▲ ‘디지털 전환을 위한 산학연협의체 기술교류회’에서 한국세라믹기술원 현상일 수석(右 여섯 번째)과 참석자들이 기념촬영에 응하고 있다.

4차 산업혁명시대에 산업 생태계가 급격히 변화하는 시점에서 빠른 연구개발(R&D) 및 사업화를 위한 소재부품업계의 디지털 전환은 경쟁력 향상을 넘어 생존 문제로 직결되고 있다. 이미 해외 선진국들은 컴퓨터 시뮬레이션을 통한 가상 제조기술 및 인공지능(AI)과 빅데이터 등을 활용한 오픈 플랫폼을 구축해 활용하고 있는 반면 우리나라는 데이터 축적부터 어려움을 겪고 있는 상황이어서 정부의 적극적인 지원과 산학연의 협력이 시급한 상황이다.

한국세라믹기술원 디지털소재혁신센터는 지난 25일 서울 롯데호텔 회의실에서 ‘세라믹·전자 가상공학플랫폼 산학연기술협의체 구성 및 기술교류회’를 개최했다. 세라믹기술원은 지난 2017년부터 산업통상자원부가 지원하는 ‘IoT(사물인터넷) 적용 세라믹·전자 소재 공정 가상공학 플랫폼’ 사업을 추진 중으로, 사업을 통해 개발되고 있는 디지털 전환기술의 산업체 활용 제고를 위해 이번에 협의체 구성 및 기술교류회를 마련했다.

디지털 혁신의 핵심은 협업과 통합인 만큼 기술 수요산업체와 공급 기업이 더 많은 대화를 통해 필요한 솔루션을 제시하고 개발할 수 있도록 만남의 장이 필요하다.

이에 이날 세라믹기술원 정찬엽 저탄소·디지털전환사업단장, 현상일 수석, 이재찬 콤파이드 대표, 박준영 금오공대 교수, 전흥재 연세대 교수, 장훈 KC이노베이션 수석, 이경세 포항금속소재산업진흥원 실장, 지수영 ETRI 책임, 홍윤호 다쏘시스템코리아 기술대표, 이민호 버츄얼랩 대표, 최광표 전남TP 세라믹솔루션센터장 등이 참석해 관련 산업체에 다양한 디지털기술들을 소개했다.

미국의 발명가 에디슨이 백열전구 필라멘트 소재를 찾기 위해 금속부터 대나무까지 1만종에 달하는 소재를 일일이 테스트한 것은 유명한 일화다. 이처럼 과거엔 모든 후보물질에 대해 성공할 때까지 단순 반복적으로 실험했지만 이제는 R&D가 복잡해지고 시행착오가 유발하는 시간과 비용이 커지다보니 컴퓨터를 이용해 실험 전에 시뮬레이션으로 공정 최적 조건을 잡고 시행착오를 줄이는 가상공학이 필수적이다.

가상공학(Virtual Engineering)은 소재선정-공정개발-부품설계-시제품생산-신뢰성평가에 이르기까지 일련의 생산과정을 동시 공학(Total Engineering) 방식으로 연결함으로써 실물모형 제작 없이 가상모형과 이를 이용한 시뮬레이션으로 대체하고 이 과정 중에 발생되는 정보를 통합, 운용할 수 있도록 지원하는 기술을 말한다.

가상공학은 1960년대 컴퓨터 지원 설계, 생산 및 전산해석 기술을 시작으로 정보기술의 발전과 함께 자동차, 조선, 건축, 전자산업 등에 필요한 소재부품과 공정기술로 적용범위가 확대되고 있으며 기업들의 생산기간과 비용 절감에 큰 역할을 하고 있다.

지수영 ETRI 책임은 미국, 일본, 독일 등 소재 선진국에서는 가상공학 시뮬레이션 기술을 오래전부터 개발해 원자 단위의 해석에서 거시적인 스케일에 아우르는 소재 설계에 활용하고 있다고 전했다. 미국의 경우 기업들이 신소재를 2배 이상 빠르게 발견·개발·상용화 할 수 있도록 2011년부터 MGI(소재게놈이니셔티브)로 대표되는 소재설계 프로젝트를 추진 중이다.

최근에는 빅데이터 기반 예측 및 최적화 AI 플랫폼이 소재산업 전반에 확산되고 있다. AI와 빅데이터를 통해 소재의 복잡한 조성, 물성, 공정 등을 최적화해 신소재 개발 시간과 비용을 획기적으로 줄이고 있는 것이다.

특히 기술 도약이 가능한 신소재 정보가 기업에 효과적으로 공유할 수 있는 산학 연계망 구축이 눈에 띈다. 미국은 ‘Material 4.0’을 통해 소재 혁신과 개발 관련 모든 코드를 쉽게 사용하게 하기 위한 오픈 플랫폼 구조를 개발해 개발 모든 단계에서 첨단 데이터를 공유하도록 했다. 일본도 NIMS(국가수리과학연구소) 인프라를 통해 소재 실험 결과 데이터, 장비 계측 정보를 통합하고 무료로 검색할 수 있는 개방형 플랫폼을 구축했다.

우리나라도 산업부의 소재종합솔루션센터를 통해 데이터를 축적하고 있지만 데이터 수도 선진국 대비 절반 이하이고, 기초소재-혼합소재-원료조성-공정 방식-측정 조건 등 단계에 따른 디지털 데이터 축적이 미진한 상황이다. 전남TP 세라믹솔루션센터장은 세라믹 분말처리의 원료투입부터 분무건조에 이르는 공정데이터를 확보해 문제발생을 조기에 감지하고 공정을 최적화하는 프로젝트를 진행하는 과정에서의 경험을 바탕으로 품질 데이터 확보가 어렵고 실제 데이터를 확보하는 소프트웨어가 필요하다고 밝혔다.

때문에 우선 양질의 데이터를 최대한 확보하려는 노력이 필요하다. 지수영 ETRI 책임은 “우리나라는 AI 학습에 필요한 소재 데이터가 적기 때문에 AI로 만든 가상공학 데이터를 축적해야 한다”며 “데이터를 통합 분석·서비스 할 수 있는 플랫폼 구축을 국가 프로젝트로 진행할 필요가 있다”고 제언했다.

가상공학플랫폼사업 총괄책임자인 현상일 세라믹기술원 수석은 “가상공학 플랫폼은 정보의 교류와 협력을 통해 중소기업들이 현장에서 마주하는 디지털 전환을 돕고 현장에 뿌리를 내릴 수 있도록 돕고 있다”며 “좋은 기술이 성공적인 협력을 창출하는 선순환 구조가 될 수 있도록 협의체를 중심으로 산학연 협력을 활성화하는데 노력하겠다”고 밝혔다.

한편 세라믹기술원은 누구나 PC, 태블릿, 스마트폰 등으로 언제 어디서나 서버에 접속해 △소재부품 설계해석(소재단위 물성 예측, 부품 최적화 설계) △주조·단조·사출·성형 등 제조공정 설계해석 △가상시험(기계적 물성, 내구성 등 성능 및 예측고장 이슈 실증) 등을 시뮬레이션 할 수 있는 웹기반 가상공학 플랫폼 ‘벡터(VECTOR)’를 서비스 중이다.

▲ 지수영 ETRI 책임이 ‘AI를 활용한 소재개발 관련 기술동향과 연구사례’를 주제발표하고 있다.