3월 콤파스에 정태원 성결대 동아시아물류학부 교수가 나와 ‘4차 산업혁명 대비 해운항만산업의 변화와 역할’이라는 주제로 발표하였다. 그는 이날 오후에 열린 한국해운물류학회 정기총회에서 회장으로 선출되었다. 정 교수는 한국해양대학과 시애틀 센트럴워싱턴대학에서 물류시스템공학을 공부하였다. ‘부산항 컨테이너 터미널 마케팅 전략에 관한 연구’로 박사학위를 취득하였으며, ‘4차 산업혁명 대비 항만운영체계 개선방안 연구’와 ‘스마트 항만에서 입출항 및 물류를 위한 데이터 관리 프레임워크’ 등의 연구과제들을 수행하였다. 현재 국무조정실 국정과제평가위원, 인천항만공항 물류배후단지 심사위원장, 한국해양수산개발원 물류기업인증 심사위원 등을 맡고 있다. 발표내용을 정리하여 게재한다.
4차 산업혁명의 등장
2016년 1월 다보스포럼에서 4차 산업혁명이라는 개념이 제기되었다. 인공지능(AI), 가상현실(VR), 빅데이터, 사물인터넷(IoT) 등의 신기술이 주도하는 미래가 도래한다는 것이다. 주요 선진국들은 산업적 강점을 바탕으로 산학연관민 차원에서 다양한 전략을 마련하여 추진하고 있으며, 우리나라도 4차 산업혁명을 주요 정책기조로 정하고 추진 중이다. 따라서 해운항만 물류분야에도 4차산업화를 위한 다양한 전략적 대응방안이 시급히 마련돼야 할 것이다. 미국은 ‘Brain Initiative' 계획으로 10년간 30억달러를 투자하고, 독일은 완전자동 생산체계 인공지능연구소 DFKI를 운영하며, 중국은 주력분야로 인터넷 넷플러스 전략으로 인공지능을 집중육성하고, 일본도 로봇신전략 일환으로 인공지능 기반 로봇혁명을 추진하고 있다. 글로벌 기업들도 이에 부응하여 구글이 플랫폼 이용 알파고와 무인차를, IBM은 지능서비스로 범죄수사와 의료분야에, 페이스북과 아마존도 O2O로 개인비서와 개인선호를 분석하는 한편, 상거래로 배송과 물류에 응용하고 있다. 이렇듯 세계는 글로벌 패권을 잡기 위한 치열한 경쟁을 벌여 선두는 있으나 주도는 없는 각축장이 되고 있다.
4차 산업혁명과 항만의 변화
스마트 항만이 초기 자동화된 컨테이너 터미널이라는 개념으로 통용되었으나 이제는 데이터와 인공지능 기반의 지능화 항만의 뜻으로 바뀌었다. IoT를 통한 데이터의 수집 및 집적, 당사자 간의 실시간 데이터 공유, 자율기반 지능화 및 자동화 지원을 추구하는 동시에 자율운송수단을 수용하기 위한 항만 차원의 준비를 병행하고 있다. 국가별로는 네덜란드의 로테르담, 독일의 함부르크, 싱가포르항, 미국 롱비치항, 중국 항만들이 스마트 항만 구축을 위한 자율운항선박 대비 원격조정의 완전무인화 내지 반자동화를 발 빠르게 추진하고 있다. 로테르담항의 APM 터미널과 RWG(Rotterdam World Gateway), 칭다오항의 QQCTN, 롱비치항의 LBCT, 싱가포르 TUAS가 완전무인화자동 터미널을 운영중이다. 스마트 항만은 자동화, 지능화(digital), 그린(green)화 3단계로 진화한다. 현재 주요 항만들은 터미널 자동화를 경쟁적으로 추진하고 있는데, 안벽 크레인을 원격조정하는 완전자동화 수준에 도달했으며, 4차 산업혁명 관련 기술발전에 따른 항만 지능화와 항만내 및 항만간 연결성 강화에 관심을 보이고 있다. 로테르담항을 중심으로 항만간, 항만-선박간 정보공유 표준화 논의가 시작되면서 항만정보 표준화를 선점하기 위한 경쟁이 야기되고 있다. 함부르크항은 실시간 모니터링, IoT, 경로추적 등을 활용하여 항만 도로 철도 통관 등 4개의 인프라 시스템을 통합하는 스마트 항만을 구축한 바 있다. 또한 스마트 로드(SmartROAD) 솔루션을 이용하여 교통관리, 구조물 센서, 환경 센서, 스마트 가로등으로 항만에 필요한 실시간 자동정보를 제공하여 교통시설과 연계항만의 교통흐름 개선과 안전확보 및 에너지 절약에도 기여하고 있다. 디지털 항을 지향하는 함부르크항은 하항으로서의 한계 극복과, 개발과 효율 중에 택일해야 하는 과제를 안고 있다. 두바이항의 고민은 CY와 안벽의 자동화에 따른 리모트 컨트롤 문제를 해결하는 것이다. 자동화와 항만의 효율성 상관관계 확인, 항만간 실시간 정보공유로 정시성과 가시성 확대, 항만의 스마트화로 인한 사회적 비용 문제도 해소해야 할 과제이다.
Technavio의 2017 연구보고서에 의하면, 반자동화 터미널을 포함한 글로벌 자동화 컨테이너 터미널시장이 2016년 20.4억달러에서 2021년에는 62.2억달러로 연평균 25% 성장할 것으로 예상했다. 완전무인자동화 터미널 비중은 2016년에 전체 자동화터미널의 51.47%를 차지했으나 2021년에는 55.31%로 늘어날 전망이다.
항만 스마트화의 모형은 4가지 유형으로 나뉜다. 유형1은 자동화, 유형2 선자동화 후 지능화, 유형3 선지능화 후 자동화, 유형4는 지능화에 각각 중점을 두고 있다. 유형1은 자동화 트렌드를 주도하며 경험을 축적할 수 있다는 장점은 있으나 급격한 구조조정, 운영시스템이 불안정하다는 단점이 있다. 유형2는 인력구조조정 부담이 적으나 나중에는 해결해야 하는 문제점을 안고 있고, 유형3은 자동화 IT 플랫폼을 구축할 수 있으나 실제운영 경험축적이 지연되며, 유형4는 인력구조조정 완화와 IT 플랫폼 구축의 장점은 있으나 자동화 트렌드 추구에 대한 부담과 운영경험 축적이 지연된다는 것이 단점이다.
자율운항선박 동향 및 향후 예측
자율운항선박은 Smart Ship, Digital Ship, Connected Ship, Remote Ship, Unmanned Ship, Autonomous Ship 등 다양하게 불린다. 국제해사기구(IMO)는 바다 표면을 자율운항 형태로 무인항해가 가능한 일반화물선이라는 뜻으로 MASS(Maritime Autonomous Surface Ship)로 정의하였다. MASS의 주요기능은 안전항해, IT기술, 그린선박, 육상연계이다. 안전항해는 항로계획, 추적, 충돌예방, 선체응력 감시, 자율운항이며, 그린선박은 저탄소 배출, 생물확산 방지, 연료 저소비, 경제운항을 실현하는 선박이다. IT기술은 인공지능, 빅 데이터, 상황인식, 자동고장 예측진단, 예방정비, 의사결정 지원, 시스템 건전성 모니터링, 사이버 보완 모니터링이며, 육상과의 연계는 원격제어 감시, E-navigation, 선박자동보고, 기상정보, 해안사고방지 등을 의미한다. MASS의 발전단계는 1차 산업혁명이 증기기관 등 기계화 단계의 전통선박이라면, 2차 산업혁명은 전기에너지 기반 대량생산 단계로 친환경선박이고, 3차 산업혁명은 컴퓨터와 인터넷 기반 지식정보 단계의 스마트선박이며, 4차 산업혁명은 지능+정보+빅데이터+클라우드 단계로 MASS선박이다. IMO의 해사안전위원회(MSC) 93차 회의에서 MASS의 등급을 법제화를 고려하여 4단계로 구분하였다.
1단계는 선원승선의 자동화로 시스템과 기능제어단계, 2단계는 선원이 승선하여 필요시 개입하는 대체적으로 선박이 제어되는 단계, 3단계는 선원이 없고 원격으로 제어하며, 4단계는 선원이 없고 시스템 스스로 자율 운항하는 단계이다. MASS의 해외동향을 보면, EU의 MUNNIN 프로젝트는 주요목표를 무인상선 운영을 위한 기술개발과 기술적, 경제적 및 법적 타당성 평가에 두고 있다. 이 프로젝트의 연구보고서에 의하면, 자율운항선박의 재무분석결과 기존 유인선박과 비교할 때 상업적 실행이 가능함을 증명하였다. 즉 MUNNIN 자율운항선박은 기존의 유인선박에 비해 25년간 총 700만달러의 가치가 향상된다고 보았다. 안전과 보안과 관련하여 해상사고의 근본원인은 대부분 인간의 실수이다. MUNNIN 선박에 대한 충돌 및 좌초 시나리오를 분석하고 적절한 운영 및 견고성 테스트를 실시한 결과, 유인선에 비해 약 10배의 충돌 및 좌초 위험이 감소하는 것으로 확인되었다. 이렇듯 개선된 유지 보수 및 모니터링 계획을 수립하면 무인선박의 엔진시스템 고장 위험도 역시 낮아질 것으로 예상된다. 무인선박은 사이버 공격 위험이 상존하지만, 이러한 공격에 대비하여 무인선박의 소프트웨어를 설계 구축하면 그 위험을 예방할 수 있을 것이다. 무인 및 자율운항선박이 은행과 같은 다른 시설에 비해 사이버 공격 대상으로 충분히 매력적인지에 대해서는 의견이 분분하다.
MUNNIN 프로젝트의 기술적 관건은 해안제어센터와의 커뮤니케이션이다. 해안통제센터에서 자율운항선박에 명령을 실행하면 선박시스템이 원격제어모드로 변경되어 해안제어센터 개입이 필요한 상황과 그렇지 않은 상황을 사전에 자율운항선박 운영자가 정의할 수 있으며, 파도높이 및 교통량과 같은 요소들을 바탕으로 사람의 개입여부를 판단할 수 있다. 제어센터는 선박의 선장 또는 수석 기술자의 책임 중 일부를 담당할 것으로 예상되며, 해안제어센터의 오퍼레이터가 담당할 업무는 VHF(Very High Frequency)통신, VTS(Vessel Traffic Service)보고, 선상의 에너지 관리, 상태 모니터링 및 유지보수 등이다. 무인선박과 정박지, 도선, 예선과는 라디오 시스템으로 통신하며, 무인선박과 유인선박 간의 통신은 VHF를 활용하고, 무인선박과 SCC와는 리모트 컨트롤로 운영하고, 무인선박과 VTS와는 VHF로 연결하며, SCC와 선주 선장이나 VTS와는 수시통신이 필요하다.
선급기관인 DNV-GL의 ReVolt 프로젝트의 주요목표는 자율운항선박 ReVolt가 인근해 단거리 항로운항을 위한 무인/무공해선박으로 유럽의 단거리 운항을 위한 요구사항들을 적용하여 성공하는 것이다. 현재 해상운송 부문의 사고율은 평균 900명의 사망자가 발생하는데, 이는 비교 가능한 육상기반 산업보다 90% 정도 더 높은 수치이다. 선박사고의 85%가 사람의 실수로 인한 것인데, DNV-GL은 해상운송 사망자수를 육상산업 수준으로 줄이겠다는 것을 목표로 세웠다. 기계적인 고장이 가장 많이 발생하는 장비는 회전하는 기계이므로 ReVolt 선박의 회전부품 최소화에 노력하였고, 그 결과 ReVolt를 평형수 없이 운항 가능한 배터리로 구동되는 무인선박으로 개발하였다. ReVolt 선박은 상대적으로 느린 속도로 항해하기 때문에 항만에서의 시간낭비를 피하는 것이 필수적이다. 그립-암(grip arm) 기술과 진공을 이용한 계류 같은 최점단 자동계류시스템을 사용하면 수동보조 및 정기 유지보수에 크게 의존하는 로프와 윈치 없이 선박을 신속하게 계류할 수 있다. 선체측면과 셀 가이드를 전체 컨테이너 스택 높이까지 올리면 화물취급을 가속화 할 수 있으며, 동시에 항만노동자와 수동 래싱이 필요 없게 된다. 선박에서 다른 운송수단으로 화물을 신속하게 옮길 수 있도록 항구의 해안시설이 매우 효율적이어야 한다. 이는 트럭이 선박에 쉽게 접근할 수 있는 전용 터미널을 구축함으로써 가능해진다. 주요 법적 이슈로는 주요 해상에서의 충돌사고를 예방하기 위한 항해와 제규정, 선원의 미래, 해상환경의 보호측면, 선박의 기술적인 조건과 건조시 필요요건, 책임과 보상, 보험, 안전과 보완 등을 들 수 있다.
자동화 지침은 의사결정이 만들어지는 장소인 선박과 육상, 그리고 의사결정의 주체인 인간과 시스템에 따라 구분된다. 쟁점사항은 법적쟁점과 자율화 이며, 법적쟁점은 국내 또는 국제적인 관점으로 구분되고, 자율화 수준은 M(매뉴얼), R(리모트 컨트롤), A(무인선박)로 구분된다. 자율화 수준이 M 또는 R인 경우에는 기존의 법령 프레임을 해석하고 수정할 필요가 있고, RU(리모트컨트롤+무인) 또는 A에는 새로운 IMO 규정이 필요하다. 자율운항선박의 입항허가 문제는 유엔해양법협약에 따라 외국적 선박의 자국항 입항에 특별규정을 제정할 수 있는 권리에 대한 국제적 인식이 다르므로 자율운항선박의 입항을 원치 않을 경우, 장벽이 될 수 있어 국제적 협약이 필요하다. 선장의 기능과 책임에 관해서는 SOLAS, MARPOL, STCW협약 등에 선장의 승선이 필요조건이므로 자율등급 RU와 A의 경우 대부분의 ISM 코드상 선장의 책임문제가 발생할 것이다. 이렇듯 각종 서류를 항만당국에 제시하기 곤란하므로 국제적인 협약 및 각국의 법제개선과, 증서와 서류를 디지털 식으로 보유하는 것을 허가하는 내용의 법개정도 필요하다. 자율등급 RU와 A의 경우, 해상감시, 세관업무, 항만당국 및 법원 권한은 장벽이 될 것이며, 선장은 선주를 대표하는 사람임에도 승선하지 않으므로 선박을 대표하여 그 역할을 행할 원격운영자(Remote Operator)의 법적지위도 부여해야 한다. 선박의 항해당직 및 상황판단은 선원이 하는 것이 관례이며, 선박을 어디에서 누가 통제하는지는 매우 중요한 사항이므로 전자감시장치가 인간을 대신할 경우 COLEG 규정(국내법은 해사안전법) 준수 여부도 관건이다.
M, R, RU의 경우 현행 규정상 당직자가 브리지를 이탈하는 경우에는 동일한 능력을 갖춘 사람에게 인계해야 하므로 브리지 이외의 장소에서 근무할 수 있도록 개정이 필요하다. A의 경우 COLEG와 SOLAS에 대해 완전한 장벽이 되기 때문에 국제협약과 각국의 법제에 새로운 규정이 필요하다. RU와 A의 경우 육상기반 조종의 경우 항만호출의무가 불가능하고, 강제도선의 경우 장벽이 되어 도선면제 등의 새로운 규정이 필요하다. 일부 EU 국가의 경우 항해안전과 해상사고, 위험한 상황에 대비하여 당국은 보고의무를 선장에게 부여하고 있으며, M, R, RU의 경우 다른 지역에서 선장을 대신한 보고의무 이행을 허용하면 장애가 되지 않을 것이다. A의 경우도 디지털 형식의 직접보고 또는 원격운영자 보고가 허용되면 가능해지므로, 국제협약 또는 각국의 법제에 보고의무를 선장이 직접 하지 않아도 되도록 규정개정이 필요하다. 선원의 승선문제와 관련, 유엔해양법 94조에는 적절한 자격을 갖춘 선장 및 사관의 책임을 요구하고 있다. M, R, RU의 경우 선원이 선박의 다른 곳에 있더라도 장애가 되지 않을 것으로 판단되며, A의 경우에는 유엔해양법협약 제94조 4b항을 개정할 필요가 있다.
MASS의 발전로드맵은 2017년에 리모트 모니터링(유인)으로 지역별 국가별 테스트 베드를 활용하여 시험운항을 실시하였으며, 2023년에는 완전 리모트 컨트롤러를 활용한 선박(유인 또는 특별한 동의에 의한 무인)을 점차적으로 늘릴 것이다. 2023년은 전반적인 자율운항 통제 아래 시험운항으로 타당성을 확보하는 기간이다. 이 기간에 MASS 선박이 지역적 동의가 이루어지며, 2025년에는 상업적인 자율운항선박 운항이 IMO 수준에서 동의될 것이다. 법적 제도적 측면에서도 1단계로 2020년까지 특정지역 간을 운항하는 수준에서 리모트 컨트롤에 의해 지원 운영되는 것을 목표로 하고, 2단계인 2025년까지 기술적, 법적 안정성을 확보한 리모트 컨트롤 된 무인선박이 특정지역 간을 운항하는 자율운항을 IMO가 동의하는 단계이다. 3단계는 2030년까지 리모트 컨트롤 된 무인선박의 원양항해를 목표로, 완전한 상업적인 선박을 생산하는 것을 목적으로 한다. 마지막 4단계는 2035년까지 기술적으로 진보된 완전무인 자율운항선박의 원양항해를 목표로 한다.
항만입출항제도 개편과 관련하여 선박자율운항 수준과 항만 스마트화 단계에 따라 제도개선 요구가 변화될 것인데, 선원승선의 반자동화인 경우, 입출항제도의 변화는 발생하지 않을 것으로 보인다. 다만, 선박이 무인화 하거나 원격제어가 이루어지는 경우 선박입출항제도와 예도선제도를 바꿀 필요는 있다. 스마트항만의 단계별로 반자동화2단계, 완전자동화1단계, 완전자동화2단계로 나누어 자율운항 단계를 선원승선 및 일부 자율운항, 선원승선 원격제어, 무인 원격제어, 무인 완전자율운항으로 기존제도 운영과 예도선제도를 변경해야 한다. 또한 항만기계화 및 자동화 간계별로 본선작업, 야드 작업, 게이트 작업, 입출항 작업에 대한 세부적이 검토가 필요하다.
정책과제
4차 산업혁명 대비 해운항만산업 발전을 위한 정책과제는 지능화, 지디털화 항만으로의 변화를 위한 시도와 노력이다. 독일 함부르크항의 사례가 많은 참고가 될 것이다. 스마트 항만은 자동화 항만과 디지털 항만으로 나눌 수 있다. 자동화 항만은 항만의 하드웨어인 항만하역장비의 기계적 자동화 즉 기계정보화를 말하며, 디지털 항만은 소프트웨어로 항만자원의 초연결 및 지능화 즉 IoT, AI, 빅데이터를 이용한다. 스마트 항만은 종국적으로 디지털 항만을 지향해야 한다. 함부르크항의 디지털포트 4.0은 항만인프라, 스마트화, 실비 및 장비, 표준화, 해상 및 내륙연계 및 운영, 친환경화가 서클을 그리며 원활하게 돌아가는 것이다. 다시 말해 디지털 정보를 기반으로 항만의 모든 자원을 스마트화, 친환경화, 표준화 하는 것을 의미한다.
항만의 실정에 맞는 자동화 컨테이너 항만으로의 준비가 요구된다. 2017년 5월 중국 칭다오항의 QQCTN(Quingdao New Qianwan Container Terminal)은 자동운송장치인 AGV, 무인야드크레인, 자동화 안벽크레인을 도입 운영하고, 안벽크레인 1대당 평균 시간당 39.6move/hr를 달성하여 자동화터미널 크레인 중에서 가장 높은 효율성을 보였다. QQCTN은 Navis사의 소프트웨어를 이용해 원격 안벽크레인 제어, 자동화 야드크레인, 무인 이송장치, 광학문자 인식장비, 자동 컨테이너 콘 제거기계 등과 같은 혁신적인 기술을 선보였다.
스마트항만은 선사 선박, 항만주체 간의 공통의 표준화 데이터 관리체계가 요구된다. 스마트항만은 과거 u-Port, Inteligent Port(디지털포트), Automated Port(자동화 항만) 등의 개념이 함축된 것으로 항만을 포함한 물류망의 모든 자원들이 유기적으로 연결되고 상호 양방향 정보교환으로 의사결정이 가능한 항만이 되어야 한다. 또한 클라우드 기반의 해운-항만-내륙물류의 실시간 정보연계, AI 기반의 데이터 분석을 통한 의사결정이 이루어지는 항만으로서 국가 전체 물류망과의 연계도 필요하다. 특히, 자율운항선박 운항과 관련하여 스마트항만을 IoT, AI 등 정보기술을 바탕으로 항만자동화, 정보수집, 분석, 공유를 위한 클라우드 기반의 통합 정보허브로서 우선적으로 선사 선박-항만주체 간에 공통의 표준화 된 데이터 관리체계 수립이 요구된다.
다음은 질의응답이다. 로봇화가 실현되면 인력감축으로 인한 실직문제가 발생하지 않겠는가? 그러나 이에 따른 새로운 직업도 등장할 것이다. 인공지능을 이용한 알파고도 사람과의 바둑대국에서 졌다. 알파고도 실수할 수 있다는 뜻이다. 한중일 3나라의 항만환경이 상이하다. 예를 들어 일본의 항만들은 반자동화를 지향하고 있다. 일률적으로 적용하지 말고 항만별로 특성에 맞게 차별화해야 한다. 부산항이 자동화, 지능화로 최적화를 실현하여 허브 포트가 되어야 한다. 과거에 외부여건이 형성되지 못해 Port MIS가 촉진되지 못한 적이 있다. 해상과 육상을 연계한 종합대책이 필요하다. 브라질~중국간의 장기항해의 경우, 24시간 원격조정에 문제점이 발생할 수도 있다.