지난 50년 동안 엔지니어링 시뮬레이션 분야는 엔지니어가 3D 물리 문제를 더 빠르고 쉽게, 더 높은 정확도와 안정적인 결과로 해결할 수 있도록 수치 해석 방법을 발전시켜 왔다.
대표적으로 유한 요소 해석(FEA), 유한 체적법(FVM), FDTD(Finite Difference Time Domain)는 솔버 효율을 높여 왔다. 또한 동적 시각화 기술은 사용자가 시뮬레이션을 더 쉽게 다룰 수 있도록 돕는다.
시뮬레이션이 여전히 해결해야 하는 과제
시뮬레이션 기술이 발전했지만 여전히 해결해야 할 과제는 남아 있다.
시뮬레이션은 다음 요소 사이에서 동시에 균형을 맞춰야 한다.
- 결과의 정확도
- 결과 도출 속도
- 워크플로의 사용 편의성
- 워크플로의 견고성
예를 들어 메시 생성은 다물리 해석의 기본 구성 요소이다. 일반적으로 더 거친 메시를 사용하면 시뮬레이션 속도는 빨라지지만 정확도는 낮아질 수 있다. 반대로 단순한 메시 기반의 쉬운 워크플로는 정확도를 낮출 수 있으며, 시뮬레이션이 수렴하지 않는 경우처럼 견고성 문제가 발생할 수도 있다.
Ansys가 AI와 ML을 탐색하는 이유
Ansys는 이러한 문제를 해결하기 위해 인공지능(AI)과 머신러닝(ML) 활용을 탐색하고 있다.
AI와 ML은 시뮬레이션의 속도, 정확도, 사용 편의성, 견고성 사이의 균형 문제를 완화하는 데 활용될 수 있다. 특히 시뮬레이션 매개변수를 자동으로 찾고, 속도와 정확도를 동시에 개선하는 방향으로 적용될 수 있다.
AI와 ML을 통한 동시 개선
AI의 상용화는 1970년대에 시작되었지만, 실제 출발점은 그보다 앞선 1960년대의 규칙 기반 전문가 시스템 개발이었다. 이러한 시스템은 가장 단순한 형태의 AI로, 사람이 정리한 전문 지식을 바탕으로 인간 지능이 필요한 문제를 해결하는 방식이다.
AI와 ML은 과학과 의학 분야뿐 아니라 다양한 산업에서 빠르게 채택되고 있다. 예를 들어 신약 개발 간소화, 로봇 보조 수술, 자동화된 의료 기록 접근, 감성 분석, 금융 알고리즘 트레이딩, 전자상거래 추천 엔진 등에 활용된다.
Ansys는 AI와 ML 방법을 활용해 시뮬레이션 매개변수를 자동으로 찾고, 시뮬레이션 속도와 정확도를 동시에 개선할 수 있다고 설명한다.
증강 시뮬레이션과 신경망 학습
Ansys는 증강 시뮬레이션(augmented simulation)을 통해 시뮬레이션 속도를 크게 높일 수 있다고 설명한다.
이 과정에서는 데이터 기반 방법 또는 물리 정보 기반 방법을 통해 신경망을 훈련한다. 이를 활용하면 시뮬레이션 속도를 최대 100배 수준까지 높이는 방향으로 접근할 수 있다.
AI와 ML이 시뮬레이션에 제공할 수 있는 가치
Ansys는 AI와 ML 적용을 통해 다음과 같은 효과를 기대한다.
- 고객 생산성을 더 높일 수 있다.
- 칩 열 해석 가속과 같은 증강 시뮬레이션을 지원할 수 있다.
- 국부 영역의 고정밀 해석과 거친 영역의 ML 방법을 결합한 유체 솔버 개발에 활용할 수 있다.
- 설계 공간 탐색을 최적화할 수 있다.
- 솔버의 리소스 예측과 같은 비즈니스 인텔리전스 의사결정을 지원할 수 있다.
- 데이터 분석 기반 디지털 트윈과 시뮬레이션 기반 디지털 트윈을 결합해 빠르고 정확한 하이브리드 디지털 트윈을 만들 수 있다.
AI와 ML이 시뮬레이션의 균형을 바꾸는 방식
AI와 ML은 이상적인 환경과 실제 시뮬레이션 환경 사이의 간극을 줄이는 데 도움을 줄 수 있다.
이상적인 환경에서는 시간, 노력, 효율, 결과가 완벽하게 균형을 이루지만, 실제 환경에서는 속도와 정확도, 사용 편의성과 견고성 사이에 지속적인 트레이드오프가 발생한다.
AI와 ML은 이러한 트레이드오프를 완화해 시뮬레이션 생산성, 사용 편의성, 정확도를 함께 개선하는 데 기여할 수 있다.
결론
AI와 ML은 엔지니어링 시뮬레이션의 속도, 정확도, 사용 편의성, 견고성 사이의 균형 문제를 해결하는 데 활용될 수 있다.
기존 시뮬레이션은 메시 생성, 계산 비용, 수렴성, 결과 정확도 사이에서 절충이 필요하다. Ansys는 AI와 ML을 활용해 시뮬레이션 매개변수를 자동으로 찾고, 증강 시뮬레이션을 통해 속도와 정확도를 동시에 개선하는 방향을 탐색한다.
결국 AI와 ML은 시뮬레이션을 더 빠르고, 더 정확하며, 더 사용하기 쉬운 방식으로 변화시키는 기술이다.
출처 : Ansys How AI and ML are Changing Simulation
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