개요

오늘날의 스타트업은 기술적 아이디어를 실현하려 할 때 다음과 같은 많은 도전 과제에 직면하고 있습니다.

• 속도: 어떻게 개발 주기를 가속화할 수 있는가?
• 비용 절감: 어떻게 비용 절감과 생산성 향상을 달성할 수 있는가?
• 확장: 어떻게 제품을 개념에서 시장 출시까지 이끌 수 있는가?

이에 대한 해답은 모델 기반 설계입니다. 모델 기반 설계는 스타트업이 제품을 아이디어에서 프로토타입으로, 그리고 프로토타입에서 프로덕션으로 발전시킬 수 있도록 도와 성공으로 이끄는 엔지니어링 접근법입니다.

모델 기반 설계란?

모델 기반 설계는 개발 공정 전반에 걸친 모델의 체계적인 사용에 초점을 맞춥니다.

모델의 역할은 다음과 같습니다.

• 블록 다이어그램 및 기타 그래픽 또는 텍스트 요소에 기반한 설계의 시각적 표현. 모델은 데이터 흐름이나 시스템 아키텍처 등 설계 의도에 대한 이해를 고취합니다.
• 설계의 실행 가능한 사양. 모델을 통해 여러 도메인에 걸친 시스템 거동을 시뮬레이션할 수 있습니다.

모델을 통해 엔지니어는 설계의 장단점을 평가하고, 지속적인 검증 및 확인을 수행하며, 하드웨어 구현에 필요한 코드를 자동으로 생성할 수 있습니다.

왜 스타트업이 모델 기반 설계를 사용해야 할까요?

스타트업에서 제품의 시작은 아이디어에서 출발하며, 이후에는 일련의 요구사항에 의해 정의되는 설계 개념으로 정교화되고 구체화되며, 세부적인 기술 사양으로 빠르게 발전합니다. 이러한 사양을 충족할 수 있는 프로토타입을 제작하는 것은 스타트업에게 매우 중요합니다. 프로토타입은 초기 단계에서 제품의 가치를 입증하고, 내부 팀 간의 확신을 강화하며, 성공의 초기 증거를 원하는 외부 투자자로부터 자금을 확보하는 데 도움이 됩니다. 모델 기반 설계는 스타트업이 빠르게 아이디어에서 프로토타입으로 갈 수 있도록 해 줍니다.

아이디어에서 프로토타입으로

신속하게 고도화

처음부터 아이디어를 떠올려야 할 때 여러분은 빈 캔버스 앞에서 머리를 긁적이며 고민할 수 있습니다. 하지만 모델 기반 설계를 사용하면 처음부터 시작할 필요가 없습니다. Simulink와 애드온 제품은 여러분이 쉽게 시작할 수 있도록 참조 예제와 사전 구축된 블록을 제공합니다.

참조 예제는 여러분이 새로운 설계의 시작점으로 사용하기에 좋습니다. 참조 예제는 인슐린 펌프, 풍력 발전소, 소포 배송 드론 및 거의 모든 산업에 걸친 기타 응용 사례 등 특정 응용 사례를 위해 구축된 전체 시스템 모델입니다.

여러분이 세부 알고리즘을 포함하도록 설계를 수정하고 전체 기능을 개발할 때 사전 구축된 블록을 설계에 직접 추가할 수 있습니다. 이러한 블록은 신호 처리 알고리즘이든 제어 기법이든 상관 없이 모두 다 엄격한 테스트를 거치고 완전히 문서화된 알고리즘 모듈을 캡슐화한 형태입니다. 여러분은 설계의 필요에 따라 이러한 알고리즘을 추가하거나 결합하거나 수정할 수 있습니다.

또한 그린 수소 생산 시스템을 구동하는 전해조 또는 수직 이착륙 항공기를 구동하는 로터 등의 시스템 구성요소를 모델링하기 위해 바로 사용이 가능하며 완전히 파라미터화 가능한 블록을 적용할 수도 있습니다.

자율주행 스타트업 Voyage Auto는 참조 예제를 사용하여 개발 공정을 시작했습니다.

개발 비용 절감 및 프로토타입 제작 시간 단축

설계 공정을 시작할 때는 많은 아이디어가 머리 속에 있기 마련이며 가능한 설계 옵션을 살펴보면서 방대한 설계 공간과 거대한 불확실성에 직면하게 됩니다. 그렇지만 스타트업의 경우 시간, 예산, 고용 및 기타 리소스 관련 제약에 부딪히는 경우가 많습니다. 설계 선택을 정식화하고 좁혀가기 시작할 때 모든 옵션을 실물 프로토타입으로 테스트하기란 비현실적입니다.

모델 기반 설계를 사용하면 모델을 가상 프로토타입으로 구축하고 시뮬레이션할 수 있습니다. 디지털 설계 환경에서 대규모 설계 연구를 수행하고, 설계 옵션을 평가하며, 설계 성능을 최적화할 수 있으므로 실물 프로토타입을 제작할 필요성이 대폭 감소하는 동시에 예산을 초과할 위험을 완화할 수 있습니다.

전기스쿠터 스타트업 Ather Energy는 모델링과 시뮬레이션을 사용하여 개발을 가속화했습니다.

파력 에너지 기술 스타트업 Carnegie Clean Energy는 가상 프로토타이핑과 시뮬레이션을 사용하여 설계 문제를 해결하고 실제 가동 파력 발전소를 인도했습니다.

코드가 아닌 설계에 집중

설계 선택을 확정하고 가상 프로토타입을 개발한 후, 어떻게 여러분의 설계를 실물 프로토타입에서 실행되는 코드로 구현할 수 있을까요? 알고리즘을 수작업으로 코딩하여 설계를 코드로 변환할 수 있지만, 이러한 접근법은 많은 단계를 수반하고 그 과정에서 오류와 불일치가 발생할 수 있습니다. 설계를 변경하려면 이를 코드에서 수작업으로 구현해야 하며, 설계와 코드 간의 추적성을 구축하기가 어렵습니다.

모델 기반 설계를 사용하면 모델에서 코드를 자동 생성할 수 있습니다. 몇 달이 아닌 며칠 안에 설계를 동작하는 프로토타입에서 실행되는 코드로 발전시킬 수 있습니다. 생성된 코드는 효율적이고 품질이 우수하며 가독성이 뛰어나고 설계에 대한 완전한 추적성을 가지기 때문에 새로 생성하는 코드는 항상 최신 설계를 반영합니다. 스타트업은 코드 생성을 통해 상위 설계 작업에 집중할 수 있으므로, 이는 스타트업에서 소프트웨어 개발에 사용할 수 있는 강력한 접근법입니다.

전기자전거 스타트업 Ellio는 임베디드 하드웨어를 타겟팅하는 제어 코드를 자동으로 생성하여 프로토타입 제작 시간을 단축했습니다.

수술 로보틱스 스타트업 Preceyes는 자동 코드 생성을 통해 소프트웨어를 구현하여 세계 최초의 안과 수술 로봇을 개발했습니다.

의료 기술 스타트업 Bigfoot Biomedical은 시뮬레이션 및 자동 코드 생성을 통해 인슐린 주입 시스템을 개발했습니다.

프로토타입에서 프로덕션까지

스타트업의 입장에서, 작동하는 프로토타입을 개발하는 것은 투자자, 공급업체 및 고객에게 제품의 가치를 입증하는 중요한 역할을 합니다. 그러나 스타트업이 큰 규모의 진정한 상업적 성공을 거두려면 제품을 개념 증명(기능, 품질, 성능이 제한적인 경우가 많음) 상태에서 프로덕션 준비 상태까지 발전시켜야 합니다. 모델 기반 설계를 통해 스타트업은 프로토타입에서 프로덕션 단계로 빠르게 발전시킬 수 있습니다.

한 번의 모델링 후 어디에나 배포

프로토타입에서 프로덕션으로 발전시키는 단계에서는 더 강력한 하드웨어를 활용하여 성능을 향상하거나 혹은 보다 비용 효율적이고 쉽게 구할 수 있는 하드웨어를 활용하여 대규모 프로덕션에서 비용 절감을 꾀하기 위해 하드웨어를 변경해야 하는 경우가 종종 있습니다. 소프트웨어를 다른 하드웨어 플랫폼과 통합하기 위해서는 자체적인 하드웨어 전문 지식이 필요할 뿐만 아니라 소프트웨어도 변경해야 하므로 하드웨어 요구사항의 변경은 스타트업에게는 까다로운 도전 과제입니다.

모델 기반 설계를 사용하면 모델에서 마이크로컨트롤러용 C/C++ 코드, FPGA/ASIC용 Verilog/VHDL 코드, PLC용 Structured Text 또는 GPU용 CUDA^® 코드 등 다양한 하드웨어를 타겟팅하는 이식성이 좋은 코드를 생성할 수 있으므로 소프트웨어 개발과 하드웨어를 분리할 수 있습니다. MathWorks는 주요 하드웨어 공급업체와의 협력을 통해 이러한 플랫폼 전반에 걸친 하드웨어 통합을 지원합니다.

코드 생성 지원 및 하드웨어 통합 지원을 통해 여러분은 설계를 한 번 모델링한 다음 이를 모든 지원 하드웨어 타겟에 배포할 수 있습니다. 이는 여러분의 팀원들이 하드웨어 전문가가 될 필요가 없으며, 하드웨어의 세부 사항에 대해 배우고 기존 알고리즘을 신제품에 맞게 재코딩하는 대신 설계 작업에 집중할 수 있다는 의미입니다.

에너지 저장 시스템 스타트업 Stem은 모델 기반 설계를 사용하여 마이크로컨트롤러 하드웨어에서 제어 소프트웨어 개발을 분리했습니다.

모션 시뮬레이터 스타트업 Dynisma는 다양한 마이크로컨트롤러와 하드웨어 시스템을 타겟팅하여 설계를 확장했습니다.

결함 최소화 및 품질 보장

프로토타이핑 단계에서 프로덕션 단계로 넘어갈 때 핵심적인 목표는 결함을 줄이고 제품 품질을 보장하는 것입니다. 하지만 스타트업은 종종 개발 공정의 후반부에 오류를 발견하는 위험에 직면하곤 합니다. 이러한 오류를 수정하기 위해서는 상당한 재작업이 필요하며 많은 시간과 비용이 소요됩니다.

모델 기반 설계를 사용하면 요구사항 및 초기 설계 검증부터 시스템 통합 테스트에 이르는 개발 공정의 모든 주요 단계에서 분석, 검사 및 테스트를 수행할 수 있는 툴이 제공되어 설계에 대한 지속적인 검증 및 확인이 가능합니다.

시뮬레이션을 통해 시간과 리소스를 실물 테스트에서 가상 테스트로 전환하여 미리 검증할 수 있습니다. ‘조기 테스트’는 장비 및 실물 프로토타입과 관련된 테스트 비용을 절감하고 실제 조건에서 제품을 테스트하기 전에 전체 오류 범주를 근절할 수 있습니다. 또한, 가상 테스트는 가정적인 질문에 대한 답을 제공할 뿐만 아니라, 실제 운영 환경에서 재현하기가 어려우며 때로는 재현이 불가능한 테스트 시나리오 또는 경계 조건을 시뮬레이션할 수도 있습니다.

전체 V&V 워크플로 지원

전기 모터사이클 스타트업 BPG Motors는 시뮬레이션 기반 테스트를 사용하여 제품의 문제를 파악하고 프로토타입에서 생산 전 단계로 제품을 전환하였습니다.

무인 항공 시스템 스타트업 Airnamics는 가상으로 시스템을 테스트하여 최초 비행 전에 대부분의 소프트웨어 버그를 제거했습니다.

인증 획득

항공우주, 자동차, 의료기기 및 재생 에너지 등의 산업에서 안전 필수 응용 사례를 개발하는 스타트업의 경우, 시스템의 소프트웨어는 엄격한 테스트를 통과해야 할 뿐만 아니라 국제 표준 기구 또는 산업 실무 그룹에서 규정한 기능 안전 표준을 준수해야 합니다. 스타트업에 있어서 인증 워크플로에 활용할 수 있는 적절한 툴과 따라야 할 올바른 공정을 파악하는 것은 어려운 일입니다.

모델 기반 설계는 여러분의 모델과 여기서 생성된 코드가 업계 표준을 준수하는지 검사할 수 있는 툴을 제공합니다.

또한, IEC Certification Kit는 툴 검증 아티팩트, 인증서 및 테스트 스위트를 제공하며 추적성 매트릭스를 생성합니다. 이 키트를 사용하면 Embedded Coder^®, HDL Coder™, Polyspace^® 제품군과 같은 코드 생성 및 검증 툴을 검증하고 임베디드 시스템을 ISO^® 26262, IEC 61508, EN 50128, ISO 25119뿐만 아니라 IEC 62304, EN 50657과 같은 관련 표준에 따라 인증하는 과정을 간소화할 수 있습니다. 이 키트에는 지원 제품 및 표준에 대해 인증 기관 TÜV SÜD의 인증서와 평가 리포트가 포함되어 있습니다.

앞서 설명한 에너지 저장 시스템 스타트업 Stem도 전력 시스템 시뮬레이션을 사용하여 제품 테스트를 통과하고 IEEE^® 1547 인증을 더 빠르게 획득했습니다.

차세대 제품에서 설계 재사용

최초 제품 출시의 초기 성공을 바탕으로 다음 제품에 착수할 준비가 되었을 때 모델 기반 설계를 사용하면 새로운 설계에서 이전 반복에서의 설계 모델을 재사용할 수 있으므로 차세대 제품을 위한 개발 노력을 가속화할 수 있습니다. 또한, 다양한 니즈의 고객에게 도달하기 위해 제품을 확장할 때 설계 Variant를 쉽게 생성하고 관리할 수 있습니다.

전력 전자 장비 기업 VONSCH는 설계 모델을 재사용하여 소규모 엔지니어링 팀으로 신제품을 신속하게 출시하고 있습니다.

스타트업이 어떻게 모델 기반 설계를 도입할 수 있을까요?

단계적 도입

모델 기반 설계를 사용하면 얻을 수 있는 잠재적 이점에도 불구하고. 스타트업 기업들은 새로운 개발 공정의 도입과 관련한 따른 위험을 고려하곤 합니다. 특히 새로운 공정을 시범 운영하고 새로운 툴을 학습할 전담 직원이 없는 소규모 스타트업의 경우 더욱 그렇습니다.

성공한 스타트업은 모델 기반 설계를 점진적으로 도입하여 이러한 위험을 완화했습니다. 이러한 기업은 일반적으로 단일 프로젝트로 시작하여 모델 기반 설계를 사용하는 경우에 달성할 수 있는 초기 성과와 현재 방식을 사용하는 경우의 초기 성과를 파악합니다. 모델 기반 설계를 성공적으로 도입하기 위해서는 프로젝트 속도를 늦추지 않으면서 점진적인 방식으로 도입해야 합니다.

1. 프로젝트의 작은 부분부터 실험해 봅니다.
2. 최초 모델링 성공을 바탕으로 발전시킵니다.
3. 모델을 사용하여 구체적인 설계 문제를 해결합니다.
4. 기본에 충실합니다.
5. MathWorks 전문가의 경험을 활용합니다.

소규모 팀의 모델 기반 설계 도입 경험과 접근법에 대한 내용은 엔지니어링 팀의 모델 기반 설계 도입 방법 백서에서 볼 수 있습니다.

Océ의 3명으로 구성된 엔지니어링 팀은 MathWorks 교육의 도움을 받아 1~2주 만에 모델 기반 설계를 도입했습니다.

ROI(투자 대비 성과) 측정

모델 기반 설계를 도입하면 시스템 엔지니어링 단계, 개발 단계, 테스트 단계에서 상당한 비용을 절약할 수 있습니다. 모델 기반 설계를 도입한 조직은 기존 방법과 비교했을 때 20~60%에 달하는 비용 절약을 실현합니다.

기존 개발 접근법과 비교하여 모델 기반 설계의 예상 절감액을 정량화하는 방법에 대한 내용은 모델 기반 설계의 투자 대비 성과 측정하기 백서에서 볼 수 있습니다.

전기차 스타트업 Vanderhall Motor Works는 모델 기반 설계를 도입하여 제한적인 엔지니어 인력으로 1년 이내에 완전 전기 UTV(다목적 자동차)를 제작했습니다.

MathWorks 스타트업 프로그램

MathWorks 스타트업 프로그램은 자격을 갖춘 스타트업에 저렴한 스타트업 가격, 응용 엔지니어의 지원 및 기술 지원, 교육 수강권 50% 할인을 포함한 현지 언어로 제공되는 교육 옵션, 기술 또는 제품을 소개할 수 있는 공동 마케팅 기회를 제공합니다. 특히, 대규모 조직 수준의 사내 전문 지식이나 리소스를 갖추지 못한 스타트업에게는 MathWorks가 제공하는 방대한 지원과 리소스가 큰 도움이 될 수 있습니다.

자율비행 화물 헬리콥터 스타트업 RangeAero는 모델 기반 설계 툴을 도입하고 복잡한 문제를 해결하기 위해 MathWorks 응용 엔지니어링 팀과 협력했습니다.

자율주행 트랙터 스타트업 Monarch Tractor는 모델 기반 설계를 도입하고 MathWorks 스타트업 프로그램의 지원을 받아 발사체를 인도했습니다.

MathWorks 액셀러레이터 프로그램

MathWorks 액셀러레이터 프로그램은 파트너 액셀러레이터의 스타트업이 개발을 증진할 수 있도록 지원합니다. 이들 스타트업은 정식 상업 고객으로 취급되어 분야별 전문가의 기술 지원과 안내를 받을 수 있으며 업계에서 입증된 소프트웨어를 무료로 이용할 수 있습니다.

인도의 액셀러레이터 Forge는 MathWorks 액셀러레이터 프로그램에 참여하여 스타트업이 개발 과정에서 모델 기반 설계 및 테크니컬 컴퓨팅 툴을 도입할 수 있도록 지원했습니다.

DERBI Foundation(Dayananda Sagar Entrepreneurship Research & Business Incubation Foundation)의 인큐베이션 지원을 받은 스타트업 기업 Xfinito Biodesigns는 MathWorks의 지원을 활용하여 당뇨병성 신경병증 치료를 위한 새로운 의료기기를 출시했습니다.

모델 기반 설계를 통한 성공

기후 문제를 해결하기 위한 재생 에너지 시스템 개발, 육상, 항공, 해상 모빌리티의 미래 정의 또는 새로운 의료기기를 통한 삶의 질 향상 등 다양한 산업 분야의 스타트업이 모델 기반 설계를 통해 즉각적이고 가시적인 성과를 지속적으로 달성하고 있습니다.

점진적인 접근법과 MathWorks의 지원을 통해 스타트업은 모델 기반 설계를 성공적으로 도입하고 아이디어에서 프로덕션 단계까지 확장하여 신속하고 비용 효과적 및 효율적으로 혁신을 달성할 수 있습니다.