가상 세계에 현실 세계를 복제한 후 시뮬레이션을 통해 결과를 예측하고 전략을 수립하는 기술을 '디지털 트윈(Digital Twin, 디지털 쌍둥이)'라고 한다. 이는 효율적인 제품 생애주기 관리를 위해 처음 제시된 개념으로 현실의 데이터가 가상세계로 이동, 다시 가상세계에서 현실로 정보와 프로세스가 순환하는 방식으로 발전해 이용되고 있다.
디지털 트윈은 제품의 제조와 생산 효율화 뿐만 아니라 ESG(환경⋅사회⋅지배구조) 경영, 지속 가능한 경영에도 유용할 것으로 전망되면서 미래 핵심 기술로 부상하며 산업계의 관심이 집중되고 있다. 이 디지털 트윈에 대해 개념부터 실제 활용 사례, 그리고 앞으로 발전할 전망 예측까지 정보를 담은 보고서가 KB경영연구소에서 발행돼 주요 내용을 소개한다.
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| (사진 출처: bbc.com) |
⬛ 미래 핵심 기술로 부상한 디지털 트윈
- 디지털 트윈(Digital Twin)은 디지털 쌍둥이라는 뜻으로 가상 세계에 현실 세계의 물리적 개체나 프로세스를 복제한 후 시뮬레이션을 통해 결과를 예측하고 전략을 수립하는 기술
- 2002년 미국에서 효율적인 제품 생애주기 관리를 위해 처음 제시된 개념으로 현실의 데이터가 가상세계로 이동, 다시 가상세계에서 현실로 정보와 프로세스가 순환하는 방식
- 시뮬레이션을 통해 설계 과정상 문제점을 사전에 파악하고 제조 공정을 다각도로 테스트 후 보완하여 현실 제조에 적용함으로써 더 정밀하고 개선된 생산 계획 수립이 가능
- 운영 프로세스의 효율성 극대화, 품질 개선, 비용 절감 등 기업의 핵심성과지표(KPI)와 연계되어 합리적 의사 결정에도 기여
- 디지털 트윈은 제품의 제조와 생산 효율화 뿐만 아니라 ESG(환경·사회·지배구조) 경영, 지속 가능한 경영에도 유용할 것으로 전망되면서 미래 핵심 기술로 부상하며 산업계의 관심이 집중
- 기업과 도시의 ESG 진단부터 생산 프로세스 전반에 걸친 ESG 관련 데이터 수집·측정·관리 및 자동화 연계는 물론 탄소 저감을 위한 탄소 프로젝트 수행까지 산업의 가치사슬을 포괄하는 ESG 인프라 구축에 필수 기술
- 글로벌 리서치회사 캡제미니(Capgemini)의 ‘Digital Twin Survey(2022)’에 따르면 조사 대상 기업 800개사 중 456개사(57%)가 디지털 트윈을 지속적인 ESG 경영의 필수 기술로 지목
- 디지털 트윈을 통해 시제품 생산을 줄이고 생산 공정 오류를 최소화하여 온실가스 배출량을 감축할 수 있으며, 사물인터넷(IoT) 기기를 통해 공장 제조 환경을 모니터링하고 제어하여 설비 효율성을 개선함으로써 에너지 소비를 최적화할 수 있음
- 글로벌 컨설팅회사 액센츄어(Accenture)는 향후 디지털 트윈 기술이 확산되면 2030년까지 실질 탄소 배출량이 7.5억 톤 감소할 것으로 예측
- 국내에서는 지난해 10월 네이버가 사우디아라비아와 △도시 계획 △모니터링 △홍수 예측을 위한 디지털 트윈 플랫폼 구축 계약을 체결하면서 사우디가 추진하는 670조 규모의 신도시 프로젝트 ‘네옴시티’ 참여에 대한 기대감도 상승
⬛ 디지털 트윈의 확산
- 디지털 트윈은 비대면 트렌드, 자동화 시장 수요, 생산성 및 효율성 증대 니즈에 대응 가능한 솔루션으로 제조업을 넘어 산업 전반에 걸쳐 광범위하게 확산 중
- 제품 개발 리더들은 디지털 트윈이 제품 개발 프로세스를 혁신하고 결과를 개선하는 동시에 비용 절감에 기여할 것으로 기대하며 적극적으로 도입을 추진
- 맥킨지앤컴퍼니에 따르면 디지털 트윈을 도입하여 신기능 배포 시 필요 시간의 최대 60%, 자본 지출 및 운영 비용의 최대 15%까지 절약 가능하며 이에 따라 주요 대기업 C레벨 중 70%가 디지털 트윈에 대한 투자를 검토
- 국내에서는 주로 제조업 분야의 대기업이나 공공 분야의 사회간접자본 등 자본 집약도와 기술 수용성이 높고 비용 절감 수요가 많은 산업을 중심으로 우선 도입 중이며 일부 산업 현장에서 초기 적용하거나 또는 기술 타당성을 검증하는 단계
- 해외에서는 디지털 트윈이 제조업뿐 아니라 다양한 산업에 솔루션을 제공하고 국가 차원에서 널리 이용되면서 미래 국가 경쟁력을 좌우하는 핵심 기술로 부상
⬛ 진화하는 디지털 트윈
- 인공지능(AI), 빅데이터, 3D, 시뮬레이션, IoT와 스마트센서 등 디지털 트윈 구현에 필요한 IT 기술의 비약적 발전은 디지털 트윈 개념과 적용 범위를 확장하며 산업 전반의 진화를 견인
(1) 자산관리셸(AAS, Asset Administration Shell)
디지털 플랫폼 내에서 표준화된 디지털 트윈 사용으로 부서 간, 업체 간 데이터 공유 시 불필요한 혼선을 줄이고 다각적 영향도 분석
- AAS는 물리적 자산(Asset)을 디지털 자산으로 표현하기 위해 구현된 정보 및 기능들을 관리하기 위해 고안된 일종의 프로파일로, 이해관계자 간 제품 및 자산 데이터 교환 시 업체별·산업별로 상이한 표현 방식을 하나로 통일한 ‘표준화된 디지털 트윈’을 의미
- 기존에는 새로운 장비 도입 전 업체별로 상이한 매뉴얼을 읽고 장비의 규격 및 성능을 파악해야해 막대한 시간과 인력이 소요되었으며, 장비 도입 사실이 사내 부서에 신속하게 공유되지 않아 불필요한 혼선이 발생하고 전체 생산 공정에 미치는 영향도 파악이 불가능해 피드백이 제대로 이루어지지 않았음
- 모든 공정이 플랫폼상에 표준화된 디지털 트윈으로 구현되면서 특정 공정의 변화가 전체 생산 공정에 미치는 영향을 파악할 수 있고, 변화를 전 부서가 즉시 공유하고 피드백 가능
- 과거 항구(플랫폼)에 표준화된 규격의 컨테이너 적용이 물류 혁신을 이끌었던 것처럼 디지털 플랫폼에 표준화된 디지털 트윈 적용은 ‘데이터 사일로(Data Silo)’를 극복하고 사용자 간 원활한 데이터 공유를 유도하여 산업 발전을 견인
(2) 크라우드 엔지니어링(Crowd Engineering)
제조사가 디지털 트윈을 활용하여 디지털 플랫폼에 초기 단계의 제품 설계를 업로드하면, 개별 엔지니어들이 담당 부분을 구체화하여 설계한 후 다시 디지털 트윈으로 플랫폼에 올리고 제조사가 최종적으로 로컬 컴퓨터에서 각 부분을 결합하여 설계를 완료
- 디지털 트윈 기술을 적용해도 해결하기 어려웠던 기존 제조 공정상의 문제점을 크라우드 엔지니어링 기술을 도입하여 해결 가능
- 기존 제조업 공급망은 다수의 이해관계자가 존재하고 이해관계자 간 복잡한 하도급 관계가 형성되어 원활한 의사소통이 어려웠으나, 크라우드 엔지니어링에서는 담당 엔지니어가 하도급 관계 없이 직접 설계 및 제조를 병렬 처리하기 때문에 공정 시간을 크게 단축
(3) 코-아바타(Co-avatar)
디지털 트윈으로 구현된 업무 공간에서 아바타(Avatar)를 통해 현실과 동일한 업무를 수행하여 공간 문제 해결을 시도
- 기존 디지털 트윈은 실제 작업자의 신체 특성과 다수 작업자 간 상호작용을 반영할 수 없어 공간 활용의 최적화가 불가능하다는 한계가 존재
- 다수 작업자가 디지털 트윈으로 가상 공간에 본인과 신체 조건이 동일한 아바타를 만들어 현실 세계와 동일한 업무를 수행함으로써 작업 공간에서 실시간 상호작용이 가능
- 사물, 환경, 본인 또는 타 사용자의 신체 및 동선까지 고려하여 효율적 공간 작업이 가능
(4) 인체 디지털 트윈
디지털 트윈을 의료 분야로 확장하여 개인별로 전신을 모델링하여 맞춤형 의료 서비스를 제공
- 한국과학기술기획평가원에 따르면 최근 10년간 의료 관련 데이터가 15배 증가하고 딥러닝 기술이 빠르게 발전하면서 의료 분야에 디지털 트윈 적용을 위한 기틀이 마련됨
- 디지털 트윈으로 이전에는 불투명했던 인간 면역체계 간 연결을 시각적으로 확인할 수 있게 되면서 장기 이식·암·자가면역질환과 같은 면역 의존성 질환 치료 프로세스를 혁신하고 임상 시뮬레이션을 통해 부작용이 적은 신약 개발 가능
