최근 해운, 조선 산업은 급격한 디지털 전환의 물결을 맞이하고 있습니다. 그중에서도 가장 주목받는 기술이 바로 ‘디지털 트윈’입니다. 실제 선박을 가상 공간에 그대로 구현하여 운항 효율성을 높이고 유지보수를 혁신하는 이 기술이 해양 산업의 미래를 어떻게 바꾸고 있을까요? 오늘은 선박의 디지털 트윈 기술과 이를 통한 유지보수 혁신에 대해 자세히 알아보겠습니다.
디지털 트윈, 바다 위의 가상 쌍둥이가 온다
디지털 트윈이란, 실제 사물이나 시스템(예: 선박, 공장, 도로 등)을 가상 공간에 똑같이 옮겨 놓고, 현실에서 수집되는 센서·운영 데이터를 가상 모델과 연동함으로써 마치 “쌍둥이”처럼 함께 움직이게 하는 기술을 말합니다. 쉽게 말해 현실의 선박이 있다면, 컴퓨터 속에도 똑같은 선박을 만들어 두 선박이 실시간으로 정보를 주고받는 것이죠.
디지털 트윈의 주요 특징은 3가지로 요약할 수 있습니다.
- 다양한 데이터를 이용하여 시뮬레이션하고, 객체와 현상을 연결합니다.
- 모든 생애주기에 실제로 운영되는 시스템을 포함합니다.
- 현실에서 발생하는 문제의 데이터 분석을 통해 해결 방안을 제시합니다.
이러한 특징 덕분에 디지털 트윈은 제조업에서 먼저 도입되었지만, 이제는 해양산업에서도 핵심 기술로 자리잡고 있습니다. 특히 바다라는 예측 불가능한 환경에서 운항하는 선박에 디지털 트윈을 적용하면 안전성과 효율성을 크게 높일 수 있다는 점이 주목받고 있어요.
선박 디지털 트윈의 작동 원리, 어떻게 움직일까?
선박의 디지털 트윈은 어떻게 작동할까요? 간단히 말해 세 단계로 움직입니다.
1. 데이터 수집: 실시간 정보의 흐름
먼저, 실제 선박에 부착된 수많은 센서들이 선박의 운항 상태, 엔진 성능, 연료 소비량, 선체 하중, 기상 조건 등 다양한 데이터를 실시간으로 수집합니다. 최신 선박에는 수백 개의 센서가 장착되어 있어 방대한 양의 데이터를 수집할 수 있죠.
삼성중공업, HD현대중공업 같은 대형 조선사들은 이미 건조 단계부터 디지털 트윈을 위한 센서 네트워크를 선박에 구축하고 있습니다. 이 센서들은 선박의 주요 기관실 장비부터 항해 시스템, 화물 적재 상태까지 다양한 정보를 수집하게 됩니다.
2. 디지털 가상화: 데이터가 만드는 쌍둥이 선박
두 번째로, 수집된 데이터는 클라우드나 엣지 컴퓨팅 시스템으로 전송되어 가상 공간에 선박의 디지털 모델을 구현합니다. 이 모델은 단순한 3D 이미지가 아니라 실제 선박의 모든 운영 특성을 그대로 반영한 ‘살아있는’ 모델입니다.
예를 들어, (주)삼우이머션의 ‘VARLOS'(선박 모니터링 디지털 트윈 시스템)은 “선박으로부터 지속적인 데이터 수집과 이를 통한 빅데이터 통합정보를 가시화하는 항해데이터 기반 선박 통합 모니터링 시스템”입니다. 수집한 데이터는 웹 VR 기반 선박 디지털 트윈 형상에 그대로 반영되어, 선박 정보, 항해 정보, 선박 엔진 정보, 위치 정보, 기상 정보 등을 실시간으로 3D로 시각화합니다.
3. 분석 및 최적화: AI가 더해진 초지능 선박
마지막 단계는 가장 중요한 부분입니다. 디지털 트윈은 단순히 정보를 보여주는 데 그치지 않고, 인공지능과 머신러닝을 통해 데이터를 분석하고 미래를 예측합니다. 엔진의 고장 가능성, 연료 효율 최적화, 최적 항로 등을 예측하고 제안하는 것이죠.
버추얼 트윈(Virtual Twin)은 “시시각각 변하는 바다 환경에서 선박에 발생 가능한 구조적 결함이나 균열 정도 등을 시뮬레이션으로 예측”할 수 있습니다. 이를 통해 선박 운영자는 문제가 실제로 발생하기 전에 미리 대응 방안을 마련할 수 있게 됩니다.
선박 유지보수의 혁명, 디지털 트윈이 바꾸는 미래
선박 유지보수는 해운업계에서 가장 중요한 과제 중 하나입니다. 바다 위에서 고장이 발생하면 엄청난 비용과 시간 손실은 물론 안전 사고의 위험까지 있기 때문이죠. 디지털 트윈 기술은 이러한 유지보수 체계를 근본적으로 바꾸고 있습니다.
1. 예측 정비(Predictive Maintenance)의 현실화
기존의 선박 정비는 ‘정기 정비’나 ‘사후 정비’ 방식이었습니다. 즉, 일정 주기마다 점검하거나, 고장 난 후에 수리하는 방식이었죠. 하지만 디지털 트윈은 ‘예측 정비’를 가능하게 합니다.
선박의 각종 장비와 부품에서 수집되는 데이터를 AI로 분석하면 고장이 일어나기 전에 이상 징후를 포착할 수 있습니다. 예를 들어, 엔진의 진동 패턴이 조금씩 변하거나, 특정 부품의 온도가 미세하게 상승하는 등의 징후를 통해 고장을 예측하고, 최적의 시점에 정비를 수행할 수 있습니다.
한국선박해양플랜트연구소(KRISO)는 “실제로 KRISO가 개발한 디지털 트윈 기술은 항만 내 화물 이동 경로 최적화와 설비 유지 보수 주기 예측에 활용되고 있으며, 작업 효율성을 20% 이상 향상”시켰다고 합니다.
2. 원격 정비 지원 시스템의 발전
디지털 트윈은 원격 정비 지원도 혁신적으로 변화시키고 있습니다. 해상에서 문제가 발생했을 때, 육상의 전문가들이 디지털 트윈을 통해 상황을 정확히 파악하고 원격으로 조언이나 지시를 제공할 수 있기 때문입니다.
예를 들어, ‘인공지능(AI) 선장이 함께하는 선박 장비 원격 유지보수 서비스(RMS)’는 “선제적 유지 보수와 예방 조치로 원활한 운항, 운영 비용 절감으로 함대의 성능을 향상”시킬 수 있습니다. 인공지능 챗봇을 통해 장비 매뉴얼과 정보를 제공하며, 최적 항로, 위험 감지, 알람 제공 및 장비 고장 예측 분석 등으로 안전 운항을 지원합니다.
3. 3D 프린팅과의 결합, 혁신적인 부품 공급 체계
2025년에 주목할 만한 혁신 중 하나는 디지털 트윈과 3D 프린팅 기술의 결합입니다. HMM은 최근 국내 최초로 선박용 3D 프린팅 시스템의 실증에 나섰는데, 이는 선박 유지보수에 혁명적인 변화를 가져올 것으로 기대됩니다.
“선박용 3D 프린팅 기술이 상용화될 경우, 부품 조달 기간과 재고 부담이 줄어들면서 선박 유지보수 비용과 시간을 절감할 수 있을 전망”입니다. 특히 금속 분말을 활용한 스테인리스 소재 부품 제작 방식이 도입되어 “볼트, 너트, 플렌지 등 350여 종의 중소 부품을 3D 프린팅으로 생산할 수 있어 내구성이 더욱 강화될 것”으로 기대됩니다.
디지털 트윈이 정확한 부품 데이터를 제공하고, 3D 프린팅이 이를 현실화한다면 선박에서 필요한 부품을 즉시 제작하여 사용할 수 있게 됩니다. 이는 부품 조달에 걸리는 시간과 비용을 크게 줄이고, 선박의 가동률을 높이는 데 기여할 것입니다.
디지털 트윈이 가져오는 경제적 효과와 시장 전망
디지털 트윈 기술이 선박 유지보수에 가져오는 경제적 효과는 상당합니다. 정확한 예측 정비를 통해 정비 비용을 줄이고, 돌발적인 고장으로 인한 운항 중단 시간(다운타임)을 최소화할 수 있기 때문입니다.
비용 절감 효과
디지털 트윈은 선박 유지보수 비용을 여러 측면에서 절감합니다.
- 예방적 정비로 인한 대형 고장 예방 (중대 고장 발생 시 비용의 약 30-40% 절감)
- 부품 재고 관리 최적화 (재고 유지 비용 약 20% 감소)
- 정비 작업 효율성 향상 (정비 소요 시간 약 15-25% 단축)
- 선박 가동률 증가 (약 5-10%의 운항 시간 증가)
또한 디지털 트윈으로 “항공 및 발전 분야에서 연료효율 1%를 증가하는 것만으로 연간 6조~8조원을 절감할 수 있다”는 점을 고려하면, 해운업에서도 유사한 효율성 향상을 기대할 수 있습니다.
디지털 트윈 시장의 성장
글로벌 디지털 트윈 시장은 급속도로 성장하고 있습니다. “2020년 시장 조사기관(Markets and Markets)은 글로벌 디지털 트윈 시장이 2020년 3조6000억원에서 2026년 55조4000억원으로 성장할 것으로 전망했어요.” 최근 연구에 따르면 “글로벌 디지털 트윈 시장 규모는 2024년 200억 7천만 달러 이상으로 평가되었으며, 2037년까지 매출 1조 1400억 달러를 초과하여 36.4% 이상의 CAGR을” 기록할 것으로 예상됩니다.
해양 분야, 특히 조선소의 디지털화 시장도 빠르게 성장하고 있습니다. “글로벌 디지털 조선소 시장은 2021년 1,1296백만 달러에서 2028년까지 17.27%의 강력한 CAGR로 3444,5백만 달러로 성장할 것으로 예상됩니다.” 이러한 성장세는 디지털 트윈 기술의 중요성과 잠재력을 잘 보여줍니다.
국내외 주요 기업들의 디지털 트윈 도입 사례
세계 각국의 해운, 조선 기업들은 디지털 트윈 기술을 적극적으로 도입하고 있습니다. 몇 가지 주목할 만한 사례를 살펴보겠습니다.
국내 기업 사례
HD 한국조선해양과 HD현대중공업: 최근 버추얼 트윈 전문 기업 다쏘시스템과 업무협약(MOU)을 체결했습니다. “선박 설계와 제조에 쓰일 버추얼 트윈 기반의 설계-생산 일관화 통합 플랫폼을 구축”하여 “선박 건조 관련 일정 단축과 비용 절감, 건조 효율성 제고를 추진”할 예정입니다.
HMM: 국내 최초로 선박용 3D 프린팅 시스템 실증에 나서며, “이번 실증을 통해 선박 유지보수의 효율성을 높이고 비용 절감 효과를 극대화할 수 있을 것으로 기대”한다고 밝혔습니다.
삼성중공업: AWS와 손잡고 선박 유지보수 디지털 혁신을 추진하며, “디지털 전환의 일환으로 선박 유지보수 프로세스를 클라우드 기반으로 고도화해 서비스 품질을 높였고, 문제 처리 시간을 평균 1개월 단축”했습니다.
해외 기업 사례
일본 ClassNK 주도 프로젝트: “NYK그룹 자회사인 MTI과 MOL, 선주사인 마루베니, 조선사인 이마바리조선과 JMU, 우스키 조선, 해사 소프트웨어 개발사인 NAPA, 선급인 일본해사협회(ClassNK)가 디지털 트윈 기술을 적용한 미래선박 개발 프로젝트에 착수”했습니다. 이 프로젝트는 “디지털 트윈 기술을 기반으로 선박 건조부터 운항까지 전체 선박 라이프 사이클에 걸친 데이터를 공유해 미래선박을 개발”하는 것이 핵심입니다.
히센 요트(Heesen Yachts): “슈퍼요트 건조 기업인 히센 요트는 프랑스 소프트웨어 기업 다쏘시스템의 버추얼 트윈 기반 3D익스피리언스 플랫폼으로 첨단 요트의 디지털 목업을 제작, 설계 정밀도를 높이고 시제품 제작 비용을 절감”했습니다.
디지털 트윈 도입의 과제와 해결 방안
디지털 트윈 기술이 가진 잠재력에도 불구하고, 실제 도입 과정에는 몇 가지 과제가 존재합니다.
주요 과제
- 초기 투자 비용: 디지털 트윈 시스템 구축에는 상당한 초기 투자가 필요합니다.
- 데이터 통합의 어려움: 서로 다른 시스템에서 생성된 데이터를 통합하고 표준화하는 과정이 복잡합니다.
- 보안 문제: 중요한 선박 운영 데이터가 사이버 공격에 노출될 위험이 있습니다.
- 전문 인력 부족: 디지털 트윈 기술을 운영할 수 있는 전문 인력이 부족합니다.
해결 방안
- 단계적 도입: 한 번에 모든 시스템을 디지털화하기보다 중요도가 높은 시스템부터 단계적으로 도입합니다.
- 개방형 표준 채택: 국제 표준을 따르는 개방형 시스템을 도입하여 데이터 통합 문제를 해결합니다.
- 산학협력 강화: 대학, 연구소와의 협력을 통해 전문 인력을 양성하고 기술 개발을 가속화합니다.
- 정부 지원 활용: 디지털 전환을 위한 정부 지원 프로그램을 적극 활용합니다.
한국선박해양플랜트연구소(KRISO)의 ‘선박해양디지털트윈센터’는 이러한 문제 해결을 위한 좋은 예입니다. “중소기업에서도 별도의 대규모 투자 없이 센터의 인프라를 활용해 디지털 트윈 모델을 개발하거나, 해상교통‧물류 등과 같은 해사 서비스 관련 아이디어를 실증할 수 있도록 지원할 계획”입니다.
미래 전망: 디지털 트윈이 이끌 해양 산업의 미래
디지털 트윈 기술은 앞으로 해양 산업에 어떤 변화를 가져올까요? 몇 가지 주목할 만한 전망을 살펴보겠습니다.
1. 완전 자율 운항 선박으로의 진화
디지털 트윈 기술은 자율 운항 선박 개발의 핵심이 될 것입니다. 가상 환경에서 다양한 시나리오를 시뮬레이션하고, 실시간으로 선박의 상태를 모니터링하며, AI 알고리즘을 통해 최적의 운항 결정을 내릴 수 있기 때문입니다.
자율운항선박이 상용화되면 인건비 절감, 인적 오류 감소, 연료 효율 향상 등 많은 이점을 가져올 것으로 예상됩니다. 디지털 트윈은 이러한 자율 시스템의 안전성과 신뢰성을 검증하는 데 필수적인 역할을 할 것입니다.
2. 친환경 선박 설계와 운영의 혁신
국제해사기구(IMO)가 2050년까지 온실가스 순배출 제로를 달성하는 목표를 수립한 가운데, 디지털 트윈 기술은 친환경 선박 개발에 중요한 역할을 할 것입니다.
디지털 트윈을 통해 “선박의 각 부품이 탄소 배출에 어떤 영향을 주는지 파악”하고, “연료와 추진 방식 및 선박 부품 간의 상호 관계와 영향을 미리 이해”함으로써 보다 환경 친화적인 선박을 설계하고 운영할 수 있을 것입니다.
3. 해양 산업 생태계의 디지털 통합
장기적으로는 개별 선박의 디지털 트윈을 넘어, 항만, 물류 시스템, 해상 교통 등을 포함한 전체 해양 산업 생태계가 디지털 트윈으로 통합될 것으로 전망됩니다.
이러한 통합 디지털 트윈은 선박 운항 최적화뿐만 아니라 항만 운영 효율화, 글로벌 물류 최적화, 환경 영향 최소화 등 더 넓은 범위의 문제를 해결하는 데 기여할 것입니다.
자주 묻는 질문(FAQ)
디지털 트윈 기술을 도입하면 유지보수 비용을 얼마나 절감할 수 있나요?
디지털 트윈 기술을 성공적으로 도입한 기업들의 사례를 보면, 전체 유지보수 비용의 15~30%를 절감할 수 있는 것으로 나타납니다. 특히 예측 정비를 통한 큰 고장 예방, 부품 재고 관리 최적화, 정비 작업 효율 향상 등을 통해 비용을 절감할 수 있습니다. 더불어 선박의 가동률이 높아져 간접적인 경제적 이익도 발생합니다.
중소형 선사도 디지털 트윈 기술을 도입할 수 있을까요?
네, 가능합니다. 초기에는 대형 선사 위주로 도입되었지만, 최근에는 클라우드 기반 솔루션이나 서비스형 디지털 트윈(DTaaS, Digital Twin as a Service) 등 중소형 선사도 부담 없이 도입할 수 있는 옵션이 늘어나고 있습니다. 또한 한국선박해양플랜트연구소(KRISO)의 ‘선박해양디지털트윈센터’와 같은 공공 인프라를 활용하면 대규모 투자 없이도 디지털 트윈 기술을 활용할 수 있습니다.
디지털 트윈과 일반 시뮬레이션의 차이점은 무엇인가요?
일반 시뮬레이션은 특정 시나리오나 상황을 가정하여 결과를 예측하는 데 중점을 둡니다. 반면 디지털 트윈은 실제 대상과 실시간으로 데이터를 주고받으며 지속적으로 업데이트되는 ‘살아있는’ 모델입니다. 디지털 트윈은 현실 세계의 변화가 즉시 가상 모델에 반영되고, 가상 모델에서의 분석 결과가 다시 현실 세계에 적용되는 양방향 상호작용이 특징입니다.
디지털 트윈 도입에 필요한 주요 기술은 무엇인가요?
디지털 트윈 도입에는 IoT 센서, 빅데이터 분석, 인공지능(AI), 클라우드 컴퓨팅, 3D 모델링, 시뮬레이션, VR/AR 등 다양한 기술이 필요합니다. 특히 선박의 경우 해상 환경에서 안정적으로 작동하는 센서 네트워크와 제한된 통신 환경에서도 효율적으로 데이터를 전송할 수 있는 통신 기술이 중요합니다.
결론: 바다 위의 혁신, 디지털 트윈이 만드는 미래
디지털 트윈 기술은 선박의 설계, 건조, 운영, 그리고 특히 유지보수 분야에 혁명적인 변화를 가져오고 있습니다. 실시간 모니터링과 예측 정비를 통해 유지보수 비용과 시간을 크게 절감하고, 선박의 안전성과 효율성을 높이는 효과가 있습니다.
세계 디지털 트윈 시장은 2024년 200억 달러에서 2037년 1조 달러 이상으로 성장할 것으로 전망되며, 해양 분야 역시 이러한 성장세에 동참하고 있습니다. HD현대중공업, 삼성중공업, HMM 등 국내 주요 기업들도 디지털 트윈 기술 도입에 적극 나서고 있어, 한국 해운, 조선 산업의 디지털 전환이 가속화될 것으로 보입니다.
물론 초기 투자 비용, 데이터 통합 문제, 보안 이슈 등 해결해야 할 과제도 있습니다. 그러나 단계적 도입, 개방형 표준 채택, 산학협력 강화 등의 전략적 접근을 통해 이러한 과제를 극복할 수 있을 것입니다.
디지털 트윈은 단순한 기술 도입을 넘어 해양 산업의 새로운 패러다임을 열고 있습니다. 완전 자율 운항 선박으로의 진화, 친환경 선박 설계와 운영 혁신, 해양 산업 생태계의 디지털 통합 등 미래 해양 산업의 모습을 디지털 트윈이 선도할 것입니다.
바다는 언제나 인류에게 도전과 기회의 공간이었습니다. 디지털 트윈 기술은 이러한 바다를 더 안전하고, 더 효율적으로, 더 지속 가능하게 활용할 수 있는 길을 열어주고 있습니다. 가상의 바다에서 실제 바다의 미래를 그리는 디지털 트윈 기술, 그것이 2025년 선박 산업의 핵심 경쟁력이 될 것입니다.
현실 세계의 선박에 문제가 생기기 전에 가상 세계의 쌍둥이 선박이 먼저 알려주는 시대. 이제 바다 위의 모든 선박은 육지에도 쌍둥이를 갖게 될 것입니다. 그리고 이러한 변화는 해운, 조선 산업의 미래를 더욱 밝게 만들어 줄 것입니다.
디지털 트윈 기술의 도입은 선택이 아닌 필수가 되고 있습니다. 변화의 물결에 먼저 올라타는 기업이 미래의 승자가 될 것입니다. 바다 위의 혁신, 디지털 트윈이 만드는 미래에 지금 함께하세요.