■ 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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현재 세계는 디지털 변혁이 급격하게 진행 중이다. 산업사회에서는 정보화 사회를 지나서 4차 산업혁명의 와중에 있고, 제조업에서는 혁신적인 스마트 공장들이 출현하고 있다.

 

엔지니어링과 PLM 분야 역시 이러한 변화에 따른 생존전략이 새롭게 제시되고 있다. 디지털 엔지니어링과 디지털 PLM 전략은 인더스트리 4.0에서의 스마트 공장 구현에 필요한 디지털 제품 개발 전략이다. 특히 인더스트리 4.0의 스마트 공장과 디지털 PLM과 디지털 엔지니어링의 전략에 가장 주요한 변수는 디지털 스레드(Digital Thread)와 디지털 트윈(Digital Twin)이다.

 

 

디지털 스레드와 디지털 트윈의 개념은 미국의 항공방산 업계가 향후 프로그램의 성능을 향상시키기 위해 확산시켜 왔다. 이 디지털 기술을 통해 얻은 학습 효과를 현재 및 향후 프로그램에 적용하고 있는 것이다.

 

그러나 이러한 개념과 기술은 항공우주 및 방위산업을 넘어서는 다른 산업에서도 관심을 불러 일으키고 있으며 인더스트리 4.0 및 스마트 제조의 디지털 제조 및 사이버물리 시스템 목표로 접근하고 있다.

 

인더스트리 4.0 로드맵에 의하면, 사이버 물리 시스템(Cyber-Physical System)이란 미래의 스마트 공장에서 물리적 시스템의 속성을 전달하고 실시간 상태를 다른 사이버 물리 시스템 및 응용 프로그램에 전달하는데 사용되는 물리적 시스템의 디지털 형태를 의미한다.

 

스마트 제조는 스마트 공장과 전체 제품의 가치사슬에서 디지털 및 물리적 프로세스를 조율하고 비즈니스를 최적화하는 제조 방식이다. 시스템 설계자가 이러한 계획을 평가할 때, 유사한 디지털 연결 목표가 제조 시스템을 위한 단일 프레임 워크 전략으로 통합하려는 것은 당연하다고 생각된다.

 

 

디지털 트윈은 기하학 구조, 재료, 부품 및 동작을 설명하는 설계 사양 및 엔지니어링 모델을 포함하는 특정 자산의 디지털 모델을 의미한다. 더 중요한 점은 해당 자산이 나타내는 특정 물리적 자산에 대응하는 제조 및 운영 데이터도 포함된다는 것이다.

 

예를 들어 항공기의 경우 디지털 트윈은 꼬리 번호라고 하는 실제 제품 단위의 식별자로 식별된다. 항공기의 디지털 트윈의 데이터에는 항공기 3D 모델, 공기 역학적 모델, 엔지니어링 변경, 재료 속성, 검사, 작동 및 유지 관리 데이터 등 제품 수명주기 간의 모든 데이터가 포함된다.

 

디지털 스레드는 전통적으로 기능적인 관점에서 제품의 수명주기 전반에 걸쳐 자산의 데이터에 연결된 데이터 흐름과 통합된 관점을 볼 수 있는 통신 프레임워크를 말한다. 디지털 스레드의 개념은 올바른 정보를 적시에 적절한 장소에 전달할 수 있는 기준을 제시한다.

 

디지털 스레드가 엔지니어링과 제조를 제조와 연결하는 양방향 라인인 경우에는 엔지니어링 측면의 데이터가 제조의 입력을 기반으로 업데이트할 수 있는 방법이 있어야 한다. 이것은 디지털 트원의 진화하는 개념의 기초이다. 캐드 모델 이상으로 디자인 의도의 시각적 및 기술적 데이터베이스는 상상된 제품뿐만 아니라 완성된 제품에서의 디지털 미러 이미지(Mirror Image)가 된다.

 

 

디지털 트윈은 분석 데이터, 프로토 타입 또는 완제품의 데이터 스캔은 물론 데이터가 수동으로 제공되는 엔터프라이즈의 모든 영역에서 입력된 데이터를 보관한다.

 

캐드 벤더는 모델을 디지털 트윈으로 묘사하기 시작했지만 정확한 정의는 다양하다. 일반적으로 인터넷 기반의 제품이 시장에 출시됨에 따라 디지털 모델, 물리적 형태인 기계 사이의 양방향 통신 개념이 보편화되고 있다.

 

캐드 공급업체 커뮤니티의 외부에서, 다른 이해 관계자는 디지털 스레드와 디지털 트윈 모두를 구성하는 것에 대한 합의를 이끌어내고 있다. 디지털 트윈 기술의 공통된 정의와 배치를 추구하는 선두주자는 미국 공군(USAF)이다. 일반 공개를 위해 승인된 연구보고서에서 미국 공군은 긴밀하게 통합된 디지털 스레드 및 프로토 타이핑 프로세스를 사용하여 신속한 개발을 가능하게 하려고 한다.

 

미국의 항공방산 회사인 록히드 마틴(Lockheed Martin)은 가상 현실, 3D 프린팅, 디지털 프로세스와 같은 3개의 분리된 디지털 영역을 결합함으로써 복잡한 제품을 만드는데 전체 접근 방식을 근본적으로 간소화하는 것을 목표로 하고 있다. 록히드 마틴의 디지털 태피스트리(Digital Tapestry) 전략은 완벽한 디지털 제품 수명주기를 위한 최종 목표로 이를 계획하고 있다.

 

디지털 태피스트리는 개념에서 제품 실현에 이르기까지 생산 작업의 모든 것을 디지털 방식으로 연결한다. 개념, 설계, 시뮬레이션, 제조 및 조립부터 최종 제품을 고객에게 테스트하는데 이르기까지 모든 것이 연결되는 엔드 투 엔드(End-to-end) 디지털 방식이다.

 

1990년대 초부터 나타난 제품정보관리(PDM/PLM)의 패러다임은 30년만에 새로운 4차 산업혁명시대에서 새로운 디지털 패러다임으로 변신하려고 한다. 이런 변화를 지켜보는 것도 또 다른 즐거움이 될 수 있을 것이다.