스트리트스쿠터(StreetScooter) 고객 사례

스트리트스쿠터(StreetScooter) 고객 사례

복잡한 전기 자동차 개발

아힘 캄프커이미 복잡한 자동차 제품 개발 프로세스에 이제는 "전기 이동성"이라는 요소까지 더해져 프로세스가 한층 더 복잡해졌습니다.

급속도로 모습을 갖춰가고 있는 혁신적인 전기 자동차인 스트리트스쿠터(StreetScooter)는 전기 자동차에 새로운 충전 기술이 접목되었을 뿐 아니라 불특정 다수의 사람들이 제작한 설계에 30여 곳에 달하는 협력업체들의 전문 지식과 혁신이 한데 어우러져 탄생했습니다.

자동차 업계 경영진에게 직원들이 밤늦도록 일하는 이유를 물어볼 때 돌아오는 대답은 의외로 너무나 간단합니다.

"복잡하기 때문입니다."

이는 몇 년 전 독일의 RWTH 아헨 공대에서 실시한 연구 조사를 통해 응답한 자동차 OEM 및 협력업체의 의사 결정자들의 의견입니다. 조사 결과는 지난 2007년 "Managing Complexity in Automotive Engineering(자동차 엔지니어링의 복잡성 관리)"이라는 보고서로 발표되었습니다. 이 보고서에서는 "다양성 관리, 기술 관리, 프로세스 관리를 모두 효과적으로 추진하는 탁월한 복잡성 관리를 OEM과 1차 협력업체의 성공을 보장하는 핵심 요인"으로 규정하고 있습니다.

이 연구에서 말하는 다양성 관리란 놀라운 속도로 확장되는 제품군, 더욱 빠른 속도로 이루어지는 모델 변경, 더욱 다양한 지역별 자동차 모델 변형 등의 요구에 부응하여 경쟁력을 유지하는 것을 말합니다. 자동차의 기술적 복잡성 또한 이만큼이나 빠르게 증가하고 있습니다. "Managing Complexity(복잡성 관리)"의 저자인 아헨 공대의 귄터 슈(Guenther Schuh) 교수는 다음과 같이 설명합니다. "오늘날의 자동차는 전자 및 소프트웨어 엔지니어링이 기구 설계만큼이나 중요합니다. 따라서 이 세 가지 기술 분야는 효율적으로 통합되어야 합니다."

이같이 급격한 다양성 및 기술적 변화를 직시하고 있는 자동차 제조 기업의 개발 프로세스에 가중되는 부담은 제조 기업 내에서는 물론이고 관련 OEM과 협력업체에서도 똑같이 급증했습니다. 이러한 현실 속에서 자동차 산업 리더들이 제품 라이프사이클 관리(PLM) 솔루션에 대한 투자를 계속하겠다는 다짐은 어쩌면 당연한 것입니다.

슈 교수는 "PLM은 실제로 복잡성 관리를 위한 핵심 기반 기술"이라고 말합니다. 아헨 공대가 PLM 소프트웨어의 글로벌 공급업체인 PTC에 "복잡성 관리" 설문 조사에 대한 협력을 요청한 점은 이를 뒷받침하는 확실한 증거입니다.

"그리고 여기에 '전기 이동성 즉, 전기 자동차'라는 요소가 추가되면 이미 충분히 복잡한 자동차 개발 프로세스가 한 단계 더 복잡해집니다."라고 그는 덧붙입니다.


공급업체 중심 개발

경제적인 가격대의 소비자 친화적인 전기 자동차를 세계 시장에 앞다투어 선보이는 엄청난 경쟁 속에서 그 어떤 자동차 산업 강대국도 뒤처지기를 원치 않을 것입니다. 특히 GDP의 20%가 자동차 개발, 생산 및 공급에 직결되어 있는 독일만큼 절실한 국가도 없을 것입니다.

"단순히 친환경적인 자동차를 선보여 화석 연료에 대한 의존도를 낮추기 위해서가 아닙니다."라고 아헨 공대의 아힘 캄프커(Achim Kampker) 교수는 지적합니다. "순전히 경제적 이익을 위한 것이지요. 앞으로의 성공과 번영의 열쇠는 바로 전기 자동차입니다."

"자동차 동력이 내연 기관에서 전기로 변하는 추세가 짙어짐에 따라 우수한 전기 동력 개발은 독일 자동차 제조업체와 협력업체가 경쟁 우위를 잃지 않기 위해 필수적인 부분입니다. 현재 수백만 개의 자동차 기업이 위기에 몰려 있습니다."라고 캄프커 교수는 덧붙입니다.

전기 자동차는 기술적인 복잡성과 다양성을 가중시킬 뿐 아니라 자동차 제조 프로세스까지도 근본적으로 바꾸어 놓고 있습니다. 현재 출시되는 전기 자동차의 경우, OEM이 개념을 정의하고 프로젝트를 구체화한 다음 협력업체에 할당한 작업을 감독하는 기존의 위계적 접근 방식에서 대중으로부터 획득한(crowd-sourced) 개발이라는 설명이 가장 적절한 새로운 방식으로 전환되었습니다.

캄프커 교수는 "이제는 협력업체가 바로 자동차의 설계와 생산을 책임지는 주체입니다. 가상 회사 내에서 진행되는 협력을 통해서 말이지요."라고 설명합니다.

RWTH 아헨 공대의 주도로 진행되는 대담한 새로운 EV 이니셔티브인 스트리트스쿠터가 바로 이러한 개념에 입각한 실험 연구소입니다. 처음부터 19곳의 독일 자동차 협력업체가 프로젝트의 주주로 활동하고 있으며, 이 중 10곳이 공동 벤처의 단일 주주로 협력하고 있습니다. 나머지 10곳의 협력업체는 전략적 파트너로 계약을 맺어 각자의 고유한 전문 지식을 공유합니다. 이 팀은 PTC의 PLM 도구를 사용하여 이 프로젝트를 관리합니다.

영리 단체인 스트리트스쿠터(StreetScooter GmbH)는 자동차에 대한 협력업체의 작업을 조율하기 위해 결성되었습니다. 캄프커 교수는 이 회사의 CEO입니다. 그는 "스트리트스쿠터는 전기 자동차와 전기 자동차 개발의 혁신을 달성한다는 목표로 설립되었다"고 말합니다.


클린 시트(clean-sheet) 개념

스트리트스쿠터 프로젝트의 목표는 정부 자금 지원에 의존하지 않고 공급망 파트너 네트워크에 의해 효과적으로 생산되는 도시형 전기 자동차 제품군을 개발하는 것입니다.

"독일 정부는 직접 관여하지 않는다"고 설명하는 캄프커 교수는 다음과 같이 덧붙입니다. "그러나 이 프로젝트는 정부 지침에 큰 영향을 받았습니다. 전기자동차 국가개발계획(National Development Plan for Electromobility)은 2020년 말까지 독일 내에 전기 자동차 수를 백만 대로 늘리는 것을 목표로 합니다. 이에 우리는 국가가 이러한 목표를 달성할 수 있도록 지원할 예정입니다."

스트리트스쿠터는 주로 독일과 주변 중앙 유럽 국가를 대상으로 하는 특정 지역을 겨냥한 이니셔티브입니다. 이 프로젝트의 파트너는 OEM이나 주요 협력업체가 아닌 중소/중견 기업이 대부분입니다. "이는 전통적으로 가족 소유의 소기업에 의존해 온 독일 산업의 역사적 특성을 유지하기 위한 것입니다."라고 캄프커 교수는 설명합니다.

결과적으로 스트리트스쿠터는 EV 개발의 최전선에 새로운 동력을 배치하였으며 신선한 EV 전략도 제공하고 있습니다. 캄프커 교수가 언급했듯이 이미 전기 자동차를 생산하고 있는 주요 자동차 기업은 현재까지도 기존의 내연 기관 자동차의 설계 채택에 주력하고 있습니다. "문제는 이러한 자동차의 내연 기관을 전기 구동 장치로 변환하는 비용이 한 대당 무려 약 10,000유로로 너무나 커 일반 소비자 대부분이 감당할 수 없다는 것입니다."라고 그는 말합니다.

여기에 구동 성능과 승차감 또한 초기 EV 모델의 한계로 지적되고 있습니다. 에어컨 기능만도 전기 자동차 배터리의 로드를 큰 폭으로 가중시킵니다.

"새로운 클린 시트(clean-sheet) 전기 자동차 개념이 절대적으로 필요하다"고 슈 교수는 말합니다. "그러나 현재까지 개발된 대부분의 컨셉트 EV는 극한의 주행 성능이나 기이한 디자인에 주력을 하고 있는 것이 사실입니다. 양산용 자동차의 가장 기본적인 필수 조건을 무시한 것이지요."

스트리트스쿠터는 그렇지 않습니다. 이 기업의 개발 팀은 기존의 컴팩트형 자동차와 성능, 승차감, 안전, 안정성이라는 모든 측면에서 견줄 수 있고 무엇보다도 양산을 통해 이윤 추구가 가능한 경제적인 전기 자동차 출시를 모색하고 있습니다.

스트리트스쿠터의 모듈식 제품 아키텍처는 이러한 개념을 현실화하는 데 핵심적인 역할을 합니다. 모듈 간 인터페이스 덕분에 협력업체는 담당 전문 분야의 최신 혁신 기술을 적용하여 자동차의 설계를 지속적으로 향상시킬 수 있습니다. 이들 협력업체는 빌딩 블록 스타일로 기능을 추가합니다.

스트리트스쿠터 팀의 일원인 슈 교수는 "이러한 학습 방식을 통해 최신 기술을 활용할 수 있을 뿐 아니라 해당 기술을 보다 효과적으로 통합하는 방법도 알 수 있습니다."라고 말하면서 "동적인 다학제적 방식을 통해 여러 지식과 경험을 지속적으로 축적할 수 있습니다. 현재 우리는 새로운 형태의 협업을 테스트하고 있으며 또한 자동차 개발의 새로운 표준을 정립하기 위해 연구 중입니다."라고 덧붙입니다.


제품 및 프로세스 통합

이 프로젝트의 초기 원동력은 이러한 뚜렷한 개발 스타일의 가치를 지지하는 것으로 보입니다. 스트리트스쿠터는 첫 번째 프로토타입 모델을 2011년 9월 독일 프랑크푸르트에서 열린 국제모터쇼(IAA)에 선보였습니다. 또한 같은 해 말에 프로토타입 모델 10종을 추가로 독일 국내용으로 출시했습니다.

그러나 이같이 전도유망한 스트리트스쿠터의 이니셔티브의 중심적인 역할을 하는 수많은 협력업체의 협력은 개발 프로세스에 새로운 복잡성을 가중시켰습니다. "우리 회사의 성공에 무엇보다도 중요한 것은 효과적인 PLM입니다."라고 캄프커 교수는 강조합니다.

업계를 선도하는 PTC Windchill 소프트웨어는 스트리트스쿠터의 수많은 기여자들의 작업을 간소화하고 조율하는 PLM 리소스를 제공합니다.

아헨 공대는 PLM 플랫폼을 도입하기 위해 PTC의 iCenter 지원 팀의 일부인 Automotive Center of Excellence 소속 컨설턴트와 협력하여 자동차의 활용 사례를 알아보고 스트리트스쿠터의 설계를 위한 기본 데이터 모델을 제작했습니다. 이 작업에는 바로 사용이 가능한(Out-Of-The-Box) 제품 데이터 구조를 적용 및 채택하는 것도 포함되었습니다. 그 결과, 스트리트스쿠터 컨셉 모델을 자동차 엔진, 구동 장치, 서스펜션, 타이어를 포함한 내외부 모두를 아우르는 완전한 디지털 프로토타입으로 제작할 수 있었습니다.

스트리트스쿠터 팀은 PTC Windchill 기술이 탑재된 PLM 플랫폼을 사용하여 협력업체의 설계 프로젝트 액세스 권한과 역할을 정의하고 관리합니다. PLM 응용 프로그램은 BOM과 변경 관리에서 핵심적인 역할을 합니다. 설계의 그 어떤 부분에서든 변경 요청이 발생하면 모든 관련 작업자가 즉시 이러한 변경이 미치는 영향을 확인할 수 있습니다. 한 부문에서 혁신이 발생하면 다른 부문에도 즉시 영향을 미칩니다. 협력업체는 PTC Creo View MCAD 소프트웨어를 사용하여 이러한 영향을 시각화합니다.

PTC Windchill 플랫폼은 협력업체가 사용하는 CAD 소프트웨어의 종류에 상관없이 모든 제품 데이터를 처리합니다. "이 제품은 진정한 멀티 CAD 데이터 관리 환경입니다."라고 캄프커 교수는 말합니다. "이를 사용하여 기구, 회로 및 소프트웨어 설계 간의 단절된 정보를 극복할 수 있었습니다. 현재 우리는 이러한 세 가지 설계 분야를 원활하게 통합하여 자동차를 개발하고 있습니다."

여기서 끝이 아닙니다. 스트리트스쿠터 개발 팀은 PLM을 통해 제품 설계와 생산 결정 작업을 더욱 긴밀하게 통합할 수 있었습니다. 그 결과 자동차에 대한 의미 있고 새로운 가능성을 열 수 있게 되었습니다.

캄프커 교수는 다음과 같이 설명합니다. "자동차 설계 결정은 배치 크기에 따라 결정되는 것이 통상적입니다. 따라서 일부 기술은 일정 수준의 생산 물량이 나오는 경우에만 적용할 수 있었지요. 그러나 PLM은 모든 측면에서 새로운 가능성을 열어 주었습니다."

이를 입증하는 한 예로 캄프커 교수는 다음과 같이 설명합니다. "우리는 PLM 도구를 사용하여 튜브식 공간 프레임 컴포넌트의 사용 가능성을 테스트합니다. 실제로 부품을 제작하던 기존의 방식에 비해 비용이 적게 든다는 장점이 있지요. 단, 이 기술은 소규모 오토바이 제조에 제한된다는 점에서 아쉬움이 있습니다."

"그러나 여전히 스트리트스쿠터는 공간 프레임을 사용하여 자동차를 합리적인 가격대로 유지하는 데 도움을 얻고 있습니다."라고 캄프커 교수는 덧붙입니다.

차별화된 개발

제품, 생산, 프로세스를 포함한 실질적으로 거의 모든 측면에서 스트리트스쿠터는 경쟁업체와는 전혀 다른 새로운 자동차 개발을 수행하고 있습니다. 엄청난 수준의 광범위한 협업은 특히 복잡성을 높은 수준으로 가중시킵니다. 그러나 이러한 상황 속에서도 참여 파트너는 뛰어난 역량을 발휘하고 있습니다. 이같은 자신감은 PLM을 합리적으로 사용하는 데에서 기인합니다.

"우리는 프로젝트의 장기적인 성공을 위해 지능형 설계와 프로세스의 기반을 다져왔습니다. PLM은 스트리트스쿠터 개발 프로세스에 참여하는 모든 직원을 위한 통합된 단일 지식 저장소를 제공합니다."라고 캄프커 교수는 말합니다.

Achim KampkerAs if the automotive product development process needed to get any more complex, now add the "electromobility" factor.

StreetScooter – a revolutionary electric vehicle rapidly taking shape – not only puts a new technological charge into the electromobility concept, its crowdsourced design blends the expertise and innovations of nearly 30 collaborating suppliers.

Ask automotive executives what keeps them up at night and you shouldn't be surprised to hear this brief, but very telling reply:

"It's complicated."

That, in essence, is what decision-makers from automotive OEMs and suppliers told researchers at RWTH University in Aachen, Germany when surveyed a few years ago. Findings were published in the 2007 report "Managing Complexity in Automotive Engineering." The executive summary puts it this way: "Superior complexity management in the disciplines of variety management, technology management, and process management is a key to ensure sustained success for OEMs and tier-one suppliers."

Per the study, variety management refers to the competitive demand to keep up with ever-expanding product lines, faster model changes, and more vehicle variations by region. Growing just as quickly is the technological complexity of the cars. "The automobile today," says RWTH Aachen Professor Guenther Schuh, a lead author of the "Managing Complexity" study, "is as much the result of electronic and software engineering as it is a mechanical design. All three areas of technology must be efficiently integrated."

In the face of such rapid varietal and technological change, the stresses on automakers" development processes – both within companies and among OEMs and suppliers – have similarly multiplied. It can be little surprise, then, that the automotive industry's leaders continue to up their investments in product lifecycle management (PLM) solutions.

"PLM is, in fact, a critical enabling technology for complexity management," says Professor Schuh. The sure evidence: RWTH Aachen enlisted PTC, the global provider of PLM software, to advise on the "Managing Complexity" survey.

"And now," Professor Schuh adds, "as if the vehicle development process needed to get any more complicated, automakers can toss 'electromobility' into the mix."


Supplier-driven development

In the race to bring fleets of affordable, consumer-friendly electric cars to the world's roads, no automotive industry-dependent country wants to fall behind. And perhaps no single nation feels this urgency more than Germany, where over 20% of GDP directly traces to automobile development, production, and supply.

"It is not just the desire to have environmentally friendly cars and reduce dependency on fossil fuels," says Professor Achim Kampker, also of RWTH Aachen. "It is a matter of pure economic interest. Our future prosperity will depend upon electric vehicles."

Professor Kampker continues: "As transportation power increasingly shifts from internal combustion to electricity, it will be incumbent upon German automakers and suppliers to stay ahead competitively. There are literally millions of automotive jobs at stake here."

Electromobility not only adds to vehicle variety and technological complexity, it also shows the potential to transform automaking processes fundamentally. For a new electric car now taking shape, the traditional hierarchical approach – in which the OEM defines the concept, specifies the project, and oversees the work assigned to suppliers – has given way to what may best be described as a crowd-sourced development.

Professor Kampker explains, "It is the suppliers themselves who are driving the vehicle's design and production. They are collaborating as peers in a virtual enterprise."

The experimental laboratory for this concept is StreetScooter, a bold new EV initiative led by RWTH Aachen. From the start, 19 Germany-based automotive suppliers have been stockholders in the project –10 of them combined as a single stockholder in a joint venture. Ten other suppliers have since signed on as strategic partners, lending their own specialized expertise. The team manages the project using PLM tools from PTC.

A commercial entity, StreetScooter GmbH, has been formed to coordinate the suppliers' work on the vehicle. Professor Kampker is the company's CEO. He says, "StreetScooter sets out for nothing less than to revolutionize the electric car and its development."


Clean-sheet concepts

The StreetScooter project's goal is to create a family of electric vehicles for urban traffic that can be effectively produced by a network of supplychain partners without the need for sustained government funding.

"The German government is not directly involved," Professor Kampker says, "though our project has been highly influenced by government direction. The National Development Plan for Electromobility aims to put one million electric vehicles on Germany's roads by the end of this decade. It is a goal we hope to help the country meet."

StreetScooter is a regional initiative, mainly focused in Germany and surrounding Central European nations. The project's partners are mostly SMBs (small and medium-sized businesses), rather than OEMs or major suppliers. "This," says Professor Kampker, "is in keeping with German industry's historical reliance on small family-owned enterprises."

StreetScooter thus brings new forces to the front lines of EV development; it also offers a fresh EV strategy. As Professor Kampker notes, major automakers already offering electric cars have to date focused on adapting the designs of conventional combustion-engine vehicles. "The problem," he says, "is that converting these vehicles to electric drive trains has demanded cost premiums unacceptably high to most consumers – about €10,000 per car."

Plus, driving performance and passenger comfort remain compromised in these early EVs. Air conditioning alone places heavy additional load on the cars' batteries.

"New clean-sheet electromobility concepts are clearly required," says Professor Schuh. "But many of the concept EVs we have seen to date focus on extreme driving performance or eccentric designs. They have ignored the basic requirements for a mass-market car."

Not so with StreetScooter. Its development team seeks to introduce an affordable electric vehicle that can compete with conventional compact cars in every area of performance, comfort, safety, and reliability – and that can be serially produced at a profit.

StreetScooter's modular product architecture is key to making the concept work. Interfaces between modules let suppliers continually enhance the car's design with the newest innovations in their areas of specialty. They add features in building-block style.

Through this "learning approach," says Professor Schuh, the StreetScooter team "not only leverages the latest technologies, but also discovers how to better integrate them." He adds, "Learning builds upon learning in a dynamic, interdisciplinary way. We are testing new forms of collaboration and setting new standards for automotive development."


Product & process integration

The project's early momentum appears to bear out the value of this distinctive development style. StreetScooter is on target to unveil its first functional prototype at the International Motor Show (IAA) in Frankfurt, Germany in September 2011. Ten more prototype vehicles should be on German roads by the year's end.

Yet, as promising as the StreetScooter initiative is proving to be, the widereaching supplier collaboration at its heart has added new complexity to the development process. "If anything," says Professor Kampker, "effective PLM is even more central to our success."

Industry-leading PTC Windchill software provides the PLM resources for coordinating and streamlining the work of the StreetScooter's contributors.

To put the PLM platform in place, RWTH Aachen worked with consultants in PTC's Automotive Center of Excellence – part of the company's iCenter support team– to explore use cases for the vehicle and build the basic data model for the StreetScooter's design. This involved applying and adapting out-of-the-box vehicle data structures. What has resulted is a complete digital prototype of the StreetScooter concept, from interior to exterior and including the car's engine, powertrain, suspension, and tires.

The StreetScooter team uses a PLM platform powered by PTC Windchill technology to define and keep track of suppliers' access rights and roles in the design project. PLM applications center on BOM and change management. When there is a change request, all involved can immediately see the impact, wherever it is felt in the design. Innovations in one area instantly relate to others. Suppliers use PTC Creo View MCAD software to visualize these effects.

The PTC Windchill platform handles all product data, regardless of what CAD software the suppliers use. "It is a true multi-CAD data management environment," says Professor Kampker. "This lets us break down the silos between mechanical, electronic, and software designs. We are developing the full vehicle with smooth integration of all three disciplines."

Perhaps even more ambitiously, the StreetScooter development team has looked to PLM to help tighten their integration of product design and production decisions. This is creating significant new possibilities for the vehicle.

Professor Kampker explains: "Traditionally, many automotive designdecisions have been based on batch sizes. That is, some technologies could apply only if particular levels of production quantity were reached. But PLM lets us explore every alternative."

As evidence, Professor Kampker cites this example: "We are using the PLM tools to help prove out our use of tubular space-frame components. These are less expensive to produce than traditional stamped and molded parts. However, until now, the technology seemed limited to small-batch motorcycle manufacturing."

The impact on StreetScooter: "Using space-frames should help us keep the car's price affordable," says Professor Kampker.

A development like no other

From practically every perspective – product, production, and process – StreetScooter is a new vehicle development like no other. Its exceptionally wide field of collaboration brings an especially high level of complexity. Yet the contributing partners seem more than up to the challenge. Confidence stems from their smart use of PLM.

Professor Kampker sums it up: "We have built the foundation of design and process intelligence essential to our project's long-term success. PLM provides the knowledge base – a single source of truth – for all who share in bringing the StreetScooter vision to life."