4차 산업 혁명: 디지털 트윈 기술을 활용한 스마트 제조 가이드

제조팀은 작은 실수도 심각한 결과로 이어질 수 있는 환경에서 작업합니다. 안전과 가동 시간은 시스템이 문서상으로 어떻게 작동해야 하는지뿐만 아니라 작업자가 공장 현장의 실제 상황을 얼마나 잘 이해하고 있는지에 달려 있습니다.

디지털 트윈은 그러한 격차를 줄이는 데 도움이 됩니다. 실제 생산 환경을 정확하게 시각화함으로써 팀은 작업자 교육, 변경 계획, 프로세스 문서화, 여러 역할과 위치에 걸친 작업 조율에 활용할 수 있는 공유된 단일 정보 소스를 확보할 수 있습니다.

이 글에서는 공장 수준의 가시성과 운영 의사 결정에 초점을 맞춰 오늘날 제조업에서 디지털 트윈이 어떻게 활용되고 있는지 살펴보겠습니다. 3D 모델이 데이터와 워크플로를 실제 환경의 맥락에 연결하여, 팀이 매일 더욱 안전하게 작업하고 더 나은 의사 결정을 내릴 수 있도록 지원하는 방식을 확인하실 수 있습니다.

제조업에서 디지털 트윈이란 무엇인가요?

디지털 트윈은 계획 및 생산부터 운영, 유지 관리에 이르기까지 제조 라이프사이클 전반에 걸쳐 활용됩니다. 디지털 트윈은 교육, 공간 계획 및 문서화를 지원하고, 팀이 실제 운영을 중단하거나 사람들을 위험에 노출시키지 않고 상태를 검토하거나 변경 사항을 계획할 수 있도록 합니다.

제조업에서 디지털 트윈은 물리적 제품, 기계 또는 작업 공간을 시각적으로 표현한 것입니다. 이는 실제 환경을 반영하며, 팀이 공장 현장에서 장비, 프로세스 및 환경이 실제로 어떻게 작동하는지 이해하는 데 도움이 됩니다.

제조업에서 디지털 트윈은 일반적으로 개별 자산, 생산 라인, 공장 전체, 여러 사이트에 걸친 공급망이라는 4가지 수준에서 사용됩니다. 각 수준은 장비 모니터링부터 여러 위치에 걸친 운영 조율에 이르기까지 다양한 목표를 지원합니다.

Matterport는 여러 현장에 걸친 활용 사례에서 시설 수준의 디지털 트윈에 가장 강점을 보입니다. 이러한 고차원 디지털 트윈은 실제 시설을 캡처하고 현장을 연결하는 데 중점을 두어, 팀이 직접 현장에 가지 않고도 작업 계획을 수립하고, 상태를 문서화하며, 협업하는 데 필요한 공간적 컨텍스트를 제공합니다.

아래 표에서는 제조업의 디지털 트윈을 네 가지 수준으로 나누어 설명하고 각 수준이 언제 가장 유용한지 보여 줍니다.

4차 산업 혁명: 디지털 트윈과 스마트 기술이 제조업을 혁신하는 방법

19세기 여명기 무렵, 증기력과 기계화가 1차 산업 혁명을 이끌었습니다. 두 세기 지난 지금, 우리는 디지털 트윈 모델링, 증강 현실, 사물 인터넷(IoT), 머신 러닝을 통합하여 제조 생산성을 높이고 다수의 주요 공정을 자동화하는 디지털 혁신인 4차 산업 혁명의 한가운데에 있습니다.

Deloitte의 2025년 스마트 제조 및 운영 설문조사에 따르면, 응답자의 78%가 전체 개선 예산의 20% 이상을 스마트 제조 이니셔티브에 할당하고 있으며, 88%는 내년에도 투자가 지속되거나 증가할 것으로 예상합니다. 

4차 산업 혁명과 디지털 트윈 도입 패턴은 부문별로 다릅니다.

• 자동차: 복잡한 생산 환경과 빈번한 라인 변경으로 인해 계획 수립에 어려움이 발생합니다. 디지털 트윈은 이러한 환경을 문서화하고 조율하는 데 사용되며, 공장 수준의 디지털 트윈은 생산 속도를 늦추지 않으면서 설비 재정비 계획 수립, 레이아웃 검증, 내부 팀과 공급업체 간 조율을 지원합니다.

• 전자 및 하이테크: 빠른 제품 주기와 조밀한 장비 배치가 도입을 촉진합니다. 디지털 트윈은 물리적 접근이 제한될 때 팀이 공간을 계획하고, 새로운 프로세스를 도입하며, 변경 사항을 공유할 수 있는 신뢰할 수 있는 방법을 제공합니다.

• 제약: 엄격한 검증 및 출입 통제로 인해 현장 방문 점검에 많은 비용이 듭니다. 디지털 트윈은 규정 준수를 유지하고 현장 운영 중단을 최소화하는 동시에 원격 검토, 교육, 문서화를 지원합니다.

• 화학 물질: 위험한 환경과 노후화된 인프라는 위험을 증가시킵니다. 디지털 트윈은 직원을 불필요한 위험에 노출시키지 않고도 레이아웃을 파악하고 유지 보수를 계획하며 절차를 검토할 수 있는 더욱 안전한 방법을 제공합니다.

• 식음료: 지속적인 생산 및 위생 위생 요건으로 인해 가동 중인 시설에 대한 접근이 제한됩니다. 디지털 트윈은 운영을 중단하지 않고 교육, 감사, 장비 계획을 지원하는 데 사용됩니다.

Matterport를 이용하면 팀은 특정 시점의 물리적 공간을 모델링한 디지털 트윈에 액세스할 수 있습니다. IoT 센서와 통합되면 이러한 디지털 트윈은 단순한 문서화를 넘어 실시간 상황 파악 및 운영 의사 결정을 지원할 수 있습니다. 이러한 기술을 함께 활용하면 제조업체는 공장 현장의 실제 상황에 기반하여 안전성을 높이고 공정을 자동화할 수 있습니다.

제조업에서 디지털 트윈을 사용하는 방법에 대한 사례 8가지

디지털 트윈은 제조 업계에서 더 빠르고 스마트하게 작업할 수 있도록 도와줍니다. 또한 디지털 트윈은 공장 현장 구성을 최적화하고, 가동 중지 시간을 줄이며, 관리하는 물리적 자산을 더 심층적으로 이해하는 데 도움이 될 수 있습니다. 다음은 제조업에서 디지털 트윈 활용의 상위 8가지 사례입니다.

• 위험성이 낮은 몰입형 제조업 직원을 위한 교육

• 치수가 정확한 공간 계획 및 레이아웃 검증

• 물리적 맥락에 기반한 예측 유지 관리 계획

• 실제 장비와 연계된 품질 관리 및 공정 문서화

• 현장 운영을 방해하지 않는 규정 준수 검토 및 감사 준비

• 에너지 사용 모델링 및 지속 가능성 계획

• 라이브 데이터 소스에 연결된 경우의 실시간 운영 인사이트

• 출장 없이 원격 현장 방문, 검사 및 협업

1. 신입 사원 교육

• 당면 과제: 새로운 작업자를 교육하는 것은 상당한 투자입니다. 강의실 교육은 물리적 맥락이 부족한 경우가 많은 반면, 현장 교육은 소음, 안전 요건, 학습을 어렵게 만드는 가동 중인 작업으로 인해 제한될 수 있습니다.

• 해결책: 디지털 트윈은 신규 입사자가 공장 현장에 들어서기 전에 안전하고 쉽게 학습할 수 있는 방법을 제공합니다. 팀은 교육용 메모와 모범 사례를 장비에 주석으로 추가하고, SOP, 체크리스트, 매뉴얼, 사진 및 동영상을 작업이 수행되는 위치에 직접 연결할 수 있습니다. 지역 연합 669는 이러한 이유로 Matterport를 사용합니다. 기술 및 규정 코디네이터인 Jeffrey Van Rhyn Jr.는 “Matterport는 견습생에게 읽을 책과 답해야 할 질문을 더 주는 것보다 나은 대안입니다. 실제와 같은 상황에서 직접 길을 찾아보게 하므로 현장에 나갔을 때 자신감과 친숙함을 느낄 수 있습니다.”라고 말합니다.

2. 공간 계획

• 당면 과제: 새로운 기계 및 워크플로 변경으로 인해 공간 사용 방식이 달라질 때, 기본 평면도, 설계도 또는 사진으로 업데이트를 계획하면 오류나 오해의 소지가 발생할 수 있습니다. 이해의 공백은 변경이 이미 진행 중인 시점에 뒤늦게 드러나는 경우가 많습니다.

• 해결책: 디지털 트윈은 팀이 자신 있게 변경 사항을 계획하는 데 사용할 수 있는 시설의 치수가 정확하고 사실적인 뷰를 제공합니다. Matterport는 기존 상태를 캡처하고, Revit과 같은 BIM 및 CAD 도구로 가져오거나 Autodesk Construction Cloud(ACC)를 통해 공유할 수 있는 E57 포인트 클라우드 등의 내보내기 형식을 지원합니다. 팀은 공간의 정확한 모델을 사용하여 작업이 시작되기 전에 라인 변경 사항이나 리노베이션을 검토하고, 장비 배치를 검증하며, 가동 중단 위험을 줄이는 방식으로 작업을 계획할 수 있습니다.

3. 예측 유지 보수 

• 당면 과제: 기계가 언제 고장날지 알 수 없습니다. 예기치 않은 수리는 생산을 지연시키고 수익 손실로 이어질 수 있으며, 팀이 적절한 유지보수 정보를 신속하게 찾기 어려운 경우에는 특히 그렇습니다.

• 해결책: 디지털 트윈은 자산 수리 세부 정보, 매뉴얼 및 기타 주요 문서를 모델 내 장비에 직접 연결하여 예측 유지보수를 지원합니다. Matterport 디지털 트윈은 API를 통해 CMMS 및 EAM 시스템과 통합되어 유지보수 이력, 검사 데이터, 작업 지시를 하나의 공간 뷰에 통합합니다. IoT 연결 기기의 데이터와 결합하면 팀은 예측 알림을 관련 맥락과 함께 검토하고 고장이 발생하기 전에 수리를 계획할 수 있습니다.

4. 품질 관리

• 도전 과제: 복잡한 생산 환경에서는 일관된 품질을 유지하기가 어렵습니다. 문제가 발생하면 팀은 당시 장비와 레이아웃이 어떻게 구성되어 있었는지에 관한 기록이 부족한 상황에서 FDA, ISO 또는 GMP 요건과 같은 표준을 준수했음을 입증해야 하는 경우가 많습니다. 과거 상태를 명확히 파악할 수 없으면 근본 원인 조사가 느리고 불확실해질 수 있습니다.

• 해결책: 디지털 트윈은 생산 환경에 대한 타임스탬프가 포함된 시각적 기록을 생성합니다. 팀은 품질 문제가 발생했을 때 어떠한 조건이 존재했는지 이해하기 위해 과거의 레이아웃, 장비 배치, 주변 상황을 검토할 수 있습니다. 이러한 시각적 증거는 근본 원인을 더 빠르게 분석하고, 더욱 확신을 갖고 품질 검토를 수행할 수 있도록 지원합니다.

5. 규정 준수

• 당면 과제: 감사는 시간이 걸리고 운영을 방해합니다. 오래된 도면과 불완전한 문서는 준비를 지연시키며, 현장 검사는 위험과 출장 부담을 더합니다. 특히 여러 시설을 검사해야 할 경우에는 부담이 더욱 커집니다.

• 해결책: 디지털 트윈은 레이아웃과 안전 통제 조치에 대한 타임스탬프가 포함된 시각적 기록을 활용하여 가상 감사와 사전 검사를 지원합니다. 팀은 모델에 직접 메모와 태그를 추가하여 일관된 방식으로 감사 증거를 캡처할 수 있습니다. 이를 통해 운영 차질을 줄이고 출장을 최소화하는 공동 규정 준수 허브가 구축됩니다.

6. 에너지 사용 모델링

• 도전 과제: 제조업체는 처리량에 영향을 주지 않으면서 에너지 사용량과 배출량을 줄여야 하는 압박에 점점 더 직면하고 있습니다. 복잡한 시설에서는 명확하게 시각화하거나 문서화하기 어려운 유틸리티 시스템에 낭비 요소가 숨어 있는 경우가 많습니다.

• 해결책: 디지털 트윈은 감사 결과와 에너지 데이터를 시설의 3D 모델에 직접 매핑하여 에너지 사용을 더 쉽게 파악할 수 있도록 해줍니다. 팀은 정확한 준공 상태를 바탕으로 문제 영역을 시각적으로 파악하고 업그레이드나 개조를 계획할 수 있습니다. 이를 통해 지속적인 운영에 대한 지장을 최소화하는 동시에 낭비를 줄일 수 있습니다.

7. 실시간 운영 인사이트

• 과제: 기존 대시보드는 물리적 맥락 없이 데이터를 표시합니다. 성능 문제가 레이아웃이나 설비 간 거리에서 비롯되는 경우, 팀은 실제 상황을 파악하기 위해 현장을 직접 방문해야 하는 경우가 많아 대응이 늦어집니다.

• 해결책: 디지털 트윈을 사용하면 팀은 시설의 공간적으로 정확한 3D 모델 내에서 IoT 및 기기 데이터를 직접 확인할 수 있습니다. 현장 데이터를 공간 맥락에 맞게 직접 확인하면 현장 방문을 직접 기다릴 필요 없이 원격으로 문제를 진단하고 여러 현장 간의 의사 결정을 조율하기가 훨씬 쉬워집니다.

8. 원격 현장 방문

• 당면 과제: 많은 제조업체가 여러 사업장을 운영하므로 지식을 공유하고 업무 방향을 조율하기가 어렵습니다. 직접 방문은 일정을 잡는 데 시간이 걸리고, 시설에 안전하게 접근할 수 있는 사람의 범위를 제한하는 경우가 많습니다. 동시에, 민감한 환경은 위험을 초래하지 않고 자유롭게 개방할 수 없습니다.

• 해결책: 디지털 트윈을 사용하면 원격 현장 방문이 가능하므로 내부 팀, 파트너 및 승인된 방문자가 출장 없이도 공장을 명확하게 확인할 수 있습니다. 이해관계자는 브라우저나 모바일 기기를 사용하여 가상으로 공간을 둘러보고, 레이아웃을 파악하며, 상태를 검토할 수 있습니다. 액세스 제어 및 권한 설정을 통해 승인된 사용자만 특정 영역이나 정보를 볼 수 있도록 하여 민감한 시설 데이터를 보호하는 동시에 협업을 지속할 수 있습니다.

Matterport로 디지털 트윈을 생성하여 제조 프로세스 간소화

제조 부문의 여러 팀에서는 치수가 정확한 3D 디지털 트윈을 생성하는 데 도움이 되어 줄 Matterport를 선택하고 있습니다. 다음은 Matterport가 어떻게 제조 기업의 성과 혁신을 지원하고 있는지를 보여주는 몇 가지 사례입니다.

• 수산물 생산 업체인 Nordlaks은 대규모 공장 증설 과정에서 기존 상태를 캡처하기 위해 Matterport와 파트너십을 맺었습니다. 팀은 Autodesk Construction Cloud에서 스캔 데이터를 사용하여 국경을 넘어 공급업체와 협업합니다. 이 모델은 장비가 도착하기 전에 간섭 검토를 수행하는 데 사용됩니다. 또한 현장에 방문할 수 없는 경우 가상 검사를 지원합니다. Tømmerås는 이 도구를 통해 몇 시간의 작업 시간을 절약하고 출장 부담을 줄일 수 있을 것으로 추정합니다.

• GSN은 복잡한 CNC 시스템 교육을 위해 Matterport 디지털 트윈을 사용하는 제조 자동화 솔루션 제공업체입니다. 팀은 공정 단계와 품질 관리를 모델 내부에 저장합니다. 또한 매뉴얼과 지침을 그곳에 저장합니다. 이는 학습 곡선을 단축하고 교육 비용을 절감합니다. 또한 교육 중 인력과 장비에 대한 위험을 줄여줍니다.

• 글로벌 산업 제조업체 Siemens는 Matterport를 사용하여 생산 현장에 모이지 않고도 조립 라인 설정을 검토합니다. 이해관계자는 소음 제약 없이 모델 내에서 만나 세부 사항을 검토할 수 있습니다. Siemens는 또한 Matterport SDK를 사용하여 실시간 IoT 데이터를 디지털 트윈 내에 배치합니다. 이러한 공간적 컨텍스트를 통해 센서가 보고하는 내용을 더 쉽게 해석할 수 있습니다.

• 식음료 제조업체인 Danone은 Matterport와 협력하여 엄격한 안전 및 품질 프로토콜이 적용되는 생산 시설의 방문 횟수를 줄였습니다. Danone은 자사 직원들의 대면 현장 방문이 최대 50% 감소했다고 보고합니다. 팀은 회의에서 이 모델을 사용하여 생산 라인을 검토하고 작업을 계획합니다. Danone은 교육 및 문서화를 지원하기 위해 태그도 사용합니다.