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[칼럼] 스마트 디지털 트윈(Smart Digital Twin)
2018-06-01 5,328 22

디지털 지식 전문가 조형식의 지식마당



■ 조형식 | 항공 유체해석(CFD) 엔지니어로 출발하여 프로젝트 관리자 및 컨설턴트를 걸쳐서 디지털 지식 전문가로 활동하고 있다. 현재 디지털지식연구소 대표와 인더스트리 4.0, ME S 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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그림 1. 디지털 트윈과 인공지능의 결합


디지털 트윈(Digital Twin)은 다양한 목적으로 사용될 수 있는 물리적 자산 또는 물리적 트윈(Physical Twin), 프로세스 및 시스템의 디지털 복제본을 의미한다. 디지털 트윈은 제품 또는 작동중인 생산 시스템, 제품의 생산 프로세스 또는 성능을 정확하게 나타내는 양방향 영역의 디지털 모델일수도 있다. 이러한 개념은 과거의 디지털 제조의 3D 모델 중심의 시뮬레이션 이나 엔지니어링 시뮬레이션이 아니라 새로운 패러다임일 수 있다. 최고의 결과와 가장 정확한 성능 예측을 위해서는 디지털 트윈은 높은 수준의 정밀도와 신뢰도를 갖는 것이 중요하다. 만약에 이러한 요구조건을 충족시키지 않는다면 결국 비싼 쓰레기 데이터의 집합이 될 수 있다.

또한 미래 예측을 위해서는 디지털 트윈은 인공 지능(AI), 기계학습(Machine Learning) 및 빅데이터 베이스와 데이터 분석 소프트웨어와 통합하여 실제 상대방의 변화에 따라 업데이트되고 변경되는 생생한 디지털 시뮬레이션 모델을 만들어 가야 한다.


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그림 2. 디지털 모델과 디지털 트윈


디지털 트윈은 스마트 공장뿐 아니라 다양한 분야의 해석 시뮬레이션 기능을 통합함으로써 제품 및 생산 시스템의 성능 특성을 결정하는데 사용되는 예측 분석 도구가 될 수도 있다. 디지털 트윈은 현장에서 제품 또는 공장의 생산시스템으로부터 성능 정보를 받고 인공지능의 기계학습을 이용해서 학습시키고 최적화를 지속적으로 할 때 디지털 트윈 전략이 성공할 수 있다.

디지털 트윈의 요소는 디지털 스레드(Digital Thread)를 통해 통합되어 제품 및 생산 장비의 라이프 사이클 전반에 걸쳐 데이터와 인텔리전트 모델을 연결함으로써 사용자는 무언가가 일어 나고 있는 이유를 이해하고 향후 결정을 더 빨리 내릴 수 있다.

문제는 디지털 스레드이다. 전체 디지털 트윈의 디지털 스레드는 라이프 사이클 전반에 걸쳐 생성된 정보 직조 또는 디지털 태피스트리(Digital Tapestry)를 결합하여 과거 및 향후 지원 작업을 확인한다. 이러한 연결성과 무언가가 일어나는 이유를 알려주는 능력은 독특한 것이다. 이러한 연결성이 디지털 트윈의 성공요소의 핵심이라고 할 수 있다.

제품개발의 수명주기에서 보면 가상제품(Virtual Product)과 현존제품(Real Product)으로 구분할 수 있다. 그리고 가상제품에서는 디지털 트윈과 디지털 모델로 나눌 수 있다. 서로 다른 점은 디지털 트윈은 단순한 디지털 모델이 아니고 서비스가 포함된 작동하는 디지털 모델이다.

디지털 트윈은 직관적으로 이해되지만, 디지털 스레드는 추상적인 개념이다. 디지털 스레드는 전통적으로 고립된 기능적 관점에서 수명주기 전반에 걸쳐 연결된 데이터 흐름과 자산 데이터의 통합보기를 허용하는 통신 프레임워크(Communication Framework)이라고 할 수 있다. 디지털 스레드 개념은 적시에 올바른 정보를 적절한 장소에 전달할 수 있는 기준을 제시한다.

현재 사용되고 있는 것들은 과거의 종이 문서와 도면들과 정보화시대의 컴퓨터 문서와 엑셀 데이터가 저장된 USB라고 할 수 있다. 컴퓨터에서 생성된 데이터들은 복제나 재사용에서는 많은 이점이 있지만 그 자체 정보에는 수명주기 전반에서의 핵심적인 연결고리는 없다. 이것을 해결하려는 것이 디지털 스레드의 핵심 개념이다.


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그림 3. 수명주기에서의 디지털 스레드


디지털 스레드는 제품 개발 및 제조 산업에서 어떤 잠재적 효과를 줄 수 있을 것인가 관건이다. 디지털 스레드의 개념은 군용 항공기 업계와 디지털 기술을 사용하여 현재 및 향후 프로그램에 학습된 교훈을 적용하여 향후 프로그램의 성능을 향상시키고자 하는 의도에서 시작되었다. 그러나 이러한 개념과 기술은 우주 항공 및 방위 산업을 넘어서는 관심을 불러 일으키고 있으며, 인더스트리 4.0 에서 스마트 공장과 사이버물리시스템(CPS)의 완성에 필요한 것처럼 보인다.

미국 국방성의 용어 정의는 너무 추상적이다.

“Digital Thread-An extensible, configurable and component enterprise-level analytical framework that seamlessly expedites the controlled interplay of authoritative technical data, software, information, and knowledge i n the enterprise data-informationknowledge systems, based on the Digital System Model template, to inform decision makers throughout a system’s life cycle by providing the capability to access, integrate and transform disparate data into actionable information.”

디지털 스레드는 BOM, 부품, 소프트웨어, 전자 제품, CAD 모델, 문서, 요구 사항, 프로세스 계획, 서비스 매뉴얼 등의 버전을 포함하여 제품 수명주기 동안 제품의 모든 디지털 자산과 그 수정본 사이의 관계 연결이라고 할 수 있다.


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그림 4. 디지털 스레드


결국 스마트 디지털 트윈(Smart Digital Twin)이란 기계학습(Machine Learning) 같은 인공지능과 디지털 스레드(Digital Thread)를 포함한 디지털 모델이 통합된 미래 예측이 가능한 디지털 트윈이다.

이러한 패러다임의 통합은 디지털 엔지니어링과 스마트 공장 그리고 스마트 시티, 디지털 헬스케어 분야는 물론이고, 4차 산업혁명에서 제조업과 기업의 모든 활동에 커다란 영향을 미칠 것으로 예상된다. 이러한 진보는 긍극적으로 사이버물리시스템(C P S ) 시대의 단초가 될 것이다.


기사 상세 내용은 PDF로 제공됩니다.

조형식 hyongsikcho@korea.com


출처 : CAD&Graphics 2018년 6월호

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