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by 김강민 Salawriter Jun 17. 2018

디지털 트윈, 물리적 세계와 디지털 세계의 융합

IT 기술 트렌드 -디지털 트윈(1/2)

사회 전반에 걸친 Digital Transformation에 가속도가 붙기 시작했다. 현실 세계에 존재하는 모든 것을 디지털로 옮기는 중이라고 해도 과언이 아닐 정도다. 디지털 트윈(Digital Twin)도 그 변화의 움직임 중 하나이다. 이번 글을 통해서 물리적 세계에 존재하는 대상과 정보를 사이버 상에 구현하는 디지털 트윈의 개념과 도입 효과에 대해 이야기해 보고자 한다.

디지털 트윈이란?

글로벌 리서치 기관 가트너(Gartner)는 디지털 트윈을 2018년 10대 전략 기술로 선정했다. 가트너에서는 디지털 트윈을 "물리적 사물 및 시스템의 동적 S/W 모델"로 정의하고, 센싱 데이터로 물리적 대상의 현재 상태를 파악하고, 변화에 대응하며, 운영을 개선하고 가치를 부가하는 기술로 설명하고 있다.

다시 말해, 디지털 트윈은 현실 세계에 존재하는 물리적 대상의 형상, 성질, 상태 등의 정보를 사이버 상에 동일하게 구현하는 것을 말한다. 이미 3D 모델링과 시뮬레이션 기술은 제조업을 비롯한 산업의 다양한 분야에서 오래전부터 적용되었다. 하지만 디지털 트윈은 실물과 트윈이 1대 1 매칭 된다는 점에서, 하나의 모델을 생성하고 시뮬레이션한 결과로 수천, 수만 대의 제품을 양산하는 기존의 방식에서 고도화된 기술이라고 할 수 있다.

실물과 1대 1 매칭되는 트윈이 존재함

어떻게 쓰이는가?

디지털 트윈은 크게 세 가지 형태로 활용된다.

관제 모델(Observation Model)

데이터 스트림(Data Stream)을 통해 물리적 대상의 상태를 모니터링하는 방식이다. 예를 들어, 제조 현장의 기계 운영 현황을 분석해서 이상 징후를 포착하고 경고를 한다거나, 장애의 대응 방안을 도출하는 데 활용된다.

운영 모델(Operation Model)

디지털 트윈에 파라미터를 설정하여 물리적 대상을 제어할 수도 있다. 조명이나 설비의 밸브를 원격 제어하거나, 공조 설비를 제어하여 실내 온도를 조절하는 것을 예로 들 수 있다.

최적화 모델(Optimization Model)

디지털 트윈이 궁극적으로 지향하는 활용 모델이라고 할 수 있으며, 대상의 기능 매개 변수(Functional Parameters), 상황 정보(Contextual Data) 등을 활용하여 최적화하기 위한 시뮬레이션을 의미한다. 풍력 발전기 날개의 경사각을 시뮬레이션하여 최적화하고 그 결과로 발전량을 증대하는 것이 대표적인 사례이다.

디지털 트윈의 정보를 하나로 꿰어주는 디지털 스레드(Ditigal Thread)

디지털 트윈은 물리적 대상의 설계, 제작, 운영, 폐기에 이르기까지의 전 주기에 걸쳐 트윈이 생성된다. 이렇듯 단계별로 생성되는 트윈의 형상과 속성, 상태는 다를 수 있다. 하지만 디지털 트윈이 궁극적으로 지향하는 물리적인 요소와 디지털 요소의 융합이 이루어지기 위해서는, 전 주기에 걸친 정보가 누락되지 않고 이어져야 한다.

이렇게 정보가 한 가닥의 실처럼 꿰어지는 것을 디지털 스레드(Digital Thread)라고 부르며, 디지털 트윈을 활용하는 데 있어 중요한 기술 중 하나다.

제조 분야의 디지털 트윈과 디지털 스레드(출처 : Deloitte, "3D Opportunity and the Digital Thread")

어떤 것을 트윈으로 구현하는가?

디지털 트윈의 구현 대상은 현실 세계에 존재하는 모든 물리적인 요소와 정보라고 할 수 있다. 하지만 그 구현 과정에서는 비용, 시간, 인력이 수반되기 때문에 항상 모든 것을 구현할 수는 없다. 따라서 실제로 구현되는 대상의 범위는 디지털 트윈의 활용 목적, 시나리오, 보유 데이터에 따라 결정된다.

예를 들어 공기 청정기라는 제품을 중심으로 디지털 트윈을 구현한다면, 제품을 만드는 장비를 포함한 제조 현장의 물리적 요소, 제품 또는 제조 장비의 사용자, 미세 먼지 농도와 같이 공기 청정기와 관계가 있는 환경적인 요소가 구현 대상이 될 수 있다. 그리고 이러한 구현 대상의 속성이나 시간의 흐름에 따라 변하는 상태에 대한 정보도 디지털 트윈으로 구현하는 대상에 포함된다.

디지털 트윈을 도입하면 무엇이 좋은가?

모는 것에는 양면성이 있듯이, 디지털 트윈을 도입하는데도 장단점이 존재한다.

제조 분야를 예를 들어 보면 제품의 품질 향상, 개발 비용 절감과 기간 단축의 효과가 있다. 운영 단계에서의 지속적인 최적화를 통해 운영 비용을 절감할 수 있다. 디지털 스레드를 통한 정보의 보존과 연속성 확보 또한 장점이다. 기업 측면에서는 생산과 서비스를 지속해서 최적화함으로써 궁극적으로 매출 증대의 효과를 기대할 수 있다.

하지만 기술적으로 초기 단계인 현재로는 디지털 트윈을 구현하고 운영하는데 상당한 비용이 발생한다는 단점이 있다. 또한 사이버상에 대량의 정보를 담기 때문에 보안 측면의 리스크는 항상 존재하며 이에 대한 대응책이 필요하다.