매스웍스코리아가 지난 2월 17일(목) 온라인에서 ‘모델 기반 설계를 이용한 임베디드 시스템 개발’을 주제로 한 산업 엔지니어 고객 대상 세미나를 성황리에 개최했다. 이번 세미나에선 기존의 설계방식과 비교한 모델 기반 엔지니어링의 장점과 혜택을 강조하면서 프로토타입 제작과 하드웨어 테스트 이전 단계에서 다양한 아이디어를 검증된 설계로 현실화하는 방법을 소개했다.
매스웍스의 모델 기반 설계 환경인 시뮬링크는 설계 초기 단계에서 이슈를 발견 및 해결해서 시스템의 고신뢰도 확보를 지원하며, 생산 단계에서의 오류를 사전에 예방하고, 이로써 전체 검증 시간 및 비용을 단축시킬 수 있다.
(사진. 매스웍스코리아)
첫 번째 세션은 매스웍스코리아 홍혁기 부장이 시스템/소프트웨어 요구사항 관리 및 아키텍처 설계를 주제로 발표를 진행해 요구사항과 설계 사이의 ‘일관성’ 및 ‘추적성’을 강조했다.
매스웍스는 시스템 엔지니어링의 ▲ 요구사항 관리 ▲ 아키텍처 설계 ▲ 모델 설계 ▲ 분석 및 테스트를 지원한다. 시뮬링크 플랫폼은 ‘요구사항’, ‘모델’ 및 ‘테스트 케이스’를 연결하는 디지털 스레드를 구현함으로써, 다양한 모델에 걸쳐 요구사항을 기준으로 일관성 있는 설계를 구현한다. 플랫폼 내외부 빈번한 요구사항 변경을 설계에 매우 신속히 반영할 수 있다.
시뮬링크에서 모델 단위로 요구사항 충족여부를 검증했다면, 전체 아키텍처의 요구사항 충족여부는 시스템 컴포저를 통해 검증할 수 있다. 시스템 컴포저는 트레이드 스터디(Trade Study)를 통해 시스템 동작 특성 관점의 분석을 수행하며, 기능적 구성요소의 정확한 작동을 검증할 수 있다. 또한, 요구사항 충족 여부가 검증된 기능적(시스템의 다양한 기능) 아키텍처를 논리적(시스템 작동 순서) 아키텍처, 그 이후 물리적(시스템 하드웨어) 아키텍처로 변환시킬 수 있으므로 전체 시스템과 요구사항 사이의 추적성을 보장한다.
(사진. 매스웍스코리아)
다음으로, 매스웍스코리아 이종일 부장의 “모델 기반 설계를 위한 ‘플랜트 모델링(부품의 제어가 가능한 모델 설계)’ 소개 및 활용” 발표가 이어졌다. 기존 산업의 엔지니어는 아이데이션, 제품 설계, 프로토타입 제작 및 검증에 많은 시간을 소요해야 했으며, 특히 프로토타입 제작 후 설계 오류 발생 시 이를 해결하고 제품을 재설계해야 하는 부담이 있었다. 이에 대해 매스웍스 모델 기반 설계 환경은 단일 플랫폼에서 다양한 설계 아이디어를 평가하고, 요구사항 변경에 따른 전체 시스템 영향을 사전 검증하고, 하드웨어 프로토타입 제작 전 시뮬레이션 및 테스트를 통한 검증으로 비용 절감을 돕는다. 제품 생산 단계에서 발생 가능한 오류를 최소화한다.
4차 산업혁명 시대 더욱 복잡해지는 대규모 시스템 설계에 필수적인 다양한 엔지니어링 도메인 간 협업을 용이하게 한다. 이해하기 쉬운 설계 구성요소 모델을 통해 설계 아이디어를 쉽게 확인할 수 있다. 예를 들어, 10개 도메인(전기, 기계, 자성, 열, 고온 열, 수력, 2상 유체, 가스, 습한 공기, 커스텀) 및 구동계, 유체를 지원하는 물리적 모델링 및 시뮬레이션 툴 심스케이프(Simscape)는 이러한 전문분야 엔지니어 간 협업을 촉진한다.
이종일 부장은 “전체 시스템의 하드웨어 기반 테스트 및 통합 이전, 요구사항 수립 또는 제품의 요구사항 배포와 함께 통합 검증하여, 리스크를 최소화하고 하드웨어 사양에 대한 불필요한 재설계를 줄일 수 있다.”라고 강조했다.
매스웍스 고객 중 하나인 미국 방위산업 업체 레노나르도(Leonardo)는 모델링 및 시뮬레이션 기법을 통해 선박 파워 일렉트로닉스의 플랜트(제어) 모델 개발 시간 및 비용을 단축할 수 있었으며, 고신뢰도의 제어기를 구축할 수 있었다. 또한 제어 알고리즘을 HDL 코드화, 이를 FPGA로 배포한 후 HIL(Hardware-in-the-Loop) 시뮬레이션을 완료하여 검증할 수 있었다.
두 번째 세션에서는 손쉬운 플랜트 모델링 관련 매스웍스의 예제 기반 데모를 선보였다. ▲ 산업용 트럭 '고상 차량' - CAD 3D 모델 임포트, 지면과의 접촉, 웜 기어, 케이블 및 풀리 등 세부 기계 모델, 유압 시스템, 아웃트리거, 터렛, 리프트 구성 ▲ 드론(쿼드콥터) - CAD 3D 모델 임포트, 4개의 전기모터 모델링/손쉬운 제어 로직 개발(추력, x, y, z축 회전, 모터 토크 및 드론 위치 제어) ▲ ‘완전한 전기 항공기’와 ‘하이브리드 전기 항공기(배터리+엔진)’ 성능 비교 - 화물적재량, 배터리 용량 및 주행 거리 변수 기반의 최적화된 성능 비교(180km 주행거리와 200Ahr 조건에서 하이브리드 전기 항공기가 전기 항공기와 비교해 약 4배 더 무거운 100kg 이상의 화물을 옮기는 높은 성능을 지님) 등을 공개했다.
이어서 매스웍스코리아 유재홍 부장은 “임베디드 소프트웨어 개발을 위한 시뮬링크 모델 검증”을 주제로 세 번째 세션 발표를 진행하여 모델 기반 소프트웨어 개발 초반 단계에서 ‘양산 수준의 신뢰성’을 확보하기 위한 ‘모델 검증 워크플로우’를 설명하고, 기존 C 코드 검증방식과 비교해 ‘모델 검증’이 갖는 장점을 소개했다. 또한, ‘매스웍스 툴을 활용한 모델 검증 워크플로우’ 수행을 소개했다.
기존의 임베디드 소프트웨어 개발 워크플로우에서는 잦은 요구사항 변경에 대응해 사양서의 추적성을 업데이트하는 번거로운 과정을 거쳐야 했다. 또한, 텍스트 포맷의 사양서에 대한 개발자 간 해석의 차이와 이로 인한 코드 버그가 발생할 수 있다.
그러나 모델 기반 설계 워크플로우에선 몇 번의 클릭만으로 추적성 설정 후 유지보수 필요한 모델을 쉽게 확인할 수 있으며, 요구사항 변경 즉시 확인 및 모델 및 테스트 수정이 가능해 최신의 추적성 유지를 돕는다. 또한, 실행 가능한 사양서(Executable Specification)는 기존의 텍스트 사양을 모델로 소통함으로써 개발자 간 서로 다른 해석의 여지를 차단해 명확한 소통이 가능하다.
이와 관련해 매스웍스는 이미 구현해놓은 모델 템플릿을 통해 제어 로직과 같은 다양한 알고리즘을 손쉽게 설계하도록 지원한다. 이러한 모델 개발 기법은 코딩에 익숙하지 않은 시스템 엔지니어도 단기간에 습득할 수 있다. 또한 검증된 모델에 대한 코드를 자동 생성하기 때문에 휴먼 에러를 최소화할 수 있다.
C 코드 검증 대비 모델 검증의 높은 비용 효율에 대해 매스웍스코리아 유재흥 부장은 “기존의 방식은 코드 검증 활동이 개발 워크플로우 후반 단계에서 진행돼 전체 개발 기간을 지연시킨다. 반면, 모델 검증은 전체 개발 워크플로우 중 초반 단계에서 진행할 수 있어서 개발 기간을 단축시키고, 하드웨어 없이도 소프트웨어를 개발할 수 있게 한다.”고 강조했다.
매스웍스는 모델 검증 워크플로우에 있어 요구사항, 모델, 테스트 간 최신 추적성을 유지하며, 보다 빠른 기간 안에 신뢰도 높은 모델을 개발하고, 산업 및 코드 표준을 준수할 수 있도록 한다. 자동화된 방식을 통해 개발자는 개발 본연의 작업에만 집중할 수 있다.
(사진. 매스웍스코리아)
모델 기반 설계는 주로 고신뢰성이 요구되는 항공, 자동차에 적용되고 있으며, 매스웍스는 에어버스, LS 오토모티브, 콘티넨탈 등 국내외 다양한 고객을 확보했다. 해당 고객은 매스웍스 솔루션을 도입해서 기존 방식 대비 개발 기간을 30% 이상 단축시킬 수 있었다.
마지막으로 매스웍스코리아 김학범 차장은 “임베디드 소프트웨어 설계를 위한 시뮬링크 모델링 및 자동 코드 생성” 세션을 통해 자동차, 제조 로봇, 로켓 추진 시스템과 같이 실생활 산업 시스템 설계를 위한 간편한 시뮬링크 기능 및 자동 코드 생성 및 검증 기능을 소개했다.
매스웍스의 시뮬링크 및 스테이트플로우는 자동차, 제조 로봇과 같은 산업 시스템에 필요한 연속적 제어와 동시 제어 설계를 각각 지원한다.
매스웍스는 임베디드 코더(Embedded Coder)를 통해 검증된 모델에 대해 임베디드 프로세서에 최적화된 C, C++를 포함한 다양한 코드(VHDL, Verilog)를 자동 생성 및 배포를 지원한다. 또한 별도의 리포트로 최대한 완벽한 코드 생성을 돕는다.
ARM 코어 및 MCU와 같은 장치에 배포된 코드에 대한 PIL(Processor-in-the-Loop) 및 SIL(Simulation-in-the-Loop) 테스트를 지원하며, DO-178C, ISO 26262 등 항공, 자동차, 의료 등 다양한 산업 표준 준수를 돕는다.
