디지털 트윈 구축 사업

디지털 트윈(Digital Twin)이란 현실 세계에 존재하는 사물, 시스템, 환경 등을 가상 공간에 동일하게 구현함으로써 가치를 제공하는 기술을 말합니다. 여기서 ‘동일하게 구현한다’라는 의미는 단순하게 형상을 똑같이 만드는 것이 아니라, 그 움직임조차 똑같이 만드는 것을 의미합니다. 이렇게 만들어진 트윈 모델은 모니터링, 운영, 최적화 등 다양한 방향으로 활용할 수 있습니다.

디지털 트윈은 크게 3가지의 구성으로 이루어져 있습니다. 현실의 사물이 존재해야 하고 이를 바탕으로 분석과 처리를 수행할 수 있는 시스템과 3D의 가상세계를 구현하는 디지털 트윈이 구성되어야 합니다. 이러한 구성으로 디지털 트윈은 실제 모델을 바탕으로 가상화 모델을 구성하고 가상화 모델 분석을 통하여 오류를 탐지하게 됩니다.

3D 스캔

3D 스캔을 통해 사물정보를 디지털화 하여 디지털 트윈을 구현할 수 있습니다. 각 단위 별 스캔 데이터를 정합하여 하나의 디지털 데이터로 완성됩니다. 생성된 데이터는 사물의 구성, 재료, 성분 등 고유한 정보를 포함하여 온전한 사물의 디지털화를 가능하게 합니다.

VR · AR · MR

디지털 정보를 시각화한 결과를 구동시킬 장비로 VR(Virtual Reality, 가상현실), AR(Augmented Reality, 증강현실), MR(Mixed Reality, 혼합현실) 등이 있습니다. 컴퓨터를 통해 시각화 결과를 표출이 가능하지만 위 기술들을 통해 바로 앞에 실제와 같이 사물 정보를 확인 가능합니다.

IoT(사물인터넷)

IoT 기기의 적용을 통해 디지털로 전환된 실제 사물로부터 실시간 정보를 획득합니다. 이 정보를 디지털 트윈에 활용하여 시뮬레이션을 통한 향후 발생 가능 문제를 예측할 수 있습니다. IoT의 정보를 통해 단순히 디저털화 된 데이터를 살아있는 디지털 트윈으로 전환할 수 있습니다.

클라우드

모든 디지털 트윈은 클라우드에 저장되고 어디서나 쉽게 디지털 트윈을 확인할 수 있게 됩니다. 또한 전세계에서 발생되는 IoT를 통해서 생성된 데이터는 클라우드에 취합되고 그 데이터들이 분석되어 디지털 트윈에 지속적으로 변경관리할 수 있게 됩니다. 관련 서비스들도 클라우드에서 관리되어서 지역에 제약 없이 빠르게 디지털 트윈을 사용하여 업무를 할 수 있도록 지원하게 됩니다.

빅데이터 분석

각 사물에 부착된 IoT로부터의 정보가 증가하면서, 효과적으로 분석이 가능해야 예측정보로 활용이 가능합니다. 빅데이터 분석을 통해서 사물들의 현황을 파악할 수 있게 되고 디지털 트윈 내에서 해당 사물의 영향도를 확인할 수 있는 기초데이터로 활용할 수 있습니다. 데이터 분석은 다양한 환경, 조건 등의 형태를 띄며 축적되고, 디지털 트윈의 개별 분석데이터를 생성하게 됩니다. 이것을 통해서 개별 제품의 상황을 파악할 수 있게 되고 디지털 트윈은 그 분석데이터로 가상의 시뮬레이션 결과를 도출하게 됩니다.

세계적인 IT 컨설팅기업인 가트너는 주목해야 할 10대 전략기술로 2017년과 2018년 2년간 디지털 트윈을 선정하는 등 4차 산업혁명을 위한 중요한 기반 개념으로 주목했습니다. 전 세계 디지털 트윈 시장은 2016년부터 2023년까지 연평균 약 37%씩 성장할 것으로 전망됩니다.

디지털 트윈은 일하는 방식, 시공간의 한계 극복, 제품개발 효율화 및 제조업의 서비스화 등의 패러다임 변화를 이끌 것으로 보이며 향후 적용 범위가 더 넓어질 것으로 예상됩니다. 디지털 트윈은 지능정보사회를 위한 중요한 기반 개념이며 향후 제조뿐만 아니라 도시계획, 부동산, 헬스케어 등 다양한 분야에서 활용될 것이며, 시뮬레이션을 통한 예측의 중요성이 증가하면서 최근 머신러닝, AI 등의 지능 정보기술의 발전으로 더욱 활용도가 높아지고 있습니다.

제조 분야


디지털 트윈이 가장 먼저 도입되고 적용된 분야이다. 디지털 제조, 제조 운영 관리, 공급망 계획 및 최적화에 활용되고 있습니다.

• 제품 설계 검토, 예지보전
• 생산 라인 설계 ∙ 운영 ∙ 유지보수 시뮬레이션
• 작업 환경 시뮬레이션
• 현장 작업자 가상화 교육

실제로 디지털 트윈이 로봇제조 프로세스 개선에 적용된 사례를 살펴보면, 로봇제조 프로세스 개선을 통한 작업 효율화 및 비용 절감을 목적으로 도입했으며, 생산라인의 배치, 하드웨어, 프로세스, 작업디자인 등 생산 과정 전체를 시뮬레이션 했습니다. 도입 결과 과거 대비 생산성이 10~15% 향상되었다고 합니다.



에너지 분야


에너지 분야에서는 디지털 트윈이 발전 시설 계획의 최적화, O&M의 효율화, 소비 최적화에 활용되고 있습니다.

• 디지털 발전소 : 최대 전력 생산 발전 설비 및 단지 설계, 생애 주기 동안의 전력 생산 최적화, 이상 징후 파악을 통한 유지 보수 효율화
• 에너지 소비 최적화 : 전력 소비량 예측 및 소비 패턴 분석을 통한 사용량 절감 방안 도출

발전소 전체를 가상화하고 다양한 운영 시나리오를 시뮬레이션 한 사례의 경우, 1.5% 발전 효율성 향상, 예상치 못한 가동 중단 시간 5% 감소, O&M 비용 최대 25% 감소, 이산화탄소 배출량 3% 절감 효과가 있었습니다.



물류 분야


물류 분야에서는 디지털 트윈을 물류 운영 현황 모니터링 및 최적화에 활용하고 있습니다.

• 컨테이너 터미널의 운영 현황 및 장비, 차량 상태 모니터링
• 물류 창고 내부 상황의 실시간 관계

두바이 항구 컨테이너 터미널의 경우, 터미널의 각종 주요정보를 3D로 실시간 관제하여 운영을 효율화하고 있습니다. 터미널의 Job Order, 각종 장비의 위치 및 상태, 컨테이너 정보 등을 가상화 모델을 통해 분석 ∙ 제공하고 있으며, 실제로 운영비용 절감 및 생산성 향상(약 65%), 이슈 조기 대응의 효과가 있었습니다.



도시 분야


도시에서는 디지털 트윈을 도시 가상화 모델을 기반으로 도시 각 분야의 현황을 모니터링하고, 예측 시뮬레이션을 통해 도시 계획 및 운영을 하는 데 활용하고 있습니다.

• 도시 계획 : 신도시 개발, 도시 재생 사업을 위한 설계
• 도시 운영 : 교통, 에너지, 환경, 재난 재해, 통신 등 다양한 분야에서 운영을 최적화 하기 위한 모니터링 및 시뮬레이션

Virtual Singapore Project의 경우, 2014년 12월 시작하여 2018년 종료 예정으로 도시를 3차원으로 모사하고 있습니다. 이 프로젝트를 통하여 구축된 도시 가상화 모델을 기업, 국민, 연구기관이 모두 활용하도록 할 예정이며, 개방형 혁신이 연쇄적으로 발생할 것으로 예상됩니다.