디지털 트윈
Digital Twin
디지털 트윈이란?
- 현실을 디지털로 똑같이 복제
- 가상에서 시뮬레이션·예측
- 제조·건설·에너지에 활용
디지털 트윈이 실제로 바꾸는 것은 의사결정의 순서입니다. 그동안 공장에서는 '일단 한 번 돌려보고' 결과를 봤습니다. 라인 속도를 5% 올릴지, 금형 온도를 2도 낮출지 정하려면 실물 라인을 세우고 조건을 바꿔 시험 생산을 해야 했고, 그 한 번에 반나절과 불량 수백 개가 들어갔습니다. 트윈이 들어오면 시험의 대부분이 현실보다 먼저 가상에서 일어납니다. 30년 경력 반장의 감과 본사 엔지니어의 계산이 부딪칠 때, 누가 옳은지를 실물 손실 없이 가려냅니다.
현장에서 트윈이라 불리는 것들은 실은 세 등급으로 갈립니다. 도면을 3D로 옮겨놓기만 한 것은 디지털 모델, 센서 값이 가상 모델로 한 방향만 올라오면 디지털 섀도, 가상에서 계산한 결과가 다시 현실 설비의 설정값을 바꾸는 단계가 양방향 연결, 즉 본래 의미의 디지털 트윈입니다. 갱신 주기도 용도가 가릅니다. 공정 제어용은 초 단위, 예지보전용은 분·시간 단위, 건물이나 도시 계획용은 하루·일주일 단위로도 충분합니다. 용도보다 주기를 짧게 잡으면 통신비와 저장 비용만 불어납니다.
기존 시뮬레이션과의 경계도 분명히 해두는 게 좋습니다. 시뮬레이션은 사람이 넣은 가정 위에서 돌지만, 트윈은 어제 그 설비에서 나온 실제 데이터로 가정을 계속 갱신합니다. 그래서 도입 조건이 까다롭습니다. 센서가 붙어 있어야 하고, 데이터가 최소 반년 이상 쌓여 있어야 하며, 무엇보다 모델이 현실과 얼마나 맞는지 대조하는 보정 작업이 필요합니다. 센서 두세 개로 설비 한 대만 맞춰보는 편이 전 라인을 한꺼번에 뜨는 것보다 빠릅니다.
가장 흔한 사고는 3D 시각화를 트윈으로 착각하는 것입니다. 회의실 모니터에 공장이 빙글빙글 도는 화면을 띄워놓고 수억 원을 썼는데, 그 모델이 실제 설비 상태와 대조·보정된 적이 한 번도 없는 경우가 많습니다. 예측이 두세 번 빗나가면 현장은 곧바로 화면을 꺼버리고, 다음 투자 품의는 통과되지 않습니다. 센서 결선이 바뀌었는데 모델은 그대로인 채 몇 달을 도는 일도 흔합니다. 트윈은 만든 날이 아니라 유지되는 동안만 트윈이며, 모델을 현실에 맞춰 계속 손보는 담당자가 없으면 값비싼 3D 그림으로 남습니다.
NASA의 우주선 시뮬레이션 등에서 개념이 발전했으며, IoT·센서 기술의 확산으로 산업 전반에 적용됐습니다.
가상의 사례로 살펴보겠습니다. 임직원 320명, 연매출 1,800억 원대의 자동차 부품 사출 업체 A사는 사출기 42대를 3교대로 돌립니다. 지난해 계획에 없던 설비 정지가 월평균 62시간이었고, 그중 절반이 금형 온도 이상에서 비롯된 불량 정지였습니다. 생산기술팀이 6개월 과제로 사출기 트윈을 붙여보기로 했습니다.
- 생산기술팀 김 과장은 42대 전부 대신 불량이 가장 잦은 3호기 한 대만 골랐습니다. 금형 온도·사출 압력·사이클 타임 등 센서 7개를 달아 2초 간격으로 데이터를 올렸습니다.
- 지난 8개월 생산 이력을 먹여 가상 사출기를 돌렸더니 실제 불량률과 3.1%p가 어긋났습니다. 그 3.1%p를 메우는 보정에만 6주를 썼고, 그 뒤에야 예측을 믿기 시작했습니다.
- 설비보전 강 반장은 처음엔 '화면이 뭘 알아'라며 시큰둥했습니다. 그런데 트윈이 짚은 유압 호스 균열이 사흘 뒤 실제로 터지자, 아침마다 예측 목록부터 열어보게 됐습니다.
- 여름철 냉각수 온도를 2도 낮추는 조건을 가상에서 40회 돌려본 뒤 공장장 결재를 받아 3호기에만 적용했습니다. 실물 시험 생산을 건너뛰어 시험 손실 900여 개를 아꼈습니다.
- 6개월 뒤 3호기의 비계획 정지는 월 14시간에서 5시간으로, 불량률은 4.2%에서 2.6%로 내려갔습니다. A사는 같은 방식을 동일 기종 11대로 넓히는 2차 과제를 승인했습니다.