디지털 트윈, 메타버스, CPS와 같이 가상 세계와 현실 세계를 연결하는 기술과 개념에 대한 관심이 높아지고 있습니다.이러한 기술과 애플리케이션은 현실 세계에 어떤 이점을 가져다 줄까요?이 기사에서는 디지털 트윈을 포함하여 가상 세계와 현실 세계를 연결하는 기술이 어떻게 사용되고 있는지 설명합니다.
가상 세계와 현실 세계를 연결하는 기술 및 프로세스
과거에는 현실 세계에서 일어나는 일과 가상 세계에서 일어나는 일이 평행 세계처럼 교차하지 않는 별개의 사건이었습니다.하지만 디지털 기술의 발달로 이 두 세계를 연결하는 것이 가능해지고 있습니다.
IoT는 현실 세계와 가상 세계를 연결하는 데 필수적입니다.IoT는 센서를 이용해 현실 세계에서 발생하는 모든 이벤트에 대한 데이터를 수집함으로써 가상 세계로 가는 관문을 여는 역할을 합니다.디지털 트윈과 메타버스는 현실 세계와 가상 세계가 융합된 대표적인 사례입니다.디지털 트윈과 메타버스, 그리고 여기에 깊이 관여하는 CPS에 대해 자세히 살펴보겠습니다.
디지털 트윈이란?
디지털 트윈은 실제 사물과 이벤트를 디지털화하여 가상 세계 또는 그 이면의 기술에서 실시간으로 재현하는 것입니다.“디지털 트윈”을 의미하는 디지털 트윈은 정확히 디지털 세계에서 복제본을 재현하는 것입니다.목적은 공장, 제품, 도시 계획 및 건설 계획과 같은 실제 개체 및 이벤트를 이상적으로 운영하고 관리하는 것입니다.
예를 들어 생산 공장을 디지털 트윈으로 재현하면 현실 세계의 생산 라인도 그대로 재현됩니다.장비와 인력의 운영, 원자재와 제품의 보관 및 반출, 이후 시장으로의 운송까지도 디지털 트윈으로 구축하고 이들 공장을 둘러싼 생산 시스템을 컴퓨터로 운영합니다.이 경우 디지털 트윈을 통해 제품 설계, 생산 라인 운영 상태, 문제 발생 빈도, 제품 보관 및 흐름, 창고 배치, 운송 상태 등을 미리 예측하고 테스트할 수 있습니다.
이런 부분만 본다면 기존의 가상 공간에서 시뮬레이션을 수행하는 시뮬레이터와의 차이를 보기 어려울 수 있습니다.시뮬레이션과 디지털 트윈의 주요 차이점은 시간 축의 폭과 정확도, 예상 범위의 규모입니다.디지털 트윈은 실제 사물과 연결되고 작동하는 모델을 사용하여 테스트할 수 있으며, 실시간 특성이 높은 것이 특징입니다.또한 과거 사례를 바탕으로 만든 시뮬레이션과는 달리 현재 상황, 나아가 미래를 볼 수 있습니다.
데이터가 동시에 변경되는 범위가 넓고, 한 프로세스를 조사하는 일반적인 시뮬레이션과 달리 여러 프로세스가 변경됩니다.이를 통해 변경으로 인한 영향의 범위를 조사할 수 있습니다.
이러한 대규모 조사를 통해 광범위한 분야에서 사용되었습니다.또한 도시 개발 및 건축 설계에도 매우 유용합니다. 설계를 완료하기 위해 여러 개발 프로세스 사이를 여러 번 오가야 하는 작업에 필요한 시간을 줄일 수 있기 때문입니다.차세대 제조 및 개발 프로세스 진행의 한 형태로 다양한 분야에서 사용될 것으로 예상됩니다.
메타버스란 무엇인가?
메타버스는 인터넷을 기반으로 구축된 가상 세계 또는 공간입니다.메타버스에서는 현실 세계를 초월한 경험과 소통이 이뤄질 수 있고, 경제 활동도 할 수 있다.사용자는 3차원 가상 공간에서 자신을 표현하는 아바타 사이를 자유롭게 움직이며, 사람들과 교류하고, 물건과 서비스를 사고 팔고, 폭넓은 경험을 즐길 수 있다.
CPS란 무엇입니까?
CPS는 사이버-물리 시스템의 약자로, 현실 세계와 가상 세계를 연결하는 시스템 또는 개념을 말합니다.이 개념은 현실 세계의 물리적 시스템에서 수집한 정보를 가상 공간 (사이버 공간) 에서 컴퓨터 기술을 사용하여 분석하는 프로세스를 말합니다.이 경우 센서 시스템을 통해 얻은 데이터를 사용하여 물리적 시스템에서 사이버 공간으로 변환합니다.이를 통해 주관적 경험이나 직관보다는 정량적 분석이 가능합니다.CPS는 실제 이벤트를 가상 세계로 대체하거나 반대로 현실 세계의 가상 세계 이벤트를 표현하는 등 다양한 응용 분야에서 사용할 수 있습니다.
디지털 트윈, 메타버스, CPS의 차이점
디지털 트윈, 메타버스, CPS는 각각 실제 세계와 가상 세계의 병합과 관련이 있지만 둘 사이에는 몇 가지 차이점이 있습니다.
- 디지털 트윈은 실제 사물이나 기술을 실시간으로 디지털로 표현한 것입니다.
- 메타버스는 가상 공간 또는 해당 공간을 사용하는 응용 기술입니다.
- CPS는 가상 세계에서 실제 이벤트를 분석한 다음 현실 세계에 도움이 되는 데 사용하는 프로세스입니다.
이처럼 디지털 트윈은 기술이자 도구이고 메타버스는 공간이나 영역을 나타내며 CPS는 프로세스를 의미합니다.디지털 트윈의 관점에서 디지털 트윈을 고려할 때 메타버스는 디지털 트윈이 존재하는 공간이고 CPS는 디지털 트윈을 활용하여 현실 세계에 피드백하는 프로세스입니다.
디지털 트윈을 뒷받침하는 기술
디지털 트윈에는 다음과 같은 기술이 사용됩니다.
IoT
IoT (Internet of Things) 는 전자기기, 산업기계, 자동차, 가전제품부터 인터넷까지 모든 것을 연결하고 정보를 공유하는 기술입니다.매우 정확한 디지털 트윈을 구축하려면 실제 물체에 대한 대량의 세부 데이터가 필요합니다.IoT는 객체 데이터를 수집하고 해당 정보를 가상 세계에 지속적으로 반영하는 디지털 트윈을 실현하기 위한 필수 요소 중 하나입니다.
참조 기사: 감지 및 IoT의 진화로 인한 산업의 변화 — AI와 에지를 통해 다음 단계로 이동 | Stratus 블로그
AI
지금은 AI라고 더 많이 불리지만 과거에는 인공 지능이라고 더 많이 불렸습니다.AI의 가장 큰 특징은 지식 축적뿐 아니라 스스로 판단할 수 있는 능력까지 갖춘 지능이라는 점입니다.이전에는 인간만이 판단을 내릴 수 있었지만, AI의 실제 적용으로 이제 기계가 우리를 대신해 행동할 수 있게 되었습니다.뿐만 아니라 대용량 데이터를 고속으로 분석해 사람이 알아차리지 못하는 것을 알아차리는 등 높은 정확도의 판단과 구별이 가능해졌습니다.디지털 트윈에서는 현실 세계의 사물을 가상 세계에 정밀하게 재현하고 분석 결과를 현실 세계에 피드백합니다.이때 분석을 위해서는 AI의 존재가 필수적입니다.
AI의 정보 처리 능력이 향상되었을 뿐만 아니라 IoT 확산에 따라 획득하는 데이터의 양이 증가하여 AI가 스스로 학습할 수 있는 기회가 많아졌습니다.이를 통해 더욱 정확한 분석 결과를 얻을 수 있게 되었습니다.AI는 빠르고 정확한 분석이 필요한 디지털 트윈의 필수 기술입니다.
5G
5G (5세대 이동통신 시스템) 는 대용량 데이터를 짧은 지연 시간으로 고속으로 송수신할 수 있는 통신 기술입니다.가상 세계에서 실시간 데이터 반영이 필요한 디지털 트윈의 경우 데이터 송수신의 빠른 속도와 안정성이 중요합니다.앞으로 디지털 트윈에서 5G 사용이 점점 더 늘어날 것으로 예상됩니다.
VR, 자동차, 미스터
VR (가상 현실), AR (증강 현실) 및 MR (혼합 현실) 도 디지털 트윈에 사용되는 중요한 기술입니다.현실 세계의 사물을 가상 세계에서 경험하고 가상 세계의 사물을 현실 세계에서 표현함으로써 디지털 트윈을 더 높은 수준의 현실로 만들 수 있습니다.이들은 디지털 트윈을 경험하기 위한 일종의 인터페이스 역할을 합니다.
디지털 트윈 사용의 이점
디지털 트윈을 활용하면 다음과 같은 이점을 기대할 수 있습니다.
안전성 향상
디지털 트윈을 사용하면 현실 세계에 존재하는 것을 복제하는 모델을 사용하여 현실 세계에서는 불가능한 테스트를 수행할 수 있습니다.또한 위험한 행동이나 과도한 하중과 관련된 테스트를 수행하고 안전이 보장되는 한계와 해당 한계로부터 안전계수를 결정할 수 있습니다.실수나 사고의 여파가 어느 정도 영향을 미치는지 테스트할 수도 있습니다.
리드 타임 및 TTM 단축
실제 환경에서 운영되는 시스템이나 공장을 위한 새로운 시스템이나 제품을 개발하는 데에는 많은 시간이 소요됩니다.예를 들어, 공장에서는 테스트 또는 시제품 생산을 수행하기 위해 생산 라인이 중단되는 시간을 찾아야합니다.각 부서 또는 비즈니스 파트너가 확인한 후 다시 테스트해야 하는 경우는 흔하지 않습니다.디지털 트윈을 사용하면 다양한 유형의 테스트를 즉시 수행할 수 있어 개발 프로세스를 가속화할 수 있습니다.이를 통해 제품 리드 타임과 TTM (출시 시간) 을 단축할 수 있습니다.
문제 예측 및 예측 유지보수
디지털 트윈을 이용한 운영 모델 분석을 통해 고장 발생 전 징후, 소모품 열화 주기 등을 파악할 수 있으며, 이러한 분석 결과를 통해 문제를 예측함으로써 사전에 부품을 교체하거나 수리하는 등 예측 유지보수를 수행할 수 있습니다.
품질 개선
실제 환경에서도 운영이 계속되는 동안 디지털 트윈을 사용하면 다양한 제조 프로세스와 보관 방법을 시험해 볼 수 있어 품질이 향상됩니다.
비용 절감
디지털 트윈을 사용하면 실제 작동 조건이나 생산 프로세스에 관계없이 언제든지 테스트하고 시뮬레이션할 수 있습니다.즉, 매출을 잃거나 많은 사람을 고용할 필요가 없습니다.또한 테스트, 개발 프로세스 및 장비 유지 관리를 간소화하여 다양한 프로세스의 비용을 절감합니다.
디지털 트윈 사용 사례
디지털 트윈은 실제로 다음과 같은 장소와 분야에서 사용되고 있습니다.
3D 도시 모델을 사용하여 스마트 시티 만들기
교통관광부는 일본의 3D 도시 모델을 디지털 트윈으로 사용할 수 있는 “PLATEAU”라는 프로젝트를 시작했습니다.가상 공간에서 도시를 돌아다닐 수 있을 뿐만 아니라 가상 공간에서의 도시 개발에도 활용할 수 있습니다.실제로 시부야에서는 이미 스마트 시티를 만들기 위해 이를 사용하기 시작했습니다.
건설 현장 재창조를 통한 시공 최적화
중장비로 유명한 Komatsu는 현재 건설 현장의 디지털 트윈을 사용하여 건설 작업을 최적화하는 시스템을 개발 중입니다.시공 현황을 실시간으로 확인할 수 있을 뿐만 아니라 미래 예측 및 사고 위험 예측을 분석할 수 있어 건설 안전성 향상으로 이어질 것입니다.또한 디지털 트윈을 사용한 분석을 통해 건설 계획을 작성할 수 있어 리드 타임을 크게 단축할 수 있습니다.
이상을 예측하고 사고를 예방하는 공장
에어컨과 산업용 기계로 유명한 다이킨 인더스트리즈는 스마트 팩토리와 연계하여 디지털 트윈을 운영하기 시작했습니다.디지털 트윈에는 생산 라인의 제어 데이터 외에도 작업자의 생체 인식 데이터, 공장 내부 온도, CO2 농도와 같은 데이터도 반영됩니다.이를 통해 이상을 예측하고 심각한 사고를 예방할 수 있습니다.
제조 산업에서의 디지털 트윈 사용 예는 다음을 참조하십시오.” 제조업에서 디지털 트윈이 주목받는 이유는 무엇일까요?배경, 이점 및 사례를 소개합니다.”
디지털 트윈으로 새로운 미래를 창조하다
디지털 트윈을 활용하면 지금까지 별개의 실체로 취급되던 가상 세계와 현실 세계의 이벤트를 연결하고 현실 세계의 안전, 품질, 효율성을 높일 수 있습니다.시행착오와 다음 단계의 피드백이 수반되던 프로세스를 이제는 디지털 가상 공간에서 테스트하고 피드백을 직접 제공할 수 있습니다.디지털 트윈은 가상 세계와 현실 세계를 연결해 새로운 미래를 만들어갈 기술이 될 것으로 기대됩니다.
