FMEA, HAZOP, STPA

Ⅰ. 안전한 시스템 개발을 위한 시스템 위험분석의 개요

가. 위험분석의 개념

- 시스템 내의 위험 요소를 평가하는 분석 방법으로, 시스템 안전 프로그램의 초기 단계에서 주로 사용

 

나. 위험분석의 필요성

시스템 대형화	자율주행, 로봇	전통적 기법
복잡도 증가	스마트시티	FMEA, HAZOP
Mission Critical	스마트팩토리	STPA
필요성	도메인	안전성 기법

- 중요도와 복잡도가 증가하는 SW 기술 발전에 대응 가능한 안전성 기법 고도화 필요

 

Ⅱ. 전통적 위험 분석 기법 FMEA와 HAZOP의 특징 및 한계점

가. FMEA와 HAZOP의 특징

항목	FMEA	HAZOP
개념	- 시스템 구성하는 서브시스템이나 기능에서 발생하는 고장모드(Failure Mode)가 시스템에 미치는 영향 분석하는 기법	- 시스템이나 프로세스의 가능한 모든 이탈상황(Deviation) 도출하여 시스템의 위험 정성적으로 분석하는 기법
절차	1) 분석 대상 및 범위 정의 2) 고장모드 도출 3) 고장모드 분석 4) 영향 분석 5) 권고사항 도출	1) 분석 대상 및 범위 정의 2) 이탈상황 도출 3) 이탈상황 분석 4) 영향 및 발생원인 분석 5) 위험도 평가
분석 기법	정성적, 반정량적	정성적
분석 대상	시스템 하드웨어 중심	시스템 프로세스 중심
분석 초점	개별 부품 및 하위 시스템 고장	시스템 전체 운용 위험
사전 정보	고장 모드 정보	프로세스 플로우, 설계 정보
결과물	고장 모드 목록, 영향 분석, 개선 방안	프로세스 이상 상태, 위험 요인, 대응조치
위험 식별	일부 가능	가능

 

나 .FMEA와 HAZOP의 한계점

구분	한계점	설명
FMEA	정량적 분석 부족	- 고장 발생 확률 및 정량적 위험도 분석 불가
	시스템 전체 분석 어려움	- 개별 고장 모드에 초점을 맞춰 포괄적 분석 한계
	대규모 시스템 적용 어려움	- 복잡한 대규모 시스템 분석 시간이 길고 관리 어려움
HAZOP	주관성 개입 가능	- 전문가 경험에 의존하여 분석자의 주관 개입 가능
	예기치 못한 위험 식별 한계	- 가이드워드 기반 진행으로 새로운 유형 위험 식별 한계

- 각 산업분야 시스템들의 구성이 복잡화되고 소프트웨어 의존도가 높아져 기존 위험분석 기법 한계

 

 

Ⅲ. STPA(System Theoretic Process Analysis) 개념 및 위험분석 방법

가. STPA의 개념

개념	- STAMP(System-Theoretic Accident Model and Processes)기반의 위험분석 기법으로 시스템의 각 요소 간의 상호작용의 시스템에 대한 위협을 분석
특징	- 제어계 관점 분석	- 제어 관계 중 위험 유발할 수 있는 부적절 제어 식별
	- 개발단계 위험식별	- 시스템 운영시 발생가능 위험 초기에 식별
	- 안전 요건 도출	- 분석과정에서 안전 제약사항과 안전 요구사항 도출

 

나. STPA의 위험분석 방법

위험분석 절차	설명
사고 및 위험 정의	- 사고 정의, 시스템 수준 위험 정의, 시스템 수준 안전 제약사항 도출
Control Structure 도식화	- 제어 관계에 따른 개체 식별 - 제어명령, 피드백, 프로세스 모델 도식화
Unsafe Control Actions 도출	- 위험 유발 가능한 4가지 유형 도출 1) Control Action 부재 2) 부적절한 Control Action 3) Control Action 제공 시간, 순서 4) Control Action 지속시간
원인 시나리오 도출	- Unsafe Control Action 발생 원인 도출 - 원인 토대로 원인 시나리오 작성

- STPA는 복잡한 시스템에서 누락되거나 찾기 어려운 기능 분석 가능

 

 

Ⅲ. STPA 활용시 고려사항

고려사항	설명	대응방법
시스템 복잡성	- 시스템 전체 제어 구조 분석으로 복잡한 시스템의 경우 분석 범위 설정 어려움	- 핵심 기능 및 주요 위험 시나리오를 정의하고 단계별로 분석 진행하며 범위 조절
데이터 확보	- 시스템 프로세스, 제어 논리, 인터페이스 정보 필요	- 설계 문서, 운영 매뉴얼, 과거 사고 데이터 최대한 수집, 이해관계자 협업
분석자의 역량	- 분석자의 분석 기법 이해 부족시 결과 신뢰성이 낮아짐	- STPA 교육 진행, 전문가와 협업으로 품질 향상
위험 통제 조치 실효성	- 도출된 위험 통제 방안이 실제 적용 가능한지 검토 필요	- 기술적, 운영적 실행 가능한지 검증, 실효성 평가 프로세스 추가
타 위험 분석 기법 통합	- STPA 단독은 일부 위험 요소 분석 부족	- FMEA, HAZOP 등 기존 위험 분석 기법과 병행 활용