[시스템 엔지니어링] 비용 효율성에 대한 고려 사항

 

SEH 2.5 Cost Effectiveness Considerations - NASA

 

비용 효율성에 대한 고려 사항 

요약

비용을 줄이고 효율을 높이기 위해서는 초기 단계에서 방향성을 잘 잡아야합니다.

이를 위해서는 최대한 생애주기의 앞단계에서 시스템을 철저하게 분석해야하고,
솔루션의 대안들을 선택할 때, 각 대안들의 속성을 파악하고 그 중 이해관계자들의 만족을 극대화시킬 수 있는 것을 택해야합니다.

 

시스템 엔지니어의 딜레마 

엔지니어들은 안전하고 효율적인 시스템을 만드는 것에 관심이 많습니다. 

그러기에 엔지니어들은 프로덕트의 성능, 예산, 일정, 발생 가능한 위험을 고려하며 비용 효율적인 제품을 만들기 위해 엔지니어링을 수행합니다.

하지만 효율과 비용을 모두 함께 고려된 시스템을 만드는 것은 어렵습니다.
저렴하면서도 아주 좋고 그리고 안전한 제품을 만드는 상황이 어디 쉬운가요?

 

따라서 우리는 모두 솔루션을 설계 할 때, 다음과 같은 <시스템 엔지니어의 딜레마>에 직면합니다.

1. 위험도를 그대로 하고 비용을 낮추려면, 성능을 낮추어야 한다.
2. 비용은 그대로 하고 위험도를 낮추려면, 성능을 낮추어야 한다.
3. 성능을 그대로 하고 비용을 낮추려면, 위험도가 높아지는 것을 수용해야 한다.
4. 성능을 그대로 하고 위험도를 낮추려면, 비용이 커지는 것을 수용해야 한다.
* 시간은 중요 자원이므로 일종의 비용으로 여겨야한다.

 

따라서 시스템 디자인은 단순한 것이 아닙니다. 

위험도와 비용 그리고 성능이라는 3가지 요소가 마치 제로섬 게임을 하듯 어느 하나가 올라가면, 내려가는 속성이 존재하기 때문입니다.

 

그렇다면 그러한 속성들을 고려하며 설계하는 방법은 없을까요?

 

트레이드 스터디 설계

이를 위해 시스템 엔지니어링 프로세스에서는 Trade Study라는 것이 있습니다.
이는 Trade-off 관계에 있는 여러 대안들이 존재할 때, 비용과 효율성을 고려하여 최적의 조합을 할 수 있도록 선택할 수 있도록 돕습니다.

 

에어 택시

예로 이런 상황이 들어봅시다.

 

클라이언트가 에어택시를 위한 기계를 만들어달라고 요청합니다.

이 상황에서 엔지니어는 에어택시를 위한 폼팩터를 조사하고 결정해야겠죠?

 

하늘을 날 수 있는 기계가 여럿 있지만, 제트기, 프롭기, 헬리콥터, 이 3가지의 대안을 가져왔습니다. 

에어택시의 기구 설계 형태

 

아시다싶히 각각의 폼팩터는 장단점이 명확합니다.

 

제트기는 빠르지만 비용이 높습니다.

프롭기는 상대적으로 느리고 저렴합니다.

반면 헬리콥터는 이 중 제일 저렴하지만 제일 느립니다.

속도가 빠르면 비싸고 저렴하면 속도가 느리니, 이들을 Trade-off 관계에 있다고 부릅니다.

 

따라서 이런 Trade-off 상황에서 적합한 에어택시 폼팩터를 고를 수 있도록 도와주는 것이 트레이드 스터디 프로세스(Trade studies)입니다.

 

트레이드 스터디는 이런 대안들에 대해 여러 속성들이 존재할 때, 가격, 승객수, 유지비용 등과 같은 기준을 설정하고
이에 대해 시스템의 비용을 산정하고 영향정도 평가하고 대안들의 순위를 매기는 방식으로 최적의 선택을 돕는 과정을 일컫습니다.

 

자세한 트레이드 스터디 방법에 대해서는 다른 글에서 다루도록 하겠습니다.

 

생애주기 비용 영향도

누구든 컨셉과 설계가 프로덕트를 만드는 것에 있어 가장 중요한 단계라는 것을 알고 있을겁니다.

아래 그림은 컨셉부터 운영단계까지 각 단계를 수행하는 데에 사용되는 전체 생애 주기 비용과 그 생애주기 단계가 얼마나 비용적으로 하는지를 나타냅니다.

초기 의사결정 단계부터 생애주기 비용 영향도(미국 Defense Acquisition University)

예로, 설계 단계의 경우를 보면, 전체 프로젝트 프로세스 중 수행되는 정도는 15%에 불과합니다.
하지만 전체 생애주기 중 차지하는 비용 정도는 75%나 됩니다. 

 

다시 에어택시로 돌아가봅시다.
설계 단계에서 단순 제작 가격 때문에 폼팩터를 헬리콥터를 선택습니다. 에어택시용 헬리콥터를 개발하고, 마지막으로 통합/시험단계에서 "50명을 수용해야한다"라는 시나리오를 맞닥뜨린다면 어떨까요? 불가능한 사항이므로 전환에 따른 엄청난 비용이 발생합니다. 이미 구매한 물품, 연구결과물들, 헬리콥터 개발 엔지니어 등 여러 자원에 대한 비용이 엄청나죠.

 

즉, 프로덕트를 설계하는 시간은 적지만 그것이 후속 프로세스에 영향 주는 정도는 막대하다는 의미입니다.

 

잘못된 결정은 비용을 상승시키고, 어쩔 때는 돌이킬 수 없는 결과를 낳기도 합니다. 따라서 이것을 막기 위해서는 요구사항 분석을 철저히 하고, 발생 가능한 문제점들을 파악하고, 솔루션을 위한 여러 대안들의 속성을 비교하는 부분이 반드시 선행되어야하는 것이죠.

 

그래서 이를 위해 NASA에서 사용되는 의사결정 분석기법에 아까 언급한 트레이드 스터디(trade studies), 비용 편익 분석 (Cost–benefit analysis), 영향력 다이어그램(influence diagrams), 결정 트리(decision trees), 계층화 분석법(analytic hierarchy process), 보르다 계산법(Borda counting), 유틸리티분석(utility analysis)가 있습니다.

 

이에 대한 자세한 방법론은 아래 링크를 참조해주세요.

https://ntrs.nasa.gov/api/citations/19950012517/downloads/19950012517.pdf