디지털 트윈이란? (개념, 특징, 국내동향, 요소기술, 사례 등)

디지털 트윈에 대해서 조사하고 연구해서 정리한 자료입니다.

유용하게 쓰셨으면 좋겠습니다.

 

디지털트윈이란?

영화 '아바타'에서 인간은 토착민인 나비족의 아바타를 만들어 활약한다. 자신의 DNA를 주입해 만든 아바타에 뇌파로 접속해 들어가 움직임이나 감정까지 완벽하게 동기화한다.이처럼 현실 세계에 존재하는 물리적인 요소들의 정보를 가상세계에 동일하게 구현하는 기술을 디지털트윈이라고 한다.

 

디지털 트윈 VS 메타버스

 

메타버스	디지털 트윈
가상 세계	거울 세계 (현실 = 가상)
현실의 특징을 모방한 수준	현실을 있는 그대로 반영
현실과 가상을 연결, 감각 경험 확장이 중요	현실에서 해결하기 어려운 문제를 디지털 세계에서 시뮬레이션
필수요소 ‘연결＇	필수요소 ‘동기화’

디지털 트윈의 특징

1.디지털 모델로 물리적 세계의 자산을 표현한다

2.단순한 데이터 모델이 되지 않고, 반드시 관련된 상호작용을 포함해야 한다.

3.실제 환경과 똑같이 보이고 똑같이 느껴져야 한다.

4.다양한 충실도로 모델을 시뮬레이션 한다.

 

국내 동향

네이버는 서울시와 협업해 어라이크(네이버 디지털 트윈 솔루션)를 활용한 강남 지역 고정밀지도를 제작하는 데 성공했다. 이를 발판 삼아 일본 대도시 고정밀지도 제작에도 착수한다. 

현대차도 국내 디지털트윈 시장 규모를 확대하는 데 일조한다. 최근 CES에서 현대차는 실시간 3D 콘텐츠 개발·운영 플랫폼 업체인 유니티와 손잡았다고 발표했다.

올해 말 완공 예정인 ＇현대차그룹 싱가포르 글로벌 혁신센터(HMGICS)＇ 내에 스마트팩토리를 짓는 동시에 글로벌 최고 수준의 가상공장을 설계, 국내에서도 손쉽게 해외 생산 라인을 조종할 계획이다. 

 

디지털 트윈 요소 기술 

디지털 트윈은 특정 기술이라기보단 여러 요소 기술들을 종합해서 만든 응용서비스 개념 

 

요소기술	내용
증강현실/혼합현실	실제 물리적 환경과 함께 가상환경의 디지털 트윈 인식 지원
인공지능	새로운 데이터로부터 학습을 촉진하고 예측 모델을 지속적으로 개선
빅데이터	패턴 유추 및 유용한 정보 발굴을 위한 양적 데이터 제공
IOT	물리적 객체의 실시간 데이터 수집과 물리 – 가상 객체 간 양방향 전송 촉진
클라우드	센서 및 플랫폼으로부터 오는 데이터를 담아 유연성, 확장성 지원
5세대 통신	실시간 정보 전송 능력으로 디지털트윈의 반응성 향상
모델링	제품, 공정 시스템 등의 현상을 가상공간에 구현

디지털 트윈 기술 구성 소프트웨어 

구성 소프트웨어	내용
수집/전달/저장/처리	현실의 객체 운용에서 발생/관찰되는 의미 있는 데이터
모델링 및 튜닝	해당 객체에 대한 진화/변경 가능한 디지털 모델
런타임 엔진 및 연동	디지털 모델들의 실행/시뮬레이션 환경
응용	응용 목적에 따른 진단/분석/예측 결과 산출 응용 모듈
결정/제어	진단/분석/예측 결과의 현실 반영을 위한 제어 정보
그래픽스	3D 객체 설계 및 운용/결과 시각화를 위한 그래픽스 모듈

디지털 트윈 성숙도 모델

디지털 트윈을 구성하는 모델은 성숙도 별로 구별할 수 있다.
디지털 트윈의 실현 수준이 어느 정도인지 이해하기 위한 평가 도구로 이를 기반으로 높은 수준을 향한 개선 계획을 수립할 수 있다.

가트너가 제시한 3단계 성숙도 모델.

특성에 따라 포스코 경영연구원에서는 관제 모델, 운영모델, 최적화 모델 세가지 형태로 활용될 수 있다고 제시함

 

디지털 트윈 솔루션 - 유니티

- 다양한 3D 포맷 지원, Autodesk, Dessault 등의 파일을 플러그인을 통해 경량화하여 임포트

- 개발 자유도가 큼, 유연한 인터페이스 제공

- 물리 엔진 기반의 실사 수준 환경 제작 (광원, 사물의 충돌 등 물리법칙 반영)

- 유니티 머신러닝 에이전트, 제작한 환경에 심층강화학습 등의 지능형 에이전트 훈련 환경으로 전환 가능

- 멀티플랫폼 지원/ 저렴한 가격

- 하나의 파일로 25개 이상의 플랫폼 빌드 : 모바일, 데스크탑, 콘솔, TV, AR,VR , 웹 등

- 라이선스 비용 없음 (개발자만 $125/월 비용 청구)

- 구매한 Asset을 활용하여 개발/판매 시 추가 라이선스 비용 없음

 

디지털 트윈 솔루션 – 유니티 활용 사례

현대차 & 유니티 메타버스 기반 디지털 가상 공장 구축

유니티 - 메타팩토리 설계, 이미지 렌더링, 맞춤형 시스템 지원

메타팩토리가 구축되면 현대차는 실제 공장을 가동하지 않아도 가상 공간에서 최적화된 공장 가동률을 산정할 수 있음.

공장에 문제가 생겨도 신속한 원인 파악이 가능하고 직접 방문하지 않아도 원격으로 실시간 해결까지 할 수 있다.

 

디지털 트윈 솔루션2 - Azure

-IoT, AI, Cloud에 특화된 기술 Azure IoT Hub, Azure Stream Analytics, Azure Function, Azure ML

-Digital Twins 활용 신속한 구축

-Azure Digital Twins 활용 Data Model 구축

-유연한 모델로 확장성 제고

-강력한 MS Partner Network

-비용 (사용한 만큼 지불)

디지털 트윈 솔루션2 – Azure 활용 사례

두산중공업 - 풍력발전 효율, 고장 예측

신재생에너지 발전효율을 높이기 위해 MS의 애저 디지털 트윈과 벤틀리시스템즈의 아이트윈(iTwin)솔루션 적용
아이트윈 3D 모델을 결합해 발전 성능을 모니터링할 수 있는 ‘퍼포먼스치독’과 전력예측솔루션 ‘파워프리딕션＇을 구현
퍼포먼스와치독은 IoT센서로 날씨, 제어, 운영 데이터를 수집해 머신러닝 기반으로 발전량을 에측한다
파워프리딕션은 기상데이터 기반으로 발전량 예측과 운영계획 개선을 돕는다.

 

디지털 트윈 솔루션3 - 엔비디아 옴니버스

•유니티, 어도비 등 그래픽 제작도구와 협력해 3D 공간 구성

•82개 가상 세계 구현 툴, 물리엔진을 통합해서 지원함

•옴니버스 클라우드를 통한 원격 협업 가능 

•디자이너들의 원격 협업 공간, AI 로봇 학습의 훈련장, 거대한 공장을 만들어 가동할 수 있는 산업용 시뮬레이션 플랫폼

•크리에이터 및 개발자 용은 무료

•Omniverse Enterprise 최저가는 1년에 $9000(크리에이터 수 2명, 검토자 10명, Nucleus 구독 4건), 30일 무료 체험판 이용 가능

 

디지털 트윈 솔루션3 - 엔비디아 옴니버스 활용 사례

BMW - 메타팩토리

BMW는 엔비디아의 옴니버스를 활용하여 디지털 트윈 공장을 만듦

자동차 공장 전체를 가상으로 만들고, 새 모델의 출시에 맞춰 생산 라인을 조정하는 과정을 옴니버스를 통해 가상공간에서 진행

엔비디아의 디지털 휴먼 시뮬레이션으로 작업자의 워크플로를 조정, 아이작 로봇 플랫폼으로 지능형 로봇의 배치와 훈련을 가상 진행

 

디지털 트윈 장점 및 단점

장점	단점
품질 향상	필요 이상의 복잡성
운영 비용 절감	구현, 운영 비용
개발 비용 절감 및 기간 단축	다양한 대상의 통합
품질 보증 비용 절감 및 서비스 향상	대량의 정보 보안
기록의 보존/연속성	개인/조직 정보 노출

 

디지털 트윈 향후 전망

 

디지털트윈은 메타버스보다 더 실용적인 기술로 인정받고 있다.

해외에선 디지털트윈 연구가 지난 2017년부터 본격화됐고, 글로벌 디지털트윈 관련 시장은 2020년 기준 3조5000억원 규모로 형성돼 있고, 2026년에는 54조원으로 성장할 전망이다.