무인기(UAV)개발의 성능기반비용(PBC)분석모델 연구－무인기의 선행연구단계에서의 개발 비용구조를 중심으로－ = A Study on PBC(performance based cost) Analysis Model for UAV(unmanned air vehicle) Development－UAV`s Developing Cost Structures at the Material Solution Phase－

국문 초록 (Abstract)

최근 무인기의 개발 사업이 매우 빠르게 진행되고 있다. 소형 저고도 무인기에서부터 대형 고고도 무인기에 이르는 다양한 성능과 비용을 포함한 개발 사업이 주어진다. 무인기 개발 획득을 위한 사업은 선행연구, 탐색개발 단계에서의 상세설계 및 시제기 제작, 체계개발 단계에서의 체계설계 및 양산을 통하여 요구부서에 배치하여 운영하게 된다. 여기서 사업 초기의 진행 사항으로 선행연구 단계에서 사업의 비용구조와 요구 성능을 분석 하는 업무는 개념설계 및 시제기 사업의 성공과 실패를 결정하는 중요한 요소가 된다. 선행 연구 단계에서는 무인기의 형상이 구체화 되지 않은 상태이다. 이러한 선행연구 단계는 운용자가 요구 하는 세부적인 요구 성능과 비용에 관한 사항이 개괄적으로 제시되는 단계이다. 이 단계에서 사업비용 구조와 요구 성능에 관한 합리적인 분석이 이루어 질 때 다음 단계인 개념설계와 시제기를 제작하는 업무수행을 가능하게 한다. 구체화된 시제기의 설계 및 제작은 체계설계 단계의 업무를 합리적으로 진행되도록 한다. 이러한 이유 때문에 무인기 사업의 비용구조를 선행연구 단계에서 분석하는 것은 매우 중요한 일이다. 그러나 선행연구 단계에서 요구 성능과 비용관계를 분석하는 것이 중요함에도 불구하고 접근 방법이 최근까지 제시되고 있지 않은 상태 이다. 일반적으로 설계 획득 과정에서 비용분석은 성능기반(PBC) 분석과 활동기반(ABC) 비용분석으로 구분하여 제시되고 있다. 성능기반비용분석은 선행연구단계에서와 같이 무인기의 형상과 구성품이 확정되지 않기 때문에, 단지 성능과 비용만이 관계되는 단계에서 적용 될 수 있으며, 무인기의 형상과 치구 및 구성품이 구체화되는 개념설계 단계부터는 활동기반으로 비용분석이 가능하게 된다. 본 연구는 무인기의 선행연구단계에 적용하는 성능기반비용(PBC)분석에 대하여 비용과 비용변수를 멱함수(power law) 로 표현하는 Moore의 식을 이용하고, 비용함수의 변수에 관한 멱함수의 비용변수에 대하여 미분하고 그 미분 변수의 비를 기술적 인비율(TRS) 변수로 정의하고 이를 이용하여 분석하는 Cobb-Douglas의 분석 기법 이론식을 적용하였다. 여기서 비용분석은 무인기의 기체 중량과 공허하중을 변수로 하는 2-변수 방법과, 2-변수에 체공시간을 포함한 3-변수 방법으로 수행하였다. 무인기 사업 구조의 비용과 비용변수의 관계는 2-변수 비용함수에 대하여 기체 중량, 공허하중으로 나타낼 수 있고, 3-변수 함수에 대하여 기체중량, 공허하중, 체공시간으로 나타낼 수 있다. Cobb-Douglas 식에서 정의 하는 기술적 인비율(TRS)을 변수로 하여 기체 중량과 공허하중에 대하여 2 개의 무인기 사업으로 제시되고 검토된 사업 비용구조에 대하여 사업비용 구조를 비교한 결과 사업의 비용을 최소화 하는 것은 사업의 기술적인비율의 최대화 또는 최소화에 관계없이, 사업을 이루고 있는 비용구조 자체에 의해서만 결정 될 수 있음을 보여 주었다. 비용구조를 가지고 있는 무인기의 중량에 대한 비용을 확인하기 위하여 Monte Carlo 시뮬레이션을 이용하여 비용구조에서의 단위 중량당의 비용을 통계적으로 확인 하였다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Recently unmanned air vehicle has been developed more fast. Acquisition process has more diversity from small UAV with lower altitude to bigger one with higher altitude. UAV(Unmanned Air Vehicle) acquisition consists of material solution phase, technical development with protype and capability development with initial one, and disposition to user. Where, on the material solution phase, it is important to get analysis for relation of cost structures since it to be in success or not for next phase of technical development. On the material solution phase, configuration of UAV is not in details. Moreover on this material solution phase, requirements as for key performance parameters and cost from user have been suggested roughly. On this phase, when resonable analysis of cost structures has been done, it is feasible to go into next phase as for technical development and prototype manufacturing. And also embodiment for prototype design and manufacturing can make it go through onto capability development phase timely. So it is important to have analysis of cost structures on material solution phase due to this reasons. However even though cost analysis is important, few research has been approached and reported until these days. In general design and acquisition process of UAV for cost analysis has been suggested as PBC and ABC method. PBC method can be used on material solution phase with performance and cost of UAV, but ABC mathod can be used on the capability development phase with configuration and component of UAV. This paper describes that cost analysis of UAV has been done by PBC(performance based cost) analysis method using Moore`s Law of Cost Model and modified Cobb-Douglas function and UAV unit cost estimation is done by Monte carlo simulation during the material solution phase. Unit cost of UAV have a relation to function of 2-parameters as weight and payload, as well as 3-parameters as weight, payload and endurance hours. The prepared data of UAV have been assessed using TRS(technical rate of substitution) of modified Cobb-Douglas function and it shows that is reasonable and preferable determination for pre-study and material solution phase. Estimations of unit cost of UAV are analysed by Monte Carlo simulation provide that the probability distribution of unit cost of UAV could be obtained by the random variable generation process. This cost model and cost analysis procedures for UAV could be applied to pre-developing phase.