김홍철 기술경영학 박사
디지털 트윈(Digital twin)이란 물리적인 사물과 컴퓨터에 동일하게 표현되는 가상 모델로 제너럴 일렉트릭(GE)이 만든 개념이다. 컴퓨터에 현실에 실재하는 사물과 똑같은 쌍둥이(twin)를 만들고, 현실에서 발생할 수 있는 다양한 상황을 컴퓨터로 사전 시뮬레이션해 그 결과를 미리 예측하는 기술이다.
이를 통해 실제 물리적인 자산대신 소프트웨어로 가상화한 자산에 대해 디지털 트윈을 만들어 모의실험을 함으로써, 실제 자산의 특성에 대한 정확한 정보를 얻을 수 있어, 제조업뿐 아니라 다양한 산업, 사회 문제를 해결할 수 있는 기술로 최근 주목 받고 있다. 다양한 물리적 시스템의 구조, 맥락, 작동 등을 통해 수집, 축적된 데이터와 정보의 조합으로, 과거와 현재의 운용 상태를 이해하고, 미래를 예측할 수 있는 인터페이스라 할 수 있으며, 물리적 세계를 최적화하기 위해 사용할 수 있는 강력한 개념의 디지털 객체(digital object)로서, 운용 성능과 사업 프로세스를 대폭 개선할 수 있다.
이는 에너지, 항공, 헬스케어, 자동차, 국방 등 여러 산업 분야에서 디지털 트윈을 이용해, 자산 최적화, 돌발사고 최소화, 생산성 증가 등 설계부터 제조, 서비스에 이르는 모든 과정의 효율성을 향상시킬 수 있게 된다는 것이다. 즉 현실 세계를 경험하지 않고, 미래에 생길 수 있는 각종 상황 등을 미리 예측해 보고, 그에 대한 대책과 함께 이를 예방하는 시설, 장비 혹은 구조로 설계를 보다 강화할 수도 있는 것이다.
이는 우선적으로 제조산업에 적용될 기술이지만 정부 차원의 공공분야에도 활용이 가능함을 의미한다. 디지털트윈기술의 원리는 인간이 가지고 있는 환경 적응과정과 유사하다고 볼 수 있다. 즉 다양하게 변하는 환경에서, 인간이 체온조절을 위해 땀구멍을 열고, 닫는다든가, 상처가 났을 때 치료세포를 보낸다든가 하는 등 반응이 일어나는 것과 마찬가지로, 공장에서 제품의 생산 공정이나 이미 생산된 제품의 사용과정에도 이를 적용해 보는 것이다.
가상 목업(mock-up: 부품 조립을 통해 제작하는 디자인 최종 확인모델을 일컫는 용어임)과 유사한 방식으로 디지털트윈을 만들고, 공정관리자의 컴퓨터에 이를 제어할 수 있는 프로그램을 심은 후 생산과 소비의 전 과정에 센서를 설치해, 거기서 발생하는 신호가 컴퓨터내의 디지털트윈에 실시간으로 반영될 수 있도록 하는 것이다. 이렇게 되면 특정 제품(혹은 공정)의 디지털트윈 프로그램 공유자는 시간, 장소에 관계없이 제품관련 문제 발생 여부를 실시간으로 알 수 있게 된다. 또한 발생 가능한 문제에 대해서 전문가 협의를 통해 적정한 솔루션을 도출하여, 현장에 전달하고, 현장에서는 이에 대한 적절한 조치를 취하는 것이다. 모든 제품이 이러한 방식으로 제작, 관리되면 생산공정시 발생한 오류에 따른 비용 손실을 줄일 수 있을 뿐만 아니라, 소비자 요구를 더 가깝게 만족시킬 수 있게도 된다.
이 같은 디지털트윈 기술을 사용하고 있는 기업 중 하나인 독일의 대표적기업인 지멘스는 생산설비에 디지털트윈 기술을 위한 센서를 부착하고, 가상공간에서 제품개발 공정을 다양하게 바꾸어가며 실험했고, 최적의 운영환경을 구축한 바 있다. 독일 암베르크에 있는 지멘스 공장은 현재 0%의 불량률을 위해 도전중이며, 현재 불량률은 이에 거의 근접한 0.001% 수준에 도달한 것으로 알려져 있다. 철저한 사전테스트를 통해 얻은 자료를 바탕으로 오류를 극소화한 생산최적화 공정을 구축한 것이다. 디지털트윈 기술이 완벽하게 기능하기 위해서는 여러가지 기술이 뒷받침돼야 하는데, 대표적으로 사용하는 기술은 사물인터넷(IoT)기술, 클라우드, 빅데이터 처리기술 등이 있다. 또한 정밀한 센서를 통해 얻은 데이터로부터 컴퓨터가 예측을 해야 하기 때문에, 인공지능 기술 또한 매우 중요한 핵심기술이라 할 수 있다.
4차산업의 주요기술로 언급된 대부분의 기술이 모두 망라된 복합적 미래기술의 총아라고 불러도 크게 모순되지 않는 기술적 의미를 함유하고 있다. 세계 최상위권 경쟁력을 보유한 우리나라 IT산업 기반의 디지털트윈 기술이 최근 침체된 제조업과 결합해 새로운 일자리 창출과 먹거리 산업으로 성장할 수 있기를 기대해 본다.