모델 기반 아키텍처를 통한 시스템 이해 및 해석
가상 제품 개발을 위한 MBSE 및 SysML의이해와 핵심 전략 (4)
이번 호에서는 모델 기반 아키텍처(model-based ARchitecture)를 통해 시스템을 이해하고 해석하는 과정의 중요성에 대해 살펴보고자 한다.
■ 오재응
한양대학교 명예교수, 시뮬레이션 랩 CTO
그림 1.모델 기반 아키텍처를 통해 시스템을 이해 및 해석하는 과정
시스템 엔지니어링에서는 요구사항을 충족시키기 위해 시스템 전체의 최적 가치를 도출할 수 있도록, 시스템의 개발이 이루어지기 이전 단계에서 신중한 선택과 분석이 요구된다.(그림 1) 이러한 작업은 시스템 엔지니어의 핵심 역할 중 하나로, 이를 통해 성능, 비용, 신뢰성 등 다양한 설계 목표를 동시에 만족시키는 최적의 시스템 구성을 도출할 수 있다. 하지만 복잡한 시스템에서는 구성 요소 간의 상호작용이 매우 복잡하고, 다양한 요소가 시스템 전체의 성능에 미치는 영향을 정확히 이해하는 것은 매우 어렵다.
이를 해결하기 위해 분석 중심의 아키텍처 모델링이 필요하다. 분석 중심 아키텍처 모델은 기존의 직관적이고 고정된 설계 접근법과 달리, 시스템 요구사항의 충족 여부를 판단할 수 있는 다양한 시나리오와 조건을 모델링하고, 이에 따른 시스템 특성의 변화를 예측할 수 있도록 한다. 이를 통해 명확히 정의되지 않았던 시스템 특성에 대한 분석을 가능하게 하며, 설계 초기 단계부터 전체 시스템의 성능 목표 달성 가능성을 평가할 수 있게 된다.
또한, 이러한 모델 기반 접근법은 요구사항과 시스템 구조 간의 연계성을 강화하고, 설계 및 운영 단계에서 다양한 대안을 분석하여 최적의 시스템 구성을 선택할 수 있도록 지원한다. 이는 특히 설계 변경이 빈번한 복잡한 시스템 개발에서 비용과 시간을 절감하고, 품질을 확보하는 데 큰 도움이 된다.
<그림 1>에는 실제 아키텍처 모델링 도구의 화면이 예시로 제시되어 있으며, 이를 통해 전체 시스템 구조, 시뮬레이션 조건, 분석 결과 등을 시각적으로 확인할 수 있음을 보여준다. 이와 같은 설명은 발표나 보고서에서 모델 기반 시스템 엔지니어링(MBSE)과 아키텍처 기반 분석의 필요성과 실질적인 이점을 전달할 때 효과적으로 활용할 수 있다.
MBSE 도구 기능 기반 확장
그림 2. 요구사항과 모델, 해석 간의 데이터 연동 기능
<그림 2>는 MBSE 도구 기능의 확장에서 특히 요구사항과 모델, 해석 간의 데이터 연동 기능이 강화되고 있는 추세를 설명하고 있다. MBSE의 도구 환경은 단순히 그래픽 모델링 수준을 넘어 요구사항과 모델, 해석 데이터 간의 통합을 목표로 점점 확장되고 있다. 특히 데이터 흐름과 분석 정보가 시스템 모델(SysML)과 유기적으로 연계됨에 따라, 다양한 분석 도구와의 연동이 가능해지고 있다.
예를 들어, 모델센터(ModelCenter)와 같은 상용 통합 해석 플랫폼은 SysML 모델을 MBSE PAK과 같은 패키지를 통해 해석 모델과 연결할 수 있도록 지원하며, 시스템 요구사항에서 해석까지 연계된 설계 평가를 가능하게 한다. 또한, 랩소디(Rhapsody) 또는 카티아 매직(CATIA Magic) 등의 MBSE 모델링 도구에서는 파라메트릭 다이어그램이나 해석 모델 내에서 매개변수(parameters) 기반 연산을 수행할 수 있으며, 이를 통해 요구사항에 대한 성능 확인과 설계 조건 충족 여부를 모델 기반으로 해석할 수 있다.
<그림 2>는 시스템 모델(SysML)이 요구사항, 구조, 행동, 파라미터, 그리고 해석 도구와 어떻게 연결되는지를 보여주고 있다. 특히 해석 결과를 다시 요구사항 검증으로 피드백시키는 폐순환(closed-loop) 구조가 강조되고 있다. 이를 통해 시스템 설계자는 더 빠르고 신뢰성 높은 의사결정을 내릴 수 있다.
예를 들어보면, 최근 건조기 제품의 개발에서는 MBSE의 적용이 점차 확대되고 있으며, 단순한 그래픽 모델링을 넘어 요구사항과 모델, 해석 간 데이터 통합을 핵심으로 삼고 있다. 특히, 다양한 동작 시나리오(예 : 쾌속건조, 절전건조 등)에 따라 요구사항이 달라지는 건조기 시스템 특성상, 모델 간 유기적 연결과 해석 연동이 매우 중요하다.
건조기 설계에서는 SysML 기반의 시스템 모델을 통해 다음과 같은 다양한 요소를 모델링하고 해석에 연결한다. 요구사항 모델은 ‘건조 시간 60분 이내’, ‘소비 전력 700Wh 이하’, ‘잔여 수분율 5% 이하’ 등의 고객 요구사항을 정의한다. 구조 모델은 드럼, 히터, 송풍기, 제습센서 등의 구성요소와 상호 작용을 정의한다. 행위 모델은 센서 신호에 따른 히터 제어, 팬 속도 제어 등의 시퀀스를 모델링한다. 파라메트릭 모델은 ‘드럼 회전 속도’, ‘히터 출력’, ‘공기 유량’ 등의 매개변수를 통해 성능 예측과 해석이 가능하도록 한다.
이러한 모델은 모델센터 등의 해석 플랫폼과 연동되어, 실제 건조기의 에너지 소비량, 건조 시간, 습도 변화 등을 해석할 수 있다. 특히 SysML의 파라메트릭 다이어그램을 통해 해석 파라미터를 모델에 연결하고, 최적의 설계 조건을 도출하는 것이 가능하다.
예를 들어, 카티아 매직 안에서 SysML 파라메트릭 다이어그램을 기반으로 히터 출력과 팬 속도를 조절하여 건조 시간과 에너지 소비를 최소화하는 최적화 해석을 수행할 수 있으며, 이 결과는 요구사항 만족 여부를 자동으로 검증하는 구조로 구성된다. 결과적으로 MBSE는 건조기 개발 전반에서 모델, 해석, 요구사항 간의 통합 기반 의사결정 구조를 제공함으로써, 제품 개발 기간 단축, 성능 검증 강화, 설계 변경 대응 유연성 향상에 기여할 수 있다.
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작성일 : 2026-02-04
