2.1 성능평가의 구성요소

철도시설의 성능평가는 안전성, 내구성, 사용성으로 정의하여 평가하고 있다. 안전성은 요구조건하에서의 인명사상과 시설물의 손상‧손실을 방지하는 성능이며, 내구성은 사용수명 동안 요구되는 기능을 유지시키기 위한 시설물의 성능이고, 사용성은 사용과 수요 측면에서 적절한 편의와 기능을 제공하는 성능으로 구분하고 있다⁽³⁾.

철도시설에 대한 평가방법과 산출 흐름은 그림 2와 같이 전개되고 있어, 1단계 단위시설의 데이터를 통해 2단계부터 5단계까지의 성능평가가 수행되는 것을 확인할 수 있다. 이는 1단계 단위시설의 평가가 기초가 되는 데이터로 가장 중요한 데이터를 뜻하는 것으로 데이터의 입력오류, 누락에 따라 전체 평가결과가 변동되는 치명률을 높일 수 있다는 것을 설명하고 있다⁽⁴⁾.

2.2 성능평가 기준데이터 구성

철도시설 성능평가 관리를 위한 기준 데이터는 전철전력, 신호제어, 정보통신 설비의 분류체계 및 설비를 유형과 분류별로 구분한다. 이에 따라 노선 및 구간 정보는 철도 운영사의 노선 및 구간 정보를 적용하고 평가부문, 평가항목, 평가방법, 평가기준 등 성능평가를 위한 주요 요소로는 안전성, 내구성, 사용성을 평가하고 있으며, 평가항목으로는 열화/절연, 마모/강도/소음, 부식/균열/기타, 경과년수, 설치환경, 운행횟수, 고장장애횟수, 제품단종, 설비용량을 평가항목으로 적용한다. 세부적인 평가방법으로는 열화/절연, 마모/강도/소음, 부식/균열/기타 등 정밀진단 항목을 정밀진단을 통해 세부 평가방법을 적용하고 나머지 평가항목과 동일한 항목으로 구성하는 속성진단 항목에 대한 평가를 시행하고 있다⁽⁵⁾.

평가항목은 평가부문에 따라 각각 평가 부문에 대한 가중치 값을 갖고 있으며 표 1과 같이 적용한다.

평가항목은 평가가 이루어지는 설비가 속한 세분류에 따라 평가 점수에 대한 가중치가 변화한다. 또한 설비의 구분에 따라 구조설비, 기기 및 장치, 전선류, 제어설비로 나누어지며 이에 따라 설비구분 또한 평가부문에 대하여 각각의 가중치 값이 존재하며 표 2와 같이 적용한다. 다만 적용되는 가중치는 절대적인 값은 아니며 철도시설관리자가 AHP기법 등을 적용하여 변화할 수 있는 값이다.

주요 기준 데이터별 가중치 값은 계층적 rollup 방식의 집계성, 혹은 각 요소 별 관계성에 대한 할당 방식으로 관리되고 있으며, 일반적으로 동일레벨 혹은 동일 요소에 대해 집계 합이 1 (100%)가 되도록 정의되며 다음과 같이 구분한다. 이때 대/중/소/세 분류체계 별 가중치는 동일 노드 레벨의 가중치 합계가 1이 되어야 한다.

성능평가는 특정 구간에 존재하는 세분류 설비를 선택 후 개별 개체에 대한 평가값을 등록하는 방식이며 이때 사용자가 어떠한 설비를 선택하느냐에 따른 평가방법이 다르게 제공되고 평가값 등록처리에 대한 verification check가 되어야 한다.

운영상의 관리는 시스템 관리자에 의해 철도시설관리자에 대한 설비 및 구간이 동적 할당 처리되어야 하고 이는 다시 철도시설관리자와 계약한 평가 수행사에 대한 하위 설비 및 구간을 재할당 처리하는 Top-Down 할당 관리가 가능해야 한다. 평가의 개별 내용은 Bottom-Up 방식으로 집계하여 최종적으로 평가 등급을 자동으로 산정할 수 있는 구조 설계도 수반되도록 설계되어야 한다.

3.1 정규화 기반 ERD설계

그림 3의 분류별 가중치 구성방법, 그림 4의 평가항목별 가중치 매트릭스, 그림 5유형분류에 대한 가중치 배트릭스, 그림 6설비 세분류별 평가항목에 대한 가중치 매트릭스를 적용하고 철도 설비 성능평가에 대한 기본 요건 및 평가 체계의 자동화 처리를 위하여 그림 7과 같이 정규화 기반 개념 ERD를 구상하고 그림 8과 같이 관계형 데이터베이스 모델링을 정규화 기반으로 설계하였다. 개념 ERD를 통해서 식별된 주요 엔터티 항목은 노선_구간, 설비분류, 평가부문, 평가항목, 평가방법, 평가기준 등이며 평가정보 및 가중치 설정은 M:M 연결 매트릭스 엔터티의 정의와 프로그램 구현 후 관리자에 의한 설정 관리 및 즉시 적용이 가능하도록 설계되었다. 세부 설계에서는 관리 및 평가 데이터에 대한 무결성을 보장하고 향후 대용량 평가 데이터 적재 후 성능 저하가 최소화될 수 있도록 적절한 식별키와 엔터티간 관계성을 설정하였다.특히, 설비분류와 노선_구간 엔터티는 코드 채번방식에만 의존하지 않고 실제 계층형 엔터티로 설계하여 데이터베이스 내부 객체에 의한 제약을 적극 활용하였다.

정규화 기반 개념 ERD를 통해 세부 설계를 실시하고 그림 9와 같이 기준 및 가중치 설정을 관리하는 기능을 개발한 후 이에 따라 정의된 기준 및 가중치 데이터를 등록할 경우 철도 운영사에서 운영되고 있는 모든 설비와 구간에 대한 평가가 별도의 추가적인 소스의 수정 없이 즉시 평가가 가능하도록 기준 데이터 관리와 평가 자동화 체계를 구현하였다. 이는, 철도 운영사에 대한 종속성이나 독자적인 설정 관리 체계를 배제하고 전국 철도 운영사에 공통으로 적용할 수 있는 설비 분류체계 및 가중치 설정 기반 평가 결과를 보장하여, 체계화되고 구조화된 양질의 운영 및 평가 데이터가 적재될 수 있도록 지원한다. 궁극적으로, 단순 평가 및 집계 수준을 너머 분석 활성화 및 지속적이고 비용 효과적인 설비 유지보수의 관리자 의사결정을 지원하는 지식 및 시스템으로의 진화를 지향한다.

3.2 ERD적용 평가방법 메트릭스

세부 설계 ERD구성을 통해 평가방법 메트릭스를 적용할 경우 평가과정은 다음과 같이 작동된다.

해당설비에 대한 평가를 실시하고 평가항목에 대한 평가결과 값(1~5점 사이)과 해당하는 평가항목의 가중치를 곱하여 해당 평가항목에 대한 평가지수를 구할 경우 그림 9와 같은 입력화면과 평가결과 화면이 구성되어 실현되고, 이와 같은 과정으로 평가설비의 성능평가 지수 및 등급, 종합성능평가가 산출 된다.

이를 모든 철도시설관리자에 대해 모든 설비 및 모든 구간, 평가항목 등에 대한 평가가 별도의 소스 수정 없이 즉시 평가가 가능하도록 가중치를 변경할 수 있도록 구현되었다.

평가등급 자동산정 알고리즘의 구성은 철도시설 성능평가를 여러 구간을 철도시설관리자가 나누어 실시함에 따라 이를 위해 운영시스템(최고) 관리자에 의하여 철도시설관리자에 대한 설비 및 구간을 동적으로 할당할 수 있어야 한다. 이에 따라 철도시설관리자는 여러 수행사를 통하여 성능평가를 실시함으로 수행사들이 특정 설비 및 구간을 재할당 처리하는 Top-Down 방식의 할당 관리가 가능해야 한다. 각 설비에 대한 평가내용은 세분류, 소분류, 중분류, 대분류 순으로 집계하며 이후 최종적으로 종합성능평가 지수를 도출한 후 종합성능평가 지수의 값을 기준으로 성능평가등급을 산정하도록 한다.

그림 9의 입력화면에 따라 철도시설 평가정보를 입력하고 그 결과가 데이터화 될 경우 그림 10, 그림 11의 제어기능과 그림 12, 그림 13의 데이터 관리 시각화 컬러구현 등이 가능해진다.