‘PLM 베스트 프랙티스 컨퍼런스 2023(이하 ‘PLM 컨퍼런스’)’이 지난 6월 9일 코엑스 컨퍼런스룸E에서 진행됐다. ‘DX를 위한 디지털 트윈, AI와 PLM’을 주제로 한 이번 PLM 컨퍼런스에서는 제조산업 전반의 혁신과 재도약을 위해 디지털 트윈과 AI 등 첨단 기술의 활용 방안을 모색하고, 디지털 전환(DX) 시대에 PLM의 새로운 가치를 발견할 수 있는 기회로 마련됐다. ■ 정수진 편집장

같이 보기 : [포커스] PLM 컨퍼런스 2023, 디지털 전환 시대의 제조 혁신을 위한 PLM의 역할 모색

디지털 트윈을 통한 제조 혁신과 가치 증대

KAIST의 장영재 교수는 ‘AI와 디지털 트원 제조 활용’이라는 주제의 기조연설을 통해, 자동화(automation)에서 자율화(autonomous)로 변화하는 제조 시스템의 패러다임과 함께 제조 산업의 디지털 트윈 활용에 대해 짚었다. 변화하는 상황에 능동적으로 대응하는 개념인 자율화는 궁극적으로 사람의 개입을 최소화하는 무인화를 추구하게 된다. 제조 시스템의 규모가 커지고 복잡도가 높아질 수록 사람이 관리하는 것이 어려워지기 때문이다.

이런 자율화를 가능하게 하는 기술로 장영재 교수는 로봇 기반 제조, 머신러닝과 인공지능, 시뮬레이션과 디지털 트윈, 클라우드 플랫폼을 꼽았다. 특히 디지털 트윈은 현실의 정보를 반영해 현상을 관찰하고, 다양한 대안 시나리오를 자동으로 생성하며, 의사결정에 개입하는 관점에서 접근이 가능하다. 마치 도로의 상황을 반영해 최적의 경로를 알려주는 자동차 내비게이션과도 같다.

장영재 교수는 “공장의 레이아웃은 꾸준히 변경되는데, CAD 정보를 기반으로 최적의 레이아웃과 규칙을 반영하는 데에 디지털 트윈을 활용할 수 있다”고 설명했다. 이른바 공장 내 모든 사물을 디지털화하는 ‘가상 공장’인데, 그 효과에 대해 장영재 교수는 “가상 공간에서 시뮬레이션을 하면서 인공지능이 효과적으로 학습할 수 있고, 이를 통해 제조 퍼포먼스 향상과 부가가치 증대가 가능하다”고 전했다.

▲ 제조산업에서 AI와 디지털 트윈 활용 방안을 짚은 KAIST 장영재 교수

모빌리티 시장의 변화에 스마트 제조로 대응

국민대학교의 정구민 교수는 기조연설에서 ‘모빌리티 분야의 주요 이슈 및 시사점’에 대해 짚었다. 자동차 산업은 전통적인 자동차의 생산에서 나아가, 자동차 기반의 다양한 서비스가 등장하면서 근본적인 변화를 겪고 있다. ‘운전’에서 ‘이동’으로 자동차의 초점이 변화하면서 서비스와 소비자 중심의 시장에 대응이 요구된다. 또한, 전기차의 설계가 쉬워지면서 플랫폼화되고, 스마트폰 생태계외 비슷한 방향으로 나아가고, 자율주행 플랫폼의 안정화가 예상되는 점도 주목할 만한 변화이다.

정구민 교수는 이런 변화에 자동차 산업이 대응하기 위해 생산 방식을 바꾼다는 관점에서 스마트 공장에 대한 고민이 필요하다고 보았다. 전기차의 생산을 위해서는 내연기관 자동차와 전기자동차를 혼류생산할 수 있도록 컨베이어 방식에서 셀 방식으로 바뀌어야 한다. 또한 자동화와 로봇의 활용 확대를 통해 고장에 대응하고 품질을 높여야 한다.

정구민 교수는 자동차 생산에서 로봇과 인공지능의 활용과 함께, 디지털 트윈을 활용한 시뮬레이션도 중요하다고 전했다. “디지털 트윈을 통해 실제 세계와 가상 세계의 차이를 줄이고, 추상화 레벨을 고민해야 한다”는 것이 정구민 교수의 설명이다.

▲ 자동차 산업에서 스마트 공장의 필요성을 소개한 국민대학교 정구민 교수

항공기 개발을 위한 디지털 엔지니어링과 IT 인프라 구축

한국항공우주산업(KAI)의 주영신 팀장은 기조연설을 통해 ‘성공적인 항공기 개발을 위한 KAI의 디지털 엔지니어링 전략’을 소개했다. 항공 산업은 수주산업의 성격을 갖고 있으며 라이프사이클이 길어 신기술을 빠르게 적용하기가 쉽지 않은 특징이 있다. 한편으로 항공기 제품의 복잡성이 증가하고, 4차 산업혁명과 제조산업 전반의 변화 속에서 장기 개발을 위한 최신 ICT 인프라에 대한 요구도 커지는 상황이다.

주영신 팀장은 “디지털 기술을 접목해 개발 및 생산 비용을 줄이고, 제품의 부가가치를 높이는 것이 과제”라면서, “신규 사업 모델을 창출할 수 있는 새로운 IT 인프라를 구축하고자 하는 것이 글로벌 항공 산업의 트렌드”라고 전했다.

KAI는 국산 전투기 KFX의 개발 프로젝트에서 ▲디지털 모델과 단일 데이터베이스로 이뤄진 PLM을 기반으로 설계부터 운영과 서비스까지 실행하는 과정에서 연속성을 유지하는 디지털 스레드 ▲경량화된 디지털 목업(DMU)과 계통별 기능 모델을 구성하고 연계하는 기능 디지털 목업(FDMU)을 활용해 예측 가능성을 높이는 디지털 트윈 ▲시험/운영/서비스에 빅데이터와 AI를 활용하는 데이터 애널리틱스를 핵심으로 하는 디지털 엔지니어링 전략을 추진했다.

▲ 항공기 개발을 위한 디지털 엔지니어링에 대해 설명한 KAI 주영신 팀장

클라우드의 컴퓨팅 파워로 사실적인 디지털 트윈 구현

마이크로소프트의 강경민 시니어 클라우드 솔루션 아키텍트는 기조연설에서 ‘마이크로소프트와 엔비디아가 추진하는 클라우드 기반의 디지털 트윈 전략’을 소개했다.

디지털 트윈은 초기 연구개발과 엔지니어링을 중심으로 출발해, 3D CAD가 도입되면서 시뮬레이션 및 3D 프린팅을 활용하게 됐다. 그리고 사물인터넷(IoT) 서비스가 등장하면서 CPS(사이버-물리 시스템)을 활용한 예측 기반 서비스가 등장했다. 최근에는 증강현실(AR)/혼합현실(MR)/확장현실(XR)을 통해 가상 공간 및 가상 환경에서 하이브리드 협업을 진행하는 방향이 모색되는 추세이다.

마이크로소프트와 엔비디아는 AI 기반의 디지털 트윈 구축을 지원하기 위해 협업을 진행 중이다. 엔비디아는 사실적인 디지털 모델을 구현하고 3D 기반의 시뮬레이션 및 협업을 할 수 있는 환경인 옴니버스(Omniverse)를 제공한다. 그리고 마이크로소프트는 디지털 트윈을 구현하고 운용할 수 있도록 대규모의 컴퓨팅 파워를 갖추기 위한 클라우드 인프라를 제공한다.

강경민 아키텍트는 “디지털 트윈을 활용하기 위한 HPC를 도입하는 과정에서 목적에 맞는 유형의 GPU를 선택할 필요가 있다. 한편으로 옴니버스와 팀즈(Teams)를 통합해 협업 검증과 의사결정을 강화할 수 있다”고 전했다.

▲ 디지털 트윈과 클라우드의 결합에 대해 소개한 마이크로소프트 강경민 아키텍트