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디지털 트윈 기술의 도입과 활용: 현재와 미래의 산업 변혁

일일 보고서 2024년 10월 13일
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목차

  1. 요약
  2. 디지털 트윈 기술의 개념과 중요성
  3. 디지털 트윈의 적용 기술 및 방법
  4. 디지털 트윈의 적용 사례
  5. 디지털 트윈 운영 성과 및 기대 효과
  6. 디지털 트윈 관련 법제도 및 정책
  7. 디지털 트윈 인프라 구성 및 주요 서비스
  8. 디지털 트윈 데이터 관리 솔루션
  9. 결론

1. 요약

  • 이 리포트는 디지털 트윈 기술의 도입과 활용을 다양한 산업 분야에서 어떻게 혁신을 가져오는지에 대해 종합적으로 다루고 있습니다. 디지털 트윈은 물리적 시스템의 가상 복제본을 생성하여 실시간 데이터를 활용, 제조업, 스마트 시티, 에너지 관리 등 여러 분야의 운영 효율을 높이고 비용 절감 등의 이점을 제공하고 있습니다. 광명시는 디지털 트윈을 활용해 미래 모빌리티 중심의 도시로 발돋움하고 있으며, 세아창원특수강은 AI와 디지털 트윈 기술을 통해 데이터 기반의 품질 혁신을 추진하고 있습니다.

2. 디지털 트윈 기술의 개념과 중요성

  • 2-1. 디지털 트윈의 정의

  • 디지털 트윈(digital twin)은 물리적 자산, 시스템 또는 프로세스의 가상 복제본을 생성하는 기술입니다. 이를 통해 실시간 데이터를 활용하여 물리적 시스템을 모니터링, 분석, 최적화하는 것이 가능합니다. 디지털 트윈의 개념은 2002년 미국의 마이클 그리브스 박사에 의해 제품생애주기관리(PLM)의 이상적인 모델로 소개되었으며, 이후 NASA의 존 비커스 박사가 이 용어를 정립하고 2010년 NASA의 우주 탐사 기술 개발 로드맵에 포함됨으로써 본격적으로 사용되기 시작했습니다.

  • 2-2. 디지털 트윈의 발전 과정

  • 디지털 트윈 기술은 과거 NASA가 우주 탐사 기술을 위해 개발한 후 GE(제너럴 일렉트릭)가 항공기 엔진 및 터빈에 이를 적용하면서 대중에게 널리 알려지게 되었습니다. 디지털 트윈 기술은 물리적 세계와 가상 세계의 연결을 통해 더욱 발전하였으며 IoT, AI, AR/VR, 5G 등 다양한 기술의 발전과 함께 실시간 데이터 분석 및 가상 시뮬레이션 등 많은 산업 분야에 응용되고 있습니다.

  • 2-3. 디지털 트윈의 핵심 기술

  • 디지털 트윈을 구성하는 주요 기술로는 다음과 같은 것들이 있습니다: 1. **AI(인공지능)**: 대량의 데이터를 수집하고 고정밀 분석 및 예측을 담당합니다. AI는 IoT가 수집하는 데이터를 분석하는 데 있어 필수적입니다. 2. **IoT(사물인터넷)**: 오프라인 장치에 센서를 부착하여 네트워크를 통해 통신할 수 있는 능력을 제공합니다. 3. **5G(5세대 이동통신)**: 더 빠른 데이터 전송과 낮은 지연 시간을 제공하여 실시간 데이터의 송수신을 가능하게 합니다. 4. **AR/VR(증강/가상현실)**: 현실적 시뮬레이션을 통해 데이터를 시각화하고, 물리적 시뮬레이션 오류를 개선하는 데 도움을 줍니다. 5. **CAE(컴퓨터 지원 공학)**: 제품 설계 단계에서 시뮬레이션을 통해 제품의 문제점 및 개선 사항을 분석하고 검증하는 시스템입니다. 6. **RTLS(실시간 위치 정보 시스템)**: GPS 및 Wi-Fi 기술을 통해 물체와 사람의 위치 정보를 실시간으로 추적하고 관리할 수 있도록 지원합니다.

3. 디지털 트윈의 적용 기술 및 방법

  • 3-1. 데이터 수집 및 통합

  • 디지털 트윈은 현실 세계에서 발생하는 데이터를 수집하고 연결하는 기술입니다. 센서 및 IoT 디바이스를 통해 다양한 환경에서 발생하는 데이터를 실시간으로 수집하고, 이 데이터는 클라우드 기반의 플랫폼으로 전송되어 가공 및 저장됩니다. 이를 통해 현실 세계의 상황이 디지털 환경에서 정확하게 반영됩니다. 이러한 데이터 수집 기술은 제조 공정의 디지털화와 관련하여 중요한 역할을 하며, 제품 개발 공정의 재현, 현재 상황 모니터링 등을 가능하게 합니다.

  • 3-2. 시뮬레이션 및 예측 분석

  • 디지털 트윈은 수집된 데이터를 기반으로 현실의 물리적인 대상을 정교하게 모델링하며, 이를 통해 다양한 변수와 환경 요소를 고려하여 현실 세계에서의 행동을 예측하고 시뮬레이션합니다. 예를 들어, 제조 공정에서 발생할 수 있는 문제를 미리 예측하고, 장비 유지보수 시기를 최적화하여 다운타임을 최소화하는 것이 가능합니다. 이는 물리적 자산의 상태를 분석하고 최적의 결과를 찾는 데 기여합니다.

  • 3-3. 실시간 모니터링 및 제어

  • 디지털 트윈 기술은 현실 세계와 실시간으로 연동되어 변화에 즉각적으로 대응할 수 있습니다. 현실 세계에서 발생하는 사건이나 변경 사항에 대해 디지털 트윈도 자동으로 업데이트되며, 필요에 따라 실제 시스템에 제어 신호를 보냅니다. 이러한 실시간 반영 및 제어 기능은 디지털 트윈이 항상 현실과 일치하며 최신 정보를 제공하는 데 필수적인 요소가 됩니다.

4. 디지털 트윈의 적용 사례

  • 4-1. 제조업에서의 활용

  • 제조업계에서 디지털 트윈 기술이 적극적으로 도입되고 있으며, 이는 생산성과 효율성을 극대화하기 위한 방안으로 채택되고 있습니다. 디지털 트윈은 현실의 물리적인 사물, 공간, 환경, 공정 등을 컴퓨터 속 디지털 공간에 똑같이 구현하여, 실시간으로 현실의 상태를 반영할 수 있습니다. 글로벌 시장조사기관 포츈 비즈니스 인사이트에 따르면, 2023년 전 세계 디지털 트윈 시장 규모는 약 17조 6286억원으로 평가되며, 2032년에는 약 354조 1014억원에 이를 것으로 전망됩니다. 제조업체들은 높은 불량률, 품질 관리 문제, 복잡한 공급망 관리 등 다양한 도전에 직면해 있으며, 디지털 트윈 기술을 통해 불량률 감소, 비용 절감, 생산성 향상 등의 효과를 기대하고 있습니다. 또한, 데이터 기반의 의사결정을 통해 기업이 빠르고 정확한 전략적 결정을 내릴 수 있도록 지원하고 있습니다.

  • 4-2. 스마트 시티에서의 적용

  • 스마트 시티에서 디지털 트윈 기술은 도시의 인프라와 서비스 운영을 최적화하는 데 중요한 역할을 하고 있습니다. 디지털 트윈은 도시의 데이터 및 자산의 가상 모델을 생성하여, 실시간 모니터링과 시뮬레이션을 통해 도시 계획 및 관리에서 정보 기반의 의사결정을 지원합니다. 이를 통해 교통 흐름 최적화, 에너지 관리, 환경 모니터링 등이 가능해지며, 주민들의 삶의 질 향상에 기여하고 있습니다. 예를 들어, 도시의 교통 시설을 디지털 트윈으로 모델링하여 교통 흐름을 시뮬레이션하고, 혼잡한 지역을 사전에 예측하여 대책을 마련하는 등의 방식으로 활용됩니다.

  • 4-3. 에너지 및 헬스케어 분야 응용

  • 에너지 관리 분야에서 디지털 트윈 기술은 발전소와 송전망의 실시간 모니터링 및 최적화를 가능하게 합니다. 디지털 트윈을 통해 물리적인 자산의 실제 동작 상태를 가상으로 모델링하고, 이를 기반으로 시설물의 유지보수 및 운영 전략을 개선할 수 있습니다. 헬스케어 분야에서도 환자의 상태를 실시간으로 모니터링하고, 치료효과를 분석하여 개인 맞춤형 치료 계획을 수립하는 데 기여하고 있습니다. 디지털 트윈은 의료기기와 환자 데이터를 통합하여, 효율적인 진료를 위한 데이터 기반 의사결정을 가능하게 합니다.

5. 디지털 트윈 운영 성과 및 기대 효과

  • 5-1. 운영 효율성 증대

  • 디지털 트윈 기술은 기업의 운영 효율성을 극대화하는 데 기여하고 있습니다. 예를 들어, '플랜트 조선 컨퍼런스 2024'에서는 디지털 트윈을 통한 엔지니어링 데이터 기반 스마트 야드 구현의 필요성이 강조되었습니다. 참여 기업들은 실시간 협업과 데이터 관리의 효율성을 높이기 위해 디지털 트윈 기술을 적극적으로 도입하고 있으며, 이러한 변화는 업무 프로세스 자동화를 통한 생산성 향상으로 이어지고 있습니다.

  • 5-2. 비용 절감 및 예측 능력 강화

  • 디지털 트윈을 활용하면 비용 절감뿐만 아니라 예측 능력을 강화할 수 있습니다. '디지털트윈과 AI 융합, 한계는 어디까지?'라는 제목의 문서에서는 디지털 트윈 기술이 AI와 결합하여 데이터 분석 및 예측 수행이 가능하다고 설명하고 있습니다. 이를 통해 기업은 미래 동작이나 문제를 사전에 예측하고 평가할 수 있으며, 효율적인 자원 관리를 통해 운영 비용을 절감할 수 있습니다.

  • 5-3. 경쟁력 향상 및 혁신 촉진

  • 디지털 트윈 기술은 산업 전반에서 경쟁력 향상과 혁신을 촉진하고 있습니다. 예를 들어, Beamo와 같은 솔루션은 기업이 360도 현장 뷰를 쉽게 생성하고 이를 이해관계자와 공유함으로써 투명성을 높이고 의사결정을 최적화할 수 있도록 도와줍니다. 이러한 기술들은 특히 ESG 경영의 목표를 달성하는 데 기여하고 있으며, 지속가능한 기업 운영을 가능하게 합니다.

6. 디지털 트윈 관련 법제도 및 정책

  • 6-1. 데이터 보호 및 개인정보 관리

  • 디지털 트윈 기술의 도입과 함께 데이터 보호 및 개인정보 관리의 중요성이 증가하고 있습니다. 현재 각종 법제도가 마련되어 있으며, 특히 '소프트웨어진흥법'과 '국가기술자격법'은 소프트웨어 기술자의 범위 및 책임을 명확히 하고 있습니다. 데이터 보호는 디지털트윈의 핵심이므로 정부는 보안 사고 방지를 위한 각종 방안을 마련해야 하며, 기업들도 적극적으로 정보보호 시스템을 구축해야 합니다.

  • 6-2. 정책 및 법적 규제

  • 디지털 트윈 관련 정책 및 법적 규제는 기업의 기술 개발에 필수적으로 작용하고 있습니다. '2022 디지털 트윈 커넥트 데이'와 같은 정부 주도 세미나에서 다양한 이해 당사자들의 의견이 논의됩니다. 또한, 디지털 트윈의 활성화를 위해 관련 법률과 제도의 정비가 이루어지고 있습니다. 특히, 공간정보 법제화가 간절해 지고 있으며, 이를 통해 민간 기업들이 더욱 원활하게 디지털 트윈을 도입하도록 지원하는 방향으로 변화하고 있습니다.

  • 6-3. 기술 진흥 및 발전 촉진

  • 디지털 트윈 기술의 발전을 촉진하기 위한 여러 정부 정책이 시행되고 있습니다. '2023년 디지털 트윈 기술개발과 응용, 서비스 사업화 전략' 보고서에서는 디지털 트윈의 융합 서비스 분야별 기술 수준과 육성 방안 등에 대해 서술하고 있습니다. 또한, 각 부처별로 디지털 트윈과 관련된 다양한 실증사업 및 시범사업들이 추진되며, 이들 프로젝트는 기술의 상용화와 적용 사례 발전에 기여하고 있습니다.

7. 디지털 트윈 인프라 구성 및 주요 서비스

  • 7-1. IoT 및 센서 인프라 구축

  • 광명시는 국토교통부의 '2023년 모빌리티 특화도시 조성사업'에 선정되어, 미래 모빌리티 중심의 교통 서비스 및 인프라 계획안을 제출하였습니다. 자율주행에 최적화된 도로 인프라와 다양한 유형의 모빌리티 수단을 연계할 수 있는 복합환승센터 등 공간 인프라를 구축하는 계획을 포함하고 있습니다. 이는 디지털 트윈 기술의 적용을 통한 스마트 시티의 일환으로 볼 수 있습니다.

  • 7-2. 데이터 통합 및 분석 플랫폼

  • 세아창원특수강은 디지털 전환(DT) 추진팀을 설립하고, 데이터 플랫폼인 '데이터 포지(Dataforge)'를 구축하였습니다. 이 플랫폼을 통해 공정·설비·품질 상태를 실시간 모니터링하고 분석할 수 있으며, 현재 데이터를 수집하고 연결하여 제조현장의 상태를 관리하는 것을 목표로 하고 있습니다. 이를 통해 데이터 기반의 의사 결정 및 품질 해석, AI 예측 및 최적화 알고리즘 적용을 통해 효율성을 높이려 하고 있습니다.

  • 7-3. 실시간 모니터링 및 관리 서비스

  • 디지털 트윈은 물리적 자산의 가상 복제본으로서, 센서 데이터를 실시간으로 수집하여 자산의 상태와 성능을 모니터링하고 분석합니다. 데이터 센터의 구축 및 운영 혁신에 있어 디지털 트윈 기술이 어떻게 사용되는지를 살펴보면, 가상 모델링을 통한 최적의 설계, 유지보수를 통한 사전 고장 예측, 자원의 사용 패턴 분석을 통한 최적화 등이 있습니다. 또한, 긴급 상황에 대한 시뮬레이션을 통해 위기 대응 방안도 점검할 수 있습니다.

8. 디지털 트윈 데이터 관리 솔루션

  • 8-1. 데이터 수집 및 중앙화

  • 디지털 트윈 기술은 데이터 센터 운영에서 효율성, 탄력성 및 보안을 높이기 위해 운영을 최적화할 수 있는 방안을 제공합니다. 데이터 센터 내 대규모 하드웨어 및 소프트웨어 시스템이 가동되는 상황에서, 시스템 장애나 이상 상황에 대한 신속한 대응은 필수적입니다. 이를 위해 데이터 센터 내부 및 센서 데이터를 플랫폼 내에서 모니터링할 수 있으며, 이러한 모니터링은 현장 방문 없이도 관리 작업을 수행할 수 있게 합니다. 이러한 기능을 통해 관리 인원의 배치 및 이동 시간과 비용이 절감되며, 운영 효율성이 향상됩니다.

  • 8-2. 데이터 저장 및 보안 관리

  • 데이터 센터를 위한 디지털 트윈 솔루션인 Beamo는 360도 카메라와 스마트폰, 삼각대를 사용하여 데이터 센터 내부를 촬영하여 3D 뷰로 생성합니다. Beamo 플랫폼에 IoT 센서를 연동하면 에너지 소비, 전력 상태, 장비 냉각 및 온도, 습도 등의 데이터도 실시간으로 모니터링할 수 있습니다. 이를 통해 데이터 센터 운영자는 중요한 문제를 신속하게 감지하고 대응할 수 있으며, 관리자와 팀 간의 협업을 통해 데이터 관리 업무의 효율을 더욱 높일 수 있습니다.

  • 8-3. 예측 분석 및 최적화

  • 일본 최대 통신사는 Beamo를 활용하여 1,000개 이상의 데이터 센터 관리 비용을 절감했습니다. 기존에 주기적으로 현장 조사팀을 보냈으나 이 과정에서 시간과 비용이 많이 소요되었고, 제출된 보고서의 공간 정보 부족으로 인해 현장 상황이 정확히 반영되지 않았습니다. Beamo 도입 후 약 70개 데이터 센터에 대해 디지털 트윈을 구축하여 실시간 현황 공유와 공간 정보를 활용한 보고서 작성을 가능하게 하였으며, 이를 통해 운영 효율성이 향상되고 장비 고장을 예측하여 다운타임을 최소화하는데 도움을 주었습니다.

9. 결론

  • 디지털 트윈 기술은 물리적 세계와 가상 세계를 연결한다는 측면에서 다양한 산업의 혁신과 효율성 증대에 기여하고 있습니다. 이 기술은 특히 제조업과 스마트 시티에서의 채택률이 높으며, 운영 최적화 및 비용 절감은 물론 예측 분석 기능을 통해 향상된 의사 결정 능력을 제공합니다. 그러나 디지털 트윈의 구현에는 높은 비용과 정보 보안 문제가 있으며, 이를 해결하기 위해 법적 규제 정비와 클라우드 및 AI와의 긴밀한 통합, 전문 인력 양성이 필요합니다. 앞으로 이러한 기술이 더욱 발전하여, 보다 데이터 중심적이고 효율적인 운영 방안을 통해 지속 가능한 발전에 기여할 것으로 예상됩니다. 이를 위해 정부와 산업 간 협력이 중요하며, 이를 통한 기술 발전과 인프라 구축이 지속되어야 할 것입니다.

10. 용어집

  • 10-1. 디지털 트윈 [기술]

  • 디지털 트윈은 물리적 객체나 시스템을 디지털로 복제하여 실시간으로 모니터링하고 데이터를 분석하는 혁신적인 기술입니다. 제조업, 스마트 시티, 헬스케어 등 다양한 산업에서 활용되며, 이는 운영 효율을 향상시키고 비용을 절감하며 예측 유지보수를 가능하게 합니다.

  • 10-2. 광명시 [지자체]

  • 광명시는 미래 모빌리티 특화도시로 선정되어 디지털 트윈 기술을 활용, 자율주행 및 도심항공교통 등 혁신 서비스 환경을 구축하고 있습니다. 이는 지속 가능한 도시 발전 및 교통 효율화를 목표로 하며, 다양한 모빌리티 수단과 연계된 복합환승센터가 중심에 있습니다.

  • 10-3. 세아창원특수강 [기업]

  • 세아창원특수강은 디지털 트윈 및 AI 교육을 통해 데이터 기반의 업무 문화를 확립하고 운영 효율성을 높이고 있습니다. 이를 통해 품질 혁신과 원가 절감의 구체적인 성과를 달성하고 있으며, 데이터 활용을 강화하고 투명한 의사결정 체제를 목표로 하고 있습니다.

11. 출처 문서