이번 포스팅에서는 Digital Transformation 측면에서 디지털트윈과 스마트팩토리에 대한 정의와 함께 제조업을 변화에 대해서 정리해보려고 합니다.
최근에는 디지털트윈(Digital Twin) 다양한 사업에서 사용되기 시작한 듯 합니다. 최근에는 Digital Transformation이라는 용어가 여기저기에서 자주 사용되면서 자주 보게 되는 것 같습니다.
모빌리티나 에너지, 건설, 조선 뿐만 아니라 일상 생활 속에서도 시스템 구축과 운영 과정에서 디지털트윈이 적용되기 시작하면서 일반인들에게도 노출되어 버스나 지하철의 광고 속에서도 등장하기 시작해서 점점 익숙한 단어가 되는 것 같습니다.
디지털트윈은 일반적으로 “디지털 쌍둥이”라는 의미처럼 현실 세계의 객체를 가상 세계의 쌍둥이 가상 객체로 만들고, 현실 세계의 객체의 동작과 행동을 쌍둥이 가상 객체에 동기화해서 시뮬레이션을 하는 것으로 알고 있는데요,
실은 이 디지털트윈 기술은 단순히 물리적 실체 대상에 대해 즉각적인 가시화를 할 수 있는 장점 외에 좀 더 깊은 잠재력이 존재합니다.
특히 디지털전환(Digital Transformation) 관점에서 스마트팩토리와 융화되어 제조업 패러다임을 바꾸는 핵심 요소가 될 것 같습니다.
이번 포스팅에서는 디지털전환(Digital Transformation) 관점에서 디지털트윈의 정의와 유래, 기대효과에 대해서 알아보고 스마트팩토리의 정의와 전망 그리고 디지털전환(Digital Transformation) 측면에서 디지털트윈과 스마트팩토리에 대해 정리해볼 예정입니다.
디지털트윈(Digital Twin)이란?
디지털트윈(Digital Twin)이라는 기본적인 의미는 2002년 미국의 마이클 그리브스(Michale Grieves) 박사가 제품생애주기 관리(Product Lifecycle Management)의 모델로 설명하면서 시작되었습니다.
이때 마이클 그리브스 박사가 제시한 디지털 트윈의 기본 개념은 아래와 같습니다.
현실세계와 가상세계가 연결되어 상호작용 한다는 것으로 실물 대상을 물리트윈, 가상세계에 가상 객체 쌍둥이 모델을 디지털 트윈이라고 부르고 이들 간의 통신 연결을 통해 각자의 상태 정보를 공유하여 상호 작용하는 구조입니다.
디지털트윈은 이렇게 현실세계에 존재하는 사물, 시스템, 환경 등을 소프트웨어로 구현한 가상공간에 동일하게 모사한 다음 실물 객체와 시스템의 조건에 따른 상태 변화를 시뮬레이션하여 이를 실물 시스템에 적용하고 다시 실물 시스템의 변화가 가상 시스템으로 전달되어 끊임없는 순환 적응 및 최적화 체계를 구현하는 기술입니다.
디지털트윈의 기원, 유래
디지털 트윈의 기본 개념은 2002년 미국 플로리다 공대의 마이클 그리브스 박사가 PLM의 궁극적 모델로 설명하면서 등장하였고, 이 개념에 대해 NASA의 존 비커스 박사가 디지털트윈으로 이름을 붙이고, 2010년 나사의 우주 탐사 기술개발 로드맵에 디지털 트윈이 반영되면서 우주산업에서 먼저 계속 사용되어 온 듯 합니다.
실은 아폴로13호의 사례와 같이 쌍둥이 모델 개념은 이미 우주산업에서는 오랜 기간 이야기되었던 내용이고 실제로도 아폴로 아폴로 프로그램을 위해 개발된 15개의 시뮬레이터는 지상관제 센터에서 컴퓨터 시스템과 연동된 시뮬레이터를 조작해 고장난 탐사선 환경과 동일한 조건의 시험을 반복해 문제 해결을 하곤 했습니다.
그래서 혹자는 아폴로 프로그램을 위해 개발된 시뮬레이터 활용이 최초의 “디지털 트윈”이라고 이야기하기도 합니다.
디지털트윈 기대효과
디지털트윈은 디지털전환(Digital Transformation)을 가시화 시켜 아래와 같은 사업 및 운영관리에 있어 기대효과가 존재합니다.
업무 프로세스나 수행 시스템, 동작 모델이나 개인화 전반에 있어 혁신적인 변화의 핵심 요소가 됩니다.
(1) 사업적 기대효과
– 개인화 및 제품,서비스 가시화
: 고객이 설계 단계부터 디지털트윈을 통한 개인화, 맞춤형 제작이 가능하며 사용상의 편리함과 친숙함을 제공
– 공급, 배송 최적화
: 공급망의 운영체제를 파악과 대응 신속하고 효율적으로 혁신할 수 있으며 제품이 어떻게 사용되고 관리되는지 추적성이 향상됨
– 시스템 통합 효율화
: 전체적인 제품 생애주기에 있어 필요한 각종 프로세스를 효율적으로 관리할 수 있는 시스템 통합이 가능
(2) 운영관리 기대효과
– 예지보전 및 실시간 모니터링, 사전 대응
: 실제 환경 데이터 기반 제품 설계 시뮬레이션 수행이 가능하며 현실 세계 시스템의 운영 상태를 지속적으로 파악하여 대응 조치가 가능
– 유지보수 효율성 및 프로세스 개선
: 복잡한 시스템에 대해 디지털 트윈을 통해 직관적 이해 및 신속한ㄷ 대응이 가능하며 조건에 따른 시뮬레이션 결과에 따른 최적화 운영이 가능\
스마트팩토리(Smart Factory)란?
스마트팩토리(Smart Factory, SF)는 간단히 정의하자면 ICT기술을 활용하여 스마트하게 운영되도록 만들어진 공장입니다.
딜로이트에서 만든 정의는 “제조 공장의 리소스를 최적화하여 사람에 의한 변동요소를 최소화하고 데이터에 기반한 의사결정이 실시간으로 반영되는 제조 운영 환경이 적용된 공장” 입니다.
스마트팩토리를 구현하기 위해서는 아래와 같이 3가지 요소의 혁신이 필요합니다.
(1) OT(Operation Technology)
– CAx(CAD, CAM 등), PLC, SCADA, 로봇
(2) IT(Information Technology)
– SCM, MES, PLM, ERP 등
(3) ICT 신기술
– IoT, 클라우드, 3D프린터, 로보틱스, 5G 의 통합이 필요합니다.
공장자동화와 스마트팩토리의 차이
스마트팩토리 이전에는 공장자동화(Factory Automation, FA)라고 불렸었는데요, 공장자동화는 무인화를 통해 제품 생산을 위한 가공이나 조립, 검사 등의 작업을 컨베이어 벨트나 로봇으로 대체하고 제조 공정 상태 모니터링을 센서와 장비, SW를 통해 진행하려는 활동 입니다.
사실 스마트팩토리(SF)와 공장자동화(FA)를 동일선상에서 생각하는 경우가 많으나 실은 이 두가지는 전략적으로 꼭 구분할 필요가 있습니다.
스마트팩토리(SF)는 공장자동화(FA)에 비해 훨씬 더 고 수준의 IT, OT가 필요합니다. 그와 더불어 공장자동화는 대량생산을 위한 것이지만 SF는 개인화와 복잡성 향상에 따른 적량, 적시 생산을 목표로 하기 때문에 구현하는 시스템 자체 속성이 다릅니다.
공장자동화는 무인화라는 개념으로 접근하지만 SF는 앞서 설명한 인더스트리 5.0 개념과 같이 기계와 인간의 협업을 중심으로 생각합니다.
물론 공장자동화의 연장선상에 있는 단계적인 접근으로 기존 공장의 스마트화라면 어쩔 수 없겠지만
디지털 전환을 위한 새로운 개념의 미래 공장 건설, 혁신적 접근이라면 이 두가지는 전략적으로 구분해서 진행해야 합니다.
Digital Transformation에 있어 스마트팩토리와 디지털트윈
디지털트윈은 제조업의 디지털전환(Digital Transformation)에 있어 핵심적인 기술입니다. 이를 스마트팩토리에 적용할 때 많은 사람들이 디지털트윈 기술로 CAx(CAD, CAM 등) 또는 PLM(제품 생애 주기)만 생각하게 됩니다.
그러나 디지털트윈은 인공지능이나 로보틱스 등의 ICT기술이 핵심이며 단순한 현실세계 객체와 디지털 객체 간의 데이터 교환 또는 단방향의 데이터 흐름이 아닌, 물리적 객체와 디지털 객체와의 완전한 통합이 필요합니다.
이를 위해 새로운 ICT 기술이 접목 되어야 종래의 OT(Operation Tech.)와 IT(Information Tech.)의 혁신이 진행됩니다.
디지털 트윈은 단순한 Digital Model이나 Digital shadow가 아닌 말 그대로 Digital Twin을 통해 구현됩니다.
즉 디지털트윈의 가장 큰 장점은 모니터링을 위한 시각적이고 직관적임이 아니라 “Digital Twin”을 통해 물리적 개체에 대한 사전 시뮬레이션을 통한 최적 제어 권한 역할을 하는 것이고 이를 스마트팩토리에 적용한다면 디지털 전환(Digital Transformation)에 있어 큰 역할을 하게 되리라 생각됩니다.
참고로 CIO 메거진(영문)에서 정의한 디지털전환에 대한 글도 참고할 만 한 것 같습니다.
이번 포스팅에서는 디지털전환(Digital Transformation) 관점에서 디지털트윈의 정의와 유래, 기대효과에 대해서 알아보고 스마트팩토리의 정의와 전망 그리고 디지털전환(Digital Transformation) 측면에서 디지털트윈과 스마트팩토리에 대해 정리해보았습니다.
앞선 포스팅에서 정리한 IT트랜드 관련 글은 아래와 같습니다.
인공지능과 사물인터넷의 결합 AIoT 정의와 요소기술과 사례, 전망
초거대 AI란 (1) 하이퍼스케일 인공지능과 GPT-3, 트랜스포머