운용자 과업의 비용가치 기반 자동화 우선도 평가 방법 및 자동화 설계모델 연구
An Study on the Cost-Value based Priority evaluation Method and the Design Model for Automating Operator’s Task
- 주제(키워드) 자동화 , 기능할당 , DSM , 과업분석 , Automation , autonomy , Function Allocation , System Engineering
- 발행기관 아주대학교
- 지도교수 박범
- 발행년도 2015
- 학위수여년월 2015. 8
- 학위명 박사
- 학과 및 전공 일반대학원 시스템공학과
- 실제URI http://www.dcollection.net/handler/ajou/000000020431
- 본문언어 한국어
- 저작권 아주대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
초록/요약
본 논문은 운용자 과업(Task)의 자동화 설계 방법론에 대한 연구이며, 다음의 세가지 문제에 대한 해결방안을 다룬다. “운용자의 과업(Task) 중 무엇을 먼저 자동화 할 것인가?” “조직의 인력감축을 위해서 특정 운용자의 모든 과업을 자동화할 경우, 이 과업의 책임은 누구에게 이전될 것인가?” “운용자의 과업의 자동화 개념 설계를 어떻게 수행할 것인가?” 개발 중 운용자의 능력과 특성을 고려하지 않고 설계된 시스템은 운용 시 운용자의 실수 또는 임무수행 능력 상실로 인한 시스템 실패 가능성을 내포하는데, 현재 운용중인 많은 시스템에서 이러한 문제가 식별되며 이에 대한 개선의 여지가 존재한다. 따라서, 개발조직은 현행 시스템의 운용자에게 할당된 과업에 대하여, 실수 발생 가능성이 높거나 또는 위협요인에 노출되어 인적 피해를 야기하는 과업을 자동화 설계 할 필요가 있다. 다만 개발조직은 한정된 자원의 제약을 가지기 때문에, 선결적으로 자동화 설계 되어야 하는 과업의 우선순위를 결정할 필요가 있다. 본 논문은 상술한 문제를 해결하기 위하여, 운용자 과업의 자동화를 위한 비용 대비 자동화를 통해서 얻을 수 있는 가치, 다시 말해 자동화 비용대비 가치의 비(Ratio)를 통해 우선도를 정량화 한다. 자동화 비용을 추정하기 위하여 각 운용자의 과업 및 환경은 물론, 팀워크 복잡도를 고려하는 과업 자동화 비용 추정 모델을 개발하였다. 또한, 자동화 가치를 추정하기 위해 과업부하, 피로, 스트레스 및 위협요인을 포함하는 인적요소와 기술의 상대적 능력, 신뢰성 및 개발가능성을 포함하는 기술요소를 기반으로 한 수학적 모델을 개발하였다. 또한, 상술한 모형 및 방법을 보다 용이하게 평가 및 분석하기 위해서 평가도구를 제안하였다. 부수적으로, 이 모형의 하부 요소인 자동화 비용모형과 팀워크 평가 산출물을 이용한 클러스터링 분석을 기반으로 하여, 개발조직의 인력 감축을 목적으로 하는 자동화 전략 수립에 적용 가능한 응용방안을 제시하였다. 이 응용방법을 통해서 시스템을 운용하는 팀의 각 운용자 팀원에 대한 자동화 우선순위, 그리고 자동화 되는 팀원의 과업수행 결과 책임이 어떠한 팀원으로 이전될 것인지 예측할 수 있다. 마지막으로 본 논문은 운용자-시스템 상호작용을 보다 쉽게 표현할 수 있는 의사소통 수단으로, 그리고 신속한 자동화 개념 설계를 유도할 수 있는 도구로 사용하기 위한 목적으로 개선된 DSM설계 모델을 제공한다. 종래의 운용자-시스템 상호작용 지원 모델은 타 모델과의 상호호환성 확보가 어렵고, 또한 새로운 모델링 언어를 사용하기 위해서 기호와 표현법을 새롭게 배워야 한다는 제약이 있다. 상술한 문제를 극복하기 위해서, 본 논문은 요소간 상호작용을 보다 쉽게 사용할 수 있고, 높은 가독성을 보이며 또한 시스템엔지니어링 분야에서 전통적으로 사용되는 모델링 언어와 높은 호환성을 가지는DSM 설계 모델을 적용한다. 그리고 이 모델을 이용하여 인간과 시스템간 상호작용을 구조화 하였다. 보다 상세하게, 인간의 지각 능력, 의사결정 능력 및 행동 능력을 확장 또는 지원 하기 위한 모델을 생성하였고, 이 모델의 내부 요소 간 정보 입출력 관계를 식별하기 위하여 SRK 모델을 적용하였다. 또한, 이 모델을 통해서 새로운 시스템 개념을 도출하기 위한 방법 및 절차를 제공한다. 이것을 이용하여 개발조직은 운용자의 특정 능력을 지원 또는 대체하기 위해 개발될 시스템의 내?외부 인터페이스와 상부수준의 기능을 포함하는 개념을 신속히 도출 가능하다. 과업 자동화 우선도 평가 모델 및 도구의 효과성을 확인하기 위해서 지하철 역사의 화재 시 승객대피 유도 시나리오에 적용하여 임무 실패를 야기하는 운용자의 과업 목록 중 우선도 평가를 수행하였으며, 이를 통해서 선정된 과업을 개선된 DSM 설계 모델에 적용하여 새로운 시스템 개념을 도출하였다. 종래 연구와 비교하여 본 논문에서 제안하는 비용가치 기반 우선도 평가 방법의 차별성은 정량화 평가가 가능함은 물론, 운용자 간 팀워크를 모델에 포함하는 데 있다. 또한, 본 논문에서 제안하는 DSM 설계 모델은 종래의 DSM 모델을 기반으로 운용자의 의사결정 모델을 구조화함은 물론, 이 모델을 이용한 신속한 개념 설계 방법을 제안하는데 차별성을 가진다. 본 논문에서 제시하는 운용자 과업 자동화 우선도 평가 모델 및 지원도구와 DSM을 이용한 설계 지원 모델의 조합은 현행 시스템의 운용자의 실수 또는 위협요인을 경감하기 위해 선결적으로 자동화 설계로 대체해야 할 과업을 식별하고, 상기 자동화 시스템의 상부수준 기능은 물론 내외부 인터페이스를 용이하게 식별할 수 있도록 지원함으로써 개발조직의 노력을 줄일 수 있다. 또한, 서로 다른 역할을 가진 여러 운용자에 대한 자동화 우선도 및 책임 이전 평가 모델 및 지원 도구는 시스템의 미래(To-be) 아키텍처 개발 시 인력 감축을 위한 자동화 전략을 수립하는데 있어서 의사결정 도구로 기여할 수 있을 것이다. 또한 보다 관점을 넓혀 기업조직 또는 사회경제체계에서 직군의 자동화를 예측하는데 사용하는 것 또한 가능할 것이다. 별도로, 개선된 DSM 설계 지원 모델은 개발에 관계된 이해관계자들 간 의사소통을 위해서 독립적으로 사용될 수 있다. 상기 모델을 이용하여 시스템의 숙련된 운용자의 정신모델과 미숙한 운용자의 열악한 정신모델을 각기 식별함으로써, 이 두 모델의 격차를 보완할 수 있는 지원 시스템을 개발하는데 기여할 수 있다.
more목차
제１장 서론 １
제１절 연구 배경 및 목적 １
제１항 연구의 배경 １
제２항 연구의 목표 ６
제２절 연구의 범위 및 방법 ７
제１항 연구의 범위 ７
제２항 연구의 방법 ９
제３절 논문의 구성 １２
제２장 연구 동향 및 한계 １４
제１절 시스템 엔지니어링 프로세스와 기능 할당 １４
제２절 기능할당 １９
제１항 기능할당의 정의 １９
제２항 기능할당 방법론 ２０
제３절 인간-자동화 에이전트 간의 팀워크 개념 ２６
제１항 팀워크 ２７
제２항 인간-자동화 팀워크 ３２
제４절 모델기반 설계 방법론 ３６
제１항 개요 ３６
제２항 종래의 연구 ３８
제５절 연구의 한계 ４７
제１항 자동화 우선도 평가의 필요성 ４７
제２항 팀워크 복잡도의 정량화 필요성 ４９
제３항 종래 모델링 방법론의 개념 확장 필요성 ５０
제６절 개선방안 ５１
제３장 과업 자동화 우선도 평가 방법론 ５３
제１절 개요 ５３
제１항 정의 ５３
제２항 자동화 비용 ５４
제３항 자동화 가치: 인간요소 및 기술요소 ５９
제４항 종합 ６２
제２절 자동화 비용 평가 ６３
제１항 개요 ６３
제２항 팀워크 복잡도 평가 ６７
제３항 팀워크 복잡도 비 산출 ７５
제４항 자동화 비용 모델 ７９
제３절 자동화 비용 모델의 응용: “어떠한 운용자 역할이 자동화 되고, 누구에게 책임이 이전될 것인가?” ８１
제１항 개요 ８１
제２항 예시: 미래주력전차(MBT) 무기체계 승무원 보직 자동화 우선도 및 책임이전 평가 ８５
제４절 자동화 가치 평가 ９１
제１항 개요 ９１
제２항 인적요소 평가 모델 ９２
제３항 기술요소 평가 모델 ９６
제４항 자동화 가치 평가 ９７
제５절 자동화 재할당 우선도 평가 ９８
제４장 자동화 설계분석 지원을 위한 정형화 모델 １０１
제１절 개요 １０１
제１항 정의 １０１
제２항 설계구조매트릭스(Design Structure Matrix, DSM) １０４
제２절 모델의 정형화 １０８
제１항 시스템 요소 기능 정형화 １０８
제２항 DSM의 정형화 모델과 일반적인 DSM모델의 상호 호환성 １１０
제３항 인적 요소 과업 정형화 １１２
제４항 인간 과업 분석 모델 １１４
제５항 인간-시스템 통합 확장 모델 １１６
제６항 인간-시스템 통합 모델의 배치 １１７
제３절 정형화 모델의 분석 관점 １１８
제１항 기본 상호작용의 관점 １１８
제２항 과업 분석모델의 내부 정보 교환: SRK 모델 １１９
제３항 위협요소 영향 １２２
제４항 스트레스의 영향 １２５
제５항 업무 부하 및 피로 １２８
제４절 인간 과업 지원/대체 자동화 설계지원 모델 １３２
제１항 지각 능력 지원/대체 시스템 정형화 모델 １３２
제２항 의사결정 능력 지원/대체 시스템 정형화 모델 １３３
제３항 행동 능력 지원/대체 시스템 정형화 모델 １３５
제５절 설계지원 모델의 절차 및 적용 １３６
제１항 설계지원 모델 적용 활동 절차 １３６
제２항 지각 능력 지원/대체 시스템 통합 모델 적용 예: 차량의 차선이탈 경보장치(LDWS) 개념 설계 １３８
제３항 의사결정 능력 지원/대체 시스템 통합 모델 적용 예: 차량의 EWB ABS 개념 설계 １４２
제４항 행동 능력 지원/대체 시스템 통합 모델 적용 예: 유압식 및 전자식 브레이크(EBS) 시스템 개념 설계 １４６
제５장 사례 적용: 지하철역사 화재 대피 시나리오 １５１
제１절 적용 사례 소개 １５１
제１항 시나리오: 화재 시 승객대피 유도 １５１
제２항 임무 실패 시나리오 １５３
제２절 자동화 우선도 평가 １５３
제１항 과업 식별 １５３
제２항 자동화 비용 평가 １５５
제３항 자동화 가치 평가 １５７
제４항 자동화 우선도 도출 １５９
제３절 과업의 자동화 설계 １６１
제１항 개요 １６１
제２항 의사결정 지원 자동화 １６３
제３항 행동 지원 시스템 １６５
제４항 시스템 설계 모델의 통합 １６７
제４절 종합 １６８
제６장 결론 １７１
제１절 연구의 결론 및 공헌 １７１
제１항 비용가치 기반 자동화 우선도 도출 방법론의 개선 １７２
제２항 DSM 기반 자동화 설계 지원 모델의 개선 １７４
제３항 연구의 차별성 １７５
제４항 연구의 기여도 １７７
제２절 연구의 한계 및 향후 연구제안 １７８
제１항 연구의 한계 １７８
제２항 향후 연구방향 １７９
참 고 문 헌 １８１
Abstract １９７
