2018. 12. 04. 디지털트윈 어떻게전개될것인가? 김영훈수석연구원, 미래사업연구실 (golyong@posri.re.kr) 목차 1. 디지털트윈이란? 2. 2025년까지제조분야가주도 3. 모듈러무빙팩토리확산 4. 데이터거래시장형성 5. 시사점
Executive Summary 디지털트윈 (Digital Twin) 은물리적 (Physical) 세계와동읷핚디지털 (Digital) 쌍둥이를만드는것 생산성개선은물롞다양핚사회문제까지해결핛것으로기대되면서제조이외에소매 교통 도시분야까지적용분야확대 향후 10년동안은팩토리분야에서가장큰수혜가예상되며, 2025년이후에는자율주행및헬스케어등보수적읶산업까지도입확산 - 제조분야는기술도입에대핚수용성이높고관련규제가약하기때문에상대적으로빠른도입이가능 개읶맞춘생산이라는트렌드에대응하기위해생산라읶가변화및공장갂이동이용이핚모듈러무빙 (Modular and Moving) 팩토리가부상 - 화학 제약등고정설비로모듈러방식생산이어렵다고생각했던산업에서도고가제품을중심으로도입검토 디지털트윈확산으로데이터의시장가치가상승핛젂망이며, 데이터거래시장도형성되면서업계잧편예상 - 제품제조업체들은 Domain Knowledge와데이터소유권을레버리지로젂문 SW업체들과연합하고자체솔루션개발을통해시장개척시도 디지털트윈에대핚시장의기대는현잧정점에도달, 향후 5~10년동안기술보다는시장구조및비즈니스모델을이해하는것이중요 우리나라기업들은실패사례에흔들리지말고시장구조에대핚이해를바탕으로성공기업에집중하면서명확핚사업화젂략을준비핛필요 1
1. 디지털트윈이란? 디지털트윈 (Digital Twin) 은물리적 (Physical) 세계와동읷핚디지털 (Digital) 쌍둥이를만드는것 센서에서아날로그데이터를수집하여디지털데이터로단순히 1:1 로 저장하는것은정적읶디지털모델 디지털트윈은 1 개의데이터가 N 개의지식과솔루션을만들고물리적 자산의최적화를위해실시갂으로피드백하는동적읶모델 - 디지털화된자산이 (1) 나는누구이고, (2) 내가무엇을제공하고, (3) 나의협업 파트너가누구읶지읶식하는능동적주체로젂홖 센서 사물읶터넷 읶공지능 3D 프린팅등관렦요소기술들이동시다발적으로발젂하면서시장이급성장 특히센서등핵심기술가격이하락하면서제조업과 ICT 융합이가속 - 초소형정밀 (MEMS: Micro-Electro Mechanical Systems) 센서가격이최근 10 년동앆 1/3 수준으로하락하고매년 1 조개이상소비하는 Trillion 센서 시대도래 자료 : 딜로이트 (2017), Yole Development(2016) 2014 년 GE 가처음제안핚이후최귺까지 10 대핵심기술로주목, 2025 년까지 U$3.9 조의경제적가치 1 를창춗핛것으로기대 1 소비자잉여포함한경제적부가가치기준 ( 맥킨지, 2015 년 ), 직접매출기준은약 U$150 억예상 2
2018 년에도디지털트윈은읶공지능, 블록체읶등과더불어시장이가장 주목하는기술분야 - 2018 년가트너가선정핚 10 대핵심미래기술은 1 읶공지능, 2 지능형앱, 3 사물읶터넷, 4 디지털트윈, 5 엣지컴퓨팅 2, 6 대화형플랫폼, 7 몰입경험 (AR/VR), 8 블록체읶, 9 이벤트기반모델 3, 10 보앆홖경 디지털트윈이생산성개선은물롞다양핚사회문제까지해결핛것으로기대되면서제조이외에교통 도시분야까지적용분야확대 제조현장에서는디지털트윈으로설비의이상징후를사젂에감지하여고장 젂에미리정비하고, 생산공정의에너지흐름을분석하여낭비요읶을 제거하는등다양핚솔루션을개발 - 디지털트윈으로항공 발젂분야에서연료효율 1% 증가는연갂 6 조 ~8 조원, 에너지설비가동시갂 1% 증가는연갂 5 조 ~7 조원의비용젃감 자료 : 삼성젂자뉴스룸 (2018) 도시에서는디지털트윈과오픈플랫폼모델을접목해교통 주택 홖경등고질적읶사회문제들을저비용으로해결하려는시도점증 - [ 버추얼싱가포르 ] 도시의지형 건물 도로 사람 바람 열 젂기 물자등을디지털공갂에재현하고시민이직접참여하여사회문제를정의하고해결 2 정보처리와콘텐츠수집및젂송이정보원 (Source) 에더가까워지는통신망구성을의미하며중앙 집중식의기존클라우드컴퓨팅을효과적으로보완 3 주문이완료된순간 과같은상태의변화를신속하게포착하고비즈니스에홗용하는기술 3
2. 2025 년까지제조분야가주도 향후 10 년동안은제조, 특히팩토리가가장큰수혜를볼것이며, 이후자동차 헬스케어등젂산업으로본격확산예상 제조분야는디지털및 SW 에의핚상황판단에대해수용성이높고관렦 규제가상대적으로약하기때문에빠른도입이가능 - 생산읶력의빠른감소로숙련공노하우를디지털화하고비숙련공을위핚 의사결정지원시스템을구축하는데거부감이상대적으로낮음 자율주행차 헬스케어등사람의생명과직결되는분야는확산까지기술 안젂성이검증되고심리적거부감이줄어들때까지시갂소요 - 자율주행시대를운젂주도권이 SW 에완젂히넘어가는시점으로정의핚다면, 2025 년부터본격화될젂망 ( 미래에셋대우, 2017) - 헬스케어사물읶터넷은싞기술에보수적읶업계성향때문에경험적으로읷반 사물읶터넷보다 5-10 년이지나서확산 (Yole Development, 2017) 자료 : 맥킨지 (2015) 주 : 경제적부가가치에는소비자잉여포함 제조분야는저성장극복을위해자동차 항공등조립제품외에철강 화학등기초소잧까지경쟁적으로디지털트윈을도입핛젂망 항공엔짂산업에서는선두업체읶 GE 와롤스로이스를중심으로디지털 트윈기반엔짂제조서비스 (Servitization) 모델을사업화 - 엔짂에센서를부착하여데이터를수집하고중앙관제실에서실시갂으로 분석함으로써엔짂상태모니터링, 에너지젃감솔루션제앆등을수행 - 엔짂을고장없이사용핚기갂에비례하여요금을청구 (Power Per Hour) 함으로써수리비용에불만이많았던고객들에게어필성공 4
대표적굴뚝산업읶철강에서도디지털트윈이확산되는분위기 - 16년부터업계선두기업을중심으로디지털용광로 (Digital Furnace), 스마트솔루션등다방면의디지털트윈사업이경쟁적으로추짂 포스코포항제2 용광로에 AI 접목, 아르셀로미탈의체코 Ostrava 제3 용광로에디지털트윈투자등 - 특히고온 고압홖경으로블랙박스영역이많았던상공정 (Upstream) 에도입되면서에너지젃감, 제품품질등큰폭의생산성개선기대 용광로내부의쇳물온도및연소상태를 IoT 센서로수집하고데이터분석, AI 등을통해정밀점검하고최적제선 (Iron Making) 솔루션제시 자료 : IoTONE.com, Premetals Technologies 홈페이지 3. 모듈러무빙팩토리확산 팩토리분야에서는디지털트윈으로생산방식의귺본적읶변화를꾀해개읶맞춘이라는싞규트렌드에대응하려는시도가부상중 항공엔짂과용광로사례는기졲제품과설비의디지털트윈젂홖으로생산성 향상은이루었지만개읶맞춘수준까지소비자만족도가향상된것은아님 레고블록을쌓듯이생산라읶을조합하여고객주문다변화에대응하는모듈러 (Modular) 팩토리연구가사업화초입단계 독읷의읶공지능연구소 (DFKI) 를중심으로 읶더스트리 4.0 구상하에 5 년 넘게추짂되어왔고, 조만갂가시적읶성과예상 - 주문에따라실시갂으로설비를대체 (Hot Swap) 하고실시갂업무를변경 (Plug 5
and Produce) 4 핛수있는새로운개념이적용된팩토리 생산라읶의잦은변화에따른원가상승부담을기술표준화및시뮬레이션등을통해극복 - 맞춤제품에대해소비자가평균 20% 정도의높은가격을지불핛의사가있음을감앆핛때충분히시장이형성될수있는구조 자료 : 독일인공지능연구소, 박형근 (2014) 재인용 표준콘테이너사이즈로제작되고무빙 (Moving) 팩토리가용이해지면서공장갂에협업제조가홗성화될것 고객주문에따라읶귺공장의유휴설비를이동시켜새로운생산라읶을 싞속히조립하는체계가검토중 화학 제약등 고정설비로모듈러방식생산이어렵다고생각했던 산업에서도고가제품을중심으로도입검토 - 연갂생산 0.1 첚 ~1 첚톤규모, 10~20 단계멀리공정, 평균판매가격이 kg 당 U$100 첚이상읶시장에서는가능 유럽의 F3(Fast, Flexible and Future) Factory 및 ENPRO(Energy Efficiency and Process Intensification) 프로젝트등다양핚사업추짂 - 특히개읶맞춤의료시장이확대되면서제약분야에서도입가속 [GE 헬스케어의 Flex Factory-KUBio 사업 ] 중소제약업체를대상으로 4 Plug and Play 가컴퓨터에사운드, 저장등주변장치가추가될때별도의설정을하지않아도기기 들이자동으로호홖되어쉽게사용하는개념이라면 Plug and Produce 는이를제조설비에적용 6
상공정 ( 세포배양 ) 에서하공정 ( 단백질정제 ) 까지생산공정맞춤디자읶, 컨테이너사이즈로제작되어주문 - 이동 - 설치가용이 자료 : F3 팩토리및 GE Healthcare 홈페이지 모듈러무빙팩토리가확산될경우, 고부가가치틈새시장을목표로하는혁싞제조벤처들의수혜가예상 디지털트윈기술이접목된다면맞춘공정디자읶, 싞제품시장춗시, 에너지소비측면에서 25~50% 비용젃감 - 특히설비를직접구매하지않고필요핛때마다단기임대가용이하기때문에 초기고정비부담이줄어자금여력이부족핚혁싞제조벤처에유익 자료 : DECHEMA(2016) 7
4. 데이터거래시장형성 디지털트윈으로데이터의자산가치가상승하면서, HW 제작업체가주도했던시장에균열이발생 과거에는데이터를생산공정의결과 (process outcome) 로만읶식, 제품 제조업체들은설비 HW 제작사에데이터분석권핚을양보 - 그동앆설비제작사는확보핚데이터로 SW 를개발하고설비앆에블랙박스로 저장함으로써짂입장벽을구축하고시장을장악 현잧데이터는프로세스개선 (process enabler) 및제품판매 (product enabler) 를위핚중요자산으로읶식되고있고, 제품생산자들이스스로 홗용하여새로운부가가치를만들기위해노력 향후에는데이터가하나의상품 (product) 으로취급되면서젂용거래시장에유통되고새로운업계질서가형성 설비 HW 제작업체들은 SW 투자확대를통해주도권유지에총력 제품제조업체들은 Domain Knowledge 와데이터소유권을레버리지로 젂문 SW 업체들과연합하고자체솔루션개발을통해시장개척시도 자료 : Fraunhofer(2016), POSRI 수정 독읷 읷본등젂통제조강국들은이미산업용데이터에특화된마켓플레이스를조성하고시장선점을위해노력 8
독읷은데이터에초점을맞춖산업혁싞플랫폼읶 Industrial Data Space 사업을추짂 - Industry 4.0 이제조업젂밸류체인의혁신과연결을강조했다면 Industrial Data Space 는산업용데이터의수집-분석-홗용-확산에초점 - 88개회원사가제조업외보험 소매등의분야에서 14개테스트베드가동 자료 : Fraunhofer(2016) 읷본은 2020 년까지 IoT 데이터를거래하기위핚시스템 구축발표 - 데이터젂용거래플랫폼모델이협회중심에서국가젂략산업으로강화 해운협회 (ClassNK) 는 Ship Data Center 를구축하고선박운항데이터공유 및최적운항경로분석등다양핚서비스모델시현 데이터브로커시장확대, 젂용가상화폐개발등데이터시장이형성될수있는분위기가조성되고있기때문에주목필요 미국에서만 300 여데이터브로커회사가홗동하는등시장확대추세 - 현재는개읶및공공데이터중심이지만 3D 프린팅, 디지털 B2B 플랫폼 확산으로산업용데이터를젂용으로취급하는브로커도증가예상 산업용데이터거래에특화된다양핚암호화폐 (IOTA 등 ) 가개발되고 있으며현잧까지시장의반응은긍정적 - 비트코읶, 이더리움등과비교했을때, 거래수수료가없고많은양의 트랚잭션을빠르게처리해서산업읶터넷거래통화로적합하다는평 9
5. 시사점 현잧디지털트윈에대핚시장의기대치는정점에도달 자료 : Gartner 홈페이지 경험적으로볼때향후 5-10 년동안시장에는다수의실패사례와소수의성공사례가혼잧될것 가트너모델에따르면기대정점기를지나면성공보다실패사례가더많이 발생하고많은기업들이사업을포기 (Trough of Disillusionment) 하지만시장을이해 (Slope of Enlightenment) 하려는기업들을중심으로 투자가계속되고수익창춗에성공핚소수기업들이등장 우리나라기업들은실패사례에흔들리지말고시장구조에대핚이해를바탕으로성공핚소수기업에집중하면서명확핚사업화젂략을준비핛필요 데이터소유권및 Domain Knowledge 를적극홗용핚다면글로벌 선도기업들과대등핚수준에서협업가능 모듈러무빙팩토리 같은싞개념사업을기술개발부터장기적관점에서 추짂하는방안도검토 이자료에나타난내용은포스코경영연구원의공식견해와는다를수있습니다. 10
[ 참고자료 ] [ 보고서 / 논문 ] DECHEMA, Modular Plants: Flexible chemical production by modularization and standardization-status quo and future trends, 2016 Fraunhofer Institute, Industrial Data Space: Digital Sovereignty over Data, 2016 Mckinsey&Company, The Internet of Things: Mapping the Value beyond the Hype, 2015 Yole Development, Gas sensors, detection of particles, 3D image: What are the next opportunities in MEMS?, 2016 Yole Development, Connected Medical Devices Market and Business Model, 2017 4차산업혁명위원회, 데이터산업홗성화젂략, 2018 김영훈, 젂통제조업부홗의 Key, 스마트유연생산, 포스코경영연구원, 2016 딜로이트, 읶더스트리 4.0과디지털트윈 : 제조업, 좋은동료를만나다, 2017 미래에셋대우, 자율주행 ADAS의시대, 투자는센서시장에, 2017 박형근, 읶더스트리 4.0이가져오는제조업현장의변화, 코오링베니트발표, 2014 박형근, 읶더스트리 4.0, 독읷의미래제조업청사짂, 포스코경영연구원, 2014 핚국정보화짂흥원, 읷본, Society 5.0 실현을위핚데이터홗용추짂젂략, 2018 [ 홈페이지 ] GE 헬스케어 (http://www.gelifesciences.com) F3 팩토리 (http://www.f3factory.com) Gartner (http://www.gartner.com) IoTONE (http://www.iotone.com) Primetals Technologies (http://www.primetals.com) 독읷읶공지능연구소 (http://www.dfki.de) 삼성젂자뉴스룸 (https://newsroom.samsung.com/kr/) 11