점에서 각 후보시스템 기능 수행이 모든 면에서 실현 가능토록 보장
· 워크스테이션 배치가 운용가능하고 사용자의 소요 충족을 합리적으로 보장된다는 점에서   각 운용자 및 정비자 워크스테이션을 위한 설계개념의 개발
· 인간공학 고려사항에 속하는 예비 하드웨어 절충연구의 수행 및 문서화
· 주의가 요구되는 잠재적인 인간공학 문제영역의 식별

HSE는 기능흐름도(FFBD: Functional Flow Diagrams), 운용시퀀스도(OSD: Operational Sequence Diagrams), 사용자/정비자 작업분석 및 사용자 인터페이스 프로토타이핑 등과 같은 기법을 사용한다. 이 기법은 사용자인터페이스 요구사항 정의, 의사결정 요구사항 그리고 인적 요구사항이 시스템을 운용하고 유지하도록 한다.

HSE는 요구사항을 정의하며 가장 효율적이고 비용 대 효과적인 인간-기계 인터페이스에 도달하기 위한 절충연구를 수행한다. 인적성과(personnel performance)는 소프트웨어, 워크스테이션 설계, 물리적 디스플레이 특성, 키보드 레이아웃 그리고 조명, 소음 등과 같은 환경요소, 용지형태와 작성문서의 설계, 사용자 훈련 과정을 포함한 많은 요소들에 의해서 영향을 받는다.

HSE의 목적은 시스템 설계가 품목을 운용, 유지, 운반, 지원 및 통제할 인원의 능력과 제한사항에 대해 모순이 되지 않도록 보장함으로써 시스템 성능과 오너십 비용의 균형이 달성되는 것을 포함한다.

요구사항 정의에서 HSE의 초기 포함은 운용자, 통제 및 유지 인원에 의해 요구되는 성능을 이루는 훌륭한 사용자 인터페이스와 시스템을 보장한다.

인간공학은 목표 사용자그룹의 인간 수행 능력과 한계 내에서 운용, 유지, 지원을 위한 시스템, 하부시스템 설계 및 개발과 통합에 심리적, 과학적, 공학적인 원리를 적용하는 시스템 엔지니어링의 요소이다. 인간공학 프로세스의 문서는 국방 시스템의 지원을 위해 주로 개발되었으며 군용 시스템, 장비 및 설비를 위한 과거의 MIL-STD-46855, 인간공학 요구사항의 지침을 기반으로 한다.

인간공학 프로세스는, SEP와 같이 반복적이고 종합적인 하향식의 시스템과 하부시스템 접근방법을 사용한다. 계약심사에 따라 인간공학 프로그램이 공식적으로 시작된다. 프로그램은 인간공학 프로그램계획(HEPP: Human Engineering Program Plan)에서 문서로 제시된다. HEPP는 고객이 작성하는 작업기술서(SOW: Statement Of Work) 내에서 상세한 시스템 요구사항을 달성하기 위하여 인간공학 프로그램을 관리하고 수행하는 것에 대해 계약자의 전반적인 접근법을 상세히 다룬다.

HEPP는 ① 임무분석 옵션과 방법론, ② 업무, ③ 설계활동, ④ 중요한 마일스톤, ⑤ 검증, 시험, 그리고 증명, ⑥ 적용문서, ⑦ 책임과 권한의 주요 영역에 대한 윤곽을 그린다. 예비 HEPP는 시스템 규격서 검토(SSR: System Specification Review)에 의해서 완성되고 시스템 기능 검토(SFR: System Functional Review)에 의해 종료된다.

시스템 개발을 통해, 인간공학 진도보고서가 주기적으로 발간된다. 이 보고서는 요구기준(예, 월간 또는 분기)에 따라 독립적이며, 불연속적인 진도 요약으로서 발간되거나 월간 프로그램 레벨 진도보고서 내에서 통합된다. 게다가, 인간공학 실무그룹, MANPRINT 실무그룹(MWG: MANPRINT Working Group), 사용자 실무그룹과 같은 다양한 실무그룹이 생기게 된다.
회원자격은 고객, 사용자, 계약자 그리고 하부계약자 인간공학과 다른 적용 가능한 대표자로 구성된다. 이 실무그룹은 설계검토, 결정적인 마일스톤과 관련하여 만나게 되며 또는 SOW에서 고객에 의해 필요하게 생각될 때 모임을 갖게 된다. 특권은 인간공학설계와 시스템의 사용성에 관한 이슈를 논의하는 것이다.

인간공학/인간시스템 통합설계 판단기준과 목표는 시스템 규격서, 이전의 시스템, 군용, 정부 또는 산업표준/규범으로부터 배운 교훈 그리고 요구사항 분석으로부터 도출되며, 이 판단기준과 목표는 초기 요구사항에서 정의된다. 시스템 개발의 복잡도에 따라서, 시스템 레벨의 판단기준과 목표는 하부시스템 또는 구성품 레벨 판단기준과 목표로 분해된다.

그다음, 설계 판단기준과 목표는 (하부)시스템의 하드웨어, 소프트웨어 및 인원 요소로 기능 요구사항을 할당하기 위해 사용되며 시스템의 설계/개발, 통합 및 시험에서 사용하기 위해 선택된 인간공학 설계점검표를 목적에 맞도록 변경하기 위해 사용된다. 할당과 점검표는 고객 수락을 위한 SFR 동안에 나타나고 제안된다.

요구사항에 대한 예비분석은 인간공학 목표와 판단기준의 충족을 보장하기 위해 완성해야 하는 분석형태를 결정하기 위해 수행된다. 수행되는 분석의 각 형태는 기능 업무, 결정적 업무, 표준노동량, 장비, 위험 그리고 환경분석 등을 포함한다. 이러한 분석의 주목적은 제때에 비용 대 효과적으로, 적당한 수정활동을 가능하게 하는 잠재적 인간시스템 통합(HSI: Human Systems Integration)의 문제를 식별하고 평가하는 것이다. 관심 대상의 잠재 영역은 표준노동량 영향, 실패 모드, 최종 설계 특성, 인간 오류 입력 그리고 기능관계를 위해 평가된다. 분석 결과는 (운용자와 정비원 활동에 연관된) 운용개념 개발, 시스템 설계, 시험평가 그리고 문서개발에 적용된다.

그림 1. 시스템 엔지니어링 인간 요소 고려사항