안전중시 시스템 설계에서 안전과 성능을 동시에 고려한 설계대안 들의 평가 및 검증
Assessment and Verification of Design Alternatives for Safety-Critical Systems with Safety and Performance Considered Simultaneously
- 주제(키워드) Safety Design , Design Alternatives Assessment , SysML , Modeling and Simulation
- 발행기관 아주대학교
- 지도교수 이재천
- 발행년도 2019
- 학위수여년월 2019. 2
- 학위명 박사
- 학과 및 전공 일반대학원 시스템공학과
- 실제URI http://www.dcollection.net/handler/ajou/000000028637
- 본문언어 한국어
- 저작권 아주대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
초록/요약
As the importance of ensuring system safety has increased, activities for reflecting safety requirements in system design have become important, naturally increasing the need for system design process and system safety process integration. However, the integration of existing design and safety was at the level of integration in specific activities, not in the whole process. Also, only safety is considered when deriving safety measures by conducting safety analysis. While safety is ensured when the safety measures are incorporated into the design, there are cases where additional improvements are made due to performance degradation. To improve this, there is a need to make design decisions that take both safety and performance into account when system design and safety analysis are integrated. To solve the problems raised above, this paper first aims at systematic procedures for system design and safety. Then, we aim at propose a method of creating and evaluating design alternatives that reflect the design and safety factors by the integrated process procedure. To achieve this, we have derived a process that integrates design and safety integration process and safety verification procedure. We also proposed a method to derive a design alternative model that reflects safety analysis results to system model using SysML based modeling technique. We proposed a safety and performance evaluation method through two-step simulation at the functional and component level. To evaluate the results of the study, a case study was applied to the safety design of the onboard central railway signal system, which is a representative safety - oriented system. The safety design results obtained by considering only the existing safety and the safety design results using the method in this paper are compared. As a result, the existing safety design was designed not to meet the performance index, the driving ability, but the result of the proposed method was a design decision that satisfied both the safety and the performance goal. Through this study, integrated procedures of system design, safety analysis, and safety verification are derived. Moreover, we have developed a method for evaluating design alternatives considering both safety and performance. This method allows the design to meet both safety and performance by avoiding performance degradation due to safety measures.
more초록/요약
시스템 안전의 확보에 대한 중요성이 증가함에 따라 시스템 설계시 안전 요건의 반영을 위한 활동이 중요하게 되어서 자연스럽게 시스템설계 프로세스와 시스템안전 프로세스 통합에 관한 필요성이 증대되었다. 그러나 기존의 설계와 안전의 통합은 전체 절차가 아닌 특정 활동에서의 통합이 이뤄진 수준이었다. 또한 안전분석을 수행하여 안전조치를 도출할 때 오로지 안전만을 고려하고 있다. 이로 인해 안전조치가 설계에 반영되었을 때 안전은 확보되었지만 성능의 저하를 일으켜 추가적인 개선이 발생하는 사례가 있다. 이를 개선하기 위해 시스템의 설계와 안전분석이 통합되어 수행될 때 안전과 성능을 모두 고려한 설계결정이 이뤄질 필요성이 있다. 앞에서 제기한 문제를 해결하기 위해 본 논문에서는 먼저 시스템 설계와 안전의 체계적인 통합 절차의 도출을 목표로 한다. 그리고 통합프로세스 절차에 따라 설계와 안전에 관한 요소가 반영된 설계대안의 평가 방법의 제안을 목표로 한다. 이를 달성하기 위해 설계와 안전의 통합 프로세스와 안전검증 절차를 추가한 프로세스를 도출하였다. 그리고 SysML (Systems Modeling Language) 기반 모델링 기법을 활용하여 시스템 모델에 안전분석결과를 반영한 설계대안 모델 도출방법을 제안하였다. 이를 기능과 구성품 수준에서의 두 단계에 걸친 시뮬레이션을 통해 안전과 성능에 대한 평가방법을 제안하였다. 연구 결과를 평가하기 위하여 대표적인 안전중시 시스템인 차상중심 철도신호시스템의 안전설계에 적용하는 사례 연구를 수행하였다. 기존의 안전만을 고려하여 수행된 안전설계 결과와 본 논문에서의 방법을 적용한 안전설계 결과를 비교하였다. 그 결과 기존의 안전설계는 성능지표인 운전시격을 충족하지 못한 설계가 이뤄졌지만 제안한 방법에 따른 결과는 안전과 성능목표 모두를 충족하는 설계 결정이 이뤄졌다. 위와 같이 본 연구를 통해 시스템 설계, 안전분석, 안전검증의 통합절차를 도출하였다. 그리고 안전과 성능이 모두 고려된 설계대안의 평가방법을 도출하였다. 이를 통해 안전조치의 반영에 따른 성능저하를 피해 안전과 성능을 모두 충족하는 설계를 수행할 수 있다.
more목차
제 1 장 서 론 １
제 1 절 연구배경 1
제 2 절 선행연구 분석 및 문제정의 4
제 3 절 연구수행 방법 6
제 4 절 논문의 구성 7
제 2 장 선행연구 분석 및 문제 정의 8
제 1 절 시스템 설계와 안전분석 프로세스 8
제 1 항 시스템 설계 프로세스 8
제 2 항 안전분석 프로세스 10
제 2 절 SysML 기반 모델링 & 시뮬레이션 14
제 1 항 SysML Laguage 14
제 2 항 SysML의 Diagram 14
제 3 항 SysML 기반 시뮬레이션과 전산도구의 활용 17
제 3 절 선행연구 분석 18
제 1 항 시스템설계와 안전의 통합설계에 관한 선행연구 분석 18
제 2 항 설계대안의 검증에 관한 선행연구 분석 19
제 4 절 문제정의 20
제 1 항 선행연구 분석기반의 문제정의 20
제 2 항 연구 목표 21
제 3 항 연구절차 및 수행방법 22
제 3 장 시스템설계와 안전분석의 체계적 통합 절차 도출 24
제 1 절 기존의 통합 안전설계 절차 분석 24
제 2 절 시스템 설계와 안전의 통합 설계 프로세스 도출 25
제 1 항 시스템 설계와 안전분석 활동의 연계성 분석 25
제 2 항 설계와 안전의 통합 프로세스 모델 도출 26
제 3 항 안전설계의 검증을 추가한 Triple-V 모델 도출 27
제 4 항 설계대안의 평가 및 검증 절차 및 개념 29
제 4 장 시스템 안전과 성능을 고려한 설계 대안 도출 방법 30
제 1 절 통합안전설계에서 안전과 성능을 고려한 대안도출 방법 30
제 1 항 통합설계 절차에서 SysML 기반 M&S의 활용 방법 30
제 2 항 M&S 수행 절차 및 산출물 정의 31
제 2 절 SysML 기반 모델링 기법을 활용한 설계 대안 도출 방법 33
제 1 항 기능 수준에서의 SysML 모델링을 활용한 설계대안 도출 33
제 2 항 구성품 수준에서 SysML 모델링을 활용한 설계대안 도출 35
제 5 장 통합 설계대안들의 평가 및 검증 방법 37
제 1 절 안전과 성능을 고려한 설계대안 평가 및 검증 절차 37
제 2 절 기능수준에서 설계대안의 위험평가 39
제 1 항 기능수준에서 리스크 평가 방법 39
제 2 항 위험평가를 위한 SysML 모델링&시뮬레이션 방법 39
제 3 절 구성품 수준에서 설계 대안의 성능평가 방법 42
제 1 항 구성품 수준에서 성능 평가 방법 42
제 2 항 성능 평가를 위한 SysML 모델링 및 시뮬레이션 방법 42
제 4 절 설계 대안 평가결과를 활용한 안전설계 대안 결정 45
제 6장 차상중심 철도 신호시스템에서의 안전설계 사례 48
제 1 절 차상중심 철도신호시스템 개요 48
제 1 항 차상중심 철도 신호시스템의 개요 48
제 2 항 차상중심 신호시스템의 구조,거동 모델링 51
제 2 절 차상중심 철도신호시스템의 안전설계 대안 생성 57
제 1 항 기존의 차상중심 신호시스템 안전설계 수행 사례 57
제 2 항 차상중심 신호시스템의 설계 대안 도출(기능수준) 58
제 3 항 차상중심 신호시스템의 설계 대안 도출(구성품수준) 59
제 3 절 차상중심 철도 신호시스템의 설계 대안평가 62
제 1 항 기능 수준에서 위험 평가 수행결과 63
제 2 항 구성품 수준에서 성능 평가 수행결과 66
제 3 항 기존 안전설계 결과와의 비교 67
제 7 장 결론 69
제 1 절 연구 결과 요약 69
제 2 절 연구의 공헌 요약 71
참고문헌 72
Abstract 76
