제조 산업에서 디지털 트윈의 사용이 증가하고 있으며, 훌륭한 성과에 대한 보고도 있습니다.디지털 트윈은 제조업에 어떤 이점을 가져다 줄 수 있을까요?디지털 트윈이 제조업에서 특히 주목받는 이유와 이점, 제조업에서의 활용 사례를 소개한다.
디지털 트윈의 의미와 응용
먼저 디지털 트윈이 무엇인지에 대한 개요부터 살펴보겠습니다.
디지털 트윈이란?
디지털 트윈은 현실 세계에 있는 물체를 가상으로 재현한 것으로, 실제와 똑같이 생긴 디지털 모델입니다.이 “디지털 트윈”을 사용하여 실제 물체와 이벤트를 디지털 방식으로 제어합니다.디지털 트윈을 사용하는 목적은 이상적인 운영 및 관리를 위해 얻은 데이터를 분석하여 현실 세계에 다시 제공하는 것입니다.디지털 트윈에 대한 자세한 내용은 “를 참조하십시오. 디지털 트윈이란?가상 세계와 현실 세계를 연결하는 데 따른 이점과 사례를 소개합니다.”
디지털 트윈 애플리케이션
디지털 트윈은 다양한 분야에서 점점 더 많이 사용되고 있습니다.제조, 건설, 물류 및 인프라를 포함한 광범위한 산업 분야에서 공장 및 제품, 도시 계획, 건설 계획 및 매장 운영에 사용됩니다.센서를 사용한 데이터 수집은 디지털 트윈의 도입에 필수적입니다.센서의 발달로 기계뿐만 아니라 사람으로부터도 생체 데이터를 얻을 수 있게 되었습니다.또한 이를 이미지 처리 기술과 결합하면 사람의 움직임과 행동 패턴을 디지털화할 수 있습니다.센서의 발달로 다양한 데이터를 디지털 트윈에 반영할 수 있게 되면서 많은 분야에서 디지털 트윈의 도입이 진행되고 있습니다.
제조업에서 디지털 트윈이 주목받는 이유
디지털 트윈은 다양한 분야에서 활용되고 있어 그 효과가 기대되고 있지만, 특히 제조업에서의 활용에 대한 기대가 높습니다.디지털 트윈은 새로운 개념이 아니며, 이 아이디어는 1960년대부터 존재해 왔습니다.그러나 제조업에서 디지털 트윈이 크게 주목받게 된 계기는 IoT의 실현과 확산, 독일 정부가 주창한 인더스트리 4.0 정책이었습니다.이러한 각 요소가 어떻게 디지털 트윈으로 이어졌을까요?
IoT의 실현과 확산
과거에는 제조 분야의 일부 기계 운영만 디지털화할 수 있었지만 대부분의 작업은 그렇지 않았습니다.데이터를 실시간으로 수집하기 위한 센서와 네트워크가 갖춰져 있지 않아 데이터 활용이 불가능했다.IoT는 이러한 상황을 크게 변화시켰습니다.IoT 지원 환경에서는 센서를 모든 것에 부착하고 네트워크에 연결하여 실시간으로 데이터를 수집할 수 있습니다.
IoT가 확산되면서 이전에는 감각이나 기록으로만 처리하던 행동과 변화를 이제는 실시간 데이터로 시각화할 수 있습니다.이를 통해 실제 이벤트를 디지털 방식으로 반영할 수 있습니다.IoT의 실현과 확산은 디지털 트윈이 실용적 수준에 도달할 수 있었던 주요한 촉매제라고 할 수 있습니다.
인더스트리 4.0
인더스트리 4.0은 2011년 독일이 제안한 산업 정책입니다.증기기관 적용을 통한 대량 생산, 석유와 전기를 통한 기계화, IT 적용을 통한 자동화는 1~3차 산업 혁명으로 자리매김하고 있습니다.인더스트리 4.0은 이에 뒤따르는 4차 산업 혁명이라고 합니다.인더스트리 4.0은 사물, 사람, 시스템이 실시간 데이터 수집 및 사용을 통해 상호 연결되고 생산 라인이 자율적으로 운영되는 상태라고 합니다.이러한 주요 산업 변화를 실현하기 위해 필요한 기술은 6가지로 제시되었습니다.
그 중 하나가 디지털 트윈이었습니다.인더스트리 4.0은 전 세계의 관심을 끌었습니다.이와 함께 디지털 트윈도 주목을 받았습니다.IoT가 제조업에 도입되면서 공장 내 모든 것이 인터넷으로 연결되고 실시간으로 데이터를 수집하는 스마트 팩토리에 대한 아이디어가 탄생했습니다.디지털 트윈은 스마트 팩토리를 한 단계 더 나아가 데이터 활용을 구현합니다.디지털 트윈은 제조 산업에서 사용되는 것으로 전 세계적으로 알려졌으며 새로운 형태의 공장 관리가 될 것으로 기대됩니다.
제조 분야에서 디지털 트윈을 사용할 때의 이점
디지털 트윈은 주로 제조업에서 활용되어 주목을 받아 왔으며, 제조업과의 연관성이 높습니다.제조와 디지털 트윈은 어떤 면에서 긴밀하게 연결되어 있을까요?제조 산업에서 디지털 트윈을 사용할 때 얻을 수 있는 이점을 살펴보겠습니다.
데이터 분석을 통한 품질 향상
디지털 트윈은 가상 세계에 존재하는 “디지털 트윈”이므로 작동 시 오류가 발생하더라도 현실 세계에서는 손실이 없습니다.따라서 시행착오를 쉽게 반복할 수 있습니다.또한 공장 내 모든 것에서 수집한 데이터를 추적에 사용할 수도 있습니다.이러한 유형의 데이터 분석을 통해 오류의 원인을 식별하고 수정하여 제품 품질을 개선할 수 있습니다.
개발 프로세스 및 프로토타입 제작 시간 단축, 비용 절감
현실 세계에서의 개발을 위해서는 기존 시설 및 인력으로 생산이 가능한지, 기한 내 납품이 가능한지 등 상호 관련된 복잡한 요소를 고려해야 합니다.또한 생산 계획 사이에 시제품을 만들어 관련 부서나 거래처에 보내 확인을 받은 후 다시 시제품을 만들어야 하는 경우가 많습니다.디지털 트윈을 사용하면 이러한 실제 제약 없이 테스트를 수행할 수 있으므로 개발 프로세스와 프로토타입 제작 시간이 단축됩니다.또한 개발 비용도 절감됩니다.
예측 유지보수를 통한 운영 상태 개선
디지털 트윈으로 수집한 데이터를 분석하여 시설 및 장비의 문제 징후를 감지하고 부품 열화 주기를 예측하는 등 다양한 작업을 수행할 수 있습니다.분석 결과를 통해 고장 전에 고장 징후가 나타날 때 장비를 수리하거나 문제가 발생하기 전에 노후화된 부품을 교체하는 등 예측 유지보수를 수행할 수 있습니다.또한, 장비가 고장난 후 수리하는 등의 긴급 조치를 취하는 대신 충분한 시간을 두고 유지보수 작업을 수행할 수 있기 때문에 기계가 정지하는 횟수를 줄일 수 있다.이를 통해 작동 조건이 개선되고 생산성이 향상됩니다.
원격 조작이 가능하여 기술 역량을 표준화할 수 있습니다.
디지털 트윈을 사용하면 현장에 없어도 상황을 파악할 수 있고, 원격으로 플랜트를 운영하거나 문제를 처리할 수 있습니다.고도로 숙련된 엔지니어가 원격 위치에서 디지털 트윈을 점검하고 문제 해결 방법에 대한 지침과 조언을 제공할 수 있으므로 문제 발생 시 조기에 복구할 수 있습니다.또한 디지털 트윈은 원격 위치에서 교육 및 훈련에 사용할 수 있습니다.이러한 유형의 사용을 통해 각 기지에 고도로 숙련된 인력을 배치할 필요가 없으며 정보 공유 및 교육을 통해 기술 역량을 표준화할 수 있습니다.
제조 분야의 디지털 트윈 사용 사례
제조업에 종사하는 많은 기업들이 디지털 트윈의 도입에 나서고 있습니다.다음은 몇 가지 예시입니다.
디지털 트윈으로 미래를 예측하여 최적의 솔루션 확보
Hitachi, Ltd. 는 실제 생산 현장에서 모든 종류의 데이터를 수집하여 디지털 트윈으로 모델링하고 트레이스백 및 시뮬레이션에 사용합니다.원자재 로트, 사용된 부품 및 제품 이동을 정확하게 추적할 수 있기 때문에 예상치 못한 결함이 발생할 경우 신속하고 적절한 리콜 시스템을 구축할 수 있습니다.이를 통해 문제가 대규모 리콜로 확대되는 것을 방지하는 메커니즘이 만들어집니다.또한 생산라인의 데이터를 디지털 트윈으로 집계해 중앙에서 관리함으로써 제품 관리 및 품질 평가도 용이하다.정확하게 재현된 디지털 트윈을 사용하면 데이터 분석을 통해 미래를 예측하고 이를 활용하여 최적의 솔루션을 도출할 수도 있습니다.
디지털 트윈은 물리적으로 분리된 생산 현장의 문제를 해결합니다
가와사키 중공업은 공장의 디지털 트윈을 구축하여 생산 라인과 제조 현장을 관리하는 데 사용하고 있습니다.이를 통해 생산 장비 오작동 발생 시 신속한 대응이 가능하며, 데이터 분석을 통한 예측 유지보수도 가능합니다.또한 여러 거점에서 원격으로 전문가와 상담할 수 있어 과거 데이터에서 문제의 원인을 파악하는 데 걸리는 시간을 단축할 수 있습니다.디지털 트윈의 강점 중 하나는 과거와 현재뿐만 아니라 미래의 작동 조건과 잠재적 문제를 파악하는 데 사용할 수 있다는 것입니다.
디지털 트윈을 사용하면 개별 품목까지 추적할 수 있습니다.
Suntory Beverage & Food는 IoT 환경을 갖춘 공장에 디지털 트윈을 구축했으며 생산 관리에 디지털 트윈을 사용하고 있습니다.디지털 트윈에서 이상 예측을 시각화하고 결함을 개별 제품까지 추적할 수 있어 완벽한 추적 시스템을 실현할 수 있습니다.
플랜트 관리 및 디지털 트윈을 통한 문제 해결
Asahi Kasei Corporation은 수소 생산 공장에 디지털 트윈을 도입하여 기술 역량을 원격 위치에 분배하는 시스템을 구축했습니다.화학 플랜트의 공정 제어는 이상 발생 시 대응 방법을 매뉴얼로 문서화하기가 어렵고 베테랑 엔지니어가 대응해야 하는 경우도 드물지 않습니다.하지만 한정된 수의 베테랑 엔지니어들이 모든 장비를 관리하기는 어려우며, 휴일이나 출장 등으로 결석하는 경우도 있습니다.따라서 디지털 트윈을 활용하여 원격지에서 현장 상황을 확인하고 대응 방법을 지시할 수 있게 되었습니다.회사는 향후 이를 해외 공장에도 지원하도록 확장할 계획입니다.
제조 분야에서 점점 더 널리 사용되고 있는 디지털 트윈
제조업에서 디지털 트윈의 활용이 주목받는 이유와 활용 이점, 이미 도입된 활용 사례 등을 소개했다.디지털 트윈은 IoT와 인더스트리 4.0의 실현으로 전 세계적으로 주목을 받았으며 제조 산업에서 빠르게 널리 보급되고 있습니다.디지털 트윈을 사용하면 이전에 실제 제조 현장에서 수행하던 프로토타입 제작, 테스트, 개발 프로세스를 이제 디지털 방식으로 수행할 수 있어 위험을 줄이고 품질을 개선할 수 있습니다.미래에는 디지털 트윈이 제조업에 없어서는 안 될 부분이 될 것이며, 많은 공장에서 효율적인 운영의 핵심으로 자체 “디지털 트윈”을 갖게 될 것입니다.
참조 문서:
인더스트리 4.0이란?일본의 현재 상황과 과제, 그리고 이를 실현하기 위한 핵심 포인트 설명 | Stratus 블로그
