[System Engineering] Overview

Hyuna·2025년 7월 17일

System Engineering

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🚩 사진 출처: 위키피디아

현대 소프트웨어/시스템 개발에서는 복잡한 기능을 구조적으로 설계하고 명확하게 표현하는 시스템 아키텍처 설계가 필수적이다.
이를 위해 주로 UML(Unified Modeling Language)과 SysML(Systems Modeling Language)을 사용하며, 요구사항 분석부터 기능 흐름, 구조 설계, 제어 논리까지 시각적으로 표현한다.

📌 설계 흐름

1~4단계: 요구사항 분석 및 기능 정의
5~7단계: 시스템 구조 및 제어 설계
8~9단계: 수치 해석 및 요구사항 검증

단계	내용	대표 다이어그램
1	시스템 범위 정의	Context Diagram
2	요구사항 구조화	Requirement Diagram
3	기능 명세	Use Case Diagram
4	기능 흐름 분석	Activity Diagram
5	객체 간 상호작용	Sequence Diagram
6	시스템 구조 정의	Block Definition Diagram (BDD) Internal Block Diagram (IBD)
7	제어 흐름 설계	State Machine Diagram
8	수치 관계 모델링	Parametric Diagram
9	요구사항 설계 및 추적	Traceability Matrix

UML(Unified Modeling Language)

목적

소프트웨어 시스템의 구조, 동작, 상호작용을 표준화된 방식으로 모델링
개발자, 디자이너, 이해관계자 간 의사소통 도구 역할
다양한 개발 프로세스(Waterfall, Agile 등)에 적용 가능

특징

객체지향 개념에 기반
구조적/행위적 관점 모두 포함

종류

유형	다이어그램	설명
구조	ClassDiagram Component Diagram Package Diagram	시스템의 정적 구조 모델링 객체와 클래스의 속성, 관계를 표현
행위	Use Case Diagram Activity Diagram State Machine Diagram	기능 흐름 상태 전이 사용자와 시스템 간 상호작용 표현
상호작용	Sequence Diagram Communication Diagram	객체 간 메시지 교환 타이밍 기반 상호작용 흐름 표현

SysML(Systems Modeling Language)

목적

소프트웨어뿐 아니라 하드웨어, 센서, 제어 시스템까지 포함한 전체 시스템을 모델링
요구사항부터 구조, 행위, 제약까지 통합적으로 설계 및 분석
* ISO 26262, MBSE와 호환되며, 실제 시스템 개발에서 폭넓게 활용됨

특징

UML 기반 확장 모델링 언어
요구사항 모델링, 수학/물리 제약 표현 가능
시스템 공학 관점에서 분석/설계에 특화됨
요구사항, 구조, 행위, 분석/제약 4가지 관점으로 구분됨

종류

유형	다이어그램	설명
요구사항	Requirement Diagram	시스템 요구사항 간의 관계 및 검증 대상 표현 추적성 확보가 핵심
구조	Block Definition Diagram (BDD) Internal Block Diagram (IBD) Class Diagram Component Diagram Package Diagram	시스템 구성 요소와 내부 연결, 인터페이스 관계를 표현
행위	Use Case Diagram Activity Diagram State Machine Diagram	기능 흐름, 상태 전이, 제어 구조 등을 시나리오로 표현
상호작용	Sequence Diagram Communication Diagram	객체 간 메시지 교환 타이밍 기반 상호작용 흐름 표현
분석/제약	Parametric Diagram	수치 모델링(수식, 제약 조건)을 통한 시뮬레이션/검증 수행

다이어그램 유형별 기능

시스템 아키텍처를 효과적으로 설계하기 위해서는 다어그램의 역할과 기능을 정확히 이해해야 한다.
SysML과 UML은 다음과 같은 4가지 관점으로 다이어그램을 분류할 수 있다.

1. 구조(Structural)

무엇으로 정의되어 있는가?
→ 시스템의 정적 구성요소(부품, 모듈, 인터페이스 등)를 모델링 한다.

📌 Block Definition Diagram (BDD)

시스템의 구성 요소와 그들의 관계를 표현
상속, 조합, 포트 구조 등을 정의하며 클래스 다이어그램과 유사

📌 Internal Block Diagram (IBD)

BDD에서 정의한 불록 내부의 상세 연결 표현
물리적 연결 구조, 신호 경로 설계에 적합

📌 Class Diagram

시스템의 객체지향 모델(클래스, 속성, 메서드, 관계) 표현
클래스 단위의 구조 정의에 적합

📌 Component Diagram

시스템을 기능 단위로 모듈화한 컴포넌트와 그들 간의 인터페이스 연결, 의존성 표현
빌드, 배포, 교체 가능 단위로 소프트웨어를 나눌때 용이

📌 Package Diagram

구성요소들 간의 참조 관계를 표현
대규모 시스템 구조 관리에 용이

2. 행위(Behavioral)

어떻게 동작하는가? 어떤 기능을 수행하는가?
→ 시스템이 어떤 기능을 가지고 있으며, 어떤 조건/흐름으로 동작하는지를 나타낸다.

📌 Use Case Diagram

시스템-사용자(Actor) 간 상호작용하는 시나리오 표현
기능 단위로 명세되어 요구사항 정의 초기 단계에 사용

📌 Activity Diagram

기능의 절차적 흐름, 조건, 분기, 반복 등을 표현
비즈니스 로직, 알고리즘 흐름도 작성에 적합

📌 State Machine Diagram

시스템 또는 객체의 상태변화, 트리거 조건을 정의
제어 로직, 이벤트 중심 처리 방식에 적합

3. 상호작용(Interaction)

누가 누구와 어떤 메시지를 주고 받는가?
→ 객체 간 통신 흐름과 타이밍 중심의 동작을 시각화한다.

📌 Sequence Diagram

여러 객체 간 메시지 흐름을 시간 순서대로 표현
클라이언트 ↔ 서버 같은 상호작용 흐름 정의

📌Communication Diagram

객체 간 연결 중심으로 메시지를 주고 받는 구조를 표현
Sequence보다 구조 중심 시각화에 유리

4. 분석/제약 (Analytical / Constraint)

수치적으로 검증 가능한가? 성능과 제약을 만족하는가?
→ 시스템 내 수학적 관계, 물리 제약, 하드웨어 연산 조건 등을 모델링한다.

📌 Parametric Diagram

블록 내 수학적 관계(예: F=ma)를 표현하여 시스템의 수치 해석/시뮬레이션을 가능하게 함
성능, 안정성, 연비 등 물리 기반 평가

📌 Constraint Block

수학식이나 물리 공식 등을 표현하는 단위 블록.

✅ 다이어그램 비교

유형	공통 사용다이어그램	SysML 전용 다이어그램
요구사항	-	Requirement Diagram
구조	Class Diagram Component Diagram Package Diagram	Block Definition Diagram (BDD) Internal Block Diagram (IBD)
행위	Use Case Diagram Activity Diagram State Machine Diagram	-
상호작용	Sequence Diagram Communication Diagram	-
분석/제약	-	Parametric Diagram Constraint Block