STPA를 활용한 ISO 26262 기반의 안전분석 체계수립 :Applying STPA to Establish a Safety Analysis System based on ISO 26262

도성룡

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자료유형: 학위논문

저자정보: 도성룡 (상명대학교, 상명대학교 일반대학원)

지도교수: 한혁수

발행연도: 2016

저작권: 상명대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.

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초록· 키워드

최근에 의료, 우주, 자동차, 철도, 항공, 원자력 등 모든 산업군에서 전기전자제어시스템이 증가하고 있다. 특히, 자동차 산업은 연비와 안전에 대한 법규가 강화되고, 고객의 첨단 기능 요구 증가에 따라 기존의 기계 중심이 아닌, 전기전자제어시스템 중심으로 급변하고 있다.
하지만 전기전자제어시스템의 증가는 차량 내 설계 복잡도를 급격하게 높였고, 시스템의 전체적인 오동작을 증가시켰다. 이처럼 시스템의 오동작에 따른 안전사고가 새로운 이슈로 부각되고 있다.
이에 2011년 IEC 61508을 기반으로 자동차 부문의 특화된 ISO 26262 기능안전표준을 제정하였다. ISO 26262 기능안전표준은 컨셉부터 운용/폐기 단계까지의 요구사항 분석, 설계, 테스트 등의 엔지니어링 기법과 시스템의 오동작 및 Hazard 식별 등 안전분석 기법을 제시하고 있다. 대표적인 안전분석 기법으로 PHA(Preliminary Hazard Analysis), HAZOP(HAZard and OPerability), FMEA(Failure Mode and Effect Analysis), 그리고 FTA(Fault Tree Analysis)가 있다. 하지만 기존 기법은 연속적인 이벤트로 인과관계를 구성하는 Chain of Event 모델 방식이기 때문에, 현대의 복잡한 시스템간 상호작용에 따른 실패를 다루기에는 한계가 있다.
이러한 한계를 극복하기 위해 MIT의 STAMP(System Theoretic Accident Model and Processes) 모델 기반의 STPA(System Theoretic Process Analysis) 기법 적용이 필요하다.
본 연구에서는 ISO 26262의 컨셉/시스템/소프트웨어의 안전 요구사항 개발을 위한 STPA를 활용한 안전분석 체계를 제시한다. 이를 위해, 시스템의 동작 과정 정의에 유용한 UseCase 기술서와 STPA 1단계를 적용한 Hazard 식별방안을 제시한다. 또한 기존 FMEA/FTA와 STPA 2단계 기반의 원인분석 방안을 제시한다. 본 연구의 효용성을 검증하기 위해 차량의 스마트키 시스템 사례를 제시하고, 기존 기법과의 비교 결과를 제시한다.
본 연구를 적용하는 조직은 시스템 개발 초기에 Hazard 및 안전 요구사항을 충분히 식별할 수 있다. 결과적으로 시스템 품질을 높일 수 있을 것으로 기대한다. 추가적으로, ACU(Airbag Control Unit), TMS(Transmission Management System) 등 자동차 분야의 복잡한 타 시스템 적용 및 PHA, SWHA(SoftWare Hazard Analysis) 등 타 기법과의 비교가 필요하다.

Recently, electrical and electronic control systems have increased in all industries including the medical, aerospace, automotive, railway, aviation, and nuclear power industry, etc. Especially in the automotive industry, with stronger regulations on fuel efficiency and safety, along with higher consumer demands for advanced technology, automotive systems are rapidly changing from machine-centered systems to electrical and electronic control systems.
However, the increase in electrical and electronic control systems has dramatically heightened the level of complexity in vehicle designs, which also resulted in higher rates of system malfunction. Thus, safety accidents due to such system malfunction has now emerged as an important issue.
To tackle this issue, the ISO 26262 functional safety standard for the automotive industry was enacted in 2011, with its basis on IEC 61508. ISO 26262 presents engineering methods for the whole development process, from the concept phase to operation and decommissioning phase, including specific methods for requirements analysis, design, and test. It also provides guideline on safety analysis techniques for identification of system malfunction and hazards throughout the process. The most commonly used safety analysis methods are PHA, HAZOP, FMEA and FTA. However, as such existing methods are Chain of Event models where connected events establish cause and effect relationships, these methods can be insufficient in analyzing the potential failure of component interaction which can be found in complicated control systems.
It is therefore necessary to apply the STPA method based on MIT''s STAMP Model in order to overcome such limitation.
This research aims to provide a safety analysis system applying STPA, used for the development of safety requirements in the concept, system and software development phase, based on ISO 26262. For this, a hazard identification method that applies the Use case description, used to define the operation procedure of the system, and STPA step 1 is introduced. Then in the second goal, the cause analysis method based on FMEA/FTA and STPA step 2 is presented. A case study on the Smart Key Control System in vehicles is introduced, and the new method is compared to the other existing methods so as to demonstrate the effectiveness of this study.
An organization applying the method introduced in this study could sufficiently identify hazards and safety requirements in the early stage of system development. This is also expected to improve the quality of the system. Moreover, we also plan to develop this study further for application on other complicated control systems like ACU, TMS etc., and to compare it with other safety analysis methods including PHA, SWHA.

#STPA #Safety Analysis #ISO 26262

1. 서론 1
2. 이론연구 5
2.1. 자동차 개발 프로세스 5
2.2. 자동차 부품개발 프로세스 8
2.3. ISO 26262 기능안전 표준 9
2.4. 안전분석 기법 14
2.5. Chain of Event 모델기반의 안전분석 기법 17
2.6. 시스템 이론에 기반한 안전분석 기법：STPA 23
3. 기존 연구 및 연구 목표 28
3.1. 기존 연구 28
3.2. 연구 목표 33
4. STPA를 활용한 ISO 26262 기반의 안전분석 체계 35
4.1. 안전분석 프로세스 정의 35
4.2. 안전분석 프로세스 적용 가이드 48
5. 적용 사례 및 연구 효과 50
5.1. 적용 대상 : 스마트키 시스템 50
5.2. 스마트키 시스템 적용 사례 51
5.3. 연구 효과 66
6. 결론 및 향후 계획 75
용어정의 77
참고문헌 79
ABSTRACT 82

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