■ 조형식 : 항공 유체해석(CFD) 엔지니어로 출발하여 프로젝트 관리자 및 컨설턴트를 걸쳐서 디지털 지식 전문가로 활동하고 있다. 현재 디지털지식연구소 대표와 인더스트리 4.0, MES 강의, 캐드앤그래픽스 CNG 지식교육방송 사회자 및 컬럼니스트로 활동하고 있다. 보잉, 삼성항공우주연구소, 한국항공(KAI), 지멘스에서 근무했다. 저서로는 'PLM 지식', '서비스공학', '스마트 엔지니어링', 'MES', '인더스트리 4.0' 등이 있다.

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가상물리시스템(CPS : Cyber Physical System)은 인더스트리 4.0에서 최대의 미스터리이다. CPS는 인공지능과 공장 자동화의 결합인가? 지능형 산업용 사물인터넷과 스마트 공장과 어떤 관계일까? 말은 많지만 정확하게 이해하는 사람들은 없다.

미래의 산업은 가상물리시스템이 기계 시설, 창고 시스템과 생산 설비를 통합하는 글로벌 네트워크를 세울 것이다. 제조 환경에서 이러한 가상물리시스템은 스마트 기계시설, 스마트 물류 및 창고 시스템, 스마트 생산 시설이 가능하다. 그리고 이 가상물리시스템은 자체적으로 정보를 교환하며, 상호 독립적으로 작동하고 컨트롤이 된다. 이제 출현하기 시작하고 있는 스마트 공장(Smart Factory)은 완전히 새로운 접근 방법을 적용하고 있다.

가상물리시스템의 정의는 무엇인가? 서로 다른 가상과 물리 체계에서 모든 정도(scale)와 수준(level)에서 치밀하게 통합하는 시스템을 말한다.

가상물리시스템을 이해하기 위해서 우선 가상(Cyber) 환경과 물리(Physical) 환경을 구분해야 한다. 가상 환경은 컴퓨터 프로그램이 만든 세계이다. 계산하고 커뮤니케이션하며 관리되는 디지털 환경이다. 쉽게 생각하면 컴퓨터 게임의 세계를 생각하면 된다. 물리(Physical) 환경은 시간의 흐름 속에서 운용되며, 물리적 법칙에 의해서 지배 받는 자연과 인공의 시스템 환경이다. 쉽게 생각하면, 컴퓨터 게임 골프가 아니라 필드에 나가서 하는 골프 게임이다.

간단하게 설명하면 CPS는 소프트웨어, 전자 하드웨어, 센서, 액추에이터, 임베딩 시스템을 모두 포함한다. 그리고 중요한 것은 인간과 기계의 인터페이스 그리고 다른 시스템과의 연결이다. 자세히 보면 산업용 사물인터넷(IoT)과 중복되는 부분이 많다.

가상물리시스템에도 수준 또는 레벨(level)이 있다. 가상물리시스템에 대한 연구는 수십 년 전부터 이어져 왔지만, 최근 인더스트리 4.0에서 스마트 공장과 가상물리시스템의 관계로 관심이 고조되고 있다. 엄밀하게 이야기한다면 인더스트리 4.0에서 주장하는 가상물리시스템은 CPS 중에서 가상물리생산시스템(CPPS : Cyber Physical Production System)이라고 할 수 있다.

너무 어렵게 생각할 것 없이, 우리 현재 사용하고 있는 스마트폰이나 스마트 기기, 사물인터넷을 사용하는 디바이스, 스크린 골프도 초보적인 가상물리시스템이라고 할 수 있다. 다만 스마트 시스템에서 가상물리시스템이라고 불릴 수 있는 정도라면 독립적으로 작동하고 외부의 다른 시스템과 소통하고 반응할 수 있다는 것이 다르다.

재미있는 것은 인더스트리 4.0과 스마트 공장이 독일의 지멘스를 중심으로 브랜딩하고 있다면, 미국의 GE 중심으로 활발하게 전개되고 있는 가상물리시스템에서는 사이버 트윈(Cyber Twins)이라는 개념이 있다.

가상물리시스템은 인간과 사물의 인터넷이다. 이것은 현재까지 인터넷이 우리와 다른 사람들을 상호작용하고 서로 영향을 주고 교류하면서 이 세상을 변화시킨 것처럼, 미래에는 물리시스템과 상호 작용하고 서로 영향을 주고 교류하면서 세상을 변화시킬 것이다.