전기전자/정보통신

미쓰비시전기 기보_2021.12_(6p~11p)

DX로 변화시키는 사회 인프라
새로운 사회 실현을 목표

█ 요지
일본은 Socoety 5.0으로, 지구온난화 대책 및 자연재해에 관한 안전 확보, 노동 인구의 감소에 대한 대책, 에너지 제약에 대한 대응 등 다양한 사회적 과제 해결과 경제 발전을 양립시켜나가는 새로운 사회 실현을 목표로 하고 있다. 이것을 전략의 한 축으로서, 국제연합(UN)에서 채택된 ‘SDGs(Sustainable Development Goals)’를 달성한다는 계획이다.

사회 인프라는 상하수도, 도로, 하천, 철도, 공항 등 시스템뿐만 아니라, 빌딩, 데이터센터, 영상 시스템 등 공공성이 강한 다양한 민간시설 계통의 시스템이 있다. 이들 시설은 우리 생활을 뒷받침하고 있어, 피지컬 공간(현실공간)의 상황을 디지털화하여 사이버 공간(가상공간)에서의 정보 처리·전달을 통해 사회 과제를 해결하는 것이 강하게 요구되고 있다. 이처럼 디지털화를 통해 사회를 더욱 좋은 모습으로 만들어가려는 움직임은 디지털 트렌스포메이션(DX)으로서 향후 커다란 조류가 되어 가속화될 것이다.

예를 들어, 지구온난화 대책으로서 발전 부문의 온실가스 배출 억제뿐만 아니라, 수요자 측 시설의 철저한 소비전력 절감에도 기여한다. 또한, 노동인구 감소에 있어서는 인프라 유지 업무를 효율화하여 이에 대응하는 등이 있다. 그 외에도 인프라로서는 자연 재해에 대한 안심·안전 범위를 확대하는 등 기대가 크다.

미쓰비시전기(三菱電機)는 DX에 필요한 기술을 심화시켜, 사회 인프라의 진화와 SDGs의 실현에 기여한다.

1. 머리글

2030년까지의 국제사회 공통된 목표로서 SDGs가 국제연합(UN) 서밋에서 2015년에 채택되어 전환기에 접어들고 있다. 이 SDGs 달성을 위해 일본이 전략의 한 축으로 추진하는 Society 5.0의 실현에 있어서 사회 인프라가 미치는 영향은 상당히 크다.

또한, 세계적으로 DX가 보급기에 들어갔으며, 디지털화를 통해 사회 인프라가 더욱 고도화될 것으로 기대되고 있다.

이 글에서는 DX를 뒷받침하는 기술들을 정리하여 기술뿐 아니라, 법률·행정 부분으로부터 영향을 받으며 추진되는 DX를 통해 변화하는 사회 안프라에 대해 서술한다.

2. 사회 인프라와 DX

2.1 사회 인프라의 디지털화
사람들의 생활에는 수도, 도로, 공항 등의 공동 시스템이 반드시 필요하다. 사회 인프라는 지역 사람들의 생활을 서포트하는 이와 같은 시설들로 구성되어 있다. 시설에서는 각각의 운용 현장의 상황을 데이터화하여, 상황을 파악하면서 운용되는 것이 커다란 흐름으로 자리잡고 있다.

일반적으로 DX란, 진화된 IT기술을 침투시킴으로써 사람들의 생활을 보다 좋게 변혁시키는 것으로 정의된다. 다시 말해, 디지털화함으로써 사회 인프라를 통해 보다 고도의 가치를 실현하고, 사회 기반을 변혁하여 SDGs 달성에 기여해 나가는 것이 목적인 것이다.

미쓰비시전기는 사회 인프라의 시스템으로서 상하수도, 도로, 하천, 철도, 공항 및 재해 등의 공공 시스템과 빌딩, 데이터 센터, 영상 시스템 등의 민간시설에 관련된 시스템을 제공하고 있다. 이와 같은 시스템들을 단순히 디지털화시키는 것에 그치는 것이 아니라, DX를 추진하는 것이 중요하다.

2.2 디지털화를 통한 변혁으로의 기대
사회 인프라는 기존 IT 시스템 기술의 노후화, 시스템의 비대화·복잡화 등의 문제가 있으며, 다양한 분야에서 사업전략상의 걸림돌, 고비용의 원인으로 보고되고 있다. 일본은 약 80%의 기업이 노후화된 시스템을 갖고 있는 가운데, 노후 시스템을 보유하고 있는 사회 인프라는 93%라는 높은 수치를 나타내고 있다.

사회 인프라에서는 현실공간의 상태를 데이터화하여 가상 공간으로 가져와 현장의 과제를 해결하는 CPS(Cyber Physical System)을 적용함으로써 사회 서비스　업무 자체 및 프로세스를 변혁해 나가는 것이 기대된다. 예를 들어, 보다 높은 수준의 안심·안전을 제공하는 것과 목표 성능을 해치지 않고 에너지 절약을 실현하는 것이다. 서비스를 제공할 때 불의의 트러블에서의 다운타임을 한계치까지 단축시키는 것과 더불어, 공공서비스 제공을 위한 업무 자체의 효율을 높여, 지역주민 생활의 쾌적성을 실현하는 등, 시설 운용을 통해 지역 주민에게 서비스를 제공하는 것으로 이어지도록 기대를 받고 있다고 생각한다.

정보통신 백서에 따르면, 일본기업의 ICT(Information and Communication Technology) 투자는 업무 효율화를 목적으로 한 것이 중심이며, 사업 확대 및 신사업 진출과 같은 비즈니스 모델의 변혁을 도모하는 디지털화는 확산되고 있지 않다고 여겨지고 있다. 디지털화가 사회 인프라에 미치는 영향은 보다 고도의 안심·안전이고, 성(省)에너지 등 서스테너빌리티(지속가능성) 그 자체이며, 인프라 유지 업무의 효율화에 그치지 않는다. 이 고도의 가치를 창출하는 사회 인프라야말로, Society 5.0 및 SDGs 실현의 중요한 일익을 담당하는 것으로 이어져, 추구해야 할 사회 인프라의 표본이라고 생각한다.

3. DX를 서포트하는 기술군

DX를 뒷받침하는 CPS에 사용되는 IT기술은 센싱, AI기반, 통신·네트워크 시스템, 정보 시스템, 시큐리티의 5가지로 크게 나눠진다. 3장에서는 미씨비시전기의 5가지 기술에 대한 대응에 대해 설명한다.

3.1 센싱
각 현장의 상황을 데이터화하기 위해 가장먼저 필요한 것이 센싱이다. 기존에는 불가능했던 공공 서비스를 실현하기 위해서는 기존에는 가져오지 못했던 데이터를 CPS에 탑재하는 센싱 기술이 상당히 중요하다고 할 수 있다.

먼저, 빛을 이용한 센싱 기술에 대해 서술하겠다. 최근에 지구온난화로 인한 이상기후가 늘어나고 있으며, 특히 선형 강수대로 의한 집중 호후, 국지성 폭우에 대해서는 주민의 안전한 피난 행동을 촉구하기 위해서 보다 조기경보의 발령이 요구되고 있다. 이에 대응하기 위해서는 고정밀도 호우 예측으로 피해를 최소화하는 것이 가능한 사회 실현을 위해 수증기량을 고정밀도·고분해능으로 파악할 필요가 있다. 미쓰비시전기는 대기 중의 수증기량을 고정밀도로 계측해 호우의 조기 예측에 기여하는 수증기 및 풍황계측 라이더(LIDAR: Light Detection And Ranging)를 개발했다. 그림1과 같이 라이더에서 대기를 향해 2개의 파장의 레이저 광선을 동시에 출력해 대기 중의 먼지와 만나 반사되어 되돌아 온 레이저 광선을 동시에 수신해 계측한다. 1개의 파장은 대기 중의 수증기에 흡수되는 파장, 다른 1개의 파장은 대기중의 수증기에 흡수되지 않는 파장으로 만들어 레이저 광선의 수신 강도를 비교함으로써 기상 레이더로는 파악할 수 없었던 수증기량을 계측한다. 동시에 미쓰비시전기가 지금까지 축적해 온 풍황계측 라이더 (대지 중의 먼지 등의 이동 속도 및 방향으로부터 풍속·풍향을 계측) 기술로 상승 기류도 측정함으로써 적란운 발생 전의 ‘달걀 모양의 구름’을 재빠르게 감지한다. 게릴라성 호우의 약 90분 전 예측을 지원하는 것을 목표로 하여 연구 개발을 추진하고 있다.

다음은, 전파를 이용한 센싱 기술에 대해 설명하겠다. 동일본 대지진에서는 쓰나미에 의해 엄청난 피해가 발생했다. 지자체 등이 대책을 취해 안전하게 피난하기 위해서는 쓰나미를 충분히 먼 곳에서 파악할 필요가 있다. 미쓰비시전기는 단파대(短波帶)로 불리는 주파수(3~30㎒)의 전파를 이용함으로써 지구의 형상에 기인한 수평선 너머에 있는 예측 불허 지역 쓰나미의 유속을 관측 가능한 해양 레이더에 착안했다. 단파대의 전파는 지구표면을 끼고 도는 성질이 있어 관측 조건에 따라 다르지만, 주파수 24㎒에서는 쓰나미의 유속을 약 50㎞ 멀리까지 관측할 수 있다. 그림 2에서 나타낸 것처럼 파두(波頭) 부분을 검출, 축적함으로써 쓰나미의 검출 오류율을 기존의 10%정도에서 0.1%(레이더로부터 거리 50㎞ 이내, 단, 해면의 상태 등의 관측 조건에 따름)까지 낮췄다.

3.2 AI 기반
센싱 기술에 의해 획득한 데이터를 활용해, AI기반으로 분석하여 예측한다. 또는 각 시설의 설비를 제어함으로써 기존에 비해 공공 시스템을 더욱 효율적으로 운영하는 것이 가능해진다. 사회 인프라의 고도화에는 반드시 필요한 AI 기반으로서 미쓰비시전기 AI 기술 브랜드로 전개하고 있는 ‘Maisart’가 기여한다.

우선 첫 번째로, 예측 사례로서 3.1에서 설명한 해양 레이더를 통해 얻은 유속으로부터 침수심을 예측하는 기술에 대해 설명하겠다. 이 기술은 일반재단법인 건설공학연구진흥회와 공동으로 개발한 것이다. 쓰나미는 높은 조류와 홍수류 등과 같이 파장 이론에 기인하고 있는 것으로 알려져 있다. 따라서 해저 지형을 미리 알고 있을 경우, 슈퍼컴퓨터를 사용해 복잡한 계산을 통해 밀려올 쓰나미의 경로에 해당하는 해저 지형을 고려한 시뮬레이터로 침수심을 구할 수 있게 된다. 쓰나미의 유속 값과 시뮬레이터를 통해 얻을 수 있는 어떤 지점의 침수심 값에 대해 다양한 데이터 세트를 AI에게 학습시킨다. 학습을 통해 얻은 모델을 적용해 지진으로 인한 쓰나미의 센싱과 거의 동시에 침수심을 예측할 수 있게 된다.

다음은, 예측한 결과를 제어에 반영하는 예로서, 하수처리장에서 생물반응조의 구획마다 공기공급량을 제어하는 기술에 대해 설명하겠다. 하수처리에 필요한 산화처리를 하는 생물반응조에 대한 유입수의 수질(암모니아 농도)을 수 시간 먼저 Maisart를 통해 고정밀도로 예측해, 공기공급량을 제어한다. 그림4에서처럼 유입 수질의 예비 수치를 이용한 피드포워드(FF) 제어를 기존의 처리수질의 피드백(FB) 제어에 조합시켜 수질 변경에 대한 공기공급량 제어의 응답성을 향상시켜, 과잉 공기공급량을 제어할 수 있게 된다. 이 연구 개발에서는 생물반응조의 구획마다 적절한 공기공급량이 되도록 개별적으로 제어함으로써, 처리 수질을 관리 수치 이하로 유지하면서 공기공급량을 기존 대비 약 10% 줄이는데 성공했다. 이에 따라, 일본 전국의 연간 전력소비량의 약 0.7%에 해당하는 약 70억kWh의 전력을 소비하는 하수처리장의 전력소비량 절감으로의 공헌이 가능하다고 시산하고 있다.

AI기반 기술로서 딥러닝을 포함한 기계학습 등의 기술이 비약적으로 진보하고 있다. 앞으로도 더욱 그 진보가 이어져, 사회 인프라의 데이터를 활용해 사회 시스템의 다양한 가치를 획득할 수 있게 될 것이다.

3.3 통신·네트워크 시스템
디지털화 된 데이터는 보관되어야 하는 곳이나 계산처리 되는 곳으로 전송되어 사 용된다. 그러기 위해서는 통신·네트워크 시스템이 필요해진다. DX에서는 데이터 양이 방대하게 증가해, 적용 분야가 확대됨에 따라 더욱 그 통신 용량의 증가가 가속화된다. 3.2에서 설명한 AI기반으로 DX의 적용 대상에 제어까지 포함될 경우, 통신의 고속화(저지연화)도 필요해질 것이다. 모바일통신 분야에서는 그림5과 같은 사회를 실현하기 위해, 국내에서 2020년에 5G의 실제 서비스가 시작되었으나, 그 초고속 용량, 저지연, 다수 동시 접속과 같은 기존의 모바일통신을 뛰어넘는 특장점으로 인해, 5G는 단순한 통신수단에서 미래의 IoT사회를 창조하는 중요한 기반 기술이 될 것으로 여겨지고 있다. 뿐만 아니라, 2030년의 실현을 목표로 한 Beyond 2030년을 향한 논의도 이미 시작되어 그 실용화에 커다란 기대가 모아지고 있다.

또한, 총무성은 기업 및 지자체가 자체 건물 및 부지 내에서 이용 가능한 5G를 ‘로컬 5G’로서 2019년 12월에 제도화하여, 2020년 12월에는 넓은 통신 서비스 영역을 구축할 수 있는 높은 편이성의 Sub-6(서브식스: 6GHz대 비만의 4.6~4.9GHz) 주파수대가 추가되었다. Sub-6의 추가로 인해 로컬 5G를 활용한 솔루션의 이용 환경이 갖춰져, 향후의 이용 확대가 예상된다. 미쓰비시전기는 정보기술통합연구소(가나가와 현) 구내에 고객이나 파트너 기업과 공동연구 및 실증실험을 하기 위해 ‘5G OPEN INNOVATION Lab’을 개설했다.

로컬 5G는 대용량, 고신뢰, 저지연, 다접속의 통신을 자체 운영 통신망에서 실행이 가능하므로, 산업 및 병원, 농업, 철도 등으로의 적용이 검토되고 있다. 시설 내에 장해물이 극단적으로 많은 환경에서는 멀티패스의 영향이 강해, 범용적인 모델에 의한 엄밀한 전파 환경의 추측은 어렵다고 여겨진다. 따라서 통신의 안전성을 평가(가시화)해 두는 것은 통신 네트워크 시스템 구축에서 중요하다. 미쓰비시전기는 이것에 대해 안정성을 측정해 해석할 수 있게 하고 있다.

3.4 정보 시스템
미쓰비시전기는 IoT·클라우드 기술을 활용해 사회인프라 시스템의 효율적인 운용·보수를 실현하는 각종 솔루션의 개발에 임하여, 그림7과 같이 솔루션에 공통되는 기능을 집약한 IoT 플랫폼 ‘INFOPRISM’을 제공하고 있다. INFOPRISM은 현장 측에 설치하는 하드웨어와 클라우드상에서 동작하는 소프트웨어군으로 구성되어, ‘데이터 수집·축적·가시화’ ‘AI(기계학습)에 의한 데이터 분석’ ‘고도의 시큐리티’를 실현한 것이다. 전력·사회 인프라 분야에서 고품질의 다양한 솔루션을 타임리하게 단기간으로 제공하기 위해 IoT 솔루션의 공통적인 기능을 정리한 것이다. INFORISM은 다양한 외부 시스템과 유연하게 연결되어 필요한 데이터를 자유롭게 활용할 수 있는 오픈 플랫폼이다. 미쓰비시전기의 설계 사상인 ‘ClariSense’의 사고방식에 따르고 있으며, 사회 인프라의 DX에 기여한다.

3.5 시큐리티
사회 인프라에는 시큐리티 기술의 탑재가 중요하다. 최근의 사이버 공격은 정보 시스템뿐만 아니라, 인프라 시설, 플랜트 설비, 공장의 생산 설비 등의 제어 시스템도 그 대상이 되고 있으며, 조업 정지 등을 노리기 시작했다. 이에 대해, 미쓰비시전기는 ①사업 지속을 중시한 ‘시큐리티 어세스먼트(Security Assessment)’, ②제어 시스템의 변경을 최소화 하는 ‘사이버 시큐리티 대책’, ③지속적인 감시·개선업무를 서포트하는 ‘사이버 시큐리티 운용 서비스’의 3가지 컨셉트에 기반한 사이버 시큐리티 솔루션 ‘OTGUARD’를 제공하고 있다.

또한, DX를 위한 향후 사회 인프라의 정보시스템에서는 많은 프라이버시에 관한 데이터를 안심·안전하게 취급하는 것이 필요해진다. 예를 들어, 결재 등에서는 프라이버시 보호의 관점에서 데이터를 볼 수 있는 사람의 범위 및 이용자의 범위를 컨트롤 할 수 있는 것이 요건으로서 중요해질 것이다.

우선, 사회 서비스를 이용한 경우의 청구지불관리시스템에 대해서 서술하겠다. 디지털 통화를 이용한 결재 시스템이 주목을 받고 있다. 그림8에서처럼 결재의 송금 데이터는 디지털 통화 기반으로 보존되지만, 그 송금의 거래 데이터를 송금 데이터에 포함시키는 것은 다양한 제약이 있어 많은 어려움도 따른다. 이 시스템은 거래 데이터용의 블록체인에 대해 청구 내용과 디지털 통화 기반의 송금 ID를 연계해 기록함으로써 디지털 통화의 거래 데이터를 안전하게 관리할 수 있어, 거래 데이터 상황에 맞게 송금의 자동 실행이 가능하다. 뿐만 아니라, 거래 데이터를 미쓰비시전기의 암호기술로 암호화함으로써 암호해독 가능자 및 개시 범위를 유연하게 설정할 수 있다.

다음은, 프라이버시 데이터를 이용해 계산을 하는 경우의 데이터 보호가 실현 가능한 데이터 은닉 계산기술에 대해 설명하겠다. 앞으로는 클라우드를 이용한 정보 시스템으로 다양한 AI 서비스가 더욱 활발해질 것이다. 그러나, 일반적으로 AI 서비스 이용자로부터 송부된 분석 의뢰 데이터는 암호화 된 상태이기 때문에 분석 계산을 시행해도 좋은 결과를 얻을 수 없다. 이에 대응하기 위해, 다른 암호키로부터 만들어진 암호화 데이터 간에도 연산이 가능한 복수 키의 준동형(準同型) 암호를 이용해 분석 의뢰 데이터와 AI 모델을 보호하면서 AI 분석 처리가 가능한 ‘AI 은닉 분석 기술’을 개발했다. 이 기술로 AI의 계산을 시행하면, AI 분석 출력도 암호화되어 있기 때문에 사이버 공격을 받더라도 그 암호화의 출력은 암호를 해독하지 않으면 파악할 수 없다. 이 기술로 인해 AI 서비스의 이용자는 데이터 분석을 안전하게 클라우드에 의뢰할 수 있으며, AI 서비스 사업자도 안전하게 학습 모델을 클라우드에 맡길 수 있다.

4. 데이터의 적극적인 활용을 위해
CPS로 사회 과제를 해결하는 현실공간의 가치를 실현하기 위해서는 CPS에 관한 기술이 고도화하는 것만으로는 부족하며, CPS에 대응하는 데이터를 충실화하는 것이 상당히 중요하다. 4장에서는 데이터의 유통에 관한 세계의 움직임과 유의점 등 적극적으로 활용하기 위한 기술 개발 이외의 움직임에 대해 설명한다.

4.1 데이터 유통에 관한 세계의 동향
세계경제포럼(WEF) 연차 총회에서 일본으로부터 ‘신뢰성 있는 데이터의 자유로운 유통’이 2019년 1월에 제창되었다. 현재, 각국과 지역에서 특색 있는 형태로 추진되는 DX를 통해 모든 국가 및 지역이 경제 성장을 실현함과 동시에, 사회 과제를 해결하기 위해서는 디지털 기술의 이용 및 규제 등을 둘러싼 바람직한 거버넌스의 존재를 검토할 필요가 있다고 여겨진다. 이처럼 국제적, 행정적으로 이용자가 신뢰할 수 있는 규제를 내걸면서 데이터 유통을 활성화하려는 움직임은 데이터를 통해 사회 시스템을 고도화하기 위해 환영 받을 움직임이라고 할 수 있다.

또한, DX의 침투에 대해 경제산업성은 ‘디지털 거버넌스 코드’를 정했다. 그 기본적인 사항은 정보처리촉진법이 규정하는 DX 인증제도에 대응하고 있다.

4.2 데이터 이용 및 활용에서의 유의점
DX 추진의 데이터 활용으로 확실한 성과를 내기 위해서는 다음 4가지의 유의점이 중요하다고 할 수 있다. ①데이터 관리, ②데이터 특성 파악, ③데이터 활용, ④데이터 보호가 그것이다.

데이터 관리는 데이터 간의 관계성을 포함해 수집한 데이터를 활용할 수 있게 정리해, 차질없이 데이터를 사용·추가·삭제·갱신을 시행하는 운용 규정을 설정하여 철저히 하는 것을 가리킨다. 단순히 스토리지에 데이터를 넣어두는 것이라면 바로 사용할 수 없으며, 속인성(属人性)을 낮춘다. 또한 블랙박스화로부터 탈피하기 위해서도 철저한 규제가 중요하다.

다음은, 데이터의 특성 파악이지만, 많은 시스템에서는 데이터로부터 규칙성을 이끌어내도록 하고 있기 때문에 편견을 피하기 위해 데이터의 특성은 항상 파악해 놓을 필요가 있다.

또한 추출된 경향 및 예측을 업무 운용에 반영해, 사회 인프라의 유지에 관한 업무 프로세스의 변혁까지 추진하는 것이 중요하다.

마지막으로 데이터 보호에 관해서는 개인정보 등 법률에 의해 마땅히 다뤄줘야 하며, 사이버 시큐리티의 레벨을 높인다는 관점은 잊어서는 안 된다.

5. 맺는 말
SDGs, Society 5.0의 실현을 향해, DX로 변화하는 사회 인프라의 참모습에 대해 설명했다. 미쓰비시전기는 DX를 뒷받침하는 기술군의 심화를 가속화시켜, 2030년을 향해 안심·안전·성(省)에너지이면서 쾌적하고 설비가동률을 유지해 지속가능한 미래사회를 실현하기 위해 공헌해 나아갈 것이다.

 -- 끝 --A