“4차 산업혁명의 핵심은 디지털 트윈”

GE Aviation은 항공기 엔진을 만드는 회사다. 이 회사는 항공기의 엔진을 만들어 항공기 제조사에 파는 것이 비즈니스 모델이었다. 그러나 이제 GE Aviation은 항공기 엔진을 ‘판매’하지 않는다. 항공기 엔진에 다양한 센서를 부착해서 엔진에 대한 서비스 레벨을 보장하고, 그에 대한 비용과 가치를 청구한다. 4차 산업혁명에 대응하면서 GE Aviation는 제품을 판매하는 회사에서 서비스 업체로 바뀌었다.

이는 GE Aviation의 항공엔진이 ‘스마트 커넥티드 제품(Smart Connected Product)’이기 때문에 가능한 일이다. 항공엔진에 부착된 센서에서 생산되는 실시간 데이터를 분석해서 새로운 서비스를 만들 수 있었다.

GE Aviation는 사물인터넷(IoT)와 디지털 트윈(Digital Twin) 기술을 통해 디지털 트랜스포메이션을 이룬 대표적인 사례라고 볼 수 있다.

IDC 조사에 따르면, 글로벌 제조업체의 70%는 2017년에 커넥티드 제품을 제공했거나 제공할 계획을 가지고 있었으며, 40%는 제품을 서비스 형태로 공급하려고 한다. VDC 리서치의 설문조사에서는 응답자의 51%가 미래의 성공을 위해 IoT가 중요하다고 답했다. 에버딘은 제조산업 상위 84%의 기업이 모델 기반 엔지니어링을 통해 그들의 매출, 비용, 출시일, 품질관리를 하고 있다고 전했다.

지난 12월 19일 서울 한남동 블루스퀘어에서는 PTC코리아가 주최한 ‘2017 코리아 캐드(CAD) 서밋’이 열렸다. 4차 산업혁명 시대의 스마트 커넥티드 제품 설계를 위한 방향을 제시하고, CAD 기반의 디지털 트윈 전략 구축을 위한 방안을 소개된 자리였다.

발표자들은 이 자리에서 “4차 산업혁명의 핵심은 디지털 트윈(Digital Twin)”이라고 입을 모았다. 디지털 트윈이란 물리적 실체와 똑같은 디지털 복제품을 의미한다. 이 디지털 복제품은 각종 환경 변화에 물리적 제품이 어떤 변화를 일으키는지 디지털 정보로 기록한다.

시험주행장에 달리고 있는 자동차를 생각해보자. 이 자동차는 출시 전 시험 주행 테스트를 하는 중이라고 가정하자. 이 자동차에서는 많은 데이터가 생산되고 있다. 과거에는 이 데이터는 수집돼 리포트 형태로 제작됐다. 데이터를 수집하고 분석해 리포트로 만들어져서 다음 개발주기에 반영됐다.

그러나 디지털 트윈 환경에서는 다르다. 자동차의 각종 센서와 ECU 등에서 발생하는 정보는 사물인터넷을 통해 실시간으로 집계된다. 실시간 데이터를 머신러닝 등 최신 기술을 이용해 분석할 수 있다. 실시간으로 분석된 데이터는 곧바로 CAD 설계자들에게 제공된다. 설계자들은 이 데이터를 반영해서 새롭게 시뮬레이션 할 수 있다.

전통적인 시뮬레이션은 표준화된 프로세스로, 표준화된 데이터로 진행한다. 그러나 IoT 환경에서는 실시간 정보를 설계에 반영할 수 있다. 이렇게 최적화 된 설계는 즉각 3D프린트로 피지컬화 할 수 있다.

PTC코리아 김동성 이사는 “디지털 트윈은 피지컬과 동일한 정보를 디지털에 구현해서 피지컬에서 발생하는 조건을 설계에 반영해서 평가할 수 있다”면서 “증강현실, IoT, 3D 프린팅, 머신러닝과 인공지능 등 다양한 요소기술을 활용해 디지털과 피지컬을 연결해야 한다”고 말했다.

팀 입(Tim Yip) PTC 아시아태평양 지역 CAD 총괄 디렉터는 “제품 설계 단계에서 센서 전략을 갖고 있어야 하며, 센서를 통해 얻은 데이터는 다시 설계에 적용돼야 한다”고 강조했다.

예를 들어 자동차 엔진는 쓰로틀 바디라는 부품이 있다. 공기와 연료가 혼합되게 해주는 부품으로 적절한 공기의 양을 조절하는 것이 쓰로틀 바디의 핵심 역할이다. 이 쓰로틀 바디에 각종 맵센서 등을 부착하면 흡입되는 공기의 양은 얼마이고, 공기가 어떻게 흘러가는지 판단할 수 있다. 실제 주행시 엔진에서 발생하는 열에 따라 공기궤도가 어떻게 변경되는지 알 수 있다. 맵센서와 열센서를 통해 계측된 실제 데이터를 설계에 반영하면 보다 최적화 된 쓰로틀 바디를 만들 수 있다.

팀 입 디렉터는 “디지털 트윈 환경에서는 실제 제품이 움직일 때 디지털 프로토타입에 정보가 반영된다”면서 “PTC는 캐드와 IoT 플랫폼을 보유하고 있어서 캐드의 정보를 IoT에 반영해 장비의 이상유무를 판단하는 버추얼 센서의 역할도 할 수 있다”고 말했다.

글. 바이라인네트워크
<심재석 기자>shimsky@byline.network