지난 5월 매스웍스코리아가 3년만에 오프라인으로 ‘매트랩 엑스포 2023 코리아’를 개최했다. 행사에서는 AI, 로보틱스, 자율주행 등의 분야에서 매스웍스 솔루션이 적용된 사례가 다수 발표됐다. 특히 현대자동차그룹(이하 현대차)에서 진행한 항공 소프트웨어 개발 사례가 참관객의 주목을 받았다. 발표자로 참여한 현대차 AAM본부 이승현 책임연구원은 항공 전자 시스템 영역에서 매스웍스 시뮬링크를 활용해 모델 기반 설계를 구축한 과정을 상세히 소개했다. 

안정성과 신뢰성 확보가 최우선 과제

항공 전자 시스템은 항공기 운행 안정성과 직결되는 영역이다. 항공 전자 시스템은 비행 경로 계획부터 항법, 비행 제어 등 핵심적인 역할을 담당하기 때문이다. 이 시스템은 자동화를 비롯해 여러 센서를 활용해 데이터 분석을 진행함으로써 항공기 위치 및 상태를 모니터링하고 원활한 운행을 지원한다.

이를 통해 항공기 상태를 미리 감지하고 예측해 잠재적인 문제를 사전에 예방하는데 중점을 두고 있다. 이처럼 항공 전자 시스템 개발자에게 안정성 입증은 최우선 과제다. 이를 위해 현대차는 자사의 항공 소프트웨어 개발 과정에서 ‘DO Qualification Kit’를 채택해 소프트웨어 개발과 검증 프로세스를 추진했다. 

DO-178C, DO-331은 항공 산업에서 사용되는 항공기 소프트웨어 개발을 위한 표준이며, 이 표준은 FAA 및 EASA 같은 기관에서 인증을 위해 활용된다. 이에 현대차에서는 항공기 인증을 위해 DO Qualification Kit를 채택해 매스웍스의 시뮬링크를 활용해 모델 기반 설계를 적용한 항공 소프트웨어를 개발하고 있다. 시뮬링크는 매스웍스의 모델 기반 설계 툴로서 시뮬레이션과 자동 코드 생성, 임베디드 시스템의 테스트를 지원한다. 

현대차 AAM(Advanced Air Mobility)본부의 이승현 책임연구원은 RAM(Regional Air Mobility) 기체개발실에서 항공기에 들어가는 모든 전자제어 시스템을 개발하는 항공전자 파트 소속이다. 그는 이곳에서 MBD(Model-Based Design) 프로세스 개발 및 HILS 검증 환경 개발 업무를 담당해왔다.

특히 매스웍스 DO Qualification Kit를 사용해 DO-178C, DO-331 인증을 위한 항공 소프트웨어 개발 및 검증을 위한 프로세스 개발에 참여하고 있다. 이승현 책임연구원은 “항공 소프트웨어라 함은 항공기에 탑재되는 모든 장비의 탑재되는 소프트웨어를 의미한다. 여기에는 비행체를 안전하게 조정하는 플라이트 콘트롤 시스템에 내장되는 소프트웨어, 비행기 자세를 파악하는 관성 센서에 내장되는 소프트웨어 등이 포함된다. 이 소프트웨어는 동일한 표준을 통해 인증돼야 한다. 여기에 모델 기반 설계가 적용된다”고 말했다. 

모델 기반 설계가 낳은 기대효과

이승현 책임연구원은 모델 기반 설계가 왜 필요한지에 대해 “새로운 방식을 도입한다는 것은 기존에 있었던 문제점을 개선하기 위함이다. 즉 소프트웨어 품질을 높이기 위한 방법의 도입이다”고 말했다. 그는 “전통적인 개발 방법에서는 수기로 작성된 문서를 통해 디자인 엔지니어에게 전달하곤 했는데, 이는 디자인 엔지니어가 코드를 만드는 과정에서 해석상 오류가 발생할 수 있다는 약점이 있었다”고 설명했다.

MBD는 시스템 아키텍처를 구축하는 단계부터 시스템 엔지니어가 요구사항을 담아 디자인 엔지니어에게 전달한다. 이를 통해 소통에 대한 간극을 줄일 수 있다. 이뿐 아니라 과거에는 코드가 만들어진 후에야 검증할 수 있었다. MBD는 모델을 만드는 과정에서 시뮬레이션이 가능하기에 많은 오류를 초기에 검증하게 된다. 이에 개발 초기에 모델 완성도를 한층 높일 수 있고 시간과 비용도 절약할 수 있다. 

MBD는 모델을 통해 자동생성된 코드를 얻을 수 있다. 코드는 일반적으로 개발자 역량에 따라 다양하게 생성된다. 시뮬링크 툴을 활용하는 소프트웨어 엔지니어는 코드 자동생성 기능을 통해 일관된 코드 품질을 얻을 수 있다. 코드 품질이 높아진다는 것은 결국 소프트웨어 품질이 높아진다는 의미와 같다. 자동생성되는 코드는 C코드, C++코드, PLC코드 등 종류도 다양하다. 이는 하나의 모델로 개발하고자 하는 대상에 맞춰 다양한 코드를 만들 수 있다는 이점을 제공한다. 

끝으로, MBD는 하나의 모델을 통해 시스템 엔지니어, 디자인 엔지니어 그리고 소프트웨어 엔지니어까지 추적성을 확보해 연결돼 있고, 각 엔지니어가 독립적으로 검증수행 및 테스트가 가능해 각 단계에서 수정사항이 발생할 경우 영향을 받는 부분을 찾아서 효과적으로 동시개발을 진행할 수 있다. 또한, 생성된 코드는 모델을 통해 시뮬레이션하고 검증 작업이 진행됨과 동시에 소프트웨어 엔지니어는 별도의 코드를 생성해 검증하고 시연하는 작업을 수행할 수 있다. 

새로운 방법 그리고 조직 문화

항공 소프트웨어 품질을 높이기 위해서는 인력과 자본, 시간이 투입된다. 이승현 책임연구원은 “새로운 솔루션을 도입하기 위해서는 과거의 방법을 답습해온 조직 문화가 변해야 했다. 조직 구성원 모두는 항공 소프트웨어 제작 과정에서의 표준을 지킴으로써 안정성을 확보하는데 모두 같은 생각이었고, 이어 매스웍스 제품군을 선택하게 됐다”고 말했다.

이 책임연구원은 매스웍스 솔루션에 대해 “매스웍스 제품군은 항공 소프트웨어 인증을 위한 최선의 선택지였다. 개인적으로는 DO Qualification Kit를 사용하면서 소프트웨어 품질 관점에서 새로운 의미가 있었다. 소프트웨어 개발 과정에서 검출되는 결함을 여러 엔지니어와 협업하며 효율적으로 다룰 수 있었고, 동일한 모델링 표준을 사용해 개발하게 되면서, 새로운 개발자가 과제에 참여하게 돼도 기존의 모델 결과물을 이해하는데 시간을 줄일 수 있고, 모델 품질 향상도 가져올 수 있다”고 말했다. 

현대자동차그룹은 내연기관에 국한됐던 이미지를 탈피하고, 현재는 AAM을 개발 중인 모빌리티 기업으로 발돋움하고 있다. 현대차는 AAM 콘셉트의 구체화를 위해 비행제어 알고리즘을 기반으로 한 자율비행 기술, 항공용 연료전지 시스템 등을 개발 중이다.

이승현 책임연구원은 “현대차 AAM본부 RAM 기체개발실은 궁극적인 RAM 개발에 이르기까지 수많은 프로젝트를 진행하고 있다. 우리는 앞으로도 항공 소프트웨어 품질을 개선하기 위한 새로운 아이디어와 시스템을 받아들일 것이며, 이를 통해 새로운 개념의 항공기를 완성할 것”이라고 밝혔다. 

헬로티 서재창 기자 |