Special Report 2016-6 지능화시대스마트선박발전방향 2016. 11. 1
Ⅰ 조선 해운산업의위기와당면과제 글로벌조선해운산업동향 m ( 조선산업 1) ) 전반적으로조선발주량이감소하는가운데중국의 수주점유율이증가, 한국과일본의점유율은크게낮아지는추세 - 2016 년 1 분기전세계신조선발주량과발주액은전년동기대비각각 71% 와 62.6% 감소 한국수출입은행 - 2017 년까지하락세를유지하다 2018 년부터완만한상승세로전환예상 2) - 세계수주량을점유했던빅 3 조선사 ( 현대중공업그룹, 대우조선해양그룹, 삼성중공업 ) 의아성이붕괴, 일본 ( 이마바리조선그룹 ) 이약진중 1) 조선산업 : 선박을건조하거나수리하여이윤을창출하는산업, 예 ) 현대중공업, 대우조선해양, 삼성중공업 2) 클락슨, 조선업내년에도수주가뭄 2018 년부터회복 ", 연합뉴스 2016.10.17. - 1 -
m ( 해운산업 ) 3) 컨테이너사용료를중심으로지속적으로운임이하락 중이며, 글로벌주요해운사간합종연횡이가속 - 세계컨테이너운임은 2015 년 6 월역대최저치이후의미있는 상승세로전환하지못하고있음 - 글로벌주요선사는공조체계 ( 얼라이언스 ) 를구성하여비용절감, 운임경쟁을통해치킨게임양상으로전환 5) - 국내양대해운사 ( 한진해운, 현대상선 ) 들은원가절감실패와 글로벌경쟁력약화로경영위기에봉착 6) 3) 해운산업 : 화물을이동하고운임을받아수익을창출하는산업, 예 ) 한진해운, 현대상선 4) CCFI : 중국교통부가주관하는중국발컨테이너운임지수로세계컨테이너시황을반영 SCFI : 상해발컨테이너운임지수 5) 글로벌 4 대거대얼라이언스는 2M( 머스크, MSC), CHYHE( 코스코, 한진해운, 양밍, K 라인 ), O3(CMA-CGM, CSCL, UASC), G6(APL, 하팍로이드, OOCL,NYK, MOL, 현대상선 ) 으로구성 (KB 금융지주경영연구소 ) 6) 한진해운의법정관리후물류대란야기, 현대상선은실적저하후지배구조개편, 대형화를통해회복추진중 ( 현대상선 초대형화 공공 민간펀드 6 조 5,000 억원투입, 서울경제, 2016.10.31-2 -
우리나라조선 해운산업의당면과제 m 우리나라국제무역의 99% 이상이해상으로운송되므로조선 해운업은여전히국가경쟁력의중요한부분으로지속성장이필요한산업 운송수단화물운송 2013 년 2014 년 해운 항공 수송량 1,123,205 1,184,641 분담률 99.7 99.7 수송량 3246 3411 분담률 0.3 0.3 - 최근몇년간의불황속에서도조선업은여전히 10 대수출품목 으로국제무역의중요한부분을차지 7) - 조선 해운업은 10여년의주기를가지고불황과호황을반복하는산업으로, 불황기를대비하여생존을위한전략이반드시필요 m 고부가가치화, 수익성개선, 산업구조재편등을통해향후재도약을위한준비필요 - ( 조선업 ) 한 중 일 3 국의기술격차는좁혀진상황 ( 특수선 ( 시추선, LNG 선등 )) 에서신기술기반의서비스개발등차별화전략필요 - ( 해운사 ) 지속적인운임하락에대비하여승선인원최소화등 운영비용절감을통해수익구조개선이필요 7) 한국무역협회, 2015 년수출입평가및 2016 년전망, 2015.11-3 -
참고 머스크 (Maersk) 社의 ICT 신기술을통한효율향상노력 선박및육상운영팀에게기술적인측면과운영적인측면의관리를돕기위한소프 트웨어 (DNV-GL, Ship manager) 적용 세계 1 위컨테이너선사인머스크에서선박과 ICT 의융합으로효율향상을극대화하여이익향상을도모하고있으며, 국내선사들도소프트웨어에대한적극적인투자와혁신이필요 < DNV-GL Ship manager 의 9 가지서비스 > 서비스 내용 디지털트윈 - 자산관리솔루션 선단관리보고서소프트웨어 선원관리시스템 가상의선박생성 ( 선내정보동일 ) 잠재적결함조기발견 타선박 (Ship manager 설치 ) 의정보를추출후비교 일일보고서주요현황작성 선원의근무량, 자격보유여부등기본적인신상에대한관리 업무의계획 / 휴식시간관리 선체구조건전성평가 (3D 모델 ) 선박검사및선체관리소프트웨어 선박검사결과및분석 조달관리소프트웨어 선박수리관리시스템 선박품질및안전관리시스템 장비제공업체평가 선내재고량모니터링 정기검사 (Dry-docking) 시시간, 품질, 비용관리 최고의수리조선소, 자재제공업체선정지원 안전성능실시간분석 품질에대한검사및후속조치 선내정기검사 (survey) 시뮬레이터 선내서베이어트레이닝 선내검사방법트레이닝 유지보수관리시스템 선박유지보수관리최적화 각장비에대한생애주기관리 - 4 -
Ⅱ 스마트선박의부상과글로벌동향 1. 스마트선박 (Smart Ship) 의개념 8) 선박의제조와운용전반에 ICT가융합된차세대선박 m 스마트카 (Smart Car) 처럼아직개념이확립되어있지않으며어떤기술과서비스가결합되는지에따라다양한정의가가능 - ( 지능형운항 ) 항로기본정보와선박상황, 데이터등을종합적으로분석하여최적의운항경로를제시하고운용중위험상황을인지 - ( 원격운영 ) 육상에서실시간으로해상의선박내장비를모니터링하고, 통합시스템을원격으로진단 제어, 위기상황즉시대응 - ( 생애주기서비스 ) 장비의자가진단및사용이력데이터분석을통해고장및교체주기를예측, 선박의갑작스런고장 (Down time) 예방 m 고유가, 환경규제, 안전운항등선박운항과선주경영에미치는모든 요소를지능형기술로개선하고의사결정을지원할것으로기대 9) - ( 효율성 ) 기후변화를고려한최적항로선택, 엔진성능최적화로연비 향상, 지능형유지보수와원격지원을통한선내인원최소화 - ( 안전성 ) 장비고장예측으로대형고장발생최소화, 위기상황 즉시대처로충돌사고예방등 8) 스마트선박 ( 또는스마트십 ) 은현대중공업이 2011 년 스마트십 1.0 모델을선보이면서세계최초로사용 9) 조선산업에부는똑똑한 (smart) 바람, 월간해양한국, 2014. 6. 30-5 -
참고 AIS, 선박자동식별시스템 기존의레이더만으로전방의충돌을예방하기에는한계가있어대형선박에는 AIS 장착을의무화 주변선박의정보, 위치값을지속적으로업데이트하여전자해도에보여줌으로써충돌사고의사전예방가능 - 육상에서선박의고유번호를입력하여선박의현재위치파악가능 - 선박의이동데이터를누적하여아래와같이밀도로표현가능 출처 : Marine traffic 홈페이지 10) AIS : Automation Identification system, 선박자동식별시스템 - 6 -
2. 스마트선박의필요성 물동량증가와비용절감을위한차세대선박수요증가 m 전세계컨테이너물동량증가로초대형컨테이너선의수요가상승중이며, 연료소모량이비용절감의중요한부분을차지 - 기존의선체및프로펠러디자인의최적화로향상시킬수 있는성능은노력대비효과가한계에봉착 빅데이터등 ICT분야신기술의활용여건성숙 m 실운항빅데이터분석을통한선박디자인최적화, 선박운항경로최적화등의노력으로효율성향상이가능 m 운항경로최적화, 장비예지보전등의기술로연료비절감과선박의안정된운항을지속적으로도모 m 장기적으로는무인선개발을통해최소한의승선인원과육상지원만으로도현재수준의안전성을유지할수있는기술개발중 - 7 -
참고 2016 스마트선박컨퍼런스 : 빅데이터기반효율화 분석내용 : 컨퍼런스 8개주제, 총 20개의발표자료 (2016년 1월, 영국런던 ) 1 데이터수집 ( 센싱및모니터링 ) 2 디지털인터페이스와표준 3 선박성능모델링 4 실시간선체무결성모니터링 5 소프트웨어검증과시스템신뢰성 6 데이터처리및디스플레이, 유저인터페이스 7 무인선의디자인 ( 원격제어및자율운항 ) 8 안전과규정 분석결과 - Data, monitoring, operation 이많은빈도를기록하였으며, 세가지키워드는운항중발생하는데이터와직 간접적으로연관 <20 가지발표자료초록으로분석한 2016 년스마트선박키워드 > - 8 -
3. 해외주요국의스마트선박추진동향 중국, 본격적인스마트선박개발선포 m 2015년 12월중국최대조선사중국선박공업진단 (CSSC) 는중국최초로진행중인스마트선박의개발을선포 - 조선사단독이아닌선박설계 연구기관, CSSC 전력연구기관, 후둥 (Hudong) 중장비회사의협업을통한시너지발휘 m 중국제조 2025 11) 정책의우선개발분야로스마트선박선정 - ( 빅데이터 ) 선내외데이터를기반으로하는스마트선박개발준비 실시간데이터수집및전송, 대용량데이터계산, 원격디지털모니터링등을통해선박의안전및효율성을제고 모든정보의통합, 시스템과장비간의데이터공유를현실화 - ( 생애주기관리 ) 선박의생애전주기에걸친다양한솔루션제공 선박데이터분석, 선박디자인최적화, 선박제작기술등설계, 건조, 운항등의정보를통합적으로선사에제공한다는계획 - ( 지능화 ) 최고수준의지능화된장비관리및제어를목표 지능화된관리를위해장비의독립적분석 평가를통한예측기능제공 육상과선박의통신을통해원격유지보수및시스템업그레이드제공 11) 중국제조 2025 : 2025 년까지중국산업전반을포괄적으로업그레이드하기위한이니셔티브 - 9 -
일본 (JSMEA 12) ), 스마트선박으로제 2의도약준비 m Smart Ship Application Platform(SSAP) 프로젝트 (2014.1 ~ 2017.3) - 선박의최적운항성능달성을위한선내서비스를손쉽게개발할수있도록애플리케이션개발플랫폼을구축하는프로젝트 - 선박에서생성되는 ( 빅 ) 데이터의활용및선박-육상네트워크를활용한애플리케이션개발이 1차적인목표 m 공동개발 (Joint Industry Project) 을통한산업계공감대형성 - 선내네트워크및선박-육상네트워크의비효율성을개선하기위해서는장비업체 / 선사 / 조선사의공감대가필수임을인지한일본은공동개발형태로프로젝트를시작 13) - 데이터센터를아시아와유럽에두어이중화하였으며선내데이터와육상데이터가통합된네트워크가특징 12) JSMEA(Japan Ship Machinery & Equipment Association) : 스마트십개발을위한일본선박관련산업계연합 13) 네트워크를통합하기위해서는조선사 / 각장비업체는통신프로토콜을준수해야하는불편이발생 - 10 -
m 애플리케이션 (Application) 오픈플랫폼전략 - 산업계가주도하여누구든지 (3rd party) 애플리케이션을개발해선박또는육상시스템에탑재할수있도록환경을구축 - 애플리케이션을통해만들어진다양한 결과데이터 도축적이가능하여, 향후지능화된선박을위한초석을마련중 - 11 -
유럽, 자율운항선박 (Autonomous Ship) 을향한노력 m MUNIN 14) 프로젝트 - 유럽은미래에증가하는화물량, 해상환경제약의강화, 선원감소에따른극복방안으로자율운항선박을구상 - 유럽위원회 (European Commissions) 에의해지원되는공동연구프로젝트이며, 자율운항선박의개발과개념에대한검증을추진 m 롤스로이스 (Rolls-Royce), 자율운항선박프로젝트 15) - 롤스로이스는장기로드맵에의해단계별로세부과제를수행중 (1단계 ) 육상에서의원격지원을통해선원의수를감소 (~2020) (2단계 ) 근해에서원격제어를통한무인선개발 (~2025년) (3단계 ) 원해에서육상의원격제어를통한무인선개발 (~2030년 ) (4단계 ) 원격제어없이스스로운항하는무인자동화선박 (~2035 년 ) 14) Maritime Unmanned Navigation through Intelligence in Networks 15) Advanced Autonomous Waterborne Applications project, 출처 : - 12 -
4. 스마트선박과지능정보기술의만남 빅데이터분석에기반한운항경로최적화 m ( 기존방식 ) 기상예보데이터를바탕으로 2~3개의경로선정후저하된선속저하정도, 날씨의영향에따른부가저항등을계산하여정해진시간 ( 제약 ) 내에연료소비량이가장적은경로를선택 m ( 진화된방식 ) 기존의최적화산식에기존에운항한여러선박의 데이터이력을학습한데이터를반영하여최적항로예측 16) 노명일, 해상정보취득과연료소모량추정을기반으로한선박경제운항경로결정방법 - 13 -
딥러닝기반예지보전 (PHM) 서비스 m PHM(Prognostics & Health Management) 은현재설비의건전성을측정하는기술이며, 생애주기전체에걸쳐설계된시스템의노화를예측 m 이상감지, 추리, 예지기능의조합을통해신뢰성높은건전성관리와유지보수의사결정을지원 17) - ( 감지기능 ) 고장인자들을효과적으로센싱하기위한센서네트워크를구성하여높은감지율 (high damage detectability) 을보장 - ( 추리기능 ) 장비건전성과연관된정보를실시간으로추출하고시스템건전성의상태를분류 - ( 예지기능 ) 설계된시스템의실시간잔여유효수명을예측 - ( 건전성관리 ) 설계된시스템의유지보수를위한최적의의사결정지원 m 최근에는딥러닝을적용하여진단의정확도를높이려는시도추진 - ( 기존 ) 고장과관련된핵심특질을추출하기위해서는시스템고장의물리적특성에대한도메인지식및전문가의진단경험이요구되어개발하는데많은시간이소요 - ( 현재 ) 기존신호처리기법들에딥러닝기술을추가하여고장진단정확도향상에기여 - ( 향후 ) 복잡한신호처리기법대신, 도메인지식및전문가경험을최소화하면서기존고장특질추출기법을사용할때와동등한수준의고장진단정확도를보유하는것이목표 17) 시스템건전성및리스크관리연구실, 서울대윤병동교수 - 14 -
자율운항선박 (Autonomous ship) 개발 m 자율운항선박은원격운항과무인자동화가혼합된형태 18) - 선박운용기술의복잡함과망망대해의높은불확실성을고려, 원격운항과자동운항의상호의약점을보완하는형태로개발중 18) 자동화선박 (Automated ship) : 사람의 (Human operator) 의간섭없이선내에서모든의사결정을하는진보된선박원격운영선박 (Remote Ship) : 육상에서근무자 (operator) 가상주하며원격르로제어하는선박 - 15 -
m 예기치않은상황을제외하고는자동항해 (Automatic) 또는사전에지정된 (Deterministic) 기능으로선박을운영 - 문제 ( 방해물체, 날씨등 ) 에직면했을시선박은자동적으로문제를해결, 대처가불가능할경우육상관제센터에지원요청 - 육상관제센터의지원도불가능할때는고장안전 (Fail to safe) 19) 모드로전환 19) 특정대처불가한상황발생시미리소프트웨어내부에정해놓은안전한상태 (state) 로전환 - 16 -
Ⅲ 시사점및정책방향 1. 스마트선박진화단계 통합관제를넘어지능형무인화선박으로진화중 20) Ship Area Network : 이원화된네트워크를통합한선내표준네트워크 - 17 -
우리나라의스마트선박추진저해요인 m ( 인프라 ) 현재대부분의선박에서는운항중데이터를실시간으로 수집하고저장할수있는인프라가거의없거나부족한상황 - 인공지능기술 ( 머신러닝, 딥러닝등 ) 기반의지능형선박개발에 필요한양질의데이터축적및유통이어려움 - 또한대부분의선박에서는기관시스템과항해시스템이분리, 이원화되어데이터취득 처리 송수신과정에서비효율발생 - 네트워크표준화미흡으로조선사, 선사, 장비제조업체는기존의 방식대로네트워크를구성하는것을선호 - 3 세대스마트선박추진에필요한대용량데이터의초고속송수 신을위해서는위성통신업체의협력이필요 m ( 거버넌스 ) 각조선사가개별적으로파트너십을맺어스마트선박추진중으로, 민 관협업중심의선진국에비해경쟁역량미흡 - 선박운항데이터의축적부족으로빅데이터분석의신뢰성이낮고인공지능의학습알고리즘개발에한계 - 중국의민 관협력기반국가프로젝트, 일본의애플리케이션오픈플랫폼전략은스마트선박분야의 SW 종속성위협증가 - 18 -
2. 차세대스마트선박추진을위한정책과제 선박데이터축적을위한통합인프라구축 m ( 조선 / 해운사 ) 선박데이터클라우드센터구축을통해실시간 운항데이터송수신및애플리케이션통합운용기반마련 - 최신기술이반영된선내와육상과의통합데이터네트워크 (SAN, Ship Area Network) 의적용확대 ( 선내 ) 데이터수집저장소및게이트웨이환경구축 ( 육상 ) 선단 ( 여러대의선박 ) 내애플리케이션에서생성되는데이터및상황데이터를클라우드센터에통합저장 m ( 정부 ) 각조선사 / 해운사에축적된데이터의공유 유통 거래 를지원하여국가차원의지능형선박인프라조성 - 대기업뿐아니라중소조선소 / 해운사도인프라구축과공동개 발에참여할수있도록교육및컨설팅지원 오픈플랫폼기반소프트웨어생태계구축 m 참여주체모두에게혜택이공유될수있는플랫폼전략추진 - ( 정부 ) 스마트선박테스트베드및육상관제센터 ( 통신, 안전, 보안등 ) 를구축하여기술개발및실증지원 - ( 조선 / 해운사 ) 보유하고있는데이터를적극적으로오픈하여 개발업체의참여를유도하고결과물을비용절감에활용 - (IT 기업 ) 위성통신사업자와의전략적제휴를기반으로스마트 선박추진을위한차세대인프라와애플리케이션개발추진 m 유럽중심의자율운항선박개발에대한대응 - 유럽 (MUNIN 롤스로이스등 ) 주도의상업용무인화선박추진 전략에대비한 IMO / IEC / ISO 등국제표준화적극참여 - 19 -
참고선내네트워크구성도및현대중공업 오션링크 선내에있는각종센서신호들은모니터링을위해 Control cabinet( 제어반 ) 으로연결 - 기관시스템은 Ethernet 방식을이용하여데이터저장소에저장 - 항해시스템은 Serial 통신방식으로데이터저장소와연결 통합된데이터는위성통신으로데이터육상전송 현대중공업오션링크 < 선내네트워크구성도 > < 현대중공업오션링크개념도 > - 현대중공업의스마트선박기술과액센츄어社의디지털분석기술의결합 - 선박에서생성된빅데이터자료를분석해운항효율향상및기자재수명관리에이용 출처 : 산업뉴스, 현대중공업빅데이터활용한오션링크개발 (2016.5.27.) - 20 -
참고자료 [1] 하나금융경영연구소, 조선 해운시장변동현황및주요이슈 (33 호, 35 호 ) [2] 한국수출입은행, 2016 년 1 분기조선 해운시황 (2016.05.11.) [3] JSMEA, SmartShip Application Platform project(ssap project)(2014.4.11.) [4] NYK group, How to utilize Big data and IoT in the shipping sector?(2016.2.12.) [5] Rolls Royce, Remote and Autonomous Ships The next steps [6] 딥러닝이용한발전소스팀터빈저널베어링고장진단, 오현석외 3 명 [7] 해상정보취득과연료소모량추정을기반으로한선박경제운항경로결정방법, 노명일 [8] 딥러닝이용한발전소스팀터빈저널베어링고장진단, 오현석외 3 명 [9] 선박통합통신망기반원격선박유지보수시스템개발, 문대근외 4 명 (ETRI/ 현대중공업 ) [10] 한국경제, 법원 한진해운이대로두면회생어려워 ( 인용 )(2016.09.21.) [11] 출처 : 여기에산업뉴스, 현대중공업빅데이터활용한오션링크개발 (2016.5.27.) [12] e-navigation.net Portal (http://www.e-navigation.net/index.php?page=ssap-smart-ship-application-platform) [13] Marine Traffic http://www.marinetraffic.com/en/ais/home/centerx:25/centery:37/zoom:9 [14] ICT Issues Weekly 제 515 호, NIA 미래전략센터 (2015.10.23.) [15] MUNIN Autonomous ship http://www.unmanned-ship.org/munin/about/the-autonomus-ship/ [16] 2016 Smartship conference brochure (http://www.rina.org.uk/) [17] Remote Monitoring and Control of Unmanned Vessels Presented at the COMPIT 2014, Redworth, UK, (2014.05.12.) [18] AAWA remote and autonomous ships The next steps, Rolls Royce(2016.) [19] CSSC Developing a Smart Ship for a Future, PR Newswire(2015.12.02.) [20] Autonomous ship technology symposium 2017 http://www.autonomousshipsymposium.com/ - 21 -
작성및문의 ICT 융합본부기획총괄팀우상근연구원 (053-230-1421, sangkeun.woo@nia.or.kr) 정책본부미래전략센터이영주수석 (053-230-1285, lyj@nia.or.kr) - 22 -