포스트 코로나 시대, 4차 산업혁명은 어디로? ② 디지털 트윈

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

- 향후 더 많은 조직에서 디지털 트윈을 사용하여 프로세스를 최적화하고 실시간으로 데이터에 기반하여 의사 결정하며 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 접목하여 생산성을 제고할 것으로 예상된다. 그로 인하여 사물인터넷을 통하여 수집된 빅데이터를 이용하여 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 있는바 포스트 코로나 시대 디지털 트윈의 역할에 대하여 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 기록되어 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 있는바, 정리해보면 디지털 트윈이란 물리적 객체(자산, 프로세스, 시스템, 생태계 등)들에 대한 디지털 복제(쌍둥이)로서, 수명주기 전체에 걸쳐 대상 객체 요소들의 속성/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 이루어지는 4차 산업혁명시대에는 모든 사물이 데이터화 되면서 가상세계와 현실세계가 연결되는바, 글로벌 기업들은 시장 선점을 위해 점차적으로 사물인터넷(IoT) 플랫폼과 클라우드 기술에 기반한 디지털 트윈을 신 산업을 발굴하고 내부 자원을 효율적으로 활용하는데 적용하고 있다.

디지털 트윈 시장규모와 전망

글로벌 리서치 기관인 가트너는 2017년부터 2019년까지 3년 연속으로 디지털 트윈을 그해의 ‘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 2022 년까지 IoT 플랫폼 공급 업체의 40 %가 시뮬레이션 플랫폼, 시스템 및 기능을 통합하여 디지털 트윈을 이용할 것이며, 70 %의 제조업체가 이 기술을 사용하여 프로세스 시뮬레이션 및 시나리오 평가를 수행할 것으로 예상하고 있다. 한편 시장조사기관인 마켓앤마켓은 전세계 디지털 트윈 시장은 2019년 38억 달러 규모에서 연평균성장률 37.87%의 높은 성장세를 보이며 2025년에는 358억 달러 규모에 이를 것으로 전망하였다. 디지털 트윈 시장의 성장 요인은 다음과 같다.

디지털 트윈 시장 성장 요인

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

포스트 코로나 시대 디지털 트윈의 역할

디지털 트윈을 사용하면 실제의 여러 환경의 조건을 분석하고 시뮬레이션하여 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 세가지 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 기대되어 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