디지털 트윈 시뮬레이션 Use Case

인더스트리 4.0 기술 중 하나인 디지털 트윈으로 자산, 설계, 제조, 테스트, 안전, 환경 업무를 시뮬레이션하여 혁신을 이룬 10대 사용 사례를 아래에 소개한다.

1. 비용추정 및 예산책정에 활용 효율성 제고

TotalEnergies: 1924

디지털 트윈은 제조 운영에 비용을 절감하는 다양한 기회를 가져다준다. 

기계적 문제를 조기에 탐지하여 정비를 비롯한 보전 업무에 더 빠르고 저비용으로 대응할 수 있다. 

또한 제품 연구 및 설계 효율을 높여 비용이 많이 드는 프로토타입 제작의 필요성을 줄이게 된다.

디지털 트윈을 통해 제품 라이프사이클 관리가 보다 간편해져 제품의 수명 및 최종 처리에 대해 다양한 방법으로 접근하고 테스트할 수 있다. 

이러한 일련의 의사 결정의 속도와 편리성을 높여 비용을 절감할 수 있다.

TotalEnergies는 디지털 트윈을 사용하여 가스 및 석유 프로세스 운영의 효율성을 높이고 있는 선도적 기업이다. 

디지털 트윈을 사용하여 생산 및 시추 프로세스를 시뮬레이션하고 최적화하여 비용을 크게 절감하였다.

2. 안전규정준수 및 위험관리

TOYOTA: 1937

디지털 트윈은 위험을 시뮬레이션하여 관리할 수 있는 매우 비용 효율적인 방법이다. 

여러 각도로 생산운영을 시나리오화하여 잠재적 위험을 파악하고 사전 예방적 안전 대책을 생각해 낼 수 있다.

에너지나 항공 등 안전이 매우 중요한 업종의 경우 디지털 트윈을 통한 시뮬레이션으로 자연재해와 대형사고의 위험을 사전에 방지하고 관련 비용을 삭감할 수 있다.

제조 운영상의 위험을 시뮬레이션하여 비상시에 대비한 안전성 평가의 정확성을 높일 수 있다.

Toyota EU는 위험을 완화하기 위해 디지털 트윈을 대대적으로 활용하고 있는 공장이다.

엔지니어들이 3D survey에 접근하여 “What-if” 시나리오로 상세하게 시험할 수 있다. 

이 survey에서 수정 사항을 활용하면 신제품을 개발할 때 안전성, 비용, 공정 작업 및 시간의 효율성을 평가할 수 있다.

3. 공급망 간소화

Mars: 1911

디지털 트윈은 공급망 운영의 게임 체인저가 되어가고 있다. 제조 운영과 물류 및 잠재적인 병목 현상을 포괄적 관점에서 접근할 수 있게 되었다.

글로벌 공급망에서 디지털 트윈 기술 시장이 전례 없는 성장을 보이고 있다. 

2023년에 28억 달러를 넘어섰으며, 2.0%의 연평균 성장률로 2033년 87억 달러에 이를 것으로 기대하고 있다.

이러한 차원에 디지털 트윈을 적극적으로 활용하고 있는 글로벌 제조기업 중 하나가 Mars이다. 

제과, 식품 및 애완동물 케어용품 관련 선도적 제조기업인 Mars는 Microsoft Azure, Cloud 및 AI를 사용하여 공급망의 디지털 트윈을 구축하였다.

이 시스템을 활용하여 공장의 기계 및 설비에서 생성된 데이터를 처리 및 분석하여 공급망 효율의 최적화를 이루고 있다.

4. 엔터프라이즈 디지털 트랜스포메이션

General Electric: 1892

디지털 트윈은 디지털 영역과 물리적 영역을 융합하여 전반적인 기업의 퍼퍼먼스를개선할 수 있는 능력이 있다. 

비즈니스 전략 및 프로세스에 대한 통찰력을 제공하여 효율과 강점을 파악할 수 있어 신속한 의사결정에 도움이 된다.

기업 혁신에 디지털 트윈을 활용하고 있는 General Electric은 산업용 사물 인터넷(IIoT)을 제조운영에 활용하고 있는 선두업체로 프로세스, 설비자산, 기술에 이르기까지 다양한 디지털 트윈 리소스를 제공하고 있다.

GE의 Predix OPM(Operations Performance Management)은 디지털 트윈 활용을 크게 보완한다. 

온프레미스, 제어-클라우드 분석 솔루션인 GE Predix OPM은 제조운영에 대한 실시간 가시성과 통찰력 제공으로 퍼퍼먼스 개선에 도움이 된다.

5. 지속 가능성 향상

AWS: 2006

전 세계 제조기업들이 탄소 배출량을 줄이기 위해 노력하고 있다. 

디지털 트윈은 제조 운영의 탄소 발자국 모니터링과 분석에 활용할 수 있으며, 환경 표준을 준수에 도움이 된다.

탄소 배출량 최소화와 폐기물 관리 등 환경에의 영향을 시뮬레이션할 수 있다.

AWS는 자주적으로 지속 가능성을 선언하고 이를 개선할 수 있는 방법과 통찰력 제공에 디지털 트윈 기술을 활용하고 있다. 

AWS는 참조 아키텍처에서 디지털 트윈 기술이 에너지 소비 패턴을 미세 조정하여 Scope 1, 2 및 3 배출량을 크게 줄이는 데 어떻게 도움이 되는지 강조하고 있다.

또한 현재의 제조업 폐기물 관리 모델에서 순환적인 방식으로 나아가기 위한 발전된 방법을 강조하고 있다.

참조 아키텍처는 산업 설비에서 대규모로 데이터를 쉽게 수집하고 모니터링할 수 있는 관리형 서비스 AWS IoT SiteWise와 온프레미스 데이터 구성을 간소화하는 로컬 하드웨어 또는 AWS 디바이스에 설치된 서비스인 AWS IoT SiteWise Edge를 통합할 수 있다.

6. 예측유지 보수

Shevron: 1879

디지털 트윈은 3D CAD 파일, IoT 센서, AR 등 다양한 기술로 구성된 복잡한 개념이다. 

데이터 통신 생태계로서 제조 운영의 현재, 과거를 분석하여 미래를 예측하는 데 도움이 된다.

생산 설비, 프로세스 및 제품의 지속적인 데이터 수집과 시간 경과에 따른 이러한 각 구성 요소의 포괄적 이력이 축적되어 패턴이나 경향을 파악할 수 있어 언제 어디서 문제가 발생할지 예측할 수 있다.

이를 통해 높은 신뢰성으로 예측 유지 보수를 수행할 수 있어 기계설비의 돌발적인 가동 중지 시간을 최소화로 비용을 개선할 수 있으며 안전성 향상에도 기여한다.

석유화학의 Chevron, Shell, Equinor는 디지털 트윈을 활용하여 압축기를 모니터링하고 있다. 

성능, 온도 및 진동 데이터를 분석하는 예측 정비로 고장을 방지하고 효율을 최적화하고 있다.

7. 제품 설계와 프로토타입 최적화

Rolls Royce: 1906

디지털 트윈이 설계 프로세스에 혁신을 일으키고 있다.

비용이 많이 발생하는 설계 변경과 프로트타입 최소화에 큰 도움이 된다. 

제품을 물리적 형태로 구현하기 전에 디지털 트윈을 활용하여 설계 변경, 테스트, 검증 및 실험할 수 있어 품질 보증에 큰 역할을 한다.

디지털 트윈은 재료 선정, 설계 및 생산시스템 구축 단계에서 예상했던 것 이상의 장점이 있다.

프로토타입 제작에 필요했던 유무형의 자원 낭비를 최소화하고 설계 프로세스의 모든 측면을 가상으로 평가할 수 있으며 지속 가능성도 향상된다.

디지털 트윈을 설계에 광범위하게 활용한 Rolls Royce는 IntelligentEngine program이 있다.

이 프로그램은 생산하는 모든 엔진을 디지털 트윈으로 가상 생성하여 성능을 모니터링하고 유지관리를 예측한다.

Rolls Royce는 가상의 디지털 트윈을 엔진 설계업무에 활용하여 안정성과 효율성을 높이고 있다.

8. 제품 테스트

GlaxoSmithKline: 1715

제품 테스트는 매우 엄격하고, 비용 및 위험 발생을 고려해야 하므로 매우 중요한 프로세스이다. 

디지털 트윈을 사용하여 이러한 비용과 우려를 해결하고 있는 기업이 있다.

디지털 트윈 환경에서의 제품 테스트는 반복적이고 수정가능하여 물리적 환경에서의 윤리적, 지속 가능성 또는 비용적 검토보다 더 철저하게 연구하고 관찰할 수 있다.

디지털 트윈은 데이터를 저장하고 공유할 수 있어 테스트 과정에서 새로운 재료, 기능 및 추가 사항을 반영하여 제품 품질을 개선할 수 있다.

특히, 제약 산업에서 제품 테스트는 고객의 안전은 물론 기업의 재무 건전성에 큰 영향을 미칠 수 있는 매우 중요한 프로세스이다.

GlaxoSmithKline은 디지털 트윈을 활용한 제품 테스트와 환자-질병 시스템을 모델링하고 있다.

환자의 조직샘플로 암 유형의 진행과 특정 약물과의 영향을 테스트하기 위해 3D 질병 모델을 구축하는데 디지털 바이오로지컬 트윈을 활용하고 있다.

9. 직원 교육

Siemens: 1847

직원 교육 및 스킬 향상은 제조 산업에서 매우 중요하다. 

일반적으로 시간과 비용이 많이 드는데 비해 효과가 보장되지 않는 경향이 있다.

디지털 트윈을 통하여 제조 및 디지털 기술을 보다 더 효율있고 안전하게 교육할 수 있다.

Siemens는 이 분야의 선두 기업으로, 다른 인더스트리 4.0 기술과 함께 디지털 트윈을 사용하여 직원을 교육하고 있다. 

특히 전기 모터 생산 프로세스를 디지털 트윈에 가상으로 생성하여 교육과 트레이닝하는 등 전반적으로 디지털 트윈을 사용한 교육을 계속 확대하고 있다.

10. 고객 경험 개선

Selim Bassoul: 1961

디지털 트윈을 활용하여 고객 경험을 향상시킬 수 있다.

데이터 수집과 분석을 토대로 지속적으로 개선하여 맞춤화된 제품과 경험을 고객에게 제공할 수 있다. 

예를 들어 수집된 데이터 분석으로 어느 제품의 특정 기능이 인기 있는 경우 해당 기능을 추가로 확장하거나 업데이트할 수 있는 등 투자 확대 가능성 있는 영역을 예측할 수 있다.

고객 경험 개선에 디지털 트윈의 힘을 활용하고 있는 회사 중 하나가 북미 최대의 지역 테마파크인 Six Flags Entertainment Corporation이다. 

이 회사는 최근 인더스트리 4.0을 적극적으로 수용하기 위해 Google, Pure Imagination Studios, HCL Tech, Snowflake, Fueled 및 Dell과 파트너십을 맺고 테마파크 업계에서 가장 큰 디지털 동맹을 출범시켰다.

테마파크 업계 최초의 제휴로, 동일 업계에서는 디지털 트윈 같은 기술이 고객의 안전과 만족에 미칠 영향에 대해 기대가 크다.

"우리가 하는 모든 일의 중심에 고객이 있으며, 고객이 우리 공원을 방문할 때 가능한 최고의 경험을 제공하고 싶다."

"하이테크 최고의 기업들과 파트너십을 맺음으로써 우리는 데이터와 기술을 사용하여 테마파크 산업의 혁신을 가속하고 있다."

라고 Six Flags의 CEO인 Selim Bassoul은 말했다.

참고 | https://manufacturingdigital.com/articles/top-10-uses-for-digital-twins