www.systemix.co.kr 1 선행연구의 방법론 평가 및 산업기술 지역 R&D 재원의 최적배분 경로탐색을 위한 System Dynamics 시뮬레이션 ( 기초작업과정 ver 1.3) 2011. 6.24 오 영 민 ( 행정학 박사 ) ㈜ 미래정책자문그룹 대표이사.

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2 www.systemix.co.kr 1 선행연구의 방법론 평가 및 산업기술 지역 R&D 재원의 최적배분 경로탐색을 위한 System Dynamics 시뮬레이션 ( 기초작업과정 ver 1.3) 2011. 6.24 오 영 민 ( 행정학 박사 ) ㈜ 미래정책자문그룹 대표이사 ( 한국시스템다이내믹스학회 편집위원장 )

3 2 1. 선행연구 방법론 검토 2. System Dynamics 소개 - SD 개요 - SD 모델링 과정 - SD 의 특성 - SD 활용된 사례 3. System Dynamics 의 적용 - 요청되는 모델링 - 기초적인 모델 구축 및 결과 4. 본 연구의 현주소와 향후 연구 과업 연구의 목차

4 3 1. 선행연구 방법론 검토 R&D 재원배분과 관련된 선행 연구결과들을 정리하고, 활용된 방법론을 검토하는 과정을 시행 연구자 ( 연도 ) 연구제목방법론 김정권 (1997) 최적자원배분을 위한 SD/AHP 분석 SD/AHP 민재형 (1998) 목표계획모형의 재구조화를 통한 자원배분계획수립방안 목표계획모형 신태영, 안두현 (1998) 전략기술도출을 위한 테크놀로지 포트폴리오 활용연구 제품수명주기 / 기술포트폴리오 박종복, 최재철, 김태유 (1999) 정부출연연구기관의 연구생산성 향상을 위한 R&D 과제선정과 자원배분 AHP/ 포트폴리오 이동엽 (2000) 국내정보통신 국책연구개발 사업의 기술부문별 투자배분결정에 관한 연구 AHP/ 다목적 선형계획 법 이동엽, 안태호, 황용수 (2002) AHP 를 이용한 과학기술 부문별 국가연구개발 투자우선순위 선정 AHP 민재형, 이영진 (2002) 시스템 다이내믹스와 네트워크 분석과정을 이용한 전략적 의사결정모형 AHP/BSC/SD 선행연구와 연구방법론

5 4 1. 선행연구 방법론 검토 연구자 ( 연도 ) 연구제목방법론 박헌준, 오세홍, 김상준 (2004) 국가연구개발 투자시스템의 레버리지 전략 : 시스템 다이내믹스 접근 SD 이정도, 이춘주, 장원준, 박홍석 (2004) 국방과학기술 연구개발 우선순위설정에 관한 연구 AHP/ 전문가선택과제 평가시스템 조승국, 김선희 (2005) 댐건설사업의 환경가치 평가항목 결정에 관한 연구델파이 권명중, 유정식 이태정, 양준모 (2005) 산업수명주기론을 응용한 연구개발투자의 경제적 평가 : 의료기기산업을 중심으로 수명주기 / 동태수요모형 권기헌, 이홍재 차용진, 김태형 (2006) 과학기술경쟁력 제고를 위한 대형연구시설투자 우선순위 분석 델파이 / 브레인스토밍 / 전문가조사 이덕주, 배성식, 강 진수 (2006) DEA/AHP 모형을 이용한 R&D 프로젝트 선정모형 및 WEB 기반 R&D 프로젝트 선정시스템 개발 AHP/DEA 배용호, 홍사균외 (2007) 국가연구개발사업 투자방향 설정을 위한 포트폴리오 분석 AHP/ 포트폴리오 / 선형계획 법 정상기 외 (2008) 기계, 소재분야 국가 R&D 투자 포트폴리오 고도화 전략수립을 위한 사전연구 AHP/ 포트폴리오 매트릭스 선행연구와 연구방법론 ( 계속 )

6 5 1. 선행연구 방법론 검토 특징 : 산업기술 R&D 연구들은 재원배분의 의사결정과 직접적으로 연관되어 있음 그러므로 의사결정에 도움을 줄 수 있는 방법론들이 주로 활용되고 있음 예 ) AHP, 포트폴리오, BSC, 델파이, DEA, 선형계획법, System Dynamics 등 특정 방법론의 상대적 우위란 없음 - 다만, 재원배분의 문제를 바라는 관점의 차이 존재 - 더하여 연구를 시행하는 연구자들의 전문성과 역량의 차이 존재 어떤 방법론을 활용할 것인지는 선택으로 귀결 - R&D 예산배분 과정을 개선하는 것이 본 연구의 미션 ( 특정 사업 우선순위결정이 아님 ) - 예산배분의 과정은 여러 주체들이 참여하고 상황에 따라 변화하는 복잡하고 동태적인 시스템 특성 보유, 전체적인 구도가 중요 ( 피드백 ) - 새로운 대안의 적용과 그 효과를 평가할 수 있는 도구가 필요 (Before Treatment) - 이를 위해, 본 연구에서는 System Dynamics 를 통해 연구를 시행할 예정

7 6 2. System Dynamcis 소개 복잡한 경영문제 및 정책문제를 이해하고 분석하기 위하여 컴퓨터로 사회 시스템을 모델링하고 시뮬레이션하는 학문 System : 인간의 활동이 관여된 사회적 문제 (Social problems 또는 systems) Dynamics : 시간에 따라 변하는 행태를 설명, 이해하고자 함. 역사 1959 년 미국 MIT 의 J, W. Forrester 교수에 의해 창안. 1980 년대 후반 PC 의 발달과 함께 재 조명 1990 년대 후반부터 국내에 도입 2000 년대 초반에 삼성 / 현대를 중심으로 국내에 활용시작 2010 년 세계 시스템다이내믹스 학회 한국 유치 ( 서울, 올림픽파크텔 ) 관련 어휘 : 학습조직, Systems Thinking, Simulation 관련 기술 : Scenario Approach, Re-Engineering, BSC 등 SystemDynamics 시스템다이내믹스 (System Dynamics) System Dynamics Modeling 기법이란 ?

8 7 방법론적 위상 매출액가격 광고비 시장에서의 상대적인 가격 Data 전문가 의견 ( 예 : 신용 카드대란과 내수 승용차 예측 2002) Accessible Information ( 정성 data) Accessible Hard Data ( 환산, 추적된 숫자 ) Available Hard Data ( 현재 가지고 있는 숫자 ) Regression Time series ARIMA, MA Cost Benefit Analysis Decision Tree Analysis Artificial Neural Network Multi Attribute Analysis Bayesian Belief Network Analytical Hierarchy Process Input Output Analysis 구조 방정식 대상의 복잡성 (non linearity) 유연성 (flexibility) System Dynamics 2. System Dynamcis 소개

9 8 Software 시스템다이내믹스 모델링을 구현할 수 있는 Software 의 종류는 여러가지이나 대표적인 소프트웨어는 3 가지 임 정책분석 및 전략 시뮬레이션 도구로 Vensim 사용이 보편화되고 있음 iThinkVensimPowersim 역사상중하 편리성상중중 기능성하상중 유연성하상중 연결성하상중 디자인상하중 적용 범위소형 모델대형 모델중형 모델 사용자 수중상하 2. System Dynamcis 소개

10 9 What is a System? A collection of people and/or parts which interact with each other to function as a whole 2. System Dynamcis 소개

11 10 System Integrity Dividing a cow in half does not give you two smaller cows

12 11 What is System Thinking ? A “way of seeing” the world (big picture), the problems around us. As “systems”, indivisible collection of interconnected parts 11

13 12 What is Dynamic Problems ? Function of time: things change over time A dynamic problem is one that necessitates continuous monitoring and action (“management”). “Chronic” problems. (Not a snapshot probl em) 12

14 13 Why do we need System dynamics? Understand complicated phenomenon Prevent unintended consequences Handle complex matters and Integrating competing priorities due to Information Interdependencies Changing trends

15 14 시스템다이내믹스 모델 개발의 절차 시스템의 이해 시스템 경계 설정 개념 설계 CLD 개발 SFD 개발 시나리오 분석 1. 대상분야 시스템에 대한 고찰 2. 주요 동적 원인 파악 3. 어떻게 모델화 할 것인가 ? 4. 시스템의 구조 파악 5. 주요 변수의 정량화 6. 모델의 활용 ( 예 )

16 15 Step 1 Understanding the problem Problem recognition: who cares and why? Problem or concern Identifying data related to the problem

17 16 Step 2 Developing the causal loop diagrams

18 17 System thinking tool: a useful way to represent dynamic interrelationships Provide a visual representation with which to communicate that understanding Make explicit one's understanding of a system structure What is Causal Loop Diagrams?

19 18 Variables Links / Arrows - show the relationship and the direction of influence between variables S's and O's - show the way one variable moves or changes in relation to another (same vs opposite) or B - Balancing feedback loop that seeks equilibrium or R - Reinforcing feedback loop that amplifies change Ingredients of CLD

20 19 Cousal Loop Diagram 의 예 ( 도시모델 )

21 20 Step 3 Data Collection Review of the literature focus interviews with experts Data will be fed into the model as input data to assist in understanding behavior of the variables

22 21 Step 4 Development of the stock-flow diagram Constructing a simulation model from the causal loop diagram (causal loop diagram and simulation model are two versions of the same model:  1. written in equations  2. computer code and the other with arrows and words) Stock-flow diagram represents the system by using variables in equations

23 22 시스템 다이내믹스의 Calculations Hydraulic Metaphor: Stock & Flow Diagram: Integral Equation: Stock(t) = ∫ [Inflow(t) – Outflow(t)]dt + Stock (t 0 ) t0t0 t “Clouds” represent stocks outside the system boundary Stock Inflow Outflow

24 23 SFD 의 예 1( 인구모델 ) 23

25 24 SFD 의 예 2( 주택모델 ) 24

26 25 Step 5 Testing the system (validation) Ensure that it is soundly constructed Focusing on the structure of the causal loops to create the outcome Do elements respond to reflect data

27 26 Validation Test-Sensitivity Analysis

28 27 How to test soundness ?(Validation) o모델의 검증 검증의 3 요소 객관성 / 정량성 / 형식성 o SD 모델의 검증 건전성 검토 모델개발자의 의도한 대로 구성되어 있는가 ? 객관성 검토 객관성이 있는가 ? 연역적 방법 / 귀납적 방법 발전성 검토 앞으로 발전시킬 수 있는가 ? o SD 모델은 아직까지 유용성에 초점을 둔 주관적 모델 27

29 28 Step 6 Based on simulation, conclude or apply results to decision making (health policy, administration, treatment decision etc…)

30 29 Understanding Causal Loop Diagram Stock Flow Diagram Validations Policy Studies Data Collections Input data lists The Steps: Continuous Feedback

31 30 시스템 다이내믹스 특징 복잡한 비선형 문제 (Complicated Non-Linear System) 의 이해 (Social behavior problems: ex. suicide, depression, anxiety etc..)

32 31 시스템 다이내믹스 특징 시뮬레이션에 의한 정책결정 분석 방법 SD 모델 정책 변수 목적 변수

33 32 시스템다이내믹스 특징 ( 진화 ) 진화가 가능한 해결책이다. 새로운 자료에 따른 모델 모수의 변경 새로운 사실에 따른 모델 구조의 변경 모방계수 = 0.494587 혁신계수 = 0.00476032 최대수요 = 10279.4 모방계수 = 0.351726 혁신계수 = 0.00535825 최대수요 = 15509.7 모방계수 = 0.331389 혁신계수 = 0.00540579 최대수요 = 16731.6 자료수집 진화

34 33 시스템다이내믹스 활용 예 ( 자동차 ) 제목 : 자동차 수요 예측 시스템 발주 : H 사 수행 기간 1 단계 : 2002 년 ( 국내 자가용 총수요 ) 2 단계 : 2003 년 ( 국내 자가용 차급별 수요 ) 2 단계 : 2004 년 ( 국내 자가용 모델별 수요 ) 3 단계 : 2005 년 ( 미국 내 현대 자동차 수요 ) 4 단계 : 2006 년 ( 미국 내 현대 자동차 수요 ) 활용 형태 : Stand Alone

35 34 시스템다이내믹스 활용 예 ( 자동차 ) 국내 승용차 수요 예측모델

36 35 시스템다이내믹스 활용 예 ( 자동차 ) 미국 승용차 경쟁력평가 모델

37 36 시스템다이내믹스 활용 예 ( 경찰청 ) 제목 : 경찰관서 치안 수요 예측 모델 발주 : 경찰청 수행 기간 1 단계 : 2006 년 활용 형태 : Stand Alone

38 37 시스템다이내믹스 활용 예 ( 경찰청 )

39 38 시스템다이내믹스 활용 예 ( 공무원 ) 제목 : 국가 공무원 정원 예측 및 협상 시스템 발주 : 행정자치부 수행 기간 1 단계 : 2004 년 2 단계 : 2005 년 3 단계 : 2006 년 활용 형태 : 웹형

40 39 시스템다이내믹스 활용 예 ( 공무원인력 )

41 40 시스템다이내믹스 활용 예 ( 공무원 )

42 41 SD 의 의학 분야에의 활용 ( 당뇨 )

43 42 SD 의 조직관리 분야에의 활용 ( 인사 )

44 43 연역적 방법에 가까움 직접적 응용을 전제로 한 연구 분석적 방법으로 모델을 구성하고 종합적 방법에서 문제 해결 양적 연구 ( 질적 요소를 양적으로 표현하는 것 포함 ) 의사결정을 위한 연구 한계 1 : 모델링에 대한 사전 지식 필요 ( 수리적 능력, 진입장벽 ) 한계 2 : 시간과 비용이 과다 소모. But, 만들어진 모델은 지속적으로 고쳐서 활용 가능 한계 3 : 지배방정식 부족 ( 특히, 사회현상 ). 예측력 떨어짐 2. System Dynamcis 소개 정리

45 44 3. System Dynamics 의 적용 과업 : 산업기술 지역 R&D 배분의 효율적 방법론을 찾는 것 문제의 특성 - 다수의 기관과 참여자 (actors) 가 존재하고, 구조화된 절차와 시기에 따라서 결정 - 의미 : 제도와 행태가 결합되어 산업기술 지역 R&D 재원이 결정됨 - 비효율의 문제점 제기 : 새로운 과정이나, 행태의 수정을 요구 요구되는 질문 - 어디서부터 출발해야 할 것인가 ? 구조 ( 제도 ) 인가 행태인가 ? : 시스템 ( 구조 + 행태 )!! - 대안은 무엇인가 ? 어떻게 대안을 도출할 것인가 ? - 도출된 대안이 효과적이라는 것은 어떻게 알 수 있고 평가되는가 ? - 실제로 집행하기 전에 좋은 개혁안이라는 것을 입증할 필요가 있음 시스템 다이내믹스 접근법 - 시스템의 구조와 행태 전체를 그려볼 수 있음 : 절차와 체계, 의사결정 기준 ( 사고 ) 등 - 학습도구로서 대안의 모색을 촉진하고 팀내 의사소통 강화 - 대안에 대한 평가도구로서 작동 : 시뮬레이션 결과의 비교, 위험도, 민감도 평가 시행

46 45 3. System Dynamics 의 적용 만들어야 할 모델들 1) 우리나라 전체 R&D 예산의 결정 ( 외생변수로도 처리가능 ) 2) 산업기술 지역 R&D 예산의 총액이 결정되는 과정 ( 모델링 요망 / 외생변수 처리가능 ) 3) 산업기술 지역 R&D 재원배분과 관련된 주체들의 배분결정 과정 모델링 ( 법적, 제도적 ) 4) 이들 주체들의 의사결정 기준 모델링 ( 사고체계, 평가기준 ) 5) 행태적인 왜곡이 발생하는 요인들에 대한 모델링 ( 정치적인 왜곡 등 ) 6) 법적, 제도적 대안의 모색 : 팀원간 협업 7) 사고체계 및 평가기준 재설정에 대한 모델링 : 팀원간 협업 8) 대안들의 효과 도출 및 대안에 대한 평가 배분구조사고 및 행태 대안의 모색 및 평가 (System Dynamics)

47 46 3. System Dynamics 의 적용 : 광역특별회계 R&D 예산 결정 모델

48 47 3. System Dynamics 의 적용 : 광역특별회계 R&D 예산 편성 과정 국회 기획재정부 국가과학기술위회 각 부처 지방자치단체 1. 지출한도 (4 월말 ) 2. 예산신청 (5 월말 ) 3. 예산한도 (6 월말 ) 3. 예산요구서 제출 (6 월말 ) 4. 검토의견 (7 월말 ) 5. 국회제출 (9 월말 )

49 48 3. System Dynamics 의 적용 : 광역특별회계 R&D 예산 단계별 수정률 ( 임의의 값 ) 구분 광역경제권 산업경쟁력강화 지역기술 경쟁력강화 대덕 R&D 특구육성 산학협력 활성화 지역전략 산업육성 지역특화 산업육성 광역경제권 선도산업 육성 산업집적지 경쟁력강화 산업 R&D 특구 육성 산학협력 중심 대학지원 2010 년도 사업예산 (5,947 억원 ) 1,5751,0922,1006,69331180 지경부 0.80.70.750.850.90.65 국과위 0.980.880.920.870.790.83 기재부 0.90.850.950.750.970.8 국회 1.21.31.351.41.51.1

50 49 3. System Dynamics 의 적용 : 기초적 시뮬레이션 결과 (Test) 지방결정 광특 사업 총액 5,640( 억원 ) 지경부 결정 광특사업 총액 4,362( 억원 ) 국과위 결정 광특사업 총액 3,897( 억원 ) 기재부 결정 광특사업 총액 3,993( 억원 ) 국회 통과 광특사업 총액 5,091( 억원 )

51 50 4. 연구의 현주소와 향후 연구 과업  현재까지의 수행한 과업의 특징 - 광역특별회계 소관 R&D 사업 중 지식경제부의 사업만을 대상으로 한 모델링 - 법적, 제도적 틀 ( 시간과 주체 ) 을 중심으로 한 기초적인 모델링에 불과 - 각 주체의 의사결정이 수정률을 통해서 임의적으로 반영한 초기 모델일 뿐임 - 각 예산결정과정의 주체들의 역동적인 상호작용과 피드백을 반영하지 못함  향후 연구 과업 - 모델의 범위 확정 필요 ☞우리나라 지역 산업 R&D / 광역특별회계 소관 R&D/ 광특회계 중 지식경제부 소관 R&D - R&D 예산결정 주체들의 의사결정 방식과 그 과정에 대한 연구 필요 ☞상호작용 / 피드백 과정 연구 필요 / 복잡성 증가, but 현실적 모델 구축이 목표 - 협업 연구자들의 연구결과 ( 원칙 및 기준 ) 를 반영한 모델 수립 및 평가

52 51 감사합니다.