본 기고는 HSI(Human Systems Integration)에 대한 이해를 돕기 위하여 기본적인 소개에서부터 심도 있는 고찰까지 진행할 계획이다. 우선 1편에서는 HSI에 대한 전반적인 소개와 함께 선진국들의 발자취를 살펴보며 한국 국방 획득 환경에 도입 필요성을 고찰한다.
2편에서는 HSI를 RAM(Reliability, Availability, Maintainability)관점에서 인간이 신뢰할 수 있는 시스템을 제공하고 효과적으로 유지하는 방안으로 소개하고,
3편에서는 우주환경에서의 효율적 임무 수행을 위한 HSI 적용방안, 4편에서는 HSI의 제도적 뒷받침을 위한 체계적인 평가 사례인 HRA(Human Readiness Assessment)에 대하여 다룬다.
“…획득과정의 참여자들이 본인이 인간이기 때문에 HSI 위험을 식별하고 완화 전략과 솔루션을 구축하는 것을 누구나 할 수 있다고 주장한다.… 많은 엔지니어와 설계자가 자신이 인간이고, 설계 방법을 알고, 논리적이라해서 인간 공학을 할 자격이 있다고 생각한다…”
미 육군 최초 MANPRINT(Manpower and Personnel Integration) 수석이사로서 HSI분야의 선구적인 전문가인 Harold R.Booher는 「Handbook of Human Systems Integration」에서 HSI에 대한 획득 절차 참여자들의 편견을 해로운 통념이라고 지적하였다. 지금도 ‘인간 중심의 군수품 설계’, ‘인간을 시스템에 통합해야 한다’는 주장에 대해서 이미 하고 있다거나, 제도 변화없이 현재 담당자가 하면 된다는 반응은 주변에서 쉽게 볼 수 있다. 이러한 실수를 반복하지 않기 위하여 본 기고를 통해 HSI를 이해하고, 그 필요성을 공감하며, 지혜를 모아 더 나은 국방 획득 환경을 함께 만들어 나가길 기대한다.
인간 시스템 통합(Human Systems Integration)
HSI는 DoDD 5000.01 및 DoDI 5000.95에서 시스템의 설계, 개발, 운영 및 유지보수 단계에서 인간의 능력과 한계를 고려하여 전체 시스템 성능(TSP, Total System Performance)의 최적화를 목표로 하는 종합적이고 다학제적인 접근 방식이라고 정의한다. 쉽게말하면 시스템 전체의 성능을 하드웨어, 소프트웨어, 인간 능력의 합으로 여기고(그림 1(a)), 인간과 기술의 통합 모델을 통해 획득 프로세스에서 전체 시스템 성능 최적화가 이루어지는 것이다(그림 1(b)). 예를 들어 사람이 한손으로 들 수 있는 최대 무게가 6kg이라면(한계, limitation), 제품의 무게는 5kg을 초과하지 않도록(제약, constraints) 설계를 제약하거나, 사용자의 능력(capability)에 따라 행동유도(affordance)를 통해 최적화된 시스템의 성능을 구현할 수 있다.
그림 1. (a) 전체 시스템의 성능, (b) 성능 최적화 모델(O'Neil(2014))
미국은 1980년대부터 육군의 MANPRINT를 시작으로 시스템에 인간(human)을 통합하는 개념을 도입하기 시작하였으며, 2003년에는 의회에서 HSI를 국방획득 절차에 포함하도록 지시하였다. 이를 반영하듯이 미 획득절차 내에서는 DoDD 5137.02 및 DoDI 5000.88에 따라 프로젝트를 수행하는데 필요한 기술 활동을 보완하는 구성요소로서 특수공학(Specialty Engineering)을 활용하도록 명시하고 있는데, HSI를 신뢰성(Reliability and Maintainability), 품질(Quality and Manufacturing), 시스템 안전(System Safety), 부품관리(Part Management), 소프트웨어 공학(Software Engineering)과 더불어 총 6개의 특수공학 중 하나의 영역으로서 적용을 요구하고 있다.
HSI와 같이 시스템에 인간을 통합하는 프로그램은 여러 가지 이름으로 불리기도 하는데, 미육군은 MANPRINT, 해군은 SEAPRINT, 공군은 AIRPRINT 또는 영국에서는 HFI를 HSI와 동일한 개념의 프로그램으로 사용하고 있다.
그림 2. 미국 군별 HSI 프로그램(a,b,c) 및 군별 HSI 정책 흐름(d)
(a: MANPRINT, b: The Manning Affordability initiative in the US Navy, c: AIRPRINT)
HSI의 7개 도메인
HSI는 시스템 엔지니어링 프로세스 및 프로그램 관리를 위한 도구로서, 여러 분야의 도메인으로 구성되는데, 국가 및 프로그램 주체에 따라 도메인의 영역은 차이가 있을 수 있다(표1). 예를 들어, 미국방부 획득 절차에서는 7개의 도메인을 구성하고 있으며, 이에 대한 요구 사항, 개념 및 리소스에 대한 통합적이고 종합적인 분석, 설계 및 평가를 통해 인간중심의 시스템을 구현한다.
* 미 국방부 획득절차의 7개 도메인 : 인간요소공학(Human Factors Engineering), 인력(Manpower), 인사(Personnel), 훈련(Training), 안전 및 작업보건(Safety and Occupational Health), 병력보호 및 생존성(Force Protection and Survivability), 그리고 거주성(Habitability)
그림 3. HSI의 7개 도메인
이러한 7개의 도메인은 도메인 내부, 도메인간, 도메인을 넘어 다른 엔지니어링 분야간의 트레이드 오프를 통해 주요 결정과 대안평가가 이루어진다. 국방 계약 단계에서 HSI의 업무 식별 및 수행을 위해서는 SAE 6906 표준을 따르도록 되어있는데, 해당 표준에 따른 각 도메인의 정의는 다음과 같다.
1. 인력(Manpower)
인력 영역은 특정 업무를 수행하는 데 필요한 총 인력 또는 직책 수를 다룬다. 작업 요구 사항에 따라 색인화되며, 해당 작업의 수행에 필요한 인력에 대한 설명과 시스템을 운영, 유지 관리, 교육 및 지원하는 데 필요한 인력 수를 다룬다.
2 인사(Personnel)
인사 영역은 직무를 적절히 수행하는 데 필요한 인간의 적성(즉, 인지, 신체 및 감각 능력), 지식, 기술, 능력 및 경험 수준과 자재 및 정보 시스템을 교육, 운영 및 유지하는 데 필요한 경험 수준을 다룬다.
3 훈련(Training)
시스템 운영, 유지 관리 및 지원을 위한 인력 교육에 사용되는 장비를 포함하여 교육에 대한 정책, 프로세스 및 기술, 교육 보조 도구, 장치, 시뮬레이터 및 시뮬레이션, 계획 및 프로비저닝을 다룬다.
4 인간요소공학(HFE)
최소한의 비용과 인력, 기술 및 교육 수요로 효율적이고 효과적이며 안전한 시스템 성능을 달성하기 위해 시스템 또는 장비 설계 및 개발에 인간의 능력과 한계에 대한 지식의 적용을 다룬다.
5 거주성(Habitability)
거주성 영역은 접안 및 위생과 같이 물리적 환경에 따라 달라지는 직원 요구 사항을 충족하는 데 중점을 둔 시스템의 특성을 다룬다.
6 병력보호 및 생존성(FP/S)
적의 공격 가능성, 탐지 가능성, 공격받을 확률을 줄이고 시스템 손상과 병사 부상을 최소화할 수 있는 시스템의 특성을 다룬다.
7 안전 및 산업보건(SOH)
운영자 또는 유지보수자의 급성 또는 만성 질병, 장애, 부상 또는 사망 위험을 최소화하고, 의도된 운영 환경에서 시스템을 운영, 유지보수 또는 지원하는 직원의 업무 수행 능력과 생산성을 향상시킬 수 있는 시스템 설계의 특성을 다룬다.
HSI의 혜택
HSI의 이점으로 가장 널리 인용되는 사례는 코만치 헬리콥터 프로그램으로서, HSI를 적용하여 44:1의 투자수익률(Return on Investment, ROI) 및 20년간 91명의 사망자와 116명의 장애 부상을 방지할 수 있었던 것으로 알려져 있다. 이 외에도 군수품의 HSI 적용에 따른 비용 혜택 사례를 Table 2에 나타내었다.
Table 2의 사례 가운데, 미국회계감사원(Government Accountability Office, GAO)에서는 HSI에 대한 해군 함정을 주축으로 한 인력 절감 효과를 보고하면서, 이를 다른 시스템으로 확대 적용해야한다고 제안하였다. 또한 미 공군에서도 HSI 평가 프로세스를 통해 승무원 수를 절감하는 것을 포함하여, 총 30억 달러 이상의 수명주기 비용 절감 효과를 언급하였다. 더불어 HSI에 대한 관심이 원격조종 또는 무인차량으로 이어지고 있는데, 무인항공기 사고에 대한 원인으로서 HF(Human Factor)를 강조하거나, IMPRINT(Improved Performance Research Integration Tool)모델을 사용하여 UAV 관련 운영자의 작업부하에 대한 평가를 제안하기도 하였다.
한편, 이러한 HSI를 도입하는데 드는 비용은 설계 비용의 0~8%, 개발 비용의 0.5~6% 수준으로 알려져 있으며, 미 공군 핸드북에서는 총 시스템 획득 비용의 2~4.2%를 차지지만, ROI는 40~60배에 이른다고 보고하고 있다. 이때, 효과를 극대화하기 위해서는 전체 비용의 85%이상이 결정되는 초기 개념 및 설계단계에서 HSI의 적용이 필수적이다.
맺음말
국방분야에서 군수품과 연계된 연이은 사고와 재난이 끊이지 않고 있다. 각 기관에서는 군수품을 신규로 개발하고, 개선하는 과정에서 사용자 편의성과 안전 확보를 위한 다양한 시도를 통해 사고 예방을 추진하고 있다. 그러나 단편적인 기술의 적용이나 개별 사업 단위의 관리만으로 이러한 문제를 근본적으로 해결하기 어렵다.
궁극적으로 획득 프로세스 전반에서 ‘운용하는 인간’을 중심에 두는 사고방식이 필요하며, 이를 구현하는 핵심 개념이 바로 HSI이다. HSI는 단순한 ‘인간공학’ 또는 ‘시스템 안전’을 넘어서 운용자 효율성, 안전, 시스템 전반의 효과성을 극대화하는 개념이다. 따라서 HSI의 체계적이고 지속적인 적용을 위해 한국 국방 획득 체계에서도 이의 도입을 위한 정책적·제도적 기반이 마련되어야 한다.
이를 위해 감항인증, 시스템안전, 신뢰성, 첨단기술 분야에서 업무를 수행하고 있는 국방기술품질원을 필두로 국방부, 방위사업청 및 각 군의 적극적인 관심과 지원이 필수적이다. HSI 정착은 시대 흐름에 따른 단순한 선택이 아니라, 국방 획득 체계를 근본적으로 혁신하고 군수품의 안전과 운용성을 높이는 필수적인 변화가 될 것이므로, 한발 앞선 선제적인 대응 전략을 조직적으로 준비해야할 때이다.
- 1) INCOSE
- 국제 시스템공학 협회(International Council on Systems Engineering)
- 2) IEEE SMC
- IEEE(Institute of Electrical and Electronics Engineers) 시스템,인간,사이버네틱스 학회(Systems, Man and Cybernetics Society)
- 3) ACM
- 국제 컴퓨터학회(Association for Computing Machinery)
- 참고문헌
-
- 1. Balckwood et al., “MANPRINT(Manpower and Personnel Integration program) primer", ADA197681, 1988
- 2. DoD Directive 5000.01 "The Defense Acquisition System", 2022
- 3. DoD Instruction 5000.95 "Human Systems Integration in Defense Acquisition", 2022
- 4. U.K. Ministry of Defence, “Human Factors Integration for Defence Systems Part 1: Directive”, JSP 912, 2021
- 5. Office of the Under Secretary of Defense for Research and Engineering, “Human Systems Integration Guidebook”, 2022
- 6. SAE International, SAE 6906 “Standard Practice for Human Systems Integration”, 2023
- 7. DoD Directive 5137.02 “Under Secretary of Defense for Research and Engineering(USD(R&E))”, 2020
- 8. DoD Instruction 5000.88 “Engineering of Defense Systems”, 2020
- 9. Office of the Under Secretary of Defense for Research and Engineering, “Systems Engineering Guidebook”, 2021
- 10. Harold R. Booher, “Handbook of Human System Integration”, John Wiley and Sons, Inc., 2003
- 11. Harold R. Booher, “Human Factors Integration: Cost and Performance Benefits on Army Systems”, ARL-CR-341, 1997
- 12. Australian Government Department of Defense, “Human Systems Integration is worth the money and effort! The argument for the implementation of Human Systems Integration processes in Defence capability acquisition”, 2010
- 13. Nicholas Hardman and John Colombi, "A Mapping from the Human Factors Analysis and Classification System (DODHFACS) to the Domains of Human Systems Integration (HSI)", Air Force Institute of Technology, NOV 2009
- 14. Hewitt, G. “Human factors assessments in investment analysis: Definition and process summary for cost, risk, and benefit”, Federal Aviation Administration, 2003
- 15. U.S. Air Force, “Air Force Human Systems Integration Handbook”, AFD-090121-054, 2009