가상설계센터 김명일 센터장 인터뷰

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슈퍼컴퓨팅 M&S 기반 디지털트윈 기술

가상설계센터 김명일 센터장

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김명일 센터장(KISTI 가상설계센터)

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안녕하세요, 가상설계센터 센터장 김명일입니다.

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Q. 가상설계센터는 어떤 연구를 하나요?

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저희 센터는 생활을 더 편리하게 하고 산업기술 경쟁력을 강화하기 위한 디지털트위 요소기술을 개발하고 있으며,

그 중에서도 슈퍼컴퓨터를 활용한 가상 시뮬레이션을 중점적으로 수행하고 있습니다.

지난 2007년부터 19년도까지, 560여 개의 제조기업들이 부품이나 공정의 성능을 개선하는 작업을 도와왔고,

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KISTI, 대전시 '디지털 엔지니어링 뿌리산업' 주관기관에 선정

KISTI, 대전 뿌리산업 혁신성장 지원 추진

참여기관: 대전테크노파크(시제품 제작, 성능 분석 및 BNG협의체 구축/운영), 한밭대학교(부품M&S,소재분석 및 BNG전문인력 양성)

협력기관: 엔지니어링 SW전문기업(MIDAS, Virtual Motion,  MFRC, VM Tech, FunctionBay), 지역 대표 뿌리기업(JINHAP, HANCO, KD TECH, SUNJIN Technologies 선진기술(주))

KISTI 한국과학기술정보연구원 사업구성

1. D-ENG 기술지원 : 뿌리 실무 위원회

2. D-ENG 인프라 구축: 뿌리 자문 위원회

3. D-ENG 플랫폼 구축: 엔지니어링 협의체

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최근에는 대전광역시와 함께 '디지털 엔지니어링 기반 뿌리산업 혁신성장 고도화 사업'을 추진하기로 했습니다. 

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저희 센터는 출연연 유일의 M&S와 디지털 트윈을 기반으로 기업을 지원하는 전문 센터입니다.

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Q. 슈퍼컴퓨팅 M&S 기반 디지털 트윈 기술이 무엇인가요?

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디지털트윈은 물리적 세계와 동일한 디지털 세계를 만드는 기술로, 실제를 그대로 복사한 디지털 환경을 구현하는 것인데요.

이를 실현하기 위해서는 3D모델링, 인공지능, 5G네트워크 등 첨단 기술이 필요하지만 그 중에서도 모델링과 시뮬레이션, 즉 M&S가 필수적으로 요구됩니다.

이 과정에서 대규모의 공학 계산을 위해 슈퍼컴퓨터를 활용하는 것이 슈퍼컴퓨팅 M&S기반 디지털 트위 기술의 큰 특징입니다.

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Q. 슈퍼컴퓨팅 M&S에 대해 설명해 주세요.

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슈퍼컴퓨팅 M&S는 슈퍼컴퓨터를 활용해 가상의 공간에서 제품이나 공정의 성능을 검증하고 예측하는 기술입니다.

일반적으로는 CAE. ComputerAided Engineering이라고도 합니다.

모든 제조업에 적용 가능하고, 대표적으로 각종 기계부품이나 자동차, 선박 등이 출고 전 성능, 안전도, 정확도를 예측하는 시험에 사용됩니다. 

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Q. 본 기술은 어떤 장점이 있나요?

M&S효과: 제품 개발 시간/비용 획기적 절감

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M&S는 제품 설계 단계에서 비교적 짧은 시간에 성능 최적화가 가능하도록 해서 신제품 개발에 필요한 비용과 시간을 획기적으로 단축시켜 줍니다.

그리고 디지털 트윈은 제품 생산과 플랜트의 운영 측면에서 설비의 고장을 예측하거나 에너지 최적화 등을 거의 실시간에 가깝게 할 수있다는 장점이 있습니다. 

이 두 가지 기술을 결합한 M&S 기반 디지털트윈은 IoT 센서나 IT자원의 빅테이터 분석으로 처리할 수 없는 문제들을 M&S데이터에 대한 분석을 통해 해결하고자 하는 것입니다.

이 기술은 장비, 부품 등 제조 산업의 경쟁력과 하수처리장, 양식장 ,발전소 등 우리의 삶의 질에 영향을 끼치는 다양한 분야들과 밀접히 연관되어 활용됩니다.

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Q. 기술의 주요 원리는?

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M&S는 크게 전 처리, 해석, 후 처리 단계로 완성됩니다.

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전처리: 3D 형상 제작 → 격자생성 → 분석 조건 입력

해석: 해석옵션 → 고성능컴퓨팅

후처리: 결과값 조합 → 분석용 자료 제작 

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우선 전 처리 단계에서는 대상 제품의 3D 형상을 제작하고, 격자를 생성하고, 필요한 조건들을 입력합니다.

해석 단계에서는 해석이 필요한 옵션을 설정하고 고성능 컴퓨터를 이용한 해석을 수행합니다.

마지막으로 후처리 단계에서는 계산된 결과 값을 조합해서 분석에 필요한 이미지나 동영상을 제작합니다.

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또한 디지털트윈을 구현하기 위해서는 M&S뿐만 아니라 머신러닝/딥러닝을 활용한 빅데이터 분석, 고장예지진단, 센서기술, 네트워크 기술, AR/VR 등과 같은 다양한 기술이 활용됩니다. 

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Q. 기술 개발, 활용 시 어려운 점이 있나요?

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기술을 어떠한 산업, 기업에 적용하려면, 그 분야에 대해 잘 이해해야 합니다.

산업별 특징은 물론 제품이 활용될 환경이라든가 사용 주체별 특징도 알아야 하고, 고려해야 할 것들이 굉장히 많습니다.

이를테면, 저희 센터는 선박해양플랜트연구소의 용수시험파력발전소 디지털트윈 과제에 참여하고 있는데요.

제주 바다에 설치된 이 발전소 진동수주실의 압력을 예측하는 모델을 개발하기 위해 파도, 터빈 등에 대해 공부해야 하고요.

양식장 디지털트위 개발을 위해서는 물고기와 양식업에 대해 공부해야 합니다.

이처럼 매번 새로운 분야와 기술을 학습해야 한다는 점이 어려운데, 그만큼 스스로 학습 기회를 넓힐 수 있다는 장점도 있어서 좋기도 합니다.

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Q. 최근에는 어떤 사업에 참여하고 있나요?

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올해 하수처리 전문기업인 부강테크, KAIST와 함께 'AI 기반 폐수처리시설 통합환경 관리기술 개발'사업에 참여하게 됐습니다.

3년간 M&S와 인공지능 기반의 폐수처리 시설 유지관리 기술을 개발해서 대덕지역의 하수 또는 폐수처리장의 악취문제와 에너지 저감 문제를 해결할 예정입니다.

KISTI는 폐수처리시설의 정보 데이터를 토대로, 슈퍼컴퓨터와 M&S기술을 이용해서 AI기반 탈취탑 성능예측 소프트웨어, 탈취제 살포 최적화 소프트웨어, 악취의 대기확산 예측 모델 등을 개발할 계획입니다.

저희 가상설계센터는 이번 사업을 통해 폐수처리시설 디지털트윈 구축의 핵심기술인 3D 모델링에서부터 IoT 센서데이터와  M&S 데이터를 활용한 AI예측모델까지 개발해서 실제로 대덕산단 폐수처리장에 적용할 예정이라 기대가 매우 큽니다.

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Q. 이번 사업 참여로 어떤 효과가 기대되나요?

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우선은 대덕지역의 악취물질 배출을 낮춰 사회문제 해결에 기여하게 될 것이고, 폐수처리장의 에너지 절감, 설비가동효율 개선 등을 목표하고 있습니다.

더 나아가서는 하수처리장 디지털트위 기술을 전국 400여개의 공공 하수처리시설에 적용해서 

효율을 약 10% 가량 향상시켜 연간 운영비용을 약 5,500억원 절감하도록 하고 싶습니다.

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Q. 지금까지 가상설계센터는

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국내 중소기업의  M&S 활용 활성화를 통한 제조경쟁력 향상을 목표로 지난 15년을 달려왔습니다.

M&S 활용에 장벽이 되는 고가의 소프트웨어와 하드웨어 문제를 해결하기 위해

오픈소스 기반의 M&S 소프트웨어인 HEMOS와 슈퍼컴퓨터 6호기 누리온과 연계된 HEMOS-CLOUD를 자체 개발해서 제공하고 있습니다.

또한 기술력이 부족한 국내 600여 중소기업 M&S 기술을 활용해서 신뢰성 높은 제품을 개발하도록 돕고 있습니다.

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Q. 앞으로 가상설계센터는

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슈퍼컴퓨팅 M&S,  인공지능 기술을 연계융합하여 제조업뿐 아니라, 발전소, 양식장, 하수처리장 등의 디지털트윈 구축을 위한 핵심기술을 개발하고 

또한 이를 위한 플랫폼 구축을 목표로 더욱 노력하겠습니다.

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KISTI www.kisti.re.kr