Industrial equipment

스마트하게 변신하는 제조현장

Lindsay James
21 May 2016

복합시스템을설계하는데는서로단절된채호환되지않는여러가지도구를사용하는다양한부서를통일하는 작업이 수반된다. 특히, 사물인터넷(IoT) 설계에는 훨씬 더 긴밀한 연결이 요구된다. 연동하는 모든 시스템을 대상으로 통합 3D 디지털 시뮬레이션이 이뤄지는 모델 기반 시스템 엔지니어링(MBSE) 방식을 이용하면 가상프로토타입을제작,그부담을덜수있다.

복잡한 시스템을 효과적으로 설계하는 데는 엄청난 작업이 필요하다. 공인 받은 엔지니어 이자 INCOSE(International Council on Systems Engineering) 회원이고 작가이기도 한 힐러리 실리토(Hillary Sillitto)는 “전통적인 설계 방식에 서는 일단 구조, 즉 구성요소와 각 구성요소 의 연결에 초점을 맞춰 적절하게 배치함으로 써 필요한 특성을 얻으려고 한다”고 말한다.

그러나 이 같은 “구조 우선” 접근법은 하위 시스템끼리 충돌할 수 있는 가능성에 온전히 노출된다는 맹점이 있다. 실리토는 “상호작용의 가능성이 지나치게 많기 때문에 이런 접 근법은 바람직하지 않다”며 “허용할 수 없는 다른속성이나특성이전혀없다고보장하기 어렵다”고 말한다.

더욱이 사물인터넷의 부상으로 어려움이 크 게 가중되고 있다. 포드모터스의 수석 엔지 니어로 일하다 지금은 미국의 컨설팅 회사 인 부즈알렌해밀턴의 수석 엔지니어로 일하 는 인코세(INCOSE)의 SE혁신사업부 부국장 트로이 피터슨(Troy Peterson)은 “연결 네트 워크의 기하급수적인 증가로 시스템 상호작 용의 복잡성, 빈도, 범위도 크게 늘고 있다” 고 말한다.

IoT용 제품 개발 분야에서 선두를 달리고 있 는 독일의 가전기기 업체인 밀레(Miele)도 이 와 같은 과제에 직면해 있다. 밀레의 가상 제품 개발 총괄 마티아스 크노케(Matthias Knoke)는 이렇게 말했다. “제품 기능 때문에 복잡한 하드웨어와 소프트웨어의 조합이 늘 고있습니다.전통적으로기계로작동되던많 은 기능들이 기계전자 공학 부품으로 대체 되면서 기능성의 범위도 눈에 띄게 넓어졌 습니다. 함께 상의하고 참여해야 하는 부서 가 점점 더 늘고 있는 것입니다. 따라서 전통 적인 개발 및 테스트 방법은 더 이상 통하지 않습니다.”

모델 기반 시스템 엔지니어링

점점 더 많은 기업들이 가상 시뮬레이션으로 엔지니어링 복잡성을 줄일 수 있는 모델 기 반 시스템 엔지니어링(MBSE) 방식의 잠재력 을 관심 있게 보고 있다. 인코세가 “개념 설계 단계부터 시작해서 개발 단계를 거쳐 이후의 수명 주기 단계에 이르는 모든 단계에서 지 원 시스템 요건 파악, 분석, 설계, 검증 및 확 인 작업에 공식화된 모델링 방식 응용”이라 고 정의한 MBSE는 오늘날 산업용 장비(IE) 제 조업체들이 직면한 문제 중 다수의 심각성을 완화하는 데 효과적이다.

“3D 디지털 모델을 이용했더니 보다 나은 가동 시간과 성능을 고객에 게 보장하면서 근본적으로 발생하지 않아도 될 문제를 해결하느라 소요되는 비용과 낭비를 막을 수 있게 되었습니다.”

폴 보리스
GE 디지털 제조산업 총책

밀레는 이미 효과를 거두고 있다. 크노케는 “MBSE를 토대로 한 체계적인 접근법을 복잡 한 제품에 응용하면 관리가 한결 쉬워진다” 며 “결과적으로, 개발 리드 타임이 단축되고 연구 개발 비용도 감소하며 여러 부서 간의 협력과 소통도 향상된다”고 말한다.

페어필드에 본사를 두고 발전용 터빈부터 항 공기엔진까지다양한IE시스템을제조하는 글로벌 기업 GE디지탈역시 MBSE 도입 효과 를 누리고 있다. GE디지탈 제조산업 총괄 폴 보리스(Paul Boris)는 이렇게 말했다.

“MBSE 방식은 두 가지 근본적인 이유 때문 에 중요합니다. 디지털 모델을 구현한 덕에 기계가 견뎌야 하는 문제와 스트레스를 반영 할 수 있게 되었습니다. 회사의 항공기 엔진 다수가 예상과 다른 마모 패턴을 보였습니 다. 문제의 원인을 찾을 때까지 모조리 사용 을 중단하는 대신, 디지털 모델을 이용해 항 공기 엔진의 사용 패턴을 시뮬레이션 했습니 다. 그래서 사용 패턴이 성능 저하를 유발한 다는 결론을 얻게 되었습니다. 세계 각지에 서 발생하는 먼지가 지역별로 달랐던 것입니 다. 그래서이문제를해결할수있는세척 시스템을 개발했습니다. 특정 지역에서만 사 용하는 특정 엔진에서 발생하는 문제도 파악 해서 해결했습니다. 보다 나은 가동 시간과 성능을 고객에게 보장하면서 근본적으로 발 생하지 않아도 될 문제를 해결하느라 써야하 는 비용과 낭비를 막을 수 있게 되었습니다.”

NASA도 꾸준히 심화되는 우주 비행 미션의 복잡성을 해소하고자 MBSE 기법을 도입했 다. 캘리포니아 주 패서디나에 있는 분사추 진 연구소의 시스템 엔지니어 브라이언 쿡 (BrianCooke)은 “MBSE도입으로단일화 된 데이터베이스에서 프로젝트 정보를 수 집해서 그 정보를 대규모 사용자 커뮤니티 에 효과적으로 전파할 수 있게 됐다”고 말했 다. 쿡은 2020년대에 목성의 위성인 유로파 를 탐사하기 위한 NASA의 유로파 프로젝트 (Europa Project)에 참여하고 있다.

보편화 촉진

그러나 MBSE를 실제로 채택한 사례는 손에 꼽을 정도로 드물다. 독일의 프라운호퍼 프 로젝트 그룹(Fraunhofer Project Group) 메카 트로닉 시스템 설계 부문 SE 부서장 겸 “IT’S OWL(Intelligent Technical Systems OstWest- falenLippe)”이라는기술네트워크의전략 및 R&D 담당 전무이사인 로만 두미트레스 쿠(Roman Dumitrescu)는 여러 가지 요인이 MBSE 방식을 도입하는 데 걸림돌로 작용하 고 있다고 지적한다.

“복잡한 기술 시스템을 시뮬레이션 하는 데 필요한 구체적인 프로파일과 MBSE 구 현 방법에 관한 프로세스가 제대로 정립된 MBSE 표준이 마련되어 있지 않습니다. 게다 가 MBSE를 활용할 줄 아는 엔지니어는 부족 한데 전문 교육 프로그램조차 거의 없는 실 정입니다.”

MBSE가보편화되려면산업용장비제조업 체들이 실제 엔지니어링 과제를 토대로 자 체 MBSE 접근법을 규정해야 한다고 두미트 레스쿠는 얘기한다. “산업용 장비 제조업체가 일단 비교적 덜 복잡한 시스템부터 시작한 다음, 프로세스와 언어 프로파일까지 응용 범 위를 확대하는 것이 바람직합니다. 또한 모든 엔지니어가 MBSE에 익숙해지도록 교육하고 MBSE에 능통한 인력으로 소규모 팀을 구성 할 필요도 있습니다.”

피터슨도 같은 의견이다. “규모는 작더라 도 적절하게 조정하고, 관심을 쏟으며, 자원 을 투입할 수 있는 시범 프로젝트를 진행해 MBSE의 가치를 명확히 입증하는 것이 좋습 니다.그러나이런방법이만능열쇠는아닙니 다. 다양한 부서와 영역의 모델들을 연결하는 모델 기반 접근법으로 전환하여 이를 항구적 능력이나 경쟁력으로 삼으려면 투자, 총력, 리더십, 그리고 전문 지식이 필요합니다.” ◆

여기를 스캔하면 진화하는 시스템엔지니어링의 이야기를 볼 수 있습니다.
http://bit.ly/BoschOnMBSE
 
추가 정보:
http://bit.ly/SynchronizedMBSE

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