[논문 리뷰] Digital Twin: Values, Challenges and Enablers

Adil Rasheed, Omer San외 1명|arXiv (Cornell University)|2019. 10. 03.

Digital Transformation in Industry참고 문헌 474인용 수 74

한 줄 요약

디지털 트윈 개념에 대한 포괄적 개요로, 그 가치, 응용 도메인, 일반적 도전 과제, 가능 기술, 사회경제적 함의를 강조합니다.

ABSTRACT

A digital twin can be defined as an adaptive model of a complex physical system. Recent advances in computational pipelines, multiphysics solvers, artificial intelligence, big data cybernetics, data processing and management tools bring the promise of digital twins and their impact on society closer to reality. Digital twinning is now an important and emerging trend in many applications. Also referred to as a computational megamodel, device shadow, mirrored system, avatar or a synchronized virtual prototype, there can be no doubt that a digital twin plays a transformative role not only in how we design and operate cyber-physical intelligent systems, but also in how we advance the modularity of multi-disciplinary systems to tackle fundamental barriers not addressed by the current, evolutionary modeling practices. In this work, we review the recent status of methodologies and techniques related to the construction of digital twins. Our aim is to provide a detailed coverage of the current challenges and enabling technologies along with recommendations and reflections for various stakeholders.

연구 동기 및 목표

• 디지털 트윈의 개념과 물리적 자산의 가상 표현과의 관계를 요약한다.
• 디지털 트윈이 산업 및 운영에 제공하는 여덟 가지 가치 추가를 식별한다.
• 최신 연구 동향과 도전을 설명하기 위해 건강, 기상, 제조, 교육, 도시/교통/에너지 등 다양한 응용 분야를 조사한다.
• 도메인 간 디지털 트윈 개발의 일반적인 도전 과제를 개관한다.
• 이 도전 과제를 다루기 위해 다섯 가지 범주로 가능한 기술을 제시한다.
• 사회경제적 영향과 이해관계자에 대한 권고를 논의한다.

제안 방법

• 디지털 트윈의 개념과 용어를 정의하기 위해 기존 문헌과 산업 활용을 검토하고 종합한다.
• 교차 도메인 분석에 기반해 가치, 응용, 도전 과제를 분류한다.
• 다섯 가지 범주로 가능한 기술을 설명하고 이를 도전 과제와 연관 짓는다.
• 합성 결과에 기반해 이해관계자를 위한 성찰과 권고를 제시한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 디지털 트윈이 무엇이며 기존의 개념 및 명명법과 어떤 관련이 있는가?
• RQ2 산업 전반에 걸쳐 디지털 트윈이 제공하는 가치와 이점은 무엇인가?
• RQ3 디지털 트윈을 생성하고 배치하는 데 있어 주요 과제는 무엇인가?
• RQ4 이 도전 과제를 해결할 수 있는 교차 도메인 기술은 무엇인가?
• RQ5 디지털 트윈 도입의 사회경제적 영향과 이해관계자에 대한 권고는 무엇인가?

주요 결과

• 디지털 트윈은 디지털 자매를 통해 실시간 모니터링, 제어 및 구상 시나리오 분석을 가능하게 하는 적응형 모델로 작동한다.
• 여덟 가지 가치 추가가 식별되었는데, 실시간 모니터링, 효율성 및 안전성, 예측 유지보수, 위험 평가, 협업, 의사 결정 지원, 개인화, 더 나은 문서화가 포함된다.
• 응용 분야는 건강, 기상학, 제조, 교육, 도시/교통/에너지에 걸치며 각 분야에는 도메인별 동인과 도전이 있다.
• 일반적인 도전에는 데이터 보안, 데이터 품질, 지연, 실시간 시뮬레이션, 데이터 융합, 분석, 투명성 및 교차 도메인 일반화가 포함된다.
• 가능 기술은 물리 기반 모델링, 데이터 기반 모델링, 빅 데이터 사이버네틱스, 인프라/플랫폼, 인간-기계 인터페이스의 다섯 범주로 구성된다.
• 본 논문은 사회경제적 영향과 이해관계자 지향 권고를 다룬다.