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 [애플경제 김향자 기자]날로 대중화되고 있는 디지털 트윈의 본질은 어떤 것일까. 여러 가지 개념 정의가 있을 수 있지만, ‘생성’에서 ‘분석’, ‘실행’에 이르는 5단계 절차가 핵심이라는 ‘딜로이트’의 분석적 개념이 특히 설득력을 얻고 있다. 또 IoT나 메타버스, 심지어 디지털 트랜스포메이션과도 확연히 구분되는 개념이다. 이는 디지털 트윈을 구현하는 기본적인 인식으로 자리잡고 있다.

딜로이트 정의에 따르면 디지털 트윈은 가상세계에 실제 사물의 물리적 특징을 동일하게 반영한 쌍둥이(Twin)를 3D 모델로 구현하는 것이다. 이를 실제 사물과 실시간으로 동기화한 시뮬레이션을 거쳐 관제ㆍ분석ㆍ예측 등 해당 사물에 대한 현실 의사결정에 활용하는 기술이다.

이에 따르면, 디지털 트윈은 가상의 세계에 현실을 반영한 모델을 구현하여 데이터를 ‘생성→전송→취합→분석→이해→실행’하는 등의 절차로 실제 세계와 가상의 세계를 실시간으로 통합하는 것이 핵심이다.

즉, ‘생성’은 분석을 위해 사용되는 물리적 공정 성능 및 주변 환경ㆍ외부데이터의 중요한 입력 값을 측정하는 센서를 설치하는 것이다. ‘전송’은 물리적 세계와 디지털 플랫폼 간의 완벽한 실시간 양방향 통합과 연결을 지원하는 것이다.

‘취합’은 데이터 보관소에 데이터를 이관, 분석을 위해 준비하는 과정이다. ‘분석’은 실시간 통합된 데이터를 통해 알고리즘 기반의 시뮬레이션과 시각화 루틴을 통해 데이터를 분석하는 것이다.

‘이해’는 대시보드와 시각화를 통해 통찰력을 제시하고, 물리적 세계와 디지털 세계의 오차를 조명해주어 추가적인 조사와 변화가 필요한 영역을 확인하는 절차다. 마지막으로 ‘실행’은 작동장치를 통해 물리적 세계의 공정으로 피드백하거나, 적용하며 디지털 트윈의 영향력을 실현하는 것이다.

메타버스, IoT 기반 DTO와의 차이

디지털 트윈은 현실에서의 상호작용을 가상공간에 구현한 메타버스와도 다르다. 메타버스의 핵심은 ‘플랫폼 이용자에 대한 가상세계 속 새롭고 다양한 경제ㆍ사회ㆍ문화적 경험 제공’인데 비해, 디지털 트윈의 핵심은 ‘실제와 동일한 가상모델 기반의 실험을 통해 현실의 최적화된 의사결정을 지원’하는 것이다.

또한 시장분석기관 IRS글로벌은 “디지털 트윈은 또 공정이나 ‘조직의 디지털 트윈’(DTO: Digital Twin of an Organization)을 실현하는 IoT 보다 앞서가는 혁신적인 특징을 가지고 있다”면서 “DTO는 동적 소프트웨어ㆍ모델로서, 조직의 운영 데이터 등 비즈니스 모델의 운용 상황을 파악하고 상황에 관련된 자원을 확장하고 변화에 대처하여 고객을 위한 바람직한 가치를 제공한다.”고 차이를 설명했다. 이는 또한 “보다 유연하고 동적이며 더 뛰어난 응답성을 갖춘 프로세스를 생성하기 위하여 상황의 변화에 자동으로 대응할 수 있게 될 가능성도 있다”고 예측하고 있다.

그 때문에 제조업은 물론 에너지, 교통, 물류, 소매, 도시 등의 분야에서 디지털 트윈 적용이 증가할 것으로 전망된다.

이에 따르면 먼저, 제조업 분야에서는 여러 공장을 사이버 공간에 재현하고 그 공장들을 횡단적으로 분석하여 제조 공정 및 장치를 비교할 수 있다. 또한, 무인자동차, 무인항공기 등 조립 산업이 디지털트윈으로 진화함에 따라 자율제어를 위한 시스템, SW, 부품 수요의 폭발적 성장이 예상되는 상황에서 솔루션 공급 산업을 주도할 수 있다.

디지털 트윈의 다양한 용도

디지털 트윈이 다양한 사회문제까지 해결할 것으로 기대되면서 제조 이외에 교통ㆍ도시 분야까지 적용 분야가 확대되고 있다.

IRS글로벌은 “가장 원시적 형태의 디지털 트윈은 지난 1970년 NASA가 지상 센터에 모의 우주 환경을 구축하여 진행한 실험”이라고 돌이켰다. 또 고장난 ‘아폴로13호’의 무사 귀환을 위해, 우주와 유사한 환경에서 모의 귀환 시뮬레이션을 수행한 바 있다. 오늘날엔 글로벌 기업들이 신제품을 생산할 경우 실험에 소요되는 시간과 비용을 절감하기 위해 본격적으로 가상 시뮬레이션을 활용하며 디지털 트윈이 발전되고 있다.

이처럼 “디지털 트윈은 환경ㆍ비용 등의 문제로 현실에서 수행이 어려운 실험 없이 가상 시뮬레이션을 통해 시간과 비용을 절약하면서도 실제 실험과 유사한 결과를 도출할 수 있어 경제적”이란 설명이다.

최근 ’2050 탄소중립 시나리오‘의 본격화와 더불어 에너지ㆍ교통 등 탄소 배출량과 관련 깊은 산업들이 주요 경제사회 이슈로 대두되고 있다. 디지털 트윈은 실험용 시제품 생산을 감축하는 한편, 친환경 발전에도 기여하며 메타버스와 함께 탄소중립의 기반 기술로 주목되고 있다.

<그림> 디지털 트윈 글로벌 시장규모 및 전망 (단위: 조원)

자료 : MarketsandMarkets, 2020

해외의 디지털 트윈 모범 사례

주요국에서도 이처럼 생성에서 실행에 이르는 절차에 충실한 모범적 사례가 많다. 예를 들어 ‘버추얼 싱가포르’는 도시의 지형ㆍ건물ㆍ도로ㆍ사람ㆍ바람ㆍ열ㆍ전기ㆍ물자 등을 디지털 공간에 재현하고 시민이 직접 참여하여 사회문제를 정의하고 해결하려는 경우다.

미국도 새로운 가치와 일자리 창출을 위한 국민생활 밀착형 대규모 가상물리시스템(CPS) 융합 프로그램 추진하고 있다. 대기업 주도로 산업인터넷 시스템 이슈 해결을 위한 요구사항ㆍ권장사항의 정의와 개발, 디지털 트윈 상호운용성 정의 등으로 활동하는 ‘Industry Internet Consortium’(IIC)을 이미 2014년에 설립한 바 있다.

독일은 이른바 ‘디지털전략2025’(digital strategy 2025)를 통해 CPS 기반 스마트 팩토리를 구축하고 있다. 이는 “개인 맞춤형 제품 기반의 비즈니스 모델 혁신을 통하여 새로운 시장을 창출하고, 매출 증대와 스마트 팩토리 상품화를 통해 세계 제조장비 시장 주도권을 확보하려는 전략”이라는 설명이다.

영국도 2017년 영국 국가 인프라위원회에서 도시 내 인프라의 생산성을 향상시키고, 데이터 기반 산업을 창출하여 활성화한다는 취지에서 ‘디지털 프레임워크’와 ‘국가 디지털 트윈’을 제시한 바 있다.

이에 비해 현재 국내 대기업들은 디지털 트윈을 구현하는 과정에서 대부분 이들 해외 국가로부터 SW를 도입, 적용하고 있다. 그러므로 “시스템 확산과 시장 확대가 국내 트윈 전문기업의 성장에 미치는 영향은 제한적”이라는 IRS글로벌의 지적이다.

이 기관은 이에 “디지털 트윈 수요가 국산 솔루션 개발과 국내 트윈 전문기업들의 성장으로 이어지고, 비용문제로 어려움을 겪는 기업들이 한층 쉽게 디지털트윈을 도입할 수 있는 생태계 조성이 필요한 실정”이라고 촉구했다.

한편 ‘Markets and Markets’에서 2020년에 발표한 자료에 따르면, 디지털트윈의 글로벌 시장규모는 2020년 3조6천억 원이지만, 매년 연평균 57.6% 성장률을 보이며 2026년에는 55조4천억 원 규모까지 확대될 것으로 전망되고 있다. 지역별로는 글로벌 기업의 주도하에 주로 북미, 유럽 중심으로 디지털트윈 시장이 형성되고 있는 것으로 추정되고 있다.