시스템 엔지니어링 이해하기

이전 기사에서 우리는 요구 사항 관리의 중요성과 제조 가능성을 염두에 두고 제품을 설계하는 필요성에 대해 논의했습니다. 전자 제품의 설계가 전자 설계 작업뿐만 아니라 기계 설계, 펌웨어 및 소프트웨어 개발, 프로그래머블 로직 설계, 시뮬레이션 등과 같은 여러 분야를 아우르는 일련의 활동을 포함한다는 것을 인식하는 것이 중요합니다. 또한 프로젝트 관리, 마케팅, 판매와 같은 다른 영역도 포함됩니다.

이 기사에서는 공학 프로젝트에 관련된 다양한 영역과 프로젝트 실행 관점에서 전자 제품 개발의 다양한 단계를 살펴볼 것입니다. 이에는 시작 단계뿐만 아니라 계획, 추적, 설계 및 개발, 검증, 테스트, 인증 단계 등이 포함됩니다.

전자 제품 개발: 시스템 엔지니어링이란 무엇인가?

시스템 엔지니어링은 여러 기술 및 비기술 분야를 통합해야 하는 복잡한 제품을 개발하기 위한 구조화된, 학제간 접근 방식입니다. 전자 제품 개발의 맥락에서 이는 하드웨어, 소프트웨어, 기계 설계, 펌웨어, 규정 준수 및 심지어 비즈니스 프로세스까지도 함께 조화롭게 작동하도록 보장합니다. 이는 명확한 요구 사항, 정의된 개발 단계, 견고한 통합 전략 및 수명 주기 관리를 강조하여 신뢰할 수 있고 제조 가능하며 시장에 출시할 준비가 된 제품을 제공합니다. 시스템 엔지니어링을 적용함으로써 팀은 기술적 노력을 비즈니스 목표와 일치시키고 비용이 많이 드는 후기 단계의 문제를 줄일 수 있습니다.

아래는 제품 개발 프로젝트에서의 주요 역할과 그들의 주요 기능 목록입니다.

프로젝트 관리

프로젝트 계획(로드맵, 이정표) 수립, 부서 간 업무 조정, 자원 및 구성 관리, 프로젝트 추적 및 리더십에 진행 상황이나 지연 사항 보고를 담당합니다.

제품 관리

이 분야는 제품 요구 사항과 기능을 정의하고, 판매 및 마케팅과 협력하여 제품 벤치마킹(가격, 기능, 디자인)을 수행하며, 디자인을 비즈니스 및 마케팅 전략과 일치시킵니다. 또한 최종 제품이 전략적 목표를 충족하는지 확인합니다.

마케팅 및 판매

상업화를 목적으로 하는 모든 제품은 시장 조사와 포지셔닝이 필요합니다. 이 부서는 가격 전략, 판매 채널 및 출시 캠페인을 다룹니다.

하드웨어 엔지니어링

하드웨어 팀은 시스템 아키텍처(CPU, 메모리, 센서, 연결성 등)를 정의하고, 전자 부품을 선택합니다(공급망 및 생산 엔지니어와 협력하여), 회로도 및 PCB 레이아웃을 설계하고, 신호 및 전력 무결성 시뮬레이션을 수행하며, 검증 및 인증 테스트를 지원합니다.

소프트웨어 엔지니어링

전자 제품 개발 프로젝트에서는 일반적으로 저수준 소프트웨어 개발(부트로더, 저수준 드라이버 등 포함)과 고수준 소프트웨어 개발 구성 요소(운영 체제, 애플리케이션, 스크립트 등)가 있습니다. 이 작업은 소프트웨어 개발 부서에서 이루어지지만, 임베디드 소프트웨어와 고수준 소프트웨어 영역이 상당히 구분되는 것이 일반적입니다.

기계/산업 디자인

기계 또는 산업 디자인 엔지니어는 제품 외장을 디자인하고, 재료와 마감을 선택하며, 전자 제품과의 호환성(기계적 간섭, 커넥터 배치, 버튼 등), 인체공학, 그리고 열 관리(프로세서, 배터리의 열 분산)를 분석합니다.

품질 및 규정 준수

제품이 시장에 출시되기 위해서는 CE 마킹, FCC 규정, RoHS 등과 같은 의무적인 표준 및 규정을 준수해야 합니다. 또한, 환경 시험(온도, 습도, 진동), 충격 시험, IPx 평가 및 특정 인증(Wi-Fi, Bluetooth)이 수행되어야 합니다. 품질 및 인증 부서는 이러한 모든 활동과 더불어 재료, 공정 및 최종 제품에 대한 품질 관리를 담당합니다.

제조/생산 공학

제품이 모든 설계 및 검증 단계를 완료하면 제조 단계가 시작됩니다. 이는 생산 부서의 책임이며, 제조 자체뿐만 아니라 제작, 조립, 테스트 등에 필요한 모든 공정의 설계도 담당합니다.

공급망

공급망 관리 역시 중요한 작업으로, 공급업체 관리 및 자격 부여, 필요한 모든 제조 구성 요소의 조달, 공급 위험 분석, 구성 요소의 단종 관리(수명 주기 관리), 재고 관리 및 구매 계획 등을 포함합니다. 이러한 모든 활동은 공급망 부서에서 처리합니다.  

전자 제품 개발 프로젝트의 단계는 무엇인가요?

서론에서 언급했듯이, 전자 제품 개발 프로젝트는 각기 특정한 작업을 담당하는 다양한 분야가 관여하는 과정입니다. 따라서, 프로젝트는 고차원적인 작업을 더 작고 관리하기 쉬운 단위로 나누기 위해 명확한 단계로 구분됩니다. 이러한 작은 작업들은 다양한 작업 팀에 의해 수행되어, 시기적절한 완성과 품질을 보장합니다.

공학 프로젝트는 최소한 다음과 같은 단계로 나누어져야 합니다:

1. 정의 및 시작 회의(KOM)
2. 계획
3. 설계
4. 프로토타이핑
5. 검증
6. 산업화
7. 출시

1. 제품의 정의

이 초기 단계에서 기본적인 질문은 제품이 어떤 목적을 가지며, 어떤 실제 필요를 충족시키는가입니다. 이러한 질문에 확실한 답이 없다면, 프로젝트를 시작하는 것이 가치가 없을 수 있습니다. 그렇지 않다면, 심층 분석(필요성, 경쟁사, 필요한 자원, 개발 일정, 제품 개발 비용 식별 포함)을 거친 후 킥오프 미팅(KOM)이 소집됩니다. 여기서 프로젝트가 공식적으로 발표되며, 프로젝트 팀, 범위, 주요 날짜(시작, 종료 및 중간 이정표), 비용 추정, 목표 고객 또는 제품이 충족시키는 특정 필요가 함께 제시됩니다. 이 미팅은 공식적으로 프로젝트의 시작을 알립니다.

이어지는 단계이자 아마도 가장 중요한 단계는 프로젝트 요구사항의 정의입니다. 정의된 모든 요구사항은 제품 사양을 형성하며, 이는 제품 개발의 기초 문서로 사용됩니다.

2. 프로젝트 계획

프로젝트 계획은 실행을 위해 중요하며, 모든 관련 당사자가 개발 일정과 주요 이정표를 인지하도록 합니다. 더 중요하게는, 특히 하드웨어와 펌웨어 또는 기계 부품을 통합할 때, 학제 간 의존성을 강조합니다. 프로젝트는 종종 계획을 위해 애자일 또는 워터폴 방법론을 활용합니다. Altium Develop는 스키마틱과 레이아웃에 직접 연결될 수 있는 작업 관리 도구(칸반 보드와 유사)를 제공합니다. 이를 통해 워크플로우가 간소화되며 외부 도구의 필요성이 제거됩니다.

3. 제품 디자인

디자인에 대해 이야기할 때, 우리는 하드웨어 디자인 자체만을 의미하는 것이 아니라, 제품을 구상하기 위해 함께 결합되는 모든 통합 부품이나 분야의 디자인을 말합니다. 이에는 하드웨어, 기계 설계, 열 설계, 펌웨어, 소프트웨어가 포함됩니다.

모든 디자인 과정은 초기 개념 디자인으로 시작됩니다 – 생성될 제품의 전체 구조를 나타내는 다이어그램입니다. 이 다이어그램은 디자인을 구조화하는 데에만 사용되는 것이 아니라, "BLE 회로용 PCB 안테나 디자인"이나 "전원 공급 디자인"과 같은 더 전문화된 작업의 분할을 허용합니다. 구조가 명확해지면, 팀은 상세 디자인으로 넘어갑니다. 이 과정에는 스키마틱 생성, 부품 선택, 시뮬레이션 실행, 코드 작성, PCB 디자인, 열 분석 수행, 신호 및 전력 무결성 시뮬레이션 수행이 포함됩니다.

이러한 시뮬레이션 중에 어떤 결함이 발견되면, 시뮬레이션이 긍정적인 결과를 내놓을 때까지 디자인 과정이 반복됩니다.

4. 프로토타이핑 및 통합

다음 단계는 모든 기술 영역을 포함하는 초기 프로토타입을 구축하는 것입니다:

• PCB / PCBA (인쇄 회로 기판 / 인쇄 회로 기판 조립)
• 3D 프린트 케이스
• 펌웨어 / 소프트웨어 릴리스

각 구성 요소의 버전이 준비되면 모든 것을 통합하여 첫 번째 기능 프로토타입을 형성할 시간입니다.

5. 테스트 및 검증

프로토타입이 기능적이며 초기 기본 검증을 거친 후에는 검증 팀이 올바른 작동을 검증하기 위해 광범위한 테스트 및 평가 모음을 실행합니다. 적절한 테스트 정의는 각 테스트를 특정 요구 사항에 연결하여 모든 요구 사항이 검증 및 검증을 위한 하나 이상의 관련 테스트를 가지도록 하는 것을 포함합니다. 이 검증은 단순한 기능성을 넘어 전기 테스트, 열 평가, 신호 무결성 테스트, 전자기 호환성(EMC) 테스트, 기계적 스트레스 및 케이스 내구성과 같은 다른 측면을 포함합니다.

6. 산업화 단계

검증이 성공적이고 재설계가 필요하지 않은 경우, 제품을 대량 생산 가능한 항목으로 변환하는 산업화 단계가 됩니다. 설계 단계에서 제조 가능성(DFM) 요구 사항을 고려했는지 확인하는 것이 중요합니다. 이는 제조 문제로 인해 제품 재설계가 필요할 수 있는 예상치 못한 놀라움을 피하기 위함입니다. 

또한, 제품을 제조하는 데 관련된 생산 공정은 검증되어야 합니다. 이는 대량 생산에서의 신뢰성을 검증하는 것을 포함합니다. 일반적으로 500에서 1000 단위의 상당한 샘플이 제조되어 종합적인 검증을 받으며, 제조된 각 제품의 결과가 검토되고 모든 공정이 검증됩니다.

이 단계는 또한 필요한 모든 인증을 획득하는 시기입니다(국가나 지역별로 규정이 다를 수 있음을 명심하면서), 그리고 부품 공급업체와의 공급 계약을 최종화합니다.

7. 제품 출시

제품의 출시는 단순히 제조하여 고객에게 배송하는 것만이 아닙니다. 성공적인 출시는 잘 설계된 제품이라 할지라도 그 최종 성공이나 실패를 결정할 수 있는 일련의 중요한 단계를 포함합니다.

출시를 세심하게 계획하고, 제조된 부품에 대한 강력한 품질 관리를 유지하며, 효과적인 판매 채널을 확립하고, 보증 반환을 관리하며, 우수한 고객 서비스와 기술 지원을 제공하고, 향후 업데이트를 올바르게 처리하며, 제품의 물류(포장, 운송, 재활용)와 관련하여 환경 의식을 가지는 것이 중요합니다.

결론

• 전자 제품 개발은 다수의 이해관계자를 포함합니다

전자 제품 개발에서 하드웨어 설계 엔지니어만이 퍼즐의 조각은 아닙니다. 일반적으로 관련된 팀은 적어도 전자 엔지니어, 산업 디자이너, 펌웨어/소프트웨어 개발자, 시뮬레이션 전문가, 생산 팀, 품질 보증, 영업, 물류 및 계획 부서를 포함합니다.

• 전자 제품 개발은 여러 단계가 필요합니다

전자 제품을 개발하는 것은 요구 사항 정의에서 시작하여 설계, 프로토타이핑, 검증 테스트, 산업화를 거쳐 제품의 시장 출시에 이르기까지 일련의 순차적 단계를 필요로 합니다.

다행히 이 전체 과정에서 혼자가 아닙니다.제품 개발 여정을 지원할 수 있는 Altium Develop를 탐색해보세요.