포스트 코로나 시대, 4차 산업혁명은 어디로? ② 디지털 트윈 - 코로나19로 현실에서 발생할 수 있는 상황을 시뮬레이션해 결과를 미리 예측하는 디지털 트윈 기

[수봉]

포스트 코로나 시대, 4차 산업혁명은 어디로? ② 디지털 트윈

2020-05-25 이지현 미국 실리콘밸리무역관

- 코로나19로 현실에서 발생할 수 있는 상황을 시뮬레이션해 결과를 미리 예측하는 디지털 트윈 기술 주목 -

- 디지털 트윈을 사용해 서비스 및 비즈니스 모델을 설계할 수 있는 기회를 모색할 것  -

포스트 코로나 시대와 디지털 트윈

코로나19로 우리의 일상이 급격히 변화하면서 산업 생태계 전반에도 커다란 파장이 일고 있다. 각계 전문가들은 교육, 헬스케어, 교통, 물류, 제조산업 등 각 영역에서 코로나19가 가져올 구체적인 변화상을 예측하면서 산업 영역의 자동화와 인공지능화가 주요 이슈로 두각을 나타낼 것으로 보고있다. 특히 제조 산업 영역에서는 기존의 생산기지의 글로벌화가 코로나19로 인해서 크게 타격을 입으면서 기업이 위치한 지역 내지 국가 중심으로 밸류 체인(Value Chain)이 강화되고 이에 따라 제조 비용이 지속적으로 증가하고 생산 인력이 감소하면서 기업들은 제조 기술에 ICT 기술을 접목해 생산성을 제고할 것으로 예상된다. 그로 인해 사물인터넷을 통해 수집된 빅데이터를 이용해 현실에서 발생할 수 있는 상황을 시뮬레이션해 결과를 미리 예측하는 디지털 트윈 기술이 주목받고 있다. 디지털 트윈 기술은 제조 산업 영역 이외에도 디지털 헬스케어 및 스마트시티 구축과도 밀접한 관계가 있는 바 포스트 코로나 시대 디지털 트윈의 역할에 대해 알아본다.

4차 산업혁명시대 산업발전의 키워드, 디지털 트윈이란

글로벌 컨설팅 기업 딜로이트는 디지털 트윈을 ‘물리적 개체를 디지털 세계에서 구현한 가상의 모델로서 사업 실적의 최적화에 도움을 주는 물리적 물체나 프로세스의 과거와 현재 활동이 기록돼 진화하는 디지털 프로필’로 정의하고 있다. 즉 디지털 트윈은 여러 차원에 걸친 대규모의 누적된 실시간, 실세계 데이터 측정 값에 기반한 것으로서 기업은 이러한 측정 값을 바탕으로 물체 혹은 프로세스에 대한 진화하는 디지털 프로필(디지털 트윈)을 만들어서 시스템 성능에 대한 인사이트를 얻거나 제품 설계 혹은 제조 공정의 변경과 같은 물리적 대응을 수행할 수 있게 된다.

2002년에 미국 미시간대학교에서 처음으로 유사 개념이 사용된 이후 디지털 트윈은 상기의 딜로이트가 설명하는 방식 이외에도 ‘현실 세계에 존재하는 대상이나 시스템의 디지털 버전’, ‘물리적 기계 혹은 프로세스의 소프트웨어 모델’ 등 다양한 의미로 언급되고 있는 바 정리해보면 디지털 트윈이란 물리적 객체(자산, 프로세스, 시스템, 생태계 등)들에 대한 디지털 복제(쌍둥이)로서 수명주기 전체에 걸쳐 대상 객체 요소들의 속성 및 상태를 유지하면서 이들이 어떻게 작동하는지 동적 성질을 묘사하는 가상의 모델이라 정의할 수 있다. 

디지털 트윈 개념도

자료: Deloitte

디지털 트윈은 대상 객체(물리적 자산)와 연동하여 현실 상황을 반영하면서 현실에서 발생할 수 있는 상황을 예측하거나 운영 최적화 조건을 알려주기 때문에 산업 경쟁력 강화의 주요 수단으로 인식되고 있다.

디지털 전환이 이뤄지는 4차 산업혁명시대에는 모든 사물이 데이터화 되면서 가상세계와 현실세계가 연결되는 바 글로벌 기업들은 시장 선점을 위해 점차적으로 사물인터넷(IoT) 플랫폼과 클라우드 기술에 기반한 디지털 트윈을 신산업을 발굴하고 내부 자원을 효율적으로 활용하는데 적용하고 있다.

디지털 트윈 시장규모와 전망

글로벌 리서치기관인 가트너는 2017년부터 2019년까지 3년 연속으로 디지털 트윈을 그 해의 ‘10대 주요 전략적 기술동향’으로 선정하며 디지털 트윈의 성장에 주목해왔다. 가트너가 2019년 7월에 발행한 보고서에 의하면 사물인터넷의 2019 하이프 사이클에서 디지털 트윈은 ‘부풀려진 기대 정점(Peak of Inflated Expectations)’에 위치하며, 10년 안에 디지털 솔루션의 지배적인 설계 패턴이 될 것으로 전망된다.

IoT 하이프 사이클

자료: Gartner(2019)

시장조사기관 IDC는 2022년까지 IoT 플랫폼 공급 업체의 40%가 시뮬레이션 플랫폼, 시스템 및 기능을 통합해 디지털 트윈을 이용할 것이며, 70%의 제조업체가 이 기술을 사용해 프로세스 시뮬레이션 및 시나리오 평가를 수행할 것으로 예상하고 있다. 한편 시장조사기관인 마켓앤마켓은 전 세계 디지털 트윈 시장은 2019년 38억 달러 규모에서 연평균성장률 37.87%의 높은 성장세를 보이며 2025년에는 358억 달러 규모에 이를 것으로 전망했다. 디지털 트윈 시장의 성장 요인은 다음과 같다.

디지털 트윈 시장 성장 요인

성장요인	내용
관련기술의 수요증가	클라우드 기반 플랫폼에 대한 수요가 증가하고 사물인터넷의 인기가 높아지면서 디지털 트윈 시장의 성장 주도
관련기술의 발전	센서기술의 발전으로 인한 센서 가격하락과 가용 ICT 기술의 발전, 대표적으로 산업용 사물인터넷(IIoT), 인공지능, 빅데이터, 클라우드, 모델링 등의 관련 기술들이 발전하면서 디지털 트윈 시장 성장 가속
시스템의 스마트화 요구	프로세스 최적화, 비용 효율성, 생산성과 관련한 비즈니스 인텔리전스에 대한 요구가 증가하고 그와 관련된 솔루션을 채택하는 기업이 증가하면서 디지털 트윈 시장 성장

자료: 한국산업기술평가관리원 ‘디지털 트윈 기술 발전방향’(2019)

포스트 코로나 시대 디지털 트윈의 역할

디지털 트윈을 사용하면 실제의 여러 환경의 조건을 분석하고 시뮬레이션해서 변화에 대응하고 운영을 효율적으로 개선할 수 있게 된다. 예를 들면 산업현장에서는 문제가 발생하기 전에 문제를 차단하는 것이 가능하게 되고 중단 시간을 방지하며, 예지 분석 기술을 활용하여 운영자에게 새로운 기회가 제공되는 것이다. 이러한 디지털 트윈은 다음의 관제모델, 운영모델, 최적화모델의 세 가지 대표적 형태로 활용될 수 있다.

디지털 트윈의 활용 모델

자료: POSCO 경영연구원 ‘미래를 이끌 기술, 디지털 트윈이란’

이러한 디지털 트윈의 적용 분야는 매우 다양하다. 디지털 트윈은 일하는 방식의 변화, 시공간의 한계 극복, 제품개발 효율화, 제조업의 서비스화, 생산성 제고 등 새로운 패러다임을 이끌 것으로 기대돼 제조 분야 이외에도 헬스케어, 스마트시티 등 다양한 분야에서 활용이 예상된다.

먼저 제조 분야를 살펴보면 최근 코로나19로 인해 제조 산업 영역에서 기존의 생산기지의 글로벌화가 크게 타격을 입으면서 기업이 위치한 지역 내지 자국 중심으로 밸류 체인(Value Chain)이 강화되는 추세이다. 이렇게 되면 제조 비용이 지속적으로 증가하게 되고 생산 인력은 감소하므로 기업들은 생산성을 제고하기 위해 디지털 트윈을 채택하는 사례가 많아질 것으로 보이며, 디지털 트윈에 대한 수요는 점차 증가할 것으로 보인다. 현재 글로벌 기업들은 자사의 역량을 바탕으로 충분히 축적된 데이터를 이용해 자사 또는 타사의 클라우드 내에서 디지털 트윈을 구축하고 세계 시장을 선점하고 있다. 주요 기업들의 디지털 트윈 관련 솔루션 운영현황은 다음과 같다.

글로벌 주요 기업의 디지털 트윈 관련 솔루션 운영현황

기업명	현황
GE	• 기계에서 발생하는 대규모의 데이터를 분석, 수집하고 사물인터넷으로 연결해 디지털 트윈을 구현해주는 통합 IIoT(Industrial Internet of Things) 플랫폼 프레딕스(Predix)를 공개 • 프레딕스는 GE가 제조, 판매하는 모든 장비의 센서에서 수집한 데이터를 분석하고 디지털 트윈으로 구현해 가상 모니터링·컨트롤 등의 서비스를 제공하는 플랫폼
마이크로소프트	• 클라우드 컴퓨팅 애저(Azure)에서 디지털 트윈을 만드는 IoT 솔루션 빌드인 ‘애저 디지털 트윈스’를 제공 • ‘애저 디지털 트윈스’는 가상 표현인 공간 인텔리전스 그래프에서 물리적 객체와 디지털 객체 간의 관계를 모델링해 모니터링하고 조건적 예측을 통해 물리적 환경개선 및 효율적 기회 제공
지멘스	• 지멘스는 공장 자동화 IoT 플랫폼인 마인드스피어를 구축해 공장 내 각 설비에 부착된 센서를 통해 데이터 수신, 실시간으로 공장의 설비를 디지털 트윈과 연결해 피드백함으로써 생산성 증대
IBM	• IBM 왓슨 IoT 플랫폼의 데이터 모델링 기능을 통해 장치 트윈과 자산 트윈을 사용해 디지털 스레드의 근간을 구성할 수 있는 모델로 데이터를 통합 • 자사의 노하우가 담긴 플랫폼을 다른 업체에 솔루션 형태로 제공
SAP	• SAP Leonardo IoT는 디지털 트윈 모델 기반 서비스를 제공
PTC	• 산업용 IoT 플랫폼인 Thingworx에서 3D CAD 소프트웨어 크레오를 사용하여 디지털 트윈을 구축
DASSAULT	• 자사 단일 플랫폼 기반 ‘3D EXPERIENCE Twin’을 이용해 제품 설계, 생산, 규제, 요구사항, 고객 경험의 모든 단계를 모델링, 시뮬레이션하고 검증

자료: KOTRA 실리콘밸리 무역관 자료, 각 언론보도자료 종합

또한 코로나19로 인해 디지털 헬스케어에 대한 관심이 늘어나고 있는 바 가상의 신체를 구현하고 데이터를 통해 질병을 미리 예측해 치료 가능성을 높여주는 디지털 트윈 기술이 헬스 케어 분야에서 크게 성장할 가능성도 배제할 수 없다.

필립스는 의료 시스템에 있어서 디지털 트윈 기술을 구축할 경우 발생할 수 있는 효과를 발표한 바 있다. 즉 디지털 트윈이 물리적 시스템과 장치를 ‘건강한’ 상태로 유지할 수 있는 많은 기회를 제공한다면 동일한 개념을 인간에게도 적용할 수 있다는 관점에서 출발해서 환자 개인의 신체 정보를 수집하고 디지털 트윈 기술을 활용해 ‘디지털 환자’라는 가상의 신체를 구현하고 이를 활용하는 방안을 제시한 것이다. 이에 의하면 실제 객체인 인간 대신 디지털 트윈을 활용해 여러가지 조건과 관련한 시뮬레이션을 실행하고 그에 따라 발생할 수 있는 결과를 미리 예측해 가장 적합한 치료 방안이나 수술 방법 등을 도출해낼 수 있다. 필립스 이외에도 제네럴 일렉트릭 헬스케어 파트너스 등 글로벌 기업들은 자사 제조 시스템에서 사용한 디지털 트윈 기술의 노하우를 살려 의료 시스템에 디지털 트윈 기술을 도입하고 관련 서비스를 제공하는 방안을 고안하고 있다.

한편 코로나19 감염자 역학조사에 스마트시티를 구축하는 핵심기술인 스마트시티 데이터 허브가 활용되면서 스마트시티 및 이에 사용되는 디지털 트윈 기술에 대한 관심과 기대감도 높아지고 있다. 스마트시티는 인공지능, 사물인터넷, 빅데이터 기술의 융합을 통해 시민들의 삶의 질을 높이고 도시의 지속가능성을 제고하며 새로운 산업을 육성하기 위한 플랫폼으로서 도시에서 생성되는 모든 정보를 사물인터넷을 통해 빅데이터로 수집하고 용도에 맞게 융·복합해 가치있는 데이터로 활용함으로써 도시에서 발생할 수 있는 여러가지 문제를 해결하는 솔루션을 제공한다. 디지털 트윈 기술은 스마트시티를 구축하는데 다음과 같은 역할을 수행한다.

스마트 시티에서 디지털 트윈의 역할

분야	내용
도시계획 및 구축	시민·공공·민간 등 다양한 이해관계자가 참여해 의견을 제시하고 반영할 수 있도록 협업플랫폼의 역할을 수행
도시운영	사물인터넷 기술을 기반으로 도시 각종 시설물 등에 대한 정보의 생산·연계·유통을 통해 모니터링 및 제어가 가능한 통합 운영플랫폼의 역할을 수행
도시발전	빅데이터·인공지능 등의 기술을 기반으로 축적된 정보로부터 새로운 가치를 창출할 수 있도록 분석·시뮬레이션 기능을 하는 예측 플랫폼의 역할

자료: 국토연구원

디지털 트윈 기술은 도시 내에서 질병의 발병이 언제, 어디에서, 어떠한 강도로 발생하는지 구체적인 데이터를 수집·분석함으로써 가용될 수 있는 의료 자원을 추정·할당하고 질병의 확산을 예측하는 시뮬레이션을 수행하는데 활용할 수 있다는 점에서 포스트 코로나 시대에 시사하는 바가 크다.

시사점

글로벌 시장조사기관 가트너는 2020년까지 210억 개의 센서와 엔드 포인트(End point)가 연결될 것으로 추정되며, 머지 않아 수십 억 개의 사물에 대한 디지털 트윈이 존재하게 될 것이라고 예측했다. 디지털 트윈 트렌드가 가속화됨에 따라 향후 더 많은 조직에서 디지털 트윈을 사용해 프로세스를 최적화하고 실시간으로 데이터에 기반해 의사 결정하며 서비스 및 비즈니스 모델을 설계할 수 있는 기회를 모색할 것으로 보인다.

또한 디지털 트윈 기술은 코로나19로 인해 발생되는 다양한 문제를 해결하고 각 산업 현장 내지 민간 부문에서 새롭게 발굴되는 수요를 충족시킬 수 있는 바 전문가들은 더욱 많은 기업이나 조직들이 디지털 트윈 기술을 채택할 것이라고 보고있다. 디지털 경제로의 전환과 관련된 다른 ICT 핵심기술과 마찬가지로 디지털 트윈 기술 역시 코로나19가 성장 견인차의 역할을 하는 것이다.

국내 환경에서 아직 디지털 트윈 기술은 도입초기 단계이지만 코로나19 이후 급속도로 진행되고 있는 사회·경제의 디지털화에 발맞춰 관련 기술이 급성장할 것으로 기대된다. 우리 기업들이 국내 시장 환경에 대한 높은 이해를 바탕으로 디지털 트윈 기술을 활용해 생산성을 제고하고 새로운 비즈니스 기회를 창출하는 시도를 지속한다면 코로나19로 시시각각 변화하는 혼돈의 경제 속에서도 새로운 성장 기회가 있을 것이다.

자료: Deloitte, Gartner, 한국 산업기술평가관리원, POSCO 경영연구원, 국토연구원, KOTRA 실리콘밸리 무역관 자료 종합