SysML을 활용한 아키텍처 모델링과 MagicGrid 방법론
소비자의 선호에 따라 특화된 제품을 요구하는 현재, 항공기와 자동차, 선박, 건설까지 여러 분야의 제품 역시 사물인터넷, 커넥티비티 등이 포함된 새로운 서비스를 제공하고 있다. 이러한 환경 속에서 제품 기획, 설계, 해석 및 생산 전반의 과정에서 생성되는 정보들 간의 연계를 견고히 하는 모델 기반 시스템 엔지니어링(MBSE · Model- Based System Engineering)은 엔지니어링 분야에서 중요한 역할을 하는 접근 방식이다. 이러한 MBSE의 핵심 요소인 시스템 아키텍처는 시스템의 구조와 구성 요소 사이의 상호 작용을 표현하여 시스템 개발자의 업무에 큰 이점을 가져다준다.
이번 호에서는 시스템 아키텍처의 중요성과 SysML을 활용한 시스템 모델링의 가치, 시스템 아키텍처 모델링 솔루션인 카티아 매직(CATIA Magic)을 사용하여 얻을 수 있는 이점에 대해 살펴보고자 한다.
시스템 아키텍처의 중요성
시스템 아키텍처는 시스템의 구조와 구성 요소 사이의 관계 및 상호 작용을 명확하게 정의한다. 이는 시스템의 기능성, 안정성, 성능, 확장성, 유지 보수성 등에 직접적인 영향을 미친다. 보다 직관적인 아키텍처 모델을 기반으로 요구사항을 충족시키고, 이해관계자들 간의 의사소통과 협업을 원활하게 한다. 또한, 아키텍처는 시스템의 전체적인 복잡성을 이 해하고 관리할 수 있는 체계적인 접근 방식을 제공한다. 이를 통해 초기 개발 단계부터 문제를 식별하고 해결할 수 있으며, 변경 및 개선에 유연하게 대응할 수 있다.
SysML을 활용한 시스템 아키텍처 모델링
SysML이란
SysML(Systems Modeling Language)은 OMG(Object Management Group)에서 정의하여 제공하는 언어로서 하드웨어, 소프트웨어, 정보, 인력, 절차 및 시설을 포함할 수 있는 복잡한 시스템을 정의, 분석, 설계 및 검증하기 위한 범용 그래픽 모델링 언어이다. 이는 시스템 공학 분야에서 널리 사용되는 모델링 언어로, UML(Unified Modeling Language)을 기반으로 한 표준화된 언어이다. SysML이라는 표준은 개발 담당자들이 시스템을 명확하게 정의하여 동일하게 이해하는 데 도움을 준다.
SysML 기반 아키텍처 모델링의 장점
SysML의 9가지 다이어그램과 테이블은 목적과 관점에 맞게 사용되어 시스템의 구조, 동작, 요구사항 등을 직관적으로 표현함으로써 개발자들이 시스템을 더 잘 이해할 수 있게 도와준다. 그에 따라 시스템 요구사항과 아키텍처 간의 일관성을 확보하고 변경에 대한 영향을 미리 파악할 수 있다. 이는 개발 과정에서의 위험을 감소시키고, 시스템의 품질과 성능을 향상시키는 데 기여한다.
표 1. 카티아 매직 포트폴리오
| 솔루션명 | 내용 |
|---|---|
| Magic Software Architect | – 아키텍처, 소프트웨어 시스템 모델링 도구 – 객체지향 시스템 및 DB에 대한 분석/설계(UML2), 리버스 엔지니어링 제공 – Model Merge: 상이한 버전의 모델, 릴리스 모델 간의 변경사항을 반영 |
| Magic Cyber Systems Engineer | – Magic Software Architect 기능 포함 – OMG SysML 표준 기반 모델링 및 분석 지원 – 외부 솔루션과 데이터 상호운용을 위한 인터페이스 지원 – OMG SysML 표준 기반 요구사항 정의 구현(Model-based Requirements Engineering) |
| Magic System of Systems Architect | – Magic Cyber Systems Engineer 기능을 포함 – BPMN 2.0 기반 비즈니스 모델링 및 분석 – UAF, UPDM, DODAF, MODAF, NAF 표준 기반 엔터프라이즈 아키텍처 모델링 – SOA 아키텍처 및 구현 도구(SoaML)/온톨로지 지원 도구 |
| Magic Model Analyst | – UML/SysML 시뮬레이션 도구 |
| Magic Collaboration Studio | – 모델 데이터 저장(Repository), 개발 협업, 모델 버전 컨트롤 지원 – 웹 환경에서 다양한 이해관계자 간 모델 공유 및 편집 |
카티아 매직의 주요 기능 및 특징
카티아 매직 솔루션 소개
여러 상용 아키텍처 모델링 솔루션 중, 다쏘시스템의 카티아 매 직은 강력한 표준 기반 솔루션이다. 카티아 매직은 제품 개발 프로 세스의 초기 단계에서 제품의 시스템을 분석하고 아키텍처를 정의할 수 있는 다양한 기능을 제공한다. 카티아 매직을 통해 기업은 모델 기반 시스템 엔지니어링을 보다 효과적으로 구현할 수 있다.
카티아 매직의 기능과 특징
OMG 표준 기반 아키텍처 모델링
카티아 매직은 OMG(Object Management Group) 모델링 표준인 표준인 SysML, UML 및 UAF를 지원한다. 이 표준을 기반으로 시스템의 운영 시나리오 속에서 미션 및 요구사항을 도출하고, 서브시스템 및 부품 단위의 요구사항, 구조, 인터페이스, 기능 및 작동 원리를 모델로 상세화하여 시스템을 보다 명확하게 정의할 수 있다. 정의된 시스템 아키텍처를 통해 담당자들이 시스템을 직관적으로 이해하고 시스템 구성 요소 간의 관계를 쉽게 파악할 수 있다.
카티아 매직으로 모델링한 시스템 아키텍처는 요구사항과의 연계를 통해 요구사항 변경 내용을 추적하고, 이에 따른 아키텍처 영향도 분석을 수행할 수 있다. 이는 시스템의 요구사항과 일관성을 유지하여 시스템 개발 프로세스에서의 위험을 감소시키고 사전에 대비할 수 있게 도와준다.
시스템 모델 시뮬레이션
카티아 매직을 통해 시스템의 동작을 시뮬레이션하고 성능을 평가할 수 있다. 시스템의 정적인 구조와 거동 논리를 정의하는 카티아 매직의 기능과 특징 과정에서 나아가 해당 모델을 실행 가능한 시뮬레이션 모델로 활용할 수 있게 한다.
시뮬레이션을 통해 시스템 모델의 제어 로직을 검증할 수 있고, 시스템 모델에 FMI와 MATLAB 모듈을 드래그 앤 드롭 (drag&drop) 형식으로 쉽게 구성요소로 삽입하여 물리적 성능에 대한 타당성을 검증할 수 있다. 시스템 모델이 설계 데이터와 연계가 되면 성능에 영향을 주는 개별 인자 (TPM, MOP)와 같은 상세 데이터가 목표 성능(MOE)과 같은 요구사항을 만족하는지 자동 확인할 수 있다 이는 시스템의 품질과 성능을 미리 예측할 뿐 아니라, 개발 상의 이슈를 신속하게 파악하고 조기에 개선할 수 있게 해 준다.
카티아 매직은 FMEA(Failure Modes and Effect Analysis) 콘셉트를 아키텍처 기반으로 구현할 수 있는 기능을 제공한다. 이를 통해 시스템 수준에서 FMEA를 수행하고 잠재적인 결함과 고장 모드를 식별할 수 있다.
또한 각 레이어(layer)의 FMEA 결과를 분석하여 상·하위 구조 간의 고장 인과 관계를 분석할 수 있다. 개념 설계 단계에서 안전성과 신뢰성 영역에 대한 스펙을 상세화하여 정의할 수 있으며, 이를 통해 초기 단계에서 문제를 사전에 예측하고 대응할 수 있게 도와준다.
이 외에도 다쏘시스템의 플랫폼인 3D익스피리언스 플랫폼 (3DEXPERIENCE Platform)과의 요구사항 동기화, 사양관리, 1D/3D 해석 툴 연계 등 MBSE 활동을 지원할 수 있는 다양한 기능들을 제공하고 있다.
매직그리드 방법론 소개
매직그리드 방법론이란
매직그리드(MagicGrid) 방법론은 시스템 아키텍처 설계에 활용할 수 있는 전략적인 접근 방식이다. 이 방법론은 시스템의 다분야 통합 측면을 고려하여 강건한 아키텍처 설계를 지원한다. 매직그리드는 다양한 요구사항과 제약조건을 고려하여 아키텍처를 논리적으로 설계할 수 있도록 시스템의 기능, 성능, 신뢰성 등 다양한 측면을 분석하는 데 도움을 준다. 이는 결과적으로 시스템에 대한 품질 높은 아키텍처를 구축할 수 있다.
매직그리드를 활용한 시스템 아키텍처 설계 과정
매직그리드를 활용하면 명확하고 단계적인 절차에 따라 시스템 아키텍처 설계를 할 수 있다. 첫째, 시스템의 요구사항과 목표를 정의하고 분석한다. 이 과정에서 시스템의 기능, 성능, 제약조건 등을 파악한다. 둘째, 상위 아키텍처를 정의한다. 상위 아키텍처에서는 하위 모듈 간 사용되는 인터페이스를 정의하고 할당한다. 관 이를 통해 추후 모듈 통합 시 인터페이스 정합성을 확보한다. 셋째, 각 모듈의 아키텍처를 세부적으로 설계하고 검증하여 앞서 정의했던 요구사항과 목표를 달성한다. 넷째, 통합된 시스템의 아키텍처를 구현하고 검증하여 최종적으로 품질 높은 아키텍처를 구축한다.
매직그리드 방법론의 장점과 적용 사례
매직그리드는 MBSE 도입 초기에 조직에서 활용할 수 있는 방법론이다. 이제 막 MBSE를 도입하는 조직에서 아키텍처를 작성할 수 있는 가이드로서 활용될 수 있다. 추후 제품, 조직 또는 개발 프로세스의 특성에 따라 매직그리드를 수정하여 최적화된 방법론을 개발할 수도 있다.
매직그리드는 상세설계 스펙을 작성하는 데 도움을 준다. 시스템 아키텍처를 시각화하고 모델링 도구를 활용하여 상세한 설계 스펙을 작성할 수 있다. 이를 통해 정확한 요구사항을 파악하고 상세설계를 수립할 수 있으며, 제품 개발에 대한 비용과 시간을 절감할 수 있다.
닛산(Nissan) 자동차의 경우, 전통적인 내연기관에서 전기 파워트레인(powertrain)으로의 전환으로 인해 제품의 복잡성 관리와 협업에 어려움을 겪게 되었다. 닛산은 이에 대한 해결책으로 MBSE를 도입하고, 카티아 매직과 매직그리드 방법론을 채택했다. 더불어 매직그리드 방법론에 자체적인 방법론인 Nissan-7 Methodology를 접목하여 최적화된 아키텍처 방법론을 개발하였다.
닛산은 MBSE 도입을 통해 엔지니어링 정보의 재사용성과 협업 측면에서 큰 이점을 얻었다. 카티아 매직을 활용하면서 시스템 아키텍처 설계를 더욱 체계적으로 수행할 수 있었다. 이를 통해 기존의 문서 기반 업무 방식에서 벗어나고, 제품 개발과 협업을 더욱 효율적으로 수행할 수 있게 되었다.
[저자소개]
김성환
다쏘시스템코리아의 MBSE 컨설턴트이다. 2014년부터 다쏘시스템코리아에서 기술 컨설턴트로 활동 중이며, 2022년부터는 다쏘 시스템의 MBSE 영역 전반을 담당하며 고객 대상으로 MBSE 방법론 소개 및 제안을 수행하고 있다.
김승원
다쏘시스템 코리아의 기술 컨설턴트로서 MBSE 영역을 전문으로 업무를 수행하고 있다. CATIA Magic과 3DEXPERIENCE Platform과 같은 주요 솔루션을 활용하여 고객들에게 기술 컨설팅을 제공하고 있다.
신효주
다쏘시스템코리아의 MBSE 전문 기술 컨설 턴트이다. CATIA Magic과 STIMULUS를 포함한 MBSE 솔루션을 담당하고 있으며, 다양한 산업 및 대학을 대상으로 MBSE 및 SysML 관련 교육과 프로젝트를 수행하며 기술 컨설팅을 제공하고 있다.
출처: 캐드앤그래픽스(https://go.3ds.com/nxy)
디지털 트랜스포메이션의(DX) 핵심, MBSE 정의부터 적용 사례까지 소개한 총 정리 가이드에 대해 궁금하신 분들은 아래 링크에서 확인해 주세요.
▶다쏘시스템 MBSE 안내서 입문 가이드 자세히 보기: https://go.3ds.com/y5t
# [MBSE 기술 칼럼 시리즈] 제품 개발의 새로운 방법론, MBSE
• 1편 MBSE 정의 및 사례: https://go.3ds.com/lki
• 2편 SysML을 활용한 아키텍처 모델링과 MagicGrid 방법론: https://go.3ds.com/tPc
• 3편 MBSE 실현을 위한 다분야 솔루션 통합 환경 구축 및 활용방안: https://go.3ds.com/Q0t
• 4편 요구사항 기반 V&V를 수행하기 위한 방안 및 사례: https://go.3ds.com/jmq
• 5편 항공우주 및 방위 산업에서의 MBSE: https://go.3ds.com/yDW
• 6편 MBSE 프레임워크와 플랫폼의 역할: https://go.3ds.com/UbW