Building plan research of Smart Ammunition Logistics System based on the 4th industrial technology

4차산업혁명기술 기반 스마트 탄약물류체계 구축 방안 연구

Abstract

This paper presented a method to build a predictable smart ammunition logistics system using the 4th industrial technology for ammunition logistics, which is the core functions in the field of defense and logistics. We have analyzed the current level of ammunition logistics with various perspectives such as domestic and overseas logistics policies, technology trends, ammunition logistics characteristics, the smart logistics certification measures by Ministry of Land, Infrastructure and Transport. As a result it is considered that the current ammunition logistics needs needs improvement. To improve this, we presented a direction based on the implications derived after analyzing various ongoing programs such as wired/wireless-based automation, smart ammunition depots, and logistics innovation of the army, navy, and air force that can be applied to the ammunition logistics. In order to implement a data-based smart ammunition logistics management system that can achieve innovation and efficiency of total life cycle while meeting changes in the battlefield environment, we presented 4 objectives such as "automation and modernization of field work", "3D-based storage management & improvement of issuing at war," and "data management for prediction-oriented ammunition management". it is expected that there will be benefits such as improvement of operational continuity, guarantee of ammunition reliability, budget reduction, improvement of inefficiencies such as delay, waiting, and double work, and reduction of accidents.

본 논문은 국방군수분야에서 가장 중요한 기능을 수행하는 핵심체계인 탄약물류를 4차산업혁명 기술을 활용하여 예측이 가능한 스마트탄약물류시스템을 구축하는 방안을 제시하였다. 국내외 물류정책 및 기술동향, 탄약물류 특성과 국토교통부의 스마트물류센터 인증기준을 고려해 분석한 결과, 군의 탄약물류수준은 매우 낮은 수준으로 시급한 개선이 필요하였다. 이를 개선하기 위해 탄약물류분야에 적용할 수 있는 유무선 기반 현장 자동화, 스마트 탄약고 구축, 육해공군 물류 혁신 등 각종 구축 사례를 분석한 후 도출된 시사점을 기반으로 탄약물류의 발전방향을 제시하였다. 구체적인 발전내용으로 전장 환경 변화에 부합하면서 총수명주기관점의 혁신과 효율성 달성이 가능한 데이터 기반 스마트 탄약물류관리체계를 구현하기 위해 현장업무 자동화 및 첨단화, 3D 기반 저장공간 관리 및 전시 불출 개선, 예측 중심의 탄약물류를 위한 Data 관리체계 등 4가지 목표를 제시했다. 제시된 내용을 기반으로 기대효과로는 작전지속능력 향상, 탄약신뢰성 보장, 많은 예산 절감, 지체와 대기, 이중 작업 등 비효율 대폭 개선, 안전사고 감소 등이 있을 것으로 판단된다.

1. 서론

탄약은 군수품 중에서 전투력 발휘와 대화력전 수행에 기본이 되는 전투력 발휘의 핵심요소로서 군 물류의 중심에 있는 품목으로 부족한 탄약을 확보하여 저장하는 것도 중요하지만 필요한 탄약을 적기에 적량을 보급하는 것 또한 매우 중요하다.

그러나 우리 군의 탄약정책은 탄약을 확보하여 저장하는 것에 치중함으로서 탄약물류 측면의 정책 추진에는 다소 소홀한 점이 있다.

탄약물류의 중요성을 덜 인식하여 수리부속, 물자 분야에서 바코드 기반의 현장자동화체계가 구축되는 것과 달리 탄약분야는 적용에서 배제되는 등 물류분야 발전의 노력이 부족한 실정이다.

최근 국방부를 중심으로 각 군은 민간에서 활성화된 4 차산업혁명기술을 군물류(탄약 제외)에 적용한 스마트물류 적용 방안에 대한 연구가 활발이 이루어지고 있으므로탄약분야도 국방부 물류 추진정책과 연계하여 탄약 물류발전방안을 제시할 필요가 있다.

본 연구는 그동안 탄약물류는 다른 물류와 많은 분야에서 차이점이 존재함에도 불구하고 그 차이를 찾아내지 못함으로 인해 적용에 실패한 사례 – 국방탄약 RFID(radio frequency identification) 적용 등-를 반복하지 않기 위해 탄약물류 특성을 찾고 탄약분야에 적용이 가능한 기술과 방법을 찾아내는데 많은 주안들 두었다.

이를 위해 국내외 물류 추진 정책과 기술동향 분석, 탄약 물류의 특징과 실태를 자료와 현장답사, 인터뷰 등을 통해 현재 물류 수준을 진단하고 이를 개선하기 위해 민간과 군에 적용한(할) 다양한 사례와 기술을 수집 및 분석하고, 국방관계자를 포함한 전문가 토의를 통해 실제 적용이 가능한 내용 중심으로 발전방안을 제시하였다.

2. 물류 환경변화 및 탄약물류 특징

2.1 국내외 물류 정책 및 기술동향

2.1.1 정책동향

미국, 독일, 핀란드, 일본, 한국 등의 대부분의 국가에서 4차 산업혁명의 영향을 고려한 다양한 물류 관련 정책을 내어놓고 있고 예산을 지속적으로 투자하는 추세이다. 한국은 제3차 물류시설 개발 종합계획에 따라 낙후된 물류 시설을 선진화하고 첨단 기술을 활용하여 미래형 첨단 물류시설개발에 ‘22년까지 예산을 집중적으로 투자할 예정이며, 미국은 교통성을 중심으로 다양한 R&D 프로그램을 운영 중이다[1].

독일은 4차산업혁명 요소 기반 자동화 물류장비와 현장 위주의 다양한 통신 기술(RFID 등)을 집중적으로 연구하고 있으며, 일본은 산업기술 종합연구소를 중심으로 로봇기술과 관련한 연구를 진행 중에 있다.

국방부는 4차산업혁명에 걸맞는 스마트국방을 달성하기 위해 물류분야는 전군 보급지원 창고에 로봇, IoT를 활용한 스마트 물류체계를 도입과 스마트 팩토리, 스마트물류센터를 구축하여 속도 중심의 군 물류 기동화, 현대화 등을 추진하고 있다[2].

2.1.2 기술동향

4차 산업혁명의 핵심 요소 기술인 로보틱스, 자동화, 클라우드시스템을 활용한 물류기술, 자율주행 기술, 사물인터넷, 믈록체인, 인공지능, 가상현실 및 디지털 트윈 등의 기술이 물류분야에 다양한 형태로 응용 시도되고 있다. 2

2015년부터 스마트 제조분야는 제조업 혁신 3.0전략을수립하여 8대 스마트 제조 R&D 기술(스마트센서, CPS, 3D프린팅, 에너지절감, 사물인터넷, 빅데이터, 클라우드, 홀로그램)을 개발하여 제조 혁신에 기술 적용 중이다.

물류분야는 기존 RFID, 바코드 등의 자동화인식 차원을 넘어 인공지능과 로봇, 셔틀(Shuttle)을 활용한 자동화 시스템이 도입되어 확산 중이다.

특히, 전통적인 마그네틱 기반의 AGV(Automatic Guided Vehicle)에서 자율주행 AMR(Automatic Mobile Robot)을활용한 물류센터 자동화, 무인화 방향으로 기술이 발전되어 적용 중에 있다.

기업에서는 요소기술을 물류산업에 접목시켜 옴니채널 물류(omni-channel), 온디멘드(On-Demand) 배송, Fresh Chine, 예측 및 공유 물류 등 기존의 물류 비즈니스의 한계를 극복하고 개선하고자 스마트물류 플랫폼을 개발하여 실시간 현황 파악 및 추적, 물류 운영 성과와 지표관리 등 모든 기능을 통합하여 효율을 증대시키기 위해 노력 중이다.

2.2 탄약물류 특징

2.2.1 탄약과 일반물자 비교

탄약은 군에서 보유한 일반물자와 물자 성격, 소요 판단 및 보급방법, 보급활동, 지원체계, 저장, 중량 등에서 표 1과 같이 차이를 보이고 있다.

(표 1) 탄약과 일반물자 비교[2]

(Table 1) Comparison of Ammo and supplies

세부적으로 살펴보면 탄약은 전투력의 핵심요소로 작전상황, 작전 소요변동에 민감하게 작용하는 품목으로 변동되는 작전소요에 따라 부대별 할당 및 통제보급의 형태를 유지하고 있다.

모든 물자가 재고번호를 사용하는 반면 탄약도 재고번호가 부여되어 있지만 주요 탄약은 아이템별로 관리를 해야 함으로 국방탄약식별기호를 별도로 사용하며, 대부분이 중량물로 취급이 제한되고 폭발 위험이 있으므로한곳에 저장하지 못하고 다량의 공간에 분산하여 저장하는 등 위험물 안전기준을 준수해야 한다.

2.2.2 탄약 물류 특성

탄약은 주로 강철 등 금속소재 등에 화약이 충진되는형태로 구성되어 있는 위험물이며, 취급단위는 박스 및팔렛트의 중량물로 아래에 제시된 물류 특성이 있다.

첫째, 위험성 물자로 취급, 저장, 수송 등 국내외 화학물질, 위험물 등의 안전기준을 준수해야 한다.

둘째, 탄약은 소구경부터 박격포, 야포, 유도무기 및 로켓 등 다양한 탄종이 존재하며, 각 탄약은 30KG 이상의 중량물로 박스 또는 팔렛트 단위로 저장 및 불출되며, 사용시 박스를 개봉하여 발단위로 취급된다.

셋째, 탄약의 저장은 적공격과 안전 등을 고려하여 한곳이 아닌 여러 군대로 분산하여 저장하여야 하며, 설계수명 연한이 있는 탄약은 온습도가 관리되는 곳에 저장하여야 한다.

넷째, 탄약을 저장하는 탄약고는 폭발시 위험을 고려하여 25만 폭약량 이내로 저장해야 하므로 대형 물류 창고가 아닌 중소형 규모의 창고인 탄약고에 저장해야 함으로 부지가 많이 소요된다.

다섯째, 탄약 물류 순환율면에서 전시는 일일 기준 20 ∼40% 이상인 반면 평시는 일일 기준 0.016 ∼ 0.067%로 큰 차이를 보이고 있다. 이로 인해 평시에는 저장관리 위주의 물류 특성, 전시는 불출 위주 물류 특성을 가지고 있다.

여섯째, 탄약 수송은 위험물자로 실시간 위치 추적이 가능해야 하고, 전투부대에서 자대 차량을 이용하여 탄약을 수령하는 반면에 대규모 물량은 수송부대 차량을 활용하여 추진하여 보급한다.

일곱째, 전시에는 작전상황에 따라 탄약부대 보유 물량의 20∼40% , 9톤 차량 기준 수백대 물량을 일일 단위로 불출해야 함으로서 고도의 불출관리시스템이 요구된다.

3. 탄약물류수준 진단

3.1 국토교통부 스마트 물류센터 인증 기준 적용

국토부는 2021년부터 스마트 물류센터 인증제를 도입하여 물류센터에 대해 인증 세부기준에 따라 1∼5등급을 부여하고 있다[3].

탄약물류 수준을 객관적으로 진단하기 위해 스마트 물류센터 인증기준 항목을 적용하여 2021년 6월 자체 진단을 실시한 결과 재해 및 안전관리 항목을 제외하고 나머지 항목에서 상당한 개선이 필요한 것으로 나타났다.

세부진단내용으로 하차 및 입고면에서 인식 및 등록과정이 가장 낙후되고, 검수도 수작업으로 진행되고 있다. 운반 및 적치면에서 작업정보의 정보제공, 작업 경로 관리 등이 전혀 이루어지지 않고 있다.

보관 및 재고관리는 AI기반 예측 알고리즘이나 시간 기반 관리가 전혀 되지 못하고 위치조정 및 작업경오 확인 등 실시간 소통이 제한되어 2중, 3중의 재작업이 발생하고 있다.

피킹 및 분류도 육안과 수작업에 의해 진행되고 있고, 상차 및 출고는 정보시스템에 의해 정보가 제공되지 못하는 등 국토부 인증 기준에 의하면 매우 낮은 점수를 유지하고 있다.

3.2 전체공급망(SCM, supply chain management)관련 수평적 관점의 진단

물류프로세스는 군내부 물류와 외부 물류, 군내부 물류도 지휘제대, 지원제대, 사용부대로 구분할 수 있으며, 지원제대 및 사용부대도 관리영역과 현장영역으로 구분할 수 있다.

현재 국방 탄약물류시스템이 구축된 내용은 지휘 제대와 지원제대, 사용부대의 관리영역 부문에 국방군 수 통합정보시스템을 구축하여 청구에서 저장, 수불 등의 업무와 소요, 조달, 계획 등의 업무를 전산화하여 업무를 수행하고 있다.

탄약을 저장하고 불출하는 물류 현장은 정보시스템이 구축되지 않아 대부분의 업무가 수기식으로 처리되고 있으며, 인력에 의한 탄약 재고파악, 재산처리 등 과거 전통적입 방식으로 업무를 수행함으로 데이터 오류와 착오, 재작업, 지체와 대기가 발생하고 있다.

또, 군 내부 물류와 외부 물류시스템간의 연동이 이루어지지 않아 문서 등의 방법으로 수기식으로 업무를 처리하고 있다. 조달 업무는 국방군수통합정보시스템과 방위사업청 조달정보시스템간 연계가 되지 않아 구체적인 조달업무를 실시간으로 처리가 제한되고 있다.

아울러, 탄약 생산정보는 방산업체와 군의 시스템 간 연계되지 않고 별도의 문서로 제공하고 있다. 특히 해외조달 및 납품의 정보도 다양하게 파악이 되어야 전·평시조 달 및 동원할 수 있는데 시스템이 구축되어 있지 않아 수기식으로 업무를 수행하고 있는 실정이다.

현장의 원천 데이터를 자동적으로 파악 및 처리하고, 파악된 실 데이터기반으로 현장의 물류변동 소요를 실시간으로 파악하여 조정 및 조치하여 효율성을 향상시키는것이 제한되고 있다.

탄약 저장관련 위치, 온·습도, 출입자관리, 이력 관리 등이 되지 않고 탄약고 실저장정보와 군수통합정보체계의 탄약정보간 차이가 발생하여 재고착오, 수명 미예측으로 불발탄 증가, 탄약분실 등 비효율이 지속적으로 발생하고 있는 실정이다.

또한 현장의 테이터가 수기식으로 파악 또는 미파악되어, 각종 예측이 가능한 업무을 수행하는데 다수 오류가 발생하고 있으며, 향후 지능형 탄약물류 수행에 많은 지장을 초래할 것으로 판단된다.

3.3 탄약부대내 관리영역과 현장영역 물류 진단

물류의 5대 기능인 운송, 보관, 하역, 포장, 정보처리 관점에서 탄약물류를 진단하여 보면 아래와 같다. 보관활동으로는 입고, 출고, 로케이션관리, 재고관리, 재고조사 등이 있다.

입고는 군수통합정보체계로 통보된 입고 물량 기준으로 수작업으로 관리하는 현장 정보를 기반으로 수작업으로 검수, 현장 작업자와 회의를 거쳐 저장위치 선정 및 조정이 빈번하게 발생하고 저장 후 재이동이 빈번히 발생하고 있다.

출고도 대부분이 이중작업, 수작업으로 이루어지는 등 현장과 정보단절로 많은 비효율이 발생하고 있다. 탄약 위치관련 로케이션 관리는 탄약고별로는 관리되지만 탄약고 내에서 저장된 위치는 관리가 수작업으로 이루어지고 있으므로 저장공간관리에 어려움이 많은 실정이다. 재고관리는 수불과 동시 재산이 처리되지 못해 전산재고와 실재고의 차이가 다수 발생하고 있다.

하역면에서는 민간의 경우 자동화, 무인화기술이 활발이 도입되는 것과 달리 전투부대 요원에 의한 피킹, 지게차에 의한 피킹을 수행하고 있으며 중량물 취급으로 근골격계 질환 등 안전사고가 지속적으로 발생하고 있다. 하역을 위한 상하차 정보가 현장으로 제공되지 않아 수작업에 의해 하역을 실시함으로 많은 지체와 재작업이 발생하고 있다.

운송면에서는 수배송관리시스템이 도입되지 않아서 차량적재, 최적화 배송루트 계획, 차량동태관리 등이 수작업으로 실시됨으로 적재계획을 수립하는데 많은 시간이 소요되고 있고 도착예정정보가 고객에게 전달되지 않음으로 지체와 대기가 발생하고 있다.

3.4 시사점

탄약물류수준을 민간물류와 군내 타 물류와 비교한 결과 매우 낮은 수준이며 이를 시급히 개선해야 전·평시 전투부대가 요구하는 시기에 적량의 탄약 보급이 가능하고 작전지속능력도 향상시킬 수 있다.

이를 개선하기 위해 첫째, 탄약부대내의 현장 중심의 물류정보화 시스템을 조기에 구축하여 실시간으로 물류 업무를 처리함은 물론 사람의 개입을 최소화해서 각종 오류와 착오를 줄여야 하겠다.

둘째, 군 Out bound 물류시스템과 내부 시스템간 연동 및 협업을 강화하여 정보의 단절이 발생하지 않도록 해야 하겠다.

셋째, 탄약부대내 WMS(Warehouse management systems), WCS(Warehouse control systems) 시스템을 도입하여 현장과 관리영역간의 정보의 단절이 없도록 하고 탄약고 내 수불 및 저장관리 업무가 자동화될 수 있도록 자동화 물류 장비를 적극 도입할 필요가 있다.

넷째, 국방수송정보체계내 탄약물류와 관련된 기능을 대폭 보강하여 민간의 TMS(Transportation Movement System)수준으로 향상시켜, 적재정보 및 물품정보가 상호원활이 소통됨은 물론 탄약적재차량의 실시간 정보가 고객들에게 실시간으로 제공되어야 하겠다.

다섯째, 예측기반의 지능형 물류수준으로 진화하기 위해 예측에 필요한 정보를 식별하여 자동 또는 반자동으로 정보를 수집하는 체계를 지속적으로 구축해야 한다.

4. 탄약물류에 적용할 사례 분석 및 시사점

탄약물류는 현재 국방군수통합정보체계를 통해 사무실 중심으로 물류 업무를 수행하고 있으며 현장 물류에 많은 취약점이 보이고 있다.

이를 개선하기 위해 본 연구에서는 물류분야에 많은 연구와 적용사례가 있지만 탄약물류 현장에 우선 적용이 필요한 기술과 사례를 분석하여 제시하였다.

대표적인 내용으로 현장의 탄약 자동인식기술 및 자동화 처리, 무선 적용 방안, 자동화 및 무인화 기술, 탄약고 저장환경자료 수집, 입출고, 저장랙 등과 관련된 사례와 기술을 분석하여 시사점을 도출하였다.

4.1 스마트탄약고 시스템 구축

국방부는 탄약수명주기 연장, 탄약관리 인력 절감, 탄약 및 폭발물 사고 감소 등의 위해 사물인터넷 기반 스마트 탄약고를 그림 1과 같이 구축하고 있다[4].

(그림 1) 스마트 탄약고 운용 설비(출처 : 국방부 자료)

(Figure 1) Smart Magazine operating facilities

현재 구축되는 내용은 전체 탄약고에 비하면 적은 수량이지만 앞으로 전 탄약고로 스마트 기능을 확대한다면 저장된 탄약관련 온습도관리, 탄약위치 관리, 출입자 감시 및 화재 예방에 상당한 도움이 될 것이다.

아울러 광활한 탄약부대내 유무선 인프라 구축에 많은비용을 절감할 수 있고 향후 지능형 탄약물류 기반을 구축할 수 있으므로 적극적인 확산이 필요하다.

4.2 국방탄약 RFID 시스템 구축

국방부는 2004년부터 2008년까지 실시간 자산가시화, 현장 업무 자동화를 위해 탄약에 RFID 태그를 부착하는 자동화 사업을 실시하였지만 표2에서 제시된 바와 같이 낮은 태그 인식률, 무신 인프라 구축 비용과 보안 이슈 등의 이유로 사업을 2009년에 종료하였다[11].

(표 2) 국방탄약 RFID 사업 실패 주요원인

(Table 2) Principle reason of Defence Ammo RFID Project failuring

최근 RFID 기술은 RF 반도체의 기술력 향상으로 인식율이 개선되었으며, 다양한 센서가 장착된 스마트 패키징 기술이 개발되고 높은 단가를 낮출 인쇄전자공정이 개발되어 4차산업혁명 기술발전과 연계하여 진화된 RFID가 광범위하게 적용되고 있다. 특히 육군 과학화 훈련단은 RFID 시스템을 도입하여 물자 자동선별, 이송, 저장 등 다양하게 활용하고 있다.

따라서, 최근 발달된 RFID기술과 바코드의 기술을 활용하여 자동인식 기능을 도입을 검토할 필요가 있다.

4.3 무선기반 군수품 현장관리 자동화 체계

물자 및 수리부속 등에 바코드를 부착하여 저장 관리하는 현장에서 실시간으로 업무를 처리하기 위해 국방부는 재난안전망을 활용하여 무선으로 업무를 처리하는 시범사업을 그림 2와 같이 추진하고 있다[5].

(그림 2) 군수품 현장자동화 개념도(출처: 국방부 자료)

(Figure 2) Concept of warehouse site automation

군수품 현장자동화는 보급창고 현장에서 무선단말기를 활용하여 물품에 부착된 바코드 인식, 재산 처리하면 처리된 정보를 재난안전망을 통해 국방군 수 통합정보체계를 통해 업무를 처리하고 있다.

사업추진 결과 재난안전망을 통해 실시간으로 업무처리가 가능하며 보안상 군수통합정보체계와 직접이 아닌 간접 연동을 통해 무선으로 사용이 가능하지만 재난안전망 사용에서 제공된 전용단말기만 사용해야 하는 등 제한점이 있어서 추가확대를 위한 방안을 강구 중에 있다.

탄약물류에도 재난통신망과 전용단말기를 도입하여 현장 물류를 자동화할 필요가 있다.

4.4 육군스마트 부대 구축사업

육군은 첨단 ICT 신기술을 연대급 부대에 적용하여 실시간 상황조치, 재난 및 안전관리, 병력 활동 추적 관리, 스마트 무기/탄약관리가 가능한 시스템을 시범적으로 구축하고 있으며, 시범 사업 결과 보완을 통해 전투부대를 대상으로 사업을 확대할 계획이다[6].

스마트부대 구축과 연계하여 탄약물류 측면에서는 부대 단위로 P-LTE(Private long-term evolution)망을 통해 탄약 재고관리, 탄약고 출입, 일일 결산 등 전투부대 탄약의 실시간 자산파악이 가능해지며, 탄약을 수령하는 차량의 실시간 위치 추적이 가능해질 것으로 예상된다[16].

따라서 탄약물류 관점에서 무선기반의 자동화 업무처리를 탄약부대 사업으로, 전투부대는 스마트부대 구축 사업으로 추진되어야 한다. 무선망은 육군에서 P-LTE망을 사용할 예정임으로 탄약부대 무선 인프라도 P-LTE 망을 사용할 경우 보안, 데이터 용량 등에서 제한점이 해소될 수 있다.

4.5 육군 1보급창 일반창고 스마트화 사업

육군 1보급창은 4차산업혁명 관련 장비를 적용하여 인력 및 수작업에 의한 피킹 업무를 무인화하는 사업을 그림 3과 같이 일반창고 내에 무선랜 환경을 구축하여 무인지게차, 자율이송로봇, DAS를 구축하여 사업을 추진 중에 있다[7].

(그림 3) 스마트 물류창고 업무흐름도(출처 : 1보급단 자료)

(Figure 3) work flowchart of smart warehouse

무인화를 위해 자율이송로봇, 무인지게차, DAS(Data Acquisition System) 를 도입하여 물류처리능력이 2배 향상되었으며, 물품 색출시 휴먼에러 감소, 물류 속도가 향상됨에 따라 시범사업 결과를 반영하여 단계별로 일반창고에서 자동화 창고, 타 보급단으로 확대할 예정이다.

탄약물류는 보급창과 물류 환경이 다소 차이가 나지만 자동화, 무인화 기술 발전과 연계하여 탄약물류에 적합한 적용 무인화 기술적용 방안을 도출하여 추진할 필요가 있다.

4.6 해·공군 물류 개선 방향

육해공군은 4차산업혁명 기술을 적용한 스마트물류체계 발전 로드맵을 수립하여 중장기적으로 물류시스템을 발전시키기 위해 노력 중에 있다.

해군은 통합물류창고내 진화적 자동화를 구축하여 one-stop 물류 처리시스템을 구축할 계획이다. 특히, 빅데이터를 활용하여 물류 프로세스를 최적화 및 효율화함과 동시에 자동 및 전동랙 등을 설치할 계획이다[9].

(그림 4) Stacker Crane 자동화 설비와 전동물류 장비 (출처 : 해군 보급창 자료)

(Figure 4) Stacker Crane Automation facility

공군은 품목별 저장 특성을 고려한 통합 자동화 창고설치, 자동화 물류 처리를 위한 첨단 장비 배치 및 운용, 작업자 동선을 고려한 레이아웃 설계 및 프로세스를 개선할 계획이다. 입고, 출고, 피킹 프로세스에서 필요한 X-Ray 검수, RFID 리딩, RTV( Robotic Transfer Vehicle) 이송, 팔렛타이징, 스태커 크레인 도입하여 효율성을 향상할 계획이다[8, 10].

탄약물류도 해·공군의 물류 로드맵 계획을 참조하여탄약물류발전 로드맵을 수립하고 탄약물류 프로세스에서 효율화, 최적화할 수 있는 자동화 기술 적용 등 다양한 방안을 도출할 필요가 있다.

4.7 시사점

스마트 탄약물류시스템을 구축하기 위한 관련 사례를 분석한 결과 아래와 같은 시사점이 도출되었다.

첫째, 현장 중심의 탄약물류시스템을 구축하기 위해서는 유무선 인프라가 구축되어야 하는데 이를 위한 방안으로 스마트탄약고 구축 사례, 육군 스마트부대 사례 및 무선기반 군수품 현장관리자동화 체계 구축 사례를 반영할 경우 보안이슈와 예산 제약 문제 등 해결이 가능하다.

둘째, 현장 업무 자동화를 위해서는 국방탄약 RFID 구축 사례, 군수품 현장관리자동화 체계 사례 등에서 제시된 자동인식기술을 탄약부대와 전투부대에 단계별로 적용할 필요가 있다.

셋째, 물류창고인 탄약고를 스마트창고로 진화하기 위해서는 육군의 일반창고 스마트화사업과 해공군의 물류 개선 방향 등에 적용된 기술을 도입하여 물류 프로세스를 개선하고 최적화할 필요가 있다.

넷째, 인력 중심의 물류를 자동화 및 무인화하기 위해 첨단 로봇, 무인지게차, 저장랙 및 셔틀 등의 물류 장비의 도입을 검토할 필요가 있다.

다섯째, 스마트물류에서 지능형물류로 진화하기 위해 물류 흐름에서 발생하는 각종 정보를 사람의 개입 없이 실시간으로 원천 데이터가 수집되어야만 예지 및 예측물류업 무를 수행할 수 있으므로 빅데이터/인공지능 기반의 물류 플랫폼을 구축이 필요하다.

5. 스마트 탄약물류 시스템 구축 방안

5.1 스마트 탄약물류 비전

스마트 탄약물류의 비전은 4차산업혁명 기술을 적극 활용하여 그림5에서 보는 바와 같이 전장환경 변화에 부합하면서 총수명주기관점의 혁신과 효율성 달성이 가능한 Data 기반 지능형 탄약물류관리체계를 구현하는 것으로 설정하였으며 이를 구현하기 위해 4가지 목표를 제시하였다.

 

(그림 5) 스마트 탄약물류 비전

(Figure 5) Vision of Smart Ammo distribution

우선적으로 탄약을 저장관리하는 현장의 업무를 유무선으로 자동화, 첨단화할 필요가 있으며, 이와 병행하여 전시 시차 제 불출과 안전업무를 고도화해야 한다.

유도탄 등의 탄약을 총수명주기관리(Total Life Cycle Management)하고 고장을 사전예지/예측하기 위해 인공지능/빅데이터 기반의 시스템을 구축해야 한다.

5.2 스마트 탄약물류 목표시스템

위에서 제시된 Data 기반 지능형 탄약관리체계가 가능하기 위해 그림6과 같이 탄약물류시스템은 국방군 수 통합정보체계와 연계하여 탄약부대 현장업무 자동화, 3D 기반의 저장공간 관리 및 전시 탄약불출관리가 가능한 시차제 불출시스템 구축, 자동화 물류 및 첨단 물류 장비 도입, 예지 및 예측을 위한 고도의 분석 기능이 포함된 시스템이 구축되고 지속적으로 보완되어야 하겠다.

(그림 6) 스마트 탄약물류 비전

(Figure 6) Vision of Smart Ammo distribution

5.3 세부 추진내용 및 범위

5.3.1 현장업무 자동화 및 첨단화

탄약을 저장 및 관리하는 물류 현장을 자동화하고 첨단화하기 위해서는 우선적으로 유무선 기반의 현장 탄약 업무를 자동화해야 한다. 이를 위해 유무선 인프라를 통해 탄약의 수입, 불출, 저장, 검사 등의 업무를 무선 단말기를 통해 그림 7과 같이 디지털로 처리해야 한다.

(그림 7) 탄약업무 자동화 처리

(Figure 7) automated process of ammo work

탄약부대 사무실과 탄약고간에 유무선 네트워크를 통해 수불, 저장 등 업무를 디지털로 처리하고 자산을 바코드, RFID 등을 통해 자동인식한다. 현장에서 처리된 실데이터는 군수부대 및 지휘제대에서는 실시간 처리된 정보에 기반하여 재고량 조정, 소요 및 조달관리 업무를 수행한다.

아울러 자동인식은 탄약부대 환경과 특성을 고려 그림 8과 같이 단계별 점증적으로 구축해야 한다.

(그림 8) 자동인식기술 단계별 도입 및 구축

(Figure 8) A phase–in of automatic identification

1단계는 기존에 추진한 RFID 적용 경험을 고려하여 육군 탄약부대를 대상으로 박스 또는 팔레트 단위로 자동인식 태그를 부착하여 탄약을 관리하고, 해공군부대는 유도탄이 많은 관계로 시범적으로 적용한다.

2단계는 1단계 적용한 결과를 기초로 해공군, 해병대 군수 및 전투부대까지 확대하여 적용하고 최종적으로 육군의 전투부대까지 적용하면서 태그 부착 범위를 발단 위까지 확대할 수 있는 탄종은 점진적으로 확대한다.

탄약고는 안전상의 이유로 저장공간이 협소하여 뒤쪽에 저장된 탄약을 불출할 경우 앞에 저장된 탄약을 외부로 이동 후에 피킹을 해야 하고, 탄약 저장단위별로 일정 간격을 띄우고 성격이 다른 탄약을 혼합하여 저장할 수 없다.

이로 인해 저장 구분이 필요 없는 대규모의 퇴적(대 로트)과 달리 소규모의 단위(소로트)의 탄약은 1단으로 적재되어 관리됨으로 인해 상부 저장공간에 비효율이 발생한다.

소로트가 저장된 탄약고는 그림 9와 같이 탄약고내에저장랙, 셔틀 등의 물류자동화 장비를 부분적으로 도입하여 입출고 및 저장시 수작업 피킹하는 업무를 자동화할 필요가 있다[12].

(그림 9) 탄약고(60평형) 자동화 창고 레이아웃

(Figure 9) Layout of automated magazine

5.3.2 3차원 기반의 전시 시차제 불출시스템 구축

효율적인 탄약 보급, 저장관리를 위해 2차원으로 관리되는 탄약 저장위치를 3차원으로 관리되어야 하며, 탄약고 내 저장 위치 기반 전·평시 청구된 탄약을 추가 작업 없이 수불이 되어야 많은 지체와 지연을 방지할 수 있다. 아울러 전시에는 수백대의 차량에 일일단위로 수천 톤의 탄약을 불출 및 적재하기 위해서는 현장의 작업진행정도, 불출된 탄약의 위치 정보, 수령하는 부대별 도착시간 등을 종합적으로 고려한 시차제 불출 계획이 수립되어야 수백 대의 차량에 탄약 적재가 가능해 진다.

이를 위해 디지털 트윈 기술을 활용하여 저장공간 및 불출 관리가 가능한 시스템을 그림 10과 같이 구축하는 게 바람직하다[14].

(그림 10) 3D 시뮬레이션 이용한 저장위치 관리

(Figure 10) Location management through 3D simulation

즉, 공간정보를 바탕으로 사전 시뮬레이션을 통한 적재 가능공간 분석, 퇴적위치 분석, 최적 위치 결정하여 단말기로 전송하고 전송된 공간에 실제로 저장 후 저장도표가 최신화되어 국방군수통합정보체계로 최종 위치정보가 전송된다.

디지털트윈 모델링은 3차원 및 가상-증강현실을 만들 수 있는 공간정보가 필요함으로 바닥좌표 인식, 높이는 레이저 기술로 표준화하여 절대좌표를 부여 후 모델을 구축해야 한다.

전시 탄약의 시차제 불출은 3차원 저장공간 시스템 구축 기반하에 차량 정보(도착, 대수, 자종 등), 부대별 불출 탄약, 불출된 탄약의 현재 탄약고 내 저장 위치, 저장된 위치 기반 불출을 위한 방법 및 재작업 소요 등을 종합적으로 고려한 불출 및 적재계획을 시뮬레이션 통해 관리자에게 추천함으로서 전시에 원활하게 탄약 수불이 진행될 수 있다 (그림 11).

(그림 11) 시차제불출 관리 시스템 운영 개념도

(Figure 11) Operating concept of time different issue

5.3.3 총수명주기 관련 탄약 Data 수집 및 분석

탄약은 수천만원에서 수억원에 이르는 고가의 로켓 및 유도탄도 있으며, 설계수명이 10∼20년 이내의 탄약도 다수 있다. 이런 탄약을 저장 및 관리하고 있는 현장의 데이터 a는 수집 및 분석하여 수명을 예측하여 고장이 발생하기 전에 정비를 통해 수명을 연장함으로서 신뢰성 보장과 교체비용을 줄일 수 있다.

스마트 탄약고 구축 사업을 수명관리가 가능한 탄약고로 확대할 필요가 있는데, 탄약고의 온·습도 등 저장환경자료를 계속 수집하여 관리함으로서 수명 예측이 가능해질 것이다.

고가의 유도탄은 운용하는 제대의 장비 및 저장고, 탄약부대 저장시설 등 관련 환경, 운용 및 정비 관련 정형/ 비정형 데이터를 수집하여 분석하는 빅데이터 시스템을 그림 12와 같이 구축하는게 바람직 하다[13].

유도탄 수명예측을 위해 MEMS(Micro-Electro Mechanical Systems) 기반 유도탄 센서데이터 수집장치와 탄약 고의온습도 등의 자료를 수집하는 체계를 우선 구축하고 수집된 데이터를 기초로 진단 알고리즘을 개발해야 한다.

예측된 데이터의 탐색적 자료분석을 위해 데이터 속성별 예측 데이터를 전처리하여 통합 DB를 활용한 AI 기반의 잔존수명 및 정비, 보급 수요를 예측한다.

(그림 12) 유도탄 및 고가탄약 Data 관리시스템

(Figure 12) Data manage system of missile and expensive ammo

무기체계별 개발된 시스템을 국방 군수 빅데이터 수집 및 분석체계와 국방군수통합정보체계와 통합/연동하여다 차원 분석을 실시함으로서 군에서 필요한 예지 및 예측의 총수명주기관리가 가능하게 될 것이다.

5.4 기대효과

탄약물류 분야에 스마트 첨단 기술을 도입하여 물류 혁신을 할 경우 효율성, 탄약 신뢰성 보장, 예산절감, 안전사고 감소, 작전 지속능력 보장 등 많은 면에서 큰 효과가 있을 것으로 판단된다.

첫째, 전시 전투부대가 요구하는 시기에 요구하는 물량을 신속하게 지원함으로서 작전지속능력을 보장함과 아울러 필요로 한 물량만 보급함으로서 탄약 확보예산을 절감할 수 있다.

둘째, 유도탄 및 주요 탄종에 대한 개체별로 수명 예측이 가능해짐으로 사격시 불발 감소는 물론 사격에 다른 탄약 신뢰성을 보장할 수 있다.

셋째, 탄약부대 현장 업무 자동화 및 디지털화로 재작업 감소는 물론 저장공간 효율적 관리로 적은 인원을 탄약 관리가 가능해 지면서 많은 비효율적 요소를 개선할 수 있다.

넷째, 탄약물류 특성상 인력에 의한 취급이 반드시 수반되는데 자동화 물류 도입으로 장병들의 근골격계 질환 예방이 가능해 진다.

6. 결론 및 제언

탄약물류체계는 군이 핵심체계임에도 불구하고 부족한 탄약 확보와 평시 임무인 저장관리에 치중함으로 인해 물류 측면의 발전이 다른 군수품이나 민간 물류 수준에 비해 매우 낙후된 수준이다.

본 연구를 통해 제시된 스마트탄약물류 시스템의 목표와 비전, 세부 구축과제를 통해 현장 중심의 탄약 물류시스템을 단계별, 점증적으로 구축할 경우 낙후된 탄약 물류의 수준을 향상시킬 수 있을 것이다.

그동안 탄약물류는 물자나 수리부속을 저장하는 물류창고에는 첨단 물류기술을 도입하는데 이견이 없어 쉽게 도입 및 적용하고 있지만 탄약물류에 어떤 첨단 물류기술을 어떻게 도입해야 하는지?와 광범위한 지역에 인프라를 어떻게 구축해야 하는지 등 구축 방향에 대해 이견이 다수 존재하였다.

금번 연구를 통해 제시된 내용은 많은 사례 중에 탄약 물류에 적용이 가능한 사례와 기술들이며 이를 바탕으로 탄약 물류시스템 구축 방향과 내용을 보다 구체화하여 제시하였다.

향후 탄약물류관련 BPR/ISP, 적용시험, 추가 연구 등을 통해 탄약물류에 적용이 가능한 구체적인 방법과 내용을 정립하여 시스템을 도입하면 물류시스템의 완성도는 더욱 높을 것으로 사료된다.