대한민국 산업발전의 기반이 될 전산설계 원천기술 연구
국내 환경에 최적화된 전산설계 SW 국산화에 주력할 터
카이스트 전산설계센터 한순홍 센터장

미래창조과학부에서는 산업현장에 즉시 투입될 수 있는 최신 연구지식과 활용능력을 가진 이공계 인재를 양성하는 한편, 현재 사용되고 있는 값비싼 외국산 SW를 대체할 수 있는 이공계 교육·연구용 시뮬레이션 SW의 국산화 기반을 마련하고자 중앙센터(KISTI)와 ‘전산열유체, 나노물리, 계산화학, 구조동역학, 전산설계’의 5개 전문센터를 설립하고 ‘첨단 사이언스·교육 허브 개발 사업(EDISON)’을 추진해왔다.

교육·연구·산업체 환경 첨단화 위한 기술
최적설계는 기계나 부품 등의 제작 설계를 할 때, 성능·재료·가공방법·코스트 등을 가장 알맞은 것으로 적용하는 것을 말한다. 전산설계센터는 전산최적설계 프레임워크의 개발과 응용분야에 특화된 시나리오 및 융합 콘텐츠를 개발하는 것을 목표로 하고 있다. 또한 이를 통해 최적설계 프레임워크의 원천기술을 확보하고, 산·학·연 협동연구로 사업화의 토대를 마련하고자 연구에 매진하고 있다. 센터를 이끌고 있는 한순홍 센터장은 “전산설계기술은 적은 원가 구성에 비해 고부가가치를 창출할 수 있는 산업 경쟁력의 주요 요소입니다. 특히 전 세계적으로 첨단제조분야가 활성화되고, 제조공학 인재 수요가 증가하고 있음에 비춰볼 때 우리나라 산업발전과 세계시장 공략을 위해서는 반드시 선행되어야 하는 필수기술이라 할 수 있습니다.

사실 그간 국내 산업현장에서 사용되는 설계 소프트웨어의 대부분은 외국 제품인 경우가 많았다. 이는 고가의 라이선스 비용으로 인한 교육·산업·연구용으로서의 자유로운 활용에 장애가 되어왔으며, 국내 산업현장의 다양한 요구를 즉각 대응하기가 어렵다는 문제점도 존재했다. 이에 전산설계센터에서는 오픈소스를 기반으로 한 설계 소프트웨어 국산화를 통해 교육과 산업체에 필요한 기능을 쉽게 개발하고, 산업체 사용자의 신속한 대응이 가능한 시스템을 구축하고자 노력하고 있다. 또한 관련 분야로의 진출을 꿈꾸는 학생들에게 첨단 기술에 대한 교육의 기회를 보다 폭넓게 제공하고자 하고 있다.

전산설계센터의 연구는 전산설계 분야를 포괄하는 총 3개 세부과제로 구성된다. 1세부과제에서는 오픈소스 CAD를 이용한 제품설계 시스템의 개발이 진행된다. 이때 특징형성 기반의 모델링 방법이 적용되며, 전산열유체 또는 구조동역학 전문센터 소프트웨어와의 파라메트릭 모델 교환도 함께 이뤄진다. 또한 기존 시스템에 존재했던 요소인식(Persistent naming) 문제를 해결하기 위해 위상(Topology) 기반 또는 기하(Geometry) 기반 기법이 적용되게 된다. 이어서 2세부과제에서는 다분야최적설계를 위한 전산공학 설계 프로그램이 개발된다. 연구팀은 기존 상업용 소프트웨어의 기능을 능가하는 세계적 수준의 구조최적설계 알고리즘 개발에 매진하고 있으며, 타 EDISON 전문센터와 협력하여 다양한 설계 교육이 가능하도록 진행할 계획이다. 인간상호작용(Human interactive) 기술을 이용하여 해석 및 설계 편리성의 증진도 추구하게 된다. 3세부과제에서는 사람과 교감하는 인터렉티브 제품에 특화된 전산설계 응용 및 사용자 인터페이스 개발이 추진된다. IoT(사물인터넷) 제어, 매핑 가시화 시스템을 통한 창의적인 제어 인터페이스 구현과, 인터렉션 디자인 워크플로우의 설계 도구 파편화 문제 해결이 연구의 핵심이다. 이는 사용자 접근성 향상과 함께 디지털 모델과 실제 모델의 유기적인 통합을 고려한 전산설계 프레임워크 구축의 기반이 될 전망이다.

“세계 수준에 도달하기 위해 노력하겠습니다”
2014년도에서 전산설계센터는 기술현황 분석 및 사전조사를 기반으로 14종의 전산설계 프로그램을 개발하는데 성공했,다. 또한 전산설계 콘텐츠 19종과 타 전문센터와의 인터페이스 시나리오 4종을 개발함으로써 학부 및 대학원 교과목 교육·연구 활용을 통한 전산설계 분야의 이해도 높은 인력양성을 꾀할 수 있게 됐다. 또한 지난 3월에는 총 8개 대학에서 25개 팀, 53명이 참가한 ‘제1회 전산설계 경진대회’를 개최, 자체 개발중인 EdisonDesigner라는 CAD시스템과 Evolutionary 알고리즘을 활용한 최적화 연구를 진행하고, 이를 캐드캠학회지에 게재하기도 했다.

현재 센터는 개발 SW의 기능 개선 및 추가 프로그램 개발과 전산설계 분야 공학 교육·연구 활용을 위한 연구개발에 매진하고 있다. 또한 전산열유체센터 및 구조동역학센터와의 연계를 강화해 교육·연구·산업체 환경 첨단화와 EDISON 커뮤니티 확대에 주력하고 있으며, 오는 2016년 3월에 개최되는 EDISON 경진대회도 개최할 예정이다.

한순홍 센터장은 “우리나라의 기계, 항공, 해양공학, 산업디자인 설계 기술은 선진국에 비해 부족한 수준입니다. 이는 설계기술의 인프라 구축이 미흡하고, 산업현장과 학·연·산 간의 설계기반 기술의 차이가 존재하기 때문입니다. 하지만 우수한 국내 인적자원에 기반하여 노력한다면 머지않아 세계적인 수준으로 발전할 수 있으리라 생각합니다. 저는 센터장으로서 센터의 비전달성과 성공을 위해 책임감을 가지고, 정교한 평가지표 수립과 이에 근거한 경쟁체제를 도입하고자 합니다. 이를 통하여 설계인력양성, 산학연 협력강화 등의 목표를 달성하고, 전산설계 분야가 세계를 향한 대한민국 산업경쟁력의 주된 요소가 될 수 있도록 최선을 다하겠습니다”라고 전했다. 세계로 뻗어나갈 대한민국 산업의 토대를 만들고 있는 이들의 노력에 응원의 박수를 보낸다.

Original technology research on computational design
Localizing customized computational design SW for Korea
Director Soonhong Han of KAIST Computational Design Center 

Advanced technology for education, research and industry
Optimum design for machines and parts requires knowledge in performance, materials, processing and cost. KAIST Computational Design Center in this respect aims to develop fusion contents specialized for optimum computational design and framework through securing original technology and industry-academic cooperation. Director Han says “The technology can create high added value with low unit price. As high tech manufacturing has become a global trend, Korea must need this technology to promote both national and global competitiveness.” Most design software used in industrial settings are foreign made. And we had to pay expensive royalty and limited access to use them for education, industry and research. For this, the center is working on localizing design softwares based on open sources, developing functions needed for industry and building a system to give prompt response to the users as well as providing training opportunities for students. The center’s research is divided into three parts. Firstly, it is ‘Development of Product Design System’ by using open source CAD. Characteristic forming-based model is applied to the system and exchanges of parametric model with computing thermal fluid and structural dynamics softwares are also used. In addition, ‘Topology’ and ‘Geometry’ methods are applied to solve the ‘Persistent naming’ problem of the existing systems. Secondly, it is ‘Development of Computation Engineering Design Programme’ for optimum multidisciplinary designs. For this, the center is pushing forward development of global level optimum structural design algorithm and is currently working with EDISON specialized center for various design education. The center also uses ‘Human interactive’ to improve analysis and convenience of design. Lastly, it is ‘Development of User Interface’ specialized for computational design and interactive products that can communicate with human beings. Realizing creative control interface through visualizing mapping and controling IoT and solving design tools of fragmentization of interaction design workflow are the core elements of the research. This is expected to be the foundation for building computational design framework based on organic integration of digital models and real models. 

Making it to be global
The center developed 14 kinds of computational design programmes based on analysis on current technologies and preliminary survey in 2014. The center also developed 19 computational design contents and 4 interface scenarios with other specialized centers to be used in universities and to foster manpower. In addition, the center held ‘The 1st Computational Design Competition’ last March and 53 of 25 teams from 8 universities participated in the competition. The center demonstrated its EdisonDesigner CAD System and Optimum Research on Evolutionary Algorithm. These two were published on the academic journal of CAD/CAM Society. Currently, the center is working on improvement of SW functions and development of additional programmes, educational resources and research materials. The center is also working with Computational Thermal Fluid Center and Structural Dynamics Center to improve related environment and to expand EDISON community and is planning to hold EDISON Contest in March 2016. Director Han says “Our design technology in machines, aviation, ocean engineering and industrial design still need much improvement due to lack of infrastructure and technological difference between academic world and industry. For this, I want to establish accurate evaluation index and competition system. Through this, we can foster talented manpower and promote industry-academic cooperation and national competitiveness.” Power Korea supports Director Han and KAIST Computational Design Center.