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

 

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인간-시스템 인터페이스

앞서 시스템 운용모델은 시스템 운용개념을 나타내고 있다. 이 모델은 시스템의 사전 임무단계, 임무수행단계, 및 임무수행 이후 단계가 어떻게 형성되어 있는지를 정의하기 위해 초기 구조를 제공해 주고 있다. 이러한 구조는 순차적 및 동시적 운용과 각 운용단계에서 수행해야 할 목적을 달성하기 위한 업무들로 구성되어 있다.

 

이러한 시스템 운용모델 구조는 다음과 같은 도전을 나타내고 있다. 장비 또는 인력과 같은 시스템의 개별 요소 또는 복합 요소의 어느 것이 운용과 업무를 수행하기 위해 요구사항을 할당해야 하는지를 물어보아야 한다.

 

표면적으로 이는 매우 간단하게 보인다. 그러나 더 많은 조사를 통해 다음과 같은 새로운 질문을 일으키게 한다는 사실을 알게 해준다.

· 무슨 능력과 성능레벨이 현재의 기술과 비용과 일정과 같은 자원의 제약사항으로 그 장비요소가 제공할 수 있는가.
· 무슨 스킬과 성능레벨이 그 인력요소 멤버가 현재 확보하고 있거나 수행 가능하게 훈련시킬 수 있는가. 
· 무슨 리스크 레벨에서 인력과 장비 요소를 기꺼이 수용할 수 있는가.

· 우리는 궁극적으로 이 질문사항을 다음과 같이 함축할 수 있다. 운용과 업무의 무슨 형태가 장비요소와 인력요소 또는 복합요소 중 가장 잘 수행할 수 있는가? 이 질문에 답하기 위하여 인력과 장비 성능의 주요 강점을 식별할 필요가 있다.

1. 인간 성능의 주요 강점
인간은 장비와 비교할 때 수많은 스킬과 정신적인 강점을 지니고 있다. 일반적으로 인간의 성능은 다음과 같은 영역에서 장비보다 우수한 성능을 지니고 있다.

· 가치 기준으로서의 판단 및 의사결정
· 우선순위 선택
· 자원할당-시간을 넘어
· 부적합한 업무
· 창의적이고 비 반복적인 업무
· 고통스러운 조건에 대한 민감도
· 인간소통
· 냄새 및 터치
· 적용 가능한 거동

2. 장비 성능의 주요 강점
반대로 장비는 사용자 관점에서 잘 설계될 때, 인간과 비교하면 색다른 장점을 지니고 있다.
일반적으로 장비 성능은 다음 영역에서 사람보다 더 좋은 점을 나타낸다.

· 거대한 데이터를 저장하고 프로세싱하며 재생하는 일
· 복잡한 알고리즘을 계산하고 단기간 내에 처리하는 능력
· 제약된 시간 내에 대량 에러가 없는 데이터를 재생하고 전달하는 일
· 항공기 성능처럼 제시된 안전 상태에서 사람의 성능을 인위적으로 통제하는 일
· 전기, 기계, 광학, 환경, 화학적 상태에서 미시적인 변화량을 감지하고 분석하는 일
· 양산과 같이 고속의 창의성이 없는 반복적인 업무
· 위험하고 독성이 있는 물질 취급, 제련업무와 같은 사람과 환경에 안전 및 보건 위협을 가져다주는 고위험 운용을 통제하는 일
· 인간의 물리적 능력을 부과하는 일
· 시간, 중량, 물질복합과 같은 인자를 측정하는 일

이러한 강점을 비교함에 있어 시스템 엔지니어는 어떻게 사람과 장비에 성능과 연관된 운용 및 업무를 복합적으로 할당할 수 있는가? 첫째, 의사결정에 도움을 주는 인간-시스템 인터페이스 형태를 식별하는 일이다.

3. 인간 인터페이스 클래스
FAA의 국가우주 시스템에 대한 SE 매뉴얼 표 4.8-9는 다음 여덟 가지의 인간 인터페이스 클래스를 제시하고 있다.

· 기능적 인터페이스
· 정보 인터페이스
· 환경적 인터페이스
· 운용적 인터페이스
· 조직적 인터페이스
· 협동적 인터페이스
· 인식 인터페이스
· 물리적 인터페이스

표 1은 이러한 클래스, 성능 차원, 성능 목표를 각각 나타내고 있다.

표 1. 인간 인터페이스 클래스에 대한 FAA 관점. (출처 : 국가 우주 시스템-시스템 엔지니어링 매뉴얼, 4.8.3.3절 <표 4.8-9>)

이러한 주어진 인터페이스 클래스에서 시스템 엔지니어는 이러한 인터페이스가 다양한 인간 성능 특성에 어떠한 영향을 주고 있는지를 이해할 필요가 있다.
따라서 우리는 인간-시스템 상호작용에 따른 영향을 식별할 필요가 있다.

4. 인간 요소
이 매트릭스는 설계 고려사항에 영향을 주는 모든 성능 영향인자를 이해하기 위하여 요구되는 사고절차를 나타내기 위한 구조를 제공해 주고 있다. 이러한 사고절차에 따라 시스템 분석가 또는 시스템 엔지니어로서의 업무활동은 어느 영향인자가 특정 시스템 적용을 위한 고려사항을 보증할 수 있는지를 결정함에 있다.

· 인체측정 요소
· 감각 요소
· 인식 요소
· 심리 요소
· 사회심리 요소

이러한 요소 범주를 보다 잘 이해하기 위하여 표 2에서 각 요소와 연관된 일반적인 인간 특성을 제시해 주고 있다.

표 2. ‌인간 요소와 연관된 공통적인 인간 특성. (출처 : DoD 인간요소 엔지니 어링 치명 프로세스 평가 도구(CPAT) <표 1>, p.7)

5. 인력-장비 절충
규격 요구사항이 작성될 때, 분석이나 절충연구 없이 사람에 의해 수행되어야 할 운용 업무를 제시하는 것은 피해야 한다. 시스템 엔지니어링 프로세스 모델의 다양한 시스템 레벨 설계가 진행됨에 따라 의사결정을 위한 절충 분석이 진행된다. 의사결정 지원은 인력과 장비 업무 할당에 대한 가장 좋은 안을 제시해야 한다. 이는 전체적인 시스템 성능이 최적화 할 수 있도록 분석, 프로토타입, 시뮬레이션 활동이 수행된다.

 

시스템 운용을 위해 외부적인 다양한 상호관계와 불확실성이 높은 운영요원이 필요하기 때문에 우리는 최선책과 차선책을 분석하게 된다. 주어진 불확실성으로 인해 전반적인 시스템 성능을 최적화 하기란 어렵다.

6. 인력-장비 상호관계
한 번 초기 할당이 이루어지고 나면, 다음 질문은 인터페이스 목표를 달성하기 위해 상호 연관된 인력과 장비를 어떻게 연계시켜야 하는지를 알아봐야 한다.
우리가 인력을 연계시킬 때는 다음 사항을 포함한 입력/출력 운용을 살펴봐야 한다.

· 시각적 자극과 신호에 대한 오디오
· 터치와 진동과 같은 촉각 신호
· 하드카피와 데이터 파일과 같은 물리적 제품과 서비스

이러한 정보가 수집되어 진행됨에 따라 장비요소는 다음 사항을 포함한 최소한의 다양한 기존 프로그램 신호를 제시한다.

· 질문에 반응하거나 의사결정을 하기 위한 운용자의 신중성
· 일반적인 건강상태
· 문제점 보고
· 업무수행 보고 진행

오디오, 시각, 진동을 통한 신호는 인간-시스템 인터페이스의 통합적인 부분이기 때문에 우리가 각 항목이 무엇을 의미하고 있는지를 생각해 보도록 하자.

· 오디오 신호 : 이는 특정 장비의 현황상태와 보건을 운용자에게 나타내기 위하여 경고, 주의, 경계 등의 형태로 구성되어야 한다. 음성의 순서와 양상과 마찬가지로 다양한 음성 주기가 시스템 상태를 나타내기 위해 사용된다. 오디오 신호는 그들이 시각신호 관찰이나 들리지 않았을 때, 시스템 운용자로 하여금 특별히 경고하도록 사용된다.

 

· 시각 신호 : 시각신호는 현재의 시스템 조건, 상태 또는 운용 상태를 운용자와 유지보수자에게 알릴 수 있도록 광학적인 경고, 정상적인 지시 또는 메시지로 구성된다.

 

· 진동 신호 : 오디오나 시각 신호가 적합하지 않을 경우, 시스템 운용자에게 경고를 주기 위해 진동 신호가 사용된다. 진동 신호는 지령 시 진동하는 전자기 메커니즘을 사용하는 기기로 구성되어 있다. 그 일례로 휴대폰 진동모드를 들 수 있다.

 

· 인간-시스템 상호간섭 신호를 이해하기 위해 이러한 신호가 어떻게 소통될 수 있는지를 알아보아야 한다. 이는 다음 시스템 지휘통제(C2) 기기를 다루어 보아야 한다.

7. 시스템 지휘통제(C2) 기기
지휘통제 시스템 운용과 성능을 연결시키기 위한 메커니즘은 사람을 필요로 한다. 이러한 메커니즘을 가리켜 입력/출력 기기라고 부른다. 인간-시스템 상호관계를 위한 솔루션 대안이 되는 여러 가지 다양한 I/O 기기를 식별해 보자.

· 데이터 입력기기 : 데이터 입력기기는 시스템 운용 및 유지보수 요원이 문자와 숫자로 된 정보를 입력할 수 있는 키보드 또는 터치 패널과 같은 전자-광학 메커니즘으로 구성된다.

 

· 통제 지시기기 : 통제 지시기기는 시스템 운용 및 유지보수 요원으로 하여금 ‘드래그 엔 드롭’과 같은 데이터 지시, 증폭 또는 작동할 수 있는 컴퓨터 기반 추적 볼, 눈알 추적, 또는 입과 같은 메커니즘으로 구성된다.

 

· 기계 통제기기 : 기계 통제 I/O 기기는 운용요원이 시스템의 형상, 운용, 성능을 산정, 조정, 통제 또는 조절할 수 있는 기계적인 도구를 포함하고 있다.

 

· 전기 통제기기 : 전기 통제 I/O 기기는 운용자 통제 위치 지시 또는 특정 데이터 항목 변경을 소통할 수 있는 수단인 원격 통제, 스위치, 다이얼 및 터치스크린 디스플레이와 같은 전기 또는 전자기 메커니즘으로 구성되어 있다.

 

· 변위 번역 통제기기 : 조이스틱이나 추적 볼과 같은 변위 번역 통제기기는 각도 변위, 스트레스, 또는 압력에 의한 기계적인 작동을 통제 시스템에 사용되는 전기신호로 변환시키는 전자기기를 사용한다.
감각 I/O 기기 : 감각 I/O 기기는 인간 상호작용에 대한 시현, 정도, 강도를 감각으로 느끼는 기기로 구성된다.

 

· 오디오 I/O 기기 : 오디오 입력기기는 스피치 인식과 같이 시스템으로 인식하거나 일치하는 입력사항으로 음성 웨이브를 전환하는 전자기 메커니즘으로 구성된다. 오디오 출력기기는 스피커나 헤드폰과 같이 시스템 운용자에게 음색이나 매시지로 소통하는 전자기 메커니즘으로 구성된다. 

8. 일반화 및 특수화 I/O 솔루션
앞 장의 시스템 인터페이스에서 우리는 일반화 및 특수화 인터페이스에 대한 개념을 소개했다. 우리는 유사한 방법을 인간-시스템 인터페이스에 적용토록 한다.

 

인간-장비 상호관계는 하나의 일반화된 솔루션으로 두 개의 상호작용 시스템 사이에 논리적 개체관계 또는 연합이 존재하고 있다는 단순한 이해로 시작된다. 시스템 개발자가 인터페이스와 요구사항을 분석함에 따라 후보 솔루션이 특정 솔루션으로 나타난다. 다음 예제를 생각해 보자.

[예제 1] 시스템 개발자가 운용요원으로 하여금 데이터를 입력하도록 요구하는 시스템을 개발하는 계약을 했다고 하자. 이리하여 우리는 일반화 솔루션으로 인력과 장비요소 사이에 논리적인 연합을 지니고 있다고 한다. 일반화 솔루션으로 우리는 운용자가 어떻게 데이터를 시스템으로 입력하는지 그 방법을 제시하고 있진 않다. 개발팀은 표준 키보드, 터치스크린 디스플레이 등을 포함한 다양한 후보 솔루션을 제공할 책임을 지니고 있다. 따라서 그 팀은 특정 솔루션으로 애플리케이션을 위한 표준 키보드를 선정한다. 그러나 추가적인 분석을 통해 그 키보드는 모래, 먼지, 비, 눈에 대한 환경을 수용할 수 있어야 한다. 따라서 그 팀은 다른 차원의 특수 솔루션으로서 시스템의 운용환경에 생존할 수 있는 튼튼한 키보드이어야 함을 결정하게 된다.

바로 이 시점에서 인력-장비 인터페이스에 대한 기본원칙을 살펴보았다. 이제 우리는 인력-장비 상호관계를 통합하는 시스템 인터페이스 설계에 초점을 두고 살펴보자. 이것이 바로 다음 토픽인 인간 시스템 통합 (HSI)이다. 

민성기 박사 _ 시스템체계공학원장 (sungkmin0@gmail.com)