디지털트윈(Digital Twin)

1. 디지털 트원

컴퓨터에 현실 속 사물의 쌍둥이를 만들고, 현실에서 발생할 수 있는 상황을 컴퓨터로 시뮬레이션함으로써 결과를 미리 예측하는 기술로 디지털 트윈은 제조업뿐 아니라 환경, 재난재해, 도시와 같은 공공 분야에서도 디지털 트윈 기술이 점차 확산되고 있다.

2002년에 마이클 그리브스(Michael Grieves)가 사용한 "디지털 트윈" 이라는 용어는 제품, 기계 또는 전체 생산 프로세스의 완전한 디지털 컴퓨터 기반 복제본을 의미한다.

 

1) 디지털 트원의 특징 

디지털 트윈의 주요 특징은 3가지로 요약될 수 있습니다.

  ① 실제 세상과 디지털 시스템을 연결하는 다리(Bridge) 역할을 합니다.
  ② 개별 사업 자산이 아닌 복잡하고 통합된 모든 사업 환경을 분석합니다.
  ③ 현실 세계의 문제발생에 효과적으로 대응합니다.
  ④ 디지털 트윈 시스템과 인간이 공동으로 업무가 가능하게 합니다.
  ⑤ 새로운 사업을 디지털 트윈으로 분석하여 빠르게 성장하도록 도와줍니다.

 

 

 

2) 디지털 트원의 구성요소

한국전자통신연구원(ETRI)에서 발표한‘스마트 시티 실현을 위한 디지털트윈 기술 동향’보고 서에 따르면, 디지털트윈 기술의 구현은 요소 기술 측면과 소프트웨어 측면으로 나누어진다.

요소 기술	내용
IOT	물리적 객체의 실시간 데이터 수집과 물리-가상 객체 간 양방향 전송 촉진
인공지능	새로운 데이터로부터 학습을 촉진하고 예측 모델을 지속적으로 개선
빅데이터	패턴 유추 및 유용한 정보 발굴을 위한 양적 데이터 제공
클라우드	센서 및 플랫폼으로부터 오는 데이터를 담아 유연성, 확장성 지원
5세대 통신	실시간 정보 전송 능력으로 디지털트원의 반응성 향상
증강현실/혼합현실	실제 물리적 환경과 함께 가상환경의 디지털트원인식 지원
모델링	제품, 공정, 시스템 등의 형상을 가상공간에 구현

 

디지털트윈을 구성하는 요소 기술은 IOT, 인공지능, 빅데이터, 클라우드, 5세대 통신, 증강현실 및 혼합현실, 모델링이 있으며, 디지털트윈을 구성하는 소프트웨어는 수집/전달/저장/처리, 모델 링 및 튜닝, 런타임 엔진 및 연동, 응용, 결정/제어, 2D/3D 그래픽스가 있다.

구성 소프트웨어	내용
수집/전달/저장/처리	현실의 객체 운용에서 발생/관찰되는 의미 있는 데이터
모델링 및 튜닝	해당 객체에 대한 진화/변경 가능한 디지털 모델
런타임 엔진 및 연동	디지털 모델들의 실행/시뮬레이션 환경
응용	응용 목적에 따른 진단/분석/예측 결과 산출 응용 모듈
결정/제어	진단/분석/예측 결과의 현실 반영을 위한 제어정보
그래픽스	3D 객체 설계 및 운용/결과 시각화를 위한 그래픽스 모듈

 

3) 디지털 트원 성숙도 모델

디지털트윈을 구성하는 모델은 성숙도 별로 구별할 수 있다. 이는 디지털트윈의 실현 수준이 어느 정도인지 이해하기 위한 평가 도구로 이를 기반으로 높은 수준을 향한 개선 계획을 수립할 수 있다. 성숙도 모델은 디지털트윈 모델의 대상과 목적과 모델링 범위가 다르기 때문에 상대적 비교의 대상으로 적절하지 않고, 같은 대상에 대해 지속적으로 개선 활동을 추진하기 위한 자기 평가 수단으로 활용해야 한다.

성숙도 수준	명칭	욕구사항
레벨 1	형상모사 디지털트원	○ 2D 또는 3D로 모델링되어 시각화된 현실
레벨 2	정적 디지털트원	○ 구축 때 설치되고, 고정되어 있고, 재추축 때 외에는 사실상 영구적인 통신연결 ○ 행동 및 역학 모델은 없지만,
레벨 3	동적 디지털트원	○ 현실 대상에 대한 동작 모델이 존재하며, 동작 모델에 대한 입력 변수의 변화를 통해 변화되는 동작을 시뮬레이션 가능 ○ 현실 대상과 디지털트원은 데이터 링크를 통한 동기화에 따라 작용과 반작용의 상호 작용이 가능하나, 최종 실행 단계에서 관리자의 확인 및 결정을 통한 개입 필요
레벨 4	상호작용 디지털트원	○ 서로 다른 도메인이 상호 연계되는 디지털트원 간의 연합적인 동작 모델 및 디지털트원 간의 상호 작용 ○ 데이터 인터페이스 버스 및 동기화를 통한 상호 작용은 가능 하나, 최종 실행 단계에서 관리자 확인을 통한 개입이 필요
레벨 5	자율 디지털트원	○ 현실의 트원, 디지털트원 또한 다수 디지털트원들 간의 실시간, 통합적, 자율/자동 동기화 동작

 

4) 디지털 트원 고려사항

디지털트윈은 도시 분야에 도입이 가능하며, 특히 스마트 시티 실현(설계, 건설, 운용)에 적극 활용되고 있다. 스마트 시티와 관련하여 사회(커뮤니티)를 가상환경에 복제하여 분석, 관리함으로 도시 및 사회의 지속 가능성을 향상 시킬 수 있으며, 민간의 접근 문턱을 낮추어 스마트 시티 프로젝트의 참여 확대가 가능하다. 특히, 도시의 교통, 주거, 안전, 공중보건, 에너지, 환경 등 주요 문제들을 해결하는 데 있어 가상 및 실제 세계를 함께 고려한 의사결정을 통해 향후 발생할 위험을 감소시킬 수 있으며, 사고 및 재난 등에 대해 실시간 대응이 가능하게 한다. 특히, 위험분석을 통해 미래의 사태를 미리 예측해 대비할 수 있도록 하여 미래 경쟁력 확보가 용이하게 할 것이다.

 

디지털트윈의 도입 시 개인정보 처리가 가장 심각한 문제로 나타난다. 디지털트윈으로 복제된 대상은 개인정보 유출 위험이 높을 수 있으며, 스마트 시티의 디지털트윈 프로젝트를 수행하는 데 있어 이를 뒷받침할 법제도 제정의 문제, 참여자들 간의 비용 배분 문제, 그리고 하나의 도시공간을 두고 서로 다른 사용자별 요구사항을 충족시키는 문제 등도 고려해야할 것 이다.