스케치‑투‑시뮬레이션: 멀티에이전트 LLM으로 자동 플로우시트 생성

본 논문은 공정 엔지니어링에서 흔히 겪는 “스케치 → 시뮬레이션” 전이 과정을 자동화하기 위해 멀티에이전트 대형언어모델(LLM) 시스템을 설계·구현하였다. 기존의 다이어그램 이해 연구는 주로 시각적 요소(심볼, 라벨, 화살표)를 추출하고, 이를 그래프 형태로 재구성하는 단계에 머물렀다. 반면 시뮬레이션 모델 자동 생성 연구는 사전에 정의된 구조화된 입력(예: 텍스트 기반 플로우시트 서술)을 전제로 하여, 실제 시뮬레이터가 요구하는 상세 파라미터와 초기화 로직을 제공하지 못했다. 이러한 격차를 메우기 위해 저자들은 세 개의 협업 레이어로 구성된 멀티에이전트 프레임워크를 제안한다. 첫 번째 레이어인 ‘다이어그램 파싱 및 해석’에서는 전용 비전 에이전트가 OCR, 심볼 인식, 라인 추적을 수행한다. 최신 트랜스포머 기반 비전 모델을 활용해 다양한 P&ID 표준(ISA‑S5, ISO 10628 등)에 대응하며, 인식된 텍스트와 심볼을 의미론적 토큰으로 변환한다. 이 토큰들은 위치 정보와 함께 그래프 구축 에이전트에 전달된다. 두 번째 레이어인 ‘시뮬레이션 모델 합성’에서는 그래프 구축 에이전트가 토큰을 프로세스 토폴로지 그래프로 정제한다. 여기서는 각 노드(유닛)와 엣지(스트림)의 유형을 식별하고, 필요한 물리·화학 파라미터(예: 압력, 온도, 유량, 효율)를 추론한다. 파라미터 추론은 사전 학습된 도메인 LLM과 규칙 기반 보조 지식을 결합해 수행한다. 이후 코드 생성 에이전트가 HYSYS COM 인터페이스용 스크립트를 자동 생성한다. 스크립트는 유닛 객체 생성, 스트림 연결, 속성 설정, 초기값 지정 등을 포함한다. 세 번째 레이어인 ‘다중 수준 검증’에서는 실행 에이전트가 실제 Aspen HYSYS 인스턴스에 스크립트를 적용하고 모델을 실행한다. 구조 검증 에이전트는 생성된 플로우시트의 연결 일관성(모든 스트림이 정확히 연결되었는가)과 스트림 일관성(물질·에너지 보존이 유지되는가)을 평가한다. 검증 결과가 기준에 미치지 못하면 피드백이 이전 레이어로 전달되어 비전·그래프·코드 단계가 재조정된다. 이러한 순환적 검증 메커니즘은 LLM의 환각을 억제하고 오류 원인을 명확히 파악할 수 있게 한다. 시스템은 네 개의 사례 연구에 적용되었다. (1) 단순 탈염 공정 – 5개의 유닛과 4개의 스트림으로 구성된 가장 기본적인 플로우시트. (2) 기본 증류 공정 – 열교환기와 재순환 루프가 포함된 중간 복잡도 사례. (3) 다중 재순환 루프를 가진 석유 정제 전처리 공정 – 복잡한 연결 구조와 다수의 파라미터가 요구됨. (4) 산업 규모 아로마 생산 플로우시트 – 여러 재순환 루프와 복합 유닛(반응기, 추출기, 정제기)으로 구성. 평가 결과, 첫 두 사례에서는 구조적 정확도(F1 = 1.00)를 완전히 달성했으며, 복잡한 사례에서도 연결 일관도 0.93, 스트림 일관도 0.96을 유지했다. Ablation 실험에서는 비전 에이전트, 그래프 에이전트, 검증 에이전트를 각각 제거했을 때 전체 성능이 현저히 감소함을 확인해 각 모듈의 중요성을 입증했다. 한계점으로는 (1) 재순환이 촘촘히 얽힌 대규모 플로우시트에서 그래프 추론이 복잡해져 오류가 증가한다는 점, (2) 다이어그램에 명시되지 않은 파라미터(예: 효율, 손실)를 추정하는 과정에서 도메인 지식 기반 프롬프트 설계가 여전히 필요하다는 점, (3) HYSYS COM 인터페이스의 버전 의존성 및 라이선스 제약으로 인해 실제 산업 현장 적용 시 추가적인 엔지니어링 작업이 요구된다는 점이다. 향후 연구 방향으로는 (i) 재순환 구조 전용 그래프 알고리즘 개발, (ii) 비전·텍스트·수치 정보를 동시에 처리하는 멀티모달 LLM 통합, (iii) CAPE‑OPEN 기반 시뮬레이터 독립적 인터페이스 설계, (iv) 실시간 디지털 트윈과 연계한 지속적 모델 업데이트 메커니즘 구축 등이 제시된다. 결론적으로, 본 연구는 공정 스케치를 바로 실행 가능한 Aspen HYSYS 플로우시트로 변환하는 최초의 완전 자동화 파이프라인을 제시함으로써, 프로세스 시스템 엔지니어링 분야에서 디지털 전환을 가속화하고, 설계·분석·운전 단계 전반에 걸친 생산성을 크게 향상시킬 잠재력을 입증하였다.