디지털 트윈으로 실현하는 제조 혁신 

​ 디지털 트윈(Digital Twin)은 4차 산업혁명의 핵심 기술 중 하나로, 물리적 세계와 디지털 세계를 융합하는 중요한 역할을 수행합니다. 본 보고서는 소스에 기반하여 디지털 트윈의 개념과 구성 요소, 그리고 주요 적용 사례를 심층적으로 분석합니다

1. 디지털 트윈(Digital Twin)의 정의 

디지털 트윈은 물리적 실체(Physical Object)를 가상 환경에 그대로 복제하여 만든 디지털 객체(Digital Object)를 의미합니다. 이는 단순한 3D 모델을 넘어, 실제 객체의 상태, 행동, 속성 등을 반영하고 상호 작용할 수 있는 동적인 가상 모델입니다. 즉, 디지털 트윈은 물리적 실체와 디지털 객체 간 양방향 자동화된 데이터 연동 및 상호작용을 전제로 합니다. 

디지털 트윈 분야의 선도적 연구자인 Werner Kritzinger는 데이터 통합 수준에 따라 세가지로 구분된 개념을 제시하였습니다. 

① 물리적 실체를 가상화한 디지털 모델, ② 실시간 모니터링 데이터를 통해 시뮬레이션이 가능한 디지털 쉐도우, ③ 물리적 실체와 디지털 객체 간 자동화된 데이터 연동과 실시간 예측/대응이 가능한 디지털 트윈입니다. 

2. 디지털 트윈의 구성 요소와 매커니즘

디지털 트윈은 물리적 객체에서 데이터 수집(Data Collection) 을 수행하여 이를 기반으로 정보(Information) 및 의사결정(Decisions)을 지원하는 구조를 가집니다. 이러한 디지털 트윈을 구현하기 위한 기본적인 구성 요소로는 ①IT/OT 데이터, ②디지털 모델링, ③디지털 트윈 통합 플랫폼, ④시뮬레이션, ⑤AI기반 분석/최적화가 있습니다. 

이 시스템은 물리적 세계와 디지털 세계를 실시간 양방향으로 연결하여, 현실에서 발생하는 변화와 데이터 가상 모델에 즉시 반영하고, 가상 시뮬레이션과 분석을 통해 도출된 최적 결과를 다시 현실 제조 운영 현장에 적용하는 순환구조(Feedback loop)를 형성합니다.

물리적 세계와 디지털 세계가 순환하는 진정한 의미의 디지털 트윈을 구축하기 위해 필요한 핵심 개념은 ‘디지털 스레드(Digital Thread)’ 입니다. 디지털 스레드는 제품과 시스템의 전체 생애주기 동안 생성되는 모든 데이터를 디지털로 연결하고 통합하는 프레임워크 입니다. 

디지털 트윈이 ‘현재’를 실시간으로 복제하는 개념이라면, 디지털 스레드는 ‘과거부터 현재까지’의 모든 공정 데이터와 기록을 연결하고 최적화 수행의 기반을 제공합니다. 궁극적으로 디지털 트윈은 이러한 디지털 스레드가 제대로 구축된 환경에서만 본래의 가치를 실현할 수 있습니다. 

3. 디지털 트윈 성숙도 모델 

TTA(한국정보통신기술협회)는 2021년 ‘디지털 트윈 기능 성숙도 모델’을 통해 디지털 트윈의 발전 단계를 5단계로 정의하였습니다. 발전 단계가 높아질수록 생산성 향상, 비용 절감, 품질 향상, 리스크 관리 등 다양한 측면에서 비즈니스 가치가 크게 확대됨을 시사합니다. 

4. 주요 산업에서의 디지털 트윈 활용

디지털 트윈은 전자 제조(LG전자, TSMC), 자동차(현대차), 배터리(CATL) 등 다양한 산업 분야에서 이미 활발하게 적용되고 있습니다. 항만 운영 분야에서는 화웨이가 텐진항에 5G, 자율 수송 장비, 디지털 트윈을 결합한 지능형 수평 운송 시스템을 구축하여 스마트 항만으로 전환한 바 있습니다. 

5. 디지털 트윈 구축을 위한 준비

디지털 트윈은 단순한 기술 도입을 넘어서, 조직 내 데이터 관리체계, 인프라 구축, 프로세스 혁신이 동시에 이루어져야하는 복합적인 과제입니다. 실질적인 디지털 트윈 도입을 위해서는 기업의 디지털 트윈 구축 준비도를 우선적으로 파악하고, 주요 Value stream의 데이터 흐름, 비효율 및 병목 요인을 식별해야합니다. 또한 운영 최적화, 품질 향상, 지속가능 경영, 비즈니스 혁신 등 기업 핵심 가치와 연게된 목표를 도출하며, 적용 범위, 예산, 주요 KPI등 실행 계획을 체계적으로 수립해야합니다. 특히, 단기적 성과에만 집중하기보다는 설비, 라인, 공장 등 단계별 구현 범위를 명확히 정의해 지속 가능한 로드맵을 마련하는 것이 중요합니다.

디지털 트윈은 스마트 팩토리의 성공을 좌우하는 핵심 도구로, 앞으로의 제조업 혁신 방향에서도 그 중요성이 더욱 커질 것으로 예상됩니다. 물론 많은 기업들이 기대만큼 실질적인 성과를 내지 못하는 사례도 많습니다. 하지만 명확한 목표와 목표에 부합하는 정보 설계, 디지털 트윈의 기반이 될 최적화된 솔루션 및 기술, 그리고 한화시스템과 같은 전문적인 파트너가 함께 한다면 성공적인 디지털 트윈 실현이 가능할 것입니다.