제조업의 디지털 트윈: 혜택, 적용 사례, 과제 총정리

엔터프라이즈급 인프라는 디지털 트윈 이니셔티브의 효과를 높이고 혁신적 애플리케이션을 가능하게 합니다.

디지털 트윈은 제조업체에게 제품과 시설을 설계, 모니터링, 관리하는 새로운 방법을 제공합니다. 기본적인 디지털 트윈 개념은 10년 넘게 존재했지만, 엣지 컴퓨팅, 사물인터넷(IoT), 5G 같은 연결 기술과 서비스의 최근 도입과 광범위한 사용으로 이제 산업 애플리케이션에 실용적이 되었습니다.

그러나 상업적 환경에서 새로운 기술 사용과 마찬가지로 극복해야 할 과제, 정의해야 할 사용 사례, 배워야 할 모범 사례, 디지털 트윈 사용의 비즈니스 가치를 입증할 필요가 있습니다. 이러한 이슈들을 정리하기 위해 RTInsights가 델 테크놀로지스(Dell Technologies) 산업용 IoT 및 엣지 전략 디렉터 토드 에드먼즈(Todd Edmunds)와 대화를 나눴습니다.

제조업에서 디지털 트윈에 대한 높은 관심의 이유, 인에이블링 기술, 사용 사례, 장애물, 디지털 트윈 사용 시작 방법을 탐구했습니다.

제조업의 디지털 트윈

RTInsights: 디지털 트윈이란 무엇이며, 왜 제조업에서 이를 사용하는 데 관심이 높습니까?

에드먼즈: 디지털 트윈은 실제 물리적 객체, 시스템, 또는 조직의 가상 복사본입니다. 그리고 실시간 데이터와 결합하면 해당 객체, 시스템, 조직의 운영에 대한 가치 있는 인사이트를 제공할 수 있습니다. 제조업에는 여러 유형의 디지털 트윈이 있을 수 있지만, 업계는 아직 뭐라고 부를지 합의 중입니다. 운영 디지털 트윈부터 시작해 보겠습니다. 운영 디지털 트윈을 사용하면 '지금 무슨 일이 일어나고 있는가?'라는 질문을 하고 답할 수 있습니다. 예를 들어, 내 공장의 로봇에 무슨 일이 일어나고 있는가? 이 유형의 디지털 트윈으로 제조업체는 '지금 내 공장에서 무엇을 해야 하는가?'라는 질문도 할 수 있습니다. 이 로봇들에 예측 유지보수를 해야 하는가? 내가 생산하는 제품과 관련된 장기적 품질 지표를 보기 위해 그 디지털 트윈을 어떻게 활용할 수 있는가?

그리고 더 높은 수준의 시뮬레이션 트윈인 차세대 디지털 트윈이 있습니다. '만약 ~라면?'이라는 질문을 하고 답할 수 있게 합니다. 내 라인 속도를 25% 높이면? 그 제조 라인의 로봇과 기타 자산이 조기에 고장날까? 그렇다면 지금 당장 공장에서 더 많은 생산을 끌어낼 수 있어 수리 비용 증가에도 불구하고 더 높은 이익률을 낼 수 있을까? 이러한 차세대 포괄적 디지털 트윈은 인더스트리 4.0, 스마트 제조, 산업용 IoT 애플리케이션에서 거의 무한한 가능성을 가집니다.

올바른 디지털 트윈과 그 디지털 트윈을 호스팅할 올바른 인프라가 있다면, 거의 모든 인더스트리 4.0 사용 사례, 최신 스마트 제조 이니셔티브로 실현할 수 있는 모든 효율을 그 디지털 트윈 구현에 결합할 수 있습니다. 여기에 진정한 가치가 있습니다. 예측 유지보수, 공장 가시성, 분석, 인공지능, 심지어 증강현실과 가상현실까지 결합한 단일 솔루션입니다. 플랜트 관리자가 제조 현장을 가상으로 돌아다니며 전체 플랜트 전반과 로봇이나 기계 같은 모든 장비 내부에서 무슨 일이 일어나고 있는지 즉시 볼 수 있는 상상을 해보세요.

인에이블링 기술

RTInsights: 디지털 트윈 활용에 필요한 인에이블링 기술은 무엇입니까?

에드먼즈: 엣지 컴퓨팅(데이터가 생성되고 처리되는 곳에 컴퓨팅 파워를 더 가깝게 가져오는 것)은 조직이 더 빠른 결정을 내리고 클라우드 비용을 줄이려 함에 따라 현재 업계 전반에서 뜨거운 주제입니다. 또한 디지털 트윈에 필요한 기술을 구현하는 효율적인 방법이기도 합니다. 구체적으로 제조업과 산업에는 디지털 트윈 배포에 매우 유용한 두 가지 유형의 엣지 컴퓨팅이 있습니다.

첫 번째는 산업용 엣지(industrial edge)에서의 컴퓨팅입니다. 산업용 엣지는 플랜트 바닥에 위치하고 대부분의 제조 시설에서 볼 수 있는 극한 온도, 고진동, 열악한 환경에서 작동할 수 있는 강화된 기기를 포함합니다. 산업용 엣지 컴퓨팅은 데이터를 쉽게 공유하지 않는 플랜트 바닥 기기에 연결해 데이터를 가져오는 데 사용됩니다. 예를 들어, 로봇의 디지털 트윈은 정확성과 운영 가치를 유지하기 위해 실시간 상태 데이터의 지속적인 흐름이 필요합니다. 산업용 엣지 컴퓨팅 기기는 관련 제어, 센서, 환경 정보를 수집하고 처리하는 데 사용됩니다.

디지털 트윈에 중요한 두 번째 유형의 엣지 컴퓨팅은 엔터프라이즈 엣지(enterprise edge)입니다. 때때로 '두꺼운 엣지(thick edge)'라고도 불리는데, 진정한 디지털 트윈 구현에 필요한 데이터와 워크로드를 처리하기 위한 온프레미스 엔터프라이즈급 컴퓨팅, 스토리지, 네트워킹 인프라입니다. 대형 공장의 수백 또는 수천 개의 플랜트 바닥 자산을 생각해 볼 때, 그 많은 디지털 트윈을 구현하는 데 필요한 모든 데이터가 클라우드에 독점적으로 저장될 방법은 없습니다. 대역폭 요구사항, 지연 시간 제한, 보안 정책, 데이터 볼륨, 데이터 주권 이슈, 그 모든 데이터를 클라우드와 주고받는 데 드는 막대한 비용이 모두 너무 감당하기 어려울 것입니다.

따라서 공장에 있게 될 수많은 디지털 트윈의 데이터와 워크로드를 처리하기 위해 온프레미스 엔터프라이즈급 인프라가 필수적입니다. 그리고 여기에 5G와 곧 도래할 와이파이 6 연결성을 더하면, 이러한 분산 엣지 컴퓨팅 아키텍처가 이 새로운 기술들이 가능하게 하는 새로운 정보 스트림을 활용하는 것을 훨씬 더 쉽게 만듭니다.

디지털 트윈 혜택

RTInsights: 디지털 트윈이 제조업에서 어떻게 사용되고 있으며, 그 혜택은 무엇입니까?

에드먼즈: 세 가지 큰 범주가 있고, 마지막에 몇 가지 예시를 드리겠습니다. 첫째, 디지털 트윈은 제품의 엔드투엔드 설계와 엔지니어링에 대한 인사이트를 제공할 수 있습니다. 제조업체는 제품에 대한 모든 정보를 한 곳에 보관하는 가상 제품 개발 환경을 만들 수 있어, 제조 조직에 일반적으로 존재하는 데이터 사일로 문제를 해결할 수 있습니다.

제조업에서 디지털 트윈의 또 다른 용도는 고가치 생산 자산의 현재 상태와 조건에 대한 인사이트를 제공하는 것입니다. 디지털 트윈을 사용해 자산의 실시간 상태와 추세, 그것이 공장 전체 운영에 미치는 영향을 모니터링하고 반응할 수 있습니다. 분석과 AI를 적용하면 디지털 트윈을 사용해 생산 중 자산이 언제 고장날지 예측하고, 처리량 지표에 영향을 주기 전에 정상 다운타임 동안 유지보수를 예약할 수 있습니다.

그리고 차세대 용도, 즉 디지털 트윈의 세 번째 범주가 있습니다. 이는 미래 의사결정에 대한 인사이트를 제공합니다. 그런 디지털 트윈은 더 높은 수준의 AI와 분석을 적용해 자산의 기능성을 최적화합니다. 또한 비용, 유지보수 시간, 다운타임을 줄일 것입니다. 예를 들어, 유명한 포뮬러 원(F1) 레이싱 팀 맥라렌(McLaren)은 디지털 트윈 역량을 사용해 F1 경주차 제작 시간을 일반적인 42개월에서 24개월로 단축했습니다. 동일한 디지털 트윈 기술을 적용해 양산형 P1 하이퍼카도 업계 표준의 절반 시간과 절반 비용으로 개발했습니다.

또 다른 예는 미군이 디지털 트윈을 사용해 군용 차량의 다양한 반복 설계를 구축하고 생존성을 최적화 및 테스트하기 위해 개발 중입니다. 디지털 트윈 기술로 차량이 수백 또는 수천 가지 다른 공격 시나리오에서 어떻게 수행될지 시뮬레이션하고, 여러 위치에서 다양한 유형의 무기에 맞았을 때를 시뮬레이션할 수 있습니다. 디지털 트윈을 사용하면 훨씬 더 안전하고 생존성이 높은 차량을 만들 수 있습니다.

디지털 트윈 과제

RTInsights: 디지털 트윈 배포와 사용 시 과제는 무엇입니까?

에드먼즈: 디지털 트윈은 데이터와 워크로드를 처리하기 위한 엔터프라이즈급 인프라가 필요합니다. 그 엔터프라이즈 인프라는 보안, 확장성, 신뢰성을 중심으로 설계되어야 합니다. 디지털 트윈 데이터의 가치를 보기 시작하면 신뢰성과 확장성이 핵심이 될 것이고, 이는 올바른 인프라에 대한 선행 투자를 필요로 합니다. 이는 최고 가치의 디지털 트윈 이니셔티브를 식별하고 ROI를 정량화해 가장 효율적인 아키텍처 구현의 가치를 정당화해야 할 필요성으로 이어집니다. 그렇게 하면 디지털 트윈을 처음부터 올바르게, ROI를 실현하는 데 필요한 올바른 엔터프라이즈급 인프라와 함께 구현할 수 있습니다.

또 다른 과제는 오늘날의 디지털 트윈이 꽤 새로운 단계, 상당히 새로운 개념이라는 점입니다. 디지털 트윈은 수십 년 전부터 있었지만, 플랜트 바닥의 자산, 시스템, 시스템의 시스템 전체를 완전히 똑같이 복제하는 지점까지는 아직 도달하지 않았습니다. 그게 업계가 향하는 방향이며, 일부 탑 기업들이 진정한 디지털 트윈을 구현할 소프트웨어와 애플리케이션을 구축하기 위해 경쟁하고 있습니다. 아직 아무도 완전히 거기에 도달하지 못했습니다. 이 디지털 트윈 생태계의 다양한 부분을 처리할 수 있는 매우 좋은 많은 회사와 매우 좋은 많은 애플리케이션이 있습니다. 하지만 디지털 트윈을 위한 엔드투엔드 단일 궁극 솔루션은 아직 없습니다.

디지털 트윈 시작하기

RTInsights: 기업은 디지털 트윈을 어떻게 시작합니까?

디지털 트윈에서 얻고자 하는 가치, 목표를 보고 인프라에 투자할 준비가 되어 있어야 합니다. 이를 위해 풀 엔드투엔드 인프라로 시작할 필요는 없습니다. 그러나 인프라는 디지털 트윈을 ROI를 실현하는 방식으로 생성하는 데 필요한 데이터와 컴퓨팅 워크로드를 광범위하고 깊게 처리할 수 있도록 확장 가능하게 설계되어야 합니다.

따라서 초기 디지털 트윈 구현으로 작게 시작할 수 있습니다. 올바른 인프라는 그 위에 여러 디지털 트윈을 추가하고, 상상할 수 있는 모든 유형의 수백, 수천 개의 디지털 트윈으로 확장할 수 있게 해줍니다.

시작하는 또 다른 방법은 빠르게 부상하는 디지털 트윈 생태계에 참여하는 것입니다. 가장 좋은 것 중 하나는 디지털 트윈 컨소시엄(Digital Twin Consortium)입니다. 디지털 트윈 컨소시엄은 디지털 트윈 기술 혁신을 주도하는 협력 조직으로, 델 테크놀로지스, 앤시스(Ansys), GE, 마이크로소프트, 렌드리스(Lendlease)가 설립했으며, 산업용 IoT와 인더스트리 4.0 공간 안팎의 선도적 기술 기업들이 포함되어 있습니다. 디지털 트윈 컨소시엄에는 제조 워킹그룹과 인프라·빌딩, 천연자원, 항공우주·방위 산업 중심 그룹이 있습니다. 컨소시엄은 누구나 가입할 수 있습니다. 가입하는 것은 디지털 트윈에 대해 배우고, 다른 회사들이 디지털 트윈으로 무엇을 하고 있는지 배우고, 디지털 트윈의 용어, 기술, 분류학과 그들이 무엇이 될 수 있는지의 미래를 형성하는 좋은 방법입니다.