Research Paper Journal of Aerospace System Engineering Vol.9, No.4, pp.8-15 (2015) ISSN 1976-6300 무인항공체계개발을위한형상관리방안연구 송지한 1, 최윤정 1 조호윤 1 1 국방과학연구소 A Study on Configuration Management System for Unmanned Aircraft System Development Ji-Han Song 1,, Yun Jeong Choi 1, Ho Yun Cho 1 1 Agency for Defense Development Abstract : Unmanned Aircraft System(UAS) is a huge and complicated system that is composed of UAV, ground control system, datalink system, and mission equipments. We have applied system engineering to development of UAS. Configuration management is very important activity for efficient developments. The Configuration management process comprises four distinct disciplines (Configuration identification, Configuration control, Configuration status accounting, and Configuration audit). This paper explains the configuration management system of UAS development project which ADD executes and introduces several examples of these four disciplines. Key Words : System Engineering, Unmanned Aircraft System(UAS), Configuration Management 1. 서론 최근개발중인대부분의무기체계는첨단및고성 능을요구하고있다. 따라서현재는과거의무기체계 와는달리설계초기부터복합적이고상호연동성같 은다양한요구사항들을설계에반영해야하는경우가 증가하였다. 이러한복잡한과정을프로세스화하여 효율적으로처리및관리하는방법혹은기법을체계 공학 (System Engineering, SE) 이라할수있다. 현재 선진국에서는무기체계및민간항공기개발에체계공 학을적용하고있고, 국내에서도다양한분야에서체 계공학을적용하고있는추세이다. 특히체계공학의 한분야인형상관리 (Configuration Management, CM) 는개발관점에서보면제품성능및규격, 도면등이 Received: Oct. 13, 2015 Revised: Nov. 27, 2015 Accepted: Dec 01, 2015 Corresponding Author Tel: +82-42-821-0636, E-mail: silentgoodbye@add.re.kr Copyright C The Society for Aerospace System Engineering 포함되는기술자료를문서화하고, 개발기술이생산에 적용되어운용성능을만족시키는체계를획득하는활 동이라할수있다. 오래전부터 Table 1 과같은형상 관리관련표준들이제정되어적용되고있다. 군용은 군표준 (Standard) 이나핸드북 (Handbook) 에서정의되 어있고, 민간 / 산업용은 EIA 표준에서정의되어현장 에서활용되고있다. 무인항공체계는비행체, 지상통제체계, 데이터링크체 계, 임무장비등여러부체계 (Subsystem) 를통합한 종합체계이고, 각각의부체계는단일체계개발사업으 로도수행가능할만큼의큰규모이다. 이러한관점에 Table 1 Specification, Standard for Configuration Spec. MIL-HDBK-61 EIA/IS-649 EIA/IS-632 Management Title Configuration Management Guidance National Consensus Standard for Configuration Management Processes for Engineering a System
무인항공체계개발을위한형상관리방안연구 9 서보면무인항공체계개발사업은복합시스템 (System of Systems) 으로구성된종합체계개발사업으로다양한기관및업체의인력이투입되어유기적으로협력하며개발하고있다. 따라서사업참여자들이업무를원활히수행하기위해서는일관성있는관리기준을제시하고상호간의개발환경을고려하면서체계개발을진행할수있는형상관리프로세스수립이필요하다. 개발의원활한진행과개발간의혼선을제거하기위해, 사업준비단계부터형상관리계획을준비하였다. 특히무인항공체계는여러부체계들이종합되는체계이므로각각의개발환경을고려한형상관리계획수립이중요하다. 무인항공체계개발을수행하고있는국방과학연구소 ( 이하국과연 ) 및시제업체들은방위사업청지침과국과연내부지침에따라체계공학기법을사업특성에적합하도록계획하고적용하고있으며, 이를바탕으로형상관리업무를수행하고있다. 2. 관련연구 국내에서도체계공학이중요성이대두됨에따라관리기법인형상관리에대한연구도활발히진행되고있다. 대부분의무기체계개발의사업관리를수행하고있는방위사업청에서는무기체계개발사업에체계공학기법을적용하고자관리업무지침 [1] 을국과연및방산업체에제공하고있으며, 이희우등 [2] 은실제항공기 (T-50) 개발에적용한체계공학기법에대해정리하였다. 김현기등 [3] 은중형급회전익항공기를개발하기위해기술관리수단중하나인형상관리를적용하여국내개발에적합한형상관리체계를제안하였고, 강광호등 [4] 은실용위성개발에적용한형상관리체계에대해설명하고형상관리활동에대해구체적으로명시하여형상관리에대한이해도를높였다. 한편, 정남기등 [5] 은품질시스템과형상관리를연계하여 ISO 9000 품질시스템에서요구되는문서나제품설계자료등의형상식별서를제품의수명주기동안관리하는 workflow 기법을제안하였고전산시스템의발전에따라박종선 [6] 은 SE Tool을이용한효율적인형상관리기법을소개하였다. 또한최근소프트웨어의비중이증가함에따라김태달 [7] 은소프트웨어형상관 리연구를통해소프트웨어형상관리방향을제시하였고, 강수연 [8] 은아리랑위성의높은신뢰성을요구하는소프트웨어개발에있어서의형상관리방안을소개하였다. 위와같은국내형상관리에관한연구들은각개발사업에관한형상관리절차소개및방향에대한내용에중점을둔반면수립된형상관리기법에따라실제적용된사례를확인할수없는한계를보였다. 따라서본연구에서는체계개발을위해계획된형상관리프로세스를무인항공체계개발에적용한사례들을제시하여형상관리에대한이해도를높이고자한다. 3. 무인항공체계개발개요 서두에서언급한것처럼무인항공체계는크게비행체종합, 지상통제체계, 데이터링크체계, 임무장비, 지원장비등으로구분된다. 특히비행체는구조계통, 추진계통, 연료계통, 착륙계통, 구동계통, 환경 / 방빙계통, 항공전자계통, 비행조종계통등으로세분화되어있고, 데이터링크체계는가시선데이터링크, 위성데이터링크등으로구분되며, 개발에참여하는국과연및시제업체는 Fig. 1과같이복잡하게구성되어있다. 국과연의체계개발단에서체계요구도를분석하여각각의부체계및계통개발부서에전파하고, 국과연부체계 / 계통개발부서에서는설계요구도를만족하는기본설계를진행한다. 이를바탕으로국과연과시제업체가상세설계를수행하고시제업체와협력업체가협업을통해최종적으로요구도를만족하는시제품을제작하는구성으로되어있다. 개발에참여하는국과연부서및시제업체, 협력업체가복잡하게구성되어있어각조직의특성및상황을고려한형상관리방안수립 Fig 1. UAS Development WBS
10 송지한 최윤정 조호윤 이중요하다고판단하였다. 따라서사업초기체계형상관리담당자가시제업체엔지니어들과개발환경에대한의견수렴후각각의특성을반영하여무인항공체계개발을위한형상관리방안을수립하였다. 이방안은각개발부서의형상관리담당자의역할및책임, 형상식별절차, 형상문서승인절차, 형상통제심의회구성, 형상통제절차, 형상변경등급, 형상확인절차, 산출물이력관리등이포함되어있다. 이를바탕으로업체는체계개발을위한자사의형상관리계획을수립하고국과연계통책임자에게승인을받아형상관리업무를수행하고있다. Fig. 2 Configuration Management Activity 기에수행하여, 효율적인기술변경 ( 형상통제 ) 을수행하고형상관리품목의표준및규격화업무에기여하는것은물론이며자료, 양식, 보고서등의통일성을유지할수있는이점이있다. 4. 형상관리방안 4.1 형상관리정의및목적형상이란하드웨어및소프트웨어를포함한품목의기능적, 물리적특성을말한다. 기능적특성은성능과연관되고, 물리적특성은외형과연관된것이다. 이들특성은규격서및도면등기술자료에재질, 성능, 크기등으로표기된다. 형상관리란문서화된기능적 / 물리적특성에대해형상식별서 ( 도면, 규격서등 ) 와제품의일치여부를점검및변경통제를수행하며, 승인된형상변경의이행현황등필요한정보를기록하고유지하는활동을일컫는다. 이를통해최적의수명주기비용으로개발요구사항을충족시키고, 최적의설계및개발수준을유지토록하는목적을가지고있다. 또한개발 / 생산및운용지원에필요한품목들을설정하고형상통제를적 4.2 형상관리활동형상관리활동은 Fig. 2와같이크게형상식별, 형상통제, 형상자료유지, 형상확인, 형상관리프로세스감사로구분할수있다. 가. 형상식별형상식별은형상관리대상품목의기능적, 물리적특성을식별하여문서화하는활동이다. 이를위해우선형상관리품목 (Configuration Item, CI) 을선정하였다. 무인항공체계형상관리품목선정기준은다음과같다. q 무인항공체계형상관리품목선정기준 m 구성품단위이상으로선정 (HW/SW포함) m 개발품, 개조구입품및구입후개조품 m 다음사항에대한중요도를고려하여판단 - 대상품목에예상되는형상변경발생빈도 Fig 3. Configuration Items for UAS
무인항공체계개발을위한형상관리방안연구 11 - 대상품목의수리성 / 교체성의정도 - 대상품목의일련번호를통한이력관리의필요성 m 동일기능을수행하는구성품이라하더라도, 호환되지않는경우별도로식별 ( 좌우대칭부품등 ) 기준에따라선정된형상관리품목은 Fig. 3 과같이 크게체계, 비행체, 지상통제체계, 지원장비로구분하 (a) Hardware (b) Software Fig. 5 Configuration Item Nameplate 고하위로더욱세분화하여구성품단위까지식별하였다. 선정된형상관리품목은고유의 CI번호를부여하고, 이에대응되는형상식별서 ( 문서, 도면등 ) 도식별하였다. 특히개발초기에는기술문서및도면의수량파악이어려우므로시제업체별로번호군을할당하여사 용하도록하였고, 식별자를 Fig. 4처럼사용하도록하여번호할당의확장성을유지하고산출물들의식별을용이하게하였다. 또한 Fig. 5에서볼수있듯하드웨어와소프트웨어명판을제작하여부착하게하였다. 하드웨어명판은형상관리품목에식별번호, 일련번호등을포함한명판을적용하도록하여형상관리품목에관련된정보를쉽게인지할수있도록하였다. 소프트웨어명판에는형상변경에따른소프트웨어버전정보 Fig. 6 Software Version Format 를표기하도록하였고, 개발기간중소프트웨어의수정이빈번하므로명판위에스티커를활용하여수정할수있도록하였다. 여기서소프트웨어의버전은 Fig. 6 및 Table 2와같이 4자리문자 / 번호체계를적용하여할당하도록하였고, 소프트웨어의수정및보완으로인하여형상이변경되는경우제품의특징 / 배포번호 / 버전을수정하여적용하도록하였다. 나. 형상통제형상통제를위해체계상세설계검토회의시점을기준으로형상기준선을설정하고, 이후부터형상변경을필요로할경우형상통제심의회 (Configuration Control Board, CCB) 의심의를통해반영할수있도록하였다. 여기서형상기준선이란형상관리품목과형상식별서들의목록이다. 형상통제를위해식별된형상문서중체계 / 부체계문서 ( 규격서, 설계기술서, 환경요구사항적용기준, 연동통제문서등 ), 구성품문서 ( 규격서, 설계기술서, HW/SW 요구사항명세서, HW/SW 설계명세서 ) 등을형상기준선 (Configuration Baseline) 으로설정하였다. 형상통제는기술변경, 규격완화및면제로구분되는데, 무인항공체계개발에적용하는기술변경은방위사 Fig. 4 Major components applied at documents and drawings Table 2 Category applied Software Version 문자용도 X Experimental ( 개발용 ) C Check-out ( 지상시험용 ) F Flight Test ( 비행시험용 ) P Production ( 양산용 )
12 송지한 최윤정 조호윤 업청에서제시하는등급기준을바탕으로본체계개발사업의특성을반영하고, 테일러링하여다음과같이기준을설정하였다. q 1급기술변경사항 m 성능, 중량, 신뢰도, 정비도등관련형상문서 ( 규격서, 도면등 ) 의요구도를만족하지못하는변경 m 개발비용및양산비용이목표비용을초과하는변경사항 m 개발일정및양산일정에영향을미치는변경사항 q 2급기술변경사항 m 성능, 중량, 신뢰도, 정비도등관련형상문서 ( 규격서, 도면등 ) 의요구도를만족하는변경 m 개발비용및양산비용이목표비용을초과하지않는변경사항 m 개발일정및양산일정에영향을미치지않는변경사항 m 품질에영향을미치지않는관련문서의연계수정 m 문서의명백한오류수정 q 3급기술변경사항 m 도면의명백한오기및오류수정 m 도면의누락사항추가방위사업청에서제시한형상관리지침 [8] 중기술변경은 1, 2등급으로구분하였으나, 무인항공체계관련설계도면은업체에서관리하고, 성능, 중량및타계통에영향을끼치지않는범위내에서도면의경미한변경사항즉, 단순오기및오류, 주기누락등의기술변경사항이빈번하게발생할것으로예상되어업체에서수행할수있는 3급기술변경을별도로구분하여기술 변경절차를간소화하였다. 개발자는기술변경이필요하다고판단되는경우필요성과영향성에대해분석한자료를포함한기술변경요청서 (Engineering Change Request, ECR) 를작성하고형상관리담당자에게기술변경을제안한다. 형상관리담당자는기술변경요청서를검토하고, 등급을분류한후기술변경제안서 (Engineering Change Proposal, ECP) 를작성하여형상통제심의회에안건을심의의뢰한다. 모든기술변경은사업책임자가주관하는형상통제심의회에서결정하는것이타당하나, 기술변경이빈번하게발생하고, 참여하는국과연관련부서및업체가다양하여모든기술변경에대해서사업책임자가주관으로형상통제심의회를수행하기에는업무지연이불가피하다. 따라서 1급은국과연사업책임자가, 2급은국과연계통책임자가주관하도록하였고, 사안이경미한 3급에대해서는시제업체가주관하는형상통제심의회를운용토록하여업무지연을최소화하였다. 이에따라형상통제심의회에참여하는구성원도등급에적절하게구성하였다. 1급기술변경은사업책임자가위원장이되고관련계통책임자및계통개발담당자등이위원이되며체계형상관리담당자가간사역할을한다. 반면 2급기술변경은계통책임자가위원장, 계통개발담당자가위원, 계통형상관리담당자가간사를하며, 3급기술변경은업체계통책임자가위원장이주관하여처리한다. 기술변경제안사항이성능, 일정및비용등에미치는영향성이큰경우개발담당자및제안자는기술변경제안이전에관련계통담당자들이면밀히검토할수있도록사전검토회의를소집할수있도록하였다. 형상통제심의회에서기술변경에대해승인 / 기각을결정하고, 결과에따라기술변경통보서 (Engineering Change Notice, ECN) 가발행되면형상관리담당자는 Fig. 7 Engineering Change Process Flow Chart for UAS
무인항공체계개발을위한형상관리방안연구 13 Fig. 8 Engineering Change Formats 기술변경결과가반영될수있도록조치한다. 기술변경전체적인프로세스는 Fig. 7과같고, 기술변경을진행하기위해각단계별로명시해야하는내용은아래와같으며, 이때사용되는서식은 Fig. 8과같다. 기술변경요청서에는기술변경필요성을구체적으로기술하고, 변경전후내용을명시하여향후변경이력이추적이가능하도록하였으며증빙자료를필히첨부하여기술변경의타당성을증명하도록하였다. 기술변경제안서에는기준에따라등급을분류하고, 기술변경내용및필요성등을간략히기술하도록하였다. 만약유사한여러기술변경요청건이한건으로제안이된다면, 형상관리담당자는관련기술변경내용의등급분류를면밀히확인해야한다. 제안서에는영향받는계통을기술하여형상관리형상통제심의회를어떻게구성할것인지확인할수있도록하였다. 형상통제심의회의결서는심의일시및장소를명확히기술하고각각의기술변경에대해승인및기각여부를표시하도록하였다. 기술변경통보서는형상관리담당자가심의회결과에따라일련번호를부여한후변경정보를관련계통에배포하여기술변경이완료되도록하였다. 제안된기술변경은타부체계및계통에미치는영향성 ( 성능, 비용, 일정, 인터페이스등 ) 에대해심도있는검토가중요하다. 특히체계연동통제문서, 비행체연동통제문서, 물리적연동통제문서등의연동통제문서는부체계및계통에서발생하는기술변경이타계통에 영향을끼치는경우가대부분이므로관련부서의검토가필수이다. 형상관리담당자는기술변경에따른기술문서반영을위해기술변경과관련된자료를시스템에등록하고형상변경목록을 Fig. 9처럼효과적으로관리하고있다. 다. 형상현황유지형상현황유지는승인된형상식별서, 제안된형상변경및형상통제심의회를통해승인된형상변경의반영여부등의필요한정보를기록, 유지하는활동이다. 형상관리담당자는최신형상현황유지체계와세부유지방안을수립하고, 해당형상관리품목에대하여형상식별서, 형상변경제안및변경반영현황등관련된모든자료를기록및유지하여변경사항이추적될수있도록조치해야한다. 국과연체계형상관리담당자는체계개발진행중생성되는형상문서및기술변경자료등을자료관리시스템에등재하여최신의형상을설계엔지니어들이공유할수있도록하고있다. 특히도면의경우수량도많고, 시제품제작및 3급기술변경이업체에서수행되는점을고려하여시제업체의제품수명주기 (Product Lifecyle Management, PLM) 시스템및자료관리시스템을이용하므로써도면및변경이력등을효율적으로관리하고있다. 이러한전산시스템의장점으로인하여시스템을구축하는업체들이증가하는추세이다. 국과연형상관리담당자는 3급기술변경내역을시제업체로부터주기적으로종합하여, 혹여등급분류오류에따른타계통영향여부를확인하고있다. Fig. 9 Configuration Change List
14 송지한 최윤정 조호윤 확인사항 규격완화 / 면제처리결과및기술변경처리결과 지상기능점검및시험결과 품질인증시험절차및결과 품질결함현황 Table 3 Checklist for FCA 규격서항목별검증색인검증이행확인 검토회의시도출된 Action Item 종결결과 확인사항 최신도면의생산적용현황확인 규격완화 / 면제처리결과 기술변경및형상변경처리결과 특수공정및품질시스템인증결과 품질결함조치결과 형상관리품목목록 Table 4 Checklist for PCA 품질인증시험절차및결과 방법 결과확인 시험결과확인 시험결과확인 발생현황확인및종결여부확인 검증색인검증이행여부확인 종결여부확인 방법 최신도면및제조문서일치성확인 종결확인 이행확인 특수공정국과연확인결과 현황및종결목록 장착현황및일련번호확인 PCA 종결확인 양산제작형상기준을수립하는것이다. 요구조건을증빙할수있는자료가많을경우자료검토시간이증가하여많은일정이소요된다. 따라서필요에따라개발및생산중구성품제작완료시점이나주요시험의종료시마다점진적으로수행하는점진적물리적형상확인 (Incremental PCA) 을적용하는경우도있다. 기능적 / 물리적형상확인시확인사항및방법은각각 Table 3, Table 4와같다. 형상확인은각형상관리품목을개발하는국과연개발부서에서주관하여수행하고그결과를국과연체계개발단으로제출하도록하였다. 시제업체는형상확인을위한증빙자료준비및제출등을지원한다. 4.3 형상관리프로세스감사프로세스감사는개발담당자가수립한형상관리계획준수여부를확인하는활동이다. 개발초기국과연에서수립한형상관리방안에따라업체는자사개발현실을고려하여형상관리체계를수립하여형상관리계획서를작성하고, 국과연계통책임자의승인을받았다. 국과연은승인된형상관리계획서를토대로 Fig. 10과같은체크리스트를통해업체형상관리현황을점검하였으며, 점검결과를프로세스개선의견서를통해시정하도록조치하였다. 업체담당자는시정조치를수행하 라. 형상확인형상확인은제작된형상관리품목의설계형상이제작형상과일치하는가를확인하는프로세스로물리적형상확인과기능적형상확인으로구분한다. 기능적형상확인 (Functional Configuration Audit, FCA) 은형상품목의성능이규격서에서규정한요구조건에얼마만큼만족하는가를검증하는것이다. 즉, 개발규격서 3장의요구조건에대한 4장의항목별검증색인 (Verification Cross Reference Index, VCRI) 의검증방법, 검증자료를확인하며, 필요시해당기능적형상확인품목에대한규격완화 / 면제도확인해야한다. 물리적형상확인 (Physical Configuration Audit, PCA) 은제품기준을확립하기위해제작된형상관리품목의형상이그형상품목의기술문서및도면의설계요구조건과일치함을확인하는활동이고, 이를통해 Fig. 10 Checklist for CM Process Audit
무인항공체계개발을위한형상관리방안연구 15 제20권 3호, pp. 35-43, 2012.9 [4] 강광호, 이주진 다목적실용위성 2호개발을위한형상관리체계, 한국항공우주학회 2001년도추계학술대회발표회논문집, pp. 214-216, 2001 [5] 정남기, 최정길, 김영식, 박상규, 김재전, 황부현 ISO 9000 품질시스템에서형상관리의구현에관 Fig. 11 Configuration Process Audit Result 고프로세스개선확인서 (Fig. 11) 를작성하여국과연개발책임자승인후종결처리한다. 프로세스감사는개발엔지니어들이수행하고있는형상관리현황을확인하고시정할수있는중요한활동이다. 5. 결론 본연구는무인항공체계개발을위해수립한형상관리방안에대해소개하고, 개발에적용한형상관리의업무인형상식별, 형상통제, 형상현황유지, 형상확인및형상관리프로세스감사방법을정리및설명하였다. 특히여러체계가통합되어있는무인항공체계의경우는개발에참여하는기관및조직이복잡하기때문에각각의개발환경을고려하여모든개발엔지니어들이정확한기준을가지고형상관리에참여할수있는계획을수립하는것이중요하다. 이를바탕으로설계엔지니어들에게최신형상및형상자료가공유되도록관리하는것이형상관리의핵심이다. 또한체계영향성및중요도에따라체계개발단의권한을국과연개발부서및업체에위임하여효율적인형상관리절차를수립하고형상관리로인한개발일정영향을최소화해야한다. 한연구, 품질경영학회지제28권제2호, pp. 176-191, 2000 [6] 박종선 SE 전산지원도구를이용한형상관리방안연구, 시스템엔지니어링학술지제7권 1호, pp. 53-56, 2011 [7] 강수연 아리랑위성의탑재소프트웨어형상관리, 한국정보과학회 2000년도가을학술발표논문집제27권제2호, pp. 454-456, 2000.10 [8] 방위사업청 IPT 형상관리업무지침, 예규제90호, 2012.10 개정 저자소개 송지한 2013년과학기술연합대학원대학교 (UST) 항공기시스템공학대학원석사. 2013년 ~ 현재국방과학연구소연구원. 관심분야는항공우주, 체계공학, 엔진설계최윤정 2010년충남대컴퓨터공학석사. 2013년 ~ 현재국방과학연구소연구원. 관심분야는체계공학, 체계안전, SW신뢰성. 참고문헌 [1] 방위사업청 연구개발사업의체계공학 (SE) 기반기술관리업무실무지침서, 방위사업청, 2012 [2] 이희우, 김형준, 오세창, 최종원 실전시스템엔지니어링, 청문각, 2007 [3] 김현기, 김학범, 김성찬 회전익기다품종부품개발을위한형상관리체계, 한국항공운항학회지, 조호윤 2007년한국과학기술원 (KAIST) 컴퓨터공학석사. 2007년 ~ 현재국방과학연구소선임연구원. 관심분야는체계공학, 체계안전, SW신뢰성.