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4차 산업혁명의 또 다른 핵심 ‘디지털 트윈’
2021년 대기업의 50%는 디지털 트윈 사용할 것…다양한 잠재적 이점 기대
이지현 기자 | hohoez@klnews.com   2019년 08월 20일 (화) 09:46:01
   

DHL은 '디지털 트윈(Digital Twin)'의 개념과 가치 창출 방법의 역할 등을 담은 새로운 동향보고서 ‘물류 산업 내 디지털 트윈(Digital Twins in Logistics)’를 발표했다.

디지털 트윈이란 물리적 사물을 디지털과 같은 가상 공간에서 외형뿐만 아니라 행동양식까지도 그대로 구현해 시뮬레이션을 통해 구현을 검증해보는 기술을 말한다. 디지털 트윈의 개념은 동향보고서 발표 이전인 지난 1월에 DHL의 글로벌 물류잡지인 <딜리버드>에 포커스 기사로도 다뤄졌다.

아직은 생소한 디지털 트윈에 대한 개념을 이해하기 위해 자세히 정리했다.

DHL 딜리버리는 [A DOUBLE LIFE: THE RISE OF DIGITAL TWIN TECHNOLOGY(이중생활: 디지털 트윈 기술의 부상)]이라는 제목의 포커스 기사에서 "디지털 트윈이란 제조 업체가 시설을 설계, 제작, 운영하는 방식을 변화시키고 있고 여기서 생산하는 제품도 중요한 의미를 지닌다"고 정의했다.

해리포터 시리즈에 보면 “Marauder's Map”이라는 호그와트 마법학교의 요술지도 이야기가 나온다. Marauder는 영어 사전상의 의미로는 '약탈자'라는 뜻이다. 이 지도 안에서 누가 어디로 움직이고 있는지 실시간으로 표시되어 해리포터와 친구들은 지도가 알려주는 정보를 이용해 위태로운 순간을 넘기기도 하며 사건의 중요한 단서를 얻기도 한다.

디지털 트윈은 오늘날 기업이 첨단 디지털 기술이라는 마법을 사용해 디자인과 설비, 제조 작업을 한눈에 파악하고 고객의 손에 제품을 전달해 보는 상황을 시뮬레이션해 볼 수 있게 함으로써 마치 최신 산업용 버전의 'Marauder's Map'과 같다. 다시 말해 디지털 트윈은 ‘하나가 아니라 많은 데이터 소스와 모델링 기술의 집합체’라고 이해하면 쉽다. 이때 주어진 어플리케이션에서 사용되는 접근법과 기술은 제품의 특성과 설명되는 라이프 사이클에 따라 상당히 다양해질 수 있다.

블루 프린트에서 가상 프로토 타입으로
사실 정보를 병렬로 수집해 실제 대상을 나타내 보이는 일은 전혀 새로운 것은 아니다. 최초의 산업혁명 이전부터 이미 설계자와 엔지니어는 도면과 자료 조사표를 작성하고 보관했다.

그러나 시간이 지나면서 점점 더 강력한 컴퓨터 시스템이 개발됨에 따라 더욱 상세하고 유능해졌다. 이 같은 전환은 기업이 도면 보드를 컴퓨터 단말기로 대체하던 수십 년 전인 20세기부터 시작된 일이다.

처음 캐드(CAD) 시스템은 디지털로 그림 그리는 프로그램이었지만 빠르게 발전해 2차원 디지털 그림이 3차원 디지털 모델로 변화했다. 그리고 시뮬레이션 기술의 발전으로 엔지니어는 메커니즘과 움직이는 부품을 모델링 할 수 있게 됐으며 유한 요소 해석 기술을 사용해 구조물을 통과하는 힘의 분포나 그 주위의 유체 흐름 등을 연구할 수 있게 되었다.

동시에 제조 엔지니어는 생산과정을 통해 제품 흐름을 모델링하기 위한 컴퓨터 시스템을 채택하기 시작했다. 이러한 과정을 통해 공장의 레이아웃과 프로세스 설계를 최적화했다.

디지털 트윈의 출현은 사물인터넷(IoT)과 같은 또 다른 일련의 기술 개발을 요구하고 있다. 하지만 정교하면서도 비싸지 않은 센서들과 빠른 네트워크 기술을 통해 이전까지 단방향으로 흐르던 디지털 데이터 흐름을 양방향으로 사용할 수 있게 되었다는 점이 중요하다. 무엇보다 실제 물건에 대한 디지털 표현은 그 실존의 물건과 더불어 동적으로 성장하고 발전할 수 있다.

결과적으로 디지털 트윈은 제품을 제조하는 동안 사용되는 원료 배치와 조립 작업을 완료한 작업자와 제품을 가공하는데 발생하는 오차범위 등에 관한 정보를 누적할 수 있다. 해당 제품이 서비스에 들어가는데 있어 사용시간과 작동 조건 및 유지관리 등을 기록해 해당 모델이 계속 성장 발전할 수 있게 한다.

현재 디지털 트윈 기술의 가장 큰 사용 사례는 제품 자체가 아니라 제품을 생산하는 공장이다. 공장은 크고 복잡한 곳으로 공장의 설계 시 재료와 사람의 흐름뿐만 아니라 전력·물·압축공기·환기 등 다양한 서비스를 제공해야 한다. 또한 공장은 매우 역동적인 곳으로 기계가 계속 교체되거나 업그레이드되며, 생산라인은 새로운 제품을 수용하거나 생산성을 높이기 위해 재구성된다.

이 같은 제조 공장에서 포괄적인 디지털 모델은 소유주에게 다음과 같은 잠재적인 이점을 제공할 수 있다.

1) 스마트한 기계와 고급 자동화 시스템은 방대한 양의 데이터 흐름을 생산하게 된다. 디지털 트윈은 공장 소유주가 복잡성을 제어할 수 있도록 도와주고, 전에는 서로 다른 시스템과 비즈니스 기능에 분산되어 있던 데이터를 단일 장소로 제공할 수 있다.

2) 회사는 운영 데이터를 분석하여 안정성 문제의 근본 원인을 파악하고 생산성 향상 기회를 발견하는 등 정교한 방식으로 시설을 관리할 수 있게 한다. 리서치 회사인 가트너(Gartner)는 모든 대기업 중 절반이 2021년까지 디지털 트윈을 사용할 것이며, 이로써 기업의 효율성은 10%가량 향상될 것이라고 전망했다. 또한 DHL은 디지털 트윈이 복잡한 자산관리 및 운영에 있어 효율성을 높일 수 있는 최적의 시스템이라고 주장하고 있다.

그러나 이러한 혜택이 자동으로 적용되지는 않는다. 디지털 트윈을 만들고 유지하는 것 자체가 복잡하고 비용이 많이 드는 과정이기 때문이다. 많은 공장에서는 새로운 생산 자산과 기존 생산 자산이 혼합되어 있다. 혼합된 자산을 설명하는 데이터는 접근 가능한 형식으로 제공되는 것이 아니기 때문이다.

DHL 동향보고서에 따르면 디지털 트윈의 잠재성을 모두 구현하기 위해서는 업계 내 모든 파트너간의 긴밀한 협력이 필수적이라고 덧붙였다. 그러나 회사는 종종 레이저 스캐너를 사용해 구조물과 장비의 기하학적 형상과 위치 정보를 캡처하는 등 디지털 모델을 구축하는 데 자신의 회사에 맞는 영리한 기술을 사용하는 것이 필요하다고 서술했다.

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