– 인력부족에 디지털트윈을 활용하는 움직임 확대
– 다양한 기술의 집약체인 디지털트윈, 요소기술에 주목
일본에서 제조와 건설, 유통을 중심으로 디지털트윈의 도입이 확대되고 있다. 현실공간의 데이터를 높은 정확도와 빈도로 취득해 가상공간에서 미래를 예측하는 디지털트윈은 DX의 새로운 조류 중 하나로 부상하고 있다.
가상공간의 변화를 현실에 반영
디지털트윈은 현실공간의 물건과 사람 등을 가상공간에 재현하는 것이다. 현실공간에 있는 건물과 설비, 제품 등에 센서와 카메라를 부착하고, 여기서 취득한 데이터를 데이터 기반에 집약시켜, 이들 데이터를 토대로 건물과 기계, 제품을 가상공간에 재현한다.
<디지털트윈의 개요>
[자료: 닛케이 XTech]
디지털트윈의 특징은 기존 생산관리 시스템과 빌딩관리 시스템 등에 비해 다루는 데이터의 범위와 정확도, 데이터 취득 빈도를 비약적으로 높인다는 것이다. 이로 인한 장점은 크게 두 가지가 있는데, 하나는 데이터를 가시화하기 쉽다는 점이다. 센서의 데이터를 집약시켜 설비와 제품의 상태, 작업 진척상황 등을 한눈에 볼 수 있게 하거나, 건물과 설비를 3차원으로 표시해 비주얼로 결함을 검증할 수 있다. 또한 멀리 떨어진 곳에서 현지에 있는 것처럼 상태를 파악해 작업 지시를 내릴 수도 있다.
다른 하나의 장점은 수집한 높은 정확도와 빈도의 데이터를 토대로 미래의 예측이 가능하다는 점이다. 수집한 데이터를 토대로 한 기계학습을 통해 설비의 고장과 작업 진척상황 등을 예측하고, 결과를 가상공간에 반영한다. 즉, 현실공간의 미래 예상을 가상공간에 반영하는 것이다. 이를 통해 설비의 고장과 제조라인의 정체 등의 문제상황에 빨리 대처할 수 있다. 더 발전된 형태로는 디지털트윈 시스템에 탑재한 AI가 시뮬레이션 결과를 토대로 설비와 기계에 제어신호를 보내 자동 운용토록 하는 것으로, 용광로를 가진 대형 제철회사와 화학공장 등 프로세스 생산 제조사에서 이러한 자동 운용 실현을 위해 움직이고 있다.
빌딩 운용에도 활용되는 디지털트윈
일본의 대형 건설사인 다케나카공무점은 건설업무의 생산성을 높이기 위해 빌딩의 영업에서부터 설계, 생산준비, 시공, 유지보수까지의 절차에서 다양한 디지털트윈을 구축해 활용하고 있다. 그 시스템 중 하나인 건설디지털플랫폼은 스토리지에 인사와 재무 등 기존 기간 시스템에 있는 데이터와 IoT 기기로 공사현장에서 수집한 데이터 등 사업에 관련된 모든 데이터를 집약시켜 활용하고 있다.
건설 디지털 플랫폼의 디지털트윈 기능에는 건설 예정 빌딩의 BIM(Building Information Modeling) 데이터를 사용해 가상공간에 재현하는 것이 있다. 이는 건설·시공 단계에서 사용하며, 빌딩의 설계와 시공의 정합성을 높이기 위한 목적을 가진다. 다케나카공무점은 각각의 설계과정에서 BIM 데이터를 작성해 이들을 가상공간에 적용해 디지털트윈을 작성한다. 이를 통해 배관이 벽에서 튀어나오지 않았는지 등의 형상 확인과 열이 빠져나가지 못하는 구조인지 등의 시뮬레이션에 활용하고 있다.
<다케나카공무점의 빌딩커뮤 이미지>
[자료: 다케나카공무점]
또 다른 디지털트윈 ‘빌딩커뮤’는 완공 후 빌딩 운용에서 사용한다. 빌딩 내 조명과 공조시스템에서 방별 조도와 실온, 습도 등의 데이터를 수집해 데이터스토어에 보관·수집한 데이터를 토대로 각 방의 밝기와 공기 상황을 모니터링해서 조명과 공조를 실시간 원격제어한다. 다케나카공무점은 스마트빌딩의 실현을 위해 빌딩커뮤의 기능을 강화하고 있는데, 이 중 하나가 조명과 공조의 효율향상이다. BIM 데이터를 활용해 빌딩 내부 구조를 가상공간에 재현한 뒤 방에 설치한 센서로 조명의 밝기와 온도를 실시간으로 빌딩커뮤에 집약, 집약한 데이터를 기계학습모델에서 처리해 미리 설정한 밝기와 실온을 최소한의 소비전력으로 유지하도록 조명과 공조를 원격제어한다. 다케나카공무점에 따르면, 빌딩커뮤의 AI 프로그램을 통해 조명설비에서 약 26%, 공조설비에서 약 14% 소비전력을 삭감한 실적이 있다고 한다.
디지털트윈으로 제조설비의 이상을 사전 파악
제조업은 디지털트윈에서 앞서고 있는 분야 중 하나다. 청량음료 제조사 산토리식품인터내셔널은 2021년 5월부터 가동 중인 ‘산토리천연수 북알프스시나노노모리공장’에 디지털트윈 기능을 갖춘 IoT 기반을 도입했다. 제품의 제조공정(설비, 조달, 제조, 품질관리, 출고 등)에 관한 각종 데이터를 IoT 기반에 집약시킨 뒤, 이를 토대로 공장 내 가시화 및 제품 추적 등을 실현했다.
신공장의 설비에는 유량계와 도전율(導電率) 등의 센서를 부착해 데이터를 취득, 이들 데이터를 데이터 기반에 축적한 뒤 제조설비의 상태 등을 대시보드 화면에 표시하며, 이 때 독자적인 분석 프로그램을 통해 제조설비의 이상을 예측한다. 신공장에서는 제품 하나하나가 어느 설비, 어느 부품으로 제조됐는지를 추적할 수 있으며, 대시보드에는 추적정보가 표시된다. 때문에 설비 이상으로 불량품이 섞이더라도 어느 설비에서 제조됐는지, 어느 설비에서 제조된 제품은 어디에 있는지, 어느 상자에 포장돼 있는지 등의 정보를 대시보드 화면에서 추적할 수 있다.
<산토리식품의 제조관리 대시보드>
[자료: 닛케이 XTech]
공장설비의 보수에도 디지털트윈을 활용한다. 신공장에서는 설비에 설치된 센서정보로 설비 상태를 실시간으로 감시하는 시스템을 구축했다. 각 설비의 데이터가 임계치를 넘어설 것 같으면 디지털트윈의 대시보드 화면에 알림을 띄운다. 본격적인 운용은 이제부터 시작이나 설비 이상의 인과관계 파악 등에서 유효한 결과를 얻었으며, 앞으로는 기계학습모델을 사용해 이상의 조기 발견에 활용할 계획이라고 한다.
시사점
디지털트윈은 인력 부족에 허덕이는 다양한 산업분야에서 생산성을 향상시킬 유효한 수단으로 주목을 받고 있다. 다만 많은 기업에 있어 디지털트윈 구축은 이제부터가 시작이다. G 조사회사의 I 애널리스트는 “기업이 디지털트윈을 도입하기 위해서는 IT 엔지니어가 사업부문의 과제를 파악하는 것은 물론이거니와 DX를 위한 새로운 기술 스킬을 몸에 익히는 것이 중요하다”고 지적한다. 디지털트윈에서는 다양한 기술을 조합시켜야 하기 때문이다.
디지털트윈에서는 우선 통신기능을 갖춘 센서와 카메라를 설치해야 하며, 여기서 발생하는 데이터를 처리하는 전용 데이터 기반, 대용량 스토리지도 필요하다. 또한 클라우드 활용도 필수이다. 이러한 기반 외에도 기계학습모델과 3차원 모델링 등 종합적인 기술이 요구되는 시스템이라 할 수 있다.
이제 막 형성되는 분야이기는 하나, 이처럼 다양한 요소기술이 집약되는 주목 분야인 만큼 우리 기업도 타사제품과 차별화를 둘 수 있는 요소기술에 초점을 맞춰 일본 시장의 문을 두드려보는 것이 좋을 것이다.