철도시스템의 기능안전성 확보를 위한 모델 기반 위험원 분석

정호전(Ho-Jeon Jung),이재천(Jae-Chon Lee) 한국철도학회 2016 한국철도학회 학술발표대회논문집 Vol.2016 No.5

철도, 항공, 해양 등의 산업에서는 각 산업에 적합한 안전관리표준을 수립하여 안전을 확보하기 위해 노력하고 있다. 기능안전 표준을 기반으로 안전을 확보하는데 있어 위험원 분석은 매우 중요하다. 위험원 분석과정을 통해 도출되는 위험원 및 위험이 시스템의 설계과정에서 반영되어야 목표로 하는 안전을 달성할 수 있기 때문이다. 본 논문에서는 안전관리를 위한 시작점이자 중요한 과정인 위험원 분석단계에서 모델링 기법을 활용하는 것에 관한 연구를 수행하였다. 위험원 분석을 위해 필요한 시스템 분석 결과를 모델기반으로 도출하여 이것을 위험원 분석단계에서 활용하는 방법을 제안하였다. 이를 통해 안전표준에서 제시하는 위험원 분석활동을 보다 효과적으로 수행할 수 있게 될 것이다. As today’s systems are getting complex, ensuring safety in the development is becoming important issues in a variety of domains such as rail, aviation, and maritime industries. Although each industry is striving to develop their own safety solution, a common point is that most of the approaches taken so far are based on the concept of function safety, thereby resulting in the international functional safety standard and its derivatives. To meet the functional standard, several processes/tasks need to be performed. One of the core tasks is analysis of potential hazards that might be occurring in the system operation. In this paper the study of the hazard analysis is carried out for the rail systems. Particularly, in doing so, a model-based approach is taken using the models represented by SysML (systems modeling language). The analysis result shall be used to develop necessary safety measures. The model-based approach would be useful in the subsequent development of the rail systems with functional safety.

자동차 기능안전 표준을 반영하는 개선된 FTA 및 위험원 분석 기법

정호전(Ho-Jeon Jung),이재천(Jae-Chon Lee) 한국산학기술학회 2017 한국산학기술학회논문지 Vol.18 No.9

자동차 및 철도 등 수송 시스템에서 무인화 운전으로의 진전으로 인해 시스템 운영 시 안전성의 확보는 필수불가결한 요소로 간주되어 왔다. 자동차 안전설계를 뒷받침하기 위해 제정된 기능안전 표준인 ISO 26262에서는 위험원 분석 및 평가 그리고 안전 설계를 수행할 때 시스템 설계 정보를 적절하게 반영함으로써 안전성이 확보되는 자동차 시스템을 구현하기 위한 절차가 제시되어 있다. 이에 따라 위험원 분석에 관해 많은 연구가 이루어졌는데, 주로 이미 운영되고 있는 유사 시스템 사례에 의존하여 설계 정보를 활용하였다. 먼저 물리 구성품 수준에서 설계정보를 추출하고, 이로부터 기능 들을 역추적 한 후에 위험원을 식별하는 방법이 연구되었다. 이러한 방법은 빠르고 쉽게 위험원의 식별이 가능하기는 하지만, 설계 요구사항이 변경되거나 새로운 시스템을 설계할 때에는 설계 정보를 제대로 반영할 수 없어 일부 위험원이 누락될 수 있는 가능성이 있다. 이러한 점을 해결하기 위해서 본 논문에서는 기능안전표준에서 제시하는 안전수명주기 모델의 위험원 분석 단계에서 효과적인 방법을 연구하였다. 구체적으로 시스템 개념 설계를 Top-Down 방식으로 수행하면서 확보한 설계 정보를 위험원 분석에 적절하게 활용하는 방법을 제안하였다. 먼저 시스템 개념 설계를 수행하고, 획득된 기능 설계 결과를 분석하였다. 그러고 나서 기능 분석 결과를 활용하는 기능기반 Fault Tree Analysis 방법을 제시하고 위험원 분석을 수행하였다. 또한 자동차 시스템에서의 안전 설계 사례 연구를 통하여 본 논문에서 제시하는 방법이 대상 시스템의 설계 정보가 체계적으로 반영되어 누락 가능성이 줄어든 위험원 분석이 가능함을 보여 주었다. Ensuring the safety of automobiles and trains during system operation is regarded as indispensable due to the progress in unmanned operation. The automotive functional safety standard, ISO 26262, has been proposed to ensure the safe design of vehicles. This standard describes in detail the required risk analysis and evaluation procedure and safety measures, while appropriately reflecting the system design information. Therefore, much research has been done on the risk analysis procedure, wherein the design information is mostly extracted from physical components of similar systems already in operation, the information traced back to obtain constituent functions, and then methods of identifying risk sources are studied. This method allows the sources of risk to be identified quickly and easily, however if the design requirements are changed or systems are newly developed, others may be introduced which are not accounted for, thereby yielding mismatched design information. To resolve this problem, we propose a top-down analysis in order to utilize the system design information appropriately. Specifically, a conceptual system is designed to obtain the functions, which are then analyzed. Then, a function-based fault tree analysis is conducted, followed by a risk source analysis. In this paper, a case study of automotive safety is presented, revealing that the proposed method can analyze the risk sources with reduced possibility of omission by systematically reflecting the system design information.

SysML 기반 모델링 및 시뮬레이션 기법을 통한 기능안전 설계 대안들의 평가 및 결정 방법

정호전(Ho-Jeon Jung),이재천(Jae-Chon Lee) 한국산학기술학회 2018 한국산학기술학회논문지 Vol.19 No.11

철도, 자동차, 항공 등의 시스템에서는 시스템의 고장이 사고로 이어져 심각한 인명피해와 경제적 손실로 직결되는 경우가 많기 때문에 시스템 안전의 확보가 매우 중요하다. 기존 연구들에서는 구성품 수준의 정보를 활용해서 고장 분석 및 안전조치를 도출하고 이를 통해 고장이 발생했을 때 피해를 경감시키기 위한 안전설계가 주로 수행되었다. 그러나 기능안전 개념에 의한 설계는 위험원 식별 및 평가 그리고 안전기능을 생성한 후 안전 설계를 통해 안전 목표를 달성하고자 하는 것이다. 따라서 시스템의 기능수준에서 고장의 현재 빈도를 수용 가능한 목표수준으로 빈도를 낮출 수 있는 안전기능을 결정하고 이를 설계에 반영하기 위한 방법에 대한 연구가 필요하다. 이를 달성하기 위하여 본 연구에서는 먼저 시스템모델링 언어인 SysML을 활용하여 안전기능 들에 대해 고장빈도를 반영하기 위한 고장 모델링 방법을 연구하였다. 그리고 나서 생성된 SysML 고장모델 대안들의 시뮬레이션을 통해 각 안전기능 들이 달성할 수 있는 고장빈도의 감축능력을 평가해서 안전목표를 충족하는 대안을 결정하는 방법을 제시하였다. 사례 연구로서 대표적인 안전중시 시스템인 철도신호시스템에 적용하여 유용성을 확인하였다. 철도신호시스템의 안전기능 형태의 설계 대안들에 대해 안전 목표를 충족하는 지를 M&S를 통해 비교평가 하였다. 본 연구의 결과는 시스템의 개념설계 단계에서부터 적용 가능한 방법으로 안전기능을 수행하기 위한 다양한 설계대안 들 중에서 적절한 것을 선택함으로써 안전 목표를 충족하는 시스템의 안전 설계에 유용하게 활용될 수 있을 것이다. In systems such as railways, automobiles, and airplanes, system malfunctions may lead to accidents, which often cause serious personal injury and economic loss. In previous studies, failure analysis has been performed, and safety measures derived using the component level information to reduce damage when a failure occurs. However, in functional safety concept, a focus is placed on lowering the frequency of occurrence of failures by performing risks analysis, setting up safety goals, and designing safety functions. Therefore, it is necessary to study how to determine the required safety function that can reduce the failure frequency to the acceptable level. To achieve this, we first studied a failure modeling method using SysML. It was then presented how several alternatives can be assessed to determine the desired safety function by simulating the generated SysML failure models and calculating the ability to reduce the failure frequency. A case study of a railway signaling system was done, demonstrating the effectiveness of the approach. We assessed whether the safety objectives were met for the alternative design of the railway signaling system through M & S. The results can be useful in that it can be applied from the early design phase and allow to choose the appropriate safety function that satisfies safety objectives among various design alternatives.

철도신호시스템의 안전설계를 위한 M&S 기반 설계대안 분석

정호전(Ho-Jeon Jung),이재천(Jae-Chon Lee),김창원(Chang-Won Kim) 한국철도학회 2018 한국철도학회 학술발표대회논문집 Vol.2018 No.5

철도제어시스템의 기능안전성 확보를 위한 모델기반 기능위험원 식별

정호전(Ho-Jeon Jung),김창원(Chang-Won Kim),이재천(Jae-Chon Lee) 한국철도학회 2017 한국철도학회 학술발표대회논문집 Vol.2017 No.05

시스템에 전장품의 비율이 증가하면서 기능안전의 달성이 중요시되고 있다. 특히 전장품들이 시스템의 제어부에 많이 활용됨에 따라 안전확보의 필요성이 증대되고 있다. 따라서 시스템의 기능안전의 달성을 위해 기능위험원의 식별 및 분석이 중요시 되고 있다. 본 논문에서는 안전의 확보를 위한 시작점인 위험원 식별단계에서 모델을 활용한 위험원 식별에 관한 연구를 수행하였다. 특히 기능안전의 확보가 필수적인 철도제어시스템에 대하여 기능위험원을 모델기반으로 식별하는 방법을 제안하였다. 이를 통해 시스템의 설계과정에서 기능위험원 식별을 보다 효과적으로 수행 할 수 있게 될 것이다. Achieving functional safety is becoming more important as the proportion of electronic products in the system increases. Especially, the necessity of securing safety is increasing as electronic products are widely used in the control part of the system. Therefore, it is important to identify and analyze functional hazards in order to achieve functional safety of the system. In this paper, we have studied the identification of hazard using the model in the hazard identification stage which is the starting point for securing safety. In particular, we proposed a method to identify the functional hazard based on the model for the railway control system. This will enable the identification of functional hazards in the design process of the system more effectively.

경전철 역사 개념설계 단계에서 기능분석 결과를 활용한 안전요구사항의 생성방법에 관한 연구

김주욱(Kim, Joo-Uk),정호전(Jung, Ho-Jeon),박기준(Park, Gi-Joon),김주락(Kim, Joorak),한석윤(Han, Seok Youn),이재천(Lee, Jae-Chon) 한국산학기술학회 2016 한국산학기술학회논문지 Vol.17 No.4

철도와 같은 안전중시 시스템에 대해 체계적인 안전관리의 필요성이 점차 커지고 있어 IEC 61508, 62278, ISO 26262 등의 안전과 관련된 표준들이 제정되었고, 관련연구가 수행되고 있다. 그중 안전 프로세스의 중요한 활동인 위험원 분석에 대하여 다양한 연구가 수행되어 왔으나, 시스템설계 프로세스와의 구체적인 연계성이 부족하였다. 또한 기존의 위험원 분석 방법은 시스템 설계가 상당 수준 진행된 하드웨어 및 소프트웨어 구성품 정보에 의존하기 때문에, 설계 변경에 많은 비용과 일정이 소요된다. 이러한 문제들을 해결하기 위해서 본 논문에서는 시스템 설계초기인 개념설계 단계에서 수행한 기능분석 결과를 안전 프로세스에서 직접적으로 활용하여 위험원을 분석하고 이를 바탕으로 위험을 줄이기 위해 필요한 안전요구사항 을 생성하는 방법에 대하여 연구를 수행하였다. 설계 초기에 위험원 분석 및 안전요구사항의 도출을 수행함으로써, 향후 요구 사항 변경 등 여러 요인으로 시스템 설계 및 안전 설계의 변경 시에 이를 반영하는데 있어서 시간 및 비용 관점에서 상대적으 로 효율적인 접근 방법이 된다. 한편, 사례연구로서 본 논문에서 제시한 방법을 경전철 역사의 안전성을 확보하기 위한 요구 사항의 도출에 적용하는 연구를 수행하였다. For safety-critical systems including railways, there has been a growing need for effective and systematic safety management processes. The outcomes of efforts in this area are international safety standards, such as IEC 61508, 62278, and ISO 26262. One of the principal activities in the safety process is hazard analysis. For this reason, considerable efforts have been directed toward methods of hazard analysis. On the other hand, the hazard analysis methods reported thus far appear to be unclear in terms of their relationship with the system design process. In addition, in some cases, the methods appear to rely heavily on information regarding the hardware and software components, the number of which is increasing. These aspects can become troublesome when design changes are necessary. To improve the situation, in this paper, hazard analysis was carried out using the result of functional analysis early in the concept development stage for a safety-critical system design. Because hazard analysis is carried out at the system level and the result is then used to develop the safety requirements, improvements can be expected in terms of the development time and cost when design changes are required due to changes in the requirements. As a case study, the generation of safety requirements for the development of light rail transit stations is presented.

CMMI 기반 시스템공학과 프로젝트관리 통합 프로세스 아키텍처 개발

최영길(CHOI, Young-Gil),정호전(Jung, Ho-Jeon),이재천(Lee, Jae-Chon) 한국산학기술학회 2015 한국산학기술학회논문지 Vol.16 No.6

시스템의 규모와 요구기능은 점점 대형화되고 복잡해지고 있다. 이러한 시스템 개발 프로젝트의 성공적인 수행을 위해서는 프로세스에 따른 체계적인 시스템공학(SE)과 프로젝트관리(PM) 활동이 요구되고 있다. 시스템 개발 조직에서는 SE&PM 프로세스 개선 및 능력평가 모델인 CMMI를 채택하여 SE&PM 능력 확보에 노력하고 있으며, 이를 위해 조직의 비즈니스 특성에 맞는 조직 표준 프로세스를 구축하여 적용하고 있다. 하지만 시스템 개발조직 현장에서는 CMMI 프로세스 영역 간 상호연관성에 대한 충분한 이해부족으로 조직 프로세스 구축에 어려움이 따르고 있다. 또한 SE와 PM활동은 시스템 개발에 있어서 상호 밀접하게 연관되어 있기 때문에 SE와 PM 프로세스는 상호 통합 및 연계성이 확보되어야만 효과적이고 효율적인 프로젝트 수행이 될 것이다. 본 논문에서는 시스템 개발 조직에서 CMMI 기반 조직 프로세스 구축에 참조되고 활용될 수 있는 조직의 SE&PM 통합 프로세스 아키텍처를 제시한다. The scale and required functionality of modern systems have increased and become more complicated. To successfully carry out the systems development projects, appropriate systems engineering (SE) and project management (PM) activities are required for the underlying process. In a system development organization, it is an effort to secure the SE & PM capability by adopting the CMMI is an evaluation model of improvement and ability of SE&PM process. To achieve the goal each organization establishes and uses its own organizational standard process, which satisfies the business characteristics. However, in practice, due to the lack of sufficient understanding on the interrelationship among different CMMI process areas, there still exist some difficulties with constructing organization processes. In systems development, the activities of SE are closely related with those of PM. Thus, the processes of SE and PM need to be fully integrated and explicitly linked to each other in order to complete the projects successfully. In this paper, we propose a SE&PM integration process architecture of organization that can be utilized in the system development organization is referenced in the construction of CMMI-based organizational process.

국내외 표준화 동향 분석을 통한 무인이동체 시험 평가 방안 연구

최희도(Hee Do Choi),정호전(Ho Jeon Jung),유정훈(Jeong Hoon Yu),김승인(Seung In Kim),장홍석(Hong Seok Jang) 대한기계학회 2023 대한기계학회 춘추학술대회 Vol.2023 No.3