국방에 기여하는 국방기술품질원의 이야기

기술로 품질로

[기고]

창성능개선 사전연구 수행방안 연구와
결과 환류 방안

글 성능개량연구실 안경표·강병수 선임연구원

창정비는 운영유지단계에서 일정 기간 사용한 장비를 최초 전력화 당시의 상태로 복구하는 개념으로 운영되고 있으나 급속한 기술발전 및 이에 따른 부품 단종에 대한 대응에 어려움이 있다. 이러한 문제를 해결하기 위해 기존 창정비에 성능개선 사항을 적용하는 진화적 창정비개념인 창성능개선 제도가 도입되었다. 국방기술품질원은「창성능개선 사전연구」를 수행하여 무기체계 개발자/운용자/정비자 등 관련자들을 대상으로 창성능개선 시 적용 가능한 개선소요를 발굴한다. 발굴된 개선소요는 성능개량, 현존전력 성능 극대화, 부품국산화, 형상통제 등의 사업화 방안으로 제시된다. 본 기고에서는 창성능개선 사전연구 수행방안에 관한 연구와 시범사업 수행 결과, 그리고 유사장비 개선결과의 환류 방안에 대해 제시하고자 한다.

창성능개선의 필요성

국제 안보환경의 변화와 과학기술의 발전에 따라 국방혁신 4.0, 국방품질 4.0과 같은 혁신적인 패러다임이 대두되고 있으며, AI, 우주·위성, 사이버 등 민간의 새로운 기술이 급속도로 국방에 적용되고 있다. 한편, 운영유지단계의 창정비 개념은 일정 기간(무기체계에 따라 다르지만 대략 10년 이상) 사용한 장비를 최초 전력화 당시의 상태로 복구하는 형태로 최신기술, 운용자의 개선요구사항 및 국산화 부품 적용 등 개선사항 반영에 한계가 있으며, 수리부속 단종 등 후속군수지원 문제가 발생할 수 있다. 이러한 문제를 해결하기 위해 ’22년도에 국방부와 방위사업청에서는 기존 창정비에 성능개선 사항을 적용하는 진화적 창정비개념인 창성능개선 제도를 도입했으며, 그림 1에 그 절차를 비교했다. 창성능개선 시 적용될 무기체계 개선소요는「창성능개선 사전연구」를 통해 식별된다.

그림 1. 창정비와 창성능개선의 절차 비교

창성능개선 사전연구

창성능개선 사전연구 시범사업

창성능개선 사전연구는 창성능개선 제도와 관련하여 성능개량 소요와 이에 이르지 않는 성능개선이 필요한 소요에 대해 개선방안을 도출한다. 국방기술품질원(이하 기품원)은 창성능개선 사전연구 수행기관으로 무기체계별 부품개선 소요조사·분석, 개선소요를 발굴하게 되었다. 창성능개선 사전연구를 모든 무기체계에 적용하기 이전에 제도발전 및 착안사항을 도출하기 위해 국방부에서는 ‘22년도에 K56 탄약운반장갑차(이하 탄운차)를 시범사업 대상 장비로 선정하여 추진하기로 하였다. 창성능개선 사전연구는 최초 수행하는 제도로 수행방안(연구 방법론)이 없는 상황으로 수행방안 수립과 사전연구를 병행하여 진행했다.

창성능개선 사전연구 프로세스

시범사업으로 진행된 창성능개선 사전연구 프로세스는 그림 2와 같다. 각 프로세스는 국방부, 방위사업청, 육군본부, 군수사, 국방기술진흥연구소(이하 국기연) 등으로 구성된 협의체를 통해 소요자료 조사 및 사업 진행 간 업무에 대해 의사결정을 진행했다.

  • Kick off
    • 사전연구 소요제기(소요군)
    • 대상장비 결정(국방부)
    • 사전연구 주관(방사청)
    • 창성능개선 협의체(관련기관)
    • 사전연구 착수(기품원)
  • 사전연구 소요조사
    • 성능개선 소요조사
    • 최신 기술동향 조사
    • 다변도 고장품목
    • 부속단종 조사
    • 부품국산화 이력
    • 기술변경 이력
    • 조달애로품목
    사전연구 협의체
  • 기술검토
    • 체계영향성 검토(체계업체)
    • 기술검토(기품원, 국기연 등)
    사전연구 협의체
  • 소요검증
    • 소요대상 선정기준 정립(관련기관 설문조사)
    • 전문가 토의(관련기관)
    • 소요군 검증(소요관련 부서)
    • 소요 우선순위 결정(협의체)
    • * 단, 부품국산화 품목은 국기연 절차에 따라 별도 수행
    사전연구 협의체
  • 사업화 방안수립
    • 성능개량(경미한 성능개량)
    • 현존전력성능 극대화
    • 부품국산화
    • 형상통제
    • 창성능개선 시 반영
    사전연구 협의체
  • 보고서 제출
    • 최종보고서 제출(기품원)
    • 사업화 추진(사업주관 기관)

* 사업 방안수립 : 성능 개량(방사청), 현존전력성능극대화(기품원), 부품국산화(국기연), 형상통제(형상통제 책임기관)

그림 2. 창성능개선 사전연구 프로세스

먼저 사전연구의 입력(성능개선 소요조사)과 출력(사업화 방안 분류)을 고려하고, 개선소요의 우선순위를 정하기 위한 평가지표를 수립하고자 하였다. 성능개선 소요조사의 범위는 운영유지 소요군 요구사항, 부품단종, 최신 기술동향, 다빈도 고장품목, 부품국산화 대상품목, 기술변경 대상 등이다. 개선소요 조사 후 종합된 소요를 바탕으로 전문가 설문조사 및 회의 등을 병행하여 개선소요의 필요성을 검증하였다.

수집된 개선소요의 우선순위 판단을 위한 평가지표를 수립하기 위해 국방분야 전문가 집단(국방부, 방위사업청(이하 방사청), 육군, 기품원, 국기연, 체계업체 등 총 20명)에게 델파이기법(Delphi)과 계층분석법(AHP, Analytic Hierarchy Process)을 적용하여 3차에 걸쳐 설문을 수행하였으며, 설문 수행결과 도출된 평가지표 및 평가지표별 가중치는 표 1과 같다.

평가지표 지표정의 가중치
운용성1) 조작/관리/취급에 대한 용이성, 안전성 및 상호운용성 등 무기체계 운용개념을 충족할 수 있는 성능수준과 무기체계 능력 28.5
생존성 무기체계 운용 시 적으로부터 은폐되거나 피해를 최소화하는 능력 13.0
가동률 작전임무 수행을 위해 전력이 가동상태로 유지되는 비율 24.0
정비성 RAM값 적중률, 후속군수지원 용이성, 자기진단기능, 신뢰성 등 무기체계 정비를 위한 취급, 조작, 관리 등이 용이한 정도 10.4
경제성 무기체계 운용/정비 시 발생되는 비용에 대한 효과 정도 9.0
최신기술적용 기존 기술이 개량되어 무기체계에 적용된 기술의 진부화를 해소할 수 있는 정도 11.4
경량화 무기체계 개선 및 운용성 향상을 위한 체계/구성품 중량의 경량화 3.7

표 1. 창성능개선 사전연구의 개선소요 평가지표

수집된 개선소요를 바탕으로 각 개선소요에 대한 개선가능 여부, 개선방안 도출 등 기술검토를 체계업체와 공동으로 수행하였으며, 수립된 개선방안에 따라 적합한 사업화 방안을 분류하여 제시하였으며, 그 방안은 다음과 같다.

  • 1) 성능개량
    운용개념 또는 작전운용성능이 현저하게 변경되는 개선 필요사항으로 합참 소요 결정 등 무기체계 획득절차 적용 추진(창성능개선과 별도)
  • 2) 경미한 성능개량
    운용개념 또는 작전운용성능에 현저한 변경이 없는 개선으로 합참 소요 결정 없이 무기체계 획득절차 준용 추진(창성능개선과 별도)
  • 3) 현존전력 성능극대화사업
    경미한 성능개량 중 소규모(200억 미만), 단기간(사업기간 2년 이내) 사업에 대해 간소화된 절차 적용
  • 4) 부품국산화
    각군/방사청/국기연 등 국산화 관련기관과 협력하여 방사청「무기체계 부품국산화개발 관리규정」등에 따라 부품국산화 사업 추진
  • 5) 기술변경
    양산사업 간 방사청「표준화업무규정」에 따라 기술변경 수행 후 추후 정비 또는 결함 발생 시 교체
  • 6) 창성능개선 시 적용
    소급적용 필요 대상 창성능개선 시 반영
  • 7) 사업재검토
    개선 불필요사항 및 개선 완료 품

창성능개선 사전연구 수행결과

K56 탄약운반장갑차 사전연구

사전연구제도 시범사업 대상인 K56 탄운차는 자주포 전술진지 또는 사격진지 까지 접근하여 K55A1 자주포에 탄과 장약을 신속하게 자동보급 하는 장비이다. 기 운용중인 5톤 탄약운반차량의 야지 기동성과 생존성을 보완한 화력체계 지원 장비로 그 형상은 그림 3과 같다. 국방부, 육군, 기품원, 체계업체(한화에어로스페이스㈜) 등으로부터 제출된 창성능개선 소요자료를 분석한 결과 총 100건의 개선과제가 발굴되었으며, 그 현황을 표 2에 정리했다. 이 중에서 ‘현행유지’ 및 ‘수급가능’ 43건을 제외하고, K56 탄운차 운용 및 정비부대 대상으로 2.2절의 방법으로 개선과제 우선순위를 산출하여 총 OO건의 성능개선 소요를 선정했다. K56 탄운차의 창성능개선 사전연구 최종보고서를 국방부 및 방위사업청으로 제출했다.

그림 3. K56 탄운차의 형상
평가지표 개선요청사항 검토결과
성능개선소요 후방카메라설치 등 14건 개선가능
일반형 배터리를 밀폐형 배터리로 대체 9건 현행유지
단종분석 집적회로, 디지털형 등 15건 개선가능
삽입기,나사용 등 12건 수급가능
기술변경 현수장치 기동륜 허브풀림개선 등 2건 개선가능
휴대용 계기판용 지시계 개선 등 2건 소급가능
최신기술동향조사 (기술진부화) 철제궤도 개선 등 3건 개선가능
다빈도고장품목 계전기 상자 조립체, 컨베어용 등 2건 개선가능
전지, 축전식 등 8건 현행유지
국산화필요 디젤, 엔진식 등 15건 개선가능
실린더헤드조립체 등 4건 소급적용
코어조립체, 기름냉각기용 등 14건 현행유지

표 2. 소요조사 분류별 개선요청사항 검토결과

창성능개선 사전연구 대상장비 확대

‘23년도 창성능개선 사전연구 대상장비는 “30mm 차륜형대공포”와 “120mm 자주박격포”로 선정되었다. 30mm 차륜형대공포는 노후화된 대공포(발칸, 오리콘 등)를 대체하고 소형 무인기 등 위협에 대응할 수 있도록 차륜형 차량에 기존 비호의 30mm 쌍열 대공 포탑이 탑재 되어 저고도 국지방공을 수행하는 장비이다. 120mm 자주박격포는 장갑차 탑재형 4.2인치 박격포(K242)의 노후화 대비, 병력 개편에 따른 군 작전범위 확대, 자동화된 사격통제장치 및 사격지휘체계와 연계하여 신속한 화력지원을 수행하는 장비이다. 이들의 형상을 그림 4에 나타냈다. 수립된 프로세스에 따라 ’23년도 창성능개선 사전연구가 진행 중에 있으며, 운용부대 방문을 통해 현재까지 30mm 차륜형 대공포 약 OO건, 120mm 자주박격포는 약 OO건의 소요가 수집되었다.

그림 4. 120mm 자주박격포의 형상
그림 5. 30mm 차륜형대공포의 형상

창성능개선 사전연구의 개선결과 환류

’22~‘23년도에 발굴된 개선소요 비교결과 식별된 유사 항목을 표 3에 정리했다.

순번 장비 소요제기명 개선방안 검토결과
① K56 탄운차 후방카메라 설치 ‘22년 현존전력 사업으로 선정하여 추진 중
② 베터리전압 전시기 표시 방전사례 미연에 방지하기 위해 배터리 상태 전시
③ 헤드,유체필터용 부품국산화 추진 필요
④ 30mm 차륜형 대공포 어라운드 뷰 기능 추가 좌우 측면에 OO카메라 장착
⑤ 축전지 정비 용이성 검토 OO 축전지 교체를 위해 월 O회 전압 측정시 OO 좌석 해체 필요→해체없이 측정 가능 개선 요구
⑥ 120mm 자주박격포 전후방 카메라 설치 개선 전방 OO카메라, 후방 OO카메라 설치로 작전능력, 안전도 향상

표 3. 개선결과 환류 가능품목 검토결과

유사 항목을 고찰한 결과는 다음과 같다.

  • 1) 개선방안 소요는 “운용 및 정비부대, 체계업체” 등에서 제시하고 있으나 제안자 개인의 경험이나 지식 범주에 한정되는 측면이 있다.
  • 2) 장비별 유사한 개선소요에 대해 다른 개선방안을 제시할 수 있으므로, 타 장비의 체계적합성도 충족할 경우 그림 2의 “사전연구 소요조사” 단계에 기존 사전 연구결과를 환류함으로써 (더)발전된 개선방안을 도출할 기회를 제공할 수 있다.
    예를 들어, 해당장비에도 소요가 제기되고, 기술검토 결과가 타당할 경우 다음과 같은 적용도 고려할 수 있다.
    예1) “④어라운드 뷰 기능 추가” → “⑥전후방 카메라 설치 개선”에 적용
    예2) “①배터리전압 전시기 표시” → “⑤축전지 정비 용이성 검토”에 적용
    이처럼 유사장비/유사계통에 대한 기존 개선방안을 환류하여 ‘사전연구 소요조사’ 단계에서 운용자 등 관련기관에 제공함으로써 창성능개선 사전연구 프로세스를 개선할 수 있으며, 개선된 프로세스를 그림 5에 나타냈다. 또한 운용자가 미처 식별하지 못한 개선소요 누락을 방지하거나, 예를 들어 표 3의 ③과 같은 부품국산화 개발시 적용장비가 추가될 경우 개발단가 하락과 같은 부수적인 효과도 기대할 수 있을 것이다.
  • Kick off
    • 사전연구 소요제기(소요군)
    • 대상장비 결정(국방부)
    • 사전연구 주관(방사청)
    • 창성능개선 협의체(관련기관)
    • 사전연구 착수(기품원)
  • 유사 개선 결과 환류
  • 사전연구 소요조사
    • 성능개선 소요조사
    • 최신 기술동향 조사
    • 다변도 고장품목
    • 부속단종 조사
    • 부품국산화 이력
    • 기술변경 이력
    • 조달애로품목
    사전연구 협의체
  • 기술검토
    • 체계영향성 검토(체계업체)
    • 기술검토(기품원, 국기연 등)
    사전연구 협의체
  • 소요검증
    • 소요대상 선정기준 정립(관련기관 설문조사)
    • 전문가 토의(관련기관)
    • 소요군 검증(소요관련 부서)
    • 소요 우선순위 결정(협의체)
    • * 단, 부품국산화 품목은 국기연 절차에 따라 별도 수행
    사전연구 협의체
  • 사업화 방안수립
    • 성능개량(경미한 성능개량)
    • 현존전력성능 극대화
    • 부품국산화
    • 형상통제
    • 창성능개선 시 반영
    사전연구 협의체
  • 보고서 제출
    • 최종보고서 제출(기품원)
    • 사업화 추진(사업주관 기관)

* 사업 방안수립 : 성능 개량(방사청), 현존전력성능극대화(기품원), 부품국산화(국기연), 형상통제(형상통제 책임기관)

그림 6. 창성능연구 사전연구 프로세스 개선(안)

창성능개선은 기존의 창정비 개념에 진화적으로 성능개선과 운용성 향상이 가능하도록 도입된 제도로, 기품원은 창성능개선 사전연구 수행기관으로 무기체계별 부품개선 소요조사·분석과 개선소요를 발굴한다. 창성능개선 사전연구는 22년도 최초 수행된 제도로 연구 수행방안 정립과 K56 탄약운반장갑차의 사전연구를 병행하여 추진했다. 23년도에는 2개의 육군 대상 장비에 대한 사전연구를 수행 중에 있으며, 향후 해군과 공군의 대상 장비에도 점차 확대할 것으로 기대한다. 또한 유사장비 연구결과의 환류를 통한 사전연구 프로세스 개선 방안도 24년도 창성능개선 사전연구 시 적용방안을 검토할 예정이다.

  • 1) 1차 설문 항목 중 장비운용성, 편의성, 안전성은 내용이 유사하여 운용성으로 통합되었음