[Halldale 24.10.15.] Deep Dive: Digital Twin Technology for Maritime Simulation

Deep Dive: Digital Twin Technology for Maritime Simulation

The challenges, and a starting point, of digital twin and related technologies to achieve fidelity can be gleaned from the above photo of the port of Klaipeda -- in processing to be used in another Flint Systems crew transfer vessel simulator. Source: Flint Systems.


The digital twin is a fast-moving technology sector in the simulation and training community, advancing alongside XR, AI, data analysis and other enablers. There are compelling reasons S&T companies and training enterprises across high-risk communities are investing in digital twin technology. While organizations focus like a laser on training to maintain safe work environments, they are also under pressures to recruit, train and retain new workforce members as high-risk industries are seeing an exodus of Baby Boomers and other maturing workforce members.


This article is one in an occasional series of pieces on technology enablers in safety critical community training enterprises. This brief report provides perspectives from two S&T companies on the evolution of this technology and their use of digital twin in their portfolios – with the focus in this case on supporting commercial maritime community customers.  


Reference Points

The commercial maritime community’s emerging, high-level requirements for training and safety have been heard loud and clear, according to Maciej Kniter, Marketing Manager at Flint Systems. The corporate manager framed this discussion by noting prospective customers are increasingly seeking highly immersive and realistic training environments that simulate real-world maritime operations. Kniter added the market simply needs training solutions that can replicate existing environment because this is the condition that makes training truly effective.

Enter digital twin technology, whose primary function, according to David Kim, CEO and IX Designer at Samwoo Immersion, is to simulate real-world equipment, enabling data analysis and predictive insights, which are then used to enhance productivity in industries.

The community authority provided several other vital data points. Kim then said Samwoo Immersion is actively proposing the implementation of digital twin technology to support a wide range of operational purposes in maritime simulation. He also interestingly established a taxonomy of sorts for digital twin use cases, pointing out, “Our approach to digital twin systems can be divided into two key areas: systems that provide maintenance and stability insights through real-time data collection, and systems that leverage simulation-based data analysis to evaluate optimal operating conditions.” The maintenance and stability-focused digital twins are designed to assist ship operators with real-time vessel management and monitoring. On the other hand, simulation-based digital twins offer significant value by analyzing data to recommend optimal operating environments, with high applicability in virtual factories and port logistics processes.


Samwoo Immersion is actively proposing the implementation of digital to support a wide range of operational and training purposes in maritime simulation (one use case above). Credit: Samwoo Immersion. 


Fidelity

At this still early stage of digital twin maturation and initial use across diverse communities, there are challenges to optimizing this technology: including the cost to bring computational and other devices to bear to gain an accurate twin, and security. Yet, fidelity stands out as a larger technology hurdle for more complete implementation.

Flint Systems’ Kniter emphasized his company’s clients “do not want a simulator of a no-name crane or vehicle, they are interested in very exact machines. This is why we had to build the digital twin either on our own or use an existing model. Our machines in VR not only look and sound like real but their physics is reflected, too.”

The corporate marketing manager further emphasized it is difficult to reflect the machine 1:1 and, to that end, Flint Systems needs to know the real machine. He continued, “This is why our engineers, designers, developers and 3-D graphic designers become acquainted with the machine, talk with the operators, record sounds and make a lot of photos. The operators also participate in the phase of tests. It is all to make the training as real as possible.”

Digital twin realism is also a priority at Samwoo Immersion with the company tailoring the fidelity of its digital twin-based maritime simulation content to meet the specific requirements of its clients. Of interest, Kim pointed out full-scale realism is intentionally limited in some cases to avoid overwhelming users with too much information. “Instead, we enhance key elements through improved visual effects and UI/UX [user interface/user experience] design to create a more effective and engaging training experience.”

The corporate leader also drilled down a bit further when he revealed that to achieve high fidelity, Samwoo Immersion uses various techniques such as Point-Cloud data collection, BIM (Building Information Modeling) design blueprints, and on-site photography to accurately recreate environments. “Additionally, we leverage Unreal Engine's PBR (Physically Based Rendering) technology to ensure that the visual representation is as realistic as possible. The extent of realism is defined in close collaboration with each client, ensuring that the digital twin solution aligns with their operational and training needs.” This approach allows the company to maintain control over the development process, with much of the work being done in-house, although Samwoo Immersion remains open to collaborating with industry partners when necessary to meet specific technical or content requirements.


ROIs and the Value Proposition

Challenges aside, there are significant, early ROIs and a value proposition for using digital twin for training in the maritime and adjacent high-risk communities.

Samwoo Immersion’s Kim offered the core value of a digital twin system lies in its ability to integrate distributed information, ensuring the maintenance and stability of resources across a facility, and in collecting and analyzing simulation-based data to propose optimal operating conditions. Both of these functions are key technological components of a digital twin. He added, “However, implementing both technologies can be costly, and many companies remain hesitant to adopt digital twins until their effectiveness is clearly demonstrated. Despite this, organizations that have adopted the technology are enhancing their IoT [internet of things] infrastructure to apply digital twins more broadly across their operations.”

Flint Systems’ Kniter noted digital twins allow for more efficient and cost-effective training, as they reduce the need for physical resources and real vessels during practice sessions. “They also offer safer training environments where trainees can experience and respond to critical scenarios without real-world risks.”

Kniter’s perspectives for this article were influenced, in part, by one maritime training project Flint Systems has been working on since September. “This is a crew transfer vessel simulator for the Lithuanian Maritime Academy. We will deliver the simulator to the client in December. The project is about delivering a simulator of CTV that will be operating in the port of Klaipeda.”


Roadmap and Halldale’s Engagement

Samwoo Immersion’s Kim concluded that for the field of maritime training, with the rise of unmanned and autonomous vessels and the increasing demands of smart ports, digital twins offer tremendous potential. “They can link real-time data with virtual objects, integrate AI-based data analysis and prediction, and evolve into advanced decision-support systems powered by simulation technologies. This can create more realistic and effective training environments for the maritime industry.”

 



(번역) 심층 분석: 해양 시뮬레이션을 위한 디지털 트윈 기술

디지털 트윈 및 관련 기술이 실현 가능성을 달성하기 위한 도전 과제와 출발점은 위 사진에서 볼 수 있는 클라이페다 항구에서 비롯된다. 이 항구는 플린트 시스템즈의 승무원 이송 선박 시뮬레이터에서 사용될 예정이다. 출처: 플린트 시스템즈.


디지털 트윈은 시뮬레이션 및 교육 커뮤니티에서 빠르게 발전하는 기술 분야로, XR, AI, 데이터 분석 및 기타 기술과 함께 발전하고 있다. 고위험 커뮤니티 전반의 S&T(Science and Technology) 기업과 교육 기관이 디지털 트윈 기술에 투자하는 이유는 충분하다. 조직들은 안전한 작업 환경을 유지하기 위해 교육에 집중하는 동시에, 고위험 산업에서 베이비붐 세대와 같은 성숙한 인력의 이탈로 인해 새로운 인력을 모집하고 교육하며 유지해야 하는 압박을 받고 있다.

이 기사는 안전이 중요한 커뮤니티의 교육 기업에서 기술 촉진제에 대한 가끔씩 진행되는 연재 시리즈의 하나이다. 이 간략한 보고서는 두 개의 S&T 기업의 관점에서 이 기술의 진화와 그들의 포트폴리오에서 디지털 트윈 사용 사례를 제공한다. 특히 이번 사례는 상업 해양 커뮤니티 고객을 지원하는 데 중점을 두고 있다.


참고 사항

플린트 시스템즈의 마케팅 매니저인 마치에이 니터(Maciej Kniter)에 따르면, 상업 해양 커뮤니티의 훈련 및 안전에 대한 새로운 고급 요구사항이 명확히 전달되고 있다고 한다. 기업 매니저는 잠재 고객들이 실제 해양 작업을 시뮬레이션하는 매우 몰입적이고 현실적인 교육 환경을 점점 더 원하고 있다고 언급하며 논의를 시작했다. 니터는 시장이 단순히 기존 환경을 복제할 수 있는 교육 솔루션이 필요하다고 덧붙였다. 이러한 조건이 교육을 진정으로 효과적으로 만드는 요인이다.

디지털 트윈 기술이 등장하면서, 삼우이머션의 CEO이자 IX 디자이너인 데이비드 킴(David Kim)에 따르면 이 기술의 주요 기능은 현실 세계의 장비를 시뮬레이션하여 데이터 분석 및 예측 통찰력을 제공하는 것이다. 이를 통해 산업의 생산성을 향상시킬 수 있다.

이 커뮤니티의 권위자는 여러 중요한 데이터를 제공했다. 김대희 대표는 삼우이머션이 해양 시뮬레이션에서 다양한 운영 목적을 지원하기 위해 디지털 트윈 기술의 구현을 적극적으로 제안하고 있다고 말했다. 그는 또한 디지털 트윈 사용 사례에 대한 일종의 분류법을 제시하며, "우리의 디지털 트윈 시스템 접근 방식은 실시간 데이터 수집을 통해 유지보수 및 안정성 통찰을 제공하는 시스템과, 시뮬레이션 기반 데이터 분석을 활용해 최적의 운영 조건을 평가하는 시스템으로 나눌 수 있다"고 지적했다. 유지보수와 안정성에 중점을 둔 디지털 트윈은 선박 운영자가 실시간으로 선박을 관리하고 모니터링할 수 있도록 설계되었다. 반면 시뮬레이션 기반 디지털 트윈은 데이터를 분석하여 최적의 운영 환경을 추천하는 데 중요한 가치를 제공하며, 가상 공장과 항만 물류 프로세스에 높은 활용 가능성을 지닌다.


삼우이머션은 해양 시뮬레이션에서 다양한 운영 및 교육 목적을 지원하기 위해 디지털 트윈의 구현을 적극적으로 제안하고 있다 (위의 사용 사례 중 하나). 출처: 삼우이머션.


사실성

다양한 커뮤니티에서 디지털 트윈이 초기 성숙 단계에 있으며 첫 사용이 이루어지고 있는 이 시점에서, 이 기술을 최적화하는 데는 여러 도전 과제가 있다. 여기에는 정확한 트윈을 얻기 위한 계산 장치 및 기타 장치의 비용과 보안 문제가 포함된다. 하지만 완전한 구현을 위해 가장 큰 기술적 장애물로 대두된 것은 사실성이다.

플린트 시스템즈의 니터는 그의 회사 고객들이 "이름 없는 크레인이나 차량 시뮬레이터를 원하지 않으며, 매우 정확한 기계를 원한다"고 강조했다. 이것이 바로 우리가 디지털 트윈을 직접 만들거나 기존 모델을 사용해야 했던 이유라고 한다. 우리 VR 내의 기계는 실제와 같은 모습과 소리를 내며, 물리적인 반응도 재현된다.

기업 마케팅 매니저는 기계를 1:1로 재현하는 것은 어렵다고 강조했으며, 이를 위해 플린트 시스템즈는 실제 기계를 알아야 한다고 덧붙였다. 그는 계속해서 "이 때문에 우리의 엔지니어, 디자이너, 개발자 및 3D 그래픽 디자이너는 기계와 친숙해지고, 운영자와 대화하고, 소리를 녹음하고, 많은 사진을 찍는다. 운영자들도 테스트 단계에 참여한다. 이 모든 과정이 교육을 가능한 한 현실적으로 만들기 위해 이루어진다"고 말했다.

삼우이머션도 디지털 트윈 기반 해양 시뮬레이션 콘텐츠의 사실성을 고객의 특정 요구 사항에 맞게 조정하고 있다. 김대희 대표는 일부 경우에 전면적인 사실성을 의도적으로 제한하여 사용자가 너무 많은 정보에 압도되지 않도록 한다고 지적했다. "대신, 우리는 시각 효과와 UI/UX(사용자 인터페이스/사용자 경험) 디자인을 개선하여 더 효과적이고 몰입도 높은 교육 경험을 제공한다"고 말했다.

김대희 대표는 또한 높은 사실성을 달성하기 위해 삼우이머션이 포인트 클라우드 데이터 수집, BIM(건물 정보 모델링) 설계 도면 및 현장 사진 촬영과 같은 다양한 기술을 사용하여 환경을 정확하게 재현한다고 밝혔다. "또한 Unreal Engine의 PBR(물리 기반 렌더링) 기술을 활용하여 시각적 표현이 가능한 한 현실적으로 보이도록 한다. 사실성의 범위는 각 고객과의 긴밀한 협력을 통해 정의되며, 디지털 트윈 솔루션이 고객의 운영 및 교육 요구 사항에 맞게 조정된다." 이러한 접근 방식은 회사가 개발 과정을 통제할 수 있게 하며, 대부분의 작업을 내부적으로 수행한다. 하지만 삼우이머션은 특정 기술적 요구 사항이나 콘텐츠 요구 사항을 충족하기 위해 필요할 경우 산업 파트너와의 협력에도 개방적이다.


ROI와 가치 제안

도전 과제에도 불구하고, 해양 및 인접한 고위험 커뮤니티에서 디지털 트윈을 훈련에 사용하는 것에 대한 초기 ROI(투자 대비 수익)와 가치 제안은 상당하다.

삼우이머션의 김대희 대표는 디지털 트윈 시스템의 핵심 가치는 분산된 정보를 통합하여 시설 내 자원의 유지 관리와 안정성을 보장하고, 시뮬레이션 기반 데이터를 수집 및 분석하여 최적의 운영 조건을 제안하는 데 있다고 말했다. 이 두 가지 기능은 디지털 트윈의 핵심 기술 요소이다. 그는 또한 "그러나 두 가지 기술을 모두 구현하는 데는 비용이 많이 들며, 많은 기업들이 디지털 트윈의 효과가 명확하게 입증되기 전까지는 도입을 꺼리고 있다"고 덧붙였다. 그럼에도 불구하고, 이 기술을 도입한 조직은 IoT(사물 인터넷) 인프라를 강화하여 디지털 트윈을 운영 전반에 더 널리 적용하고 있다.

플린트 시스템즈의 니터는 디지털 트윈이 물리적 자원과 실제 선박을 사용하지 않고도 더 효율적이고 비용 효과적인 훈련을 가능하게 한다고 언급했다. "디지털 트윈은 또한 훈련생이 현실 세계의 위험 없이 중요한 시나리오를 경험하고 대응할 수 있는 안전한 훈련 환경을 제공한다"고 말했다.

니터의 관점은 플린트 시스템즈가 9월부터 진행 중인 해양 훈련 프로젝트에서 일부 영향을 받았다. "이 프로젝트는 리투아니아 해양 아카데미를 위한 승무원 이송 선박 시뮬레이터이다. 우리는 12월에 고객에게 시뮬레이터를 전달할 예정이다. 이 프로젝트는 클라이페다 항구에서 운영될 CTV 시뮬레이터를 제공하는 것이다."


로드맵 및 할데일과의 참여

삼우이머션의 김대희 대표는 무인 선박과 자율 선박의 등장과 스마트 항구의 증가하는 요구 사항에 따라, 디지털 트윈이 해양 교육 분야에서 엄청난 잠재력을 제공한다고 결론지었다. "디지털 트윈은 실시간 데이터를 가상 객체와 연결하고, AI 기반 데이터 분석 및 예측을 통합하며, 시뮬레이션 기술로 구동되는 고급 의사 결정 지원 시스템으로 발전할 수 있다. 이를 통해 해양 산업을 위한 더 현실적이고 효과적인 교육 환경을 만들 수 있다."

후속 기사에서는 디지털 트윈의 진화와 안전이 중요한 산업 및 인접 커뮤니티에서의 사용 증가에 대해 다룰 예정이다.


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