인더스트리 4.0의 핵심 기술로 인식되는 CAE(컴퓨터 이용 공학)가 시뮬레이션 또는 디지털 트윈(Digital Twin)이라는 이름으로 좀더 가까워지고 있다. 그러나 국내에서는 중요성에 비해 관심이 부족한 상황이다. 

최근 성균관대학교에서 개설한 ‘버추얼 테크놀로지 파크(Virtual Technology Park, 이하 VTP)’의 센터장을 맡은 강병식 교수는 CAE 분야를 중심으로 기술 지원과 커뮤니케이션 체계를 마련해 지속가능한 산학협력을 해 나갈 것이라고 밝혔다. 

■ 최경화 국장 kwchoi@cadgraphics.co.kr

강병식 교수는 한양대 기계설계학과와 미시간대에서 CAE를 공부했고, 졸업 후에는 포드자동차와 호프 & 어쏘시에이트라는 컨설팅 회사에서 근무한 바 있다. 한국에서는 2005년 12월부터 현대자동차에서 연구위원 및 해석담당 임원을 역임했고, 2016년 성균관대학교로 자리를 옮기면서 CAE 유니크(UNIC : University & Industry Collaboration) 센터의 VTP 센터를 운영하고 있다. 

VTP 센터는 최근 성균관대학교에서 LINC+ 사업을 통해 유니크라는 이름으로 6대 특화분야의 산학협력협의체를 만들고 지능형 신산 업을 창출하기 위한 사업의 일환으로 추진되고 있다. VTP 센터를 맡게 된 동기에 대해 강 교수는 “정부 지원 프로젝트를 통해 산업체에 도움을 줄 수 있고, 유료화가 가능한 수준의 산업체 실무지원 기술을 지향한다는 점에서 실질적으로 의미 있는 일을 할 수 있다고 보았기 때문”이라면서, CAE 분야에서 오랫동안 가져 왔던 꿈을 펼쳐 나가기 위한 기반을 만들어 나갈 것이라고 밝혔다. 

강 교수는 “VTP센터의 첫 번째 취지는 CAE를 잘 활용하지 못하는 산업체들에게 CAE를 사용할 수 있게끔 도와주자는 것”이라고 말한다. 그 일환으로 기술적인 문제 해결, 인력 양성, 특정 기업에 맞는 프로세스, 하드웨어와 소프트웨어, 인프라 구축까지 방향을 설정할 수 있도록 도울 것이라고 밝혔다. “국내에 CAE 관련 업무를 하고 있는 많은 업체와 교육기관들이 있고 성과도 거두고 있지만 아쉬운 점이 많다”는 강 교수는 “제조 경쟁력 강화를 위해 CAE 중요성이 더 커지는 있는 만큼 공동의 노력을 할 수 있도록 하는 구심점이 있다면 제조업 기술력 향상에 좀더 기여할 수 있을 것”이라고 말한다. 

강 교수는 유럽의 NAFEMS라는 기관처럼 우리도 구심점을 형성하여 의견을 교환하고 공통 관심사를 해결할 수 있는 프레임을 만들어 네트워킹을 한다면 많은 성과가 있을 것이라고 밝혔다.

“국내 CAE 산업이 성장하기에는 시장이 너무 작은 측면이 있다. 디트로이트에서 컨설팅을 할 당시 자동차 회사의 OEM 프로젝트는 20%가 안되었고 나머지는 협력업체였다. 우리나라는 그 반대”라는 강 교수는 CAE 시장이 커지기 위해서는 중소기업을 육성해야 한다 고 말한다. 

CAE가 성장하기 위해서는 시장을 5배 이상 키워야 하는데 이를 위해서는 CAE를 사용하지 못하고 있는 사람들이 이를 활용하고, 성과를 내는 것이 중요하다. 강 교수는 “CAE 민주화가 이슈가 되고 있다. CAE가 확대되면서 전문가가 하는 영역은 그대로 가면서, 비전문가까지 사용을 확대하려면 어떻게 해야 하는지에 대한 고민이 필요하다”고 밝혔다. 

소프트웨어 및 하드웨어 지원은 한국 정부만큼 잘하는 곳이 없다. 그러나 이를 쓸 수 있는 인력이 부족하다. 강 교수는 “정부기관에서 슈퍼컴퓨터를 지원해줘도 중소기업들은 이를 쓸 수 있는 엔지니어들이 없다. 중소기업 대상으로 무료 CAE 교육을 하면서 보니 중소기업의 CAE 인력이 2~3명 정도이고, 경력도 많지 않았다. 인프라 지원은 많이 하고 있지만 CAE를 사용할 수 있도록 도와주는 엔지니어링 서비스 지원이 절실하다”고 말한다. 

또한 “기계산업진흥회에서 CAE 검증사 제도를 만들어 인력 양성에 도움을 주고 있다. 한 단계 더 나아가 산업체에서 필요한 CAE 엔지니어 육성으로 발전시켜 나가겠다는 생각을 가지고 있다”고 밝혔다. 현재 검증사 제도는 이론, 소프트웨어 실기 평가 위주로 진행되어 왔는데 학회와의 협력을 통해 산업체 제품개발 해석실무 수행에 필요한 교육 프로그램으로 발전시켜 나갈 수 있을 것으로 기대하고 있다. 

강 교수는 CAE 분야의 새로운 트렌드로 SPH(Smoothed Particle Hydrodynamics), 1D 해석 & 1D 요소 해석, 시스템 모델(System Model), CAE 민주화(Democratizing) 등을 꼽았다. 

전통적인 CAE는 3D 요소 기반의 해석과 정확성 향상을 추구하는 모델링의 상세화가 방향이었고, 이러한 방향은 계속 진행이 될 것이다. 지금까지 구조, 열유체가 강세였다면 앞으로는 전자기장 같은 분야의 확산이 이루어질 것이다. 강 교수는 “차량이나 대부분의 산업기계가 엔진 유압에서 모터로 가고 있다. 모터를 정확하게 설계하기 위한 CAE가 핵심기술이 될 것이다. 자동차나 스마트기기들을 해석하기 위해서는 시그널(signal)과 센싱(sensing), 이에 기반한 동작(actuating)이 중요하다”고 밝혔다. 

ADAS 자율주행 관점에서는 시그널링과 센싱 해석의 동력학 해석과 연계가 필요하며 이러한 분야가 더욱 중요해질 전망이다. 기존에 차량동력학 해석은 로직을 포함하지 않고 진행해 왔다. 제어기능의 연계는 실시간으로 진행되어야 하는데 기존의 해석방식은 실시간 내에 정확도를 확보하기 어려운 문제가 있다. “제어기를 포괄한 시뮬레이션 기법의 중요성이 높아지면서 1D 기법이 다시 부각되고 있다”는 강 교수는 전체적인 시스템을 보려면 상세 해석 가지고는 개발 초기단계에서 방향을 설정하기가 힘들기 때문에 1D가 개념적인 해석 관점에서 다시 조명되고 있다고 말한다. 그리고 FMI(Functional Mock-up Interface) 기반의 시뮬레이션 기법 또한 초기 단계에 최적화 기법을 적용해서 개념 설계를 할 수 있다는 점에서 주목을 받고 있다. 

CAE 관련 위상이 전에 비해 달라지고 있다. 현업에서 느끼는 위상의 변화는 무엇일까? 

강 교수는 “두 가지 관점에서 볼 수 있을 것 같다. 산업계에서 CAE는 급속도로 부각이 되어 왔다. 2010년까지는 대기업에서 부각이 되어 왔다면 이제는 중견기업까지 온 상태”라고 말한다. 글로벌 기업에서는 세계 기업들과 경쟁의 차별화 요소로 기술 핵심인 CAE, 시뮬레이션의 중요성을 인식하고 있다. 그러나 국내 중소기업에서는 CEO나 CTO 등 기술경영 관리자 레벨에서 CAE 기술적용 의 중요성과 제품성능 및 개발효율 혁신 효과가 인지되지 않고 있다. 대기업 측면에서 CAE 전문가의 위상은 올라가고 있으나 중소기업 에서는 CAE 전문인력이 제품개발 의사 결정에 참여하지 못하고 있 는 경우가 많다는 것이다.

CAE는 지금까지 설계나 시험 부문에서 의뢰한 것에 대한 자료를 제공하는데 그쳐 왔는데, 성장하기 위해서는 설계, 시험과 대등한 협업관계에서 최적화 기술을 활용하여 개발에 대한 판단 및 결정을 할 수 있는 조직으로 발전하여야 한다. 그리고 이를 위한 인재 및 조직의 육성이 필요하다. 이와 함께 해석전문가 외 설계, 시험 등의 모든 부서에서 CAE 기술을 활용하는 시뮬레이션 기반의 개발(Simulation Based Development) 상황에 대한 이해와 준비가 필요하다. 

강 교수는 “정부에서는 4차 산업혁명, 인더스트리 4.0을 많이 얘기하고 있다. 이와 관련 유럽이나 북미에서는 시뮬레이션이 코어 기술로 들어가 있다. 그러나 우리나라에서 지난 해 발표한 민관정 정책보고서 12개 산업과제를 보면 AR, VR은 있는데 시뮬레이션이 빠져 있다. 정부의 인지도가 낮다 보니 일반인도 시뮬레이션에 대한 인지도가 낮다”고 말한다. 

“많은 사람들이 시뮬레이션 기술을 즐기고 있다. 스크린 골프, 항공기나 자동차의 조정 시뮬레이션 등 우리 생활 깊숙이 자리하고 있고, 한 단계 더 나아가면 충돌, 진동, 내구 성능 해석 등이 모두 시뮬레이션으로 되고 있다는 것을 인지시킬 필요가 있다”는 강 교수는 IoT의 예를 들며, CAE라는 전문 단어보다 시뮬레이션 등 일반인에 게 더 쉽게 다가갈 수 있는 용어도 필요하다고 말한다. CAE가 대중화되는 시점에서 활성화를 위한 노력들이 합쳐진다면 CAE가 기술경쟁력의 핵심요소로 빠르게 자리매김할 수 있을 것이다.