The contents of aircraft system safety assessment vary depending on factors such as the complexity of the system, how critical the system is to flight safety, what volume of experience is available on the type of system and the novelty and complexity of the technologies being used. If the system safety assessment is to substantiate that the developed products are 'safe enough' to be taken into use, then the system safety assessment should be planned and managed to provide the necessary assurance that all relevant hazards and failure conditions have been identified and that all significant combinations of hazards and failures which could cause those conditions have been considered. The assessment must assist the designer and management in making decisions. It must make clear what the critical features of each system are and upon which special manufacturing techniques, inspection, testing, crew drills and maintenance practice they are critically dependent. This paper has prepared to study on promoting the efficiency of aircraft system safety assessment and to present how to compile system safety assessment strategy.
Quality Assurance Principles must be effectively implemented in developments and in use of safety critical software in nuclear industry. Brief definitions related to computer software and quality assurance were defined and several methods for evaluating software quality were proposed herewith. Independent verification and validation was suggested to assure the quality of safety critical software.
안전 필수 시스템에서 소프트웨어 결함은 심각한 결과를 초래하므로, 개발의 첫 단계인 요구사항 명세부터 안전성을 고려해야한다. 자연어로 작성된 요구사항은 여러 이해관계자들에게서 도출되어 모호함과 부정확성에 의한 결함을 갖고 있어도 검출하기 어렵다. 이러한 문제를 해결하기 위해 표준문안과 GSN 모델을 이용한 요구사항 명세방법을 제안한다. 표준문안은 선 정의된 서식에 맞춰 요구사항을 작성하는 준-정형 언어로, 표준문안에 맞춰 요구사항을 작성하면 표현의 일관성을 갖기 때문에 이해관계자들이 요구사항이 의미하는 바에 대한 모호함을 방지하여 요구사항의 정확한 의미를 정의하는데 도움이 된다. GSN은 시스템이 안전하다는 것을 관련기관에 증명하기 위한 Safety Case 작성에서 적합성을 인정받고 있는 표기법으로 기능목표, Safety Evidence 등을 표현한다. 본 연구에서는 안전 필수 시스템의 요구사항을 명세하기에 적합하도록 설계된 표준문안과 GSN 모델을 이용하여 요구사항 명세단계에서부터 결함을 쉽게 식별하고, Safety Evidence와의 연결을 통해 안전적합성을 증명할 수 있다. 또한 이 과정에서 발견된 요구사항의 결함을 수정하여 안전성 있는 소프트웨어를 개발할 수 있다.
원자력 발전소와 같이 시스템 오작동으로 인하여 엄청난 재난을 불러 올 수 있는 시스템은 시스템을 구축하기 이전에 완전한 설계 및 검증이 절대적으로 필요하다. 특히 긴급성을 요하는 원자력 발전소의 긴급 차단 시스템과 같은 실시간 safety-critical 시스템은 시스템 행위의 유기적인 측면뿐만 아니라, 시간적 제약을 고려하여 엄격하게 명세하고 분석해야 한다. 본 논문에서는 시각적 기반의 설계 명세 언어인 STATECAHRT를 이용하여 원자력 발전소 제어 시스템을 명세하고 이를 모델 체킹 검증 도구인 SMV로 검증함으로써 시스템의 신뢰성을 높이고 실시간 safety-critical 시스템의 설계 및 검증에 대한 방법론을 제시한다. 본 연구에서는 [6]의 논문의 명세 오류를 수정하여 명세 및 검증을 수행하였다.
원자력 발전 및 항공 시스템과 같은 실시간 시스템의 설계는 대표적인 Safety-critical 시스템으로서 그 설계로부터 구현에 이르기까지 다양한 방법으로 안정성을 보장하는 설계방법이 연구되고 있다. 특히 이러한 내장형 시스템은 근래에 들어 하드웨어-소프트웨어 통합설계를 통해 설계초기부터 안정성과 일관성 등을 높일 필요가 있다. 본 연구에서는 아날로그 및 디지털이 혼합된 Heterogeneous 시스템의 통합 설계 도구인 PtolemyII[1]을 이용하여 원자력 발전 내장형 시스템의 일종인 Digital Plant Protection 시스템을 설계하고 이를 시뮬레이션 함으로 Safety-critical 시스템 가운데 가장 높은 등급을 요하는 시스템에 통합설계를 적용시켜 본다. 그리고 이에 대한 정형 검증기법을 제안한다.
본 논문에서는 Safety-critical 소프트웨어를 위한 V'||'&'||'V 지침서(guideline) 개발 방법론을 제시한다. 즉, 기존의 산업계 표준인 IEEE Std-1012, IEEE Std-1059에서 논의되고 있는 개념을 근간으로 "독립성(independence)", "소프트웨어 안전성 분석(software safety analysis)", "COTS 평가(evaluation) 기준", "다른 보증(assurance) 조직들간의 관련성(relationship)" 등의 필수 안전 항목들을 추가하여 원전 안전성 시스템(NPP safety system)을 위한 V'||'&'||'V 지침서 개발 방법론을 제시하였다 제시된 방법론에는 V'||'&'||'V 지침서의 범위(scope), 승인기준(acceptance criteria) 부분인 지침서 프레임(guideline framework), V'||'&'||'V activities 및 methods 부분인 타스크(task) entrance 및 exit 기준(criteria), 리뷰 및 감사(review and audit), 테스팅 그리고 V'||'&'||'V material의 QA 레코드(records) 및 형상관리, 소프트웨어 검증 및 확인 계획서(Software Verification and Validation Plan : SVVP) 생성 등의 내용을 기술하고, Safety-critical 소프트웨어 V'||'&'||'V 방법론도 함께 제시하였다.
원자력 발전소 내장형 시스템은 안정성과 신뢰성이 절대적으로 요구되는 Safety-critical 시스템이다. 이러한 시스템의 설계는 모호성이 없는 정형명세 언어로 설계함으로 설계자와 구현자 사이의 모호성 없는 의사전달을 달성할 수 있다. 이러한 특히 원자력 발전소 내장형 시스템의 설계에 있어서 설계자는 그가 설계한 설계를 시험(Validation)하고 검증(Verification)하는 기법을 필요로 하게 된다. 특히 시스템이 복잡해질수록 설계도 내의 오류를 발견하지 못할 가능성이 커진다. 본 논문에서는 시스템이 가질 수 있는 모든 상태를 만들어내어 검사하는 형태의 검증 기법인 정형기법을 통하여 Safety-critical 한 내장형 시스템의 설계를 검증함으로 보다 완벽한 시스템을 설계하는 기법을 제안한다.
일반적으로 C언어는 고신뢰도를 요구하는 소프트웨어에 적합하지 않다고 알려졌음에도 불구하고 적지 않은 수의 안전성이 중요시되는(safety-critical) 시스템들이 C언어로 구현되었거나 C언어를 기반으로 개발되고 있다. 본 연구의 목적은 C언어의 안전한 subset을 정의하고 이 subset 언어로 작성된 프로그램을 SPARK Ada로 변환하여 SPARK의 분석 도구들을 사용해 프로그램의 안전성을 분석하는 데 있다. SPARK은 Ada의 안전한 subset으로 고신뢰도를 요하는 시스템을 구현하는데 성공적으로 사용되어왔다. SPARK으로 변환된 C 프로그램은 SPARK 수준의 안전성을 갖게 되며 SPARK의 분석 도구인 Examiner를 통해 프로그램의 정확성 검증 등의 분석을 할 수 있다. 본 연구에서는 엘리베이터 컨트롤러 사례 연구를 통해 정의한 subset이 현실적인 시스템을 구현하기에 부족하지 않음을 발견하였으며, SPARK Ada로의 변환을 자동화해주는 변환기를 구현하였다.
최근 국내에서 항공 관련 안전필수시스템들이 개발되었지만 이들 완성품들은 규정된 요구사항들을 충족시키지 못하여 실용화 또는 상용화 되지 못하였다. 현대 항공 기술의 복잡도가 높아짐에 따라 기존의 검증 및 확인 기술로는 시스템에 잠재된 리스크를 식별하고 줄이는데 어려움이 많다. 이러한 단점들을 극복하기 위해 선진국에서는 독립적 검증 및 확인이라는 새로운 기법에 관심이 모아지고 있다. 이 독립적 검증 및 확인의 효과도에 관한 학술적 연구는 국내에는 전무하고, 국외에서 조차도 매우 희소하게 수행되고 있다. 따라서 본 논문에서는 항공선진기관에서 수행한 항공 안전필수시스템에 대한 독립적 검증 및 확인의 응용 연구들을 조사하여 사업에 미치는 여러 가지 효과들을 분석해 본 결과, IV&V는 조기 오류 검출율을 높이고, 내재된 리스크도 조기에 완화하며, 개발 수명주기 후반에 나타나는 재작업 확률을 줄여서 개발 일정 및 비용의 증가를 획기적으로 막아주는 것으로 나타났다.
The demand from customers on better products and systems seems to be ever increasing. To meet the demand, the systems are becoming more and more complicated in terms of both scale and functionality, thereby requiring enormous effort in the development. One bright spot of this trend is that such effort has been the driving forces of the remarkable advancement in modern systems development. On the other hand, safety issues appear to be critical in many large-scale systems such as transportation and weapon systems including high-speed trains, airplanes, ships, missiles/rockets launchers, and so on. Such systems turn out to be prone to a variety of faults and thus the resultant failure can cause disastrous accidents. For the reason, they can be referred to as safety-critical systems. The systems failure can be attributed to either random or systemic factors (or sometimes both). The objective of this paper is on how to reduce potential systemic failure in safety critical systems. To do so, a proper system design is pursued to minimize the risk of systemic failure. A focus is placed on the fact that complex systems have a lot of complicated interfaces among the system elements. To effectively handle the sources of hazards at the complicated interfaces and resultant failure, a method is developed by utilizing a design structure matrix. As a case study, the developed method is applied in the design of train control systems.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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