계장기술(PROCON)

특별기고 디지털 트윈의 실제

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작성자 최고관리자 댓글 0건 조회 63회 작성일 20-10-14 12:49

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전 세계 산업 리더들과 주요 미디어와 애널리스트를 대상으로 글로벌 제조  환경의 변화와 트렌드를 심층적으로 살펴보는 지멘스 디지털 인더스트리 소프트웨어의 대표적 연례 행사인 ‘Media & Analyst Conference’가 지난 6월 16~17일 온라인으로 진행되었다. 이날 지멘스의 최고 경영진과 주제별 전문가들이  한자리에 모여 2020년 기업의 기술 로드맵과 신규 전략을 공유하였고, 2020년 지멘스의 기술이 업계 전반 고객들의 비즈니스 회복과 성장을 견인한 사례를 소개하였다.
본고에서는 지멘스 디지털 인더스트리 소프트웨어 CEO ‘토니 헤멀건(Tony Hemmelgarn)’, 지멘스 디지털 인더스트리 소프트웨어 Teamcenter 담당 수석부사장 ‘조 보우먼(Joe Bohman)’, 글로벌 세일즈 및 커스터머 석세스 부사장 ‘스튜어트 맥커천(Stuart McCutcheon)’과 ‘레이먼드 코크(Raymond Kok)’가 발표한 4개(Human-centered Innovation, PLM of the Future, 디지털 트윈의 실제, Solutions on the Cloud)의 세션을 4회에 걸쳐 소개한다.


이번 프레젠테이션에서는 고객들이 Xcelerator 포트폴리오의 핵심 요소라 할 수 있는 DT(디지털 트윈)를 활용하는 방식에 대해 논의해보겠다. DT가 고객들의 혁신과 비즈니스 가치 창출을 일으키는 방식과 광범위한 솔루션 오퍼링 기업인 지멘스가 최고 수준의 압축적 DT(compressive DT)를 고객에게 제공하는 방식과 그 근거에 대해 살펴보겠다.

최근 데이터 트윈(DT)이 큰 화두가 되고 있다. 지난 3년간 저희 팀은 POC 및 프로젝트 고객 업무를 맡으며, 지멘스의 방대한 제품군을 DT(디지털 트윈)에 활용하였고, 비즈니스 가치를 향상시킬 방법을 고민했다. 그리고 많은 것을 배웠다. 본론에 들어가기에 앞서 DT가 저희 고객들에게 왜 중요한지와 고객들이 생각하는 DT의 비즈니스 가치 창출 영역을 살펴보겠다. 

디지털 트윈(DT)이 중요한 이유

다음은 저희 고객들이 디지털 트윈을 통해 해결하고 있는 비즈니스 과제이다.
•점차 복잡도가 높아지는 제품을 관리하는 동시에, 전체적인 설계 및 제조 주기를 단축한다.
•시장의 수요 변화에 민첩하게 대응한다. 가령, 생산량 변화, 생산 조합(Product mix), 빈패스트 (VinFast)의 경우 수 주 내로 설계를 변경하고 벤틸레이터 생산을 실행했던 것처럼, 신규 제품 제조를 위한 신속한 피봇팅(Pivoting)에 대한 요구 변화에 대응이 가능하다.
•연결된 제품들로부터 생성되는 테라바이트(TB)급의 데이터에서 가치를 추출한다.
•정보, 프로세스, 인적자원의 사일로(Silo)에서 탈피하고, 수명주기(Lifecycle)와 엔지니어링 전 부문이 연결된다.
•구매한 제품에 대한 최종 고객들의 높은 기대치, 더 높은 퀄리티와 재구성을 요구한다. DT는 사전에 성능 최적화와 다운타임 축소를 하여 “이벤트”를 이해하고 예측할 수 있도록 지원한다.
•이미 고객들은 자사의 제품 판매에서 PaaS(Product -as-a-Service)형 제품 판매로 변화하는 새로운 비즈니스 모델을 구축하기 위해 제품 분석에 DT를 활용한다.

디지털 트윈을 정의하는 방식은 다양하다. 간단히 검색해봐도 검색 결과는 수십 가지의 정의를 보여준다. 디지털 트윈의 정의의 대부분은 벤더 기업들이 정했다. 벤더기업들은 자사의 중점과 비교우위라고 여겨지는 부분을 강조하여 디지털 트윈을 정의했다.

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그 많은 정의를 살피다 보면 몇 가지 공통적 특징을 발견한다. 디지털 트윈은 물리적 물체를 가상공간에 표현한 것이며, 물리적 물체처럼 디지털 트윈도 시간에 따라 변화하며 진화한다. 이것이 디지털 트윈의 기본적인 정의다.

그러나 이것은 기본적인 디지털 트윈의 정의일 뿐이다. 지멘스는 더욱 명확한 특징을 지닌 더 포괄적인 DT (Comprehensive DT)에 대한 정의와 이해를 확립했다.

일각에서는 한 제품에 대해 다양한 DT가 있다고 말한다. 그러나 저희 관점은 다르다. 수많은 수명주기 단계를 포함 및 지원하는 제품 하나에는 물리적 행동에 대해 표현 양상과 모델들이 다양할 뿐이지, 단 한 개의 디지털 트윈이 있다고 본다.

이런 개념은 지멘스가 포괄적 디지털 트윈의 특성들을 기술하는 경우에 있어서 중요하다. 지멘스가 보는 디지털 트윈은 포괄적이어야 하며, 다음과 같은 특징이 있다.

디지털 트윈은 실제 물리적 제품의 사양, 프로세스 플로우, 모든 시점에서의 프로세스 단계들을 정확하게 가상공간에 정밀하게 표현할 수 있어야 한다. 또한 제품이나 생산 시스템을 시뮬레이션, 예측 및 최적화하기 위해 전체의 수명주기에 관여한다.

제품이 복잡해질수록 제품의 동작을 정의하는 모델도 더욱 복잡해져야 한다. 따라서, DT의 복잡성은 제품의 복잡성과 직결된다. 한 제품에는 표현(Representation), 시각(Views), 모델에 대한 다양한 지원을 하는 단 한 개의 디지털 트윈이 있다.

복잡한 디지털 트윈에는 CAD, CAE, 소프트웨어 바이너리, ECU, 와이어 하니스 모델, 릴리스된 BOM 등이 포함된다. 디지털 트윈은 제품과 동일하게 사양, 버전, 상호성을 통해 점차 진화한다.

폐루프(Closed-loop) 디지털 트윈은 통합적인 피드백 시스템을 제공해 실제 제품과 이의 디지털 트윈 간에 양방향적으로 행동을 확인, 비교, 최적화, 통제한다. 가령, 외떨어진 언덕 위에 있는 풍차에서는 시뮬레이션 모델 실행을 위해 기어박스에서 센서 데이터를 전송함으로써 기어박스의 성능과 마모 정도를 예측할 수 있다.

이런 것들이 통합적인 디지털 트윈의 특징이다. 다른 벤더 기업들이 정의하는 디지털 트윈을 마주할 때 스스로에게 “이것이 정말 디지털 트윈인가? 이것은 포괄적인가?”라고 질문을 해보길 바란다.

그렇다면 지멘스를 신뢰할 만한 근거는 무엇인가?

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Xceleator를 통해 업계 최고의 통합 디지털 트윈 기술 제공

해답은 바로 지멘스의 통합 소프트웨어 포트폴리오 Xceleator에 있다. 지멘스는 Xceleator를 통해 업계 최고의 통합 디지털 트윈 기술을 제공한다. 이러한 디지털 트윈 기술은 가상과 현실 세계를 통틀어 제품의 전체 생명주기에 해당하는 데이터와 사양 관리를 한 도메인에서 벗어나 통합적으로(Cross domain) 이해하는 솔루션을 제공한다.

지멘스는 프로세스 자동화 분야의 선두 기업으로서, 프로세스 자동화를 제조업에서 다양한 산업 및 도메인 지식과 결합하여 소프트웨어를 제작할 뿐 아니라 자체적으로 사용하기도 한다.

지멘스는 가상 현실과 실제 현실을 연결하려는 노력을 오랫동안 해왔다. Mendix 로코드(Low-code) 앱 개발 플랫폼을 통해 디지털 트윈의 데이터 활용과 노출이 과거보다도 훨씬 수월해졌다.

포괄적 디지털 트윈은, 실제 제품의 복잡성에 기반해 다차원적인 다양한 수준의 복잡성을 보인다. 이는 DT 수명주기, DT 크로스 도메인, 수명주기에 걸쳐 DT 크로스 도메인을 시뮬레이션하는 상세 모델링, 시뮬레이션 모델의 관리 및 구성(Configuration)을 자산 모델로 변화, 폐루프 DT, 대규모 자산의 복잡성과 한 쌍을 이룬다.

우리가 고려하는 첫 번째 차원은 산업별 부문이다. 각각의 산업은 그 특성과 비즈니스 동인이 서로 다르다. 하이테크 기업은 신속한 설계 주기(Design Cycle), 대규모의 제품 생산량, 상대적으로 짧은 고객 생명주기를 갖고 있다. 선박 제조사들은 한 개의 제품에 대해 설계 및 제조에 수년 혹은 최대 10년이 소요되며, 서비스 유지에는 수십 년이 소요된다. 지멘스는 DT가 어디서 가치를 창출하는가를 분석할 때, 항상 산업별로 다른 관점으로 접근해 최대의 가치를 창출할 수 있는 영역에서 작업한다.

한 제품의 일반적인 수명주기(Life Cycle)를 살펴보자.
가상 공간에서 드라이브 콘셉트 및 설계의 요구사항들, 즉 제품의 제조에서부터 서비스 제공 방법에 이르는 모든 것이 디지털로 시뮬레이션되고 검증된다. 이 가상공간에서는 수명주기의 변화에 따라 수명주기의 각 지점에서 해당 제품이 물리적으로 표현된다. 실제 시제품은 제품 개발 설계 부품들로 구성되는데, 3D 가상 모델을 통해 이 시제품 부품이 3D로 프린트된다.

생산된 시제품은 개별 구성요소뿐 아니라 시스템 전체, 심지어 전체 시제품 자동차가 되기도 하는데, 이는 센서 과정을 거쳐 초기 요구사항들과 비교하며 테스트된다. Teamcenter는 방대한 양의 가상의 수명주기 데이터, 수명주기 전반을 통한 데이터 버전과 구성(Configura tion)을 관리하고, 설계(기계 전기 소프트웨어) 시뮬레이션 제조 서비스와 같은 정보 간의 관계를 모두 변경 제어(Change control) 하에서 관리한다.

지멘스의 산업용 IoT 솔루션 MindSphere는 물리적인 제품/자산에 연결하여, 센서에서 수집한 시계열(Time series) 데이터 스트림과 같은 자산에서 정보를 수집 및 관리한다. Xcelerator 포트폴리오에는 이런 도메인의 데이터를 활용해 수명주기에 걸쳐 폐루프 DT를 구성하는 솔루션이 있다. 기업은 폐루프 디지털 트윈을 통해 실제 제품을 가상 모델과 밀접히 연결시켜 실제 상황에서의 운동 양상을 가상 시뮬레이션 모델을 통해 살필 수 있다. 이는 시뮬레이션 모델의 정확성을 향상시키고, 제품 설계 최적화에 활용된다. 이런 폐루프 DT를 엔지니어들이 시뮬레이션의 정확도를 신뢰할 수 있는 수준으로 완성도를 구축하면 실제 시제품의 높은 비용을 절감할 수 있다. 기업은 과도한 엔지니어링을 중단하고, 더욱 최적화된 제품 설계가 가능해진다.

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공장의 디지털 트윈 3단계

DT는 가상 도메인과 실제 도메인을 동기화(Synchroniz ing)하고, 실제 제품 성능 정보를 시뮬레이션 모델과 함께 활용하면서, 설계·성능·활용 가능한 수명 향상을 위해 수명주기 전반에서 유지보수가 가능하다. 고객은 DT 모델을 활용해 제품의 동작을 모니터링 및 예측하고, 제품의 수명주기 동안 최적화된 성능을 유지할 수 있다. 또 교차 산업(Cross industry) 프레임워크 달성을 위해 지멘스는 DT 수명주기를 3개의 핵심 단계로 간소화했다. 바로 설계, 제조, 서비스 단계다. 이렇게 간소화된 관점은 거의 모든 산업계에 적용 가능하다.

우리는 제품의 가장 최적화된 생산 방식과 이를 실현시킬 수 있는 병렬적이면서도(Parallel) 교차 세계(Intersecting world)에 대해서도 고려해야 한다. 실제로 공장을 건설하기 전에 실제의 생산을 시뮬레이션해 볼 수 있는 공장 & 플랜트의 디지털 트윈을 생성할 수도 있다. 설계 시에는 시설(Facility), 생산 프로세스(Production process), 제작된 제품, 물류(Logistics), 품질, 공장의 노동력을 고려해야 한다.

따라서 공장의 디지털 트윈은 이 모든 다양한 양상을 모두 시뮬레이션하고, 최적화를 돕는 여러 모델을 갖추게 된다. 신생 테크놀로지 & 프로세스는 제품과 다르지 않고, 좀 더 복잡하고 다차원성을 갖춘 시제품 & 파일럿 플랜트를 통해 검증되고 테스트되어야 한다.

폐루프 디지털 트윈을 활용해 공장 설계 및 커미셔닝 최적화와 가속화가 가능하며, 생산 및 품질을 모니터링하고 최적화할 수 있다. 이는 해당 공장뿐만 아니라 전반의 공급 사슬에 큰 비용 절감을 가져온다.

제품과 마찬가지로, 공장의 디지털 트윈에도 3단계(공장의 설계 단계, 건설 및 생산 운영을 통한 커미셔닝 단계, 공장 서비스 단계)가 있다. DT는 수명주기 전반에 걸쳐 커미셔닝, 자재 플로우 최적화, 공장의 전력 소비에 이르기까지 활용되고, 기계 고장을 사전에 예측할 수 있다. 그리고 공장은 최신 제품에 적절하게 지속적으로 상시로 수정 및 변경되므로 DT도 여러 측면에서 지속적으로 진화하게 된다.

오늘날, 제품의 수명주기와 공장의 수명주기는 동시에 발생한다. 생산 과정에서 겹치는 부분이 많다. 이 두 개의 수명주기를 3단계로 간략하게 설계, 제조, 서비스 단계로 나눌 수 있다. 지멘스는 DT가 진정한 비즈니스의 가치를 창출하는 6가지 사용 사례(Use case) 세트에 중점을 둔다.

앞서 논의한대로 모든 산업은 다양하기 때문에 특정 산업에 따라 DT가 진정한 비즈니스 가치를 창출하는 영역과 사용 사례는 다양할 것이다. 지멘스의 많은 고객들이 이미 전체 수명주기와 생태계 전반에 걸쳐 DT를 활용해 새로운 비즈니스 모델을 개발하고 있다.

포괄적 DT가 지원해야 하는 복잡성의 또 다른 차원은 제품의 전력화(Electrification), 전자장치(Electronics), 연결성을 향상시키는 것이다. 핵심 산업인 자동차 업계를 예로 들어보겠다. 제품 개발은 대개 기계적이었기 때문에 설계 및 시뮬레이션의 투자 대부분이 이 부문에 맞춰졌다.

그러나 이제 투자의 중심이 전력화와 전자장치, 소프트웨어로 이동했다. 이 부분은 내일 마틴 오브라이언(Martin O’Brien)이 자세히 논의를 이어가도록 하자. 자동차의 DT를 논의하기 위해서는 실제 제품을 3가지 도메인 모두에서 구현할 수 있어야 한다.

각 도메인에서 엔지니어들이 설계하는 모든 작업은 다양하다. 엔지니어들이 설계한 부품들과 하위 시스템(Sub system)은 모두 설계 가정(Design assumptions)을 근거로 분석되고 시뮬레이션된다. 여러 시뮬레이션을 통해 가상 설계를 다양한 양상으로 검증한다.

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향후에 생산될 실제 제품이 실제 세상에서 보여줄 작동 양상을 최대한 실제와 가깝게 구현하고자 한다. 그러나 제품 작동 시뮬레이션을 각 개별 도메인에서 하는 것은 큰 의미가 없다. 마치 와이어 하니스나 ECU 소프트웨어 없이 엔진을 테스트하는 것과 같다.

하위 시스템, 시스템, 시스템의 시스템을 거쳐 자동차 완성품에 이르기까지, 모든 영역을 포괄하는 크로스 도메인(Cross domain) 시뮬레이션이 중요한 것이다. 이에는 자율주행차와 같이 제품이 주변 환경과 상호작용하는 방식을 시뮬레이션하고, 검증하는 일도 포함된다. 따라서, 포괄적 DT는 이런 다양한 도메인의 모든 측면을 지원할 필요가 있다.

제품 개발이 고객의 요구를 충족시키기는 제품 설계를 위해 지속적인 노력하고 있으며, 자동차 부문에서 이러한 노력은 옵션과 색상, 애프터 마켓 애드온(Aftermarket addons)으로 고객에게 대량의 맞춤형 선택권을 주는 것을 의미한다. 이 모두는 복잡성을 배가시킨다.

 자동차 제조 시기가 오면, 제품 개발(Product Dev)은 부품 리스트를 통해 설계안을 소위 150% 엔지니어링 BOM(Bill of Material)으로 내보낸다. 여기에는 판매하고자 하는 모든 종류의 자동차 생산에 들어가는 모든 구성요소가 포함된다. 10만 대의 고유한 자동차가 생산될 수 있는 것이다. 그 다음 제조팀은 생산하길 원하는 고유의 자동차에 대한 100% BOM를 설정한다. 매년 수백 만대의 자동차가 생산된다.

따라서, 디지털 트윈의 관점에서 특정 버전의 제품을 정확히 시뮬레이션할 수 있는 다양한 시뮬레이션 모델을 활용하고 싶다면, 실제 제품을 제품 개발 내의 특정 모델로 다시 연결시킬 수 있어야 한다. 이를 구현할 수 있는 것이 바로 포괄적 DT의 여러 기능 중 하나로, 복잡성의 또 다른 차원이기도 하다.

그러면 어떻게 이를 구현할까? 여기 다시 한 제품의 간략한 수명주기를 살펴본다. 설계는 기계 전기 소프트웨어 모델과 시뮬레이션으로 구성된다. 제조 및 서비스 부서는 시뮬레이션, 설계 부분, 프로세스를 실행한다.

Teamcenter는 이런 연결성에서 핵심 역할을 한다. 지멘스의 산업용 IoT, MindSphere을 통해 물리적 자산, 센서 데이터, 제품 상태·성능·작동에 대한 실시간 정보 스트림을 모두 연결할 수 있다. 지멘스는 디지털 트윈 패브릭을 통해 이런 영역들을 연결한다. 실제 센서 데이터 스트림을 직접 시뮬레이션 모델에 실시간으로 혹은 배치로 연결하고, 복잡한 버전 설정(Configuration) 문제를 해결해 폐루프 디지털 트윈을 구축한다.

마지막으로, 지멘스는 애플리케이션 개발 플랫폼인 Men dix에서 개발한 맞춤형 앱을 통해 디지털 트윈 데이터를 노출시킨다. 이로써 폐루프 디지털 트윈 데이터로 모두가 수명주기 혜택을 얻게 된다. 지멘스의 목표는 간소화이기 때문에 고객들이 시뮬레이션 모델을 확인할 필요성을 느끼지 못할 것이다. 그러나 고객들은 서비스 중에 제품 시스템 고장 예측 시기를 숙지할 필요가 있다. 디지털 트윈은 극히 복잡하다. 따라서, 이를 단순화하여 적절한 사람들이 적시에 올바른 정보를 액세스할 수 있도록 만드는 것이 핵심이다.

DT 기술을 활용하고 있는 고객 사례

다음으로 진정한 비즈니스 가치를 이끄는 솔루션으로 DT 기술을 활용하고 있는 고객 사례를 살펴본다. 선택 사례들은 2개의 교차 수명주기(Intersecting lifecycle)에 관한 것이다.

먼저 제품 설계에서 활용된 DT 사례부터 보자. 크레인 및 리프팅 장비의 제조 및 서비스를 전문으로 하는 핀란드 기업인 Konecranes는 오랜 지멘스 고객이다. Konecranes CEO는 DT가 자사의 엔지니어링 그룹에 가치 창출을 방식을 먼저 파악하고 싶어하다.

그래서 저희는 가치 창출을 위해 어느 영역에 주목해야 하는지 파악하기 위한 감사를 실시했다. Konecranes 경영진 중 한 명이 자사의 도전과제를 명확히 나타내는 언급을 했다.

그는 “저희 제품은 조직 내 노하우(Tribal knowledge)를 기반으로 거의 전체가 공학적으로 설계됐습니다”라고 말했다.

감사를 해보니 설계팀, 시뮬레이션팀 그리고 시제품 테스트팀과 같은 다양한 집단들이 기존 제품에서 얻은 팩트를 측정하기보다, 각자의 엔지니어링 경험과 가정에 의존도가 높은 사일로 환경에서 작업하고 있었다. 사일로 작업 환경은 데이터와 버전의 문제들을 서로 동기화하여 설계 결과를 가장 효율적으로 창출하기 어렵다.

지멘스는 각 부서의 데이터에 액세스할 수 있는 역할 기반 DT 앱을 개발해 전체 설계 주기를 360도 동기화하여 보여준다. Teamcenter는 요구사항, 설계 데이터, 시뮬레이션 모델, 연결성을 관리했고, MindSphere는 고주파 센서 정보를 수집하며 물리적 시제품에 연결시킨다.

각 부서가 공통의 요구사항에 대해 테스트하는 방법을 볼 수 있고, 실제 세계를 1D와 3D 시뮬레이션으로 오버레이하고 상호 연결시킬 수 있게 되면, 시뮬레이션 모델을 조정하여 실제 세계에서의 동작을 반영할 수 있으며, 그 결과 각 부서 간의 신뢰도를 구축하고, 시뮬레이션의 정확도를 향상시킬 수 있다.

Konecranes는 폐루프 디지털 트윈을 통해 제품 개발 프로세스 가속화, 시제품 축소, 추적성 향상을 이루어  품질을 향상시키고, 개발 비용을 절감했다.

지멘스는 이런 유사한 프로젝트를 다른 고객과도 진행했으며, 이러한 비즈니스 도전과제가 상당히 전사적으로 나타나고 있음을 발견했다.

KonaCranes는 업계에서 경쟁우위를 점하기 위해 디지털 트윈 기술이 제공하는 가치를 수용하고 있다. 이 기업은 새로운 크레인의 견적 및 배달 회전율 속도를 향상시켜 경쟁우위를 얻기 위해서, 신뢰할 만한 시뮬레이션 모델을 증가시켜 맞춤형 크레인 판매의 판매 주기의 전략의 일환으로 활용할 수 있다고 생각한다.

생산 단계에서의 품질관리는 DT가 가져올 가치 창출 영역과 수년간 저희가 완성도를 높이려고 했던 부분을 논의하기에 좋은 사용 사례(Use case)가 될 것이다.

공장은 방대한 양의 작업 현장 검사 데이터를 수집해 부품, 조립품 및 프로세스의 모든 측면을 측정한다. 하지만 진정한 품질 개선과 비용절감을 위해 이 방대한 량의 데이터를 어떻게 모두 이해하고, 이를 제조 인텔리전스(Manufacturing intelligence)로 전환할 수 있을까?

어떠한 실제 부품이나 프로세스도 모든 차원에서 가상 모델에서처럼 완벽하지 않다. 한 부품은 PMI 혹은 GD &T로 기술되는 제조 배리에이션의 특징(Specification)을 가지고 출시된다.

지멘스는 DT를 활용하여 품질 솔루션, DPV(Dimen sional Planning and Validation)를 통해 가상의 품질 시뮬레이션 모델로 측정된 실제 제품에서 얻은 데이터를 연결해 폐루프 차원 관리 솔루션(Dimensional management solution)을 만든다.

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DPV 솔루션은 고품질의 데이터를 수집·관리·보고· 분석하고, 가상 제품 및 프로세스 데이터와 연결한다. 또 고객이 거의 실시간으로 제조 품질의 문제를 시각화하고 파악하며 해결할 수 있게 도와준다. 문제가 보고되면 해당 솔루션은 실시간 품질 데이터에서 추출된 시뮬레이션 모델을 기반으로, 실시간 제조 인텔리전스와 예측 분석을 활용해 원인을 파악하며 근본 원인 분석을 한다.

GM은 전 세계에 위치한 조립 센터에서 공동의 글로벌 아키텍처로 차체 치수 품질관리를 수행한다.

공장 수명주기로 화제로 넘어가서, Vinfast 얘기를 다시 하겠다. Vinfast는 전반의 수명주기에 걸쳐 플랜트 DT를 활용한 기업으로서 훌륭한 사례를 보여준다. 구체적으로 강조해 살펴볼 점은 수명주기의 커미셔닝 단계에서 플랜트 설계 분야이다. 플랜트의 설계, 건설, 커미셔닝 작업을 다른 기업이라면 5년이 걸렸겠지만, Vinfast팀은 21개월 만에 달성했다.

 VinFast는 미국, 유럽, 지멘스의 자동차 제조업체와 협업해 21개월 만에 자동차 공장을 건설했다. 평균적으로 건설에 소요되는 시간은 이의 2배다. 지멘스 Xcelerator의 포괄적 디지털 트윈과 디지털 엔터프라이즈 포트폴리오가 이 야심 찬 목표 실현에 일조했다.

VinFast는 공장 내 기계전기 소프트웨어 설계에서부터 공장과 생산라인의 생산 계획 및 시각화 커미셔닝에 이르기까지 다양한 도메인에서 포괄적 디지털 트윈을 활용했다. 특히 차량 설계에 NX를 사용하고, 가상 생산 설계에 Tecnomatix를 활용했다. 그 다음에 Teamcenter로 가상 자산을 온보드(On-board)하여 Opcenter에서 관리된 물리적 트윈(Physical twin)과 연결시킨다. 또한, MindSphere는 효율 최적화를 위해 생산 자산을 관리했다.

이 최첨단 공장은 확장을 위해 설계되었고, 포괄적 디지털 트윈을 사용해 기존 생산라인의 변화를 최대한 효율적으로 빠르게 확장시켰다.

Bausch & Stroebel는 지멘스의 최첨단 기술 혁신을 활용해온 고객이었다. 이 기업은 지금도 그 추세를 이어서  가상으로 기계를 커미셔닝하고, 고비용의 물리적 시제품 검증에 쓰였던 시간·비용·자원을 절감하기 위해 최신의 포괄적 디지털 트윈 기술을 활용하고 있다.

지멘스의 Amberg 공장

플랜트 수명주기에 관련해 DT 기술이 비즈니스 혜택을 창출하는 사례 중 마지막으로 살펴볼 곳은 지멘스의 Amberg 공장이다. Amberg 공장은 연간 1,600만 개의 제품군을 생산한다. 매년 생산량이 증가하고 있지만, 수십 년 전 공장을 연 이후로 지금까지 직원수가 거의 동일하게 유지됐다. 그러나 포괄적 디지털 트윈 기술의 혁신적인 애플리케이션을 활용해 비즈니스 가치를 지속적으로 창출하고 있다.

 최근 디지털 트윈은 회로 기판인 솔더 조인트(Solder joints)에 대한 X-ray 품질 검사가 공장의 플로우를 잠재적으로 가로막는 병목현상을 일으키며 시간 소모적 단계였다는 것을 확인했다. X-ray를 다시 구입하고 통합하는 것이 해결책이 될 수 있지만, 이는 자본 및 운영면에서 매우 높은 비용이 든다.

그 대신, Amberg 공장은 디지털 트윈을 활용했다. 이를 통해 기계학습 모델을 구축, 훈련, 최적화하여 인라인(In line) 제조 결함의 가능성을 예측했다. 이는 MindSphere을 통해 생산 IoT 데이터 수집함으로써 가능했다.

XY-오프세트(XY-Offsets), 납땜 온도, 납땜 페이스트 볼륨 등의 40개가 넘는 데이터 세트가 품질 예측으로 정의됐다. 패턴 분석이 이뤄졌고, 추가 센서와 자동화가 향후 운영 투명성을 위해 설치됐다.

MindSphere가 있는 강력한 클라우드 인프라를 통해 디지털 트윈은 Al ML 알고리즘을 교육하고 최적화시켰다.

지멘스의 Amberg 공장은 지멘스 산업용 엣지(Siemens Industrial Edge) 장치로 폐루프 분석을 통하고, 매우 높은 정확도로 결함을 예측해 대부분의 X-레이 검사를 실행할 필요가 현저히 줄었다.

포괄적 디지털 트윈은 Amberg 공장의 시간, 자본, 운영 투자 비용을 절감하면서 품질과 공장 처리량(Throughput)을 향상시켰다.

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CDT(포괄적 데이터 트윈)은 고객에게 최고의 비즈니스 가치 제공

CDT(포괄적 데이터 트윈)은 고객에게 최고의 비즈니스 가치를 제공할 수 있으며, 제품의 복잡성의 증대는 점차 비교우위 유지를 더욱 부각시키고 있다.

CDT는 다음과 같은 기능을 갖춰야 한다.
1. 제품과 공장의 전체 수명주기 이해
2. 여러 엔지니어링 부문(Disciplines) 간의 조율(예 : 기계 전기 소프트웨어)
3. 물리적 세계와 가상세계 간의 지속적인 폐루프 창출
4. 전 부문과 수명주기에 걸쳐 심층 시뮬레이션 기능 활용
5. PD에서 작업 현장까지 산업용 전문지식
6. 디지털 패브릭 내의 모든 수평 및 수직적 디지털 스레드의 구성 및 연결 관리 기능

여러 도메인과 수명주기가 함께 통합된 더욱 포괄적인 디지털 트윈 정의를 생각해보자. 디지털 트윈은 제품을 설계하는 동시에 공장을 계획하고 최적화하면서 제품과 공장을 향상시킨다. 디지털 트윈은 실질적으로 비즈니스 가치를 창출하며, 생산 설계나 작업 현장, 혹은 현장과 같은 수명주기의 모든 단계에서 활용이 가능하다. 
지멘스의 디지털 트윈은 수명주기 도메인 전반에 걸쳐 가장 포괄적인 기능과 통합을 구현해낸다. 제품 디지털 트윈은 개별 분석 지원을 하고, 여러 시스템을 통합하는 시스템으로서의 관련 모델(예 : 전기, 기계, 열, 에너지 등)의 수직적 단계에서부터 제품 트윈(Product twin)을 구축함으로써 복잡한 시스템 및 재료를 탐색한다.

폐루프 디지털 트윈은 조정과 최적화를 위해 실제 세계의 데이터를 피드백으로 가상에서 표현하는 기술을 제공한다. 디지털 트윈을 사용하면 각 개별 공정 단계들을 서로 원활히 연결해 일관적으로 통합된 모델과 상황 내(In-context) 데이터 세트를 생성한다.

베스트 프랙티스는 디지털 트윈을 그 해당 물리적 트윈과 연결하여, 수명주기 전체에 걸쳐 구성(Configurations) 변화, 버저닝(Versioning), 수정, 정비(Servicing), 위치 변화, 데이터 및 시스템 상호 연결성 등을 지속적으로 동기화하고 추적하는 것이다. 디지털 트윈을 사용하면 도메인 사용자가 객체의 행동 양상을 미리 이해하고 효율성을 개선할 수 있다. 즉 결함률 최소화, 개발 주기 단축, 새로운 비즈니스 창출 기회를 실현할 수 있다.


스튜어트 맥커천(Stuart McCutcheon)
글로벌 세일즈 및 커스터머 석세스 부사장

www.sw.siemens.com