디지털 트윈
디지털 트윈이란 무엇인가?
디지털 트윈은 피지컬 트윈(물리적 자산, 프로세스 및 시스템)에 대한 디지털 복제본입니다. 상상을 가상으로 만든 것이 아니라, 피지컬 트윈이나 현실화 가능한 것을 원본으로 복제본을 만드는 것입니다. 그래서 디지털 트윈의 수명주기는 실체계와 연동되어 함께 살아 갑니다. 주요한 점은 실체계에서 실험 할 수 없거나 비용이 큰 실험을 디지털트윈에서 현실의 답을 찾을 수 있습니다. 3가지 구성 요소로 실 체계의 공간 및 사물의 형상 정보, 실체계의 객체의 행위 모델, 실 체계의 운용 데이터가 있습니다.
"가상에 현실과 같은 쌍둥이를 만들고, 현실에서 발생할 수 있는 상황을 가상시뮬레이션함으로써 현실을 제어하거나, 결과를 미리 예측하는 기술이다."
코로나 이후로 시장은 B2B에서 D2C의 폭발적으로 변화했습니다. 다채널 유통망, 파편화된 소비자 그룹, 다품종 소량생산, 고객 맞춤형 제품에 대한 니즈 증대, 짧아지는 제품주기, 동적으로 변화하는 가치 체인 등등은 물류의 복잡도를 폭발적으로 증가 시켰고, 기존 인프라는 한계를 맞이했습니다. 변화하는 생태계에 맞춰 기존 인프라의 재 사용을 고려해볼때, 실제 생산 제조라인을 전환 하는 것은 '나는 비행기의 엔진'을 교체하는 것과 같습니다. 하지만 디지털트윈을 통해 가상에 쌍둥이를 만들고 디지털 트윈을 통해서 물류의 복잡도를 정확하게 측정한다면, 현실을 정확하게 측정하고 미래를 예측하는 무한한 가능성의 키입니다.
"디지털 트윈은 엔지니어링 가능한 3D CAD 데이터를 기반으로 구축됩니다. 디지털 엔지니어링이 디지털 트윈의 궁극적 본질 입니다."
우리의 디지털 트윈은 엔지니어링을 목적으로 하므로, 반드시 그 기저에는 CAD/ CAM/ CAE/ BIM 데이터와 같이 엔지니어링에 필요한 현실의 Metadata를 포함하고 있어야 합니다. 현실과 같은 길이와 척도를 기반으로 현실을 복제하기 위해서 우리는 지속적으로 피지컬 트윈과 디지털 트윈의 간극을 좁히는 데 그 초점을 맞춥니다. 이는 궁극적으로 디지털 엔지니어링을 가능하게 하는 본질 입니다.
WE MADE BEFORE WE MADE!
전통적으로, CPS나 DT는 'Real to Sim(실제에서 시뮬레이션으로)'의 접근 방식을 취했습니다. 즉, 실제 세계의 데이터와 상황을 바탕으로 가상의 모델을 생성하고 검증하는 방식입니다. 하지만 'Sim to Real(시뮬레이션에서 실제로)'로 전복되는 변혁이 DT의 핵심입니다.
"우리가 문제를 인식하고 극복하는 방식에 대한 근본적인 변화"
POLLUX의 'Sim to Real'의 전환은 니체와 워홀의 사상과 맞닿아 있습니다. 니체가 제시한 기존 가치 체계의 붕괴와 새로운 가치 창출의 가능성, 워홀이 탐구한 원본과 복제 사이의 경계의 모호성은 디지털 트윈 기술이 실제와 가상의 경계를 허물고 새로운 현실을 창조해내는 과정과 깊이 연결됩니다. 이러한 전복은 단순히 기술적 진보를 넘어서, 우리가 문제를 인식하고 극복하는 방식에 대한 근본적인 도약을 성공합니다.
"from cloning to Generation"
결국, POLLUX의 'Sim to Real' 전환은 니체와 워홀의 사상을 현대 기술의 맥락에서 재해석하며, 기술과 인간 사이의 새로운 상호작용의 가능성을 열어줍니다. 이는 기술이 단순히 실제 세계를 반영하고 모방하는 것을 넘어, 실제 세계를 개선하고 재창조할 수 있는 힘을 갖게 됨을 의미합니다. 따라서 디지털 트윈 기술은 미래 사회에서 인간과 기술의 관계를 새롭게 정의하며, 우리의 삶을 어떻게 변화시킬지에 대한 끊임없는 탐구와 논의를 촉발시킬 것입니다.
"인간 중심의 기술 발전"
이러한 기술적, 사상적 전환은 우리가 미래를 어떻게 상상하고 구현할 것인지에 대한 근본적인 질문을 던지며, 인간의 창의력과 혁신을 통해 더 나은 세상을 만들어 나가는 데 있어 중요한 역할을 할 것입니다. 이는 곧, 인간 중심의 발전을 강조합니다. 기술은 인간의 삶의 질을 향상시키고, 일상의 문제를 해결하며, 지속 가능한 미래를 구축하는 데에 있어 중요한 수단이 됩니다. 디지털 트윈 기술이 실제와 가상의 경계를 넘나들며 현실을 재창조하는 과정에서, 인간의 창의력과 혁신이 중심이 되어야 합니다. 기술은 인간의 의도와 존재 목적에 따라 형성되고 사용되어야 하며, 이를 통해 더욱 포용적이고 지속 가능한 미래를 만들어 나갈 수 있습니다.
디지털 객체 : 자산 디지털화를 위한 여정의 시작
객체의 구조 모델 설계 - 객체의 행위 모델 설계 - 객체의 형상 모델 설계
Lumped Model
객체의 행위 모델의 설계 단계 중 3D CAD 설계로 생성되는 모델입니다. 우리는 이를 럼프드 모델이라고 합니다. 럼프스 모델은 객체의 구조의 핵심만 모델링 됩니다.
3D CAD(Computer Aided Design)를 통해 탄생한 럼프드 모델은 가상 객체에 Kinematics를 임플란트합니다.
Lumped Model은 현실 개체의 실제 구조의 핵심과 목적에 맞게 설계합니다. 모든 구조적 요소를 모델링하기 위해 불필요한 비용과 시간을 들일 필요는 없습니다. 즉, 구조 모델링은 필요한 만큼만 하는 것입니다. 따라서, 정의된 목적과 핵심에 따라 구조를 심플하게 모델링 합니다.
"이는 디지털 엔지니어링을 위한 첫 단추다."
이 과정을 통해서 객체는 피지컬 트윈의 길이와 척도와 동일한 스케일을 가지는 순간입니다. 이는 운동의 원인, 힘과 질량을 고려하지 않습니다. 작업 범위(Work Space)와 링크(Link)의 위치, 기구의 특이점(singularity) 등을 고려합니다. 이는 기구의 목적과 밀접하며 이제 가상에서 객체는 Joint, collision, material, mass를 가집니다.
Chesire Cat Model
'체셔 고양이'(Cheshire Cat)는 루이스 캐롤의 아동 소설인 '이상한 나라의 앨리스(Alice's Adventures in Wonderland)'에 나오는 가공의 고양입니다. 우리는 디지털 트윈의 객체의 속성을 어떻게 구현하는가 고민했습니다. '양자 체셔 고양이'실험을 통해서 그 키를 찾았습니다. 실험에 따르면 입자의 본체가 없어도 그 성질만 존재하게 되는데, 이것이 기분 나쁜 미소만 남기고 사라지는 체셔 고양이와 비슷한 특성을 갖고 있기 때문에 유래된 것입니다. 이 실험으로 입자 자체에서 그 입자의 성질을 분리할 수 있는지 파악한 것입니다. 이제 우리는 고양이의 미소만 볼 수 있습니다.
"체셔캣 모델은 설비의 외형이 아닌, 운동역학과 동역학 요소만을 고려하는 모델입니다."
CAD에서의 Kinematics를 기반으로 DT플랫폼으로 Import된 객체의 Dynamics를 설계하는 과정입니다. 여기서 우리는 "입력 토크 혹은 힘이 기구에 동작에 어떻게 영향을 주느냐?" 에 관심이 있습니다. 즉 운동의 원인(힘과 질량)을 고려합니다. 객체에 동역학과 운동역학을 임플란트합니다.
"체셔캣 모델은 디지털 엔지니어링을 위한 첫 단추입니다."
이제 Digital Twin 플랫폼 내에서 구현된 체셔캣 모델은 gravity, damping, stiffness, Target, target velocity 등을 가짐, 이는 피지컬 트윈의 Dynamics와 동일한 척도를 가집니다. 이를 통해 객체의 행위 모델에 대한 제어 컨트롤을 설계합니다.
Visual Model
실세계 대상에 외형 대해 디지털 트윈으로의 가시화를 위한 모델링 입니다. 3D 표현은 모양, 표면, 공간의 세분화로 구성되고, 3D 표현의 충실도는 그것들을 통해 정의할 수 있습니다.
Visual Model은 디지털 트윈을 형상화 시키는 설계 관점이자, 데이터 구성의 축을 기준으로 가시화 된다.
점, 표면, 형태, 공간의 형태로 나타내는 3D 데이터 차원은 이미 널리 사용되어 왔다. 디지털 트윈에서도 물리적 개체가 3D 모델로 만들어져야 하기 때문에 Visual Model은 해석, 설계, 또는 데이터 모델 구조로 필수적이고 명확한 모델링 차원입니다. 3D표현의 가시화는 고객사의 니즈를 반영한 디지털 트윈의 응용 목적에 따른 충실도 모델을 기반으로 이루어져야 합니다.
3D표현의 현실 같은 높은 충실도는 디지털트윈 안에서 로봇 AI학습과 딥러닝 모델의 적용을 위해 필수적인 요소입니다.
현실적인 그래픽을 통한 로봇 AI학습과 딥러닝 모델의 훈련을 통해서 현실적인 경험 데이터를 수집합니다. 이 학습 결과는 현실에 적용 가능한 AI를 만듭니다. 그러나 디지털 트윈 엔지니어링을 위한 높은 조건을 만족하는 디지털 트윈 플랫폼은 딱 하나 존재합니다.