시스템 임무분석

개요

시스템의 일차적인 목적은 예측 또는 예측하지 못했던 기업이나 개인의 투자 회수(ROI) 목표를 충족함에 있다. 이러한 목표로서는 행복, 오락, 교육, 건강과 같은 인생의 기본 욕구와 기업의 생존, 적응, 식품 및 주거와 같은 삶의 질에 걸쳐 다양하다. 이러한 목표를 달성하기 위한 투쟁을 하나의 운용 항목으로 나타낸다면 임무(mission)라고 할 수 있다.
이는 개인이나 기업의 임무를 달성하기 위해 사람의 능력으로 전환할 수 있는 시스템, 제품, 서비스로 구성된다. 이러한 시스템을 선정하고 획득하는 일은 주어진 임무를 달성하기 위해 누가, 언제, 무엇을, 어떻게 시스템을 사용할 것인지에 대한 계획을 수립함으로써 시작된다. 이러한 사항을 충족시키기 위한 활동을 가리켜 임무분석이라고 한다.
이 글은 임무분석의 주요 요소를 소개하고 시스템 능력과 요구사항을 도출하기 위한 기초를 제공해 준다. 우리의 논의 대상은 임무의 속성에 초점을 두고 있다.

1. 얻고자 하는 내용
· 시스템 임무를 정의하는 데 필요한 주요 활동은 무엇 인가?
· 임무 이벤트 타임라인(MET)은 무엇인가?
· 임무활동 분석이란 무엇인가?
· 운용단계의 일차적인 임무란 무엇인가?
· 운용과 의사결정에 연관된 시스템은 임무수행 전 단계에서 무엇을 수행해야 하는가?
· 운용과 의사결정에 연관된 시스템은 임무수행 단계에서 무엇을 수행해야 하는가?
· 운용과 의사결정에 연관된 시스템은 임무수행 중에 무엇을 수행해야 하는가?
· 임무단계에서 발생될 그리고 다음 단계로 넘어가기 위한 주요 의사결정은 무엇인가?

2. 주요 용어 정의
· 임무 : 계량화 목적에 따른 산출물 성공기준을 달성하기 위해 기대되는 일련의 순차적 또는 동시적 운용이나 활동을 통합하는 사전에 계획된 운동.
· 치명적인 임무 시스템 : 운용 효과와 운용 적합성이 성공적인 종료 또는 잔여 임무 능력을 합산하기 위하여 필수적인 시스템을 말한다. 만일 이 시스템이 실패하면, 그 임무는 자동적으로 종료할 수가 없다. 그러한 시스템은 주 임무 시스템과 마찬가지로 보조 또는 지원 시스템일 수 있다. (근거 : DSMC 용어 모음 : 국방 획득 용어 및 약어)
· 임무요구서(MNS) : 조직의 운용능력요구를 식별하기 위한 특정기술서. (근거 : DSMC T&E 관리 가이드, 부록 B, DoD 시험용어집, p. B 20-21)
· 임무 신뢰도 : 대상 시스템이 주어진 임무 프로파일에서 주어진 상태에 따라 특정 임무수행 기간 중 요구하는 주요 임무 기능을 수행할 수 있는 확률. (근거 : 국방 획득 용어 및 약어 목록)
· 운용 제약사항 : 임무요구서에 초기 식별된 사항으로써 최소한 이러한 제약사항은 예상 위협과 자연환경, 예상 운용영역에서 가능한 운송 모드, 기대 운용환경, 운용인력제약, 그리고 기존의 지원능력 인프라를 들 수 있다. (근거 : DSMC 국방 획득 용어 및 약어 목록)
· 운용단계 : 시스템의 임무 수행을 지원하기 위해 필요한 대상 시스템의 운용을 나타내는 상위 레벨 목표. 예를 들면, 시스템은 임무 전, 임무 중, 임무 수행 후를 들 수 있다.
· 납품지점 : 임무 제품, 파생 제품, 또는 서비스를 제공하기 위해 제시된 여러 납품 경로 중 하나 또는 경로를 말 한다.
· 출발 또는 시작 시점 : 초기 임무 수행 시점.
· 종료 시점 또는 목적지 : 최종 임무 시점.
· 활동 순서 : 첫째, 임무를 시작하기 위해 수행하는 이벤트. 둘째, 임무목표와 성과 기반 산출물에 관한 문서.
· 시간 요구사항 : 기회가 주어진 시간 윈도우 내에서의 수행 활동에 따른 기능적인 요구능력(예를 들면, 목표가 주어진 기간 중 취약), 성공적인 임무수행, 안전, 시스템 자원 가용성, 및 생산 및 제조능력을 위해 정의. (근거 : MIL-STD-499B 초안)
· 시계열 분석 : 둘 또는 그 이상의 이벤트 간 활동 순서를 결정하고, 시기 요구사항을 정의하기 위하여 수행되는 분석활동으로써 다음과 같은 활동/시계열 분석을 포함한다.
a. 주요 일자와 이벤트 계획을 나타내는 일정 라인
b. 무기와 그 목표 간 시간에 따라 위치 변경을 상세하게 나타내는 프로파일
c. 하나 또는 그 이상의 하부 체계를 가진 운전자와의 상호 관계. (근거 : MIL-STD-499B 초안)
· 경로 : 진도를 가리키고 성과를 측정하기 위해 계획된 로드맵에 따라 지리적이거나 목표에 따른 참조 위치를 나타낸다.

임무 정의 방법론

조직과 체계임무는 편지 작성과 같은 단순 활동으로부터 고도로 복잡한 국제우주기지(ISS: International Space Station) 운영, 정부조직 관리활동에 걸쳐 있다. 적용 대상과 관계없이 임무분석은 다음과 같은 단계적인 절차로 구성 된다.

· 단계 1 : 주 및 부 임무목표 정의
· 단계 2 : 임무 전략 개발
· 단계 3 : 단계에 따른 운용 및 활동 정의
· 단계 4 : 임무 이벤트 시계열 작업(MET)
· 단계 5 : 임무 운용 환경 상호관계를 설정하고 제시
· 단계 6 : 납품되어야 할 산출물에 근거한 체계 반응 식별
· 단계 7 : 임무 자원과 생존 방법 식별
· 단계 8 : 임무 활동 분석
· 단계 9 : 임무 및 체계 위험 평가와 완화

이러한 단계 활동을 보다 상세하게 살펴보자.

1. 주 및 부 임무목표 정의
사람들은 일반적으로 임무란 수행될 ‘임무’를 부여함으로써 시작된다고 잘못 알고 있다. 그러나 임무란 문제 또는 기회 영역을 뜻하는 운용 요구 전체 또는 일부분을 제거하거나 해결 목적으로 솔루션 영역에 해당되는 시스템, 제품 또는 서비스에 대한 활동에 근거한 애플리케이션이다. 이러한 활동은 단순 이벤트로 나타나거나 전 기간에 걸쳐 하나 또는 그 이상의 재사용 임무를 통해 발생된다.

<예제 1> NASA 우주선 외부 탱크(ET)는 소모성 제품으로써, 단일 임무 애플리케이션을 나타낸다. 임무 종료 후, ET는 대기 중에 소각되어 버려진다.
<예제 2> NASA 우주선 궤도차량은 과학 지원과 통합을 위해 국제우주기지(ISS)의 컴포넌트를 실어 나르는 일련의 임무 애플리케이션을 수행한다.

어느 시스템 분석과 마찬가지로 임무분석 수행 초기 단계는 수행될 일차 및 이차적인 목표와 주어진 동기를 이해함에 있다. 임무목표는 여러 속성으로 나타난다. 이해를 돕기 위해 두 가지 주 속성을 살펴보면 다음과 같다.

① 달성해야 할 산출물에 근거한 결과
② 이러한 결과를 달성하기 위하여 요구된 임무 신뢰도

1) 산출물에 근거한 결과 식별
임무목표를 정의할 때, 일차적인 단계는 무슨 결과를 가져와야 하는지를 정의함에 있다. 그 결과는 다음과 같다.
· 측정, 시험, 검증 활동과 같이 볼 수 있어야 한다.
· 상위 시스템 활동 수행에 기여할 수 있어야 한다.
2) 임무 신뢰도 결정
신중한 계획수립과 실행에도 불구하고 인공 시스템은 오류가 없을 수 없다. 따라서 주어진 자원 제약 아래, 투자 회수(ROI)를 기꺼이 수락할 수 있는 최소한의 성공 기준 레벨이 무엇인지에 대한 질문을 해야 한다. 시스템 엔지니어링 관점에서 성공 기준 레벨을 임무 신뢰도라고 부른다. 임무 신뢰도란 내부 장비 요소 실패율 또는 초과/미달 오차 조건, 인위적인 운용성과(판단, 에러, 피로 등) 및 운용 환경 특성과 위협에 대한 상호관계에 따라 영향을 받는다.
임무신뢰도란 제시된 운용환경에서 특정 기간에 임무를 성공적으로 수행하고, 고장 없이 목표를 달성할 수 있는 확률을 말한다. 시스템 애플리케이션에 따라 100% 임무 신뢰도란 매우 비싼 대가를 지급해야 하지만, 90%라면 수용 가능하다.
궁극적으로 신뢰도란 비용이 들기 때문에 단순한 초기 시작점에서의 비용을 제시함으로써 초기 신뢰도로 설정한다. 획득자는 비용을 능력이나 신뢰도와의 함수관계로 주어진 예산 범위 내에서 수용 가능한 능력이나 신뢰도 레벨을 결정하기 위하여 독립변수로서의 비용절감(CAIV: Cost As Independent Variable)활동을 요구한다.
3) 특정 요구 성능 수준 제시
한 번 임무 신뢰도가 설정되면, 시스템 설계자는 장비와 인력과 같은 시스템 요소의 성능 요구 수준을 식별하여 비용, 일정 및 위험 제약사항을 고려하면서 진행해간다. 한 번 주 임무 목표를 설정하고 나면, 다음 임무분석 단계는 임무 프로파일을 정의토록 한다.

2. 임무 전략 개발
임무는 기점에서 시작하고 목표점에서 종료된다. 이는 엔드-엔드 영역의 제약사항으로써 우리는 어느 기점에서부터 목표점까지 어떻게 주어진 임무를 이행할 것인지에 대한 의문이 생긴다.
우리는 하나 또는 그 이상의 단계와 통제점 또는 경로를 통해 진도를 나타내는 임무 프로파일이나 로드맵을 설정하여 진행토록 한다. 경로란 그림 1에서와 같이 목적지를 향한 중간 과정으로써 수행될 지리적 위치 또는 장소, 시점 또는 목표로 나타난다. 각 운용단계는 성공적인 임무달성을 위해 경로에 초점을 둔 하나 또는 그 이상의 목표로 분할된다. 다음의 예를 생각해 보자.



<예제 3> 크루즈 선박 노선은 7일간의 여정에 맞추어 정박해야 할 항구나 경로를 설정한다. 패키지여행 서비스는 이 여정에 맞추어 들려야 할 장소와 관광 포인트를 결정하게 된다.

3. 단계에 따른 운용 및 활동 정의
특별히 사이클로 움직이는 인공 시스템은 임무를 수행하기 위하여 다음 세 가지 목표를 근거로 한 세트 순서로 이루어진다. ① 임무 수행 준비, ② 임무 수행, ③ 임무 수행 후 활동과 처리이다. 우리는 이러한 목표를 임무 전, 임무 중, 임무 후 운용단계라고 부른다. 임무를 수행하기 위해 저장해두는 시스템에 대하여 저장 단계를 중간에 둔다.
이를 적용할 때, 임무 시스템과 지원 시스템으로 구성되는 대상 시스템은 이러한 운용단계를 지원하기 위한 능력과 성능 수준을 제공해야 한다. 각 단계는 운용과 활동에 따라 유스 케이스로 구성되며, 이는 산출물에 근거한 성능 목표 단계 수행에 초점을 두고 있다.

4. 임무 이벤트 시계열 작업
우리가 한 번 경로를 선택하고 나면, 다음 활동은 경로 이행 기간을 설정하는 일이다. 이러한 시간적 제약사항을 임무 이벤트 시계열(MET)로 도출된 요구사항 마일스톤이라 한다. MET는 아주 세부적이고 다중 레벨, 네트워크 일정으로 단순하게 제시될 수 있다.
지금까지 임무분석 활동은 무엇을 수행하려 하느냐는 ‘이상적’인 임무에 초점을 두고 있다. 그러나 임무를 달성하려면 임무 시스템은 운용환경과 인공 시스템, 자연 시스템 및 파생 시스템으로 구성된 요소와 상호 연관되어 분석해야 한다. 바로 이것이 다음 임무 운용 환경 상호관계를 설정하고 제시하는 임무분석 활동이다.

5. 임무 운용 환경 상호관계를 설정하고 제시
한번 기본적인 임무가 정의되고 나면, 다음 단계는 운용환경을 설정하고 제시하는 단계이다. 임무 전, 임무 중, 임무 후 단계를 통해 대상 시스템(SOI)은 운용환경 내에서 외부 시스템과 상호 연계된다. 이러한 시스템은 우호관계, 중립관계, 또는 적대관계인 위협과 힘든 환경상태를 내포하고 있다.
임무분석은 이러한 시스템과 임무에 대한 역할을 식별하고 분석하며 그리고 임무수행과 성능목표 달성에 어떠한 영향을 가져오는지를 분석해야 한다. 예를 들면, 임무시스템이 ① 통신 기능, ② 운송 및 전환 기능, ③ 임무 프로파일에 따라 회복하고 참여해야 할 기능을 수행하기 위해 무슨 시스템이 필요한지를 알아내어야 한다.
산출물에 근거한 임무결과를 식별하는 데 필요한 내용을 지금까지 살펴보았다. 이제 우리는 산출물에 근거한 결과를 달성하기 위하여 생산하거나 피해야 할 어떠한 제품, 파생 제품, 또는 서비스가 필요한지에 대해 알아야 한다. 바로 이것이 다음 단계인 납품되어야 할 산출물에 근거한 체계 내용을 식별하는 일이다.

6. 납품되어야 할 산출물에 근거한 체계 반응식별
모든 임무 단계에서 대상 시스템은 일련의 거동, 제품, 파생 제품, 서비스를 내부 및 외부 요구사항을 충족하기 위하여 산출한다. 내부 요구사항은 성능 모니터링, 자원 소모, 적재/카고 등을 포함하고 있다. 외부 요구사항은 표 1에 나타낸 목록을 포함하고 있다.



7. 임무 자원과 생존 방법 식별
인공 시스템은 재생산과 재활용을 요구하는 제한된 자원 능력을 지니고 있다. 기존 임무수행과 연관된 시스템의 임무수행 범위에 따라 임무분석은 시스템 소모 및 소비가 어떠한 방법으로 보충되어야 하는지를 고려해야 한다. 운용적인 측면에서 해당 조직이 어떻게 처음부터 끝까지 그 임무를 유지하고 생존할 것인지를 생각해야 한다.

8. 임무 활동 분석
임무 전, 임무 중, 임무 후 단계 전반에 걸쳐 특정 운용 활동이 단계에 근거한 임무 목표를 달성하기 위하여 수행되어야 한다. 이를 통한 궁극적인 결과는 대상 시스템이 이러한 임무를 달성하기 위해 제공해야 할 능력 기반을 제공한다. 따라서 이에 대한 임무분석은 다음과 같다.

· 수행될 산출물 근거의 상위레벨 임무활동을 식별하라.
· 이러한 활동을 MET로 연계시켜라.
· 임무 능력을 근거로 한 목표를 식별하라.

9. 임무 및 체계 위험 평가와 완화
어떠한 시스템은 매우 힘든 운용환경에서 임무를 수행해야 할 경우가 있다. 이는 임무 종료단계뿐만 아니라 모기지에 안전하게 회항함에 있어서 매우 위험한 상태에 처해 있는 경우이다. 다음 예제를 살펴보자.

<예제 4> 잔디밭에 감추어져 있는 물체는 사람이나 진디 깎는 기계의 날개와 엔진에 손상을 가져올 수 있다. 새, 오리, 거위는 공항과 항공기에 위협을 주고 있다. 방치된 물체와 도로상의 차량에 의해 공중으로 날라 간 파편은 다른 사람에게 피해를 주거나 자동차에 손상을 입힌다. 보호되지 않은 컴퓨터는 바이러스에 취약하다.

위험 평가는 시스템의 취약성, 감수성, 생존성, 유지보수성을 고려해야 한다. 대부분 사람은 시스템에 위협을 주는 외부적인 우호, 중립 또는 적대 관계로 생각하려 한다. 그러나 시스템은 자체적으로 연계되어 있어, 다음과 같은 상관관계를 지니고 있다. ① 자체 운용환경, ② 이러한 위협의 소스는 분석적으로 사람, 장비, 임무자원, 절차, 데이터, 체계반응, 설비로 구성된 임무 시스템과 지원 시스템으로 시작된다. 다음 장비 체계요소를 예로 생각해 보자.

<예제 5> 타이어와 같은 잘못된 자동차 컴포넌트는 운전 중에 운전자로 하여금 도로를 이탈하는 사고를 일으킬 수 있다. 항공기의 운항 통제 시스템이나 제트 엔진 팬의 균열된 날개는 위기 상황에서의 착륙 또는 엄청난 재난을 불러올 수 있다.

내부적인 고장이나 저하된 성능은 임무 실패 또는 성공률의 저하를 가져오는 시스템 성능 면에서 나쁜 영향을 가져온다. 가장 기억나는 사고 중의 하나는 아폴로 13호의 재난 사고일 것이다. 임무분석이란 이러한 치명적인 임무 수행 컴포넌트에 대한 외적 내적 위협에 취약한 시스템 능력 영역을 식별해내는 것이다.
내부 위협분석은 전형적인 고장모드 및 영향분석(FMEA: Failure Mode and Effects Analysis)에 따라 수행된다. 치명적인 임무 컴포넌트에 대하여 FMEA는 치명도를 평가하기 위하여 고장모드, 영향 및 치명도 분석(FMECA)까지 확장된다.

지침과 원칙

요약해서, 앞에서 논의된 사항은 임무분석을 위한 지침과 원칙을 설정하는 기준을 제시함에 있다.

· 원칙 1 : 모든 시스템 임무는 하나 또는 그 이상의 조직적인 성능 목표를 지니고 있다.
· 원칙 2 : 인공 시스템은 임무 전, 임무 중, 임무 후 세 가지 일차적인 단계를 지니고 있다. 어떠한 시스템에 대해서는 중간 단계가 필요한 경우도 있다.
· 원칙 3 : 모든 시스템 운용단계는 전반적인 시스템 임무와 이에 대한 성능 목표를 수행하는 데 필요한 산출물에 근거한 성능 목표를 충족해야 한다.
· 원칙 4 : 임무 성패는 목적, 자원, 합리적인 산출물 근거 성능 목표, MET 임무 이벤트 시계열, 수행능력의 다섯 가지 요소를 요구하고 있다. 이행할 목적이 없을 경우, 모든 다른 요소는 아무런 의미가 없어진다.

요약

여기서 임무분석과 연관된 강조되어야 할 중점사항은 다음과 같다.
모든 시스템 개념은 다음 시스템 요소 아키텍처로부터 도출된 추상적 속성의 상관관계로 구성되어 있다. ① 임무 시스템과 지원 시스템으로 구성된 대상 시스템, ② 운용환경 등.
각 임무는 조직의 기점에서 시작하여 특정 목표와 임무 이벤트 시계열(MET)에 기초한 단계화, 통제점, 또는 경로와 연관된 목적지나 종료점에서 끝난다. 시작점과 종료점 사이에 어떠한 임무는 특정 임무 목표를 충족하는 중간경로나 납품 시점을 요구해도 된다.
모든 임무는 어떻게 인력, 장비, 설비와 같은 시스템 요소가 MET에 의해 제약된 임무 목표 달성을 위해 치명적인 이벤트 단계에서 획득되어야 할 것인가를 정의한 운용전략에 나타나야 한다.
모든 임무는 다음 세 가지 운용에 대한 임무 단계로 나타내어야 한다. ① 임무 전, ② 임무 중, ③ 임무 후.
각 운용 단계 기간 중 시스템 요소 상호관계는 임무 목표와 MET에 따라 동기화되고 조화되어야 한다.
모든 임무는 특정 산출물을 달성하기 위하여 인력, 장비, 임무자원과 같은 시스템 요소에 따라 제공될 최소한의 성능 수준으로 치명적인 임무 능력을 요구토록 한다.

1. 일반적 예제
① 개요에서 제시된 본 장의 질문사항에 대하여 무엇을 얻었는지를 답변해보라.
② 앞 장의 일반적 예제에서 선택했거나 새로운 대상 시스템을 고려하여 다음 사항을 답변해 보라.

· 대상 시스템이 얼마나 많은 다른 임무를 수행해야 하 는가.
· 이러한 임무는 무엇인가.
· 두 가지 임무를 선정하여 이 글에서 제시된 절차에 따라 임무분석을 수행해보라.

2. 조직 중심 예제
조직 내에서 계약되어 있는 한 시스템을 선정해보라. 해당 프로그램에 임무분석과 연관된 활동이 무엇인지를 프로그램 엔지니어와 함께 다음 절차에 따라 확인해보라.

① 계약상 산출물로 임무분석이 포함되어 있는가. 그렇다면, 언제 이를 납품해야 하는가? 그 후 지속적인 향상이 요구되어 있는가? 요구된 어떠한 포맷이 제시되어 있는가?
② 누가 임무분석을 수행하고 있는가?
③ 임무분석 결과는 어떻게 문서화되고 있는가?
④ 수행해야 할 분석 중 무슨 사항이 제일 어려운가?
⑤ 무슨 방법으로 수행 엔지니어가 본 분석을 통해 프로그램에 무슨 유익을 주고 있다고 생각하는가?
⑥ 다음 기회에 당신은 무슨 다른 방법을 적용할 수 있 는가?
⑦ 프로그램 관리자나 상급자는 이 분석의 중요성을 어떻게 이해하고 있는가?
⑧ 이 활동을 수행하기 위하여 적합한 자원과 전문가를 사용하고 있다고 보는가?
⑨ 부족한 사항은 없는가? 있다면, 최종 제품에 무슨 영향을 가져다주는가?

민성기 시스템체계공학원장(ise@seinstitute.co.kr)