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Start Up Innovation / Science
AI가 플랜트 소리로 진단
요코가와덴키의 운용관리 기술

-- 정상 가동음, 모델화 --
요코가와덴키(横河電機)가 석유화학 플랜트에서 발생하는 소리에 착안한 운용관리 기술의 실용화를 목표로 하고 있다. 인공지능(AI)에 의한 분석을 활용해 정상적으로 가동하고 있는 소리를 모델화하고 있다. 주파수 및 음량의 차이 정도를 비교함으로써 이상 유무를 조사한다. 경험이 풍부한 기술자에 의한 체크에 의지하지 않아도 되므로 품질 개선 지원 등의 서비스도 시야에 넣고 있다.

석유화학 플랜트는 장대한 파이프라인으로 구성되어 있다. 이와 같은 파이프라인은 가동으로부터 시간이 흐르게 되면 관 속에 반제품이 들러붙어 ‘막힘’의 원인이 된다. 예측 불가능한 타이밍에 파이프 라인이 막히게 되면 어쩔 수 없이 플랜트 전체가 정지될 우려가 있다. 어떻게 해야 막힘을 방지할 수 있는지가 업계에서는 오래된 현안이다.

이런 난제 해결에 도전하고 있는 곳이 요코가와덴키의 자회사로서, 설비의 유지 보수 등을 하고 있는 요코가와솔루션서비스(도쿄)이다.

-- 막힘을 예측 --
요코가와덴키는 제어기기나 계측장치가 주력 상품으로서, 석유화학산업은 커다란 고객이다. 요코가와솔루션에는 지금까지 거래처의 석유화학 제조업체로부터 빈번하게 발생되는 파이프의 막힘에 대한 상담이 많이 들어오고 있다. 해당 사업을 담당하는 마쓰시타(松下) 씨는 “고객의 기회 손실을 줄일 수 있을지를 고민하던 중, 막힘을 예측하는 기술을 생각해냈다“라고 말한다.

여기에서 착안한 것은 소리이다. 현재 석유화학 플랜트에서는 숙련된 기술자가 경험을 바탕으로 배관의 진동 및 압력계의 수치 변화 등을 통해 플랜트의 오류를 찾아내고 있다. 그런데도 분석 정밀도가 낮아 막힘을 예측하는 것에는 아직 못 미치고 있다.

소리는 진동 등에 비해 데이터 양이 월등히 많으며 소리 속에는 눈에는 보이지 않는 사실이 감춰져 있다. 1일간 플랜트의 소리를 녹음하는 것만으로 수 기가바이트(GB)라는 방대한 데이터를 얻을 수 있다고 한다. 여기에서 정상적인 패턴을 추출하게 된다면 플랜트의 상태를 정확히 분석해 예측할 수 있는 길이 열리게 된다.

요코가와덴키는 산업기술종합연구소 발(發)의 스타트업 기업인 Hmcomm(에이치엠콤, 도쿄)와 제휴를 맺고 있다. Hmcomm은 AI를 사용한 자연언어 분석이 강점이며 콜센터 등에서의 대화를 자동으로 문자로 변환시켜 데이터로 축적하는 기술을 개발해왔다. 이 기술을 플랜트에 응용하는 것을 목표로 한다.

합성고무 등을 메인으로 생산하는 화학 대기업인 일본제온의 공장에서 2018년 여름부터 실증실험을 시작했다. 공장의 파이프라인으로부터 직접 마이크를 통해 수집한 소리를 데이터베이스화 함으로써 심층학습(딥러닝) 등으로 분석. 플랜트가 정상적으로 가동되고 있을 때의 소리를 모델로 구축했다. 이 음성 모델과 각각의 파이프라인에서 발생되는 소리를 비교, 주파수 및 음량 차이 정도를 비교함으로써 이상을 감지한다. 신속하게 운용 개선 및 보수를 시행함으로써 막힘을 사전에 예방하는 것도 가능해진다.

2019년 2월까지 실시한 실증에서는 플랜트 중에서도 유량 등이 자주 변화하는 프로세스에서는 정상음의 수집 자체가 어려워, 음성을 모델화 하는데 큰 어려움이 따른다는 등의 과제도 알게 되었다.

앞으로 소프트웨어의 개선을 추진해 2021년에는 예측 서비스 등의 사업화를 목표로 한다. 2022년에는 국내 20개소 전후의 플랜트에서 음성 분석을 시행할 계획이다.

앞으로는 모든 사물과 인터넷이 연결되는 ‘IoT’를 활용해 실시간으로 음성을 수집∙분석하며 제조사에게 불량 발생을 통지하는 등의 인프라 구축도 목표로 내세울 방침이다. 대량의 음성 데이터를 인터넷 경유로 수집하기 위해서는 많은 시간이 소요되지만, 차세대 통신규격인 ‘5G’의 도입이 훈풍이 될 전망이다.

-- 품질 진단도 시야에 넣어 --
데이터 분석의 노하우 축적이 진전된다면, 음성 데이터와 생산량 및 수율과의 관계도 분석할 수 있게 될 가능성이 있다.

“음성으로부터 제품의 품질을 진단하는 서비스 등의 전개도 시야에 넣고 있다”(마쓰시타 씨)라고 한다.

일본의 화학 플랜트의 대부분은 1960년대의 고도 경제 성장기에 건설되었다. 가동으로부터 약 반세기 이상 지나고 있어 노후화가 심각하다. 설비 트러블에 쫓기는 가운데, 첨단 디지털 기술을 구사한 효율적인 관리가 급선무이다.

일본 정부는 2017년에 디지털 기술의 활용을 통해 국내 산업의 경쟁력을 높이는 ‘커넥티드 인더스트리즈(Connected Industries)’ 구상을 발표. 플랜트 인프라 관리는 자율주행차 및 로봇과 함께 IoT 활용의 중점 5분야의 하나로 자리매김했다. 요코가와덴키와 Hmcomm의 연구에도 경제산업성의 보조금이 교부되고 있다.

세계 최대 화학기업인 독일의 '바스프(BASF)'는 2022년까지 세계 350곳 이상에 있는 플랜트에서 IoT 등을 활용해 생산 프로세스 관리를 디지털화 한다는 방침을 내놓았다. 플랜트의 스마트화는 세계적인 관심을 모으고 있으며 음성 해석 또한 유망 기술이 될 전망이다.

 -- 끝 --