센터라인(CenterLine), 버추얼 트윈 기술로 제조 효율성 증대

군사 과학에서 '전력 승수(Force Multiplier)'는 기존 무기의 효과를 높이는 전략적 운영 시스템이다. 이 개념을 공학·제조 정보 시스템(초기 컨셉부터 지속적 고객 서비스까지)의 효율성 개선 은유로 쓸 수 있다.

산업 자동화의 '무기'는 CAD, CAE, PDM, PLM, SCM, MES, CMS 등 다양한 약어로 대변된다. 거의 모든 제조사가 어느 수준의 공정 자동화를 갖추고 있지만, 많은 제조 공정 대화가 "그럼 자재 명세서(BOM) 데이터를 복사해..."로 끝난다. 여기서 효율성 개선이 멈춘다. 은유를 이어가면, 제조사는 무기를 가졌지만 이를 산업적 전력 승수로 만들 통합 전략이 없다.

제품이 '어떻게 되어야 하는지(should)', 제조 공정이 '어떻게 작동해야 하는지(should)'를 시스템별로 알려주는 데이터 생성·수집·관리 솔루션은 제조 전반에 풍부하다. 다음 단계는 'should'를 넘어 'does(실제로 어떻게 되는지)'로 나아가는 것이다. 정보를 실시간 인텔리전스로 전환하는 것이 전력 승수다. 이들 솔루션이 제공하는 계획 성능 데이터가 실시간, 실세계 성능 정보가 될 수 있다.

전략적 정보 프레임워크

버추얼 스레드(Virtual Thread)와 버추얼 트윈(Virtual Twin, 디지털 트윈/스레드라고도 함)은 실시간 인텔리전스 추구 선두에 있는 두 관련 개념이다. 상기하자면, 버추얼 스레드는 적절한 정보를 적절한 사람에게 적절한 시기에 전달해 특정 성과를 개선하는 능력이다. 한편 버추얼 트윈은 실세계 데이터를 기반으로 제품, 시스템, 공정의 지속적으로 업데이트되는 시각적 표현이다.

이 새로운 정보 프레임워크는 데이터가 버추얼 스레드와 버추얼 트윈 양쪽 일부로 인식되는 새로운 공정 모델을 주도한다. 모델 기반 엔지니어링에서 예를 들면, 스레드와 트윈은 기업 내 최대 가치 창출을 위한 전략적 프레임워크를 이룬다. 둘 다 설계 요건, 검증·캘리브레이션 기록, as-built(제작 완료), as-operated(운영 중), as-maintained(유지보수 중) 데이터를 포함한다.

버추얼 스레드와 버추얼 트윈은 개념이지 특정 제품이나 서비스가 아니다. 지역 통합업체에 가서 버추얼 스레드를 주문할 수는 없다. 대신 모든 조직 구성원이 필요한 모든 정보에 쉽게 접근하고 공유할 수 있는 완전 디지털 시스템 구축을 돕는 솔루션을 제공한다.

연결성이 최우선 목표다. 많은 데이터 이슈는 연결과 접근 문제로 귀결되므로, 기업은 제조 운영을 괴롭히는 비효율을 제거해야 한다.

귀사엔 이런 과제가 몇 개나 존재하는가?

• 엔지니어링 변경이 현장에 제때 전달되지 않음
• 공급업체 가시성 부족
• 작업 지침 작성 표준/통제 부재
• 콘텐츠 관리·통제 Out-of-sync 상태
• 마케팅이 구식 설계 정보로 콘텐츠 제작
• 부정확·불명확 정보로 인한 생산성 손실
• 적임자에게 데이터 접근권 부족

이 문제들 다수가 기술이나 방법론 문제처럼 들리지만, 항상 하류 작업 개인의 워크플로 최적화 능력을 저해한다. 운영 효율화를 위해선 사람을 '고치려' 하지 말고 사용하는 시스템을 개선해야 한다. 완전 디지털 시스템은 연결성과 데이터 접근 이슈를 제거해 팀원 니즈를 충족한다.

버추얼 스레드

버추얼 스레드(새 산업 프레임워크의 커뮤니케이션 측면)는 모든 자산 정보와 관련 메타데이터의 연결된 데이터 흐름을 가능케 한다. 버추얼 스레드 개념은 10년 전 미 공군 라이트패터슨 기지 연구원들이 모델 주도 공장 조립을 설명하며 기원했다. 모델(공통 데이터 소스)에서 설계, 조달, 테스트, 생산, 현장 운영, 유지관리 팀으로 여러 스레드가 뻗어 있어, 어떤 개인도 데이터 요청이나 복사/붙여넣기 이메일로 응답할 필요 없다. 정보는 항상 '켜져 있고' 항상 접근 가능해, 사일로나 워크스트림과 관계없이 모든 당사자를 위한 진정한 단일 리소스이자 커뮤니케이션 경로를 확립한다.

센터라인의 버추얼 트윈

버추얼 스레드에서 실시간 데이터에 상시 접근할 수 있게 되면 버추얼 트윈이 가능해진다. 스레드는 BOM 세부사항과 CAD/CAE 데이터를 결합해 시각적, 가상적, 실시간 표현을 전송한다. 진정한 버추얼 트윈을 위해선 버추얼 스레드의 양방향 흐름이 필요하며, 캘리브레이션, 검증, as-built, as-used 데이터가 모두 트윈을 업데이트하는 피드백 루프가 요구된다. 함께 버추얼 스레드와 버추얼 트윈은 설계와 데이터의 통합이다.

예를 들어, 캐나다 산업 자동화 공정·기술 기업 센터라인 리미티드(CenterLine Limited, 온타리오주 윈저)는 맞춤형 자동 용접·조립 라인 생산업체로, 고비용 공장 셋업, 특히 물리적 시스템 설치 후 설계 오류 수정이나 기계-작업자 간 운영 사고 대응에 어려움을 겪었다.

센터라인은 물리적 장비 공장 배치 전 디지털 시뮬레이션으로 로봇 워크셀 설계를 최적화하고 이 과제들을 극복하려 했다. 이를 위해 다쏘 시스템(Dassault Systèmes) 3DEXPERIENCE 플랫폼의 DELMIA 솔루션을 구현해 제품, 공정, 공장 운영을 가상 시뮬레이션함으로써 로봇 움직임, 플랜트 레이아웃, 자재 흐름, 인체공학을 최적화했다.

모든 로봇 워크셀에 DELMIA를 적용한 결과, 센터라인은 툴링 관련 이슈와 재작업을 최대 90% 줄이고, 현장 프로그래밍 시간을 최대 75% 단축했다. 로봇 아크 용접 툴 경로 시뮬레이션으로 생산성 15% 향상, 시뮬레이션·설계 시장 출시 시간 15~20% 단축을 달성했다. 상이한 CAD 데이터의 단일 소스로서 통합 플랫폼 덕분에 센터라인 리더들은 데이터와 제품 관리 대신 일상 운영에 집중할 수 있게 됐다.

모든 데이터 채널이 버추얼 스레드/버추얼 트윈 프레임워크로 연결되면, 팀원들은 기존 데이터를 더 잘 활용하는 전략으로 하나로 뭉친다. 결과적으로 제조사는 제조 가치에 새로운 전력 승수를 얻게 된다.