디지털 트윈과 물류 [1편]

가트너[1]가 발표한 2019년 10대 전략 기술 트렌드에 포함된 디지털 트윈에 대해 살펴보고자 함

-  디지털 트윈은 물리적 대상의 내/외부 형상, 특성, 상태, 동작 등 존재하는 모든 것을 디지털화하는 기술

-  ‘물리 장치’와 물리 장치의 모사인 ‘가상 장치’가 1:1로 연결되어 실시간으로 데이터, 정보를 상호 연계하여 과거와 현재의 상태와 형상을 분석하여 이해하고, 미래 예측을 통해 부가가치를 제공함

-  가상 물리 시스템(cyber physical system)을 구현하기 위한 공학적인 모델 및 방법론으로, 사물인터넷, 빅데이터, 인공지능 등의 첨단 기술을 조합하여 물리 장치 운영의 효율성과 최적화를 추구함

디지털 트윈은 시뮬레이션의 개념이 진화한 것이므로 완전히 새로운 아이디어는 아님[2]

-  시뮬레이션은 ‘컴퓨터 기반 시뮬레이션’ → ‘시뮬레이션 응용프로그램’ → ‘시뮬레이션 기반 시스템 설계’ → ‘디지털 트윈’의 단계를 거치며 진화하였음

디지털 트윈은 기존 시뮬레이션보다 발전적인 4가지 특성을 보유하고 있음[1]

-  첫번째, 특정 비즈니스 성과를 지원하는 방법에 중점을 두고 강건성(robustness)을 가짐

-  두번째, 모니터링과 제어를 위해 실시간으로 현실 세계와 연결됨

-  세번째, 새로운 비즈니스 기회를 창출하기 위해 고급 빅데이터 분석과 인공지능을 적용함

-  네번째, 사용자와 상호작용을 하고, 가정(what-if) 시나리오를 평가하는 능력을 보유함

물류 분야에서 디지털 트윈이 아직 널리 활용되지는 않지만, 디지털 트윈의 기반이 되는 환경과 핵심기술은 이미 사용되고 있음[2]

-  물류 현장에서는 센서를 사용하여 화물 이동, 기계, 물류 장비를 추적하고 있음

-  물류를 포함한 산업계 전반은 점점 개방형(open) API(application programming interface) 전략을 수용하고 클라우드 기반 IT 시스템으로 전환하고 있음

-  물류 관련 기업에서는 기계학습과 고급 분석기술을 적용하여 공급사슬을 최적화하고, 과거의 운영 데이터로부터 새로운 통찰력을 얻기도 함

-  물류 전문가가 창고 피킹, 차량 적재 등의 작업을 향상시키기 위해 증강/혼합/가상 현실 응용프로그램을 구축하기도 함

포장 및 컨테이너 분야[2]의 사례

-  Math2Market이 개발한 포장재 디지털 트윈은, 포장재의 성능을 이해하고 예측하는데 도움을 줄 수 있음

-  포장재 디지털 트윈은 운송 중에 발생하는 온도, 진동, 충격 등을 모델링할 수 있음

-  포장재 디지털 트윈은 보다 강력하고 가벼우며 환경친화적인 포장재를 개발할 수 있도록 도와줌

-  독일 스타트업 Metrilus가 개발한 3D 사진 기술을 이용하면, 컨테이너의 상세한 모델을 신속하게 생성함으로써 컨테이너의 찌그러짐이나 균열과 같은 잠재적 문제들을 자동으로 식별할 수 있음

-  이 데이터를 컨테이너 이동에 대한 과거 데이터와 결합하면, 특정 컨테이너의 사용, 수리, 폐기 시점에 대한 의사결정을 지원하는 디지털 트윈을 만들 수 있음

-  기업이 보유한 전체 컨테이너에 대해 이러한 데이터를 집계하면 운송 차량의 규모와 배분에 대한 최적의 의사결정을 지원할 수 있고, 컨테이너의 결함 혹은 공급사슬의 특정 지점에서 발생하는 거친 취급과 같은 근본적인 문제를 식별하는데 도움이 될 수 있음

운송 분야[2]의 사례

-  의약품, 전자 부품과 같이 민감한 고부가가치 제품을 운송할 때는 온도, 제품 방향, 충격, 진동을 모니터링하는 센서를 사용하는 것이 일반적임

-  Roambee, Blulog, Kizy 등이 개발한 최신 센서는 운송 중에 연속적인 데이터 전송을 가능하게 하기 위하여, 점점 더 많은 데이터 지점을 통합하고 있음

-  운송 디지털 트윈은 운송 중에 센서가 수집한 데이터의 저장소 역할

-  이 데이터는 새로운 방식으로 사용될 수도 있는데, 디지털 트윈의 모델이 포장의 단열과 충격 흡수 특성을 포함한다면 제품 내부의 상태를 예측할 수 있음

창고/물류센터 분야[2]의 사례

-  창고/물류센터 디지털 트윈에서는 시설의 3D 모델과 재고 및 운영 데이터를 결합할 수 있음

-  데이터에는 창고/물류센터 플랫폼에서 사물인터넷을 통해 수집한 것뿐만 아니라 모든 품목의 크기, 수량, 위치, 수요 특성 등이 포함됨

-  창고/물류센터 디지털 트윈은 새로운 시설의 설계와 레이아웃을 지원하여, 기업이 공간 활용을 최적화하고 제품, 직원, 물류 장비의 이동을 시뮬레이션 할 수 있음

-  창고/물류센터 작업 중에 디지털 트윈은 다양한 자동화 기술로부터 수집된 데이터를 지속적으로 갱신할 수 있음 (드론 기반 재고 계산 시스템, AGV, goods-to-person 피킹 시스템, AS/RS 등)

-  창고/물류센터에서 디지털 트윈을 사용하는 데 있어서 가장 큰 장점은 성능 개선에 지속적으로 기여할 수 있다는 것임

-  재고. 장비, 직원의 이동에 대한 종합적인 데이터는 창고/물류센터 운영에서 낭비 요인을 식별하고 제거하는데 도움이 될 수 있음 (복잡한 통로에서의 혼잡, 직원의 낮은 생산성과 피킹 오류 등)

-  현장에서 디지털 트윈을 사용하면 시뮬레이션을 통해 레이아웃 변경, 새로운 장비와 프로세스 도입으로 인한 잠재적 영향을 실제 변경하기 전에도 평가할 수 있음

-  수량과 제품 구성의 변경을 빠르게 수용해야 하는 전자상거래 풀필먼트 환경에서, 디지털 트윈은 동적 운영 최적화를 지원할 수 있고 현재 또는 예측된 수요에 맞춰 재고 위치, 인력 수준, 장비 할당을 지속적으로 조정할 수 있음

시사점

-  디지털 트윈은 시뮬레이션이 진화한 개념으로, 기존의 시뮬레이션은 현실 세계와 직접 연결되지 않지만 디지털 트윈은 현실 세계와 직접 연결되어 실행됨

-  디지털 트윈이 실시간으로 운영되기 위해서는 다양한 센서와 사물인터넷의 지원이 필요함

-  수집한 데이터를 빅데이터로 분석하고 인공지능으로 응용하면 디지털 트윈의 구축 효과를 더욱 얻을 수 있음

-  현실적으로, 여러가지 기술을 디지털 트윈으로 통합하여 구현하는 것은 매우 복잡하고 도전적인 과제임

-  향후, 디지털 트윈의 구축 비용은 감소하고 기술성숙도는 상승할 것이므로, 디지털 트윈에 대한 잠재적 물류 적용 사례를 학습하여 보다 강력한 비즈니스 사례를 만들어 낼 수 있는 준비가 필요함