제조업 혁신을 가속하는 디지털 트윈

현실세계로 미래를 치밀하게 예측

현실 세계의 사건을 디지털 세계에서 충실하게 재현하는「디지털 트윈」에 대한 주목도가 높아지고 있다. 현실 세계의 정보를 수집하여, 디지털 트윈으로서 재현∙분석하는 기술의 향상으로 인해, 활용 범위가 크게 확대되고 있기 때문이다. 그 영향은 제조업의 경쟁력을 비약적으로 높일 뿐만 아니라, 비즈니스 모델의 변혁에까지 미친다. 제조업 혁신을 가속하는 디지털 트윈의 현장을 찾아가 본다.

▶Digital Twin : 물리적인 사물과 컴퓨터에 동일하게 표현되는 가상 모델
GE에서 만든 개념으로, 실제 물리적인 자산대신 소프트웨어로 가상화한 자산의 디지털 트윈을 만들어 시뮬레이션 함으로써 실제 자산의 특성(현재 상태, 생산성, 동작 시나리오 등)에 대한 정확한 정보를 얻을 수 있다. 에너지, 항공, 헬스케어, 자동차, 국방 등 여러 산업 분야에서 디지털 트윈을 이용하여 자산 최적화, 돌발 사고 최소화, 생산성 증가 등 설계부터 제조, 서비스에 이르는 모든 과정의 효율성을 향상시킬 수 있다.

Part 1. 총론
궁극은 현실세계의 “지금”을 재현, 제품과 생산설비로 활용 확대

「장기간에 걸친 제품의 열화를 예측할 수 있으면, 오류 발생 전에 보전 제안이 가능하므로 신뢰성 향상에 도움이 된다. 제품 수명을 전제로 한 취급 주의를 고객에게 가시화하여 설명하기 쉽다」「기존에는 개발이나 설계의 지원 수단이었던 시뮬레이션 기술이, 사업 모델의 일부나 제품∙서비스의 일부가 되어, 보다 직접적인 수익 수단이 될 수 있다」. 

닛산이 노리는 발전 엔진에 대한 포석

닛산자동차가 2018년에 가변 압축비 엔진을 양산한다. 일찍부터 많은 연구가 있었지만, 실용화되지 않았던 “꿈의 기술”. 엔진 개발의 긴 역사에 이름을 새기는 쾌거다. 연비성능과 동력성능을 크게 높일 뿐만 아니라, 전기자동차 시대의 새로운 엔진의 모습을 내다본 포석이기도 하다. 가변 압축비 엔진의 전모를 밝혀본다.

Part 1. 연비와 주행을 고차원에서 양립
2025년에 열효율 50%의 발전 엔진 실현

20년 이상의 연구와 개발을 거쳐, 닛산이 드디어 가변 압축비(VCR: Variable Compression Ratio)를 2018년에 실용화한다. 연비와 주행의 양립과 더불어, 초고효율의 발전 전용 엔진의 실현을 확인하였다. VCR을 사용하여, 2025년 무렵에 엔진의 열효율을 50%로 한다는 높은 목표를 내세웠다. 독자의 멀티링크로「초 Long Stroke」를 실현,「Super Lean burn(초 희박연소)」에 도전한다.

「이 엔진은 굉장하다」(독일 자동차회사의 엔진기술간부). 닛산이 실용화하는 엔진의 압축비를 14에서 8의 범위에서 무단계로 바꿀 수 있는 가변 압축비 기술.

전기를「압축 공기」및「열」로 전환
~고베 제강소, 독일 시멘스, 에너지총합공학연구소~

전기를「압축 공기」및「열」로 전환시키는「차세대 에너지 축적 기술」의 개발이 진행된다. 풍력 등의 재생 가능 에너지는 기후로 인해 발전량이 급변하기 때문에 전력 계통에 부담을 준다. 에너지 축적 기술을 사용하면 안정된 발전을 할 수 있게 되어, 재생 에너지의 보급을 촉진 시킬 수 있다.

이즈반도 동부, 태평양이 훤히 보이는 온천 지역으로써 알려진 시즈오카 현 가와즈초. 시내에서 자동차로 15분 정도 가파른 산길을 따라가다 보면 갑자기 흰색 기둥 모양의 공기 탱크들이 눈앞에 펼쳐진다. 높이 11m, 직경 2m의 홀쭉한 52기의 탱크가 가지런히 서 있다. 그 안에는 대기의 10배(10 기압)으로 압축시킨 공기로 채워져 있다. 고베제강소와 에너지총합공학연구소(IAE), 그리고 와세다 대학이 지난 4월에 가동을 시작한「압축공기 에너지 저장 시스템」의 실증 설비이다.
 

보이기 시작한 40조 엔의 절감책

일본의 의료비는 40조엔 선을 넘었고, 지금도 계속 증가하고 있다. 치매, 열중증, 배회운전, 개호로 의한 피로, 수면부족---. 고령화 사회를 맞이하면서 비용과 개호의 양면에서 한창 일해야 하는 세대의 부담은 늘어만 간다. 결국 기다리는 것은 재정 파탄이거나 혹은 현역 세대의 포기다. 그러한「의료비 폭발」을 방지하는 것이 IoT다.

각종 센서로 건강 상태나 병의 증상을 수치화하여 의료비를 줄인다. 선진 기업은 시니어를, 미병(특정 질병을 진단받지는 않았지만 건강하지도 않은 상태) 단계부터 섬세하게 케어하는 서비스를 개발하거나, 개호 부담을 줄이는 등 비용 이외의 효과도 계속 올리고 있다. 현역 세대 개개인의 장래와도 관계된「건강 x IT (Health Tech)」의 최신 현장을 따라가 보았다.

총론: IoT로 연장하는 건강 수명

4억명 서바이벌, 경쟁과 모방의 각축전

자동차부품업체의 Shimano의 주식이 7월 26일, 전일 대비 10% 가까이 급락했다. 진원지는 중국의 공유 자전거. 모바일과 ofo의 스타트업기업 두 곳이 패권을 놓고 경쟁하고 있다. 현지에서는 총 천만 대의 공유 자전거가 거리를 활보, 신차를 구입하는 소비자는 줄고 있는 실정이다. 스타트업 기업의 대두로「중국에서의 판매에 차질을 빗게 되었다」(시마노사).

-- 급속도로 범용화되다 --
서비스 개시로부터 1년 만에 세계 1억 명의 회원을 획득한 Mobike이지만 공세의 고삐를 늦추지 않고 있다. 최근, 인터넷 기업 텐센트 등으로부터 약 650억엔을 조달 받았다고 발표, 일본에도 진출했다.

튜브를 없앤 타이어로 펑크를 방지하거나, GPS를 통해 위법 방치를 방지하는 등이 가능한 자전거를 개발했다. 일본에서도 라이벌 업체보다 선행된 독자적인 비즈니스 모델을 통해「교통 체증 완화 등, 도시가 안고 있는 문제점을 해결한다」(모바이크의 마틴 국제전개본부장).

10개 산업 65개 솔루션을 일거에 해설

지금 확실하게 VR 붐이 도래해 있다. 작년 2016년은 VR 원년이라고 불리고, VR이 지금까지 없던 주목을 받게 된 해였다. 원년이 된 이유로는 미 Oculus, Rift, 대만의HTC의 HTC Vive, 소니의 Playstation VR 등의  VR용 기기의 일반판매가 동년에 개시되어 소비자들도 손에 넣을 수 있게 되었기 때문이다.

이러한 기기를 이용하여 일반인이 즐길 수 있는 것으로는, 역시 게임일 것이다. VR에 의해 2차원이었던 게임의 세계가 3차원으로 확장되며, 그 몰입감이 게임의 매력을 배가시키는 것이다. 이번 의 VR 붐에 불을 붙이게 된 Occulus Rift도 원래는 게임의 몰입감을 증대시키기 위해서 개발된 것으로, 게임이 VR의 발전에 기여한 역할은 대단히 크다.

이와 같이 VR이라고 하면 게임을 연상하는 것이 일반적이라 할 수 있다. 그러나 실제로 VR의 용도는 게임이라는 엔터테인먼트에 머무르지 않고, VR이 만들어내는 가상체험이 제조업·의료·물류·소매·교육·관광 등의 다양한 분야에서 이용 가능하게 된다.

[IoT와 통신] [광통신] [무선통신]
Kiyoshi Shimikasa 외 1명/ 커뮤니케이션 네트워크 제작소 부소장

정보기술의 발전을 통해 통신 네트워크 환경은 중요한 인프라가 되었다. 또한 IoT(Internet of Things) 개념을 기반으로 하는 많은 기기 및 센서를 네트워크에 접속하여 그 정보를 빅데이터로 인공지능을 통해 처리·판단하는 것으로 사회 시스템을 효율화시키려는 시도가 시작되고 있다. IoT는 인구감소, 사회 보장비 증가, 자연재해의 증가 등의 과제에 대해서도 효과적이며, 쾌적 및 안심 사회의 실현에 중요한 열쇠가 될 것으로 기대를 모으고 있다.

한편, IoT는 고속, 광역, 저지연, 높은 시큐리티의 네트워크 및 센서가 저렴하게 제공되는 것을 전제로 하고 있으며, 많은 분야에서의 기술혁신이 요구되고 있다. 미쓰비시 전기에서는 예전부터 브로드밴드를 지원하는 광통신 시스템, 이동통신 시스템, M2M(Machine to Machine) 시스템, 열차 무선 시스템, 영상 감시 시스템을 개발하고 있으며 각 분야의 기술 트렌드를 리드하는 연구 개발을 추진해 왔다.