[첨단 헬로티]

디지털 트윈, 제조업 시작으로 교통·도시 분야까지 확대

2019년 10월 22일(화)부터 25일(금)까지 일산 킨텍스 제1전시장에서는 ‘2019 한국기계전(KOMAF)’과 ‘Machinesoft 2019(제조IT서비스전)’이 함께 개최된다. 두 전시회의 융합은 이제까지 볼 수 없었던 전시회 형태로 두 분야의 융합과 혁신적인 네트워킹이 기대 이상의 시너지를 창출할 것으로 예상된다.

이번 기사에서는 ‘머신소프트 2019’에서 제시하는 디지털 트윈 기반의 제조업 혁신과 여기에 융합되는 사물인터넷(IoT), 클라우드 컴퓨팅, 빅데이터&인공지능에 대해 개념 중심으로 살펴본다.

* ‘머신소프트(MachineSoft)’란 기계·제조업을 의미하는 Machine과 IT산업을 의미하는 Software의 합성어로 ‘디지털 제조혁신’를 상징한다.

제조업과 IT 융합, 혁신을 위한 혁신

최근 제조 산업은 사물인터넷(IoT), 빅데이터, 클라우드, 인공지능 등의 IT 분야 기술들과 접목되어 혁신적인 제조 시스템을 만들고 있다.

더욱이 이러한 시스템의 혁신은 단순히 제조 과정의 효율성 향상, 비용 절감에만 머무르는 것이 아니라 최종적으로 고객에게 보다 가치 있는 서비스를 제공하기에 이른다. 특히 제조 공정에서 생성되는 다양한 데이터는 가치 창출의 핵심적인 역할을 한다. 물론 이를 위해서는 IoT로 불려지는 초연결 네트워크가 필요하고 클라우드 공간에서의 빅데이터 저장 및 분석 과정이 반드시 이루어져야 한다.

결국 IT는 오늘날 디지털 트랜스포메이션으로 가는 제조 산업에 반드시 필요한 분야이고, 반대로 IT 분야는 제조 산업에 적용되는 솔루션 개발을 통해 서비스 영역을 보다 확대할 수 있는 것이다.

머신소프트 2019, ‘디지털 트윈’을 말한다

디지털 트윈(Digital Twin)은 물리적(Physical) 세계와 동일한 디지털(Digital) 쌍둥이를 만드는 것이다. 제조·설계·엔지니어링 솔루션, 자원관리 솔루션 등은 비전 기술과 결합해 현실과 가상을 통합하는 ‘디지털 트윈’ 기술을 창출한다.

디지털 트윈 시장은 센서·IoT·인공지능·3D 프린팅 등 관련 기술들이 동시 다발적으로 발전하면서 시장이 급성장할 것으로 예상된다. 특히 센서 등 핵심기술 가격이 하락하면서 제조업과 ICT 융합이 빠르고 다양하게 이뤄질 것으로 보인다.

딜로이트에 따르면(포스코경영연구원 자료 재인용) 초소형 정밀(MEMS, Micro-Electro Mechanical Systems) 센서 가격이 최근 10년 동안 1/3 수준으로 하락하고 매년 1조 개 이상 소비하는 시대가 도래했다.

디지털 트윈은 2014년 GE가 처음 제안한 이후 최근까지 10대 핵심기술로 주목 받았으며 2025년까지 3.9조 달러의 경제적 가치를 창출할 것으로 기대되는 분야이다.

가트너는 2020년까지 200억 개 이상의 커넥티드 센서 및 엔드포인트가 생성될 것으로 예상하며, 잠재적으로 수십억 개에 달하는 사물에 디지털 트윈이 존재할 것으로 내다봤다.

조직들은 처음에는 간단한 방식으로 디지털 트윈을 적용할 것이다. 시간이 지나면서 이들은 올바른 데이터를 수집 및 시각화하고, 올바른 분석과 규칙을 적용하며, 비즈니스 목표에 효과적으로 대응할 수 있는 역량을 향상시키면서 진화할 것이다.

디지털 트윈이 가져다 주는 혁신

디지털 트윈이 생산성 개선은 물론 다양한 사회문제까지 해결할 것으로 기대되면서 제조 이외에 교통·도시 분야까지 적용 분야가 확대되고 있는 추세다.

먼저 제조현장에서는 디지털 트윈으로 설비의 이상 징후를 사전에 감지하여 고장 전에 미리 정비하고, 생산 공정의 에너지 흐름을 분석하여 낭비 요인을 제거하는 등 다양한 솔루션이 나오고 있다.

▲GE의 디지털 트윈 기반 터빈 가동 시뮬레이션 시스템 화면

한 예로 항공·발전 분야에 디지털 트윈 기반 솔루션을 적용했을 경우 연료 효율 1%를 증가시킬 수 있고 이를 통해 연간 6조~8조원의 비용을 절감할 수 있다. 도시에서는 디지털 트윈과 오픈 플랫폼 모델을 접목해 교통·주택·환경 등 고질적인 사회문제들을 저비용으로 해결하려는 시도가 점차 증가하고 있다.

제조 분야, 디지털 트윈의 가장 큰 수혜 입을 것

제조분야는 디지털 및 SW에 의한 상황 판단에 대해 수용성이 높고 관련 규제가 상대적으로 약하기 때문에 디지털 트윈을 빠르게 도입할 수 있을 것으로 보인다.

최근 제조업은 생산 인력이 급속도로 감소되고 있기 때문에 숙련공 노하우를 디지털화하고 비숙련공을 위한 의사결정 지원시스템을 구축하는 데 거부감이 상대적으로 낮다. 반면 자율주행차·헬스케어 등 사람의 생명과 직결되는 분야는 확산까지 기술 안전성이 검증되고 심리적 거부감이 줄어들 때까지 긴 시간이 필요하다.

▼ 디지털 트윈 도입에 따른 2025년 경제적 부가가치 추정(조 달러)

제조 분야는 저성장 극복을 위해 자동차·항공 등 조립제품 외에 철강·화학 등 기초소재까지 경쟁적으로 디지털 트윈을 도입을 고려하고 있다.

항공엔진 산업에서는 선두 기업인 GE와 롤스로이스를 중심으로 디지털 트윈 기반 엔진 제조 서비스 모델이 나왔다. 이 모델은 엔진에 센서를 부착하여 데이터를 수집하고 중앙 관제실에서 실시간으로 분석함으로써 엔진 상태 모니터링, 에너지 절감 솔루션 제안 등을 수행한다.

포스코경영연구원에 따르면 2016년부터 포스코 포항 제2용광로에 디지털 용광로를 적용하고, 아르셀로미탈의 체코 Ostrava 제3 용광로에 디지털 트윈 솔루션이 도입되는 등의 변화가 나타나고 있다.

▲가트너의 2018년 하이퍼사이클 그래프로, 디지털 트윈은 관심의 정점(peak of inflated expectations) 시기에 진입해 있다.

IoT·클라우드·빅데이터·AI 기술이 성패 좌우

디지털 트윈은 독립적인 기술이 아니다. 현재 디지털 솔루션이라고 이름 붙은 시스템이 그렇듯 IoT, 클라우드, 빅데이터 기술들과 긴밀한 결합을 통해 비로소 구현될 수 있다.

센서에서 발생된 데이터를 실시간으로 전송하고 수집하는 과정이 디지털 트윈의 핵심인데, 이는 IoT 기술이 뒷받침되는 부분이다. IoT 분야에서는 로라(LoRa), 시그폭스(SigFox), LTE-M, NB-IoT 등의 LPWA(저전력광역통신, Low Power Wide Area) 기술이 활발하게 적용되고 있다. 특히 2018년 5G가 본격적으로 대두되면서 보다 향상된 솔루션이 나올 것으로 기대되고 있다.

클라우드 분야에서는 ‘하이브리드 클라우드’ 기술이 제조업의 데이터 관리 및 활용을 더 효율적으로 바꿔줄 것으로 보인다.

특히 데이터는 기업들에게 더 큰 가치 요소가 될 것으로 보인다. 과거 데이터는 생산 공정의 결과 수준에 불과했지만 현재는 프로세스 개선 및 제품 판매를 위한 중요 자산이 되고 있다.

이에 따라 제품 생산자들도 데이터를 활용하여 새로운 부가가치를 만들기 위해 노력하고 있다. 독일·일본 등 전통 제조강국들은 이미 산업용 데이터에 특화된 마켓 플레이스를 조성하였으며 이를 기반으로 시장 선점을 노리고 있다.