토픽 2020년 9월 3일
대형 선박을 위한 빅 데이터

마린타임 4.0을 사용하여 상선 해운 대형 선박에 빅데이터를 적용할 수 있습니다.

인더스트리 4.0이 프로세스 자동화를 위한 특정 양식을 지속적으로 채택해나가고 있지만, 선박 운용을 최적화하는 최초의 가상 물리적 시스템과 클라우드 기반의 네트워크 구조는 현장에서 활용하기에는 아직 갈 길이 많이 남아 있습니다. 마린타임 4.0이 상선 해운 효율성 분야에서 막대한 이득을 안겨다줄 것이라고 확신하는 기업들은 주로 독일 해양 장비 제조업체들입니다. 이것은 독일 산업분야에 대한 장미빛 전망에 불과한 것일까요? VDMA(독일기계산업협회) 통계에 따르면 독일 기업들이 해당 분야의 글로벌 제조업체를 선도하고 있습니다. 빅데이터가 해양 업계에 실질적으로 기여할 수 있는 것은 무엇이며 이러한 방대한 데이터와 관련있는 새로운 과제들에는 어떤 것들이 있을까요?

항해 시 주류가 되어 가고 있는 자동화:

하위 시스템을 연결하여 에너지 효율적 운용
육상에서의 원격 접속을 통해 선박 데이터를 판독하고 간섭 여부를 제어
무인 항해로 비용 절감
연료 절감을 위해 기상 데이터를 평가하고 항로를 조절
비용 절감, 환경 보호 및 효율성 향상이라는 장점은 데이터 오남용 및 사이버 보안의 높은 위험에 부딪힙니다.

거친 바다와 법정에서의 일은 신에게 달려 있다는 말이 있습니다. 이 말은 지금도 여전히 유효합니다. 법정에서는 법적인 분쟁이 어떻게 해결될 것인지 확실하게 알 수 없으며 이와 유사한 불확실성은 바다에서도 존재합니다. 선박이 정해진 항로를 따라 운항을 하더라도 예상치 못한 기상 조건, 기술의 안정성 여부에 따른 영향을 받으며 심지어 해적의 위험에 노출되기도 합니다. 항행 자동화 선박이 불필요하게 중복되는 행정력과 안정성 측면에 대한 논의가 있는 한편, 해적은 선박 그 자체보다는 인질을 잡고 몸값을 받아내는데 더 관심이 있으므로 해적의 위험을 낮출 수 있을 것이라는 주장도 존재합니다. 또한 육상운송에서는 물류에 이미 활용되고 있는 자동주행시스템이 전세계 바다에서의 항해 모습도 바꿀 수 있을까요?

빅데이터의 엄청난 잠재력을 확신하는 업계 전문가들

공해상에서 화물선을 원격 조정하는 것은 현재로서는 꿈에 불과하지만 자동화 기술이 점차 선박 설계 단계에 통합되고 몇 년 전에는 상상도 못했던 것이 가능하게 되는 등, 점차 현실이 되어가고 있습니다. 실례로 하위 시스템의 네트워킹을 들 수 있는데 이는 보다 미세한 조정과 월등한 효율성을 위한 시스템 연계, 지상에서 원격으로 접근하여 선박의 데이터를 판독하거나, 선박의 운항에 관여하여 특정한 기능을 제어하는 것을 가능하게 합니다. VDMA "해양 장비 및 시스템" 부서의 디렉터인 Hauke Schlegel과 같은 업계 전문가들은 선박 내에 근무자들이 있든 없든 빅데이터의 "가공할 잠재력"에 대해 확신합니다. 독일 기업들이 전세계 시장을 이끄는 해양 분야는 빅데이터로 많은 혜택을 기대할 수 있고 Schlegel은 이를 매우 긍정적으로 평가합니다.

중국, 일본, 그리고 한국에서 가까운 미래에 과잉 문제로 인해 조선 분야의 어려움이 예상되는 반면, 독일 기계공학 엔지니어들과 시스템 디자이너들은 보다 양호한 미래가 기다리고 있을 것으로 전망됩니다. 모든 것이 좋을 것이라고는 할 수 없겠지만, 최소한 안정적인 미래를 기대해 볼 수 있습니다. 2016년 업계의 매출은 120억 유로를 넘을 것으로 전망됩니다. 이제 디지털 혁명이 더 많은 기회를 가져다줄까요? 선박과 해상운송은 새 기술로부터 어떠한 혜택을 기대할 수 있을까요? 물류업의 효율성, 환경 보호적인 측면 및 안전에 대해 더 자세히 살펴보겠습니다.

무인 항해로 비용 절감

일반적으로 화물 운송 업계는 비용에 대한 압력을 점점 더 많이 받고 있습니다. 그 이유는 간단합니다. 2004년부터 2009년 사이의 호황기에 투기 수요가 몰려든 결과, 처리할 수 있는 해운 물량이 넘쳐나게 된 것입니다. 그 결과 공급과잉 및 제 살 깎아먹기식 경쟁이 계속되고 있습니다. 이에 따라 운송 서비스 업계는 비용을 낮추어 경제적인 동력을 유지하고자 합니다. 비용 감축이 논의되는 자리에는 노동 비용도 항상 함께 고려되기 마련이며 이는 해운 회사도 예외는 아닙니다. '질'과 '양' 사이에서 선택해야 하는 어려운 문제로, 회사는 승선하는 인원을 감축하거나 전기기술분야 경력이 짧아서 상대적으로 낮은 보수를 지급해도 괜찮은 인력을 찾게 됩니다.

자동화는 이 두 가지 경우에 모두 도움이 될 수 있습니다. 자동화 시스템은 기존에 사람이 담당하던 많은 장기 작업을 처리할 수 있습니다. 또한 원격 작동이 가능하므로, 육지의 전문가들이 선박의 데이터를 읽은 후 선상의 유지보수 담당자에게 지시를 내릴 수 있습니다. 승선 인원을 0으로 감축할 수 있다면 상당한 수익이 보장될 것이며, 선박 자동 항행 시스템이 실현될 경우 폐수 처리 시스템, 기후 관리 및 플랜트 탈염화 작업과 같은 소형 하위 시스템 또한 필요가 없어질 것입니다. 인력 관리에 필요한 비품을 제공하지 않아도 되면 해운 기업은 연료비의 약 10%를 절감할 수 있습니다.

소스에 따라 비용 할당

선박 내에서는 승선인력 여부와 관계없이 보다 효율적으로 운용해야 할 작업을이 많이 있습니다. 측정, 평가, 대책 수립 등 마린타임 4.0은 이들 특정한 분야에 엄청난 가능성을 내포하고 있습니다. 빌딩 관리를 예를 들어보면 데이터 기록과 네트워킹을 활용하여 각 실별로 전력소모량과 비용을 산정하고 최적화할 수 있습니다. 컨테이너 화물선의 경우는 빌딩 관리의 경우와는 달리 여러 종류의 컨테이너에서 다양한 운송비를 초래할 수 있습니다. 이는 컨테이너의 표준 규격에도 불구하고 실리는 화물이 제각각이기 때문이며 '리퍼(reefers)'의 경우 특히 더 그러합니다.

리퍼는 냉동 컨테이너를 가리키는 용어로 냉동 컨테이너는 선박쪽 화물 냉각 시스템 또는 자체 냉각 시스템을 사용하여 반드시 냉각을 해야 합니다. 그리고 이는 온보드 네트워크에서 전력을 끌어쓰게 됩니다. 선박의 화물 냉각 시스템이든, 컨테이너의 자체 냉각 시스템이든 냉각은 선박의 연료 소비에 직접적으로 영향을 미칩니다. 제너레이터에서 전력을 공급하고 결과적으로 메인 엔진에 더 많은 전력이 필요하기 때문입니다. 다른 컨테이너에 비해 냉동 컨테이너가 높은 해상 물류 비용에 책임이 있다는 점은 분명합니다. 그러나 현장에서 인프라 비용은 선박에 실린 모든 컨테이너에 대해 동일하게 부과됩니다. 통합 네트워크 기술이 냉동 컨테이너가 요구하는 에너지 전력이 얼마나 높은지 산정할 수 있다면 운송 비용은 항목에 따라 개별적으로 산출할 수 있습니다. 적도 근처에서 항행 시 추운 지역보다 냉각 전력이 더 소요되므로 항로에 따라 다른 화물 요금을 부과할 수도 있습니다. 기술적으로 이러한 작업은 현재 이용가능한 기술에 의해 문제없이 해결할 수 있습니다. 예를 들어 WAGO의 PFC200 컨트롤러는 클라우드 밖에서 컨트롤러 프로세서 성능에 상응하여 데이터를 모니터링할 수 있는 스토리지를 보유하고 있습니다. 이 모니터링은 냉각 체인이 중단되지 않고 냉동 컨테이너가 안전하게 작동하는 것을 기록하기 위해 이미 요구되고 있는 기능입니다.

불필요한 운항을 줄이는 정확한 항로 계획

보다 정밀한 데이터 네트워킹에서 얻을 수 있는 다른 장점은 연료 소비와 관련이 있습니다. 즉 저압 지역 주변으로 항로를 계획할 경우 연료를 절감할 수 있는 것입니다. 결과적으로 날씨 정보도 보다 정확하게 분석할 수 있어 안전성이 강화됩니다. 항구 정보의 추가 프로세싱도 이와 유사합니다. 플레젠버그 기술 대학의 학장이자 박사인 교수 Holger Watter는 최근 "하적장에서 대기해야 한다면 항구까지 전속력으로 운항해 온 것이 무슨 의미가 있는가?"라는 질문을 던졌습니다. 연료 소비를 고려할 때에는 화물 처리 준비가 되어 있는 항구에 화물선이나 컨테이너선이 제 때 도착할 수 있도록 운항 속도를 조절하는 것이 보다 효율적입니다.

전문가들은 연료 소비와 유휴 시간을 최적화하는데서 오는 금전적 이득이 막대하다고 판단하였으며 이에 근거하여 EU는 "통항량 관리" 프로젝트를 출범하였습니다. 이 이니셔티브는 통신, 네트워킹 및 빅 데이터를 활용하여 선박 운영을 정확히 동기화하는 것을 목적으로 합니다. 프로젝트의 기본 전제는 서로 조정가능한 선박 데이터를 클라우드에 제공하여 다른 선박도 접근할 수 있도록 한다는 점입니다. 덕분에 선박들이 각자 안전하게 운항할 수 있는 항로를 알려주고 항구에 순서대로 제 시간에 도착하도록 유도할 수 있습니다. 항구 근무자들 또한 항해 동기화로 혜택을 누릴 수 있습니다. 선박의 도착 준비를 보다 쉽게 할 수 있으므로 임시 보관을 위한 물류 공간 및 물품 운송 처리량이 상당부분 감축됩니다. 또한 반도체와 기차 등의 수출품이 선적될 화물선을 기다리면서 오래 대기할 필요가 없습니다. 이러한 종류의 물류 계약은 금전적, 환경적인 이득으로 이어질 것입니다. Watter 교수는 "하지만 이러한 방법은 해운업계에서 아직 보편적인 방법은 아닙니다." 라고 말하며 선박회사들이 다양한 시나리오를 정확히 이해하고 해석하는 것이 더욱 중요하다고 덧붙입니다. Watter는 선박 승선 인력이 "데이터를 정확히 판독하고 올바른 조치를 결정할 수 있기를" 기대합니다. 자동화 시스템이라고 해도 사람과 기계 간의 원활한 상호작용이 필요하기 때문입니다.

보다 강력한 IT 보안을 요구하는 마린타임 4.0

이러한 측면에서 선박의 브릿지는 오랜 동안 정보를 공유하는 자동화 관리 센터로 기능해 왔습니다. 이들 정보는 항행, 통신, 화물 정보는 물론 등록 서류와 화물고지서 등 행정 정보도 포함합니다. 전자 지도와 자동화인식시스템(AIS)의 출현으로 공해상에서 디지털화가 빠르게 진행되고 있음은 분명한 사실입니다. 이 트렌드는 점차 강화되어 가고 있으며 위에 서술한 잠재력이 그대로 구현될 것입니다. 대형 선박을 위한 빅데이터? 분명 사용할 만한 가치가 있습니다!

그러나 한가지, 비용 절감, 환경 보호 및 효율성 향상에는 대가가 따릅니다. 바로 사이버 보안에 대한 요구가 훨씬 강화된 것입니다. 데이터 남용과 사이버 범죄의 위험은 디지털화, 네트워킹, 육지와 선박간 증가하는 통신과 더불어 함께 높아지게 되었습니다. 마린타임 4.0은 사이버 보안을 빼고서는 이야기할 수 없으며 이는 단순히 사이버 공격으로부터 선박을 보호하는 것 이상의 문제로 선박의 작동 안전과 관련된 중요한 사항이기도 합니다. 적절한 기술로 선박, 승선 근로자 및 환경을 함께 보호하려면 육지와 선박간 주고 받는 데이터를 안정적으로 암호화하는 것이 필수적입니다. 예를 들어 접근점과 접근 시간을 통제하거나 "디자인으로 IT 보안을 실현"한 컨트롤러를 사용할 수 있고 육지와 바다 간 연결이 어떤 이유로든 두절 된 경우 임시 저장소로 할용할 수 있습니다.

IT 보안: 계속되는 경쟁

해양 사고의 중대한 영향을 고려할 때 현재의 IT 보안법이 적용되는 주요 인프라 시설에 지상의 발전소와 상수원과는 달리 항해와 관련된 운영사항이 포함되어 있지 않다는 점은 놀랍습니다. 사실 사이버 보안은 생산자, 해커, 작동자 사이에서 발생하는 "경쟁"으로 간주되어야 합니다. 새로운 위협에 효과적으로 대응하려면 하나의 제조업체에 의존하지 않는 오픈 운영 시스템이 가장 적합합니다. 오픈 시스템은 많은 프로그래머가 동시에 사용하여 보안의 헛점을 보다 빨리 인식하고 함께 힘을 합쳐 이를 개선할 수 있다는 장점이 있습니다. 따라서 WAGO의 제품군은 Linux^®를 기반으로 실시간 확장이 가능하며, 제조사 및 차후 확장 여부와 관계없이 IT 보안을 위한 일반적인 기능을 기본으로 제공합니다.

텍스트: THORSTEN SIENK, NORMAN SÜDEKUM, AND EVA BANHOLZER | WAGO

사진: Thorsten Sienk | WAGO

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