제조 디지털 트윈(MDT: Manufacturing Digital Twin) 프레임워크 기술은 다양한 시뮬레이션, 분석, 예측 모델을 연결?통합하여 국제 표준 기반으로 디지털 트윈의 객체관리/실행/컴포지션(연합)을 가능하게 하는 개발 도구 및 실행 기술이다. 본 기술을 통해 그동안 사일로식으로 개발되어 왔던 디지털 트윈을 효과적으로 확장하고 재사용할 수 있도록 하는 기능을 제공한다.
본 기술의 구성은 국제 표준인 자산 관리 쉘(Asset Administration Shell, AAS)을 준수하면서 시뮬레이션/AI/형상 등의 정보를 구조적으로 표현한 MDT 모델을 기반으로 (1) 디지털 트윈 객체 관리 기술과 (2) 다수 디지털 트윈 간에 연결/통합하는 워크플로우 구성도구 및 실행 기술로 구성된다. MDT모델은 제조 산업에 특화된 기계 장비 등의 물리적 개체를 디지털 트윈으로 모델링 하는 과정에서 개체가 갖는 다양한 특성들을 구조적으로 표현할 수 있도록 메타정보를 규격화한 것이다.
(1) 디지털 트윈 객체 관리 기술은 디지털 트윈 모델들을 실제 장비와 연계하여 인스턴스 실행/중지 및 상태를 모니터링하는 ‘디지털트윈 객체 관리 도구’와 디지털 트윈 인스턴스를 실행하고, 레지스트리 및 상태 관리하는 ‘디지털트윈 실행 엔진’으로 구성된다.
(2) 다중 디지털 트윈 구성 도구 및 실행 기술은 단일 트윈 내에서 AI/시뮬레이션/데이터 모델 간에 입출력 흐름을 구성하거나, 다수의 디지털 트윈 간에 워크플로우를 구성할 수 있는 ‘다중 디지털트윈 구성 도구’와 이를 통해 생성된 워크플로우 모델의 실행/배포/모니터링을 제공하는 ‘다중트윈 워크플로우 실행엔진’으로 구성된다.
* 기술이전의 목적 및 필요성
- 현재 제조 현장은 산업 패러다임 변화에 맞추어 주력 산업을 중심으로 첨단화, 고도화되고, 고부가 제품 생산의 비중이 커지고 있다. 이에 따라 제품?설비?공정이 서로 복잡하게 연계 및 운영되면서, 갈수록 사람의 개입 및 의사결정이 어려워지고 있다. 디지털 트윈은 이러한 제조 현장의 문제들을 가상에서 모의실험해보고 분석함으로써 실시간 예측, 판단, 검증, 최적화 등을 가능하게 하고, 문제 발생의 원인 추적 및 진단까지 지원할 수 있다.
- 이와 같은 제조 산업에서 디지털 트윈 활용에 대한 많은 잠재성에도 불구하고, 산업 현장에 본격 확산되지 못하고 있는 것이 현실이다. 이는 디지털 트윈을 도입하는데 필요한 초기 구축 비용 부담이 여전히 크고, 비용 대비 효과성에 대한 확신을 줄 만한 성공사례도 부족한 것이 주요 원인의 하나라고 할 수 있다.
- 그동안 제조 현장에서는 재사용에 대한 고민 없이 추진 목적에 따라 각자의 방식으로 사일로(Silo) 식의 디지털 트윈 개발을 해 왔다. 이는 목적이 변경될 때마다 매번 새로 개발해야 하고, 이로 인한 개발 시간과 비용에 대한 부담을 안고 가야 한다는 것을 의미한다. 최근 디지털 트윈의 활용이 단순 모니터링이나 사전 시뮬레이션 뿐 아니라, 현장의 실시간 변화에 따른 예측과 제어 등으로 확대되면서, 재개발(수정, 확장 등)의 빈도가 크게 늘어날 것으로 예측되는 바, 디지털 트윈을 기존 방식대로 개발할 경우, 재개발의 부담은 계속 커질 것이다.
- 본 기술이전은 이러한 문제 해결을 위해 디지털트윈의 확장성과 재사용성을 제공하기 위한 목적의 개발 도구와 실행 엔진 기능을 제공한다.
● 디지털 트윈은 현실 세계에 존재하는 대상을 가상 세계에 디지털화한 것으로, 실-가상 간의 정보 교환을 통해 상호 연결되어 있음을 강조한다. 따라서 현장에서 수집된 데이터를 기반으로 가상환경에서 다양한 시뮬레이션이나 분석을 통해 예측 판단 및 제어를 가능하게 한다.
● 현재 제조 현장은 산업 패러다임 변화에 맞추어 주력 산업을 중심으로 첨단화, 고도화되고, 고부가 제품 생산의 비중이 커지고 있다. 이에 따라 제품?설비?공정이 서로 복잡하게 연계 및 운영되면서, 갈수록 사람의 개입 및 의사결정이 어려워지고 있다. 디지털 트윈은 이러한 제조 현장의 문제들을 가상에서 모의실험해보고 분석함으로써 실시간 예측, 판단, 검증, 최적화 등을 가능하게 하고, 문제 발생의 원인 추적 및 진단까지 지원할 수 있다.
● 이와 같은 제조 산업에서 디지털 트윈 활용에 대한 많은 잠재성에도 불구하고, 아직은 현장에서 본격적으로 확산되지 못하고 있는 것이 현실이다. 이는 디지털 트윈을 도입하는데 필요한 초기 구축 비용 부담이 여전히 크고, 비용 대비 효과성에 대한 확신을 줄 만한 성공사례도 부족한 것이 큰 원인으로 보인다.
● 그동안 제조 현장에서는 재사용에 대한 고민 없이 추진 목적에 따라 각자의 방식으로 사일로(Silo) 식의 디지털 트윈 개발을 해 왔다. 이는 목적이 변경될 때마다 매번 새로 개발해야 하고, 이로 인한 개발 시간과 비용에 대한 부담을 안고 가야 한다는 것을 의미한다. 최근 디지털 트윈의 활용이 단순 모니터링이나 사전 시뮬레이션 뿐 아니라, 현장의 실시간 변화에 따른 예측과 제어 등으로 확대되면서, 재개발(수정, 확장 등)의 빈도가 크게 늘어날 것으로 예측되는 바, 디지털 트윈을 기존 방식대로 개발할 경우, 재개발의 부담은 계속 커질 것으로 우려된다.
● 본 기술이전은 이러한 문제 해결을 위해 디지털트윈의 확장성과 재사용성을 제공하기 위한 목적의 개발 도구와 실행 엔진 기능을 제공한다. 이를 통해 디지털 트윈의 재사용성을 높이고 복잡한 제조 환경을 효과적으로 구성할 수 있도록 한다.
본 기술은 다음과 같은 특징을 가지고 있다.
● AAS(자산관리 쉘) 기반으로 데이터뿐만 아니라, AI, Simulation, 형상 정보 및 구조적/입출력 관계 정보를 구조적으로 표현하는 MDT 표준모델을 지원한다.
● AAS 기반의 REST 인터페이스를 제공한다.
● KS X 9101 데이터베이스 연동을 지원한다.
● 제조 디지털 트윈 인스턴스의 실행 및 모니터링을 위한 CLI(Command Line Interface)를 제공한다.
● 웹 기반의 디지털 트윈 인스턴스 관리 기능을 제공한다.
● 디지털 트윈의 워크플로우 구성을 지원하기 위해서 5가지(설정, 복사, 기능수행, 외부연동, 스크립트 실행 등) 빌트인 태스크를 지원한다.
1. 디지털 트윈 객체 관리 기술
- 디지털트윈 객체 관리(등록/시작/종료/목록 및 상태 조회) 도구
- 디지털트윈 인스턴스 객체의 실행엔진
- 디지털트윈 실행 및 모니터링을 위한 명령어 인터페이스(CLI: Command Line Interface) 제공
2. 다중 디지털 트윈 구성 도구 및 실행 기술
- 다중 디지털 트윈 워크플로우 구성 및 모니터링 도구
- 디지털 트윈 모델(AI/Simulation/Data/CAD 등) 간의 연계 기능 제공
- 워크플로우 템플릿 등록/삭제/export(JSON) 기능 제공
- 다중 디지털트윈 워크플로우 실행 엔진 기능 제공
● 기술명: 제조 디지털트윈 프레임워크 기술
- 디지털트윈 객체 관리(등록/시작/종료/목록 및 상태 조회) 도구
- 디지털트윈 인스턴스 객체의 실행 엔진
- 디지털트윈 실행 및 모니터링을 위한 명령어 인터페이스(CLI: Command Line Interface)
- 다중 디지털 트윈 워크플로우 구성 및 모니터링 도구
- 디지털 트윈 모델(AI/Simulation/Data/CAD 등) 간의 연계 기능
- 워크플로우 템플릿 등록/삭제/export(JSON) 기능
- 다중 디지털트윈 워크플로우 실행 엔진
● 기술명: 제조 디지털트윈 프레임워크 기술
- 프로그램 소스 코드(Javascript, Java)
- 제조 디지털 트윈 프레임워크 요구사항 정의서, 시험절차 및 결과서
- 표준모델 기반 디지털 트윈 생성 및 관리 장치와 그 제어 방법에 관한 특허 (국내2/국제1)
● 국제 표준 기반으로 가상 제조, 자율 생산 실현을 위해서 디지털 트윈을 구축 운영하고자 하는 분야에 활용
● 디지털 트윈 구축 이후에도, 제조 현장 변화 및 요구사항에 따라 적용 대상 및 서비스를 쉽게 추가 또는 변경 확장하고자 하는 분야에 활용
● 국제 표준에 기반하여 다수의 디지털 트윈을 연결·통합하여 실행 관리하고자 하는 분야에서 활용 가능
● 제조 기업의 디지털 트윈 도입 장벽을 낮추고, 대규모 확산 기반 마련, 국내외 표준과의 상호운용성 확보 기대