ISOBUS 규격 디바이스의 시스템 간 호환성과 제조업체 간 호환성 덕분에 농부들은 트랙터를 서로 연결할 수 있는 것은 물론, 다양한 제조업체의 부품을 원하는 대로 조합해 구축할 수 있다. 사용자 입장에서는 이것이 간단해 보일 수 있지만 테스트 단계를 비롯한 디바이스 개발 면에서는 큰 노력이 필요하다. 트랙터를 생산하는 존 디어(John Deere)에서 조사한 결과, 전자 컴포넌트를 테스트하는 기존의 업계 방식은 이제 거의 한계에 다다르고 있다. 하지만 시뮬레이션이 구현된 환경에서 자동화된 테스트를 순차적으로 실행하면 이루고자 하는 목적을 비교할 수 없을 정도로 빠르고 효율적으로 달성할 수 있다.

글 │알렉산더 오스터뮐러 (Alexander Ostermüler), 존 디어 (John Deere), 피터 펠메스 (Peter Fellmeth), 벡터

트랙터는 여러 가지 다양한 농기구와 조합해 사용할 수 있는 팔방미인형 농기계라 할 수 있다. 트랙터가 다른 농기구와 별다른 상호작용 없이 오로지 풀링(Pulling) 및 동력 인출(Power Take-off) 기능만을 제공한다면 이를 담당하는 두 개의 디바이스 작동이 별로 복잡하지 않겠지만, 여타 다른 인터페이스를 추가할 수 없어 그다지 효율적이지 않을 것이다. 하지만 현대 농업에서는 다양한 수량의 종자를 심어야 하고 현장에서 작업을 문서화해야 하기 때문에, 이러한 기능을 지원하는 지능적이고 자동화된 솔루션이 필요하다.
그러나 작업이 점점 더 복잡해지고 보다 지능적인 기능이 농업 기술에 접목됨에 따라, 농부들이 예전과 같이 간단히 작업할 수 있도록 해주는 것에 대한 노력이 점점 더 필요해졌다. 처음 도입해서 익히는 데 너무 오랜 시간이 걸리면 생산성은 떨어지고 자연히 사용자들은 현대 농업 기술을 받아들이지 않을 것이다. 따라서 다양한 농기구를 트랙터에 빠르고 손쉽게 연결할 수 있어야 하고 이를 트랙터의 전자장치들이 바로 인식할 수 있어야 한다.

ISOBUS 호환성 및 규격 준수가 가장 중요
여기에서 ISOBUS 애플리케이션이 핵심적인 역할을 한다. ISOBUS는 트랙터, 농기구, 그리고 조작 터미널이 서로 통신하고 데이터를 교환할 수 있도록 하기 위해 만들어졌다. 기술적 세부사항은 ISO 11783 시리즈 표준에 정의되어 있으며, ISO 참조 모델에서부터 진단을 거쳐 파일 서버에 이르기까지 모든 주제를 다루고 있다. 서로 다른 제조업체의 디바이스들이 원활하게 상호 운용될 수 있도록 하기 위해 트랙터 생산업체와 농기구 생산업체는 광범위한 테스트를 반드시 실시해야 한다. 의무적인 규정 준수 테스트 외에도 개발 부서는 여러가지 테스트 시나리오를 수행해야 한다. 또한 제조업체는 자사 제품과 타사 제품 간의 호환성을 시험하기 위한 “플러그 페스트(Plug Fests)”를 정기적으로 개최한다.
현대 농업 기술의 선구자 중 하나인 존 디어는 오랜 전통을 자랑하는 회사이다. 이 회사의 제품은 트랙터에서 밭 분무기, 곤포 포장기(Baler), 파종기, 수확용 기계, 볏집 절단기에 이르기까지 다양하다. 또 농업용 기계뿐만 아니라 건설 기계, 벌목 기계, 공공시설 장비, 그리고 잔디, 사유지 및 골프 코스를 유지보수하기 위한 기계까지 개발한다. 쯔바이브뤼켄(Zweibr웒ken), 만하임(Mannheim) 및 브루흐잘(Bruchsal)에 독일 자회사를 보유하고 있는 이 미국 농업용 기계 전문업체는 2010년 초에 카이저슬라우테른(Kaiserslautern)에 또 다른 사업체인 ETIC (European Technology and Innovation Center)를 오픈했다. ETIC의 직원들은 미래의 기술을 연구하면서 다른 지역의 개발 부서들과 합동으로 제품을 생산 단계 직전까지 끌어올린다. 농업용 기계 및 전자 장비에 지능적인 기술을 통합해 정교한 농업을 가능하게 하는 일이 바로 그들의 주력 업무이다.
농장 컴퓨터로부터 농기구의 자동구역통제(Automatic Section Control, ASC)에 이르기까지 “정교한 농업”이라는 개념은 농업 기술의 현재 추세를 파악하고 그에 초점을 맞추는 것이다. 여기에서의 목적은 기계, 종자, 비료, 연료, 시간 등 가용한 모든 리소스를 최적으로 활용해 수확량과 경제효과를 극대화하는 것이다. 농부는 메모리 카드나 USB 스틱을 통해 작업 계획에 대한 데이터를 농장 컴퓨터에서 가져와 트랙터에 있는 조작 터미널에 업로드한다. 미래에는 무선으로 업로드하는 것도 가능할 것이다.
텔레매틱스(Telematics)와 위성 탐색 또한 조종, 추적 유도 시스템, 그리고 구역 통제 기능과 함께 중요한 역할을 한다. 그 결과 어떠한 곳에도 오류없이 씨앗과 비료를 균일하게 뿌릴 수 있다. 이와 동시에 이 기술은 쐐기형의 밭에서 겹치는 부분을 최소화하고 밭 경계면에 발생하는 원자재의 낭비를 막아준다. 구역 통제 기능이 있는 농기구는 여러 구역으로 분할돼 서로 독립적으로 활성화되거나 비활성화될 수 있다. 모든 활동이 기록되기 때문에 농기구가 밭 경계면을 벗어나거나 이미 작업한 곳에 겹쳐 있을 때는 자동으로 움직이지 않게 된다.

디바이스 제어장치로의 인터페이스 역할을 하는 작업제어기
이러한 기능을 구현하기 위해서는 트랙터의 전자 장비가 농기구의 기술 데이터 및 기능을 정확하게 파악하고 있어야 한다. 트랙터 전자 장비의 일부인 ISOBUS 조작 터미널은 단순한 사용자 제어 및 디스플레이 시스템을 넘어 여러 애플리케이션이 동시에 실행되는 마이크로컴퓨터로 사용될 때가 많다. 이러한 애플리케이션 중 하나가 ISO 11783 파트 10에 설명돼 있는 작업제어기(Task Controller)다. 이론상으로 작업제어기는 문서화 및 제어 시스템의 역할과 함께 TaskData.xml 파일을 통해 농장 관리 시스템으로의 인터페이스 역할을 동시에 수행한다. 존 디어의 GreenStar 2630 디스플레이에서 작업제어기는 존 디어 문서화 시스템과 ISOBUS 농기구 사이의 인터페이스 역할을 한다. 처음 연결 시 작업제어기는 농기구의 작업 컴퓨터로부터 디바이스 설명 파일(Device Description File)을 로드한다. 일반적으로 이 파일에는 농기구의 작업 폭, 트랙터 마운트 유형, 전환 가능한 구역 수와 관련 요소 번호(구역 통제 기능이 있는 농기구의 경우) 등 작업제어기에 필요한 모든 정보가 들어 있다. 농기구는 트랙터의 조작 터미널을 통해 조작할 수 있다(그림 1).



작업제어기는 사용 가능한 농기구 디바이스의 구성에 대해 전체적인 대역폭을 파악해야만 한다. 그래야만 ISOBUS 조작 터미널 및 해당 애플리케이션이 시판 중인 어떠한 ISOBUS 농기구에서도 문제없이 작동할 수 있다. 하지만 모든 작업 기계는 서로 간에 작동 방식이 다르고 각기 다른 조합의 작업제어기를 사용한다. 따라서 테스트를 위해 생산업체들은 자사 농기구의 전자 기능이 설명된 특별한 하드웨어 박스를 서로 교환하고 있다. 테스트 엔지니어들에게는 안타까운 일이지만 박스에 포함된 ECU 하드웨어와 소프트웨어 외에는 디바이스 로직의 종합적인 기능 테스트를 실시하는 데 필요한 모든 컴포넌트가 함께 포함돼 있는 경우가 드물다.

보다 효율적인 테스트 방법 찾기
카이저슬라우테른도 마찬가지로 직원들이 다양한 농기구 생산업체들의 테스트 박스 및 실제 디바이스를 사용해 작업제어기의 기능과 호환성을 테스트하고 있었다. 제조회사와 농기구의 수가 많기 때문에 테스트 작업은 매우 지루하고 시간이 많이 소요되는 작업이 될 수밖에 없다. 이론적으로 모든 ISOBUS 기계(씨앗을 뿌리기 위한 것인지 심기 위한 것인지에 관계 없이), 비료/농약살포기는 물론 작업제어기가 있는 모든 기계를 테스트해야 한다. 또한 테스트 박스의 레이아웃 및 취급과 관련해서도 정해진 표준이 없다. 각 회사마다 서로 다른 운영 철학을 가지고 있어 일부 박스는 순수 시뮬레이션인 데 반해 일부는 실제 전자 장비와 거의 비슷하다. 따라서 테스트 담당자는 작업을 시작하기 전에 먼저 여러 사용자 설명서를 검토해 다양한 가상 제어 요소 및 기능을 익혀야 한다.
이와 같이 업계에서 통용되고 있지만 불만족스럽던 기존의 테스트 방식으로부터 벗어나기 위해 존 디어는 보다 효율적인 테스트 방법을 연구하기 시작했다. 테스트 엔지니어들은 ISOBUS 요구사항에 맞춰 정교하게 조정된 벡터(Vector)의 개발, 테스트 및 시뮬레이션 툴인 CANoe.ISO11783에서 해결책을 찾아냈다. CANoe.ISO11783은 제품개발 초기 단계에서부터 테스트 단계, 유지보수에 이르기까지 모든 개발과정에서 ISOBUS 규격을 엄수한다. 또한 복잡한 ISOBUS 통신 구조를 다양한 방법으로 분석하고 가시화해 준비할 수 있다. 가상 터미널 및 대화형(Interactive) 작업제어기 같은 기능은 개발자가 ISO 11783에 맞춰 작업하는 것을 손쉽게 해준다. 예를 들어 CANoe 터미널은 실제 터미널과 달리 다양한 디스플레이 유형, 해상도 또는 흑백 설정을 시뮬레이션하는 데 사용할 수 있다. 대화형 작업제어기는 사용자가 어느 ISOBUS 기계에서나 디바이스 설명을 로드할 수 있도록 해주며, 또한 시뮬레이터를 테스트에 사용하기 전 미리 검증하는 데 사용할 수 있다.

더 짧은 시간 안에 더 광범위한 테스트를 수행
농기구 생산업체의 영향을 받지 않고 작업제어기를 테스트하기 위해 존 디어의 테스트 엔지니어들은, 특히 이 툴의 시뮬레이션 기능을 사용한다(그림 2). CANoe는 개별 ECU에 대한 시뮬레이션 뿐만 아니라 전체 네트워크도 시뮬레이션할 수 있다. 개발 제품을 실제적으로 테스트하려면 나중에 속할 환경 전체를 미리 준비해야 하지만, 이는 매우 어려운 일이므로 잔여 버스(Rest-of-Bus) 시뮬레이션을 구축하는 방법이 있다. 작업제어기의 경우 다양한 농기구 변형 제품을 시뮬레이션할 수 있다. 이제 존 디어는 외부 제조업체의 영향을 전혀 받지 않고 테스트를 수행할 수 있다. 더 이상 물리적 하드웨어 박스에 의존할 필요가 없다. 자동화된 반복적 테스트를 정의하기 위해 CANoe에 통합된 Test Feature Set가 이용된다. 이 시스템은 테스트 마스터 역할을 하거나 기존 테스트 환경에 삽입될 수 있는데, 다른 툴을 제어하고 통신을 주고받을 수 있도록 COM 또는 .NET과 같은 인터페이스가 현재 제공되고 있다.
구역 통제의 예에서 볼 수 있는 것처럼 시뮬레이션의 유연성 덕분에 존 디어는 한시름을 놓을 수 있게 됐다. 시뮬레이션을 활용하면 약간의 조작만으로 작업 기계의 유형 및 크기를 다양하게 변경할 수 있기 때문이다. 예를 들어 작업제어기가 8개 구역 대신 16개 구역을 처리할 수 있는지를 확인하기만 하면 된다. 또한 농기구의 구역을 서로 완전히 인접한 것으로 정의하는 대신 서로를 등지게 정의할 수도 있다. CANoe.ISO11783은 종합적이고 완벽한 표준을 제시하기 때문에 농업 전문업체들이 짧은 시간 안에 광범위한 테스트를 수행할 수 있다. 하드웨어 박스에서 지원되지 않는, 또는 부분적으로만 지원된 애플리케이션의 경우 더욱 유용하다. 여기에는 운전 속도, 올바른 핸드셰이크 확인 또는 농기구가 구역 통제를 위한 준비 상태 신호를 보내지 않는 오류 등과 같은 지능 제어장치에 대한 테스트를 포함한다.
존 디어의 기술 혁신 센터에서 CANoe.ISO 11783은 외부에서 생산된 작업 기계를 시뮬레이션하는 데만 사용되는 것이 아니라, 이 회사의 사내 ECU 개발에도 사용된다. 테스트할 때 실제 트랙터 하드웨어가 사용될 수 있는지도 시뮬레이션할 수 있다. 때로는 여러 가지 버전의 작업제어기가 있고 각각의 버전을 테스트해야 하지만, 사용자는 다양한 변형들을 빠르게 전환해 가면서 실행할 수 있다. CANoe는 여러 지사들과 분산 개발 업무를 수행할 때도 이점을 나타낸다. 시뮬레이션 구성을 빠르고 편리하게 부서 간에 교환하거나 회사의 인트라넷 또는 이메일을 통해 미국에 있는 동료에게도 보낼 수 있다.

미래의 요구사항을 충족하다
과거의 구식적인 개발 및 테스트 방법으로 ISOBUS의 복잡함과 출시된 다양한 농기구 변형 제품을 지속적으로 정복해 갈 수 있으리라 기대할 수 없다. 이제는 모든 제품 개발 단계에서 가장 강력한 표준 호환성을 제공하는 CANoe.ISO 11783과 같은 개발, 테스트 및 시뮬레이션 툴의 몫이다. 이 툴의 멀티버스 기능은 ISOBUS 및 J1939 메시지를 추적 창(Trace Window)에 문제없이 표시하고 해석할 수 있도록 해준다. 이 툴은 ISOBUS 기능의 모든 면을 다루고 있고 항상 최신 버전이기 때문에 존 디어는 더 짧은 시간과 직원 비용으로 더 많은 테스트를 수행할 수 있다. 이와 동시에 농업 기계 전문업체들은 확장된 작업제어기 기능을 테스트하는 것은 물론 언제든지 최신 ISOBUS 표준에 맞춰 그에 상응하는 디바이스를 시뮬레이션할 수 있게 됐다.



흥미로운 예 하나로 ISOBUS Multiple Product Implement (다중 제품 농기구)의 시뮬레이터가 있다(그림 3). 이 농기구는 아래에 비료를 뿌리는 기능이 있는 옥수수 파종 기계로 옥수수 종자를 심는 동시에 고체 비료를 뿌릴 수 있다. 또한 밭에서 트랙터를 여러 번 운전하는 것이 아니라 한 번만 운전하면 되기 때문에 시간 절약 외에 토양 침식이 줄어든다는 또 다른 이점도 있다. 2011년 초 테스트 당시에는 이러한 ISOBUS 기계를 출시한 농기구 생산업체가 없었다. 따라서 작업제어기가 이러한 기계를 지원하는 것은 시뮬레이션 상으로만 가능했다. 회사 내 기본 애플리케이션으로는 시뮬레이션의 완전한 잠재력을 모두 이끌어내기 어렵다. 존 디어의 직원들은 제조업체들이 유연하지 못하고, 비싸고, 재현하기 어려운 블랙 박스를 사용하는 대신 CANoe 시뮬레이션으로 교체하는 것이 바람직하다고 생각한다. 만약 내부 노하우 유출에 대한 걱정이 생긴다면 안심해도 된다. 소스 공유 없이 컴파일된 시뮬레이션만 공유하기 때문에 내부 노하우가 빠져나갈 염려가 없다.