자동차는 기계 기술의 총체라는 전통적인 인식을 넘어 전자화가 가속화되고 있으며, 기계와 전자 및 소프트웨어 테크놀로지가 결합되어 자율주행차라는 목표를 향해 기술적인 도약을 거듭하고 있다. 하지만, 단위 시스템의 복잡도 증가와 함께 시스템 간의 통합 관련하여 점점 더 많은 이슈가 발생하고 있어, 이를 해결하기 위한 많은 고민과 노력이 필요하다고 할 것이다. ISO26262와 같은 기능 안전을 담보하기 위한 절차를 도입하고, 사전 시뮬레이션 및 검증을 통해 문제를 해결해 나가고 있지만, 차량이라는 복잡한 시스템을 개발하기 위해 현재의 개발 프로세스의 개선 및 부문 간 협업을 위해 도입이 시급한 분야가 바로 시스템 엔지니어링 부문이다.
시스템 엔지니어링은 국방, 항공, 우주 부문에서 이미 오래전부터 도입되어 활용되어 왔고, INCOSE 등에서 용어의 정의 및 프로세스에 대한 내용이 정리되어 있으며, 선진 기업들은 복잡한 시스템을 통합하고, 성공적인 시스템을 실현하기 위해 시스템 엔지니어링 절차와 방법론을 도입하고 있다. 시스템 엔지니어링은 성공적인 시스템의 실현을 가능하게 하는 부문 간 (Interdisciplinary) 접근 방법이며, 요구 사항 정의에서부터 출발하여, 운영, 성능, 테스트, 제조, 비용, 스케줄, 교육 및 지원과 배포를 포괄하는 프로세스를 지원하는 일련의 엔지니어링 과정으로 정의할 수 있다. MBSE는 시스템 엔지니어링을 모델에 기반하여 수행하는 개념으로 상용 언어의 모호성을 배재하기 위해 모델을 이용하여 시스템을 기술해 나간다.
모델이란 대상이 되는 객체의 구조, 행위 또는 운영의 측면에서, 근사화, 대표화, 이상화한 것을 의미하며, 실세계, 개념, 시스템의 특징을 추상화한 것이라 할 수 있다. 즉 현실세계의 상용 언어로 기술되는 시스템 내용을 모델을 이용하여 소통함으로써 언어의 불명확함을 없애고, 명료하게 부문 간 소통을 하기 위해 활용된다. 여기에서 말하는 모델이란 구체적인 시스템을 만들어 가기 위해 사용되는 모델을 의미하며, CATIA로 만들어진 3D 모델, Dymola로 만들어진 물리/공학 모델, SysML로 만들어진 시스템 모델 등이 해당된다. INCOSE에서도 MBSE를 “개념 설계 단계부터 개발 및 이후의 라이프사이클 전반에 걸쳐 시스템 요구 사항, 설계, 분석, 검증(V&V) 활동을 지원하기 위해 모델링을 적용하는 것”으로 정의하고 있다.
시스템 엔지니어링을 구현하기 위해서는 3가지 주요 요소가 있다. 방법론(Methodology), 도구(Tool), 사람(People)이 그것이다. 먼저 방법론(Methodology)을 살펴보면, 다쏘시스템은 MMS(Modeling Methodology for System)이라는 19개의 View를 가진 시스템 모델링 방법론을 가지고 시스템 엔지니어링을 지원하고 있다. 이를 통해 요구 사항, 상태(State), 정적(Static), 동적(Dynamic) 상태 및 형상 관련 내용을 미션, 서비스, 기능, 컴포넌트 관점에서 생성하고 관리하여 부문 간의 협업을 증대시키고자 한다.
MMS 방법론을 구현하는 도구로서 다쏘시스템은 3DEXPERIENCE 상에서 System Architect라는 Role이 3DEXPERIENCE 플랫폼에서 제공된다. 더불어 2017년 NOMAGIC이라는 시스템 아키텍처 솔루션사를 인수함으로써 시스템 아키텍처 부문을 강화하고 있으며, 시장의 요구에 선제 대응하고 있다.
시스템엔지니어링의 V 사이클 관점에서 요구 사항-기능 설계(Function)-논리설계(Logical)-실물 설계/제작 단계를 거쳐 검증 및 확인 단계로 전환된다. 이러한 사이클에서 시스템의 성능 예측 및 검증을 가상환경 속에서 수행할 수 있으며, 예측 및 가상 검증을 위해 Multi-Physics를 지원하는 거동 모델을 만들 수 있다. 최근 자동차 산업에서 성능 예측 및 가상 검증에 대한 요구 사항이 커져가고 있으며, 제어기와 플랜트(제어 대상) 모델을 결합하여 신제품을 구성하기 이전 단계부터 많은 시뮬레이션을 해 나가고 있다. MIL(Model In the Loop), SIl(Software In the Loof), HIL (Hardware In the Loop) 등을 통해 성능 예측 및 가상 검증을 진행하여 물리적인 시스템 통합 이후에 나타나는 많은 문제점 등을 사전 검토하여 이슈를 줄여나가는 방법을 채택하고 있다.
다쏘시스템의 3DEXPERIENCE는 전통적인 1D 시뮬레이션을 지원할 뿐 아니라, CATIA의 3D 모델과 Dymola의 1D 시뮬레이션을 결합하여 사전 성능 예측뿐 아니라 요구 사항을 충족하는지의 여부를 CATIA의 3D 상에서 동적상태에서 검토할 수 있도록 해준다. 거동 모델을 만들기 위해서는 MODELICA라는 모델링 언어를 이용하며, 각 부품 및 컴포넌트를 물리 방정식으로 표현하고 아이콘화하여 연결함으로써 Input에 따른 Output을 검토할 수 있다. 기계요소뿐 아니라, 유압, 공압, 전기, 전자 등의 컴포넌트도 물리 및 공학 방정식을 이용하여 정의하고 이러한 컴포넌트를 조립하여 상위 어셈블리를 만들어 나가고, 궁극적으로는 엔진, 샤시, 차체 등이 통합된 전체 차량에서 시뮬레이션 할 수 있도록 해준다.
다쏘시스템은 90년대에 개발된 개념인 DMU(Digital Mockup)을 넘어서 FDMU(Functional DMU)를 3D 모델과 1D 모델의 결합을 통해서 구현해 나가고 있다. 동역학을 포함한 다물리 역학을 위한 모델도 시스템 엔지니어링 전체 프로세스상에서는 일부분만을 차지한다고 할 수 있다. CATIA/Dymola에서 만들어진 예측 및 검증을 위한 거동 모델도 다쏘시스템의 MMS 방법론에 따른 시스템 아키텍처상에서 표현될 수 있으며, 차량 개발 단계에 있어 부문 내의 이슈뿐 아니라 부문 간 또는 전체의 이슈를 해결하기 위한 협업의 도구로서 활용되어야 그 효과를 배가할 수 있다.
시스템 엔지니어링을 구현하기 위한 요소 중 가장 중요한 것은 사람이다. 조직의 변화 없이 현재의 직무 단위 위주의 조직으로 복잡한 시스템엔지니어링을 구현해 가기에는 많은 어려움에 봉착하게 된다. PSA는 시스템엔지니어링 방법론을 도입하는 과정에서 조직을 시스템엔지니어링을 지원하는 기술기능 단위로 재편하여 방법론과 도구 및 조직이 정렬되어 운영될 수 있도록 하였다.
요약하면, 차량의 전자화에 따라 부문 간의 협업을 지원하기 위해 시스템 엔지니어링이 필수 요소로 등장하였고, 시스템 엔지니어링을 구현하기 위한 효과적인 방법으로 최신 기술을 접목한 MBSE 이 요구된다. MBSE를 구현하기 위해서는 현존하는 프로세스와 툴을 연계시켜 구슬을 꿰어줄 방법론이 반드시 필요하며, 방법론, 도구와 더불어 조직과 문화의 변화가 요구된다.
MBSE를 지원하는 다쏘시스템 솔루션 · Mechatronics Engineer / Dynamic Systems Engineer: 3D model과 1D를 연계하여 검증 · System Architecture: 요구 사항, MMS 방법론을 전개해 나가는 도구 · NOMAGIC : SysML 표준을 지원하는 System Architecture 도구 · System Traceability: ISO26262에서 가장 중요한 추적성(Traceability) 지원 · Electrical Electronics Systems Architecture: 차량의 ECU / SWC / 통신프로토콜 아키텍팅 · AUTOSAR Builder : 소프트웨어 개발 플랫폼인 AUTOSAR Compliant 한 개발 도구 · ControlBuild : 제어기 개발을 지원하는 도구
■다쏘시스템코리아 마케팅/브랜드 총괄 조성준 팀장
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모델 기반 시스템 엔지니어링 전체 보기 MBSE이 해결하는 제품 개발 복잡성, 제품 개발을 위한 지능적 시스템 접근 방식과 시스템 및 설계 관리를 최적화하는 MBSE에 대해 소개합니다. https://go.3ds.com/Ev8
한국 제조 기업을 위한 MBSE 입문 가이드: 정의부터 활용까지 MBSE는 복잡한 제품 개발을 위한 모델 기반 시스템 엔지니어링 방법론입니다. 다양한 산업군에 도입되고 있으며, MBSE 입문 가이드를 통해 개념부터 적용까지 자세히 확인해보세요. https://go.3ds.com/y5t
[인터뷰] “제조업 위기, 혁신하는 기업만이 생존” 다쏘시스템 전문가 인터뷰를 통해 데이터 시각화와 커뮤니케이션에 도움을 주는 MBSE의 중요성에 대해 알려드립니다. 제품 생애주기 전체를 최적화하는 방안을 알아보세요! https://go.3ds.com/3MX
제품 개발의 새로운 방법론, MBSE(1) -개요 제품 개발 기간을 혁신적으로 단축하여 품질을 향상 해주는 MBSE에 대해 기초부터 알려드립니다. https://go.3ds.com/lki