디지털 트윈 뜻과 장점, 국내외 사례 소개
디지털 시대에 살고 있는 우리는 잘못 작성한 문서도 ctrl + z로 되돌릴 수 있고, 혹시 모를 자료 유실을 방지하기 위해 복제본을 백업해 관리할 수 있고, 여러 가지 버전의 작업물을 손쉽게 복사해 비교할 수 있습니다.
산업 현장에서도 제품이나 건축물 등을 실제로 만들기 전에 가상 공간에서 미리 시도해 보면서 과정상의 시행착오를 줄이고 더 완벽한 성능으로 개선할 수 있는데요. 여러 산업 현장에서 유용하게 활용되고 있는 디지털 트윈 뜻을 알아보고, 디지털 트윈과 시뮬레이션 차이, 여러 가지 장점 및 사례를 소개해 드리겠습니다.
1. 디지털 트윈이란
출처: MBC 뉴스
1) 디지털 트윈 정의
디지털 트윈(Digital Twin)이란 물리적인 객체나 시스템을 디지털로 복제한 가상 모델을 뜻합니다. 디지털 트윈 개념은 2003년 마이클 그리브스 박사가 제품의 생애주기 관점에서 최초로 제안한 개념으로, 현실 세계의 정보와 데이터를 가상 모델을 통해 결과를 예측하고 성능을 개선하는 데 활용할 수 있습니다. 특히 현실 세계에서 수집한 데이터는 클라우드 기반 플랫폼에서 실시간으로 가상 모델과 주고받으며 동기화를 유지하며, 빠른 의사 결정을 하는 데 도움이 됩니다
2) 디지털 트윈 유형
디지털 트윈은 제조업은 물론 다양한 산업에서 활용할 수 있으며, 여러 가지 사회 문제를 해결하는 데 도움이 될 수 있어 주목받는 기술입니다.
✅ 제품 트윈(Product Twin)
일반적으로 디지털 트윈을 가장 잘 활용하는 분야는 제조업입니다. 제품 트윈은 제품의 설계부터 제조, 운영, 유지보수 등 제품 생애 주기 각 단계에서 발생할 수 있는 문제를 처리하고, 디지털 트윈 프로토타입(DTP: Digital Twin Prototype)을 제작해 성능 개선에 기여할 수 있습니다.
✅ 프로세스 트윈(Process Twin)
디지털 트윈 기술을 활용해 각종 제조 공정이나 시설 운영 과정을 복제해 생산 과정을 최적화하고 에너지 효율성 향상, 공정 안전성 개선 등에 활용할 수 있습니다. 제조 공장에서 프로세스 트윈을 적용한다면, 자재 소진 속도나 기계 유지 보수 시기 등을 예측해 공정의 효율성을 최대화할 수 있습니다.
✅ 도시 트윈(City Twin)
도시의 인프라와 건축물, 안전, 재난 등과 관련된 데이터를 디지털 트윈 기술로 가상 공간에 구현하면 도시 계획에도 유용하게 활용할 수 있습니다. 예를 들어 실시간 교통 데이터를 분석해 특정 도시의 교통 흐름을 파악하고, 교통 혼잡 완화를 위한 다양한 개선 방법을 고안할 수 있습니다.
2. 디지털 트윈 vs 시뮬레이션 차이
출처: 인공지능신문
그렇다면 디지털 트윈은 우리가 일반적으로 알고 있는 시뮬레이션과 다른 점이 무엇일까요? 디지털 트윈과 시뮬레이션의 차이점은 규모와 실시간 연동, 양방향성 등에 있습니다.
1) 대규모 프로세스 연구 가능
일반적으로 시뮬레이션은 하나의 고정된 모델에 대해서만 문제를 연구할 수 있지만, 디지털 트윈은 보다 광범위한 분야의 데이터를 지속적으로 업데이트해 더욱 다양한 문제를 연구할 수 있습니다.
2) 실시간 데이터 연동
또 다른 차이점은 디지털 트윈은 현실 세계의 데이터를 실시간으로 연동한다는 것입니다. 일반 시뮬레이션은 실제 현장과 다른, 고정된 데이터를 기반으로 테스트하기 때문에 오작동하거나 오차가 생길 수 있습니다. 하지만 디지털 트윈은 실시간으로 현장과 동일한 데이터를 연동해 모델을 최적화할 수 있습니다.
3) 양방향성
기존 시뮬레이션은 일방향이지만, 디지털 트윈은 양방향으로 적용한다는 점도 차이점입니다. 시뮬레이션은 현실 세계를 바꿀 수 없지만 디지털 트윈은 현실의 데이터를 연동하며 가상 공간과 서로 데이터를 주고받으며 보정 작업을 할 수 있습니다. 예를 들어 시뮬레이션은 사전에 준비하는 것이므로 현실 세계 데이터를 반영하지 않지만, 디지털 트윈 내에서는 현장의 정보가 실시간으로 반영됩니다. 말 그대로 현실의 쌍둥이인 셈이죠.
3. 디지털 트윈 특장점
출처: 스마트도시협회
1) 모니터링 및 R&D 개선
디지털 트윈 기술을 사용하면 다양한 데이터를 실시간으로 수집하고 분석해 운영 상태를 원격으로 모니터링할 수 있습니다. 모니터링을 통해 공정 중에 발생할 수 있는 문제를 빠르게 감지하고 조치할 수 있는데요. 이런 데이터를 잘 활용하면 공정의 생산성을 높이고 잠재적 문제를 최소화할 수 있습니다.
또한, 제조업의 경우 성능 테스트를 위한 프로토 타입 제작을 기다리지 않아도 디지털 트윈 기술로 제품 생산 전까지 여러 가지 중요한 변경 사항을 적용하고 테스트해 볼 수 있어 경제적입니다.
2) 효율성 향상
디지털 트윈을 활용하면 제품의 전체 제조 공정에 걸쳐 미러링하고 모니터링하여 최고의 효율성을 달성할 수 있습니다. 이는 곧 비용 절감으로도 이어지며, 가상 공간에서 미리 구현해 리스크 발생을 최소화하고 중요한 의사 결정을 할 수 있습니다.
3) 데이터 기반 예측
최근에는 AI와 머신러닝 등을 디지털 트윈 기술에 접목해 더욱 정확한 정보를 수집하고 분석할 수 있는데, 더욱 정확한 데이터 값을 기반으로 필요한 정보를 얻고 테스트한 결과를 기반으로 더욱 정확한 예측을 할 수 있습니다.
4) 유지보수 및 수명 주기 관리
부품의 교체 시기와 기기의 유지 보수 일정 등을 미리 예측할 수 있다는 것도 장점인데요. 이를 통해 유지보수 일정을 최적화하고, 장비 수명 주기를 효과적으로 관리할 수 있습니다.
4. 디지털 트윈 사례
디지털 트윈은 이미 다양한 산업 분야에서 활발하게 활용하고 있습니다. 제품을 생산하는 공장과 생산 시설은 물론, 스마트 시티 구축과 같은 도시 계획, 태풍과 산사태 등의 재난재해를 방지하는 데에도 유용하게 활용됩니다.
1) 제조 공정
출처: AI 타임스
독일의 자동차 기업 BMW는 신규 공장을 건설하거나 새로운 자동차 모델을 생산할 때 디지털 트윈 기술을 활용해 가상의 공장에서 미리 생산 공정을 점검해 보고, 여러 가지 문제점을 개선한 뒤 실제로 적용한다고 합니다. BMW는 디지털 트윈 기술을 활용해 생산 효율성을 30% 개선했다고 밝히기도 했습니다.
GS 칼텍스 역시 디지털 트윈으로 가상 공장을 구축해 운전 조건 이상이나 설비 이상 등 실제로 실험하기 어려운 다양한 상황을 테스트해 보는데요. 특히 딥러닝 기술, 로봇, 인공지능 CCTV, 드론 등과 결합해 작업자에게 위험한 작업 과정을 감지하고 사고를 대비하였으며, 작업 시간과 비용을 절감했습니다.
2) 도시 계획
출처: KBS 뉴스
싱가포르는 2014년 스마트 네이션(Smart Nation) 프로젝트를 선포하고, 도로, 빌딩, 아파트, 테마파크부터 가로수, 육교, 공원 벤치 등 도시를 구성하는 모든 구성물까지 그대로 복제한 버츄얼 싱가포르를 구현했습니다. 싱가포르는 이 플랫폼을 활용해 건축물을 세우기 전 공기 흐름 등을 테스트한 뒤 결과를 반영해 전체 지역이 통풍이 잘되도록 건물 배치를 조정했습니다.
한국에서는 새만금개발청이 새만금 스마트 수변도시 조성에 앞서 디지털 트윈 플랫폼 구축을 추진하기도 했습니다. 특히 매립 단계부터 토목 공사 단계, 건설 및 운영 단계 등 단계별 맞춤 방식으로 적용할 것이라고 밝히기도 했는데요. 대전, 광명, 용인, 안동 등 여러 도시에서도 디지털 트윈 기술을 활용해 지하 시설물 통합 안전관리 체계 구축, 도심항공교통(UAM) 버티포트 입지 분석, 물관리 체계 등 다양한 분야의 사업을 추진합니다.
3) 재난 재해 방지
출처: 파이낸셜뉴스
디지털 트윈 기술이 특히 유용하게 활용되는 것은 공공 분야인데요. 디지털 트윈 기술과 인공지능을 연계하면 과거 태풍, 침수, 산사태 등의 재난재해 관련 데이터를 분석하고 가상 공간에서 구현해 본 뒤 피해를 예측하고 방지할 수 있습니다. 또한 IoT 센서를 활용해 하천 범람 등의 실시간 데이터를 수집하고 하천 상태 등에 따라 위험 알림을 전송하고 피해를 최소화할 수 있습니다.
디지털 트윈 기술을 활용하면 공정 과정에서 생기는 문제점을 미리 확인하고 개선 방안을 적용할 수 있어 시간과 비용을 모두 절감할 수 있는데요. 디지털 전환을 준비 중이라면 디지털 트윈의 장점과 실제 사례를 바탕으로 우리 기업에도 적용하는 것이 좋습니다.
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