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디지털엔지니어링 기술동향 및 전망

by 할로파파 2021. 6. 29.

안녕하세요~

 

할로파파입니다. :)

 

오늘은 디지털엔지니어링 기술동향 및 전망에 대해 알아보도록 하겠습니다.

 

정보전달 순서는

 

1. 개요

2. 시장현황

3. 기술동향

4. 이슈와 과제

순으로 진행하겠습니다.

 


1. 개요

1) 전통 엔지니어링에서 디지털 엔지니어링으로 전환

- (엔지니어링 산업의 정의) 건설·플랜트·제조 등 15개 기술부문에서 기획, 설계, 프로젝트 관리(PM), 구매/조달, 운영/유지(O&M) 등의 엔지니어링 활동을 통해 부가가치를 창출하는 산업*

 

* 엔진니어링산업 진흥법

 

- (엔지니어링 산업의 특징) 고부가가치의 창의적 기술과 축적된 경험이 산업 경쟁력의 핵심으로 타업종에 미치는 전방연쇄효과가 높아 건설, 플렌트, 제조 등 전 산업 경쟁력 향상에 기여

① 상근직 비중(90.9%)과 고용유발효과(11명/10억)가 높은 좋은 일자리 창출 산업*

* 한국은행 산업연관표

 

- (디지털 엔지니어링 정의) 시스템 설계, 공정 해석, 사례기반 경험지식 활용과 설계, 시공, 운영 데이터의 활용 기술이
접목되는 지식기반형 서비스산업

① 엔지니어링 활동의 전주기(설계, PM, O&M)를 걸쳐 축적되는 정보의 디지털화를 기반으로 지능정보기술을 활용한

자동화 및 의사결정을 지원할 수 있는 디지털 비즈니스 서비스

 

- (디지털 엔지니어링 분류) 디지털 기반의 설계, 시공 및 시운전, 운전 및 유지보수(O&M, Operation and Maintenance)의 세 개 영역으로 분류

① O&M의 경우 운영성 및 안전성을 향상시키기 위한 설계 및 시공 정보와 연계한 전주기 데이터 통합 기반의 기술로 정의

 

 

[그림 1] 디지털 엔지니어링의 개념 및 아키텍쳐

- (디지털 엔지니어링의 방향)디지털 기반으로 지능정보기술을 활용하여 기업의 생산성 및 효율성 등을 극대화하고 고객
대상의 디지털 비즈니스 서비스를 제공하기 위한 방향으로 발전

① 디지털혁신 시대로 진입하면서 글로벌 선진 기업들은 빅데이터, AI 등 지능정보기술을 융합한 디지털 엔지니어링

기술개발에 집중 투자 

② 기존 개인의 경험 및 지식 의존형에서 형식지 및 암묵지를 포함하는 빅데이터 플랫폼을 구축하여 AI, 클라우드, 블록체인 등의 디지털 기술을 활용하여 단계별 최적 의사 결정을 연계하여 통합 지원하는 다양한 솔루션이 등장

 

2. 시장 현황

1) 글로벌 디지털 엔지니어링 시장은 꾸준히 증가하며, 새롭게 등장한 엔지니어링 빅데이터 시장은 2025년 28억 달러 내외의 시장규모로 성자 예상

- 국내 엔지니어링 시장규모는 7.5조이며 기업수는 증가 추세*)

 

[그림 2] 국내 엔지니어링 기업 현황 및 수주 실적

*한국엔지니어링협회 자료

 

- 디지털 엔지니어링 세계 시장규모는 `16년 4,015억 달러에서 ‘25년까지 CAGR 4.2% 규모로 성장하다가 이후 완만한
상승 예상

 

[그림 3] 디지털 엔지니어링산업 세계 시장규모 예측*

* Insight Partners(2017), Engineering Software Market to 2025, BCG, Digital in Engineering and Construction (2016)
보고서 근거로 보정

 

- 엔지니어링 SW의 경우 Insight Partners에서 제시한 보고서상의 CAGR은 7.2%이며 `25년 세계시장 규모는 445억 달러로 추정

 

[표 1] 세계 엔지니어링 SW 시장규모 예측(매출액 기준, '16~'25년)*

'16 '17e '18 '19e '20e '21e '22e '23e '24e '25e CAGR('17-'25)
243.5 256.0 270.1 286.0 304.1 324.7  348.5 376.0 408.0 445.4 7.2%
* The The Insight Partners, Engineering Software Market to 2025, 2017

 

- BCG (Boston Consulting Group)에서 발간한 2016년 보고서에서 건설과 플랜트 엔지니어링산업 분야의 디지털전환에 따른 비용 절감 추정치를 10조 달러로 제시

 

[그림 4] 엔지니어링 디지털 전환에 의한 연간 비용 경감 규모 *

*자료 : BCBCG, Digital in Engineering and Construction (2016)

 

① 엔진니어링 빅데이터 시장은 2025년 28억 달러 내외의 시장규모가 예상*

* 한국데이터진흥원, 2017 데이터산업 백서의 자료를 바탕으로 추정(선형추세)

 

[표 2] 통합 엔지니어링 빅데이터 시장추정액

(단위: 억원)

'16 '17 '18 '19 '20 '21 '22 '23
22.987.8 23,792.0 24,805.0 25,667.2 26,627.5 27,967.2 29,194.6 30,422.1
'24 '25 '26 '27 '28 '29 '30 '31
31,649.5 32,876.9 34,104.3 35,331.8 36,559.2 37,786.6 39,014.1 40,241.5
'32 '33 '34 '35 '36 '37 CAGR
41,468.9 42,696.3 43,923.8 45,151.2 46,378.6 47,606.1 3.4

 

 

 

 

3. 기술동향

1) 국내는 상세설계·시공 등 저부가 영역 위주로 성장하여 기본설계, PM, O&M 등 고부가 영역 핵심기술 개발 노력은 부족

- 4차산업혁명 기술의 도입은 일부 대기업, 중견기업 중심으로 개별적이며, 현장 활용도는 낮아 글로벌 최고 기술수준

대비 분야별로 2.0~2.4년의 격차 존재

 

[표 3] 기술 수준 현황*

구분 상대수준(최고 수준 100%) 격차 기간(최고 수준 0년)
미국 한국 일본 유럽 중국 미국 한국 일본 유럽 중국
기본설계 100 76.9 92.0 96.0 68.4 0.0 2.4 0.8 0.4 3.2
PM 100 80.8 93.2 96.2 70.9 0.0 2.1 0.9 0.6 3.0
O&M 100 82.3 92.1 95.4 72.1 0.0 2.0 0.9 0.5 3.1
* 2017년도 산업기술수준조사보고서(KEIT, '17. 9)

 

2) 글로벌 선도기업은 디지털 엔지니어링을 통해 세계시장을 선점하고 패러다임 변화 주도를 위한 투자와 기술개발 착수

- [HEXAGON*] SMART PLANT ENTERPRISE라는 통합 패키지 개념의 소프트웨어를 개발하여 시장에 제공

* 미국의 플랜트 설계 SW 솔루션 기업으로 INTEGRAPH를 흡수하여 Bechtel(벡텔), WorleyPersons(월리 파슨스) 등 세계 유수의 엔지니어링 기업에 3D 설계 프로그램을 제공하고 있을 뿐 아니라 세계 유수의 엔지니어링 기업들에게 제품 판매

① 개념설계, 기본 설계 및 설계 제반 과정의 데이터 및 설계정보의 공유가 가능하며, 지식기반의 설계 관련 의사결정을
도모할 수 있는 환경 제공

② 브릭스캐드는 대한건축사협회에서 그 제품의 안전성과 성능을 인정받았으며 오토캐드(AutoCAD) 대안으로 건설 및
플랜트, 금형, 기계 등 다양한 분야에서 사용 확산

③ 캐드웍스 설계플랫폼은 지능적인 3D 플랜트 모델을 빠르고 쉽게 생성할 수 있는 강력하고 편리한 툴 제공

 

- [BENTLEY] 다양한 유형의 건설 프로젝트에 적용 가능한 3D 모델을 기반으로 시공 및 자재관리 업무와 관리를 지원하는 시스템 Construction BIM 개발하여 판매

① 3D 모델을 Schedule(4D BIM), Cost(5D BIM) 및 O&M용 MRO 솔루션(6D BIM)인 APM(Asset Performance
Management)과 통합·연동하는 형태로 서비스 제공

 

구분 사례
Context Capture - 단순한 사진으로부터 설계, 시공, 운영 용도의 세부 3D 모델을 개발
Context Capture Center - 디지털 사진으로부터 설계, 시공, 운영에 사용하는 모든 규모의 세부 3D 모델을 개발
Context Capture Cloud
Processing Service
- 단순한 사진으로 설계, 시공 및 운영 용도의 3D 현실 매쉬를 생성
Bentley Descartes - 검증된 이미지 및 포인트 클라우드 기술을 사용하여 인프라 워크 플로우를 강화
Bentley Pointools - 강력하고 신속한 포인트 클라우드 시각화 및 편집 SW
Bentley Pointools View - 포인트 클라우드 모델의 고성능 시각화, 주석, 프레젠테이션
Acute3D Viewer - Bentley의 Context Capture SW로 생성된 모든 축척의 현실 매쉬를 탐색하고 측정

[그림 5] Bentley사의 모델링의 SW 주요 기능*

* Bentley<https://www.bentley.com/products/product-line/reality-modeling-software>

 

- [SIEMENS] 생산 라인 환경 및 엔지니어링 데이터를 관리할 수 있는 빅데이터 기반 시뮬레이션 및 통합관리 시스템을 개발하여 판매

① 제품 개발 전주기에 걸쳐 사람과 프로세스를 연결하는 PLM(제품 라이프사이클 관리) 시스템, Teamcenter기반의 디지털 스레드를 통해 디지털 트윈 솔루션인 Tecnomatix를 이용하여 플랜트 레이아웃, 로봇, 인간공학을 고려한 시뮬레이션을 통한 최적화 가능

② 플랜트 기본 설계와 엔지니어링 데이터들을 통합 관리를 지원하는 시스템인 COMOS 개발(지원 범위: 플랜트 운영, 유지보수, 수리 및 정비, 계획, 구성 등 관리 지원)

③ 클라우드 기반 개방형 IoT 운영 체제인 MindSphere를 개발하여 제품, 플랜트, 시스템 및 기계를 연결하여 사물 인터넷 (IoT)에서 생성된 빅 데이터들을 활용하여 분석 수행

 

[그림 6] SIEMENS

 

- [DASSAULT] 3D Experience 플랫폼을 통해 인터렉티브 협업 환경에서 3D 설계, 해석, 시뮬레이션 및 인텔리전스 소프트웨어들을 탑재 판매

① ENOVIA를 통해 엔지니어링 디지털 데이터들을 통합 관리하며, DELMIA를 이용하여 공정 설계에서부터 플랜트 레이아웃, 로봇, 인간공학에 이르는 워크셀의 시뮬레이션과 검증을 수행하고, 라인 전체의 시뮬레이션부터 원가 계산에 이르는 제조 시스템 전체의 디지털화 실현

② 3D Experience 플랫폼을 통해 플랜트 건설, 운영 과정에서 발생하는 데이터를 하나의 플랫폼에 통합하여 빅데이터를
구축하고, 이를 분석하여 비즈니스 전반의 비효율 개선하고, 타 분야와 업무 공유 및 협업을 통한 단일 회사의 업무 효율
향상을 넘어 B2B Platform으로의 확장 가능

 

[그림 7] DASSAULT

 

- [Schneider Electric] 플랜트의 공정 시뮬레이션, 운전 시뮬레이션 및 수학적 모델링을 동일한 플랫폼에 통합시킨 공정
및 배관 설계 지원 시스템(SimCentral) 개발

① 작업자들이 실제 공장과 같은 시뮬레이션 환경 속에서 시설점검, 안전교육, 사고 발생 시 대처방법 등 훈련에 활용 목적

② 플랜트 공정 시뮬레이션 모델과 3D 모델을 이용한 VR기반의 모의운전 시스템인 Operator Training Simulator & Eyesim 개발

 

[그림 8] Schneider Electric의 OTS와 Eyesim

- [General Electric, GE] 제조업 용도의 산업 인터넷 플랫폼을 통한 고객 서비스 제공을 목적으로 하는 디지털트윈 기반
플랫폼 및 서비스(Predix) 개발

① 운영체제, 클라우드, 빅데이터, 분석 SW 등을 종합 지원하는 개방형 산업 인터넷 기반 플랫폼 서비스 솔루션 제공

② 발전 플랜트의 소재/부품/설비/시스템을 포함한 GE의 발전 플랜트 전주기 현장 데이터 정보, 데이터 활용/분석 툴 및
서비스 제공

 

[그림 9] GE의 Predix

- [CII] 인력, 프로세스 및 기술의 연계를 통해 엔지니어링, 조달 및 시공 업무 프로세스를 일원화하여 설계-구매-시공
사이의 간격을 메우고 전체 프로젝트 성과를 개선하기 위한 프레임워크인 Advanced Work Packaging 개발

① 시공팀이 공사착수 전 발주처와 함께 모든 필요한 패키지를 기획·엔지니어링·구매 단계에 맞춰 선행적으로 구현하고,
BIM을 매개체로 연관 엔지니어링 문서들의 연계 및 추적관리 지원

② 초기 전담인력이 추가로(약 10%) 투입되었음에도 전체 공사비의 9% 절감효과로 검증을 완료하고 본격적으로 보급

 

[그림 10] CII의 Advanced Work Packing Framework

- [AVEVA] 공정·기계장치·배관 등 플랜트의 모든 엔지니어링 데이터 및 도면들의 DB 구축을 지원하는 엔지니어링 플랫폼인 AVEVA Engineering 개발

① 엔지니어링 설계과정에서 생성된 모든 공정 및 기계장비 데이터와, 배관·전기·계장·토목 및 건축 관련 다양한 유형의
엔지니어링 설계 및 문서 데이터들을 실시간으로 갱신하면서 관련 엔지니어들의 동시적 활용을 지원하는 시스템

② AI 기반의 자동 연계를 통하여 3D 설계 데이터와 구매 및 시공 관련 문서들의 버전관리 및 설계변경 내역관리로 프로젝트의 수행을 지원하며, 시공 완료 후에도 후속 운전/유지보수 DB와도 자동으로 연결되어 엔지니어링 전주기 통합 환경 구축

 

[그림 11] AVEVA의 AVEVA Engineering

 

- [현대엔지니어링] 지능형 3D 설계검증시스템(Intelligent Design Basis Verification, IDBV)12)을 개발하였고 모바일 3D플랜트 설계 시스템을 플랜트 공사현장에 본격적으로 적용

① 플랜트 시공 전 과정을 3D로 완벽하게 구현하는 해당 기술 개발을 통해 미국 Intergraph 플랜트 3D 영상부문 2년 연속 최우수상 수상

② IDBV 시스템 도입 시, 실시간 사전 검증을 통해 설계오류를 신속 정확하게 제거함으로써 재시공 비용을 절감할 수 있고 전체적인 설계품질 향상과 공기단축에 목적을 둔 제품

 

4. 이슈와 과제

1) 국내 중소·중견 기업의 고부가가치 영역의 기술 역량 축적과 경험 부족을 극복하고, 민간기업의 신시장 창출을 위한 산업체계 구축 및 활용 기술개발 필요

- 디지털 엔지니어링 기술은 전통 엔지니어링산업의 고부가가치화를 위한 마중물의 역할을 담당할 수 있으며 글로벌 경쟁력 확보를 위한 기반

① 디지털 엔지니어링 기술 적용 시 건설엔지니어링 분야에서는 상세설계영역에서 40% 정도의 증가가 예상되며 플랜트엔지니어링분야에서는 PM, 설계, O&M 영역에서 30~40% 정도의 부가가치 증가 예상

 

[그림 12] 4차 산업혁명 기술 도입 시 기술수준 비교

② (설계) 디지털 기반의 통합 플랫폼상에 데이터를 축적·공유하여 설계·시공 방법을 최적화하고, O&M 관리의 효율화에도 활용

③ (PM) AI와 빅데이터를 이용한 솔루션을 통해 사업원가 산정 및 공기 초과 리스크를 획기적으로 완화

④ (O&M) 운전정보에 설계, 시공 등 구축 정보가 더해진 빅데이터 기반 AI를 이용한 사례분석 기술과 시뮬레이션 기술로 O&M 사업 고도화

 

- 국내 디지털 엔지니어링 소프트웨어 개발기업 중 기술력이 뛰어난 중소기업을 육성하는 전략 필요

① IDC (International Data Cooperation)에 의하면 국내 엔지니어링 소프트웨어 시장은 글로벌 시장의 1% 수준으로
2017년 기준 8,000억원을 상회하는 수준으로 그중 외산 소프트웨어가 95%의 시장 점유

② 우수 기술력을 보유한 중소기업들의 특화된 기술 간의 연계, 통합과 엔지니어링 대기업들의 검증 및 시장 진출 지원을 통해 글로벌 디지털 엔지니어링 서비스 강소기업 육성과 대기업의 경쟁력 확보를 위한 정부 및 민간 협동 상생 전략
필요

 

- 디지털혁신의 기반이 되는 데이터 확보 방안과 글로벌 발주자의 요구사항을 만족할 수 있는 데이터 연계 및 호환 기술,
서비스 모델 개발 등의 서비스 중심의 기술개발 및 사업화 전략 수립 및 구체적 시행방안이 시급

① 디지털기술 활용 측면에서 설계, 건설, 운영 기업들의 엔지니어링 데이터의 수집 및 저장과 전처리 등에 대한 프레임
구축

② 각 기업들이 보유한 데이터 공유 및 활용에 대한 단계별 제도적 전략 수립과 기업들의 수익증대를 위한 디지털 비즈니스 플랫폼의 구축이 시급

③ 엔지니어링 지식 중 경험지식의 형식 지화를 위한 체계를 구축하고 해당 기술 개발이 시급

 

[그림 13] 디지털 엔지니어링 핵심기술 개발 및 신시장 창출 방향

 


산업은 전통 엔지니어링에서 디지털 엔지니어링으로 전환되고 있습니다. 디지털 엔지니어링은 시스템 설계, 공정해석, 사례기반 경험지식활용과 설계 등 운영 데이터의 활용 기술이 접목되는 지식기반형 서비스산업이라고 합니다.

 

 관련하여 글로벌 시장은 꾸준히 증가하고 있으며, 새롭게 등장한 빅데이터 시장은 2025년 28억 달러 내외의 시장규모로 성장할 것으로 예상하고 있습니다.

 

때문에 디지털 엔지니어링 기술은 전통 엔지니어링산업의 고부가가치화를 위한 마중물의 역할을 담당할 수 있으며 글로벌 경쟁력 확보를 위한 기반 기술이라고 할 수 있습니다.

 

 

우리나라도 국내 중소/중견 기업의 신시장 창출을 위한 산업체계 구축 및 활용 기술개발 등 지원이 필요한 상황입니다.

관련 기업을 정부차원에 육성하는 것이 바람직할 것으로 생각됩니다.

 

 

작성된 정보가 도움이 되셨을 바랍니다.

 

오늘도 감사합니다.

 

 

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