2014년도 현안분석과제 보고서 기술혁신 대응 분야 3D 프린팅 기술혁신과 해운 항만물류분야 대응방향 1 드론의 해양수산분야 활용방안 69 해양수산분야 빅데이터 활용방안 129
길광수 선임연구위원_ kskil@kmi.re.kr 김은우 전문연구원_ hisgrace@kmi.re.kr 안영균 연구원_ ahnyg@kmi.re.kr 3D 프린팅 기술혁신과 해운 항만물류분야 대응방향 2014. 10. CONTENTS 요 약 03 Ⅰ. 서 론 05 Ⅱ. 3D 프린팅 기술 동향과 전망 07 Ⅲ. 3D 프린팅 기술이 해운 항만물류에 미칠 영향 분석 36 Ⅳ. 해운 항만물류분야 대응방향 51 Ⅴ. 결 론 62 참고문헌 65
<요 약> 3D 프린팅 기술은 제3차 산업혁명 을 가져올 미래 제조기술 3D 프린팅 기술은 디지털 데이터로부터 물리적인 3D 개체를 만들어 낼 수 있는 조형기술로 1984년 미국 3D 시스템즈사의 창립자 척헐(Chuck Hull)에 의해 처음 발명됨 척헐이 발명한 3D 프린팅 기술을 근간으로 다양한 3D 프린팅 기법이 개발되어 초창기의 시제품 제작에서부터 현재는 다양한 산업의 제조영 역에서 활용되고 있음 3D 프린팅 기술의 급속한 확산 적용, 글로벌 공급사슬 및 물류체계 변화 초래 3D 프린팅 기술 도입으로 제품의 기획과 디자인에서부터 생산 후 최종 소비까지의 전 과정이 단축되면서 기존 대량생산 체제 하에 형성되어 온 글로벌 공급사슬이 간소화 유연화, 로컬화, 디지털화 양상을 나타낼 전망임 3D 프린팅 기술은 해운 항만 물류시장의 근본 틀(market fundamentals) 을 바꿀 수 있는 잠재력을 가지고 있음 3D 프린팅 기술의 단기적인 영향은 미미할 것이며 중장기적으로도 해 운 항만 물류기업에게 기회 또는 위협의 어떤 요인으로 작용할지 여부 또한 불확실함 그러나 3D 프린팅으로 기존에 존재하지 않았던 새로운 사업모델을 가진 물류기업이 등장하고 제조와 물류, 소비자와 생산자의 경계가 모호해질 것으로 예상됨
우리나라 해운 항만 물류업계는 3D 프린팅 기술 확산에 따른 글로벌 공 급사슬 및 해운 항만 물류시장 변화에 선제적으로 대비해야 함 우리 기업과 정부는 글로벌 공급사슬에서 3D 프린팅 혁신기술이 가져올 변화의 흐름을 파악하여 이에 대응하면서 산업 내부적으로 새로운 기술 의 활용과 발전방향 등을 진지한 고민해야 할 것임 동시에 산 학 연 정 공동의 3D 프린팅 혁신기술 대응 및 활용체계를 구 축해 미래 선점을 위한 준비태세에 만전을 기해야 할 것임
3D 프린팅 기술혁신과 해운 항만물류분야 대응방향 5 Ⅰ. 서 론 3D 프린팅, 미래 사회를 바꿀 핵심 기술 1980년대 후반 디지털 데이터로부터 물리적인 3D 개체를 만들어 낼 수 있는 기술이 개발되면서 우리 사회의 모든 것을 바꿀 잠재력을 가진 3D 프린팅의 역사가 시작되 었음 3D 프린팅 기술은 제조업의 혁명, 제3차 산업혁명 을 가져올 미래의 제조기술로, 파괴적 혁신을 통해 제조업의 패러다임을 바꾸고 나아가 세계 산업지형까지 변화 시킬 혁신기술임 초창기 단순한 제품이나 제조업체의 시제품만 생산했던 3D 프린터는 정밀기계와 부품, 자동차, 항공기, 주택, 의류, 인체 조직, 식품 등까지 제조영역을 넓혀가고 있음 - 사용공간의 제약도 거의 없어, 바다에서 우주공간까지, 공장에서 소비자의 가정 까지 활용영역이 확대되고 있음 3D 프린팅 기술의 급속한 확산 적용, 글로벌 공급사슬 및 물류체계 변화 초래 3D 프린팅에 의한 생산방식의 변혁과 산업지형의 변화 등은 지난 수세기에 걸쳐 진전되어 온 생산과 소비의 글로벌화 추세도 변화시킬 것으로 예상됨 3D 프린팅 혁신기술은 글로벌 공급사슬체계의 단순화 지역화 유연화를 초래하 여 글로벌화의 첨병 역할을 해 온 글로벌 물류산업계에 물동량 감소라는 위협요 인으로 작용할 가능성도 있지만, 신규 물동량 창출과 신사업분야 진출이라는 새로운 기회도 제공할 것임
6 2014년도 현안분석과제 보고서 기술혁신 대응 분야 본 현안분석은 3D 프린팅 혁신기술이 해운 항만물류산업에 미칠 영향을 분석 하여 그에 대한 대응방향을 제시하는 것이 목적 3D 프린팅에 관한 이해를 돕기 위해 기존의 기술적 실무적 논의를 체계적으로 정 리하며, 해운 항만물류산업에 미칠 영향을 물류체계 물동량(수요) 사업영역(공급) 측면에서 분석한 후 기업과 정부 차원의 대응방향을 제시함
3D 프린팅 기술혁신과 해운 항만물류분야 대응방향 7 Ⅱ. 3D 프린팅 기술 동향과 전망 1. 3D 프린팅 개요 3D 프린팅의 개념 3D 프린팅은 디지털 디자인 데이터를 사용하여 레이어를 적층하는 방식으로 3차원 의 물체를 만들어내는 프로세스, 즉 적층가공(Additive Manufacturing)을 의미함 1) - 세계 최대 규모의 표준화 기관인 ASTM(American Society for Testing and Materials)과 3D 프린팅 산업발전 전략을 수립한 미래창조과학부 등 국내외 다양한 기관에서는 <표 2-1>과 같이 3D 프린팅을 정의하고 있음 <표 2-1> 각 기관별 3D 프린팅에 대한 정의 기 관 ASTM 2) Gartner 3) MRI 4) 미래창조과학부 5) 정 의 3D CAD 데이터를 바탕으로 재료를 적층하여 물체를 제조하는 방법 (process of joining materials to make objects, usually layer by layer, from 3D CAD data) 연속적인 계층의 물질을 뿌리면서 3차원 물체를 만들어내는 부가 제조 기술 의 일종 3D CAD 데이터를 바탕으로 컴퓨터에서 얇은 단면의 형상을 계산하여, 이 계산 결과를 바탕으로 재료를 적층하여 3차원 조형물을 제조하는 기술 3차원의 모델링 데이터를 한층 한층(Layer by Layer) 적층하여, 손으로 직 접 만질 수 있는 물리적 형상으로 제조하는 것 1) IRS 글로벌, 3D 프린팅(프린터, 소재) 시장, 기술 전망과 국내외 참여업체 사업전략, 2013.5. 2) 미국재료시험학회(American Society for Testing and Materials), 2009. 3) 미국 정보기술 연구 및 자문회사, 2014.1.
8 2014년도 현안분석과제 보고서 기술혁신 대응 분야 3D 프린터의 작동원리와 과정 6) 3D 프린팅의 기본 원리는 3D 프린팅에 사용되는 원재료(플라스틱, 세라믹, 금속 등)를 녹여 얇은 막을 무수히 쌓아올려 입체적인 형태를 가진 사물을 제작하는 것 임(<그림 2-1> 참조) - 입체적인 물건을 미분하듯이 가로로 매우 얇게 잘라 분석하고 이러한 얇은 막을 한 층씩 바닥부터 꼭대기까지 쌓아서 사물의 형태를 완성함 7) - 이때 원재료는 파우더나 액체, 녹인 실 등의 형태로 분사되며 한 층의 두께는 0.01~0.08mm 수준으로 분사되어 적층됨 <그림 2-1> 3D 프린팅의 작동원리 출처: 연합뉴스, 2013.2.(HP/3D시스템즈 자료를 연합뉴스 재가공). 3D 프린팅 과정은 크게 모델링, 프린팅, 후처리의 3가지 과정으로 구분됨(<그림 2-2> 참조) 4) 일본 Mitsubishi Research Institute Inc., 2014.2. 5) 미래창조과학부, 3D프린팅산업 발전전략, 2014.4. 6) 연합뉴스(2013.7); 일본 경제산업성, 3D CRAFT JAPAN(2014) 자료를 토대로 KMI 재작성. 7) IRS Global, 3D 프린팅(프린터, 소재) 시장, 기술 전망과 국내외 참여업체 사업전략, 2013.5., p.27.
3D 프린팅 기술혁신과 해운 항만물류분야 대응방향 9 - 우선 CAD와 같은 소프트웨어로 3차원 설계도를 제작하는 모델링 과정이며, 완성된 CAD 파일은 3D 프린터에서 사용할 수 있는 STL(STereoLithography) 8) 파일 형태로 변환되어야 함 - 그 다음은 전송된 설계도를 바탕으로 조형물의 성질에 맞는 원재료를 선택하고, 등고선을 그리듯 촘촘히 원재료를 투입하여 물체를 프린팅 함 - 조형이 완료되면 자외선이나 레이저를 쏘아 물체를 경화시키며, 경화 과정이 끝나면 표면 청소와 매끄럽게 만드는 작업, 코팅이나 페인팅 과정을 거쳐 최종 완제품을 만들어 냄 <그림 2-2> 3D 프린팅 과정 출처: 연합뉴스, 2013.2.(HP/3D시스템즈 자료를 연합뉴스 재가공). 3D 프린터의 구조 3D 프린터는 크게 ⅰ) 기계 본체, ⅱ) 전자부품, ⅲ) 압출기, ⅳ) 소프트웨어로 구 성됨 9) (<그림 2-3> 참조) 8) 3차원 데이터를 표현하는 국제 표준 형식 중 하나로 대부분의 3D 프린터에서 입력 파일로 많이 사용되고 있음.
10 2014년도 현안분석과제 보고서 기술혁신 대응 분야 기계 본체 - 본체는 일반적으로 X/Y/Z 축의 선형 운동체 부분 과 Print bed(인쇄판) 로 구성됨 - X/Y/Z 축은 각각 좌우이동, 전후이동, 상하이동에 해당하는 것으로, 벨트 폴리 모션 구동과 리드 스크류 모션의 반동에 의해 제품이 적층되는 것임 - 프린트 베드는 인쇄물이 올려지는 곳으로, 고정되어 있을 수도 있고 X/Y/Z 축을 따라 움직일 수 있음 <그림 2-3> 3D 프린터 X/Y/Z축 3차원 공간 출처: 씨이피테크, Making Ideas Become Reality_3D Printing System, 2013. 전자부품 - 전자부품은 일반적으로 컨트롤러, 스테퍼 모터, 스테퍼 드라이버, 엔드-스탑, 히티드 베드의 5가지 부품으로 구성되며, 3D 프린팅의 제조 과정을 조정하는 역할을 수행함 9) 3D 프린팅 웹사이트 자이지스트 http://xyzist.com/ 자료(2014.2.)를 토대로 KMI 재작성.
3D 프린팅 기술혁신과 해운 항만물류분야 대응방향 11 - 컨트롤러는 3D 프린터의 브레인 역할을 담당하는 부품으로 제조 과정을 전반적 으로 조율함 - 스테퍼 모터는 전자 모터의 한 종류이며 컨트롤러에 의해 정밀한 컨트롤이 가능함 - 스테퍼 드라이버는 스테퍼 모터와 컨트롤러 간 일종의 중개인 역할을 하는 칩으로 스테퍼 모터의 움직임을 위해 전송해야 하는 신호를 단순화함 - 엔드-스탑은 멀리 떨어져 있는 부품에 직접 연결할 수 있는 스위치가 있는 간단한 회로 보드로 컨트롤러와 스테퍼 드라이버를 연결시켜 줌 - 히티드 베드는 인쇄되는 동안 일정 온도의 열을 인쇄물에 가해주면서 뒤틀림 현상을 미연에 방지해주는 역할을 수행함 압출기 - 압출기는 원료 필라멘트를 노즐에 공급하고 베드에 필라멘트를 녹여 안착시키는 역할을 담당하며 콜드 엔드와 핫 엔드로 구성됨 - 콜드 엔드는 절연체 또는 써멀 브레이크를 통해 핫 엔드로 연결되어 있으며 제조 시에 열 전달을 방지함 - 핫 엔드는 압출기에서 원료 필라멘트를 가열해 녹여내는 부분의 일부로 서미스 터를 통해 온도를 모니터링 함 소프트웨어 - 소프트웨어 툴 체인은 CAD툴, CAM툴, 펌웨어의 3가지로 구성되며, 컴퓨터와 연결되어 3D 프린터의 구동을 제어함 3D 프린터 제품 최근 국내외에서 저가 보급형 3D 프린터 제품들이 유통되고 있으며, 산업용 3D 프린터의 경우 최소 1~2억 원을 호가하던 것이 현재는 개인용 조립식 3D 프린터 가 70만 원대에 시판되고 있음 10)
12 2014년도 현안분석과제 보고서 기술혁신 대응 분야 - 저가형 3D 프린터의 보급 확산으로 2012년에는 전 세계 약 3만 5천대 이상의 개인용 3D 프린터가 보급됨 11) - 국내 IT 전문 판매 업체인 컴퓨터월드 는 500달러(약 53만원) 미만 3D 프린터를 소개하고 저가 제품이 점차 늘어날 것이라고 전망하고 있음(<표 2-2> 참조) <표 2-2> 보급형 3D 프린터의 확산 제품 가격 (달러) 특징 시판 여부 프린트봇 심플 399 완제품, 강한내구성, PLA 수지 사용 현재 판매 솔리드들2 499 완제품, 큰 제품 베드, ABS 필라멘트와 PLA 동시 사용 현재 판매 QU-BD 원 업 199 피치 프린터 100 버커니어 379 직접 조립, 오픈소스 소프트웨어 사용, 비용 추가로 기능 업그레이드 직접 조립, 레이저 빔 사용 물건 조형, 디자인 파일을 오디오 파일로 변경해 사용 직접 조립, 무선 3D 프린터, ABS 필라멘트와 PLA 동시 사용 자료: etnews, 500달러 이하 저가 3D프린터가 늘어난다, 2013.11. 자료를 토대로 KMI 작성. 현재 판매 2014년 상반기 출시 현재 판매 (2014년 4월 출시) 한편 시장에 출시된 주요 글로벌 3D 프린터 제품은 다음과 같음 10) etnews, 500달러 이하 저가 3D프린터가 늘어난다, 2013.11. 자료를 토대로 KMI 작성. 11) 경기중소기업종합지원센터, 3D 프린팅 기술이 초래할 제조업의 패러다임 변화와 제3차 산업 혁명, 2013.8.
3D 프린팅 기술혁신과 해운 항만물류분야 대응방향 13 <그림 2-4> 한국 Np-Mendal: 고체형 FDM 제품명: Np-Mendal, 메이커: Np-Mendal Corp., 가격: 15만 9천엔 소 재: PLA, ABS, 해상도: 0.1mm, 프린트면적: 18 18 16cm 특 징: 한국에서 개발된 Rep Rap 3D 프린터, 가정용으로 개발되었음에도 작동 중 소음이 적고, 비교적 고밀도의 제품 제작이 가능 자료: 3D CRAFT JAPAN 2014 자료를 토대로 KMI 작성. <그림 2-5> 미국 da Vinci 1.0: 파우더형 SLS 제품명: da Vinci 1.0, 메이커: XYZ Printing, 가격: 6만 9천 8백엔 소 재: ABS, 메탈 해상도: 0.1~0.2mm, 프린트면적: 46.8 51 55.8cm 특 징: 조작이 매우 단순하며 ABS 등의 합성수지뿐만 아니라 메탈 형식의 재료도 사용 가능 자료: 3D CRAFT JAPAN 2014 자료를 토대로 KMI 작성.
14 2014년도 현안분석과제 보고서 기술혁신 대응 분야 <그림 2-6> 영국 CubeX: 액체형 Polyjet 제품명: CubeX, 메이커: 3D시스템즈, 가격: 42만 엔 소 재: PLA, ABS, 해상도: 0.1mm, 프린트면적: 27.5 26.5 24cm 특 징: 스마트폰 케이스의 조형 시간이 2~3시간 정도 소요의 빠른 스피드, 3색 혼합 제작 가능, 원재료 투입시 카트리지 형식으로 간단 교환 가능 자료: 3D CRAFT JAPAN 2014 자료를 토대로 KMI 작성. 2. 3D 프린팅 기술 개발 동향 3D 프린팅 기술 개발 연혁 12) 3D 프린팅 기술은 1984년 척헐(Chuck Hull)이 디지털 데이터로부터 물리적인 3D 개체를 인쇄할 수 있는 과정인 Stereolithography를 개발하면서 시작되었음 - 이후 3D 프린팅 기술은 지속적으로 발전을 거듭하여 현재 제조업뿐만 아니라 의학, 항공공학, 자동차, DIY, 보석류 등 다양한 분야의 생산 시스템 발전에 기 여하고 있음(<표 2-3> 참조) 12) IRS Global, 3D 프린팅(프린터, 소재) 시장, 기술 전망과 국내외 참여업체 사업전략, 2013.5. ; 서일대학교, Industrial Design Education and Business Start-up Using 3D Printing Technology, 2013.5. 등을 토대로 KMI 재작성.
3D 프린팅 기술혁신과 해운 항만물류분야 대응방향 15 <표 2-3> 3D 프린팅 기술개발 연혁 연도 분야 비고 1984 제조업 척헐(Chuck Hull), 3D프린팅 기술(Stereolithography) 발명 1987 제조업 Stereolithography 3D 프린팅 레이저 기술 응용하여 감광성 중합체의 얇은 고체막을 최초 제작 1992 제조업 SLA(Stereolithography apparatus) 개발 1996 제조업 MIT 파우더 바인더 잉크젯(MIT powder binder inkjet) 개발 1999 의학 장기보조기구를 3D 프린터로 제조 2000 제조업 기존 포토폴리머(photopolymer)를 더 강화한 소재를 잉크젯 3D 프린터(폴리 젯 방식)로 최초 제작 2002 의학 소형 신장을 3D 프린터로 제조 2005 DIY 오픈 소스 프로젝트인 RepRap Project 발족 2006 제조업 SLS(Selective Laser Sintering) 기술 개발 DIY RepRap Project에서 첫 자가복제 3D 프린터 Danwin 개발 2008 DIY Shapeways사의 공동창조 시범서비스 출시 의학 맞춤형 의족을 3D 프린터로 제조 2009 DIY 3D 프린터를 직접 만들고 제품 제조할 수 있는 DIY Kit 출시 의학 혈관을 3D 프린터로 제조 항공공학 무인비행기를 3D 프린터로 제조 2011 자동차 자동차를 3D 프린터로 제조 보석류 3D 프린터의 제조 재료로 금과 은 제공 2012 의학 맞춤형 턱을 3D 프린터로 제조 2013 제조업 3D시스템즈 社 CJP(Color Jet Printing) 기술 개발 2014 DIY 스트라타시스 社 폴리젯 방식 3D 프린터인 Object500-Connex3 출시 자료: IRS Global, 3D 프린팅(프린터, 소재) 시장, 기술 전망과 국내외 참여업체 사업전략, 2013.5.; 서일대학교, Industrial Design Education and Business Start-up Using 3D Printing Technology, 2013.5. 등을 토대로 KMI 재작성. 3D 프린팅 방식 13) 3D 프린터에 재료를 투입하여 입체적으로 조형하는 것, 즉 출력 방식을 3D 프린 13) 미국재료시험학회(American Society for Testing and Materials) 홈페이지 ; 한국기계연구원, 글로벌 3D 프린터 산업 기술 동향 분석, 기계기술정책, No.71, 2013.9. 자료를 토대로 KMI 작성.
16 2014년도 현안분석과제 보고서 기술혁신 대응 분야 팅 방식이라고 할 수 있으며, ASTM에서는 프린팅 방식을 일곱 가지 종류로 분류하 고 있음(<표 2-4> 참조) <표 2-4> 일곱 가지 3D 프린팅 방식 방식 방법 원료 주요 메이커 vat photopolymerization (액상 탱크 광중합) material extrusion (재료압출) powder bed fusion (분말융합) binder jetting (결합분사) sheet lamination (시트적충) material jetting (재료분사) directed energy deposition (지향성에너지 적충) 자료: ASTM 홈페이지. 탱크에 투입된 광경화성 수지를 빛에 의해 선택 적으로 경화 유동성 재료를 노즐에서 압출 분말을 투입한 공간을 선택적으로 융합결합 액상결합제를 분말로 분 사하여 선택적으로 응고 시킴 시트모양의 재료를 접착 시킴 재료 방울을 분사해 선 택적으로 고체화 재료를 공급하면서 열 발생하는 위치를 제어하 여 재료를 선택적으로 용해 결합 광경화성 수지, 모노아 열가소성 수지 금속 (구리, 티타늄, 니켈 합금, 코발트 크롬 합금), 수지 (나일론, 아미드), 세라믹 석고, 플라스틱 종이, 수지, 금속호일 광경화성 수지, 왁스 금속 3D시스템즈(미국), 씨멧토(일본) 스트라타시스(미국), 3D시스템즈(미국) EOS(독일), 3D시스템즈(미국), SLM솔루션스(독일), 마츠우라 기계(일본), 아스펙토(일본) 3D시스템즈(미국) 엠코아테크놀러지(아 일랜드), 솔리디오(영국) 스트라타시스(미국), 3D시스템즈(미국), 키엔스(일본) 옵트멕(영국) 3D 프린팅 방식은 이처럼 매우 다양하기 때문에, 목적하는 조형물의 특징에 맞추어 프린팅 방식을 선택하는 것이 필요함 - 7가지 프린팅 방식 중에서는 이미 특허기간이 만료되어 대중에게 사용 소스가 오픈되는 한편 개인용 염가품 생산이 가장 용이한 재료압출 방식이 가장 보편화 되어 있음
3D 프린팅 기술혁신과 해운 항만물류분야 대응방향 17 3D 프린팅 소재(원재료) 14) 3D 프린팅 소재는 크게 합성수지, 금속소재, 기타소재로 분류할 수 있음 합성수지 - PLA(Polylactic acid): 옥수수 및 감자의 전분 등과 같은 100% 재생 가능한 자원 으로부터 얻어진 단량체를 이용하여 합성된 열가소성 고분자 소재임 - ABS(Acrylonitrile Butadiene Styrene): ABS는 경량 아크리로니트릴 부타디엔 스티렌을 의미하며, 3D 프린터로 제품 제조 시에 가장 넓게 활용되는 열가소성 플라스틱임 <그림 2-7> 3D 프린터 소재: 합성수지 PLA ABS 열가소성 플라스틱류 중에서 가장 친환경적인 소재라고 할 수 있어, 3D 프린터 차세대 원재 료로 각광 받고 있음 작물로 제조가 가능하여 천연자원이 풍부한 제 3세계 국가들에서 생산이 유리한 소재이나 폴 리유산 소재의 낮은 결정화 속도로 높은 내열 성 내구성이 요구되는 점은 향후 해결해야 할 단점임 자료: TOUCH 3D PRINTER AND FILAMENT사 홈페이지. 2차 가공이 용이하여 제품의 신축성이 좋다 는 장점이 있지만, 반면 200 이상의 고온처 리가 불가능하다는 단점이 있음 PLA 대비 적은 마력으로도 생산이 가능하여, 소형 제작에 더 용이하며, 향후 개인용 3D 프린터 분야에서 일반인이 가장 많이 사용할 것으로 전망되는 재료임 14) IRS Global, 3D 프린팅(프린터, 소재) 시장, 기술 전망과 국내외 참여업체 사업전략, 2013.5. 등을 토대로 KMI 작성.
18 2014년도 현안분석과제 보고서 기술혁신 대응 분야 금속소재 - 티타늄(Titanium): 티타늄은 탄력성이 좋고 인체에 자극이 적어 생체적합성을 가지므로 알레르기에 대한 우려가 없으며, 현존하는 3D 프린터 원재료 중에서 가장 강도가 강한 물질임 - 스테인리스스틸(Stainless Steel): 3D 프린터 금속소재 재료 중에서 가격이 가장 저렴하면서도 일정 수준 이상의 고강도를 보유한 물질로 튼튼하다는 장점이 있 지만, 얇은 소형 물질 제작에는 부적합함 <그림 2-8> 3D 프린터 금속 소재 제조품 티타늄 소재 자전거 스테인리스스틸 생활용품 자료: TOUCH 3D PRINTER AND FILAMENT사 홈페이지. 기타 소재 - 목재(Laywood): 일반적으로 3D 프린터로 제작 시 재활용 목재를 사용하고 무 공해 화학재로 접착하여 마감함 - 원가가 비교적 저렴하여 향후 상용화가 확산될 것으로 전망됨 - 아크릴(Acrylic): 잉크젯적층방식(MJM)에서 사용되는 재료로, 뛰어난 정밀도를 가지고 있으며, 일반적으로 가전제품 등 전문가용 제품개발에 적용이 용이함
3D 프린팅 기술혁신과 해운 항만물류분야 대응방향 19 <그림 2-9> 3D 프린터 소재: 목재, 아크릴 목재 아크릴 자료: TOUCH 3D PRINTER AND FILAMENT사 홈페이지. 주요 3D 프린팅 기술 3D 프린팅 기술은 주로 고체 기반, 액체 기반, 파우더 기반 세 종류로 분류할 수 있음 고체기반 기술에는 FDM(Fused Deposition Modeling 또는 Fused Filament Fabrication)이 있음 - 타방식에 비해 장치의 구조와 프로그램이 간단하기 때문에 장비 가격과 유지보 수 비용이 낮다는 장점이 있으나, 표면 조도가 뒤떨어져 세부 형상 구현이 불가 능하다는 단점이 있음 <표 2-5> 3D 프린팅: 고체기반 기술 기술명 원리 원재료 FDM - 가는 실(필라멘트) 형태의 열가소성물질을 노즐 안에서 녹여 얇은 필름형태로 출력하는 방식으로 적층 PLA 등 주요 합성수지 자료: 한국기계연구원, 글로벌 3D 프린터 산업 기술 동향 분석, 기계기술정책, No.71, 2013.9. 자료를 토대로 KMI 작성.
20 2014년도 현안분석과제 보고서 기술혁신 대응 분야 액체기반 기술에는 SLA, DLP, Polyjet 등이 있음 - SLA 기술은 레이저를 사용하여 정밀도가 우수하나, 강도가 약하고 고온에서 형 태의 변형이 발생할 가능성이 있음 - DLP 기술은 비교적 저렴한 DLP 프린팅이 존재하고 비교적 작업속도가 빠르다 는 장점이 있지만, 원료 선택이 제한적이고 조형물의 사이즈가 작다는 단점이 있음 - Polyjet 기술은 재료의 신축적 조절이 가능하여 다양한 제품군을 제조할 수 있는 반면에, 고비용이 들어간다는 경제적 문제점이 상존함 <표 2-6> 3D 프린팅: 액체기반 기술 기술명 원리 원재료 SLA DLP Polyjet - 액체 광경화성 수지가 담긴 수조 안에 저전력 고밀도의 UV 레이저를 투사하여 경화시키는 방식으로 적층 - 액체 상태의 광경화성 수지에 조형하고자 하는 모양의 빛 을 DLP(Digital Light Projector)에 투사하여 적층 - 프린트 헤드의 수백 개의 미세 노즐에서 재료를 분사함과 동시에 자외선으로 경화시키는 방식 ABS, PC 15) 등 합성수지 ABS 등 폴리프로필렌 유사소재 등 자료: 한국기계연구원, 글로벌 3D 프린터 산업 기술 동향 분석, 기계기술정책, No.71, 2013.9. 자료를 토대로 KMI 작성. 파우더기반 기술은 가장 널리 사용되는 3D 프린팅 기술로 SLS, DMLS, 3DP, SLM, SHS 등이 있음 - SLS 기술은 다양한 분야에 광범위한 활용이 가능하다는 장점이 있으나, 다만 레 이저 장비와 같은 고가 부품 사용으로 일반적으로 프린터 단가가 높다는 단점이 있음 - DMLS 기술은 제작품의 강도가 매우 높지만 표면 조도가 미흡하여 별도의 후처 리 작업이 필요함 15) Polycarbonate.
3D 프린팅 기술혁신과 해운 항만물류분야 대응방향 21-3DP 기술은 컬러잉크 사용으로 다양한 색상의 섬세한 작업이 가능하지만 표면 처리, 분말제거 등 별도의 후공정 작업이 필요함 - SLM 기술은 복잡한 형상의 금속제품 생산이 용이하다는 장점이 있는 반면, 정 밀도와 표면 조도가 다소 미흡하다는 단점이 있음 - SHS 기술은 얇은 형태의 제품 제작이 가능하고 또한 다수의 제품을 동시 제작하 는 것이 가능하지만, 제작 속도가 느리고 사용가능한 소재가 제한적임 <표 2-7> 3D 프린팅: 파우더기반 기술 기술명 원리 원재료 SLS 베드에 도포된 파우더(분말)에 선택적으로 레이저를 조사 소결하 나일론, 폴리스티렌 고, 파우더를 도포하는 공정을 반복하여 적층 등 DMLS 도포된 금속 파우더에 선택적으로 고출력 Ytterbium-Fibre 레이저를 스테인리스스틸, 조사하여 용융시키는 방식으로 적층 강철 등 3DP 노즐에서 액체 상태의 컬러 잉크와 경화물질을 분말 원료에 분사 하는 방식으로 적층 ABS 등 합성수지 SLM 도포된 금속 파우더에 선택적으로 고출력 Ytterbium-Fibre 레이 스테인리스스틸, 저를 조사하여 용융시키는 방식으로 적층 공구강 등 SHS Thermal Printer Head를 이용하여 챔버에 얇게 도포된 파우더를 녹여 경화시키는 방식으로 적층 ABS 등 합성수지 자료: 한국기계연구원, 글로벌 3D 프린터 산업 기술 동향 분석, 기계기술정책, No.71, 2013.9. 자료를 토 대로 KMI 작성. 이상 주요 3D 프린팅 기술의 장 단점 및 가격을 비교하면 다음과 같음 <표 2-8> 주요 3D 프린팅 기술별 장 단점 및 가격 비교 기술명 가공 정밀도 표면 조도 제작 속도 재료 강도 장비 가격 (US달러) FDM 매우낮음 낮음 낮음 보통 200~18,000 SLA 높음 높음 보통 낮음 600~50,000 DLP 매우높음 높음 매우높음 낮음 약 5,000 Polyjet 높음 높음 보통 보통 15,000~750,000 SLS 보통 보통 보통 높음 최대 250,000
22 2014년도 현안분석과제 보고서 기술혁신 대응 분야 기술명 가공 정밀도 표면 조도 제작 속도 재료 강도 장비 가격 (US달러) DMLS 낮음 낮음 보통 높음 최대 600,000 3DP 보통 보통 매우높음 낮음 약 15,000 SLM 낮음 낮음 보통 높음 최대 500,000 SHS 높음 높음 낮음 보통 약 25,000 자료: 한국기계연구원, 글로벌 3D 프린터 산업 기술 동향 분석, 기계기술정책, No.71, 2013.9. 자료를 토 대로 KMI 작성. 3. 3D 프린팅 기술의 활용 현황 현재 3D 프린터는 산업용을 중심으로 다양한 국가에서 활용되고 있음(<그림 2-10> 참조) 1998~2012년 국가별 산업용 3D 프린터 누적 보유율은 미국이 38%로 가장 높으며, 그 다음으로 일본(9.7%), 독일(9.4%), 중국(8.7%) 순임 이에 비해 우리나라의 산업용 3D 프린터 누적 보유율은 2.3%에 불과함 <그림 2-10> 국가별 산업용 3D 프린터 누적 보유율(1988~2012) 자료: Wohlers Report 2013.
3D 프린팅 기술혁신과 해운 항만물류분야 대응방향 23 3D 프린팅 기술은 다양한 용도로 다양한 산업 분야에서 활용되고 있음 3D 프린팅 기술은 초기에는 기업의 시제품 제작에 제한적으로 사용되었으나 최근에 는 기술의 발전으로 FDM 방식의 목업 및 시제품 제작에서부터 SLS 방식의 실제 제품용 부품 제작까지 다양한 용도로 활용되고 있음 - 용도별로 기능부품, 맞춤 및 조립, 프로토타입 툴링 패턴, 금속 주조 패턴, 시각 보조 자료 등 순으로 3D 프린팅 기술이 사용되고 있음 산업 분야에서는 소비재 전자제품 분야에서 가장 많이 활용되고 있으며, 자동차, 의 료 치과, 산업기계 사무기기, 항공우주 등 분야 순으로 활용도가 높음 <그림 2-11> 3D 프린팅 기술 활용 현황 [ 용도별 점유율(2012) ] [ 분야별 활용 비중(2012) ] 자료: Wohlers Report 2013. 3D 프린팅 기술의 적용 사례 3D 프린팅 기술은 완구, 패션, 엔터테인먼트 산업과 기술적 난이도가 높은 자동 차, 항공우주, 방위산업, 의료기기 등 다양한 분야에서 제품 개발에 적용되고 있음 자동차 분야에서는 대시보드, 보디패널 등 시제품의 제작에 3D 프린팅 기술을 적용하고 있음
24 2014년도 현안분석과제 보고서 기술혁신 대응 분야 - 이를 통해 시제품의 제작 비용과 시간을 절감할 수 있으며, 신제품 출시시점을 앞당겨 시장을 선점할 수 있음 - 뿐만 아니라 단종된 부품을 바로 제작 가능하여 고객의 수요에 적시 대응할 수 있음 - 아울러 사내에서 시제품을 생산하게 되어 기밀 유출 가능성을 차단할 수 있음 <표 2-9> 자동차 분야 적용 사례 기업 적용 사례 스포츠카 Aventador 시제품 제작에 3D 프린터를 사용 람보르기니 기존의 시제품 제작 시간 비용(4개월 4만 달러)을 각각 1/6, 1/8로 절감 5곳의 3D 프로토타입 제작센터를 보유하고 있으며, 실린더 헤드, 브레이크 로터, 포드 후륜 엑셀 등의 부품 시제품을 3D 프린터로 제작 제작 기간(3개월)을 1~2개월 단축 FDM 및 SLA 방식의 3D 프린터를 활용하여 헤드램프, 대시보드, 에어백 등 다양 한 부품의 시제품 생산 현대모비스 3D 프린터 활용 시제품 제작건수 49% 증가: 2,119 건( 11) 3,159 건( 12) 헤드램프 시제품의 경우 제작 시간 비용 각각 1/30, 1/12 수준으로 절감 자료: 한국기계연구원, 글로벌 3D 프린터 산업 기술 동향 분석, 기계기술정책, No.71, 2013.9., p.16. 재정리. 의료 치과 분야에서는 인공 치아 인공 뼈 인공 관절 인공 혈관 등 보형물의 제작 에 적용되고 있음 - 개인 맞춤형 제작이 용이해졌으며, 다품종 소량생산도 가능해짐 <표 2-10> 의료 치과 분야 적용 사례 기업/대학 미국 Oxford 덴마크 Widex 미국 Bespoke Inno. 일본 교토대 적용 사례 고성능 소재 PEKK(Polyetherketoneketone)를 활용하여 제작한 두개골 임 플란트를 환자의 함몰된 두개골 복원(삽입)에 사용 3D 프린터와 3D 스캐너를 활용한 보청기 제작 기술을 개발, 개인 맞춤형 귓본 제작에 성공 3D 프린터 기술을 이용하여 만든 의족 Bespoke Fairings를 개발하여 기존 의족의 비대칭성 문제를 극복 경추 추간판 탈출증 환자 4명에게 적합한 모양의 인공뼈(티타늄 분말 활용) 를 3D 프린터를 이용하여 제작한 후 이식에 성공 자료: 한국기계연구원, 글로벌 3D 프린터 산업 기술 동향 분석, 기계기술정책, No.71, 2013.9., p.17. 재정리.
3D 프린팅 기술혁신과 해운 항만물류분야 대응방향 25 항공우주 분야에서는 알루미늄 동체 등 주요 부품의 제작에 적용되고 있음 - 복잡한 형상 제작 및 재료비 절감이 가능하며 완제품 제작시 제조 공정이 간소 화되어 이에 따른 인건비 및 조립비 절감이 가능해짐 <표 2-11> 항공우주 분야 적용 사례 기관/기업 미국 Oak Ridge National Lab. NASA GE 적용 사례 1:1 수준의 Buy-to-Fly Ratio 를 달성한 항공기 부품 제작에 성공하였 으며, 유체 흐름의 효율성 제고 달성 로켓 연료분사장치 생산에 EBF3 기술을 적용, 4개월만에 생산 기존 가공 방식으로는 최소 2 3년 소요되는 매우 복잡한 부품 3년 내 25,000개의 연소기 노즐을 3D 프린팅 기술을 통해 확보 예정 3D 프린팅 기술을 활용할 경우, 질소산화물(NOx) 발생을 저감하기 위한 복잡 형상의 연소기 노즐 생산에 용이 재료(코발트 크로뮴) 사용량 감소, 경량화 및 연료 사용 저감: 층별 두께는 20μm 수준 2015년 2016년 경 상용화 예정이며, 시장 규모는 약 220억 달러로 예 상(제트엔진 기준) 자료: 한국기계연구원, 글로벌 3D 프린터 산업 기술 동향 분석, 기계기술정책, No.71, 2013.9., p.18. 재정리. 최근에는 건축 분야에서도 다양한 시도가 이루어지고 있음 - 3D 프린팅 기술을 적용하면 건설 현장에서 건축자재를 생산할 수 있어 운송비 용을 절감할 수 있고, 공사기간을 단축할 수 있으며 다양한 디자인의 건축 모형 을 구현할 수 있음 16) 16) 한국기계연구원, 글로벌 3D 프린터 산업 기술 동향 분석, 기계기술정책, No.71, 2013.9., pp.16 20. 재정리.
26 2014년도 현안분석과제 보고서 기술혁신 대응 분야 <표 2-12> 건축 분야 적용 사례 적용 산업 중국 잉촹 신소재 (Yingchuang New Materials Inc.) 17) 네델란드 DUS 아키텍츠 (DUS Architects) 18) 적용 사례 4대의 거대한 3D 프린터를 이용하여 4시간 내에 집 10채 건축 FDM 기술 사용, 한 채당 건축비용 5천 달러 세계 최초로 건물 블록 인쇄 프로젝트에 도전 향후 기술 혁신을 통해 3m 높이의 건물 주춧돌을 인쇄하는데 소요 되는 시간이 두 시간 가량으로 단축될 것으로 예상 현재의 기술력으로는 일주일 가량 소요 그 외에도 3D 프린팅 기술 적용시의 다양한 장점으로 인해 소비재 전자제품, 산업기 계 산업기기, 교육 연구, 해운 조선 분야에서 다양하게 적용되고 있음 <표 2-13> 기타 분야 적용 사례 적용 산업 소비재 전자제품 산업기계 사무기기 교육 연구 해운 조선 패션 적용 사례 개인 맞춤형 제품 제작으로 소비자의 구매욕구 자극 기존의 부식/절삭 방법이 아닌 적층방식으로 정밀한 회로 제작비용 절감 복잡한 형상 극미소 부품 제작 용이 주변 환경 맞춤형 사무기기 제작 회의 컨퍼런스 개최 준비물의 자체 제작 수업의 특성에 맞는 실험 장비 및 저렴한 비용으로 교육 보조재 제작 가정에서 교육 콘텐츠를 스스로 생산하여 활용 (머스크) 자사 컨테이너선에 금속분말 소재의 3D 프린터를 설치하여 선박의 수리부품을 제작하는 용도로 활용 예정 (아디다스) 시제품 개발에 필요한 인력(12명 2명) 및 개발 기간(4~6주 1~2일) 대폭 절감 (나이키) 다양한 신발의 시제품에 사용하고 있으며, 시제품 제작비용을 과거 수천달러에서 수백달러로 대폭 절감 자료: 한국기계연구원, 글로벌 3D 프린터 산업 기술 동향 분석, 기계기술정책, No.71, 2013.9., pp.16 20. 재정리. 17) CIO(http://www.ciokorea.com/news/21533), 검색일 2014.8.19. 18) CIO(http://www.ciokorea.com/slideshow/20143?slide=6#stage_slide), 검색일 2014.8.19.
3D 프린팅 기술혁신과 해운 항만물류분야 대응방향 27 4. 주요국별 3D 프린팅 산업 육성 정책 및 시장 전망 주요국의 3D 프린팅 산업 지원정책 동향 미국, EU, 일본, 중국 등은 3D 프린팅 산업을 제조혁신의 핵심수단 및 신성장동력으 로 주목하고 정부 주도 하에 집중 육성 중임 19) (<표 2-14> 참조) - 3D 프린팅 시장을 선점하기 위한 3D 프린터 개발과 3D 프린팅 기술에 대한 선 진국들의 공격적 투자가 가속화되고 있음 이에 반해 우리나라의 3D 프린팅 산업은 태동기로, 2014년 4월에야 비로소 제조 업 혁신, 신시장 창출 등을 위한 3D프린팅 산업 발전전략 을 수립함 - 3D 프린팅 활용 수요창출 및 국내 장비 소재 SW 관련 산업 성장을 위한 4대 추 진전략, 11대 세부 추진과제를 마련했으며, 2020년 장비 소재 SW 등 글로벌 선도기업 5개 육성, 글로벌 시장 점유율 15% 달성 목표를 설정함 <표 2-14> 주요국의 3D 프린팅 산업 지원정책 동향 자료: 박윤규, 3D프린팅, 미래전략산업으로 육성, Inside 3D Pringting Conference 발표자료, 미래창조과학 부, 2014.6.12.를 참조하여 KMI 재작성. 19) 박윤규, 3D프린팅, 미래전략산업으로 육성, Inside 3D Pringting Conference 발표자료, 미래 창조과학부, 2014.6.12.
28 2014년도 현안분석과제 보고서 기술혁신 대응 분야 국내외 3D 프린팅 산업생태계 3D 프린팅 산업은 장비 및 소재를 개발 생산하는 제조업, 생산대행 제작 지원을 제공하는 서비스업 등 다양한 유형의 기업들로 구성됨 20) 산업용 및 개인용 3D 프린터 제조 분야에서는 소수의 선두기업 21) 들이 70% 이상 의 세계 시장을 과점하고 있음(<그림 2-12> 참조) <그림 2-12> 세계 3D 프린터 시장의 상위 업체 점유율(2011) 자료: Wohlers Report 2012. - 우리나라의 3D 프린터 제조 분야는 기존에 저가 산업용 장비를 생산하던 중소 기업과 신규로 제조시장에 진입하고 있는 중견기업들로 구성되어 있음 22) 20) 미래창조과학부, 3D프린팅산업 발전전략, 2014.4. 21) 미국의 3D Systems와 Stratasys는 현재 세계 3D 프린터 시장을 주도하고 있는 대표적인 선두기업 으로, 3D Systems는 1987년 SLA 방식의 3D 프린터를 출시했으며, Stratasys는 가정용 3D 프린터의 대표적인 제조방식인 FDM을 처음 개발함. 2012년 Stratasys는 이스라엘의 3D 프린터 기업인 Object와 Solid-scape를 인수하여 업계 내 위상을 크게 강화함. 3D Systems는 시장을 주도하기 위해 Z Corporation을 인수했으며, 2013년 7월에는 프랑스의 금속 3D 프린터 기업인 Phoenix Systems을 인수함. 22) 3D 프린터 제조사는 현재 캐리마, 인스텍, 에디슨 등 5 6군데로 추정됨(허제, 3D Printer
3D 프린팅 기술혁신과 해운 항만물류분야 대응방향 29 서비스 분야에서는 개인 맞춤형 제품 제작대행, 온라인 마켓플레이스 기반의 3D 도면 유통 등 관련 비즈니스 기업이 시장을 선도하고 있음 23) - 벨기에의 머티리얼라이즈 24) 와 미국의 쉐이프웨이즈 25) 가 대표적인 기업임 3D 프린팅 시장규모 전망 2008년 3D 프린팅 기술 중 가장 대중화된 FDM 방식의 특허 만료, 그리고 2014년 2월 고급기술인 SLS 방식의 특허 만료 등에 따라 장기적으로는 3D 프린터가 가정 및 개인으로 확산될 것으로 예상됨 세계 3D 프린팅 및 관련 서비스 시장 26) 규모는 2021년 108억 달러에 이를 것으로 전망됨(<그림 2-13> 참조) - 3D 프린팅 제품 및 관련 서비스의 글로벌 시장의 규모는 2010년 13.2억 달러에 서 2013년 30.7억 달러로 연평균 32.5%나 증가했음 <그림 2-13> 세계 3D 프린팅 시장규모 전망 자료: Wohlers Report 2013. Changing the Business of Today, KMI 미래기술포럼 발표자료, 2013.12.). 23) 미래창조과학부, 3D프린팅산업 발전전략, 2014.4. 24) 제작 서비스, 제품생산 컨설팅, SW 개발 및 판매, 3D 프린팅 제품 판매 등 서비스 제공. 25) 대행 및 제작 서비스, 1.3만 개의 개인 디자이너샵 입점, 월 10만개 이상 상품 업로드. 26) 3D 프린팅으로 제작된 생산물의 가치, 3D 프린팅 관련 2차 서비스 시장, 3D 프린터 제조 시장을 포함함(http://biz.heraldcorp.com/view.php?ud=20140110000246)
30 2014년도 현안분석과제 보고서 기술혁신 대응 분야 Gartner는 보급형 3D 프린터(대당 10만 달러 미만)의 전세계 출하량이 2017년에 가면 108만 대에 이를 것으로 전망함(<그림 2-14> 참조) - 이 중 기업용 및 개인용 3D 프린터의 출하량은 각각 25.7만 대와 82.6만 대에 이를 것으로 전망함 <그림 2-14> 보급형 3D 프린터 세계 시장규모 전망 자료: Gartner 2013의 자료를 김종승, 3D Printing Concept & Trend, KMI 제5차 해운 물류협의회 발표자료, 2014.6.10.에서 재인용. 3D 프린터 소재시장 전망 27) Markets and Markets에 따르면 플라스틱류, 금속류 등 3D 프린터 소재시장은 2018 년에 4억 850만 달러 규모로 성장할 것으로 전망됨 - 현재는 합성수지가 상용화의 중심이 되고 있으며, 향후 금속소재가 또 하나의 상용화 중심이 될 전망임 28) 27) 3D 프린팅 웹사이트 자이지스트 http://xyzist.com/ 자료(2014.7.)를 토대로 KMI 재작성. 28) IRS 글로벌, 3D 프린팅(프린터, 소재) 시장, 기술 전망과 국내외 참여업체 사업전략, 2013.5.
3D 프린팅 기술혁신과 해운 항만물류분야 대응방향 31 - 또한 ABS 등 플라스틱 및 일부 금속류 중심의 소재에서 향후 복합소재, 바이오 등 소재가 개발될 것으로 전망됨 29) 플라스틱류 소재는 특히 ABS, PLA에서 수요가 높으며, 향후 5년간 3D 프린터의 기본적인 소재로 활용되면서 수요 성장세가 지속될 전망임(<표 2-15> 참조) - 수익 측면에서 플라스틱류 소재시장의 가치는 2012년 약 7,050만 달러에서 2018년에는 약 2억 960만 달러 규모로 성장이 예측됨 <표 2-15> 소재별 적용 분야 구 분 플라스틱류 금속류 도자류 기타 적용 분야 ABS, PLA, 나일론, 포토폴리머, 기타 등등의 개인 소비자층을 겨냥한 3D 프 린팅 원료 및 제조와 관련된 몇 가지 산업 강철, 금, 은, 티타늄, 알루미늄, 기타 등등의 자동차, 의료 및 치과, 우주항공 및 방위 등의 하이-엔드 산업 유리, 실리카, 석영 및 기타 등등의 홈-데코(가정 인테리어, 장식 등)를 위한 식 탁, 예술 조각품 등에 대한 산업 레이우드, 왁스, 종이 및 기타 저렴한 원료 관련 분야 금속류 소재는 프린팅 시 레이저 기술을 사용하기 때문에 비용 소요가 큰 기술 방 식으로 하이엔드 응용 산업에 제한적으로 사용될 것으로 예상되며, 도자류 및 기 타 저렴한 원료 등도 향후 높은 수요가 예상됨 2013년~2018년 아태지역은 북미지역보다 훨씬 높은 약 27.6%의 성장이 전망되며, 유럽은 해당 지역에서의 소비 증가로 인해 아태지역 다음으로 가장 빠르게 성장 (15.7%)하는 지역이 될 것으로 전망됨 - 2012년 세계 3D 프린팅 소재 매출의 68% 이상을 북미와 아태 지역이 차지하였 29) 산업통상자원부, 3D프린팅 산업육성 방향, Inside 3D Pringting Conference 발표자료, 2014. 6.13.
32 2014년도 현안분석과제 보고서 기술혁신 대응 분야 으며, 북미지역의 매출 규모가 가장 컸고 아태지역이 그 뒤를 이음 - 이 두 지역은 최대 규모의 3D 프린팅 소재 최종 소비 지역이며 첨단 3D 프린터 소재 개발과 함께 2018년까지 시장 지배를 위한 경쟁 심화가 예상됨 3D 프린팅 소재 시장은 점점 세분화되고 있으며, 기업들은 지리적 시장 범위 확대에 집중하고 있음 - 미국 3D Systems, Stratasys, 스웨덴 Arcam AB, 독일 ExOne 등의 기업이 생산 및 공급량의 약 75%를 차지할 것으로 전망됨 3D 프린팅 시장에 대한 평가 향후 3D 프린팅 기술의 발전 및 확산, 그리고 3D 프린팅 비용이 하락하면 제조업 및 일상생활에서 긍정적인 효과가 기대됨 30) (<그림 2-15> 참조) <그림 2-15> 3D 프린팅 관련 비용의 하락 추이 자료: 정보통신산업진흥원, 글로벌 3D프린팅 산업 및 정책 동향, IT R&D 정책동향, 2013.1., p.2. 30) 김준철, 3D 프린팅 산업과 기업의 대응전략, 딜로이트 컨설팅, 2014, p.5.
3D 프린팅 기술혁신과 해운 항만물류분야 대응방향 33 - 개인 맞춤형 제작, 1인 제조업 및 전문가 시장 확대, 다품종 소량 생산 제품영역 에서 효율성 확보가 가능해지며, 특히 정밀도와 복잡한 디자인이 요구되는 전문 분야에서 탁월한 효과가 예상됨 3D 프린팅 산업은 3D 프린터의 보급 확산으로 2025년 2,300억 5,500억 달러 규 모의 직접적 경제효과를 창출할 것으로 전망됨 31) (<표 2-16> 참조) - 3D 프린팅 기술로 인해 2025년경 3.2억 명의 글로벌 제조업 고용, 11조 달러의 글로벌 제조업 GDP 창출 등의 경제적 파급효과가 예상됨 32) 그러나 아직까지 3D 프린터 시장 자체는 협소한 실정임 - 2012년 글로벌 3D 프린터 시장 전체 매출은 22억 달러에 불과하며 이는 사양산 업으로 전락한 일반 프린터와 복합기 시장 매출이 2011년 1,300억 달러였던 점 에 비추어보더라도 너무 작은 규모임 33) <표 2-16> 3D 프린팅 기술의 경제적 파급효과 적용 분야 가정용 3D 프린터 소량 고부가 가치 산업용 경제적 파급효과 1천억~3천억 달러 1천억~2천억 달러 개 요 구매비용 절감과 고객화 관점에서 수요 증가 예상 인형 장난감, 악세사리, 보석, 신발, 도자기, 의류 등에서 활용될 것으로 기대 - 상기 제품군의 세계시장 규모는 2025년 4조 달러에 이를 전망 이며, 5 10% 정도는 3D 프린터를 통해 생산 가능 예상 3D 프린터 디자인 판매 비즈니스 출현과 함께 온라인에서 무료 로 유통되는 디자인도 많을 것으로 기대 2025년에도 전통 제조 기술은 3D 프린팅 기술에 비해 대량생산 시 압도적인 원가 우위 유지 예상 31) McKinsey Global Institute, Disruptive Technologies: Advances that will transform life, business, and the global economy, May. 2013. 32) 한국기계연구원, 글로벌 3D 프린터 산업 기술 동향 분석, 기계기술정책, No.71, 2013. 9., p.12. 33) 중앙일보, 수요 부족에 휘청, 시간이 보약이다, 2013.11.27.(검색일 2014.7.23.) http://article.joins.com/news/article/article.asp?total_id=13244598&ctg=1601)
34 2014년도 현안분석과제 보고서 기술혁신 대응 분야 적용 분야 부품 생산 3D 프린팅 기술로 생산한 금형 (Secondary Market) 경제적 파급효과 3백억~5백억 달러 개 요 3D 프린팅 기술은 복잡형상 소량 높은 고객화가 필요한 제품 생 산에 확산 적용 전망 - 의료, 항공기 엔진 등(2025년 시장 규모 7,700억 달러)의 30 50% 가량이 3D 프린팅 기술로 생산될 전망 - 재료비 절감, Tooling Handling 비용 절감을 통해 40 55% 의 원가 절감 기대 2025년에도 사출성형과 같은 전통 제조 기술이 3D 프린팅 기술 보다 우위에 있을 전망 짧은 Setup 시간, 공구 작동 오차 감소, 생산성 향상에 기여할 수 있는 부분에서 3D 프린팅 기술이 널리 활용될 전망 - 사출성형 시 금형의 Conformal Cooling Channel 등 (냉 각속도 개선, 사이클 타임 감소, 제품 품질 개선) 30 50% 플라스틱 제품이 3D 프린터 제조 금형으로 생산 전망 2천3백억~ 계 5천5백억 달러 자료: 한국기계연구원, 글로벌 3D 프린터 산업 기술 동향 분석, 기계기술정책, No.71, 2013.9., pp.11~12. 뿐만 아니라 낮은 생산성과 내구성, 제한적인 재료의 수 및 제작가능한 제작물 크기로 3D 프린팅 기술의 활용범위는 아직까지 협소함(<표 2-17> 참조) - 예컨대 전통적인 사출성형을 이용하면 몇 초만에 같은 모양의 플라스틱제품 수 백 개를 찍을 수 있지만 3D 프린팅은 한 개의 플라스틱 제품을 만드는 데 수분 에서 수십 분이 걸림 34) - 현재 다양한 합금과 세라믹 일부만이 3D 프린팅에 이용되고 있고 원소재 가격 이 kg당 1천~3천 달러에 달할 정도로 비쌈 35) - 또한 3D 프린터에 사용되는 금속파우더와 플라스틱은 외국에서 수입되고 있는 데 금속파우더가 1kg에 50만 원으로 가격이 높아 상용화되기까지는 오랜 시간 이 걸릴 것으로 예상됨 36) 34) 상동. 35) 코리아쉬핑가제트, 3D 프린터의 최신동향과 미래를 한눈에, 2014.6.11.(검색일 2014.7.23.). http://www.ksg.co.kr/news/news_view.jsp?bbsid=news&categorycode=search&bbscateg ory=ksg&schkey=all&schval=3d 프린터&pNum=95951&backUrl=news_search)
3D 프린팅 기술혁신과 해운 항만물류분야 대응방향 35 <표 2-17> 3D 프린팅 기술 적용의 한계 및 미래 발전방향 제약사항 현재 미래 예측 느린 조형속도 제한적 재료 선택 반나절~하루 소요 - 20cm 조형물 기준 3cm/hr 수준 플라스틱류 중심 1~2개 재료만 가능(ABS, 아크릴 등) 수분~한 시간 이내 소요 다양한 재료(스테인리스, 티타늄, 유연 한 섬유세라믹, Carbon Fiber, 유리, 구리 등) 여러 가지 색깔이 가능 최대 조형 사이즈 약 30cm3 박스 크기 미만 수십 m3 큐빅 사이즈 이상 가능 상품 디자인 복잡도 정밀도 3D CAD 전문가들 중심으로 디자인 주로 외형 디자인에 집중 제한된 내부 부품 개수 처리 가능 0.5mm~0.01mm 조형 해상도 초보자용 S/W 등장으로 쉽게 디자인 복잡한 외형 디자인과 수백, 수천 개 내부 부품 등 복잡한 디자인 처리 가능 반도체 집적레벨 나노 스케일 정밀도 가능 자료: 이보경 외, ICT와 3D 프린팅에 의한 제3차 산업혁명, ISSUE CRUNCH SPECIAL, 2012년 제3호. 그러나, 전반적인 산업의 발전추세에 비추어 보면 이러한 한계는 대부분 기술 진화 및 시간 경과에 따라 극복될 수 있는 문제로 보여지며, 본질적인 한계라고 판단하기 는 곤란함 37) 36) 상동. 37) 김준철, 3D 프린팅 산업과 기업의 대응전략, 딜로이트 컨설팅, 2014, p.5.
36 2014년도 현안분석과제 보고서 기술혁신 대응 분야 Ⅲ. 3D 프린팅 기술이 해운 항만물류에 미칠 영향 분석 1. 글로벌 공급사슬에 미치는 영향 글로벌 공급사슬 간소화 유연화 최근 수년간 3D 프린팅 기술은 급속히 발전하여 모형제작은 물론 특수제품의 제조에 도 사용되고 있음 - 향후 3D 프린팅 기술이 완제품의 대량 생산에 적용된다면 공급사슬관리에 상당 한 영향을 미칠 것으로 예상됨 3D 프린팅 기술 도입으로 제품의 기획과 디자인에서부터 생산 후 최종 소비까지의 전 과정이 단축되면서 기존 대량생산 체제 하에 형성되어 온 글로벌 공급사슬이 간 소화 유연화될 전망임(<그림 3-1> 참조) 3D 프린팅은 전통적인 생산방식보다 빠르고 유연하게 저비용으로 제품을 생산 공급할 수 있는 혁신적 대안이 되고 있음 - 기업은 한정된 수량을 고객의 요구에 맞게 훨씬 쉽고 보다 저렴하게 생산 및 정 시(right on time) 배송하는 방식을 모색할 것임 3D 프린팅 기술은 새로운 산업혁명을 촉발할 잠재력을 가지고 있어 기존의 제품 생산 및 배송방법을 획기적으로 변화시킬 것임 - 3D 프린팅 기술 도입으로 대량의 제품을 생산하는 기존의 공장 개념은 제품을
3D 프린팅 기술혁신과 해운 항만물류분야 대응방향 37 고객의 수요에 맞춰 소량으로 신속히 생산하는 샵들의 네트워크(networks of small, nimble production shops) 개념으로 대체될 것임 <그림 3-1> 3D 프린팅 기술 적용에 따른 글로벌 공급사슬 간소화 3D 프린터를 전략적으로 설치 운영할 경우 전세계 어느 곳에서나 단기간에 제품의 생산이 가능함에 따라 유연하고 민첩한 공급사슬이 요구됨 - 특히 3D 프린팅 기술은 예기치 않은 사태로 공급사슬이 붕괴될 경우 제조업체 로 하여금 즉시 대응할 수 있는 체제를 갖출 수 있게 해줌 글로벌 공급사슬의 로컬화 3D 프린팅 기술 체제 하에서 기업들은 규모의 경제를 통한 경쟁보다는 고객 또는 소 비자가 위치한 로컬 시장과 인접한 곳에서 제품을 생산할 것으로 예상됨
38 2014년도 현안분석과제 보고서 기술혁신 대응 분야 - 그동안 비용 최소화를 지향하는 대량생산 체제 하에서의 공급사슬은 규모의 경 제, 글로벌 조달, 복잡한 공급사슬 구조 등의 특징을 지니고 있었음 - 그러나 신 공급사슬은 범위의 경제에 따른 유연화와 단순화는 물론 로컬화라는 특징을 띨 것으로 보임 소비지 또는 소비자 인근 지역으로의 생산시설(3D 프린터 설비) 이전으로 공급사 슬의 로컬화가 촉진될 것으로 예상됨 - 소비자의 개인 프린터 또는 주변 상품판매대리점, 3D 프린터 소매점 등에서 3D 프린터로 직접 생산 공급하는 체제가 도입될 전망임 - 이에 따라 제조업체들은 기존의 공장기반 생산방식 하에 구축한 글로벌 배송전 략을 재고하게 될 것임 한편 제품의 수요량, 생산비, 가치 등을 고려, 생산시설의 자유로운 재배치가 가능해져 3D 프린팅 기반의 새로운 형태의 제조 및 배송허브(3D printing-based manufacturing and distribution hub)가 등장할 것으로 예상됨 글로벌 공급사슬의 디지털화 3D 프린팅 기술의 발달로 지구촌을 아울러 모든 생산정보가 적층가공 결절점(AM nodes)으로 집결 공유되는 새로운 제조 플랫폼(a new manufacturing platform)이 등장할 전망임 - 3D 프린팅은 컴퓨터로 디자인한 디지털 파일(a digital file of the computer-aided design)이 프린터로 전송되어 수 마이크론의 두께로 원재료를 지속적으로 적층 하여 제조하는 방식임 새로운 모델 또는 제품의 디자인이 컴퓨터로 이루어지고 온라인 상에서 유통될 것으로 예상됨 - 심지어 상품의 형태도 디지털 파일 형태로 온라인 상에서 유통될 전망임
3D 프린팅 기술혁신과 해운 항만물류분야 대응방향 39 웹 상에서 제품의 디자인과 주문이 이루어지고 온라인 디지털 디자인 도서관(디자인 전자도서관)도 범용화될 것으로 예상됨 - 이는 결과적으로 클라우딩 컴퓨팅 기반 3D 프린팅 상품 유통시장 활성화에도 기여할 것임 2. 글로벌 물류산업에 미치는 영향 38) 국제 해운 및 항공운송 등 원거리 운송 물동량은 감소하고 단 근거리 운송 증가 3D 프린팅 기술의 발전에 따른 소비지 또는 소비지 인근으로의 생산시설 이전으 로 국제 해운 및 항공운송 물동량은 감소하고 단거리 및 근거리 운송 물동량은 증가 할 것으로 예상됨 - 중국과 기타 아시아 국가에서 생산되던 제품의 일부가 북미나 유럽과 같은 소비 지 인근에서 생산 - 즉, 기존에 개도국(저임금, 원거리 운송)에서 이루어졌던 생산 또는 아웃소싱이 미국 유럽 등 소비지로의 이전(re-shoring) 또는 소비지 인근으로의 이전 (near-souring) 증가 권역간 생산품의 운송을 담당해 온 글로벌 물류기업의 물동량이 감소하게 되어 사업규모의 축소 내지 폐지가 불가피할 것으로 예상됨 - 이들 물류기업들은 근거리 물동량을 운송하는 소규모 운송기업 내지 사업의 변경 축소가 불가피할 전망 3D 프린터의 등장으로 글로벌 물동량이 품목별로 얼마나 증감할 것인지는 3D 프린팅 기술 수준, 프린터 개발 속도, 경제성에 좌우 38) JOHN MANNERS-BELL & KEN LYON, THE IMPLICATIONS OF 3D PRINTING FOR THE GLOBAL LOGISTICS INDUSTRY, Transport Intelligence Ltd., Aug. 2012, p.3.
40 2014년도 현안분석과제 보고서 기술혁신 대응 분야 재고의 디지털 구축으로 보관 및 창고 수요 감소 대량 맞춤형 주문생산(mass customisation) 39) 의 증가에 따른 재고 감소 및 그에 따른 창고 수요가 감소될 전망임 3D 프린팅 기술을 적용하면 주문 즉시 제품 생산 및 배송이 가능하여 재고 수준이 급격히 감소할 것으로 예상됨 부품 공급물류(service parts logistics) 감소 현재는 자동차로부터 X-레이 기계 부품에 이르기까지 수십억 달러의 부품을 공급하기 위해 재고를 보유해야 함 - 일부 경우 매우 짧은 시간 내에 부품을 공급하여 가능한 한 빨리 기계를 재가동 시키기 위해 상당량의 재고분을 공급사슬에 포함시켜 관리 중임 향후 부품기술자(엔지니어)는 온라인 도서관에서 부품 디자인을 다운로드 하여 3D 프린터로 제작 후 최단시간 내에 수리할 수 있을 것임 이에 따라 글로벌 및 국가 단위의 부품창고는 물론 사전 재고 보관지역(stock location)의 운영은 불필요해질 전망임 물류기업의 조달 공급사슬(upstream supply chains) 참여 기회 상실 제조공정의 단일시설(3D 프린터) 내 통합으로 조달물류단계가 축소되고 단순화될 것으 로 예상됨 부품 공급단계의 단축 내지 소멸로 필수 공급사슬만 존재하게 될 것임 39) 현재는 소량 주문생산에 불과하나 3D 프린팅 기술 발전 및 제조용량 증가시 대량 맞춤형 주문 생산 가능함.
3D 프린팅 기술혁신과 해운 항만물류분야 대응방향 41 판매물류(downstream logistics) 단축 생산자가 주문받는 즉시 생산하여 소비자 가정으로 배송함에 따라 현재의 생산자- 도매업자-소매업자라는 판매 공급사슬 관계의 변화는 불가피해 전망임 소매업자가 사라지거나 생산자의 숍 윈도우(shop window) 역할로 전환될 것으 로 예상됨 3D 프린터용 원재료의 공급물류 사업 기회 발생 3D 프린터의 보급 확대로 3D 프린팅 기반 제조 및 배송허브 또는 가정으로의 원재료 배송시장이 확대 내지 새로이 형성될 것으로 예상됨 이에 따라 3D 프린터용 원재료의 저장 및 이송 관련 새로운 물류사업 기회도 발생할 것으로 예상됨 3. 해운물류에 미치는 영향 개요 3D 프린팅 기술의 보급은 단기적으로 해운물류에 큰 영향을 미치지 않을 것이나, 중 장기적으로는 해운물류체계, 해상운송 대상품목과 해상물동량, 해운사업영역에 영향을 미칠 것으로 예상됨 - 당분간은 3D 프린터가 전체 제조산업을 대체하기보다는 전통적인 생산방식과 함께 부분적으로 활용되는 하이브리드(Hybrid) 형태가 될 가능성이 매우 높을 것으로 예상됨 40) 40) 한국해양수산개발원, 3D 프린터가 가져올 미래 물류산업의 변화, KMI 국제물류위클리, 245호, 2014.2.26.
42 2014년도 현안분석과제 보고서 기술혁신 대응 분야 해상운송 물량이 직접적인 영향을 받게 되는 시기는 3D 프린팅을 통한 생산원가가 기존 물류비를 포함한 생산원가보다 저렴하게 되는 순간이 될 것임 41) (<그림 3-2> 참조) 또한 상품을 즉시 구매하고자 하는 소비자들의 구매욕구가 높아질 때에 더욱 큰 영향을 받게 될 것임 42) <그림 3-2> 3D 프린팅 제조시대로 전환되는 스위트 스팟 43) 고 기 존 제 조 제 조 단 가 방 식 3D 프린팅 방식 3D 프린팅 방식 3D 프린팅 방식 저 소 Sweet Sopt for 3D Printing 생산물량 대 자료: 유석환, Role and Opportunity of 3D Printing in Neo-Global Era and Korea Economic Revolution, Inside 3D Pringting Conference 발표자료, Rokit Co. Ltd., 2014.6.13. 단기적 영향 해운물류체계에 대한 영향 - 현재 제조분야에서 3D 프린팅은 주로 시제품 제작, 개인 맞춤형 제품, 특수하고 41) 물류신문사, 물량 포식자 3D프린터 등장 예고에 위협받는 물류산업 2, 2013.12.18. 42) 상동. 43) 원래 스위트 스팟 이라는 용어는 스포츠 분야에서 나온 것인데, 테니스나 야구처럼 라켓이나 배트로 공을 맞힐 때 특별한 힘을 가하지 않고도 자기가 원하는 방향으로 가장 멀리 가장 빠르게 날아가게 만드는 부분, 즉 공을 맞히는 최적 지점을 의미함. 최적의 접점, 유효 접점 이라고 할 수 있음.
3D 프린팅 기술혁신과 해운 항만물류분야 대응방향 43 복잡한 구조를 가진 부품 등에만 활용되고 있는 실정으로, 3D 프린팅이 단기적 으로 해운물류체계에 미치는 영향은 미미할 것으로 예상됨 해상물동량에 대한 영향 - 단기적으로는 3D 프린팅 기술을 적용한 제품의 총원가가 기존의 대량생산방식 보다 높기 때문에 제조 및 공급사슬에 큰 영향이 없을 것으로 보이며, 따라서 전 체적인 해상물동량에도 큰 영향은 없을 것으로 예상됨 - 3D 프린터에 대한 수요가 증가하면서 그에 따른 3D 프린터 제품 물동량 및 원 재료 물동량이 소량 증가할 것으로 예상됨 사업영역에 대한 영향 - 단기적으로 해운물류체계와 해상물동량에 미치는 영향이 미미하기 때문에 사업 영역에 대한 영향도 크게 없을 것으로 예상됨 중장기적 영향 해운물류체계에 대한 영향 - 중장기적으로 3D 프린팅 기술이 더욱 발전하여 시제품 제작에서부터 부품 생산, 그리고 완제품 생산으로 이어진다면 해운물류체계에 미치는 영향은 획기적으로 커질 것으로 예상됨 - 3D 프린팅 기술의 발전에 따른 Tele-transportation 시대의 도래로 소비지 또는 소비지 인근에서 생산이 이루어지게 되면 해상운송과 같은 장거리 수송은 줄어들 수밖에 없음(<그림 3-3> 참조) - 항해일수가 긴 원거리 해상운송은 운송 중 재고관리 비용과 운임을 합한 비용, 그리고 납기 등의 조건에 영향을 받을 것임
44 2014년도 현안분석과제 보고서 기술혁신 대응 분야 <그림 3-3> 3D 프린팅 기술 확산에 따른 개별소비자 운송사슬 변화 자료: CSC(Computer Sciences Corporation), 3D PRINTING AND THE FUTURE OF MANUFACTURING, Fall 2012. 해상물동량에 대한 영향 - 대량생산체제 하에서 저임금의 중국 등 아시아 지역에서 생산된 소비재를 북미, 유럽 시장에 수출할 수 있도록 데일리 서비스로 대량의 화물을 운송하는 정기선 사들은 컨테이너 물동량 감소라는 부정적 영향을 받게 됨 - 특히 현행 글로벌 공급사슬체계에서 소요되는 장시간 운송시간, 장거리 운송에 따른 물류비 문제가 3D 프린팅 기술의 발전으로 극복이 된다면 글로벌 무역량 의 감소로 해상물동량도 줄어들 것으로 예상됨 44) - 기존 컨테이너화물 중 물량 감소가 예상되는 품목으로는 소비지 또는 소비지 인 근에서 생산이 증가하게 될 품목이 될 것이며, 중기적으로 중간재, 장기적으로 완제품이 될 것으로 예상됨(<표 3-1> 참조) - 한편 생산국에서 소비국으로 이동하는 3D 프린터의 수요가 증가하고 3D 프린 팅 기술의 확산에 따른 글로벌 해상물동량의 감소는 3D 프린터용 원재료 공급 물동량의 증가로 이어질 것으로 예상됨 45) (<그림 3-4> 참조) 44) 물류신문사, 물량 포식자 3D프린터 등장 예고에 위협받는 물류산업 1, 2013.11.13. 45) 물류신문사, 물량 포식자 3D프린터 등장 예고에 위협받는 물류산업 3, 2014.2.14.
3D 프린팅 기술혁신과 해운 항만물류분야 대응방향 45 <표 3-1> 3D 프린팅 기술 확산에 따른 해상물동량 변화 품목 해상 물동량 감소 품목 소비재, 전자제품, 완구, 신발, 식품 등 분 야의 완제품 자동차 선박 항공 등 부품, 일반기계부품 을 포함한 중간재 해상 물동량 증가 품목 3D 프린터 [미, 독, 일 등 주요 생산국에서 소비지로 이동, 17년 연간 출하규모 약 108만대(Gartner)] 3D 프린터 원재료 (합성수지, 금속, 바이오, 복합소재 등) <그림 3-4> 3D 프린팅 기술 적용 가능 품목 <3D 프린팅 원재료> 플라스틱류: ABS, PLA, 나일론, 포토폴리머 등 금속소재: 강철, 금, 은, 티타늄, 알루미늄 등 도자류: 유리, 실리카, 석영 등 기타소재: 목재, 아크릴, 원재료의 다양화 재료 가격의 인하 제조원가 저감 대량생산체제 구축 적용 제품 확대 대량생산 가능성 제고 <3D 프린팅 제조품> 소비재/가전: 완구, 소비자 가전, 신발, 의류, 생활소품 등 의료/치과: 인공관절 치아 뼈 혈관 등 자동차/운송기기: 헤드램프, 대시 보드 등 부품 항공우주: 부품 건축: 건축자재 조선: 선박수리 부품 산업기계: 금형제조, 기계부품 사업영역에 대한 영향 - 중장기적으로는 3D 프린팅 기술의 확산으로 컨테이너 물동량이 감소하고 소비지 인근에서의 생산 증가로 단거리 운송이 증가할 것으로 전망됨 - 이에 따라 해운기업들은 제조업체들의 글로벌 배송전략 변화, 3D 프린터 샵들의 글로벌 네트워크 구축 추이 등을 예의주시하여,
46 2014년도 현안분석과제 보고서 기술혁신 대응 분야 - 내륙/항만에 입지하게 될 3D 프린팅 기반 제조 및 배송허브에 대한 글로벌 해운 물류서비스(국가간 프린터 및 원재료의 해상운송서비스) 역량을 강화할 필요가 있음 심지어 기존의 사업영역을 확장하여 국제 또는 국내간 소량화물(LCL cargo) 서비스 역량 강화도 필요 - 한편 장기적으로 3D 프린팅 제조설비를 갖춘 선박(3D Printer manufacturing ships)이 등장하여 목적지로 항해하는 동안 제품을 생산하는 사업모델도 등장 할 것으로 예상됨 4. 항만물류에 미치는 영향 46) 개요 3D 프린터의 보급이 확대되고 있지만 아직 그 범위가 산 학 연 전방위로 확산된 것은 아니기 때문에 단기적으로는 항만물류에 큰 영향을 미치지 않을 것으로 전망됨 중장기적으로는 3D 프린팅 활성화가 해운물류에 영향을 미치면서 그 파급효과로 항만물류체계, 항만물동량, 항만물류 사업영역에 영향을 미칠 것으로 예상됨 단기적 영향 항만물류체계에 대한 영향 - 생산의 필수불가결한 3요소는 토지, 노동, 자본이 있으며, 토지는 토지 자체 외 에 광석이나 석유와 같은 자연자원이 포함된 개념임 - 기존에는 노동력이 싼 지역에서 원재료를 조달하여 제품을 생산한 후 항만을 거 46) Industry Week, The Impact of 3-D Printing on Supply Chains, 2013.7. ; 트랜스 인텔리전스 & 버추얼 파트너사, 3D 프린터가 물류산업에 미치는 영향, 2012.8. 자료를 KMI 작성.
3D 프린팅 기술혁신과 해운 항만물류분야 대응방향 47 쳐 수요지까지 운송하는 조달 생산 물류 의 3원화된 프로세스가 일반적임 - 단기적으로는 3D 프린팅 기술의 활용도가 미흡하기 때문에 배후단지에 값싼 노 동력을 다수 확보하고 있는 항만이 물동량 창출에 용이하여 대외 교역 항만으로 서의 지위를 유지해 나갈 것임 항만물동량에 대한 영향 - 항만물동량이란 항만 내에서 항만시설을 통해 처리되는 화물(수출입화물, 환적 화물 등)을 의미함 - 해상물동량은 해상운송되는 화물량을 의미하며, 이는 해상을 경유하여 운송되 는 물량의 총계를 의미하므로 항만에서 하역작업을 거치는 항만물동량의 개념 과는 다른 것임 - 해상물동량의 변동은 항만물동량의 변동에 영향을 주는바, 해상물동량의 증감 에 따라 항만물동량 또한 영향을 받을 것임 * 해상물동량(1차 파생수요)은 경제활동과 국제무역에 의해 파생되며, 잠재적 항만물동량(2차 파생수요)은 해상물동량에 의해 결정되므로, 해상물동량과 항만물동량은 상당히 높은 정(+)의 상관관계 형성 <그림 3-5> 우리나라 해상물동량과 항만물동량의 상관관계
48 2014년도 현안분석과제 보고서 기술혁신 대응 분야 - 단기적으로는 3D 프린터로 생산되어 국제적으로 유통되는 제품의 종류와 물량이 많지 않아 해상물동량이 크게 변동하지 않을 것으로 예측되어 항만물동량에 미치는 영향도 크지 않을 것으로 전망됨 사업영역에 대한 영향 - 3D 프린팅 기술은 제조업과 물류사업에 큰 영향을 미칠 것이며 이는 다시 항만 산업 관련 비즈니스 모델에도 영향을 미칠 것으로 예상됨 - 단기적으로 3D 프린팅 기술의 영향으로 기존의 항만 비즈니스가 큰 폭의 변화를 겪지 않겠지만, 중장기적으로는 3D 프린팅 기술을 활용한 신 사업 아이템 개발이 지속적으로 확대될 것임 중장기적 영향 항만물류체계에 대한 영향 - 3D 프린팅 기술의 발달로 주요 간선항로 상에 위치한 글로벌 항만의 역할과 위상이 변화될 가능성이 높음 - 역사적으로 주요 간선항로 상에 위치한 항만의 위상은 국제 경제 및 교역 패턴의 변화(생산지와 소비지의 변화 등), 선박의 대형화 운하의 개통 및 폐쇄 항해술 의 발달 등의 다양한 요인에 따라 상시 변동해 왔음 - 3D 프린터의 활성화로 원재료를 보유하고 있는 경우 즉각적인 생산이 가능해짐에 따라 향후에는 항만 인접 지역에 풍부한 원재료를 보유하고 있는 항만이 글로벌 항만으로 부상할 가능성이 높음 - 즉 원재료가 풍부한 지역에서 3D 프린터로 생산하여 생산지에서 바로 소비하거나 다른 3국으로 수출하는 생산 소비 또는 수출 의 프로세스가 확산될 것으로 전망됨(<그림 3-6> 참조)
3D 프린팅 기술혁신과 해운 항만물류분야 대응방향 49 <그림 3-6> 3D 프린팅 기술 확산에 따른 항만물류체계 변화 자료: Industry Week, The Impact of 3-D Printing on Supply Chains, 2013.7.15. 항만물동량에 대한 영향 - 중장기적으로는 3D 프린터와 원재료의 공급사슬 편입 여부에 따라 기존 항만들의 물동량이 크게 변동될 가능성이 있음 - 원재료(합성수지, 금속, 목재 등) 생산공장을 배후단지에 보유하고 있거나 광산과 인접해 있는 항만들이 3D 프린팅 제조 및 배송허브로 부상하고 이들 항만의 물동량이 증가할 것으로 예상됨 사업영역에 대한 영향 - 3D 프린팅 기술 활용이 본격화될 경우 3D 프린팅 기술을 항만 및 배후단지와 연계하여 새로운 비즈니스 모델을 창출하려는 시도가 증가할 것으로 전망됨 - 일례로 배후단지 3D 프린팅 제조 및 배송기지 구축, 3D 프린팅 완제품 중간재 원재료의 생산 보관 클러스터 구축, 3D 프린팅 기술을 활용한 선용품 제조 공
50 2014년도 현안분석과제 보고서 기술혁신 대응 분야 급 등이 새로운 항만 비즈니스로 대두될 것으로 예상됨 - 한편 항만관련 연구개발(R&D) 비즈니스에서도 3D 프린팅 기술의 활용이 가능 한 바, 3D 프린터로 제작한 하역장비 축소모형을 활용하는 경우 연구개발비의 절감이 가능할 것임 - 또한 터미널 전체 축소모형을 제작 활용할 경우 터미널 내 정체지점을 정확히 찾아내 운영효율성을 제고할 수 있을 것임
3D 프린팅 기술혁신과 해운 항만물류분야 대응방향 51 Ⅳ. 해운 항만물류분야 대응방향 1. 부문별 영향과 전망 종합 3D 프린팅 기술은 일반 경제 사회는 물론 글로벌 경제활동과 무역, 공급사슬 전반을 변화시켜 궁극적으로는 해운물류 및 항만물류산업에도 영향을 미칠 것 으로 예상됨(<그림 4-1> 참조) <그림 4-1> 3D 프린팅 기술 확산에 따른 해운 항만물류 영향도 경제 사회 문화 기술 발전 경제 및 무역정책 세계경제 무역의 구조변화 점진적 기술발전 (IT 교통 통신, 글로벌화) 전통적 제조방식 (Mass Production) 점진적 개선/ 현행 유지 현행 국제물류체계 경제활동 국제무역 글로벌 공급사슬 (GSC) (1차 파생수요) 혁신적 변화/ 신규 창출 혁신기술 (제조업의 디지털화/프로세스 혁신) 3D 프린팅 제조방식 (Mass Customization) 신 국제물류체계 형성 (GSC의 간소화 유연화/로컬화/디지털화) 수요구조의 점진적 변화 수급불균형 지속 전통적 시장점유 경쟁 물류사슬 총비용 시장지배력 교섭력(이용계약) 항만/터미널 경쟁적 지위(경쟁력) 현행 사업 모델 해운수요 (해상물동량) 항만수요 (항만물동량) 해운수요에 대한 의존도 변화 긍정적 영향/부정적 영향 (물류체계/물동량/사업영역 등) 수요구조의 급격한 변화 서비스공급패턴 변화 (2차 파생수요) 신사업모델 전통수요 + 신규 수요 개발 창출 경쟁 공급 물류사슬 통합 로컬 3D 프린팅 업체와의 전략적 제휴 항만/배후단지 기능 재정립
52 2014년도 현안분석과제 보고서 기술혁신 대응 분야 3D 프린팅 기술이 당장은 해운물류분야에 큰 영향은 미치지 않을 것이나 중장기 적으로 기술적 한계를 뛰어 넘어 다양한 품목의 대량생산에 활용된다면 해운 수요 감소로 이어져 해운물류체계를 변화시킬 수 있음(<그림 4-2> 참조) 현 단계에서는 시제품까지 일부 적용되고 있거나 개인 맞춤형 제품에 활용되고 있어 해운 항만물류체계에는 큰 영향이 없을 것으로 예상됨 중기적으로 부품 분야까지 확장되면 부품 분야 해상 물동량이 감소될 것으로 예상되 며, 장기적으로 최종 제품의 생산에 활용된다면 소비지 생산체제가 구축되면서 장거리 해상운송 수요가 크게 줄어들 것으로 예상됨 항만물류분야는 해상 물동량의 증감에 따라 2차적으로 영향을 받을 것으로 예상됨 <그림 4-2> 3D 프린팅 기술 확산에 따른 단계별 물류사슬 변화
3D 프린팅 기술혁신과 해운 항만물류분야 대응방향 53 2. 기본방향 및 추진전략 3D 프린팅 기술은 해운 항만물류 시장의 근본 틀(market fundamentals)을 바꿀 수 있는 잠재력을 가지고 있는바, 향후 그 기술 동향을 철저히 모니터링해 대응책 을 마련해야 할 것임 해운항만 물류기업들은 물류체계 물동량 사업영역의 변화에 대응하여 ⅰ) 사업 구조 전환, ⅱ) 신시장/신사업 진출, ⅲ) 신규 비즈니스 모델 발굴, 그리고 ⅳ) 3D 기술 환경에 적응할 수 있는 전문인력 양성과 R&D 사업 추진 등의 대응방안을 모색할 필요가 있음 <그림 4-3> 3D 프린팅 기술 확산에 따른 해운 항만물류분야 대응방향 대응과제 기본방향 추 진 전 략 추진주체 해운물류시장 사업구조 전환 서비스 매니지먼트 기업으로의 전환 제조(manufacturing) 겸업형 3PL 기업으 로의 전환 4PL로 발전 물류체계 변화 신시장/ 신사업 진출 3D 프린팅 원재료 운송분야 진출 해운 항만 내륙운송 택배 연계 신사업분야 진출 3D 프린팅 디자인 판매 틈새시장 개척 해운 항만 물류기업 물동량 변화 사업영역 변화 신규 Biz Model 발굴 3D 프린팅 One-stop 제조 허브 구축 3D 프린터 원재료 보관 공급 클러스터 구 축 운영 3D 프린팅 연계 선용품 선박기자재 물류 센터 구축 운영 정부(PA) 학 연 항만물류시장 전문인력 양성, R&D 사업 추진 등 3D 프린팅 관련 해운 항만물류(해양수산) 전문가 육성 3D 프린팅 활용 해운 항만물류 R&D 사업 추진 3D 프린팅 디자인 디지털 전자도서관 구축
54 2014년도 현안분석과제 보고서 기술혁신 대응 분야 3. 업계의 대응방향 해운 항만 물류사업 재구조화 3D 프린팅 기술 발전에 따른 물류체계 변화에 대응하기 위해 해운 항만 물류기업은 4PL 47) 과 유사한 형태의 물류기업 또는 서비스 매니지먼트 기업으로의 전환 등 사업 영역 재구조화 문제에 직면하게 될 것임 - 국제물류 관련 소프트웨어 개발, 배송 서비스, 파트너관계 관리, 계약 및 브랜드 파워 관리 등 기존에 존재하지 않았던 새로운 사업영역으로 확대 진출이 가능함 - 소비자와 연계되는 정밀한 웹 사이트 구축을 통해 다품종 소량 주문 시에도 소비자가 원하는 제품을 즉각적으로 생산 배송 가능한 4PL Web System 구현이 필요함 - 수요계획, 제조, 배송, 시장 모니터링, 부품 관리 반송 및 회수 물류, 재활용 서 비스를 포함하는 통합 솔루션을 설계 제공하고, 본질적으로 제품의 수명주기를 관리하는 서비스 제공자로의 변신도 필요할 것임 - 이에 따라 주요 물류기업들은 선제적으로 다양한 대응방안을 추진 중에 있음 글로벌 물류기업 UPS는 2013년 7월부터 배송 거점 및 사무 서비스를 제공하고 있는 UPS Store 6곳에서 3D 프린팅 서비스를 개시했음(<표 4-1> 참조) - 2014년 9월 현재 3D 프린팅 서비스를 제공하는 UPS 매장은 45곳이며, 조만간 거의 100곳의 미국 내 UPS 매장에 스트라타시스의 uprint SE Plus 3D 프린터를 갖추게 됨 - UPS는 향후에도 이 서비스를 발판으로 3D 프린터에 기반한 신규 서비스를 개발할 예정임 47) 3자 물류(3PL)보다 발전한 개념으로, 물류기업이 화주기업에 IT와 컨설팅 등 다양한 분야를 통 합한 솔루션을 제공하는 물류기업을 지칭함.
3D 프린팅 기술혁신과 해운 항만물류분야 대응방향 55 프랑스 메일 서비스 회사 La Poste는 2013년 최신 3D 프린터의 인쇄 서비스 사업을 3 개 점포에서 시험적으로 시작했음 - 사용자는 제공되는 카탈로그에서 3D로 프린트할 항목을 선택해 프린트할 수 있 으며, 원하는 부분만 지정해 프린트할 수도 있음 영국 TOR Logistics사는 3D 프린팅 산업과 관련한 보관, 제품 운송, 유통, 기술지 원 등 전문 물류서비스를 제공 중임 <표 4-1> 주요 기업의 3D 프린팅 기술 활용사례 국적 기업 주요 활용사례 미국 UPS 3D 프린팅 서비스 제공 프랑스 La Poste 인쇄 서비스 제공 영국 TOR Logistics 3D 프린터 부품, 대체 프린터, 3D 프린팅 제품 관련 물류서비스 미국 보잉 항공부품 제조 미국 GE 기계 부품 제조(계획 중) 덴마크 머스크라인 선박 수리부품 제조 3D 프린터 및 원재료 운송분야 진출 3D 프린팅 기술의 확산에 따라 반제품 또는 완제품 대상 컨테이너 해상물동량은 감소 할 것으로 우려되나 3D 프린터용 원재료 공급 물동량은 증가할 것으로 예상됨 - 내륙/항만에 입지하게 될 3D 프린팅 기반 제조 및 배송 허브에 대한 3D 프린터 및 원재료의 해상운송서비스 역량을 강화할 필요가 있음 - 항만의 경우에도 3D 프린터 및 원재료의 공급사슬 편입 여부에 따라 처리 물동량 또한 변동 가능성이 있음 - 원재료(합성수지, 금속, 목재 등) 생산공장을 배후단지에 유치하거나 원재료의 양하항 역할을 강화하여 항만운송 물동량을 증대시킬 필요가 있음
56 2014년도 현안분석과제 보고서 기술혁신 대응 분야 해운 항만 내륙운송 택배 연계 신사업분야 진출 3D 프린팅 활성화는 완제품보다 원재료 중심의 물동량 창출 가능성을 높이고 이는 기존 대량운송에서 다품종 소량운송으로의 변화를 가져와 해운 항만 내륙운송 택 배를 연계한 소량화물 집화체제 구축이 필요할 것임 - 해운기업은 대량운송으로 수익을 확보했던 기존 집화체제에서 탈피하여 3D 프 린팅 시대에 필요한 소량화물 집화체제를 구축하여 해상물동량 감소에 적극적 으로 대응할 필요가 있음 - 직접 투자 또는 해당 네트워크를 확보하고 있는 기업과의 전략적 제휴를 통해 소량화물 집화체제 구축이 가능할 것임 - 항공산업, 전기 전자산업 등 다양한 분야의 글로벌 기업들은 향후 3D 프린팅 활용을 지속적으로 늘려가면서 해운기업과의 협력을 통한 소량운송 확대를 검토 중에 있음 - 따라서 해운 항만 물류기업들은 이들 글로벌 기업 또는 3D 프린팅 제조업체와 의 전략적 제휴 등을 통해 3D 프린팅 관련 글로벌 공급사슬 구축사업에 참여할 필요가 있음 1997년부터 첨삭가공 관련 R&D를 진행해 온 미국 항공사 보잉은 현재 300여개의 항공부품을 3D 프린터로 생산하고 있음 48) - 보잉사는 최근 10년간 3D 프린팅 관련 총 40여개의 특허를 출연했음 - 향후 보잉사는 부품 필요시 3D 프린팅으로 이를 주문 제작할 계획을 가지고 있 으며, 제조된 부품은 해상운송을 통해 소량 출고시킬 예정임 글로벌 엔진 메이커 GE는 주로 엔진관련 3D 프린팅 기술 특허를 확보 49) 하고 있 으며 향후 물류 기계부품 제조에 3D 프린팅을 적극 활용할 계획임 48) etnews, 3D 프린터 기회인가? 제조업 활용사례, 2014.7. 49) 상동.
3D 프린팅 기술혁신과 해운 항만물류분야 대응방향 57-2014년에는 미국 오하이오 신시내티에 위치한 3D 프린팅 기업 2곳을 인수했음 - 부품 조달 시 기존의 대량운송체제를 탈피하고, 3D 프린팅 기술로 제작된 부품 을 해운기업과의 협력을 통해 소량 조달받는 프로세스를 도입할 계획임 3D 프린팅 디자인 판매 틈새시장 개척 3D 프린터 자체나 주변기기 또는 3D 프린터 원재료 시장의 경우 어느 정도 오프라 인 온라인상에서 판매자와 수요자가 형성되어 있으나, 3D 프린팅 디자인 관련 온 라인 사이트는 크게 활성화되어 있지 않음 2013년 구글의 연매출은 약 65조원, 글로벌 소셜 네트워크 페이스북은 연매출 약 8조원 등으로 온라인 시장수요는 매우 큼 개인용 3D 프린팅 디자인 파일 등을 공유하는 온라인 P2P Space 틈새시장을 개척 진출할 필요가 있음 - 3D 프린팅 디자인의 다양화를 통해 고객 요청을 적기에 수용할 수 있는 역량개 발도 필요할 것임 3D 프린터 원재료 보관 공급 클러스터 구축 운영 3D 프린터 원재료는 폴리머, 플라스틱, ABS(Acrylonitrile Butadiene Styrene), PLA(Polylactic acid) 등의 합성수지, 티타늄, 스테인리스스틸, 목재 등으로 다양함 - 이외에도 원재료가 여러 소재로 점차 확대되고 있기 때문에 배후단지 내에 원재료를 공급하는 해운 항만 물류기업들의 집적(collecting)과 네트워킹(Networking)을 확 대하여 클러스터를 구축할 필요 있음 - 클러스터를 통한 집적과 네트워킹 확산 시, 기업들간 네트워킹에 의해 나타나는 협력과 경쟁, 원가절감 효과, R&D 협력 등의 시너지 효과 발현이 가능함 - 한편 3D 프린터에 소요되는 원재료의 품질과 화학적 물리적 특성 변화를 방지 할 수 있는 보관능력을 필수적으로 보유해야 하며, 경우에 따라서는 적정온도를
58 2014년도 현안분석과제 보고서 기술혁신 대응 분야 유지하여 바이오소재도 보관할 수 있는 시설과 GDP(good distribution practice) 규격도 충족해야 할 것임 3D 프린팅 연계 선용품 선박기자재 물류센터 구축 운영 선박 수리용 예비부분품 또는 부속품 등을 인터넷 등으로 미리 주문을 해 놓으면 선박이 해당 항만에 접 이안 할 시점에 맞추어 3D 프린터를 통해 해당 선용품 또 는 선박 부품을 제작 제공하는 서비스가 가능할 것임 - 이는 복잡한 부품의 수급절차를 단축할 수 있고, 단 한 척의 최소 주문 수요 충족도 가능하기 때문임 - 또한 항만배후단지 물류센터에서 이용자가 요청하는 세부 요구사항을 개별 디 자인된 3D 프린팅 도면으로 쉽게 매칭시킬 수 있어 고객만족도 제고할 수 있을 것임 이를 위해 물류센터 또는 선용품 공급센터 내에 3D 프린터 설치 및 관련부품의 디지털 디자인 파일 확보 필요 - 이미 덴마크 선사 머스크라인은 자사 컨테이너선에 3D 프린터를 설치해 선박의 수리부품을 제작하는 용도로 활용 중에 있음 50) - 한편 항만배후단지 내에 항만시설물(부이 등 안전시설물)이나 어구제작 등을 위한 3D 프린팅 연계 물류센터 건립 운영도 고려해 볼 필요가 있음 4. 정부의 대응방향 항만과 배후단지에 3D 프린팅 One-stop 제조 허브 구축 3D 프린터 원재료 보관 제조(혼합, 분쇄 등) 공급, 3D 프린터 설치 및 프린팅 서 50) 해운항만물류 포럼 인터넷 자료, 2014.7.
3D 프린팅 기술혁신과 해운 항만물류분야 대응방향 59 비스 제공 제품 생산, 배송, 전시(shop window) 판매가 일괄적으로 이루어지는 3D 프린팅 One-stop 제조 허브 구축사업을 정부(PA) 주관하에 추진하는 방안을 적극 검토할 필요가 있음 - 대소비지이면서 원재료 조달(수입항)의 최적지라 판단되는 부산, 인천, 울산, 포항 등을 대상으로 추진하되, 우선 시범 지역/항만을 선정하여 추진하는 것이 바람 직할 것임 - 시범지역에서는 3D 프린터를 활용하여 주문 생산과 배송서비스를 동시에 제공하여 상류와 물류사업을 겸업할 수 있는 포괄적 물류센터 건립도 고려할 필요가 있음 - 특히 항만배후단지에 3D 프린터 소재 사용빈도가 높은 원재료의 보관 공급 클 러스터를 구축하거나 또는 3D 프린팅 제조 관련 글로벌 기업들의 공장을 유치 하여 해당 항만의 물동량을 증대시켜야 할 것임 항만과 배후단지를 해운 항만 물류기업을 위한 3D 프린팅 기술 관련 테스트 베드로 활용하는 방안을 강구해야 함 - UPS가 3D 프린팅 스토어를 통해 3D 프린팅 관련 신규 서비스 발굴을 모색하는 것처럼 우리나라에서도 항만과 배후단지의 3D 프린팅 One-stop 제조 허브를 통해 신규 서비스를 발굴하고 테스트할 수 있는 여건을 조성해야 함 3D 프린팅 기술 확산 및 물류체계에 미치는 영향 모니터링 실시 3D 프린팅 기술 발전 트렌드, 글로벌 3D 프린팅 선진국들의 정책 동향은 물론 3D 프 린팅 기술 확산이 글로벌 물류체계에 미치는 영향을 주기적으로 모니터링할 수 있는 시스템을 구축해야 할 것임 - 물류체계 변화에 대한 지속적인 모니터링을 통해 그 영향을 파악하고 적기 대응 할 수 있는 체계를 구축해야 할 것임 해운 항만 물류분야에서의 3D 프린팅 기술 적용사례를 지속적으로 모니터링하여 우 리 기업들에게 동향정보를 상시적으로 제공함으로써 3D 프린팅 기술 활용능력을 제 고해야 할 것임
60 2014년도 현안분석과제 보고서 기술혁신 대응 분야 한편 3D 프린팅 기술 확산에 따른 물동량 변화를 계측하기 위한 3D 프린팅 관련 해 운 항만 물동량 예측센터 를 구축 운영하는 방안을 검토할 필요가 있음 - 3D 프린팅 기술 활용 증가로 영향을 받는 품목과 이들 품목의 글로벌 공급사슬 변화로 인해 변동하는 물동량을 계측하고, 관련 정보를 정기적으로 분석해야 할 것임 - 특히 물동량 예측센터는 해운항만 관련 산 학 연 정 전문가로 구성하고 상시 정 보공유 및 협의할 수 있는 체제를 구축하여 적기 대응이 이루어지도록 해야 함 3D 프린팅 관련 전문인력 양성 R&D 사업 추진 등 3D 프린팅 기술을 활용할 수 있는 전문가 양성 교육 훈련시스템을 마련해야 함 - 3D 프린팅 전문 교육 프로그램을 마련하여 3D 프린팅 기술 동향 및 활용 관련 최신 정보를 적시에 파악하고 3D 프린팅 기술 확산이 물류체계에 미치는 영향 과 이에 대한 대응책을 모색할 수 있는 전문가 양성시스템을 구축해야 함 - 관련 자격증 제도의 실시, 자격증 관련 교육훈련 프로그램 개발 및 교육시설 등 의 확충도 필요함 - 기존 3PL을 위한 물류전문가가 양성되었다면, 3D 프린팅 제조 겸업형 4PL 시대 에 부응하여 3D 프린팅 전문가 육성을 위한 정부 차원의 교육훈련 프로그램 개 발이 긴요함 3D 프린팅 기술 활용을 위한 해운 항만물류 R&D 사업을 추진해야 함 - 덴마크 선사 머스크와 같이 국적선사의 선박 내에 3D 프린터를 설치하여 선박 의 수리용 부품을 제작 활용하는 시범사업을 추진할 필요가 있음 선박 내에서 3D 프린팅 기술 사용 환경에의 적응력 및 선사의 이미지 제고를 위한 감성 마케팅 수단으로 활용 가능 - 출항지에서 목적항으로의 항해 도중 선박에 설치된 3D 프린터를 활용해 제품을 생산한 후 목적항에서 판매 배송하는 사업모델의 가능성도 검토할 필요가 있음 - 한편 3D 프린터로 터미널 전체 또는 하역장비 및 트레일러 등의 축소모형 등을
3D 프린팅 기술혁신과 해운 항만물류분야 대응방향 61 제작 활용하여 항만/터미널의 운영 효율성을 제고하기 위한 시뮬레이션 연구 개발 사업도 추진해야 할 것임 - 해운 항만물류 R&D 사업을 통해 3D 프린팅 기술을 활용한 우수사례, 새로운 비즈니스 모델 등을 보다 깊이 있게 조사 분석하여 우리 물류기업들이 활용할 수 있도록 전파해야 할 것임 3D 프린팅 디자인 디지털 전자도서관 구축사업을 추진해야 함 - 전자도서관 구축사업을 3D 프린팅 디자인 판매 틈새시장 개척, 3D 프린팅 One-stop 제조 허브 구축, 3D 프린터 원재료 보관 공급 클러스터 구축 운영, 3D 프린팅 연계 선용품 선박기자재 물류센터 구축 운영 등과 연계하여 추진할 경우 시너지 효과가 크게 나타날 것으로 기대됨 - 국가적으로 선용품 선박기자재(해양수산 기자재) 관련 3D 프린팅 디자인 센터 를 만들어 국제표준화를 주도하고 판권(Copyright)을 선점할 경우 우리나라의 소프트 경쟁력 제고에 기여할 것으로 기대됨 3D 프린팅 디자인 교육훈련과정을 정규교육과정(해사고등학교와 해양대학 교) 또는 3D 프린팅 관련 전문인력 양성 교육과정에 개설하는 방안 검토 정부(PA)의 재정 금융 세제 지원 등 다각적인 인센티브 제공을 통해 범국가적으 로 3D 프린팅 기술 활용 여건을 조성하고 공감대를 형성할 필요가 있음 - 3D 프린팅 활용 기업의 법인세 요율 감면, 금융권 투자자금 차입 시 저리의 이 자율 제공, 항만배후단지 입주 시 임대료 감면 등의 인센티브 제공방안을 적극 검토해야 함 - 특히 정부(PA)는 3D 프린팅 기술을 활용한 실효적인 해운 항만 물류산업 발전 전략을 마련하고 구체적인 실행계획(action plan)을 수립 시행해야 할 것임
62 2014년도 현안분석과제 보고서 기술혁신 대응 분야 Ⅴ. 결 론 1. 결론 기술은 과거-현재-미래 세대를 이어주는 가교 역할을 함 인류역사가 시작된 이래 기술은 끊임없이 발전해 왔으며, 현재와 미래에도 이같 은 역사적 실체적 사실은 변함이 없을 것임 그러나 기술 자체만 발전해 나가는 것은 큰 의미가 없으며, 진보하는 기술과 혁신적 파괴적 아이디어를 결합하여 성공적인 비즈니스를 도출해 낼 수 있으면 그것이 바로 혁신기술이 됨 3D 프린팅은 인류의 모든 영역에 걸쳐 상당한 파괴력과 변혁을 가져올 혁신기술로 평가받고 있음 3D 프린팅에 의해 제조업의 디지털화(디자인 물류유통 생산의 디지털화)가 가속화 되면서 과거와 전혀 다른 생산, 물류 유통, 소비 방식이 등장할 전망임 - 다만 당분간은 3D 프린팅 기술이 미래 사회에 어떤 영향을 미칠지에 대한 찬반 양론 속에 3D 프린터가 전체 제조방식을 대체하기보다는, 전통적인 생산방식과 함께 부분적으로 활용되는 혼합(Hybrid)형태로 활용될 가능성이 높음 그러나 3D 프린팅은 이미 다양한 제조업 분야에 혁신적인 변화를 가져오고 있는 바, 향후 세계 경제사회 전반에 걸쳐 엄청난 변화를 몰고 오면서 글로벌 경제와 무 역, 생산과 소비, 물류 유통체계의 판도를 바꾸는 게임 체인저(Game Changer) 가 될 것임
3D 프린팅 기술혁신과 해운 항만물류분야 대응방향 63 이에 따라 지금 세계 각국 정부에서는 3D 프린팅 투자를 늘리고 있으며, 3D 프 린팅 산업을 제조혁신의 핵심수단 및 신성장동력으로 주목하고 정부 주도 하 에 집중 육성하고 있음 오바마 대통령은 지난해 국정 연두교서에서 미국에 제조업의 혁신과 부활을 가져다 줄 신기술로 3D 프린팅을 언급하고 관련분야 육성을 적극 추진 중임 영국, 독일, 일본 등도 정부 차원의 투자와 지원을 아끼지 않고 공격적인 투자를 가속화하고 있음 이에 반해 우리나라는 금년에 들어서야 3D 프린팅 산업 육성을 위한 발전전략을 수립함으로써 이제 막 첫 걸음을 내디뎠음 그럼에도 불구하고 우리나라 해운 항만 물류업계는 3D 프린팅 기술 확산에 따른 글로벌 공급사슬 및 해운 항만 물류시장 변화에 선제적으로 대비해야 할 것임 3D 프린팅 기술의 단기적인 영향은 미미할 것이며 중장기적으로도 해운 항만물류 기업에게 기회 또는 위협의 어떤 요인으로 작용할지 여부 또한 불확실함 그러나 3D 프린팅으로 기존에 존재하지 않았던 새로운 사업모델을 가진 물류기업이 등장하고 제조와 물류, 소비자와 생산자의 경계가 모호해질 것으로 예상됨 우리 기업과 정부는 글로벌 공급사슬에서 3D 프린팅 혁신기술이 가져올 변화의 흐름을 파악하여 이에 대응하면서 산업 내부적으로 새로운 기술의 활용과 발전방 향 등을 진지한 고민해야 할 것임 - 특히 3D 프린팅 기술이 해운 항만물류시장에 미칠 영향에 대한 지속적 조사연 구, 기업들이 주도하기 어려운 연구개발 및 정책 연구, 우리 기업들의 신사업 기 회 발굴 내지 비즈니스 포트폴리오 변화 등을 위한 정부의 전폭적인 지원이 필 요함
64 2014년도 현안분석과제 보고서 기술혁신 대응 분야 동시에 산 학 연 정 공동의 3D 프린팅 혁신기술 대응 및 활용체계를 구축해 미래 선점 을 위한 준비태세에 만전을 기해야 할 것임 2. 향후 연구과제 본 현안분석은 3D 프린팅 혁신기술이 해운 항만 물류산업에 미칠 영향을 검토하 여 그에 대한 대응방향을 제시하기 위한 선험적 조사 분석이라는 점에서 산 학 연 정을 아우르는 논의의 장을 마련해 줄 것으로 기대됨 향후 해운 항만 물류산업의 3D 프린팅 기술 활용방안 등 보다 다양한 관점이나 방법론으로 아래 과제에 대한 후속 연구가 이루어지기를 기대함 - 3D 프린팅 기술이 해운 항만에 미치는 영향과 대책 - 해운 항만 물류산업의 3D 프린팅 기술 활용방안 - 3D 프린팅 기술을 활용한 해운 항만 물류기업의 비즈니스 모델 개발 연구 - 해운 항만 물류기업을 위한 3D 프린팅 기술 활용 시범 사업 연구 - 3D 프린팅 제조설비 장착 특수선박 개발 연구 - 3D 프린팅 영향 품목 조사 및 해운 항만 수요에 미치는 영향 연구 - 해양수산 기자재의 3D 프린팅 디자인 표준화 방안 - 3D 프린팅 원재료 조달 보관 공급 클러스터 구축 방안 연구 - 원스톱 3D 프린팅 제조 및 물류센터 건립 방안
3D 프린팅 기술혁신과 해운 항만물류분야 대응방향 65 <참고문헌> 1) 국내문헌 경기중소기업종합지원센터, 3D 프린팅 기술이 초래할 제조업의 패러다임 변화와 제3차 산업혁명, 2013.8. 국가과학기술위원회, 3D프린팅 산업발전전략, 2014.1. 김준철, 3D 프린팅 산업과 기업의 대응전략, 2014. 김종승, 3D Printing Concept & Trend, KMI 제5차 해운 물류협의회 발표자료, 2014.6. 물류신문사, 물량 포식자 3D프린터 등장 예고에 위협받는 물류산업 1, 2013. 11.13., 물량 포식자 3D프린터 등장 예고에 위협받는 물류산업 2, 2013.12.18., 물량 포식자 3D프린터 등장 예고에 위협받는 물류산업 3, 2014.2.14. 미래창조과학부, 3D프린팅, 미래전략산업으로 육성, 2014.6., 3D프린팅산업 발전전략, 2014.4. 박윤규, 3D프린팅, 미래전략산업으로 육성, Inside 3D Pringting Conference 발표 자료, 미래창조과학부, 2014.6.12. 산업통상자원부, 3D프린팅 산업육성 방향, Inside 3D Pringting Conference 발표 자료, 2014.6. 서일대학교, Industrial Design Education and Business Start-up Using 3D Printing Technology, 2013.5. 유석환, Role and opportunity of 3D printing in neo-global era and Korea economic revolution, Inside 3D Pringting Conference 발표자료, Rokit Co. Ltd., 2014.6. 연합뉴스, 3D 프린팅의 작동원리, 2013.3.
66 2014년도 현안분석과제 보고서 기술혁신 대응 분야 이보경 외, ICT와 3D 프린팅에 의한 제3차 산업혁명, Issue Crunch Special, 제3 호, 2012. 자이지스트(3D 프린팅 웹사이트) 홈페이지, 2014.2. 정보통신산업진흥원, 글로벌 3D프린팅 산업 및 정책 동향, IT R&D 정책동향, 2013.1. 씨이피테크, Making Ideas Become Reality 3D Printing System, 2013. 중앙일보, 수요 부족에 휘청, 시간이 보약이다, 2013.11. 코리아쉬핑가제트, 3D 프린터의 최신동향과 미래를 한눈에, 2014.6.11. 트랜스 인텔리전스 & 버추얼 파트너사, 3D 프린터가 물류산업에 미치는 영향, 2012.8. 한국기계연구원, 글로벌 3D 프린터 산업 기술 동향 분석, 기계기술정책, No. 71, 2013.9. 한국산업기술진흥협회, 3D 프린팅 기술과 지재권 전략, 2014.1. 한일산업기술협력재단, 일본의 3D 프린터 시장 분석, 2014.2. 한국정보통신기술협회, 3D 프린팅 표준기술 및 시장 동향, 2013.10. 한국해양수산개발원, 3D 프린터가 가져올 미래 물류산업의 변화, KMI 국제물류 위클리, 245호, 2014.2.26. 해운항만물류 포럼 인터넷 자료, 2014.7. 허제, 3D Printer Changing the Business of Today, KMI 미래기술포럼 발표자료, 2013.12. 헤럴드경제(http://biz.heraldcorp.com/) 검색자료. 현대경제연구원, 차세대 제조산업 3D 프린팅의 국내외 시장동향과 시사점, 2014.4. CIO(http://www.ciokorea.com/news/21533), 검색자료. etnews, 500달러 이하 저가 3D프린터가 늘어난다, 2013.11.
3D 프린팅 기술혁신과 해운 항만물류분야 대응방향 67, 3D 프린터 기회인가? 제조업 활용사례, 2014.7. IRS Global, 3D 프린팅(프린터, 소재) 시장, 기술 전망과 국내외 참여업체 사업전략, 2013.5. 2) 해외문헌 미국재료시험학회(American Society for Testing and Materials) International F42 Committee 위원회 홈페이지 자료, 2009. 일본경제산업성, 3D CRAFT JAPAN, 2014. CSC(Computer Sciences Corporation), 3D PRINTING AND THE FUTURE OF MANUFACTURING, Fall 2012. Gartner(미국 정보기술 연구 및 자문회사) 홈페이지 자료, 2014. Industry Week, The Impact of 3-D Printing on Supply Chains, 2013.7. JOHN MANNERS-BELL & KEN LYON, The implications of 3D printing for the global logistics industry, Transport Intelligence Ltd., Aug. 2012. McKinsey Global Institute, Disruptive Technologies: Advances that will transform life, business, and the global economy, 2013. MRI(Mitsubishi Research Institute, Inc.) 발표 자료, 2014.2. TOUCH 3D PRINTER AND FILAMENT사 홈페이지 자료, 2014. Wohlers Associates, Wohlers Report 2012 2014, 각년호.
항만연구본부 김형태 선임연구위원_ htkim@kmi.re.kr 드론의 해양수산분야 활용방안 2014. 11. CONTENTS 요 약 71 Ⅰ. 서 론 73 Ⅱ. 드론 관련 기술 현황 및 추이분석 77 Ⅲ. 드론의 해양수산분야 활용 및 동향전망 98 Ⅳ. 해양수산분야 활용방안 111 참고문헌 127
<요 약> 2010년대 초반 거대 물류 IT기업의 활용계획 발표로 급속히 주목받게 된 무 인기 드론은 때마침 진행된 급속한 기술진보로 경량화 소형화 고성능화 저가 격화가 실현되어 종래의 군사용에서 상업용으로 급속히 전환되고 있는 상태 드론시장규모는 군사용이 95%로 압도적이지만, 2022년에는 민용을 포함하 여 114억 달러로 전망되는 등 새로운 성장산업으로 등장하고 있음. 드론이 미 국의 국가항공시스템에 통합될 경우 10년간 10만여 명의 고용효과와 821억 달러의 누적경제효과가 전망되고 있음 드론의 상업적 이용을 금지하고 있는 미국은 2015년 관련법 정비를 통해 상업 적 이용확대를 계획하고 있고, 이스라엘 중국 EU 일본 등도 드론의 개발 운 용을 가속화하고 있는 등 글로벌 드론시장을 주도하기 위한 세계적 차원의 경 쟁이 급진전하는 상태 드론은 현재 농업, 수색 구조, 영화촬영, 사진촬영, 자연관측, 보안, 국경감시, 각종 시설물 감시, 물류배송, 오락, 레크리에이션 등의 제한된 분야에 사용되 고 있으나, 용도는 급속히 확대되고 있음. 반면 국내 해양수산분야에 있어서 는 각종 관측 조사 감시 관리 등이 대부분 선박으로 이루어지고 있으며, 유 인항공기 이용도 일부에 국한되고 있음. 이는 예산제약, 항공기 이용의 고비 용구조에 기인함 그러나 항만개발을 위한 육상 해저의 측량조사, 공유수면관리, 양식어장 관 리, 해파리 적조의 이동경로 예측, 제한적 범위 내의 해안선 측량 침식모니 터링 등에 보조적으로 활용될 수 있는 것으로 조사되고 있음
그러나 드론의 기술적 제도적 경제적 제약으로 인해 해양수산 분야에서는 아직 주도적 수단으로 활용되기에는 한계가 있기 때문에 저비용구조로 관측 조사 감시 관리 등의 목적 달성을 위한 방안 강구가 절실한 상황 이에 해양수산분야에 있어서 드론의 활용가능분야를 면밀히 발굴하고, 드론 에 의한 관측 조사 감시 관리 등의 시범실시를 통해 효과를 검증함과 아울 러 활용범위를 계속 확대하고, 나아가 해양수산 부문에 적합한 드론 기술개 발을 위한 R&D 사업 추진 등 실효성 있는 체제를 구축해 나가야 함
드론의 해양수산분야 활용방안 73 Ⅰ. 서 론 1. 급부상하는 드론 거대 IT 물류기업이 주목하고 있는 드론 종래 주로 군사용으로 개발, 운용되어 온 드론이 1980년대 이후 농업, 수색 구조, 관측 조사, 사진촬영 등 특정분야의 상업적 용도로 제한적으로 활용되다, 2010년 대 들어와 거대 IT, 물류기업이 드론 활용 구상을 발표 51) 하는 등 드론이 첨단산업 계의 주목대상이 되고 있음 관리 운용이 계속 편리해지는 드론 무인기 드론은 개발 초창기에는 500kg 이상의 항공기급이었으나, 점차 경량화되 어 최근에는 15kg 이하도 개발되었으며, 앞뒤 길이 및 날개간 길이도 종래 10m 내외로부터 점차 축소되어 50cm 이하의 것도 개발되었음. 추진연료 또한 연료유 에서 전동( 電 動 )으로 전환되어, 보관, 관리, 운용이 매우 편리해지고 있으며, 가격 도 완구수준으로 저렴해져 일상생활용품화되고 있을 정도임 형태에 있어서도 일반비행기의 고정익기( 固 定 翼 機 )로부터 헬리콥터형 회전익기 ( 回 轉 翼 機 )로, 날개도 4개, 6개, 8개 등으로 다양화되고 있으며 방향전환이 자유 51) 아마존과 DHL은 2013년 12월 물류배송에 드론활용계획을 각각 발표하였고, 구글은 2014년 4 월 대기권위성업체인 Titan Aerospace사를 인수함과 아울러 2014년 후반 물류배송에 드론을 활 용하기로 하였으며, 페이스북은 2014년 3월 공중 WiFi기지에 드론 활용 계획을 각각 발표하였 음.
74 2014년도 현안분석과제 보고서 기술혁신 대응 분야 롭고, 정지비행(hovering)도 가능함. 조종도 무선조종에서 최근 자동항법장치가 장착되고, 인터넷과 연결된 노트북을 통해 원타치 방식으로 가능하여 비행 및 조 종이 매우 용이해지고 있음 기체의 발달과 아울러 탑재장비인 카메라, 센서 등이 고성능화되어 초경량이면서 도 사진촬영 등의 특정분야에 있어서는 일반항공기와 동등한 목적의 달성도 가능 한 상태로까지 진전 용도 또한 급속히 확대되고 있는 드론 민용으로 전환되고 있는 드론은 오늘날 레저뿐만 아니라 통신중계, 자연 해양 토 지 관측, 농약살포, 보안, 국경감시, 어장관리, 송유관 전선 파열감시, 화산 태풍 관찰, 물류배송, 해양 토지측량, 광산지도제작, 영화 사진촬영 등 활용범위는 계 속해서 확대되고 있음 시장규모가 확대되는 세계드론시장 전 세계 드론시장규모는 2013년 65억 달러에서 2022년에는 114억 달러로 향후 10 년간 총 891억 달러에 이를 것으로 전망되고 있음. 2013년 현재 군용이 94.3% 내 외로 압도적이나, 상업용 시장규모가 확대되어 2022년에는 6.5%로 전망되고 있 어 막대한 부가가치와 고용효과를 창출할 미래신산업으로 기대되고 있음 52). 이 에 따라 세계 주요국은 드론의 개발, 이용, 판매에 주력하고 있음 세계적으로 가장 많은 드론을 보유하고 있는 미국은 2015년 9월 30일까지 드론의 상업적 이용을 금지하고 있으나 53), 현재 상업적 이용이 가능하도록 정책을 전환 52) Teal Group, 2012, World Unmanned Aerial Vehicle Systems: Market Profile and Forecast, 2012 Edition. 53) 미국에서는 취미, 레크리에이션, 오락 등으로 고도 122m 이하로 비행하는 드론은 합법이지만, 상업이용은 금지되어 있음. 금지이유는 프라이버시 침해, 테러로의 악용우려, 안전성 등임. 그
드론의 해양수산분야 활용방안 75 하고 있음. 2012년 2월 14일 오바마 대통령은 드론이 국가항공시스템(NAS: National AirSpace System)에 포함되도록 2012년 현대화개정법(Modernization and Reform Act of 2012)에 서명하여 유인항공기와 드론이 공존할 수 있는 체제 를 정비하도록 하였음 - 미 연방항공국(FAA)은 2015년부터 단계적으로 민간드론의 도입을 추진하기 위 해 6개 단체 54) 를 대상으로 시험비행장 운용을 승인하였음. 드론의 상업적 이용 을 촉진하기 위한 미국의 동향은 여타국가에 큰 영향을 미칠 것으로 예상되고 있음 우리나라도 세계 주요국의 동향에 대응하여 드론개발을 착수하여 세계 두 번째로 틸터로터형 대형드론 개발에 성공했으나, 아직 실용화된 단계는 아니며, 특히 중 소형 드론의 개발 및 이용에는 다소 뒤떨어져 있는 상태 국내에서는 드론의 운용대수가 꾸준히 증가하고는 있으나, 레저용이 74.9%로 압 도적이며, 실제 산업현장에서의 활용도는 매우 낮은 상태 <표 1-1> 초경량비행장치의 연도별 추이(대) 연도 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 대수 29 49 61 72 91 102 145 164 192 239 265 연도 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 대수 297 350 396 454 496 596 637 638 600 547 750 자료: 항공정보통신포탈시스템(http://news.airportal.go.kr) 및 국토교통부 항공기술과에 의함 런데 드론 애호가의 드론이용이 증가하자 미 정부는 2012년에 관련법을 개정하여 드론이용에 관한 사항을 법률조문을 포함시켰음. 그 결과 경찰, 소방, 국경경비국 등의 정부기관 및 긴급서 비스 제공단체에 드론사용이 우선적으로 인정되었음. 2015년 9월 30일까지 FAA는 현행 항공관 제시스템을 개량하는 등 유인항공기와 드론이 공존할 수 있는 체제를 정비하고 있음. 54) 알라스카대학, 네바다주, 뉴욕의 Griffiss국제공항, North Takota주 산업성, 텍사스 A&M대학, 버지니아 공과대학.
76 2014년도 현안분석과제 보고서 기술혁신 대응 분야 <표 1-2> 초경량비행장치의 용도별 현황(2000년) 용도 대수 구성비(%) 레저 478 73.8 교육 연구 36 5.5 농약살포 102 15.7 홍보 1 0.2 환경감시 2 0.3 광고 29 4.5 합계 648 100 자료: 항공정보통신포탈시스템(http://news.airportal.go.kr) 드론의 해양수산 분야 활용방안 강구가 급선무 해양수산부문은 관리대상 면적과 공간의 광활성, 해양이라는 특수입지, 국경과의 근접성, 수산 해양자원의 해중 해저 분포라는 특성에 의해 주로 선박에 의한 조 사, 관측, 감시, 관리 등이 이루어지고 있음. 물론 조사, 관측의 실효성 제고를 위 해 유인항공기를 이용하는 경우가 있기는 하나, 고비용구조 및 예산의 제약으로 아직은 충분하지 못한 상황 이러한 환경에서 신기술로 떠오르는 드론은 현행 해양수산분야의 조사, 관측, 감 시, 관리체계를 근본적으로 전환시킬 수 있는 큰 잠재력을 가지고 있어 활용방안 이 시급한 상황. 이에 해양수산부문에 있어서 드론의 이용현황을 살펴보고, 향후 해양수산부문에 드론을 적극 활용할 수 있는 방안을 강구해 보며, 이를 실천할 수 있는 기술적 제도적 방안을 제시함
드론의 해양수산분야 활용방안 77 Ⅱ. 드론 관련 기술 현황 및 추이분석 1. 드론의 기술적 구성요인 드론은 무인항공기시스템(UAS: Unmanned Aircraft System) 드론은 기체단독으로는 의미를 갖지 못하고, 지상장치 및 통신 등을 포함한 시스 템 으로 성립해 있음. 이러한 점이 강조되어 무인항공시스템(UAS: Unmanned Aircraft System)으로 불리고 있음. 기체부분만 명시하는 경우에는 무인항공기 (UA: Unmanned Aircraft)라고도 하나, 최근 국제민간항공기구(ICAO)에서는 원 격조종자가 항시 존재하므로 자율 이라는 의미의 무인은 아님을 명시하기 위해 원격조종항공시스템(RPAS: Remotely Piloted Aircraft System)으로 부르고 있음 이와 같이 하나의 시스템인 드론은 다음의 네 가지 요소로 구성되어 있음 <표 2-1> 드론의 구성요소 구성요소 내용 소형기체는 수백 그램에 불과한 모형비행기 사이즈도 있고, 전체중량이 10톤을 초 기체요소 과하는 대형에 이르기까지 다양함 드론의 비행을 조종 제어하기 위한 관제기능으로서 GCS(Ground Control Station 지상요소 : 지상국)로 불리고 있음 지상국은 1) 가변형(노트북 + 통신장치 정도) 2) 이동형 3) 건물 내 고정형 등 다양함 드론과 지상국간에 각종 정보를 송수신하기 위한 수단임. 드론과의 통신은 기본적으 통신요소 로 무선통신으로서 위성통신, 원거리 이동통신, 근거리 통신 등이 활용되고 있음 55) 드론의 사용목적에 따라 여러 가지 센서 및 장비가 탑재됨 미션요소는 드론이용자에게 가장 중요함. 최근 고성능화되고 있는 소형시스템에서는 미션요소 디지털카메라가 많이 사용됨. 그에 따라 획득되는 자료의 분량도 방대하기 때문에 데이터 전송에는 광대역통신이 요구되는 경우가 많음 자료: IRS Global(2014), 확대되는 무인항공기(드론) 기술/시장 전망과 최근 개발동향 (2014. 4. 30), pp. 23-26를 참조로 KMI 정리
78 2014년도 현안분석과제 보고서 기술혁신 대응 분야 2. 드론의 법적 위상 드론은 법적으로 항공기와 구분됨 드론은 항공수단이기는 하지만, 국내법에서는 초경량비행장치 중 무인비행장치 로 분류되고 있음. 국내 항공법에 의한 분류 및 구분은 다음과 같음 56) <표 2-2> 항공기와 드론의 구분 구분 내용 비고 비행기, 비행선, 활공기, 회전익항공기 및 기타 동력비행장치, 항공기 항공우주선으로서 항공에 사용할 수 있는 기기 유인, 등록제 경량항공기 항공기 외에 비행할 수 있는 것으로서 일정한 기술적 요건을 구비하고 최대이륙중량 600kg 이하, 탑승좌석이 두 개 이하 동력비행장치(좌석 1개, 자체중량 115kg 이하) 초경량 비행장치 비행장치 무인 비행장치 자료: 항공법을 참조로 KMI 정리 인력활공기(탑승자 등 제외한 자체중량 70kg 이하) 기구류(유인 또는 무인기구) 회전익비행장치(좌석 1개, 자체중량 115kg 이하) 낙하산류(유인 또는 무인) 무인동력비행장치(자체중량 150kg 이하의 무인비행기 또는 무인회전익비행장치) 무인비행선(자체중량 180kg 이하, 길이 20m 이하) 유인, 신고제 무인, 신고제 55) 통신에는 다양한 주파수가 활용됨. 근거리에서 주로 운용되는 소형 시스템에서는 LOS(Line Of Sight: 가시권 내, 2.4GHz대 등)통신, 장거리 시스템에서는 BLOS(Beyond Line Of Sight: 가시 권 외, 위성통신 등) 통신이 주로 사용됨. 일정규모 이상의 기체에는 위성통신 수신기가 장착되 어 있음. 또한 Back Up을 목적으로 다른 타입의 통신장치를 복수로 탑재하는 경우도 있음 56) 항공법에서 항공기란 비행기, 비행선, 활공기, 회전익항공기 및 기타 동력비행장치, 항공우주 선으로서 항공에 사용할 수 있는 기기 (제2조 제1호)를 의미함. 또한 경량항공기란 항공기 외에 비행할 수 있는 것으로서 타면( 舵 面 )조종형비행기, 체중이동형비행기 및 회전익경량항공기 등 (제2조 제26호)을 의미함. 드론은 항공법에서는 항공기가 아니라 초경량비행장치 에 해당함. 초경량비행장치의 조종자는 초경량비행장치로 인하여 인명이나 재산에 피해가 발생하지 않도 록 국토교통부령으로 정하는 준수사항에 따라 비행하여야 한다 (제23조 제8호)고 규정하고 있 으며, 물품배송도 법적으로 허용하고 있지 않음
드론의 해양수산분야 활용방안 79 위와 같이 국내법에서 드론은 무인비행장치 로 구분되어 있고, 자체중량은 150kg 이하로 규정되어 있음. 최근 상업적 용도로 이용이 확산되고 있는 것은 바로 150kg 이하의 드론임. 국내 항공법에 의한 드론(초경량비행장치)의 분류는 다음 과 같음 <표 2-3> 초경량비행장치(무인)의 종류(항공법) 종류 내역 법규 무인동력비행장치 12kg 초과 50kg 이하의 무인비행기 및 무인헬리콥터 관할청장 신고, 무인비행선 12kg 초과 150kg 이하로서 길이가 7m 초과 20m 비행계획 승인 이하인 무인비행선 (제한공역 설정) 무인동력비행장치 12kg, 엔진배기량 50cc 이하인 무인비행기 및 무인헬리콥터 법 적용 제외 무인비행선 12kg, 길이 7m, 엔진배기량 50cc 이하인 무인비행선 3. 드론의 개발, 운용현황 1) 일반 항공기형 드론( 2000년대 중반) 초창기 항공기형 대형드론, Predator 무인기가 제조된 초창기에는 활주로를 필요로 하는 비행기 타입의 드론이 주류였 음. 대표적인 것은 미국에서 군사용으로 배치된 Predator임 - Predator는 미군 및 CIA가 사용하기 위해 고안된 것으로서 1기에 수백만 달러에 이르는 중고도 장시간체공 드론으로 분류됨 - 전장 8.22m, 날개폭 14.8m, 기체중량 512kg, 최대이륙중량 1,020kg으로 정찰 지대공격을 위해 1995년 배치 이후 여러 국가의 작전에 참여하였음
80 2014년도 현안분석과제 보고서 기술혁신 대응 분야 2) 멀티콥터형 드론(2006년 이후) 항공기형에서 멀티콥터형으로 전환되고 있는 드론 오늘날 미국의 상공을 뒤덮고 있는 것은 중소형 드론임. 가격은 수백 달러에서 수 천 달러로서 단순한 완구 이상으로 고도의 자동조종기능, 카메라 및 열센서 등을 갖추고 있음. 사실상 하늘을 나는 로봇이라고 할 수 있음 2006년 무렵부터 유럽 및 중국의 벤처기업을 중심으로 소형의 복수 프로펠러를 장착한 헬리콥터(멀티로터형)가 출현하여 오늘날 드론의 주류를 형성하고 있음. 프로펠러가 1개인 헬리콥터(싱글로터방식)보다 제어가 용이하고, 수직이착륙과 정지비행(hovering)이 가능함 - 멀티콥터는 로터(날개)의 각도를 조종하여 움직이는 헬리콥터와 달리 각각의 프로펠러 회전수를 이용해 방향을 전환하기 때문에 구조가 매우 단순하면서도 원하는 방향으로 쉽게 회전하며, 수리 또한 용이함 - 석유연료 대신 배터리를 사용하며 자이로센서와 가속도계 57) 를 장착한 개인용 소형 드론의 경우에는 바람이 부는 곳에서도 수평을 유지하기 때문에 조종도 용 이함. Parrot의 AR Drone 2.0 및 DJI의 Phantom2 는 스마트폰으로 드론이 촬영 한 영상을 보거나 직접 조종하는 것도 가능함 드론에 미리 GPS 좌표를 입력하거나 명령을 입력해두면 특정 작업을 자동으로 처 리하는 장점도 있음. 현행 기술수준으로는 사람의 개입이 없는 완전한 무인비행은 불가능하지만 자동이착륙, 자동복귀 같은 제한된 상황의 특정 비행 형태는 가능 - 스포츠나 여행 애호가가 자신의 모습을 공중에서 촬영하기 위한 목적으로 개발 57) 자이로스코프(gyroscope) 센서로 불리는 자이로센서는 물체의 각도나 각속도를 검출하는 계 측기임. 선박이나 항공기 및 로켓의 자율항법에 사용됨. 최근에는 자동차 내비게이션시스템 및 자동운전시스템, 로봇, 스마트폰, 디지털카메라, 무인정찰기 등에도 사용되고 있음. 방향정보를 제공해주는 센서로서 스마트 기기의 움직임을 입체적으로 감지함. 가속도계는 물체의 가속도를 계측하는 기기임.
드론의 해양수산분야 활용방안 81 중인 AirDroids의 Pocket Drone 58) 의 경우 사람이 드론을 조종하지 않아도, 구 글 맵을 통해 이동경로를 미리 입력하면 드론이 자동으로 따라다니면서 촬영을 함 - 이와 같이 최근의 드론은 경량화, 고성능화 및 저가격화를 실현하였음 3) 중소형 드론의 개발, 운용현황 물류혁신을 초래할 드론 물류의 역사를 혁신하고 있는 Amazon은 최후의 1마일 문제 해결을 위해 드론에 주목하고 있음 - 아마존은 2013년 12월 프로펠러가 8기인 Prime Air에 의한 배송계획을 발표하 면서, 이 계획을 향후 4 5년 이내에 실현시킬 것이라고 하였음 59). 동사는 2015 년까지 최대 2.3kg의 물품을 30분 이내에 고객의 현관까지 전달하기 위한 배송 시스템을 목표로 하고 있음. 2014년 7월 11일 아마존은 드론테스트를 위해 FAA 에 미국 내 드론 테스트 금지규칙의 면제청원서를 제출하였음 서적의 배송을 실시하고 있는 호주 교육 포털 사이트 주칼 (Zookal) - 주칼은 2014년 2월 Flirtey 드론을 이용한 배송시스템을 세계 최초로 실현하였 음. 고객 스마트폰의 GPS를 활용, 고객의 현 위치를 인지하고, 드론이 직접 그 부근까지 비행하여 물품을 전달하는 방식임 - Flirtey 드론은 약 2kg까지 배송이 가능하며, 도난 및 프라이버시 침해 방지를 위 해 카메라는 설치하지 않고, 충돌방지장치를 설치하였음. 주칼은 이 서비스를 2014년 3월부터 실시하겠다고 밝힌 바 있음. 드론에 의한 택배서비스가 합법화 되어 있는 호주에서는 당일 배송비용이 현재 최고 29.95달러지만 드론 사용시 58) AirDroid사가 개발한 3개의 프로펠러를 갖춘 500달러 이하의 초소형 드론. 59) 드론으로 배송이 가능한 무게는 2.3kg까지임. 이는 동사가 취급하고 있는 물품의 약 86%에 해 당함. 가까운 물류센터에서 30분 이내에 배송하여 목적지에서 물품을 투하하는 시스템을 검토 중이라고 함.
82 2014년도 현안분석과제 보고서 기술혁신 대응 분야 에는 2.99달러까지 내릴 수 있다고 주장하고 있음 [그림 2-1] 아마존의 배송용 드론 Prime Air [그림 2-2] 주칼의 배송 드론 자료: Amazon 자료: Zookal UAE, 정부기관 최초로 드론의 활용계획을 발표 - 두바이 정부는 2014년 2월 드론으로 신분증명서, 약품 등 중요하면서도 가볍고, 일각을 다투는 중요물품의 배송계획을 발표하였고, 정부문서의 배송을 실험한 바도 있음. 2015년까지 드론사용을 전국으로 확대하기로 하였음 Parrot사의 AR.Drone 2.0, Behop Drone 2012년 이후 전 세계에 60만 대 판매를 기록한 AR. Drone 2.0은 스마트폰이나 태 블릿 등으로 조종이 가능한 헬리콥터임. 비행고도의 제어기술을 개발하여 종래에 없었던 초안정비행, 원터치로 이착륙 및 자동 정지비행이 가능함. 2기의 HD카메 라를 탑재하여 상공에서 영상을 원터치로 기록하며, 앱로드를 통해 스마트폰 및 태블릿 컴퓨터 등의 화면에 라이브 스트림이 가능함 60). 통신범위는 최대 50m, 최 대비행속도는 시속 18km, 연속비행시간 약 12분(배터리 1개분)임 60) 타치파넬로 조종가능하며 가속도계를 이용하여 장치를 기운 방향으로 비행시킬 수 있음. 절대 모드(Absolute Mode)에서는 자기센서를 사용하여 기체의 움직임에 관계없이 조종자의 위치를 기준으로 컨트롤이 가능함.
드론의 해양수산분야 활용방안 83 [그림 2-3] AR. Drone 2.0 [그림 2-4] Bebop Drone 자료: Parrot사 Bebop Drone은 AR. Drone 2.0을 보다 업데이트한 것으로서 2014년 5월 공개예 정임. 업데이트된 주요내용은 다음과 같음 61). 사이즈가 종래의 45cm 45cm에서 32cm 28cm로 축소되었고, 기록능력도 700p에서 1,080p로, 메모리도 4GB에서 8GB로, 비행거리도 61m에서 160m로 늘어났음. GPS 및 자동조종장치가 장착되 었으며, 촬영 중인 영상을 실시간으로 Oculus Rift에 전송할 수 있음 62). 해상도는 1,400만 화소( 画 素 )이고, 180도의 시야를 가진 광각( 広 角 )렌즈를 탑재하고 있음 3D Robotics사, 사용자별 맞춤형 드론(DIY) 제작을 제안 3D Robotics사는 사용자가 직접 드론을 제작할 수 있도록 하고 있음. 즉 드론의 DIY(Do It Yourself) 제작을 지원하고 있음 - 동사의 DIY Drones 사이트 63) 에는 손수 제작한 다양한 드론이 전시되고 있을 뿐 아니라 기판, GPS, 센서 같은 부품이나 멀티콥터 키트 등을 판매하여 이용자 가 드론을 제작할 수 있도록 지원하고 있음. 동사는 또한 오픈 하드웨어 플랫폼 61) http://www.slashgear.com/parrot-bebop-drone-vs-ar-drone-2-whats-changed-12328554/ 62) 페이스북에 매수된 Oculus Rift는 Virtual Reality의 Head Mountain Display. Bebop Drone에 서 Oculus Rift로 송신된 실시간 영상으로 마치 자신이 하늘을 날고 있다는 느낌을 주고 있음. 63) http://diydrones.com/
84 2014년도 현안분석과제 보고서 기술혁신 대응 분야 인 아두이노(Arduino)를 기반으로 드론을 제작하여 사람들의 참여를 높이고 있음 드론의 농업부문 이용은 이미 정착상태 일본에서는 1991년부터 드론이 농약살포에 활용되었음. 대표적 제조기업인 야마 하발동기(주)가 지난 20여 년간 자국 농부들에게 2,400여 대의 드론을 판매해왔 음. 현재 일본 전체 수전( 水 田 ) 중 40%가 드론을 이용하여 제초제와 비료를 살포 하고 있는 것으로 조사되고 있음 64). 일본 농림수산청 자료에 의하면 2013년 무인 헬기의 보급기수는 약 2,550대, 일본 밭농사의 30%가 드론에 의한 농약살포로 알 려지고 있음 <표 2-4> 산업용무인헬리콥터의 기종별 현황 명칭 RMAX RMAX Type 2 FAZER YH300 AYH-3 제조회사 야마하발동기 야마하농기 전장 3.63m 3.63m 3.665m 3.95m 3.63m 전폭 72cm 72cm 77cm 70cm 72cm 전고 1.08m 1.08m 1.078m 1.15m 1.08m 기체+연료 - 74kg 70kg - - 최대이륙중량 93kg 93kg 100kg 미만 97.4kg 93kg 자료: 日 本 農 林 水 産 航 空 協 會 (2014), 機 種 別 仕 樣 一 覽 - 농업용 드론은 싱글로터방식의 무인헬기가 주류이며, 무게는 100kg 미만임. 일본에서는 항공기제조사업법 에 의해 2014년 4월 14일까지 무인기 중량이 이 륙 시 100kg 이하로 제한되어 있었으나, 경제산업성은 이를 150kg으로 완화하 였음 64) The Wall Street Journal(2014. 3. 11), Drones Find Fans Among Farmers, Filmmakers.
드론의 해양수산분야 활용방안 85 [그림 2-5] FAZER [그림 2-6] RMAX 자료: Yamaha Motor Co., http://www.yamaha-motor.co.jp/sky/fazer/ 건설지도 제작, 송전선 파손여부 점검 등에 활용되는 드론 미국의 Skycatch사가 제조한 드론은 프로펠러가 4개, 고해상도 카메라와 GPS 및 여러 센서가 부착돼 있음. 이 드론으로 건설부지의 3차원 지도제작, 건설공사 시 콘크리트 투입량 측정, 태양전지판 결함 발견, 관개 및 농작물 작황 관찰 등을 행 하고 있음. Skycatch사는 이미 대형 건설회사, 광발전업체, 태양전지판 설치업체 등과 드론 기술테스트 계약을 맺은 바 있음 Aeryon Labs사는 고화질 카메라를 장착한 드론을 개발, 적은 비용으로 안전하게 송전선과 풍력 터빈, 굴뚝 등을 모니터링하고 있으며, 원유 가스 파이프라인 검 사, 풍력 발전용 터빈검사 등을 행하고 있음 65) - 동사가 개발한 Aeryon Scout 드론은 중량 1.4kg, 배터리는 1회 25분, 풍속 80km에도 비행이 가능하며, 지도기반의 터치스크린 컴퓨터 인터페이스로 사용 이 가능함 65) http://aeryon.com/products/avs/aeryon-scout.html
86 2014년도 현안분석과제 보고서 기술혁신 대응 분야 환경관측에 각광받는 드론 66) 영국 브리스톨대학은 드론으로 방사선 관측을 계획하고 있으며, 2014년 3월에는 영국제 드론이 일본 후쿠시마 주변 방사선 지도제작에 사용되었음 - 또한 단순히 고공에서의 관측뿐만 아니라, 초소형 드론으로 실내관측도 실시하 고 있음 - 한편 2014년에는 드론으로 화산입구에 돌입하여 인류 최초의 화산폭발 영상을 촬영하였음 67) 토지측량에 유효한 드론 그리스의 측량사 Papastamos는 토지측량에 드론을 활용하고 있음. 과거에는 현 장 실사에 12명의 팀원이 작업하였으나, 지금은 드론 한 대와 2명이 수행하고 있 음. 15km² 면적의 측량비로 2만 5,000유로(3만 4,345달러), 1주 3주 소요되었으 나, 지금은 드론 1대로 3 4일 만에 5,000유로 미만으로 종결했음 68) 4) 우리나라의 드론 개발 운용 현황 한국항공우주연구원(항우연), 2011년 11월 스마트무인기 개발에 성공 항우연은 헬리콥터와 비행기가 결합된 틸트로터형 스마트무인기 69) 를 개발했음. 길이 5m, 무게 980kg, 시속 400km로 수직이착륙 및 5시간 연속비행이 가능하며, 정찰, 해안감시, 산불예방, 기상관측 등으로 사용될 예정임 틸트로터형 항공기는 미국 벨 헬리콥터가 개발한 V-22 오스프리 이후 세계 두 번째로 개발되었음 66) http://www.wired.co.uk/news/archive/2014-03/18/radiation-detecting-drone-wins-award 67) http://japan.digitaldj-network.com/articles/27662.html 68) The Wall Street Journal, 2014. 4. 28. 69) 스마트무인기는 2002년 이후 10년간 총 970억 원이 투입되어 국가적 사업으로 개발된 무인기임.
드론의 해양수산분야 활용방안 87 한국항공우주연구원, 전동무인기 EAV-2H, 국내 최장시간 비행기록 수립 항우연은 날개길이 11m, 총중량 20kg의 초경량 전동무인기를 국내 최초로 25시 간 비행하고, 고도는 5km에 도달하는 실험에 성공하였음 - 2013년 10월에 행해진 시험비행에서 태양전지와 2차 전지를 이용하였고, 비행 제어 컴퓨터와 지상관제장비를 이용한 자동비행이 가능. 2015년에는 20km의 고도와 성층권 비행을 계획 70) 하고 있음 [그림 2-7] 틸트로터형 스마트무인기 [그림 2-8] EAV-2H 축소기 자료: 한국항공우주연구원 국내기업, 중소형 드론을 이미 개발 항우연 이외의 국내 기업도 이미 중소형 드론을 개발하여 활용하고 있음. 현재 개 발되어 운영되고 있는 드론의 현황은 다음과 같음 70) 현재 성층권에 도달한 무인기를 개발한 나라는 미국과 영국임
88 2014년도 현안분석과제 보고서 기술혁신 대응 분야 <표 2-5> 국내 개발 드론의 하드웨어 특성 종류 RemoEye 002A 유콘시스템(주) 쿼드로터 유콘시스템(주) HelliScope 건국대 크기 150 130cm 125 155cm 144 63cm 공간정보(주) 900 800 350mm Coaxial(DM-05) DRB파텍(주) 무게 2.4kg - 9kg 2.65kg 6kg 이륙중량 - 300g 4kg 2.0kg 2kg 비행시간 60분 20분 20-50분 35분 30분 비행거리 10km 1km - - 10km 최대시속 80km 45km 30-50km - - 이륙방식 착륙방식 특징(기능) 투척에 의한 자동이륙 낙하산자동 착륙 +동체착륙 - 1인운용 - 영상안정화 가능 - 비행 중 실시간 비행경로 변경 - 실시간 표적 위치 표시가능 수직이착륙 수직이착륙 수직이착륙 수직이착륙 수직이착륙 수직이착륙 수직이착륙 수직이착륙 - 1인 운용 - 영상안정화 가능 - 비행 중 실시간 비행경로 변경 - 실시간 표적 위치 표시가능 - 접이식 기체로 휴대성 편리 - 재해 및 재난 적용 - 지역방범 감시기능 - 전시적 동태파악 가능 - 날개 6개 - 공사진척 상황점검 - -날개 2개 자료: 이인수 김수정 서갑숙(2012), 영상응용지적도 개발 및 활용(3차년도), 대한지적공사 공간정보연구원. 14쪽 가스사고 발생의 신속한 상황 파악 및 조사 한국가스안전공사는 가스사고 발생 시 신속한 상황파악 및 조사 위해 2014년 4월 드론을 도입하였음 - 동사가 도입한 드론은 프로펠러가 8개 달린 옥토콥터로, 비행 중 프로펠러 1개 가 파손되어도 비행이 가능하며, 방송 촬영용 카메라와 동일한 고화질 HD급 카 메라를 탑재하고 있음
드론의 해양수산분야 활용방안 89 - 비행 중 기체의 고도, 기울기, 풍속, 배터리 잔량 등의 비행정보 수신이 가능하 며, 자동항법시스템을 갖추고 있음. 노트북으로 50개의 좌표를 지정하고 자동 이륙 및 착륙이 가능함. 수동모드로 변환이 가능하며, 무선 조종기로 1km 이내 에서 원격조종도 가능함 4. 드론개발의 미래전망 의사결정시스템을 갖춘 지능형 드론개발 현재까지 드론은 사전에 입력되거나 실시간으로 지시받는 명령에 의해 조종되고 있으나, 향후에는 드론에 장착된 시스템에 의해 의사결정이 가능한 드론이 개발 될 것으로 전망되고 있음 - 3D Robotics가 개발 중인 농업용 드론은 농약을 뿌릴 때 모든 농지에 균일하게 살포하지 않고, 농작물의 적외선 사진을 분석하여 농약이 필요한 지역에만 선별 적으로 뿌리는 시스템임 장시간 체공 및 탑재중량 증대 가능 드론 개발 향후에는 배터리 기술이 대폭 향상되어 장시간 체공과 아울러 경량이면서도 탑재 중량을 높일 수 있는 드론이 개발될 것으로 전망됨 - 한국항공우주연구원이 2025년을 목표로 개발 중인 선도형 틸트로터 무인기는 탑재중량 50kg, 체공시간 8시간, 속도 280km, 운용반경 200km에 이름 유인항공기는 파일럿의 생리적 한계가 있기 때문에 비행시간에 제약을 받으나 드 론은 지상통제관이 용이하게 교대할 수 있으므로, 유인항공기를 훨씬 초과하는 체공비행이 가능함. 특히 태양광을 에너지원으로 사용하면 시스템의 내용연수에 만 제약받을 정도로 반영구적인 비행도 원리적으로는 가능하며, 유인기에는 존재
90 2014년도 현안분석과제 보고서 기술혁신 대응 분야 하지 않았던 새로운 기술영역이 열리게 됨 71) 소형화 및 초소형화 드론 개발 유인항공기는 기체구조와 필수장비로 인해 중량이 최소 150kg 이상(초경량동력 기의 조종실 관련장치를 제외한 중량)이므로, 원리적으로는 그보다 작은 유인항 공기는 존재할 수 없음 그러나 최근 Avionics 72) 기술진보에 의해 작은 모형비행기의 자율비행도 가능해 지고 있음. 또한 모형 항공기분야에서도 종래 실현되지 않았던 작은 비행체의 연 구개발도 진행되어 15cm 이하의 드론, 심지어 7.5cm 이하의 초소형 비행체도 실 현되고 있음 향후 드론은 계속 소형화가 진행되어 이용에 매우 편리한 일상생활용품으로 다가 오고 있음 인력절감효과를 실현하는 드론 개발 드론은 무인이므로 코스트 절감이 가능하다는 주장도 있으나, 현행 기술수준으로 는 추가로 필요한 지상 인프라 및 지상인력을 감안해야 하므로 규모가 큰 기체시 스템에서는 운항코스트가 유인기를 상회하는 경우도 있음 향후 자율화기술이 성숙되면 코스트 측면의 우위성이 나타나겠지만, 당분간은 단 순히 무인화함에 따른 코스트 측면의 메리트는 많지 않음 71) 예를 들어 미국 DARPA(Defence Advanced Research Projects Agency: 국방고등연구계획국) 에서는 연단위의 비행지속이 가능한 체공형 UAS 개념설계(http://www.darpa.mil/Our_ Work/TTO/Programs/Vulture.aspx)를 추진하고 있음. 72) Avionics란 항공기에 탑재되어 비행을 위해 사용되는 전자기기를 의미함. Aviation과 electronics 의 합성어로서 통신기기, 항법시스템, 자동조종장치, 비행관리시스템(FMS)등으로 구성됨.
드론의 해양수산분야 활용방안 91 다만, 종래의 유인기보다도 소형 드론으로 촬영, 관측, 감시, 관리 등을 행하는 경 우에는 인건비 절감효과가 기대됨 거대 기업들에 의한 대기권위성 개발 Titan Aerospace사는 대기권위성(Atmospheric Satellites)으로 불리는 드론 Solara 시리즈를 개발하여 2015년에는 서비스 제공을 계획하고 있음. 동사가 제작한 Solara는 날개 위에 태양전지(Solar Panel)를 탑재하여 상공 20km 위에서 5년간 체공 비행할 수 있도록 하고 있음. Solara는 기상관측, 자원탐색용으로 위성을 대 체하는 목적의 드론으로 날개폭 50m, 길이 15m, 탑재중량 100kg, 무게 159kg, 시 속 104km로 계획되고 있음 [그림 2-9] Titan사의 Solara 드론 [그림 2-10] Tales Alenia Space사의 StartoBus 드론 자료: http://www.slashgear.com/(2014.4.14) 자료: http://www.crazyengineers.com/(2014. 3. 28) 프랑스 이태리 항공우주기업 Tales Alenia Space사는 고도 20km의 성층권에서 장기체공이 가능한 대형 무인비행선 StartoBus(성층권버스) 구상을 발표하였음 - StartoBus는 길이 70 100m, 직경 20 30m 크기로 태양광발전시스템과 연료전 지를 갖추고 있음. 최대 200kg의 관측장비 및 통신기기 탑재가 가능하며 수명은 5년임. 이는 저렴한 코스트로 위성과 동일한 기능을 제공하게 되는데 전파의 송 수신에 있어서는 위성보다 지연이 적은 장점이 있음 73). 동사는 5년 내에 원형을 개발하기로 하였음
92 2014년도 현안분석과제 보고서 기술혁신 대응 분야 대기권위성으로 구글맵을 활용하려는 구글 - 구글은 2013년 6월 인터넷에 접속이 안 되는 지역의 환경개선을 위해 전세계의 상공에 인터넷 회선용 기구( 氣 球 )를 띄워, 인터넷 접속이 가능하도록 하는 통신 망 구축계획(Project Loon)을 밝혔음. 직경 15m, 높이 12m의 기구를 18km 27km의 성층권에 띄우고 기구 간을 연계하여 인터넷이 불가능한 지역을 없애 겠다는 것임. 구글은 2013년 6월 뉴질랜드에서 테스트를 실시하였음. 한편 구 글은 2014년 4월 Titan Aerospace사를 매수한 바 있고 8월에는 드론으로 물류 배송을 실시하겠다는 계획도 밝힌 바 있음 드론을 이용한 네트워크 접속중계를 계획 중인 페이스북 - 페이스북은 드론을 통신인프라로 사용할 것을 적극 계획하고 있음. 동사는 네트 워크 환경 미정비 지역에 네트워크 제공을 목적으로 접속 중계점이 되는 드론개 발을 추진 중 - 동사는 2014년 3월 인터넷 접속이 되지 않는 지역에 저렴하게 서비스를 제공하 기 위해 Internet.org를 설립하고, WiFi 환경을 제공하기 위해 태양광발전으로 구동하는 드론 활용계획을 밝혔음 5. 드론시장의 추이 및 규모 전망 드론시장은 이제 태동하는 단계로서 향후 지속적으로 증가할 것으로 전망되고 있음. 그러나 예측기관에 따라 시장규모는 상이하게 전망되고 있음 전반적으로 세계 드론시장의 규모추이와 성장은 활발할 것으로 전망되고 있음 군사관련 전문기관인 Teal Group은 2012년 전망보고서에서 전세계 군사용 UAS 의 수요는 향후 10년간 지속 증가할 것으로 전망하였음. R&D, 테스트, 평가 및 조 73) https://www.thalesgroup.com/
드론의 해양수산분야 활용방안 93 달 부문에 있어서 2013년 66억 달러이었던 수요가, 2022년에는 114억 달러로 증 가하여 10년간 총 891억 달러에 이를 것으로 전망하였음 74) - 이 중 R&D, 테스트 및 평가 부문에서는 미국이 전 세계의 62%를 점유하지만, 조달부문에서는 55%에 이를 것으로, 유럽은 조달부문의 15%를 점유할 것으로 전망하고 있음 [그림 2-11] 전 세계 UAV 예산 전망(R&D, 조달) 자료: Teal Group, World UAS Systems 2012: Market Profile and Forecast. Glennon J. Harrison, Unmanned Aircraft Systems (UAS): Manufacturing Trends(CRS Report for Congress), Congressional Research Service, January 30, 2013. p.3 에서 재인용 주: UCAV는 Unmanned Combat Aerial Vehicle의 약자 Market Research Media사는 2014년 U.S. Military Unmanned Aerial Vehicles (UAV) Market Forecast 2013-2018(Tabular Analysis, January 2014)를 통해 미국 의 군사용 UAV 시장규모가 매년 12% 성장하여 2018년에는 187억 달러에 이를 것으로 전망하였음 75) 74) Teal Group(2012), World Unmanned Aerial Vehicle Systems: Market Profile and Forecast, 2012 Edition.
94 2014년도 현안분석과제 보고서 기술혁신 대응 분야 드론이 미 국가항공시스템에 통합될 경우 10년간 821억 달러 경제효과 창출 미 정부는 연방항공국(FAA)에 무인항공기시스템(UAS)을 국가항공시스템(NAS: National Airspace System)에 통합시키도록 명령한 바 있음. 이에 미국의 무인시 스템협회(Association for Unmanned Vehicle Systems International)는 The Economic Impact of Unmanned Aircraft Systems Integration in the United States를 발표하여 무인항공기시스템이 국가항공시스템에 통합되면 3년 만에 7만 명 이상의 고용효과와 136억 달러 이상의 경제효과가 창출될 것이라고 전망하였 음. 그리고 2025년에는 10만 명 이상, 821억 달러(82.1조원) 이상의 효과가 창출 될 것으로 전망하고 있음 <표 2-6> 미국의 무인항공시스템 통합의 경제적 영향 연도 경제효과(백만 달러) 세수효과(백만 달러) 고용효과(명) 2015-2017 13,657 80.22 70,242 2015-2025 82,124 482.39 103,776 자료: AUVSI(2013), The Economic Impact of Unmanned Aircraft Systems Integration in the United States, p.4. 자료: AUVSI(2013), The Economic Impact of Unmanned Aircraft Systems Integration in the United States, p.20. 75) http://www.marketresearchmedia.com/?p=509
드론의 해양수산분야 활용방안 95 국내 드론시장의 규모추이와 향후 전망은 다음과 같음 Teal Group은 2012년에 발표한 세계 무인기 시장예측자료를 통해 2012년부터 2021년까지 우리나라의 군용 무인기 수요를 다음과 같이 전망하였음 76) <표 2-7> Teal Group의 한국 무인기 시장 생산대수 예측 연도 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019 2020 2021 Total Mini-UAV - 30 30 30 30 100 100 100 100 100 620 Tactical-UAV - - 5 5 10 10 10 15 15 15 85 Naval VTUAV - - - - - 3 3 3 3 3 15 MALE UAV - - - - 2 2 2 2 2 2 12 HALE UAV - - - 1 1 1 1 - - - 4 자료: 국토교통부 한국건설교통기술평가원, 상업용 민간 무인항공기 보급 기반 구축 기획 최종 보고서, 2012, 132쪽에서 재인용 국내 민간 무인기시장은 2020년대 초부터 본격적으로 창출될 것으로 전망 향후 10년간 국내 무인기 시장수요는 민용보다는 군용에 의해 주도될 것으로 예 상되고 있는 것이 큰 특징임. 한국과학기술원은 국내 민간용 드론시장 규모가 현 재는 농업용 및 항공촬영용 위주로 소규모에 불과하나, 향후 해안/산불/환경 감 시 등의 공공용부터 시작하여 다양한 용도로 이용될 것으로 예측하면서 2016년 이후 15년간 시장규모는 다음과 같이 1조 6,200억 원으로 전망하였음 76) 국토교통부 한국건설교통기술평가원, 상업용 민간 무인항공기 보급 기반 구축 기획 최종보 고서, 2012, 132쪽.
96 2014년도 현안분석과제 보고서 기술혁신 대응 분야 <표 2-8> 우리나라의 민간용 무인항공기 시장예측 용도 시기 예상획득비(억 원) 비고 해안감시 2018 ~ 2025 5,200 26개 해경 2조 산불감시 2018 ~ 2022 2,000 5개 산림청 4조 환경감시 2020 ~ 2025 1,000 10개 지자체 1조 재해재난 모니터링 2018 ~ 2030 2,000 10개 지자체 2조 교통통제/사고수습 2018 ~ 2022 1,000 10개 지자체 1조 공중촬영 2016 ~ 2025 1,500 업체 60대(대당25억원) 농업용 2016 ~ 2025 2,000 업체 1,000대(대당 2억원) 기타 2016 ~ 2025 1,500 소형 위주 계 16,200 주: 1) 해안/산불/환경감시 및 재해재난/교통상황 모니터링: 1조당 100억원 기준 2) 10개 지자체: 서울/경기/강원/충남/충북/전남/전북/경남/경북/제주 자료: 국토교통부 한국건설기술연구원), 상업용 민간 무인항공기 보급 기반구축 기획 최종보고서, 2012, 132쪽. Teal Group에 의하면 2012 2021년간 전 세계 민용 무인기(Civil UAV) 시장규모 는 56억 달러로서 전체 무인기 시장규모의 5%에도 미치지 못하고, 2012년 현재 총액기준으로 세계시장의 3.7% 내외에 불과함. 그러나, 2021년에는 6.5%까지 성 장할 것으로 전망하고 있음. 이 보고서는 오바마 대통령의 민간 무인기에 대한 언 급이 본격적으로 고려되지 않은 상태에서 전망되었기 때문에 실제로는 향후 민용 무인기 시장은 더욱 더 커질 것으로 기대되고 있음 <표 2-9> Teal Group에 의한 드론의 종류별 생산규모(2012-2021) 예측 용도 억 달러 점유율(%) 민용 24 5 무기용 56 13 고고도 장기체공용 93 22 중고도 장기체공용 148 34 해군용 44 10 전술무인항공기 50 12 SUAVs 6 1 Mini UAVs 12 3 합계 433 100 자료: 국토교통부 한국건설교통기술평가원, 상업용 민간 무인항공기 보급 기반 구축 기획 최종보고서, 2012, 138쪽에서 재인용
드론의 해양수산분야 활용방안 97 Zak & Enzo, 드론혁명 향후 지속 전망 Zak, Enzo 교수는 사회학자 Everett M. Rogers 교수의 확산이론 을 적용하여, 하 드웨어 혁명의 미래예측을 한 바 있음 - 그들은 드론혁명이 물류혁명과 함께 2010년 무렵에 이미 개시되었다고 하였음. 하드웨어 확산에 따라 드론시장규모는 계속 성장하여 2018년경 절정에 도달한 후 2022년까지 지속될 것으로 예측하고 있음 [그림 2-12] 하드웨어 혁명 자료: Zak & Enzo, What is The Hardware Revolution, Upverter, October 08, 2013.
98 2014년도 현안분석과제 보고서 기술혁신 대응 분야 Ⅲ. 드론의 해양수산분야 활용 및 동향전망 1. 드론의 해양수산분야 활용현황 해양수산 관측 조사 부문에 있어서 항공기는 부분적으로 활용 국내에서는 해양수산분야에 있어서의 다양한 관측과 조사 중 상당수는 선박을 통 해 행해지고 있고, 일부가 유인항공기로 행해지고 있으나, 드론이용은 극히 미미 한 상태 - 유인항공기로 이루어지고 있는 관측 조사 대상은 전국적 단위의 해안선 측량, 연안침식 모니터링, 연안양식 판독사업, 적조발생 예찰 정도에 불과함 - 이러한 관측 조사업무의 일부는 종래 위성으로 이루어졌으나, 낮은 해상도, 고 비용구조, 항공라이다 77) 의 보급으로 인해 2000년대 초반에 들어와 비로소 항공 기이용으로 전환되었음 78) 77) 라이다(Light Detection And Ranging, Laser Imaging Detection and Ranging: 광검출( 光 檢 出 ) 과 측거( 測 距 ) 또는 레이저화상검출과 측거)란 빛을 사용한 리모트 컨트롤 기술의 하나로, 레 이저펄스(Pulse)를 지표면에 쏘고 반사되어 돌아오는 시간을 측정하여 반사지점의 공간위치좌 표를 계산해내어 지표면에 대한 지형정보를 추출하는 측량기법임. 항공기 또는 위성에 탑재하 여 지형측량에 주로 사용되는데, 항공측량 시 라이다가 이용될 경우, 고해상도의 영상과 융합 되어 광학영상에서 획득하기 어려운 정보의 획득, 취득된 고정밀 수치표고모델을 이용하여 지형 과 구조물에 대한 3차원 모델의 생성이 가능함(Wikipedia, http://en.wikipedia.org/wiki/lidar). 78) 국립해양조사원은 2005년에 처음으로 해안선 조사측량사업에 항공라이다 측량을 시범적으로 도입하여 성공적으로 실시하였음.
드론의 해양수산분야 활용방안 99 국내 측량업체, 최근 들어와 해안관측 항만공사 등에 드론 활용 개시 국내 해양수산 분야에서도 드론이 이용되고 있으며 이는 극히 최근임. 일부 측량 전문회사들이 2012년 무렵부터 소형 드론을 도입 활용하고 있는데, 아직은 태동 단계이기 때문에 활용실적은 미미함. 일부업체가 활용하고 있는 드론의 현황은 다음과 같음 - 동원측량콘설탄트는 고정익으로 날개길이 1.2m, 무게 1.2kg, 탑재가능무게 600g, 비행고도 150m, 비행속도 50km/h, 배터리 50분 79) 의 드론을 활용하고 있음. 지오모니터링은 회전익으로 직경 1.036m, 높이 0.457m, 무게 3.4kg, 탑재가능무게 3.0g, 비행고도 2,000m, 비행속도 90km/h, 배터리 30분 80) 의 드 론을 활용하고 있음. 공간정보는 회전익으로 프로펠러 6기 8기, 무게 6.6kg, 비행시간 30분, 촬영면적 1.5 6km2에 이르는 드론을 활용하고 있음. 해양정 보기술은 고정익으로 날개폭 90cm, 앞뒤 길이 70cm, 배터리 카메라를 탑재한 총무게 0.9kg, 비행고도 700 800m, 비행속도 43km/h, 배터리 50분의 드론을 활용하고 있음 - 이들 측량회사가 드론을 활용하고 있는 것은 다양한 기술의 융합이 가능한 데에 기인함. 즉 자동항법장치로 경로비행을 수행하고, 촬영한 사진은 사진측량기 술과 접목되어 수치표고모형 및 3차원 수치영상으로 제작할 수 있게 되었기 때 문임 - 현재 주로 이용되고 있는 분야는 준설토 투기장 측량, 국지적 차원의 해안선 및 갯벌 측량, 설계용 지형 현황도 제작, 항만공사진척 현황 영상촬영, 토공량 산출 등에 국한되고 있음. 현재는 도입 초기단계이지만, 드론활용으로 인력절감 생 산성 제고 등의 효과가 비교적 크게 나타나는 것으로 평가되고 있어 드론이용은 향후 급속하게 확산될 것으로 전망됨 79) 동원측량콘설탄트, http://dwsc.co.kr/three_10.html 80) 지오모니터링(http://geomonitoring.co.kr/aibot/spec.html)
100 2014년도 현안분석과제 보고서 기술혁신 대응 분야 세계적으로는 해양수산분야 및 유사분야에서 다음과 같이 드론 활용이 확대되고 있음 송유관 파손 점검 해상석유시설 관리에 활용되는 드론 석유 메이저 BP는 미국 AeroVironment사 제품의 Puma AE(길이 1.4m)에 전기광 학카메라, 적외선카메라, GPS를 탑재하고, 1회 충전으로 약 3.5시간 비행 가능한 드론을 알래스카 유전관리에 투입하였음. 카메라로 촬영한 영상은 실시간으로 송신이 가능함 81) [그림 3-1] BP가 이용하는 Puma AE [그림 3-2] 이륙은 수동 자료: Aerovironment, Inc., http://www.avinc.com/uas/small_uas/puma/ Aeronautics사가 개발한 Aerostar Tactical UAV는 2003년 이후 해양석유시설감시 에 이용되고 있음. 12시간 비행이 가능하며 야간에는 Aerostar FLIR 카메라를 통 해 도난, 점거, 소형보트에 의한 시설 접근 등의 감시에 활용되고 있음. 기름 누출 은 적외선으로 발견 가능함 82) 81) 미 연방항공국(FAA)은 2014년 6월 10일, BP에 대해 알래스카에 있는 동사의 유전 상공에 대한 드론의 비행을 허가하였음. 미국 본토에서 드론의 민간이용이 허가된 것은 최초임. 82) http//:www.aeronautics-sys.com/?categoryid=259&articleid=188
드론의 해양수산분야 활용방안 101 - 날개길이는 8.5m, 전후 길이는 4.5m, 높이 1.3m, 기체무게 220kg, 최대적재중 량 50kg, 최대스피드는 110노트, 고도 18,000피트(5,486m)임 [그림 3-3] 해양석유시설 감시 [그림 3-4] 적외선 카메라에 의한 선박감시 자료: Aeronautics Ltd., http://www.aeronautics-sys.com/?categoryid=259&articleid=188 이러한 현황을 감안하면 드론은 항만시설인 유류 가스터미널 시설의 감시에 유효 하게 활용될 수 있을 것임 해양수산 부문의 조사 관측에 활용되는 수중드론 83) 2007년 설립된 미국의 Liquid Robotics사는 수중드론인 Wave Glider를 개발했음. 태양열과 파력을 추진력으로 활용하는 Wave Glider는 해면에 떠있는 float와 수 중에 있는 수중글라이더로 구성되어 있음. 수중글라이더는 나무줄기에 잎사귀가 붙어 있는 형상으로서 float의 5m 아래에 케이블로 연결되어 있음. float와 수중글 라이더가 분리되어 있어 상호 파력의 차이에 의한 상하진폭이 양력을 발생시켜 작동하는 원리임 83) Wave Robotics Inc.(http://liquidr.com/)
102 2014년도 현안분석과제 보고서 기술혁신 대응 분야 - Wave Glider는 해면에 수개월 체류하여, 자료수집, 글라이더 간 공동업무 수행 이 가능함. Wave Glider에는 위성통신, 스마트폰 기능, WiFi, 카메라, AIS, 자료 분석장비 등이 탑재되어 있음. 동사는 2014년 4월 미국 대기환경청(NOAA)과 날씨예측, 어장관리, 환경모니터링에 관한 수년간의 공동 R&D 연구를 하기로 하였음 [그림 3-5] Liquid Robotics사의 Wave Glider] 자료: Liquid Robotics, http://liquidr.com/prodserv/wg/security.html 해양관측 및 감시에 활용되고 있는 Aerosonde 드론 Aerosonde Pty Ltd.사가 1998년에 제작한 Aerosonde는 같은 해 무인비행기로서 는 세계 최초로 북대서양을 횡단한 바 있음. Aerosonde는 길이 1.7m, 양 날개길 이 2.9m, 높이 0.6m, 적재중량 13-15kg, 배기량 24cc, 최대비행속도 140km/h, 범 위 3,000km로 주로 해양관측에 이용되고 있음 - Aerosonde는 국경순찰, 날씨관측, 밀입국 및 연안감시, 수색 구조, 농작물 모니 터링 업무를 수행하고 있는데, 2007년에는 NASA, NOAA가 공동으로 주관한 프 로그램에 의해 사람이 접근하기 힘든 허리케인 중심 부근의 데이터를 수집하는 데에도 사용된 바 있음
드론의 해양수산분야 활용방안 103 [그림 3-6] Aerosonde의 선박으로의 복귀 [그림 3-7] Aerosonde 이송 트레일러 자료: http://www.aerosonde.com/products/gallery.html 폭발적인 주목을 받는 드론의 항공촬영 미국에서는 2000년대 후반부터 드론을 항공촬영 비즈니스에 사용해왔음. 즉 해충 피해의 조기발견, 대규모 재해 및 사고 등을 상공에서 촬영, 감시해왔음. 일부 대 학에서는 상공에서 화산관측, 조사목적으로 활용하고 있음 일본에서는 동일본 원전사고 피재지에서 대기 중의 방사선량을 측정하기 위해 영 국제 무인 드론이 사용되었음 84) 이를 감안하면 드론은 해양조사에 매우 유효하게 활용될 것으로 보임 국경경비 및 보안 강화에 활용되는 드론 소치동계올림픽에서 보안문제가 부각되자 러시아 정부는 10대 이상의 드론을 띄 워 보안을 강화한 바 있음 미국에서는 2013년 6월 FBI가 드론에 의한 자국 내 감시를 인정하였고, 국경경비 대는 경찰보다 빨리 드론을 사용하였음. 과거 3년간 미국 멕시코 사이의 국경은 84) http://www.wired.co.uk/news/archive/2014-03/18/radiation-detecting-drone-wins-award
104 2014년도 현안분석과제 보고서 기술혁신 대응 분야 모두 드론으로 감시되어 왔음 85) 일본의 경비회사 세콤은 2013년 12월, 점포 및 공장 내 불심자를 발견하고 추적하 는 자율형 소형비행감시로봇을 개발했다고 발표했음. 2014년에는 이를 유상 임대 사업에 사용하겠다고 발표했음 이를 감안하면 드론은 영해감시, 항만보안 등에도 유효하게 활용될 것으로 보임 2. 해양수산부문의 분야별 활용가능분야 1) 항만부문 (1) 항만시설 건설 부문 제목 항만개발을 위한 채석장 관측 내용 ㅇ 현황 및 문제점 - 해상에 투입될 사석 채굴을 위해 허가받은 채석장에서 채취함 - 채석량 측량을 위해 지표조사를 통해 지형제작을 행하고 있으나, 대다수 지표조사는 육안관찰로 이루어지고 있어 정확한 채석량 파악을 위해서는 상당한 시간과 인력이 투입됨 ㅇ 드론이용방안 - 채석장을 대상으로 채석 이전과 이후의 상태를 드론이 근접, 입체적으로 촬영하면 채석 표면적과 채취량 파악이 정확하게 이루어지게 됨. 더구나 수시로 촬영이 가능하므로 생산계획 수립이 용이함 ㅇ 유사사례 - 프랑스의 한 광산회사는 드론에 장착된 HD 카메라로 3차원 광산지도를 만들고, 이를 토대로 광물 채취량을 산정하며, 이를 감안해 생산계획을 수 립하고 있음 - 스위스의 한 측량업체는 자갈 채굴장과 채석장, 매립지 측정 시에 드론을 사용하여 토지 측량사나 유인항공기에 비해 신속하고도 효율적으로 실시 하고 있음 85) http://gizmodo.com/5627428/starting-today-the-entire-usmexico-border-is-drone-patrolled(2010. 1. 9)
드론의 해양수산분야 활용방안 105 제목 항만개발 예정지 측량 항만수심 준설, 방파제 건설 내용 ㅇ 현황 및 문제점 - 측량 기사들이 현장으로 이동하여 측량하므로 면적이 광활한 경우 측량에 장시간 및 다수 인력이 투입되어 비용이 과다 발생 - 갯벌, 준설토 등의 측량 시에는 인력이 접근하여 측량하기 곤란 ㅇ 드론활용방안 - 드론으로 촬영하면 정확한 측량(지도의 완성)이 가능하고, 갯벌 준설토 지 역에 직접 들어가지 않아도 되며 코스트 시간 절감도 가능 ㅇ 유사사례 - 프랑스의 EDF 에너지 사는 드론을 건설사업에 활용, 폐기물 위치파악 및 물이 고이는 장소를 계산하여 홍수 관리에도 활용했으며, 측량에도 활용 하여 비용 및 인력을 절감시키고 있음 ㅇ 현황 및 문제점 - 소형선에 Sonar, Beam 등을 탑재하여 수심을 측정하고 있으나, 날씨 바 람 등의 영향을 받는 경우가 많고 시간도 소요 - 항공라이다로 레이저를 주사( 注 射 )하면서 광활한 지역을 신속하게 측량하 는 경우도 있으나, 해상도가 낮고 고비용구조 ㅇ 드론활용방안 - 드론은 소형선보다 파도 바람 날씨의 영향을 적게 받으므로 신속성 확보 가 가능하며, 항만개발 대상 수역이 국지적인 경우에는 고가인 항공기보 다 저가인 드론에 의한 측량이 경제적 - 다만, 탑재장비의 장착이 가능해야 한다는 전제조건 충족이 필요 (2) 항만시설 관리, 감시 부문 제목 LNG, LPG, 유류부두의 파이프라인 부식, 누출여부 감시 내용 ㅇ 현황 및 문제점 - 육안 및 카메라 등으로 감시하고 있으나, 해상 쪽은 감시가 어렵고, 주간 에는 누출여부 확인도 곤란 ㅇ 드론활용방안 - 해상 쪽으로는 드론이 이동하여 감시가 가능하므로 감시부위에 대한 제약 이 사라지게 되며, 실시간 감시정보 송수신으로 감시의 효율화 및 누출부 위 발견 시 신속한 대응 가능 ㅇ 유사사례 - BP는 2014년 6월부터 알래스카 송유관 파손여부를 드론으로 점검
106 2014년도 현안분석과제 보고서 기술혁신 대응 분야 제목 청항관리 항만야드, 임항도로, 방충재 관리 내용 ㅇ 현황 및 문제점 - 현재 해양환경관리공단이 항내 부유물, 유류오염 발생여부 등을 수시로 관찰하여 선박으로 현장 출동, 수거 방재하고 있으나, 육안관찰로 행하기 때문에 항내 전역순회가 불가피하여 비효율적 ㅇ 드론이용방안 - 드론을 활용하게 되면 청항 대상 수면의 파악이 용이하여 불필요한 수면 순회 감축 및 효율적 청항관리가 가능 ㅇ 현황 및 문제점 - 야드파손, 항내 임항 도로의 굴곡, 방충재 손상발생 시 이용자의 신고 등 을 받은 후, 현장으로 출동 후 확인하므로 수동적 대응 상태 ㅇ 드론활용방안 - 드론 활용시 선박이나 차량보다 신속한 파악이 가능하고, 빈번한 확인이 가능하여 항만시설의 파손상태에 신속 선도적 대응이 가능 (3) 항만기상, 항만재해 규모 파악 및 복구비 산정 부문 제목 입출항 기상 제공 항만재해 규모 파악 및 복구비 산정 내용 ㅇ 현황 및 문제점 - 태풍 등 기상 이변 시에 선박은 외항으로 피난하고, 입항하려는 선박도 입항을 중지하게 됨. 입항금지를 해제하는 경우에도 기상청 정보에만 의 존하고 있음 ㅇ 드론이용방안 - 항만당국이 드론을 비행시켜 해역의 상황을 직접 파악하여 기상청 정보 외 보조정보를 수집 활용 시 입출항 시각을 정확하고 신속하게 제공 가능 ㅇ 현황 및 문제점 - 항만재해 발생 시 선박이나 차량 등으로 현장으로 이동하여 파악하고 있 으므로, 재해대상이 광범위할 경우 시간이 소요 - 선박이나 차량이 접근하기 힘든 장소도 있어 재해발생 규모 파악 및 복구 비 산정에 시간 소요 ㅇ 드론이용방안 - 드론을 활용하면 차량, 선박, 사람이 접근하기 힘든 장소에도 신속한 접근 이 가능하며, 복구비도 신속하게 산정 가능
드론의 해양수산분야 활용방안 107 (4) 항만보안 부문 제목 항만보안 내용 ㅇ 현황 및 문제점 - 항만시설 주위에 보안시설과 장비 등을 설치하고, 이를 중앙감시실에서 총괄 감시하고 있으나, 인력부족으로 보안시설 전체 순회 감시가 곤란한 상황 ㅇ 드론활용방안 - 드론은 자유롭고 신속하게 이동하면서 탑재된 카메라나 센서를 통해 원격 감시가 가능함. 더구나 침입자 추적도 가능 2) 수산부문 86) (1) 양식어장 관리 제목 양식어장 관리, 판독, 생산량 정밀 예측 내용 ㅇ 현황 및 문제점 - 양식어장 시설량(위치, 규모, 규격 등) 확인을 위해 2004 2009년간 위성 영상을 이용했으나, 촬영 판독비용이 높아 2010년부터는 항공영상으로 전 환. 그럼에도 비용이 높아 연간 1회 실시에 불과 - 전체 양식어장 관리는 항공촬영이 불가피하고 지속적 관리가 필요한 특정지 역에는 촬영회수 증대가 필요하지만, 고비용구조로 실시 곤란 - 또한 태풍 등 자연재해 발생 시에도 양식 시설물 변동상황 파악 곤란 ㅇ 드론이용방안 - 제한된 특정지역에 대한 면밀한 관리감독이 필요한 경우 저비용구조인 드론 을 활용하면 빈번한 이용이 가능하여 관리의 실효성 제고 가능 - 근접촬영이 가능한 드론에 고화질 카메라를 장착할 경우 해상도 제고가 가 능하며, 양식어장의 상시 모니터링 체제 구축을 통한 품목별 수산물 생산량 예측의 기초자료 및 양식어장 관리에 활용 가능 86) 이남수, 양식어장의 드론 활용방안에 관한 연구, 한국해양수산개발원 수산업관측센터 계간 수산관측리뷰, Vol. 1. No. 1, 2014, pp. 2-16.
108 2014년도 현안분석과제 보고서 기술혁신 대응 분야 (2) 적조 및 해파리 예찰 제목 적조 예찰, 적조 제거 위한 위치 선정 모니터링 적조방재활동 해파리 이동조사 내용 ㅇ 현황 및 문제점 - 선박에서 해수를 채취, 수질을 조사하여 적조 발생여부를 검토 - 적조 발생 시 지자체 등에서 선박으로 진행방향에 대해 예측하고, 그 결과 를 국립수산과학원에 제공하며, 국립수산과학원은 이 정보를 바탕으로 주의 보, 경보 등을 발령하고 있으나, 정보수집시점과 정보제공 시점 간에 시간 상의 차이가 발생하므로 사후조치가 될 우려가 높고, 선박예찰 시에는 예찰 범위에 한계가 발생하며, 항공기 이용 시에는 고비용 구조 ㅇ 드론이용방안 - 적조가 양식어장이 밀집해 있는 연안의 국지적 구역에서 발생하는 경우 드 론에 분광기( 分 光 器 )를 탑재하여 관측이 가능 - 또한 적조 진행방향에 대해서도 관측, 예찰범위 확대를 통한 실효성 있는 예측이 가능. 여기에 무인선박까지 추가하여 입체적으로 예찰을 실시할 경 우 실시간 예찰도 가능 - 적조 제거를 위한 선박의 방재 위치선정 등 방재계획 수립에 드론을 활용하 면 방재의 효율화 도모 가능 ㅇ 현황 및 문제점 - 발생한 적조 제거를 위한 선박의 작업방향 설정 시 육안으로 관측하여 이리 저리 이동하며 위치확인 및 방재활동을 수행하고 있으나, 작업방향의 정확 한 예측에 어려움이 발생 ㅇ 드론활용방안 - 연안에서 발생하는 국지적 규모의 적조에 대해서는 드론을 활용하면, 적조 진행 방향 예측 및 방재계획 수립이 용이하며, 신속하고도 정확한 방재가 가능 ㅇ 현황 및 문제점 - 동중국해에서 이동해 오는 해파리를 파악하기 위해 국립수산과학원이 해경 항공기로 500 600km에 걸쳐 예찰 실시. 저고도에서 육안관측, 또는 동 영상 촬영으로 관측 - 남동해안(경남, 전남 경북 일부)에서 발생하는 해파리에 대해서는 선박으로 예찰을 실시하고 있으나, 예찰범위에 한계 발생. 항공기로 예찰 시에는 고 비용구조 ㅇ 드론이용방안 - 국내 연안에서 발생하는 해파리 예찰 시에는 대상지역이 국지적이기 때문 에 저비용구조인 드론으로 근접 예찰이 가능
드론의 해양수산분야 활용방안 109 3) 해양부문 (1) 연안조사, 관측, 관리 부문 제목 공유수면 점사용관리 해안선 수심측량, 무인도서 원격측량, 연안침식 지형도변 화 모니터링 내용 ㅇ 현황 및 문제점 - 공유수면 점사용 허가 후 허가내용 이행여부 확인을 위해서는 선박을 타 고 현장으로 출동해야 하므로 시간과 비용이 소요되어 실효성 있는 확인 조치가 곤란 ㅇ 드론이용방안 - 허가지역이 연안인 경우 수시로 드론을 띄우면, 허가내용의 확인이 용이 하며, 선박이용에 따른 비용 및 시간 절감이 가능 ㅇ 현황 및 문제점 - 전국의 연안, 무인도서를 대상으로 국립해양조사원에서 측량 실시 - 해안선 측량(조간대)은 항공기로 실시(라이다측량)하고, 연안수심은 선박 에 관측장비(multi beam)를 탑재하여 측량 실시. 수심이 깊거나 탁도가 높은 연안은 항공기 관측이 곤란하여 선박을 이용, 측량함 - 종래의 장시간, 고비용구조의 측량방식을 2007년 이후 항공기측량으로 전환하여 비용절감 및 면( 面 ) 단위의 측량으로 효율성 제고 - 탑재한 라이다로는 레이저를, multi beam으로는 음파를 송신하고, 수신 정보를 기록하여 자료 취득, 분석한 후 해도에 반영 - 전국단위의 해안선 측량은 이미 완료되었으나 연안개발, 항만개발 등에 의한 해안선 변형 발생 시 수시로 재측량 실시 - 갯벌, 도서의 암반지역 지형도 제작 시에는 선박의 접근이 곤란하여 사람 이 직접 측량하고 있으나, 사람의 접근이 힘들고 다수 인력이 작업함으로 장시간 고비용구조 ㅇ 드론이용방안 - 연안개발 등으로 일정지역 내 변형된 해안선 측량, 갯벌 등 퇴적상 변화 의 빈번한 관측, 무인도서 측량 등을 드론관측으로 전환 시 해상도 제고 및 코스트 절감 가능 - 1km2 범위 내의 측량은 드론이 유리한 것으로 평가되고 있음 - 무인도서, 절개지, 갯벌, 도서의 암반지역 측량을 드론으로 대체 시 인력 절감, 신속성 확보, 저비용 측량이 가능 - 관측장비의 경량화, 고성능화를 통해 항공기 측량의 대체도 가능하나, 중 량 문제 해결이 전제조건 - 드론활용이 전제될 경우 관측, 모니터링 계획수립도 용이
110 2014년도 현안분석과제 보고서 기술혁신 대응 분야 (2) 무인도서 관리 제목 무인도서 관리, 생태계 조사 내용 ㅇ 현황 및 문제점 - 2,600여 개 무인도서에서의 불법방목, 불법 건축물을 관리하고 있으나, 접안시설 부재로 상륙하여 감시가 곤란한 경우가 발생. 또한 조사의 실익 이 없는 소규모 무인도서는 고비용으로 인해 관리가 부실한 경우도 발생 - 무인도서 생태계 조사 시에는 식생, 곤충, 동물, 조류, 해조류 등 분야별 전문가 여러 명이 상륙하여 전수 조사하므로 시간과 비용 소요 ㅇ 드론이용방안 - 무인도서는 사람의 접근이 곤란한 절개지, 절벽 등이 많아 드론 활용시 조사의 실효성 제고 가능 - 현재 10년에 1회 조사 중이나, 조사시기별로 변형된 내용 비교가 곤란함. 드론활용 시 조사빈도 증대가 가능하여 변형내용 파악도 용이 - 다만 전수조사 시에는 드론이용에 한계가 있기는 하나, 보조적 사용은 가능 (3) 해양수색, 구조 제목 해상수색 및 구조 내용 ㅇ 현황 및 문제점 - 해상에서의 수색 및 구조 업무는 주로 선박이나 헬리콥터를 이용하여 주 간에만 가능하며, 수색시각 및 비행시간에 제약이 발생 ㅇ 드론이용방안 - 생존자 표류 시 야간에도 열상장비를 이용하면 효과적인 탐색 가능 - 해양경찰청의 장기계획에는 드론확보를 계획 중 위와 같이 해양수산 분야에 있어서는 아직 규모가 많지는 않지만, 드론이 활용될 분야는 적지 않음. 현 단계에서는 국한된 지역의 관측, 감시, 측량, 관리 등에 활용 가능하며, 광활한 지역의 관측, 감시 등에는 보조적 수단으로 활용이 가능함. 아 울러 해양수산의 특성상 수중조사가 많고 정밀관측을 위해서는 관측장비의 활용 이 필수적인 경우가 많기 때문에 장비탑재가 가능한 드론개발이 이루어져야만 해 양수산 관측의 실효성이 대폭 제고될 것임
드론의 해양수산분야 활용방안 111 Ⅳ. 해양수산분야 활용방안 1. 드론의 해양수산분야 활용 필요성 해양관측 조사 감시 업무의 실효성 제고 공유수면 점사용 허가내용 확인, 양식어장 시설물 확인 등은 빈번한 현장 관찰을 해야만 실효성 있는 관측 및 관리가 가능함. 또한 사람의 접근이 곤란한 갯벌, 준 설토 투기장, 무인도서 등의 측량과 관리를 위해서는 접안시설이 필요하거나, 조 사가 적합한 시간대까지 대기해야 하고, 영해의 치밀한 경계를 위해서는 경비정 의 상시 정박에 의한 경계가 요구됨 - 그러나 적정 코스트로 실행이 가능한 기술이 아직 미비하고 실행을 위해서는 고 비용이 불가피하다는 이유로 사실상 종래의 관측 조사 감시 방식이 유지되고 있어 실효성 있는 효과를 획득하지 못하는 측면이 많음. 현재 저비용구조인 드 론의 개발로 인해 이러한 제약이 타파되고 있는 상황이므로 해양수산 부문의 관 측 조사 감시 업무의 실효성 제고를 위해 드론을 적극 활용해 나가야 함 해상도 제고 및 신속성 확보 급속한 기술진보로 최근 들어와 해상도가 높은 카메라가 개발되고 있기 때문에 사진촬영만으로 업무수행이 가능한 항만개발 지역의 측량, 공유수면 점사용 허가 내용 확인, 감시 등의 업무수행에는 굳이 항공기를 활용해야 할 필요성이 약화되 고 있음. 드론 사진의 해상도는 보통 5 10cm 수준으로 해상도 1m인 위성영상보 다 100 400배 높다고 알려지고 있음
112 2014년도 현안분석과제 보고서 기술혁신 대응 분야 - 종래 준설토 투기장 토공량 산정은 인력이나 항공기로 이루어졌으나, 드론개발 로 인해 다음과 같이 해상도를 훨씬 높일 수 있게 되었음 <표 4-1> 가덕도 투기장 물량산출(2014. 3. 14) 면적 이미지 DEM(수치표고모형) 기구 100km2 1m급 5-10m 위성 50km2 0.5m급 1-5m 항공기촬영 5km2 0.1m급 3D Model 10cm 드론(plane) 0.5km2 0.01m급 3D Model 1cm 드론(copter) 자료: Geo3D, http://cafe.daum.net/3dphotoscan를 참조로 정리 위의 사례와 같이 정밀성이 요구되는 제한된 지역의 측량에는 위성이나 항공기보 다 드론이 훨씬 유효함을 알 수 있음 또한 갯벌, 도서의 암반지역 측량 시에 드론을 활용하면 신속성과 편리성이 확보 됨. 예를 들어 500m 3km의 갯벌이나 암반지역의 측량에 드론이 활용되면 1시 간 정도로 완료되지만, 사람이 직접 측량할 경우에는 다수 인력을 투입하더라도 1 일 이상의 시간이 소요됨 이와 같이 드론은 기존 방식에 비해 해상도 및 신속성에 현저한 장점이 있기 때문 에 종래 드론이용이 불가능했던 업무도 드론으로 수행 가능하게 되므로, 드론의 활용도가 증가할 것으로 전망됨 필요시 기민하게 활용 활주로가 필요한 항공기 서비스는 즉시성 이 다소 부족함. 해양에서 해파리나 적 조 발생, 기름유출사고 등이 발생하면 신속하게 대응해야 함. 특히 진행방향을 신 속하게 예측할 필요가 있음
드론의 해양수산분야 활용방안 113 항공기 비행을 위해서는 사전에 비행계획을 지방항공청에 제출하고 있으나, 통제 공역이 아닌 한 비행 1일 전에 제출하면 수리됨 87). 그러나 항공기는 공항에 계류 되어 있고, 조종자가 공항에 상시 대기해 있는 상태가 아니며 공항의 사정에 따라 운용되어야 함. 더구나 항공기 보유주체와 사용자가 다른 경우에는 사용자가 즉 각적으로 대응하기 곤란함. 따라서 사전에 계획되지 않은 돌발적인 관측사안이 발생할 경우에는 신속한 업무수행이 곤란하게 되는 것임 이에 반해 드론은 유인비행기와 비교하여 훨씬 기민한 운용이 가능함 - 첫째, 공항이나 활주로가 불필요하므로 공항의 사정에 맞출 필요가 없고 가까이 에서 언제든 사용할 수 있어, 운용이 편리함 88) - 둘째, 운용이 편리한 드론이 많음. 최근에는 1 2명이 휴대하면서 운용하는 1 3m 크기의 소형 드론도 있고, 한 사람이 손으로 던져서 운용하는 15cm 이내의 초소형 드론도 있음. 우리나라에서는 12kg 미만의 드론은 사전에 비행허가를 받을 필요가 없고, 필요한 시점에 즉시 비행시킬 수 있도록 제도화되어 있음 또한 드론은 육상에서는 비행시간 비행루트 시계비행 등 여러 가지 제약을 받으나 해상에서는 이러한 제약에서 벗어날 수 있기 때문에 활용도가 매우 높을 것으로 보임 코스트 인하 항공기를 이용한 해양 및 양식어장 관측 조사에는 사람탑승 및 장비탑재가 동반 되기 때문에 비용이 많이 소요됨. 만약 장비를 탑재할 수 있는 저렴한 드론이 개 발된다면 관측 조사비용을 대폭 절약시킬 수 있게 됨. 비용이 절감되면 관측 조 87) 항공법 시행규칙(제187조)에 의하면 비행계획은 비행 시작 전에 제출하고, 제출방법은 구술 전화 서류 전문 팩스 또는 정보통신망으로 제출할 수 있으며, 긴급출동 등의 경우에는 비행 중에 제출할 수 있다고 규정하고 있음. 88) 항공촬영을 위해서는 국방부에 사전 서면허가를 득해야 하나, 월 단위로 허가를 받을 수 있음.
114 2014년도 현안분석과제 보고서 기술혁신 대응 분야 사 횟수를 증가시켜 관측 조사목적의 달성이 보다 용이해지게 됨 드론의 가격은 사이즈, 성능 등에 따라 천차만별이지만, 오늘날에는 수백만 원대 의 드론도 시판되고 있음. 그러면서도 항공기 이용 시와 유사한 효과를 획득할 수 있는 경우도 있음 - 지오쓰리디(Geo3D)사는 2013년 항공사진측량 용역제안서에서 드론을 이용하 여 기존 항공측량에 비해 작업가능일수는 270일에서 90일로 축소하고 정밀도는 20cm에서 5cm로 높이면서도 비용은 50% 절감한다는 내용을 제출한 바 있음 89) 이처럼 드론의 기술진보에 따라 일반항공기에 의존하던 기존의 관측 조사목적을 동등하게 달성하거나 오히려 저비용구조로 전환할 수 있는 여지가 발생하고 있음. 따라서 저비용구조인 드론을 활용, 해양관측 조사의 실효성을 높일 필요가 있음 2. 드론의 해양수산분야 활용에 대한 제약요인 1) 기술적 제약 탑재중량 제약 드론이 해양 및 양식어장 관측 분야에 이용되기 위해서는 중량이 있는 관측장비의 탑재가 가능해야 함. 그런데 자체중량이 150kg 이하가 대부분이며, 소형 드론은 수 십 kg에 불과하므로, 50kg, 100kg에 이르는 관측장비의 탑재에는 적합하지 않음 장기체공의 제약 중소형 드론은 전동( 電 動 )으로 움직이는 것이 대부분임. 그런데 아직 배터리 기술 89) Geo3D 3D Photo Scan(2013. 2. 12), http://cafe.daum.net/3dphotoscan
드론의 해양수산분야 활용방안 115 의 부족으로 인해 50분 내외의 체공시간이 한계로 작용하고 있음. 따라서 배터리 문제가 해결되지 않으면 활용도 제고에 상당한 제약을 받게 됨 해양에서 안전한 이착륙 제약 해상은 육지보다 바람이 심하고 날씨가 변덕스럽기 때문에 소형 드론은 비행시간 에 제약을 받을 수 있음. 또한 해양에서는 드론의 이착륙이 용이하지 않음. 해양 에서는 평평한 공간 확보가 힘들기 때문임. 또한 염분이 많아 드론의 유지보수 등 에도 주의가 요구됨 무선통신의 단거리 제약 자동항법장치가 장착되어 있는 드론은 원거리 운항이 가능함. 자동항법장치는 대 개 자동항법장치 소프트웨어를 다운받고, 인터넷을 사용하고 있음. 그런데 해상 에서는 인터넷 활용이 곤란한 구역이 있으므로, 작동하지 않는 경우가 발생함. 이 를 대비하여 수동모드로 전환하여 사용해야 함. 수동모드로 전환되면 무선통신으 로 드론을 원격 조종해야 하지만, 현재의 무선통신거리는 10km 이내에 그치고 있 음. 따라서 통신거리가 짧아 장거리 운용이 곤란함 2) 비행에 대한 제약 시계비행 준수 야간비행 금지 드론(초경량비행장치)은 항공법에 의하면 시계범위를 벗어나서 비행시켜서는 안 되게 되어있고, 야간비행도 금지되어 있음. 드론이 육안에서 벗어나거나, 물체의 확인이 어려운 야간에 비행할 경우 발생할 수 있는 추락 및 충돌 등을 예방하려는 의미에서 취해진 조치임. 그런데 이 규정이 해양부문에 그대로 적용된다면 해양 조사 관측의 실효성을 확보하기 곤란함
116 2014년도 현안분석과제 보고서 기술혁신 대응 분야 진로양보비행 준수 드론(초경량비행장치)은 항공법에 의하면 항공기, 경량항공기, 동력을 이용하지 않는 초경량비행장치를 육안으로 식별하여 미리 피하거나 진로를 양보하여 비행 하도록 의무화되어 있음. 이는 충돌방지장치가 장착되어 있는 항공기와 달리 드 론은 그러지 못하기 때문에 충돌 위험을 방지하기 위한 안전규제임 90) 기타 안전규제 150kg 이하의 초경량비행장치에 대해서는 안전조치를 위해 조종자에게 다음의 행위를 금지하고 있음 <표 4-2> 150kg 이하 초경량비행장치(12kg 이하 포함) 조종자의 금지행위 1. 인명이나 재산에 위험을 초래할 우려가 있는 낙하물 투하 2. 인구밀집지역 및 사람이 많이 모인 장소의 상공 비행 3. 관제 통제 주의 공역 비행행위. 다만, 다음의 행위와 허가받은 경우에는 제외 가. 군사용 초경량비행장치를 비행하는 행위 나. 자체무게가 12kg 이하, 길이 7m 이하로 150m 미만의 고도에서 비행하는 행위 4. 지상목표물을 육안으로 식별할 수 없는 상태에서 비행하는 행위 5. 비행시정 및 구름으로부터의 거리기준을 위반하여 비행하는 행위 6. 그 밖에 비정상적인 방법으로 비행하는 행위 자료: 항공법 시행규칙 제68조 제1항의 내용을 요약 3) 제도적 규제 드론에 의한 사업의 제한 항공법은 150kg 이하의 드론에 대해서는 가능사업에 제한을 설정하고 있음. 현재 90) 이에 따라 미국 연방항공국은 감지 및 회피 를 목적으로 하는 드론용 표준시스템을 개발하여 드론이 항공기나 기타 공중의 장애물과 충돌할 위험성을 원격조종자나 자율시스템 쪽에 경고 하여 지상에서 드론을 조작, 그러한 위험을 회피하려고 계획하고 있음.
드론의 해양수산분야 활용방안 117 드론으로 가능한 사업은 다음과 같음 <표 4-3> 150kg 이하(12kg 이하 포함) 비행장치의 가능사업범위 ㅇ 비료 또는 농약 살포, 씨앗 뿌리기 등 농업 지원 ㅇ 사진촬영, 육상 및 해상 측량 또는 탐사 ㅇ 산림 또는 공원 등의 관측 및 탐사 ㅇ 위와 유사한 사업으로서 국토교통부장관이 인정하는 사업 자료: 항공법 시행규칙 제165조의 3 경쟁수단 존재 오늘날 중소형 드론으로 활용 가능한 사업분야는 이미 항공기에 의해 제공되고 있음. 즉 경쟁서비스가 제공되고 있는 상황인데, 경쟁서비스는 바로 항공기로 행 하는 항공기사용사업 임 항공기사용사업 이란 항공운송사업 외의 사업으로서 유상으로 농약 살포, 해양 측량, 사진촬영 등 다음의 업무를 행하는 사업을 말함 <표 4-4> 항공기사용사업의 업무범위 1. 비료 또는 농약 살포, 씨앗 뿌리기 등 농업 지원 2. 해양오염 방지약제 살포 3. 광고용 현수막 견인 등 공중광고 4. 사진촬영, 육상 및 해상 측량 또는 탐사 5. 산불 등 화재 진압 6. 응급구호를 포함한 수색 및 구조 7. 회전익항공기를 이용한 건설자재 등의 운반 8. 산림, 관로, 전선 등의 순찰 및 관측 9. 항공기를 이용한 비행훈련 10. 항공기를 이용한 고공낙하 11. 글라이더 견인 12. 기타 특정목적을 위하여 하는 것으로서 국토교통부장관이 인정하는 업무 자료: 항공법 시행규칙 제15조의 2
118 2014년도 현안분석과제 보고서 기술혁신 대응 분야 따라서 드론에 의한 사업이 경쟁력을 갖기 위해서는 대체수단인 항공기보다 유리 해야 함 4) 경제적 제약 수요부족 드론이 지속적으로 활용되기 위해서는 드론의 수요가 지속적으로 발생해야 함. 현재 해양수산 분야에 있어서 드론의 수요가 발생하고는 있으나, 연속적인 수요 가 다소 부족하다는 점이 큰 제약으로 작용하고 있음 또한 드론수요가 특정지역 및 특정시기에 집중적으로 발생하고, 그 후에는 수요 가 급감하는 경우도 있음. 이와 같이 지역적으로 수요 발생에 큰 격차가 발생하기 때문에 특정 지역에서 지속적으로 드론이 사용되기가 곤란한 경우가 적지 않음 예산부족 해양수산 부문에서 관측 조사 감시 등이 예산부족으로 인해 실효성 있게 이루어 지지 못하는 경우가 많음. 해안선 무인도서 관측 등은 10년 단위로 이루어지고 있고, 수년에 걸쳐 진행되는 경우도 적지 않음. 또한 감시 관리 등이 대면조사, 서 류상으로 확인되고, 현장확인이 제대로 이루어지지 않는 경우도 있음. 이러한 현 황은 궁극적으로 예산부족에 기인함. 이러한 여건에 의해 드론을 활용할 수 있는 기회가 창출되기 힘든 것임
드론의 해양수산분야 활용방안 119 3. 드론의 해양수산분야 활용도 제고방안 해양수산 분야에 대한 드론의 활용도 인식 드론의 사용이 당연시되는 시대가 도래하고 있기 때문에 드론에 대한 최신정보, 기술을 이해함과 아울러 드론의 활용도가 높은 분야를 계속 발굴하고 실제로 활 용해 나가야 함. 이를 위해서는 무엇보다도 먼저 드론에 대한 이해와 긍정적인 인 식을 갖는 것으로 출발해야 함 일본에서는 무인헬기가 제조된 1990년대 초 일반산업 부문보다는 농업부문에서 먼저 활용되었음. 이는 농업부문의 정책담당자들이 먼저 무인헬기의 활용도를 캐 치하고, 활용해야겠다는 강한 의지를 갖고 있었던 것에 기인함. 특히 무인헬기는 농림수산항공협회가 농가, 농협, 제조업체 등과 공동으로 개발하였음. 필요성이 기술을 만들어내는 것이 오늘날의 상황임을 감안하면 해양수산분야에서 먼저 드 론 활용에 대한 인식을 갖는 것이 중요함 해양비행에 대한 제약의 개선 해양에 있어서는 충돌위험 및 추락위험이 육지에 비해 상대적으로 낮음. 따라서 해양수산 부문에 있어서는 현행 항공법상의 야간비행 금지, 육안비행 준수 규정 을 완화시켜 나갈 필요가 있음 드론의 해양부문 이용에 대비한 관련 규정의 사전 정비 드론은 관리의 편리성, 활용의 기민성, 저코스트 등의 장점이 있기 때문에 제도적 규제완화가 이루어지면 이용률이 급속히 올라갈 가능성이 높음. 그때까지 드론운 용에 관한 규정을 갖추지 않을 경우 안전성 확보 및 관리에 문제가 될 수 있음 특히 12kg 이하의 초경량비행장치에 대해서는 현재 보유, 폐기, 운항 등에 아무런 규제도 없음 91). 이에 따라 예를 들어 선용품공급업자들이 드론으로 서류나 간단
120 2014년도 현안분석과제 보고서 기술혁신 대응 분야 한 부품 배송을 행하는 경우가 다수 발생하면 항만공간이 혼란스럽게 될 것임. 이 런 경우를 대비하여 운용규칙을 마련해 둘 필요가 있음 해양수산 부문에서 드론이 질서 있게 이용되기 위해서는 안전운항 및 관리규정이 마련 운용되어야 함. 그렇게 해야만 비효율적인 사용, 반사회적인 목적의 사용, 사고발생 등을 방지할 수 있을 것이기 때문임 해양수산 용도에 부합하는 드론기술 개발 드론이 해양수산분야에서 실용화되기 위해서는 극복해야 할 기술적, 제도적 제약 이 적지 않음. 특히 안전확보를 위해 상당기간 다음과 같은 제도적 제약은 해소되 기 힘들 것으로 전망됨 - 첫째, 드론 운용 시에는 안전 확보 차원에서 어떠한 형태로든 사람에 의한 조종 이 요구될 것이라는 점임 - 둘째, 현행 자동 항공교통관제에 적합해야 하고, 감지 및 회피 (sense and avoid) 측면에서는 현행 항공기와 유사한 규제가 부과될 가능성이 높음. 특히 위치통보, 충돌방지, 추락방지 등 현행 유인항공기와 동등한 수준의 의무가 지 속될 것으로 전망됨 - 드론사용에 이러한 조건이 전제된다고 하여 드론사용을 무조건 부정하기보다는 사용가능한 드론, 사용이 곤란한 드론 등으로 드론의 종류를 분류하고, 사용하 기 용이한 드론을 선택해 나가는 것이 중요함 해양용 드론 개발필요성 - 첫째, 유인헬기조차도 해풍으로 인해 비행하지 못하는 경우가 많음. 소형 드론 은 더욱 그러함. 해양은 육지에 비해 날씨 변화가 심하기 때문에 바람의 영향을 많이 받는 소형 드론은 해양에서 활용에 문제가 될 수 있음 91) 현재 동호인들이 많이 사용하고 있는 드론은 몇 대인지 파악조차 되지 않고 있음. 그러나 본 연 구에서 언급하는 드론은 취미용 비행장치와는 다르다고 할 수 있음.
드론의 해양수산분야 활용방안 121 - 둘째, 드론의 이착륙은 해양에서는 불편함. 물론 평지가 아니라 하더라도 이착 륙이 불가능하지는 않으나, 드론에 손상이 발생할 수 있음. 일부 드론의 경우 그 물망으로 착륙시키는 경우도 있음. 그러나 그물망으로 완벽하게 착륙시키지는 못하기 때문에 이를 해결해 나가야 함 - 셋째, 통신기술 개발임. 최근 개발된 드론에는 대부분 자동항법장치 92) 가 장착 되어 있으나, 인터넷이 연결되지 않을 경우에는 무선통신 활용이 불가피함. 무 선통신의 활용거리는 현행 기술로서 10km 이내이므로 그 이상의 거리는 아직 기술적 장벽이 있음. 이에 따라 무선통신 가능거리를 늘릴 수 있는 기술개발이 이루어져야 함 93) - 넷째, 해양수산 관측에는 관측장비의 탑재가 요구되는 경우가 많으므로, 드론과 관측장비를 결합시켜 현재보다 훨씬 간편하면서도 저코스트로 활용할 수 있는 융합적 기술개발이 필요함. 그렇게 해야만 드론의 활용도가 증가하며, 해양수산 관측, 감시, 조사의 실효성이 제고될 것임 5. 정책건의 드론활용의 실효성을 위한 단계적 활용계획 수립 이 연구를 통해 드론은 해양수산분야에 있어서 활용가능성이 충분히 인정되는 것 으로 판단됨. 그러나 현 단계에서는 드론으로 모든 해양수산 분야의 관측, 조사, 92) 출발지에서 출발하여 목적지까지 비행, 이착륙하는 단계에서 모든 조종이 자동적으로 이루어 지는 항법을 의미함. 이 장치는 목적지에 대한 자신의 상대위치를 산출하고, 예정 이동경로와 의 오차를 자동적으로 보정함. 이 장치는 방향과 고도만 유지하는 단순한 것에서부터 속도조절 도 가능한 고도의 것에 이르기까지 다양함. 93) 무선통신 시스템 중 통신거리가 드론 활용 시에 가장 큰 문제임. 드론의 각종 비행데이터는 무 선통신에 의해 지상 시스템으로 송신되며, 지상 시스템에서 행하는 명령도 무선통신을 통해 드 론에 송신됨. 따라서 무선통신거리에 따라 드론의 운용 범위가 결정됨.
122 2014년도 현안분석과제 보고서 기술혁신 대응 분야 감시, 관리 업무를 주도적으로 수행할 수 있는 단계는 아니라고 판단됨 가능한 분야 및 활용 가능한 종류의 드론이 있고, 활용하기 힘든 분야도 있음. 현 단계에서는 드론을 주도적으로 활용하기가 불가능한 분야가 오히려 많음. 따라서 현 시점에서 활용 가능한 분야와 활용 가능한 드론을 구분하고, 가능하더라도 주 도적 활용이 가능한 분야와 보조적 활용이 가능한 분야로 구분하며, 아울러 드론 이용을 확대해 나가기 위한 단기, 중기 계획의 수립이 필요함 또한 드론 활용이 요구되는 경우에도 수요를 감안하여 수요가 적은 초기시점에서 는 다수기관이 공동으로 운용하고, 수요가 증가하는 시점에서는 단독기관이 운용 하는 등 운용단계를 구분하여 드론이용의 실효성을 높여 나가야 할 것임. 장기적 으로는 R&D 사업을 통해 해양수산 분야에 적합한 드론 및 관련장비 등도 일체적 으로 개발해 나가야 할 것임. 이를 감안한 향후 추진계획으로 다음을 제시함 <표 4-5> 해양수산분야에 있어서 드론활용을 위한 중장기 계획 시기 단기 중기 내용 ㅇ 현재 개발되어 있는 드론으로 사용가능 분야 선정 및 활용개시 - 주도적 사용가능분야: 항만개발 관련 사석량 채취, 토공량 산정, 개발부지 측 량, 청항관리, 태풍시 피해복구 조사 및 복구비 산정, 항만시설 관리 및 감시, 공유수면 점사용허가 확인 - 보조적 사용가능분야: 제한된 지역의 해안선 변형관측, 제한된 지역의 양식어 장 관측, 제한된 지역의 적조 해파리 예찰 ㅇ 드론운용방식: 시범실시 및 제한된 범위 내 실시 ㅇ 운용주체 - 공공기관 위주로 활용하되, 수요량을 감안하여 공동사용 방식 ㅇ 첨단기술이 융합된 신형드론의 개발시기에 맞추어 드론의 활용분야를 확대 - 중소형 관측장비의 탑재가 가능하고, 장기체공이 가능한 드론출현에 부합하는 분야로 이용을 확대 - 수심측량, 해저지형도 제작, 적조 해파리 예찰범위의 확대(지자체 간 영역 타 파), 무인도서 원격감시, 해안선 변형관측지역의 범위확대 ㅇ 드론운용방식: 본격실시 ㅇ 운용주체 - 국가, 지자체, 민간 등으로 확대하고, 수요량을 감안하여 단독사용 방식으로 전환
드론의 해양수산분야 활용방안 123 시기 장기 내용 ㅇ 드론활용이 가능한 분야는 모두 드론활용이 이루어지도록 해양형 드론을 개발 - 관측장비의 탑재가 가능한 드론개발 - 수중관측 및 조사도 가능한 수중드론을 동시에 개발하여 입체적으로 활용 ㅇ 활용분야 - 양식어류, 해조류의 생육상태 관찰 및 작황예측 - 수심측량, 해안선 관측범위 확대 ㅇ 추진내용: 해양수산용 드론 개발 위한 R&D 사업 실시 드론의 파일럿 실시 드론의 우선적 활용이 가능한 해양수산 분야의 업무를 선정, 시범사업의 실시를 추진하도록 함. 대상분야는 단순한 항공촬영 및 영상의 실시간 송신으로 업무수 행이 가능한 분야를 우선적으로 선정함 - 국립수산과학원을 통해 특정 해역의 특정 양식품목을 관측하고, 해파리 이동경 로를 파악하기 위해 고해상도의 드론을 도입, 활용하도록 함 - 국립해양조사원을 통해 무인도서 관측, 국지적 해역의 해안선 측량 등을 위해 해상도가 높은 카메라를 탑재한 드론을 도입, 활용하도록 함 - 그 외 해양환경관리공단, 지방해양항만청 등에도 필요하나, 우선적으로 위 두 기 관을 중심으로 시범적으로 실시하고 그 성과를 감안하여 확대해 나가기로 함. 이 를 위해서는 시범도입기관에 의한 드론활용의 장단점, 효과 등을 공유하도록 함 - 이와 아울러 이미 드론을 활용하고 있는 측량업체, 항만건설회사 등의 드론이용 현황과 실적 및 효과 등을 공유해 나가도록 함 해양수산분야 드론연구회 발족 1) 내용 해양수산분야에서 드론의 활용도를 촉진시키기 위한 실효성 있는 방안을 강구하 기 위해 해양수산분야 관계기관으로 구성된 드론연구회를 발족시킴
124 2014년도 현안분석과제 보고서 기술혁신 대응 분야 2) 목적 드론에 관한 일반지식의 함양, 최신정보의 습득, 드론이용현황 파악, 드론의 활용 분야 발굴, 법제도 정비방향, 해양수산용 드론의 개발 위한 R&D 사업추진 등을 검토, 정비함 3) 구성 ㅇ 해양수산부 기획정책실 총괄 국별 정책과 ㅇ 관련기관 국립해양조사원 국립수산과학원 한국항만협회 해양환경관리공단 ㅇ 연구기관 학계 한국해양연구원 한국해양수산개발원 ㅇ 드론제조업체 항공기 드론에 의한 관측 측량업체 4) 검토내용 ㅇ 기존 항공기와 드론 활용의 장단점 비교 ㅇ 해양수산부문에 있어서 드론활용가능 분야 신규수요 대체수요 관측방법을 드론으로 대체 가능한지 검토 ㅇ 드론사용 시의 문제점 및 기술적 제도적 개선방안 강구 ㅇ 드론 제조업체 판매업체 파악 ㅇ 해외에서의 드론의 해양분야 활용현황 조사 발굴 및 현재의 해양수산 관련 조사 관측 예산 증대 저렴하고 해상도가 높으며 신속성이 확보되는 드론의 등장을 계기로 중기적으로 는 드론을 해양수산 부문의 조사 관측에 본격 활용해 나가야 함. 이를 위해 먼저 가능한 부문의 조사 관측 감시 방법부터 드론사용으로 전환해 나가야 함 - 이를 위해서는 조사 관측 감시 예산을 증대시켜야 함. 종래 항공기 이용을 통 94) 최근 일본 치바대학( 千 葉 大 学 )이 설립한 벤처기업 자율제어시스템연구회 가, NEC, 소니, IHI 등 자국기업 85개사로부터 기술과 자금지원을 받아 2014년 가을부터 드론의 생산 및 판매를 추진하고 있음. 인프라 점검 및 재해현장에서 주로 활용이 예상되고 있는데 연간 최대 200기를 생산하여 자국시장 및 수출을 목적으로 하고 있음.
드론의 해양수산분야 활용방안 125 한 해양수산부문의 조사 관측 감시는 고비용구조라는 인식이 지배적이었음. 항공기를 이용할 경우 투입비용 대비 조사 관측 감시의 효과가 크지 않다는 것 이 암묵적인 전제조건으로 받아들여져 조사 관측 감시 예산배정도 상대적으로 부족한 상황이 지속되어 왔음 - 그러나, 공유수면 점사용 허가내용의 관리감독, 양식어장의 생산량 시설 파악, 항만개발을 위한 육상 해저 조사, 무인도서의 관리, 제한된 해안선(조간대)의 측량 등의 부문에 있어서는 중량이 나가는 관측장비를 탑재하지 않고도 고해상 도의 카메라와 영상장치만을 탑재하여 조사 관측이 가능한 시대가 되었음. 이 에 따라 이러한 부문부터 드론사용으로 전환해 나가야 함 - 현재 해양수산 부문에서 항공관측을 위해 해경의 항공기에 의존하는 경우가 많 음. 또한 유료항공기를 이용하더라도 예산제약으로 인해 대부분 1회 사용에 불 과함. 그러나 이제는 드론혁명으로 인해 저렴하고도 고해상도의 관측방법이 출 현하고 있기 때문에 현행 조사 관측 방법 및 예산제도 또한 개선시켜 나가야 함 해양에서의 드론 안전규정 마련 목적: 무질서한 드론이용을 사전에 방지하고, 프라이버시 침해방지, 효율적 표준 적인 이용 및 안전운행을 촉진하기 위한 드론운용가이드라인 작성 내용 - 해양에서의 드론비행방법 규정 - 드론 관리방법, 관측, 촬영방법, 프라이버시 침해방지 - 사고 발생 시의 조치내용 드론의 항만 내 비행금지구역 표시 95) 95) 미국 Mapbox사는 드론의 비행금지구역을 쌍방향지도에 정리, 공개하고 있음. 지도상의 공항, 군 사시설, 국립공원은 빨간색으로 표시하고 있음(https://www. mapbox.com/drone/no-fly/#11/37. 7441/-122.2565).
126 2014년도 현안분석과제 보고서 기술혁신 대응 분야 - 향후 드론이용도의 급속한 증대 가능성에 대비하여 드론비행이 허용되는 장소, 시간, 목적 등에 관한 명확한 가이드라인을 제공할 필요가 있음. 효율적이고 질 서 있는 이용을 장려하기 위해서는 드론 비행금지구역을 지도로 정리하여 제공 할 필요가 있음 해양수산용 드론 기술개발(R&D) 추진 첫째, 해양수산분야의 맞춤형 드론개발을 추진함. 해양수산 관측의 경우 단순히 카메라만 설치해도 무방한 경우도 있으나, 관측장비를 탑재해야 하는 경우가 많 음. 따라서 드론에 의한 해양관측의 용이화를 위해서는 관측장비의 경량화 내지 는 탑재가 가능한 중소형 드론을 개발해 나가야 함. 또한 관측장비와 드론을 결합 한 새로운 융합기술의 개발도 필요함 둘째, 수중로봇의 개발도 추진할 필요가 있음. 양식어장의 관리가 내실화되기 위 해서는 수중에서의 관측이 필요함. 상공에서의 관측은 해면관측에 주안점이 있기 때문에 정확한 생산량 관측이 이루어지기 위해서는 해상 및 해중의 입체적인 관 측이 동반되어야 함. 이는 해난사고 시의 구난, 수색 등을 위해서도 필요함 셋째, 해양수산 관측용 드론과 연계한 수중관측장비의 개발사업은 관련 정부부처 가 공동으로 추진해 나가야 함. 현재 기재부와 미래창조과학부는 민간무인항공기 실용화 기술개발사업(2013 2022) 96) 을 추진 중에 있음. 이 사업에 해양수산용 드 론 및 수중관측장비의 개발사업을 포함시켜 시너지 효과가 창출되도록 해 나가야 할 것임 96) 동 사업의 용도는 해양감시와 촬영, 농약살포, 환자수송 등에 활용하여 안전관리체계 구축 및 사고예방에 초점을 맞추고 있음.
드론의 해양수산분야 활용방안 127 <참고문헌> 국토해양부, 국내최초 민간 무인항공기실용화 기술개발추진, 2013. 8. 28. 국토교통부 한국건설교통기술평가원, 상업용 민간 무인항공기 보급 기반 구축 기획 최종보고서, 2012. 국토해양부 한국교통연구원, 경량항공기 및 초경량비행장치 산업활성화를 위한 제 도개선 및 발전방안 연구, 2009. 위광제 김덕인 김태훈, Technical Note 최신측량기술을 이용한 해안선 조사와 측량, 대한측량협회, 측량 (2009. 7 8월호, 통권 105호), 2009. 이남수, 양식어장의 드론 활용방안에 관한 연구, 한국해양수산개발원 수산업관측 센터 계간 수산관측리뷰, Vol 1. No. 1, 2014. 이인수 강지훈 이길재, 초경량무인항공기 성능고도화 및 운영관리시스템 개발, 대 한지적공사 공간정보연구원, 2014. 이인수 김수정 서갑숙, 영상응용지적도 개발 및 활용(3차년도), 대한지적공사 공 간정보연구원, 2012. 이현직 구대성 박찬호, 고해상도 디지털 항공사진을 이용한 국가기본도 고도화방안, 한국자연공간정보학회지, 제18권 제1호, 2010. 3., 135-143쪽. 정수현 김완구 김시박 문인, 항공기의 세계시장 동향과 전망, 한국항공우주학회 2013년도 춘계학술대회, 2013. 4., 1140-1145쪽. 航 空 機 国 際 共 同 開 発 促 進 基 金, 無 人 航 空 機 システム- 無 人 化 技 術 が 実 現 する 新 たな フロンティア-, 2012. 航 空 機 国 際 共 同 開 発 促 進 基 金, 日 本 における 小 型 無 人 機 の 利 用 概 況, 2011. IRS Global, 확대되는 무인항공기(드론) 기술/시장 전망과 최근 개발동향, 2014. KB투자증권 투자정보팀, 이슈브리핑 드론(무인기, UAV), 2014. 日 本 農 林 水 産 航 空 協 會, 機 種 別 仕 樣 一 覽, 2014. AUVSI, The Economic Impact of Unmanned Aircraft Systems Integration in the
128 2014년도 현안분석과제 보고서 기술혁신 대응 분야 United States, 2013. Glennon J. Harrison, Unmanned Aircraft Systems(UAS): Manufacturing Trends(CRS Report for Congress), Congressional Research Service, 2013. Teal Group, World Unmanned Aerial Vehicle Systems: Market Profile and Forecast, 2012. The Wall Street Journal, Drones Find Fans Among Farmers, Filmmakers, 2014. 3. 11. The Wall Street Journal(2014. 4. 28) Zak & Enzo, What is The Hardware Revolution, Upverter, October 08, 2013. 항공정보통신포탈시스템, http://news.airportal.co.kr Aeronautics Ltd., http://www.aeronautics-sys.com/ Aerovironment, Inc., http://www.avinc.com/uas/small_uas/puma/ Aeryon Labs, http://aeryon.com/ DARPA(Defence Advanced Research Projects Agency), http://www.darpa.mil/ DDN Japan, http://japan.digitaldj-network.com/ DIY DRONES, http://diydrones.com/ Geo3D Photo Scan, http://cafe.daum.net/3dphotoscan Gizmodo, http://gizmodo.com/ Mapbox, https://www.mapbox.com/ Market Research Media, http://www.marketresearchmedia.com/ Slashgear, http://www.slashgear.com/ Thalesgroup, https://www.thalesgroup.com/ Wave Robotics Inc., http://liquidr.com/ WIRED, http://www.wired.co.uk/ Yamaha Motor Co., http://www.yamaha-motor.co.jp
드론의 해양수산분야 활용방안 129 류정곤 연구위원_ jkryu@kmi.re.kr 김태일 부연구위원_ ktizorro@kmi.re.kr 하태영 부연구위원_ haty@kmi.re.kr 엄선희 전문연구원_ sheom@kmi.re.kr 신철오 전문연구원_ shin@kmi.re.kr 정명화 전문연구원_ jmh@kmi.re.kr 해양수산분야 빅데이터 활용방안 2014. 10. CONTENTS 요 약 131 Ⅰ. 서 론 135 Ⅱ. 관련기술 현황 및 추이분석 138 Ⅲ. 해양수산분야 활용 및 동향 전망 145 Ⅳ. 해양수산분야 빅데이터 활용방안 168 Ⅴ. 결 론 180 참고문헌 183
<요 약> 정형 비정형 정보, 다양성, 복잡성, 속도의 특성을 가지는 빅데이터는 국내외 적으로 관련 기술이 빠른 속도로 발전하고 있으며, 일부 민간 부문에서는 상용 화가 이뤄지고 있음 해양수산분야는 어업생산 등 1차 산업에서 항만 서비스 등 3차 산업 등 다양한 스 펙트럼의 산업을 포괄하고 있고, 특성별 목적별로 다양한 데이터가 축적되고 있음 따라서 해양수산분야 각 부문별 데이터의 구축 현황 등을 살펴보고, 향 후 빅데이터 활용방안을 제안코자 함 해양, 수산, 해운, 항만부문에서 현재 빅데이터를 활용한 상용화는 이뤄지고 있 지 않지만 향후 해양수산분야의 빅데이터 활용은 더욱 확대될 것으로 전망됨 수산분야는 빅데이터 활용이 가장 활발할 것으로 전망되는데 특히 수산 물 유통가공 및 관광 분야에서 활용이 가장 현실적이고 파급효과도 높을 것으로 전망됨 해운분야는 안전분야 등과 관련된 선급산업, 개별 해운기업은 네트워크 분석 및 화주 발굴 등 다양한 분야에서 활용 가능성이 있을 것으로 예상됨 항만분야는 온라인을 통한 정보수집 및 공개가 확대될 경우 시간적 공간적 개념(실시간 모니터링)이 포함된 데이터 활용성이 높아질 것으로 예상됨 해양분야는 공공빅데이터 활요이 가능하며, 해양관광분야에서는 활발히 활용이 가능할 것으로 예상됨 해양수산분야 빅데이터 활용방안은 크게 정책개발, 산업동향 예측, 신규 비즈 니스 창출, 경제적 효율화, 미래 신기술개발로 구분해 볼 수 있음
정책개발 분야와 관련해 해양분야는 해양환경의 모니터링을 통한 정보의 활 용, 수산분야는 수산물 가공 유통 분야의 상품의 시기 지역별 공급 분야에서 빅데이터의 활용도가 높아질 것으로 전망됨 또한 해운분야는 빅데이터를 활용해 연안 해운의 안전관리와 IMO 등 해 운업의 국제규범 등을 개정하는데 빅데이터 활용이 가능함 항만분야는 빅데이터를 활용하여 부두시설의 적정 하역능력 산정시 의사 결정지원 자료로 적극 활용될 것으로 보임 산업동향 예측과 관련해 빅데이터의 활용은 매우 중요할 것으로 예상됨 수산분야의 양식산업 생산과 수산물 이력제를 연계한 빅데이터 활용 및 가공 유통분야에서 소비자 니즈 예측 및 대응에 효과적일 것으로 전망됨 해운산업의 경우, 선사의 운항 효율성, 비용절감 및 안전관리, 선사의 신 용평가 및 안전성 관리에 대한 데이터를 통해 보다 나은 금융 및 안전정 책을 수립하는데 활용할 수 있을 것으로 기대함 항만분야에서는 항만개발의 근간이 되는 장래 물동량 예측부문에 활용성 이 높을 것으로 기대됨 또한 해양수산, 해운, 항만부문 공통으로 데이터를 연계할 수 있는 빅데이터 플 랫폼 구축을 통해 다양한 신규 비즈니스 창출 및 인력 창출로 이어질 수 있을 것으로 예상됨 해운분야는 빅데이터 구축 및 분석 서비스, 컨설팅 분야에 대한 신규 사 업 창출이 전망되며, 해운 항만, 공공 민간 빅데이터를 연계한 종합 정 보 제공 서비스도 활성화될 것으로 전망됨
경제적 효율화 분야에서 빅데이터 활용을 통한 비용 절감, 분야별 타켓 고객층의 세분화 및 니즈분석을 통한 효과적 마케팅 등에 기여할 수 있을 것으로 예상됨 수산분야의 경우 빅데이터를 통한 고객관계관리(CRM)와 맞춤화로 수산 식품산업의 서비스화 및 서비스 산업의 고도화에 기여할 수 있음 해운분야의 경우, 빅데이터 통한 네트워크 분석 및 각 항만에 대한 정보 를 축적함으로써 기항지 선택 등에 활용함으로써 비용절감에 이바지함 항만 운영의 비효율성, 고비용 구조의 개선에 빅데이터를 활용 미래 신기술개발 분야는 데이터 활용을 위한 다양한 플랫폼과 데이터의 분석 시스템의 개발이 요구되는 것으로 나타났음 해양분야의 경우 해양관측데이터의 활용체계 구축을 위한 다양한 플랫폼 과 해양 GIS 데이터의 산업협력을 위한 투자와 정책적 노력이 요구됨 수산분야는 기존 데이터 시스템과의 연계 및 비정형 오프라인 데이터 수 집 기술 개발이 필요함 해운분야는 우선적으로 빅데이터를 활용하기 위한 솔루션 개발 등 분석 시스템 개발이 요구되며 빅데이터 활용도가 높은 포워딩 등 물류분야의 데이터를 공유하는 방안 검토가 필요함 항만분야는 정형 온라인을 통한 데이터 수집 시스템은 이미 잘 구축되어 있으나, 비정형 오프라인을 통항 데이터 수집은 취약하기 때문에 부두별 선박, 하역장비, 화물차량의 작업상태 등의 비정형 데이터를 실시간으로 모니터링을 할 수 있는 기술 개발이 필요함
마지막으로 해양수산분야 빅데이터의 활용을 현실화하기 위해서는 단계적으 로 해양수산 분야별 무엇을(contents) 분석하고 이를 중심으로 공공과 민간의 데이터 연계 방안, 빅데이터 활용의 수혜자를 누구로 할 것인가에 대한 향후 연 구가 필요할 것으로 보임 빅데이터의 활용 목적에 대한 빅데이터의 결과물은 다양한 방식으로 도 출될 것으로 예상되며, 이에 따라 시각화 및 데이터의 분석 방식도 다양 화될 것이기 때문임
해양수산분야 빅데이터 활용방안 135 Ⅰ. 서 론 모바일 인터넷과 소셜 미디어 등장으로 폭증하는 데이터가 경제적 자산이 되는 빅데이터 시대 도래 97) 이러한 빅데이터 활용기술이 발달하면서 단순히 정보를 전달하던 웹1.0에서 참여 와 소통으로 집단 지성을 창출하는 웹2.0을 지나 데이터 분석으로 융합지식을 창 출하는 웹3.0시대가 도래 최근 전 세계에서 생성된 빅데이터는 4.7ZB(4조 7천 GB)로 앞으로 2년에 두 배 이상 증가하고 다양한 분야에서 빅데이터가 활용될 것으로 전망되고 있음 전 세계적으로 빅데이터에 대한 관심이 집중된 가운데 가트너, 맥킨지 등 글로 벌 리서치 기관 및 컨설팅 그룹들은 빅데이터를 차세대 핵심 키워드로 선정하 고 있음 IT분야의 리서치 및 자문회사인 가트너(Gartner)는 2011년 이머징 기술 전망에서 빅 데이터 를 기술 발생단계(Technology Trigger)로 분류하여 점차 성장할 것이 라고 분석 맥킨지(McKinsey)는 2013년 비즈니스 지형을 바꿀 10가지 기술 트랜드로 빅 데 이터 를 선정하여 빅 데이터 에 대한 중요성과 발전 가능성을 제시함 97) 최한석 외, 공공분야에서 빅데이터 활용방안, 한국스마트미디어학회지, v.2, no.3, 18-25, 2013, p.18
136 2014년도 현안분석과제 보고서 기술혁신 대응 분야 EU, 미국 등 선진국은 지속가능한 수산업 영위를 위해 해당 분야 빅데이터 산업 육 성 및 활용에 주력하고 있음 빅데이터 선도국이라 할 수 있는 미국에서는 이미 백악관에서 빅데이터 연구개 발 이니셔티브(Data Center Consolidation Plan) 를 설립하고(2012년 3월) 각 부 처별 활용방안을 제시하고 있음 미국 IBM은 일본내 소비자들의 안전 수산물 구매 욕구를 파악하고, 방사능 위험 지역과 어종 생산지역 정보를 통합한 빅데이터를 일본에 수출함 EU는 해양수산분야 빅데이터 구축, 정보 분석 통한 효율적 정책 마련 등을 위해 2011년부터 3개년에 걸쳐 2차 연구 프로젝트를 시행하고 있음(연구비 600만 유로 지원) 또한 메킨지(2011)는 유럽의 공공행정 분야에서 빅데이터 활용 통해 연간 0.5% 생산성 향상을 예측하기도 함 독일 함부르크항의 제바스티안 작세 최고정보책임자(CIO)는 물동량 처리 문제 해 결을 위해 빅데이터 활용하여 항만 면적을 늘릴 수 없는 상황에서 항만 곳곳에 센 서를 부착하여 항만 운영 비효율성 제거함 우리 정부는 빅데이터를 미래 창조경제 모델의 하나로 규정하고 빅데이터를 활 용한 스마트 정부 구상안을 발표한 바 있고, 해양수산분야에서도 빅데이터 활 용 가능성이 있으나 정책 부재 상황임 해양, 수산 및 해운항만 각 분야에서 빅데이터를 활용할 경우 효율성 증대 및 경제 적 이익을 추구할 수 있음에도 아직까지 활용사례도 없고 정책도 마련되지 않은 상황임 즉 국내외에서 해양수산분야의 다양한 데이터가 생성 축적되고 있으나 통합 활
해양수산분야 빅데이터 활용방안 137 용되지 못하면서 시너지 효과를 발휘되지 못하고 있음 따라서 본 연구는 우리나라 해양, 수산, 해운물류, 항만 분야의 산업 트랜드 분석, 신제품 및 서비스 개발, 정책방향 설정, 미래 산업동향 예측, 신규 비즈니스 모델 수립 등에 빅데이터를 활용하여 정책방향을 제시하는 것을 목적으로 함
138 2014년도 현안분석과제 보고서 기술혁신 대응 분야 Ⅱ. 관련기술 현황 및 추이분석 1. 빅데이터의 개념 및 출현 배경 빅데이터 개념 빅데이터란 정형 비정형 데이터 모두를 일컬으며 기존의 통상적으로 사용되는 데 이터의 수집 및 관리, 처리와 관련된 소프트웨어의 한계를 넘어서는 것으로 기존 방식으로는 수집, 저장, 검색, 분석 등이 어려운 데이터를 총칭하는 용어임 빅데이터는 데이터의 규모, 다양성, 복잡성, 속도의 특성을 가지는데, 통상 4V 즉, 양(Volume), 종류(Variety), 생성 유통 및 이용 속도(Velocity)의 빠름, Veracity (진실성)으로 설명함 98) - 양(Volume) : 수십 테라바이트 이상 - 종류(Variety) : 형식을 갖추고 정리된 구조적 데이터보다 다양한 비정형 데이터 가 90% 이상 - 속도(Velocity) : 데이터의 생성, 처리, 유통, 소비되는 속도가 수초에서 수 시간 단위 - 진실성(Veracity) : 데이터의 모호성, 불완전성 및 데이터간의 불일치 등으로 인 한 데이터의 불확실성(uncertainty) 그러나 통상 빅데이터란 데이터를 구성하고 있는 물리적 하드웨어로부터 시작해 서 이를 기반으로 하는 애플리케이션과 소프트웨어를 포괄하는 거대 플랫폼으로 98) 한형상 외, 빅데이터 분석의 현황과 발전 전략, 한국산업기술평가관리원, PD Issue Report June2014 VOL 14-6, p.16
해양수산분야 빅데이터 활용방안 139 정의하기도 함 일반적인 조사통계 정보 및 행정 정보보다는 소비자들의 행동 유형 및 트랜드를 가장 잘 가늠할 수 있는 정보가 빅데이터에 가까움 빅데이터는 정부 정책 수립 및 결정, 기업의 상품개발 및 투자결정, 개인의 의사결 정 등에 매우 중요한 정보로서 부각되고 있고, 이를 활용한 의사결정은 매우 긍정 적이라는 것이 일반적인 평가임 빅데이터 출현 배경 빅데이터의 출현 배경은 크게 데이터 활용관점의 변화와 관련기술의 발전에서 찾 을 수 있음 과거 기업의 데이터 활용은 거래를 위한 정보의 수집, 저장 및 관리의 수준에 머물 렀으나 최근에는 종합적인 의사결정을 위한 분석 및 우선순위를 부여하는 방향으 로 데이터의 활용관점이 바뀜. 즉 합리적이고 정확한 의사결정을 위하여 다양한 정보와 분석기법이 요구된 것임 - 데이터 활용 관점의 변화로 인하여 나타난 현상으로는 다양한 변수의 고려, 변 수 형태의 다양성, 변수 증가에 따른 데이터 증가, 데이터 증가의 고속화, 저장 장치 및 처리의 효율화외 분석의 고도화 등임 빅데이터가 출현하게 된 두 번째 배경은 단연 IT 기술 발전에 따른 대용량 데이터 의 수집, 저장 및 처리기술이 가능케 된 점임
140 2014년도 현안분석과제 보고서 기술혁신 대응 분야 2. 빅데이터 관련기술 현황 분석 빅데이터 기술 빅데이터 기술이란 인터넷이나 SNS에 돌아다니는 방대한 양의 데이터에서 가치 를 추출하고 결과를 분석해 생성한 정보를 바탕으로 변화를 예측하고 능동적으로 대응하는 일련의 과정이라고 볼 수 있음 빅데이터 관련 기술은 인프라 및 소프트 기술로 구분할 수 있음 소프트 기술과 관련해 필수적인 것은 빅데이터 플랫폼임. 플랫폼은 분석을 지원 하는 다양한 기능을 가지고 있을 뿐만 아니라 전체 데이터를 대상으로 시각화, 데 이터의 고급 분석, 정보의 라이프 사이클 관리 등에 대한 기능을 제공함 현재 빅데이터 플랫폼인 Hadoop 99) 은 파일시스템 기반으로 분산처리가 가능하고 저비용인 장점이 있으며, 비정형, 반정형 데이터까지 처리가 가능 100) 그 외 관련 기술로는 클라우드가 있는데 이는 컴퓨터, 스마트폰, 태블릿 등 다양한 기기를 이용하여 사용하는 데이터를 한 곳에서 모으는 저장소 기능을 하며, 클라 우드 서비스와 관련해 개인의 보안 문제가 더욱 중요하게 부각되고 있음 국내외적으로 빅데이터 관련 기술 발전, 상용화는 상당부분 진척 101) 구글은 맵리듀스 및 NoSQL 등 대용량 데이터 처리를 위한 분산 플랫폼 및 분석 기술을 2004년 이후 추진해 오고 있음 99) 대용량 데이터 처리를 위해 분산처리가 가능한 자보 소프트웨어 프레인워크로 아파치 오픈소 스 프로젝트 중 하나. 하둡 분산파일 시스템과 맴리듀스로 구성 100) NIA, 혁신을 주도하는 신성장 동력, 빅데이터 2014. 8월 자문회의 발표자료 101) 한국정보통신기술협회, 빅데이터 표준화 현황, p.1, 2014
해양수산분야 빅데이터 활용방안 141 야후에서도 2006년 이후 하둡 기반의 오픈 소스 개발을 추진하고 있고 아마존도 대용량 처리를 위한 플랫폼 서비스를 아마존 웹서비스로 제공하고 있음 국내에서는 SAS에서 소셜미디어와 멀티미디어를 포함하는 대용량의 데이터 수집 관련 기술 개발을 하고 있고, EMC는 정형 및 비정형 데이터를 동시한 한 어플리 케이션에서 분석할 수 있는 기술 개발을 하고 있음 그러나 국제기구에서 빅데이터 관련 표준화 추진은 시작 단계 102) UN 산하 국제전기통신연합(ITU-T) 103) 는 클라우드 컴퓨팅을 기반으로 한 빅데이 터 관련 표준화를 추진(Y.BigData-reqts) 하고 있으며 2015년 2분기에 합의를 목 표로 추진 중임 3. 국내외 주요 빅데이터 활용사례 분석 미국, 안보, 자원 등 활용가치 주목한 범정부 차원 전략 수립 2012년 국립보건원, 국방부, 에너지부 등 주요 기관이 참여하여 2억 달러 규모의 빅데이터 기술개발 계획을 추진하는 등 빅데이터 연구개발 이니셔티브를 선점하 기 위해 노력 FDA약물 이상반응 추적 및 사고예방, 국립보건원의 암 및 유전체 염기서열 분석 정보 공유, 유전자 데이터 공유를 통한 질병 치료 체계 구축 등 빅데이터 활용 사 례가 다양한 영역으로 확산 102) 전개서. 103) 국가간 UN산하 정보통신기술관련 세계 최고 국제기구. 국가간 전기통신간 문제를 해결하기 위해 결성된 전문기구임
142 2014년도 현안분석과제 보고서 기술혁신 대응 분야 민간 기업들은 재고관리, 최적 생산 계획 수립, 불량 방지, 맞춤형 고객 관리 및 마 케팅에 활발히 활용 - 대표적인 사례는 IBM과 트위터가 제휴하여 IBM의 소프트웨어와 트위터의 방대 한 정보를 결합시켜 효과를 내고 있음 - 즉, 전 세계 사용자들이 올리는 트윗을 분석해 시장동향을 예측하고 제품과 브 랜드에 대한 소비자의 니즈 및 선호도를 파악함으로써 금융, 유통, 서비스업계 등에 다양한 신규 사업 아이템을 제공할 수 있을 것임 - 트위터와의 제휴 이전에 이미 미 IBM은 일본내 소비자들의 안전 수산물 구매 욕구를 파악, 방사능 위험지역과 어종 생산지역 정보를 통합한 빅데이터를 일본 미야기현 이시노마키시에 수출함으로써 해당 지역 수산물 소비 증대에 기여함 미국은 클라우드 컴퓨팅 및 대용량 자료처리를 위한 기술개발 활성화로 하둡 및 맵 리듀스 외에도 R, Cascading 등 다양한 오픈소스 기반의 빅데이터 처리 기술 들을 개발하고 있음 - 원천기술을 보유한 업체로는 IBM, 오라클, Dell, HP 등이 있음 EU, 미래 이슈 예측 및 사전 대응책 모색을 위한 FutureICT 및 iknow 프로젝 트 추진 FutureICT : 기존의 데이터 마이닝 및 시뮬레이션에 기반한 예측방법론의 경험론 적 한계를 극복하기 위해 데이터를 기반으로 복잡한 사회 시스템의 이해와 사회 복원력 및 기회 창출 연구 104) iknow : 미래예측의 불확실성 극복과 다양성 확보를 위해 유럽과 전세계 과학, 기 술, 혁신 분야의 미래를 변화시키고 설계하기 위한 이슈와 지식의 공유 목표 105) 104) 한형상 외, 빅데이터 분석의 현황과 발전 전략, 한국산업기술평가관리원, PD Issue Report June 2014 VOL 14-6, p.20.
해양수산분야 빅데이터 활용방안 143 imarine : 해양환경 및 수산자원관리에 대한 생태계적 접근 방식의 정책을 수행하 기 위해 빅데이터 구축, 빅데이터 정보 분석을 통한 효율적 정책 마련, 정보의 시 각화를 통한 대국민 정책 홍보 등에 활용 - 어종, 해양환경, 지리 등에 관한 데이터를 통합 구축하고, 이를 위해 EU 회원국 뿐만 아니라 세계식량농업기구(FAO), 유네스코(UNESCO), 북동대서양어업위 원회(NEAFC), IRD(Institut de Recherche pour le Developpement) 등 약 10여 개의 국제기구와 협업하고 있음 우리나라, 공공분야에서 축적된 다양한 정보 활용 우리나라는 OECD가 평가하는 전자 정부 세계 1위의 국가로, 세계 최고 수준의 전 자정부 서비스를 운영하고 있으며, 정부와 공공분야에서 많은 데이터를 구축하고 있는 특징이 있음 미래창조과학부는 빅데이터 도입 및 활용의 확산을 위해 선도적으로 6개 시범사 업을 수행하고 있음 106) - 시범사업에는 심야버스 노선정책 지원, 국민건강 주의예보 시범서비스 구축, 의 약품 안전성 조기 경보 서비스, 심실부정맥 예측, 입원병상 최적화 등 보건의료 서비스, 소상공인 창업지원을 위한 점포평가서비스, 스마트 뉴스제공 서비스 등 이 있음 - 일례로 심야버스 노선정책 지원사업의 경우 서울시와 KT가 협력하여 서울시의 심야시간대 대중교통의 편의를 제공함 - 즉, KT의 CDR데이터 약 30억 건과 서울시의 택시이용 데이터 등을 활용하여 지 역별 유동인구 파악 및 심야시간대 유동인구의 밀집도룰 분석하여 심야시간에 105) 전개서. 106) 공공 분야의 풍부한 데이터와 민간데이터를 연계 활용한 공익형 서비스로 2013년 6월부터 12월까지 7개월간 진행됨
144 2014년도 현안분석과제 보고서 기술혁신 대응 분야 시민들의 이동경로에 필요한 버스노선 추가, 배차간격을 조정함 이 외에도 보건복지부, 행정자치부, 경찰청, 국토교통부 등에서 11종의 공공빅데 이터를 활용한 사례가 있음 - 기상 빅데이터 분석을 통한 효율적인 위험기상 예측(기상청) - 특수질병 및 질환예방 및 관리(보건복지부) - 통합형 재난안전 정보 네트워크, 스마트 빅보드 - 지리정보 통합한 지리적 프로파일링 시스템 구축 - 빅데이터 분석을 통한 2013 국민인식 변화 분석(문화체육관광부) 등
해양수산분야 빅데이터 활용방안 145 Ⅲ. 해양수산분야 활용 및 동향 전망 1. 빅데이터 종류 및 실태 1) 수산분야 수산분야 데이터는 크게 오프라인 데이터와 온라인 데이터로 구분할 수 있음 오프라인 데이터는 자연 및 경영환경 데이터, 인허가 및 법령 등 제도 데이터, 어 업능력 및 생산량 등의 어업데이터, 수산물 가공 및 유통 데이터, 수산관련 산업 데이터, 수산물 소비 및 가격 데이터 등임 온라인 데이터는 생산자 및 소비자들의 쇼설미디어(트위터, 카카오톡, 스마트폰 메시지, 인터넷 블로그 등) 데이터, 온라인 상품구매 데이터 등임 수산부문에서 빅데이터의 활용은 아직까지 활발하게 이루어지지 않고 있으나 정부 및 일부 기업을 중심으로 공공데이터와 소비관련 빅데이터를 활용하고 있는 것으로 보임 수산분야의 빅데이터 활용과 관련해서는 수산정책 추진에 있어서는 주로 공공 데이터 107) 를 활용하고 있고 정보공개 사업 추진이 활발히 진행되고 있음 수산 정책에 있어 빅데이터 활용은 개념적으로 어선거래시스템, 수산물 이력제등 107) 공공데이터는 공공기관이 직무상 전자적 방식으로 처리 작성 취득해 관리하는 정보나 데이터 (법2조)를 말함. 정보공개법 에 따른 비공개 대상(국가안보 정보, 개인정보 등), 제3자 권리가 포함된 것으로서, 정당한 이용허락을 받지 않은 정보나 데이터는 공공데이터 개방에서 제외됨
146 2014년도 현안분석과제 보고서 기술혁신 대응 분야 을 대표적인 사례로 볼 수 있음 어선거래시스템 : 공공정보 공개사업의 성격도 가지면서 민간인의 어선 거래에 대한 정보를 포함하고 있어서 동 시스템이 활성화 될 경우 빅데이터로서의 활용 성이 매우 높아질 것으로 보임 수산물 이력제의 경우 개념적으로 수산물의 생산-가공-유통을 망라한 정보를 축 적하여 소비자에게 제공하는 시스템으로 수산물의 위생 안전 관리에 활용 <그림 1> 어선거래시스템 구조도 수산분야의 데이터는 환경, 제도 및 관리, 조업, 가공 및 운반, 전후방 산업, 소 비 등 다양한 분야에서 많은 정보가 생산 축적되고 있음 수산분야의 빅데이터 활용은 현재 기관별, 부문별로 공공기관을 중심으로 데이터 가 축적되어 있으나 상호 연계시스템의 부재로 데이터의 활용도가 낮은 것으로 판단됨 수산물 소비와 관련하여 소비자의 심리, 제품의 질 등에 대한 태도, 그리고 생산과 유통 과정에서 이루어지는 정보, 유통(물류) 네트워크와 글로벌 및 지역 물류 운
해양수산분야 빅데이터 활용방안 147 영 정보 등이 활용될 수 있는데 기업을 중심으로 이러한 빅데이터가 활용되고 있 는 것으로 보임 <그림 2> 수산분야의 데이터 2) 해운분야 해운부분에 있어 빅데이터의 활용은 아직까지 활발하게 이루어지지 않고 있는 것으로 지적됨 DP World의 모하메드 사랴프(Mohammed Sharaf) 회장은 빅데이터를 활용할 필 요가 있으나 어떠한 데이터를 취하여 활용할지에 대해 많은 고민이 필요하다고 언급하고 있음 108) 국제해사위성통신기구(Inmarsat)의 프랭크(Franck Coles) 회장은 선박으로부터 광범위한 데이터를 수집할 수 있음에도 불구하고 분석기법의 한계 등으로 충분한 분석이 이루어지지 않았다고 지적함 108) Lloyd's list, cost is what drives progress, 2013.12.20.
148 2014년도 현안분석과제 보고서 기술혁신 대응 분야 - 국제운송에 있어 가장 중요한 부분은 국제적인 표준 프로토콜(protocol)을 구축 하는 것이 필요하며, 이 같은 부분이 이루어지지 않는 경우 해상운송부분은 기 타 부분에 비해 빅데이터 활용이 늦어질 수 있다고 지적함 109) 노르웨이 해운분야 솔루션 기업인 Shipstrategy는 해운분야가 다른 산업과 달리 빅데이터 활용에 대한 관심이 극히 적다고 언급함 110) - 특히 해운기업이 어떤 데이터를 원하는지, 이를 분석할 도구는 무엇인지, 그리 고 빅데이터 분석을 통해 얻은 결과를 어떻게 적용하여 해상운송 운영을 바꿀 것인지에 대한 고민이 필요하다고 지적함 물류분야는 해상운송분야와 달리 비교적 빅데이터가 활발히 이용되고 있음 글로벌 물류기업인 DHL은 빅데이터의 창출원으로서 수송시간, 자원효율성, 지리 적 범주 등 물류산업의 핵심분야에 대한 최적화를 위해 빅데이터가 활용될 수 있 다고 보고 있음 - 소비자의 심리, 제품의 질 등에 대한 태도, 그리고 생산과 물류 과정에서 이루어 지는 정보, 물류 네트워크와 글로벌 및 지역 물류 운영 정보 등이 활용 세계적인 SCM 솔루션을 제공하고 있는 INSIGHT는 물류기업이 조달, 제조 및 유 통 그리고 재고관리, 마케팅 등에서 발생하는 빅데이터를 구축하여 물류기업의 운영 효율성을 창출할 수 있을 것으로 기대고 있음 111) - RFID, 소셜 미디어, GPS 등과 소비자의 행동을 파악할 수 있는 스마트폰 등을 통해 획득 가능 109) http://gcaptain.com/. Interview: Inmarsat Martime President Frank Coles on Using 'Big Data" in Shipping, 2014.3.30. 110) http://shipstrategy.com/big-data.html. IS SHIPPING TOO SMALL FOR BIG DATA?, 2014.8. 25검색. 111) Americanshipper, INSIGHT focuses on supply big data, 2012.7.16.
해양수산분야 빅데이터 활용방안 149 <그림 3> 물류산업에 있어 Big Data의 흐름 3) 항만분야 항만분야에서는 수출입 화물의 물류흐름정보에 대한 많은 양의 데이터가 실시 간으로 생성되며, 이러한 정보를 활용하여 항만개발 및 운영의 효율화를 도모 할 수 있음 일반적으로 빅데이터 활용이 불특정 대상으로부터 다양한 정보를 수집 가공하여 관련 산업에 활용하는 것이나 항만은 개발 및 운영의 활용성을 제고하는 방향으 로 빅데이터 활용이 이루어져야 할 것으로 판단 이러한 관점에서 항만분야에서는 수출입 화물운송에 관련한 각종 정보를 수집하 여 항만자원(선석, 인력, 장비 등)의 효율성을 제고하는 것이 항만분야 빅데이터 활용으로 볼 수 있음 따라서, 항만분야에서는 화물을 해상으로 운송하는 선박의 입출항 정보, 선박의
150 2014년도 현안분석과제 보고서 기술혁신 대응 분야 화물을 싣고 내리는 항만내 하역작업정보, 그리고 화물의 부두내 반입/반출을 위 한 트럭운송정보가 빅데이터로 간주되고 이를 적절히 활용해야 함 첫 번째, 선박 입출항 정보는 선박의 제원을 비롯하여 항만내 입항 및 출항시각 정보, 하역작업을 위한 적재 화물의 종류 및 물량규모에 관한 정보를 포함하고 있음 선박 입출항 정보는 국가 차원에서 관리(항만공사, 지방해양항만청)하고 있으며, 국내의 경우 전국 무역항의 선박 입출항 정보의 수집 및 대외 제공 서비스가 이루 어지고 있음 두 번째, 항만 하역작업 정보는 부두에 접안한 선박에 대한 화물의 양하 및 적 하 작업에 필요한 인력 및 장비에 대한 투입계획, 부두운영계획 등에 관한 정보 를 포함하고 있음 민간에 임대되어 운영되는 TOC부두의 경우 민간업체가 자체적으로 시스템을 구 축하여 하역작업과 관련한 각종 정보를 체계적으로 수집 관리하고 있으며, 영업 비밀상 대외 제공서비스는 상당부분 제한적임 한편, 국가가 관리하는 공용부두의 경우에도 하역작업 전반에 대해 체계적인 정 보 수집 및 관리가 사실상 취약한 상태임 세 번째, 화물 반출입 정보는 부두내로 화물을 입고(반입), 출고(반출)시키기 위한 화물수송트럭에 대한 각종 운송정보를 포함하고 있음 화물의 반출입 운송정보의 경우 항만 하역작업정보와 동일하게 임대부두의 경우 부두운영사(임대부두)가 내부적으로 정보를 수집 관리되고 있음 그러나, 국가가 관리하는 공용부두에서도 하역작업 정보 관리체제와 동일하게 각 종 정보 수집 및 관리 체계는 매우 미흡한 실정임
해양수산분야 빅데이터 활용방안 151 결론적으로 항만분야에서는 상위 3가지 부문의 빅데이터 정보를 효과적으로 수집 및 관리함으로써 항만개발 및 운영에 소요되는 각종 투자재원의 절감 방 안 수립에 활용할 수 있을 것으로 기대 이러한 항만물류정보의 과거와 현재 데이터를 기반으로 장래 물류패턴의 변화를 예측하여 그에 맞는 자원의 효율적 투자 및 활용방안을 강구할 수 있음 특히, 항만물류 빅데이터를 효과적으로 활용함으로써 항만시설의 수급상황을 정 확히 진단할 수 있고, 그 결과 부두의 적정하역능력 산정 및 기능재정립에 적극 활용될 수 있을 것으로 기대됨 <그림 4> 항만분야 빅데이터 종류
152 2014년도 현안분석과제 보고서 기술혁신 대응 분야 2. 빅데이터 생성 및 구축 현황 1) 해양분야 해양환경측면에서 정기적인 해양환경의 모니터링과 실시간 해양환경 모니터링 을 통해서 폭넓은 데이터의 구축이 이루어지고 있으나 시스템간 상호 연계나 빅데이터로서의 활용을 위한 본격적인 사례로는 이어지지 못하고 있음 국가해양환경정보통합시스템(MEIS)의 경우 해양환경 연구기관간 서버연계 및 정 보통합 기반을 조성하여 통합된 해양환경정보 DB와 데이터마트를 활용하여 국토 해양부의 해양관련 정책의 수립, 시행, 평가시 과학적 및 종합적인 정책의사결정 을 지원하고 아울러 인터넷 기반으로 대국민 해양환경 종합정보서비스를 제공하 기 위한 시스템으로 발전하고 있음 종합해양정보센터(TOIS)의 경우 - 관할 해역의 측량 및 관측 자료를 해양 GIS기반으로 이용할 수 있도록 공간 데 이터베이스로 구축함 - 지방항만청, 기상청, 항만공사 등 유관기관 차원의 공간정보를 결합하여 해도 정보, 해양지리정보, 해양관측정보 등의 해양관련 정보들을 웹상에서 손쉽게 검 색하고, 이용할 수 있도록 관리하고 있음 2) 수산분야 수산부분은 빅데이터를 생성 및 구축하고 있는 사례가 부족함 일부 기업을 중심으로 수산물 소비와 관련한 빅데이터를 생성 및 구축 - 대형마트의 식품마케팅을 위한 빅데이터와 글로벌 식품회사 등에서 수산물 소 비관련 빅데이터를 생성 구축
해양수산분야 빅데이터 활용방안 153 공공데이터의 경우 다양한 정보를 생성기관별로 축적하고 있으나 이들의 연계 시 스템 미흡 등으로 활용에 제약을 받고 있음 <해외 농수산업 빅데이터 활용 사례 : 후지쯔 Akisai 사례 112) > 개 요 후지쯔는 빅데이터 기술을 접목한 식품 농업 클라우드 서비스인 아키사이 를 2012년 10월부 터 개시 - 농산물 조달 계획 수립을 위한 기본 계획을 마련하여 유통기간을 감소시킴으로써 신선한 농산 물을 제공할 수 있는 기반 마련 - 농지에 날씨와 토양환경 등을 측정하는 센서를 설치하고 여기서 수집되는 빅데이터를 분석하 여 최적의 파종, 농약 살포, 수확 시점을 모바일로 제공 - 날씨와 지도, 과거 수확실적 등도 참고해 업무 효율성 향상 - 작업 내용과 농작물 성장 상황을 사진으로 찍어 스마트폰에 기록하면 후지쯔 데이터 센터에 관 련 데이터가 저장되어 농장 당 작황과 비용, 수익성 등 각종 현황 정보 확인 가능 효 과 - 양배추 수확이 30% 가량 늘어나는 성과가 있었으며, 2015년까지 매출을 150억 엔까지 확대 하여 고객수를 20만 명으로 늘릴 예정 효과 및 전망 - 유통이나 외식업체, 농산물 도매업체를 대상으로 정보 서비스를 제공함으로써 수확량 일괄관리 정책적 시사점 - 일본 농업을 정보통신기술로 혁신시킬 새로운 과학적 영농 서비스로 평가 국가지리정보, 토 양, 수질관리 등 시스템과 데이터의 연계를 통해 신속하고, 효율적으로 진단 가능 3) 해운분야 해운부문은 빅데이터를 생성 및 구축하고 있는 사례가 극히 적은 것으로 파악됨 다만 일부 솔루션 업체를 중심으로 해상운송부분에 대한 빅데이터를 구축함으로 112) 한국정보화진흥원, 더 나은 미래를 위한 데이터 분석, Big Data 글로벌 선진사례 II, p. 66~68, 2013
154 2014년도 현안분석과제 보고서 기술혁신 대응 분야 써 실험적으로 운영에 활용토록하는 시도가 있음 예를 들어 글로벌 인사이트(Global Insight)는 파나마운하청(ACP)의 운하의 선종 별 물동량에 대한 전망을 내놓았는데, 이는 전문가들의 견해를 반영하여 데이터 를 구축하는 것을 기반으로 하였음 <그림 5> 물류산업에 있어 Big Data의 흐름 자료 : IHS Global Insight, Big (data) insights, 2014. 4) 항만분야 항만분야는 수출입 화물에 대한 해상 및 육상운송, 하역, 보관 등 각 작업 단계 별로 많은 데이터가 생성되며, 이러한 정보에 기반하여 작업의 효율성을 제고 시킬 수 있는 항만운영시스템을 구축 활용하고 있음 선박입출항 정보에 대해서는 각종 항만 업무와 관련한 민원처리, 세입징수 등의 공공성이 강한 특징이 있어 해당 항만을 관리하는 공공시스템에서 정보를 수집하 고 있음 하역작업 및 화물 반출입 정보의 경우에는 공공시스템에서도 일부 정보를 취급하 고 있으나 보통 부두운영사별 자체 항만운영시스템(TOS, Terminal Operation System)에서 세부적인 정보를 수집 활용하고 있는 것이 일반적임
해양수산분야 빅데이터 활용방안 155 국내에는 해운 항만부문과 관련하여 10여개의 공공정보시스템이 구축 운영중 에 있으며, 이중 항만운영정보시스템, 해운항만물류정보시스템이 항만부문과 밀접하게 관계되어 있음 항만운영정보시스템(Port-MIS)은 국내 30개 무역항을 대상으로 선박의 입출항, 화물취급정보에 대한 항만 이용자의 민원업무를 일괄적으로 접수 처리하는 공공 정보시스템임 - 항만운영의 효율성 제고 및 민원처리의 전산화를 위해 개발된 시스템으로 92년 부산항을 시작으로 전국 3개 권역별인 영남권( 93), 경인권( 96), 호남권( 97)으 로 확대 서비스를 시행하고 있음 - 특히, 인터넷 기술의 발달로 10년 부터는 웹서비스를 제공하여 항만이용자의 편의성을 제고시키고 있음 - 현재 3대 권역으로 분산된 시스템을 향후 통합하여 이용자의 편의성을 더욱 향 상시킬 계획으로 있음 해운항만물류정보시스템(SP-IDC)은 물류관련 업계에 산재한 부분정보를 통합하 여 단일화된 통계제공 및 상호 정보공유를 위해 구축된 시스템임 - 항만운영정보시스템(Port-MIS)에서 수집된 원시정보를 기초로 국내외 항만 처 리실적 및 운영현황을 종합적으로 집계 분석하여 항만이용자에게 제공하고 있 으나 단편적인 정보 수준 대부분의 해외 항만의 경우에도 항만 이용자(선사, 화주, 부두 운영사 등)가 화 물운송업무와 관련된 각종 정보서비스를 제공받을 수 있는 시스템이 구축 운 영되고 있음 네덜란드의 경우 로테르담항 및 암스테르담항을 이용하는 고객을 위해 Portbase 시스템을 구축하여 화물정보, 선박입출항 정보 등의 각종 항만물류정보서비스를 이용자에게 제공하고 있음
156 2014년도 현안분석과제 보고서 기술혁신 대응 분야 - 특히, 공공과 민간부문의 각종 정보를 상호 교환할 수 있는 다양한 서비스를 제 공하고 있어 업체의 물류최적화 계획수립에 도움을 주고 있음 <그림 6> Portbase(Netherland) 자료 : Portbase(www.portbase.com) 벨기에의 경우에도 정부와 민간이 공동으로 참여한 항만운영정보시스템 APCS (Antwerp Port Community System)를 구축 서비스를 제공하고 있음 - 앤트워프항을 이용하는 고객들을 위해 민간과 정부간의 다양한 정보교환 서비 스(B2G, B2B, G2G)를 제공하여 화물의 효율적인 운송이 가능하도록 지원하고 있음
해양수산분야 빅데이터 활용방안 157 <그림 7> Antwerp Port community System(Belgium) 자료 : Port of Antwerp(www.portofantwerp.com/apcs/) 싱가포르항의 경우 세계 1위의 환적항만으로 세계 주요 항만과 연계된 전산망인 Portnet 시스템을 구축 운영하여 항만운영 효율성과 이용사 편의 증진을 강화하 고 있음 - 전 세계 9,000명의 이용고객에 대한 B2B 화물운송정보를 제공하며, 연간 2억 건 이상의 전산문서를 실시간으로 처리하여 물동량 유치 경쟁력을 강화하고 있음 <그림 8> PortNet(Singapore) 자료 : Singapore(www.portnet.com)
158 2014년도 현안분석과제 보고서 기술혁신 대응 분야 <그림 9> 항만운영정보시스템(Port-MIS 2.0 자료 : 항만운영정보시스템(http://portmis.go.kr) <그림 10> 해운항만물류정보시스템(SP-IDC) 자료 : 해운항만물류정보시스템(www.spidc.go.kr)
해양수산분야 빅데이터 활용방안 159 3. 빅데이터 활용사례 1) 해양분야 미국의 경우 오바마 정부의 빅데이터 연구개발 이니셔티브 를 통해 약 2억 달 러를 투입하여 관련 기술의 개발에 착수 빅데이터를 수집 저장 보관 분석 공유하는데 필요한 기술을 개발하고 국가안 보, 교육, 연구개발에 핵심 기술을 활용하고자 노력 지구과학, 교육, 의료 등 빅데이터 활용 효과가 뛰어난 주요 6개 연방정부기관의 우선 참여와 협력에 착수 <표 1> 미국의 빅데이터(Big Data) 연구개발 이니셔티브 자료 : 국가정보화진흥원, IT & Future Strategy, 제3호, 2012.4.12. 특히 해양분야에서는 국립해양대기청(National Oceanographic and Atmospheric Administration, NOAA)과 국립기상청(National Weather Service, NWS)을 통 해서 축적된 방대한 기상 데이터를 기반으로 예보 시스템에 적극 활용
160 2014년도 현안분석과제 보고서 기술혁신 대응 분야 위성, 선박, 항공기, 부표 등에 장착된 센서에서 매일 35억 개 이상의 데이터를 수 집하고 데이터를 업데이트하여 모델링 결과와 함께 국립기상청에 제공하는 시스 템을 갖추고 있음 첨단 해양분야에서의 빅데이터 활용은 생명과학분야로까지 연계되어 진화 연 구 및 환경 변화에 대한 정보를 제공하는데까지 이어지고 있음 유전 관련 전문 연구 기관인 J.Craig Venter Institute는 해양미생물 데이터를 이용 한 게놈 프로젝트인 Global Ocean Sampling Expedition 113) 을 2003년에서 2008 년과 2009년에서 2010년에 걸쳐 2차례 수행 <그림 11> NOAA의 Big Data 활용방안 자료 : http://fedscoop.com/noaa-advances-model-expand-open-data-access, 2014.11.13. 113) http://www.jcvi.org/cms/research/projects/gos/overview/
해양수산분야 빅데이터 활용방안 161 2) 해운분야 OECD에서 발표한 운송부문의 빅데이터 활용사례는 항공 및 도로를 중심으로 이루어져 있음 도로부분의 경우 교통 혼잡 완화, 항공부분의 경우 수입 관리가 주된 프로젝트로 나타남 해운부분의 사례로는 일본 정유회사인 이데미쓰고산(Idemitsu Kosan Co., Ltd), 우베미쯔비시 시멘트(Ube-Mitsubishi cement), 일본해운(Nippon Shipping) 등이 참여해서 2013년 11월에 개발한 빅데이터 분석 시스템이 있음 114) 이 시스템은 실시간으로 바람과 파고 및 해상상황 및 기타요소를 고려하여 내항 선박의 최적의 루트와 스피드를 제공함 전통적으로 내항선박은 인도시기를 맞추기 위해 가능한 최대속도로 운항하고 항 만에 대기하는 경우가 많았으나 이 시스템을 통해 연료비가 크게 절감될 것으로 기대됨 본 사업에 2-3개 해운기업이 시범사업에 참여할 계획이며, 적재공간을 최적 화하 는 선적 시스템과 연계하여 약 15%의 연료를 절감하는 것이 목표임 114) NIKKEI Asian Review, Big data tapped to rasise fuel economy of maritime transport, 2013.11.11.
162 2014년도 현안분석과제 보고서 기술혁신 대응 분야 <표 3> 운송부분의 정부와 민간부문의 빅데이터 활용 사례 자료 : OECD, Big Data and Transport, proceedings for International Transport Forum, 2013. 또한 선박검사기관인 Rightship과 IBM이 개발한 건화물선사 리스크 평가(dry carrier's risk assessment)시스템이 있음 115) 해당 시스템을 통해 실시간으로 선박 관련 정보를 제공함으로써 Rightship은 선박 기국, 선급에 선박검사 결과를 통보하고, 선주들이 선박평가 결과 통보 이전에 이 같은 단점을 수정하도록 할 예정임 한편, 미국선급협회(American Bureau of Shipping, ABS)는 차세대 선급서비 스의 주된 요인이 빅데이터를 활용하여 더 안전하고, 효율적인 선박을 운영하 는 것이 될 것이라고 언급함 116) 이 같은 목적에 따라 ABS는 현존 데이터와 기타 데이터를 활용하여 빅데이터를 115) Lloyd's list, Rightship and IBM harmess Big Data to boost dry carrier's risk assessment, 2013.7.29. 116) Solutions and Newbuildings, Big data can reshape the class of the future, 2013.12.4.