전기 자동차로의 전환, 반도체 수요 증가, 제조업의 온쇼어링, 그리고 지속가능성을 높이기 위한 이니셔티브에 대응하기 위해 제조 기업들은 새로운 공장 개발과 기존 시설의 재설계에 투자하고 있습니다.
이러한 프로젝트는 복잡하고 수동적인 계획 프로세스, 레거시 기술 인프라, 단절된 도구와 데이터, 그리고 팀으로 인해 예산과 일정을 초과하여 진행되는 경우가 많습니다.
이러한 문제를 해결하기 위해 제조업체는 디지털 트윈, OpenUSD(Universal Scene Description) 생태계, 생성형 AI와 같은 기술을 기반으로 계획부터 운영까지 새로운 가능성을 실현하는 디지털화와 가상 공장을 수용하고 있습니다.
가상 공장이란 무엇인가요?
가상 공장은 현실의 공장을 가상에서 물리적으로 정확하게 재현한 것입니다. 이러한 디지털 트윈 공장을 통해 제조업체는 물리적 프로토타입이나 파일럿 플랜트 없이도 생산 프로세스, 리소스 및 운영을 모델링, 시뮬레이션, 분석 및 최적화할 수 있습니다.
가상 공장의 장점
가상 공장은 제조업체에게 다음과 같은 많은 이점과 가능성을 열어줍니다:
- 간소화된 커뮤니케이션: 프로젝트 조정을 위해 기존에는 대면 회의와 정적인 계획 문서에만 의존했었지만, 가상 공장을 사용하면 커뮤니케이션이 간소화되고 중요한 설계 및 운영 결정이 최신 데이터에 기반하여 이루어질 수 있습니다.
- 상황에 맞는 계획: 시설 설계, 건설 그리고 시운전 중에 가상 공장을 사용하면 프로젝트 이해 관계자들이 전체 시설 및 생산 프로세스의 맥락에서 전체 설계를 시각화할 수 있습니다. 계획 및 운영 팀은 구축된 구조물을 가상 설계와 실시간으로 비교 및 검증하고 검토 프로세스 초기에 오류를 식별하고 피드백을 반영하여 비용을 절감할 수 있습니다.
- 최적화된 시설 설계: 가상 공장을 프로세스 및 개별 이벤트 시뮬레이션에 연결하면 팀은 생산 및 자재 흐름, 인체 공학적 작업 설계, 안전 및 전반적인 활용을 위해 시설 설계를 최적화할 수 있습니다.
- 지능적이고 최적화된 운영: 운영 팀은 가상 공장을 엣지 단의 사물 인터넷 기술에서 얻은 귀중한 생산 데이터와 통합하고 AI를 활용하여 추가 최적화를 추진할 수 있습니다.
가상 공장: AI와 로보틱스를 위한 테스트
로보틱스 개발자들은 점점 더 가상 공장을 사용하여 실제 공장에서 실행되는 AI 및 자율 시스템을 훈련하고 테스트하고 있습니다. 예를 들어, 개발자와 제조 팀은 가상 공장을 통해 디지털 작업자와 오토노머스 모바일 로봇(AMR), 비전 AI 에이전트 및 센서를 시뮬레이션하여 시설 전체의 작업자 활동에 대한 중앙 집중식 맵을 만들 수 있습니다. 개발자는 시뮬레이션된 카메라 스트림의 데이터를 다중 카메라 추적과 융합하여 최적의 AMR 경로를 알려주는 점유 지도를 생성할 수 있습니다.
또한 개발자는 물리적으로 정확한 가상 공장을 사용하여 로봇 차량을 관리할 수 있는 AI 에이전트를 훈련하고 테스트하여 AI 지원 로봇이 실제 예측할 수 없는 상황에 적응하고 인간과 로봇의 협업을 위한 간소화된 구성을 파악할 수 있습니다.
가상 공장을 구축하는 기반은 무엇인가요?
이러한 혁신적 가능성을 실현하는 대규모의 물리적으로 정확한 가상 공장을 구축하려면 다양한 도구, 데이터 형식, 기술을 통합하여 현실 세계의 모습을 디지털 세계에 조화롭게 표현해야 합니다.
원래 픽사 애니메이션 스튜디오에서 개발한 OpenUSD는 개발자와 제조업체가 디지털화 목표를 달성하는 데 필요한 데이터 상호 운용성을 가능하게 하는 도구와 기능 모음을 포함합니다.
OpenUSD의 핵심 강점은 유연한 데이터 모델링입니다. 소스 애플리케이션에서 3D 입력을 받아 통합 데이터 파이프라인을 통해 컴퓨터 지원 설계 소프트웨어, 라이브 센서, 문서 및 유지보수 기록을 비롯한 다양한 데이터와 결합할 수 있습니다. 개발자는 OpenUSD를 통해 다양한 시뮬레이션 도구와 AI 모델에서 이러한 데이터 유형을 공유하여 모든 이해 관계자에게 인사이트를 제공할 수 있습니다. 공장 현장에서 디지털 트윈으로 데이터를 동기화하여 공장 관리자와 팀에게 실시간 인사이트를 제공할 수 있습니다.
개발자는 OpenUSD에서 가상 공장 솔루션을 개발함으로써 공장 팀의 협업을 강화하여 계획을 검토하고 최적화 기회를 논의하며 실시간으로 의사 결정을 내릴 수 있습니다.
OpenUSD 생태계의 발전을 지원하고 가속화하기 위해 Pixar, Adobe, Apple, Autodesk, NVIDIA는 핵심 사양, 메테리얼, 지오메트리 등의 분야에서 USD에 대한 개방형 표준을 구축하는 OpenUSD 얼라이언스를 결성했습니다.
가상 공장의 산업적 활용 사례
Autodesk, Continental, Pegatron, Rockwell Automation, Siemens 그리고 Wistron 등 업계 리더들은 가상 공장의 잠재력을 실현하기 위해 개발자가 OpenUSD를 기반으로 복잡한 3D 및 산업 디지털화 워크플로우를 위한 애플리케이션을 구축할 수 있는 애플리케이션 프로그래밍 인터페이스(API) 및 소프트웨어 개발 키트 플랫폼인 NVIDIA Omniverse와 상호 운용되는 가상 공장 솔루션을 개발하고 있습니다.
Autodesk의 자회사인 FlexSim은 공장 팀이 복잡한 시스템과 운영을 위한 시뮬레이션 모델링을 통해 실제 프로세스를 분석, 시각화 및 최적화할 수 있도록 OpenUSD를 사용하고 있습니다. 이 개별 이벤트 시뮬레이션 소프트웨어는 직관적인 드래그 앤 드롭 인터페이스를 제공하여 3D 시뮬레이션 모델을 만들고, 실제 변동성을 고려하고, ‘가정’ 시나리오를 실행하고, 심층적인 분석을 수행할 수 있습니다.
독일의 선도적인 자동차 기술 기업인 Continental의 개발자들은 OpenUSD와 NVIDIA Omniverse를 기반으로 공장 계획 및 제조 운영 애플리케이션인 ContiVerse를 개발했습니다. 이 애플리케이션은 공장 레이아웃을 최적화하고 생산 공정을 협업적으로 계획하여 시장 출시 기간을 13% 단축하는 데 도움이 됩니다.
또한 콘티넨탈은 IT 컨설팅 및 디지털 서비스 제공업체인 SoftServe와 협력하여 AI 기반 인사이트와 몰입형 시각화를 결합하여 엔지니어에게 실시간 지침 및 예측 분석을 제공하는 Industrial Co-Pilot을 개발했습니다. 이를 통해 유지보수 노력과 다운타임을 10%까지 줄일 수 있을 것으로 기대됩니다.
세계 최대 스마트폰 및 가전제품 제조업체 중 하나인 Pegatron은 신규 공장 개발을 가속화하고 기존 시설의 변경 주문을 최소화하고 운영을 최적화하며 생산 라인 처리량을 최대화하기 위해 OpenUSD에서 가상 공장 솔루션을 개발하고 있습니다.
Rockwell Automation은 산업 규모의 디지털 트윈 생산 시스템의 설계, 구축 및 운영을 위한 제조 팀의 데이터 상호 운용성, 실시간 협업 및 물리 기반 시각화를 제공하기 위해 NVIDIA Omniverse 클라우드 API 및 OpenUSD를 자사의 Emulate3D 디지털 트윈 소프트웨어와 통합하고 있습니다.
자동화, 디지털화 및 지속가능성 분야의 선도적인 기술 기업이자 OpenUSD 얼라이언스 회원사인 Siemens는 업계 최고의 클라우드 기반 제품 수명주기 관리 소프트웨어인 팀센터 X를 시작으로 Siemens 엑셀러레이터 플랫폼에 Omniverse Cloud API를 채택하고 있습니다. 이를 통해 팀은 차세대 제품, 제조 프로세스 및 공장을 실제 환경에 구축하기 전에 가상으로 설계, 구축 및 테스트할 수 있습니다.
선도적인 글로벌 기술 서비스 제공 업체이자 전자 제품 제조업체인 Wistron은 OpenUSD를 통해 신규 및 기존 공장을 디지털화하고 있습니다. Wistron은 NVIDIA Omniverse에서 가상 공장 솔루션을 개발함으로써 공장 팀이 원격으로 협업하여 레이아웃 구성을 개선하고, 표면 실장 기술 및 회로 내 테스트 라인을 최적화하며, 제품 온독 테스트를 혁신할 수 있도록 지원합니다.
이러한 솔루션을 통해 Wistron은 작업자 효율성을 51% 향상하고 생산 공정 시간을 50% 단축했습니다. 레이아웃 최적화와 실시간 모니터링을 통해 결함률이 40% 감소했습니다. 또한 Wistron의 새로운 NVIDIA DGX 공장의 건설 시간은 약 5개월에서 단 2개월 반으로 절반으로 단축되었습니다.
가상 공장 활용 사례 페이지에서 최신 생성형 AI 지원 가상 공장 솔루션 개발에 대해 자세히 알아보세요. 개발자는 가상 공장 솔루션을 개발할 때 고려해야 할 구성 요소와 기능에 대한 개요를 제공하는 레퍼런스 아키텍처로 시작할 수 있습니다.
표준 라이선스를 무료로 다운로드하고, OpenUSD 리소스에 액세스하고, Omniverse Enterprise로 팀을 연결하는 방법을 알아보는 등 NVIDIA Omniverse를 시작하세요. Instagram, Medium 그리고 X에서 최신 업데이트를 받아보세요. 보다 자세한 내용은 포럼, Discord 서버, Twitch 그리고 YouTube 채널에서 Omniverse 커뮤니티에 참여하여 확인하세요.
주요 시각 자료 제공: Siemens