The Improvement of maintainability evaluation method at system level using system component information and fuzzy technique

시스템의 구성품 정보와 퍼지 기법을 활용한 시스템 수준 정비도 평가 방법의 개선

Abstract

Maintainability indicates the extent to which maintenance can be done easily and quickly. The consideration of maintainability is crucial to reduce the operation and support costs of weapon systems, but if the maintainability is evaluated after the prototype production is done and necessitates design changes, it may increase the cost and delay the schedule. The evaluation should verify whether maintenance work can be performed, and support the designers in developing a design to improve maintainability. In previous studies, the maintainability index was calculated using the graph theory at the early design phase, but evaluation accuracy appeared to be limited. Analyzing the methods of evaluating the maintainability using fuzzy logic and 3D modeling indicate that the design of a system with good maintainability should be done in an integrated manner during the whole system life cycle. This paper proposes a method to evaluate maintainability using SysML-based modeling and simulation technique and fuzzy logic. The physical design structure with maintainability attributes was modeled using SysML 'bdd' diagram, and the maintainability was represented by an AHP matrix for maintainability attributes. We then calculated the maintainability using AHP-based weighting calculation and fuzzy logic through the use of SysML 'par' diagram that incorporated MATLAB. The proposed maintainability model can be managed efficiently and consistently, and the state of system design and maintainability can be analyzed quantitatively, thereby improving design by early identifying the items with low maintainability.

정비도는 정비를 쉽고 신속하게 할 수 있는 정도를 나타내는 시스템의 주요 설계 특성이다. 정비도를 고려한 시스템 설계는 무기시스템의 운용유지 비용을 줄여 주는 중요한 역할을 수행하지만, 시제품 제작 이후 정비도 평가를 통해 설계변경이 이루어지면 비용증가와 일정지연을 초래할 수 있다. 정량적 정비도 평가는 정비업무 수행 가능여부를 검증하고, 설계자가 시스템의 특성을 고려한 빠른 의사결정을 수행하여 정비성 향상을 위한 설계를 수행할 수 있도록 지원해야 한다. 기존 논문에서는 시스템설계 초기에 그래프 이론을 활용하여 정비도 지수를 산출하였으나 정비속성간 관계 값의 적절성 및 정비도 평가의 정확도에 한계가 있다. 퍼지 로직과 3D 모델링을 활용한 정비도 평가방법의 경우에는 시스템 전수명주기 동안에서의 정비도 평가를 수행하고 결과의 활용을 통해 설계통합 환경 하에서 설계개선을 신속하게 진행하고 효율적으로 정비도를 평가하고 관리하는 방법이 필요하다. 이에 본 논문에서는 모델기반 시스템공학 도구와 MATLAB이 결합된 통합환경 하에서 SysML 기반 모델링 및 시뮬레이션 기법과 퍼지 로직을 활용하여 정비도를 평가할 수 있는 방법을 제시하였다. 시스템공학도구 상에서 SysML bdd 다이어그램을 통해 무기시스템의 물리적 설계구조를 모델링하고 정비속성과 정비속성간 쌍대비교 행렬을 생성하여 정비도를 모델링하였다. 그리고 SysML의 par 다이어그램을 생성하고 MATLAB과의 연동을 통해 AHP 기반의 정비속성별 가중치 연산 및 퍼지 로직을 활용하여 정비도를 산출하였다. 본 연구결과의 활용을 통해, 일관성 있고 진화적인 정비도 모델을 효율적으로 관리할 수 있고, 시스템의 정비도 설계 상태를 정량적으로 분석할 수 있으며 정비도가 낮은 품목을 조기에 식별하여 빠른 의사결정과 설계 개선을 달성할 수 있다.

Fig. 1. Effect of maintainability on system life-cycle cost[3]

Fig. 2. Activities flow of system maintainability evaluation in the paper.

Fig. 3. Artifacts relation for evaluating system maintainability.

Fig. 4. Generation of system-level maintainability model.

Fig. 5. Block definition for Pair-wise comparison matrix

Fig. 6. Definition of constraint block for system-level maintainability model.

Fig. 7. Created instances of relative importances.

Fig. 8. Created parametric diagram for pair-wise comparison.

Fig. 9. Created parametric diagram for maintainability evaluation.

Fig. 10. Definition of triangular membership function.

Fig. 11. Created block definition diagram for OO weapon system.

Fig. 13. Created parametric diagram for OO system maintainability evaluation.

Fig. 12. Instances of relative importances.

Fig. 14. UI config and UI design for simulation (a) UI Config (b) UI Design

Fig. 15. Result of simulation.

Fig. 16. Result of MATLAB.

Table 1. Assessment of relative importance.

Table 2. Evaluation value of each attribute.

Table 3. OO weapon system configuration.

Table 4. Evaluation of maintainability attributes.

Table 5. Improvement of this paper against Yoo[6]