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[인터뷰] 지멘스, 자동차, 항공우주 시스템 개발 지원하는 '캐피탈 소프트웨어' 개발 배경은?

입력 : 2020.07.07 15:17

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[헬로티]


▶▷마틴 오브라이언(Martin O'Brien) 지멘스 디지털 인더스트리 소프트웨어 통합 전기 시스템 사업 부문 수석 부사장


지멘스 디지털 인더스트리 소프트웨어는 전기/전자 시스템 개발 기능을 강화한 캐피털(Capital) 소프트웨어를 발표했다. 지멘스의 새로운 솔루션을 출시하게 된 배경과 기술 특징에 대해 알아보자.  


▲디지털 인더스트리 소프트웨어의 캐피탈 소프트웨어


Q. 지멘스는 멘토(Mentor)를 인수함으로써 어떻게 새로운 설계 추상화 레벨을 갖추게 되었는가? 지멘스의 대표적인 전기 포트폴리오인 캐피탈(Capital)을 통합 전기/전자 시스템 개발 환경으로 확대하는 것이 어떤 의미를 갖고 있나? 

예를 들어 지멘스는 제품을 자동차, 기차 또는 기계로 정의하는 기계적 솔루션을 다수 제공한다. 팀센터(Teamcenter)는 이 프로세스에 대한 전체 PLM 오케스트레이션을 제공하고 추가 솔루션은 그 결과로 만들어진 제품의 시뮬레이션, 생산, 활용을 지원하고 있다. 


지멘스는 멘토 인수로 새로운 설계 추상화 3개를 확보하게 됐다. 가장 작은 물리적 레벨에는 IC(Integrated Circuit: 직접회로)를 개발 및 검증하는 멘토의 선두적인 역량이 중요하고, IC는 조립되어 PCB(Printed Circuit Board: 인쇄회로기판)에서 서로 연결된다. 그 다음 PCB는 ECU(Electronic Control Unit: 전자제어장치)와 LRU(Line Replaceable Unit: 라인교체장치)에 통합될 수 있다. 이런 디바이스는 기계적 설계 단계에서 정의된 제품에 배치되고 마치 생명이 없는 물체에 생명을 넣어주는 역할을 하는 전기 시스템을 통해 서로 연결된다. 


전기 시스템을 복잡한 최종 제품의 신경계라고 생각해보자. 캐피탈은 이 전체 전기 시스템의 설계, 생산, 활용을 지원하는 역할을 한다.  


Q. 전기 추상화(Electrical abstraction)가 어떻게 확장되었고, 네트워크 커뮤니케이션과 임베디드 소프트웨어 실행을 포함하게 되었나? 

전기 추상화는 캐피탈로 전기/전자 시스템 개발이 추가된 지멘스 액셀러레이터(Siemens Xcelerator) 포트폴리오 맥락에서 이뤄진다. 


왜 이점에 신경을 써야 할까?  일단은 고객이 이 부분을 중요하게 생각하기 때문이다. 2014년 도이치 뱅크는 현시점까지 자동차에 3천만 개의 코드 라인과 1만개 신호가 들어가게 될 것이라고 예상했다. 현실을 보면, 고급자동차에는 1억5천만개의 코드 라인과 2만개의 신호가 들어간다. 이런 엄청난 증가는 항공기에는 더욱 극적으로 반영되어 있고, 사실 모든 산업에 걸쳐 반영되어 있다. 이렇게 기능이 급격하게 복잡해지면서 산업의 역량을 한계까지 몰고가는 새로운 문제들이 생겨나고 있기 때문에 이 문제를 다루는 것은 생존에 관한 것이다.   


다른 차원에서 보자면 전기차 및 자율자동차 도입으로 인한 사회적 영향도 있다. 친환경의 안전한 사회를 꿈꾸는 야망은 이러한 새로운 역량의 구현에 달려 있으며 이 꿈은 관련 제품의 전체적인 통합 설계, 제조 및 최적화로 탈바꿈되지 않고는 절대 달성되지 못할 것이다. 사실, 전기/전자 시스템 개발은 자체 영역뿐만 아니라 인접 영역에서도 상호 의존성을 촉진함으로써 관련 발전을 이끄는 핵심이다. 


Q. 전기/전자 시스템이 복잡해지면서 검증 리스크가 크게 늘어나게 됐다. 오류나 대규모 재작업이 발생하면 전체 프로그램이나 기업자체도 위험해질 수 있지 않나? 

그렇다. 특히 전기/전자 시스템 영역에서 이런 이슈의 근본 원인은 엔지니어링 흐름 전반에서 팀 간의 통합이 부족한데 있다. 프로세스 초반에 기능을 결정하는 시스템 엔지니어에서 예를 들어 서비스 문서를 유지보수 센터에 전달하는 반대쪽 끝에 위치한 문서 발행 엔지니어까지 이어지는 프로세스에서 오류가 파고들 극적인 기회들이 있기 때문이다. 


전기/전자 아키텍트가 주도하는 전기 흐름은 설계, 생산, 활용 팀 등으로 구성되어 있고, 네트워크와 소프트웨어 엔지니어링 흐름도 상응하는 팀들로 구성되어 있습니다. 대부분의 사람들은 이런 사일로(Silo) 사고방식을 없애기가 매우 어렵고 이로 인해 비용 때문에 종종 품질을 절충하면서 산업에서는 수백만 달러의 수익 상실이 발생한다는 것을 알고 있다. 예산 초과가 일반적이고 산업은 끊임없는 변화 대처 문제에 시달리게 된다. 사일로 간의 벽을 허물어 매끄러운 통합을 촉진하는 툴은 매우 유용할 것이다.  


복잡한 기계, 콤바인 수확기, AV 차량, 항공기 등 모든 제품들이 동일한 문제를 겪고 있다고 본다. 


Q. 지멘스가 디지털 트윈(Digital Twin)을 위해 하네스 설계 툴의 어떤 점을 개선시켰나? 

CAD 시대에 하네스 설계 툴로 캐피탈 개발 여정은 시작됐다. 이 하네스 설계 툴은 그때 많은 다른 툴처럼 도면을 중심으로 하기보다는 설계과정에서 생성된 데이터를 캡처하는 것을 중심으로 하는 발전된 툴이었다. 사실 아직도 도면에 집중을 하는 툴들이 있었다. 데이터 재사용에 중점을 둠으로써 하네스 제조업의 1위 설계 툴이 될 수 있었고, 이 초기 데이터로 창의적인 새로운 방식으로 정보를 통합, 공유, 사용할 수 있었다.  


그렇지만 ‘쉬프트-레프트(shift left)’ 할 이유가 곧 자명 해졌다. 하네스 설계를 개선하기 위해서는 설계를 좌우하는 인풋을 개선할 필요가 있었고, 따라서 다운스트림으로 효율적인 데이터를 제공하는 전기 솔루션을 개발하게 됐다. 


이 때 두 가지 방법을 사용했다. 하나는 인터랙티브 설계(interactive design)로 사용자들이 키보드로 상호작용을 하고 시스템 별로, 시트 별로 설계를 하는 하네스 툴에 적용됐다. 두번째 방법은 제너레이티브 설계(Generative design)로 모델 기반이며, 제품의 전기 시스템 전체를 합성한다. 


이 방법은 논리적 시스템과 개별 특징을 설명하는 관련 요건이 마련되어 플랫폼 토폴로지로 할당된다. 그 다음 캐리오버(carryover) 콘텐츠, 제품 계획, 디테일 가변성, 비용 목표 및 그 밖에 인풋을 설명하는 기타 모델을 믹스에 추가한다. 규칙과 제약요인을 이용해서 자동차와 그것의 모든 파생 변형에 대한 전체 와이어링 시스템을 만들고, 그에 따른 설계 데이터는 검증되고 저장된다. 동적으로 생성된 지표로 변화를 만들고 평가할 수 있으며 비교분석 조사를 하고 설계를 최적화한다.  


전체 와이어링 시스템과 하네스를 나타내는 도면을 추출하기 전에 구성에 의해 아웃풋을 수정하고 시트별로 시스템별로 그리고 전체 전기 시스템 대상으로 검증한다. 제너레이티브 설계는 하나의 패러다임의 전환으로 자동차 및 항공기 회사에서 전기 시스템을 개발하는 방식을 완전히 탈바꿈할 수 있다. 


생성된 데이터는 티어 1 하네스 제조업체의 하네스 제조에 사용되는 애플리케이션과 같이 다른 엔지니어링 애플리케이션 내에 용도 변경도 촉진하고, OEM에서 해당 기업으로 직접 데이터를 연결할 수 있다. 일반적으로 수작업으로 전사하는 완전한 크기의 제조 폼 보드(form board) 생성이 용도 변경의 하나의 예다. 재빨리 상당한 시간을 절약할 수 있고, 80%가 넘는 경우가 많다. 오류 없는 아웃풋으로 캐피탈은 세계 상위 5대 자동차 부문 하네스 제조업체가 선호하는 최고의 설계 툴로 자리잡을 수 있었다. 게다가 캐피탈 내 모듈로 BOM을 생성하고, 비용 및 작업 지시서를 작성해서 제조를 지원할 수도 있다. 


캐피탈 소프트웨어는 자동차, 항공우주, 조선해양, 산업 기계와 같이 전기/전자 시스템 개발을 지원한다. 


Q. 디데이터 분석 역량이 강화된 캐피탈을 적용시킴으로써 개선된 사례는? 


데이터 중심 역량으로 캐피털은 자동차 및 항공우주 부문에서 OEM 및 그들의 납품업체 기준 모두에서 1위 입지를 구축하게 됐다. 우리는 이를 코어 캐피털(core Capital)이라고 부른다. 푸조 시트로엥(Peugeot Citroen)은 제너레이티브 EDS 설계의 얼리 어답터였으며, 이를 10여년 전에 디지털 연속성으로 규정했다. 최근 보도 자료를 통해 푸조 시트로엥은 문서화와 진단을 통해 서비스 기술자용 문서의 전체 생성 일정을 30% 단축했다고 보고했다. 서비스 직원은 고유 VIN 별 전기 도식을 직접 생성할 수 있고, 아이패드와 같은 기기에서 HTML을 통해 확인할 수 있다. 더불어 기술자 생산성이 급격히 향상되어 회사 브랜드 이미지도 제고되는 효과를 가졌다. 


푸조 시트로엥의 CIO의 주목을 끈 것은 제너레이티브 프로세스가 어떻게 상호의존성을 촉진해서 사일로 전반의 주체들을 통합하고 인접 엔지니어링 팀이 갖고 있는 다운스트림 니즈를 존중할 수 있게 만드냐는 것이었다. 현재 모든 PSA 자동차는 이 방법을 사용하고 있으며, 우리는 이를 전기 디지털 트윈으로 간주한다.    


설계에서 shift-left 하면서 많은 혜택을 얻을 수 있었고 그에 따라 업스트림으로 더욱 나아가며, 현재는 자동차 내 특징을 설명하는 기능 모델을 흡수하게 되었다. 와이어링을 합성하는 대신 논리적 시스템을 합성해서 전체 자동차 아키텍쳐에 대한 연구와 최적화를 촉진했다. 아키텍쳐 관련 저장된 지표는 예를 들어 무게, 비용, 네트워크 지연, CPU 로드 등을 커버하고, 시리즈 설계에 앞서 아키텍쳐 간에 신속한 비교분석 연구가 가능하게 됐다. 


물론, 여기서 본질적인 것은 하드웨어를 자동차에 넣고 그것을 전기적으로 어떻게 상호연결 할 지 이해하는 것이다. 하지만, 그 이상을 이루게 된다. 왜냐하면 요건, 기능 그리고 그것들 간의 신호를 알기 때문에 네트워크 트래픽을 연구하고 하드웨어 안에서 어떤 기능이 가장 잘 실행되었는지 아니면 소프트웨어로 가장 잘 실행되었는 지를 파악할 수 있다. 이러한 아키텍쳐 제안은 이 설계 단계의 아웃풋이며, 다운스트림 설계에서 아주 유용한 출발점이 된다. 이것은 그 자체만으로도 복잡한 설계 흐름이다. 따라서 아키텍쳐 제안을 통해 한발 앞서갈 수 있다는 것은 매우 중요하다.  


Q. 캐피털 포트폴리오의 장점인 툴 통합을 통해 개선된 부분은 무엇인가? 


지멘스의 MBSE(model-based systems engineering: 모델 기반 시스템즈 엔지니어링), MCAD, PLM, 시뮬레이션 및 제조 솔루션과의 통합으로 전체 제품에 대해 폭 넓은 디지털 트윈을 적용할 수 있게 됐다. 


MCAD와 ECAD 툴이 함께 호환되도록 만들었을 뿐만 아니라, 팀센터와 폴라리온과의 연결 강화에 특히 집중했다. 특히, 액티브 워크스페이스(Active Workspace)를 캐피털에 접목을 강화했다. 


액티브 워크스페이스를 표면화할 수 있기 때문에 어떤 캐피털 툴 안에서도 팀센터 콘텐츠에 접근할 수 있다. 원한다면 액티브 워크스페이스 안에서 NX를 돌리고 액티브 워크스페이스에 있는 캐피털 툴 안의 기계 모델을 확인할 수 있다. 그리고 액티브 워크스페이스를 통해 NX나 팀센터 내부에서 어떤 캐피털 설계도 표면화할 수 있다. 즉, 멘토 인수 이후에 매우 강력한 역량이 계속해서 발전해왔다고 할 수 있다. 이제 임베디드 소프트웨어에 역량을 집중하고 있는 점을 고려해서 소프트웨어 요건과 관련해서 폴라리온 ALM과 그리고 관련 소프트웨어 설계의 검증을 위해 아메심(Amesim)과 통합 작업을 추진해왔다. 


시스템 엔지니어링 맥락에서 좀더 구체적으로 살펴보기 위해, 변형(variant) 복잡성을 관리하려고 팀센터 컨피규레이터(Teamcenter Configurator)를 설치했다고 생각해 보십시오. 팀센터 컨피규레이터는 첨단 팀센터 기능으로 차량과 그 변형 전부의 기능 영역 전체를 캡처한다. 이를 통해 예를 들어 여기에 제시된 것과 같이 기능이 지원하는 특징과 해당 기능을 서로 매핑할 수 있다. 특징이라고 하는 것은 안전 의무사항으로 인해 고객이 자동차에 기본으로 넣거나 아니면 카메라나 오디오 시스템과 같이 옵션으로 구매하는 것이다. 이런 특징을 해당 개별 자동차 또는 자동차의 VIN으로 매핑하게 된다. 


요약하자면, 캐피털은 종합적인 전기/전자 시스템 개발 환경을 제공해서 각 영역 레벨에서 탁월한 엔지니어링을 구현할 수 있게 지원한다. 모델 기반의 엔지니어링 패러다임을 채택함으로써 엔지니어링 프로세스는 자동화와 품질을 개선하고 비용과 리스크는 줄일 수 있다. 이런 자동화는 영역 안에서만 일어나는 것이 아니라 영역 간에도 일어난다. 따라서 우리는 영역 간의 상호의존성을 촉진하고 구현할 수 있으며, 현 워크플로우의 다운스트림 요건을 감안하면서 이를 실현하고 있다. 이러한 역량을 통해 비즈니스 운영방식을 리모델하여 전기, 네트워크, 소프트웨어 설계상의 문제와 관련된 모든 요소를 종합할 수 있고, 고객을 위한 제조 및 에프터마켓 솔루션 최적화에서 예를 찾아볼 수 있다. 그 곳에서부터 데이터를 수집함으로써 루프(loop)를 닫고 해당 데이터를 업스트림으로 엔지니어링 공간까지 다시 가져와서 제조나 서비스의 설계를 지속적으로 개선할 수 있다.    


다시 요약하자면, 이는 지멘스를 위한 의미 있는 발전이며, 캐피털 포트폴리오의 새로운 역량의 의미 있는 출시가 되고, 이 모든 것이 지멘스 툴 전체를 통합하는 액셀러레이터 관점에서 이뤄졌다.  

/이나리 기자(eled@hellot.net)

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어드밴텍 2019.11.25
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