Digital twins improve real-life manufacturing

컴퓨터로 열일하는 쌍둥이 ‘디지털 트윈’

컴퓨터 속에 가상의 ‘쌍둥이’를 만들어 다양한 상황을 시뮬레이션하는 방식을 ‘디지털 트윈’이라고 부른다. 이러한 디지털 트윈은 새로운 제품이나 서비스를 개발하는 복잡한 과정을 효율적으로 전환하는 데 도움을 주고, 제품의 다양한 측면을 이해할 수 있는 통찰을 제공한다.

미국 방산업체 레이시온 테크놀로지스가 2021년에 실시한 미사일 방어용 요격체 발사 시험은 계획대로 무사히 진행됐다. 레이시온이 이 시험과 관련한 전 과정을 시뮬레이션을 통해 사전에 테스트해본 게 도움이 됐다.

독일 IT 기업 지멘스와 미 항공우주국 나사의 제트추진연구소(Jet Propulsion Laboratory)는 방사성 동위원소 열 발전기로 움직인 화성 탐사 로버 큐리오시티(Curiosity)를 가지고 시뮬레이션하면서 발전기의 열 방산 문제 해결을 위한 공동 연구에 착수했다.

일본의 타이어 전문업체인 브리지스톤도 유럽에서 ‘킬로미터당 가격’ 서비스를 제공하기 위해 실제 차량에서 수집한 데이터를 적용해 타이어 성능을 시뮬레이션하고 있다.

지금 언급한 사례들처럼 컴퓨터에 현실 속 사물의 쌍둥이를 만들어 현실에서 발생할 수 있는 상황을 시뮬레이션해서 결과를 예측해보는 기술을 ‘디지털 트윈(digital twin)’이라고 한다.

레이시온의 ‘모델기반 디지털 스레드 프로세스 역량 센터(Model-Based Digital Thread Process Capability Center)’의 알베르토 페라리(Alberto Ferrari) 수석 책임자는 “회사가 제품의 프로토타입 생산을 시작하거나 현장에서 제품을 관리하기 전에 문제를 파악하고 해결하기 위해 디지털 트윈을 활용하고 있다”면서 “실제 데이터를 기반으로 하는 디지털 트윈을 이용하면, 의사결정에 실질적인 도움을 주는 모델을 파악할 수 있다”고 말했다.

급성장하며 활용 범위 넓히는 디지털 트윈

디지털 트윈 시장은 급성장 중이다. 디지털 트윈 기술과 도구를 위한 시장은 매년 58% 성장하며 2020년 31억 달러에 그쳤던 시장 규모는 2026년이 되면 480억 달러로 15배 이상 성장할 것으로 전망된다. 이 기술을 활용해 디지털 프로토타입을 제작하면 시간, 자원, 돈을 모두 아낄 수 있는 장점이 있다.

디지털 트윈 기술은 도시 인구에서 에너지 시스템과 새로운 서비스 도입에 이르기까지 다양한 것들을 시뮬레이션하는 데도 활용되고 있다.

레이시온과 스웨덴의 주류 브랜드 앱솔루트 보드카(Absolut Vodka)를 비롯한 여러 제조업체들은 디지털 트윈 기술을 활용해 새로운 상품을 기획하고, 공급망에서 제품 생산, 그리고 재활용과 폐기까지 이르는 제조 과정을 더 효율적으로 만들려고 하고 있다.

싱가포르, 런던, 텍사스 걸프 연안 지역의 일부 도시들은 도시 내 도로의 교통량 흐름 패턴 모델링, 건축 트렌드 분석, 기후변화로 인한 영향 예측 등 도시 관리에 포함되는 다양한 측면을 처리하기 위해 도시에 대한 디지털 트윈을 제작했다. 또한 브리지스톤과 드론 서비스 제공기업 짚라인(Zipline) 같은 기업들은 운영 데이터와 짝을 이루는 디지털 트윈 기술을 활용해 새로운 서비스를 출시하는 데 도움을 얻고 있다.

기업들은 디지털 트윈을 기업의 디지털 전환(digital transformation)의 일환으로 채택하여 기업의 성과를 시뮬레이션하고, 약점을 파악하고, 서비스를 더 효율적으로 운영하기 위한 방안으로 활용 중이다. 기업이 디지털 이니셔티브를 추구하려면 통찰을 얻기 위해 기업의 제품, 운영 또는 환경에 관한 측면을 시뮬레이션할 수 있는지 여부를 검토해야 할 것이다.

제품 디자인과 제조 과정의 시뮬레이션

오늘날의 디지털 트윈 기술은 30여 년 전에 개발된 컴퓨터 지원 설계(computer-aided design, CAD)와 컴퓨터 엔지니어링 도구들을 기반으로 한다. 이러한 소프트웨어 시스템을 이용해 엔지니어들은 제품 설계의 변경 사항을 테스트할 가상 시뮬레이션을 만들 수 있었다. 과거에 엔지니어들은 에어포일(airfoil) 같은 제품의 구성요소를 컴퓨터로 설계한 다음 물리적인 테스트를 위해 모델 제작자나 조각가에게 점토, 나무, 재고로 보유한 부품 등을 이용해 제품 모델을 제작하는 작업을 맡겼다.

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현재는 이런 식으로 프로토타입을 제작하는 단계가 제품 설계 과정에서 훨씬 나중에 위치한다. 컴퓨터 성능이 좋아지고 저장 공간이 늘어나면서 전체 제품에 대한 프로토타입을 제작하는 것이 가능해졌을 뿐만 아니라, 원자재 공급, 제조에 필요한 구성요소, 제품의 작동 등에 관한 다양한 정보 역시 통합할 수 있게 되었기 때문이다.

딜로이트 컨설팅(Deloitte Consulting)의 정부 및 공공 서비스 부문 최고기술경영자(CTO)이자 신기술 연구 책임자 스콧 부크홀츠(Scott Buchholz)는 “30년 전에 CAD나 엔지니어링 도구를 얼핏 봤다면 그것들이 디지털 트윈이었음을 알 수 있을 것”이라고 말하며, “컴퓨터 성능이 발전하고 저장 공간이 증가하면서 유용한 시뮬레이션 수행 능력도 향상되어 정확도가 낮은 렌더링에서 이제는 정확도가 높은 시뮬레이션이 가능해졌다”고 설명했다.

그 결과, 디지털 트윈 기술은 다양한 산업계를 단번에 사로잡게 되었다. 가격이 높은 차량과 인프라 제품을 생산하는 제조사들은 디지털 트윈의 도움으로 제품 설계 및 개발 주기를 단축시키고 있으며, 그 덕분에 항공우주 기업, 자동차 제조사, 도시 계획 에이전시들이 모두 ‘얼리어답터(Early Adopter)’가 되고 있다. 스타트업 역시 제품 개선 작업을 빠르게 반복하기 위해 시뮬레이션을 우선하는 방식을 채택하고 있다.

디지털 트윈을 도입하면서 드러난 한 가지 주요 이점은 디지털 트윈 덕분에 제품 설계 과정에서 실물 프로토타입 제작 단계가 훨씬 나중으로 미뤄졌다는 것이다. 지멘스 디지털 인더스트리 소프트웨어(Siemens Digital Industries Software)의 자동차 및 운송 산업 부문 낸드 코하르(Nand Kochhar) 부사장은 ‘제로 프로토타입(zero-prototype)’ 계획을 추구하는 일부 기업들이 프로토타입 제작 단계를 없애고 제품 설계 이후 바로 생산을 시작하는 방식을 목표로 하고 있다고 설명했다.

과거와 비교하면 이는 엄청난 변화이다. 코하르는 자동차 제조와 관련해서 “일반적인 제품 개발 주기는 6년에서 8년 사이였다. 자동차 업계는 계속해서 연구를 진행했고, 이제 제품 개발 주기는 18개월 또는 24개월에 불과하다. 이제 자동차 제조도 소프트웨어에 점점 더 의존하고 있는데, 이것이 제품 개발 주기를 결정하는 중요한 요인이 되고 있다”고 밝혔다.

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지멘스 디지털 인더스트리 소프트웨어(Siemens Digital Industries Software) 제휴

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