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선박, IT를 입고 새로이 부상하다!
‘조선-IT융합산업’
<편집자 주>
최근의 경제위기와 노령화 그리고 중국 등 동남아시아의 추격으로 인해 우리나라는 조선강국이라는 위상에 심각한 위기를 맞고 있다. 유럽과 일본에서는 조선산업과 조선 기자재 산업을 동반 육성해 조선산업이 위기를 맞이했을 때, 조선 기자재 산업을 통해 세계 조선강국으로서의 위치를 지킬 수 있었다.
하지만 우리나라는 조선산업에 비해 조선기자재 산업이 매우 영세하고 국제 시장 점유율도 매우 낮은 실정이다. 이러한 위기상황 속에서 조선강국의 위상을 유지하기 위해 전통산업인 조선산업에 IT기술과의 융합을 통해 선박 및 기자재의 고부가가치화와 스마트화에 대한 관심도가 최근 증가하고 있다.
글 이명규 기자(press6@engnews.co.kr)
1. 조선과 IT와의 융합, 그 시너지 효과는?
2. 국내 조선-IT융합산업의 현주소
3. 국외 조선-IT융합산업의 현주소
4. 조선-IT융합산업의 발전방향
5. 마무리
1. 조선과 IT와의 융합, 그 시너지 효과는?
(1) 조선-IT융합산업의 특징
조선산업은 우리나라 경제발전의 주도적 역할을 해온 효자산업으로 해운, 철강 등 전-후방 산업에 파급효과가 크고, 기계, 전기, 건축 등이 융합된 복합산업이다. 또한 대규모의 초기 투자가 필요한 산업으로 선박 및 해양 구조물의 용도에 따라 다양한 기능과 형태가 요구되므로 건조공정이 복잡하고 다양하여 자동화 제작에 한계가 있다.
뿐만 아니라 조선산업은 대량생산이 불가능한 주문생산이고, 세계 단일시장이므로 국제경쟁력 확보가 중요하며, 해양이라는 특수 환경에서 사용되고 종류에 따라 건조비용이 고가일 뿐만 아니라 인명과 직결되므로 고도의 안전성과 신뢰성, 정밀성이 필수적으로 요구되는 특징을 지니고 있다.
조선산업 중 높은 비중을 차지하는 조기자재 부품은 약 460종으로 구성되며, 선박 제조 원가의 55~65%를 점유하고 있다. 이중 IT를 이용한 기자재는 탱크선 5%, 컨테이너선 7~8%, LNG선 10% 정도이나, 향후 e-Navigation 시장이 열리면 선박 가격 대비 IT 기자재의 비중이 15% 이상으로 증가될 것으로 예상된다. 또한 선박의 항해 전반에 걸친 안전과 해양환경 보호 등을 목적으로 선박과 해상 관련 정보를 조화롭게 수집, 통합, 분석 및 교환하기 위한 전자체계인 e-Navigation을 유럽과 미국 등에서 주도적으로 표준화를 진행하고 있어, 국가적 차원의 기술 확보가 향후 조선산업에서의 우위를 유지하는 데 핵심요소가 될 전망이다.
(2) 조선-IT융합산업의 필요성
전 세계적인 조선산업의 불황에도 현재 우리나라는 글로벌 리더로서의 지위를 누리고 있으나, 향후 5~10년 후에도 주도권을 유지할 수 있을지는 사실 불확실하다. 특히 정부의 과감한 투자와 저렴한 노동력을 앞세운 중국과 조선산업의 수성 탈환을 꿈꾸는 일본의 맹추격이 점점 더 거세지고 있기 때문이다.
최근 들어 정책적으로 강조되고 있는 융합은 기존에 발생했던 점진적 융합과는 달리 급격한 속도와 광범위한 영역에서 일어나는 혁신적, 광역적 융합의 성격을 띠고 있는데, 이러한 융합의 공통점은 모두 IT를 기반으로 하고 있다는 점이 특징이다. 특히 조선산업은 현재 세계 최고의 경쟁력을 갖추고 있음에도 불구, IT와의 접목이 상대적으로 느리게 진행되고 있어 업계에서는 이를 문제점으로 지적하고 있는 실정이다.
그에 따라 IT융합을 활성화시키기 위한 방안으로 디지털 선박으로의 선박개념 진화, 초대형 선박 등장 등으로 선박내 통신을 위한 주파수 자원의 확보와 무선통신 기술의 적용도 제고 및 선박내 무선통신을 위한 각종 기기의 개발이 필요하다는 의견이 제기되고 있다. 특히, 선박내 통신을 위한 주파수 자원의 확보는 국제표준기구에서의 표준화가 중요한 문제이므로 CDMA 및 WiBro, DMB 등의 국제표준을 관철시킨 경험을 조선산업에 십분 활용할 필요가 있는 것으로 판단된다.
또한 우리나라는 조선 세계 1위의 조선국가로 일반 선박은 90% 이상의 국산화율을 유지하고 있으나, 최근 수주되고 있는 LNG선, 호화여객선, 석유 시추선 및 쇄빙선 등의 고부가가치 선박의 경우 60% 이하의 낮은 국산화율을 유지하고 있다.
하지만, 이러한 선박의 IT 융합장비의 비중은 선박 가격대비 향후 15%까지 증가할 것으로 예상되고 있어 대책 마련이 시급한 실정이다.
업계에서는 국내에서의 IT 활용도가 경제, 산업 전반적으로 저조하고 대체적으로 낮다는 점을 지적하고 있다. IT제조업에 특화된 산업구조로 IT부문의 활력이 타 산업으로 파급되는 효과가 크지 않아 IT산업의 고성장에도 불구하고 전체성장률 저하 등의 문제가 발생하고 있기 때문이다.
더불어 중국의 급격한 성장으로 인해 경쟁이 가속화되고 있고 IT가 융합된 차세대 IT선박에 대한 대비가 미흡하며, 패러다임이 변화하고 있는 것에 비해 부처간 협력을 통한 체계적 지원체계가 부족한 상황을 꼬집고 있다.
이에 우리가 세계 1등을 유지하기 위해 미개척 분야에서 신규 기술을 개발해야 하고, 이를 위해서는 IT기술의 접목이 필요한 것으로 판단된다.
특히 차세대 고부가가치 조선산업을 위해 산학연관의 공동대처가 요구된다. 즉, 산업체는 추격해오는 중국과 차별화된 전략으로 고부가가치의 미래 디지털 선박 기술을, 대학에서는 조선해양 세계 일류화 프로그램을 지원할 수 있는 핵심연구에 매진하고, 연구기관에서는 조선산업 기술 로드맵을 수립하고 조선과 IT융합기술에 대한 연구 및 개발을 진행해야 할 것이다.
2. 국내 조선-IT융합산업의 현주소
2000년 이후 우리나라는 세계 조선시장의 점유율이 40% 수준으로 명실상부한 조선선도국으로서의 위상을 떨치고 있지만, 이는 대부분 선박건조부분에 국한되어 나타나는 것으로 나타났다. 반면, 일본은 자동화를 통한 범용선박분야에서 고품질을 추구하고 있고 EU는 호화여객선 등 고부가가치 선박과 관련한 기술에서 우위를 보이고 있다.
한편, 국내외적으로 선박건조의 생산성 향상을 위해 IT를 접목하려는 연구는 조선소 자체적으로 진행되고 있지만 실제 생산현장에 적용되어 상용화되는 사례는 극히 미비한 실정이다.
(1) 디지털 선박 인프라
국내에서 IT 융합을 통한 조선산업 초일류화를 이룰 디지털 선박 인프라를 조성하기 위해 2008년부터 3년간 ETRI는 현대중공업 및 울산대학교와 공동으로 선박 건조의 생산성을 향상시키기 위한 통신 인프라인 WiBro망을 구축하고 이를 기반으로 그룹통신 시스템과 조선소 선박블록/자재 및 이동객체에 대한 실시간 모니터링 기술을 개발하고 있다. 또한 선박내 각종 장치에 대해 육상에서 원격 모니터링을 할 수 있는 유무선 통한 SAN 기술개발도 수행하고 있다.
조선소의 선박건조 현장에서 사용하도록 개발한 WiBro 통신망 기반 그룹통신 시스템에 대한 연구는 현재 조선산업 현장에서 사용되는 주파수 기반 그룹통신 시스템의 한계를 극복하고, 차세대 All-IP 기반 네트워크 통합 환경을 대비하는 WiBro 기반 그룹통신 시스템을 개발하는 것이다. 그룹통신 시스템 개발에 적용되는 기술은 현재 그룹통신에 일반적으로 사용되고 있는 무전기의 동일채널 이용으로 발생하는 혼선 및 간섭과 보안성에 취약하다는 문제점, 그리고 TRS의 경우 다수 사용자가 공동의 여러 주파수를 이용함으로써 접속이 지연되는 문제점을 극복하는 IP 기반 음성 서비스 기술로 무전기와 TRS, 휴대폰의 기능을 하나의 무선 복합단말기로 제공하도록 한다. 그룹통신 시스템은 열악한 조선소의 무선통신환경에서도 복합단말을 활용하여 작업자 간에 원활한 통신환경을 제공하고 조선소 및 선박내 공동 작업환경을 개선함으로써 선박건조 생산성을 향상시킨다.
그림 1. 조선소를 위한 그룹통신 시스템 구성
■ 출처: ETRI
선박블록/자재 및 이동객체에 대한 실시간 모니터링 기술 개발에는 조선소 야드 현장에서 IDGPS 기술 및 RFID 기술 기반으로 이동체에 대한 위치정보 추적 인프라를 구축하고, 이동객체(즉 선박블록 및 트랜스포터)와 조선소 야드 모니터링을 위한 시스템 개발을 포함하고 있다.
이동체 위치 추적 기술은 LOS 지역의 GPS 기술과 음영지역의 RFID 기술을 적용해 위치추적이 가능하도록 하고, 철재 구조물로 인해 전파의 난반사가 심한 작업환경에서 위치 정보 오차를 줄이기 위해 IDGPS 기술을 적용한다.
이러한 인프라 기술을 적용해 개발하는 응용서비스인 선박블록/자재 및 트랜스포터 모니터링 기술은 GPS 기술 및 RFID 기술을 적용해 조선소 야드에 적재된 선박블록을 자동 인식하고, 이를 운반하는 트랜스포터를 실시간 추적하며, 이동객체 데이터베이스를 기반으로 선박블록 및 트랜스포터를 실시간 원격으로 통합관리, 모니터링 하는 기술을 말한다. 이로써 선박블록 및 트랜스포터의 수동관리로 인해 발생되는 블록 배치의 오류를 줄일 수 있으며, 트랜스포터와 같은 이동객체에 대한 최적 관리 및 운용으로 인해 작업공정 효율을 높일 수 있어 결과적으로 선박건조 생산성을 향상시키는 효과도 얻을 수 있다.
그림 2. 조선소 블록/TP 실시간 모니터링 시스템 개념도
■ 출처: ETRI
IT 기반 유무선 통한 SAN 기술은 460종에 달하는 선내 기자재를 하나의 네트워크로 연결하고, 선내 시스템간의 통신을 가능하게 하는 기술이다. 이는 통신영역을 육상까지 확대하여 선내 시스템을 육상 서비스에 활용할 수 있는 소프트웨어 프레임워크를 제공하여 선내에서뿐만 아니라 육상에서도 모니터링 서버를 통해 원격으로 선박의 상태관리, 유지보수, 관제/감시 등 통합적 선박관리 기술을 포함한다. 현재 본 기술을 활용하여 차세대 고부가 선박 서비스의 하나인 원격 선박 장치 유지보수 서비스를 개발하는데 매진하고 있다.
그림 3. 선박 유무선 통합 SAN 기술 개념도
■ 출처: ETRI
이러한 서비스들은 선박 건조 산업에 비해 다소 뒤쳐져 있는 국내의 선박 기자재 산업에 경쟁력을 불어넣는 기폭제가 될 것으로 예상된다.
(2) 전자해도
조선산업은 조선, 즉 건조부문과 조선기자재 부문으로 분류할 수 있다. 건조부문은 유럽, 미국과 일본을 거쳐 현재 우리나라의 경쟁력이 가장 우수하다고 평가 받고 있으며, 최근 중국과 인도에서 조선산업이 급부상하고 있는 실정이다.
반면, 조선기자재 산업은 특성상 건조부문과는 달리 오랜 시간을 통한 투자와 노하우가 체계적으로 구축되어 있는 유럽과 일본이 여전히 주도하고 있다. 비록 건조부문은 타국으로 이전되었음에도 불구하고, 핵심 기자재들의 원천기술로 인해 실질적인 이윤은 유럽과 일본에서 가지고 있으며 장기적인 경쟁력을 유지하고 있는 것이다.
반면 다수의 국내 기자재 기업들은 손쉽게 이윤을 창출할 수 있는 유통에 치중하여 기술개발에 게을리 했고, 이로 인해 현재 국내에서 기자재 산업을 리드하는 업체의 수는 많지 않은 실정이며, 국산제품에 대한 조선소의 신임도가 낮아 기자재 발전에 저해하는 요소로 작용하고 있다.
이러한 악순환 속에서 전환점이 되고 있는 것이 바로 전자해도이다. 지금부터 개발에 힘쓴다고 하더라도 이미 높게 구축되어 있는 조선기자재 기술의 장벽을 뛰어넘기에는 다소 무리가 있다. 즉, 우리는 선박에 탑재되는 최초의 디지털 제품인 전자해도와 같이 신시장을 개척하기 위해 노력해야 하며, 새로운 기자재 제품 개발에 매진해야 할 것으로 판단된다.
일각에서는 한국이 전자해도에 관해서는 세계 최고의 기술수준이라고 해도 과언이 아니라고 언급하고 있다. 전자해도 시장에서 널리 이름을 알리고 있는 독일 한 업체의 경우 최근 사업확장이 크게 이루어지지 않아 주도권을 점차 잃어가고 있어, 그에 따라 국내 업체들은 입지가 상승하고 있으며 IHO의 각종 행사에서도 발언권이 점차 세지고 있는 실정이다. 이것은 우리나라의 기술력이 인정받고 있다는 증거라고 생각한다. 한편, 이 산업과 관련하여 최근 국제적으로 IHO에서 리드하는 대표적인 기술은 바로 Dynamic ECDIS라고 할 수 있다. Dynamic ECDIS는 조수간만의 차나 기상변화 등 해상환경에 대한 정보를 실시간으로 선박에 제공하여 운항을 함에 있어 최적의 효과를 볼 수 있도록 하는 기술이다.
3. 국외 조선-IT융합산업의 현주소
1998년 6월 선복량이 감소한 이후 조선에 필요한 기술로는 에너지 절감 기술과 전 세계적인 해양환경의 보호, 높은 안전성과 신뢰성 추구, 고급 IT 기술의 응용, 조선의 생산성 향상을 위한 기술 전략적인 연구에 관심을 가져왔다. 또한 설계도구, 설계방법론, 생산프로세스, 생산 기술 등을 지속적으로 발전시킴으로써 노동 임금 상승에 따른 비용 절감 등에 기여했으며, IT 기술은 선박의 설계, 선박의 건조, 선박 내부의 전자제어 시스템에 IT기술을 적용시켜 선박의 부가가치를 높여왔다.
우리나라는 조선 설계 기술의 가시화, 조선 생산 기술의 첨단화 및 운항 시스템의 지능화 등의 분야에서 연구개발을 통해 조선산업의 발전에 기여를 하고자 노력한 반면, EU, 미국, 일본 등 조선해양 선진국들은 이미 R&D 투자를 통해 관련 기반 및 핵심 기술을 확보해 보다 나은 해양환경을 조성하기 위한 환경 구축에 전념했다.
(1) 유럽
유럽은 공동기술개발사업(EU Framework Program)을 통해 FP6 SUSTDEV, FP7 SAFEDORE인 안전규정 및 설계 적합을 위한 시뮬레이션 패키지 등 1993년부터 중장기적인 연구개발 계획을 수립하고 표준 통신네트워크 및 프로토콜, 소프트웨어 아키텍처 등 가시적인 성과를 확보했으며, 이제는 E-Navigation 시장 선점을 위해 MarNIS 사업, SKEMA 등 연구개발을 통한 E-Navigation 서비스 모델 개발에 주력하고 있다. 특히 유럽은 공동의 조선분야 경쟁력 강화전략인 LeaderSHIP 2015를 통해 첨단선박 건조 유지전략을 위한 기술개발 투자 및 기술보호를 강화하고 있다.
(2) 미국
미국은 중, 장기적 비전과 전략 로드맵에 근거해 차세대 선박을 설계하고 개발해 조선산업의 경쟁력을 부활시키기 위한 연구개발을 추진중이다. 전략적 투자계획에 따른 체계적인 연구개발 프로그램인 고등방위연구계획국(DARPA)의 주도로 MARITECH 프로그램을 1993∼1998년까지 총 5년간 추진해 조선산업의 프로세스 혁신 및 IT 기술활용을 통한 생산성 개선 등을 목표로 했다.
또한 MARITECH의 성과를 지속하기 위해 미 해군의 주도로 1999년부터 NSRP을 수행했으며, E-Manufacturing을 비전으로 설정, 선진적 조선업계의 생산성 제고 및 비용 절감을 목표로 12개 조선소와 협력해왔다.
2009년 5월에는 새로운 첨단 조선 설계 교육 프로그램을 만들어 개발된 첨단 IT 기반 설계 기술을 적용했다. 미국의 E-Navigation 표준화 기술개발 추진은 미국교통부(DOT) 주도로 ISIT Platform 프로젝트를 총 5년간 수행했으며, 40개 연구기관이 연구개발을 하고 12개 민간업체가 미국해안경비대(USCG)의 감독 하에 테스트를 추진하여 실제로 적용하고 있다.
(3) 일본
일본도 조선 수주 30%대의 시장점유율 유지를 위해 정부지원 및 산·학·관의 제휴 및 협력을 지속할 것으로 전망된다. 조선산업 인력의 고령화로 기능인력 확보를 위해 민·관 합동으로 다양한 인력유치 활동을 전개하고 있으며, IMO, 국제표준화 등 국제협약활동에 적극적으로 참여하고 있다.
특히 일본은 운수성을 중심으로 R&D가 진행해 오다가 최근에는 민간 위주의 연구개발을 추진 중에 있으며, JCG를 중심으로 해상종합안전체제 구축을 위해 항해안전 및 연안경기서비스 체계 연구개발을 완료한 상태이다.
또한 기상정보활용 및 선박 운용정보 연계 시스템을 연구개발하고 있다.
4. 조선-IT융합산업의 발전방향
조선과 IT의 접목은 CAD 설계 및 증강현실 가시화 등 선박설계 기술부터 발전되어 현재는 조선소 야드에서의 선박 생산성 향상을 위한 기술개발 단계를 거쳐 선박 내의 모든 장치를 하나의 네트워크로 연결하여 장치의 상태를 모니터링 할 수 있는 디지털 선박 개발에 이르렀다.
이와 같은 지능형 디지털 선박은 향후 원격 선박 유지 보수 및 자율 운항 시스템으로 발전될 것으로 예상된다. 결국 선박 건조의 생산성 향상으로부터 시작되어 선박의 안전 운항을 지원하는 서비스 기술로 진화하게 되는 것이다.
2008년부터 ETRI와 국내 대형 조선소와의 공동연구가 진행중인 기술개발은 생산성 향상 및 디지털 선박화를 이루기 위한 기반 기술이며, 선박의 안전을 보장하기 위한 E-Navigation 정착의 실현과 연관되어 안전하고 경제적인 선박 운항을 지원하기 위한 기술개발을 위해 많은 연구가 진행되고 있다.
그 가운데 하나가 스마트 선박 구현에 대한 기술이다. 스마트 선박이란 SAN 기반의 디지털 선박에 IT 기술을 접목하여 경제 운항 및 안전항해, 그리고 선원 상태 관리와 함께 글로벌 유지보수가 가능한 선박을 말한다.
이러한 스마트 선박 구현은 선박 내에서 IT 기자재에 대한 비중이 점점 높아짐에 따라 선박 내의 다양한 운항 장비를 하나의 공통 플랫폼으로 관리하고 각 장비의 상태 및 선박 주변 환경을 모니터링 하여 선박간 충돌을 방지하고 경제적 항로를 결정하는데 활용될 수 있다. 이러한 기술구현을 위한 인프라 구성 가운데 가장 중요한 것은 선박과 육상간 통신을 지원하기 위한 선박용 이동통신 기술이다.
원거리 항해시 인공위성을 이용한 통신은 현재 일반화 되었지만, 통신장치의 효율적인 활용 측면에서 통합된 통신솔루션 개발도 이뤄져야 하며, 아울러 접안 지역에서 지상파 통신을 이용하는 방법도 함께 연구 개발되어야 할 것이다. 이와 같은 육상과 선박간의 통신 인프라 구축이 완료되면 선박을 지원하기 위한 다양한 서비스 기술이 개발되어야 하며, 이를 위해서는 육?해상간 선박 데이터 교환을 위한 프로토콜과 프레임워크 개발이 선행되어야 한다. 향후 10년 이내에 조선 IT 융합 기술은 집대성 되어 가장 안전하고 경제적인 운항이 가능하고 선박 내에서 다양한 부가 서비스를 지원받을 수 있는 시대가 펼쳐질 것이다.
5. 마무리
조선IT 융합의 목적은 조선산업에 IT기술을 접목해 조선산업의 초인류화를 달성함으로써 향후 조선IT 융합 분야에서는 IT융합을 통한 선박건조(Digital Shipyard), 선박통합통신망(SAN)이 적용된 지능형 선박(Smart Ship), 항로최적화 등을 위한 선박운항 기술개발 등이 고려될 수 있다.
국제적으로 EU, 미국, 일본 등에서 대형 프로젝트를 통해 기술개발을 완료하고, e-Navigation 정책을 추진하고 있다. e-Navigation은 선박의 안전한 항해를 실현하기 위한 방법으로써 선박에 사용되는 IT기자재의 표준화와 항해사의 의사결정을 도울 수 있는 도구 개발에 핵심을 두고 있다.
이를 위해 선내 모든 기자재는 네트워크에 연결되어 선박의 항행정보와 선박기자재의 운전정보 등이 실시간으로 모니터링되고 용이하게 제어되어야 하며, 이러한 정보는 육상에서도 모니터링 되고 필요시 육상에서 항해사의 의사결정을 도울 수 있어야 한다.
정보교환을 위해서는 선박과 육상(Ship-Shore), 선박과 선박(Ship-Ship) 사이에 끊임없고 신회할 수 있는 통신채널이 유지되어야만 가능하다. 이를 기반으로 e-Navigation의 최종 실현목표인 해양환경보호 및 항해 안전과 선박의 안전을 달성할 수 있으므로 표준화 분야도 이 범주 내에서 이뤄져야 할 것이다.