최근 가상세계를 의미하는 메타(meta)와 현실세계를 의미하는 유니버스(Universe)의 합성어인 메타버스(Metaverse)에 대한 관심은 매우 높다.
메타버스는 3차원 가상세계이지만 공간을 구성하는 데이터 등 다양한 요소들이 현실세계에서 흡수된 형태다. 가상공간이라는 특성 상 제약 없이 다양한 모델링과 시뮬레이션(M&S)이 가능해 다양한 산업적 활용이 가능할 것으로 기대를 모으고 있다.
하지만 성공적인 메타버스 구현을 위해서는 수준 높은 M&S 기술력이 필요하고, 이를 뒷받침 해줄 컴퓨팅 장비와 소프트웨어가 필요하다.
특히 시뮬레이션의 경우 문제의 종류와 복잡도에 따라 1주일 이상 작업이 소요되는 경우도 있어 실시간성이 요구되는 분야에는 적용되기가 쉽지 않다. 또한 M&S 분야에 대한 기업의 수요 역시 늘어난 상황에서 해당 분야의 고급인력도 필요한 상황이다.
이를 해결하기 위해 현재 한국과학기술정보연구원(KISTI) 가상설계센터는 출연 연구원 유일 M&S(Modeling and Simulation) 기반의 기업지원을 수행 중이다. 고성능 컴퓨팅 인프라(HW/SW)와 전문성을 기반으로 국내 제조기업의 제품·부품·공정의 획기적 성능 개선을 지원하고 있는 것이다.
이에 가상설계센터는 M&S 분야 중 전산유체역학(CFD, Computational Fluid Dynamics), 구조해석(Structural Analysis), 동역학(Dynamics) 분야를 중점적으로 지원 중이다.
전산유체역학 분야는 기계, 항공, 자동차, 토목 등 유체가 사용되는 모든 분야에 적용할 수 있으며, 구조해석 분야는 기계 구조물 또는 부품의의 강성, 응력분포, 변형량 등을 평가하는데 활용된다.
ROM(Reduced Order Model) 기술은 복잡한 시뮬레이션 모델을 위해 필요한 계산 시간과 저장공간을 줄이기 위해 고품질의 동적 모델에서 필수 정보만을 보존한 모델로, 시뮬레이션 기술 기반의 ROM을 개발하면 성능예측, 최적화, 고장예지진단 등의 분야에 실시간성을 부여할 수 있을 것으로 기대를 모으고 있다.
현재 가상설계센터에서는 ‘슈퍼컴퓨팅 M&S 기술지원 사업’을 통해 대기업에서부터 벤처기업까지 다양한 기업을 지원하고 있으며, 기술지원 대상 제품 또한 자동차, 플랜트에서부터 기계부품까지 다양하게 지원 중이다.
특히 센터는 편리하고 무료로 배포할 수 있는 M&S 소프트웨어인 헤모스(HEMOS·High performance Engineering MOdeling and Simulation)를 자체 개발해 보급하고 있어 눈길을 끌고 있다.
헤모스는 오픈소스 솔버를 활용해 개발됐으며, 열유동 분야를 위한 HEMOS-Fluid와 구조분야 시뮬레이션을 위한 HEMOS-Structure로 구성됐다. 이를 통해 HEMOS-HVAC(공기), HEMOS-BRKT(브라켓), HEMOS-TUBE(튜브 삽입-이탈) 등의 맞춤형 소프트웨어를 개발했으며, HEMOS-FLuid, HEMOS-Structure, HEMOS-HVAC은 GS인증 1등급을 획득해 신뢰성과 우수성이 인정된 소프트웨어로 인정받기도 했다.
이뿐만 아니라 M&S 관련 자체 기술력이 있지만 비용과 인력의 문제로 고민하고 있는 기업들을 위해 고성능 컴퓨터와 다양한 소프트웨어를 활용할 수 있는 SaaS(Software as a Service) 방식의 HEMOS-Cloud를 구축해 서비스 중이다.
국내 유일의 슈퍼컴퓨팅 기반 M&S 클라우드 서비스 플랫폼인 HEMOS-Cloud를 활용하면 KISTI의 슈퍼컴퓨터 5호기 누리온과 가상설계센터의 클라우드 컴퓨팅 자원을 활용할 수 있으며, 중소기업에 한해 ANSYS 등의 상용 소프트웨어를 활용할 수 있도록 했다.
특히 VDI(Virtual Desktop Infrastructure)를 기반으로 구축돼 PC에서 손쉽게 활용할 수 있는 HEMOS-Cloud는 현재 국내 140여개 기관 330여명의 연구자들이 활용 중이다.
가상설계센터 김명일 센터장은 “지난 15년 동안 다양한 노력에도 불구하고, 아직까지 국내 중소·중견기업의 M&S 활용률은 크게 개선되지 않은 것 같다”며 “M&S는 어렵다는 편견이 아직까지 남아있기 때문에 M&S를 활용한 성공사례들을 발굴하고 적극적으로 홍보해 기업의 인식을 개선하는 노력이 필요하다”고 말했다.
최근 센터는 AR/VR 기술을 활용한 시뮬레이션 결과의 가시화를 목표로 연구를 수행 중이다. 이를 위해 대용량의 시뮬레이션 결과 데이터 크기를 90% 이상 줄여 모바일 장비에서 구동하는 기술을 개발했으며, 실시간으로 생성되는 제조공장, 플랜트 등의 데이터를 수집, 정제, 저장, 분석할 수 있는 빅데이터 플랫폼을 개발 중에 있다.
이를 통해 IIoT(Industrial IoT) 데이터를 효과적으로 분석해 모니터링뿐 아니라 인공지능 기반의 고장예지진단(PHM)까지 적용할 수 있도록 할 방침이다.
김 센터장은 “전통적인 M&S에서 한발 더 나아가 시뮬레이션 기반 디지털트윈 기술을 개발하고자 한다. 시뮬레이션 기반의 물리 트윈(Physics Twin)과 IIoT 데이터 기반의 데이터 트윈(Data Twin)이 맞물려 돌아가는 디지털트윈을 구축할 예정”이라며 “신뢰성 높은 ROM 기술과 빅데이터 플랫폼을 개발해 제조뿐 아니라 안전, 식량, 에너지, 의료 분야 등의 다양한 사회현안 해결에 기여하고자 한다”고 전했다.
