제품 개발의 새로운 방법론, mbse (3)

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.

■ 이상훈 | 다쏘시스템코리아의 기술 컨설턴트로 SIMULIA 브랜드의 다양한 해석 솔루션을 담당하고 있다. 특히 구조해석 영역에서 다양한 프로젝트 경험과 Pre-sales 활동을 겸하고 있다.
홈페이지 | www.3ds.com/ko

■ 안치우 | 다쏘시스템코리아의 기술 컨설턴트로 CATIA Dymola를 활용한 1D 시뮬레이션을 담당하고 있다. 한국항공우주산업의 디지털엔지니어링TF 선임연구원으로 재직하여 Dymola를 활용한 KF-21 Fuel System 개발에 참여하였다.
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■ 윤재민 | 다쏘시스템코리아의 기술 컨설턴트로서 CATIA Dymola 솔루션을 통한 1D 시뮬레이션 영역을 전문으로 업무를 수행하고 있다. Vehicle Dynamics, Multi Body Dynamics, Control, Optimization, Design Process 등 다양한 분야에 대한 연구 경험을 갖고 있다.
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그림 1. mbse 솔루션 내 다양한 엔지니어링 도메인

mbse 솔루션을 통한 시뮬레이션 검증  

설계와 시뮬레이션 프로세스는 시스템의 요구사항에 따라 개발된 아키텍처 모델로부터 시작한다. 3D익스피리언스(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 개발 팀이 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.

그림 2. 3D익스피리언스 플랫폼에서의 설계/시뮬레이션/아키텍처 연계

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.

그림 3. 다이몰라 라이브러리

비인과성

다이몰라의 다양한 특징 중 비인과성(acausal)은 가장 강력하고 주요한 특징이다. 대다수의 솔루션은 ‘인과성(causal)’을 가지는데, 이는 시스템을 기준으로 입.출력에 대한 정의가 명확해야 한다는 한계점을 가진다. 이에 반해 비인과성은 입·출력 간의 구분이 없으며, 구성 요소간의 관계를 수학적으로 표현하여 나타낼 수 있다.

그림 4. 인과적/비인과적 모델링 기법의 차이점

객체지향 프로그래밍

객체지향 프로그래밍(object-oriented programming)은 각각 독립적인 기능을 수행하는 객체(object)를 구성하고 객체간의 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.

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