전기전자/정보통신

Mitsubishi Electric_2016_Vol.90 No.12

미쓰비시전기 기보
성장전략을 지탱하는 설계∙검증기술
Shouzui Takeno / 생산시스템본부 설계시스템기술센터장

요지
IoT(사물인터넷)시대의 제품 개발에서는,  기기의 고기능∙고성능화에 더해, 시스템의 네트워크화에 따른 소프트웨어 개발양의 증대, 보안에 대한 대응 등 개발과제가 증대하고 있다. 또한, 제품의 글로벌 전개에 따른 사용환경, 품질설계의 다양화, 국가별 에너지 절약 규제와 재활용법에 대응한 개량형 파생 기종의 증대, 현지설치∙보수, 국제물류의 대응 등, 설계자가 고려해야 할 제품의 기능 사양과 개발항목 수, 검증 공수는 계속 증가하고 있다. 미쯔비시전기에서는, 고성능∙대규모 시스템화되는 제품 개발 프로세스와 글로벌화하는 개발환경의 변화에 대응하고, 한층 더 높은 수준의 성장을 실현하기 위해, IT의 침투에 따른 설계 생산성 향상을 핵심으로 한 제품과 프로세스의 개선활동에 노력을 기울이고 있다.

특히, 제품개발 프로세스 중에서 최상류에 위치하는 “설계”에서는, 제품 모델을 활용하고, 시스템 레벨과 부품 레벨 등의 각 계층에서의 모델시뮬레이션을 거듭하여, 좋은 기본설계사양을 단계적으로 세분화하고 정확하게 만들어가는 “모델 베이스 개발(Model Based Development:MBD) 프로세스”를 도입하고 애매한 부분과 개발에 지장이 있는 것을 조기에 걸러내고, 중요 과제에 개발 자원을 집중시켜, 합리적인 성능∙품질의 확보와 작업효율화를 실현하고 있다.

이 특집호에서는, “소프트웨어 설계””전자회로 설계””기계∙구조 설계”분야에서, IT에 의한 설계∙검증 시뮬레이션을 활용한 모델 베이스 개발의 적용 사례를 중심으로 살핀다.

1.머리말
최근 급증하는 해외거점의 현지화 프로세스에서는, 일본인끼리의 호흡이 잘 맞는 기존의 제조 팀 워크와 “장인의 암묵지기술”의 전개는 기대할 수 없다. 일본 마더공장(Mother Factory)에 축적된 설계정보∙기술자산을, 보다 명시적인 공통언어인 디지털제품정의(DPD:Digital Product Definition)와 기능 모델을 매개로 하여 정확하게 현지에 전달하고, 해외거점과 일본 마더공장 간 협조개발의 효율화를 도모할 필요가 있다.

당사에서는, 고기능∙대규모 시스템화 되는 제품개발 프로세스, 글로벌화하는 개발 환경의 변화에 대응하고, 보다 높은 수준의 성장을 실현하기 위해, IT의 침투에 따른 설계 생산성 향상(Digital Transformation)을 핵슴으로 한, 제품과 프로세스의 개선활동에 종합적으로 노력을 기울이고 있다.

2.설계∙검증 기술의 고도화
제품개발 프로세스 중에서 최상류에 위치하는 “설계”는, 가치가 높은 제품설계, 적당한 원가 절감을 하기 위한 제조업 활동에서의 핵심 역량이고 생명선이라고 말할 수 있다. 특히 최근에는, 전자∙기계∙소프트웨어 제어가 융합된 고성능∙대규모 시스템이 급증하고, 한정된 시기 내에 방대한 수의 성능사양∙품질기준을 저비용으로 구체화하기 위해, 양산개발의 무게에 중점을 두는 프런트로딩(Frontloading)수법의 진화∙심화가 요구되고 있다.

그래서, 자연언어의 사양서와 도면을 토대로 한 기존 방법에 대해서, 도식 표현과 동작 레벨이 기술된 제품 모델을 활용한 가상 검증 환경상에서, 실험 기기의 시험 제작을 하지 않고, 설계 상류 단계에서 시스템 레벨과 부품 레벨 등의 각 계층에서 모델 리뮬레이션을 거듭하여, 좋은 기본 설계 사양을 단계적으로 세분화하여 정확하게 만들어 가는 MBD가 유효하다. MBD 수법에서는 모델 기술 언어와 물리 모델로 표현된 제품 모델을 활용하여, 설계 상류 단계에서 전자∙기계∙소프트웨어 제어계통의 가상 검증을 반복하여 애매한 부분과 개발에 지장이 있는 것을 조기에 걸러내고, 중요과제에 개발 자원을 집중시켜, 합리적인 성능∙품질의 확보와 작업효율화를 목표로 한다. 단, IT 바탕의 MBD 수법을 활용하고 큰 경영 효과로 결부시키기 위해서는, 개발 현장에 있어서 사람을 중심으로 한 설계 엔지니어링 활동의 본질을 이해한 뒤, 효과적인 디지털 수법을 도입하고, 착실하게 프로세스를 개선시켜 가는 현장활동과의 고도의 융합이 필수적이다.

이 특집호에서는, 글로벌 경쟁에서 다양화∙대규모 시스템화 되는 제품 개발에서, “소프트웨어 설계””전자회로 설계”기계∙구조 설계”분야에서, IT를 활용한 MBD의 적용 사례를 중심으로 살펴본다.

 2-1.소프트웨어 분야의 설계∙검증 기술
소프트웨어의 설계∙검증 기술의 고도화를 위한 주요 시도로서, 사양의 기재누락을 억제하는 도식 표현에 따른 사양의 명확화와 소스코드의 자동생성, 파생과 복잡화를 억제하는 소프트웨어의 통합∙재생∙개조기술의 구축, 해외고객에 대응한 국제 표준 프로세스에 준거한 운용에 대해서 살펴본다.

  (1)도식표현에 따른 사양의 명확화와 소스코드의 자동생성
자연언어로 기술한 복잡한 사양이 잘못 인식되는 문제, 대규모화로 인해 자원이 부족한 문제에 대해서, 도식표현을 활용하는 것으로, 규칙에 입각한 기술에 따른 사양의 명확화, 소스코드 자동생성에 따른 사양전개의 효율화를 연구하고 있다.

  (2)소프트웨어의 통합∙재생∙개조 기술의 구축
공조기기 등에서는, 시스템화에 따른 기존 기종 간의 접속, 해외 거래처들에 기종 전개에 따른 유용개발이 증가하고 있고, 반복 개발에 따른 파생과 기능의 복잡화로 인한 개발효율의 저하가 문제가 되고 있다. 그래서, 다양화로 파생된 소프트웨어에 대해 재통합하는 기술의 개발을 연구하고 있다. 파생된 소프트웨어를 구성하는 내부 모듈의 유사도를 수치화하고 평가 기준을 토대로 정량적으로 통합 판정하고, 재통합하는 것으로, 파생된 소프트웨어를 하나로 집약한다. 이로 인해, 사양의 수정 누락의 방지, 수정 개소의 집약으로 인한 개발효율화를 도모했다.

 2-2.전자회로 분야의 설계∙검증 기술
전자회로의 설계∙검증 기술의 고도화를 위한 주된 시도로서, LSI 개발에서의 고위 설계 동작 모델 활용으로 인한 설계효율화, 아날로그 기능 검증의 고도화로 인한 설계품질향상, 가상 시스템 검증 환경의 구축으로 인한 소프트웨어의 상류 검증에 대해서, 전자기기 개발에서 복잡해지는 EMC(Electromagnetic Compatibility)과제에 대해서, 개발초기 단계에서 설계품질을 만들어 넣는 EMC 설계 흐름 구축에 대해서 살펴본다.

  (1)시스템 레벨의 고위 설계 동작 모델 활용
소프트웨어, 아날로그 회로, 디지털 회로의 구별 없는 시스템 레벨 모델로부터 기능 분할한 디지털 회로의 레지스터 전송 레벨의 HDL(Hardware Description Language)기술을 자동 생성하는 흐름을 구축하고, 거기에, 회로삭감수법 등을 규칙화하는 것으로 HDL기술의 자동 생성 적용 범위를 확대했다. 이 특집호의 논문 ”고위 LSI 설계 검증 기술과 그 응용”(p.23)에서, 내장 시스템 설계로의 응용 사례에 대해서 기술한다.

  (2)아날로그 기능 검증의 고도화
차량용을 중심으로 한 센서 응용 기기가 핵심 제품이 되고 있고, 시기 적절한 차별화 기능의 제품 탑재를 위한 아날로그 설계 상류에서의 기능 검증을 실시하는 것으로 설계 재작업의 억제를 도모하고 있다.

  (3)가상 시스템 검증 환경의 구축
기존에는, 하드웨어 검증 후에 소프트웨어와의 조합 검증을 하고 있었지만, 조합 검증에서의 재작업 로스와 기능 분할의 적정화가 과제였다. 이 과제들의 대책으로 ISS와 HIL을 이용한 가상 시스템 검증 환경의 구축으로 인해 하드웨어 설계와 병행한 설계 상류에서의 소프트웨어 검증과, 소프트웨어의 기능 개체의 성능평가로 오류 추출을 가능하게 하고, 설계기간의 단축, 설계 재작업의 억제를 실현했다. 이 특집호의 논문 “가상실현 환경의 구축 용이화 기술과 응용”(p.31)에서, ISS를 이용한 가상 시스템 검증 환경의 적용 사례에 대해서 기술한다.

  (4)EMC 설계 흐름 구축
IoT의 보급으로 인해 센서와 기기의 네트워크 접속, 전자기기의 수 십 Gbps이상의 전송 속도, 신호의 저전압화에 따른 EMC의 과제가 복잡해지고 있다. 또한, 세계 각국이 EMC규제를 강화하는 추세이고, 글로벌 전개를 위한 각국의 EMC규제에 대한 대응이 필요한 제품이 증가하고 있다.

 2-3.기계와 구조의 설계∙검증 기술
기계와 구조의 설계∙검증 기술의 고도하를 위한 주된 시도로서, 공조용 냉동 사이클 제어 설계 기술의 구축으로 인한 복잡해진 제품구조의 설계품질 향상, 설계의 해외전개를 위한 3D 데이터의 개발 프로세스로의 활용에 대해서 살펴본다.

  (1)공조용 냉동 사이클 제어 설계 기술의 구축
냉열∙공조 기기는, 개발 사이클이 짧지만 높은 수준의 에너지 절약을 달성할 필요가 있다. 기존에, 압축기와 밸브의 동작제어를 하는 냉동 사이클 제어 소프트웨어의 설계∙디버그를 실기로 인해 운전 검증 실험에서 실시하고 있었기 때문에, 설계 재작업이 발생하고 있었다.

  (2)구조의 불규칙을 고려한 기구 해석 기술의 구축
기존에, 설계 상류 단계에서 설계자 자신이 CAE를 활용하고 설계품질을 검증하는 것으로 설계 재작업을 억제하고, 대책 시간과 대책 비용의 저감을 도모해왔다. 설계품질의 개선, 설계효율화를 위해, 기존에는 해석의 전문가가 실시하고 있었던, 제조 불규칙을 고려한 기구 동작부의 설계 품질 확인을 설계자가 간편하게 검증할 수 있는 환경을 구축했다.

  (3)3D 데이터의 개발 프로세스로의 활용
지금까지 당사는 베테랑 설계자와 숙련공의 스킬을 전제로 한, 도구에 의존하지 않는 개발 프로세스를 구축해왔다. 한편, 해외 업체는, 설계∙제조 스킬에 의존하지 않고 3D를 토대로 한 개발 프로세스를 구축하고 있고 현지 설계∙제조 시, 당사의 개발 프로세스를 적용할 수 없다. 글로벌화로 인한 기종 전개의 증가에서 발생하는 설계 자원 부족에 대응하기 위해서는, 해외 거점에서 현지 사양에 맞추어 설계하는 개발 현지화를 추진할 필요가 있고, 현지에서 운용 가능한 개발 프로세스의 구축이 필수이다.

3.끝맺음
당사에서의 설계∙검증 기술의 고도화를 위한 “소프트웨어 설계””전자회로 설계””기계∙구조 설계”의 각 분야에서 IT를 활용한 설계생산성을 향상시킨 사례의 개요, 비전에 대해서 살펴보았다. 향후, 더욱더 고성능∙대규모 시스템화가 진행되는 제품 개발 프로세스와, 글로벌 개발 환경의 변화에 대응한 설계 프로세스 혁신을 계속하여, 한 단계 더 높은 수준의 성장을 실현해나간다.

  -- 끝 --