2025년 9월, 일본 화학공학회(SCEJ) 제56회 추계 연례회의에서 특별한 세미나가 개최되었습니다. Simuarts가 주최한 SCEJ Luncheon Seminar에서 시마크로의 윤정호 대표와 김준우 기술이사는 “Smart Operation and Control of Biochemical Processes Using ProcessMetaverse™ (PMv)”를 주제로 발표했습니다.
일본 바이오 기업 전문가들이 참석한 이 세미나에서, 시마크로는 디지털 트윈에 대한 설문조사를 진행했습니다. 설문결과는 바이오 공정이 디지털 트윈 기술에 가지고 있는 기대와 우선순위를 명확히 보여주었습니다.
디지털 트윈 기술이 널리 논의되고 있지만, 핵심 질문은 다음과 같습니다:
“바이오 공정 산업이 디지털 트윈에서 실제로 원하는 것은 무엇인가?”
이 글에서는 설문조사의 주요 결과를 분석하고, 바이오 공정 산업이 디지털 트윈을 통해 해결하고자 하는 핵심 과제와 방향성을 살펴봅니다.
디지털 트윈 도입: 높은 관심, 낮은 실행률
먼저 바이오 산업의 디지털 트윈 도입 현황을 살펴보겠습니다.
- 이미 구현함 – 4%
- 도입 검토 중 – 56%
- 기타 (도입 계획 없음 포함) – 40%
설문조사는 디지털 트윈에 대한 바이오 업계의 높은 관심과 동시에 실제 도입의 어려움을 보여줍니다. 응답자의 절반 이상(56%)이 디지털 트윈 도입을 검토 중이지만, 실제로 구현한 비율은 4%에 불과합니다.
이러한 격차는 디지털 트윈 기술이 더 이상 낯선 개념은 아니지만, 개념적 관심을 실제 구현으로 전환하는 과정에서 상당한 장벽이 존재함을 의미합니다. 특히 바이오 공정의 복잡성과 살아있는 시스템의 특성상, 기술적 복잡성과 투자 대비 효과에 대한 불확실성이 더 크게 작용하고 있습니다.
핵심 기능: 인사이트 제공과 실시간 최적화
디지털 트윈에서 가장 필요한 기능에 대한 질문은 바이오 산업의 명확한 방향성을 보여줍니다.
- 데이터 분석 및 인사이트 제공 – 33%
- 실시간 최적화 – 31%
- 실시간 예측: 운영 시나리오 기반 시뮬레이션 (What-if 분석) – 25%
- 공정 자율 운전을 위한 인프라로서의 역할 – 8%
- 기타 – 2%
데이터 분석 및 인사이트 제공(33%)과 실시간 최적화(31%)가 가장 높은 비중을 차지했습니다. 이는 참석자들이 단순한 모니터링이나 시각화를 넘어, 데이터로부터 실질적인 인사이트를 도출하고 실시간으로 운전을 최적화할 수 있는 능동적 기능을 원한다는 것을 보여줍니다.
전통적인 모니터링 시스템과 차별화된 가치는 바로 ‘실행 가능한(actionable) 인사이트’에 있습니다. 업계는 데이터를 보여주는 것을 넘어, 그 데이터를 분석하여 의미 있는 인사이트를 제공하고, 이를 바탕으로 실시간 최적화 결정을 내릴 수 있는 플랫폼을 요구하고 있습니다.
실시간 예측(운영 시나리오 기반 시뮬레이션, What-if 분석)이 25%로 3위를 차지한 것도 주목할 만합니다. 이는 현재 상태를 파악하는 것뿐만 아니라, 다양한 시나리오를 사전에 시뮬레이션하여 최적의 의사결정을 내리고자 하는 니즈가 크다는 것을 보여줍니다.
기대 효과: 품질과 안정성이 최우선
그렇다면 바이오 산업이 디지털 트윈 도입으로 기대하는 효과는 무엇일까요?
- 운전 안정성 및 품질 관리 – 44%
- 수율 증가 – 26%
- 에너지 관리 – 18%
- 탄소 발자국 모니터링 – 12%
운전 안정성 및 품질 관리가 44%로 1위를 차지했습니다. 이는 바이오 공정 산업에서 일관된 품질 유지와 운전 안정성이 가장 중요한 과제임을 명확히 보여줍니다.
바이오 공정에서는 온도, pH, 용존산소 등의 공정 조건이 미세하게 변해도 미생물이나 세포의 대사 활동이 크게 달라지고, 이는 최종 제품의 품질에 직접적인 영향을 미칩니다. 따라서 일관된 품질을 유지하는 것이 가장 중요한 과제입니다.
또한 바이오 공정은 배치(batch) 또는 반배치(fed-batch) 방식으로 운영되는 경우가 많아, 각 배치마다 일관된 품질을 달성하는 것이 더욱 어렵습니다. 디지털 트윈은 배치 간 편차를 줄이고 일관된 결과를 달성하는 데 핵심적인 역할을 할 수 있습니다.
수율 증가가 26%로 2위를 차지했으며, 에너지 관리(18%)와 탄소 발자국 모니터링(12%) 같은 지속가능성 관련 항목도 상당한 비중을 차지했습니다. 이는 기업들이 디지털 트윈을 통해 품질과 안정성을 확보하는 동시에, 생산성과 지속가능성을 함께 달성하고자 하는 의지를 보여줍니다.
종합 인사이트: 바이오 산업의 고유한 요구사항
SCEJ Luncheon Seminar 설문조사 응답을 종합하면 다음과 같은 명확한 패턴이 보입니다:
우선 기능: 데이터 분석 및 인사이트 제공 (33%) + 실시간 최적화 (31%)
핵심 기대 효과: 운전 안정성 및 품질 관리 (44%) > 수율 증가 (26%)
특징: 의사결정 지원 중심, 자율화 관심 낮음 (8%)
현실적 과제: 높은 관심(56% 검토 중)에 비해 낮은 구현률(4%)
바이오 공정은 살아있는 미생물이나 세포를 다루기 때문에, 생물학적 시스템의 내재적 불확실성과 공정 조건의 높은 민감도로 인해 예측이 어렵습니다. 따라서 완전한 자율화보다는, 데이터를 분석하여 의미 있는 인사이트를 제공하고 운전자의 의사결정을 지원하는 것이 더 현실적이고 효과적입니다.
결론: 바이오 공정을 위한 지능형 솔루션
산업 섹터별 디지털 트윈 전략의 차이
시마크로는 2025년 5월 서울에서 아시아 화학 기업을 대상으로 PMv 글로벌 런치 데모데이를 개최하고 설문조사를 진행했습니다(데모데이 설문조사 결과 보기).
이번 일본 바이오 중심 SCEJ 설문조사와 지난 5월 아시아 화학 기업 대상 PMv Demo Day 설문조사를 비교하면, 산업 섹터별로 디지털 트윈에 요구하는 조건이 명확히 다름을 알 수 있습니다.
일본 바이오 산업 (9월 SCEJ)
- 핵심 기능: 데이터 분석 및 인사이트 (33%) + 실시간 최적화 (31%)
- 자율 운전 인프라: 8% (최하위)
- 최우선 효과: 운전 안정성 및 품질 (44%)
아시아 화학 산업 (5월 Demo Day)
- 핵심 기능: 실시간 최적화 (36.5%) + 자율 운영 인프라 (26.9%)
- 자율 운영 인프라: 26.9% (2위)
- 최우선 효과: 수율 및 효율성 (32.7%)
가장 큰 차이는 자율화에 대한 관심도입니다. 아시아 화학 산업은 자율 운영 인프라를 26.9%로 2순위로 꼽았지만, 일본 바이오 산업은 8%로 최하위를 기록했습니다. 이는 두 산업의 본질적 특성 차이를 반영합니다.
화학 공정은 상대적으로 예측 가능하고 안정적인 물리화학적 반응을 기반으로 하므로, 자율 운영 시스템 구축에 대한 관심이 높습니다. 반면 바이오 공정은 살아있는 미생물이나 세포를 다루는 본질적 복잡성으로 인해, 완전한 자율화보다는 운전자의 전문적 판단을 지원하는 의사결정 지원 시스템을 선호합니다.
또한 기대 효과에서도 뚜렷한 차이가 있습니다. 일본 바이오 산업은 품질 관리(44%)를 1순위로 꼽았지만, 아시아 화학 산업은 수율/효율성(32.7%)과 품질 관리(23.1%)에 비교적 균형잡힌 중요도를 부여했습니다. 이는 바이오 공정에서 배치마다 일관된 품질을 유지하는 것이 얼마나 어렵고 중요한 과제인지를 보여줍니다.
바이오 공정 디지털 전환의 핵심
바이오 공정의 디지털 전환은 화학 공정과는 다른 접근이 필요합니다. 설문조사 결과는 바이오 산업이 요구하는 디지털 트윈의 핵심 조건이 세 가지임을 보여줍니다.
첫째, 복잡한 생물학적 시스템의 데이터를 분석하여 실질적인 인사이트를 제공하는 능력입니다. 바이오 공정은 다양한 변수들이 복잡하게 상호작용하므로, 단순한 데이터 시각화를 넘어 의미 있는 패턴과 인사이트를 추출하는 것이 필수적입니다.
둘째, 배치마다 일관된 결과를 달성할 수 있도록 운전 안정성과 품질을 지속적으로 모니터링하고 제어하는 기능입니다. 바이오 공정의 배치 운전 특성상, 각 배치의 시작부터 종료까지 전 과정에서 일관된 품질을 유지하는 것이 가장 중요한 과제입니다.
셋째, 완전한 자율화가 아닌 운전자의 전문적 판단을 지원하고 향상시키는 의사결정 지원 시스템입니다. 바이오 공정의 복잡성과 불확실성으로 인해, 인간 운전자의 경험과 직관은 여전히 중요한 역할을 합니다.
시마크로의 핵심 역량은 고도화된 모델링 및 시뮬레이션을 통합 데이터 관리, 맥락화(contextualization), 실시간 데이터 분석, AI Agent 기술과 결합하여, 바이오 공정의 복잡성을 이해하고 운전자의 의사결정을 지원하는 지능형 시스템을 구현하는 데 있습니다.
바이오 산업은 의약품, 바이오연료, 식품, 화장품 등 다양한 분야에서 지속가능한 미래를 여는 핵심 산업입니다. 글로벌 협업과 디지털 엔지니어링에서 검증된 전문성을 바탕으로, 시마크로는 바이오 공정 산업의 고유한 요구사항을 충족하는 디지털 전환을 선도하고자 합니다.
