[제조] 디지털 트윈(Digital twin)

디지털트윈은 제품의 설계 및 개발부터 제품 라이프사이클의 끝까지 제품 전반에 대한 디지털 발자취를 보유할 수 있게 해준다. 이를 활용하면 설계대로의 제품 그 뿐만아니라 제품을 제조하는 시스템 및 현장에서 어떻게 제품이 사용되는지를 이해 할 수 있다. 이정보를 가지고 기업은 제품의 빠른 출시, 운영 개션, 불량 감소, 새로운 사업모델의 개발을 이룰 수 있다.

 

디지털 트윈은 여러 차원에 걸친 대규모의 누적된 실시간, 실세계 데이터 측정값에 기반한다. 기업은 이런 측정값을 바탕으로 물체 혹은 프로세스에 대한 진화하는 디지털 프로필을 만들어, 시스템 성능에 대한 인사이트를 얻거나 제품 설계 혹은 제조 공정의 변경과 같은 물리적 대응을 수행할 수 있다.

디지털 트윈의 중요성은 물리적 세계와 디지털 세계 간의 거의 실시간에 가까운 종합적인 연결을 제공하는데 있다.

 

 

그림 1의 모델을 구성하는 구성 요소들은 다음과 
같이 설명된다. 
•센서: 제조공정 전반에 걸쳐 배치된 센서들이 실세계의 물리적 프로세스에 대한 운영 및 환경 정보를 포착하는 신호를 생성.
•데이터: 센서에서 생성된 실제 세계의 운영 및 환경 데이터는 기업의 다른 데이터들과 결합되어 종합되는데, 기타 데이터에는 자재명세서(bill of material), 기업 시스템 정보, 설계 시방서, 엔지니어링 도안, 외부 
데이터 피드 연결정보, 고객 불만사항 등이 존재.
•종합: 센서는 종합 기술(통신 인터페이스, 보안 기술 등 포함)을 통해 물리적 세계와 디지털 세계 간의 데이터 전송을 수행.
•애널리틱스: 애널리틱스 기법은 알고리즘 기반의 시뮬레이션과 시각화 루틴을 통해 데이터를 분석하는 데 사용되어 인사이트를 생성.

•디지털 트윈: 그림 1의 ‘디지털’ 부분이 디지털 트윈이며, 앞의 구성 요소들을 결합해 물리적 세계 및 프로세스를 거의 실시간에 가까운 디지털 모델로 생성. 모델의 목표는 최적값에서 벗어나는 허용 불가능한 오차를 다양한 차원에 걸쳐 파악하는 것. 즉, 이러한 오차의 분석을 통해 비용 절감, 품질 개선, 높은 효율성 달성 등의 기회를 파악. 분석 결과는 물리적 세계에서의 행동으로 이어질 수 있음.
•작동장치: 실제 세계에서의 대응을 위해, 디지털 트윈은 작동장치를 통한 행동 절차를 생성. 작동장치는 물리적 프로세스의 동작을 유발하는 인간의 개입에 의해 통제됨.

 

디지털 트윈의 생성에 고려해야 할 2가지 주요 사항

1)현장 사용을 위한 자산의 설계부터 실제 자산의 유지 보수까지 제품 라이플 사이클 전반에 대한 프로세스와 정보 요건의 설계.

2)개념적 구조에서 표현된 것과 같이 센서, 데이터, 그리고 기업 핵심 시스템의 운영 및 거래 정보의 실시간 유통을 위한 물리적 자산과 이의 디지털 트윈의 통합을 위한 실행 기술의 개발.

 

 

 

디지털 트윈의 개념적 구조

 

1.생성: 물리적 공정과 주변환경으로부터 중요한 입력값을 측정하는 수많은 센서들을 물리적 공정에 설치하는 과정 

2.전달: 물리적 프로세스와 디지털 플랫폼 간의 실시간 양방향 통합,연결성을 지원 

3.종합: 데이터 저장소로의 데이터 이관을 지원, 데이터를 분석하기 위해 준비하고 가공, 데이터 종합 및 처리는 자체 보유 시스템 혹은 클라우드 시스템을 통해 이뤄질 수 있다.

4.분석: 데이터가 분석되고 시각화된다. 고급 애널리틱스 플랫폼과 기술을 활용해 인사이트와 권고안을 창출하고 의사결정을 지원하는 반복 모델을 개발할 수 있다.

5.인사이트: 애널리틱스를 통해 얻는 인사이트는 대시보드와 시각화를 통해 제시되어, 추가적인 조사와 변화가 필요한 영역을 알려준다.

6.행동: 이전 단계에서 얻은 행동 가능한 인사이트를 물리적 자산 및 디지털 프로세스에 피드백해 디지털 트윈의 영향력을 실현한다. 인사이트는 디코더를 통해 전달되어 물리적 공정 상의 움직임 혹은 통제 메커니즘을 담당하는 작동장치로 입력되거나 혹은 공급사슬과 자재주문 활동을 통제하는 백엔드 시스템을 갱신하는데 사용된다.

 

비즈니스 가치의 창출

-모든 기업들의 가장 큰 고민은 디지털 트윈에 대한 투자의 혜택과 가치의 실현을 보여줄 수 있느냐일 것이다. 어떻게 하면 측정 가능한 사업적 가치를 낳는 기업의 운영 및 사업수행 방식의 변화로 이어질 수 있을까?

디지털 트윈이 제공하는 사업적 가치를 고려할 때, 기업은 지속적으로 개선된 제품 성능, 빠른 설계 주기, 새로운 수익 흐름 잠재력, 제품보증 비용 관리 개선과 같은 전략적 성과 및 시장 동영학과 관계된 문제에 초첨을 맞춰야 한다. 이들 전략적 이슈는 디지털 트윈이 실현할 수 있는 광범위한 비즈니스 가치에 영향을 미칠 수 있는 구체적 활용방안으로 변환될 수 있다. 디지털 트윈은 가치 창출을 위한 많은 활용방안을 제공하고 기업의 사업 방식을 근본적으로 변화시킬 수 있다. 이러한 가치는 기업의 핵심 지표로 추적이 가능한 실질적인 결과로 측정 될 수 있다.

 

프로세스 파악 : 가치 창출 및 성공 가능성이 가장 높은 디지털 트윈의 구성을 파악하는 것이다. 장비, 현장, 기술 전반에 걸쳐 확대 잠재력이 높은 영역에 초점을 맞춘다. 기업이 고도로 복잡한 장비 혹은 제조공정에 대한 특정 디지털 트윈에 지나치게 집착할 경우 난관에 직면할 수 있지만, 조직 전반에 걸쳐 광범위하게 확장 가능한 능력은 많은 가치를 창출하고 지원을 이끌어 낼 수 있다.

깊이보다는 범위에 집중하라!

 

시범사업 수행 : 학습을 가속하고, 리스크를 적극적으로 관리하며, 초기투자에 대한 이득을 극대화를 위해 민첩하게 과정을 반복해 빠르게 시범사업으로 이행하는 것을 고려하라. 초기의 가치가 확인되면, 즉각 이를 추진력으로 삼아 더 큰 결과를 얻기 위한 지속적인 확장을 고려하고 실현된 가치를 전사에 소통하라.

 

프로세스의 산업화 : 현장에서 성공이 확인되면 디지털 트윈의 개발과 배치 프로세스를 수립된 도구, 기법, 규범을 이용해 산업화 할 수 있다. 여기에는 개별 시스템의 구현부터 전사적인 통합 개발, 통합 데이터 저장소의 설치, 실적 및 산출물 개선, 향상된 관리 및 데이터 표준, 디지털 트윈 지원을 위한 조직적 변화의 실행등이 포함될 수 있다.

 

트윈의 확장 : 초기 성공 이후에는 디지털트윈의 확장을 위한 기회의 파악이 중요해진다. 인접 공정, 그리고 시범사업과 상호연관 관계가 있는 공정을 목표로 하라. 시범사업에서 얻은 교훈과 그 과정에서 개발된 도구, 기법, 규범을 확장에 사용하라. 확장을 진행하면서 디지털 트윈의 채용을 통해 실혈된 가치를 전사 및 주주들에게 알려라.

 

모니터링 및 측정 : 제품 수명주기 전반의 어디에서 실질적인 혜택, 즉 산출물 수율, 품질, 활용도, 사고, 제품당 비용등의 효과를 볼 수 있는지 파악하라. 반복적으로 디지털 트윈에 변경을 가한 후, 가능한 최선의 설정을 파악하기 위해 결과를 관찰하라. 중용한 점은 디지털 트윈이 한 번으로 혜택이 파악되고, 구현되며, 측정되는 일반적인 프로젝트가 아니란 점이다. 시장에서 차별화 지속을 위해, 기업은 장기간에 걸쳐 사업의 새로운 영역에서 과정을 반복해 수행할 시간 계획을 수립해야 한다.

 

결론: 가장 빠른 시간에 가장 큰 가치를 얻기 위해 어디서 시작을 해야할지, 그리고 어떻게 하면 경쟁에서 앞설 수 있을지를 질문해 보아야한다. 무엇을 먼저 시작해야 하고, 어떻게 시작해야 하는가를 알고 있어야 하며 무엇보다 공정 프로세스, 특성을 파악해야하며 고객에게 설계, 컨설팅, 사업적 가치를 어필 할 수 있어야 겠다.