디지털 트윈, 표준 개발·적용이 중요…APS 솔루션으로 스마트 제조 전환 돕는다

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첨단 기술의 융합과 디지털 변환은 비즈니스에 역동적인 변화를 가져오고 있다. 제조업체들은 이런 변화를 받아들이고 적응하는 것이 중요해지고 있다. 해당 변화는 단순히 기존 프로세스를 변경하는 것이 아니라, 제조 실행 및 전략의 새로운 시대를 예고하는 패러다임의 변화를 의미한다. 엠아이큐브솔루션 박양호 연구소장은 ‘2024 스마트 제조 대전망 온라인 컨퍼런스’에서 제조업 패러다임을 바꿀 디지털 트윈의 적용 사례 및 구축 방안을 소개했다. 그 내용을 정리했다.

디지털 트윈이란 단어는 2002년 미시건대 마이클 그리브스 교수가 PLM에서 최초의 디지털 트윈 개념을 정립한 것으로 인정받고 있다. 여기서 PLM은 현재 대부분 기업에 적용되어 있는 PLM 개념이 아닌, 제품 탄생에서 죽음까지 제품의 전체 수명 주기를 통합하고 운영을 최적화하는 전략을 말한다. 현재 대부분 PLM 솔루션들이 수명 주기 초기 단계인 제품 개발 단계의 솔루션으로 자리 잡고 있다.

PLM은 인더스트리4.0 시대에 들어서 디지털 트윈이라는 이름으로 다시 명명됐다. IoT, 로봇, PLC 기술 고도화, ERP 시스템 등의 고도화, 5G 통신, 빅데이터 분석 등 ICT 기술이 뒷받침되면서 전체 라이프 사이클 통합이 가능해졌기 때문이다. 디지털 전환 전략의 핵심은 제품 생애 주기를 전반적으로 디지털화하고 통합하는 것이다. 이를 가능하게 하는 디지털 트윈의 구축은 매우 중요하다.

성공적인 디지털 트윈 구축을 위한 과제

스마트 팩토리 고도화를 위해 디지털 트윈은 필수 요소다. 그렇다면 성공적인 디지털 트윈을 구축하기 위해서는 트윈의 다원적 특성을 고려한 현실적인 목표 및 전략 수립이 관건이다.

가장 중요한 부분은 디지털 트윈은 모든 것을 해결해 주는 만능 요소가 아니라는 것이다. 너무 많은 문제를 한 번에 해결할 수 없다는 것을 받아들여야 한다. 명확한 목표와 범위 설정, 단계별 실행 전략이 필요하다. 두 번째는 전산화가 아닌 정보화의 필요성이다. 기존의 업무 방식을 바꾸는 것이 필수적이며, 특히 엑셀과 같은 도구에 대한 의존을 줄여야 한다.

마지막은 사일로 방식의 시스템 개발 금지다. 기업이 디지털 트윈을 성공적으로 구축하고 활용하기 위해서는 통합된 접근 방식이 필요하다.

VUCA 시대 극복 위한 APS 솔루션

엠아이큐브솔루션은 인더스트리4.0 속 Volatility(변동성), Uncertainty(불확실성), Complesxity(복잡성), Ambiguity (모호성)의 ‘VUCA 시대’를 극복하기 위한 방법으로 디지털 트윈 기반의 APS(Advanced Planning & Scheduling) 솔루션을 꼽는다. 이 솔루션은 데이터 파이프라인, 표준 디지털 트윈 정보 모델 관리, 스케줄링과 시뮬레이션 실행 엔진 등을 포함하여 여섯 부분으로 구성되어 있다.

이를 통해 기업은 미래의 생산 시나리오를 예측하고, 다양한 알고리즘을 활용하여 최적의 생산 계획을 수립할 수 있다. 기업은 디지털 트윈 구축을 통해 내외부의 변동에 빠르게 대응할 수 있고, 납기 준수율과 생산량을 개선할 수 있다. 디지털 트윈 기반의 시스템을 통해 업무 시간을 단축하고 기술적 편차를 줄이며 유관 부서 간의 커뮤니케이션을 강화할 수 있다.

엠아이큐브솔루션의 APS 솔루션은 △스냅샷 동기화 파이프라인 △P4R 스냅샷 정보 모델 △스케줄링 애플리케이션 △디지털 트윈 애플리케이션 △구성 데이터 라이브러리 △핵심 결과(UI/UX)로 나눠져 있다.

해당 솔루션의 특장점 첫 번째는 디지털 트윈 기반의 whatif 시뮬레이션을 통해 여러 개의 미래 시나리오를 통해 생산 KPI 예측 진단이 가능하다는 점이다. 엠아이큐브솔루션은 다양한 현장 제약, 고려 사항을 반영해 스케쥴링 알고리즘과 시뮬레이션 결과를 병합해 최적에 가까운 생산 계획과 일정 계획을 수립하고 있다.

두 번째 장점은 시뮬레이션 기반으로 상세한 제조 KPI를 제공한다는 것이다. 설비부, 생산량 납기 준수 등 미래 생산 지표를 예측해 타임머신처럼 미래의 생산 가시성을 확보할 수 있다.

세 번째 특장점은 시뮬레이션 기반의 what-if 시뮬레이션 검토를 통해 다양한 시나리오 기반으로 데이터 수치 기반의 과학적인 의사결정을 지원하는 것이다. 마치 내비게이션에서 최소 시간 최단 거리 등의 우선 기준을 선택하는 것처럼 원하는 목적에 따라 생산 전략을 선벌적으로 실행할 수 있다.

마지막 특징은 고객 맞춤형으로 대시보드와 KPI 분석 리포트를 구성 제공해 애자일 의사결정을 지원하는 것이다. 이를 통해 기업은 내외부의 변동에 빠르게 대응하고 납기 준수율 생산량 등 다양한 생산 지표를 개선하는 효과를 볼 수 있으며, 담당자의 업무 시간을 단축하고, 사람에 따른 기술적 편차를 줄여줘 업무 효율성을 높일 수 있다. 또한 공통의 뷰포인트를 제공해 유관 부서 간의 커뮤니케이션이 강화되고, 데이터 기반의 최적 의사결정을 수행할 수 있다.

디지털 트윈 구축 사례

엠아이큐브솔루션의 디지털 트윈 구축 사례를 살펴보겠다. 이차전지 산업 분야 구축 대상 공장은 세 가지 유형의 Shop을 포함해, 권치, 조립, 병목 공정으로 병목 전후의 공정에 각기 다른 목적에 알고리즘이 적용되어 있다. 믹핑/극판 공정은 권치 조립 공정에 차질이 없도록 하면서 모델 변경 시간을 최소화하는 알고리즘이 적용되었고, 화성 공정은 복잡한 물류가 발생하기 때문에 병목이 발생하지 않는 최적의 디스패칭 룰을 찾는 알고리즘이 적용됐다. 결과적으로 이를 통해서 납기 지연 없이 변경 시간을 56.3% 줄이는 계획을 생성했고 이를 통해 약 3.6%라는 생산성 증가를 결과로 도출했다.

내화 산업에서는 엠아이큐브솔루션의 ERP, MES, WMS 시스템을 함께 적용해 공장의 운영 정책과 현황을 고려한 최적의 투입계획을 수립했다. 구체적으로 실무에 원료 수급 이슈, 긴급 주문 대응, 우선순위 조정, 품목 교체를 최적화하는 계획을 수립했는데 이를 통해 기존 대비 최소 5시간 이상 소요 시간을 개선했고, 계획 소요 시간 감소로 탄력적 계획을 수립할 수 있게 됐다.

디지털 트윈 개발 방향

디지털 트윈의 경우 성숙도에 따라 모델이 나눠진다. 디지털 모델 후 3D 가시화를 통한 모사 트윈, 현장 모니터링 및 설비 상태 알람이 가능한 관제 트윈, 가상 및 생산계획 검증이 가능한 모의 트윈, 공급사슬 연계 및 트윈 간 연동이 가능한 연합 트윈, 완전 무인화로 자율적 운영이 가능한 자율 트윈으로 나뉜다.

엠아이큐브솔루션은 현재 디지털 트윈 성숙도는 모의 트윈 수준이며, 2025년까지 연합 및 자율 트윈까지 이룩할 수 있는 기술 개발 및 상용화를 계획하고 있다고 밝혔다. 단기적으로는 생산 계획 솔루션 외에 모니터링 솔루션을 통한 통합 연계한다는 계획이다.

오토메이션월드 함수미 기자 |

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