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디지털 트윈, 예측 기반 비즈니스 최적화로 기업 혁신 지원 (2)
에지부터 OT/IT까지 전 단계 활용…IIoT 통합 지원도
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  디지털 트윈, 예측 기반 비즈니스 최적화로 기업 혁신 지원 (1)
2019년 07월 29일 08:31:12 윤현기 기자 y1333@datanet.co.kr

[데이터넷] 디지털 트윈은 단지 대상의 단일 측면만 보고 활용하는 것은 아니다. 풍력발전기를 운영할 경우를 가정해보자. 풍력발전기가 있고, 이의 가까이에서 데이터를 수집해 빠르게 대응하는 에지(Egde), 에지를 관리하는 운영인프라(OT)와 IT시스템 등이 사실상 하나의 단계로 구성된다.

에지는 대상에 대한 데이터를 1차적으로 수집하면서도 빠른 접근 및 대응이 가능해야 한 것이 특징이다. 그렇기에 거의 실시간적인 의사결정이 이뤄진다.

OT는 에지를 운영·관리하는 부분으로 에지보다는 다소 의사결정 속도가 떨어질 수 있다. 그러나 에지 및 후방의 IT시스템과 커뮤니케이션 하면서 머신러닝을 통해 디지털 트윈 대상의 변화를 예측하는 역할을 맡는다.

IT시스템은 풍력발전기 그 자체보다 풍력발전기 비즈니스에 관한 부분을 다루게 된다. 대표적으로 발전기가 멈췄을 때 그 영향성을 분석하는 것 등의 행위가 이뤄지며, 유저 통계 대시보드 등도 이 단계에서 진행된다.

이처럼 에지에서 IT시스템으로 갈수록 속도는 늦어지지만, 오히려 활용하는 데이터 범위는 방대해진다. 이와 같은 단계에서 디지털 트윈은 에지와 OT단에서 활용되며, 가상화 환경에서 데이터를 통한 모델링과 분석 등 다양한 시뮬레이션을 해볼 수 있다.

   
▲ 디지털 트윈을 활용한 예측정비 알고리즘 구현 단계

“디지털 트윈, 예측 기반 비즈니스 최적화 구현 지원”

   

▲ 김영우 매스웍스코리아 전무

 

각종 센서들의 이용이 확대되면서 다양한 데이터를 수집해 이용할 수 있게 되고, 클라우드 컴퓨팅과 같이 확장성이 뛰어난 시스템이 등장하면서 디지털 트윈을 제대로 활용할 수 있게 됐다. 가상공간에 실제와 동일한 환경을 구현하고, 목적에 따라 다양한 시뮬레이션을 할 수 있게 되면서 예측에 기반한 비즈니스 최적화가 본격적으로 가능해진 것이다.

디지털 트윈은 목적에 따라 장애 예측, 제품 수명 예측 등 다양하게 활용할 수 있다. 뉴질랜드의 한 전력기업은 디지털 트윈을 통해 전력 사용 패턴을 시뮬레이션하고 그 결과를 기반으로 효율적인 전력 비축 정책을 통해 전력 생산 비용을 절감할 수 있었다. 또한 호주의 공조기 기업은 디지털 트윈을 활용해 빌딩 내 에너지 활용 패턴을 최적화함으로서 25%의 비용 절감을 달성했다.

이처럼 디지털 트윈은 통계 데이터와 시뮬레이션을 활용해 결과를 예측하고, 이에 기초해 기업이 비즈니스 최적화를 달성할 수 있도록 함으로써 산업 전 분야에 걸쳐 쓰임새가 늘어날 것으로 예상된다. 

2023년 전 세계 18조원 시장 형성

디지털 트윈이 점차 그 쓰임새가 확대됨에 따라 관련 시장 역시 커질 것으로 전망된다. 이에 따라 시장조사기관 가트너(Gartner)는 2017년부터 디지털 트윈을 자사가 매년 발표하는 ‘10대 전략 기술 동향’ 중 하나로 선정해오고 있으며, 마켓앤마켓(Markets and Markets)은 디지털 트윈 시장이 연평균 37.87% 성장하면서 2023년에 18조원의 시장을 형성할 것이라는 발표를 내놓기도 했다.

상황이 이처럼 돌아가자 다양한 벤더들은 저마다 디지털 트윈을 구현하는 솔루션들을 출시하며 시장 공략을 위해 분주히 움직이고 있다.

매스웍스는 예측 기반 유지보수 알고리즘 등을 개발할 수 있도록 매트랩(Matlab)과 시뮬링크(Simulink)를 제공한다. 센서로부터 수집된 데이터에서 의미 있는 특징을 전처리 단계에서부터 추출하며, 예측 기반 유지보수를 위한 머신러닝 알고리즘을 학습시키는데 활용한다. 이 알고리즘은 검증을 위해 시뮬링크와 같은 시뮬레이션 소프트웨어로 보내져 기계의 컨트롤 유닛에 코드로 배포된다. 해당 과정은 별도의 코딩 없이 간편하게 이뤄지며, 인공지능 툴부터 모델 설계 등이 하나의 과정에 포함돼 있어 개발 기간 단축을 돕는다.

다쏘시스템은 디지털 트윈 플랫폼으로 ‘3D익스피리언스 플랫폼’을 제안한다. 3D익스피리언스 플랫폼은 생산 라인이 항상 적절한 수준의 품질, 우수성, 효율성을 유지할 수 있도록 즉석에서 가상으로 모든 것을 테스트하고, 검증하며, 운영을 최적화할 수 있는 디지털 트윈을 산업 환경에 구현한다.

플랫폼 환경의 장점은 싱글 소스를 기반으로 하기 때문에 사일로(silo) 현상을 줄이며, 디지털 연결성을 구축하며, 세일즈, 마케팅, 판매, 설계, 엔지니어링, 매뉴팩처링, 리테일, 서비스, 공급망 등 모든 역할과 기능들을 통합한다는 것이다. 초기 개발 단계부터 고객 피드백 반영까지 데이터의 단절 없이 완전한 추적성을 지원한다.

제품의 리드타임 개선, 다품종 소량생산, 개별화, 글로벌 경쟁력, 품질 향상을 하려면 설비이상 및 결품, 계획변경, 작업지연, 불량 제품, 재작업, 시행착오 등을 줄여야 한다. 그러려면 속도와 민첩성을 높여야 한다. 3D익스피리언스 플랫폼은 디지털 연결성, 모델 기반 설계, 가상과 현실을 결합한 환경과 데이터 기반의 실행을 지원하기 때문에 이 모든 챌린지와 고민에 대한 솔루션을 제공한다. 디지털 트윈으로 구축된 가상 공장을 통해 공장이 어떻게 운영되는지 리얼타임으로 파악할 수 있으며, 생산된 제품의 특성을 살펴볼 수 있다.

무엇보다 다쏘시스템은 12개의 브랜드를 통해 디지털 트윈의 모든 스케일과 비즈니스 전 영역을 커버하고 있음을 강조한다.

   
▲ 다쏘시스템 3D익스피리언스 플랫폼 구성

다쏘시스템의 단일 플랫폼 기반의 ‘3D익스피리언스 트윈(3DEXPERIENCE Twin)’은 현실 세계에서 존재하거나 존재할 수 있는 제품, 시스템, 시설 또는 환경을 나타낸다. 3D익스피리언스 트윈은 디지털 트윈과 달리 제품의 생애주기의 모든 단계에서 동적 3D 모델로 제품과 프로세스, 공장/설비, 운영을 복제한다. 설계 및 생산/제조, 운영에 영향을 미치는 규제, 요구 사항 및 재료에서 고객의 경험에 이르기까지 모든 단계를 모델링, 시뮬레이션하고 테스트해 검증할 수 있다.

데이터 수집부터 해석까지 IIoT 통합 지원

지난 50년 가까이 모든 엔지니어링 시뮬레이션 분야에서 디지털 제품 개발 프로세스 기반을 다져온 앤시스는 축적된 기술과 경험을 바탕으로 4차 산업혁명 주요 핵심기술인 산업용 IoT 및 머신러닝, 빅데이터 등과 통합해 디지털 트윈을 구축할 수 있는 솔루션을 출시하고 시장에 공급하고 있다. 또한 산업용 IoT 또는 디지털 자산관리 솔루션(Digital Assets Solution)을 공급하는 SAP, PTC, GE와 파트너십을 체결, 산업용 IoT와 완벽한 통합도 제공한다.

앤시스는 체계화된 디지털 트윈 도입 절차와 핵심 요소 기술을 보유하고 있으며, 디지털 트윈을 구축하기 위한 앤시스 솔루션으로 트윈 빌더(Twin Builder) 플랫폼을 제공한다. 트윈 빌더 플랫폼은 디지털 트윈 요소 기술로, 구축 단계 기술, 검증 단계 기술 및 전개 단계 기술을 완벽하게 제공한다. 그뿐만 아니라 모든 검증단계 기술에 필요한 구조, 열, 유동, 전자계 해석 및 시스템 제어 솔루션도 함께 제공한다.

앤시스의 디지털 트윈 주요 고객 사례는 GE디지털그룹과 산업용 펌프·밸브 제작사인 플로우서브(FLOWSERVE) 등이 있다.

GE디지털의 프리딕스(Predix) 플랫폼과 앤시스의 디지털 트윈 플랫폼의 성공적인 통합은 센서로부터 수집한 데이터를 장비의 디지털 정보와 결합해 훨씬 더 쉽게 미래를 예측하고, 더 빨리 문제를 해결할 수 있도록 돕는다. 플로우서브 사례는 앤시스, PTC, NI 및 HPE가 협업해 운전 중인 펌프의 시뮬레이션 모델이 어떻게 펌프 운전 중 발생하는 문제를 진단하고 해결하는지를 제시한다.

지멘스 디지털 인더스트리 소프트웨어는 제조 운영 관리(MOM: Manufacturing Operations Management)를 위한 소프트웨어 통합 포트폴리오인 ‘지멘스 옵센터 소프트웨어(Siemens Opcenter Software)’를 출시했다.

지멘스 옵센터는 APS(advanced planning and scheduling), 제조 실행, 품질 관리, 제조 인텔리전스 및 성능, 포뮬레이션(formulation), 사양(specification), 실험실 관리를 포함한 MOM 기능을 통합한다. 새로운 포트폴리오는 캠스타 소프트웨어(Camstar software), 시매틱 IT 스윗(SIMATIC IT suite), 프리액터(Preactor), R&D 스윗(R&D Suite), QMS 프로페셔널(QMS Professional) 등의 업계에 널리 알려진 제품들을 단일 포트폴리오로 결합하고, 이들 솔루션 통합을 통해 시너지를 이끌어 낸다.

지멘스 옵센터는 제품 수명주기 관리(PLM)와 ERP, 공정 자동화 솔루션 등을 포함해 가치 사슬 전반에 걸쳐 여러 시스템과의 배치, 구성, 확장, 통합을 용이하도록 한다. 또한 의사결정자가 제품 설계와 관련된 제조 공정에서 개선 영역을 빠르게 발견하고, 더욱 원활하고 효율적인 운영을 이어갈 수 있는 엔드투엔드(end-to-end) 방식의 가시성을 제공하는 것이 특징이다.

전체 포트폴리오는 클라우드를 지원한다. 온프레미스 구축은 물론, 클라우드, 또는 이 둘을 결합한 방식으로 구현 가능하며, 이로써 IT 비용 절감과 확장성(scalability)을 구현할 수 있다. 지멘스 옵센터는 설계, 생산, 성능을 위해 디지털 트윈(digital twin)을 활용함으로써, 기업들이 디지털 엔터프라이즈를 구현하도록 돕는다.

스마트발전·스마트시티 등 국내 활용 증대

현재 디지털 트윈은 4차 산업혁명이 먼저 시작된 해외에서 그 쓰임새가 높지만, 국내에서도 스마트발전, 스마트시티 등 더 나은 미래 환경을 구현을 위해 디지털 트윈을 활용하는 사업이 늘어나고 있다.

한글과컴퓨터그룹은 한국국토정보공사(LX)가 구축 중인 신개념 공간정보 ‘디지털 트윈’을 활용해 전주시에 ‘스마트시티 소방 안전 플랫폼’을 구축에 나선다. 정확하고 체계적인 화재 진압 지휘를 가능하게 하고, 유관기관들의 실시간 동시 통합 관제를 통해 빠른 공조·지원이 가능하게 함으로써, 소방관뿐만 아니라 시민들이 더욱 안전해질 수 있는 스마트시티를 구현하는데 목적을 두고 있다.

한컴그룹은 개인안전장비 기업인 한컴산청을 주축으로 한컴MDS의 IoT 기술과 한컴시큐어의 스마트시티 관제 플랫폼 등 그룹사들이 함께 이번 프로젝트를 추진한다. 특히 전주시와의 협력을 통해 지역 CCTV 데이터를 연동함으로써 보다 정확한 화재 상황 파악이 가능해지고, LX와의 협력을 통해 디지털 건물 정보를 연계함으로써 화재 진압 시뮬레이션 및 안전 대피 경로 시뮬레이션이 가능해짐에 따라, 빠르고 체계적인 화재 대응 플랫폼을 구축할 예정이다.

SK텔레콤은 한국수력원자력과 4차 산업혁명 기반 ICT 경쟁력 강화를 위한 협약을 체결하고, 디지털 트윈 기술을 활용해 원전 설비들을 디지털로 3차원 구현해 실시간 모니터링하는 안전 운용 시스템을 도입하기로 뜻을 모았다. 해당 시스템 도입 시 원전 설비의 실시간 모니터링이 가능해 발전 효율을 최적화할 수 있으며, 디지털 시뮬레이션을 통한 예측 진단으로 발전소의 안전성이 한층 강화될 것으로 기대된다.

대우조선해양도 국내외 여러 기관들과 손잡고 ‘디지털 트윈십(digital twin ship)’ 개발에 나섰다. 디지털 트윈십은 디지털 트윈을 선박에 적용해 실제 운항 중인 선박과 동일한 조건의 디지털 가상선박을 만드는 것이 골자다. 여기에 실시간 운항 데이터를 입력하면 실제 운항과 똑같은 상황을 구현할 수 있고, 다양한 모의실험을 통해 가장 적합한 운항 방식도 찾을 수 있다.

대우조선해양 측은 디지털 트윈십을 통해 효율적인 선박의 운항과 관리가 가능하고, 사고 예방 등의 효과도 있을 것으로 기대하면서 보다 수준 높은 고객서비스와 미래 기술 시장 선점효과도 얻을 수 있을 것으로 내다봤다. 

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