현실과 가상 간의 연결고리 선견지명을 가진 기업들이 운영 데이터와 가상모델을 “디지털 트윈”으로 묶어서 성과를 높이고 있다

전세계의 제조업체들은 장비에 센서와 통신장치를 부착하여 실시간 데이터를 수집하고 있다. 가장 진보적인 기업들은 이 데이터를 분석가들이 말하는 소위 “디지털 트윈”에 입력하여, 가동중인 장치들과 그 장치를 만드는 데 사용된 3차원 시뮬레이션 간의 되먹임고리를 만든다. Compass에서는 네 곳의 기업들을 살펴보고, 그들이 디지털 트윈을 통해 획득한 통찰을 이용하여 어떻게 고객경험을 증진시키는가를 살펴본다.

핀란드의 바르질라가 설계하고 생산 한 4행정 디젤엔진은 70개국의 해 양수송선과 크루즈선에게 동력을 공급한다. 평균수명 25~30년인 세계에서 가장 큰 엔진 중 하나이다. 2015년 기네스북에 따르면 바르질라의 엔진은 세계에서 가장 효율이 높은 엔진이라는 기록을 가지고 있다.

바르질라는 어떻게 이것을 이루었을까? 1970년 대 이래로 바르질라는 문제점을 인식하고 제거하 기 위해 각각의 거대한 엔진의 실물모형을 만드 는 것은 너무나 비용이 많이 드는 방식이라는 것 을 깨달았다. 이에 따라 바르질라는 “처음부터 제 대로 만드는” 엔진 디자인을 위한 복잡한 3차원 모델링과 시뮬레이션의 초기 선구자가 되었다.

“시뮬레이션은 이 업계에서 너무나 당연한 것입 니다.”라고 당사의 디지털 디자인 플랫폼 관리자 인 주호 쾨노는 말했다. “이것은 현실에 점점 가 까이 다가가는 것에 대한 것입니다. 이것을 통해 제품과 실제로 중요한 것이 어느 부분인가를 잘 이해하게 됩니다.”

오늘날 바르질라는 새로운 엔진에 설치된 수 백 개의 센서를 통해 들어오는 실제 성능데이터를 모델과 시뮬레이션에 입력시켜서 실제 가동환 경을 모사하는 “디지털 트윈” 시뮬레이션을 구 축했다.

바르질라의 전문가들은 과학적으로 정밀한 3차 원 시뮬레이션을 가동시킬 때 이 데이터를 입력 함으로써 특정 엔진이 어떻게 사용되고 있는가 와 “이렇게 하면 어떻게 될까?”와 관련된 가상 시나리오를 실행해 볼 수 있다. 이를 통해 성능 개선의 기회를 모색할 수 있다. 분석결과에 따 라 바르질라는 세팅과 운영 변수를 변화시켜 선 주들이 엔진을 사용하는 방식을 개선할 수 있 다.

또는 인식된 디자인 개선사항을 다음 엔진 디자 인에 적용할 수도 있다.

“실제 엔진으로부터 데이터를 얻는 것은 시뮬레 이션 방법론 개발에 매우 중요합니다.”라고 쾨노 는 말했다. “우리는 데이터를 최대한 사용하여 우리 엔진을 조정하고 있습니다. 그것을 반대로 사용하기도 하는데, 시뮬레이션 모델을 통해 엔 진의 어디를 어떻게 관찰해야 하는가를 알 수 있 습니다. 공생관계이지요.”

디지털 트윈: 유행하는 트렌드

세계적인 다른 혁신기업들도 자기 산업분야에 서 최적의 해법을 찾기 위해 분투하고 있다. 급 속히 확장되는 컴퓨팅 파워를 센서가 달린 기계, 실시간 데이터 수집, 사물인터넷을 통한 분석과 통합함으로써 지능적 3차원 시뮬레이션을 새로 운 단계까지 발전시키고, 이를 통해 디자인 및 구축 프로세스, 제조 환경, 소비자 충성도를 획 기적으로 개선시키고 있다.

정보기술 컨설턴트 기업인 가트너는 “디지털 트 윈”을 2017년의 전략기술 톱 10 중의 하나라고 발표했다.

대부분의 기업이 아직 바르질라 정도의 수준에 는 미치지 못하지만 타 산업의 선도자들 역시 지 속적인 되먹임 및 실험용 가상-실제 고리의 이 점을 추구하고 있다.

“이것은 현실에 점점 가까이 다가가는 것에 대한 것입니다. 이것을 통해 제품과 실제로 중요한 것이 어느 부분인가를 잘 이해하게 됩니다.”

주호 쾨노(Juho Könnö) 디지털 디자인 플랫폼 관리자, 바르질라

프랑스 에버스피드 그룹의 디자인 및 생산 부문 인 온로크 자동차는 차량 제조 방법, 정비사 및 드라이버 교육방식, 르망 경기 관리 방식을 혁신 하기 위한 3개년 계획 중 그 2년차에 접어들었 다. 르망 경기는 세계에서 가장 오래된 차량 내 구성 경기 대회이다. 이 연례 경기에서는 차량들 이 24시간 동안 쉬지 않고 달려야 하며 폐쇄 공 공도로와 레이스 서킷을 포함한 전 트랙을 총 12 회 완주해야 한다.

아주 작은 이점이라도 승패의 차이를 가를 수 있 기에 온로크 자동차는 디지털 트윈 기술이 팀에 게 경쟁력을 가져다 줄 것이라 믿는다.

“우리는 이 새로운 시스템을 차량 디자인 및 제 조에 적용할 수 있습니다.”라고 온로크 자동차의 르망 현지 관리자인 세바스티안 메츠는 말했다. “또한 중간 계류장의 정비사 교육에도 적용할 수 있습니다. 부품이 어디에 있는지, 부품들이 서로 잘 맞을지, 손이 들어갈 만한 공간이 되는 지, 부품에 닿을 수 있는지 등을 알 수 있습니다. 정비사와 드라이버를 교육할 수 있습니다. 놀라 운 것을 이룰 수 있습니다.”

온로크 자동차는 디지털 트윈을 실제 경기 관리 에 사용한다는 것에 특히 흥분해 있다. 현재 온 로크 자동차의 차량들에는 각각 10~15개의 데 이터 지점이 설치되어 있는데 사물인터넷을 통 해 3차원 시뮬레이션 쪽으로 데이터를 보내어 실시간으로 관찰이 가능하다. 메츠는 데이터 지 점을 500개 정도 확보할 날을 고대하고 있는데 여기서 얻게 되는 통찰력을 통해 경기 관리를 개 선하고 비용을 줄이고 승리할 확률을 높일 수 있 을 것이다.

“언젠가 중간 계류장 자체를 시뮬레이션할 수 있을 겁니다.”라고 메츠는 말했다. “트랙의 상태 에 따라 대원들이 정확한 종류의 타이어를 선택 하도록 돕습니다. 우리는 맑은 날과 비오는 날 등 서로 다른 날씨 환경을 시뮬레이션할 수 있습 니다. 트랙 위에서 차량의 실제 환경을 시뮬레이 션할 수 있습니다.”

정유 트윈의 건설과 운용

크기 자체만 놓고 보자면 세계에서 가장 큰 디지 털 트윈은 인도네시아 술라웨시섬의 팔루 경제 자유지구(GMA)에 있는데, 이곳은 에너지기업들 이 국제 컨소시엄을 맺고 115 억 달러 규모의 종 합 원유정제시설, 전략유 비축시설, 석유화학제 품공장을 계획하고 있다.

팔루 GMA 정유 컨소시엄(PGRC)은 이웃 싱가폴 이 만들고 있는 전국적인 실데이터 시뮬레이션 에 자극을 받아 2017년 9월에 새로운 정유소 건 설 관련 4개년 프로젝트를 발표했다. 버추얼 싱 가포르라 불리우는 이 시뮬레이션은 도시계획 자들로 하여금 교통, 쓰레기처리, 공기품질, 건물 위치결정 등의 모든 것을 시각화하고, 이해하고, 최적화하도록 돕는다. PGRC의 디지털 모델은 설비의 물리적 설계를 최적화하도록 돕고 건설 순서 관리, 하도급자 조정, 오류제거, 쓰레기와 재작업 감소 등을 가능하게 한다. PGRC의 사장
이자 투자 및 재무담당인 모하메드 루시디는 이 것이 완전한 가상 모사를 이용하여 건설되는 최 초의 종합 원유정제 시설이라고 말한다. PGRC 의 디지털 트윈은 단순한 3차원 모델을 넘어 두 가지 다른 차원을 연결하는데 그것은 일정 및 프 로젝트 관리와 예산통제이다.

“우리는 동시 가동되는 디지털 정유소를 운영하게 될 것입니다. 모든 것이 디지털 트윈에서 테스트되고 시뮬레이션됩니다. 문제가 일어나기도 전에 해결할 수 있습니다.”

모하메드 루시디(Mohammad Rusydi) 사장이자 투자 및 재무담당, 팔루 GMA 정유 컨소시엄

그는 말했다. “우리는 이것을 5차원이라고 부릅 니다. 프로젝트는 예정대로 완료될 것이고 어떠 한 예산초과도 일어나지 않을 것입니다. 가동이 되기 시작하면 동시 가동되는 디지털 정유소를 운영하게 될 것입니다. 모든 것이 디지털 트윈에 서 테스트되고 시뮬레이션 됩니다. 문제가 일어 나기도 전에 해결할 수 있습니다.”

루시디에 의하면 디지털 트윈에 의한 통찰력을 이용하면 설계도 기반의 건설에 비해 25% 정도 건설비를 줄일 수 있고 운영 효율은 업계 표준과 비교하여 15~20% 증가한다고 한다.

기존 프로세스의 개선

PGRC 정유소와 같은 신규 프로젝트가 디지털 트윈으로 생을 시작하는 반면, 디지털시대 이전 에 만들어진 프로젝트개발 프로세스나 제조 프 로세스는 그 생명을 오래도록 연장하기 위한 어 려움에 직면해 있다. GE의 터빈부문도 이러한 어려움을 겪고 있다. 사우스캐롤라이나 그린빌 소재 GE 전력발전의 가상화 개발 책임자인 제프 에르노에 따르면 산업과 공공시설용 전력을 생 산하는 데 사용되는 당사의 제품들은 6만 여 개 에 이르는 부품으로 구성되어 있다고 한다.

제품들이 세계 도처에서 각기 다른 기후와 고도 에서 운영되고 있기에, 터빈을 각각의 환경에 최 적화하기 위해서 미세조정을 하는 것이 언제나 큰 도전이다.

“강수량이 많은 산악지역에서 운영되는 기계는 건조한 계곡에서 운영되는 기계와는 완전히 부 품이 다릅니다.”라고 에르노는 말했다. “이것이 이 괴물의 성질이지요.”

디자인, 부품공학, 시스템공학, 제조 등 각 부서 의 서로 다른 기능들은 전통적으로 각 팀의 지엽 적인 과제에 집중하며 전체 비전에 대한 완전한 가시성을 확보하고 있지는 못했다. 각 기능은 전 문화되고 고립된 컴퓨터 사일로와 같은데 순차 적인 프로세스가 강요될 수 밖에 없어서 상호 연 관된 문제에 대한 실시간 협력에는 장애가 된다.

“누구도 우리의 가상 3차원에서와 같이 제품을 볼 수는 없습니다.”라고 에르노는 말했다. “전통 적인 도구들은 데이터를 잘 다루지 못했습니다. 캐드 시스템과 시뮬레이션 시스템은 제품이 어 떻게 생겼을지 제대로 보여주지 못합니다.” 에르 노에게 맡겨진 첫 번째 임무는 “디지털 원사”를 만드는 것이었다. 즉, 각 기능부서들이 자유로이 접근할 수 있고 가치사슬 중 어느 부분에서 변화 가 있더라도 자동으로 갱신되는, 일관성 있는 실 시간 데이터 집합을 만드는 것이다. 이 디지털 원사를 코어 터빈의 디지털 트윈으로 만들게 되 면 각기 다른 응용과 운영 조건에 따라 설계를 최적화할 수 있게 된다.

“각기 다른 형상을 다룰 수 있게 하는 것이 이 기 술을 사용하려고 애쓰는 이유입니다.”라고 에르 노는 말했다. “형상을 다른 방식으로 다룸으로써 이 일이 더 이상 짐이 되지 않습니다.” 그에 따르 면 단일 마스터 모델을 사용함으로써 입지에 특 화된 터빈을 개발하는 속도가 높아지고 비용은 크게 절감된다고 한다.

다른 업계와 국가들이 디지털 트윈의 혜택을 향 한 여정 위에서 각기 다른 단계에 이르러 있지 만, 바르질라, 온로크 자동차, PGRC, GE 전력발 전은 이 기술이 진정한 게임체인저라고 보고 있 다. 선견지명이 없고 전념하지 않는 경쟁자들에 비해 엄청난 이점을 가져다 주는 것이다.

3DEXPERIENCE 트윈

바르질라, 온로크 자동차, PGRC, GE 전력발전은 모두 운용성이 풍부한 3DEXPERIENCE 트윈을 3DEXPERIENCE 플랫 폼 상에서 구축합니다.

디지털 트윈과 마찬가지로 3DEXPERIENCE 트윈은 실제로 존재하거나 존재할 수 있는 대상, 시스템, 설비, 환경을 표현 합니다. 하지만 일반적인 디지털 트원과는 달리 3DEXPERIENCE 트윈은 사물을 생명주기상 각 단계의 다이나믹 3 차원 모델로 모사해 줍니다. 디자인 및 생산에 영향을 미칠 수 있는 규제 사항과 물성에서부터 시작하여 고객 경험에 이르기 까지 생명주기의 모든 단계를 시뮬레이션할 수 있으며, 3DEXPERIENCE 트윈 상에서 이를 조작하고 실험할 수 있습니다. 통합된 플랫폼 위에서 단일 데이터 모델로부터 생성되기에 다른 트윈들이 보여주지 못하는 탁월한 정확성과 엄밀성을 제공합니다. 실제 동작하는 장비들로부터 실시간 데이터를 수집하여 분석하는 용도로 이 강력한 시뮬레이션 환경을 사 용할 때 그 결과는 디지털 공간에서의 독보적 실험 능력이며 이를 통해 실세계에서 오류 없는 결과를 만들어 냅니다. 버 추얼 싱가포르의 사례와 같이 수백, 수천, 수백 만에 이르는 3DEXPERIENCE 트윈들이 현실과 똑같은 동적 환경에서 상 호작용할 수 있습니다.

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저술 윌리엄 J. 홀스타 (William J. Holstein)

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