시스템 엔지니어링: 시스템 공학 관점과 시스템 사고

시스템 엔지니어링

시스템 공학 관점은 시스템적 사고를 기반으로 합니다. 이러한 시스템적 사고는 현실을 이해하는 특별한 방법을 제공하며, 전체 시스템과 그 내부의 구성요소들이 어떻게 상호작용하는지를 이해하는 것이 중요합니다.

 

시스템적 사고의 주요 개념

1. 부분이 아니라 전체를 바라 볼 수 있어야 합니다.

‘부분이 아니라 전체를 바라본다’는 것은 개별 구성 요소의 특성과 역할뿐 아니라, 이들이 상호작용하며 만들어내는 전체적인 결과와 행동을 이해하는 데 초점을 맞춘다는 의미입니다.

• 전체는 부분의 단순 합이 아닙니다.
  시스템의 각 요소는 독립적으로 작동하는 것이 아니라, 서로 연결되고 영향을 주고받으면서 새로운 특성을 만들어냅니다. 이를 시너지 효과(Emergent Properties)라고 합니다.
  예: 자동차는 엔진, 바퀴, 기어 등 여러 부품으로 이루어져 있지만, 이 부품이 상호작용해야 비로소 이동이라는 전체적인 기능을 수행할 수 있습니다.
• 연결성과 상호작용의 중요성
  시스템적 사고에서는 구성 요소 간의 상호작용과 피드백 루프를 분석합니다. 부분을 단독으로 분석하면 이 상호작용에서 발생하는 복잡한 결과를 놓칠 수 있습니다.
  예: 기업의 부서별 성과를 독립적으로 평가하는 대신, 부서 간 협업의 결과가 기업 전체 성과에 어떻게 영향을 미치는지 살펴야 합니다.
• 국지적 최적화가 전체 최적화를 보장하지 않습니다.
  개별 요소를 최적화하는 것이 전체 시스템에 항상 이로운 것은 아닙니다. **국지적 최적화(Local Optimization)**가 전체 시스템의 성능을 저하시키는 경우도 많습니다.
  예: 도로에서 한 교차로의 신호체계를 개선해도, 주변 도로와의 조화를 고려하지 않으면 전체 교통 흐름이 더 악화될 수 있습니다.
• 복잡성의 이해를 위해 전체적 관점이 필요
  시스템은 단순히 요소들의 조합이 아니라, 요소 간 관계와 환경까지 포함한 복잡한 구조를 가집니다. 전체를 이해해야 시스템이 어떻게 작동하는지 정확히 파악할 수 있습니다.
  예: 생태계에서 특정 동물 종의 감소는 먹이 사슬에 영향을 주어 생태계 전체의 균형을 깨뜨릴 수 있습니다.
• 전체적인 관점이 문제 해결로 이어짐
  부분적으로는 문제가 없어 보이는 요소들도, 전체 시스템에서 보면 주요 원인일 수 있습니다. 원인-결과 관계를 전체적으로 파악해야 진정한 문제 해결이 가능합니다.
  예: 회사의 매출 저조가 단순히 마케팅 부서의 문제로 보일 수 있지만, 전체적으로 보면 제품 품질 저하나 고객 지원 부족이 더 큰 원인일 수 있습니다.

2. 새로운 사실에 대한 발견과 학습이 지속되어야 합니다.

새로운 사실에 대한 발견과 학습이 지속되어야 한다는 개념은, 복잡하고 변화하는 환경에서 시스템을 효과적으로 이해하고 관리하기 위해 끊임없이 학습하고 적응해야 한다는 것을 강조합니다. 이는 시스템이 정적(static)이지 않고 동적(dynamic)으로 변하며, 새로운 정보를 통해 더 나은 의사결정과 문제 해결이 가능하다는 점을 기반으로 합니다.

• 시스템은 끊임없이 변화합니다.
  모든 시스템은 시간에 따라 외부 환경, 내부 조건, 구성 요소 간 상호작용 등에서 변화를 겪습니다. 따라서 초기 상태나 과거 데이터만으로 시스템을 완전히 이해하거나 예측하기 어렵습니다.
  예: 기술 산업에서는 신기술의 등장으로 경쟁 구도가 계속 변화합니다. 이를 따라잡기 위해 끊임없이 학습하고 새로운 정보를 수집해야 합니다.
• 고정된 사고방식(Fixed Mindset)의 한계
  기존의 지식과 경험에만 의존하면 새로운 문제를 해결하거나 시스템의 진화를 따라가기 어렵습니다. 시스템적 사고에서는 끊임없는 학습과 적응이 필수적입니다.
  예: 한때 성공적인 비즈니스 모델이었던 오프라인 상점 중심의 소매업은, 전자상거래 시장이 성장하면서 적응하지 못한 경우 도태되었습니다.
• 반복적 학습과 피드백 루프의 중요성
  시스템적 사고에서 학습은 단회성 활동이 아니라, 지속적으로 정보를 수집하고 피드백을 분석하여 시스템을 이해하는 반복적 과정입니다. 피드백 루프는 학습의 핵심으로, 시스템의 행동과 결과를 관찰하고 이를 통해 원인-결과 관계를 명확히 하며, 필요한 조정을 가할 수 있게 합니다.
  예: 도시 교통 시스템에서 특정 교차로에 신호 시간을 조정했을 때, 교통 흐름의 변화를 지속적으로 모니터링하고 조정해야 최적의 결과를 얻을 수 있습니다.
• 새로운 사실 발견을 위한 도구와 방법 활용
  시스템적 사고에서는 새로운 정보를 발견하고 학습하기 위해 데이터 분석, 시뮬레이션, 모델링 등의 방법론을 활용합니다.
  예: 기후변화 문제를 다룰 때, 시뮬레이션 모델을 통해 다양한 시나리오를 분석하고 학습하여 적합한 정책을 설계합니다.
• 학습은 단순한 정보 수집을 넘어 통찰로 이어져야 함
• 새로운 사실을 발견하는 것 자체도 중요하지만, 이를 통해 시스템의 작동 원리와 상호작용을 더 깊이 이해하는 통찰로 발전시켜야 합니다.
  예: 조직에서 직원의 불만이 생산성에 미치는 영향을 연구할 때, 단순히 불만족의 원인만 찾는 것이 아니라, 이를 해결하기 위한 구조적 변화(업무 분배, 보상 체계 개선 등)를 도출해야 합니다.
• 과거 성공 경험에 안주하지 않기
  시스템적 사고에서는 과거의 성공 경험이 미래의 문제 해결에 항상 유효하지 않음을 인지합니다. 새로운 환경 변화에 따라 기존 방식을 폐기하거나 새롭게 학습해야 할 필요성이 자주 발생합니다.
  예: 제조업에서 기존의 생산성 향상 방법이 자동화 기술 도입 이후에는 비효율적이 될 수 있습니다. 새로운 기술과 프로세스에 대한 학습이 필요합니다.

3. 시스템과 시스템적 사고를 표현하는 모델링이 필요합니다.

시스템적 사고(System Thinking)에서 모델링(Modeling)은 복잡한 시스템을 시각적이고 체계적으로 표현하여, 시스템의 구성 요소와 상호작용을 이해하고 문제 해결을 돕는 중요한 도구입니다. 이는 시스템의 복잡성과 상호작용을 단순화하여 명확히 표현하며, 시스템 행동의 예측과 최적화에 도움을 줍니다. 

• 복잡한 시스템의 시각화
  시스템은 종종 다양한 구성 요소와 복잡한 상호작용으로 이루어져 있어 직관적으로 이해하기 어렵습니다. 모델링은 이를 시각적으로 표현해 시스템을 더 쉽게 이해할 수 있도록 도와줍니다.
  예: 생태계의 먹이 사슬을 모델링하여 특정 종의 감소가 생태계 전체에 미치는 영향을 시각화.
• 시스템의 구성 요소와 관계 파악
  모델링은 시스템 내 개별 요소와 이들 간의 관계를 명확히 표현하여, 시스템이 어떻게 작동하는지 구조적으로 이해할 수 있게 합니다.
  예: 기업 조직도 모델링을 통해 각 부서의 역할과 부서 간 협업 구조를 파악.
• 동적 시스템의 분석
  시스템은 시간에 따라 변화하는 동적 특성을 가지며, 이를 이해하려면 변화와 흐름을 표현할 수 있는 모델링이 필요합니다.
  예: 공급망(Supply Chain)의 재고 흐름과 물류 시간의 변화를 시뮬레이션하여 병목현상이나 비용 문제를 분석.
• 피드백 루프와 상호작용의 이해
  시스템적 사고의 핵심은 피드백 루프와 상호작용을 이해하는 데 있으며, 모델링은 이를 명확히 표현하는 데 유용합니다.
  예: 도시 교통 시스템에서 신호 변경이 차량 흐름에 미치는 영향을 모델링하여 피드백 루프를 분석.
• 미래 행동 예측과 시나리오 분석
• 모델링은 시스템의 현재 상태를 기반으로 미래의 행동을 예측하거나, 다양한 시나리오를 분석하여 잠재적 문제와 해결책을 탐구할 수 있게 합니다.
  예: 기후변화 모델링을 통해 탄소 배출 감소 정책이 온도 상승에 미치는 영향을 예측.
• 커뮤니케이션과 의사소통 도구
  모델링은 시스템을 이해하는 데 필요한 정보를 시각적으로 제공하여, 팀원 간의 의사소통과 협업을 촉진합니다.
  예: 프로젝트 관리 도구에서 간트 차트(Gantt Chart)와 같은 모델링을 사용해 팀 간 일정과 자원 할당 상태를 공유.

4. 시스템적 사고는 전체 시스템이 얼마나 의도한대로 동작하며, 유효하게 동작하는지를 확인할 수 있어야 합니다.

시스템의 목적은 전체 시스템이 설계된 대로 작동하며, 효과적으로 결과를 달성하는지 확인하는 데 있습니다. 이는 시스템이 단순히 개별 요소의 합이 아니라, 전체적인 상호작용과 결과를 통해 목표를 이루는 방식으로 작동하기 때문입니다.

• 전체적 관점에서의 시스템 성능 평가
  시스템적 사고에서는 시스템이 개별 구성 요소별로 잘 작동한다고 해서 전체 시스템이 의도대로 유효하게 작동한다고 보지 않습니다. 전체적인 상호작용과 결과를 중심으로 평가해야 합니다.
  예: 병원 응급실에서 각 의료진과 장비가 제 역할을 다하더라도, 환자 대기 시간이 길다면 전체 시스템이 의도대로 작동하지 않는 것입니다.
• 목표와 시스템의 일치 확인
  시스템이 설계된 의도와 목표를 달성하고 있는지를 확인하는 것은 시스템적 사고의 핵심입니다. 이를 위해 시스템이 수행하는 작업의 결과와 목표 간의 일치도를 분석해야 합니다.
  예: 도시 교통 시스템의 목표가 교통 체증 완화라면, 교통 흐름 데이터와 운전자 경험을 분석해 체증이 실제로 줄어드는지 확인해야 합니다.
• 유효성(Effectiveness)과 효율성(Efficiency)의 구분
  유효성은 시스템이 의도된 결과를 달성하는지를 평가하는 것이며, 효율성은 같은 결과를 자원을 적게 사용하며 달성하는지를 평가합니다. 시스템적 사고에서는 먼저 유효성을 확인하는 것이 중요합니다.
  예: 제조 공정에서 생산 비용을 줄이는 데 초점을 맞추는 것(효율성)보다, 먼저 제품이 품질 기준을 충족하는지 확인(유효성)해야 합니다.
• 예상치 못한 결과의 식별
  시스템이 의도와 다른 결과를 내는 경우, 시스템 내 상호작용이나 피드백 루프에서 문제가 발생할 수 있습니다. 이를 식별하고 교정하려면 전체적으로 시스템의 동작을 지속적으로 확인해야 합니다.
  예: 새로운 기술을 도입해 생산성을 높이려 했으나, 기술 사용으로 인해 직원들의 작업 만족도가 낮아지고 생산량이 줄어든 경우.
• 피드백 루프와 지속적 평가
  시스템이 유효하게 작동하는지 확인하기 위해, 피드백 루프를 활용해 시스템의 상태를 지속적으로 모니터링하고 조정해야 합니다.
  예: IT 시스템에서 서버의 과부하 상태를 피드백으로 받아 서버 용량을 동적으로 조정함으로써 시스템 다운타임을 방지.
• 목표 달성을 방해하는 요인의 제거
  시스템이 의도대로 작동하지 않을 경우, 시스템 내 장애 요소(병목현상, 자원 부족 등)를 파악하고 이를 제거하거나 개선해야 합니다.예: 공급망 관리 시스템에서 특정 창고가 과도하게 사용되고 있다면, 물류 경로를 최적화하여 문제를 해결.

결과적으로 시스템 공학의 목표는 시스템적 사고를 통해 전체 시스템을 바라볼 수 있어야 하고, 구성요소들의 패턴과 상호 연결성을 인식하며, 시스템의 복잡성과 역동적인 특성을 고려하여 시스템을 관리하는것을 목표로 합니다.

 

시스템적 사고의 원칙

1. 전체를 바라보는 관점 (Holistic Perspective)

• 시스템적 사고의 핵심은 부분이 아닌 전체를 이해하는 것입니다. 시스템은 개별 구성 요소의 단순한 집합이 아니며, 구성 요소 간의 상호작용과 연관성을 통해 고유한 특성이 나타납니다.
• 예: 교통 시스템에서는 도로, 차량, 신호등뿐 아니라 운전자 행동과 대중교통 이용률을 함께 고려해야 전체 흐름을 이해할 수 있습니다.

2. 상호작용과 상호연결성의 이해 (Interconnectedness)

• 시스템 내 모든 요소는 서로 연결되어 있으며, 한 요소의 변화는 다른 요소에 영향을 미칩니다. 이러한 연결성을 분석하여 시스템의 동작 원리를 이해합니다.
• 예: 조직 내 한 부서의 성과를 높이기 위해 리소스를 집중 투입하면, 다른 부서의 효율성이 저하될 수 있습니다.

3. 피드백 루프의 중요성 (Feedback Loops)

• 시스템의 행동은 종종 피드백 루프에 의해 결정됩니다. 피드백 루프는 시스템의 출력을 다시 입력으로 받아들이며, 이를 통해 시스템이 스스로 조정되거나 변화합니다.
• 긍정적 피드백 (Positive Feedback): 시스템을 강화하거나 가속화함.
• 부정적 피드백 (Negative Feedback): 시스템을 안정화하거나 균형을 유지함.
• 예: 온도 조절 시스템에서 온도가 높아지면 냉방이 가동되고, 온도가 낮아지면 난방이 가동되는 피드백 루프.

4. 동적 변화에 대한 인식 (Dynamic Changes Over Time)

• 시스템은 시간에 따라 변화하는 동적 특성을 가지므로, 단순히 현재 상태만이 아니라 변화의 흐름과 추세를 파악해야 합니다.
• 예: 기업의 시장 점유율 변화는 특정 시점의 매출보다 장기적인 소비자 행동의 변화에서 원인을 찾을 수 있습니다.

5. 비선형적 사고 (Nonlinear Thinking)

• 시스템의 변화는 항상 비례적이거나 직선적이지 않습니다. 작은 변화가 큰 영향을 미치거나, 큰 변화가 미미한 결과를 초래할 수 있습니다.
• 예: 기업의 한 제품 가격을 소폭 인상했을 때 매출이 급감하는 경우처럼, 비선형적 결과가 나타날 수 있습니다.

6. 구조가 행동을 결정한다 (Structure Drives Behavior)

• 시스템의 구조가 시스템의 행동과 결과를 결정합니다. 문제의 근본 원인을 해결하려면 시스템 구조를 분석하고 변경해야 합니다.
• 예: 회사의 인센티브 구조가 직원들의 협업보다 개인 성과를 강조한다면, 팀워크 부족 문제를 초래할 수 있습니다.

7. 지속적인 학습과 적응 (Continuous Learning and Adaptation)

• 시스템은 복잡하고 끊임없이 변화하기 때문에, 이를 효과적으로 이해하고 관리하려면 지속적인 학습과 적응이 필요합니다.
• 예: 신기술 도입 후 예상치 못한 부작용이 발생하면, 이를 학습하고 프로세스를 조정해야 합니다.

8. 지연의 효과 인식 (Delays and Lags)

• 시스템 내에서 원인과 결과 간에는 시간 지연이 발생할 수 있습니다. 즉각적인 변화가 보이지 않아도 장기적으로 큰 영향을 미칠 수 있습니다.
• 예: 공공정책에서 새로운 규제가 시행된 후 그 효과는 몇 년 후에 나타날 수 있습니다.

9. 원인과 결과의 분리 (Distinction Between Cause and Effect)

• 시스템에서는 원인과 결과가 물리적 또는 시간적으로 멀리 떨어져 있을 수 있습니다. 즉, 결과만을 보고 원인을 잘못 판단하지 않도록 주의해야 합니다.
• 예: 환경오염의 증가는 몇 년 전부터 축적된 산업 활동의 결과일 수 있습니다.

10. 시뮬레이션과 모델링 (Modeling and Simulation)

• 복잡한 시스템을 이해하고 예측하기 위해, 모델링과 시뮬레이션 도구를 활용합니다. 이를 통해 가상의 시나리오를 실험하고 결과를 분석할 수 있습니다.
• 예: 기후 변화 모델을 통해 온실가스 감축 정책이 장기적으로 미칠 영향을 예측.

11. 의도하지 않은 결과의 인식 (Unintended Consequences)

• 시스템 내 개입은 의도하지 않은 결과를 초래할 수 있습니다. 모든 가능한 시나리오를 고려하고, 예상치 못한 결과를 모니터링해야 합니다.
• 예: 대중교통 요금을 인상하면 수익이 증가할 것 같지만, 실제로는 이용자 감소로 인해 손실이 발생할 수 있습니다.

12. 사고방식의 중요성 (Mental Models)

• 시스템적 사고는 개개인의 사고방식이 시스템을 이해하고 의사결정하는 데 큰 영향을 미친다고 봅니다. 따라서 사고방식을 유연하게 바꾸고 새로운 관점을 수용해야 합니다.
• 예: 회사 경영진이 과거의 성공 방식을 고수하면, 변화하는 시장 환경에 적응하지 못할 수 있습니다.

 

시스템 공학 정의

시스템 공학은 시스템 원칙과 개념, 과학적, 기술적, 관리적 방법을 사용하여 공학 시스템의 성공적인 실현, 사용 및 폐기를 가능하게 하는 통합 접근법입니다.

여기서 시스템이란 개별 구성요소가 가지지 않는 행동이나 의미를 함께 나타내는 부분 또는 구성요소들간의 배열이며, 실체를 갖는 물리적 요소일 수도 있으며, 실체가 없는 논리적 요소일 수도 있고 또는 이 둘의 조합으로 나타낼 수도 있습니다.