[아이티데일리] 지금까지는 신제품을 개발할 때마다 기획, 설계, 해석, 테스트 등의 과정을 거쳐 시제품을 만들고 다시 여러 차례 테스트를 반복해 왔다. 이러한 복잡다단하고 오랜 시간이 소요되는 제품 개발 프로세스에 시뮬레이션 기반 버추얼 트윈(Virtual Twin)이 접목되며 패러다임이 변화하기 시작했다.

최근 버추얼 트윈을 구현할 수 있는 시뮬레이션 브랜드를 앞세워 기업들의 혁신을 밀착 지원하는 기업이 있다. 바로 다쏘시스템이다. 다쏘시스템은 여러 산업군에 특화된 시뮬레이션 제품들로 구성된 ‘시뮬리아(SIMULIA)’ 브랜드를 앞세워 기업들의 제품 개발 프로세스 혁신을 돕고 있다. 다쏘시스템에서 시뮬리아 세일즈를 총괄하고 있는 이주상 파트너를 만나 시뮬리아가 산업에 전할 수 있는 가치를 들어본다.

다물리 통합으로 완벽한 가상 테스트 환경 구축

글로벌 3D 설계 SW 선도기업인 다쏘시스템은 ‘카티아(CATIA)’, ‘솔리드웍스(SOLIDWORKS)’ 등 설계 솔루션과 제조 생산 분야의 ‘델미아(DELMIA)’ 솔루션 공급사로 알려져 있다. 시뮬리아는 다쏘시스템의 대표 시뮬레이션 브랜드로, 물리적 현상을 가상으로 구현해 제품 개발과 검증을 혁신하는 솔루션이다.

시뮬리아는 시뮬레이션 관련 제품들로 구성된 브랜드다. 실제 제품을 생산하고 테스트하는 과정을 가상화해 물리적인 현상을 가상에서 구현하는 솔루션들을 산업별 특성에 맞게 제공한다. 가령 힘을 가했을 때 응력이 어떻게 분포되는지, 유체가 어떻게 흐르는지 등 다양한 물리 현상을 시뮬레이션하며 제품의 완벽성을 검증할 수 있는 것을 예로 들 수 있다.

다쏘시스템 이주상 파트너는 “과거에는 모든 것을 실물 테스트로 했었다. 특히 큰 규모의 시스템이나 부품을 개발할 때, 설계가 완료된 후 실제 시제품을 만들어 다양한 물리적 환경에서 테스트하는 과정은 필연적이었다. 하지만 이러한 일련의 과정은 막대한 비용과 오랜 시간이 소요됐고, 테스트 과정에서 문제가 발견되면 다시 설계 단계로 돌아가야 했다. 재작업이 반복됨으로써 효율적이지 못했다. 이는 곧 제품 출시 지연과 경쟁력 저하로 이어졌다”면서 “다쏘시스템은 3D 익스피리언스(3D EXPERIENCE) 플랫폼을 통해 제공되는 시뮬리아로 버추얼 트윈을 구현해 이러한 비효율성을 타개할 수 있도록 지원하고 있다”고 설명했다.

시뮬리아의 핵심 제품군은 구조 해석 분야 ‘아바쿠스(Abaqus)’, 전자기장 시뮬레이션 ‘CST 스튜디오 스위트(CST Studio Suite)’, 소음·진동·열 관련 ‘파워플로우(PowerFLOW)’, 다물체 동역학 분야의 ‘심팩(Simpack)’, 소음 특화 솔루션 ‘웨이브6(Wave6)’ 등과 같이 여러 산업분야의 제품 개발 요구사항에 부합한 솔루션으로 구성돼 있다.

현재 자동차, 반도체, 가전 등 하이테크 산업부터 배터리 제조 장비, 반도체 제조 장비, 우주·항공, 해양·조선 등 다양한 산업 영역에서 활용되고 있다.

다쏘시스템 이주상 파트너는 시뮬리아의 핵심 차별점으로 ‘다물리 통합 환경’을 꼽았다. 이 파트너는 “통상 제품 개발 과정에서 구조 해석을 한다면 구조만 해석하고 끝나지 않는다. 구조를 해석하는 과정에서 발생하는 열도 파악하고, 실제 현상에서 복합적으로 발생할 수 있는 다양한 사례들을 종합적으로 반영해야 한다”며 “다쏘시스템은 2012년부터 3D 익스피리언스 플랫폼 위에서 다물리를 다룰 수 있도록 관련된 제품이 올라가 있다. 설계하고 나서 전자기장, 구조, 열을 따로 보는 게 아니라 복합적으로 한 번에서 볼 수 있게 하는 것이 핵심이다”라고 설명했다.

시뮬리아의 핵심 콘셉트 ‘모드심’…시뮬레이션 민주화 가속

다쏘시스템은 시뮬리아의 핵심 콘셉트(Concept)로 ‘모드심(MODSIM; Modeling and Simulation)’을 꼽았다. 모드심은 모델링과 시뮬레이션 기능을 하나의 3D 익스피리언스 플랫폼에 통합한 개념이다. 이 플랫폼은 모든 데이터가 하나의 공통 모델 내에서 관리되며, 데이터 변환 과정을 없앨 수 있다. 이를 통해 앞서 제품 개발을 목표로 설계자가 모델을 변경하면 해석 시뮬레이션이 실시간으로 자동 업데이트되는 순환적인(cyclical) 프로세스가 가능해진다.

다쏘시스템의 이주상 파트너는 과거의 비효율적인 제품 개발 프로세스의 상당부분은 설계팀과 해석팀이 분리된 ‘사일로(Silo)’ 방식에서 기인한다고 지적했다. 이 파트너는 “설계가 완료된 후 실제 시제품을 만들어 테스트하는 과정에서 들어가는 비용과 시간도 큰 문제였지만, 데이터 변환에 따른 호환성 문제가 발생할 수 있었고, 팀 간 협업에도 많은 어려움이 있었다. 3D 모델을 해석 SW로 가져올 때에는 데이터 포맷을 변환하는 과정이 필수적이다. 이 변환 과정에서 데이터의 일부가 손실되거나, 형상 정보가 정확히 넘어가지 않아 오류가 발생할 수 있다. 이는 해석 결과의 신뢰성을 떨어뜨리는 원인이 되기도 한다. 설계팀과 해석팀이 서로 다른 시스템을 사용할 경우 실시간으로 정보를 공유하고 협업하기 어려워진다. 이는 의사소통 단절을 초래하고 문제 해결 속도를 늦출 수 있다”고 부연했다.

다쏘시스템은 모드심 콘셉트가 이러한 문제를 해결할 수 있다고 강조했다. 설계자가 이용하는 CAD SW부터 해석자가 이용하는 CAE SW가 3D익스피리언스 플랫폼에 통합됐기 때문에 데이터 변환 과정 자체를 없앴다. 또한 모든 데이터가 하나의 공통 데이터 모델 내에서 관리되기 때문에 데이터 손실과 오류도 발생하지 않는다. 설계자가 모델을 변경하면 시뮬레이션 모델이 자동으로 업데이트돼 해석자의 과업 변동에도 큰 지장을 주지 않는다.

이주상 파트너는 “모드심을 통해 제품 검증과 확인 단계를 개발 초기의 개념 단계로 앞당겨 비효율적이던 재작업과 비용을 획기적으로 줄여 시장 출시 시간을 단축하고 제품 품질을 높일 수 있게 됐다. 또한 모드심은 복잡한 워크플로우를 표준화하고 템플릿화해 비전문가인 설계자도 직접 해석 업무를 수행할 수 있도록 지원한다. 이를 토대로 설계자가 해석자의 단순 반복적인 업무를 수행함으로써 시뮬레이션의 민주화도 구현할 수 있다. 이를 통해 해석자들은 더 복잡하고 고부가가치 업무에 집중할 수 있게 되는 선순환 구조를 만들 수 있다”고 설명했다.

이어 이 파트너는 “3D익스피리언스 플랫폼에서 구동되는 모드심은 한 플랫폼 내에서 심리스하게 설계가 해석으로 연결되기에 과거에 들였던 시간을 절반 이상 줄일 수 있다. 더 나아가 프로세스 자동화를 통해 설계자가 해석자에게 의뢰할 필요 없이 바로 자동화된 해석을 할 수 있게 된다”면서 “실제로 현대중공업은 모드심을 이용해 E500 굴삭기를 개발해 혀율성을 20% 이상 높일 수 있었으며, 에어버스는 2050년 탄소 중립 목표 달성을 위한 미래 항공기를 개발하면서 50% 이상의 개발 기간을 단축할 수 있었다”고 덧붙였다.

다음은 다쏘시스템 이주상 파트너와의 인터뷰를 일문일답으로 구성한 것이다.

“비용 효율성 및 협업 등에 강점”

Q. 시뮬리아 포트폴리오의 주요 제품별 기능과 특장점을 소개해달라.
A. 시뮬리아는 3D익스피리언스 플랫폼을 통해 제공되는 다물리 해석 솔루션들로 구성된 브랜드다. 대표적으로 구조 해석에 많이 쓰이는 아바쿠스가 있다. 아바쿠스는 비선형·충돌·피로 해석 등을 지원한다. 수천만 개 요소 모델도 안정적으로 처리할 수 있는 성능을 갖췄다.

또한 전자기장 분야에서는 CST 스튜디오 스위트가 있다. 안테나 설계와 EMC/EMI 분석에 특화돼 3D 유한차분 시분할(FDTD) 방식을 채택해 고정밀 결과를 보장한다. 다음으로 유체 해석에 특화된 솔루션인 파워플로우와 X플로우도 있다. 격자 볼츠만 방식을 활용해 복잡한 형상에서의 비정상 유동 현상까지 정확히 예측할 수 있는 솔루션이다.

다물체 동역학 전용 솔루션 심팩은 서스펜션·로봇 메커니즘 진동 해석에 강점을 갖고 있으며, 웨이브6는 음향·소음 해석을 전담해 차량 및 기계 소음 저감 설계에 활용되고 있다. 마지막으로 ‘인사이트(Isight)’와 ‘DS PIDO’라는 솔루션도 있다. 이는 해석 자동화와 파라메트릭 최적화를 통해 수백 개 시나리오를 일괄 처리할 수 있도록 지원하는 솔루션이다.

Q. 시뮬리아 도입 시 기업이 얻는 이점은 무엇인가.
A. 시뮬리아를 도입하면 크게 3가지 강점이 있다. 또 이 세 가지 요소가 결합되면 평균적으로 기업은 6개월 이내 초기 투자비용을 회수할 수 있고 전체 개발 주기를 30~50% 단축 할 수 있다.

구체적으로 우선 설계 변경이 해석 모델에 자동으로 반영되는 ‘연관성 기반 파라메트릭 모델링(Associative Parametric Modeling)’을 구현할 수 있다. CAD에서 치수나 재료 속성을 수정하면, CAE 솔버 구성 요소(메시, 요소 속성, 접촉 정의 등)가 즉시 업데이트되므로 별도 수동 작업 없이도 재작업 시간을 50% 이상 절감할 수 있다.

다음으로는 구조·유동·열·전자기장 해석을 개별적으로 수행하는 기존 방식과 달리 ‘다물리 통합 해석(Multi-Physics Co-Simulation)’이 가능해 상호 영향이 큰 물리 현상을 한 번의 연산 프로세스로 동시에 검증할 수 있다. 예를 들어, 고속 회전체의 열-구조 연성 해석에서 발생하는 열 팽창과 응력 분포를 열 해석 후 구조 해석으로 수작업으로 전송하지 않고, 실시간 데이터 교환 방식으로 오차를 10% 이내로 제한하며 초기 판단 오류 최소화가 가능하다.

마지막으로 3D익스피리언스 플랫폼 기반의 ‘단일 데이터 모델’에서 설계·해석·생산 데이터를 중앙 집중형으로 관리할 수 있다. 이는 각 부서 간 실시간 협업 환경의 기반이 된다. 설계팀이 모델을 업데이트하면 해석팀은 즉시 변경 사항을 확인하고, 제조팀은 가공·조립 정보까지 자동으로 동기화되므로 의사결정 속도가 최대 3배 빨라질 수 있다.

Q. 국내와 해외 도입 사례를 소개해달라.
A. 우선 국내에서는 현대중공업 E500 굴삭기 프로젝트가 있다. 현대중공업은 3D 설계 솔루션 카티아와 별도의 CAE 툴을 활용해 구조 해석을 진행했다. 프로토타입 제작과 현장 테스트에 총 16주가 소요됐다. 시제품 제작비용만 5억 원에 달했고, 설계 변경이 발생할 때마다 최대 4주씩 재작업이 반복됐다.

이러한 상황에서 다쏘시스템은 3D익스피리언스 플랫폼 위에 아바쿠스와 CST 통합 워크플로우를 구축했다. CAD 데이터와 해석 모델을 단일 DB로 연결하고, 설계 변경 시 자동 해석 업데이트 프로세스를 적용했다. 또한 모드심 개념을 시범 적용하며 메시 생성·경계조건 설정 과정을 자동화했다.

현대중공업은 프로젝트를 진행하면서 프로토타입 횟수를 절반으로 줄이고, 개발 기간 역시 20% 내외로 단축할 수 있을 것으로 예상했다. 실제 효과는 더욱 컸다. 개발 기간이 16주에서 12.8주로 20% 단축됐고, 프로토타입 비용은 5억 원에서 4억 2천만 원으로 16% 절감됐다. 재작업 시간도 4주에서 1주로 75% 줄어들었으며, 프로젝트 전체 ROI를 4개월 만에 실현했다.

해외 기업 사례로는 에어버스의 ‘A350 디지털 트윈’ 구축을 예로 들 수 있다. 에어버스는 신형 A350 항공기 날개 설계 검증을 위해 물리 시험과 단일물리 해석을 병행했다. 시험 캠퍼스에서의 윈드터널 테스트에만 8주가 투입됐고, 구조·공력·진동 해석을 분리된 팀에서 각기 수행하며 데이터 호환성 문제가 빈번히 발생했다.

에어버스는 시뮬리아 포트폴리오 중에서도 아바쿠스와 파워플로우, 토스카 등 솔루션을 3D익스피리언스 플랫폼에서 일원화했고 버추얼 트윈 환경을 구축했다. 윈드터널 데이터를 파워플로우로 전처리하고, 비선형 구조 해석은 아바쿠스로 즉시 연계했다. 최적화 단계에서는 토스카의 토폴로지 최적화를 도입해 경량화 설계를 병행했다.

도입 후 에어버스는 ‘시프트-리프트(Shift-Left)’ 검증을 통해 윈드터널 테스트 주기를 8주에서 4주로 단축했고, 날개 구조 중량을 12% 경량화하는 데 성공했다. 또한 개발 비용을 약 15% 절감하면서도 안전 마진을 기존 대비 3% 높였다. 이 프로젝트는 3D익스피리언스 기반 항공기 설계의 표준 워크플로우로 채택되기도 했다.

“데이터 및 프로세스, 조직 정비 시 완성도 높은 혁신 가능”

Q. 시뮬리아 도입 전 기업이 준비해야할 사항이 있다면.
A. 시뮬리아 도입 전에 ‘데이터 및 프로세스 정비’가 필수적이다. 우선 CAD·PLM·MES 등 기존 시스템에 흩어져 있는 설계 데이터와 해석 시나리오, 시험 결과 데이터를 통합해야 한다. 단일 데이터 모델이 구축돼야 3D익스피리언스 플랫폼 위에서 설계 변경이 해석 모델에 실시간으로 반영된다.

다음으로는 해석 업무 프로세스를 표준화하고, 주요 검증 단계를 정의해야 한다. 일례로 제품 생성 규칙, 재료 속성·하중 조건 관리 체계, 결과 보고 형식을 사전에 수립하면 도입 초기 혼선을 줄일 수 있다.

마지막으로 엔지니어와 IT팀 간 협업 체계를 마련해야 한다. 플랫폼 관리·사용 권한, 데이터 보안·백업 정책, 해석 워크플로우 변경 승인 절차 등을 사전에 합의하고 문서화해야 안정적인 운영이 가능하다.

이러한 세 가지 준비 과정을 거치면 시뮬리아 도입이 단순 라이선스 설치를 넘어, 기업 전사 차원의 디지털 전환 프로젝트로 성공할 수 있다.

Q. 중소기업이 예산과 전문인력 부족으로 주저할 수도 있을 것 같다.
A. 다쏘시스템은 중소기업의 도입 장벽을 해소하기 위해 종합적인 지원 프로그램을 운영하고 있다. 우선 구독형 라이선스 모델을 통해 초기 라이선스 구매 비용을 대폭 낮췄다. 월간·분기별 구독 옵션을 선택하면, 구매비용 없이 운영비 예산 범위 내에서 시뮬리아를 이용할 수 있다.

아울러 클라우드 가상 데스크톱도 제공한다. 별도 GPU 서버나 워크스테이션을 구축할 필요 없이, 인터넷 브라우저 또는 경량 클라이언트만으로 아바쿠스, CST, 파워플로우 등 주요 시뮬리아 제품을 실행할 수 있다. 기업 내부 IT 자원에 부담을 주지 않으면서도 대규모 연산을 수행할 수 있다.

또한 산업별 해석 템플릿과 로우코드 워크플로우를 무상으로 지원한다. 예를 들어 금속 3D 프린팅 부품의 열변형 검증을 위한 메시·경계조건 초기 설정 템플릿, 자동차 서스펜션 피로 해석을 위한 스크립트 기반 워크플로우를 제공해, 해석 전문가 없이도 엔지니어가 손쉽게 초기 PoC를 진행할 수 있다.

다음으로 온·오프라인 교육 프로그램도 운영 중이다. 시뮬리아 입문부터 고급 다물리 해석, AI/ML 자동화 워크플로우 구성까지 과정을 단계별로 제공하며, 온라인 강의와 실습 환경을 무료로 개방하고 있다. 현장 컨설팅 및 전문가 단기 파견 서비스도 제공한다. 프로젝트 초기 단계에 해석 전문가를 파견하여 환경 설정, 템플릿 커스터마이징, PoC 수행을 지원한다. 이를 통해 기업은 시행착오를 최소화하고, 빠른 시간 내에 실질적인 해석 성과를 달성할 수 있다.”

“AI는 버추얼 트윈 혁신 위한 도구…제품 내 AI 적용 확대”

Q. AI/ML은 시뮬리아에 어떻게 적용되고 있는가.
A. 다쏘시스템은 AI에도 적극적으로 투자하고 있다. AI·머신러닝은 프로세스 전반에 걸쳐 반복 업무를 자동화하고, 엔지니어가 본질적인 설계·검증 업무에 집중하도록 하는 형태로 제품에 적용되고 있다.

가령 메시 생성 단계에서는 딥러닝 기반 분할·병합 알고리즘을 활용해 복잡 형상의 메시를 자동으로 생성한다. 전통적으로 몇 시간 이상 걸리던 메시 작업이 10분 안팎으로 단축된다. 경계조건 설정 단계에서는 과거 해석 이력을 학습한 ML 모델이 재료 특성, 하중 조건, 접촉면 추정값을 자동 제안해 초보자도 고품질 해석 모델을 손쉽게 구성할 수 있다.

결과 후처리 단계에서는 AI가 해석 결과에 대한 통계적 패턴과 이상치를 분석해 잠재적 결함 영역을 하이라이트하고, 중요 성능 지표(KPI) 변화 추이를 시각화한다. 이 과정에서 엔지니어는 수백 개 슬라이드를 일일이 검토할 필요 없이, AI가 추천한 주목 포인트만 빠르게 검증하면 된다.

나아가 ‘AI 기반 설계 대안 생성’ 기능도 제공하고 있다. 최적화 루프마다 생성된 설계 변수를 학습해, 다음 루프에서 유망한 설계 후보를 미리 제안한다. 이를 통해 엔지니어는 수백 번의 반복 계산 대신 10분 만에 고성능 설계 후보로 바로 이동할 수 있다.

Q. AI/ML 기반 자동화가 실제 프로젝트에 준 영향은.
A. 공작기계 기업인 C사의 경우 AI 메시 자동화 도입 후 메시 생성 시간을 87.5% 줄이고, 설계 최적화 프로젝트 기간을 40% 단축했다. 자동차 부품사 D사는 ML 기반 결과 예측으로 검증 사이클 횟수를 30% 줄였고, EMI 이슈 진단 정확도를 95%까지 높이기도 했다.

“기업 경쟁력 유지 위한 디지털 혁신 러닝메이트 될 것”

Q. 국내 시장 공략을 위한 중장기적 전략은.
A. 우선 디지털 트윈과 실시간 운영으로 예지 보전과 성능 최적화에 주력할 계획이다. 동시에 SaaS 형태의 클라우드 네이티브 전환을 가속화해 언제 어디서나 협업 가능한 환경을 구축하고자 한다. 아울러 산학협력도 확대해 시뮬레이션 전문 인력을 양성하고, ESG·친환경 설계 지원을 위한 다물리 통합 해석 컨설팅도 강화할 예정이다.

Q. 다쏘시스템의 시뮬리아가 국내 산업에 어떠한 가치를 줄 수 있는지.
A. 시뮬리아를 통해 국내 기업들이 얻을 수 있는 핵심 가치는 기업 핵심 인력의 역량을 높일 수 있다. 10~20년 후에는 인구가 더욱 줄어들 것이다. 동남아시아나 중국과 같이 인력의 풀이 여유로운 국가는 큰 문제가 안 되겠지만, 한국은 다르다. 우리나라는 언젠가 10명이 하는 일을 1명이 해야 하는 상황이 도래할 것이다. 이때 기업의 경쟁력을 유지하기 위해서는 적은 인력으로 남들보다 빠르고 정확함은 강화돼야 한다.

지금부터라도 시뮬레이션 역량을 쌓아야 10년~20년 후 기업 경쟁력이 유지될 것이다. 기업들이 가장 고민하는 빠른 개발, 비용 효율화, 품질 개선 모든 면에서 시뮬리아가 이를 지탱하는 핵심 솔루션이 될 것이다. 다쏘시스템은 아직 갈 길이 멀지만, 실물 테스트 없이 완벽한 제품을 만든다는 목표를 설정하고 기업들의 디지털 혁신 여정 파트너로 자리매김할 예정이다.