[시스템 엔지니어링(113)] 시스템 설계와 개발...시스템 설계, 통합 및 검증 전략

시스템 설계, 통합 및 검증 전략

지난 호에서는 시스템 개발 업무흐름 전략에 관해 살펴봤다. 거기서 우리는 시스템 성능 규격(SPS)을 시스템 설계 솔루션으로 전환하기 위해 상호 연관된 프로세스를 순차적으로 설정했다. 그 전략의 기본흐름은 다음과 같다.

● SPS 요구사항과 일치성 검증
● 대상 시스템이 사용자의 확인된 운용요구를 충족하고 있는지를 확인

시스템을 설계하고 개발하는 데 있어서 기본을 이루는 위 두 가지 프로세스로 식별된 업무흐름 전략은 시스템 개발 프로세스와 시스템 통합, 시험 및 평가(SITE) 프로세스이다.
이 글은 시스템 설계 프로세스와 SITE 프로세스 적용 전략에 초점을 두고 있다. 각 전략은 하위레벨 프로세스를 통해 각 프로세스를 확장해 간다. 최종적으로 시스템 배치를 위한 V-모델로서 전반적인 전략에서 두 가지 전략을 통합한다.

1. 얻고자 하는 내용

● 시스템 개발단계에서 시스템 설계 프로세스를 적용하기 위한 기본전략은 무엇인가
● 시스템개발 단계에서 SITE 프로세스를 적용하기 위한 기본전략은 무엇인가
● 시스템 설계 및 개발에 대한 V-모델이란 무엇인가
● 통합 포인트란 무엇인가
● 시스템 설계 프로세스와 SITE 프로세스는 어떻게 통합하는가

2. 주요 용어정의

● 수정 활동(Corrective Action) : (1)규격서 내용, 에러, 또는 누락 (2)설계 에러 또는 결함 (3)잘못된 일솜씨, 결함재료 또는 부품으로 인한 재보수 컴포넌트 (4)또는 시험절차에서의 수정 에러 또는 누락을 조정하고 수정하기 위한 활동내용
● 착오 보고(Discrepancy Report : DR) : 문서 또는 시험결과가 성능이나 품목개발 규격에 나타낸 능력과 성능 요구사항 상호간의 불일치를 나타내는 상태를 식별하는 보고서
● 통합 포인트(Integration Point) : 둘 또는 그 이상의 품목이 통합되는 시스템 통합, 시험 및 평가(SITE) 프로세스 기간 중 수많은 집합 포인트 중 하나의 포인트
● V-Mode l : (1)요구 규격사항을 분할, (2)물리적 컴포넌트 개발 및 조달, (3)각 통합 컴포넌트의 한 세트를 통합, 시험, 평가 및 검증을 위해 시간에 따라 다중 레벨 전략을 그래픽으로 나타낸 모델

시스템 설계 프로세스 전략

시스템 개발단계에서의 시스템 설계 프로세스는 수많은 반복적인 하향식/상향식/병행적 프로세스를 적용하고 있다. 이러한 프로세스는 상위레벨 SPS 요구사항을 복잡도를 상세하게 나타내는 하위레벨로 분석 및 분할/확장해야 하므로 각 하위레벨 설계 활동은 다음 시기에 순차적으로 일어난다. 그림 1은 그 순서를 나타내며 각 수평적 바는 다음과 같다.

● 장시간에 걸쳐 소규모 노력 수준(LOE: Level of Efforts)에서부터 대규모 노력 수준에 이르는 설계 활동을 대표
● 시간에 따라 단계를 이동하는 예비설계 활동을 포함

이 그래프는 대부분의 개발 프로그램을 나타내고 있다. 어떤 프로그램은 불확실성이 높아 그림 1에서의 하얀 바에 속하는 하위레벨 설계 활동이 더욱 분명한 증거를 가지고 수행할 수 있도록 상위레벨에서 보다 높은 성숙도를 요구하게 된다.

다른 시스템은 보다 분명하여 기존 설계 솔루션 자료를 일부 또는 대부분을 사용하게 된다. 따라서 모든 레벨에서의 예비 설계 활동이 계약 시 적은 노력으로 수행되지만, 시간이 지남에 따라 점진적으로 올라가게 된다. 이러한 배경 내에서 다중 레벨 설계 솔루션을 만들어가는 전략을 구상해 보자.

[지침 1] 여기까지 시스템 설계 수행에 있어서 이론적 접근방법을 설정했다. 이제 시스템 설계 프로세스를 적용하는 다음 토픽으로 넘어가도록 한다.

시스템 설계 프로세스 적용

초기 시스템 설계 프로세스 적용은 시스템/제품 수명주기 시스템 조달 단계에서 시작된다. 시스템 조달 단계 중, 시스템 개발자는 획득자의 공식적인 사업제안 요청서(RFP) 입찰에 대한 솔루션을 제안함에서 비롯된다.
계약 이후 시스템 개발 단계가 시작될 경우, 시스템 설계 프로세스는 제안된 시스템 설계 솔루션을 보다 정교하게 개발해 가는 과정을 반복한다. 이러한 과정은 최종 계약 협상 및 제안된 설계 솔루션 성숙과정의 일부분으로 요구사항 변경 활동과 함께 진행된다.
실질적인 적용은 다양한 설계 방법을 사용한다. 이러한 방법으로서는 낙차식 폭포수 모델, 점진적 모델, 나선형식 모델 등이 있으며 이는 다음 장에서 상세히 다루도록 한다. 그 방법은 다음과 같은 판단 기준에 따라 달라진다.

● 문제점 및 솔루션 영역에 대한 이해정도
● SPS 요구사항에 대한 숙성도
● 위험 레벨
● 치명적인 운용 또는 기술적 쟁점사항(COI/CTI)

어떤 사람은 그림 1과 같은 과정은 폭포수 시스템 개발모델이라고 정의한다. 폭포수처럼 낙차식과 비슷하다고 해서 설계에서 폭포수 모델이라고 할 수는 없다. 폭포수 모델은 다음 단계로 진입하기 전에 각 설계 단계가 미리 종료되어야 한다. 이와 같은 면에서 폭포수 모델의 허점은 다음과 같다.

● 당신은 상위레벨과 하위레벨에서의 요구사항 결정을 이해할 수 있도록 하위레벨 분석과 예비 설계를 수행해야 한다.
● 전형적인 최종 설계 검토(CDR) 진입 판단 기준으로서 총체적인 시스템 설계는 수용할 수 있는 위험레벨에서 컴포넌트 획득 및 개발자원을 달성함에 있어서 충분한 레벨을 기대토록 한다. CDR에서 대부분의 시스템 설계 솔루션은 완전 통합 시스템처럼 입증되진 않는다. 따라서 시스템 레벨 설계 솔루션은 그 시스템이 계약 조건(T&C)을 공식적으로 충족시킬 때까지 공식적으로 종료된다고 할 수 없다.

그림 1에서와 같이 각 설계 레벨은 시스템 설계 프로세스를 따라 다양한 레벨의 노력이 동시적으로 이루어진다. 모든 설계 레벨이 점진적으로 CDR 검토를 향해 성숙해 감으로써, 각 설계활동 바에서의 활동수준은 CDR 때까지 감소된다. CDR에서 요구사항과 성능할당 변경 업무량은 목표 성숙도에 따라 감소되고 안전화된다.

1. 동시적 다중 설계 활동
그림 1의 바로 나타난 각 활동은 설계 활동 부문을 가져오는 회색 예비 설계 부문으로 구성된다. 예비 설계 부문은 좌측에서 우측으로 진행되며 갈수록 LOE 업무활동 영역이 증가한다. 이러한 예비 설계 활동은 분석, 모델링, 시뮬레이션을 통하여 부분 또는 상근으로 일하는 하나 또는 그 이상의 개인으로 구성하여 상위레벨 의사결정을 지원하기 위한 하위레벨 설계 쟁점사항을 알아낸다. 다음과 같은 예제를 생각해 보자.

[예제 1] 통합제품팀(IPT)은 타당성 연구에서부터 실제 설계 활동에 이르기까지 어느 레벨에서도 업무 활동 이전이 가능하도록 업무 또는 계약 옵션을 이전할 수 있는 범위에서 예비 분석과 설계를 수행할 수 있게 활동하며 하부계약자와 계약 이행이 이루어져야 한다.
회색의 예비 설계 활동과 설계 활동 상호간의 구분은 업무 목적상 그래프로 나뉘어 있다. 시스템 개발자 조직에서 하나 또는 두 사람에서부터 다섯 또는 열 사람에 이르기까지 업무 활동 LOE가 확장되는 그러한 일은 발생하지 않는다.

2. 설계 숙성도 검토
시스템 설계 프로세스를 통해 프로그램의 공식 및 비공식 검토는 시스템 설계 솔루션이 진화해 감에 따라 숙성도, 완전성, 일치성, 위험도를 평가하기 위해 수행되어야 한다.
이러한 검토활동의 구체적인 내용은 설계 프로세스의 검증과 확인 활동에서 사용된 기술검토 실무에서 알아보도록 하자.

[지침 2] 주어진 전반적인 시스템 설계 전략에서 이제 초점을 시스템 통합, 시험, 평가(SITE) 전략으로 진행토록 한다.

시스템 설계 프로세스 전략 적용

시스템 설계 활동이 어떻게 적용되는지를 알아보기 위해 그림 2 사례를 생각해 보자.

이 그림에서 SPS(1)가 분석된 후 시스템 레벨 엔지니어링 설계(3)가 선정되며 그리고 요구사항이 제품 A와 B로 할당(2)된다. 제품 B로 할당된 SPS 요구사항은 아래로 분할(5)되어 제품 B 개발규격(7)을 통해 그 내용을 볼 수 있다. 제품 B 개발규격 요구사항은 SPS 도출 요구사항 또는 소스로 추적(6)될 수 있다.
제품 B로 할당된 요구사항을 충분히 이해하기 위하여 설계팀은 제품 B의 엔지니어링 설계(9)를 시작한다. 제품 B의 엔지니어링 설계(9)는 다양한 여러 대안으로부터 선택된다. 제품 B 개발규격 요구사항은 하부체계 B1과 B2로 할당(8)된다.
각 레벨에서 공식 및 비공식 기술검토가 진화되어가는 설계 내용이 각 대응 규격으로부터 할당된 요구사항과 일치 여부를 보기 위해 (4), (10), (16), (22) 활동을 검증토록 한다. 이러한 프로세스는 모든 추상적 레벨이 시스템 레벨 CDR에서 검토 및 승인을 위해 세부 설계로 확장될 때까지 반복된다.
[지침 3] 여기서 우리는 SPS가 어떻게 CDR 승인을 위해 세부 설계로 진행되었는지를 나타내는 전략을 알게 되었다. 다음 우리는 다양한 통합 단계에서 물리적 컴포넌트가 해당 규격 요구사항을 어떻게 충족하고 있는지를 보여주는 SITE 전략 단계를 살펴보도록 하자.

시스템 통합, 시험, 평가(SITE) 전략

시스템 설계 전략은 복합시스템 솔루션 영역을 부품 레벨에 이를 때까지 분할해 가는 계층적 구조에 기반을 두고 있다. 시스템 통합을 위해 우리는 보다 상위레벨로 부품 레벨 솔루션을 통합함으로써 이 전략을 반대로 적용한다. 이리하여 우리는 SITE의 기본 전략을 설정하게 된다.
SITE 프로세스는 주어진 추상적 레벨에서 검증이 끝난 상위레벨 물리적 컴포넌트를 계속해서 통합함으로써 적용된다. 우리는 각 통합 노드를 통합 포인트(IP)라고 부른다. 그림 3은 논의하고 있는 내용에 대한 시간 중심의 그래픽 순서를 예제로 나타내고 있다.

1. 다중레벨 총합과 검증 활동
이제 다중 추상적 레벨로 구성된 시스템을 가정해 보자. 검증된 물리적 하드웨어 부품과 컴퓨터 소프트웨어 유닛(CSU)은 차상위 레벨 하드 하부아셈부리와 컴퓨터 소프트웨어 컴포넌트(CSC)로 통합된다. 각 하부아셈부리/CSC는 해당되는 각 규격 또는 설계 요구사항에 대한 일치성을 공식적으로 검증하게 된다. 이러한 프로세스는 시스템 레벨에서의 통합과 검증이 종료될 때까지 공식적인 시스템 검증 시험(SVT)을 통해 이루어진다.

2. 검증방법을 SITE에 적용
각 통합 단계는 해당 개발 규격에 따라 기술된 검사, 분석, 데모 또는 시험 검증방법을 적용한다. 검증방법은 사업관리자 및 획득자에 의해 공식적으로 승인된 수락시험절차(ATP)에 따라 적용하며 형상 관리 통제 절차에 따라 유지 관리한다.
시스템 개발자 대표, 획득자는 사용자 부서 요원이 공식적 활동에 참여토록 요구하며 각 요구사항에 대한 검증에 증인으로 참여한다.
검증활동 공식참여 레벨은 계약 내용과 조직부서에 따라 다르다. 어떤 시스템의 경우, 하위레벨에서 인증된 시스템 개발 시험자가 품질보증 담당자 없이 해당 컴포넌트를 검증하도록 허용해도 좋다.
상위레벨에서 획득자는 사용자를 초청하여 참여토록 해당 요원을 선발해도 좋다. 계약담당자와 조직 부서 정책 및 특정 지침을 협의토록 하라. 어떤 시스템에 대해서는 치명적인 기술이 하위레벨 공식 검증활동에 모든 부서 요원을 참여시키는 경우도 있다.

3. 설계 결점, 에러, 결함 및 부족사항 수정보완
실제 결과와 기대 결과 사이에 상호 차질이 발생하면 보완활동이 시작된다. 다음 예제를 살펴보자.

[예제 2] 수정활동은 다음 사항을 포함한다.

● 규격 요구사항 수정 또는 업데이트
● 컴포넌트 재설계
● 설계변경 또는 결함 수정
● 결함부품 또는 자재 등 교체
● 일솜씨 요구변경
● 인증된 시험요원 재교육 등

검증결과가 승인되고 모든 치명적인 불일치 보고사항(DR)이 종료될 때, 그 품목은 다음 상위레벨에서 통합된다. 앞서 예제에서 다음 레벨이란 하드웨어 형상품목(HWCI)과 컴퓨터 소프트웨어 형상품목(CSCI)으로 구성된다.

SITE 프로세스 전략 적용

지금까지 우리가 논의한 것은 하향식, 다중레벨, 규격서 중심의 SE 설계 프로세스이다. 이 장에서 우리는 어떻게 다중 레벨 SITE 프로세스와 시스템 검증 활동이 수행되는 상향식, ‘거울 반사적 이미지’를 논의하고자 한다.
시스템 통합, 시험 및 검증(SITE) 전략은 참고로 그림 4와 같다.

이 차트의 좌측은 시스템 설계 솔루션을 얻기 위한 시스템 엔지니어링 설계 프로세스에 의해 사용된 다중 규격을 나타낸다.
차트의 우측은 다양한 레벨에서의 시스템 컴포넌트가 어떻게 검증된 하드웨어 부품이나 컴퓨터 소프트웨어 유닛(CSU)으로 시작되는지를 나타낸다. 그리고 어떻게 최상위 구조에서 시스템을 형성하기 위하여 통합되는지를 나타낸다.
수평적인 회색 화살은 두 부문 사이에 검증방법, 수락시험절차(ATP) 및 각 레벨에서의 검증결과가 어떻게 연관되어 있는지를 나타낸다.
SE 설계 프로세스에서 이전에 논의된 대로 이 차트 내용은 논의의 목적으로 예제를 제시하였다. 상호 연계성을 보기 위해 각 차트의 모든 대상 시스템에 대한 순서의 변경은 혼란을 가져올 수 있다. 실무적인 시스템 엔지니어로써 이러한 개념을 자신의 훈련으로 비즈니스 도메인, 시스템 및 적용을 시도해 보는 것이 가장 바람직하다.

[지침 4] 앞서 논의된 내용은 주로 개별 시스템 설계와 SITE 전략에 초점을 두었다. 다음은 이러한 전략을 모델로 통합하는 전략이다.

시스템 설계와 개발 전략 통합

시스템 설계와 SITE 전략은 전반적인 시스템 업무흐름을 나타내고 있지만, 그 절차 진행은 설계결함, 에러 및 결점에 대한 수정보완을 위해 여러 번의 피드백 루프를 거치게 된다. 이와 같이 두 가지 전략은 피드백 루프를 따라서 전반적인 전략을 형성하도록 통합해야 할 필요가 있다. 만일 그림 1과 그림 3을 통합한다면 그림 5와 같이 시스템 개발을 위한 V모델을 형성하게 된다.

V-모델은 시간을 기준으로 한 모델이다. 일반적으로 업무흐름은 왼쪽에서 오른쪽으로 시간이 지나간다. 그러나 고도로 반복적인 특성을 가진 시스템 설계 프로세스 전략과 SITE를 통한 검증 수정 활동은 이전 단계로 돌아가도 좋다. 수정 활동은 하위레벨 규격, 설계 및 컴포넌트에 대한 재작업을 포함하고 있다. 따라서 시간에 따라 수정 활동을 적용함으로써 업무흐름은 시스템의 수락과 납품을 위해 왼쪽에서 오른쪽으로 진행된다.
여기서 재작업 때문에 발생하는 획득가치 진도를 반영하지 않을 경우, 자원 소모에 따라 시스템 개발 진도가 어디에서 어떻게 발생되는지를 알 수 있는 ‘병목현상’이 나타난다. 이는 또한 재작업에 대한 위험도를 최소화하고 줄이기 위해 초반에서의 SE 활동이 얼마나 중요한지를 다시 한 번 제시하게 된다. SE가 별로 영양가 없는 활동이라고 주장한 사람들에게 SITE 단계에서 왜 다양한 엔지니어링 노력이 추가되고 이 때문에 비용이 올라가고 기간이 연장된다는 사실을 주목해야 한다.
이 글에서는 다루지 않았지만 어떠한 프로그램은 SPS 규격보다 매우 추상적인 목표기술서(SOO)에서부터 시작된다. 이러한 경우에는 요구사항에 대한 보다 구체적인 지식이 주어질 때까지 점진적인 개발을 위한 V-모델을 사용 반복적인 나선형식 개발 방법을 사용한다. 이는 다음 시스템 개발 모델에서 살펴보기로 한다.

지침

요약해서 앞에서 논의된 사항은 시스템 설계, 통합 및 검증 전략 실무를 보여주는 지침을 형성하는 기반을 제공해 주고 있다.
[지침 1] 시스템 설계는 매우 반복적이며 상위레벨 규격과 설계 의사결정 성숙도에 따라 각 레벨에 따른 상호 협조적이며 다중 레벨 프로세스를 지니고 있다.
[지침 2] 시스템 설계 솔루션은 획득자가 승인한 시스템 개발규격의 일치 여부를 검증하기 이전에는 계약적으로 종료되지 않는다.
[지침 3] 배치 시스템의 결함 정도는 시스템 통합, 시험 및 평가(SITE)에 투자한 노력(시간과 자원)의 철저한 결과에 비례한다.

요약

시스템 설계, 통합 및 검증 전략을 논의하는 중에 다양한 품목개발 규격과 품목 아키텍처 설계에 대한 다중 추상레벨에 따라 시스템 성능규격(SPS) 요구사항을 분석, 할당, 분할하는 SE 설계 전략을 기술해 보았다.
다음은 획득되거나 개발된 각 품목을 상위레벨로 순차적인 통합을 이루기 위한 전략을 기술했다. 각 레벨에서 각 품목의 성능과 능력 레벨은 해당되는 각 규격에 따라 검증하게 된다.
1) SE 프로세스 전략은 SPS 요구사항을 할당하고 분할하는 다중 레벨 모델을 제공해 준다.
2) 낙차수 모델과 달리 SE 프로세스 전략은 예비 설계 활동을 포함한 동시적, 다중 레벨 설계 활동을 수용한다.
3) 어느 레벨에서의 설계가 하위레벨 의사결정에 대한 안정성을 도모하기 위하여 공식적으로 기준화할 경우, 어느 레벨에서의 설계가 납품에 따른 공식 수락 시, 공식 변경 관리 수정에 달려있다.
4) SE 설계 전략은 다음 설계 활동 레벨에 들어가기 전에 검증 및 확인하는 다중의 통제점을 포함하고 있다.
5) SITE 프로세스는 시스템에 완전하게 조합되고 검증될 때까지 상위레벨까지 하위레벨 컴포넌트를 검증하고 통합하기 위한 전략을 적용한다.
6) SITE 프로세스 전략은 SE 설계 프로세스에 되돌아가는 수정 활동을 적용하는 검토점을 포함한다.
7) 수정 활동은 하위레벨 규격 변경, 재설계, 컴포넌트 재작업 또는 설계 결함, 에러 및 결점 등을 수정하기 위한 시험 운용자 확보 등이 요구된다.
8) 시스템 설계 프로세스와 SITE 프로세스 전략의 통합은 시스템 개발 V-모델에 관한 사항을 제시한다.
9) 대부분의 프로그램에서 상용 모델로 사용되고 있는 V-모델은 요구사항을 성숙시키기 위한 나선형식 모델과 같은 경우에 특별히 여러 번에 걸쳐 수행된다.

1. 일반적 질문
이 글의 서론에서 질의된 질문에 대한 답을 점검해 보라.

2. 조직 중심 질문
1) 당신 조직에서 SE 설계와 시스템 통합, 시험 및 평가(SITE) 전략을 개발하는 방향과 지침을 조사해 보라. 그리고 이를 보고해 보라.
2) 당신 조직에서 수행되고 있는 소형 중형 및 대형 프로그램을 조사해 보라. 그리고 SE 설계 및 시스템 통합, 시험 및 평가(SITE)를 위해 사용하고 있는 프로그램 전략이 무엇인지 SE 책임자나 기술부서장과 협의해 보라. 그리고 이를 스케치로 그려보라. 각 프로그램 형태에 따라 다음과 같은 사항을 답해보라.
(a) 올바른 의사결정을 위해 어떠한 전략이 적용되고 있는가
(b) 적용 효과를 증진하기 위하여 다음 기회에 적용 전략을 어떻게 테일러링하고 있는가.