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기술동향 <기술동향: 스마트팩토리>혁신적 디지털 트윈과 제어 시스템의 장래 전망

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작성자 댓글 0건 조회 212회 작성일 20-08-05 15:23

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그림 1. 디지털 트윈과 그와 관련된 다양한 기반 기술 분야 


 서론

제조업의 디지털화를 선도하는 핵심 기술로 최근 주목 받고 있는 디지털 트윈은 사이버 피지컬 시스템 중 한 가지 형태이며, 디지털 데이터를 바탕으로 물리적인 제품이나 서비스를 사이버 공간 상에서 가상으로 복제하여 장래에 일어날 수 있는 다양한 일들을 예측할 수 있게 해주는 혁신적인 시뮬레이션 기술이다(그림 1).


(국연)과학기술진흥기구 연구개발전략센터에서는 일본 국내외 사회나 과학 기술 혁신의 동향 또는 관련 정책 동향에 대한 조사를 통해 국가적으로 중요한 연구 개발 과제를 찾아내고 그 과제에 대처하기 위한 전략을 제시하고 있다. 그 활동의 일환으로 최근에는 디지털 트윈을 중요한 과제로 선택하고 산관의 전문가 및 담당자들과의 논의를 거쳐 그 내용을 정리하였다(1). 본고에서는 이러한 검토 내용을 바탕으로 디지털 트윈에 대한 앞으로의 기대와 전망에 대해 이야기해보기로 한다.

 

디지털 트윈에 대한 높아진 기대

디지털 트윈에 대한 기대가 높아진 배경에는 한층 더 향상된 제품이나 서비스의 질, 새로운 가치의 제공, 인력 부족의 해결, 비용의 절감 등과 같은 요인이 있다. 또한 그 한편으로 관찰측정측정분석 등과 관련된 기술과 디바이스 혹은 그로부터 얻어지는 각종 데이터 해석 기술의 진전이라는 기술적 요인도 있다. 다양한 공간이나 기기부품에 센서가 설치되어 고도로 제어되고 네트워크화 되면서 다종다양한 정보를 실시간으로 수집할 수 있게 되었다. 이전에는 어려웠던 현상의 관찰이나 측정이 가능해지는 등의 발전도 있다. 기계 학습으로 상징되는 데이터 해석 기술의 진전도 뚜렷하다. 이러한 발전이 서로 만난 결과 이용 가능한 데이터가 질적으로도 양적으로도 확대하고 그 막대한 데이터 안에 있는 정보를 모델 개선이나 모델 파라미터의 업데이트 등에 활용하는 일이 지금까지 이상으로 가능해지면서 디지털 트윈의 실용적 기술로서의 매력이 순식간에 높아졌다고 생각된다.


디지털 트윈의 활용은 다양한 제어 시스템, 즉 다양한 제품서비스의 밸류 체인 전체에 대하여 높은 부가가치를 제공할 수 있을 것으로 기대된다. 디지털 트윈 환경을 이용함으로써 현실 세계의 상태 감시나 시뮬레이션 등이 가능하며, 그 결과를 통해 현실 세계에서 생길 앞으로의 변화를 추측할 수 있다. 이 때문에 시제품을 만들어 모의시험을 자주 실시하기 어려운 대형 기기나 서비스 시스템의 개발설계제조에서의 활용이 기대된다(그림 2). 또한 이미 운용을 시작한 제품이나 서비스 상태를 실시간으로 감시하고 상황의 변화를 순차적으로 고려한 예측을 통해 수명을 예측하거나 재해나 사고로 인한 고장이나 파괴 가능성을 예측하는 등 보수에 대한 활용에서도 기대가 크다.


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그림 2. 디지털 트윈 활용 효과가 큰 제품 분야 및 영역의 예 



해외 동향

세계적으로는 디지털 트윈과 이를 이용한 개발설계제조서비스서비스에서 시대의 변화에 따른 새로운 관점으로 과학 기술 혁신을 추진하기 위한 정책들이 전개되고 있음을 볼 수 있다. 예를 들면, 유럽연합(EU)은 유럽 규모로 실시하고 있는 연구개발이노베이션 구조 Horizon 2020(2014~ 2020)을 통해 2016‘Smart Cyber Physical Systems’라는 명칭으로 제조 자동화를 위한 사이버 피지컬 시스템() 기술을 위해 약 22억 엔을 투자했다. 독일에서는 ‘Industrie4.0’으로 대표되는 시뮬레이션 기반 기술 등의 이노베이션 진행 정책이 실시되고 있다. 영국에서는 고부가가치 제조 캐터펄트(catapult)’라 불리는 이노베이션 촉진책이 시작되었다. 또한 20173월에는 '디지털 캐터펄트(catapult)'라 불리는 이노베이션 촉진책에서 영국 정부기관인 이노베이트 UK가 중소기업에 대하여 The Digital Engineering and Test Centre (영국 러프버러 대학(Loughborough University) 내 설치된 산학연계센터)와의 공동 연구를 통한 디지털 트윈을 활용한 선진 제품 기술 테마 공모를 시작했다.

 

미국에서는 2011년 이후 국가 첨단제조 전략계획 (National Strategic Plan for Advanced Manufacturing)’선진 제조 파트너십 (AMP: Advanced Manufacturing Partnership)’ 등의 전개를 통해 선진 제조를 위한 데이터 기반을 정비해왔다. 위의 파트너십을 바탕으로 제조 현장의 이노베이션 육성과 상업화 촉진에 대처하는 산관 파트너십으로 ‘Manufacturing USA’도 추진하고 있다. 또한 2008년 이후 미국 국립과학재단(NSF)이 누계 약 300억 엔을 CPS 기술에 투자하고 있다. 이 투자 중에는 Engineering Research Centers (ERC) 프로그램도 포함된다. ERC에서는 산학 연계 프로젝트를 통해 기초 과학의 지식 획득을 활용한 시뮬레이션 모델 구축과 디지털 트윈의 활용까지 실시하고 있기도 하다.


중국은 제145개년 계획(2021~ 2025)을 세우고 2015년에 제조업 발전을 위한 정책인 중국 제조 2025’를 발표했다. 이 정책에서는 제조 공정의 스마트화(‘스마트 매뉴팩처링친환경 제조 공정’)와 이노베이션 강화에 관한 다섯 가지 모델 프로젝트가 선정되었다.




..(후략)




大平 竜也 中村 亮二 / (국연)과학기술진흥기구

본 기사는 2020년 8월호에 게재되었습니다. 

  

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본 기사는 월간지[計側技術] (일본일본공업출판주식회사 발행)로부터 번역·전재한 것입니다.

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