소프트웨어공학 포털 블로그: 04/03/17

2017년 4월 3일 월요일

안전성과 위험성의 관계

안전성(Safety)은 확률적인 개념으로 절대적 안전이란 존재하지 않고 상대적인 안전이 존재한다. 위험성(Risk)의 반대 개념으로 생각하여 보면 이해가 쉬운데, 매우 안전하다는 것은 위험하지 않다는 것이다.

안전성 평가는 확률 또는 정도의 개념으로 위험성에 대한 정량화하여 위험성을 제거 또는 감소하기 위한 기능이나 대책을 마련하는 위험성 평가 과정을 포함하며 여기서 나온 기능 및 대책이 안전 기능 및 안전 대책이 된다. 그림 2 는 두 개념의 관계를 보여준다.

이와 같이 안전성은 위험성을 이용하여 정의하고 정량화하여 평가할 수 있고, 안전성이란 위험성의 크기가 모두 수용 가능한 또는 허용 가능한 것만으로 되어 있는 상태라고 할 수 있다. 확률적 개념인 안전성의 수준을 안전무결성(Safety Integrity level)으로 표현할 수 있다.

안전성과 위험성에 대한 이해

1. 안전성(Safety)의 이해

안전성의 정의는 국제안전규격을 위한 가이드인 ISO/IEC GUIDE51 에 기술되어 있다. 이것에 의하면, 안전성은 ‘수용할 수 없는 위험성이 없는 것(freedom from unacceptable risk)’이라고 표현되어 있다. 직역하면, ‘수용할 수 없는 위험으로부터의 해방’이라는 정의이다. 달리 말하면, 사람 또는 재산에 대한 재해의 위험성이 허용 가능한 수준으로 억제되어 있는 상태라 할 수 있다.

이에 따라 시스템에서는 안전에 대한 개념을 1 차적 안전(Primary safety), 기능 안전성(Functional safety), 간접 안전성(Indirect safety)으로 분리할 수 있다. 1 차적 안전성은 화재, 감전과 같은 하드웨어에 의한 직접적 사고로부터의 안전성으로 정의한 것이고, 기능 안전성은 리스크 평가 측정결과에 따라서 설계과정을 통해 위험이 제거되는 장비의 안전성을 말하며, 간접 안전성은 데이터베이스 정보 에러와 같이 잘못된 정보 제공으로 일어날 수 있는 위험원으로부터의 안전성을 정의한다.

2. 위험성(Risk)에 대한 이해

일상에서 “Risk 가 있다”라고 할 때, Risk 는 ‘위험성, 일이 잘 안 풀릴 우려, 손실의 가능성’ 등을 의미할 수 있다. 산업분야에서도 적용 형태에 따라 다양하게 쓰이는데 공학, 교육, 식품(농업/어업) 관련 분야에서 Risk 는 위험, 사망, 부상, 질병 등의 의미로 사용되고 금융에서는 비용손실, 신뢰 상실, 모험, 도박 등을 의미하며, 정보통신기술에서는 정보유출, 가동중단 등의 의미를 나타내는 등 다양하게 쓰이고 있다. 산업안전보건 또는 환경분야의 경우 개념을 별도로 정의하여 ‘Risk’를 ‘위험성’, ‘위해성’으로 사용하고, 위험성은 ‘Risk’, 유해(Harm, Accident)를 일으키는 위험원은 ‘Hazard’로 구분하여 사용한다. Hazard 는 확률 개념을 포함하지 않고, 확률 개념인 Risk 의 근본 원인을 Hazard 로 표현한다. 위험을 위험성 평가는 ‘Risk Assessment’를 각각 의미한다.

그림 1 은 유해(Harm), 위험원(Hazard), 위험성(Risk)의 관계를 표현한 것으로 예를 들어, 뜨거운 물이 엎질러져 화상을 입는 경우에 뜨거운 물은 위험원이 되고, 물이 엎질러지는 상황은 위험한 상황, 그로 인해 화상을 입는 것을 유해로 예시하면 이러한 일련의 과정이 일어날 수 있는 가능성 및 결과의 심각성을 위험이라 표현하였다. 타이어 펑크로 인해 교통사고가 나거나 연료부족으로 인한 엔진 고장으로 비행기가 추락하는 경우를 생각해 보면 개념에 대한 이해를 좀더 명확히 할 수 있다.

정리하면 위험성(Risk)은 ‘유해 위험원(Hazard)이 유해(Harm)인 부상 또는 질병으로 이어질 수 있는 가능성(빈도, Probablity)과 심각성(강도, Severity)을 조합한 것’으로 정의할 수 있다. 위험성 평가는 ‘위험원(Hazard)를 찾아내어 사고 발생 확률과 사고 크기를 분석하여 그때 발생하는 영향을 정량화하여 대책을 세우는 과정’ 이라 할 수 있다. 이때 위험원(Hazard)은 정성적 기법으로 찾아내고, 위험성(Risk)의 대상인 사고발생확률과 사고 크기는 정량적 기법으로 찾아낸다.

IEC61508 기능 안전성 관련 전문 용어

Harm(피해) 사람들의 건강에 대한 물리적 부상 또는 환경/자산에 대한 물리적 피해
Hazard(위험) 피해의 잠재적 요인
Hazardous situation(위험한 상황) 하나 이상의 위험에 노출된 사람, 자산, 환경의 상황
Hazardous event(위험한 사건) 피해를 발생시키는 사건
Harmful event(유해한 사건) 피해를 발생시키는 위험한 상황 또는 위험한 사건의 발생
Risk(위험성) 피해발생의 확률과 피해의 심각도의 합
Tolerable risk(허용 가능한 위험성) 사회의 현재 가치에 기반한 주어진 상황을 반영하는 위험
Residual risk(잔여 위험성) 보호 조치를 취하고 남은 위험성
EUC risk(EUC 위험성) EUC 또는 EUC 제어 시스템의 상호작용으로부터 발생하는 위험성
Target risk(목표 위험성) 전기/전자/프로그램 가능한 전자 안전 관련 시스템과 기타 위험성 감소 조치와 함께 EUC 위험을 고려한 특정 위험에 도달하는 것을 의도하는 위험성
Safety(안전) 수용 불가능한 위험으로부터 벗어난 상태
Functional safety(기능 안전) E/E/PE 안전 관련 시스템과 기타 위험성 감소 조치의 올바른 기능에 의한 EUC 와 EUC 제어 시스템과 관련된 전체 안전의 일부
Safe state(안전 상태) EUC 가 안전에 도달한 상태
Reasonably foreseeable misuse(타당한 예비 오용) 제품, 절차 또는 서비스의 사용이 공급자에 의도대로 사용되지 않는 경우, 이는 쉽게 예측 가능한 사람의 행동으로부터 생길 수 있음.
Equipment under control, EUC(제어 되는 장비) 생산, 프로세스, 운송, 의료 또는 기타 활동에 사용되는 장비, 기계, 기관, 플랜트를 말함(EUC 제어시스템과 EUC 는 별개임)
Environment(환경) 특정 조건하에 있는 응용이나 모든 안전성 생명주기 단계에서 기능 안전에 도달할 수 있도록 하는 모든 관련 요소. 예를 들어, 물리적 환경, 사용 환경, 법적 환경, 유지 보수 환경 포함가능
Functional unit(기능 유닛) 특정 목적을 이룰 수 있게 하는 하드웨어 또는 소프트웨어(혹은 둘 모두를 포함). IEV 191-01-01 에서는 기능 유닛 대신 item(아이템)을 사용, item 에는 사람이 포함될 수 있음
Application(응용) E/E/PE 시스템보다 EUC 와 관련된 작업
Software(소프트웨어) 데이터 처리 시스템 운용과 관련된 프로그램, 프로시저, 데이터, 규칙, 그리고 관련 문서로 구성되는 지적 생산물
System software(시스템 소프트웨어) PE 시스템의 소프트웨어, 이것은 프로그램 가능한 장치 스스로 서비스를 생산하고 기능함, 응용 소프트웨어와 대비되는 개념
Configuration data(응용소프트웨어, 응용데이터, 설정데이터) 기능을 구체화 하는 PE 소프트웨어, 프로그램 가능한 장치 스스로 제공하는 서비스나 장치 스스로의 기능보다는 EUC 와 관련된 작업을 수행함
Pre-existing software(이미 존재하는 소프트웨어) 이미 존재하고 있으며, 현재 프로젝트나 안전 관련 시스템과 특별히 관계가 있지 않은 소프트웨어 요소
Data(데이터) 컴퓨터의 통신, 해석, 프로세싱을 위한 의미로 표현된 정보
Software on-line support tool(소프트웨어 온라인 지원 도구) 소프트에어 실행 시간 동안 안전 관련 시스템에 직접 영향을 줄 수 있는 소프트웨어 도구
Software off-line support tool(소프트웨어 오프라인 지원 도구) 소프트웨어 개발 생명주기의 한 단계를 지원하는 소프트웨어 도구, 실행시간에 직접 영향을 주지 못함. 소프트웨어 오프라인 지원도구는 T1, T2, T3 로 구분

T1:(데이터를 포함한)실행 코드에 직/간접적으로 기여하는 산출물을 생산하지 않음
T2:설계 또는 실행 코드에 대해 테스트 및 검증을 지원
T3:(데이터를 포함한)실행 코드에 직/간접적으로 기여하는 산출물을 생산함

Programmable electronic, PE(프로그램 가능한 전자의 (어떤 것)) 하드웨어, 소프트웨어, 입력 또는 출력 유닛으로 구성될 수 있는 컴퓨터 기술에 기반한 (어떤 것)
Electrical/electronical/programmable electronic, E/E/PE(전기/전자/프로그램 가능한 전자의 (어떤 것) 전기, 전자 또는 프로그램 가능한 전자 기술에 기반한 (어떤 것)
Limited variability language(제한된 다양성 언어) 상업적 및 산업적으로 프로그래밍 가능한 전자 제어장비를 위한 소프트웨어 프로그래밍 언어, 응용에 제한적임
Application specific integrated circuit, ASIC(주문형 반도체) 특정 기능을 목적으로 생산되고 고안된 집적 회로, 제품 생산자에 의해 기능이 정의됨(wikipedia)
PE system(PE 시스템) 하나 이상의 PE 장치로 이루어진 제어, 보호, 모니터링을 위한 시스템, 여기서 PE 장치에는 전원 장치, 센서, 입력 장치, 데이터 고속도로, 통신 패스, 액츄에이터, 기타 출력 장치 등을 포함함
E/E/PE system(E/E/PE 시스템) 하나 이상의 E/E/PE 장치로 이루어진 제어, 보호, 모니터링을 위한 시스템. 여기서 PE 장치에는 전원 장치, 센서, 입력 장치, 데이터 고속도로, 통신 패스, 액츄에이터, 기타 출력 장치 등을 포함함
EUC control system(EUC 제어 시스템) 프로세스 또는 오퍼레이터로부터 입력 받은 신호에 대한 응답을 하는 시스템. 또한, 원하는 방식으로 EUC 가 출력신호를 생성하는 시스템
Architecture(구조) 시스템에서 하드웨어 및 소프트웨어의 특정한 설정
Software module(소프트웨어 모듈) 프로시저 및 자료선언의 구성을 구조화 함. 또한, 다른 구성과 상호작용 할 수 있도록 구조화 함
Channel(채널) 기초 안전 기능을 독립적으로 구현하는 요소 혹은 요소들의 그룹
Diversity(다양성) 요구되는 기능을 수행하는 다른 방법 다양성은 물리적 방법 또는 디자인 접근방법을 다르게 함으로써 달성될 수 있음
Safety-related system(안전 관련 시스템) 아래의 특성을 갖는 시스템 - EUC 의 안전한 상태를 달성 또는 유지하는데 필요한 안전 기능을 구현함 - 시스템 자체 또는 E/E/PE 안전 관련 시스템이나 다른 위험성 감소 조치를 포함하여 요구되는 안전 기능에 대해 필요한 안전 무결성을 달성하려는 것
Other risk reduction measure(기타 위험성 감소 조치) 위험성을 감소시키거나 완화시키기 위한 조치. 이것은 E/E/PE 안전 관련 시스템과 분리되고 구분됨
Low complexity E/E/PE safety-related system(낮은 복잡도의 E/E/PE 안전 관련 시스템) 아래와 같은 특성을 갖는 E/E/PE 시스템 각 개별적인 컴포넌트의 실패 모드가 잘 정의됨 - 결함 조건에 맞는 시스템의 응답행동이 완전히 결정될 수 있음
Subsystem(서브시스템) 안전 관련 시스템의 최상위 구조 설계 결과물
Element(요소) 하나 이상의 기초 안전 기능을 수행하는 단일 컴포넌트 또는 컴포넌트의 그룹으로 구성된 서브시스템
Redundancy(여분) 요구되는 기능을 수행하기 위해 또는 정보를 표현하기 위해 하나 이상의 방법을 갖는 존재
Safety function(안전 기능) 특정 위험한 사건에 대하여 E/E/PE 시스템 또는 기타 위험성 감소 조치에 의해 구현된 기능
Overall safety function(전체 안전 기능) 특정 위험한 사건에 대하여 EUC 를 위한 안전한 상태를 달성 또는 유지하기 위한 방법
Element safety function(기초 안전 기능) 요소에 의해 구현되는 안전 기능의 일부
Safety integrity(안전 무결성) E/E/PE 안전 관련 시스템이 정해진 시간 안에 정해진 모든 조건에 맞는 특정 안전 기능을 만족스럽게 수행할 확률
Software safety integrity(소프트웨어 안전 무결성) (소프트웨어 속성에 맞는)장애의 위험한 모드에서 시스템적 장애와 관련한 안전 관련 시스템의 안전 무결성
Systematic safety integrity(시스템적 안전 무결성) 장애의 위험한 모드에서 시스템적 장애와 관련한 안전 관련 시스템의 안전 무결성
Hardware safety integrity(하드웨어 안전 무결성) 장애의 위험한 모드에서 임의의 하드웨어 장애와 관련한 안전 관련 시스템의 안전 무결성
Safety integrity level, SIL(안전 무결성 등급) 안전 무결성 값의 범위에 따라 구분된 등급. 예를 들어, 4 단계로 나누었을 때 4 단계가 가장 높고 1 단계가 가장 낮음
Systematic capability(시스템적 능력) 요소의 시스템적 안전 무결성이 특정 SIL 의 요구사항을 만족함을 보여줄 수 있는 기준
Software safety integrity level(소프트웨어 안전 무결성 등급) 안전 관련 시스템의 서브시스템으로 구성된 소프트웨어 요소의 시스템적 능력
E/E/PE system safety requirements specification(E/E/PE 시스템 안전 요구사항 명세) 안전 기능 및 그와 관련된 안전 무결성 등급을 위한 요구사항을 담고 있는 명세
E/E/PE system safety functions specification(E/E/PE 시스템 안전 기능 명세) 안전 관련 시스템에 의해 수행되어야 하는 안전 기능에 대한 요구사항을 담고 있는 명세
E/E/PE system safety integrity requirements specification(E/E/PE 시스템 안전 무결성 요구사항 명세) 안전 관련 시스템에 의해 수행되어야 하는 안전 기능의 안전 무결성 요구사항을 담고 있는 명세
E/E/PE system design requirements specification(E/E/PE 시스템 설계 요구사항 명세) 서브시스템과 요소의 관점에서 E/E/PE 안전 관련 시스템을 위한 설계 요구사항을 담고 있는 명세
Safety-related software(안전 관련 소프트웨어) 안전 관련 시스템에서 안전 기능을 구현하는데 사용되는 소프트웨어
Mode of operation(동작 모드) 안전 기능을 동작하는 방법 - Low demand mode(낮은 요청 모드): EUC 가 특정 안전 상태에 들어가기 위해서 안전 기능이 즉시 수행되어야만 하는 경우 중 연간 요청 주기가 1 개 미만인 경우 - High demand mode(높은 요청 모드): EUC 가 특정 안전 상태에 들어가기 위해서 안전 기능이 즉시 수행되어야만 하는 경우 중 연간 요청 주기가 1 개 이상인 경우 - Continuous mode(계속적 모드): 보통의 동작에서 안전 기능이 EUC 가 안전한 상태를 유지할 수 있게 하는 경우
Target failure measure(목표 장애 기준) 안전 무결성 요구사항에 대해 위험한 모드의 장애의 목표 확률 - 요청이 왔을 때 안전 기능에 대한 위험 장애의 평균 비율(낮은 요청 모드) - 위험 장애 [h-1]의 평균 주기(높은 요청 모드 또는 계속적 모드)
Necessary risk reduction(필요 위험성 감소) 위험성의 허용 가능한 범위를 초과하지 않도록 하기 위하여 E/E/PE 안전 관련 시스템 및 기타 위험성 감소 조치에 의해 달성되는 위험성 감소
Fault(결함) 요청된 기능을 수행할 때 기능 유닛의 능력이 감소하거나, 손실이 발생하는 비정상적 조건
Fault avoidance(결함 회피) 안전성 생명주기의 어떤 단계 중에도 결함을 피할 수 있도록 하는 기술 및 프로시저의 사용
Fault tolerance(결함 허용) 결함 또는 오류가 존재할 때 기능 유닛이 요청된 기능을 계속 수행할 수 있는 능력
Failure(장애) 요청된 방법 이외의 방법으로 기능 유닛 기능 또는 동작을 정상적인 제공이 멈추는 경우
Random hardware failure(임의의 하드웨어 장애) 임의의 시간에 발생하는 하나 또는 그 이상의 하드웨어 오염 메커니즘을 발생시키는 장애
Systematic failure(시스템적 장애) 설계 또는 생산 프로세스의 수정이나 동작 프로시저, 문서 또는 기타 관련 요인에 의해 제거될 수 있는 장애
Dangerous failure(위험한 장애) A) EUC 가 위험한 상태 또는 잠재적으로 위험한 상태로 들어가도록 요청 모드일 때 안전 기능이 실행되는 것을 막거나 계속적 모드에서 안전 기능이 실패하게 함 B) 필요 시 안전 기능이 제대로 동작하는 확률을 감소시킴
Safe failure(안전한 장애) A) EUC 가 안전한 상태에 들어가거나 안전한 상태를 유지하기 위해 안전 기능의 거짓 동작이 발생함 B)거짓 동작의 발생 확률이 증가함
Dependent failure(의존적 장애) 의존적 장애의 확률은 개별 사건에 대한 확률의 곱으로 나타낼 수 없음 ※ 두 사건 A 와 B 가 의존적일 때,P(A and B) > P(A)×P(B).
Common cause failure(일반적으로 발생하는 장애) 멀티 채널 시스템에서 둘 또는 그 이상의 분리된 채널의 장애가 동시발생 하는 경우, 시스템 장애 발생
Error(오류) 이론적으로 올바른 값이나 조건과 계산, 관찰 또는 측정된 값이나 조건과의 차이. 이론 값과 실측 값의 차이
Soft-error(소프트 오류) (물리 회로 자체에는 영향을 주지 않는) 데이터 컨텐츠의 잘못된 변화
No part failure(무 역할 장애) 안전 기능을 구현하는데 아무런 역할을 하지 않는 컴포넌트의 장애 ※안전 장애 비율 산정방식을 사용하지 않음
No effect failure(무 영향 장애) 안전 기능을 구현하는데 역할을 하지만 안전 기능에 직접적으로 영향을 미치지 않는 요소의 장애 ※ 안전 장애 비율 산정방식을 사용하지 않음
Safe failure fraction(안전 장애 비율) (Σλ_(Savg)+Σλ_(Ddavg))/(Σλ_(Savg)+Σλ_(Davg)) Σλ_(Savg):average of the rate of safe failure Σλ_(Dd avg): average of the rate of detected dangerous failure Σλ_(D avg): average of the rate of dangerous failure
Failure rate(장애율)
Probability of dangerous failure on demand, PFD(즉발적 위험한 장애에 대한 확률) EUC 또는 EUC 제어 시스템에서 요청 발생 시 E/E/PE 안전 관련 시스템이 특정 안전 기능을 실행할 때의 안전 비가용성
Average probability of dangerous failure on demand, PFDavg(즉발적 위험한 장애에 대한 확률의 평균) EUC 또는 EUC 제어 시스템에서 요청 발생 시 E/E/PE 안전 관련 시스템이 특정 안전 기능을 실행할 때의 평균 비가용성
Average frequency of a dangerous failure per hour, PFH(시간당 위험한 장애의 평균 발생 주기) 주어진 시간 동안 E/E/PE 안전 관련 시스템이 특정 안전 기능을 수행할 때 발생하는 위험한 장애의 평균 발생 주기
Process safety time(안전 처리 시간) EUC 또는 EUC 제어 시스템에서 장애가 발생한 시점부터 발생한 장애가 완전히 해결된 시점 사이의 시간 여기서 장애는 위험한 사건을 일으킬 수 있는 잠재적 장애이며, 장애를 해결하는 것은 위험한 사건이 발생하지 않도록 방지하는 것
Mean time to restoration, MTTR(복원 평균 시간) 복원 상태에 도달하기까지 예상 시간
Mean repair time, MRT(평균 복구 시간) 전체 복구 예상 시간
Safety lifecycle(안전 생명 주기) 안전 관련 시스템을 구현하기 위하여 프로젝트의 컨셉을 잡는 것부터 시스템이 더 이상 사용되지 않을 때 까지 포함되는 모든 필요한 활동들을 말함
Software lifecycle(소프트웨어 생명주기) 소프트웨어의 개발이 시작될 때부터 영구적으로 폐기될 때까지 발생하는 모든 활동
Configuration management(형상 관리) 포넌트에 대한 변화를 제어하고 지속성 및 추적성을 유지하는 것에 대한 규칙

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