IT Insight

물리적 세계와 디지털 세계의 통합, Digital Twin

2018.11.13 09:30

스마트시티는 한글로 풀면 지능형 도시라고 해석할 수 있습니다. 지능형 도시란 무엇이며 지능을 가진 똑똑한 도시는 어떻게 진화하고 있을까요? 이번 편에서는 지능형 도시 구현을 위해서 4차 산업혁명의 핵심 기술인 인공지능이 적용되고 있는 사례들을 살펴보고 똑똑한 미래 도시의 진화 방향을 살펴보도록 하겠습니다.


영화 아이언맨을 보신 분들이라면 다들 기억하실 장면이 있을 겁니다. 주인공 토니 스타크가 허공에 띄워진 아이언맨 슈트의 홀로그램 형상을 이리저리 살펴보는 장면입니다. 이 장면이 바로 디지털 트윈의 개념을 가상 쉽게 설명하고 있는 장면입니다. 토니 스타크는 자신에게 맞는 슈트 수십 개를 제작합니다. 그러기 위해 1 대 1 대응하는 각각의 가상 모델을 제작하여 얼마나 자신에게 잘 맞는지 테스트를 해보고 제작을 합니다.


이처럼 디지털 트윈(Digital Twin)이란 현실 세계에 존재하는 사물, 시스템, 환경 등을 가상 공간에 동일하게 구현함으로써 가치를 제공하는 기술을 말합니다. 여기서 ‘동일하게 구현한다’라는 의미는 단순하게 형상을 똑같이 만드는 것이 아니라, 그 움직임조차 똑같이 만드는 것을 의미합니다. 이렇게 만들어진 트윈 모델은 모니터링, 운영, 최적화 등 다양한 방향으로 활용할 수 있습니다.



디지털 트윈이 완전히 새로운 개념은 아닙니다. 이미 CAD나 각종 시뮬레이션 역시 일종의 디지털 트윈이었고, 주로 항공과 우주, 국방산업에서 주로 활용되어왔습니다. 이후 지속적인 발전을 거듭하며 IoT라는 개념의 등장과 컴퓨팅 파워의 증대, 그리고 최근에 인공지능, XR 기술 등과 융합되어 제조 산업을 중심으로 급격히 고도화되고 있습니다.


실제로 많은 기업들이 이러한 디지털 트윈을 자사의 비즈니스에 적용하기 위해 적극 검토를 해오고 있으며, 가트너도 2018년에 이어 올해까지 10대 전략 기술 중 하나로 디지털 트윈을 선정했습니다.


l 디지털 트윈의 진화 

(출처: The Digital Twin in Oil & Gas: Simulation to Operations, Schneider Electric, 2017)


 디지털 트윈의 구현 단계와 주요 기술


실제와 동일하게 움직임을 구현하기 위해서는 과연 무엇이 필요할까요? 바로 다양한 데이터들입니다. 트윈 모델이 만들어지고 여기에 정적인 데이터들이 저장되어 모델 하나에 대한 속성 정보들이 정리가 되고 나면, 실제 운영하는 동안 발생하는 센싱 데이터들이 반영되어야 합니다. 또한, 움직임을 반영하기 위해 물리적인 로직이 반영되어야 합니다.


쉽게 말하면, 자동차를 가상 공간에 구성하고, 여기에 자동차의 특성들을 입력을 합니다. 그리곤 자동차가 실제 공간에서 주행하는 것처럼 가상공간에서도 움직임을 구현합니다. 여기에 실시간으로 센싱되는 데이터들을 받아 차량의 위치를 변경하고, 시간의 흐름에 따라 차량의 노후화 정도를 예측하는 것이 바로 디지털 트윈이라고 말할 수 있습니다.


여기서 자동차를 가상 공간에 구성하고 특성만 입력해도 디지털 트윈을 구현하였다고 말할 수 있습니다. 디지털 트윈은 구현 범위와 정도에 따라 그 수준이 달라지기 때문입니다.


l 디지털 트윈의 구현 레벨 

(출처: Gartner, Use the IoT Platform Reference Model to Plan Your IoT Business Solutions, ’16.09.17)


위 그림과 같이 트윈 모델에 속성 정보를 입력하여 3D 시각화만 하거나 여기에 속성 정보 변경 등을 통한 사전 시뮬레이션까지 포함되면 ‘구현 레벨 1’이라 할 수 있습니다. IoT 플랫폼을 통해 실시간 센싱 데이터를 받으며, 동시에 현실 세계에 있는 실제 사물이나 시스템들과 1 대 1 매칭이 되고 모니터링이 되면 레벨 2를 구현했다고 할 수 있습니다.


최종적으로 레벨 3의 수준은, 운영 중인 모델을 기반으로 예측 및 분석하면서 시뮬레이션을 해보고, 이를 기반으로 실제 사물을 제어하는 영역까지 구현하게 되는 것을 의미합니다. 이를 구현하기 위해서 3D 모델링 구축•갱신 기술, 분석 기술, 가시화•운용 기술, 현실과 가상을 연계하는 연결 기술, 그리고 보안 기술이 필요로 됩니다.


l 디지털 트윈에 필요한 기술 

(출처: 국토연구원, 4차 산업혁명을 견인하는 ‘디지털 트윈 공간(DTS)’ 구축 전략, 18.04.23)


 스마트시티와 디지털 트윈


디지털 트윈은 항공 우주, 국방 산업에서 시작하여 제조 영역으로 점차 영역을 확장했으며, 현재는 에너지, 시티, 교통, 물류, 유통 등 다양한 산업으로 적용되고 있습니다. 제조 영역에서는 GE의 항공기 엔진 예지 보전 사례가 가장 대표적인 예라고 할 수 있습니다.


GE의 항공기 엔진 예지 보전의 사례는 항공기 엔진 내부의 피해 상태를 효율적으로 추적 관리한 사례입니다. 항공기가 지상에 도착할 때마다 데이터를 수집하고, 엔진 블레이드의 위험도 분석 및 피해 상태를 판단한 뒤 기존 부품 교체주기와 비교하여 관리 방안을 선정함으로써 문제가 발생하기 전에 정비를 받도록 조언하도록 하여 효율성, 안전성 개선은 물론 유지 보수 비용 절감에도 기여를 하였습니다. 그렇다면 스마트시티에서는 어떠한 사례들이 있을 수 있을까요?


앞서 기고되었던 스마트시티 내용의 분산 에너지, 버추얼 싱가포르(Virtual Singapore) 사례, 그린 빌딩, 드론 서비스, 물류 로봇, 자율주행 차량 등이 디지털 트윈의 사례라 할 수 있습니다.


버추얼 싱가포르의 사례를 보면 도시 전체를 가상화하고 이를 기반으로 다양한 예측 시뮬레이션을 진행합니다. 또한, 단순히 정부 입장에서만 이를 활용하는 것이 아니라, 시민, 기업, 연구기관이 모두 참여하고 활용하여 도시 계획 및 운영 등에서도 활용하고 있습니다.


l 버추얼 싱가포르 사례


또 다른 사례로는 영국의 VU.CITY가 있습니다. 도시 개발을 하는 회사와 3D 콘텐츠 제작 전문 기업이 같이 만든 솔루션으로 가상 도시 모델을 만들어서 정부 입장에서는 도시 운영을 효율화하고 시민에게는 다양한 데이터를 덧입히어 시민 체감형 서비스를 제공하고 있습니다.


건물 건설 시 변경되는 도시의 스카이라인을 사전에 보여주어 도시 경관 변화를 시민들이 보행자 레벨에서 체감할 수 있도록 하고, SNS를 비롯한 교통, 날씨, 환경 정보, 뉴스 정보 등 실시간 데이터까지 연동하여 인터랙티브한 모델을 구축하였습니다.


l VU.CITY London 사례


스마트시티에서의 디지털 트윈은 아직 누구도 해보지 않을 미지의 영역입니다. 하지만, 제조 영역을 비롯한 다른 산업에서 보여줬던 디지털 트윈의 적용 모습을 기반으로 상상해본다면 정부, 기업, 연구 기관, 시민 모두의 사회적 참여 기회 확대에 기여하고, 사회적으로 발생할 수 있는 다양한 문제를 진단하여 해결 방안을 모색하며, 실시간 데이터를 이용하여 상황을 모니터링하고 문제 발생 시 즉각 대응할 수 있을 것으로 기대됩니다.


우리가 아이언맨 영화에서 보았던 토니 스타크가 홀로그램을 통해 슈트를 설계하는 모습을 실제로 볼 날이 어쩌면 먼 미래가 아닐지도 모릅니다.


글 l LG CNS 엔트루컨설팅 스마트엔지니어링그룹

 

 

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Posted by IT로 만드는 새로운 미래를 열어갑니다 LG CNS
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