최근 5년간 디지털 트윈은 자주 검색되는 화두 중 하나
가스산업계도 4차산업혁명에 부응한 아이디어 도출 기대

몇년 전부터 디지털 트윈(Digital Twin)은 4차산업혁명을 근간으로 하여 여러 사람들로부터 회자되어 왔다. 최근 5년간의 검색어 순위를 살펴보더라도 디지털 트윈은 많은 사람들이 자주 검색하는 화두인 것만은 틀림없는 것 같다. 그렇다면 디지털 트윈은 무엇이며 현재 우리에게 어떤 점을 시사하고 있는 것일까?

정점에서의 디지털 트윈

가트너(Gartner)사에서 매년 발표하는 최신기술(Emerging Technologies) 분야의 트렌드와 비지니스에 대한 영향력, 수용 상황, 미래에 대한 예측을 담은 2018년도 Hype Cycle 보고서에 따르면 디지털 트윈이 사이클의 정점에 위치한 기대절정단계(Peak of Inflated Expectation)에 있음을 보여주고 있다. 이러한 예측은 현재 거의 실현되어 가고 있으며, 향후 수년(5~10년) 이내에 기술의 기대하락단계(Through of Disillusionment)를 거쳐 재조명단계(Slope of Enlightenment) 및 생산 안정화단계(Plateau of Productivity)로 진입할 여지가 충분한 것으로 보여진다.

디지털 트윈의 비전과 현재 위치

가트너사는 디지털 트윈을 “설비상태에 대한 이해, 변화에 대한 대응, 비지니스 운영의 개선 및 고부가가치를 구현하고자 하는 목적의 소프트웨어의 형태”로 규정하고 있다.
디지털 트윈에 대한 이러한 정의는 다소 모호하며 대하는 사람들마다 제각각 해석할 여지가 있어 보인다. 이 정의로 봐서는 데이터 분석이 어느 정도까지가 개념의 일부인지 언급되어 있지 않으며, 디지털 트윈이 어느 정도까지 데이터 분석을 통한 통찰력 또는 예측 능력을 발현해 줄지에 대한 언급이 없다.
사실 디지털 트윈을 단순하게 설명하자면 실제 설비를 표현해 줄 수 있는 모든 디지털 모델을 일컫는다고 할 수 있다. 여기에 시각화 측면을 보강하면 그 가치를 더 높여줄 수 있다. 예컨대 가스 플랫폼, 배관망, 가스설비 및 GIS에 대하여 3D로 표현하여 보여주게 되면 운전 정보를 더 잘 이해할 수 있게 된다. 실제 설비의 현재 컨디션을 기반으로 디지털 모델을 쌍둥이처럼 구현한다거나, 현명한 비지니스 의사 결정을 위한 토대로서 미래상태 및 다양한 What if 시나리오를 시뮬레이션해 보려는 시도가 있을 수 있다.

현실에서의 디지털 트윈의 활용
디지털 트윈 모델을 비지니스에 가장 널리 채택한 산업분야는 설비 제조업체이다. 회전기계(Rotating Machinery) 및 관련 설비는 운전 데이터를 실시간으로 전송할 수 있도록 완벽한 계장을 갖추어 고객에게 납품되고 있다. 이러한 데이터를 분석함으로서 정밀한 검사(Inspection) 및 유지보수(Maintenance) 체계를 위험성 기반 접근(Risk-based Approaches) 방식으로 전환하여 비용이 많이 소요되는 설비 가동중지를 최소화할 수 있게 된다.
이러한 비지니스 모델은 현재로서는 설비 제조업체에 적합하다고 할 수 있다. 생산제품 자체가 크기에 따라 시리즈로 생산되며 한가지 데이터 모델이 적합하다고 판명되면 다른 모든 생산된 설비에 대해 동일하게 적용할 수 있기 때문이다. 그러나 가스산업에서 디지털 트윈이라는 개념을 떠올리게 되면 펌프 등과 같은 단순한 설비 하나만을 생각하지 않는다. 가스산업에서는 배관망을 위시한 가스플랫폼 전체를 표현해야 하며, 이러한 시스템은 규모가 매우 크며 각각의 시스템은 동일하지 않은 것이 일반적이다. 이는 펌프가 시스템의 일부가 아니라고 말하자는 것은 아니며 다양한 데이터 소스들을 망라한 전 시스템에 대한 데이터 통합에 대한 새로운 도전을 제기하자는 것을 의미한다. 최근 개방형 산업 플랫폼(Open Industry Platforms)이 이를 달성하도록 구성되어 있기는 하지만, 센서 판독의 신뢰성, 데이터 세트의 소유권 및 호환성 문제와 관련하여 여전히 해결하기 어려운 부분도 있다. 여러가지 부분적인 시도는 계속 진행되어 오고 있지만 가스산업에서 완벽한 디지털 트윈 구축 자체가 꽤 복잡한 프로세스여서 실제 구축사례는 거의 없는 형편이다.

꿈은 크게 시작은 작은 것부터
가스산업에서 다루는 복잡한 설비의 디지털 트윈을 갖추는 것은 쉽지 않은 일이다. 디지털 트윈의 기능에 대한 정의조차도 아직 합의되지 않은 것이 현실이다. 가트너의 정의로 다시 돌아가 마지막 부분인 “고부가가치의 구현”을 돌이켜 보자. 앞에서 언급한 바대로 설비 제조업체에서의 디지털 트윈은 명확하게 고객으로 하여금 비용을 절감할 수 있게 해주며, 제조업체는 자신만의 새로운 서비스 및 수익원을 창출할 수 있도록 해준다. 그렇다면, 가스산업에서의 디지털 트윈은 특히 기술담당자나 설비 관리자 측면에서 다음과 같은 디지털 트윈의 요소들을 한번 검토해 보는 것이 구축이나 확산에 도움이 될 수 있을 것이다. 이를 통해 디지털 트윈의 비전을 보다 강력하게 보일 수 있으며 고부가가치의 구현을 실현할 수 있기 때문이다.
시각화(Visualization): 모든 관련 지표가 3D 모델로 표시된다. 이는 의사결정자에게 집계된 정보를 명확하게 제시할 수 있는 가장 강력한 방법으로, 한정된 전문지식에도 불구하고 짧은 시간 내에 올바른 판단을 내릴수 있게 된다.
데이터 통합(Data Integration): 디지털 트윈 상에 플랫폼의 운전 현황, 가스공급량, 공급압력, 고객 현황 등을 한눈에 볼 수 있도록 표시된다. 설비 관리자는 현재 다양한 분야에서의 가장 중요한 정보를 갖고 있어야 한다. 하나의 디지털 트윈 상에 여러 도메인에 걸친 맵핑 데이터를 통합하는 것이 결코 단순한 일은 아니지만, 실시간 센서 데이터, 시뮬레이션 데이터, 계산 데이터 또는 수동입력 데이터인지에 상관없이 엔지니어에게는 매우 중요한 일이다.
협업(Collaboration): 디지털 트윈은 제어실 또는 중앙관제실에 있는 큰 화면이나 서버에 연결된 사내 컴퓨터들에 동일하게 표시된다. 이는 설비 관련 모든 이해당사자들이 성공적인 운영을 위해 협력하는데 핵심적인 요소이다. 엔지니어링 모델을 중심으로 협업하고 의사소통 방식의 비효율성을 줄여야 하는데, 디지털 트윈이 모든 이해당사자들을 한데 모으는 가교 역할을 하도록 해야 한다.

윗 그림은 디지털 트윈을 통해 가스 배관망에 구축할 수 있는 어플리케이션 분야에 대한 예시이다. 구축된 디지털 트윈 상에 위험 요인을 조기에 발굴하여 조처할 수 있도록 위험성 평가 기능을 부여하거나, 배관망 및 관련설비의 검사결과에 기반한 보전관리(Integrity Management) 시스템의 구축, 또는 품질/보건/안전/환경 관리시스템(QHSE Management System)을 구축하는 것이 가능할 것이다. 최근에는 배관망에 대한 수리학적 모델(Hydraulic Model)을 구축하여 실시간 데이터를 반영한 배관망 모니터링 시스템(Pipeline Monitoring System)을 구축하는 업체들이 증가하고 있는 추세이다.
이러한 어플리케이션 이외에도 더 다양한 어플리케이션이 존재할 수 있으며, 가스 산업계에서 4차산업혁명에 부응한 새로운 혁신과 창의력이 감안된 다양한 아이디어가 도출되기를 기대해 본다.

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김기수 공학박사 프로필
- 현) DNV GL - Digital Solutions : Plant & Pipeline Ecosystem Solution 영업대표
- 광운대학교 공과대학 화학공학박사
- (주) 에이드 : 공정시뮬레이션, 발전소 성능 모니터링, 위험성 평가 분야 근무
- 한국위험물학회 산업이사 역임