KR-20260061033-A - APPARATUS AND METHOD FOR EVALUATING DIGITAL TWINS

Abstract

본 발명은 디지털 트윈 평가 장치 및 방법에 관한 것으로, 적어도 하나의 명령이 저장된 메모리, 및 메모리에 저장된 적어도 하나의 명령을 실행하는 프로세서를 포함하고, 프로세서는, 복수의 평가지표 및 상기 복수의 평가지표 각각에 관련된 복수의 평가항목이 정의된 상태에서, 각 평가항목에 관한 평가값을 획득하고, 각 평가항목에 관한 평가값에 기반하여 평가 대상이 되는 대상 디지털 트윈의 품질을 정량적으로 나타내는 지수로 정의되는 품질보증지수를 산출하는 것을 특징으로 한다.

Inventors

• 김용운
• 김성혜
• 김학서
• 선경재
• 유상근
• 이창규
• 이현정
• 강신각
• 이준섭

Assignees

• 한국전자통신연구원

Dates

Publication Date

20260506

Application Date

20251023

Priority Date

20241025

Claims (20)

1. 적어도 하나의 명령이 저장된 메모리; 및 상기 메모리에 저장된 상기 적어도 하나의 명령을 실행하는 프로세서를 포함하고, 상기 프로세서는, 복수의 평가지표 및 상기 복수의 평가지표 각각에 관련된 복수의 평가항목이 정의된 상태에서, 각 평가항목에 관한 평가값을 획득하고, 상기 각 평가항목에 관한 평가값에 기반하여 평가 대상이 되는 대상 디지털 트윈의 품질을 정량적으로 나타내는 지수로 정의되는 품질보증지수를 산출하는, 디지털 트윈 평가 장치.
2. 제 1항에 있어서, 상기 프로세서는, 대상 평가지표에 관련된 복수의 평가항목 각각의 평가값에 기반하여 상기 대상 평가지표의 지표값을 산출하는 동작을 상기 복수의 평가지표 각각에 대해 수행하고, 상기 복수의 평가지표 각각의 지표값에 기반하여 상기 품질보증지수를 산출하는, 디지털 트윈 평가 장치.
3. 제 2항에 있어서, 상기 복수의 평가지표는, 전체적 특성을 기준으로 상기 대상 디지털 트윈이 대응하는 물리적 객체에 부합하는 정도를 나타내는 유사도(similarity), 특정 요소를 기준으로 상기 대상 디지털 트윈이 상기 물리적 객체에 부합하는 정도를 나타내는 일치도(correspondence), 및 세부적 특성을 기준으로 상기 대상 디지털 트윈이 상기 물리적 객체에 부합하는 정도를 나타내는 충실도(fidelity)를 포함하는, 디지털 트윈 평가 장치.
4. 제 2항에 있어서, 상기 프로세서는, 상기 평가지표의 표현 형태, 상기 품질보증지수의 표현 형태, 상기 평가지표 산출 시 상기 평가항목에 가중치를 적용할지 여부, 및 상기 품질보증지수 산출 시 상기 평가지표에 가중치를 적용할지 여부에 관한 설정 정보를 획득하고, 상기 설정 정보를 고려하여 상기 품질보증지수를 산출하는, 디지털 트윈 평가 장치.
5. 제 4항에 있어서, 상기 평가지표의 지표값은, 상기 평가지표와 관련된 복수의 평가항목 각각의 평가값이 열거되는 제1 형태, 및 상기 평가지표와 관련된 복수의 평가항목 각각의 평가값이 통합된 하나의 대표값으로 표현되는 제2 형태 중 어느 하나로 표현되는, 디지털 트윈 평가 장치.
6. 제 5항에 있어서, 상기 프로세서는, 상기 평가항목에 가중치를 적용할 필요가 있는 경우, 상기 대상 평가지표에 관련된 복수의 평가항목 각각의 평가값에 미리 정의된 가중치를 적용하고, 상기 가중치가 적용된 평가값들에 기반하여 상기 대상 평가지표의 지표값을 산출하는, 디지털 트윈 평가 장치.
7. 제 6항에 있어서, 상기 프로세서는, 상기 평가지표가 상기 제2 형태로 표현되어야 하고 상기 평가항목에 가중치를 적용할 필요가 있는 경우, 상기 대상 평가지표에 관련된 복수의 평가항목들 각각의 평가값에 대한 가중 합산, 가중 산술 평균, 가중 기하 평균 및 가중 조화 평균 중 적어도 하나에 기반하여 상기 대상 평가지표의 지표값을 산출하는, 디지털 트윈 평가 장치.
8. 제 6항에 있어서, 상기 프로세서는, 상기 평가지표가 상기 제2 형태로 표현되어야 하고 상기 평가항목에 가중치를 적용할 필요가 없는 경우, 상기 대상 평가지표에 관련된 복수의 평가항목들 각각의 평가값에 대한 단순 합산, 산술 평균, 기하 평균, 조화 평균, 제곱 평균, 최소값, 최대값 및 지수 평균 중 적어도 하나에 기반하여 상기 대상 평가지표의 지표값을 산출하는, 디지털 트윈 평가 장치.
9. 제 4항에 있어서, 상기 품질보증지수는, 상기 복수의 평가지표 각각의 지표값이 열거되는 제1 형태, 및 상기 복수의 평가지표 각각의 지표값이 통합된 하나의 대표값으로 표현되는 제2 형태 중 어느 하나로 표현되는, 디지털 트윈 평가 장치.
10. 제 9항에 있어서, 상기 프로세서는, 상기 평가지표에 가중치를 적용할 필요가 있는 경우, 상기 복수의 평가지표 각각의 지표값에 미리 정의된 가중치를 적용하고, 상기 가중치가 적용된 지표값들에 기반하여 상기 품질보증지수를 산출하는, 디지털 트윈 평가 장치.
11. 프로세서가, 복수의 평가지표 및 상기 복수의 평가지표 각각에 관련된 복수의 평가항목이 정의된 상태에서, 각 평가항목에 관한 평가값을 획득하는 단계; 및 상기 프로세서가, 상기 각 평가항목에 관한 평가값에 기반하여 평가 대상이 되는 대상 디지털 트윈의 품질을 정량적으로 나타내는 지수로 정의되는 품질보증지수를 산출하는 단계를 포함하는, 디지털 트윈 평가 방법.
12. 제 11항에 있어서, 상기 품질보증지수를 산출하는 단계에서, 상기 프로세서는, 대상 평가지표에 관련된 복수의 평가항목 각각의 평가값에 기반하여 상기 대상 평가지표의 지표값을 산출하는 동작을 상기 복수의 평가지표 각각에 대해 수행하고, 상기 복수의 평가지표 각각의 지표값에 기반하여 상기 품질보증지수를 산출하는, 디지털 트윈 평가 방법.
13. 제 12항에 있어서, 상기 복수의 평가지표는, 전체적 특성을 기준으로 상기 대상 디지털 트윈이 대응하는 물리적 객체에 부합하는 정도를 나타내는 유사도(similarity), 특정 요소를 기준으로 상기 대상 디지털 트윈이 상기 물리적 객체에 부합하는 정도를 나타내는 일치도(correspondence), 및 세부적 특성을 기준으로 상기 대상 디지털 트윈이 상기 물리적 객체에 부합하는 정도를 나타내는 충실도(fidelity)를 포함하는, 디지털 트윈 평가 방법.
14. 제 12항에 있어서, 상기 품질보증지수를 산출하는 단계에서, 상기 프로세서는, 상기 평가지표의 표현 형태, 상기 품질보증지수의 표현 형태, 상기 평가지표 산출 시 상기 평가항목에 가중치를 적용할지 여부, 및 상기 품질보증지수 산출 시 상기 평가지표에 가중치를 적용할지 여부에 관한 설정 정보를 획득하고, 상기 설정 정보를 고려하여 상기 품질보증지수를 산출하는, 디지털 트윈 평가 방법.
15. 제 14항에 있어서, 상기 평가지표의 지표값은, 상기 평가지표와 관련된 복수의 평가항목 각각의 평가값이 열거되는 제1 형태, 및 상기 평가지표와 관련된 복수의 평가항목 각각의 평가값이 통합된 하나의 대표값으로 표현되는 제2 형태 중 어느 하나로 표현되는, 디지털 트윈 평가 방법.
16. 제 15항에 있어서, 상기 품질보증지수를 산출하는 단계에서, 상기 프로세서는, 상기 평가항목에 가중치를 적용할 필요가 있는 경우, 상기 대상 평가지표에 관련된 복수의 평가항목 각각의 평가값에 미리 정의된 가중치를 적용하고, 상기 가중치가 적용된 평가값들에 기반하여 상기 대상 평가지표의 지표값을 산출하는, 디지털 트윈 평가 방법.
17. 제 16항에 있어서, 상기 품질보증지수를 산출하는 단계에서, 상기 프로세서는, 상기 평가지표가 상기 제2 형태로 표현되어야 하고 상기 평가항목에 가중치를 적용할 필요가 있는 경우, 상기 대상 평가지표에 관련된 복수의 평가항목들 각각의 평가값에 대한 가중 합산, 가중 산술 평균, 가중 기하 평균 및 가중 조화 평균 중 적어도 하나에 기반하여 상기 대상 평가지표의 지표값을 산출하는, 디지털 트윈 평가 방법.
18. 제 16항에 있어서, 상기 품질보증지수를 산출하는 단계에서, 상기 프로세서는, 상기 평가지표가 상기 제2 형태로 표현되어야 하고 상기 평가항목에 가중치를 적용할 필요가 없는 경우, 상기 대상 평가지표에 관련된 복수의 평가항목들 각각의 평가값에 대한 단순 합산, 산술 평균, 기하 평균, 조화 평균, 제곱 평균, 최소값, 최대값 및 지수 평균 중 적어도 하나에 기반하여 상기 대상 평가지표의 지표값을 산출하는, 디지털 트윈 평가 방법.
19. 제 14항에 있어서, 상기 품질보증지수는, 상기 복수의 평가지표 각각의 지표값이 열거되는 제1 형태, 및 상기 복수의 평가지표 각각의 지표값이 통합된 하나의 대표값으로 표현되는 제2 형태 중 어느 하나로 표현되는, 디지털 트윈 평가 방법.
20. 제 19항에 있어서, 상기 품질보증지수를 산출하는 단계에서, 상기 프로세서는, 상기 평가지표에 가중치를 적용할 필요가 있는 경우, 상기 복수의 평가지표 각각의 지표값에 미리 정의된 가중치를 적용하고, 상기 가중치가 적용된 지표값들에 기반하여 상기 품질보증지수를 산출하는, 디지털 트윈 평가 방법.

Description

디지털 트윈 평가 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR EVALUATING DIGITAL TWINS} 본 발명은 디지털 트윈 평가 장치 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 디지털 트윈의 품질을 정량적으로 평가할 수 있는 디지털 트윈 평가 장치 및 방법에 관한 것이다. 디지털 트윈은 현실 세계의 물리적 객체를 가상공간에 구현하여 시뮬레이션, 모니터링, 예측 등에 활용하는 기술로서, 최근 다양한 산업 분야에서 이용되고 있다. 이러한 디지털 트윈을 개발하기 위해서는 디지털 트윈의 목적과 활용 계획에 따른 요구사항을 바탕으로 모델링의 대상을 구체적으로 선정하고, 명시된 요구사항을 만족시킬 수 있도록 디지털 트윈 모델을 설계 및 구현해야 한다. 디지털 트윈의 품질은 디지털 트윈이 실제 물리적 객체와 얼마나 가깝게 구현되었는지를 의미한다. 디지털 트윈의 품질은 개발자의 경험 및 기술력 뿐만 아니라 개발 투입 시간, 개발 투입 인력, 이해관계자의 참여도 등과 같은 개발 프로젝트 관리 및 운영 방식에 의해서도 달라질 수 있다. 종래에는 디지털 트윈의 품질을 정량적으로 평가할 수 있는 체계적인 방법이 마련되어 있지 않아, 정성적 평가에 의존하여 디지털 트윈의 품질을 판단하고 있다. 이에 따라 디지털 트윈의 품질을 정량적으로 평가할 수 있는 기술이 요구되고 있다. 본 발명의 배경기술은 대한민국 등록특허공보 제10-2577436호(2023.09.07)에 개시되어 있다. 도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 디지털 트윈 평가 장치를 보인 블록 구성도이다. 도 2는 평가지표 및 평가항목을 설명하기 위한 예시도이다. 도 3은 평가지표의 표현 형태를 설명하기 위한 예시도이다. 도 4는 조건에 따른 품질보증지수의 유형을 설명하기 위한 예시도이다. 도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 디지털 트윈 평가 방법을 보인 흐름도이다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 디지털 트윈 평가 장치 및 방법의 실시 예를 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로, 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다. 도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 디지털 트윈 평가 장치를 보인 블록 구성도이고, 도 2는 평가지표 및 평가항목을 설명하기 위한 예시도이고, 도 3은 평가지표의 표현 형태를 설명하기 위한 예시도이고, 도 4는 조건에 따른 품질보증지수의 유형을 설명하기 위한 예시도이다. 도 1을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 디지털 트윈 평가 장치(100)는 통신 모듈(110), 메모리(120) 및 프로세서(130)를 포함할 수 있다. 본 발명의 실시 예에 따른 디지털 트윈 평가 장치(100)는 도 1에 도시된 구성 요소 외에 다양한 구성 요소를 더 포함할 수도 있다. 다양한 실시 예에서, 본 발명의 실시 예에 따른 디지털 트윈 평가 장치(100)는 평가 대상이 되는 디지털 트윈을 평가하는 과정에서 필요한 정보(예: 평가항목, 항가항목별 평가값 등)를 사용자로부터 입력받기 위한 입력 인터페이스를 포함할 수 있다. 입력 인터페이스는 키보드, 터치스크린, 디지타이저 등을 포함할 수 있으며, 사용자는 키보드, 터치스크린, 디지타이저 등을 이용하여 디지털 트윈을 평가하는 과정에서 필요한 다양한 정보를 입력할 수 있다. 통신 모듈(110)은 외부 장치와 통신을 수행할 수 있다. 통신 모듈(110)은 다양한 유형의 통신 방식에 따라 다양한 유형의 외부 장치와 통신을 수행할 수 있다. 통신 모듈(110)은 평가 대상이 되는 디지털 트윈(이하 대상 디지털 트윈)을 평가하는 과정에서 필요한 다양한 정보(예: 평가항목, 평가항목별 평가값 등)를 외부 장치(예: 서버 또는 데이터베이스)로부터 획득할 수 있다. 평가항목 및 평가항목별 평가값은 미리 정의된 방식(예: 설문조사 등)으로 결정되어 외부 장치에 저장될 수 있다. 외부 장치에 저장된 평가항목 및 평가항목별 평가값은 사용자에 의해 수정될 수도 있다. 일 실시예에 따르면, 통신 모듈(110)은 대상 디지털 트윈의 런타임이 퍼블리시하는 상태 데이터를 퍼브/섭(pub/sub) 방식으로 구독함으로써, 디지털 트윈 데이터(예: 상태 벡터 x(t), 예측 궤적, 가상 센서 출력, 이벤트)를 수신할 수 있다. 예를 들어, 통신 모듈(110)은 OPC UA PubSub, DDS/ROS 2, MQTT 등의 프로토콜을 이용하여, 스키마 식별자(SchemaID), 모델 리비전 식별자(RevID), 에포크 식별자(EpochID), 타임스탬프(ts), 시퀀스 번호(seq) 및 페이로드(payload)를 포함하는 프레임을 구독하고, gPTP 기반 시간 동기에서 동기 오차가 소정 임계값(예: 1 ms) 이하일 때 신뢰성 모드(QoS: 적어도 1회 또는 정확히 1회 전달)로 데이터를 수신할 수 있다. 페이로드는 델타 인코딩 및 선택적 압축이 적용될 수 있으며, 통신 모듈(110)은 페이로드를 역변환하여 디지털 트윈의 상태 벡터를 복원할 수 있다. 또한, 통신 모듈(110)은 수신된 프레임의 서명 또는 체크섬을 검증하고, 타임스탬프 드리프트 및 시퀀스의 단조 증가 조건을 만족하는 프레임에 한하여 후술할 평가에 활용되도록 프로세서(130)로 전달할 수 있다. 또 다른 실시예에 따르면, 디지털 트윈 런타임이 동일 장치 내 별도 프로세스/스레드로 동작하는 경우, 통신 모듈(110)은 공유 메모리에 매핑된 순환 버퍼로부터 폴링 주기(T)에 따라 프레임을 취득하고, 헤더의 시퀀스 번호 및 체크섬을 이용하여 찢어진 프레임을 배제한 후, 상기와 동일한 역변환·검증 절차를 수행할 수 있다. 이러한 방식으로 수신된 디지털 트윈 데이터는 엔티티 키(EntityID, 부품번호 등)를 통해 설계 데이터와 매핑되어 평가항목별 평가값의 산출에 이용될 수 있으며, 수신·검증·버퍼링·역변환으로 구성된 입력 파이프라인은 디지털 트윈 평가 장치가 평가 작업을 효과적으로 수행하도록 지원할 수 있다. 메모리(120)는 대상 디지털 트윈을 평가하는 과정에서 필요한 기본 데이터를 저장하거나, 대상 디지털 트윈을 평가하는 과정에서 생성되는 데이터를 저장할 수 있으며, 프로세서(130)는 메모리(120)에 저장된 데이터에 접근하여 대상 디지털 트윈을 평가하는 동작을 수행할 수 있다. 메모리(120)는 컴퓨터로 판독 가능한 기록 매체로 구현되어 프로세서(130)가 접근 가능하도록 동작할 수 있다. 구체적으로, 메모리(120)는 하드 드라이브(Hard Drive), 자기 테이프, 메모리 카드(Memory Card), ROM(Read-Only Memory), RAM(Random-Access Memory), DVD(Digital Video Disc) 또는 광학 디스크와 같은 광 데이터 저장장치로 구현될 수 있다. 프로세서(130)는 대상 디지털 트윈을 평가하는 과정을 수행하는 주체로서, ASIC(Application Specific Integrated Circuit), DSP(Digital Signal Processor), PLD(Programmable Logic Devices), FPGAs(Field Programmable Gate Arrays), CPU(Central Processing unit), 마이크로 컨트롤러(microcontrollers) 및/또는 마이크로프로세서(microprocessors)로 구현될 수 있으며, 운영 체제 또는 어플리케이션을 구동하고 복수의 하드웨어 또는 소프트웨어 구성요소들을 제어할 수 있다. 프로세서(130)는 메모리(120)에 저장된 적어도 하나의 명령을 실행시키고, 그 실행 결과 데이터를 메모리(120)에 저장하도록 구성될 수 있다. 프로세서(130)는 미리 정의된 평가항목들 각각에 관한 평가값을 획득하고, 획득된 평가항목들 각각에 관한 평가값에 기반하여 대상 디지털 트윈에 관한 품질보증지수(Quality Assurance Index)를 산출할 수 있다. 본 실시 예에서, 품질보증지수는 디지털 트윈의 품질을 정량적으로 평가한 값을 의미할 수 있다. 품질보증지수는 디지털 트윈이 해당 디지털 트윈의 개발을 위한 프로젝트의 발주자가 의도한 개발 목적, 활용 계획 및 그에 따른 요구사항을 얼마나 충족하는지를 나타낼 수 있다. 대상 디지털 트윈에 관한 품질보증지수가 높다는 것은 대상 디지털 트윈이 높은 품질 수준을 달성했다는 것을 의미할 수 있다. 품질보증지수는 품질지수, 품질평가지수, 품질수준지수 등으로 지칭될 수도 있다. 명칭이 상이하더라도 디지털 트윈의 품질을 평가한 결과는 모두 본 실시 예의 품질보증지수에 포함되는 것으로 해석될 수 있다. 사전에 평가항목들 각각에 관한 측정 또는 계량화를 통해 평가항목들 각각에 관한 평가값이 산출되어 서버 또는 데이터베이스에 저장될 수 있으며, 프로세서(130)는 통신 모듈(110)을 통해 서버 또는 데이터베이스로부터 평가항목들 각각에 관한 평가값을 획득할 수 있다. 평가항목에 관한 평가값의 범위는 다양하게 설정될 수 있으며, 필요에 따라 다른 평가 항목들과 비교될 수 있도록 정규화될 수 있다. 정규화는 평가지표를 산출하기 이전에 수행될 수 있다. 복수의 평가지표 및 복수의 평가지표 각각에 관련된 복수의 평가항목이 사전에 정의될 수 있다. 본 실시 예에서, 평가지표는 특정 속성이나 관점을 기준으로 디지털 트윈의 품질을 정량적으로 평가한 값을 의미할 수 있다. 품질보증지수는 복수의 평가지표에 따라 결정될 수 있다. 즉, 품질보증지수는 복수의 평가지표를 바탕으로 산출될 수 있으며, 복수의 평가지표를 종합한 값일 수 있다. 품질보증지수의 산출에 이용되는 복수의 평가지표는 사전에 정의될 수 있다. 대상 디지털 트윈의 개발 목적, 활용 계획 및 그에 따른 요구사항 등에 따라 품질보증지수의 산출에 사용되는 평가지표가 달라질 수 있다. 평가항목은 평가지표를 계산하기 위한 세부 평가 요소를 의미할 수 있다. 각 평가지표에 관련된 복수의 평가항목이 사전에 정의될 수 있으며, 각 평가지표는 해당 평가지표에 관련된