솔리드웍스를 통한 설계-해석-제조 솔루션 소개 (22)

효율적인 전장 설계 방법론 - 표준화 및 설계 자동화

이번 호에서는 전장 설계 표준화와 설계 자동화 방법에 대해 전장 설계 전용 CAD인 솔리드웍스 일렉트리컬(SOLIDWORKS Electrical)의 관점에서 알아보자.

■ 이유철
이메일 | Yoochul.LEE@3ds.com
홈페이지 | https://www.3ds.com/ko
다쏘시스템코리아의 인더스트리 프로세스 컨설턴트이며, 다쏘시스템의 클라우드 플랫폼인 3DEXPERIENCE WORKS의 디자인&엔지니어링 영역과 온프레미스 제품인 SOLIDWORKS Electrical 및 SOLIDWORKS PCB의 기술 영역을 담당하고 있다.

제조업에서 분업화와 자동화를 가능하게 했던 전기 기술의 도입은 오늘날 그 역할이 더욱 중요해지고 있다. 하지만 다른 기술 분야에 비해 전기 설계의 여건이 비교적 좋지 않으며 그 발전 속도 또한 매우 더딘 것이 오늘날의 현실이다. 과거부터 오랜 기간 동안 그래픽 기반의 2D CAD에 의존한 도면을 그리고 있고, 도면 작성을 포함한 설계 검증이나 그 외 전장 시스템의 신뢰성을 점검하는 작업 또한 전적으로 수작업에 의존하고 있다. 전기 기술에서 그 가지가 뻗어나간 전자 회로 분야나 제어 프로그래밍 분야 설계 환경의 급격한 발전과 견주어 볼 때, 전기 설계는 아직 20세기의 방식에서 좀처럼 변화가 없는 상황이다. 이러한 현상은 결국 현장에서 빈번하게 발생하는 와이어/케이블의 오배선이나 스펙 오류처럼 기초 수준의 시스템 구성 실수에서 그 원인을 확인할 수 있다는 안타까운 결과를 초래하게 되었다.
이번 호에서는 이러한 전장 설계 환경의 문제점을 효율적으로 변화시키기 위한 전장 설계 방법론에 대해 살펴보고자 한다. 그래픽 기반의 수작업 회로도 그리기가 아닌 데이터 기반의 진정한 전장 시스템 설계 방식을 통해 이러한 효율화 방안을 시작할 수 있다. 전장 설계는 그리는 것이 아니라 데이터를 구성하고 계획하는 것이므로, 이러한 데이터 기반의 설계를 통해서 기존에 수작업으로 진행해야만 했던 많은 부분을 자동화할 수 있다.
이번 호에서 다룰 첫 번째 주제는 설계 자동화 이전에 반드시 선행되어야 할 표준화이다. 이러한 표준화는 전장 프로젝트의 전체 구성과 도면에 표현되는 심벌, 배선 간격, 넘버링, 폰트 형식 등에 이르기까지 어떤 작업자가 전장 시스템을 설계했다고 하더라도 그 도면을 해독하고 소비하는 사용자라면 누구나 이해할 수 있도록 하는 것이 목적이다. 좁게는 프로젝트 유관 부서의 작업자부터 넓게는 전세계 어느 사용자라도 전기 기술에 대한 지식이 있는 사람이라면 누구나 이해할 수 있도록 하여, 시스템 전체 도면에 대한 품질을 높일 수 있다. 또한 이번 호에서 소개할 시스템간의 연계를 유연하게 하여 설계 자동화를 가능하게 하고 설계 방식을 지속 가능하게 하는 것에도 그 목적을 가진다.
두 번째 주제는 표준화 이후에 이루어질 데이터 기반의 설계 자동화이다. 이러한 자동화 방법은 근본적으로 모듈화 설계 기법에 근간을 두고 있다. 설계 자동화 방법의 도입은 전장 시스템의 품질을 높일 수 있을 뿐만 아니라, 설계 시간을 단축시키는 데에도 혁신적으로 기여할 수 있다. 도면은 엔지니어의 생각을 표현하는 도구일 뿐 도구를 만드는데 많은 시간을 투자하는 것은 비효율적이며, 설계자의 의도가 그대로 반영된 제품의 품질을 높일 수 있는 작업에 더 많은 시간을 투자하는 것이 시장 경쟁에서 승리할 수 있는 차이를 만드는 방법이다. 이번 호에서는 그 작은 차이를 만들어 경쟁에서 승리하는 방법을 전달하겠다.

1. 설계 표준화 - 모듈화 설계 방법론
표준화는 모듈화 기반 설계의 기초단계이다. 모듈화 기반 설계는 사상이 반영된 시스템의 구조화를 통해 시작할 수 있다. 시스템의 구조화는 다양화되는 고객의 요구에 대응하기 위한 개념으로 시작되었다. 다양한 고객의 요구에 따라서 시스템의 다양성을 갖출 필요가 있고 재활용성을 높이기 위해 기 사용된 데이터를 통합할 필요가 있는데, 이 모듈화와 통합화는 서로 상대적인 개념을 갖고 있기 때문에 각각의 과정 중 상호 간 충돌이 발생할 수 있다. 이러한 문제점을 해결하기 위해 제시된 방법론이 바로 시스템의 구조화이다. 시스템 구조화는 궁극적으로 모듈화와 통합화를 함께 추진할 수 있는 시작이 된다.
시스템의 구조화는 통상적으로 대상을 정의하는 기준에 따라 3가지 관점으로 전개할 수 있는데, 장치 간 기능 구성을 나타내는 기능적 관점(=), 각 장치의 물리적 위치를 나타내는 위치 관점(+), 그리고 설계 상에 표현된 장치를 나타내는 제품 관점(-)이다. 국제 표준 IEC 81346-1에서는 관점에 따라 대상을 구분하는 이러한 구조화 전개 방법론이 포함되어 있다.

그림 1. IEC 81346-1 시스템 구조화 방법