노후 무기체계의 성능 저하 및 고장률 증가를 고려하여 최적의 성능개량 시점과 효과를 결정하기 위한 정량적 의사결정 모형 수립의 필요성 및 연구 방향 doc_id PCY_201711210220543141_1

최근 주변국의 군사력 보강이나 잦은 국경 분쟁 등으로 긴장이 고조되고 있다. 특히 중국, 일본 등은 신형 전투기 및 함정을 연이어 건조하여 실전배치함에 따라 우리나라에 대한 압박이 심해지고 있다. 그러나 현 상황에서 도태시기에 가까운 많은 무기체계를 대신하기 위해 신형 무기체계를 개발･도입하는 것은 자원 및 시간상 부담이 매우 크다. 이에 반해 성능개량은 실패의 위험이 적고 도입기간이 상대적으로 짧으며 소요되는 자원도 적기 때문에 효과적인 전력 증강의 수단으로 세계적으로 널리 고려되고 있다.[1] 무기체계를 성능개량 하기 위해서는 대상 체계에 대한 전투효과 및 비용을 고려한 복합적 의사결정 기준이 필요하나 현재 성능개량 규정 및 절차가 정립되어 있는 데 반해 이에 대한 구체적인 판단기준 및 근거는 부족한 실정이다. 큰 비용, 급변하는 전장 및 주변환경, 그리고 여러 평가요소들이 수빈되는 점을 고려하여 군의 전투력 차원에서 과학적이고 객관적인 의사결정 체계의 수립이 매우 필요하다. 둘째는 성능개량 주기이다. 성능개량 주기 결정이란 향후 설치할 체계를 대상으로 사용 중 성능부족이나 고장률 증가 등으로 인하여 저하될 전투효과를 다시 높이고자 할 때, 미래 얼마의 주기마다 개량을 수행하는 것이 최적인가를 결정하는 문제이다. 많은 경우 체계 설치비 및 사용 중 발생하는 제반 운영비와 부대/야전/창/수리 등의 정비비용을 포함하는 목적함수를 중심으로 최적 성능개량 주기를 결정한다. 본 연구의 문제는 이와는 다르게 현재의 체계를 이미 상당기간 사용 중에 있으며 성능상의 문제 또는 잦은 고장으로 인한 가용도(availability) 저하 및 비용 증가 등이 (다소) 심각하게 우려되는 이유로 성능개량 소요가 제기되는 상황을 가정한다. 또한 급변하는 전장 및 기술환경 측면에서 동일한 주기가 반복되기보다는 계속 성능개량 없이 현 체계를 유지할 것인가 또는 현재 이후 어느 시점에서 성능개량을 실시함이 최적일까를 결정하는 문제로 정의한다. 성능개량 의사결정 모형의 또 다른 접근은 정량적 평가요인들을 중심으로 한 수리적 모형 수립이나, 이 역시 직접적인 성능개량보다는 장비의 예방정비 및 수리를 통한 경제적 수명 예측이나 교체정책을 수립하고자 하는 접근이 많다. 이들 중 일부는 다음과 같다. 문태동과 강성진(2002)은 K1A1 전차에 대하여 경제적 수명을 결정하기 위한 연구를 수행하였다. 이에 수반되는 투자비와 운영유지비를 각각 PRICE H와 PRICE HL를 이용하여 산출하였으며 자본회수 측면에서의 연간등가를 최소화하는 기간을 경제적 수명으로 결정하였다. 장비의 예방 정비 모형과 관련한 기본적인 연구로는 Barow와 Hunter(1960)의 사용시간을 기준으로하는 모형(TBM: Time Base Model), Park(1979)의 수리횟수 중심의 FNB(Failure Numbers Based) 모형, 그리고 Nakagawa(1981)가 제시한 장비의 고장시 수리가능 확률이 매회 평균적으로 일정한 FNBM(p) 모형 등을 들 수 있다. 성능개량 결정을 위한 한 가지 접근은 정성적 평가요소들을 계층적으로 체계화한 의사결정 모형 수립이나 직접적인 성능개량 목적의 연구는 많지 않은 편이며 포괄적인 무기체계 획득의 절차나 대안 (국외도입, 기존무기체계의 성능개량, 신규연구개발 등) 선택을 위한 연구의 형태로 진행하였다.[2]-[5]) 이들은 다요소 의사결정 방법인 단순가중치법(SAW: Simple Additive Weighting), AHP(Analytic Hierarchy Process), 그리고 TOPSIS(technique for order performance by similarity to ideal solution) 기법 등을 이용하였다. 또한 김성배･이주형(1993)은 전술기의 전자분야 성능개량을 중심으로 성능개량 사업으로 기대되는 작전운용, 운용유지비용 절감, 기술축적 등의 효과를 위해 어느 정도의 비용부담이 경제성 있는지를 판단하는 방법론을 제시하고자 하였다. 본 연구에서의 성능개량 의사결정 문제에 대한 명확한 이해를 돕기 위하여 다음과 같이 특성들을 요약한다. 첫째는 대안 (alternative)의 문제이다. 일반적으로 성능개량을 위한 의사결정시 비교될 수 있는 대안들을 중심으로 고려하는 경우가 대부분이다. 대표적인 대안들로는 현 체계 유지, 신규체계구입, 체계개발(국내, 국외), 기술이전 등이 나열될 수 있다. 즉, 현재 사용 중인 (부)체계를 포함한 대안들을 중심으로 효율성(비용, 전투력 등)을 비교하여 그중 최적이라 생각되는 대안을 선택하는 방법으로 의사결정을 수행한다. 그러나 소요군의 입장에서 아직은 대안의 고려 단계가 아니며 현 체계에 대하여 성능, 유지비용, 기타 세계적인 기술 및 성능 동향에 대한 정보만 가지고 있는 실정이다. 즉, 주요 규격, 성능 및 비용 등을 포함한 보다 구체적인 대안은 소요군의 성능개량 시행에 대한 결정 후, 보다 상위 단계의 본격적인 분석 과정에서 고려될 것이다. 이 결과를 통하여 창정비 이후 정비비용이 지수적으로 증가함을 알 수 있으며, 특히, 2차 창정비 이후의 기울기가 매우 가파름에 주의하자. 이렇듯 시간에 따른 고장률은 일정하다 보기 어려우며 특히 오랜 기간 사용 중인 체계에 있어 고장률의 증가가 뚜렷하다 할 수 있다. 정비비용과 관련한 또 한 가지 중요한 사항은 고장발생 시 교체가 요구되는 부품의 수급 문제이다. 많은 경우, 특히 레이더와 같은 전자장비의 경우 대부분 외국에서 도입, 설치된 경우이며 설치 시점이 오래되고 해당 부품이 단종되어 더 이상 공급되지 못하는 경우가 발생된다. 이 경우 부품 획득을 위해 전 세계를 대상으로 수배할 수 있으며 상당한 기간이 소요되어 체계 가용도에 치명적일 수 있다. 추가로 구입비용 또한 정상가격의 5배, 10배 이상이 소요되어 운영예산 상의 큰 부담이 될 수 있다. 이상의 고장률 증가와 부품 단종의 문제들을 모형에 포함하도록 한다. 가용도란 고려 기간 중 체계가 운영 가능한 시간의 비율로 신뢰성 분야에 있어 중요한 위치를 차지한다. 특히, 체계의 전투준비상태를 평가해주는 중요한 지표로서 군업무 특성상 높은 가용도의 유지는 필수이다. 가용도의 종류에는 고유가용도(inherent availability), 성취가용도(achieved availability) 그리고 운영가용도(operational availability) 등이 있다. 이들 중 운영가용도는 종합군수지원(ILS: Integrated Logistics Support) 측면의 최적운영을 위한 지표로 매우 중요하나 실제적인 파악이 어렵다. 또한 성취가용도 계산에 수반되는 부대정비 및 창정비 시간은 규칙적인 예방정비로 기간 중 발생하는 정비횟수와 매회 정비 소요시간의 곱으로 쉽게 계산되며, 처음 체계 획득 시 가용도에의 영향을 고려하여 계획된다. 고장수리 또한 초기획득 시 고려됨이 일반이나 오랜 기간 사용 중인 체계의 경우 처음 계획과는 달리 예상치 못하게 불규칙적으로 고장이 자주 발생할 수 있다. 수리 시간은 매회 다르고 때에 따라서는 매우 길 수가 있다. 이러한 예상 밖으로 잃어버리는 시간으로 인한 가용도에의 영향은 처음 계획과 다를 수 있다. 다섯째, 본 연구에서 추가적인 고려사항은 고려기간과 돈의 시간가치 개념 등 이다. 매회 발생하는 정비비용이나 수리비용 그리고 미래 성능개량에 예상되는 비용 등은 동일한 내용에 대해서도 발생시점에 따라 다르거나 증가한다. 인플레이션, 이자율 등과 관련한 돈의 시간가치 때문이다. 그러나 본 연구에서는 모델 수립에 있어 이들에 대한 명확한 고려는 생략하고 시점과 관계없이 일정하다고 가정한다. 이상의 특성들을 고려하여 본 연구에서의 모델 수립을 위한 문제를 다음과 같이 설정한다. 즉, 고려 중인 무기체계/부체계는 최초 설치된 이후 이미 상당 기간 사용 중에 있으며, 이 분야의 기술발전 추이와 체계 수명주기에 따른 상대적인 성능상의 저하 문제점과 노후화에 따른 고장률 증가 및 이로 인한 수리 및 정비 비용의 증가 문제 등이 심각하게 경험되고 있거나 조만간 예상되는 상황이다. 소요군에서는 대상 체계에 대하여 성능개량을 하는 것이 효과적인지, 개량할 경우 어느 시점에서 실시함이 효과적인지를 결정하고자 한다. 이를 위한 비용 및 성능을 포함하는 정량적인 통합효과 최적화 모형을 개발하고자 한다.