3. 연구결과
3.3 연구사례 조사 결과
가. 빅데이터를 활용한 업무상질병 코호트 구축 연구
1) 연구개요
윤진하 등(2017)은 직업병의 특성을 밝히고 예방을 위하여 특정한 집단군과 대조 군을 구분하여 직업코호트를 구축하고 집단 간의 건강정보를 비교하였다. 직업병의 특징은 질병과 직업성 유해인자에 대한 노출의 인과관계가 있어야 하며, 노동에 종 사한 인구집단과 그렇지 않은 집단 간의 발병 확률의 차이가 있는 데 있다. 이 연 구에서는 동일한 직업성 유해인자에 노출되는 직업집단과 그렇지 않은 직업집단 간 의 직업특성을 연구하기 위하여 국민건강보험공단의 ‘국민건강정보데이터’를 이용하 였다.
국민건강정보데이터는 ‘자격 및 보험료 데이터’, ‘진료내역 데이터’, ‘건강검진데 이터’, ‘의료급여 데이터’ 및 ‘노인장기요양 데이터’로 구분되어 건강보험 및 의료급 여권자 전체의 진료명세서, 진료내역, 상병내역, 처방전 내역 등 약 50여개 항목으 로 구성되어 있다. 2002년부터 연구자료 취합(2015년 기준)까지 2002년 47,851,928명(남자 23,993,697명, 여자 23,858,231명)의 정보구축을 시작하여 매 년 업데이트되고 있다. 연구진은 이 데이터 중 분석 가능한 변수를 구분하고 직업 코호트를 구축하였다.(그림 3-2) 구축된 직업코호트와 비교하기 위한 대조군으로는 직업에 따른 유해인자 노출이 가장 적을 것으로 판단되는 공립학교 교사집단을 선 정하고 조사 대상군과 대조군 간의 질병현황을 분석하여 대상군의 업무상 질병 위 험성을 연구하였다.
[그림 3-2] 국민건강보험공단 빅데이터를 활용한 코호트 체계
자료 : 빅데이터 기반 직업코호트 구축을 통한 질병 발생 연구(산업안전보건연구원)
2) 연구결과
연구결과 반도체 및 디스플레이 등 화학물질 취급이 많은 산업, 작업장 내 오염 물질 수준이 높은 타이어 제조산업, 분진노출 작업자 등을 대상으로 직업병 예방을 위한 코호트 구축 방법, 발생위험 직업군 및 건강영향 등을 분석하였다. 연구진은 현재 국민건강보험공단의 데이터를 이용한 제한점으로 개인의 직종과 직무에 관한 데이터가 포함되어 있지 않은 점을 지적하였다.
또한 연구진은 빅데이터를 이용한 코호트의 활용방안으로 직업 및 산업분류와 직 업관련 질환의 연관관계 분석, 사업장별 직업관련 질환 분석 및 맞춤형 건강관리, 유해화학물질 및 화학사고 이후 추적조사 등을 제안하였다. 세부 업종별로는 반도 체 및 디스플레이 등 화학물질 취급이 많은 산업, 작업장 내 오염물질 수준이 높은 타이어 제조산업, 분진노출 작업자 등을 대상으로 직업병 예방을 위한 코호트 구축 방법, 발생위험 직업군 및 건강영향 등을 분석하였다. 연구결과 일부 직업군이 대조 군에 비해 업무관련성 질환 발생위험이 높은 것을 발견하였으나 연구 제한점을 고 려하여 직접적인 위험성을 지적하는 것보다는 향후 연구를 위한 현재 데이터 구성 에 대한 개선방향에 대하여 주로 언급하였다. 연구진에 따른 국민건강보험공단의 데이터를 이용한 제한점으로는 개인의 직종과 직무에 관한 데이터가 포함되어 있지 않은 점 등이다. 향후 건강보험자료에 직업에 관한 사항이 추가된다면 국민 건강연 구에 더욱 효과적인 데이터로 사용이 가능할 것으로 판단된다.
나. 스마트센서를 이용한 화학물질 모니터링 연구
1) 연구개요
다양한 종류의 센서 가운데 최근 활용도가 높아지는 MEMS 센서 등이 점차 소형 화되고 대량생산이 가능해 짐에 따라 스마트센서개발이 활발해지고 있다. 스마트센 서란 하나 또는 그 이상의 센서 모듈이 하나의 전자기판에 연결되어 신호나 데이터 처리, 전원 관리, 입출력 관리 등이 가능한 센서를 말한다. 대부분 스마트센서는 유 선 또는 무선을 통한 인터넷 통신이 가능하다. 기능측면에서 볼 때 스마트센서는 자기 보정기능(Self-calibration) 및 자체 점검기능(Self-health evaluation)이 가능하다.
최근에는 센서의 소형화 다기능화 등이 연구되고 있다. 에너지 저장 모듈(Energy storage module)은 동전형 배터리 또는 충전 가능한 배터리를 포함하여 나머지 모 듈에 전력을 공급하는 장치이다. 최근에는 장치에서 발생되는 열이나 진동을 에너 지로 전환시켜 사용하거나 ‘Power by air’라는 이름으로 통신신호의 일부를 에너지 로 전환하여 사용하는 기술이 관심을 받고 있다. 통신 모듈(Communication module)은 통상적으로 라디오파 방식으로 감지된 신호를 통신시스템을 통해 인터 넷 또는 클라우드 허브에 보내는 부분이다. 다양한 통신 프로토콜과 장비간의 운용 기준을 충족하기 위하여 고도의 기술이 필요한 부분으로 스마트센서와 사물인터넷 구성에 있어서 가장 어려운 부분으로 불리고 있다. 전원/데이터 관리 모듈 (Power/Data management module)은 센서 모듈에서 수집된 정보를 저장 또는 송 출하고 각 모듈에 필요한 에너지를 공급하는 부분이다. 수집된 센싱 자료를 확인·검 토하고 통신 모듈에 보내기 전에 변환하는 등의 처리와 에너지 모듈에서 공급된 전 력을 필요한 부분에 보내는 등 다양한 기능을 수행한다. 스마트센서의 기본구성 및 주요 구성예시는 [그림 3-3]과 같다.
[그림 3-3] 일반적인 스마트센서 구성도
2) 연구내용
2014년 미국 산업위생협회(American Industrial Hygiene Association, 이하 AIHA)에서는 미래 산업보건분야에 영향력이 클 것으로 생각되는 기술과 트랜드를 평가하고 빠르게 발전하고 있는 센서 기술(the rapidly changing world of sensing) 중요하고 가치있는 연구분야로 정의했다. 이를 위해 AIHA에서는 2015년 ‘센서 기 술을 통한 노동자 건강보호(Protecting Worker Health through Sensor
AIHA에서는 산업보건업무 담당자, 관련학과 교수 등을 대상으로 센서 발전필 요분야, 요구, 애로사항 등에 대하여 설문조사를 실시하였다. 총 867명이 응답했으 며 이중 684건의 답변자료를 분석하였다. 본 조사에서는 센서를 사용한 화학물질 감지시스템 구축을 위한 주요 내용을 소개한다. 먼저 센서를 활용한 모니터링의 적 용실태에 대하여 파악하였다. 설문조사 결과 현재 센서를 사용한 모니터링은 화학 물질(에어로졸, 폭발성/부식성 물질 등), 미세먼지, 물리적 인자(소음, 진동, 인간공 학적 인자 등), 방사능, 생물학적 인자 등의 순으로 적용되어 있는 것으로 나타났다.
다음으로 현재 센서기술 수준에 대한 평가 결과, 기술의 발전이 가장 필요한 부분 에 대한 조사 결과, 정확도/특이도/신뢰도(Accuracy/Specificity/Reliability), 사용 및 교정 편이성(Ease of Use/Calibration), 이동성/착용성(Portability/Wearability), 내구성(Durability), 자료 수집/분석(Data Collection/Analysis), 낮은 비용(Lower Cost), 노출기준 측정 적합성(Suitability for OEL), 대체 용이성(Suitability as Surrogate), 보급률(Coverage), 교육훈련(Training Required) 등의 순으로 나타났다.
[그림 3-4] 센서 기술 개발 필요분야 조사결과
또한 향후 센서기술을 활용한 유해인자 모니터링에 대한 애로사항도 조사되었다.
먼저 현재 부족한 기술력을 보완하고 센서에 대한 인식도를 향상시키기 위한 자금 지원(Funding), 센서에 대한 전반적인 지식, 인지도 향상 등이 시급한 것으로 나타 났다. 다음으로는 새로운 센서와 장비들에 대한 신뢰도 평가기술, 시스템 등이 필요 한 것으로 나타났다.
[그림 3-5] 센서 기술 적용에 대한 장애요인 조사결과
[그림 3-6] 스마트센서를 이용한 작업환경 관리 개념도
다. 가상물리시스템(CPS)를 활용한 화학공장 안전확보
1) 개요
화학공업은 산업발전의 획기적인 계기가 되었으며 산업구조를 근대화 시킴으로써
으로 가동되고 있다.
하지만 기술인력의 고령화 등의 인적 문제와 대형 설비의 가동 연한이 경과됨에 따라 화학공장에서는 설비의 효율적 가동과 안전성 확보 등을 위하여 정보통신기술 을 도입하고 있다. 이 중 대표적인 것이 가상물리시스템(Cyber-physical system) 이다. 가상물리시스템이란 기존 공장자동화에 인공지능 개념이 접목된 것으로, 개별 설비들이 정보를 측정하여 교환하며, 상호 독립적으로 작동하는 것을 통합하는 시 스템이다. 이를 가상의 공간(Cyber)에 설치된 설비들에게 학습시켜 정보를 검토하 고 추론하여 최적화 시킨다. 컴퓨터 프로그램이 만든 디지털 환경 속에서 도출된 대안이 현실의 문제점을 해결하여 설비 가동의 최적화와 이를 통한 안전한 작업환 경 구현에 활용되는 것이다.
2) 연구내용
Wise Guy Report(2017)에 따르면 CPS의 시장규모는 매년 급속히 성장하여 2021 년에는 81억 달러에 달할 것이라고 예측된다. 이는 2016년 46억 달러인 시장규모에 서 약 1.7배 증가된 것이다. 문일 등은 선진국의 여러 기업에서 출시한 CPS제품들 을 검토하여 장단점 등을 비교하였다.
언급된 기존 출시된 제품은 미국 허니웰 사의 ‘Uniformance’와 ‘Connected performance services’, 노르웨이 DNV-GL 선급 ‘Veracity’, 미국 GE 사의
‘Predix’, 독일 Simense사의 ‘Mindsphere’ 등이다. 미국 GE사의 ‘Predix’는 GE의 오랜 제조업 운영의 경험을 살려 다양한 현장 데이터를 함께 제공해주는 클라우드, 분석용 소프트웨어 등이 통합된 오픈 소스 플랫폼이다. 미국 허니웰 사의
‘Connected performance services’는 화학공장 도메인 특화 정보를 가장 많이 가 지고 있는 업체 중 하나라는 특징을 잘 살린 제품이다. 설비 고장으로 인한 공장 가동 중지시간의 증가, 다양한 설비의 상호 부조화로 인한 가동율 저하, 운영 및 보 수 인력 문제, 에너지와 배출가스 문제 등을 해결하기 위해 가상물리시스템의 데이 터 분석기능을 최대한 활용하였다.
동 연구의 저자들은 이러한 4차 산업혁명 기술이 적용되면 열교환기, 펌프, 반응 기 등 화학공장의 주요 설비들이 서로 정보를 주고받으며 효율적으로 가동되고 고 장이나 이상반응 등의 문제가 발생되기 전이 사전해결이 가능해져서 화재 폭발 등 안전사고의 발생도 저감될 것으로 보고 있다.