가상 현실 속 쌍둥이! ‘디지털 트윈’의 무한한 가능성

GS칼텍스 - 2023.03.09

디지털 대전환 시대 속 ‘디지털 트윈’의 확산

“디지털 트윈”이라는 용어. 혹시 들어보셨나요? 디지털 트윈의 정의는 “컴퓨터에 현실 속 사물의 쌍둥이를 만들고, 현실에서 발생할 수 있는 상황을 컴퓨터에 시뮬레이션 함으로써 결과를 미리 예측하는 기술”인데요. 쉽게 한 단어로 표현하자면 디지털 가상 모델 시뮬레이터라고 요약이 가능할 것 같습니다. 2010년 NASA에서 우주선의 물리 모델 시뮬레이션을 위해 사용되며 그 이름이 알려진 ‘디지털 트윈’은 코로나19 이후 전 세계 디지털 대전환 열풍과 함께 유명해진 기술입니다. 세상에 나온 지 오래되지는 않았지만 그 무한한 가능성으로 인공지능(AI), 5G 등과 함께 세상을 바꿀 제4차 산업혁명의 핵심 기술로 평가받고 있죠.

디지털 트윈은 활용 가치가 무궁무진한 기술입니다. 활용에 따라 의사결정을 위한 비용·기간을 단축시키고, 다양한 문제 상황을 예측·예방할 수 있으며, 기존 프로세스의 효율을 극대화하는 등의 다양한 장점을 가져갈 수 있죠. 디지털 트윈 시장은 그 가능성과 확장성에 힘입어 최근 가파르게 성장 중인데요. 2021년 “정보통신전략위원회”에서 발표한 내용에 따르면 디지털 트윈 글로벌 시장은 20년 3조 6천억원에서 26년 55조 4천억원까지, 연평균 57.6%의 수준으로 가파르게 성장할 것으로 전망됩니다. 특히나 한국의 디지털 트윈 시장 연평균 성장률은 70%로, 글로벌 평균에 비해 훨씬 높은 수치를 기록하고 있습니다.

이러한 흐름에 발맞춰 대한민국은 2020년 발표한 ‘한국판 뉴딜 종합계획’에서 디지털 트윈을 10대 대표과제 중 하나로 선정하였으며, 이후 2021년에는 ‘디지털 트윈’을 체계적으로 발전시키기 위한 활성화 전략을 발표하였습니다. 이 활성화 전략에는 ‘디지털 트윈’ 기술이 어떤 영역에서, 어떻게 활용될 수 있는지 자세하게 기술되어 있는데요. 그래서 이번 DX 편에서는 ‘디지털 트윈 활성화 전략’ 자료 속 다양한 디지털 트윈 사용 전략을 살펴보며 ‘디지털 트윈’ 기술의 가능성과 그 미래를 조명해 보고자 합니다.

'디지털 트윈 활성화 전략'이란?

구체적인 내용들을 들여다보기 전에 정부가 발표한 <디지털 트윈 활성화 전략>의 내용을 간단히 정리해 보겠습니다. 2021년 정부가 발표한 ‘디지털 트윈 활성화 전략’의 구체적인 추진 전략은 크게 ‘산업성장기반 조성(산업적 측면)’, ‘대규모 선도시장 창출(시장적 측면)’, ‘기술 경쟁력 강화(기술적 측면)’, ‘표준화/제도 개선(제도적 측면)’ 4가지로 구분됩니다. 이 4가지의 추진전략에 맞춰 각 분야에서 ‘디지털 트윈’이 활성화될 수 있는 전략을 나열한 것이 <디지털 트윈 활성화 전략>의 핵심적인 내용이라고 할 수 있습니다.

오늘은 이 많은 내용들 중 ‘디지털 트윈’의 활용도를 알아볼 수 있는 ’업성장기반 조성’ 그리고 ‘규모 선도시장 창출’ 2가지 카테고리에 집중하고자 합니다. ‘업성장기반 조성’에서는 트윈을 기초로 활용이 가능한 여러 전략들, ‘규모 선도시장 창출’서는 디지털 트윈이 사용될 수 있는 다양한 시장들을 살펴볼 수 있는데요. 이 두 카테고리 속 정부가 추진하는 디지털 트윈의 성장 전략들을 살펴보며 디지털 트윈의 활용성을 구체적으로 알아보도록 하겠습니다.

3D 공간정보를 활용한 디지털 교통 혁신

최근 스마트시티, 자율주행차 등 교통 관련 산업이 발달하며 공공·민간의 3차원 공간정보에 대한 수요가 급증하고 있습니다. 이에 디지털 트윈을 활용해 전 국토의 고품질 3차원 공간 정보를 구축하는 업무가 진행 중인데요. 이 3차원 공간 정보를 바탕으로 기존까지 보지 못했던 국토 교통 계획을 세우고 있습니다.

과거 국토 정보는 2차원 평면으로 구성된 단조로운 정보가 전부였습니다. 2차원 평면의 정보는 사용되는 데이터의 양은 적지만, 표현상의 한계가 있을 수밖에 없었는데요. 최근 ‘디지털 트윈’ 기술의 발달로 3차원 공간정보를 구축하고 이 데이터를 확산시키는 것이 가능해졌고, 이에 많은 변화가 생기고 있습니다. 자율주행차 상용화 촉진이 대표적인데요. 보다 풍부한 3D 지형지도 데이터를 자율주행차량과 접목해 기존에 비해 훨씬 개선된 움직임을 유도하고 효율적인 운전 코스를 학습시킬 수 있게 되었습니다.

또한 지하공간 통합지도를 구축하여 지하시설물(상·하수도, 통신 등)·구조물·지반 등의 3D 지하공간 통합지도 구축도 가능해집니다. 이 데이터를 활용한다면 지하철 노선 추가 등 지하공간을 활용하는 많은 사업들을 가상공간에서 미리 시뮬레이션함으로써 사업에 들어가는 비용과 시간 등을 예측하고, 더 효율적인 방안을 도출해낼 수 있습니다. 더해 발생할 문제를 예측하고 예방할 수도 있는 등 교통 산업에서 디지털 트윈의 활용도는 아주 높다고 말할 수 있습니다.

‘디지털 트윈’으로 이루어지는 산업 효율화 혁신

많은 산업군 중 ‘디지털 트윈’이 가장 활용성 높은 분야는 바로 제조업입니다. 제조업 분야에서 디지털 트윈을 활용해 소재·부품·장비 공정을 최적화시킨다면 극도로 높은 효율적 공장 운영이 가능한데요. 장비 성능과 안전, 공정 레이아웃, 품질관리를 포괄하는 디지털 트윈 기반 제조혁신 체계, 산업군 별로 특화형 디지털 트윈 제조 플랫폼을 구축하고 시뮬레이션을 돌리게 된다면 공장 최적화를 통해 어마어마한 비용절감이 가능해지죠.

또한 디지털 트윈을 활용하면 단순 공장 가동뿐 아니라 제품을 사전 검증할 수 있는 테스트베드를 구축할 수 있는데요. 테스트베드란 실험적인 연구, 신제품 개발 테스트를 수행하기 위한 플랫폼으로, 이를 활용해 실제 제품 생산 전 디지털 공간 안에서 시험적으로 제품을 개발하고 테스트해볼 수 있습니다. 제품개발·실험을 실제로 진행한다면 매번 들어가는 비용과 시간이 아주 높은데요. 이 디지털 트윈을 활용한다면 실 진행에 앞서 시뮬레이션을 돌려 시간과 비용 모두 줄이고 안전하게 실험 및 제품개발을 진행할 수 있습니다.

제조업 외 물류 산업에서도 디지털 트윈이 사용되는데요. 물류 데이터를 단일 시스템으로 통합하고 이를 디지털 트윈을 활용해 시각화하면 효율 개선이 가능해집니다. 또한 건설 산업의 경우에는 건물 보수 공사 및 안전진단에 시뮬레이션을 도입해 최적화된 유지 관리가 가능해지는 등의 활용도 디지털 트윈으로 가능해집니다.

모두의 안전을 강화하는 디지털 트윈

다양한 고위험 상황에서도 디지털 트윈 기술을 활용해 안전성을 강화할 수 있습니다. 수재해 피해를 최소화하기 위해 디지털 트윈이 적극적으로 활용될 예정인데요. 디지털 트윈을 활용해 댐·하천 데이터를 동기화해 홍수 예측 시뮬레이션, 예경보 시스템을 구축할 수 있게 되고, 이를 바탕으로 다양한 자연재해를 실시간 관리가 가능해집니다. 모든 상황을 가상 공간에서 미리 시뮬레이션해 봄으로써 피해를 최소화할 수 있게 되는 것이죠.

사람이 직접 확인하기 어렵고 사고 위험성이 높은 산업 현장을 위해서도 디지털 트윈이 사용되고 있습니다. 위험성이 높은 구역을 가상공간에서 모니터링 및 제어하며 발생 가능한 안전사고를 확인하고 이를 예방하는 것이 가능해집니다. 또한 생산시설 작업자 위험 감지하고 안전을 확보할 수 있는 스마트 안전펜스 기술, 로봇공정 위험구역에 설비 상태정보 최신화 등의 방법으로 작업자의 피해 사고가 지속해서 줄어들 전망입니다.

이 외에도 에너지 수송관, 펌프·탱크 등 공용설비의 진단, 다중이용시설의 안전사고 예방, 지하공동구 안전관리 등 다양한 위험 사업 구역에서 디지털 트윈이 활용되며 안전성을 증가시키고 있습니다.

디지털 트윈과 함께하는 탄소중립 사회 전환

탄소중립에도 디지털 트윈이 빠질 수 없습니다. 풍력 발전기 생산성 향상을 위해서도 디지털 트윈이 활용되고 있습니다. 지형, 바람 등의 데이터를 쌓고, 디지털 트윈의 가상공간 시뮬레이션을 바탕으로 부지를 선정하여 효율적인 풍력단지를 조성할 수 있는데요. 이후 발전기 실시간 분석을 통해 적정 회전과 발전량을 예측하고 고장예측 및 유지보수 등의 가동도 디지털 트윈을 활용해 최적화시킬 수 있습니다.

탄소중립을 이루기 위해 무엇보다 시급한 것 중 하나는 바로 건물 에너지 사용 효율화인데요. 건물 운영 시 배출되는 이산화탄소량은 전체 배출량의 약 28%로 상당히 큰 비중을 차지하고 있습니다. 디지털 트윈 기술을 활용하면 건물 운영에 사용되는 실시간 전력 데이터를 바탕으로 최적 시뮬레이션을 돌리는 것이 가능해집니다. 이 시뮬레이션을 통해 에너지를 효율화시켜 탄소 발생량도 줄이고, 배출량을 분석해 탄소중립을 위한 전략을 수립하는 등으로 활용이 가능합니다.

또한 교통·운송 부문에서도 디지털 트윈을 활용하면 탄소 배출량을 줄일 수 있습니다. 교통 데이터 연계로 디지털 트윈을 구축하면 실시간 도로 정보를 확인할 수 있게 되고, 이를 활용해 도심지의 교통 혼잡도를 개선해 탄소배출을 최소화할 수 있습니다. 실시간 도로 데이터를 가변 신호등에 반영하거나 구간별 탄소배출량 분석 정보를 활용 교통 개선 병행하는 등의 방법을 통해 교통 편의성도 증대시키면서 탄소 중립에도 기여가 가능합니다.

‘디지털 트윈’과 함께 변화하는 GS칼텍스

위 서술한 내용 외에도 수없이 다양한 산업·분야에서 ‘디지털 트윈’은 활용이 가능하며, 이 기술이 가지는 가치는 그 활용도에 따라 무궁무진하다고 할 수 있습니다.

GS칼텍스 또한 이 디지털 트윈을 적극적으로 활용하여 제조 효율을 극도로 끌어올리고 그 무한한 가능성을 확장하고 있는데요. 우선 전라남도 여수 공장을 사이버 공간에 완벽하게 구현해낸 GS칼텍스는 가상 공간을 활용해 공정을 실시간 모니터링하고 있습니다. 또한 디지털 트윈에서 다양한 상황을 가상 시뮬레이션하여 최적의 공장 운영 해법을 찾고 실제 공장에 적용하고 있습니다.

실제로 GS칼텍스는 3D 모델을 통해 설비의 모든 데이터를 쉽게 찾을 수 있는 시스템을 제3고도화시설(VRHCR) 공정에 적용하였는데요. 이 덕분에 데이터 찾는 시간을 이전보다 30%가량 감소시켰고, 작업을 3D 모델로 확인해 소요 시간을 70% 감소시켰습니다.

게다가 여수공장 내 운전 교육 시뮬레이터(Operation Training Simulator)와 실시간 공정 최적화(Real Time Optimizer)를 통해 운전원의 운전 역량과 생산성을 향상시켜 실질적으로 임직원들의 업무 효율을 증대시키고 있습니다.

거기에 더해 GS칼텍스는 2030년을 목표로 통합관제센터를 구축하고 있는데요. 이 통합관제센터는 공장 내 약 30만개 이상의 설비들을 통합하여 확인하고 실시간으로 모니터링이 가능하게 만드는 공장의 커맨드 센터(Command center)라고 할 수 있습니다. 통합관제센터가 구축된다면 각 공정의 단계별 손실을 최소화하고 문제 발생 시 공정 전체를 아우르는 즉각적인 대응이 가능할 것으로 기대하고 있습니다.

앞으로도 GS칼텍스는 전사적인 DX 활동을 통해 급변하는 미래 환경에 효율적으로 빠르게 대응하고 기업의 경쟁력을 높일 수 있도록 지속해서 노력하겠습니다.

GS칼텍스의 DX 여정과 변화하는 DX 글로벌 환경은 아래 ‘함께 보면 좋은 글’에서 더 자세히 살펴보실 수 있습니다.