[헬로티=서재창 기자]

디지털 트윈이 전 산업과 공공 분야에 스며들고 있다. 예방 및 보안 그리고 안전은 디지털 트윈이 추구하는 핵심 가치다. 이를 실현하기 위해 각 분야 공공기관 및 기업은 기반 구축에 나서고 있으며, 디지털 트윈을 중심으로 스마트 환경으로의 체질 개선을 추진하고 있다. 

예측하고 관리하다

서울시가 도시 전역에 디지털 트윈 기술을 접목시켰다. 서울시는 지난 4월 가상공간의 시뮬레이션을 활용해 도시문제 해결이 가능한 스마트 행정혁신모델 ‘디지털 트윈 서울 S-맵(이하 서울 S-맵)’을 구축했다고 밝혔다. 

2년이 넘는 제작 과정을 거쳐 만들어진 605.23㎢에 달하는 시 전역을 비롯해 60만 동의 건물·시설물까지 3D로 구현해냈다. 선진국에서는 이미 디지털 트윈 환경을 구축해 시설물 관리, 교통사고 예방, 재난 대응 등의 정책에 활용하고 있다. 

서울 S-맵은 국내에서 도시 전역을 대상으로 디지털 트윈을 구축한 첫 사례다. 전문가들은 서울 S-맵을 통해 환경 재해, 교통 등 도시문제 해결 역량이 한층 강화될 것이라고 전망했다. 

서울 S-맵의 활용도는 높다. 서울시는 공공건축물 설계 공모 과정에도 적용해 가상공간에서 설계대로 실제 건물을 구현해보며 평가하겠다고 밝혔다. 

도시기후 분석모델, 산불 확산 방지 모델 개발 등에도 적용될 예정이다. 시민 서비스 개발에도 적용한다. VR 영상으로 비대면 관광투어 서비스를 제공하고, 골목길 등 민간 지도에 없는 1만4000건의 거리뷰를 제공한다. 누구나 3차원 도시 모델을 만드는 3D 라이브러리 체험 서비스도 구축할 계획이다. 

이번 모델은 민간공공과의 협력에 의미를 둔다. 이와 더불어 가상환경을 효율적으로 구축했다는 평가를 받고 있다. 

서울시는 서울 전역 항공사진 2만5000장을 촬영하고 AI로 자동 분석하는 기술을 만들어냈으며, 3차원 데이터베이스 자동화 구축 기술을 보유한 민간기업과의 업무협약으로 초기 구축비용도 149억 원 절감했다는 설명이다. 서울시는 내년 이후 자율주행, 지진 예측 등 도시 제어가 가능한 단계까지 바라보고 있다. 

▲S-맵 캡처 화면(출처 : 서울시 S-맵)

한편, 한국전자통신연구원(ETRI)은 디지털 트윈을 이용해 국가 기반 시설물을 효과적으로 관리하도록 만들었다. 이 기술은 재난사고를 예방하고 국가 인프라를 안전하게 유지하는 데 도움이 될 전망이다. 

ETRI와 AI 로봇 기술을 보유한 ㈜케이아이는 청주 오창 공동구에 있는 전력구 전 구간에 천장 레일 공사를 마치고 AI 로봇 1대를 설치해 본격 시범운영에 돌입했다고 밝혔다. 추후 AI 로봇 한 대를 추가 설치해 내부 타 구간에도 확대 적용할 예정이다. 

청주 오창 공동구는 청주시시설관리공단이 2018년 청주시로부터 위탁을 받아 전문 인력을 배치하여 국가중요시설로 관리하는 국가핵심기반시설물이다. 지난 2018년 KT 아현지사 지하 통신구 화재 사고는 지하 기반시설에 발생하는 재난이 큰 위협으로 다가온다는 것을 보여줬다. 

이 같은 시설에서 재난 상황이 발생한 경우, 정확한 재난 위치와 정도를 예측하기 어렵고 폐쇄적인 공간구조로 인해 화재 시 소방관 진입이 어려워 많은 재산 피해 불편을 초래해왔다.

ETRI 연구진은 이러한 상황을 선제적으로 조치하기 위해 본 기술을 개발했다. 로봇은 영상, 열화상, 온도, 습도, 산소, 이산화질소, 일산화탄소, 이산화탄소 등을 관측하며 실시간으로 관제센터에 모니터링 정보를 제공한다. 

로봇은 리튬이온 배터리를 탑재해 30분 무선충전으로 10km 이동이 가능하다. 레일 끝에 무선충전 스테이션이 있어 넓은 지하 공동구를 문제 없이 점검한다. 

▲기존 모델보다 소형화, 경량화 등 개선을 이룬 청주 오창 공동구 AI레일 로봇(출처 : ETRI)

기존에는 공동구 근무자가 매일 2인 1조로 움직이며 육안 및 자체 설비를 이용한 점검·순찰을 하는데 약 2시간 반 이상이 걸렸다. AI 로봇은 모드별로 순찰, 고속 점검이 가능해 점검 시간을 최대 30분으로 단축할 수 있었다. 

특히 연구진은 본 기술이 재난요인 및 위험인자 사전 인지를 통한 초기 예방 조치, 재난 발생 시 정확한 현장 상황 및 피해예측 정보공유 기반 신속 현장 대응, 관할 소방서, 군, 경찰과 연계한 디지털 트윈 기반 현장 상황 정보 공유 등으로 신속하고 정확한 작전 지휘를 지원할 수 있다고 설명했다. 

한편, 이 디지털 트윈 기술은 공공시설 공동구뿐 아니라 민간 공동구나 지하철, 지하상가 등 다양한 분야에 적용할 수 있어 복합 공간을 안전하게 관리하는 데 널리 활용될 전망이다. 

인프라 구축 핵심으로 자리 잡다

조선업을 비롯한 중공업계는 디지털트윈을 주목하고 있다. 코로나19 등의 요인으로 글로벌 가치사슬이 재편되면서, 강점을 보유했던 국내 조선, 철강 등의 중공업계는 시대적 변화를 요구받고 있다. 이에 각 분야 주요 기업은 발 빠르게 디지털 전환을 시도하고 있다. 

HMM은 디지털 트윈으로 안전사고를 예측하는 시스템을 개발하겠다고 밝혔다. 지난 3월, 배재훈 HMM 사장은 매체 인터뷰를 통해 자사가 스마트 선박 기술에 선제적으로 대응하고 있으며, 디지털트윈 구현을 위해 노력하고 있음을 밝혔다. 

배재훈 사장은 IT 기술을 활용해 안전 운항과 비용 절감을 실현하고 경쟁력 있는 서비스 창출에 초점을 맞출 것이라고 강조했다. 

지난해 오픈한 선박종합상황실의 운영은 더욱 강화한다. IT 기술이 접목된 선박종합상황실은 선박 위치와 화물 적재 현황을 실시간으로 파악한다. 상황에 따라 육상에서 운항 중인 선박의 컨트롤도 가능하다.

배 사장은 “종합상황실에 적용하고자 IoT 기반의 대용량 데이터는 물론 CCTV 영상과 음성을 효과적으로 수집하고 처리해 실시간 전송하는 기술까지 개발했다”고 설명했다. 

배재훈 사장이 언급한 바에 따르면, 현재 HMM은 스마트 선박 20척을 보유하고 있다. 기존에 운영하는 선박에도 스마트 IT 시스템을 점진적으로 확대 설치할 계획이다. 

▲대우조선해양의 스마트십 솔루션이 탑재된 LNG운반선(출처 : 대우조선해양)

대우조선해양은 유니티코리아와 함께 디지털 트윈 기반의 스마트 조선소 구축을 위해 협력했다. 양사는 스마트 야드 시뮬레이션 플랫폼 개발 및 머신 러닝을 포함한 디지털 트윈 기반 조선소 운영시스템 도입 추진을 위한 업무협약을 체결했다. 

이번 협약을 위해 양사는 작업장 및 적치장 배치 시뮬레이터 개발을 위한 로직을 수립하고 유니티 기반 배치 시뮬레이터 개발 및 실제 데이터 적용을 위한 기술검증을 진행했다. 

기술 검증을 통해 양사는 대우조선의 시설물 및 공간적 제약사항과 실제 야드 데이터를 반영해 현장을 3D로 구현해내고, 트랜스포터의 이동과 적치장 내 블록 배치에 대한 최적화 시뮬레이션으로 이동 로직 개발 및 스마트 야드의 확대 영역 검토를 완료했다. 

대우조선해양과 유니티코리아는 향후 기술검증을 바탕으로 야드 기획 및 운영 데이터와 디지털 트윈 기획 및 검토 자료를 공유하고 본격적으로 업무를 추진해갈 계획이다. 

특히 유니티는 시뮬레이터를 커스터마이징해 편의성을 대폭 강화하고, 현장의 다양한 시나리오를 반영하는 시나리오 편집 기능을 개발해 솔루션 활용을 확대해갈 계획이다. 

또한, 시뮬레이션 성능 향상과 멀티 작업 실행을 위한 클라우드 컴퓨팅 및 머신 러닝 등의 도입으로 시스템을 점진적으로 고도화해갈 방침이다. 

이를 통해 대우조선해양은 데이터 기반의 정교한 현장 기획 및 관리가 가능해지고 변수 예측의 정확도를 크게 향상시키는 한편 프로젝트 진행 과정에서 디지털 역량도 강화할 것으로 보인다. 

솔루션 품질을 개선하는 디지털 기술

한화솔루션 케미칼 부문(이하 한화솔루션)이 가상공간에서 AI 실험 환경을 구축해 소재·기술 개발 속도를 대폭 높인다. 디지털 전환을 연구개발 시스템과 접목시켜 AI가 초고속으로 대량의 실험 데이터를 축적·분석하는 방식을 통해 시행착오를 최소화하는 길이 열린 것이다. 

한화솔루션은 산업통상자원R&D전략기획단, 한국화학연구원, 한국재료연구원 등 연구기관들과 소재 산업의 디지털 전환을 통한 경쟁력 강화를 목적으로 업무협약을 체결하고 ‘소재개발 디지털 전환 연대’에 참여한다고 밝혔다. 

▲한화솔루션 케미칼 부문이 가상공간에서 AI 실험 환경을 구축해 소재·기술 개발 속도를 대폭 높인다. (출처 : 한화솔루션)

디지털 트윈 공정에서는 실제와 동일한 공정을 가상공간에 복제해 운전 조건에 따른 제품 생산성 변화 실험을 무한 반복하며 데이터를 쌓을 수 있다. 

저장된 데이터는 AI의 분석을 거쳐 최적화된 공정으로 도출된다. 한화솔루션은 지난해 수소첨가 석유수지 생산 공정의 전 과정을 디지털 트윈화해 공정 설계를 최적화하는데 성공했다. 

화학 분야의 디지털 트윈 공정은 촉매의 특성에 따른 화학 반응을 그대로 구현할 수 있어 생산 효율과 제품 품질 향상에도 지속적으로 활용될 수 있다.  

한화솔루션은 수전해 연구개발에도 디지털 트윈 공정을 도입해 AI 데이터 분석을 적극 활용할 방침이다. 재생에너지는 간헐적이고 변동성이 큰 특성이 있어 안정적인 그린수소 생산을 위해 특화된 수전해조 운전기술이 필요하다. 

수전해조 공정을 디지털화해 가상 운전기술 테스트를 수행하게 되면, 실제 시설을 운영할 때보다 신속한 결과 확보가 가능해진다. 

한편, 우진산전은 수주형 제조공장에 적용하는 스마트팩토리 솔루션인 ‘디지털 트윈 팩토리’를 구축했다고 밝혔다. 그동안 제조업계에서는 스마트팩토리 솔루션의 필요성이 요구됐으나 MES, ERP 등 전형적인 생산정보화 시스템 도입이 수반돼야 하는 경우가 많아 어려움이 있었다. 

일반적인 스마트팩토리 솔루션의 경우 초기 컨설팅 및 솔루션 도입 비용부담이 크고, 시스템 안정화를 위해 요구되는 변화관리에도 오랜 기간이 소요된다. 공정 배치 및 운영 변동성이 높은 수주형 제조공장 입장에서는 이 같은 이유로 도입을 주저해왔다. 

우진산전이 이번에 구축한 디지털 트윈 팩토리 기술은 공정 작업을 중단하거나 방해하지 않고도 적용할 수 있어 과도한 투자를 하지 않고도 스마트 공정관리가 가능하다. 

우진산전은 디지털 트윈 팩토리 구축으로 공장 운영의 주요 변수가 공정 흐름에 미칠 영향을 사전 예측할 수 있을 뿐 아니라, 납기 준수 및 생산성 향상에 필요한 핵심적 의사결정 지원도구를 확보하게 됐다고 설명했다. 

우진산전은 지난해 하반기 자회사인 메트로플러스를 통해 코너스의 디지털 트윈팩토리 솔루션인 ‘InteleFactory’를 발굴하고, 디지털 트윈 팩토리 프로젝트 1단계를 실시했다. 

이를 통해 생산능력 극대화를 위한 최적 공정배치 방안 탐색, 딥러닝 기반 AI 영상분석 기술을 활용한 실시간 공정상태 감지, 공정 지연 예측 및 신속 대응을 위한 3D 디지털트윈 공정 관제 시스템 등 성공적인 결과를 도출했다고 덧붙였다. 

4월말까지 진행된 2단계 프로젝트는 전 공정 AI 영상분석 상태감지 기술 확대 적용을 비롯해 시간 단위 공정 지연상황 예측 및 관리 체계 운영, 생산 실적 데이터 분석 기반 공정 개선안 도출 및 적용 등 보다 업그레이드된 디지털 트윈 팩토리 운영 성과 창출을 목표로 진행됐다. 

한편, 우진산전은 코너스가 제공하는 InteleFactory 솔루션의 우수한 경쟁력과 급성장하는 디지털 트윈 시장에서의 성공 가능성을 보고 지난해 전략적 투자를 감행하기도 했다.