자동차산업은 큰 틀의 변화에 직면해 있다. 전기차를 필두로 자율주행차, 커넥티비티, 모빌리티 등 방향성은 정해졌다. 코로나19와 러시아와 우크라니아 전쟁 등으로 최근 공급망 붕괴 등을 비롯해 수많은 문제가 산적해 있지만 기후재앙을 막기 위해 전진해야 한다. 그 속에서 등장하고 있는 것이 소프트웨어 정의 자동차를 비롯해 모델 베이스 시스템 엔지니어링 등 지금까지와는 다른 차만들기가 진행되고 있다. 여기에서는 항공우주부터 국방, 건설, 자동차, 모빌리티는 물론이고 조선해양에 이르기까지 전방위적으로 미래의 솔루션을 연구하고 제공하고 있는 다쏘시스템의 산업 프로세스 컨설턴트 진병률 대표의 글을 통해 모빌리티 부분에서 어떤 변화가 일어나고 있는지 짚어본다. (편집자 주)
글 / 진병률 대표 (다쏘시스템 인더스트리 프로세스 컨설턴트)
1.자동차 산업의 변화
최근의 자동차 산업은 전통적인 기계, 전기, 전자 종합체 산업에서 소프트웨어와 다양한 서비스 그리고 전기차를 시발점으로 패러다임이 변화하고 있다. 자동차는 단순하게 장소를 이동하는 역할에서 벗어났다. 이제는 모빌리티 서비스의 객체로 다양한 주변환경과 여러 가지 정보를 주고받아 움직여야 하는 복합적인 서비스 컴포넌트로 인식되어 서비스를 제공하는 객체로 변화하고 있다. 이러한 변화로 인해 자동차는 서비스 혹은 시스템과의 유기적인 연결이 필요하며, 각 서비스와 시스템 간의 설계와 시뮬레이션을 할 수 있는 도구 및 공간이 필요하게 되었다.
세계적으로 전기차와 수소차로 대변되는 친환경 자동차의 등장과 함께 기존 내연기관 사업영역이 축소되었다. 또한, 전기차 배터리, 차량용 반도체, 모빌리티 서비스 시장의 증가, IT 기업들의 전기차/자율주행차 시장의 참여로 미래 모빌리티 산업의 경쟁은 더욱더 치열해질 것으로 예상된다. 이러한 변화는 기존 자동차의 고유 기능분석을 통한 차량 설계보다 디지털 데이터 기반의 자료 공유 및 빅데이터, AI, 메타버스 등의 기술을 활용한 시스템 간의 연결, 의존성 및 정보 흐름을 분석하여 자동차와 연결된 시스템을 정의하고 분석하는 능력을 필요로 하게 되었다.
결국 사용자의 기대치 증가와 환경규제, 압축된 개발 일정 등 모빌리티 산업의 빠른 시장변화를 기존의 방법론으로 해결할 수 없게 되어, 다양한 분야를 접목하여 분석할 수 있는 시스템 엔지니어링 기법이 활용되기 시작하였다. 따라서 개념 설계 단계부터 개발 및 이후 전체 시스템의 수명주기 활동을 모델이라는 요소에 담아 이해관계자들이 단일 소스를 바탕으로 전체적인 관점에서 시스템을 이해하고, 시스템 모델 간의 관계를 파악할 수 있는 MBSE(Model Based Systems Engineering) 방법론이 부상하고 있다.
2. 모빌리티 산업의 MBSE
기존 자동차 산업의 시스템 엔지니어링(Systems Engineering)은 요구사항 정의부터 폐기까지 제품의 전 수명주기를 체계적으로 관리하고 수행하기 위한 방법으로 활용되어 왔다. 하지만 전동화, 자율주행, 커넥티드, 모빌리티 서비스 등의 다양한 기술분야를 정의하고 통합하는 엔지니어링 방법으로 활용하기 위해 모델 기반의 MBSE 기법이 필요하게 되었다. 특히, MBSE는 모델을 시스템에 대한 정보 표현 방식으로 삼아 요구사항 정의, 분석, 설계, 검증(V&V), 생산, 서비스 단계의 정보를 모델링 언어를 이용하여 시스템 모델로 간결하게 작성하여 모호함을 제거할 수 있으며, 사람이 이해할 수 있는 모델이면서도 모델 데이터를 컴퓨터가 활용하기 좋게 구조화되어 있어 시스템 엔지니어링 활동에서 필요한 집계, 분석 등의 활동을 모델을 통해 얻을 수 있다.
최근 혁신을 지속하고 있는 모빌리티 산업에서 자동차는 소프트웨어의 기능과 하드웨어 안전성 중심의 ‘바퀴 달린 컴퓨터’가 되어 그 안에서의 ‘통합’이 매우 중요하게 되었다. 특히, 차량 자체의 엔지니어링 외에 자율주행, 전기차 배터리 사용 시간 및 충격에 대한 안전성, 사용자 서비스 등의 복잡한 요구사항을 정의하고, 형상화하여 검증할 수 있는 플랫폼이 필요하게 되었다.
미국 캘리포니아의 전기차 스타트업 ‘카누(Canoo)’는 자동차 보유 기간의 대부분이 주차로 소비되고 있는 자동차 활용도를 고려한 새로운 구독 전용 전기차의 개념을 정의하여 구독 전용 전기차 모델 개발에 MBSE를 적용하여 다쏘시스템의 3D익스피리언스 플랫폼 기반의 클라우드 업무환경으로 설계자와 협력업체가 하나의 플랫폼에서 새로운 비즈니스 서비스가 접목된 전기차 개발을 신속하게 개발할 수 있었다.
2020년 5월 국내에 설립된 혁신적인 모듈형 역삼륜 전기화물차(MPBV) 스타트업 기업 이퀄(EQUAL)은 탄소 규제 강화 흐름에 맞춰 친환경 전기화물차의 개발을 진행했다. 제품의 주요 요구사항인 저상화, 경량화, 안정화 요구사항을 디자이너가 설계에 반영하기 위해 3D익스피리언스 플랫폼을 적용하여 실시간 설계 협업, 설계 최신성 유지 및 설계검증을 수행했고, 그 결과 전기화물차 프로토 타입 시제품 제작 기간(1차-3개월, 2차-5개월)을 최소화했다. 이퀄은 ‘자율주행 전기화물차’라는 모빌리티 비전을 갖고 3D익스피리언스 플랫폼을 기반으로 연구개발을 지속하고 있다. (사례 – 링크)
3. 지속가능성 확보를 위한 MBSE
과거 자동차 산업은 데이터를 잘 관리하고, 프로세스를 솔루션에 올려 시스템화하면 고객 요구사항을 만족시키고 업무효율을 높일 수 있다는 관점이었다. 그러나 구조화된 데이터, 2D/3D 도면, 부품 리스트, BOM, 기술문서 등 프로세스 기반 산출물의 생산/변경 관리는 제조 품질/비용에 기여할 수 있었지만, 최근 변화는 시장, 소비자, 각종 규제, 팬데믹 등 요구사항이 매우 다양해지고 복잡해져서 기존의 관리 시스템으로는 한계가 나타나고 있다.
다쏘시스템에서 제시하는 MBSE는 실세계와 가상의 간격을 제로로 하는 ‘Virtual Twin’ 개념으로 제품의 전 생명주기에서 서로 상호작용하는 데이터를 공유, 활용하여 제품 제작 이전에 다학적인 요구사항과 규제가 반영된 제품으로 구현되었는지 시뮬레이션하여, 현실 세계에 존재하는 객체의 형상 및 기능, 프로세스를 상호 연결된 네트워크를 통해, 현실에서 발생할 수 있는 문제를 예측하고 효과적으로 대응할 수 있는 3D익스피리언스 플랫폼을 기반으로 제공된다.
3D익스피리언스 플랫폼은 지속가능성 확보를 위해 시장 변화와 새로운 기술과 제품 변화를 빠르게 적응할 수 있도록 다양한 기능 제공을 통해 환경규제 및 소비자의 니즈에 맞춘 제품을 개발하고 생산할 수 있도록 도움을 주고 있다.
MBSE를 지원하는 3D익스피리언스 플랫폼 솔루션
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