SIMULIA

시뮬레이션이 만드는 지속가능한 타이어의 미래

Mon, 16 Dec 2024 06:58:20 GMT

시뮬레이션을 통해 타이어 엔지니어링의 지속 가능성을 실현할 수 있을까요? 타이어 분진이 미세 입자 오염의 주요 원인으로 지목되면서, 차세대 유럽 배기가스 배출 기준은 이를 규제 대상에 포함할 예정입니다. 또한 전기차(EV)의 높은 토크와 중량으로 인해 타이어 마모가 가속화되는 문제가 더욱 부각되고 있어, 타이어 제조업체들은 설계 단계부터 지속 가능성을 핵심 요구사항으로 고려해야 하는 상황입니다. 시뮬레이션은 이러한 과제를 해결할 수 있는 돌파구를 제시합니다. 선도 기업들은 시뮬레이션 기술을 활용해 마모, 연비, 그립력 사이의 최적의 균형점을 찾아내고 있습니다. 또한 자동 마모 모니터링과 서비스형 타이어(TaaS)를 지원하는 스마트 커넥티드 타이어를 개발하고, 모듈식 타이어 설계를 통해 증가하는 제품군의 복잡성을 효율적으로 관리하고 있습니다. 타이어와 대기오염 그리고 지속가능성 일반적으로 자동차 오염을 떠올리면 배기가스를 먼저 생각하게 됩니다. 하지만 간과해서는 안 될 중요한 오염원이 있습니다. 바로 타이어입니다. 임페리얼 칼리지 런던(Imperial College London)의 연구 결과에 따르면, 자동차에서 발생하는 입자상 배출물의 절반 이상이 타이어에서 발생하며 매연, 먼지 같은 미세 입자들은 심각한 호흡기 질환을 유발할 수 있습니다. 차량이 주행하는 동안 발생하는 타이어 마모로 인해 생성되는 고무 미세 입자들은 대기 중에 부유하거나 수로로 유입되어 미세플라스틱 오염의 원인이 됩니다. 특히 주목할 점은 전기차에서도 이러한 문제가 발생한다는 것입니다. 오히려 배터리의 무게와 높은 토크로 인해 타이어 마모가 더욱 가속화되는 경향이 있습니다. 이러한 문제의 심각성을 인식한 유럽연합은 차세대 배출 기준인 Euro 7에 타이어 배출물 규제를 포함할 예정입니다. 이에 따라 타이어 제조업체들은 그 어느 때보다도 지속가능성을 고려한 설계의 중요성에 직면해 있습니다. 매직 트라이앵글: 타이어 내마모성과 연비 개선 타이어 엔지니어들 사이에서는 ‘매직 트라이앵글’이라는 중요한 개념이 있습니다. 이는 마모, 회전 저항, 젖은 노면 그립력이라는 세 가지 핵심 성과 지표가 복잡하게 균형을 이루는 것을 의미합니다. 각각 내구성, 연비, 핸들링으로 이해할 수 있습니다. 이 세 가지 요소는 상호 밀접한 관계를 가지고 있어 한 부분의 성능을 개선하면 다른 부분의 성능이 저하되는 특징을 가지고 있습니다. 이러한 도전 과제를 해결하기 위해 엔지니어들은 매직 트라이앵글 내에서 최적의 균형점을 찾고자 합니다. 목표는 세 가지 요구사항을 모두 만족시키는 설계를 찾는 것이며, 더 나아가 트라이앵글의 경계를 확장하여 모든 영역에서 동시에 성능을 향상시키는 것입니다. 시뮬레이션 기술은 이러한 복잡한 설계 과정에 획기적인 해결책을 제시합니다. 엔지니어들은 실제 프로토타입 제작 전에 내구성, 연비, 핸들링은 물론 펑크 저항, 열 안정성, 수막현상, 공기 저항 등 다양한 성능 요소를 가상으로 분석할 수 있습니다. 특히 자동화된 실험 설계(DoE)와 최적화 기술을 활용하면, 더 많은 설계 대안을 탐색하고 각 요소 간의 최적 균형점을 체계적으로 찾아낼 수 있어 개발 시간과 비용을 크게 절감할 수 있습니다. 모듈형 타이어 자동차 제조업체와 운전자들의 요구사항은 점점 더 세분화되고 있습니다. 특히 연비 개선과 주행 경험 최적화에 대한 기대가 높아지고 있으며, 전기차와 전기 파워트레인 모델의 증가로 인해 높은 중량과 토크에 대응할 수 있는 새로운 타이어 개발이 시급해졌습니다. 타이어의 전문화가 가속화되면서 제품 범위도 확장되어야 하는 상황입니다. 이는 엔지니어링팀에게 큰 도전 과제가 되고 있습니다. 제한된 시간 내에 더 많은 타이어 설계를 개발해야 할 뿐만 아니라, 지속 가능성 측면에서도 과도한 프로토타입 생산은 심각한 자원 낭비를 초래합니다. 또한 제조업체들은 증가하는 재고관리단위(SKU)의 효율적 관리라는 새로운 과제에도 직면해 있습니다. 모듈형 타이어는 이러한 과제를 해결할 수 있는 방법입니다. 매번 새로운 타이어를 처음부터 설계하는 대신, 엔지니어들은 다양한 요구사항에 맞춰 조합할 수 있는 공통 요소를 개발합니다. 3DEXPERIENCE 플랫폼의 MODSIM을 활용하면 이러한 모듈형 요소들을 개별적으로 설계한 후 완성된 타이어로 자동 구성할 수 있습니다. 시뮬레이션 기술은 이 모든 프로세스를 뒷받침합니다. 기초 구조 설계부터 최종 제품 분석에 이르기까지 전 단계에서 최적화가 이루어지며, 완성된 제품 내에서 각 구성 요소 간의 상호작용을 고려한 정밀한 최적화가 가능합니다. 커넥티드 타이어와 서비스형 타이어 타이어 관리는 항상 차량 운영의 핵심 요소였습니다. 운송, 물류, 대중교통, 렌터카, 택시 등의 산업에서는 차량이 연간 수만 또는 수십만 마일을 주행하며, 운영자는 수백 대의 차량을 관리해야 합니다. 타이어 결함은 배송 지연과 안전 문제를 초래할 수 있어, 차량 관리자에게 타이어 마모 관리는 최우선 과제입니다. 기존의 타이어 관리 방식은 정기적인 검사와 엄격한 교체 주기를 필요로 합니다. 하지만 이는 노동 집약적일 뿐만 아니라, 교체 시기 결정에 있어 까다로운 상충관계가 존재합니다. 타이어를 너무 늦게 교체하면 파열 위험이 있고, 너무 일찍 교체하면 불필요한 자원 낭비와 운행 중단이 발행하기 때문입니다. 타이어 관리는 특히 차량 공유와 물류 분야의 신규 사업자들에게 중요한데, 최적화된 차량 관리가 기존 업체들과의 경쟁에서 핵심 우위를 제공하기 때문입니다. 이에 제조업체들은 보다 효율적인 관리를 위해 스마트 커넥티드 타이어를 개발했습니다. 타이어 상태를 실시간으로 모니터링하는 센서와 데이터 전송 시스템이 탑재되어 있어, 제조업체는 단순한 제품 판매를 넘어 지속적인 구독 형태의 서비스형 타이어(TaaS) 모델을 제공할 수 있게 되었습니다. 다쏘시스템은 전자기 시뮬레이션을 통해 센서와 안테나 개발을 지원하며, 물, 눈, 진흙 등 극한 환경에서도 안정적인 작동을 보장합니다. MODSIM 기반의 다중 물리 시뮬레이션으로 전자기 분석을 구조 및 유체역학 분석과 통합적으로 수행할 수 있어 모든 엔지니어가 일관된 최신 데이터로 효율적인 협업이 가능합니다. 마무리 타이어 분진이 주요 대기오염원으로 부각되면서, 앞으로의 규제 기준은 자동차 제조업체들에게 타이어 분진 배출 데이터 제출을 의무화할 전망입니다. 여기에 전기차의 중량 증가와 높은 출력으로 인한 타이어 마모 가속화 문제까지 더해져, 제조업체들은 그 어느 때보다 내구성이 뛰어나고 환경친화적인 타이어 개발에 대한 압박을 받고 있습니다. 이러한 도전 과제에 대한 해답으로 시뮬레이션 기술이 주목받고 있습니다. 시뮬레이션을 통해 제조업체들은 강화되는 품질 기준을 충족하면서도 “매직 트라이앵글”로 대표되는 다양한 성능 요구사항 사이의 최적 균형점을 찾아낼 수 있습니다. 또한 모듈형 설계와 스마트 커넥티드 타이어와 같은 혁신적인 제품 개발도 가능해졌습니다. 특히 통합 환경(MODSIM)에서 모델링과 시뮬레이션을 결합함으로써, 제조업체들은 개발 프로세스를 획기적으로 단축하고 비용을 대폭 절감할 수 있게 되었습니다. ?eBook 다운로드: 지속 가능한 타이어의 미래 살펴보기 출처: https://blog.3ds.com/brands/simulia/get-grip-sustainability-tire-engineering-simulation/

대한기계학회 2024년 학술대회에 다쏘시스템이 참여합니다

Thu, 24 Oct 2024 06:09:30 GMT

다가오는 **2024년 11월 6일(수)부터 9일(토)**까지 제주국제컨벤션센터에서 열리는 대한기계학회 2024년 학술대회에 다쏘시스템이 참여합니다. 이번 학술대회에는 약 2,800명의 기계공학자 및 기술자가 참가하며, 1,200여 편의 논문 발표와 다양한 강연, 포럼, 경진대회 등 흥미로운 프로그램이 준비되어 있습니다. 다쏘시스템 부스에서는 다물체 동역학(MBS) 시뮬레이션 기술을 직접 만나볼 수 있는 Simpack기술 데모(다쏘시스템 부스번호 16)가 전시될 예정입니다. 학회 개요 대한기계학회는 1974년에 설립된 이래 기계공학의 발전과 기술 교류를 촉진하는 대표적인 학술 단체입니다. 매년 개최되는 학술대회는 기계공학자와 기술 전문가들이 참여하는 국내 최대 규모의 기계공학 행사입니다. Simpack – 고급 다물체 동역학(MBS) 시뮬레이션 소프트웨어 Simpack은 다쏘시스템이 제공하는 다물체 동역학(MBS: Multi-Body Simulation) 소프트웨어로, 기계 시스템의 동적 거동을 정확하게 분석하고 예측하는 도구입니다. 이 솔루션은 복잡한 기계적 구성 요소들의 상호작용을 시뮬레이션하여 설계 과정에서 발생할 수 있는 문제를 조기에 파악하고 최적화합니다. Simpack의 주요 기능 및 활용 분야 진동 및 충격 해석 고속 작동 시스템에서 발생하는 진동 및 충격 부하를 분석합니다. 예를 들어, 자동차 서스펜션, 항공기 착륙 장치, 또는 고속 열차의 진동을 사전에 시뮬레이션할 수 있습니다. 모듈화된 시스템 설계 여러 부품이 복합적으로 작동하는 시스템(예: 엔진, 기어박스 등)을 모듈화하여 시뮬레이션하고 각 부품의 성능을 최적화합니다. 복잡한 제품을 설계할 때 다양한 시나리오를 빠르게 테스트하고 수정할 수 있어 개발 시간과 비용을 절감합니다. 실시간 시뮬레이션 Simpack은 시뮬레이션 데이터를 실시간으로 제공하여 디지털 트윈 환경을 구축하고 운영 중인 시스템의 성능을 지속적으로 모니터링할 수 있습니다. 4. 다양한 산업군에서의 활용 • 자동차: 서스펜션, 파워트레인을 포함한 차량 동특성 해석 및 시험 대체 • 항공우주 및 국방: 착륙 기어의 충격 분석 및 군용 차량 동특성 해석 • 철도: 고속 열차의 주행 안정성 평가 및 휠 마모 예측 • 에너지: 공력을 반영한 풍력 발전기 거동 예측 및 터빈 해석 Simpack의 장점 빠른 시뮬레이션 속도: 복잡한 시스템의 시뮬레이션도 빠르게 수행하여 설계 효율을 극대화합니다. 고성능 실시간 시뮬레이션: 차량 전체 모델과 같은 대규모 동역학 모델도 디지털 트윈 환경을 구축할 수 있습니다. 고성능 컴퓨팅(HPC) 지원: 대규모 데이터를 병렬 처리하여 더 복잡한 해석을 가능하게 합니다. CAD 및 CAE 소프트웨어와의 통합: 다양한 설계 도구와 연결되어 데이터 전환 없이 손쉽게 협업할 수 있습니다. 마무리 Simpack과 다물체 동역학 해석에 관심이 있는 분들, 관련 업무를 하시는 전문가 분들은 꼭 다쏘시스템 Simpack 부스 16에 방문해 주세요. 현장에서 기술전문가들과 이 분야에 대한 교류를 하고, 최신 기술 데모를 확인해 보실 수 있습니다! ?자세히 알아보기 대한기계학회 2024 학술대회 Simpack 소개(Simpack MBS 소프트웨어 | 다쏘시스템)

다쏘시스템, 엠브라에르, 이브 에어 모빌리티 저소음 전기 수직 이착륙 항공기(eVTOL)에 시뮬레이션 솔루션 제공

Tue, 07 May 2024 03:26:16 GMT

다쏘시스템 유체 역학 시뮬레이션 애플리케이션 시뮬리아(SIMULIA)로 전기 수직 이착륙 항공기 (eVTOL) 프로펠러 공기 역학 및 공기 음향 최적화 이브 에어 모빌리티 엔지니어링 팀, 다쏘시스템 버추얼 트윈으로 실제 작동 조건 가상 테스트 수행 대한민국 서울 — 2024년 5월 9일 다쏘시스템(www.3ds.com/ko)과 브라질 항공기 제조업체 엠브라에르(https://embraer.com/global/en)는 다쏘시스템의 시뮬레이션 기술이 글로벌 UAM 선도기업 이브 에어 모빌리티(https://eveairmobility.com/)의 전기 수직 이착륙 항공기 (eVTOL)를 가상으로 시뮬레이션, 분석하고 시험하는 데 사용됐다고 오늘 발표했다. 다쏘시스템의 시뮬리아 파워플로우(SIMULIA PowerFLOW) 애플리케이션은 업계에서 입증된 강력한 유체 역학 시뮬레이션을 통해 실제 작동 조건을 예측하는 기능을 제공한다. 이를 통해 엠브라에르와 이브 에어 모빌리티의 엔지니어들은 항공기의 비행 방식을 평가하고 소음 방출 테스트를 진행할 수 있다. 데이비드 지글러(David Ziegler) 다쏘시스템 항공우주산업 부문 부사장은 “eVTOL 항공기의 주요 장점 중 하나는 전기로 구동되며 연소 동력 항공기보다 더 지속 가능한 옵션이라는 점이지만, 도심 지역에서 운항해야 하기 때문에 소음 감소가 설계의 핵심 요소였다”라며 “엠브라에르와 이브 에어 모빌리티는 다쏘시스템의 시뮬리아 유체 역학 애플리케이션을 통해 가상 환경에서 eVTOL 항공기의 가장 중요한 부품을 경험하고 최적화할 수 있게 되었다”라고 말했다. 그동안 엠브라에르와 이브 에어 모빌리티는 보다 합리적인 가격으로, 안정적이고 신뢰할 수 있으며, 지속 가능하고 통합된 인간 중심의 도심 항공 모빌리티(UAM) 솔루션을 제공하겠다는 약속에 따라 전 세계적인 글로벌 파트너들과 협력해 왔다. 미카엘 지아니니(Micael Gianini) 엠브라에르 인테리어, 소음 및 진동 수석 매니저는 “정확한 수치로 검증된 모델은 실험 결과와 비교했을 때 정확성을 입증하고 제품 정의를 가속하는 데 도움이 되었다”라며 “인간 친화적인 디자인은 작동 소음을 최소화하여 승객, 조종사 및 지역사회의 안전, 접근성 및 편의를 보장한다”라고 말했다. 작년 7월 엠브라에르와 이브 에어 모빌리티는 브라질 상파울루 주 타우바테시에 첫 번째 eVTOL 생산 시설이 들어설 것이라고 발표했다. 이브 에어 모빌리티는 첫 번째 본격적인 eVTOL 프로토타입 조립을 시작했으며, 2024년에 테스트 캠페인을 진행할 예정이다. 이브 에어 모빌리티의 eVTOL은 2026년에 배송을 시작하고 서비스를 시작한다.

[MBSE 기술 칼럼 시리즈] 제품 개발의 새로운 방법론, MBSE (6)

Wed, 20 Dec 2023 06:36:31 GMT

MBSE 프레임워크와 플랫폼의 역할 현대의 다양한 산업의 제품 또는 시스템은 기계 중심에서 전기/전자 제품들이 결합된 메카트로닉스, 나아가 인텔리전스와 커넥티비티 등이 추가되어 새로운 서비스를 제공하는 형태로 진화하고 있다. 또한, 고객의 요구사항은 점점 더 구체적이고 시장에서의 수요는 매우 역동적인 형태를 보이고 있으며, 이에 따라 불확실성이 높아지고 예측할 수 없는 경향을 보이고 있다. 제품의 복잡성이 증가하는 현대 시장과 경제 체제에서 경쟁력을 갖추려면 제품 개발 과정에서 효과적인 솔루션을 채택하고 지속 가능한 목적 달성을 위해 제품/시스템의 라이프사이클 모든 단계를 지원해야 한다. 당면한 문제 해결을 위해 대부분의 산업 분야별 조직들은 다학제간(multidisciplinary)접근법을 통해 협업, 공동 설계 등 새로운 형태의 제품을 다루게 되었다. 다학제간 접근의 대표적 방법인 시스템 엔지니어링(systems engineering)은 복잡한 문제를 해결하기 위해 시작되었다. 최근에는 모델 중심의 MBSE(Model Based Systems Engineering)을 통해 데이터의 정확성(correctness)과 일관성(consistency)을 보장하고, 제품/시스템 라이프사이클의 효과적인 관리를 위해 명확한 단일 데이터 소스에 기초한 디지털 방식으로 전환되면서 실제 비즈니스 프로세스와 제품의 디지털 표현이 가능할 정도로 발전을 이루었다. 과거의 전통적인 제품 개발 방식에서 디지털 엔지니어링으로의 전환은 ▲개발 프로세스를 최적화하고 ▲라이프사이클의 시작/중간/종료 시점에 따른 관리의 효율성을 높이며 ▲팀 간의 커뮤니케이션 활성화를 통한 기술 격차를 해소하고 ▲개발 시간/비용을 줄이고 위험요인을 초반에 식별하고 제거할 수 있도록 도와준다. 데이터 중심의 모델 기반 접근은 제품의 설계, 생산, 지원, 폐기와 같은 전체 라이프사이클에서 관련된 모든 데이터를 통합하고 지원하는 프로세스의 정의, 실행, 통제, 관리와 같은 활동에서 모델 기반의 시뮬레이션 분석을 통한 최적화를 수행함으로써 시간과 비용을 줄일 수 있는 장점이 있다. 모델 기반 엔터프라이즈 프레임워크 모델 기반 엔터프라이즈(Model Based Enterprise: MBE)는 모델과 시뮬레이션 기술을 결합하여 제품의 전체 라이프사이클에 해당하는 설계, 생산, 지원, 폐기와 관련된 모든 기술과 프로세스를 통합하고 관리하는 접근법이다. 다양한 학제간(interdisciplinary) 엔터프라이즈 인프라와 애플리케이션을 사용하여 전체 라이프사이클 안에서 관리되고 연결되며, 계산이 가능한 모델들을 활용함으로써 프로세스 효율성, 사용자 및 조직 생산성을 위한 비즈니스 목표를 달성한다. 모델 기반 엔터프라이즈는 최상위 수준에서 다음의 도메인을 포함한다. ■ Program & Configuration Management ■ Model-Based Acquisitions ■ Model-Based Systems Engineering ■ Model-Based Engineering & Certification ■ Model-Based Manufacturing ■ Supply Chain ■ Operations & Sustainment MBSE 접근과 프레임워크 모델 기반 엔터프라이즈는 MBSE 도메인에서부터 시작되는 만큼 MBSE가 제일 중요한 위치를 차지하고 있다. MBSE 솔루션의 기본 목표는 개념 개발 및 설계, 시뮬레이션, 테스트에서부터 제조 및 운영에 이르기까지 개발 수명주기 전반에 걸쳐 제품 개발 활동과 프로세스를 효율적으로 정확하게 조율하는 것이다. MBSE 프레임워크에서 엔지니어링 영역에 필요한 핵심 기능은 요구 공학(requirements engineering), 시스템 아키텍처, 시스템 설계 및 대안 분석(trade analysis), 검증(verification), 확인(validation), 시험(test)으로 볼 수 있다. 또한, MBSE 복잡성을 지원하는 수단으로서 거버넌스(governance), 협업(collaboration), 가시성(visibility)에 관한 부분도 MBSE의 프레임워크에서 중요한 역할을 하게 된다. 표 1. MBSE 프레임워크의 핵심 기능 MBSE 프레임워크 기능설명Requirements Engineering라이프사이클 전반에 걸쳐 제품/시스템을 정의할 수 있도록 지원하는 요구사항 개발 및 관리 활동으로 실시간 추적성 확보, 지속적이고 반복적인 요구사항 관리 및 가시화를 지원Systems Architecture제품/시스템의 복잡성을 가시화하는 방법으로, 정형화된 방법론과 프레임워크(예: RFLP, DoDAF, UAF, Cyber MagicGrid 등)를 따른 모델링 언어(예: SysML, UML 등)를 활용Systems Design and Trade Analysis시스템 아키텍처를 기반으로 3D 디자인이 통합된 모델과 설계 고려사항을 통해 조직화된 ‘품질속성(ilities)’ 집합에 대한 상충되는 요구사항을 분석하여 모델과 연계Verification and Validation다분야 통합 분석 및 최적화(Multidisciplinary Analysis and Optimization, MDAO) 코시뮬레이션 방법을 통해 개발 전반에 걸쳐 V&V 테스트, 추적, 모니터링을 지원Governance and Collaboration개발 프로세스 전반에 걸쳐 디지털 거버넌스 및 협업 기능을 활용하여 개발 산출물 데이터의 협업, 실시간 상태 접근, 가시성을 통해 의사결정을 개선하고 신뢰할 수 있는 모델 및 데이터 지원 MBSE 프레임워크 구현을 위한 플랫폼의 역할 MBSE 프레임워크에서 요구되는 관련 개발 기능은 플랫폼을 활용하여 디지털 혁신의 비전을 실현할 수 있다. MBSE 프레임워크에서 요구되는 핵심 기능은 개발 라이프사이클 전반에 걸쳐 배치되어 활용되면서 전체적인 가치 사슬(end-to-end value chain) 내에서 더 큰 효과(benefit)를 달성할 수 있다. 다쏘시스템은 MBSE 프레임워크 핵심 기능 수행을 위해 적용 가능한 인에이블러(enabler)를 통합된 환경인 3D익스피리언스(3DEXPERIENCE) 플랫폼을 통해 제공하고 있다. Requirements Engineering Requirements Engineering은 개발 라이프사이클 전반에 걸쳐 이해관계자(stakeholder)의 니즈(needs)와 요구사항을 정의하고 조정하는 것과 관련된 광범위한 활동을 포함한다. Requirements Engineering은 기술과 프로세스를 활용하여 프로그램 개발 성숙도에 따라 개발 역량을 활성화함으로써 업무를 간소화하는 것을 목적으로 한다. Requirements Engineering 활동에는 다음이 포함된다. ■ 협업 요구사항 계획, 개발, 관리 ■ 후속 프로세스의 개발, 테스트, V&V 활동을 통해 라이프사이클 개발 전반에 걸쳐 개념 정의의 완전한 추적성을 보장 ■ 마일스톤 검토 및 승인 전에 전체 개념 정의의 일관성과 완전성을 사전에 평가 ■ 사용자가 요구사항에 대한 규정 준수 파라미터를 정의하고 검증할 수 있도록 지원 ■ 통합 영향 분석 수행에 따른 적절한 계획, 관리, 추적성을 갖춘 적합성(fit)/차이(gap) 연구 라이프사이클 초기부터 Requirements Engineering을 적용하면, 초기 단계에서부터 오류를 식별할 수 있어 후속 프로세스에서 발생되어 증가될 수 있는 오류 수정 비용을 대폭 줄일 수 있게 된다. Requirements Engineering 목표 달성을 위해 적용되는 플랫폼 내 기능은 Traceability Requirements Management(TRM), Reqtify. CATIA Functional and Logical Design(RFLP), 3DDashboard System Review를 사용할 수 있다. 일반적인 엔지니어링 라이프사이클 안에서는 다양한 형태의 데이터가 발생하며, 이는 요구사항에 기반하여 정의하고 관리한다. 초기 요구사항 데이터는 다양한 형태 및 소스로부터 입력을 받을 수 있는데, 플랫폼에서는 데이터 연동을 위한 별도의 커넥터를 통해 초기 요구사항 데이터를 수집한다. 수집된 요구사항 데이터는 관리를 위해 구조화되고, 기능적(function), 논리적(logical), 물리적(physical) 모델 구성에 필요한 기초 데이터로 활용될 수 있다. 모델 기반 시스템 엔지니어링 접근에서는 라이프사이클 단계별로 점점 구체화되는 요구사항 데이터는 공통의 플랫폼에서 지속적으로 추적 관리할 수 있다. 시스템 아키텍처 시스템 아키텍처(Systems Architecture)는 SysML(System Modeling Language)과 같은 시스템 모델링 언어를 사용하여 시스템 개념을 시각적으로 묘사하는 모델이다. 모델의 뷰는 대상 시스템 모델링 시 일관성을 보장하기 위해 아키텍처 방법론을 사용하여 개발되었다. 시스템 아키텍처의 형태는 산업별로 특성을 고려하여 사용할 수 있는 아키텍처 프레임워크를 정의하거나 기존의 프레임워크를 활용한다. 시스템 아키텍처 프레임워크는 대상시스템을 정의하기 위한 노력의 일환으로 개념, 기능, 물리 등 다양한 수준의 추상화를 통해 시스템 개발을 안내한다. 시스템 아키텍처 개발 목적은 다음과 같이 요약할 수 있다. ■ 시스템 아키텍처의 상세화 및 최적화하여 제품 성능을 정확하게 예측 ■ 시스템을 더 작게 분해하고, 인터페이스 및 동작(요구사항 및 모델)을 구체화하여 복잡성 관리 ■ 운영 개념 개발부터 시스템 개발까지 적용 ■ 구성 요소를 통합하고, 시스템 사양과 비교하여 통합 솔루션을 검증(verification)하고 확인(validation) 이해관계자 니즈에서 시스템 요구사항 및 설계에 대한 전환 ■ 적절한 계획, 관리, 추적성(traceability)을 통해 적합성/차이 연구 시 통합 영향 분석 수행 시스템 아키텍처 데이터는 플랫폼 내에서 CATIA Magic / NoMagic / Cameo, Collaborative designer role (Power’by CATIA Magic), Magic Teamwork Cloud, ENOVIA – Model Definition, SIMULIA process composer, Traceability(TRA), CATIA requirements management, CATIA Systems Safety 기능과 함께 사용되어 시스템 및 이해관계자 관점에서의 총체적인 가시화를 제공하며, 인터페이스 및 사양 정보의 일관성을 달성할 수 있도록 도와준다. 시스템 아키텍처는 MBSE 프레임워크에서 제공하는 가장 기본적인 모델 데이터로서, 엔지니어링 라이프사이클 동안에 발생하는 모든 데이터의 기준으로 참조될 수 있다. 시스템 아키텍처 모델 데이터를 기반으로 다양한 분석을 통해 요구사항을 좀 더 구체화 또는 명확하게 정의할 수 있으며, 이는 설계 단계에서 고려되는 mechanical, electrical, fluid, electronics, software 등과 같은 전문 기술 분야를 고려한 상세 설계에 영향을 미치게 된다. MBSE의 성공적인 실행을 위해 우선적으로 고려되어야 하는 부분은 개발 활동에서 발생하는 엔지니어링 이슈와 데이터의 지속적인 모니터링 및 관리를 위한 기반을 들 수 있다. 시스템 아키텍처 모델 데이터를 기준으로 다분야 통합 엔지니어링 모델 데이터를 관리할 수 있는 플랫폼 환경이 하나의 방안이 될 수 있다. 시스템 설계 및 대안 분석 설계 및 분석 프로세스는 시스템의 요구사항을 기반으로 개발된 아키텍처를 기반으로 시작된다. 개발 분석을 통해 설계를 더욱 구체화하고, 이후에 3D 설계와 통합되고 모델과 연계되면서 거동(behaviors) 및 대안 분석(trade studies)을 진행할 수 있다. 대안 분석 결과는 성능목표에 대해 평가 및 검증되며, 필요에 따라 요구사항에 대한 업데이트가 이루어진다. 제품 엔지니어링 프로세스를 효과적으로 관리하기 위해서는 요구사항을 디지털로 관리해야 하며, 요구사항이 시스템의 논리적/기능적/물리적 설계에 연결되는 것을 디지털 방식으로 접근하여 제품 팀이 설계 요소를 독립적으로 분석할 수 있도록 기반을 마련한다. 이와 같은 접근 방식은 재사용과 통합을 위한 논리적 경로를 기본적으로 제공하기 때문에, 제품/시스템의 정의를 총체적인(holistic) 관점으로 파악할 수 있는 장점이 있다. Systems Design and Trade Analysis 데이터는 플랫폼 내 CATIA Functional and Logical, CATIA Dymola Behavior Modeling, SIMULIA Digital, ENOVIA Collaborative Lifecycle Management, Stimulus, SIMULIA Process Composer, CATIA Magic / NoMagic /Cameo, 3DEXPERIENCE V+R Process Apps, 3DS MarketPlace 기능과 함께 사용되어 효율성, 생산성, 엔드 투 엔드 연결성 개선에 대한 요구를 해결하기 위해 요구사항과 모델의 조기 검증을 포함하는 S-DMU(Systems Digital Mockup)를 제공한다. 그리고 플랫폼 내에서 효율적인 협업과 설계 작업 최적화를 위한 공통의 제품 정의를 제공함으로써 개발에 소요되는 시간을 단축하고 품질을 개선할 수 있게 된다. 검증 및 확인 검증 및 확인(verification and validation: V&V)은 개발 프로세스 전체에서 지속적으로 실행되는 중요한 활동이다. 라이프사이클 초기의 개념 단계에서의 검증 활동은 운영(operational) 및 성능(performance) 요구사항과 기능의 실현 가능성을 중심으로 확인한다. 요구사항(requirements) 및 사양(specifications)은 대상 시스템(System of Interest. SOI)을 정의하는 핵심 이해관계자(primary stakeholders)에 의해 합의되고 결정된다. 대상 시스템의 검증 및 확인을 위해 하부시스템(subsystem)과 구성요소에 대한 검증, 통합, 테스트를 수행하는 환경을 제공해야 한다. 플랫폼의 ENOVIA Requirements manager, CATIA Magic, CATIA Design, Functional & Logical Design, MODSIM & MDO. SIMULIA V+R Test Management, SIMULIA Results Analytics, SIMULIA Experience Studio, SIMULIA Process Composer 기능으로 라이프사이클 전반에 걸쳐 검증 및 테스트를 제공할 수 있다. 이와 같은 접근을 통해 개발 초기부터 설계 결정 사항 및 변경 사항, 그리고 해당하는 영향력을 자주 파악하여 설계 불일치, 문제, 결합 등의 발견이 가능해진다. 플랫폼 기반의 디지털 검증 및 확인은 후속되는 비용 소모적인 물리적 테스트를 줄이고, 비용과 개발 기간에 미치는 영향을 줄일 수 있는 장점이 있다. 모든 데이터는 플랫폼 내에서 요구사항 또는 상위 시스템 아키텍처 모델을 기준으로 검증해야 하는 항목을 정의하고, 관련된 상세한 정보가 포함되는 Test Specification에 따라 V&V를 수행하고 결과를 확인할 수 있다. 이 과정에서 발생되는 디지털 데이터는 플랫폼 안에서 추적성을 확보하고 관리한다. 거버넌스 및 협업 솔루션 지원 도구로서 프로세스 연속성을 보장하기 위해서는 적절한 거버넌스를 확보하는 것이 중요하다. 거버넌스 및 협업을 위한 기능에는 제품/시스템 라이프사이클 전반에 걸친 데이터 가시성과 관리 기능이 포함된다. 라이프사이클 내에서 발생하는 대규모의 데이터와 산출물이 있는 경우, 개발 활동 전반에 걸쳐 다양한 데이터 소스를 통합하고 관리하면 팀 또는 도메인간의 협업, 품질, 형상관리(Configuration Management) 역량이 크게 향상될 수 있다. 개발 전체 또는 단계별 리더는 실시간으로 결과물의 상태를 검토할 수 있으며, 이해관계자와 공유하여 문제 해결, 수정, 변경 조치에 대한 추적/평가 등과 같은 품질 감사 및 인증활동을 간편하게 수행할 수 있다. 3D익스피리언스 플랫폼은 라이프사이클 전반에 핵심적인 기능을 지원하고 종합적인 데이터 관리를 수행한다. 또한, 플랫폼의 디지털 거버넌스 및 협업 기능은 MBSE 프로세스 전반에 걸쳐 다음과 같은 가치 제안을 보여준다. ■ 품질, 효율성 및 거버넌스 관리 프로세스를 개선을 통해 신뢰할 수 있는 모델 및 데이터 지원 ■ 엔드 투 엔드 변경 관리를 통해 도메인 및 조직 전반에 걸쳐 원활한 변경 프로세스 제공 ■ 프로젝트 실시간 상태 업데이트로 관리 검토 및 데이터 통합에 소요되는 수작업 제거 ■ 시스템 엔지니어링 선행지표 모니터링 ■ 능동적인 실시간 산출물 할당, 추적, 관리 ■ 라이프사이클 프로세스 모니터링을 통해 계획 자동 업데이트 ■ 폴더, 토론, 알림을 통해 팀 협업 능력을 향상, 최신 데이터 세트 작업 보장 맺음말 지금까지 MBSE 프레임워크와 핵심 기능, 그리고 이를 지원하는 솔루션 중심의 접근 방안을 살펴보았다. MBSE는 라이프사이클 전반적으로 바라보는 총체적인(holistic) 시각과 개방형 플랫폼을 통해 실현될 수 있다. 플랫폼에 프런트 로딩(front loading) 개념을 적용하여 디지털 산출물 데이터를 라이프사이클 초기부터 적용하여 제품/시스템을 정의하고, 추적성 확보 및 가상 검증을 통해 조기에 문제를 식별하고 분석하여 프로세스 후반부에서 발생할 수 있는 비용 소모적인 활동을 절감할 수 있다. 다쏘시스템은 3D 익스피리언스 플랫폼에 MBSE 프레임워크 기능을 통합하여 다양한 산업 분야에 적용하고 있으며, 고객으로부터 엔지니어링 생산성 향상, 개발 시간 단축, 증가하는 제품 복잡성의 효과적인 관리 등과 같은 개발 라이프사이클 전반에 걸쳐 상당한 가치를 제공하는 것을 확인하였다. 3D익스피리언스 플랫폼과 MBSE 방법론을 활용하는 솔루션은 궁극적으로 이해관계자의 요구에 부합하고 신뢰할 수 있는 제품을 보다 안전하고 신속하게 개발할 수 있도록 도와준다. 참고자료 ■ Dassault Systèmes, “Optimizing Product Development with Model-Based Systems Engineering – Key Value Considerations”, 2023 ■ Systems Engineering Research Centre, “Transforming Systems Engineering through Model-based Systems Engineering”, 7 February, 2023. ■ Systems Engineering Research Centre, “Transforming Systems Engineering through Model-centric Engineering”, 28 February, 2018. [저자소개] 김태현 다쏘시스템코리아의 인더스트리 프로세스 컨설턴트로 MBSE 도입 및 지속가능성 확산에 기여하고 있다. 자동차/모빌리티, A&D 산업 분야 MBSE 적용에 다양한 프로젝트 경험을 보유하고 있다. 전형재 다쏘시스템코리아의 인더스트리 프로세스 컨설턴트로 3DEXPERIENCE 플랫폼 기반 MBSE 적용에 기여하고 있다. 정보공학전공 지식을 바탕으로 20년 이상 제조 연구소 시스템 관련 웹 애플리케이션 개발/유지에 다양한 경험을 보유하고 있다. 출처: 캐드앤그래픽스(https://go.3ds.com/1O1) 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

[Compass 매거진] 상공 위의 시선들

Sun, 17 Dec 2023 23:39:26 GMT

에너지 및 소재 기업이 더 많은 수익을 창출하도록 돕는 드론 기술 얼리어답터(early adapter)로 알려지지 않은 광업, 전력 발전 및 화학 기업들이 빠른 속도로 드론 기술을 도입하고 있다고 한다. 드론은 기업의 시간과 비용을 절약하고, 안전성을 높이며, 가장 중요한 것은 운영 개선을 위한 분석 데이터를 수집하는 역할을 하는 것으로 입증되었다. 2018년, Komatsu Smart Construction은 샌프란시스코에 본사를 둔 Skycatch의 기계 비전 기술을 탑재한 고정밀 드론 1000대를 주문하여 사상 최대 규모의 상업용 구매 기록을 세웠다. 2015년 일본의 심각한 건축 건설 산업 문제인 숙련된 인력 부족 문제를 해결하기 위해 Komatsu Smart Construction은 건설, 광업, 기타 산업 용도에 사용되는 중장비를 제조하는 일본의 다국적 기업 Komatsu 산하의 드론 기반 자동화 장비 서비스 기업이다. 중국 SZ DJI 테크놀로지가 구축한 드론에 구현된 이 기술은 조만간 Komatsu 건설현장에서 센티미터 단위의 정확한 지도를 만들어내고 건설자재 현장 비축물량을 모니터링하며 Komatsu 가 개발하고 있는 로봇 건설 차량을 통제하게 된다. 이번 대규모 주문은 드론 기술이 얼마나 발전했는지 잘 보여준다. 그 결과, 전통적으로 신기술 채택이 늦었던 많은 산업들이 이제는 드론을 채택하여 안전성을 높이고, 장비를 보다 비용 효율적으로 사용하며, 생산성 향상을 위해 분석할 수 있는 실시간 데이터를 수집하고 있다. 광업회사들도 드론, 자동화 차량, 사물인터넷(IoT) 기기, 센서 등을 운영에 적극 활용하는 추세이다. Zion Market Research는 2017년 700억 달러에서 2024년까지 985억 달러의 시장규모로 증가할 것으로 내다봤다. Skycatch의 Patrick Stuart 제품 담당 이사는 “조기 예약도 많이 들어오고 있습니다. 광산업에서는 보통 다른 산업들에서 보다 너무 빨리 혁신을 시도하지 않으려는 경향이 있었는데, 지금 광산업에서 엄청난 관심을 끌고 있습니다.”라고 설명했다. 성숙된 기술력 에너지와 광산 기업들은 거칠고 위험한 환경에서 일한다. 고정밀 카메라, 열영상, 통합영상센서 및 향상된 데이터 캡처 기능을 갖춘 드론은 굴뚝 내부를 맴돌며 균열을 찾아내고 정유공장 내 부식을 찾아낼 수 있다. 광산에서 드론은 발굴된 갱도를 탐사하여 작업자가 투입되기 전에 안전한지 확인한다. 지상에서는 드론이 경사도와 고도를 측정하고, 장비 및 비축물량 관리에 대해서도 보고할 수 있다. 스위스 무인정찰기(UAV) 제조사인 Flyability의 Marc Gandillon 마케팅 본부장은 “중량 가공 업계가 드론을 꽤 오랫동안 주시해 왔습니다”라다라고 말했다. 최근에는 대규모로 드론을 도입하기로 한 기업이 많다. “왜 지금일까요? 이제 기술이 충분히 성숙해져 이 기업들의 요구를 충족시킬 수 있기 때문입니다”라고 Gandillon은 말했다. 예를 들어 Dow Chemical은 2014년 텍사스 주 프리포트의 제조공장에서 드론 테스트를 시작했다. Dow는 드론을 사용하여 탱크와 파이프라인을 검사하는데, 이 과정은 며칠이 걸리고 종종 위험한 화학물질에 사람이 노출되는 과정인데, 드론을 사용하면 동일한 작업에 몇 시간이 소요되며 노출 위험을 없앨 수 있다. “우리는 첫 몇 년 동안 여러 오류가 있었습니다.”라고 Dow의 글로벌 개선 리더인 Andy Lewis는 말했다. “그러나 안전 위험을 줄이기 위해 다양한 기술을 탐구하면서 사용 수준이 높아졌었습니다. 드론을 이용하면 승산이 있습니다. 우리는 사람들에게 노출되는 화학물질의 양을 줄이면서도 더 빠르고 생산적으로 일할 수 있습니다. 우리는 드론을 사용하는 전 세계 많은 기업들에서 매우 많은 이점들을 확인해 볼 수 있습니다. 생산성 문제가 아니더라도 안전상의 혜택은 그만한 가치가 있습니다.” 사용의 용이성 드론과 데이터 수집의 복잡성은 증가하고 있지만, 사용 편의성의 향상은 또 다른 주요 채택 요인이 되고 있다. “사용하기 힘들었습니다.”라고 Gandillon은 말했다. “예전에는 규제가 분명하지 않았지요. 이제 규제 측면은 드론에 내장되어 있습니다. 데이터 품질이 훨씬 더 좋아졌고, 작동이 잘 되는 센서와 데이터 수집 시스템을 가지고 있습니다. 드론은 이제 업계 요구에 더 적합해졌습니다. 일종의 항공 플랫폼과 중공업의 결합 같은 것이어서, 이제 그들은 같은 언어를 구사하기 시작했습니다.” 런던 소재 위성통신 회사인 Inmarsat의 Joe Carr 광업 혁신 이사는 “이러한 개선은 드론이 현재 광업을 변화시키는 선도적인 기술 중 하나인 이유를 설명하는 데 도움이 된다”라고 말했다. Carr는 업계 간행물 ‘광업 기술’에서 “이 드론은 위험하고 접근하기 어려운 위치에서 광산을 스캔할 뿐만 아니라 그들이 수집한 모든 정보를 즉각적으로 전달합니다”라며 “이것은 고도로 숙련된 지질학자나 지질공학자들이 위험한 환경에 노출되거나 도로를 폐쇄하지 않고도 광산의 경사면을 보다 빠르고 상세하게 분석할 수 있어 생산성에 영향을 미치지 않습니다.”라고 덧붙였다. 데이터의 모든 것 그러나 캘리포니아주 레드우드시티에 본사를 둔 Skylogic Research의 CEO인 Colin Snow는 여전히 확신하지 못하고 있다. 그는 신생 드론 산업의 초기 성장은 대부분 과대광고에 힘입은 것이라고 말했다. 하지만 그는 기업들이 드론을 그들의 운영에 통합하는 것이 점점 더 쉬워지고 있다는 점은 인정한다. Snow는 “더 좋아졌습니다. 페이로드와 이미지는 훨씬 더 분명해지고 사용하기 쉬워지고 있습니다. 수행해야 할 업무 계획과 실제 처리에서 더 많은 자동화가 이루어져 전보다 더 쉬워졌습니다.”라고 말했다. 향후 몇 년 동안 Snow가 예상하는 가장 큰 동향 중 하나는 별로 흥미롭게 들리지 않을 수 있지만, 문서화, 예측 유지, 엔터프라이즈 자산 관리, 추적 및 GIS 데이터 통합을 위한 기업 워크플로우에 드론 데이터를 통합하는 능력 등 기업 대차대조표에 큰 영향을 미칠 수 있다. Flyability의 Gandillon은 “결국 당신의 결정의 근거가 될 보고서가 필요합니다. 중요한 건 자료뿐”이라고 말했다. 디지털자산에 대해 더 많은 정보는 다음에서 확인하세요. https://go.3ds.com/F5B

[MBSE 기술 칼럼 시리즈] 제품 개발의 새로운 방법론, MBSE (5)

Sun, 17 Dec 2023 23:37:44 GMT

항공우주 및 방위 산업에서의 MBSE MBSE는 항공우주 및 방위(A&D) 산업의 제품개발 과정과 엔지니어링 부분에서 디지털화 또는 디지털 전환에 대한 답을 제시하는 방법론이다. 이번 호에서는 A&D 산업 관점에서 MBSE의 필요성 MBSE 개요 다쏘시스템의 MBSE 지원 프레임워크 고객 사례 및 MBSE 도입 효과 등을 소개하면서 A&D 산업의 MBSE에 대한 전반적인 이해를 돕고자 한다. 2020년 코로나19 팬데믹 이후 항공 운송 수요 증가와 경제적 회복 노력으로 항공기의 생산과 구매가 다시 증가하고 있다. 세계경제포럼의 보고서(2022)에 따르면 2015년에 14억 달러였던 우주 관련 기업에 대한 투자액이 2020년에는 52억 달러로 증가하였으며, 2030년이면 시장규모가 100억 달러에 이를 것으로 예상하고 있다. 2020년대에는 약 7만 개의 위성이 우주로 발사될 것으로 추정되는데 이는 스푸트니크 1호 이후 4년 동안 발사된 위성 수인 1만 1000개를 훨씬 능가하는 수치이다. 전 세계 총 국방비 지출은 2022년까지 2조 달러를 넘어설 것으로 예상되며(우크라이나-러시아 전쟁 전 예측치), 2030년에는 전 세계 국방비가 3조 달러에 달할 것으로 추정된다.(SIPRI. 2021) 여러 국가의 군대에서 방위력 강화를 위한 새로운 디지털화 계획에 돌입하고 있으며, 가장 최근에 발표된 계획은 2022년 3월에 독일이 발표한 1000억 달러 규모의 새로운 방위 계획이다.(세계경제포럼 보고서, 2022) 러시아의 우크라이나 침공, 중국의 대만 침공 위협 등으로 인해 전 세계적으로 안보환경이 급변하면서 국내 방산 제품의 경쟁력 부각되어 수출에 따른 방산업체 전반의 외형 성장과 함께 수익성도 개선되고 있는 상황이다.(2022년 국내외 방위산업 동향, 창원산업진흥원 2022.6) 하지만 A&D 산업의 제품 개발 라이프사이클 관점에서 해결해야 할 도전과제가 많이 있다. 제품의 복잡성 증가, 비용 절감 부담의 증가, 엄격한 규제 및 규정 준수 공급망 및 데이터 관리, 제품 출시 기간 준수 등이다. 해외 선진 기업 및 국내 기업은 이러한 문제를 해결하기 위해 제품 개발과정과 엔지니어링 부분에서 디지털화 또는 디지털 전환을 추진하고 있으며, 이 주제는 A&D 산업의 모든 기업에게 우선순위가 되었다. MBSE의 필요성 다분야 통합 시스템의 부상 지금처럼 초연결된 세상에서는 사실상 모든 기업이 기계, 전기, 전자 소프트웨어 시스템을 단일 제품으로 결합하는 메카트로닉스 회사가 되고 있다. 현재 출시되어 있는 대다수 항공기와 우주선이 가진 특유의 복잡한 특성으로 인해 A&D 산업은 MBSE 개념을 조기에 채택하는 것으로 나타났으며, 첨단 시스템의 물리적 규모 때문에 복잡한 시스템의 통합은 기존의 문서 기반 시스템 엔지니어링에 너무 복잡하다는 것이 증명되었다. 디지털 엔지니어링 A&D 업계에는 이해관계자가 디지털 혁신 이니셔티브에 맞추도록 영향을 미치는 공통의 목적과 목표가 있다. 디지털 엔지니어링은 MBSE, 디지털 모델, 디지털 트윈 디지털 스레드의 개념을 활용하여 기존 무기 체계 개발과 획득에 관련된 문제를 해결하려는 혁신 어젠다이며, 무기체계 개발 및 획득의 패러다임을 Design-Build Test Model – Analyze – Build로 전환하는 것을 제시하였다. 즉 무기체계 획득 단계에서 단계별 디지털 모델과 최신 IT 기술을 활용하여 무기체계 개발과 획득의 혁신을 이루는 것으로, 가상의 환경에 모델을 통해 프로토타입을 만들고 시험함으로써 무기체계 개발 및 획득과 관련된 의사결정을 효과적으로 수행하는 것을 포함하고 있다. 이러한 혁신 어젠다는 오래된 국방부(DoD) OEM에서부터 신생 기업에 이르기까지 비즈니스의 모든 수준에 걸쳐 일어난다. <그림 1>은 디지털 엔지니어링의 구성 요소를 설명한 그림이다.(국방획득 방법론의 변화, 체계 공학에서 디지털 공학으로, KNST, 2019.3) 국내 방산업체의 성장 전 세계적으로 안보 환경이 급변하면서 국내 방산 제품의 경쟁력이 부각되고, 국내 주요 방산기업은 수출로 인해 외형 성장과 수익성 개선을 이루고 있다. 향후에도 이런 기조는 지속적으로 유지 또는 확장될 것으로 예상하고 있다. 특히 미국 국방부 또는 해외 주요 방산기업에 수출을 하기 위해서는 국내 방산기업의 MBSE 기반의 무기체계 개발 역량이 필요하다. MBSE의 정의 국제 시스템 엔지니어링 협회(INCOSE)에서는 시스템 엔지니어링 시스템 원리와 개념, 과학적 기술 및 관리 방법을 사용하여 엔지니어링 된 시스템을 성공적으로 구현, 사용, 폐기하기 위한 초 학문적이고 통합적인 접근 방식’으로 정의하고 있다. 따라서 시스템 엔지니어링은 개념 구상에서부터 개발, 제조, 심지어 운영 및 유지 관리에 이르기까지 광범위한 활동을 지원한다. 또한 INCOSE에서는 MBSE 시스템 수명주기 전반에 걸쳐 시스템 수준 모델링과 물리적, 조작적 거동 시뮬레이션의 디지털 모델 원칙을 사용하여 시스템 엔지니어링(SE) 영역을 실행하는 것으로 정의한다. 전 미국 국방부 전략 역량 디렉터인 윌리엄 로퍼(William Roper) 박사는 다음과 같이 MBSE를 정의하였다. (OPTIMIZING PRODUCT DEVELOPMENT WITH MODEL-BASED SYSTEMS ENGINEERING, Dassault Systemes, 2023) MBSE 시스템 엔지니어링에 대한 사고방식을 근본적으로 바꾸는 것으로, 단순한 도구 세트나 요구사항을 문서화하는 새로운 방법이 아니라 전반적인 엔지니어링 프로세스를 혁신하는 패러다임의 전환이다. MBSE는 복잡한 시스템을 모델링 및 시뮬레이션함으로써 위험을 줄이고 더 나은 의사 결정을 내릴 수 있게 해 준다. 이를 통해 보다 효율적이고 효과적인 방식으로 시스템을 설계 및 분석할 수 있으며, 궁극적으로 고객에게 더 나은 시스템을 제공할 수 있다. 다쏘시스템의 MBSE 지원 모델 기반 엔터프라이즈 프레임워크 다쏘시스템의 솔루션은 모델 기반 엔터프라이즈(MBE) 프레임워크 내에서 가장 적절하게 MBSE를 구현할 수 있다. 모델 기반 엔터프라이즈는 대규모 조직의 인력과 다양한 학제(disciplines)를 위한 접근법으로, 엔터프라이즈 인프라와 애플리케이션을 사용하여 전체 라이프사이클 안에서 관리되고 연결되며, 설명되고 계산이 가능한 모델을 활용함으로써 프로세스 효율성, 사용자 및 조직 생산성을 위한 비즈니스 목표를 달성한다. 모델 기반 엔터프라이즈의 솔루션은 A&D 산업에서 전형적으로 나타나는 총체적인(end-to-end) 개발 활동을 처리하기 위한 수단으로 상위 수준의 도메인들로 세분화시킬 수 있다. 각 도메인들은 모델 기반 개발(Model Based Development)을 가능하 게 하는 가치 기반 솔루션들을 제공한다. 모델 기반 엔터프라이즈는 최상위 수준에서 다음의 도메인들을 포함한다. ■ 프로그램 및 구성 관리 ■ 모델 기반 획득/모델 기반 시스템 엔지니어링/모델 기반 엔지니어링 및 인증/모델 기반 제조 ■ 공급망/ 운영 및 유지보수 MBSE 기반의 접근 엔드 투 엔드 관점에서 봤을 때, 다쏘시스템 솔루션의 지원 도메인은 특히 모델 기반 시스템 엔지니어링 도메인에 중점을 두고 있다. MBSE 솔루션의 기본 목표는 개념 개발 및 설계, 시뮬레이션 테스트부터 제조 및 운영에 이르기까지 개발 수명주기 전반에 걸쳐 제품 개발 활동과 프로세스를 효율적으로 정확하게 조율하는 것이다. MBSE의 핵심 활동으로는 요구 공학(Requirements Engineering), 시스템 아키텍처(Systems Architecture), 시스템 설계 및 대안 분석(System Design and Trade Analysis), 검증(Verification), 확인(Validation), 시험(Test) 등이 있다. 또한, MBSE 복잡성을 지원하는 수단으로서 거버넌스(Governance), 협업(Collaboration), 가시성(Visibility) MBSE의 복잡성을 지원하는 수단으로서 프로세스에서 중요한 역할을 한다. 3D 익스피리언스 플랫폼을 통한 지원 다쏘시스템의 MBSE 비전에 대한 핵심은 3D익스피리언스(3DEXPERIENCE) 플랫폼이다. 3D익스피리언스 플랫폼은 MBSE관련 개발 기능들을 활용하여 디지털 혁신의 비전을 실현한다. 다음에 설명하는 인에이블러(enabler)들은 개발 라이프 사이클 전반에 걸쳐 배치되어 활용되면서 전체적인 가치 사슬(end-to-end value chain) 내에서 더 큰 효과(benefit)를 달성할 수 있다. 요구 공학(Requirements Engineering) ■ Enabling Solution Description • 개발 수명 주기 전반에 걸쳐 제품/프로그램을 계획하고 정의할 수 있도록 지원하는 요구사항 관리 활동 • 실시간 추적성, 지속적이고 반복적인 요구사항 관리, 개발 및 가시성 지원 ■ Value Benefits • 추적성 및 영향 가시성을 높여 후공정 결함, 위험 및 일정 자연을 최대 30%까지 감소 • 실시간 상태 개선 및 가시성 향상으로 수작업 통합노력 감소 • 지식기반 시스템화를 통한 재작업 감소 • 이해관계자들 간의 사일로화를 줄여 개발 효율성 향상 시스템 아키텍처(Systems Architecture) ■ Enabling Solution Description •방법론과 프레임워크(예: RFLP, DoDAF, UAF, Cyber Magic Grid 등)를 따르는 시스템 모델링 언어(SysML)를 사용하여 대상 시스템을 정의하고 설계하는 모델 개발활동 ■ Value Benefits • 종합적 시스템 정의를 가능하게 하는 디지털 연속성 • 시스템 복잡성 증가에 대한 협력적 관리 • 파생 시스템 및 시스템 자산 재사용을 통해 구성된 아키텍처 관리로 시스템 개발 노력 감소 시스템 설계 및 대안 분석(Systems Design and Trade Analysis) ■ Enabling Solution Description • 시스템 설계 및 최적화 • 균형 잡힌 아키텍처, 실시간 탐색 및 설계 고려사항을 통해 조직화된 ‘품질 속성(ilities)’ 집합에 대한 상충하는 기대와 요구사항을 충족 ■ Value Benefits • 이해관계자 요구(stakeholder needs)를 디지털 방식으로 통합 • 실시간 설계 탐색, 최적화, 시뮬레이션 지원 • 분석과 설계의 수직적 통합 • 효율성 최적화 및 유연성 향상 • 비용 소모적인 작업 지연/재작업 방지 Verification and Validation ■ Enabling Solution Description • 다분야 통합 분석 및 최적화 (Multi-disciplinary Analysis and • Optimization, MDAO) co-simulation 방법론으로 SysML 모델에서 다중 물리모델로 통합 및 실행 • 개발 전반에 걸쳐 V&V 테스트, 추적, 모니터링을 지원 ■ Value Benefits • V&V 활동에 대한 실시간 추적 및 모니터링 지원 • 비용 소모적인 인증(certification) 프로세스 지원 • 책임 관련 근본 원인 분석(root-cause analysis) 조사 신속화 • 테스트 실행 작업 처리 및 시험결과에 대한 책임감 확보에 대한 효과 Governance and Collaboration ■ Enabling Solution Description • 네이티브 커넥티드 디지털 솔루션을 활용하여 개발 아티팩트(산출물)을 협업 및 관리 •자동 업데이트를 통한 ‘보이지 않는 거버넌스’를 구현 • 폴더, 토론, 알림을 통한 다분야 협업을 통해 모든 사람이 최신 데이터를 사용하여 실시간으로 작업 ■ Value Benefits • 학제간(interdisciplinary) 협업 증대 • 실시간 상태, 접근, 가시성을 통해 의사결정 시간 개선 • 산출물(artifact) 추적 품질향상 • 많은 비용이 들어가는 요구사항 커버리지 이슈 및 물리적 재시험(re-test) 예방 표 1. 다쏘시스템의 MBSE 적용 사례 요약(A&D 산업) 고객사프로젝트명요약효과/가치록히드 마틴ADP 3DEXPERIENCE(2021)미 국방부의 디지털 엔지니어링 전략 계약 업체로 차세대 개발프로그램(ADP) 전략으로 3D익스피리언스 환경 기반의 MBSE 체계 도입■ 동시공학 기반의 RAPID/AGILE 개발 체계■ 개발 비효율성 제거를 위한 디지털 스레드 달성■ 모델 기반의 가상 프로토타이핑 혁신보잉Digital Enterprise Systems Engineering (2021)보잉사 PLM/MBSE 통합 전략을 추진하기 위해 60개의 개발 프로그램 및 4000명의 사용자 환경을 카티아 매직/3D익스피리언스 MBSE로 구현■ 디지털 스레드 기반의 MBSE 구축 ■ 모델 기반의 개념 설계 역량 강화■ 파생모델 개발 리드타임 가속화에어버스AIRBUS ADSE(2020)공식적인 기체 개발 프로그램 착수 전 개념 탐색 단계의 예비 개념 목표 구체화 및 아키텍처 수립을 위한 ADSE 전략에 PLM/ MBSE 통합 전략 추진 중 ■ 기존 개발 아키텍처의 모델화를 통한 MBSE 통합 관리 환경 구현■ 공식 개발 목표 수립 시 기존 모델 기반의 신속한 수정 설계 현실화프랫&위트니MBSE Phase-1(2021)미 국방부 계약 수주 경쟁력 확보를 위한 디지털 엔지니어링 기반의 MBSE 역량 강화 및 제품 개발 프로세스 혁신 중■ 모델 기반의 개발 요구사항 관리 디지털화■ 제품 개발 엔드 투 엔드 디지털 추적성 확보 혁신사례 엔지니어링 중심의 제조업체는 모델 기반의 시스템 엔지니어링을 통해서 복합 시스템(systems of systems)을 성공적으로 설계 구현하기 위해서 모든 영역에서 문제를 해결할 수 있는 방법을 알아야 한다. 다음에 정리된 록히드 마틴, 보잉, 에어버스 프랫&위트니 등의 사례를 살펴보면, MBSE는 제품 개발의 특정 분야가 아닌 엔지니어링 전체 라이프사이클에서 모델 데이터를 이용한 개념 설계부터 가상 프로토타이핑까지 일관된 추적성을 확보하고 디지털 스레드(digital thread)의 빠르고 정확한 구현이 가능하다. 맺음말 지금까지 A&D 산업 관점에서 MBSE의 필요성, MBSE 개요, 다쏘시스템의 MBS 지원 프레임워크, 고객 사례 등을 살펴보았다. MBSE와 이를 체계적으로 지원하는 3D익스피리언스 플랫폼을 도입하게 되면 시스템 개발의 혁신을 가속화하고, 디지털 연속성을 확보하여 개발 생산성을 향상시킬 수 있으며, <표 2>와 같은 이점을 얻을 수 있다. 표 2. MBSE 도입 효과 효과상세 내용전략적 이점■ 강력한 MBSE의 실행은 디지털 엔지니어링 전략의 핵심임■ 단순한 기술 구현을 넘어 새로운 사고방식, 운영 방식, 조직적 변화가 요구됨■ 엄격한 안전, 품질, 지속 가능성 표준에 부합경제적 이점■ 복잡하고 경쟁이 치열한 제품/프로그램 출시에 소요되는 시간을 단축시킴■ 더 적은 비용으로 더 많은 시스템 모델링, 시뮬레이션, 검증을 실시할 수 있음■ 데이터 집계, 분석, 보고와 같은 비생산적인 작업을 줄일 수 있음■ 시스템 개발 프로그램 통합을 가속하여 비용을 절감위험성 완화■ 도메인 간 협업과 연결, 통합 개발을 통해 제품의 품질과 정확성을 높임■ 실시간 프로그램 상태를 모니터링하고 후공정에 미치는 영향을 사전에 완화시킴■ 또한 근본 원인 분석에 대한 이해와 가시성을 높이고 대안 설계 전반에 걸쳐 트레이드 오프(trade off) 요소를 개선함IT 영향■ 개념설계에서부터 운영에 이르는 제품 모델링을 3D익스피리언스 플랫폼에서 디지털화하고 다양한 이해관계자 조건에 대해 시뮬레이션 을 수행함■ 엔드 투 엔드 개발을 지원하는 진정한 네이티브 커넥티드 솔루션으로 IT 환경을 조화롭게 구성함 [저자소개] 목종수 다쏘시스템코리아 컨설팅 대표이다. LG전자 생산기술연구원으로 재직하였으며 이후 컨설팅사와 주요 IT 솔루션사에서 제품 개발 혁신, R&D진단, 사전 영업 지원 및 PLM 관련 컨설팅 등을 수행하였다. 현재는 다양한 산업에서 제조업의 혁신과 경쟁력 향상을 위하여 디지털 혁신과 VPD/MBSE 관련 업무 및 연구 활동도 수행하고 있다. 김태현 다쏘시스템코리아의 인더스트리 프로세스 컨설턴트로 MBSE 도입 및 지속가능성 확산에 기여하고 있다. 자동차/모빌리티, A&D 산업 분야의 MBSE 적용과 관련한 다양한 프로젝트 경험을 보유하고 있다. 출처: 캐드앤그래픽스(https://go.3ds.com/1Zd) 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

[MBSE 기술 칼럼 시리즈] 제품 개발의 새로운 방법론, MBSE (4)

Sun, 17 Dec 2023 23:35:02 GMT

요구사항 기반 V&V를 수행하기 위한 방안 및 사례 제조업에서 요구사항은 제품의 기능과 성능을 구성하기 위한 내용들로 이루어진다. 기능을 나타내는 요구사항을 바탕으로 기능을 설계/구현하고, 성능, 및 다양한 규제 등 여러 가지 요구사항이 제품에 반영되어 개발하기 위해 요구사항을 정의하고, 분석하고 있다. 지금 시대에는 단순한 기능/성능/제약 요구사항을 단편적으로 정의하고 개발할 수 있는 환경과 제품에서 다양한 고객과 여러 가지 제품의 융합 등으로 복합적인 요구사항을 정의하고 개발하고 검증하는 환경적인 변화가 일어나고 있다. 또한, 요구사항을 바탕으로 무엇을 어떻게 검증해야 요구사항에 맞는 제품을 정의/설계/개발되었는지 확인할 수 있는 모델을 만들고, 모델 기반으로 Verification&Validation(V&V)을 수행할 수 있는 요구사항 기반의 검증 환경이 필요하다. 특히, 다양한 시스템과 융합되고 환경 및 다양한 조건에 따라 시스템이 변화하는 제품의 경우에는 변경되는 요구사항이 이웃하는 시스템과 어떻게 영향을 미치는지 확인을 위해서 요구사항 기반 설계/검증이 필수라고 볼 수 있다. 요구사항 정의 및 관리 환경 제조업에서 요구사항 정의 및 관리 환경은 제품 또는 시스템을 개발하고 생산하는 과정에서 필요한 기능, 성능, 품질, 안전성 등에 대한 요구사항을 명확히 정의하고 관리하는 과정을 의미한다. 이 환경은 제조업에서 제품 또는 시스템의 성공적인 개발과 생산을 보장하기 위해 매우 중요한 부분이다. 제조업에서 요구사항 정의 및 관리 환경을 구성하는 주요 요소 여섯 가지를 정리하면 다음과 같다. ■ 요구사항 수집 및 정의: 제조업에서는 제품 또는 시스템의 목적과 범위를 명확히 이해하고, 고객 및 이해관계자의 요구사항을 수집하여 정의한다. ■ 요구사항 분석: 수집된 요구사항을 분석하여 간결하고 모순 없는 형태로 정제한다. ■ 요구사항 추적성: 요구사항이 개발 과정 동안 어떻게 충족되고 있는지 추적할 수 있는 체계를 구축한다. ■ 요구사항 우선순위화: 중요한 요구사항을 식별하고, 개발 리소스를 효율적으로 할당하기 위해 우선순위를 정한다. ■ 변경 관리: 변경을 체계적으로 관리하여 요구사항 변경이 제품 또는 시스템의 성능과 품질에 미치는 영향을 평가하고 조절한다. ■ 요구사항 V&V: 개발이 완료된 제품이나 시스템이 요구사항을 충족하는지를 검증하고 확인하는 과정을 수행한다. 이를 통해 제품이 기대한 대로 작동하며 고객의 요구를 충족시킬 수 있는지를 확인한다. 요구사항 정의 및 관리 환경을 효과적으로 구축하면 제조업에서 제품 개발 및 생산 프로세스의 효율성과 품질을 높일 수 있다. 이를 통해 고객 만족도를 높이고 경쟁력을 강화할 수 있다. 하지만, 제품을 개발하는 환경은 다양하게 구성되어 있고 다양한 요구사항 관리 항목들이 존재하고 있다. 그렇다면 요구사항 반으로 검증하기 위해 요구사항을 수집하고, 한 곳으로 수집하여 하드웨어 및 소프트웨어, 시스템 개발 환경과 연결되어 관리되는 것이 중요한 항목이라고 볼 수 있다. 3D익스피리언스(3DEXPERIENCE)는 다양한 환경에서 관리되는 엔지니어링 데이터를 렉티파이(Reqtify) 도구를 통해 수집하여 관리할 수 있는 환경을 제공해, 다양한 도구에서 관리되는 데이터를 한 곳에 수집할 수 있다. 그리고 이후 포스트(post) 엔지니어링활동을 3D익스피리언스 환경에서 일관된 데이터 관리 환경을 제공한다. MBSE 방법론 기반의 요구사항-스펙 정의 방법 최근 혁신을 지속하고 있는 모빌리티 산업에서는 요구사항 정의부터 폐기까지 제품의 전체 수명주기를 체계적으로 관리하고 수행하기 위한 방법으로 MBSE(Model Based Systems Engineering: 모델 기반 시스템 엔지니어링)를 활용하고 있다. 전동화, 자율주행, 커넥티드, 모빌리티 서비스 등의 다양한 기술 분야를 정의하고 통합하는 엔지니어링 방법으로 활용하기 위해 모델을 기반으로 하는 엔지니어링 기법이 필수가 되었다. MBSE는 모델을 시스템에 대한 정보 표현 방식으로 삼아 요구사항 정의, 분석, 설계, 검증(V&V), 생산, 서비스 단계의 정보를 모델링 언어를 이용하여 시스템 모델로 간결하게 작성해 모호함을 제거할 수 있으며, 사람이 이해할 수 있는 모델이면서도 모델 데이터를 컴퓨터가 활용하기 좋게 구조화되어 있어 시스템 엔지니어링 활동에서 필요한 집계, 분석 등의 활동을 모델을 통해 얻을 수 있다. 특히, 최근의 자동차는 소프트웨어의 기능과 하드웨어 안전성 중심의 ‘바퀴 달린 컴퓨터가 되어 그 안에서의 통합이 매우 중요하게 되었다. 차량 자체의 엔지니어링 외에 자율주행, 전기차 배터리 사용시간 및 충격에 대한 안전성, 사용자 서비스 등의 복잡한 요구사항을 정의하고, 형상화하여 검증할 수 있는 플랫폼이 필요하다. MBSE 방법론을 통해 정제된 시스템 요구사항은 아키텍처 모델을 구현하기 위한 기본자료로 활용된다. 3D익스피리언스 플랫폼에서는 카티아 매직(CATIA Magic) 기반의 아키텍처 모델이 통합되어 CAD 모델과 연계된 CAE 모델과 연계를 통해 세분화된 요구사항-스펙(spec) 정의가 가능하다. 설계 탐색 프로세스의 결과는 성과목표에 대해 평가 및 검증되고 필요에 따라 요구사항-스펙을 업데이트한다. 제품 엔지니어링 프로세스를 효과적으로 관리하려면 요구사항과 시스템의 논리적/물리적 설계뿐만 아니라 기능 분석에 어떻게 연결되는지에 대한 디지털 관리가 필요하다. 이 접근 방식의 이점은 제품 개발 팀이 설계 요소를 독립적으로 분석하여 재사용 가능성을 열어주고, 통합을 위한 논리적 경로를 기본적으로 제공하여 전체적인 제품 정의가 가능하다는 것이다. MBSE 기반 요구사항 검증방법 모델 형태로 정의된 요구사항과 스펙은 다양한 검증 요구사항과 방법으로 검증 요구사항이 정의된다. 시스템/서브시스템 및 컴포넌트 레벨의 검증하기 위한 방법은 아키텍처 모델을 통한 시뮬레이션이나 1D/3D 모델을 이용한 검증 방법으로 요구사항을 검증할 수 있다. 컴포넌트/서브시스템의 기능과 성능에 대한 검증은 대부분 정의된 스펙 기준으로 만족 여부를 확인할 수 있다. 다만 시스템 단 위의 시뮬레이션은 상호 작용하는 데이터와 다양한 조건/환경의 조합으로 수많은 조건이 존재한다. 이러한 조건은 사실 테스트를 통해 검증하는 방법은 실제 결과를 통해 확인할 수 있지만, 비용/시간의 제약이 있다. 실제 테스트 단계가 아닌 실세계와 간격을 제로로 만든 가상환경에서 실제 환경과 동일한 조건을 정의하여 시뮬레이션을 수행할 수 있도록 진행할 수 있다. 버추얼 트윈 및 모델을 활용한 효과적 요구사항 검증 MBSE의 마지막 단계인 V&V(Verification&Validation)은 MBSE 결과물에 대한 시각적인 형상 또는 정량적 수치를 통하여 결과물이 요구사항을 만족하는지에 대한 확인(verification) 및 검증(validation)을 진행하는 절차로서, 1D 기반의 스키매틱 디자인(schematic design) 또는 3D 기반의 시뮬레이션을 통하여 검증을 진행할 수 있다. 결과물은 요소장비(component)~공장(factory)의 다양한 레벨로 존재할 수 있으며, 완전한 버추얼 트윈(Virtual Twin)을 구현할 수 있다. MBSE 결과물과 제어 시스템을 연결하여 파라미터 변경에 따른 MBSE 결과물의 형상/성능/변위에 따른 검증을 진행하게 된다. 제어시스템의 종류에 따라서 MIL(Model-In-the-Loop), SIL(Software-In-the-Loop), HIL(Hardware-In-the-Loop)로 구분되며, 제어 시스템의 인터페이스 연결 방식은 FMU, TCP-IP, OPC Server 등의 다양한 방법으로 연결한다. 카티아 컨트롤빌드(CATIA ControlBuild)는 다양한 환경의 제어 시스템 기능을 제공하며, 3D익스피리언스 플랫폼 내 MBSE 결과물에 대한 제어 로직을 작성한다. HMI(Human Module Interface) 콘솔을 고객이 쉽게 파라미터를 변경하면서 MBSE 결과물에 대한 성능 검증을 수행할 수 있으며, 3D익사이트(3DEXICTE) 기능을 통하여 향상된 렌더링으로 사용자에게 사실적인 경험을 할 수 있는 환경을 제공한다. 지속가능성 확보를 위한 MBSE 과거 제조업은 데이터를 잘 관리하고, 프로세스를 솔루션에 올려 시스템화하여 고객 요구사항을 만족시키고 업무 효율을 높일 수 있도록 하는 데에 중점을 두었다. 구조화된 데이터, 2D/3D 도 면, 부품리스트, BOM, 기술 문서 등 프로세스 기반 산출물의 생산/변경 관리가 제조 품질/비용에 기여를 할 수 있었지만, 최근에는 시장, 소비자, 각종 규제, 팬데믹 등 요구사항이 매우 다양해지고 복잡해져 기존의 관리 시스템으로는 요구사항 기반 V&V의 한계가 명확하게 나타나고 있다. 다쏘시스템에서 제시하는 MBSE는 실세계와 가상의 간격을 제로로 하는 버추얼 트윈 개념으로 제품의 전체 생명주기에서 서로 상호작용하는 데이터를 공유, 활용하여 제품 제작 이전에 다학적인 요구사항과 규제가 반영된 제품으로 구현되었는지 시뮬레이션한다. 또한, 현실세계에 존재하는 객체의 형상 및 기능, 프로세스가 상호 연결된 네트워크를 통해 현실에서 발생할 수 있는 문제를 예측하고 효과적으로 대응할 수 있는 3D 익스피리언스 플랫폼 기반으로 시뮬레이션 및 관리 환경을 제공한다. [저자소개] 진병률 다쏘시스템코리아의 Industry Process Consultant로 자동차와 모빌리티 산업의 MBSE 도입 및 지속가능성 확보를 위한 혁신에 기여하고 있다. 한화방산부문에서 시스템 엔지니어링 기반의 R&D 프로세스 수립 및 협업 인프라도입을 위한 다양한 활동을 했다. 황하나 다쏘시스템코리아의 SIMULIA Industry Process Consultant로 유동해석을 담당하고 있다. 다년간 고객지원 업무와 함께 국내 완성차 업체의 공력/열 성능 향상을 위한 다수의 프로젝트를 수행하였으며, 다양한 산업군에 유동 해석 솔루션을 적용하여 고객에게 가치를 전달하는 역할을 담당하고 있다. 박영진 다쏘시스템코리아의 DELMIA Industry Process Consultant로 디지털 매뉴팩처링을 담당하고 있다. 생산기술 분야에서 발생하는 다양한 공정/공법에 관련된 검증 및 시뮬레이션을 통하여 린 생산을 할 수 있도록 지원하고 있다. 출처: 캐드앤그래픽스(https://go.3ds.com/ymT) 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

[MBSE 기술 칼럼 시리즈] 제품 개발의 새로운 방법론, MBSE (3)

Sun, 17 Dec 2023 23:33:23 GMT

MBSE 실현을 위한 다분야 솔루션 통합 환경 구축 및 활용방안 Larger System of System(SoS) 관점에서 제품의 임베디드 시스템 및 구성 요소에 이르기까지 MBSE 방법론은 제품의 개발 전반에 걸쳐 적용된다. 제품 및 프로그램 개발의 폭과 깊이를 이해하고 복잡한 특성을 관리하는 것은 초기 요구사항을 정확하게 정의하고, 아키텍처의 추적이 가능하며, 개발 도메인 전반에 걸친 규정을 준수하는 것으로 귀결된다. MBSE(모델 기반 시스템 엔지니어링) 솔루션의 주요 목표는 초기 개념 설계 및 개발, 시뮬레이션, 테스트에서 제조 및 운영에 이르기까지 라이프사이클 전반에 걸쳐 제품 개발 활동 및 프로세스가 효율적이고 정확하게 조정되도록 하는 것이다. 따라서 MBSE 솔루션은 특정 유형의 애플리케이션 모델링에 국한되지 않고 MBSE 비전을 주도하는 다양한 엔지니어링 활동과 도메인을 포함한다. 여기에는 여러 부서의 협업, 제품 라이프사이클 관리(PLM)뿐만 아니라 시스템 요구사항, 설계, 개발, 분석 및 V&V 활동과 같은 도메인 요구사항과 시스템 엔지니어링 내에서 모델링 연관성을 확장하는 작업이 포함된다. 이를 통해 라이프사이클 초기에 더 많은 시스템 검증을 통하면 공급망 및 제조, 생산에 대한 다운스트림을 예방하고 개선할 수 있다. MBSE 솔루션을 통한 시뮬레이션 검증 설계와 시뮬레이션 프로세스는 시스템의 요구사항에 따라 개발된 아키텍처 모델로부터 시작한다. 3D익스피리언 (3DEXPERIENCE) 플랫폼에서는 카티아(CATIA) 3D 설계가 통합되어 CAD 모델과 연계된 CAE 모델의 개발 분석뿐만 아니라 이를 통해 더욱 세분화된 연구의 수행이 가능하다. 설계 탐색 프로세스의 결과는 성과 목표에 대해 평가 및 검증되고 필요에 따라 요구사항을 업데이트한다. 제품 엔지니어링 프로세스를 효과적으로 관리하려면 요구사항과 시스템의 논리적/물리적 설계(RFLP)뿐만 아니라 기능 분석에 어떻게 연결되는지에 대한 디지털 관리가 필요하다. 이 접근 방식의 이점은 제품 개발팀이 설계 요소를 독립적으로 분석하여 재사용 가능성을 열어주고, 통합을 위한 논리적 경로를 기본적으로 제공하여 전체적인 제품 정의가 가능하다는 것이다. 3D익스피리언스 플랫폼은 효율성, 생산성 엔드 투 엔드(end-to-end) 프로세스 개선에 대한 요구사항을 해결하고자 물리적 설계를 넘어 요구사항 및 모델의 초기 검증을 포함하는 시스템 디지털 목업(mock-up)을 제공한다. 또한 3D익스피리언스 플랫폼은 개발을 촉진하고 품질을 개선하기 위한 설계 작업의 효율적인 협업 및 최적화를 위한 공통 제품 정의 공간을 제공한다. 1D 시스템 M&S 솔루션 카티아 다이몰라(CATIA Dymola)는 모델리카(Modelica) 언어를 기반으로 개발된 1D 시스템 M&S(Modeling and Simulation) 솔루션으로 다중물리 시스템(multi-physics system) 라이브러리를 통한 모델링을 지원하며, 인터페이스 환경을 통해 사용자가 시스템을 표현하는 복잡한 미분방정식(DAE, ODE: Ordinary Differential Equation)을 알지 못하여도 실제 물리적으로 해당 시스템을 구성하는 부품들과 대치되는 컴포넌트 모델들의 조합을 통해 시스템 모델링이 가능하기에 물리적 관점의 접근이 용이한 특징을 가진다. 비인과성 다이몰라의 다양한 톡징 중 비인과성(acausal)은 가장 강력하고 주요한 특징이다. 대다수의 솔루션은 ‘인과성(causal)’을 가지는데, 이는 시스템을 기준으로 입·출력에 대한 정의가 명확해야 한계점을 가진다. 이에 반해 비인과성은 입·출력 간의 구분이 없으며, 구성 요소 간의 관계를 수학적으로 표현하여 나타낼 수 있다. 객체지향 프로그래밍 객체지향 프로그래밍(object-oriented programming)은 각각 독립적인 기능을 수행하는 객체(object)를 구성하고 객체 간의 소통을 통해 하나의 프로그램을 구성하는 방식이다. 다이몰라는 해당 방식을 통해 각각의 컴포넌트 모델을 커넥터(connector)를 사용하여 연결하고, 시스템의 계층구조(hierarchy)와 통일한 템플릿(template)을 구성하여 재사용할 수 있다. MDO(Multi-Disciplinary Optimization) 솔루션 3D익스피리언스 플랫폼에서 사용 가능한 프로세스 컴포저(Process Composer)와 프로세스 익스피리언스 스튜디오(Process Experience Studio)는 아키텍처 검증 시뮬레이션을 위한 워크플로를 구축하고 표준화 템플릿 생성 및 배포를 할 수 있다. 또한 3D익스피리언스 플랫폼과 3D 오케스트레이트 서비스(3D Orchestrate Service)를 활용하여 시뮬레이션을 실행하고 결과 역시 표준화 템플릿으로 업데이트할 수 있다. 중요한 것은 시뮬레이션 워크플로를 구축할 때 다양한 1D, 3D 시뮬레이션 툴뿐만 아니라 엑셀 등의 기능 도구를 통해 실제 시뮬레이션 워크플로와 동일하게 구성될 수 있다는 것이다. 이렇게 구성된 워크플로를 기반으로 웹 기반 대시보드에서 사용 가능한 프로세스 템플릿을 구성한다. 해당 템플릿이 배포되면 웹 상의 권한을 가진 이해관계자들이 템플릿을 검증 수단으로 사용할 수 있다. 이 과정에서 정의된 매개변수는 아키텍처와 요구사항 매개변수와 연계되어 관리된다. 시스템 엔지니어는 3D익스피리언스 플랫폼 내에서 연계되는 매개변수를 확인하고 검증된 프로세스 워크플로를 시스템 아키텍처 상에 빌트인 하면 아키텍처 모델 실행 시 시뮬레이션 검증이 가능하다. 추가적으로 시뮬레이션 워크플로를 구축할 때 실험계획법, 최적화기법, 근사모델 등을 통해 매개변수를 탐색하고 실행할 수 있는 기능을 가지고 있다. 이렇게 쌓인 빅데이터를 분석하여 결과를 알려주고 시각화하여 이상적인 결과를 찾는 의사 결정 지원 도구를 지원한다. MOSDIM 솔루션 3D익스피리언스 플랫폼 환경 내에서 모델링과 시뮬레이션을 통합한 MODSIM(Modeling & Simulation)은 각각의 이점을 확대하는 동시에 개발 프로세스를 가속화하고 간소화한다. 설계 프로세스에 시물레이션을 내장함으로써 엔지니어는 설계 개발의 초기 단계에서 시뮬레이션을 활용하여 설계 성능을 확인하고 개선 사항을 동시에 실행할 수 있다. 설계와 시뮬레이션 사이의 완전한 시스템 모델이 필요하기 때문에, 개발 초기에 발생한 변경 데이터 변환이 필요하지 않으며 CAE 모델은 설계 변경 즉시 업데이트된다. 이는 업데이트되는 데이터로 작업하는 여러 부서의 협업 및 개발을 용이하게 한다. MBSE 솔루션 검증 사례 전기 구동 시스템과 같이 기계, 전자 및 소프트웨어 요소를 결합하는 메카트로닉 시스템은 초기 단계에서 시뮬레이션하기 위한 완전한 시스템 모델이 필요하기 때문에, 개발 초기에 발생한 변경사항이 프로세스 전체에 반영되도록 구성하게 된다. MBSE는 이를 위해 모든 엔지니어링 분야의 통합을 개선하기 위한 방법으로 사용되며, 새로운 요구사항의 흐름과 함께 전기 구동 시스템은 엔지니어링 프로세스를 관리하고 높은 수준의 상호 작용 및 추적 가능성으로 매핑해야 한다. 전기 구동 시스템의 개발 주기는 근본적으로 독특하고 다중 물리적이다. 그렇기 때문에 엔지니어는 열, 기계, 전자기 성능, 내구성, 소음 및 진동, 윤활 요구사항과 같이 얽혀 있으면서 상충되는 특성을 해결해야 한다. 여러 이해관계자들과 함께 요구사항, 시스템 아키텍처, 설계 및 검증을 처리한다. 이때 가장 균형 잡힌 최상의 설계 대안을 정의하려면 각 프로젝트 이해 관계자들의 목표를 매핑하고 연결하고 정의해야 한다. 전기 구동 시스템의 목표는 다음과 같이 정의할 수 있다. ■ 다분야 최적화, 전자기학, 구조, 유체 및 음향 분야에 대한 요구사항 조정 ■ 강도, 강성 및 내구성, 모든 부품의 구조적 무결성 및 신뢰성 보장 ■ 전자파 성능, 전력, 토크 및 효율성 요구사항 확인 ■ 오일 냉각 시스템의 열 관리 및 열 안정성으로 고전력 밀도 유지 ■ 승객의 음향적 편안함을 보장하고 기능을 보호하는 소음 및 진동 완화 ■ 오일 레벨이 충분한 표면 커버리지와 사용 수명 연장을 위한 윤활 3D익스피리언스 플랫폼에서 작업함으로써 관련된 전문가는 실시간으로 동일한 데이터 세트로 작업하여 모든 구성 요소가 시스템 내에서 제대로 작동하도록 설계되었는지 확인할 수 있다. 개발 프로세스 중에 요구사항이 변경되면 자동화된 워크플로를 활용하여 시스템 검증을 신속하게 다시 수행할 수 있다. 시뮬레이션 모델 및 메시를 업데이트하기 위해 수동 작업 없이 매개변수 또는 설계를 쉽게 업데이트할 수 있다. 통합 환경에서 효율성 및 속도 향상을 통해 최종 프로토타입 검증 전에 여러 설계 반복을 신속하게 실행하고 분석할 수 있다. [저자소개] 이상훈 다쏘시스템코리아의 기술 컨설턴트로 SIMULIA 브랜드의 다양한 해석 솔루션을 담당하고 있다. 특히 구조해석 영역에서 다양한 프로젝트 경험과 Pre-sales 활동을 겸하고 있다. 안치우 다쏘시스템코리아의 기술 컨설턴트로 CATIA Dymola를 활용한 1D 사물레이션을 담당하고 있다. 한국항공우주산업의 디지털엔지니어링 TF 선임연구원으로 재직하여 Dymola를 활용한 KF-21 Fuel System 개발에 참여하였다. 윤재민 다쏘시스템코리아의 기술 컨설턴트로서 CATIA Dymola 솔루션을 통한 1D 시물레이션 영역을 전문으로 업무를 수행하고 있다. Vehicle Dynamics, Multi Body Dynamics, Control, Optimization, Design Process 등 다양한 분야에 대한 연구 경험을 갖고 있다. 출처: 캐드앤그래픽스(https://go.3ds.com/qL2) 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

[MBSE 기술 칼럼 시리즈] 제품 개발의 새로운 방법론, MBSE (2)

Sun, 17 Dec 2023 23:28:41 GMT

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 솔루션명내용Magic 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 반영Magic 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 도구Magic Model Analyst– UML/SysML 시뮬레이션 도구Magic 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

[MBSE 기술 칼럼 시리즈] 제품 개발의 새로운 방법론, MBSE (1) – 개요

Thu, 15 Jun 2023 23:58:47 GMT

모델 기반 시스템 엔지니어링의 개요 산업별 제품들은 메카트로닉스 제품에서 지능형 메카트로닉스로 진화할뿐만 아니라, 인텔리전스와 커넥티비티 등이 추가되어 새로운 서비스를 제공하는 방향으로 나아가고 있다. 이러한 제품 지능화, 제품 복잡성 심화, 제품 간 상호 연결성 강화 등으로 인해 제품 개발에 새로운 방법론, 프로세스 및 도구들이 필요하게 되었으며, 주요 선진국의 기업들은 새로운 방법론인 모델 기반 시스템 엔지니어링(MBSE : Model Based Systems Engineering)를 도입 및 적용하고 있는 상황이다. 이번 호에서는 MBSE의 정의, 고객 사례 및 솔루션 등을 소개하면서 MBSE 대한 이해를 돕고자 한다 MBSE의 정의 시스템 엔지니어링의 개념 세계적으로 가장 권위 있는 시스템 엔지니어링 협의 기구인 INCOSE(International Council of Systems Engineering)는 시스템 엔지니어링의 개념을 ‘시스템의 목적을 가장 효율적으로 달성하기 위해 여러 과학 기술을 종합적이고 체계적으로 적용하여 제품 개발 시 전체 시스템 및 서브 시스템의 통합 형성을 과학적으로 연구 및 관리하는 개발 방 법론’으로 정의하고 있다. 즉 시스템 엔지니어링(systems engineering)은 고객의 요구 성능을 만족시키는 시스템을 개발하고 획득하기 위한 과학적이고 체계적인 방법론이다. <그림 1>은 시스템 엔지니어링의 V 모델 절차를 표현한 그림이다. V 모델의 왼쪽은 시스템 아키텍처/사양을 강조(요구사항, 아키텍처, 인터페이스 등)하고, 아래쪽은 엔지니어링 및 설 계 작업과 관련되어 있으며, 오른쪽은 개발된 사양에 대한 시스템의 검증과 관련되어 있다. 시스템이 사양대로 잘 만들어졌는지를 기능과 요구 성능 측면에서 확인(verification & validation)하면서 개발해 나가는 것이다. 표 1. MOE/MOP/TPM 시스템 엔지니어링은 시스템의 요구사항대로 제대로 만들어져 시스템이 제대로 작동, 운영되는지에 대한 관련 변수들을 <표 1> 과 같이 관리한다. MBSE의 필요성 기존의 제품 개발 방식은 기획 또는 이해관계자들로부터 요구사항 및 요구 성능이 정해지면, 개념 설계를 하고 상세 설계를 수행하며 프로토타입을 제작하고 시험한다. 중간에 다양한 시뮬레이션 툴과 시험을 수행하며 제품 개발의 완성도를 높여간다. 이 과정에 서 기구 팀, 회로 팀 및 제어 팀이 협업을 하면서 개발을 진행한다. 실제 이 과정에서는 기능적 요구사항이 결정되는 초기 제품 정의 단계 이후, 기계 및 회로 설계 팀은 설계가 확정될 때까지 거의 독립 적으로 작업한다. 제어 소프트웨어 개발 팀은 기구 설계 및 회로 설 계에 대한 후속 조치로 이어진다. 즉, 소프트웨어 개발은 기계 및 회 로 팀이 최소한 동작 설계를 완료할 시점에 진행된다. 이러한 개발 방식은 문제가 발생할 경우 설계, 제품 통합 및 검증에 어려움을 발 생시키며, 이로 인TLABF해 제품 출시 지연을 발생시킬 가능성이 높다. 최근에는 개발 제품의 복잡성이 심화되고 지능화됨에 따라 항공우주 및 방산 산업군 뿐만 아니라 자동차, 하이테크, 의료기기, 산업 장비 등도 앞서 언급한 문제점을 해결하기 위한 노력을 진행 하고 있다. MBSE는 바로 기존 시스템 엔지니어링 및 개발 체계의 한계를 극복하기 위한 대안으로 제시되고 있다. MBSE의 정의 INCOSE에서는 개념 설계 단계부터 개발 및 이후의 라이프사 이클 전반에 걸쳐 시스템 요구사항, 설계, 분석, 검증(V&V) 활동을 지원하기 위해 모델링을 적용하는 것이라고 정의하였다. 다쏘 시스템은 MBSE를 ‘제품을 시스템 관점으로 바라보고 종합적, 통합적, 협업적 개발 과정을 효과적이고 효율적으로 수행하기 위해 디지털 환경에서 목적 별 모델(요구사항 모델, 시스템 아키텍처 모델, 1D 모델, 3D 모델, 1D-3D 코시뮬레이션 모델, FMEA, HILS 등)을 활용하여 제품 요구 성능을 완성도 높게 구현하는 제품 개발 방법론’으로 정의한다. 즉 제품 개발 라이프사이클 전반에 걸쳐 디지털 모델을 활용하여 엔지니어링 전 영역에 대한 요구사항과 시스템 아키텍처를 정의하고, 단위 성능 검증(verification) 및 제품 목표 달성 입증(validation)을 위한 다양한 시뮬레이션과 시험을 수행하여 제품에 대한 요구 성능을 조기에 만족시키며, 동시에 제품 개발 기간을 단축하고 제품의 품질을 향상을 목표로 한다. MBSE의 효과 기존의 제품 개발 체계를 보다 혁신적으로 변화시켜 프로젝트 기간 단축 및 설계 품질의 조기 확보를 달성할 수 있게 된다. 제품 개발 시간의 단축 측면에서 시스템 디자인 단계에 많은 노력이 투입되지만, 제품의 통합과 시험 과정에서 시간을 줄일 수 있기 때문에 전체적으로 개발 시간을 단축시킬 수 있다. 이는 디지털 모델의 활용 및 팀간의 커뮤니케이션 향상을 통해 가능하다. 비용 손실을 가져오는 기술 변경을 사전에 방지하며, 제품 리스크 측면 에서는 시스템 디자인 단계에서 요구사항을 정의하고 아키텍처를 개발해 나가는 과정에서 아키텍처 모델과 1D 시뮬레이션을 활용하여 성능 달성 여부의 조기 식별, 예상 리스크 도출 및 해결방안 수립이 용이하기 때문이며, 이미 검증된 모델을 재활용함으로써 제품에 관한 리스크를 조기에 줄일 수 있기 때문이다. 공통 언어 및 방법론을 공유할 수 있는 전문화된 도구를 사용하면 제품 개발 주기 후반에 발생하는 문제점들을 빠르게 이해하고 해결방안을 찾을 수 있다. ■ 모델 기반 커뮤니케이션을 통한 협업 효율화 ■ 시뮬레이션을 통한 조기검증 및 단계별 검증 향상 ■ 기구, 회로 및 제어의 통합 설계 및 검증 ■ 프로토로딩에 따른 후공정 리스크 감소 ■ 검증된 모델 재사용성 증대를 통한 제품 개발 생산성 향상 주요사례 다쏘시스템은 항공/방산, 자동차 산업(완성차, 부품사), 하이테크, 산업장비 등 다양한 산업에서 MBSE 도입, 추진 및 실행에 관한 경험을 보유하고 있다. 방산업체인 티센크루프 마린 시스템(Thyssen krupp Marine Systems)은 하데베 잠수함 개발 시 복잡한 무장 및 동력 체계/부체계 간의 인터페이스 개발 및 관리 효율화를 위해 카티아 매직(CATIA Magic) 방법론 기반의 MBSE를 도입하였다. 이를 통해서 시스템 간의 인터페이스 관리를 개선하고, 성공적인 체계 통합을 위한 요구사항의 상세화 및 관리 체계화를 달성할 수 있었다. 록히드 마틴(Lockheed Martin)은 미국 국방부의 디지털 엔지니어링 전략 계약업체로 차세대 개발 프로그램 전략으로 3D익스피리언스(3DEXPERIENCE) 환경 기반의 MBSE 체계를 도입하여, 개발 비효율 제거를 위한 디지털 연속성을 구축하고 모델 기반의 가상 프로토타이핑(virtual prototyping) 혁신을 진행하고 있다. 자동차 업체인 아우디(Audi)는 제품 개발 프로세스의 디지털화 및 자율주행 프로그램 개발 목표 달성을 위해 카티아 매직 기반의 MBSE 환경 구현 추진 중에 있으며, ISO26262 표준 충족이 가능한 개발 프로세스 환경을 만들어 나가고 있다. 하이테크 업체 밀레(Miele)는 제품의 다양성과 복잡성 증가 대비 제품 개발 기간 단축 및 조기 성능(품질) 확보를 위해 MBSE 를 도입하였다. 다쏘시스템의 방법론과 솔루션 다쏘시스템은 MBSE를 구현하기 위한 매직 그리드(Magic Grid) 방법론과 관련 솔루션을 제공한다. 매직 그리드 방법론 MBSE 그리드(Grid) 프레임워크는 시스템 아키텍처 모델링 프로세스를 통해 시스템 엔지니어를 안내하도록 설계되었다. ‘모델을 구성하는 방법’, ‘모델링 워크플로가 무엇인지’, ‘해당 워크플로의 각 단계에서 생성되어야 하는 모델 결과물’, ‘이러한 결과물이 함께 연결되는 방법’ 등과 같은 질문에 대한 답변을 찾는 것을 돕는다. MBSE 그리드 프레임워크에서 제시하는 영역들을 채워나가면 시스템의 아키텍처를 손쉽게 구성할 수 있다. 주요 MBSE 솔루션 다쏘시스템은 MBSE를 구현하기 위한 주요 영역의 솔루션을 가지고 있으며, 고객들은 앞서 언급한 매직 그리드 방법론과 솔루션을 기존 프로세스에 적용하여 MBSE를 구현할 수 있다. 영역별 주요 솔루션은 <표 2>와 같다. 주요특징 업계의 아키텍처 표준 도구 2007년 제정된 OMG(Object Modeling Group) SysML은 시스템 모델링 언어로서 UML(Unified Modeling Language)에 기반을 두고 있다. SysML은 INCOSE에 의해 제안되었고 여러 주요 모델링 툴에서 이를 채택하면서 널리 사용되게 되었다. CATIA Magic은 OMG 모델링 표준 언어인 SysML, UML, UAF를 지원하여 복잡한 시스템 아키텍처의 구현을 용이하게 하고, 편리한 시뮬레이션 분석 기능을 제공함으로써 주요 방위산업, 항공, 자동사에서 많이 사용되는 솔루션이 되었다. 표 2. MBSE 주요 솔루션 아키텍처 설계 단계의 시뮬레이션 CATIA Magic은 시스템 엔지니어링에서 성능 달성에 관한 변수들(MOE, MOP, TPM)을 관리하고 이를 시뮬레이션함으로써, 아키텍처 설계 단계에서 성능 달성에 대한 다양한 대안을 빠르게 검토할 수 있다. 인과성 대 비인과성 1D 모델의 시뮬레이션 기법은 크게 ‘인과적(Causal)’ 또는 ‘비인과적(Acausal)’으로 구분할 수 있다. ‘인과적’은 입력과 출력에 대한 변수가 이미 정해졌으며 반드시 입력값을 넣어주어야 출력값이 계산될 수 있다는 것이고, ‘비인과적’은 입력 변수와 출력 변수에 대한 경계가 없다는 것을 의미한다. 카티아 다이몰라(CATIA DYMOLA)는 비인과적 기법으로 시뮬레이션을 한다. 카티아 다이몰라로 복잡한 시스템을 1D로 모델링하고 시뮬레이션을 할 경우에, 변경 요소가 발생되면 전체를 다시 모델링할 필요 없이 특정 부분만 수정 또는 교체하여 시뮬레이션을 수행할 수 있다. MBSE의 구현 3D익스피리언스 플랫폼은 MBSE 기반 제품 개발 과정 즉 요구 사항 정의, 아키텍처 개발, 제품 설계 및 V&V까지의 업무, 관련 데이터 및 모델 관리(요구사항 모델, 아키텍처 모델 등) 그리고 관련 도구의 연계를 지원한다. 이를 통해 고객은 MBSE 기반 제품 개발 혁신을 구현할 수 있다. [저자소개] 목종수 다쏘시스템코리아의 비즈니스 컨설팅 대표이다. LG전자 생산기술원 연구원을 거쳐 컨설팅사와 주요 IT 솔루션사에서 제품 개발 혁신, R&D 진단, 사전영업 지원 및 PLM 관련 컨설팅 등을 수행하였다. 현재는 다양한 산업에서 제조업의 혁신과 경쟁력 향상을 위하여 디지털 혁신과 MBSE 관련 업무 및 연구 활동을 수행하고 있다. 출처: 캐드앤그래픽스(https://go.3ds.com/sB3) 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