커크 구트만(Kirk Gutmann), 인더스트리 전략 수석부사장, 지멘스 PLM 소프트웨어

자동차 산업의 당면 이슈들을 되짚어보고, 자동차 기업들이 설계 및 제조 프로세스를 강화해 혁신과 지속적인 성장을 이끌어갈 수 있는 방안을 모색해본다.

자동차 분야는 전 세계적으로 가장 뜨겁고 중요한 시장 중 하나다. 한해 평균 지출되는 R&D 비용이 1,000억 달러를 넘고 유럽에만 129만 명이 관련 산업에 종사하고 있다. 한편으로는 그 성공 여부와는 별개로 당면 과제도 많다. 법적 규제, 특히 환경 규제의 경우에는 근본적인 설계 변화를 요구하고 있다.

고객의 행동 변화는 커넥티드 카, 스마트카, 자율주행차에 대한 요구로 이어지고 있으며, 이러한 첨단 자동차는 하이테크 기술이 적용된 기기로서 자동차 제조사들은 최상의 주행 경험을 제공하기 위해 노력하고 있다.

혁신의 시대

자동차 산업이 직면하고 있는 여러 과제 중 하나인 환경 규제는 특히 중요한 사안이다. 2025년까지 배출가스를 절반으로 줄여야 하고 연비를 두 배로 개선해야한다. 향후 10년을 과거 10년과 비교하면 4배 가까운 개선이 이뤄지는 셈이다.

새로운 시장과 변화는 새로운 접근방식을 요구한다. 실제 자동차 산업에서, 늘어나는 설계 개선 요구를 충족하기 위해 새로운 클린시트 접근법(clean-sheet approach)으로 대체해야한다는 논의가 있다. 이러한 방식을 통해 배기가스를 줄이고 중량 감소에 대한 문제를 해결하고자 하는 것이다. 클린시트 설계는 전체 차량 개발 프로세스를 재창조하고 자동차 설계의 모든 측면을 고려한 최상의 솔루션을 발견하고자하는 시도라 하겠다. 자동차 제조사들이 점차적으로 복합재와 알루미늄 사용을 늘리고 새로운 차체 재료 물색과 함께 부품 공급업체들에게 15~25%의 무게절감을 요구하는 것이 그 대표적인 사례다.

경량화에 대한 추구뿐 아니라 최상의 주행 경험을 제공할 수 있는 스마트한 자동차를 위한 혁신 레이스도 한창이다. 지리정보 시스템과 컴퓨터 분석의 발전은 내비게이션 성능 개선과 주행 안전성을 향상시키고 있다. 자동차 제조사들은 전문 팀을 꾸려 안전성은 높이고 간단하고 사용이 간편한 방식으로 최적의 정보를 나타낼 수 있는 차량 내 인터페이스 개발에 투자하고 있다.

오늘날 프리미엄급 차량은 이미 1억라인 이상의 프로그램 코드 라인 수(Lines Of Code, LOC)를 과시한다. 이는 항공기보다 큰 규모다. 자동차 설계는 이전과 비교할 수 없을 정도로 복잡해지고 있다. 차량이 자율주행차로 진화함에 따라 소프트웨어가 그 어느 때보다 중요해지고 있다.

필수 업무의 새로운 방식

더 많은 차세대 자동차가 출시되고 도로 위를 질주함에 따라, 자동차 제조사들은 보다 기민하고 효율적인 프로토타입 방식을 통해 차량 개발 프로세스를 단순화하고 개발 주기를 단축해야 한다. 이러한 기민성(agility)은 새로운 모델에 대한 디지털 복제(digital clones) 방식으로 달성할 수 있다.
이러한 모델들은 가상 세계에서 보다 많은 개발과 테스트를 가능하게 하고, 설계, 테스트, 승인 등에 대한 주기를 앞당길 수 있다.

자동차의 디지털 트윈(Digital Twin) 생성은 디지털 설계 환경으로 전환을 위한 첫 단계다. 빠르고 효율적인 제품 개발을 위해서는 혁신을 촉진하기 위한 강력한 디지털 기업을 만드는 것이 필수다. 필자는 자동차 회사들이 차량 개발 프로세스의 디지털화(digitalization)를 촉진하기 위해 취할 수 있는 다섯 가지 핵심 단계에 주목하길 바란다.

● 클린시트 설계: 클린시트 설계는 항공 분야에서 주로 사용되는 방식이다. 항공우주 분야 회사는 프로젝트, 팀, 협력업체(supplier) 등을 모듈 방식으로 호스팅한다.
하지만 비행기 전체 측면을 처음부터 다시 고려하기 위해서 통합된 PLM(제품수명주기 관리) 툴 세트를 이용한다. 자동차 산업에서 PLM은 광범위하게 사용돼 왔지만, PLM의 범위와 역량 또한 바뀌어야한다고 생각한다.

이유는 모든 설계 측면을 면밀히 조사함에 따라 개별 기능 영역 간의 변화를 긴밀하게 조정하는 것이 복잡성을 줄이기 위해 필수적이기 때문이다. 툴은 반드시 하나의 제품 개발 및 시뮬레이션 환경에서 개별 개발 패키지와 통합이 용이해야한다. 또한 기술 생성과 업데이트, BOM(bills of materials) 관리, 공통의 목적을 지닌 사람과 프로세스에 대한 조정이 가능해야한다. 뿐만 아니라 기계, 전기, 소프트웨어 부품을 포함한 차량 개발의 모든 단계를 커버할 수 있는 역량을 갖춰야 한다. 일반적인 PLM 백본은 변화에 대한 관리가 쉽고 가상의 팀 배정과 개발 주기를 단축시킨다.

● CAE 및 CAD의 통합: 차량 테스트와 시뮬레이션을 비롯해 설계와 엔지니어링 해석 활동에 대한 통합의 필요성이 늘고 있다. 1D 및 3D 디지털 모델을 사용함으로써 차량 프로토타입 시간을 현저하게 단축할 수 있다. 이는 설계 검증(validation)이 반복적으로 진행될 경우, 물리적으로 모든 컴포넌트, 설계물, 부품들을 검증하기 어렵기 때문이다. 가상 및 물리적 세계를 통합함으로써 컴포넌트들의 성능을 패브리케이션(fabrication) 종료 전에 파악할 수 있어 개발 비용과 시간을 절약할 수 있다.

● 소프트웨어 모델링: 자동차에서 소프트웨어의 중요성을 고려할 때 코드의 생성, 문서화, 저장 및 운영 테스트 등을 간편하게 하는 것이 중요하다. 이를 위해 ALM(애플리케이션 수명 주기관리)과 PLM시스템 간의 통합이 필요하다. 복잡성을 줄이고 효율성을 높이며 임베디드 소프트웨어 개발 프로세스 비용을 줄이는 데 효과적이다. 또한 통합된 ALM-PLM 환경은 프로젝트 시작부터 끝까지 임베디드 소프트웨어 개발과 관리를 용이하게 하며, 전체 개발 계획에 대한 프로세스를 완전하게 한다. 이로써 대규모의 소프트웨어 개발 관리가 가능하고 에러에 대한 추적 및 확인이 가능하다.

● 변화 실행: 글로벌 프로그램 실행시 방대한 양의 변화 요구가 발생하기 때문에 엔지니어링과 제조 시스템 연결은 필수적이다. 엔지니어링과 제조는 다양한 자동차 설정에 필요한 운영 변화와 툴링의 유형을 확인하기 위해 함께 움직여야 한다. 예를 들어 조립 라인에 자동차 미러를 설치할 경우를 생각해보자. 자동차 미러를 고려할 때 다양한 형태의 미러가 있다. 전기적/비전기적, 열선 미러, 수동식, 사각지대 지원 시스템(BSD) 방식 등 다양하다. 이들 다양한 미러의 구축 순서(build sequence)는 다양한 전기적, 기계적 결합 단계를 필요로 하기 때문에 각각 다르다. 여기서 디지털 프로젝트관리 플랫폼은 제품 엔지니어링과 제조 엔지니어링, 생산 현장(shop floor) 실행을 단일 시스템에 통합하도록 한다. 또한 가시성과 제어 기능을 통해 복잡성을 줄여주고 보다 빠른 시장 출시를 돕는다. 올바른 프로세스 실행과 올바른 프로세스 제어를 실행할 수 있기 때문이다.

● 품질 시스템과 분석의 통합: 필자는 고객이 품질 시스템과 분석을 새롭게 바라보길 원한다. 포괄적인 퀄리티 툴과 분석은 어떻게 설계가 생산으로 이어지는지에 대한 통찰을 제공한다. 또한 차체 연결 시 오류 오차범위와 같이 예정된 품질과 실제 제품 품질에 차이가 발생할 경우 이를 처리할 수 있도록 한다. 이러한 데이터는 제품 생산 품질을 향상시키고 설계 프로세스에 피드백을 제공해 차량 엔지니어링과 부품 생산, 조립 등 향후 개선에 주된 역할을 수행한다.

● 복잡성 및 제어: 자동차 설계와 생산이 보다 복잡해질 것이라는 것은 자명하다.
기술은 이러한 도전의 근간이자 동시에 해결책이라 할 수 있다. 차량이 진화함에 따라 복잡성을 줄이고 제품 개발을 가속화할 수 있는 소프트웨어가 더욱 중요하다. 설계, 테스트, 시뮬레이션, 생산, 실행 분석에 이르는 포괄적인 솔루션이 필요한 이유다. 이를 통해 가상의 팀에 대한 관리, 비용 유지, 개발 프로세스 자동화 및 검증을 쉽게 수행할 수 있다.

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자동차 산업이 국방 및 항공 분야보다 더 많은 R&D비용을 지출한다는 사실은 더 이상 특이한 일이 아니다. 자동차 산업은 보다 가볍고 스마트한, 궁극적으로는 자율주행차 개발 경쟁에 돌입했다.
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소프트웨어 시대
자동차는 자율주행차로 진화하고 있으며, 그 방향으로 움직임에 따라 우리가 보유한 소프트웨어의 코딩 규모는 엄청나게 증가할 것이다. 안전성의 진화도 흥미로운 분야다. 최근에는 차선 교차 시스템(lane crossing systems)을 넘어, 보다 발전된 형태의 주행 감지 애플리케이션이 등장하고 있다. 예를 들어 웨어러블 기술을 통해 자동차 시스템에 응력이나 피로도 레벨을 입력하면, 자동차는 이를 분석해 운전자의 인지 상태가 떨어질 경우 알려준다. 또한 충돌 발생 시에는 센서가 사고 위치와 사고의 심각성정도, 잠재 부상 여부 등의 정보를 구조대에 전송한다. 이런 배경에서 자동화, 쓰기, 테스트, 수정, 모니터링 등 복잡한 소프트웨어 코딩 작업은 시간을 많이 필요로 하기 때문에 이를 단순화해 개발 주기를 단축해야 한다.

참고문헌
1 http://www.autoalliance.org/auto-innovation/randd-investments
2 http://www.acea.be/