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정의
전동 배선 하네스( 와이어링 하네스 )는 센서, 전자 제어 장치(ECU), 배터리, 액추에이터 등 자동차 내의 모든 전기 및 전자(E/E) 부품을 연결하는 전기 케이블의 조합 또는 전선 조립체입니다. 이 배선 하네스( 와이어링 하네스 )는 E/E 시스템 내의 에너지 및 정보 흐름을 처리하여 조향 및 제동과 같은 차량의 주요 기능은 물론, 환기 및 인포테인먼트와 같은 보조 기능까지 수행합니다.
승용차와 트럭, 버스 등 기타 도로 주행 차량은 기계 및 전기 설계 분야에서 가장 까다로운 적용 분야 중 하나입니다. 이러한 분야의 전기 시스템은 극한의 온도, 습도, 햇빛, 먼지, 진동 등 광범위한 환경 조건에서도 정상적으로 작동해야 합니다. 또한 전기 시스템은 신뢰성에 대한 사용자의 기대와 필수적인 안전 핵심 설계 기준을 충족해야 합니다. 자율 주행, 첨단 운전자 보조 시스템(ADAS), 인포테인먼트 플랫폼에 대한 관심이 높아짐에 따라, 차량의 기반이 되는 정교한 전기 시스템은 효율적으로 관리되어야 하며, 승객과 차량의 안전을 위해 어떠한 전기적 위험도 초래해서는 안 됩니다.
자동차에는 수많은 전선과 케이블이 들어 있는데, 이를 완전히 펴면 수 킬로미터에 달합니다. 이를 케이블 하네스로 묶어두면 진동, 마모, 습기 등의 악영향으로부터 더 효과적으로 보호할 수 있습니다. 전선을 휘어지지 않는 묶음 형태로 고정하면 공간 활용도를 극대화하는 동시에 단락 위험을 줄일 수 있습니다. 설치 담당자는 여러 가닥의 전선을 개별적으로 설치할 필요 없이 하나의 하네스만 설치하면 되므로, 설치 시간이 단축되고 공정을 쉽게 표준화할 수 있습니다. 전선을 난연성 슬리브로 묶어두면 전기 화재 위험도 낮아집니다. 이러한 현대적인 차량 전기 시스템을 설계하는 것은 자동차 개발 과정에서 중요한 과제이며, 이는 배선 하네스를 통해 이루어집니다.
와이어링 하네스 는 어떻게 만들어지나요?
자동차 내부의 전자 부품은 날로 늘어나고 있으며, 이를 연결하는 배선 하네스를 관리하는 데 있어 새로운 과제를 제기하고 있다.
와이어 하네스는 수많은 전선이나 케이블을 체계적으로 정리해 주는 특수하게 설계된 시스템입니다. 이는 절연재 내부에 케이블을 체계적이고 통합적으로 배열한 것입니다.
배선 조립체의 목적은 신호나 전력을 전송하는 데 있습니다. 케이블은 스트랩, 케이블 타이, 케이블 레이싱, 슬리브, 전기 테이프, 도관 또는 이들의 조합을 사용하여 묶어 고정합니다.
개별 전선을 수동으로 배선하고 연결하는 대신, 전선을 필요한 길이로 자른 뒤 묶어서 단자나 커넥터 하우징에 고정하여 하나의 부품으로 만듭니다.
와이어링 하네스 는 두 단계에 걸쳐 제작됩니다. 먼저 소프트웨어 도구를 통해 설계한 후, 2D 및 3D 레이아웃을 제조 공장과 공유하여 하네스를 제작합니다.
차량 와이어링 하네스 설계의 구체적인 과정은 다음과 같은 단계로 이루어집니다:
- 먼저, 전기 시스템 엔지니어는 전기 부하 및 관련 특수 요구 사항을 포함하여 전체 전기 시스템의 기능을 제시합니다. 전기 장비의 상태, 설치 위치, 그리고 와이어링 하네스 과 전기 장비 간의 연결 방식은 모두 핵심적인 고려 사항입니다.
- 전기 시스템 엔지니어가 제공한 전기적 기능 및 요구 사항을 바탕으로, 해당 기능에 필요한 부품을 추가하고 이를 서로 연결하여 차량 전체의 전기 회로도를 작성합니다. 아키텍처 플랫폼 내 여러 차량에 공통적으로 사용되는 기능들은 함께 저장됩니다.
- 회로도가 정의된 후, 와이어링 하네스 설계가 이루어집니다. 하나의 플랫폼 내에서 최종 고객마다 다양한 요구 사항을 가질 수 있습니다. 각 최종 사용자의 요구 사항에 맞춰 별도로 설계를 진행한다면 시간과 비용이 많이 소요됩니다. 따라서 설계자는 와이어링 하네스 를 설계하는 과정에서 여러 가지 변형 설계를 함께 고려합니다.
- 마지막 단계에서는 모든 배선 설계를 2D 도면으로 표현하여, 각 전선이 어떻게 묶여 있는지, 그리고 전선을 고정하기 위해 묶음들이 어떻게 덮여 있는지를 보여줍니다. 이 2D 도면에는 끝단 커넥터도 표시되어 있습니다.
- 이러한 설계는 세부 정보를 가져오고 내보내기 위해 3D 도구와 연동될 수 있습니다. 와이어 길이는 3D 도구에서 가져올 수 있으며, 종단 간 연결 세부 정보는 ‘ 와이어링 하네스 ’ 도구에서 3D 도구로 내보낼 수 있습니다. 3D 도구는 이러한 데이터를 활용하여 스트랩, 케이블 타이, 케이블 묶음, 슬리브, 전기 테이프, 도관 등의 수동 부품을 관련 위치에 추가한 후, 이를 ‘ 와이어링 하네스 ’ 도구로 다시 전송합니다.
소프트웨어에서 설계가 완료된 후, 와이어 하네스는 제조 공장에서 절단 공정을 시작으로, 사전 조립 공정을 거쳐, 마지막으로 조립 공정에서 생산됩니다.
| 무대 | 설명 |
| 함수 정의 | 전기 시스템 엔지니어는 기능, 부하, 설치 위치 및 연결 요건을 정의합니다. |
| 회로도 작성 | 다양한 플랫폼에서 재사용 가능한 구성 요소를 사용하여 작성된 차량 전체 전기 회로도 |
| 와이어링 하네스 디자인 | 다양한 고객 요구 사항에 맞춰 유연하게 대응할 수 있도록 설계된 하네스 |
| 2D 설계 생성 | 도면에는 전선 묶음, 피복 및 단자 연결부가 표시되어 있습니다. |
| 3D 도구 상호작용 | 와이어 길이를 불러오고, 수동 소자를 추가하며, 2D/3D 툴 간에 데이터를 교환합니다. |
| 제조 단계 | 절단, 사전 조립 및 조립이 포함됩니다. |
와이어링 하네스 를 구축하는 데 어떤 어려움이 있을까요?
와이어 하네스 설계 과정은 시간이 많이 소요되고 어려우며, 작업 중심적입니다. 자동차에 탑재되는 전자 장치의 비중이 증가함에 따라, 와이어 하네스 시스템( 와이어링 하네스 )의 설계 과제와 복잡성도 계속해서 커지고 있습니다. 또한 현대 자동차 산업에서 이러한 과제를 해결하는 것은 필수 불가결한 일이 되었습니다. 통합 플랫폼을 활용한 글로벌화된 와이어 하네스 설계와 관련하여, 와이어 하네스 시스템( 와이어링 하네스 )을 구축할 때 직면하는 세 가지 주요 과제는 다음과 같습니다:
- 데이터의 불일치 및 재사용의 한계
- 시스템 통합의 부재
- 물리적 시제품 제작 후반부에 발견된 문제 및 오류
공유(또는 통합) 플랫폼으로 성공적으로 마이그레이션하려면 팀과 지역 전반에 걸쳐 일관된 데이터가 필요합니다. 각 팀이 자체 EDA 및 CAD 툴 세트를 사용하여 개별적으로 설계를 진행할 경우, 시간이 지남에 따라 “공유” 데이터의 일관성이 깨질 가능성이 매우 높습니다. 글로벌화의 주요 이유 중 하나인 설계 재사용은 설계가 일치하지 않을 때 훨씬 더 어려워집니다. 또한, 데이터 불일치로 인한 연쇄적인 영향은 시장 출시 기간(TTM)을 지연시킬 수 있으며, 프로젝트 후반부에 발견된 일관성 문제는 이를 해결하기 위해 종종 이전 설계 단계로 되돌아가야 하는 상황을 초래합니다.
전 세계에 흩어져 있는 팀들의 설계 결과를 종합하여 전체 전기 설계를 완성할 때 비로소 불일치나 설계 품질 문제가 드러나는 경우가 많습니다. 이러한 통합 단계는 일정상 상당히 늦은 시점에 이루어지기 때문에 시장 출시 기간(TTM)에 부정적인 영향을 미치고 귀중한 엔지니어링 자원을 소모하게 됩니다. 게다가 새로운 경쟁사의 등장이나 새로운 업계 표준으로 인해 프로젝트 진행 과정에서 차량 요구 사항이 변경될 수도 있습니다. 플랫폼에 대한 업데이트가 발생하면 모든 도구와 데이터베이스를 변경해야 하는데, 이는 반수동적인 작업으로 실수나 누락이 발생하기 쉬운 과정입니다. 지속적인 시스템 통합이 이루어지지 않으면, 여러 팀에서 발생하는 설계 변경으로 인해 데이터 불일치 위험이 증가하고, 병합 지점이 여러 곳으로 분산되며, 이로 인해 문제가 더욱 악화됩니다.
병합 작업이 순조롭게 진행되고 큰 불일치가 발견되지 않더라도, 전기 시스템의 물리적 시제품을 제작하여 테스트할 때 문제나 오류가 드러나지 않을 것이라는 보장은 없습니다. 이러한 문제를 해결하는 과정은 TTM을 더욱 지연시키고 더 많은 자원을 소모하게 됩니다. 기존의 흐름은 설계에 대한 분석을 제한적으로 수행하며, 검증과 타당성 확인 모두를 실험실 테스트에 의존합니다. 더 우수한 EDA 도구를 사용해야 하는 주요 이유 중 하나는 물리적 시제품 제작 단계 이전에 보다 철저한 검증을 수행하고, 실험실 테스트는 최종 시스템 검증 단계에서만 활용해야 한다는 점입니다.
| 도전 과제 | 충격 |
| 데이터 불일치 | 팀 간 불일치로 인한 지연; 설계 재사용의 어려움; 데이터 무결성에 대한 위험 |
| 시스템 통합의 부재 | 설계 변경 사항이 반영되지 않음; 여러 도구/데이터베이스의 사용은 오류 발생 위험을 높임 |
| 개발 후기 단계의 프로토타입 오류 | 물리적 테스트 과정에서 발견된 문제들은 제품 출시 시기를 지연시키고 자원을 소모합니다. |
EDA 도구를 사용하여 와이어링 하네스 를 생성하면 어떤 이점이 있나요?
EDA 도구를 사용하여 와이어링 하네스 를 생성하는 과정은 기존의 와이어링 하네스 생성 방식에 비해 많은 이점을 제공합니다. 시장 출시 기간을 단축할 뿐만 아니라, 데이터의 일관성 향상, 복잡한 변형 처리 기능, 신뢰성, 사용 편의성, 효과적인 모니터링, 데이터 무결성 및 향상된 설계 검증 등을 제공합니다.
- 데이터 일관성 향상. 도구와 방법론은 플랫폼 기반 설계 생성을 지원하도록 설계되어, 전체 설계 흐름 전반에 걸쳐 데이터 일관성과 충분한 재사용을 보장함으로써 제품 출시 기간을 단축합니다. 이는 하향식 연계 설계 흐름과 ‘구축 시부터 올바른(correct-by-construction)’ 통합을 통해 달성할 수 있습니다.
- 데이터 무결성. 모든 기능은 통합 부족으로 인한 설계 품질 문제가 발생하지 않도록 함께 구축되고 설계됩니다. 이는 단일 설계 데이터베이스와 옵션 처리 기능, 그리고 동시 설계를 위한 다중 사용자 환경을 통해 달성될 수 있습니다.
- 설계 검증. 모든 단계에서 시뮬레이션을 통합하여 치수 산정 및 견고성 분석을 수행함으로써, 내장된 시뮬레이터를 통해 설계 단계에서 직접 문제와 오류를 발견할 수 있도록 하며, 신속한 설정 및 재사용을 위한 고급 검증 및 자동화 기능을 제공합니다.
| 이점 | 상세 정보 |
| 데이터 일관성 향상 | 플랫폼 기반 설계는 일관된 재사용과 시장 출시 기간 단축을 보장합니다. |
| 데이터 무결성 | 통합 설계 데이터베이스, 다중 사용자 환경, 옵션 관리 기능을 통해 설계 품질 문제를 방지합니다. |
| 설계 검증 | 내장된 시뮬레이션 기능을 통해 시제품 제작 전에 검증이 가능하여 품질과 안정성을 향상시킵니다. |
와이어링 하네스 그리고 Synopsys
Synopsys Saber™는 다중 도메인 전력 전자 설계를 위한 고성능 가상 프로토타이핑 도구 솔루션으로, SaberRD, SaberEXP 및 SaberES Designer 로 구성되어 있습니다. Saber 를 통해 엔지니어는 다양한 부품 공차 조건에서 복잡한 시뮬레이션을 실행하고, 최상의 경우와 최악의 경우 결과를 도출하며, “가상 시나리오” 분석을 손쉽게 수행할 수 있습니다. 업계 최고 수준의 정확도로 인해 필요한 시제품 수를 줄여 개발 비용을 절감할 수 있습니다.
SaberES Designer 와이어링 하네스 는 배선 레이아웃, 자재 및 비용을 최적화하기 위한 도구로, 업계의 CAD 시스템과 연동할 수 있습니다. 이 소프트웨어는 데이터 일관성, 데이터 무결성 및 설계 검증을 보장하기 위해 의 설계 과제를 해결하는 솔루션을 제공합니다. 탑다운(top-down) “연동형” 설계 흐름이라고도 불리는 이 솔루션은 모든 팀이 공유하는 단일 설계 ESD 데이터베이스를 기반으로 구축되어, 모든 병렬 프로젝트 전반에 걸쳐 일관성을 보장합니다. 와이어링 하네스
이를 통해 설계자는 승인된 라이브러리와 데이터베이스에서 콘텐츠와 부품을 선택할 수 있어, 시스템 통합 과정에서 설계 단계부터 정확성을 보장할 수 있습니다. 설계 생성, 검증 및 다중 도메인 검증에 대한 광범위한 기능은 설계 품질을 높이고 전기 시스템의 견고성을 향상시킵니다. 탑다운 방식의 생성 흐름은 설계자의 생산성을 향상시켜 자원을 절약하고 시장 출시 기간(TTM)을 단축합니다. 단일 통합 데이터베이스는 기존 흐름에서 발생하던 시스템 통합의 미비점을 해결합니다. 승인된 부품을 사용하고 일관성을 유지함으로써 통합 과정이 훨씬 원활해집니다. 수많은 문제가 드러나는 ‘대규모 병합’ 단계가 필요하지 않습니다.
또한 이러한 하향식 접근 방식은 아키텍처 플랫폼을 공유하고 개별 설계 프로젝트를 위한 다양한 변형 버전을 동시에 생성하는 것을 훨씬 더 용이하게 합니다. 공유 데이터베이스는 전기 시스템에 대한 모든 가능한 옵션이 포함된 “200% 설계”를 나타냅니다. 설계자들은 새로운 프로젝트를 진행할 때 어셈블리 필터를 사용하여 고유한 제품을 만듭니다. 이를 통해 사용 가능한 옵션 중에서 쉽게 선택하여 모듈식 및 복합 배선 하네스를 제작할 수 있습니다. 이러한 필터는 회로 시뮬레이션 용 넷리스트 생성, 3D MCAD 도구로의 데이터 내보내기, 제조용 출력물 생성 등 개발 과정 전반에 걸쳐 재사용됩니다.
이 데이터베이스와 워크플로는 다양한 사용자 그룹이 공유합니다. 설계자가 관리하는 역할 외에도, 회사 라이브러리의 기호 및 기타 정보를 관리하는 사서, 어떤 사용자가 어떤 데이터에 접근하고 수정할 수 있는지 제어하는 관리자, 아키텍처 플랫폼에 근본적인 변경을 가할 수 있는 슈퍼유저 등의 역할이 있습니다. 설계 워크플로는 추가적인 라이브러리 유형을 추가하거나 회사 및 프로젝트 정책에 따라 데이터 접근을 제어하는 등 높은 수준의 사용자 정의가 가능해야 합니다. 슈퍼유저는 다른 사용자의 요구에 맞춰 솔루션을 유연하게 조정할 수 있는 폭넓은 권한을 가지고 있습니다. SaberES Designer 는 이러한 복잡성을 원활하게 처리할 수 있으며, 여러 OEM 업체에서 선호하는 와이어링 하네스 설계 도구입니다.
공통 데이터베이스를 통해 모든 변경 사항이 모든 사용자에게 즉시 반영됩니다. 시간이 많이 소요되는 수동 가져오기나 내보내기 작업이 필요하지 않으며, 외부 교환 형식으로 인한 데이터 손상 위험도 없습니다. 변경 사항에 대한 알림 메시지가 사용자에게 전송되면, 사용자는 해당 변경 사항이 자신의 담당 설계 영역에 미치는 영향을 평가합니다. 설계 업데이트가 필요할 경우 사용자에게 알림이 전송됩니다.
물리적 프로토타입을 제작할 때 예상치 못한 문제를 피할 수 있는 유일한 방법은 시뮬레이션 기반 설계 검증( 회로 시뮬레이션)을 통해 검증하는 것입니다. 목표는 프로젝트의 가능한 한 초기 단계에서 문제를 파악함으로써 설계 프로세스를 “좌측으로 이동(shift left)”시키는 것입니다. SaberES Designer 의 경우, 시뮬레이터가 내장된 솔루션으로 제공되므로 사용자는 다양한 옵션과 변형 조합을 손쉽게 시험해 볼 수 있습니다. 이를 통해 회로의 견고성과 품질이 향상될 뿐만 아니라, 설계 공간에 대한 “가상 시나리오(what-if)” 탐색도 가능해집니다. 시뮬레이션을 통해 여러 개의 물리적 프로토타입을 제작하고 테스트하는 것보다 훨씬 더 많은 설계 조합을 분석할 수 있습니다.
이를 통해 설계자는 전기 시스템을 적정 규모로 설계하고, 배선 하네스 및 전기 부품 간에 부하 균형을 조정할 수 있습니다. 내장된 시뮬레이터는 다음 기능을 지원합니다:
- DC 시뮬레이션
- DC/전압 강하 분석
- 연결 상태 확인
- 퓨즈/전선 규격 확인
내장된 시뮬레이터는 또한 과도 현상 시뮬레이션, 견고한 설계를 위한 변동 및 신뢰성 분석, 그리고 ‘ISO 26262 ’ 기능 안전 표준의 요구 사항을 충족하기 위한 고장 분석을 지원합니다.
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소개 Synopsys Long-Horizon AgentEngineer™ 솔루션 및 Autopilot™ 플랫폼: 자율 엔지니어링 실리콘에서 시스템까지
