게시일: 2023년 12월 2일
기고자: Amanda McGrath), Alexandra Jonker
모델 기반 시스템 엔지니어링(MBSE)은 모델을 사용하여 개념 및 설계부터 확인 및 검증 활동, 폐기에 이르기까지 시스템의 전체 라이프사이클을 지원하는 방법론입니다.
텍스트 기반 문서와 수동 프로세스에 의존하는 기존의 엔지니어링 방식과 달리 MBSE는 디지털 모델링과 시뮬레이션을 사용하여 시스템을 설계합니다. 이러한 모델은 시스템 구성 요소와 이러한 구성 요소 간의 연결을 시각적이고 대화식으로 표현할 수 있는 방법을 제공합니다. 이 접근 방식은 복잡한 시스템과 인터페이스에 특히 유용합니다.
디지털 모델은 업데이트도 더 쉽습니다. 이 때문에 MBSE는 기존 방법보다 더 효율적일 뿐만 아니라 명확성을 높이고 오류 위험을 줄이며 엔지니어링 팀과 기타 이해관계자 간의 커뮤니케이션 및 의사 결정을 개선할 수 있습니다. 이를 통해 프로젝트의 모든 라이프사이클 단계에 걸쳐 정보의 일관성을 유지할 수 있습니다.
모델 기반 시스템 엔지니어링 프로세스는 복잡한 시스템과 하위 시스템을 설계할 때 기존 엔지니어링 접근 방식에 비해 몇 가지 장점이 있습니다.
모델의 시각적 및 대화형 특성은 다양한 이해관계자가 개발 프로세스를 더 잘 이해하고 기여하는 데 도움이 됩니다.
MBSE는 추적성을 향상시켜 문서 중심 시스템에서 흔히 발생하는 오류 및 불일치의 위험을 줄입니다. 모델은 신뢰할 수 있는 단일 소스를 제공하여 모든 이해관계자가 동일한 정보로 작업하고 시스템 수준의 문제를 신속하게 식별할 수 있도록 합니다.
MBSE는 문제를 조기에 감지하고 수정함으로써 개발 시간과 비용을 크게 줄일 수 있습니다. 시뮬레이션과 신속한 반복을 통해 빠른 분석이 가능하며, 자동화를 촉진할 수 있습니다.
MBSE는 시스템 내의 복잡한 관계와 종속성을 명확하고 개방적으로 표현할 수 있기 때문에 '시스템 중의 시스템' 또는 여러 시스템의 리소스를 모아 더 복잡한 시스템을 만드는 프로젝트에서 작업할 때 유용합니다.
MBSE는 다양한 규모와 복잡성의 프로젝트에 적용할 수 있으므로 다양한 응용 분야에 적합한 다목적 접근 방식입니다. 또한 전체 제품 라이프사이클 동안 제품 개발을 지원하는 데 도움이 될 수 있습니다.
MBSE에는 세 가지 주요 구성 요소가 있습니다. 첫 번째는 프로젝트의 신뢰할 수 있는 단일 소스 역할을 하는 시스템 아키텍처 모델(SAM)입니다. 두 번째는 엔지니어링 시뮬레이션 소프트웨어로, SAM의 내용이 요구 사항과 일치하는지, 계획대로 작동할 수 있는지 여부를 판단합니다. 마지막으로, 클라우드 기반 또는 물리적인 중앙 집중식 컴퓨팅 센터에서 모든 기능을 수행하고 결과를 저장합니다. 이러한 부분이 함께 디지털 스레드를 구성하여 한 모델에 업데이트가 이루어지면 시스템의 다른 모든 모델에 업데이트가 이루어지도록 보장합니다.
모델 기반 시스템 엔지니어링 프로세스는 개념부터 완료까지 시스템 개발을 안내하는 일련의 상호 연결된 단계입니다.
첫째, 이해관계자는 시스템의 목표와 운영 환경을 정의합니다. 그런 다음 이러한 요구 사항을 구체적이고 측정 가능한 시스템 요구 사항으로 변환합니다. MBSE 도구와 데이터 모델링을 사용하면 이러한 요구 사항을 포착하는 세부 모델을 생성할 수 있으므로 전체 목표에 부합하고 일관성을 유지할 수 있습니다. 시스템 아키텍처 설계를 통해 시스템의 전반적인 구조가 개발됩니다.
아키텍처가 준비되면 개별 구성 요소에 대한 보다 세부적인 설계가 시작됩니다. MBSE는 시스템 동작의 시뮬레이션을 용이하게 하여 엔지니어가 가상 환경에서 설계를 테스트하고 개선할 수 있도록 해줍니다. 이는 실제 프로토타입을 제작하기 전에 문제를 식별하고 해결하는 데 도움이 됩니다.
여기서부터 일관성을 유지하기 위해 모델을 참조하여 시스템을 구축하고 조립합니다. 시스템이 의도한 대로 작동하는지 확인하기 위한 확인, 테스트 및 검증 프로세스가 이어집니다. 일단 배포되면 MBSE 모델을 사용하여 유지보수 활동과 향후 업그레이드를 지원함으로써 시스템의 수명 주기 동안 변화하는 요구 사항을 지속적으로 충족할 수 있습니다.
MBSE 접근 방식은 많은 산업, 특히 소프트웨어 개발 및 소프트웨어 엔지니어링 분야에서 사용됩니다. 몇 가지 주요 예는 다음과 같습니다.
미국 항공우주국(NASA)은 MBSE를 도입한 대표적인 조직입니다. 우주선 및 위성 시스템과 같은 복잡한 프로젝트의 경우 NASA는 MBSE를 사용하여 서로 다른 시스템 간의 복잡한 상호 작용을 처리하고 다양한 우주 임무 시나리오를 시뮬레이션하여 우주 탐사와 관련된 위험을 크게 줄입니다.
Ford 및 BMW와 같은 주요 자동차 회사는 차량 설계에 MBSE를 통합했습니다. 이러한 접근 방식은 첨단 전자 장치 및 소프트웨어를 포함하는 현대 자동차의 증가하는 복잡성을 관리하는 데 도움이 됩니다.
미국 국방부(DoD)는 방어 시스템 개발을 위해 MBSE를 활용합니다. 여기에는 무기 시스템에서 감시 및 통신 네트워크에 이르기까지 모든 것이 포함됩니다.
통신 부문의 기업들은 MBSE를 사용하여 복잡한 네트워크 시스템을 설계하고 관리합니다. 여기에는 MBSE가 네트워크 레이아웃을 최적화하고 안정적인 고속 통신을 보장하도록 지원하는 5G와 같은 신기술을 위한 인프라 개발이 포함됩니다.
시스템 엔지니어링 접근 방식인 MBSE는 간단한 다이어그램 애플리케이션, 스프레드시트, 모델링 도구, 워크플로 플랫폼부터 정교한 소프트웨어에 이르기까지 다양한 도구와 언어를 활용합니다. 몇 가지 예를 들어 보겠습니다.
- SysML(시스템 모델링 언어): SysML은 UML(통합 모델링 언어)을 확장한 그래픽 모델링 언어로, 시스템 엔지니어링에 맞게 조정되었습니다. 이는 시스템 구성 요소와 동작을 시각화하는 데 도움이 되는 다양한 다이어그램으로 시스템을 나타내는 표준화된 방법을 제공합니다.
- MBSE 소프트웨어 도구: MBSE를 위해 특별히 설계된 소프트웨어 도구는 SysML 모델을 생성, 편집 및 관리할 수 있는 환경을 제공합니다. 협업, 버전 제어 및 다른 엔지니어링 도구와의 통합을 촉진합니다.
- 시뮬레이션 및 분석 도구: MBSE는 테스트 및 시스템 분석을 위해 시뮬레이션 도구를 활용하는 경우가 많습니다. 디지털 트윈은 라이프사이클에 걸친 객체 또는 시스템의 가상 표현으로, 다양한 조건에서 시스템이 어떻게 작동하는지 확인하기 위한 테스트용 동적 복사본 역할을 하며 잠재적인 문제를 식별하고 성능을 최적화하는 데 도움이 됩니다.
- 요구 사항 관리 도구: 복잡한 프로젝트에서는 시스템 요구 사항을 추적하는 것이 가장 중요하므로, 요구 사항을 모두 캡처, 추적하고 시스템 설계와 호환되도록 하는 도구가 사용됩니다.
MBSE는 보다 효율적인 자원 배분을 가능하게 하고, 폐기물을 줄이고, 보다 에너지 효율적인 시스템의 설계를 촉진함으로써 지속 가능한 개발 목표를 지원하는 데 도움이 될 수 있습니다. 총체적이고 통합적인 시스템 사고에 중점을 두어 기술적으로 건전할 뿐만 아니라 환경적으로도 책임감 있는 솔루션을 개발하는 데 도움이 됩니다.
엔지니어는 MBSE를 통해 설계를 제작하기 전에 설계가 환경에 미치는 영향을 모델링하고 시뮬레이션할 수 있습니다. 이는 개발 프로세스 초기에 잠재적인 환경 위험을 식별하고 완화하는 데 도움이 됩니다. 또한 재생 가능 에너지원과 지속 가능한 재료를 시스템 설계에 통합하여 환경 친화적인 솔루션을 촉진합니다. 또한 설계 및 운영 효율성을 최적화하여 에너지와 자원을 덜 소비하도록 함으로써 신규 프로젝트의 환경 발자국을 제한하여 탄소 배출량 및 기타 환경 영향 감소에 기여합니다.
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