건설현장에 ‘디지털트윈(Digital Twin)’

사람과 기계 등, 빌딩 전체를 가시화

가시마(鹿島)가 IoT를 활용한 건설현장 원격관리 시스템을 개발했다. 건설현장의 기자재와 작업자의 위치 및 몸 상태를 실시간으로 표시하는 것으로, 만성적인 인력 부족을 배경으로 내놓은 생산성 향상을 위한 대책의 일환이다.

“건설현장의 실시간 상황을 직감적으로 파악하기 위한 디지털트윈을 실현한 것으로, 현장을 효율적으로 관리하기 쉽고, 사고 방지에도 도움이 되고 있다”. 가시마의 이번 시스템 개발을 주도한 건축관리본부 건축기술부 기술기획그룹의 아마누마(天沼) 씨는 이렇게 말한다.

가시마가 개발한 디지털트윈은 IoT를 이용한 건설 현장의 원격관리 시스템 ‘3D K-Field’이다. 장비 및 작업자의 위치 데이터나 가동 데이터 등과 건축물의 도면 데이터를 조합해 PC 화면에 표시. 공사 관리자 등이 현지 사무소나 본사·지점에서 현장 구석구석의 상황을 마치 직접 눈으로 보는 것처럼 확인할 수 있다.

그 구조는 이렇다. 건설 현장의 고소작업차나 지게차 등에 각각 소형 비콘을 설치. 현장에서 작업하는 작업자는 비콘이 부착된 헬멧을 쓰거나, 이를 대체할 앱이 설치된 스마트폰을 소지한다. 시스템은 비콘을 통해 5초 간격으로 위치를 측정. 이것을 클라우드 상에 집약하고, 건물의 도면 데이터에 중첩해 위치 정보를 표시한다.

3D K-Field의 가장 큰 특징은 이 PC 화면에 있다. 구체적으로는, 디스플레이 시스템으로 컴퓨터의 3차원 공간 상에서 설계하는 BIM(빌딩·인포메이션·모델링) 시스템을 채택했다. 

IT소매업 카인즈, 그랑프리 수상

매년 뛰어난 IT 활용 사례를 시상한 지 올해로 15번째를 맞이하는 닛케이컴퓨터 주최의 ‘IT Japan Award 2021’. 이번에는 ‘IT소매업’을 전문으로 하는 대형 홈 센터 카인즈(Cainz)가 그랑프리를 수상. 데이터 활용의 API 정비, 자체 개발한 복수 시스템의 고속 개발이 높이 평가되었다. 준그랑프리는 고로의 디지털 트윈으로 비용을 절감한 JFE스틸. 특별상에는 기라보시 은행, 도쿄해상 HD, 미쓰코시 이세탄(三越伊勢丹), LIXIL이 뽑혔다. 수상한 6개사의 첨단 IT 활용 사례를 소개한다.

올해의 IT Japan Award에서 대상을 수상한 카인즈는 2019년 중반부터 데이터 활용의 환경 쇄신에 매진하고 있다. 사내 시스템에서 데이터를 추출해 쉽게 활용할 수 있도록 사내에서 '부품고'라 불리는 API(어플리케이션 프로그래밍 인터페이스)군을 정비. 그것을 기반으로 로우 코드/노 코드로 시스템을 자체 제작해, 고객용 및 사내용의 복수 시스템을 3개월 정도에 잇따라 개발. IT비용의 대폭적인 절감을 목표로 하고 있다.

준그랑프리는 JFE스틸이 수상했다. 최대 수억엔 규모의 손해로 연결되는 고로의 중대 트러블을 예지 및 회피하기 위해, 고로의 가상 모델을 구축. 또한, 과거 20년분에서 수십 만 건에 이르는 고장 보고서 및 유지보수 매뉴얼, 일보 등의 문서 파일을 AI(인공지능)로 해석해, 고장 시에도 과거의 고장 정보를 신속하게 검색할 수 있는 AI검색 시스템을 구축했다.

특별상은 기라보시은행, 도쿄해상 홀딩스(HD), 미쓰코시 이세탄, LIXIL가 수상. 기라보시은행은 2020년 봄의 긴급사태 선언 이후의 계정계 시스템 통합, 도쿄해상 HD는 방대한 데이터를 기본으로 한 신상품의 개발, 미쓰코시 이세탄은 온라인 접객 등 디지털 활용의 새로운 서비스, LIXIL는 제로 트러스트 네트워크에 의한 2만5,000명 규모의 텔레워크 실현 등이

야마하의 전동 기술, 저속 특화 전동추진시스템 용도 모색

“탈엔진 기운이 마린 업계에서도 강해지고 있다. 자동차 업계와 마찬가지로 유럽을 중심으로 규제 강화 논의가 활발해졌다. 이미 특정 지역에 대한 엔진선 진입을 제한하려는 움직임도 있는 것 같다”.

발언의 주인공은 야마하발동기 마린선행개발부의 프로젝트 리더 마에지마(前島) 씨다. 야마하발동기가 22년 봄에 유럽에서 판매를 시작하는, 전동 차세대 조종 시스템 ‘HARMO’의 개발자이다.

야마하발동기에 이번 취재를 부탁한 계기는 개인적인 흥미 때문이다. 필자는 취미로 배를 빌려서 낚시를 하러 가곤 했다. HARMO를 낚시에 이용할 수 있을 것 같다는 생각에 확인하지 않고는 배길 수가 없었다.

HARMO의 특징은 높은 정숙성과 조작성이다. ‘모터 구동을 통해 물고기에게 주는 부담을 줄이고, 이것이 낚시 성과로 이어지는 것은 아닌가’하는 생각을 했다.

HARMO의 설명 자료에는 “2축선의 경우는 조이스틱을 옆으로 눕히기만 하면 옆 방향으로 이동이 가능하기 때문에 어려운 정박∙출항 등을 지원한다”라고도 설명하고 있다. 바다에 자주 나갈 수 없기 때문에 필자의 배 조종 기술은 좀처럼 진보하지 않는다. 

현장 작업을 AI로 분류, 예측과 개선에 응용

파나소닉은 2021년 7월 19일, 제조업의 공급체인 관련 업무 현장을 위한 SaaS(Software as a Service)형 애플리케이션 '현장 최적화 솔루션'을 제공한다고 발표했다. 카메라로 포착한 현장 작업자의 움직임을 인공지능(AI)에 의해 자동적으로 분류∙정리한다.

현장의 상황을 파악하고, 그 정보를 바탕으로 근무 시프트나 수송 계획의 최적화를 도모할 수 있다. 또한 Industrial Engineering(IE)에서 말하는 '표준 업무 프로세스' '표준시간∙표준 공정수' 등을 도출하여 중장기적인 업무 개선을 추진할 수 있다.

-- 카메라 영상을 AI로 분석해 작업 내용을 가시화 --
현장 최적화 솔루션은 물류현장(창고) 전용과 유통현장(소매) 전용이 있다. 각각 ‘최적화 애플리케이션군’과 ‘가시화 애플리케이션군’으로 구성된다.

물류현장 전용의 최적화 애플리케이션에는 근무 시프트를 자동으로 작성하는 ‘시프트 최적화’, 입∙출고나 분류 등의 업무 계획을 자동으로 작성하는 ‘창고 내부 최적화’, 트럭과 창고 작업을 동기화시킨 계획을 자동으로 작성하는 ‘수배송 최적화’ 등이 있다.

물류현장 전용의 가시화 애플리케이션에는 카메라 영상을 바탕으로 작업을 분석하는 ‘AI 이미지 처리 작업 가시화’, 

시미즈건설, 최적화로 설계한 부재를 3D프린터로 개별 수주 생산

시미즈(清水)건설은 복잡한 곡면 모양의 유리 파사드를 구축하는 '3차원 곡면 유리 스크린 공법'을 개발했다. 곡면 유리를 점 지지(사물을 지탱하는 부분이 면이 아닌 점의 형태)하는 부자재를 최적화해 설계하고, 금속 3D 프린터를 사용해 지지 부재를 개별 수주 생산하는 기술이다. 이를 통해 3차원 곡면의 설계 자유도를 높이고 시공성 및 시공 품질을 확보할 수 있다고 8월 25일, 발표했다.

이 새로운 공법은 곡면 유리 부재를 접착·접합을 통해 점 지지를 하는 것이 특징이다. 지지 부재 제작에는 부재를 최적화하는 제너레이티브 디자인(Generative design) 기법과 금속 3D 프린팅 기술을 활용한다.

제너레이티브 디자인 기법은 3D 모델링 소프트웨어를 활용해 유리 지지부가 구조 강도를 가장 효율적으로 발휘할 수 있는 3차원 형상을 도출한다. 이 3차원 데이터를 분체(粉體) 금속 프린터에 입력해 금속의 지지 부재를 제작. 개별 수주 생산으로 모든 부재의 형상이 달라도 대응이 쉽다. 완성된 부재의 형상을 3D 스캐너로 계측해 제작 정밀도를 확인한 후 시공한다.

시공 시에는 유리와 지지 부재를 구조용 접착제로 고정한다. 유리에 구멍 뚫기 등이 필요 없어 시공 정밀도를 확보하기 쉽고 수고로움도 줄일 수 있다.

대학 교육 현장을 위한 ICT기술의 활용

코로나19의 영향으로 전세계에서 학교가 폐쇄되어 기존의 수업에서 온라인 수업으로 이행하는 등, 교육 분야에서의 컴퓨터 및 ICT기술의 적극적인 활용이 주목되고 있다. 이런 배경으로, 본 소특집에서는 개발자 측, 이용자 측, 제도 설계자 측의 각 시점에서 컴퓨터 및 ICT기술을 이용한 학습 지원 기술에 대해 소개한다.

먼저, 제 1장에서는 총론으로서 코로나19 사태로 가시화된 온라인 학습의 한계와 가능성에 대해 본 학회의 교육공학연구전문위원회 위원장을 2020년까지 역임한 이바라키(茨城)대학의 스즈키(鈴木) 씨에게 논필을 부탁 드렸다.

제 2장에서는 컴퓨터를 이용한 학습 지원 환경을 정비하는 개발자 측 시점에서 4건의 기사 집필을 부탁 드렸다. 2-1에서는 ‘LMS20년의 역사와 전망--교토(京都)대학에서의 풀 온라인 수업 대응을 바탕으로--‘라는 제목으로 교토대학의 가지타 씨로부터 Learning Management System(LMS)의 20년에 걸친 역사와 그 전망을, 교토대학에서의 풀 온라인 사업으로의 대응을 감안하여 집필을 부탁.

2-2에서는 ‘학습 지원 서비스의 운용과 온디멘드(On-demand) 타입을 중심으로 한 온라인 수업으로의 전개--나고야(名古屋)대학의 사례-–‘를 제목으로 나고야대학의 도다 씨 팀으로부터 학습 지원 시스템 NUCT를 활용한 온디멘드형 온라인 수업의 동향 및 향후 과제에 대한 설명을 부탁 드렸다.

디지털화가 실현하는 돈이 되는 농업

최근에 일본의 농업에도 디지털화의 파도가 몰려오고 있다. 농림수산성에서는 IoT(사물인터넷), AI(인공지능), 로보틱스 등의 첨단 기술을 구사한 농업을 ‘스마트 농업’으로 설정하고, 연구개발과 보급을 적극적으로 추진하고 있다. 스마트농업은 농업 취로 인구의 감소, 농업인의 고령화, 경작 초기지의 증가, 수익성의 저조 등의 일본 농업의 문제를 해결하는 카드로서 기대되고 있다.

2019년은 농림수산성 등의 지원을 받아 연구개발이 추진되어 온 자율주행 프랙터, 농업 로봇, 농업용 드론, 생산관리시스템 등이 실용화되고, 실증사업 등을 통하여 보급되기 시작하였다. 그리고 2020년은 드디어 스마트 농업기술이 농업인의 현장에 본격적으로 도입되는 타이밍이 되었다.

본서에서는 스마트농업의 현주소에 대한 구체적 사례를 중심으로 소개하면서, 스마트농업의 도입 스텝이나 실패하지 않는 포인트를 해설하고 있다. 그리고 농림수산성 등에 의한 스마트농업의 연구개발지원, 보급지원 정책과 규제개혁의 방향성에 대해 소개한다.