앤시스 워크벤치를 활용한 해석 성공사례   파이앤시스(PyAnsys)는 파이썬(Python)을 활용하여 앤시스(Ansys) 제품을 사용할 수 있는 라이브러리를 뜻한다. 파이앤시스는 구조해석과 관련한 PyMAPDL, PyMechanical과 전처리 및 후처리에 대한 PyDPF가 있다. 이와 같은 라이브러리를 이용하면 파이썬 내에 있는 패키지와 함께 다양한 작업이 가능해진다. 이번 호에서는 파이앤시스 중에서도 PyMAPDL에 대한 사용 방법과 활용 예시를 소개하고자 한다.   ■ 노은솔 태성에스엔이 구조 3팀 매니저로 구조해석 및 자동화 프로그램에 대한 기술 지원을 담당하고 있다. 이메일 | esnoh@tsne.co.kr 홈페이지 | www.tsne.co.kr   앤시스에서 구조, 열, 음향 등 다양한 해석에 사용되는 유한요소 솔버 중 하나인 Mechanical APDL은 명령어를 기반으로 구동된다. 복잡한 연산이나 매개변수 설정 및 자동화 기능이 가능하기 때문에 여전히 많이 사용되고 있다. 하지만 앤시스 워크벤치(Ansys Workbench)의 제한적인 기능을 활용할 경우, 추가적으로 APDL 명령어를 사용해야 한다. 말하자면 APDL 명령어로 여러 기능을 구현할 수 있지만, 넓은 범위에서 적용하기에는 한계가 있는 것이다. 예로 머신러닝이나 딥러닝과 관련한 라이브러리인 텐서플로(TensorFlow)나 케라스(Keras) 등은 APDL 명령어 내에서는 사용할 수 없으며, 파이썬과 APDL 연동에도 한계가 있다.  이 때 PyMAPDL 라이브러리를 사용하면 파이썬 내에서 APDL을 사용하기 때문에 활용도가 넓어진다. 이번 호에서는 PyMAPDL의 사용 방법과 활용 예시를 다뤄보고자 한다.    PyMAPDL 사용 방법 PyMAPDL은 파이썬에서 사용될 때 gRPC(Google Remote Procedure Call)를 기반으로 파이썬 명령어를 APDL 명령어로 변환하여 MAPDL 인스턴스(Instance)에 전송하고, 결과를 파이썬으로 다시 반환한다. 이러한 작업 과정 때문에 파이썬과 MAPDL 간 원활한 데이터 통신이 가능해지며, 다수의 MAPDL 인스턴스를 생성하여 다른 명령으로 동시 작업 또한 가능하다.   그림 1. PyMAPDL gRPC   먼저 PyMAPDL을 사용하기 위해서 앤시스 메커니컬(Ansys Mechanical)이 설치되어 있어야 하며, 관련 라이선스를 보유하고 있어야 한다. 현재 파이앤시스 홈페이지에 따르면 파이썬 3.8 이상 버전을 지원하고 있으며, gRPC 기반으로 사용하기 위해서 앤시스 2021 R1 이상을 권장한다. 파이썬과 앤시스 모두 설치되어 있는 환경이라면 추가적으로 PyMAPDL 라이브러리를 설치해야 한다. 터미널 창에 ‘pip install ansys-mapdl-core’ 한 줄의 입력으로 쉽게 설치되며, 버전을 따로 지정하지 않을 경우 최신 버전으로 설치된다. PyMAPDL은 <그림 2>와 같이 ‘launch_mapdl’ 함수를 호출하여 사용한다. 이는 Mechanical APDL Product Launcher를 실행하는 것과 유사하다. 해당 함수를 활용할 때 입력 가능한 주요 인자들을 입력하여 작업 폴더 위치나 파일 이름, 계산 방식 및 라이선스 등을 지정할 수 있다.    그림 2. PyMAPDL 실행 명령어   기존에 APDL에서 육면체 형상을 모델링하여 요소를 생성하는 과정은 <그림 3>과 같이 작성되고, 동일한 작업을 PyMAPDL로는 <그림 4>와 같이 구성할 수 있다. 작성된 APDL과 PyMAPDL 명령어를 비교하면 형태가 매우 유사한 것을 볼 수 있다. 이 때 PyMAPDL은 파이썬에서 두 가지 방식으로 사용된다. 첫 번째는 ‘run’ 명령어를 활용하여 APDL 명령어를 스트링(string)으로 입력해 직접 실행하는 방법이며, 두 번째는 파이썬 명령어로 변환해서 처리하는 방법이다.   그림 3. MAPDL 모델링 및 요소 생성 예시   그림 4. PyMAPDL 모델링 및 요소 생성 예시     ■ 자세한 기사 내용은 PDF로 제공됩니다.

앤시스코리아가 지난 10월 19일 연례 사용자 이벤트인 ‘시뮬레이션 월드 코리아 2023’을 진행했다.  ‘AI 시대, 설계 기술의 진보’ 주제로 한 이번 행사에서 앤시스는 AI(인공지능)와 클라우드를 중심으로 하는 시뮬레이션 경험의 혁신과 함께 제품 개발 프로세스의 개선 방향을 제시했다. ■ 정수진 편집장   아이디어를 구상하고 설계하는 단계에서 많은 해석과 검증 과정을 거친다. 과거에는 시제품을 많이 활용했지만, 이제는 시뮬레이션으로 가상 검증을 진행해 제품의 성능을 확인하고 있다. 앤시스코리아의 문석환 대표는 “시뮬레이션은 제조 과정의 앞 단계에서 인사이트를 얻고 전체 제조 과정의 시행착오를 줄이는 용도로 쓰이고 있다. 다양한 시나리오의 검토와 실제 테스트에 드는 시간과 비용을 줄이고 성능을 미리 검증하기 위한 시뮬레이션의 중요성은 꾸준히 커지고 있는 것이다. 이처럼 시뮬레이션은 전체 제조 과정에서 그 유용성이 커지고 있으며 다양한 기술과 결합이 강화되는 추세”라고 전했다.   ▲ 앤시스는 혁신을 위한 5개 중심축을 제시했다.   시뮬레이션 경험의 혁신 위한 기술 개발 앤시스 스티브 파이텔(Steve Pytel) 제품관리 총괄 부사장은 “고객의 문제를 해결하는 것이 앤시스의 성공을 평가하는 척도”라면서, “앤시스는 전 세계 2000명, 한국에는 100명의 전문가를 통해 고객을 지원하고, 고객들이 어려운 과제를 해결할 수 있도록 도왔다. 한국에서 1750시간 이상의 라이브 교육을 진행했고, 온라인 러닝 허브를 통해서는 8000시간의 학습을 진행했다”고 소개했다. 또한, 앤시스는 10억 달러 이상의 R&D 투자 및 50억 달러 이상의 인수합병을 진행해 왔다. 2011년에 앤시스는 9개 제품군을 가지고 있었는데, 이후 25건의 인수합병을 진행하면서 올해에는 75개의 제품군을 갖게 됐다. 여기에는 반도체 칩 해석, 자동차 안전성 해석, 항공기 결빙 해석, 전기자동차 모터 설계, 빛의 생성 및 인지 해석 등 다양한 분야가 포함된다. 파이텔 부사장은 작년 앤시스가 진행한 ‘경험의 혁신’을 소개했다. “전체 제품군에 걸쳐 사용자 경험(UX)을 업데이트하면서 일관성과 퍼포먼스를 높였고, 엔지니어의 소통을 위한 네이티브 협업 기술을 강화했다. 해석 자동화를 위해 파이썬(Python) 기반의 오픈소스 플랫폼을 내놓았고, 클라우드를 통해 대량의 코어를 사용할 수 있도록 지원했다. 그리고 데이터와 인사이트를 AI가 습득할 수 있는 머신러닝을 지원하고자 했다”는 설명이다. 앤시스는 ‘전 세계의 누구나 손쉽게 시뮬레이션을 사용해 다양한 예측을 할 수 있도록 돕는’ 것을 자사의 역할로 보고 있다. 이런 목표 아래 앤시스는 ▲수학 방정식을 통한 예측 ▲HPC를 통한 시뮬레이션 속도의 가속화 ▲AI/머신러닝을 통한 더 빠른 인사이트 제공 ▲클라우드를 통한 소프트웨어의 접근성 및 배포 향상 ▲제품의 전체 수명주기에 걸친 디지털 전환 지원 등 혁신을 위한 다섯 가지의 기술 축을 설정했다. 그리고 이 다섯 가지 분야에서 신제품과 신기술을 선보이고 있다.   ▲ 앤시스의 스티브 파이텔 부사장은 AI와 클라우드를 통한 시뮬레이션 경험 혁신을 소개했다.   AI와 클라우드로 더 나은 시뮬레이션 활용을 지원 AI가 다양한 분야에서 더 많은 주목을 받는 가운데, 앤시스 역시 다수의 AI 관련 연구개발을 진행하고 있다. 파이텔 부사장은 10여 개의 AI 기술이 기존 앤시스 소프트웨어에 추가됐다면서, 이외에도 AI를 활용한 CFD(전산유체역학) 속도의 향상, 시뮬레이션 연산능력 및 속도 예측, 제품 최적화 등을 연구 중이라고 전했다. 최근 앤시스가 발표한 기술로는 ‘앤시스GPT(AnsysGPT)’가 있다. 앤시스GPT는 마이크로소프트의 AI 기능인 코파일럿(Copliot)을 기반으로 하는 지능형 챗봇으로, 앤시스 소프트웨어의 사용법에 대해 자연어로 질문하면 빠르게 답을 얻을 수 있다. 공개된 정보를 활용해 개발되었고, 답변에 대한 레퍼런스를 제공해 더블 체크가 가능하도록 했다. 파이텔 부사장은 “앤시스는 소프트웨어 사용 경험의 혁신을 꾸준히 진행해 왔다. AI의 초점은 사람의 오류를 줄이고, 엔지니어의 생산성을 높이며, 혁신의 속도를 가속화하는 것이다. 앤시스GPT는 이를 위한 첫 단계라고 할 수 있다”면서, “앤시스GPT는 현재 베타 테스트 단계로, 별도의 추가 비용이 없다”고 설명했다. 클라우드에 대해 파이텔 부사장은 “특히 한국 고객들은 제품을 빠르게 시장에 내놓는 데에 많은 관심을 갖고 있는데, 클라우드는 이를 위한 강력한 연산 성능을 제공해 혁신을 주도하는 기술”이라고 전했다. 클라우드 HPC를 활용하면 6개의 GPU가 2000개의 CPU와 같은 시간에 해석을 하면서 전력 소비를 줄일 수 있다. 앤시스가 생각하는 클라우드의 핵심은 기술에 대한 접근성이다. 파이썬 기반의 오픈소스 API 패키지인 ‘파이앤시스(PyAnsys)’를 통해 엔지니어나 과학자가 효율적으로 프로그래밍을 할 수 있도록 지원한다. 파이앤시스는 강건한 해석 자동화에 초점을 둔다. 해석을 위한 모델을 임포트하고 재료나 경계조건 설정 등 해석 셋업을 하는 과정에 적지 않은 시간이 드는데, 파이앤시스는 이런 단계를 자동화한다. 여기서 줄인 시간은 해석 결과를 분석하는데 투자함으로써, 더 나은 제품 개발이 가능하다. 향후에는 파이앤시스로 코드를 작성하는 데에 생성형 AI를 활용할 수도 있을 전망이다. 또한 앤시스는 아마존웹서비스(AWS) 및 마이크로소프트와 파트너십을 맺고, 고객이 클라우드 크레딧을 구입해 앤시스의 솔루션을 클라우드 마켓플레이스를 통해 사용하도록 지원한다. 이외에 클라우드 오퍼링도 제공한다.   ▲ 앤시스코리아의 문석환 대표는 국내서 시뮬레이션 저변을 넓히기 위한 전략에 대해 설명했다.   시뮬레이션을 더 쉽게, 제조 프로세스를 더 빠르게 앤시스는 더 강력하고 포괄적인 시뮬레이션과 함께 시뮬레이션의 보편화 또는 대중화를 꾸준히 강조해 왔다. AI와 클라우드를 소개하면서 시뮬레이션 소프트웨어의 사용법을 알려 주는 앤시스GPT와 해석 과정의 자동화를 돕는 파이앤시스를 내세운 것 또한 이런 강조점을 뒷받침하는 것으로 보인다. 뿐만 아니라 앤시스는 디스키버리(Ansys Discovery) 등 제품을 통해 해석 비전문가에 이르기까지 시뮬레이션의 확대를 지원하고 있다. 파이텔 부사장은 “디스커버리는 현업에서 시뮬레이션을 활용하는 과정에서 주요한 문제 중 하나로 꼽히는 병목 현상을 해소하는 데에 도움을 줄 수 있다. 설계자가 초기에 빠르게 시뮬레이션을 진행함으로써 해석 전문가의 부담을 줄이고 전체 프로세스를 개선할 수 있다”고 설명했다. 한편으로 앤시스는 제품 개발을 둘러싼 프로세스 및 환경의 복잡성을 해소하는 데에도 시뮬레이션이 도움이 된다고 보고 있다. 문석환 대표는 “많은 고객이 주요한 트렌드로 복잡성을 꼽고 있다. 제품 개발의 복잡성뿐 아니라 단일 개발 조직뿐 아니라 기업 전체의 집단적 역량 및 여러 산업의 연계 등이 더 많이 요구되는 상황이다. 특히 사일로(silo)화된 프로세스에서는 복잡성이 더 커지는데, 시뮬레이션을 활용하면 복잡성의 단계를 줄일 수 있는 이점이 있다”고 짚었다. 또한 문석환 대표는 “시뮬레이션은 여전히 비싼 툴이고 대형 제조업체를 중심으로 쓰여 왔지만, 최근에는 더 많은 사람들이 시뮬레이션을 공부하고 활용하고자 한다. 이를 위해 앤시스는 지자체와의 협력 등을 통해 시뮬레이션 사용을 확대하는 방법을 고민하고 있다”고 덧붙였다.   ■ 기사 내용은 PDF로도 제공됩니다.

앤시스코리아가 연례 행사인 ‘시뮬레이션 월드 코리아(Simulation World Korea) 2023’을 잠실 롯데호텔 월드에서 개최했다. 앤시스코리아의 ‘시뮬레이션 월드 코리아 2023’에 맞춰 방한한 앤시스의 스티브 파이텔(Steve Pytel) 제품관리 총괄 부사장은 ‘AI 시대, 설계 기술의 진보(Advancing Design in an AI World)’를 주제로 기조 연설에 나섰다.     파이텔 부사장은 “다양한 산업 분야에서 애플리케이션 개발의 복잡성이 증가함에 따라 엔지니어링 과제를 해결하기 위해 시뮬레이션을 사용하는 추세가 가속화되고 있다”고 짚었다. 앤시스는 글로벌 고객들의 디지털 엔지니어링 요구 사항들을 지원하기 위해 지난 2011년 이후 25개 관련 기업의 전략적 인수에 50억 달러 이상을 투자했다. 또한 10억 달러 이상의 R&D 투자를 통해 구조, 유체, 전자기, 시스템/회로, 광학 등 솔루션 포트폴리오를 확장해 왔다. 파이텔 부사장은 “앤시스 솔루션을 사용하는 모든 고객은 시뮬레이션에서 얻은 인사이트를 기반으로 모든 제품 설계를 철저히 검증할 수 있어, 생산성을 개선하며 민첩성을 높여 혁신을 가속화하고 궁극적으로 ‘시뮬레이션 리더십’을 확보할 수 있다”고 말했다. 이번 ‘시뮬레이션 월드 코리아 2023’에서 앤시스는 혁신을 위한 5대 중점 분야인 수치 해석, HPC (고성능 컴퓨팅), 인공지능 및 머신러닝, 클라우드 및 디지털 엔지니어링에 대한 기술 지원 전략 및 계획을 발표했다. ▲수치 해석 기술을 위해 앤시스는 솔버의 체계적인 활용 방법, 지오메트리 및 메시, 형상 및 토폴로지 최적화, 진보된 분석론 제시, 멀티피직스 및 멀티스케일 등을 지원한다. ▲HPC 분야에서는 메모리 공유, MPI(매시지 패스 인터페이스)를 이용한 병렬 처리, 세분화된 GPU(Fine-grained GPUs) 처리, FPGA 및 AI 하드웨어나 퀀텀 컴퓨팅 등 새로운 아키텍처를 도입하고 있다. ▲AI(인공지능)/ML(머신러닝) 분야에서 앤시스는 솔버 가속, 솔버 설정, 하향식(톱다운)/상향식(버텀-업) 방법, ROM(차수축소모델), LLM(거대언어모델) 등을 제공한다. ▲클라우드 분야에서는 클라우드 사용 강화, 네이티브 클라우드 제공, 클라우드 플랫폼 및 이를 이용한 협업, 오픈 API 및 개발자 에코시스템, 통일된 사용자 경험 등을 제공하며 ▲디지털 엔지니어링을 위해서는 모델 기반 시스템 엔지니어링(MBSE), 디지털 엔지니어링의 요구 사항 및 아키텍처 연결, 안전 및 보안과 소프트웨어, 디지털 트윈, 시뮬레이션 프로세스 및 데이터 관리 등을 제공한다.     앤시스는 이와 같은 중점 분야를 지원하는 기술로 시뮬레이션 가속화를 위한 GPU 솔버/HPC/양자 컴퓨터 활용 연구 개발을 지원하고 있으며, AI를 사용한 업무 효율화와 간소화를 위해서 다국어 AI 가상 비서(어시스턴트)인 '앤시스GPT(AnsysGPT)'를 제공한다고 밝혔다. 또한 자사 솔루션 포트폴리오 전반에 적용하여 광범위한 개발 에코시스템을 구축할 수 있는 오픈소스 파이썬(Python) API 소프트웨어 패키지인 ‘파이앤시스(PyAnsys)’와 마이크로 소프트 에저(Microsoft Azure) 및 AWS에서 구동되는 ‘앤시스 클라우드(Ansys Clould)’를 통해 고객이 보다 효과적으로 협업하고 보다 빠르게 혁신을 창출할 수 있도록 제품 업데이트 및 수많은 신규 기능을 추가하여 고객의 업무 환경 개선에 힘쓰고 있다고 소개했다. 특히, 국내 시장에서는 MBSE, 디지털 트윈과 같은 디지털 엔지니어링, AI 및 ML 분야의 수요가 많은 점을 인지하여 다양한 기업 고객이 혁신을 주도할 수 있도록 관련 엔지니어링 시뮬레이션 솔루션 포트폴리오를 지속적으로 확장하고 있다. 앤시스에 따르면 국내 앤시스코리아 조직에는 100명 이상의 분야별 전문 엔지니어들이 고객을 지원하고 있으며, 2023년 고객 지원 시간은 이미 5150 시간을 넘어섰다. 또한 앤시스 솔루션을 충분히 활용할 수 있도록 고객을 대상으로 1750시간 이상의 대면 교육 및 7750시간 이상의 온라인 교육도 진행되었으며, 이러한 면밀한 고객 지원을 통한 올해 고객 만족도는 93.5%에 이른다. 파이텔 부사장은 “앞으로도 혁신적인 기술을 기반으로 하는 선도적인 시뮬레이션 솔루션 제공은 물론이고, 교육, 컨설팅, 기술 지원 등 고객들과 가장 가까운 곳에서 그들의 어려움을 파악하고, 함께 해결함으로써 한국 기업 고객들이 글로벌 시장에서도 혁신을 이끌어 갈 수 있도록 적극 협업할 계획”이라고 말했다. 앤시스코리아의 문석환 지사장은 “이번 시뮬레이션 월드 코리아 2023에는 역대 가장 많은 고객분들이 등록 및 참석할 정도로, 앤시스 및 시뮬레이션 기술에 대한 높은 관심을 확인할 수 있었다"라고 말하며, "앤시스는 글로벌 트렌드에 발맞춘 새로운 기술 개발 및 투자로 더욱 향상된 고객 경험을 제공하고자 하며, 활용 영역을 더욱 확장하여 의료제약, 항공우주 등 산업군에서의 활용도 적극 지원하고 있다. 내년에도 고객과의 활발한 협업을 통해 시뮬레이션이 혁신을 위한 필수 요소로 자리매김할 수 있도록 하겠다"고 전했다.

앤시스코리아는 개발자들이 시뮬레이션에 대한 접근성을 높일 수 있는 앤시스 개발자(Ansys Developer) 포털을 발표했다. 이 새로운 디지털 공간은 에코시스템(생태계)을 더욱 활성화하고 시뮬레이션의 모든 영역에서 사용자와 앤시스의 전문가를 연결시켜, 앤시스 제품과 전문성의 활용을 극대화할 수 있다. 앤시스개발자(Ansys Developer) 포털은 문서, 예제, 가이드 및 사용 사례와 함께 전체 앤시스 포트폴리오의 개발자 툴을 단일 허브(hub)로 통합한다. 이 개발자 포털을 통해 사용자는 앤시스 포트폴리오 전반에서 시뮬레이션 워크플로를 확장하여 작업을 가속화할 수 있다. 또한 고객, 파트너 및 내부 개발자가 협업하고, 아이디어를 공유하고, 질문하고, 기능을 제안할 수 있는 커뮤니티 포럼(community forum)이 포함되어 있으며, 파이앤시스(PyAnsys) 프로젝트 파이썬(Python) 라이브러리와 같은 오픈 소스 이니셔티브에 대한 직접 액세스를 제공한다. 파이앤시스는 앤시스의 오픈소스 파이썬 API 소프트웨어 패키지로서, 개발자가 파이썬만 사용할 줄 알면 새로운 산업별 및 활용사례별 애플리케이션의 개발과 배포에 시뮬레이션을 바로 사용할 수 있도록 해준다.     앤시스는 "쉽고 간편하게 사용할 수 있는 앤시스 개발자(Ansys Developer) 포털과 같은 리소스 세트를 제공하여 엔지니어, 설계자 및 개발자가 물리 및 엔지니어링 영역 전반에서 반복적이고 복잡한 시뮬레이션 및 워크플로를 자동화하고, 새로운 솔루션을 더 잘 설계할 수 있도록 지원하고 있다"고 소개했다. 포털을 통해 이러한 시뮬레이션 관련 풍부한 리소스에 쉽게 액세스할 수 있으며, 작업을 완료하는 데 필요한 시간이 단축되고 오류 발생 가능성이 최소화된다는 것이다. 앤시스 개발자 포털은 인공 지능/머신 러닝(AI/ML) 모델 훈련에 사용되는 솔루션을 포함하여 시뮬레이션 분야의 새로운 솔루션을 구축하기 위한 핵심 기반으로 사용된다. 앤시스의 셰인 엠스윌러(Shane Emswiler) 제품 총괄 수석 부사장은 "앤시스 개발자 포털은 개발자 툴과 지원 기능을 단일 환경으로 통합하여 협업, 학습 및 혁신을 지원한다"라고 말하며, "이 플랫폼을 통해 앤시스의 개발자 에코시스템을 성장 및 육성하고 관련 툴, 리소스 및 기술 지원에 더 쉽게 액세스하여 경험을 크게 개선할 수 있다"고 말했다.