[무료 다운로드] 디지털 모델 중심 시스템 설계로의 전환 전략
가상 제품 개발을 위한 MBSE 및 SysML의 이해와 핵심 전략 (1)
현대 자동차 시스템은 기계, 전기전자, 제어, 소프트웨어가 복합적으로 얽혀 있으며, 개발 초기에 잘못된 설계 판단은 품질 저하와 막대한 비용 증가로 이어진다. 이러한 복잡성을 극복하고 설계 품질을 확보하기 위한 해법으로 모델 기반 시스템 엔지니어링(Model-Based Systems Engineering : MBSE)이 주목받고 있다.
이번 호부터 MBSE의 개념과 필요성을 개괄하고, 핵심 도구인 SysML(Systems Modeling Language)을 통한 시스템 설계, 분석, 검증 방법론을 소개한다. 특히, 전통적인 문서 중심 방식과 MBSE 방식의 차이를 명확히 비교하고, MBSE가 실제 산업에서 어떻게 적용되고 있는지를 살펴봄으로써 자동차 개발자 및 설계자들에게 MBSE 도입의 실천적 인사이트를 제공한다.
특히 자동차 산업과 같은 복잡한 메카트로닉스 제품 개발 현장에서 MBSE가 어떻게 제품 품질, 개발 효율성, 협업 구조, 추적 가능성 확보에 기여하는지를 설명하며, 문서 기반 방식과의 비교, 실제 적용 사례를 바탕으로 독자의 이해를 돕고자 한다.
■ 오재응
한양대학교 명예교수, 시뮬레이션 랩 연구소장
다분야 통합 시스템, 전기전자화, 자율주행 등으로 대표되는 산업 변화와 함께, 자동차 시스템은 과거보다 훨씬 높은 복잡성과 정밀한 협업이 요구된다. 개발 프로세스의 진화를 위해 기존의 텍스트 기반, 문서 중심 설계 프로세스는 다학제간 통합 설계 및 검증에 한계가 있으며, 이에 따라 모델 중심 설계 패러다임의 도입이 필요하다. 디지털 엔지니어링에 기반한 MBSE는 디지털 엔지니어링 기반 구축의 핵심으로, 설계 초기부터 시뮬레이션, 해석, 테스트, 생산까지 데이터 기반 통합이 가능하다. 자동차 산업 내 적용이 확산되고 있는 GM, 포드, 현대자동차 등 글로벌 OEM과 티어 1 기업들이 MBSE를 개발 표준으로 채택하고 있으며, 학계와 산업계 간의 공통 언어로서 SysML이 쓰이고 있다.
자동차는 더 이상 단일 기능 제품이 아니다. 자율주행, 커넥티비티, 전기 구동 시스템, HMI(휴먼–머신 인터페이스) 등 수많은 서브시스템이 실시간으로 동작하며 차량 전체 성능과 안전성에 영향을 미친다. 이러한 복잡한 시스템을 문서 기반으로만 설계하고 관리하기에는 한계가 있으며, 설계 오류가 뒤늦게 발견될 경우 개발 비용과 일정에 심각한 영향을 준다.
글로벌 OEM과 주요 부품사는 이 문제를 해결하기 위한 전략으로 모델 중심 접근 방식(MBE, MBSE)을 도입하고 있으며, 이는 설계의 디지털 전환(digital transformation)과 직결된다. 특히 자동차는 시스템 오브 시스템즈(System of Systems)의 대표적인 예로, 각 서브시스템의 요구사항, 구조, 인터페이스, 동작이 전체 시스템 설계와 정합성을 유지해야 한다. 이번 호에서는 MBSE의 핵심 원리와 적용 전략을 소개하고, 자동차 산업에의 실질적인 도입 가능성과 기대 효과를 독자와 공유하고자 한다. 특히, 설계자들이 단순한 도식 작성 수준을 넘어, 시스템적 사고에 기반한 설계 전략을 어떻게 구현해야 하는지에 대한 실천적 안내를 제공하고자 한다.
시스템 복잡성 관리를 위한 MBSE
현대의 자동차 시스템은 기계, 전기전자, 제어, 소프트웨어 등 다양한 기술이 융합된 복합 시스템으로, 개발 초기의 설계 오류는 품질 저하와 막대한 비용 증가로 이어질 수 있다. 이러한 시스템 복잡성과 설계 리스크를 효과적으로 관리하기 위해, 모델 기반 시스템 엔지니어링(MBSE)이 핵심 접근법으로 주목받고 있다.
이번 호에서는 MBSE의 개념과 필요성을 개괄하고, 대표적 모델링 언어인 SysML을 활용한 요구사항 관리, 구조 및 행위 모델링, 성능 분석, 검증 및 검증(V&V)의 방법론을 소개한다. 특히 전통적인 문서 기반 개발 방식과 MBSE 방식의 차이를 비교하고, MBSE가 시스템 생애주기 전반에서 제공하는 장점—추적성 확보, 설계 오류의 조기 발견, 다분야 협업, 품질 향상—을 구체적인 사례와 함께 설명한다. 또한 모델 기반 접근을 성공적으로 구현하기 위해 요구되는 모델 목적 명확화, 충실도 설계, 범위 정의, 조직적 역량 강화 전략도 함께 제시한다.
이를 통해 자동차 산업에서의 복잡한 시스템 개발 환경에서 MBSE 도입을 고려하는 연구자와 실무자에게 실천적 인사이트를 제공하며, 디지털 전환 시대의 시스템 설계 패러다임 전환을 위한 이론적 기반과 적용 방안을 제시하고자 한다.
MBSE 접근을 위한 기본 지식
현대의 복잡한 공학 시스템은 다수의 구성 요소와 이들 간의 복잡한 상호작용을 포함하고 있으며, 이를 효과적으로 설계하고 분석하기 위해 추상화된 표현 수단으로서 모델(model)의 활용이 필수이다. 모델은 현실 세계의 개념, 물리적 현상, 구조 또는 시스템을 단순화한 표현으로, 설계 초기 단계에서부터 개발, 검증, 운영에 이르기까지 다양한 용도로 활용된다.
모델은 본질적으로 대상 시스템의 특성을 간결하고 체계적으로 표현하기 위해 고안된 추상화 도구이다. 이는 그래픽, 수학적, 또는 물리적 형식으로 구현될 수 있으며, 현실 세계의 복잡성을 제거하고 핵심 요소만을 반영함으로써 사용자의 이해를 돕는다. 특히 모델은 다음과 같은 목적을 가지고 사용된다. 첫째, 시스템이나 개념에 대한 이해를 촉진하고, 둘째, 다양한 설계 시나리오를 평가하여 의사결정을 지원한다. 셋째, 모델을 통해 실제 사건이나 시스템의 거동을 설명하고 제어하며 예측할 수 있다.
이러한 모델의 기능은 설계자의 직관을 보완하고, 정량적 분석에 기반한 설계를 가능하게 한다. MBSE는 모델 중심의 접근 방식을 기반으로 시스템 엔지니어링 활동을 체계화한 방법론이다. 이는 전통적인 문서 기반 시스템 개발 방식의 한계를 극복하고, 모델을 중심으로 요구사항, 기능, 구조, 성능 및 검증 활동을 연계함으로써 시스템 설계의 일관성과 추적성을 확보한다.
그림 1. 시스템 개발 전반에 걸쳐 모델을 활용하는 중요성과 적용 범위
■ 자세한 기사 내용은 PDF로 제공됩니다.
작성일 : 2025-11-04