제품 개발을 위한 새로운 방법

인더스트리 4.0 시대에 서로 통신할 수 있는 사이버트로닉 시스템을 개발하려면 제품 개발에 새로운 방법이 필요하다. 이때 시스템 엔지니어링이 어떤 역할을 하는지를 완료된 한 연구 프로젝트에서 확인할 수 있다.

슈테파니 미헬(Stefanie Michel)

오늘날 자동차는 단순히 달리기만 하는 강판구조가 아니다. 휴대폰도 단순히 휴대만 할 수 있는 전화기는 아니다. 자동차와 휴대폰 등 수많은 전자제품들은 이미 기계적 구조에 전자 장치와 소프트웨어 구성품을 결합한 구조물이다. 소비자들도 이러한 구성품들이 서로 연동하여 작동한다는 것을 이미 잘 알고 있다. 그런데 과연 어떻게 연동하는 것일까? 이전에는 자동차 제조사들과 기계 제조사들은 모든 것이 콤포넌트 중심으로 움직였다. 다시 말해서, 기계 설계와 전기. 소프트웨어가 따로따로 별개로 운용하였다. 하지만 지금은 시스템 개발이 우선 과제로 대두되었다.

여기에서 2016년 말에 종료되었지만 최종 컨퍼런스에서 소개했던 연구 프로젝트 „Mecpro2“를 다시 살펴보고자 한다. 기계 엔지니어와 전자 엔지니어 그리고 소프트웨어 엔지니어들이 모여 이른바 „스마트 제품“을 개발하면서 각자 자신들의 전문언어만 가지고 이야기한다고 가정해 보자. 서로의 언어를 아무도 이해하지 못할뿐더러, 각자 서로 다른 시스템으로 작업을 진행한다면, 제품은 아마도 오류투성이가 될 것이고, 인더스트리 4.0의 의미에서 네트워킹은 전혀 불가능하게 될 것이다. 이제 제대로 된 본 궤도에 올라설 때가 되었다. 이 프로젝트 참가자들도 모두 그렇게 생각하였다. 카이저라우테른 공과대학 가상 제품 개발 석좌 교수이자 Mecpro2 조인트 프로젝트의 학문적 리더인 마틴 아이그너 교수는 이렇게 언급하였다. „우리는 각 분야들을 통합하기 위해 무언가를 시작해야 합니다. 우리는 서로에 대한 존중과 기계와 전기 소프트웨어에 대한 최소한의 이해가 필요합니다.“

마틴 아이그너: „우리는 서로에 대한 존중과 기계, 전기, 소프트웨어에 대한 최소한의 이해가 필요합니다.“

그 무언가에 착수하기 위한 때가 무르익었으며, 디지털화를 통해 수많은 제품이 변화가 일어나고 있다. 제품 내에서 소프트웨어 비율이 갈수록 커지고 있으며 혁신의 동력이 되고 있다. Continental Teves의 우도 유다쉬케 박사와 Daimler의 엘마 바이스슈는 강연에서 오늘날 혁신의 50 ~ 80%는 소프트웨어를 기반으로 한다고 역설하였다. 즉 소프트웨어를 통해 메카트로닉 제품이 사이버트로닉 제품이 되면서 복잡성이 증가하고 있다. 그로 인해 기업들과 기업들의 협력사들도 큰 도전에 직면하고 있다. 이러한 제품을 짧은 개발 시간에 개별생산으로 도대체 어떻게 생산할 수 있을까? 또 각자 제각각인 여러 분야와 함께 할 수 있는가? „여러 분야들이 동일한 전문 용어로 대화하는 통합된 개발 접근법이 아직 없습니다.“(패트릭 뮐러, Contact Software의 PLM 제품 매니저) 연구 프로젝트 Mecpro2가 보여주는 방법은 바로 이것이다. 문서 기반의 개발에서 벗어나 모델 기반의 개발로 나아가라! 그리고 모든 분야를 SysML(Systems Modeling Language)을 이용하여 연결 고리로 더욱 가깝게 다가가야 한다. 이 프로젝트의 목적은 기업들이 사이버트로닉 시스템을 효과적으로 개발할 수 있는 방법과 프로세스, 툴을 개발하는 것이다. 인더스트리 4.0 주제를 전적으로 생산적 시각에서 바라보는 다른 프로젝트들과 달리 Mecpro2는 제품 개발과 생산 시스템 개발의 입장에서 라이프 사이클을 기준으로 선행하는 단계를 고려하고 있다.

오늘날 제품과 그에 속한 생산 시스템을 하나씩 차례대로 개발하는 방식은 효율성이 떨어진다. 상호 작용을 해야 하는 이유는 매체의 불연속성 때문이고 엔지니어들이 제품 개발에서 얻은 정보를 해석하고 이를 생산 시스템 개발에 반영해야 하기 때문이다. 앞으로는 처음부터 정보를 기계가 판독할 수 있는 방식으로 단절되지 않고 추적 가능하게 디지털 방식으로 저장할 수 있어야 한다.

팀 바일킨스: „시스템 엔지니어링은 뛰어난 과학입니다. Word로 문서화될 수 있습니다! 이는 CAD 모델을 Paint로 그리는 것과 같습니다.“

모델 기반 개발 프로세스

그렇다면 „Mecpro2“는 도대체 무엇인가? 이 명확하지 않은 명제 뒤에는 „사이버트로닉 제품과 생산 시스템의 모델 기반 개발 프로세스“라는 묵직한 제목이 자리하고 있다. 사이버트로닉 시스템이란 „사이버 물리 시스템“의 특성을 확장한 메카트로닉 시스템이다. 이러한 특성은 무엇보다 네트워킹, 커뮤니케이션 그리고 협력을 포함하고 있다.

프로젝트 중에 사이버트로닉 시스템 개발 프로세스에 대한 프레임워크를 개발하였다. 이를 위해 사이버트로닉 시스템을 설명하기 위한 모델 기반 시스템 엔지니어링(MBSE) 기술을 사용하였다. 시스템으로는 원칙적으로 시스템의 구조와 거동을 설명할 수 있는 SysML을 이용하였다. SysML은 프로파일링 메커니즘을 통해 레퍼런스 개발 프로세스에서 발생하는 정보에 따라 확장하였다. 현재 원칙적으로 제품과 생산 라인을 설명하기 위해 어떤 SysML 요소를 어떻게 사용해야 하는가에 대한 지침이 존재한다.

프로젝트 협력 기업들에 따르면 모델 변경이 있을 경우 구조나 거동에 어디에 어떻게 영향을 끼치는지를 빠르게 분석할 수 있다고 한다. 지금까지는 이와 같이 각 분야와 라이프 사이클 전체에 걸쳐 영향력을 분석하는 것은 거의 불가능했다. Systems Engineering 협회장인 스벤 올라프 슐체는 이러한 모델 기반 접근법에 미래가 있다고 강조한다. „모델 기반 접근법은 생각의 세계를 묘사하기 있기 위해 필요한 접근법입니다. 오늘날 제품들은 모델 변경이 있을 경우 어디에 어떤 영향을 미치는지 알아내기는 매우 복잡합니다.“

시연자들이 실무를 보여주다

새로운 개발 접근법을 실무에 어떻게 도입할 수 있는지를 조인트 프로젝트 최종 컨퍼런스에서 Contact Software와 Siemens PLM Software 두 업체가 나란히 시연하였다. PLM 솔루션을 위해 CIM Database는 em Engineering Methods AG와 협력하여 SysML 모델링 툴의 직접 통합 기능인 „Cameo Systems Modeler“를 개발하였다. 이를 이용하여 이제 SysML 모델을 엘리먼트 차원까지 내려가 관리할 수 있다.

사이버트로닉 생산 시스템 개발을 위한 응용 시나리오는 Siemens PLM Tool-Chain의 범위에서 Siemens Teamcenter에 있는 생산 시스템의 추상적인 설명을 통해 Tecnomatix Plant Simulation으로 매우 조기에 자재 흐름 시뮬레이션을 실시할 수 있는 방법을 보여준다. 이를 위해서 제품 개발과정에서 발생한 정보들도 목적에 맞게 불러내어 이용해야 한다. 이제 제품에서의 변경은 바로 생산 시스템에서의 잠재적인 변경으로 이어질 수 있다.