건축/환경에너지

Nikkei Construction_2020.10.26 NEWS 특집 요약 (p24-41)

전승 테크로 기술을 계승
디지털 기술로 기술을 이어간다

사람을 통한 기능 전승이 주류인 건설업계가 심각한 노동력 부족으로 침체기를 겪고 있다. 기술이나 기능이 점점 잊혀져 가는 가운데 효율적으로 이것들을 전달하는 비장의 카드가 디지털 기술이다. 숙련자의 동작이나 시선을 분석해 노하우를 분석. 또한 3차원 교재나 텔레워크를 사용하는 ‘전승 테크’가 주목을 받고 있다.

Part 1. 움직이기 시작한 전승 테크
‘어깨너머로 배워라’는 통하지 않는다

심각해지는 기능 전승 문제를 디지털 기술로 해결하려는 움직임이 보이기 시작했다. 국토교통성은 기능자의 움직임을 분석해 효율적인 작업 요령을 발견하는 것을 목표한다. 기능자의 시점을 동영상으로 기록해 데이터베이스를 만드는 건설회사도 나타났다.

건설업계를 오랫동안 괴롭혀 온 기능 계승 문제를 디지털 기술을 사용해 해결하려는 움직임이 일어나고 있다. 사람을 통해 전승되어 온 기능 요령을 가시화해 차세대로 효율적으로 계승하려는 시도다.

만약 숙련 기능자가 웨어러블 카메라로 손의 움직임을 촬영한 동영상이 있다면 초보 기능자가 작업 순서를 이해하기 쉬울 것이다. 건설기업 아사누마구미가 개발한 ‘Ai-MAP’은 기능자의 작업 영상과 함께 현장 내의 이동경로 등도 기록∙분석한다. GNSS(위치추적시스템)의 안테나와 카메라를 일체화한 ‘Ai-LOGGER’를 기능자의 헬멧에 장착, 철근 결속 작업 등을 기능자의 시선으로 기록한 영상을 축적하기 시작했다.

Ai-MAP은 18년도부터 3년 연속 내각부 관민연구개발투자확대프로그램(PRISM)에 선정되었다. 20년도는 교각에 태블릿 단말의 카메라를 갖다 대면 작업 기록 영상 등이 화면에 표시되는 시스템의 실증실험을 추진한다.

“기능 계승은 업계 전체의 문제다. 국토교통성의 데이터 플랫폼 등과 연계해 기록한 데이터를 다른 회사와도 공유할 수 있도록 만들고 싶다”(아이누마구미 신기술사업화추진실의 다무라(田村) 과장).

국토교통성도 20년에 디지털 기술을 사용한 기능 계승을 모색한다. ICT(정보통신기술) 등을 활용해 업무 과제 해결을 목표하는 ‘인프라 DX(디지털 트랜스포메이션)’의 일환이다.

그 하나로서 콘크리트 구조물의 효율적인 구축 방법을 조사한다. 우선, 철근이나 형틀을 매다는데 이용하는 크레인에 중량 센서를 달아, 그 가동률을 통해 하루 ‘생산량’을 개산한다. 기능자에게도 센서를 장착해 작업 시간을 기록한다. 생산량을 작업 시간으로 나누면 그날의 작업 효율을 구할 수 있다.

“매일의 효율의 정도를 수치화해서, 그 이유를 기능자에게 들으면 작업 요령을 알 수 있다”(국토기술정책종합연구소의 세키(関) 실장). 기능자의 위치 정보를 조사하면 자재 가공이나 크레인 보조 작업 등과 같은 대략적인 작업 내용을 알 수 있기 때문에 헬멧에 전자 태그를 장착한다.

20년도는 교각이나 함암거(Box Culvert) 등의 10개 현장에서 데이터를 취득한다. 분석 결과는 광범위하게 활용할 생각이다.

-- 작업 표준화 지연 --

Part 2. 백문이 불여 ’일동(一動)’
동작 분석으로 작업 요령을 가시화

숙련 기능자의 움직임을 데이터화해서 3차원 공간에 카피하는 기술이 있다. 할리우드 영화 등에서 이용되고 있는 ‘모션 캡처’다. 동작 하나하나를 수치화해서 분석하면 효과적인 조언이 가능해진다.

스마트폰 화면에 ‘스틱 피겨’가 등장해 매끄러운 솔질을 보여준다. 일본도장공업회와 나고야시립대학 예술공학부의 요코야마(横山) 교수는 숙련 도장 기능자의 동작을 완벽하게 카피한 스틱 피겨 애니메이션을 공동 제작했다. 20년 8월부터 웹사이트에서 공개하고 있다.

애니메이션 제작에서는, 우선 1급 도장 기능사의 자격을 갖고 있는 숙련자의 몸 각 부위에 가속도계 등 약 30개의 센서를 장착시킨다. 다음으로 숙련자의 주위에 설치한 10대의 카메라로, 솔이나 롤러를 갖고 도료를 바르는 작업 모습을 촬영. 초당 30코마로 기록한 영상과 센서의 계측 결과를 바탕으로 기능자의 움직임을 가상 3차원 공간 상에 재현했다. 도장의 궤적을 표시해 바르는 순서나 방향 등도 가시화한다.

모션 캡처라고 부르는 이 기술은 사람의 움직임을 리얼하게 재현할 수 있기 때문에 영화나 애니메이션과 같은 엔터테인먼트나 스포츠 과학 분야를 중심으로 2000년대 무렵부터 사용되어 왔다. 통상은 카메라 등의 기재를 갖춘 계측 전용 방에서 촬영해야 하기 때문에 옥외 작업이 중심인 건설업에서 기능 계승에 이용하는 사례는 거의 없었다.

일본도장공업회가 모션 캡처에 주목한 것은 정확한 동작으로 쉽게 피로해지지 않는 ‘도장 방식의 정답’을 찾기 위해서다. 정답을 알 수 있다면 초보 기능자에게 효율적으로 기능 요령을 전달할 수 있다.

-- 근육 사용법도 분석 --
계측의 첫 단계로서 11명의 롤러 도장 작업과 2명의 솔 도장 작업을 모션 캡처로 기록했다. 그러자 예상과는 달리 동일한 수준의 기량을 가진 숙련 기술자라도 도장 방식은 각각 달랐다.

“동작은 십인십색이었다. 정답이라고 부를 수 있는 공통점은 없었다. 그러나 체격이나 버릇에 따라서 대답이 다양하다는 것을 알게 된 것은 큰 수확이다. 젊은 기능자가 자신의 도장 방식과 비교해 ‘이런 도장 방식도 있구나’라고 알게 되는 계기가 됐으면 좋겠다”(일본도장공업회의 니시우라(西浦) 위원장).

이제 막 입문한 기능자 입장에서 작업 순서나 요령은 배속된 현장의 선배나 작업 반장에게 배울 수밖에 없다. 방식이나 지도 방법이 자신과 맞지 않으면, 이 일이 자신과 맞지 않는다고 생각해 그만둘 우려가 있다.

숙련자라도 다양한 도장 방식이 있다는 사실을 알면 자신의 개성에 맞는 동작을 참고하거나, 전혀 다른 움직임을 흉내 내는 식의 아이디어로 이어진다.

도장 작업을 효율화하는 힌트도 있었다. 예를 들면, 근육의 사용법이다. 솔로 도장하는 움직임을 모션 캡처로 포착할 때, 몸에 센서를 장착해 숙련자의 신경에 전달되는 전기신호를 기록. 힘을 집중하는 곳이 애니메이션 상에서 색을 띠도록 했다.

“숙련 기능자일수록 전신에 힘을 주는 것이 균일하고, 솔을 움직이는 속도도 일정했다”(나고야 시립대학의 요코야마(横山) 교수). 숙련자의 데이터를 많이 수집해 분석하면 앞으로 숨은 ‘정답’을 찾아낼 가능성이 있다.

-- 국토교통성도 교재 제작에 착수 --
-- 팔이나 다리의 궤적을 가시화 --
-- 터득의 방아쇠를 당기다 --

Part 3. 가상에서 ‘배우는’ 진실
가상 교육으로 이미지를 파악해라

VR(가상현실)이나 AR(증강현실)에 의한 학습은 ‘해보고 기억하는’ 것이 기본이었던 건설업계의 교육과 궁합이 좋다. 숙련자의 시점을 가상 체험함으로써 초보자라도 쉽게 이해할 수 있다. 게임 감각으로 즐길 수 있고, 체험자의 이해도를 점수화하는 시스템도 등장했다.

“숙련자와 초보자가 보는 세계는 다르다”. VR이나 AR을 활용한 교육 훈련을 전개하는 메이세이대학의 니시자와(西澤) 교수는 이렇게 말한다. 예를 들면, 초보자에게는 단순한 2차원 도면이지만, 숙련자는 그 2차원 도면에서 완성 후의 3차원 모습을 떠올릴 수 있다.

이처럼 서로 다른 세계 사이에서 중개 역할을 하는 것이 VR과 AR이다. 이 기술을 활용하면 숙련자가 쌓아 온 지식과 경험을 바탕으로 보는 세계를 초심자도 유사 체험할 수 있다.

니시자와 교수는 이전에 직업능력개발종합대학교에서 시공 실습 교재를 개발했었다. 그곳에서 개발한 기술 중 하나가 ‘이미지 마커형 AR 교재’다. 스마트폰이나 태블릿 카메라로 찍은 2차원 도면에 연동해서 3차원 모델이 만들어진다. 화면에서는 도면 상에 입면을 반영한 모델이 그대로 겹쳐져 있는 것처럼 보인다. 카메라를 움직여 도면의 방향을 바꾸면 다양한 각도에서 모델을 돌려볼 수 있다.

미리 3차원 모델을 작성해 클라우드 상에 보관. 2차원 도면의 일부를 안표 이미지로 설정해 3차원 모델과 연결한다. 지금까지 실습 교재로서 사용해 온 시공도 등을 안표 이미지로 이용할 수 있다.

2차원 도면이 주체인 기존의 교재는 초보자가 읽기 어려웠다. 예를 들면, 철근의 조립이다. “실습에서는 순서를 틀리게 조립한 철근을 해체해 다시 조립하는 경우가 적지 않았다”(니시자와 교수).

그러나 숙련자는 2차원 도면에서 3차원 모습을 순식간에 상상할 수 있다. 그것에서 역산한 가공∙조립 순서는 효율적이다. 개발한 교재를 사용하면 초보자라도 이미지를 공유할 수 있다.

-- 현장의 경험을 VR로 보완 --

Part 4. 눈은 입보다 확실하다
시선추적으로 숙련자의 생각과 기술 파악

현장 관리나 안전 관리의 요령을 말로 설명하기는 어렵다. 그것을 보완하는 기술로서 주목을 받고 있는 것이 시선추적이다. 자신이 무엇을 봤는지를 회상하면서 해설하면 암묵의 기술을 밝힐 수 있다.

숙련 기술자의 시선은 설득력이 있다. 경험에 근거한 무의식의 동작에서도 그 시선의 움직임을 계측∙분석하면 행동의 이유가 밝혀진다. 작업 순서나 안전성 등을 현장에서 순식간에 판단하는 암묵의 요령을 가시화할 수 있는 것이다.

시선추적 기기를 개발하는 Tobii Technology(도쿄)의 하치스(蜂巣) 사장은 “시선추적(Eye-Tracking)은 의료 분야를 중심으로 마케팅이나 학술연구 등에서 이용되어 왔다. 그리고 최근 2, 3년 사이에 기능 계승에 활용하는 사례가 급속하게 증가하고 있다”라고 말한다. 계측기기의 경량화 등으로 다루기 쉬워졌고, 비용이 절감되면서 최소 수십만 엔부터 도입할 수 있게 된 것이 하나의 요인이다.

예를 들면, Tobii가 20년 6월에 발매한 안경형 단말 ‘Tobii Pro Glasses 3’의 무게는 불과 76.5g. 안구에 근적외선을 조사, 그 반사를 내장 카메라로 포착하는 ‘각막 반사법’으로 동공의 위치나 방향을 매초 50~100회 측정한다. 계측 데이터를 무선으로 컴퓨터나 스마트폰에 전송. 다른 내장 카메라로 기능자의 시야와 동일한 영상을 촬영해 조합하여, 계측 중에 본 사물이나 초 수, 횟수 등을 분석한다.

시선추적을 이용한 기능 계승 순서는 아래와 같다. 우선 5명 정도의 숙련 기능자에게 계측 단말을 장착시켜 평소와 마찬가지로 작업하도록 한다. 다음으로 기록한 시선 데이터의 공통점이나 차이점, 본 순서 등 중요한 포인트를 산출한다.

이어 숙련 기능자에게 계측 결과를 보여주면서 시선을 돌린 이유를 묻는다. 그 내용을 바탕으로 작업 요령을 밝혀내 표준화나 매뉴얼 작성 등에 활용한다.

“사람은 생각보다 자신이 본 것이나 생각한 것을 인식하지 못한다. 기능을 가르치려 해도 무엇을 어떻게 전달하면 좋을지 몰라 당황한다”(하치스 사장). 그러나 시선 데이터를 확인하면서 “왜 이 때 이것을 봤는가?”라고 일문일답 형식으로 질문을 하면 이유를 설명하기 쉽다.

-- 슬럼프값 예측을 자동화 --
작업의 자동화를 위해 시선추적을 이용한 곳은 가시마다. 가시마는 생콘크리트를 현장에 들여올 때의 숙련 기술자의 시선을 해독해, 슬럼프 시험값을 자동으로 추측하는 시스템을 개발했다.

생콘크리트는 현장에 반입 후, 레미콘차의 드럼에서 슈터라고 부르는 반달형 분할관을 통해 배출되는데, 그 때에 경도(硬度)를 슬럼프 시험으로 계측해서 기준치를 충족하지 못하면 생콘크리트 회사에 반품한다.

숙련 기술자라면 슈터에서 떨어지는 생콘크리트를 보기만 해도 슬럼프값을 맞출 수 있다. 너무 단단하거나 너무 부드러운 경우는 슬럼프 시험의 결과를 기다리지 않고 다음 대응을 검토한다. 그 때 숙련 기술자가 주목하고 있는 포인트를 시선추적으로 찾아내면 요령을 밝힐 수 있다.

계측 결과는 일목요연했다. 숙련 기술자는 드럼의 배출구나 슈터 상부 만을 주시했다. 그러나 경험이 별로 없는 기술자의 시선은 슈터 전체를 보고 있었다.

시스템 개발을 담당한 가시마 토목기술부의 야나이(柳井) 부장은 “숙련자의 말을 듣기만 했을 때는 ‘그 근처를 보고 있었다’는 식의 불명확한 응답밖에 얻지 못했다. 데이터를 통한 근거를 얻게 되면서 개발의 주안점이 명확해졌다”라고 회상한다

가시마는 시선 데이터를 바탕으로 드럼의 배출구 부근이나 슈터 상부의 낙하 상황과 슬럼프값과의 관계를 분석. 정점(定點) 카메라로 촬영한 생콘크리트의 낙하 상황으로 슬럼프값을 맞히는 시스템을 만들었다.

-- 안전 관리의 핵심을 전달하다 --
-- 주안점을 카메라로 기록∙감시 --

Part 5. 코로나 사태의 온라인 교육
텔레워크가 바꾸는 기술 교육 방식

건설업계의 기능 계승은 코로나19의 영향으로 온라인화가 진행될 수 밖에 없었다. 대면 교육이 불가능해지면서 일시적인 효율 저하는 피할 수 없다. 그러나 나쁜 점만 있는 것은 아니다. 동영상이나 디지털 교재, 텔레워크를 잘 구사해 교육 방법을 개혁할 기회이기도 하다.

코로나19의 감염 확대는 기능자의 육성에도 변화를 가져왔다. 매년 약 5만 5,000명의 훈련생을 수용, 연일 만원이었던 전국건설산업교육훈련협회의 후지교육훈련센터에서는 감염 방지 대책을 위해 20년 4월부터 수용을 일시 중지. 재개 후에는 훈련생 수를 대폭 줄이고 일부 강좌를 온라인으로 대체했다.

후지교육훈련센터에서는 복수의 공사 전문회사로부터 1, 2명씩 신입사원을 모집해 개최하는 강좌가 많다. 같은 반 안에서 수강생의 수준은 천차만별이다. 도면을 보고 3차원 완성 이미지를 파악하지 못하는 신입사원도 있다. 온라인의 경우는 강사 일방통행의 교육이 되기 쉽기 때문에 케어가 어렵다고 한다.

그러나 코로나19를 계기로 보급된 온라인 교육이 기능 계승의 효율화로 이어질 가능성이 있다. 후지교육훈련센터의 고마쓰바라(小松原) 교장은 “실기 연수가 없어질 거라고는 생각하지 않는다”라고 말을 꺼내면서 다음과 같이 말을 이었다.

“사전에 온라인으로 3차원 이미지 등을 보고 구조물의 완성 이미지를 파악해 두면, 실기 연수 내용도 머리에 쉽게 들어온. 앞으로는 디지털과 실기의 조합이 중요해질 것이다”.

-- 건설업과 궁합이 좋은 동영상 교재 --
-- 숙련자가 텔레워크로 교육 --

 -- 끝 --

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