인간시스템 통합 요소

시스템 설계에서 인간시스템 통합(HSI)은 여러 요소를 고려하도록 요구하고 있다. 인간요소가 운용상 치명적이며 기술적 쟁점을 가지고 있기 때문에 특별히 항공 및 국방 시스템의 경우, 우리가 지니고 있는 엄청난 지식의 양이 이러한 업체들로부터 제시된다. MIL-HDBK-46855A(5.1.2.1항 HSI 요소)에서 다음 일곱 가지 요소를 식별하도록 제시하고 있다.

① 인간요소 엔지니어링(HFE)

② 인력
③ 인원
④ 교육훈련
⑤ 안전
⑥ 의료사고
⑦ 인간 생존 가능성

이러한 각 HSI 요소는 향후 더 많은 분석을 위해 기초를 제공해 주는 다양한 관심 분야를 포함하고 있다. 표 1은 시스템 엔지니어의 관심을 보여주는 관심 대상 분야 목록을 제시해 주고 있다.

표 1. HSI 요소 관심 분야 (출처 : MIL-HDBK-46855A)

인간요소 엔지니어링

인간-시스템 상호관계는 만일 장비와 인력 요소가 적절한 업무로 혼합되어 있다면 단순하게 점검하는 업무보다 더 많은 일이 발생할 수 있다. 인간요소 엔지니어링(HFE)에 관한 특수 분야 훈련을 고려해야 하는 또 다른 차원의 일이 발생한다.

인간 상호작용이 시스템 운용의 주요 요소일 때, 기술적 의사결정이 인간과 장비 시스템 요소 사이에 인간-기계 인터페이스(MMI)에 대하여 이루어져야 한다. 시스템 애플리케이션에 따라 이러한 의사결정은 일련의 원칙을 요구하게 된다. 앞서 논의된 운용조건과 제약사항을 다시 한 번 고려해 보자.

· 장비와 비교하여 인간 요소는 무슨 업무를 수행하는 것이 가장 좋은가
· 사람과 비교하여 기계와 같은 장비 요소는 무슨 업무를 수행하는 것이 가장 좋은가
· 예를 들어, 자동화 대 매뉴얼 통제와 같이 장비에 대응하여 수행해야 할 업무는 무슨 통제를 사람에게 할당해야 하는가
· 인간-시스템 인터페이스 설계에서 무슨 업무에 인간공학이 고려되어야 하는가
· 지원시스템과 일반대중에게 환경, 안전, 보건 면에서 제품, 파생제품 및 서비스에서와 같이 인간-시스템 상호작용에 대한 성능에 미치는 영향은 무엇인가

이러한 질문의 답은 인간요소 엔지니어링(HFE)에 대한 특별한 스킬을 요구한다. DoD 5000.2.R(C5.2.3.5.9.1항)은 “광범위의 인식, 물리적 또는 감지 스킬을 요구; 고도의 업무에 대한 과도한 교육훈련이나 부하를 요구; 자주 또는 치명적인 에러 또는 안전/의료사고로 연결되는 시스템 특성을 최소화하거나 제거하고 효과적인 인간-기계 인터페이스를 개발하기 위해 설정”된 것으로 HFE를 기술하고 있다. 이는 HFE에서 무엇을 알아내어야 하는가라는 질문을 하게 된다. 그 답은 다음 HFE 분석에서 다루기로 한다.

1. HFE 분석 
HFE는 시스템 성능규격(SPS) 요구사항을 충족시키기 위해 인력, 인원, 교육훈련 및 안전/의료사고와 같은 다양한 분석을 수행한다. 인간요소 엔지니어는 운용순서 평가, 시계열 및 업무 분석, 에러 분석을 수행하기 위해 다양한 도구와 방법을 사용한다.

이와 같은 의사결정은 SPS와 품목개발규격 요구사항에 영향을 주기 때문에, HFE는 사업제안 단계에 시작하는 시스템과 규격 개발 활동의 통합 부문이 되어야 한다. 이에 대한 실패는 시스템, 제품 또는 서비스 조달 후 천재지변이 발생하면 엄청난 손실을 주는 것과 같이 계약 시에 성능, 기술, 비용 및 납품 일정에 주요한 영향을 가져온다.

DoD 인간요소 엔지니어링 치명적인 프로세스 평가도구(CPAT)(1.1.3항)는 다음과 같은 인간-시스템 인터페이스 설계 의사결정 방법을 식별해 준다.

‌· 운용 순서 평가 : 임무시작으로부터 임무 종료 시까지 정보와 프로세스 흐름을 기술하라. 이러한 평가 결과는 의사결정 활동 순서가 어떻게 인간-시스템 인터페이스에 의해 지원되는지를 결정함에 사용된다.

‌

· 업무 분석 : 이는 특정업무와 연관된 업무 및 활동 흐름과 인간 특성에 대한 연구를 말한다. 업무 분석은 스킬 레벨과 형태와 같이 인간 능력과 연관된 설계 리스크를 찾기 위해 사용된다. 또한, 업무 분석은 인간-기계 절충연구에 대한 데이터를 제공해 준다. 업무 분석 결과는 시스템 설계자로 하여금 자동 및 수동 업무의 최적 혼합에 대한 의사결정을 하도록 지원한다.

· 에러 분석 : 이는 가능한 시스템 고장 모드를 식별하기 위해 사용된다. 에러 분석은 시스템 운용 및 유지보수 기간 중에 인간 에러를 발견하고 감소(제거)하기 위해 인간-기계 절충연구의 일부분으로 사용된다. 에러 분석은 결과적으로 어떠한 고장의 시스템 레벨 영향을 결정하기 위하여 신뢰성 고장 분석으로 통합된다.    

· 시험과 데모 : 이는 인간요소 설계 요구사항 충족 여부 검증, 인간요소 연관 분석 결과 확인, 임무의 치명적인 운용 및 유지보수 업무 식별에 사용된다. 이러한 시험과 데모는 치명적인 임무 운용 및 유지보수 업무를 식별하기 위해 사용된다. 따라서 이는 설계개발 프로세스에서 최대한 빠른 시기에 종료되어야 한다.

2. HFE와 연관된 주제
시스템 설계 관점에서 인간요소 엔지니어링(HFE)이 인간 성과를 확인하기 위한 인간 특성과 방법에 대한 지식을 적용하는 범주는 전반적인 시스템 성능 달성 기간에 적절하게 고려되어야 한다. 이를 수행하기 위하여 MIL-HDBK-46855A(<표 2, p.26)에서 HFE에 관한 아홉 가지 시스템 설계 주제를 식별하고 있다.

표 2. MIL-HDBK-46855 HFE 관련 주제 (출처 : MIL-HDBK-46855A)

① 인간 영속성/성능 특성
② 디스플레이 및 통제 설계
③ 장비, 기동장비 및 기타 시스템 설계
④ 업무수행 장소, 승무원 대기실, 설비 설계
⑤ 자동화 및 인간-기계 통합
⑥ 환경조건
⑦ 업무 설계
⑧ 보건 및 안전
⑨ 시스템 평가

각 관심 영역은 HFE에 의한 특정한 주의를 요하는 연관 세트로 구성되어 있다. 표 2에서 요약 목록을 볼 수 있다.

HSI 쟁점 분야

앞서 논의에서 입증되었듯이 인간-시스템 설계가 이루어질 때, 잘못 표기될 경우, 쟁점사항이 될 수 있는 수많은 설계 고려사항이 존재한다. 예를 들면, FAA 국립 우주시스템-시스템 엔지니어링 매뉴얼에서는 23가지의 쟁점 분야와 이와 연관된 사항을 제시하고 있다. 표 3은 이러한 분야를 제시하고 있으며 각 쟁점사항에 대한 설계 고려사항에 대한 간략한 설명을 제시하고 있다.

표 3. FAA 관점에서의 HSI 쟁점 분야 (출처 : FAA 국립우주 시스템, 시스템 엔지니어링 매뉴얼, 4.8.3.3절)

1. HFE 시제 및 데모
HFE 설계 의사결정을 지원하는 가장 좋은 접근방법의 하나는 상위 리스크 레벨까지 유연하게 적용되는 설계 영역을 간단하게 시제로 보여주는 길이다. 나선형 개발방법은 주요 장비를 결정하기 위하여 신속 시제생산을 통해 사용자에 따른 인간-시스템 인터페이스를 보정하기 위한 주요한 전략이다. 신속 시제생산은 카드보드 모델 목업, 샘플 디스플레이 등을 포함하고 있다.

시제는 무엇을 수행하는 것인가? DoD 인간요소 엔지니어링 CPAT(1.1.3절)는 여러 가지 이유를 제시하고 있다. 운용자/유지보수자 인터페이스는 다음과 같은 역할을 위하여 시제를 만들게 된다.

· 디스플레이/소프트웨어 및 하드웨어 인터페이스에 대한 향상방법 모색
· 시스템 운용 및 유지보수 기간에 요구된 인간 성능 효과에 따른 설계 수행
· 인간 자원, 스킬, 교육훈련 및 비용에 대한 경제적 수요를 충족하는 설계 수행

우리는 지금까지 장비요소 하드웨어와 소프트웨어 품목 설계를 위해 사용된 일차적인 정보를 살펴보았다. 이제 우리는 인력요소로 넘어가려 한다. 분명히 우리는 시스템의 운용자에게 전가할 수 없다.
그러나 시스템 운용자와 유지보수자에게 맡겨진 특정 임무 활동을 식별할 수 있다. 그리고 그들이 주어진 임무를 안전하게, 순차적으로 그리고 훌륭한 매너로 수행하도록 교육하여야 한다.

인간-시스템 업무부여

인간과 시스템 사이에 상호작용은 장비요소, 인력요소, 및 절차 데이터 요소의 세 가지 요구사항 할당 형태를 나타내고 있다. 장비 요소 요구사항은 다음과 같은 능력을 제시한다.

· 시스템 운용자와 외부 인터페이스에 데이터 출력 또는 디스플레이
· 시스템 거동과 유지 성능을 통제하기 위하여 시스템 운용자로부터 데이터 입력 수용

인력 요소 요구사항은 다음과 같은 활동을 조달, 운용, 지원하도록 한다.

· 시스템 정보와 출력을 모니터링
· 시스템 운용과 보건상태 수용
· 시스템 거동과 성능 통제
· 운용자, 장비, 공중 및 환경 리스크를 완화하는 보정활동 수행

절차 데이터 요소 요구사항은 운용자 또는 유지보수자가 다음 사항을 어떻게 해야 하는지 제시한다.

· 그 시스템을 안전하게 그리고 효과적으로 조달, 운용, 유지
· 정상 및 위기 운용 대처
· 시스템 고장으로 위기 상황이 발생할 수 있는 영향을 제거 또는 수정활동 이행
· 시스템 능력과 성능 제한 이해

시스템 운용자와 유지보수자 요구사항이 업무 기준 활동이기 때문에 업무 속성을 정의하도록 하자.

1. 업무 속성 정의
당신이 대부분의 활동을 분석해 감에 따라 공통된 속성 세트를 발견할 수 있다. 이러한 속성은 인간-시스템 상호작용을 정해주는 임무와 시나리오 상태를 이해하도록 인간요소 전문가를 사용할 수 있다. MIL-STD-1908B에서 다음과 같은 활동에 대한 여섯 가지 속성을 식별한다.

· 임무
· 기능
· 일
· 의무
· 업무
· 하부업무

표 4는 이러한 속성을 식별해 준다.

표 4. MIL-STD-1908B 업무 속성 정의

적용 원칙

요약해서 앞선 논의를 통해 인간-시스템 실무와 연관된 원칙을 설정하기 위한 기초를 제공했다.

원칙 1 최적의 HSi 설계는 다음 두 가지 영역에서 요구사항의 균형된 할당을 요구한다.
· 인력요소는 무엇을 가장 잘 수행하는가
· 장비요소는 무엇을 가장 잘 수행하는가
원칙 2 HSI를 설계할 때, 운용자/실무자 필요성, 스킬 레벨, 사용 우선순위 주기에 따라 우선으로 제시된 유스 케이스에 기초한 구조 레이아웃 및 디스플레이 정보
원칙 3 운용자 의사결정 데이터 과부하 회피 : 인터페이스 정보를 직관적이고 단순하게 유지하라.
원칙 4 정보를 나타낼 때, 운용자가 잘 알려진 정보의 존재를 가정하여 의식적으로 이를 요청하지 않으면 임의 데이터 제시를 피하라.
원칙 5 한 시스템을 운용하기 위해 관련 요원을 교육할 때, EDEV 접근방법을 적용하라.
· 설명
· 데모
· 실험
· 검증
원칙 6 인터페이스를 최대로 단순화하라!

 

요약

인간-시스템 인터페이스 논의를 통해 우리는 인간 루프 시스템(HITL)으로 사람이 무엇을 가장 잘 수행하는지와 그 시스템이 무엇을 잘 수행할 수 있는지에 기초한 장비와 인력 요구사항을 할당하는 시스템 엔지니어링 주요 고려사항을 살펴보았다. 

우리는 초기에 인간-시스템 상호관계를 이해하는데 초점을 두었다. 우리는 인간-시스템 인터페이스 형태로 오디오, 시각 및 진동을 논의하였고 인간 루프 시스템(HITL)의 일환으로 지휘통제(C2) I/O 기기 사례를 제시했다.

인간-시스템 상호작용에 근거하여 우리는 인간 시스템 통합(HSI)에 대한 설계 관점에 초점을 두었다. 우리는 HSI의 주요 요소를 식별하고 인간요소 엔지니어링(HFE)으로 요구되는 각각의 관심영역을 살펴보았다. 우리는 HFE가 어떻게 인간 특성을 인간-시스템 성능에 영향을 주는 인간요소로 분류된다. 또한, 우리는 인력 업무활동에 대한 논의와 그들에 대한 속성을 알아보았다.

1. 일반적 예제
(1) 서론에서 제시된 이 장에서 알아두어야 할 사항에 대하여 답변토록 하라.
(2) 이전 장의 일반적 예제 또는 신규 시스템을 선정한 후 이 장에서 나온 사항을 적용해 보자. 그리고 논의된 내용을 적용해 보자. 그리고 특별히 다음 사항을 식별해 보아라.
① ‌인간-시스템 인터페이스를 위해 어떠한 형태의 I/O 기기를 적용할 것인가
② ‌시스템 설계에서 고려해야 할 다음과 같은 요소에 대하여 요소 적용 형태를 사례로 제시해 보라.
· 인체측정 설계요소
· 감지 설계요소
· 인식 설계요소
· 심리적 설계요소
· 사회 심리적 설계요소
③ ‌개발자가 장비요소나 인간요소 할당에 대한 의사결정을 하기 위한 인간-시스템 업무 사례를 식별해 보라.

2. 조직 중심 예제
(1) 시스템 엔지니어링 관점에서 인간-시스템 인터페이스 실무를 적용하기 위한 지침과 원칙에 대한 조직의 지휘체계를 연구해 보라.
① ‌HF/HFE에 대하여 시스템 엔지니어에게 부과된 요구사항은 무엇인가
② ‌전반적으로 요구된 프로세스는 무엇이며 시스템 엔지니어가 어떻게 기여하는가
③ ‌무슨 시스템 엔지니어링 연관 제품과 품질 기록이 요구되는가
④ 무슨 검증과 확인 활동이 요구되는가

(2) 조직 내에서 두 가지 계약 프로그램을 살펴보라.
① ‌무슨 인간요소 요구사항이 그 시스템 설계에 부과되어 있는가
② 그 시스템의 사용자/운용자는 누구인가
③ ‌무슨 치명적인 인간-시스템 인터페이스 의사결정이 이루어지고 있는가
④ ‌무슨 인력 요소 요구사항이 시스템 운용자에게 부과되어 있는가
⑤ ‌무슨 업무 분석이 규격 요구사항과 시스템 능력으로 연결되어 수행되고 있는가. 

민성기 박사 _ 시스템체계공학원장 (sungkmin0@gmail.com)