디지털 트윈

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정의

1) 미국 미시건 대학교 마이클 그리브스 박사가 제품생명주기(PLM)을 제시하면서 처음 으로 개념을 제시

2) 현실에서 수집한 과거와 현재의 소스를 원천으로 이를 가상세계에 구현하고 이를 분석하여 현실에서 발생할 수 있는 위험을 예방하고 더 나은 방향을 제시하는 것이 목적

3) 글로벌 디지털 트윈 시장은 2019년 38억 달러에서 26년 333억 달러, 2035년에는 1153억 달러로 성장할 전망. (루츠 에널리시스)

 

응용영역

1) 안전 : 가상세계 모의를 통해서 재난 및 산업 피해 확산 등의 현실 세계 문제점 차 단, 최소화를 위한 예측 및 예방 중심의 안전관리 서비스. 개별 재난모형들이 융합되 어 복잡한 현실세계의 문제점을 해결하기 위한 재난 시뮬레이션 기술 필요.

 

- 재난 및 안전 상황은 예측→예방→대비→ 대응→ 복구→ 조사분석의 형태로 구성된 관리체계를 필요로 하고, 이를 지원하기 위한 디지털 트윈이 필요함.

 

- 재난확산 예측 모의 기술: 사고 발생시의 가상 시나리오를 생성할 수 있는 기술이 필요함. 시나리오별로 피해수치와 최적화 대응방법을 생성할 수 있었야하고 이를 사 용자에게 전달하기 위한 시각화 기술이 필요.

 

- 재난안전 위험도 관리 및 예방기술 : 재난이 일어날 가능성을 파악하고 이를 기반으 로 하여 재난을 방지하는 기술. 취약점 파악. - 의결결정지원기술, 복수의 시스템을 상호 통합하고 이를 통해서 복합 재난에 대응할 수 있는 체계 및 관리시스템 구축 필요. 

 

2) 국방 : 가상의 전투 시뮬레이션을 통해서 작전계획의 구축, 군인의 양성과 교육에 사용

 

3) 환경 : 도시와 해양의 실시간 상황을 가상에 구현하고 이를 통해서 환경오염 상태를 실시간 진단. 오염물질의 배출을 제한하거나 사고에 대한 사전 평가를 통해서 사고 발생 시 최적화된 통제상태를 관리.

 

4) 제조업 : 현실세계의 제조자원인 4M1E(machine, man, matrerial, method, Enviroment) 가상공간에모사하고 실시간연결하여 가상공간에서 제품의 설계부터 생산, 유지보수, 서비스 및 장비의 실시간 모니터링과 예방정비 작업진행 및 경영자의 의사결정을 지원. 대부분이 개별 모델링 및 시뮬레이션을 단편적으로 상용하고 있으나, 향후 통 제가 어려운 다양한 변수들을 반영하여 실데이터 기반의 작동 시나리오 분석, 자산 최적화등을 통해서 문제, 불량 발생의 예측으로 사전 또는 조기 대응할 수 있는 기 술이 필요함.

 

- 실세계의 생산 공정 내의 정형/비정형 데이터의 실시간 계측 및 가동 예측 시뮬레이 션을 통한 공정 관리 최적화.

 

- 불량원인자에 대한 AI를 이용한 분석 및 실시간 대응 기술 - 생산 시설 내의 자원을 최적화할 수 있는 모델링 기술.

 

5) 교통문제 : 현실의 도로와 기상 및 도상 위의 조건을 가상세계에 구현하고, 이를 실 시간으로 반영하여 일어날 수 있는 다양한 사건을 사전에 점검하여 도상 위의 문제 를 사전에 예방하거나 최적화된 신호체계를 개발, 적용.

 

6) 복지서비스 : 관리대상을 실시간 모니터링하여 일어날 수 있는 사건을 예측하고 사 전에 관리, 사후 점검을 하도록하는 시스템

 

7) 에너지관리기술 : 현실세계의 전력문제를 실시간 모니터링하고 예측하여, 수급 최적 화 서비스를 진행. - 전력 수요량 및 발전량에 대한 모델링 알고리즘을 통해서 발전 및 소비 패턴을 분 석하여 에너지 거래를 최적화. 개인과 개인간 혹은 개인과 유틸리티 혹은 거래소를 통한 거래 모델 개발. 과금 정책에 따른 최적 에너지 관리 솔루션 개발 필요.

 

- 가정 내부의 에너지 수요에 대한 패턴 분석 및 최적화된 제어, 제로에너지 주택의 설계.

 

- 건물 및 공공 시설물에 대한 냉반방, 조명, 공조 등의 모델링을 통한 에너지 사용 최 적화 기술. 다층, 다격실에 대한 통합 제어 및 계측을 통한 전체 에너지 소비 관리 -

 

공장설비 내의 에너지 사용 개체들의 모델링과 최적 가동 확보를 위한 에너지 관리 솔루션 제공 및 공정 개발.

 

8) 스마트팜/스마트농장 : 디지털 공간상에 가상의 팜을 구축하고 실제 팜과의 데이터 를 연동하여 최적 시뮬레이션 수행을 통해서 운영 및 생육환경을 예측 제공하는 서 비스. 아직까지는 현실의 팜을 관찰하고 제어하는 수준이지만, 향후에는 직접적으로 시뮬레이션을 통해서 효율 극대화 진행이 필요함.

 

- 가상화를 통한 디지털트윈 구축을 위한 툴이 필요.

 

- 팜 환경에 대한 시뮬레이션 기술 : 팜에 영향을 미치는 자연적, 인공적 제반 환경에 대한 제어 방법 도출. - 가상 생육 시스템 : 변수를 조절하고 이를 통하여 수확가능한 생산물을 확인할 수 있는 시스템.

 

- 팜제어 기술 : 시뮬레이션과 현실 팜의 오차에 대해서 분석을 하고 대안을 제시하여 팜제어를 고도화하는 방법

 

9) 도시관리 서비스 : 다양한 도시문제 해결을 위해 현실세계를 모사한 가상공가에서 실세계 정보를 실시간 반영하여, 도시를 실시간으로 감시, 진단, 예측하고 데이터 기 반의 해결 방안을 사전에 학습, 시험, 검증할 수 있는 지속가능한 도시관리 서비스

 

- 디지털트윈 도시 구축 : 고정밀, 3D 공간 모형 구축 및 자동 업데이트 기능. IoT센서 를 이용한 실시간 도시 현상 정보수집 기술. - 디지털트윈 도시 최적화 기술 : 맞춤형 빅데이터 통계 기술 및 도지현신 진단 및 원 인 파악을 위한 AI기술. 위험도 예측 및 사전 시험, 검증 기술 필요.

 

- XR기반의 도시현상 재현 및 가시화 기술.

 

- 디지털 트윈도시 자율 지능형 실행 기술 : 도시간 실시간 동기화 및 자율 대응 기술

 

10) 의료체계관리 : 현실세계의 의료정보를 가상의 공간에서 진단, 치료방법의 제시하고 질병의 예후, 관리하는 환자 중심의 디지털의료 서비스. 향후에는 의료현장 중심에서 환자의 생활공간 중심으로 발전할 가능성이 높은 만큼. 이질적인 건강 데이터 및 의 료서비스들을 통합하여 제공할 수 있는 기술이 필요할 전망. 의료자원 관리 기술이 필요. - 생애 전주기 건강관리 지원을 위한 모델링 기술 필요.

 

- 질병의 치료 및 예후 관찰과 실시간 모니터링 기술.

 

- 이종 건강 정보의 통합 및 초정밀 계측과 이를 활용한 사전 예방의학 기술 발달 - 고감도 생체신호 센싱기술을 통한 다중 바이오마커, AI를 이용한 통합 건강데이터 기반의 질병 예측 시스템

 

- 재활운동정보를 분석하여 맞춤형 재활운동을 추천하고 원격모니터링. - 의료재난 상황에서 의료자원 전체의 수급을 분석하고 최적화 지원 할 수 있는 모델 링 기술 필요. 의료재난상황에 대한 시뮬레이션을 통한 통합자원 관리. - 감병등의 관리 : 감영병원의 실시간 모니터링을 통해서 감염 경로와 향후 감염 가능 성을 발견하여 사전에 차단하고 환자를 관리.

 

11) 사이버보안 : 현실세계의 ICT인프라 및 행위들을 가상세계에 모사하여 향후 일어날 수 있는 사이버 공격을 사전에 탐지하거나, 예방. 혹은 자기방어 체계를 AI를 통해서 구축함. 특히 원전, 에너지, 교통, 국방 등은 제한 사항 때문에 실시간 감시나, 보안 수준의 검증과 평가가 매우 어려움. 이러한 영역에서의 디지털트윈은 활용도가 높을 전망이며, 아직까지는 극 초기 단계에 머물러 있음.

 

- 사이버 공격의 탐지의 예방 모든 차원에서 디지털 트윈이 활용될 수 있고 동시에 디지털트윈의 안정적인 작동을 위해서 반드시 필요한 기술. - 사이버 공격에 대한 수집과 분석, 탑지, 대응(복원), 예측의 단계로 구성되며, 각 단 계마다 모두 디지털 트윈기술이 사용될 수 있음.

 

- 실시간 행위 분석을 통해서 사이버공격 탐지 및 보안 패치 최적 솔루션 제시 - 공격에 취약한 부분을 사전에 점검할 수 있는 공격 시뮬레이션

 

12) IOT : 현실의 물리적 장치를 가상공간에 구현하여 상호간의 동작, 미래 일어날 수 있는 충돌 및 오작동을 점검하고 이를 예측, 진단, 최적화 하는 기술

 

https://youtu.be/H80bH0lP4qE