제조 분야의 디지털 트윈이란?

스마트 제조는 공급망, 공장, 시스템 및 장비 데이터에 의존합니다. 생산 공정에서 끊임없이 변화하는 정보를 모니터링하고 분석하기 위해 인더스트리 4.0 애플리케이션을 모색하는 제조업체는 디지털 트윈의 실시간 데이터 성능을 활용합니다.

스마트 제조에서 디지털 트윈 기술의 다섯 가지 응용 분야

스마트 제조에서 디지털 트윈을 사용하면 얻을 수 있는 장점과 이점은 무궁무진합니다. 유지보수 문제 예측부터 제품 업그레이드 평가, 재무 의사 결정 정보 제공에 이르기까지 디지털 트윈은 기업이 비즈니스 목표를 달성할 수 있는 예측 인사이트를 제공합니다. 다음은 디지털 트윈이 스마트 제조의 다양한 요구 사항을 어떻게 해결하는지 보여주는 다섯 가지 예입니다.

제품 출시 기간 단축

디지털 트윈은 물리적 자산에 연결된 가상 복제본을 생성하여 스마트 제조업체가 생산 결정을 신속하게 내리는 데 필요한 실시간 인사이트를 제공합니다. 하드웨어, 노동력, 자재 등 실제 제품과 관련된 지연이 제거되므로 운영자는 설계, 개발, 테스트, 유지보수 등 제조 프로세스의 모든 단계의 속도를 높일 수 있습니다.

사례 연구: ENGIE Lab CRIGEN은 Ansys의 디지털 트윈 기술을 사용하여 고객의 탄소 제로 에너지 전환을 가속화하고 있습니다.

• 문제: 탄소 배출로 인해 기후 건강이 악화되고 있습니다.
• 솔루션: Ansys Twin Builder 를 통해 ENGIE Lab CRIGEN은 시뮬레이션 시간을 몇 시간에서 몇 초로 단축하여 새로운 에너지 솔루션을 더 빠르게 개발할 수 있습니다.
• 결과: 장비의 에너지 및 환경 성능을 실시간으로 최적화하는 것은 탄소 제로 전환의 핵심 자산입니다.

공정 및 제품 성능 최적화

스마트한 제조업체는 디지털 트윈을 사용하여 최종 제품의 품질을 예측할 수 있으므로 재료 업그레이드 및 공정 개선과 같은 문제에 대해 더 많은 정보에 입각한 의사 결정을 내릴 수 있습니다. 산업 제조 분야에서 디지털 트윈은 대규모 생산 전반에 걸쳐 일관성을 보장하여 최종 제품이 항상 사양에 부합하도록 지원합니다.

사례 연구: Kärcher는 Ansys 디지털 트윈 기술을 사용하여 실제 상황에서 다양한 배터리 셀과 하우징 재료를 시뮬레이션합니다. 

• 문제: 소형 배터리 팩의 무게와 발열을 줄여야 합니다.
• 솔루션: Kärcher 엔지니어들은 Twin Builder를 디지털 엔지니어링 워크플로의 기반으로 사용하여 최적화 과정에서 빠르고 정확한 개념 비교를 가능하게 했습니다. 
• 결과: 배터리 팩의 셀 수를 20%까지 줄일 수 있는 셀 유형과 배터리 하우징 설계를 발견했습니다.

생산 효율성 향상

디지털 트윈은 운영자가 프로세스와 시스템을 지속적으로 모니터링하여 가장 효율적인 방법을 평가할 수 있도록 지원합니다. 생산 흐름이 이상적인 용량으로 운영되지 않는 경우, 디지털 트윈은 즉시 개선 기회를 발견합니다. 디지털 트윈은 생산 효율성을 높여 스마트 제조업체가 에너지와 자재 소비를 줄임으로써 지속 가능성 목표를 달성할 수 있도록 지원합니다.

사례 연구: EDF Group(EDF)은 Twin Builder를 사용하여 원자력 발전소를 설계합니다.

• 문제: 저렴한 저탄소 발전을 개발하려면 매우 효율적이고 안정적인 시스템이 필요합니다.
• 솔루션: 이 회사는 Twin Builder를 사용하여 공장 터보 교류 발전기의 디지털 트윈을 개발하여 예측 유지보수를 사용하고 수리 비용을 절감할 수 있었습니다.
• 결과: EDF 엔지니어들은 한계를 뛰어넘고 까다로운 규제 요건을 충족하는 설계를 고안하여 전 세계 고객에게 탁월한 전력 출력을 제공합니다.

예측 유지보수 실현

스마트 제조에서 계획되지 않은 다운타임은 시간당 수만 달러의 비용을 초래할 수 있습니다. 디지털 트윈을 통해 작업자는 다양한 환경적 압력과 시나리오를 기반으로 문제를 예측할 수 있습니다. 디지털 트윈을 사용하여 복잡한 장치의 내부 작동을 살펴봄으로써 제조업체는 문제가 언제 발생할지 예측하고 전체 생산에 차질이 생기기 전에 유지보수 문제에 대처할 수 있습니다.

• 사례 연구: Phoenix Contact Electronics 엔지니어들은 Ansys 소프트웨어를 사용하여 실시간 센서 데이터를 시뮬레이션 결과와 통합하여 고장을 미리 예측합니다.
• 문제: 공간 절약형 기술에 대한 고객의 요구를 수용하기 위해 더 작은 기본 계전기를 만들어야 했습니다.
• 솔루션: Phoenix Contact는 Ansys optiSLang 및 Twin Builder를 사용하여 계전기의 전기 기계, 구조 및 열 특성과 관련된 모든 상호 작용을 이해했습니다.
• 결과: Phoenix Contact는 대형 안전 계전기의 모든 성능을 더 얇고 컴팩트한 디자인으로 제공하는 PSRmini 안전 계전기를 제작했습니다.

가상 시운전 허용

가상 시운전을 통해 시스템 설계를 조기에 검증하여 기계와 프로세스를 처음 통합할 때 발생하는 문제를 예측하고 해결할 수 있습니다. 스마트 제조에서 디지털 트윈 기술은 개별 장치뿐만 아니라 각 장치가 전체 생산 현장의 성능에 어떤 영향을 미치는지 등 전체 시스템이 어떻게 상호 작용하는지 보여줍니다.

사례 연구: Rockwell Automation은 Twin Builder를 사용하여 인사이트를 제공하고 시스템 성능을 개선합니다.

• 문제: 유량, 기계적 응력, 열 프로파일과 같은 환경적 및 재료적 영향은 현장 자산에 영향을 미칩니다.
• 솔루션: Rockwell Automation은 Twin Builder를 Studio 5000 시뮬레이션 인터페이스에 연결했습니다.
• 결과: 엔지니어는 복잡하고 세부적인 물리적 현상을 시뮬레이션하여 운영 중인 자산을 더 잘 이해할 수 있습니다.

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