<글 : 전자부품연구원 이상신 팀장 sslee@keti.re.kr>

조선해양 IoT, 빅데이터 인프라 기술

기존의 많은 조선해양산업의 응용시스템은 디바이스-플랫폼-서비스의 수직적(Vertical) 구조를 기반으로 개발되었습니다. 이에 따라 각 응용시스템들의 구성 요소는 상호 호환성이 떨어져 데이터 공유의 어려움, 디바이스 및 플랫폼 등의 중복투자와 같은 여러 문제를 파생시켰습니다.
조선해양 IoT · 빅데이터 인프라는 국제 표준 oneM2M 기반의 Industrial IoT 플랫폼을 기반으로 하며, 각기 다른 관리체계의 데이터들을 하나의 공통플랫폼으로 통합 관리하여 지속 가능하고 경쟁력 있는 수평적(Horizontal)인 조선해양산업 생태계 조성을 지향합니다.
 

 <응용 시스템 구조의 패러다임 변화>

조선해양 IoT, 빅데이터 인프라는 조선해양 산업에 특화된 IoT 인프라와 빅데이터 인프라로 구성되어 있습니다. 조선해양 IoT, 빅데이터 인프라를 통해 조선소의 다양한 디바이스로부터 발생된 데이터는 IoT 플랫폼에 통합 수집되어 응용서비스 플랫폼 및 빅데이터 플랫폼에 실시간으로 전달됩니다. 이를 통해 조선소에서 요구되는 안전/물류/공정/예지보전 등 다양한 응용 서비스가 보다 스마트하게 구현될 수 있습니다. 조선해양 IoT, 빅데이터 인프라는 이를 위한 단말에서부터 서비스까지 전 과정의 솔루션을 제공합니다.
 

<조선해양 IoT, 빅데이터 인프라>

조선해양 IoT, 빅데이터 인프라는 △oneM2M 사물인터넷 국제 표준을 기반으로 실시간 고신뢰 기능을 제공하는 조선해양산업용 IoT 플랫폼과 △응용서비스 개발을 지원하는 클라우드 플랫폼, △조선해양 빅데이터의 수집/처리/저장을 지원하고 인공지능 및 통계처리를 지원하는 빅데이터 플랫폼, △IoT 디바이스가 손쉽게 조선해양 IoT 플랫폼과 연동할 수 있도록 지원하는 단말 탑재형 SW 플랫폼, △조선소의 센서/기기의 손쉬운 개발 지원을 위한 공통기능 IoT 디바이스의 5가지 주요 요소로 이루어져 있습니다. 
 

 
조선해양 IoT 플랫폼(Bada-IoT Platform)

조선해양 IoT 플랫폼(Bada-IoT Platform)은 조선해양산업 분야에서 요구하는 응용서비스들을 제공하기 위하여 선박, 야드 등에 존재하는 센서/기기/장치들로부터 표준화된 방식으로 실시간 데이터를 수집/제공/관리하기 위한 IoT 코어 플랫폼과 수집된 IoT 정보를 활용하여 조선해양 응용 서비스의 개발을 지원하는 클라우드 플랫폼으로 구성됩니다. 
 

<조선해양 IoT 플랫폼 구조>

Bada-IoT Platform은 oneM2M, LWM2M, OCF 등 다양한 국제 표준 규격과 조선소의 레거시 장비 인터페이스를 지원함으로써 조선소의 장비 데이터를 편리하게 수집할 수 있습니다. 그리고 사물(Thing), 데이터, 서비스로 구성된 모듈화 구조를 채용하여 다양한 기능을 신속히 추가하고 최적화할 수 있는 구조로 개발되었습니다. 이를 통해 조선소에 IoT 서비스가 필요한 분야마다 손쉽게 최적화된 서비스를 적용할 수 있습니다.
 

<Bada-IoT Platform의 특징>

Bada-IoT Platform은 사용자에게 편리한 다양한 기능을 제공합니다. 웹포털을 통해 서비스 관리, 디바이스 관리, 디바이스 정보 조회 등의 기능을 제공하고, 응용서비스의 별도 개발 없이 센서 정보를 확인하기 위한 재구성 가능한 대시보드 기능을 제공하며, 특정 상황의 데이터가 감지되면 알람을 제공하기 위한 이벤트 데이터 전송 기능과 플랫폼 활용 지원을 위한 API 등을 제공하여 편리하게 IoT 서비스를 활용할 수 있습니다.
 

<Bada-IoT Platform의 웹기반 서비스>

조선해양 빅데이터 플랫폼(Bada-Big Data Platform)

조선해양 빅데이터 플랫폼(Bada-Big Data Platform)은 조선해양 환경에 특화되어 IoT 인프라 연동, 빅데이터 전처리, 데이터 수집/저장 및 분석을 제공하는 플랫폼입니다. 선박, 야드 등의 센서, 기기, 장치들에서 발생하는 실시간 센서 정보와 조선소의 기존 보유 데이터를 융합하여 실시간으로 데이터를 분석할 수 있는 기능을 제공합니다.
 

<조선해양 빅데이터 플랫폼 구조>

Bada-Big Data Platform은 플랫폼을 구성하는 각종 SW 컴포넌트의 설치, 운영 및 모니터링을 지원하는 통합관리시스템과 DAG workflow 기반의 데이터 분석지원 도구, 그리고 수집 데이터 및 분석 결과를 시각화하여 활용할 수 있는 시각화 분석지원 도구로 구성되어 있습니다. Bada-Big Data Platform은 스케일아웃(Scale-out) 형태로 확장이 가능하고, 플랫폼을 구성하는 노드별로 초당 200만 건의 데이터 수집과 100만 건의 데이터 분석 성능을 지원합니다. 
 

<Bada-Big Data Platform 특징>

다양한 빅데이터 수집/분석/시각화 기능을 제공하기 위하여 Bada-Big Data Platform은 HDFS, YARN, Hive, Zookeeper, Spark 등 20종 이상의 SW 컴포넌트들이 복잡하게 연동하여 동작합니다. Bada-Big Data Platform은 이러한 다양한 SW 컴포넌트들을 설치 및 운영하고 모니터링 할 수 있는 웹기반의 통합관리 도구를 제공합니다. 이로써 개발자 및 시스템 운영자는 효율적으로 시스템을 구축하고 모니터링 할 수 있습니다. 
 

<Bada-Big Data Platform 통합관리 도구>

Bada-Big Data Platform은 데이터 추출, 전처리, 분석과정을 DAG 기반 workflow로 구성하여 계획/실행할 수 있는 데이터 분석지원 도구를 제공합니다. 또한, R-script를 기반으로 사용자 정의 분석 모듈을 적용할 수 있고 조선해양 분야에 특화된 분석 모듈을 내장하고 있습니다.
 

<DAG workflow 기반 데이터 분석 지원도구>

분석 결과에 대한 이해를 돕고 사용자가 직관적으로 인사이트를 찾아낼 수 있도록 Bada-Big Data Platform은 다양한 시각화 기반 분석도구를 제공합니다. 이는 루씬(Lucene)기반의 ElasticSearch 엔진과 Kibana 기반 시각화 분석도구로 구성되며 Visual Component와 Dashboard에 대한 빌드 기능과 외부 인터페이스를 제공합니다.
 

<Bada-Big Data Platform의 시각화지원 도구>

하나의 도시와 같은 조선소 환경을 지원하기 위하여 조선해양 빅데이터 플랫폼은 In-memory 기반의 HDFS hybrid 구조를 통해 노드별로 초당 200만건 이상의 데이터 수집 성능을 제공합니다. 또한 Apache Spark을 기반으로 노드별 초당 100만건 이상의 데이터 분석 성능을 제공합니다. 
 

<Bada-Big Data Platform의 In-memory 기반 데이터 분석>

조선소 현장적용

조선해양 IoT, 빅데이터 플랫폼(Bada Platform)을 통해 조선소 전지역에서 작업, 물류, 공정, 환경 정보 등을 수집할 수 있으며 이를 기반으로 조선소의 생산 흐름을 파악할 수 있습니다. 조선해양 IoT, 빅데이터 플랫폼을 통한 조선소의 생산성을 향상 효과를 확인하고 플랫폼의 효용성을 제시하기 위하여 조선소 현장에 적용하여 다양한 서비스를 운용하고 있습니다.

현재 Bada Platform은 조선소에 실제 생산 환경에 구축되어 스마트 자재관리, 실시간 수송장비 위치 모니터링, 용접봉 불출 모니터링, 공정현황 모니터링 시스템 등에 적용하여 운용중에 있습니다. 
 

<Bada Platform 현장 적용 사례>

· 스마트 자재관리 서비스 – 스마트 자재관리 서비스는 다양한 종류의 소모성 자재를 일일이 관리해야 했던 어려움을 해결하기 위하여 스마트 트레이를 기반으로 야드 자재 현황을 실시간으로 모니터링하는 서비스를 구축하였습니다. 수집된 데이터를 분석하여 자재별 사용빈도를 파악하였고 최적 자재 재고량에 대한 예측을 수행하였습니다.

· 실시간 수송장비 위치 모니터링 서비스 – 야드에서 활용되는 수송장비의 실시간 위치를 파악하기 위하여 LoRa 기반의 위치수집장치로부터 위치데이터를 수집하는 서비스를 구축하였고 수집된 데이터를 기반으로 수송장비 운행특성 및 운용 효율성 분석을 진행하였습니다.

· 용접봉 불출 모니터링 서비스 – 조선소의 가장 중요한 작업 중 하나인 용접작업에 소요되는 용접봉의 사용현황을 실시간으로 모니터링하고 정확한 규격의 용접봉을 사용할 수 있도록 지원하기 위한 서비스를 구축하였습니다.

· 공정현황 모니터링 서비스 – 조선소의 연속공정을 대상으로 작업 현황을 실시간으로 확인할 수 있고 각 공정의 평균 작업시간을 파악하여 작업계획의 효율성을 높이며, 작업자의 작업일지 입력을 위한 수고를 덜어 작업 효율성을 높이기 위한 서비스를 구축하였습니다.

· 데이터 분석 서비스 – Bada-Big Data Platform을 활용하여 조선소에 기 구축한 시스템을 통해 수집되어 축적된 데이터 분석을 추진하였습니다. 특히, 스마트용접기의 용접데이터 패턴 분석을 통한 용접품질 평가 및 시각화 분석을 진행하였습니다. 
 

<Bada Platform의 응용서비스 화면>

결론

조선해양 IoT, 빅데이터 인프라는 조선해양 장비 모니터링, HSE 모니터링, 물류 모니터링 등 다양한 응용을 위하여 조선소의 상태를 모니터링하고 재해를 예방하며 생산성을 높이기 위한 유용한 기능을 제공합니다. 또한 본 인프라 기술 및 핵심 플랫폼들은 데이터 기반 생산, CPS 및 디지털 트윈 기반 스마트공장 구현, AI 기반 지능형 생산을 위한 기반 플랫폼 및 기술로 활용할 수 있습니다.