To develop and implement a safety-critical system, the requirements of the system must be analyzed thoroughly during the phases of a software development's life cycle because a single error in the requirements can generate serious software faults. We therefore propose an Integrated Environment (IE) approach for requirements which is an integrated approach that enables easy inspection by combining requirement traceability and effective use of a formal method. For the V&V tasks of requirements phase, our approach uses software inspection, requirement traceability, and formal specification with structural decomposition. Software inspection and the analysis of requirements traceability are the most effective methods of software V&V. Although formal methods are also considered an effective V&V activity, they are difficult to use properly in nuclear fields, as well as in other fields, because of their mathematical nature.
We also propose another Integrated Environment (IE) for the design and implementation of safety-critical systems. In this study, a nuclear FED-style design specification and analysis (NuFDS) approach was proposed for PLC based safety-critical systems. The NuFDS approach is suggested in a straightforward manner for the effective and formal specification and analysis of software designs. Accordingly, the proposed NuFDS approach comprises one technique for specifying the software design and another for analyzing the software design. In addition, with the NuFDS approach, we can analyze the safety of software on the basis of fault tree synthesis. To analyze the design phase more effectively, we propose a technique of fault tree synthesis, along with a universal fault tree template for the architecture modules of nuclear software.
Various tools have been needed to make software V&V more convenient. We therefore developed four kinds of computer-aided software engineering tools that could be used in accordance with the software's life cycle to support the system specification for a formal-based analysis. In this study, we achieved the optimized integration of each tool and referred to the toolset as a NuSEE (nuclear software engineering environment) which is an integrated environment of the software specification and V&V for NPP safety-critical systems. According to the software life cycle, NuSEE consists of NuSISRT (nuclear software inspection support and requirements traceability) for the concept phase, NuSRS (nuclear software requirements specification and analysis) for the requirements phase, NuSDS (nuclear software design specification and analysis) for the design phase, and NuSCM (nuclear software configuration management) for the configuration management. After further development, we expect our integrated environment to offer a unique and promising set of tools for analyzing and specifying the software; it will support the software's entire life cycle and boost the "development of the safety-critical systems of nuclear power plants.
디지털 시스템의 중요성이 점점 증가함에 따라서, 원자력 발전소 필수안전시스템 개발에서도 소프트웨어 명세와 분석을 위한 적합한 기법들이 점차 중요해지고 있다. 부가적으로, 적절한 명세 기법에 기반한 소프트웨어 확인 및 검증 (Verification and Validation)의 중요성이 소프트웨어 질적 향상을 위한 방법으로 각광을 받게 되었다. 원자력발전소와 같은 필수안전시스템들의 철저한 확인 및 검증을 위해서는 소프트웨어 개발 생명주기 전단계에 걸친 확인검증이 이루어져야 하지만, 너무나 많은 매뉴얼 중심적 업무인 확인검증은 체계적으로 수행하기가 매우 어려운 실정이다.
소프트웨어 생명주기 단계들 동안에 철저한 요구사항 분석은 필수안전시스템 개발 및 실행에 있어서 필요불가결한 요소이다. 왜냐하면, 요구사항에서의 한가지 오류는 후에 심각한 소프트웨어의 결함으로 나타날 수 있기 때문이다. 하지만, 이런 완벽한 시스템 요구사항 분석은 매우 어려운 실정이다. 이번 연구에서는 소프트웨어 요구사항 분석을 위한 효과적인 기법을 제안하였다. 효율적인 요구사항 확인검증 업무를 위해서 제안된 기법은 소프트웨어 인스펙션, 요구사항 추적성 분석, 구조분석을 통한 정형명세 기법들을 이용한다. 소프트웨어 인스펙션과 요구사항 추적성 분석은 현재 가장 효율적인 소프트웨어 확인검증 기법들로 산업계에서 널리 고려 되고 있다. 정형기법 역시 효율적인 확인검증 활동으로 생각되고 있기는 하지만, 대부분의 정형기법들은 수학적인 특성으로 인해서 원자력 분야는 물론 일반 산업계에서도 적절하게 쓰이기에 어려움을 가지고 있다. 이번 연구에서는 추적성 분석과 연계된 인스펙션의 쉬운 구현과 정형기법의 효율적인 사용을 가능하게 해 주는 하나의 통합환경인 요구사항 단계를 위한 Integrated Environment (IE)를 제안하였다.
또한, 본 연구에서는 프로그램 로직 제어기 (PLC)기반 필수안전시스템을 위한 소프트웨어 설계 명세 및 분석 기법으로 설계 및 구현단계를 위한 또 하나의 Integrated Environment (IE)를 제안하였다. 소프트웨어 생명주기 단계 동안에, 설계 단계는 요구사항 단계와 구현 단계를 연결해 주는 중요한 역할을 하는 소프트웨어 요구사항을 소프트웨어 구조로 변환하는 과정이다. 이번 연구에서는 원자력 계측제어 소프트웨어 개발을 위해서 NuFDS (nuclear FBD-style design specification and analysis) 기법을 제시하였다. NuFDS 기법은 효율적이고 정형적 소프트웨어 설계 명세 및 분석을 위하여 순차적인 방법으로 제안되었다. 따라서, 제안된 NuFDS 기법은 소프트웨어 설계 명세 기법과 소프트웨어 설계 분석 기법으로 구성된다. 더불어서, NuFDS 기법은 고장수목 변환에 기반한 소프트웨어 안전성 분석을 지원한다. 본 연구에서 좀더 효율적인 설계단계 분석을 위해서 고장수목 변환 기법이 제안된 것이고, 이 고장수목 변환기법을 위해서 원자력 소프트웨어 구조모듈을 위한 일반적인 고장수목 템플릿이 제안되었다.
어떤 도구의 지원은 소프트웨어 확인 및 검증을 좀더 수월하게 수행하기 위해서 필요 된다. 따라서, 본 연구에서 저자는 소프트웨어 생명주기에 따라서 시스템 명세와 정형기반 분석을 지원하기 위해서 네 종류의 컴퓨터 공학 도구들을 개발하였다. 이에 저자는 네 종류의 도구들의 최적화된 연계를 이루었고, 원자력발전소 필수안전시스템의 소프트웨어 개발 및 확인검증의 통합환경을 지원하는 NuSEE (nuclear software engineering environment) toolset을 완성하였다. 소프트웨어 개발 생명주기에 따라서, NuSEE는 개념단계 지원을 위한 NuSISRT (nuclear software inspection support and requirements traceability), 요구사항 단계 지원을 위한 NuSRS (nuclear software requirements specification and analysis), 설계단계 지원을 위한 NuSDS (nuclear software design specification and analysis), 소프트웨어 형상관리 지원을 위한 NuSCM (nuclear software configuration management)의 네 가지 도구들로 구성된다. 아직까지 NuSEE toolset은 프로토타입 수준의 도구이긴 하지만, 앞으로의 상업적 개발을 통해서 원자력발전소 필수안전시스템들 개발을 위한 소프트웨어 생명주기 전단계를 지원하는 장래성 있는 소프트웨어 명세 및 분석 도구세트가 될 것이라고 판단된다.
