💡'이것' 해결하면 물류 전체 효율이 높아지죠

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2023. 6. 22.

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2023/06/22 목요일

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해안에서 멀어지는 것을

감수할 수 있는 용기 없이는,

새로운 바다를 발견할 수 없다.

- 앙드레 지드 -

※ 본 콘텐츠는 2023 물류 유통 AI 리더 컨퍼런스 <AI 기반 항만물류의 스마트화│선박해양플랜트연구소 조성원 선임>의 강연을 요약 정리한 내용입니다.

✔ 수요예측과 물류

고대부터 근대까지 도시와 국가의 경제와 문화는 해상운송을 중심으로 발전을 해왔습니다. 특히 원양항로의 개척으로 인한 식민지 개척과 무역, 산업혁명을 통해 발명된 증기선이 근대화의 흐름을 이끌었죠. 해운물류는 매우 높은 자본집약도를 가지는 수송수단으로, 육상 및 항공을 통틀어 가장 저렴한 수송비용으로 대량의 화물을 원거리 수송이 가능합니다. 또 수송로와 국가 간 운송이 자유롭다는 이점이 있는데요.

반면 신속성과 정확성이 떨어지고, 하역 설비가 있는 항만 간 수송만 가능하다는 단점도 존재합니다. 그러나 이 부분도 최근 정밀한 수요예측에 기반하여, 신속성과 정확성도 어느 정도 보완이 되고 있습니다. 대표적으로 미국의 아마존은 점차 '빠른배송'을 요구하는 기업과 고객 수요에 대응하여, 화물에 필요한 예측을 정확하게 함으로써 재고를 줄이고, 신속성과 정확도를 높이는 효과를 이끌었죠.

✔초대형화의 영향

또한 선박의 규모가 커지면서 다양한 물량을 소화하게 되고, 2000년대 초반부터 전자상거래 시장이 활성화되면서 컨테이너 물동량이 증가함에 따라 선박이 초대형화되고 있습니다. 그에 따라 대량의 물동량이 오고 가게 되고, 이로 인해 항만 터미널도 규모를 확장하는 것만으로는 컨테이너 물동량을 수용할 수 없어, 효율적인 항만 터미널 운영 시스템을 고민하면서, 관련 기술도 점차 발전하고 있습니다.

항만법상으로 항만의 정의는 선박의 출입과 사람이 타고 내리거나 화물을 선박에 싣고 내릴 수 있는 시설이 구비된 항을 뜻하는데요. 항만은 해상과 육상 간의 화물 운송, 해상 간의 운송 접속점으로써 국가 간, 도시 간의 교역활동을 수행합니다. 이 시설을 어떻게 운영하느냐가 중요한데, 예를 들어서 택배도 허브 터미널이나 서브 터미널을 운영하면서, 화물의 입고와 출고 흐름을 어떻게 하느냐가 고민인 것처럼, 항만도 그와 비슷하다고 생각해 주시면 좋을 것 같습니다.

✔ 터미널과 물류 병목

아래 그림에서 보시는 것처럼 해외 항만에서 배가 오고, 정박을 하게 되면 안벽 크레인(Quay crane)으로 컨테이너를 내리고, 야드 트랙터나 야드 트럭이 운반을 하죠. 그리고 야적장에 컨테이너를 보관하고, 다시 트럭이 컨테이너를 싣고 나가는 구조라고 볼 수 있습니다. 항만에서 다루고 있는 화물은 컨테이너, 오일, 석탄, 광석, 원목, 철재 등 다양하게 분류되며, 각 화물의 성격에 적합한 시설과 장비가 구비가 되어야 하기 때문에 한 터미널에서 다양한 종류의 화물을 다루기가 생각보다 어렵습니다.

●자료 : 조성원 선임 제공 (항만 간에 배가 이동하는 과정과 컨테이너 터미널 운영 프로세스)

그중에서 오늘은 컨테이너 터미널을 다루려고 합니다. 컨테이너는 일정량의 화물을 운반하고 보관하기 용이하도록 정해진 규격에 따라 만들어진 박스 모양의 운송 용구입니다. 전 세계적으로 표준 규격화가 되어 있어 동일한 형태를 통해 단위화, 정량화가 가능한 특징이 있습니다. 일반적으로 컨테이너는 2차 세계대전 군수품 수송에서 시작이 됐는데, 점차 해상물류에 활용이 되면서 다양한 항로에 보급이 되고, 지금은 대부분의 화물이 컨테이너를 통해서 교역이 이뤄지고 있죠.

위 그림과 같이 컨테이너 운송은 multi-modality feature를 띄는 환경에서 매우 효과적이며, 컨테이너 터미널은 modal 간 연결의 핵심이라고 할 수 있습니다. 터미널 운영의 병목현상이 수입(인바운드) 및 수출(아웃바운드) 트래픽 모두에 영향을 미칠 수 있으므로, 제한된 터미널의 용량 내에서 생상성을 향상시키기 위한 운영시스템의 고도화는 매우 중요하다고 볼 수 있죠.

●자료 : 조성원 선임 제공 (항만 내 주요 운영 프로세스)

✔ 물류의 난제

위 그림을 보면, 말씀드린 것처럼 야드 블록에 적재를 하고, 야드 크레인을 통해서 나가는 게 수입 물량이 되겠고요. 수출 물량은 게이트를 통해서 저장을 하고, 반대로 배에 싣고 나가는 형태입니다. 이러한 야드 블록은 왼쪽 상단의 그림과 같은 형태로 적재가 되게 됩니다. 이와 관련하여 다양한 운영상의 문제가 있습니다. 택배도 네트워크 최적화나 트럭 할당 등의 문제가 존재하는데, 컨테이너 터미널은 워낙 많은 설비와 장비가 있기 때문에 더 많은 운영 문제가 존재합니다.

접안 계획(Berth planning)이라는 부분은 선박이 하나 들어와서 항만에 가까이 왔을 때 접안을 하게 되는데, '어떤 선박을 먼저 접안하게 할 것이냐' 이게 왜 중요하냐면 일반적인 택배 터미널은 슈트가 정해져있고, 하나의 트럭만 들어올 수 있도록 정해져 있어요. 그런데 배나 항만은 물로 돼 있어서, 일반적으로는 나눌 수 있지만 나누지 않으면 더 많은 배를 접안할 수 있거든요. 큰 배를 접안하면 큰 배에 있는 컨테이너를 내리는 동안 다른 배는 접안을 못 하니까 어떻게 스케줄링을 하느냐를 계속 고민을 합니다.

실제 아까 말씀드린 야드에 어떻게 저장을 하고, 어느 위치에 저장을 할 것인지가 야드 플래닝(Yard Planning)의 문제라고 할 수 있고, QC 스케줄링은 접안된 배에서 안벽 크레인(Quay crane)이 어떤 컨테이너를 뺄 것인지 문제입니다. 크레인은 횡으로 이동을 하는데, 배에서 두 개씩 할당이 돼 있지만, 좀 빠르게 하면 크레인이 이동해서 1개, 3개씩 처리를 하기도 합니다. 이처럼 야드 크레인을 어떻게 스케줄링 하느냐의 문제도 있고요. 그 외에도 야드 트럭이 있는데, 어느 배에 할당할지 등에 관한 문제인 야드 풀링 등 다양한 문제가 존재합니다.

그래서 흔히 선박 쪽 부분을 Berth area라고 하고, 컨테이너를 내리고 선적하죠. Yard area는 공간이라고 볼 수 있고, 게이트를 통해서 반출, 반입이 되는 흐름을 가지고 있습니다. 이와 관련해서는 다양한 문제가 존재하는데, 만약 배가 늦게 도착하면 이후 작업이 지체되는 등 여러 비효율이 발생하죠. 또 반출입 트럭이 언제 올지에 관해서도 실시간 교통량 때문에 예측이 어렵다고 해요. 도착 정보를 알지 못 해서. 왜냐하면 먼저 도착할 트럭 컨테이너를 위에 올려 놓으면 바로 꺼낼 수 있는데 순서가 바뀌면 아래부터 꺼내야 해서 다 치워야 하니까요. 그런 것들이 쌓이면서 비효율이 높아지죠. 이러한 정보의 공유가 잘 안 되고 있고, 각자 사업자들 간의 이해 관계가 다르기 때문이고, 목적이 다르기 때문입니다.

●자료 : 조성원 선임 제공 (컨테이너 터미널 운영 구조)

✔ 고난도 물류

그래서 이러한 것들을 더 효율적으로, 대기나 지연을 줄이기 위해서 다양한 국가나 우리나라에서도 항만 물류의 스마트화를 하기 위하 고민을 계속 하고 있습니다. 흔히 말하는 사물인터넷(ioT) 센서를 크레인이나 야드 트럭, 항만 내에 있는 인프라들에 붙여서 실시간 정보를 알게 되면, 실시간으로 할당을 할 수 있게 되고, 그러면 워낙 다양한 정보를 수집하여, 그 데이터를 활용한 고민을 계속하고 있습니다.

우리가 흔히 알고 있는 AI와 적용되는 것들을 보면, 자연어 처리와 관련한 것과 이미지를 인식하는 두 가지 갈래가 발전하고 있다고 생각해요. 그런데 우리가 아는 택배 터미널이나 항만 터미널은 단순한 문제가 아닙니다. 물론 화물의 검수 등 일부 분에서는 활용이 가능하겠죠. 또 배가 들어오게 되면 관제와 교신을 하는 과정에서도 다양한 AI 알고리즘 적용이 가능할 것 같아요.

하지만 항만 터미널 운영에서는 이런 것들을 적용하기 쉽지가 않아요. 현업에 계신 분들도 느끼실 것 같습니다. 기존 시스템을 당장 버리고 할 수도 없죠. '그럼 우리는 활용을 안 할 것이냐?'

문제는 이 데이터가 양질의 데이터인지가 문제가 돼요. 텍스트나 이런 것들은 문법이 있고, 비전도 논리가 복잡하지 않습니다.

그런데 스케줄링을 해야 하는 과거 데이터는 어떤 상황과 조건이 데이터화가 돼 있는 거예요. 예컨대 코로나 등으로 인한 물동량 증가, 중국 정부의 정책으로 인한 선박 대기 등 이런 것들이 데이터로 예측이 쉽지가 않아요. 예측을 하더라도 어떤 데이터가 필요한지 식별이 쉽지가 않죠.

✔ 핵심은 '정보의 공유'

글로벌 주요 항만 및 기업은 항만복합물류연계, 선박도착정보연계, 선박작업정보연계, 해상육상교통정보연계 부문 개발들이 활발하게 추진 중입니다. 지금 IMO(국제해사기구)가 싱글 윈도우라고 해서 한 창구를 통해서 데이터를 주고 받도록 규제를 강화하고 있어요. 그와 관련해서 대응하고 있는 전략도 많죠.

우리나라에서도 진행하고 있는 프로젝트가 있는데요. 다양한 정보가 오고 가는 부분, 트럭의 데이터를 받아서 트럭의 도착 예측 시간 등을 터미널에 예약하는 시스템을 부산항만공사에서 개발하고 있고, 2차 고도화 작업을 진행 중입니다. 또 포트 사물인터넷 플랫폼이라고 해서 한 터미널을 기준으로 국가에서 ioT 장비를 엄청나게 설치하고 이를 활용하는 연구를 수행했었고요.

또 VTS(해상교통관제시스템)이라고 해서 배가 들어오는 것을 해경에서 관제하는데, 이를 클라우드 형태로 올리는 상황입니다. 디지털 트윈과 관련해서는 항만의 디지털 트윈, 항만의 크레인을 디지털화 해서, 디지털에서 움직인 것을 실제 환경에서 움직이는 것은 아직 안 되지만, 어느 정도 디지털화를 해서 시뮬레이션을 하는 것은 전 세계적으로도 개발이 이뤄지고 있고요.

선박 디지털 트윈은 저희 연구소에서 운항 시뮬레이터를 많이 하고 있다 보니까, 실제 데이터를 받는 형태의 통신은 이뤄지고 있습니다. 이와 더불어서 자율 운항 선박도 5단계가 있고, 현재는 3~4단계 정도 있다고 보고 있어요. 전 세계적으로. 그래서 스마트 네비게이션 배의 정보 데이터를 받아서 정보에서 충돌 알람, 경로 생성 알고리즘을 솔루션을 개발해서 정보를 제공한다든지.

이와 과련해서 자율주행은 관제가 있는 게 아니라 배 자체가 라이다 레이다를 가지고 실시간으로 배가 상황을 탐지해서 선택을 하는 건데, 이 두 가지를 합쳐서 해야 한다는 고민들을 계속 해운 쪽에서 하고 있습니다.

그리고 마지막으로 포트 커뮤니티 시스템이라고 해서 과거에는 산업, 각 영역들이 각자 최적화를 하고 있었죠. 당시에는 데이터가 많지 않았고, 자체 데이터를 사용했지만, 지금은 데이터가 폭발적으로 생산이 되고, 이를 통해 산업 간 경계가 무너지고 연계가 되고 있어요. 우리나라도 정보를 커뮤니티화로 하여, 그 플랫폼에서 정보가 움직이도록 하고 있고, 전 세계적인 추세이기도 합니다.

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