2020년도 기계산업핵심기술개발사업 신규지원 대상과제 안내문

- 첨단기계 -

□  ’20년 신규지원 대상과제

○ 공고예산 : 151억원

○ 신규지원 대상과제(RFP/품목) : 18개

사업분야	순번	과제명	주관기관	’20년 지원규모 (억원)	총 수행기간 (개월)	기술료	과제유형			과제특징
							가	나	다
첨단기계 (제조기반생산시스템)	1	차세대 배기규제 만족을 위한 산업기계용 1L급 디젤엔진 개발	제한없음	9	33	징수	일반	혁신제품	품목지정
	2	토공작업 자동화를 위한 자동화 굴착기-트럭 운영 시스템 기술 개발	제한없음	8	45	징수	일반	혁신제품	품목지정	표준연계
	3	안전사고 방지를 위한 굴착기용 지능형 안전감시 시스템 개발	중소·중견기업	7.5	33	징수	일반	혁신제품	품목지정	표준연계
	4	중대형 굴착기용 전자식 메인 컨트롤밸브 개발	제한없음	12	33	징수	일반	혁신제품	지정공모
	5	5∼8톤급 휠 굴착기용 가변 용량형 사축식 주행모터 개발	중소·중견기업	10	33	징수	일반	혁신제품	지정공모	경쟁형 R&D
	6	디스플레이/반도체 공정장비용 1.3 × 10-8 mbar 이하 초고진공 터보분자펌프 기술 개발	중소·중견기업	18	33	징수	일반	혁신제품	지정공모	표준연계
	7	±3℃ 이내 온도 제어가 가능한 친환경 항온 챔버 기술개발	중소·중견기업	9	33	징수	일반	혁신제품	품목지정
	8	자동화 토공작업용 스마트 건설기계를 위한 실시간 3D 드론 측량기술 개발	제한없음	7	45	징수	일반	혁신제품	품목지정
	9	20톤급 굴착기용 직구동식 전자제어 메인 유압펌프 기술 개발	기업	7	45	징수	일반	혁신제품	품목지정
	10	건설기계 유압작동유 실시간 오염도 검침을 위한 지능형 센서모듈	제한없음	7	33	징수	일반	혁신제품	품목지정
	11	스마트 건설기계 운영을 위한 고속 네트워크 시스템 기술개발	제한없음	8	45	징수	일반	혁신제품	품목지정	표준연계
	12	14톤급 자율작업 굴착기용 지능형 틸트로테이터 기술	중소·중견기업	7	33	징수	일반	혁신제품	품목지정	표준연계
	13	승강기 가용시간 증가를 위한 운영 및 관리 서비스 기술개발	기업	7	33	징수	일반	혁신제품	품목지정
	14	오픈 플랫폼형 트랙터 자동 변속기의 구동모듈 및 제어기술 개발	제한없음	8	45	징수	일반	혁신제품	품목지정	표준연계
첨단기계 (제조기반생산시스템)	15	소량 냉매사용 및 냉온수 동시생산이 가능한 산업용 히트펌프 기술	제한없음	7	45	징수	일반	혁신제품	품목지정
	16	레벨 3 자율작업 트랙터용 개방형 통합제어 시스템 기술개발	제한없음	7	33	징수	일반	혁신제품	품목지정	표준연계
	17	24kW급 초고효율 친환경 가스보일러 가습 연소 기술	중소·중견기업	5.5	45	징수	일반	혁신제품	품목지정
	18	50kW급 입형 다단 스마트 소방펌프 시스템 개발	중소·중견기업	7	33	징수	일반	혁신제품	품목지정

* 지원대상 과제별 과제제안요구서(RFP) 및 품목은 하단 내용 참조

* 과제제안요구서(RFP) 및 품목 내용의 총사업비 및 총수행기간은 평가위원회에서 조정 가능함

[첨부1] 기계산업핵심기술개발사업(첨단기계) 지원 대상 RFP/품목

[첨부2] 기계산업핵심기술개발사업(첨단기계) 신규과제 실무작업반 명단

[첨부1] 기계산업핵심기술개발사업(첨단기계) 지원 대상 RFP/품목

관리번호

스마트산업기계-첨단기계-01

산업

기술

분류

중분류Ⅰ

중분류Ⅱ

과제성격

□ 원천기술   ■ 혁신제품

산업/일반기계

농업기계

융합유형

□ 산업고도화형  □ 사회문제해결형  □ 신산업(시장)창출형  ■ 해당없음

해당여부

□ 특허연계    □ 표준연계   □ 디자인연계    □ 글로벌협력형 R&D

□ 경쟁형 R&D □ 기획경쟁   □ 경진대회형    □ 규제개선

품목명

차세대 배기규제 만족을 위한 산업기계용 1L급 디젤엔진 개발

(TRL :  [시작] 5단계 〜 [종료] 7단계)

1. 개념 및 정의

□ 개념

ㅇ 수입에 의존하는 1리터급 건설·농업용 기계에 활용되며 차세대 배기규제에 대응할 수 있는 소형 기계식 디젤엔진으로서 소형 농기계 및 다목적 차량 등에 적용될 수 있도록 엔진블록의 강도가 견고하면서도 탑재에 용이한 구조가 필요함

- 가격 경쟁력 확보를 위해 하나의 블록으로 다양한 출력 및 토크를 대응할 수 있도록 공용화 전략이 고려되어야 함

- 다양한 장비에 탑재 가능한 엔진본체 소형화, 공용화 설계기술 및 핵심부품 레이아웃 최적화

- 글로벌 배기규제 강화(Stage V) 대응 연소계 설계기술 및 동력·연비 최적화

- 소형 디젤엔진용 기계식 고압 연료공급펌프, 인젝터 및 인젝터 등 국산화 개발

□ 개발결과의 활용방안

ㅇ 25마력급 미만 동력원이 요구되는 산업용 기계제품군에 소요되는 엔진

- 농업용: 트랙터, 작업기계

- 건설기계용: 소형 굴삭기, 스키드 로더, 크레인

- 선박/발전기용: 소형 선박 주기, 소형 열병합 발전기

□ 핵심 목표 성능

핵심 성능지표		단위	달성목표
1	출력	PS	≤25
2	배기량	L	0.8, 1.2
3	공용화 부품 국산화1)	건	≥3
4	배기규제		EU Stage V (NTE 포함)

1) 각 엔진에 활용할 수 있는 기계식 연료분사계, 베어링, 연료펌프 등

2. 국내외 기술 동향

□ 국내 기술개발 동향

ㅇ 19kW 이상 일반 산업용 엔진은 Stage 5 배기규제 대응을 위한 전자식 엔진용 연소효율 향상 및 후처리 기술이 국내 업체 중심으로 진행되고 있음

ㅇ 농기계용은 대동공업, 국제기계 및 LS엠트론에서 소형 기계식 디젤엔진 중심으로 개발 및 생산을 하고 있으나, 상용화 및 사업화 실적이 저조한 상황임

ㅇ 25마력(19kW) 미만 엔진의 경우 배기규제 수준이 고출력 엔진에 비해 낮아 기계식 자연흡기 엔진으로도 후처리 없이 현재 배기규제 대응 가능하나, 탑재성 향상을 위한 소형화, 공용화 및 원가 부분에서 해외 제품에 열세 임

ㅇ 엔진을 구성하는 핵심 요소부품(연료펌프 등)의 수입에 의존 하고 있음

□ 국외 기술개발 동향

ㅇ 전자식 디젤엔진의 경우 Cummins, Deutz, John Deere, Kohler, Perkins 등 북미 및 유럽 선도업체들 중심으로 Stage 5 대응 엔진 출시단계이며, 산업용 하이브리드 엔진 등 신기술 개발도 활발히 이루어지고 있음

ㅇ 기계식 소형 디젤엔진의 경우 Kubota, Yanmar, Iseki, Shibaura, Mitsubishi사와 같은 일본기업 중심으로 1리터급 소형디젤엔진을 보유하고 있으며, 자체 장비(트랙터 등)에 탑재하여 수출하거나 엔진 단품으로 공급하고 있음

3. 지원 필요성

□ 기술적 지원필요성

ㅇ 공용화, 효율 및 가격 경쟁력이 확보된 배기규제 대응 엔진기술 필요

- 소형 디젤엔진용 인젝션 펌프 등 핵심부품 기술의 국내 부재에 따라 높은 해외 의존도를 개선하기 위하여 독자기술 확보를 통한 국산화 개발이 요구됨

- 농기계 및 건설기계는 작업조건의 변화폭이 매우 커서, 다양한 장비의 탑재 조건을 사전에 고려하여 공용화 및 모듈화가 가능한 엔진 설계기술이 필요

- 한 기종의 엔진으로 다양한 장비에 대응 가능하므로 다양한 탑재 기술도 개발하는 것이 필요 함

□ 경제적 지원필요성

ㅇ 국내 농기계용 엔진은 40~70마력 대 엔진개발이 이루어져 왔으며, 25마력급 소형 기계식 디젤엔진의 수입 의존도가 높아 연간 약 2만대를 수입하고 있음

ㅇ 25마력급 소형 기계식 디젤 엔진 수입대체 및 수출 증대를 통해 해외 시장 점유율 확대 필요

- 1리터급 소형엔진을 개발하면 수입 대체와 다양한 산업기계에 대한 용도개발을 통해 다양한 해외 수출시장 창출이 가능

ㅇ 경제적 파급효과

- 수입대체 효과 (5년) : 2,000억원 예상

4. 지원기간/예산/추진체계

ㅇ 기간 : 33개월 이내 (1차년도 : 9개월, 2차년도 : 12개월, 3차년도 : 12개월)

ㅇ 정부출연금 : ‘20년 9억원 이내(총 정부출연금 50억원 이내)

ㅇ 주관기관 : 제한없음(2개 이상 수요기업 참여)

ㅇ 기술료 징수여부 : 징수

관리번호

스마트산업기계-첨단기계-02

산업

기술

분류

중분류Ⅰ

중분류Ⅱ

과제성격

□ 원천기술   ■ 혁신제품

산업/일반기계

융합유형

□ 산업고도화형  □ 사회문제해결형  □ 신산업(시장)창출형  ■ 해당없음

해당여부

□ 특허연계    ■ 표준연계   □ 디자인연계    □ 글로벌협력형 R&D

□ 경쟁형 R&D □ 기획경쟁   □ 경진대회형    □ 규제개선

품목명

토공작업 자동화를 위한 자동화 굴착기-트럭 운영 시스템 기술 개발

(TRL :  [시작] 4단계 〜 [종료] 7단계)

1. 개념 및 정의

□ 개념

ㅇ 자동화 굴착기를 활용하여 굴착기-트럭을 활용하는 단위 토공작업의 생산성과 작업 안전성을 높이기 위한 자동화 토공작업 운영 솔루션 개발로서, 굴착기-트럭이 협업하는 단위 토공작업에서 장비의 상대 최적위치, 작업순서 및 자동화 굴착기의 작업계획 등 최적 작업 시나리오를 도출하여 장비가 실제 토공작업을 단독 및 협업 수행하도록 통신*으로 연결하여 관리하는 장비 운영솔루션 기술

* ‘스마트 건설기계 운영을 위한 고속 네트워크 시스템 기술개발’의 통신시스템과 연계

- 토공작업에서 최종 완공도면과 측량을 통해 입수한 지형을 비교하여 작업량(절삭/상차 토사량, 절삭 깊이 등)을 산출하는 기술

- 자동화 굴착기의 작업 순서 및 단계별 절삭량 등을 예측하여 작업 결과(소요 연료, 작업 시간 등)를 예측하여 최적의 작업 시나리오를 도출하는 기술

* 예: 굴착기 절토나 터파기 작업 시행시 최적연비 모드 vs. 최단작업시간 모드 도출

- 굴착기-트럭 협업작업에서 개별 장비의 현황(위치, 작업 진도 등)을 실시간으로 파악하고 안전하고 효율적으로 작업을 설계, 지령 및 모니터링 하는 기술

* 예: 목표 대비 굴착량/굴착 깊이, 트럭 적재용량 대비 상차 중량, 대기 차량 유무 등

- 소규모 토공현장에서 운영 가능한 경제적인 운영 시스템 개발하여, 다양한 토공작업에 대한 표준 작업 환경을 설계, 구축하고 실제 효과를 실증

□ 개발결과의 활용방안

ㅇ 건설장비 및 연관 기계의 개별 장비 단독 및 군집 운영에 활용

- 건설기계: 휠로더, 덤프트럭, 도저 등 다양한 장비의 개별 및 군집운영에 활용

- 농기계: 콤바인, 트랙터 등 농업기계의 개별 및 군집운영에 활용

- 산업차량: 자율 작업 지게차의 플릿 제어

□ 핵심 목표 성능

핵심 성능지표		단위	달성목표
1	작업 자동화율1)	%	≥ 70
2	최적 협업작업 시나리오2)	건	≥ 4
3	토공 작업 생산성 향상3)	%	≥ 20
4	협업제어 동시운영 장비 수	대	≥ 2
5	국제표준화 활동	건	국제표준화기구(ISO/IEC/JTC1) 1건 이상 기고발표

1) 굴착기 단위시간(예: 1日) 작업(단독 및 트럭 협업) 중 자동기능 사용시간 비율로 자동화 작업 이후 자동작업 시공에 대한 마무리를 위한 후공정 수동 작업시간이 5%미만인 자동화 작업.

2) 표준작업 모드별 연비 최적화 및 작업시간 최소화를 위한 협업작업 방안 도출

3) 토공 표준작업에 대해 운영솔루션 적용 유/무에 따른 생산성 향상으로, 단위는 시간당 작업량 또는 단위 연료당 작업량으로 평가

2. 국내외 기술 동향

□ 국내 기술개발 동향

ㅇ 국내 굴착기 제조업체는 운영지원 서비스를 위한 텔레매틱스 기술을 개발하여 활용하고 있음

- 두산인프라코어 DoosanCONNECT(’14년), 현대건설기계 Hi-Mate(’10년)

- 장비 위치 파악, 가동 정보 및 이상 징후 진단 등 모니터링 중심

- 굴착기 업체는 MG 굴삭기는 양산하고 있으며, MC 굴착기는 양산예정

□ 국외 기술개발 동향

ㅇ 일본, 미국을 중심으로 건설공사장의 다양한 건설기계를 연결, 지능화된 협업으로 작업을 자동화, 최적화하는 플릿 운영 서비스 산업이 본격 형성 중

- 고마츠(日)는 건설기계와 토공시공기술 융합한 Smart Construction 발표(’15년), 측량, 시공도면 3D화, 리스크 분석 및 시공계획 시뮬레이션 등 서비스 제공

* NTT, SAP 등과 협력, 건설 프로세스 전체 연결하는 플랫폼 LANDLOG 개발

- CAT(미국)은 장비 위치 및 작동 현황 파악, 성능 최적화, 안전 경고 등 종합 운영 관리를 위한 Connect 서비스 제공 중

- CAT(미국)과 Trimble은 공동 투자 회사 Sitech를 설립하여 다양한 텔레메틱스 기술은 물론 다양한 건설 장비 제어 솔루션 및 운영 솔루션을 출시함

3. 지원 필요성

□ 기술적 지원필요성

ㅇ 건설기계 산업에서는 건설현장에서 생산성과 안전성을 높이기 위한 건설자동화 기술이 핵심 경쟁력으로 인식되고 있어 산업경쟁력의 지속적인 확보를 위해 국내 기술 확보가 필요함

- 선진업체는 대규모 장비군을 효율적으로 운영할 수 있는 플랫폼 기술개발을 추진 중이나, 국내업체는 단순 위치관제 중심의 운영관리 서비스를 제공 중

- 3D 머신컨트롤은 다중구배 사면 등 복잡한 작업도 단순 굴착기 조작으로 구현되나, 굴착기 조작 전에 안전 및 생산성 측면에서 고숙련 작업자의 작업설계와 같은 사전계획이 필요함

- 건설기계의 단순 자동화 기능보다는 이러한 기능을 활용하여 최적 작업의 계획 및 실행을 통한 생산성 향상이 스마트 장비 핵심 경쟁력이 될 것임

□ 경제적 지원필요성

ㅇ 협업 운영 기술은 건설장비의 글로벌 경쟁력 확보에 중요한 요소로 부각 중

- 수요 산업인 건설 산업에서 공사 발주처들은 개별 장비의 성능뿐만 아니라 작업장 전체의 작업효율을 극대화할 수 있는 장비 및 운영 솔루션을 선호함

ㅇ 소규모 토공현장에서도 적용 가능한 컴팩트하고 전용화된 최적화된 운영 솔루션 개발을 통해 스마트 건설장비의 시장 진입을 촉진할 수 있음

- 개별 작업의 최적화 및 이종 장비 협업 솔루션 개발시 스마트 건설장비 도입의 효과를 극대화할 수 있어 스마트 건설장비의 시장확산을 촉진할 것임

□ 정부/정책적 지원필요성

ㅇ 굴착기, 트럭 등 이종 장비간 협업을 위해 이해관계의 조정과 협력이 필요함

- 품목별, 제조사별, 소관부서(산업부, 국토부) 등 다양한 이해관계자가 참여하여 통신 규격, 안전관리 등 세부 사항을 조율하는데 정책적 지원이 필요함

4. 지원기간/예산/추진체계

ㅇ 기간 : 45개월 이내 (1차년도 : 9개월, 2차년도 : 12개월, 3차년도 : 12개월, 4차년도 : 12개월)

ㅇ 정부출연금 : ‘20년 8억원 이내(총 정부출연금 50억원 이내)

ㅇ 주관기관 : 제한없음

ㅇ 기술료 징수여부 : 징수

※ 동 RFP는 표준연계 과제로 국제표준화기구(ISO/IEC/JTC1)에 기고발표하는 것을 원칙(표준화 목표수립)으로 하며 상세내용은 표준화 동향 보고서(별첨) 참고

관리번호

스마트산업기계-첨단기계-03

산업

기술

분류

중분류Ⅰ

중분류Ⅱ

과제성격

□ 원천기술   ■ 혁신제품

산업/일반기계

건설기계

융합유형

□ 산업고도화형  □ 사회문제해결형  □ 신산업(시장)창출형  ■ 해당없음

해당여부

□ 특허연계    ■ 표준연계   □ 디자인연계    □ 글로벌협력형 R&D

□ 경쟁형 R&D □ 기획경쟁   □ 경진대회형    □ 규제개선

품목명

안전사고 방지를 위한 굴착기용 지능형 안전감시 시스템 개발

(TRL :  [시작] 4단계 〜 [종료] 7단계)

1. 개념 및 정의

□ 개념

ㅇ 굴착기 작업 중 발생 가능한 안전사고(충돌, 전도) 예방을 위해 굴착기에 장착하여 작업과정 중 작업자 및 시설물에 대한 충돌상황 감지, 사고방지가 가능한 지능형 안전대응 시스템 기술

- 공사현장의 다양한 환경(주야간, 안개, 우천 등)에서 인식정확도 확보를 위한 이종센서(카메라, 라이다 등) 융합 기술, 안전판단을 위한 실시간 처리속도 확보 및 사용자 어플리케이션 등 개발

ㅇ 개발 내용

- 굴착기의 운용(굴착, 선회, 이동 등) 환경에서 사고방지를 위한 불특정 장애물의 全방위 인지(정지/이동 객체의 위치, 거리 등) 및 클러스터링 기술

- 인공지능을 활용한 사고발생 가능성 판단 및 예측 기술

- 센서 정보계측, 안전성 판단 및 경고알람 등의 신호처리를 위한 제어장치 개발

* 시스템 작동 신뢰성 확보 및 분진, 연무, 강우, 강설 등 건설현장의 다양한 작업/기후 환경에서 안정적 운용을 위한 설계 반영

* 굴착기 초기 장착(비포마켓), 또는 옵션 제품화(애프터마켓) 가능한 형태, 건설기계 자동화 기능과 연계 가능한 모듈 타입

- 안전시스템 상용화 촉진을 위한 환경인지 및 안전도 판단 시험평가 기준 개발

□ 개발결과의 활용방안

ㅇ 지능형 첨단기계의 안전 시스템

- 건설기계(굴착기, 휠로더, 지게차, 크레인 등), 농기계(트랙터, 스키드로더, 이앙기 등), 산업기계 및 산업장비 등의 환경인지 및 안전사고 방지 시스템

ㅇ 애프터마켓용 안전지원 시스템

- 건설토공, 농·임업, 항만/물류 현장 등의 작업현장 안전 모니터링 시스템 등

□ 핵심 목표 성능

핵심 성능지표		단위	달성목표
1	감지(수평) 범위1)	m	≥ 20
2	안전 감지 정확도2)	%	≥ 99
3	성능기준 및 시험규격3)	건	≥ 3
4	국제표준화 활동	건	국제표준화기구(ISO/IEC/JTC1) 1건 이상 기고발표

1) 장애물의 감지 가능 범위(중형급 굴착기의 최대굴삭반경 : 약 17m)

2) 감지 범위 내 500*500*1000[mm] 크기(성인 기준, 파지를 위해 숙인 경우)의 불특정 장애물의 감지, 오인식 여부 판단(예 : 감지한 대상 수/분포 장애물 수)

3) 시험평가 기준, 단체 표준 등

2. 국내외 기술 동향

□ 국내 기술개발 동향

ㅇ (이미지넥스트) ’14년 국내 최초로 어라운드뷰어(AVM)를 개발하여 무인 굴착기에 적용, 장비주변 360도 실시간 모니터링으로 경로 및 장애물 판단 가능

ㅇ (현대엔지니어링) 건설업체 최초로 전국 33개 건설현장에 ICT 기술 기반의 ‘장비접근경보시스템’을 도입하여 안전 관리를 강화함

ㅇ (영신디엔씨) 건설기계 4면에 카메라를 창작하여 차량 주변 360도 모니터링과 작업자 감지 시 강제중단이 가능한 중장비 안전사고 예방 솔루션 개발

ㅇ (현대건설기계) 엔진상태를 원격 진단할 수 있는 관리시스템(Hi-MATE)을 개발하여 엔진부품의 이상 여부와 문제 해결방안에 대한 리포트를 실시간 확인

ㅇ (두산인프라코어) ICT를 기반으로 건설장비의 가동정보를 원격으로 모니터링하는 관리솔루션(DoosanConnect)을 출시하여 글로벌 서비스 제공

□ 국외 기술개발 동향

ㅇ (SICK, 獨) 정밀한 중·장거리 스캐닝 데이터 제공으로 작업환경 인지 및 안전사고 방지용의 다양한 2D/3D 라이다(Lidar) 및 비전센서 제품군 출시

ㅇ (HOKUYO, 日) 단·중거리 작업영역의 지면 스캐닝과 장비 주변 장애물의 탐지가 가능한 다양한 2D/3D 라이다(Lidar) 센서모듈 등을 출시

ㅇ (KANAMOTO, HAGIWARA, 日) 스테레오비전, TOF 센서를 이용한 작업자 감지 모듈을 개발하였고, AI를 기반으로 주변 작업자 인지 및 거리정보 제공

ㅇ (LIEBHERR, 獨) 안전사고 방지를 위해 후방의 영상센서로 사람과 사물을 인지하고, 위험 감지시 경고 알람을 제공하는 지능형 안전보조 시스템 개발

ㅇ 실내 작업용 지게차 및 크레인에서 레이저 및 LED 조명 등을 이용하여 충돌위험 경고신호를 보낼 수 있는 능동적 충돌방지 장치가 활용되고 있음

3. 지원 필요성

□ 기술적 지원필요성

ㅇ 굴착기 자동화 기술이 증가함에 따라 이와 연계된 지능형 안전기술 개발 필요

- 일본 건설기계 업체들이 자동화 건설기계를 활용한 스마트 건설을 기반으로 건설 생산성 및 안전성 향상에 대한 연구를 주도 함

* 기존의 건설기계 안전장치는 운전자가 모니터의 영상정보를 보고, 판단하며 작업하도록 지원해주는 수준의 수동적인 안전시스템으로 작업지연 및 사고발생 가능성이 높은 문제가 있음

- 기존 초음파 센서 방식은 건설환경의 비산먼지나 작업물 등으로 인해 잦은 오작동이 발생되어 실제 사용률이 저조함

- 또한, 개인 휴대용 태그를 이용한 안전시스템(충돌·협착 사고 방지 등)은 국내에서 연 1만대 가량 판매 중이나 태그 미소지자, 장애물 등에 대한 대처 불가

□ 사회적 지원필요성

ㅇ 건설현장 인력의 노령화로 인한 안전사고 발생 가능성은 높아지고 있음

- ’18년 국내 건설업 사망자 수(485명)는 전년보다 4%가량 감소(506명)했지만, 전체 산업 사망자(971명)의 절반 이상으로 리스크 관리 시급

□ 경제적 지원필요성

ㅇ 국내외적으로 건설현장의 안전관리 수준이 높아짐에 따라 건설기계의 안전사고 방지 요구에 따른 수요는 급격히 증대하고 있음

- 비정형 환경에서 대형 장비를 운영하는 건설현장의 특성상 건설기계의 안전사고 방지에 대한 중요성은 널리 인식되고 있음

□ 정부/정책적 지원필요성

ㅇ 국내외 건설현장에서의 안전정책은 강화되고 있음

- 국내 건설현장 안전시스템 도입 의무화 및 대규모 직영공사 위주로 도입 활성화 중으로 지능형/안전형 솔루션 시장의 지속적 성장

- 국내에서도 ’19년까지 500억 원 이상 공공 건설현장에 IoT 기반의 실시간 현장관리 시스템 도입 의무화 발표

4. 지원기간/예산/추진체계

ㅇ 기간 : 33개월 이내 (1차년도 : 9개월, 2차년도 : 12개월, 3차년도 : 12개월)

ㅇ 정부출연금 : ‘20년 7.5억원 이내 (총 정부출연금 30억원 이내)

ㅇ 주관기관 : 중소·중견기업

ㅇ 기술료 징수여부 : 징수

※ 동 RFP는 표준연계 과제로 국제표준화기구(ISO/IEC/JTC1)에 기고발표하는 것을 원칙(표준화 목표수립)으로 하며 상세내용은 표준화 동향 보고서(별첨) 참고

관리번호

스마트산업기계-첨단기계-04

산업

기술

분류

중분류Ⅰ

중분류Ⅱ

과제성격

□ 원천기술   ■ 혁신제품

산업/일반기계

융합유형

□ 산업고도화형  □ 사회문제해결형  □ 신산업(시장)창출형  ■ 해당없음

해당여부

□ 특허연계    □ 표준연계   □ 디자인연계    □ 글로벌협력형 R&D

□ 경쟁형 R&D □ 기획경쟁   □ 경진대회형    □ 규제개선

도전성·

혁신성

□ 상    ■ 중    □ 하

과제명

중대형 굴착기용 전자식 메인 컨트롤밸브 개발

(TRL :  [시작] 6단계 〜 [종료] 8단계)

1. 개념 및 정의

ㅇ 굴착기의 유압펌프로부터 전달되는 고압의 작동유를 제어하여 작업기의 운동방향 및 속도, 압력을 제어하기 위한 중대형 굴착기용 전자식 메인 컨트롤 밸브로 수요기업의 요구사항을 만족할 수 있도록 2종의 부품개발을 추진

- 최대 압력 380 kgf/cm2, 최대 유량 300 lpm, 전자제어 옵션 모듈*을 구비한 30톤급 굴착기용 전자제어 메인 컨트롤밸브

- 최대 압력 350 kgf/cm2, 최대 유량 500 lpm, 전자제어 옵션 모듈*을 구비한 48톤급 굴착기용 전자제어 메인 컨트롤밸브

* 굴착기의 전자제어 기능 구현을 위해 기계식 메인 컨트롤밸브에 옵션블록으로 추가하여 메인 컨트롤밸브의 파일롯 압력을 제어 할 수 있는 전자비례감압밸브 모듈

2. 연구목표 및 내용

□ 최종 목표

ㅇ 중대형 굴착기용 전자식 메인 컨트롤 밸브 2종 개발

- 전자식 메인컨트롤 밸브 유압회로 및 요소부품* 설계

- 모노블록 컨트롤밸브 고압 주물 소재 및 열처리 기술 개발

- 개별 컨트롤 밸브에 적합한 중대형 굴착기 실차 성능튜닝 기술 개발

- 내구 신뢰성 검증 및 평가 기술 개발

* 전자제어옵션 밸브의 요소부품인 전자비례감압밸브는 본 과제의 개발범위에서 제외

ㅇ 정량적 목표

핵심 기술/제품 성능지표			단위	달성목표	국내최고 수준	세계최고수준 (보유국, 기업/기관명)
1	밸브 종류	30톤급	kgf/cm2	≥380	370	380 (日, KYB)
			lpm	≥300	300	300 (日, KYB)
2		48톤급	kgf/cm2	≥350	330	350 (日, KYB)
			lpm	≥500	500	500 (日, KYB)
3	공통 성능 특성	스풀 누유량1)	cc/min	≤100	-	100
4		응답성	mSec	≤100	150	100
5		내구수명	hr	≥B5 10,000	-	B5 10,000 (日, KYB)

1) 작동압력 150 kgf/cm2 에서 측정

□  개발 내용

ㅇ 굴착기용 메인컨트롤 밸브 국산화 개발에 필요한 全공정의 기술 개발

- 유압회로 설계 및 유동해석, 요소부품 개발, 고압용 주물 소재 및 가공 기술, 신뢰성 평가 및 성능검증 기술

ㅇ 적용대상 굴착기의 연비 및 작업 성능을 최적화하기 위한 메인컨트롤 밸브 실차성능 튜닝 기술 개발

- 적용대상 굴착기의 부하 및 작업특성을 고려하여 유압에너지 손실을 저감하고 주행 및 작업기의 제어성능을 최적화하기 위한 밸브 튜닝 기술개발

□ TRL 핵심기술요소(CTE)

핵심 기술요소			최종단계	생산수준 또는 결과물	시험평가 환경
1	30톤급	기계식 메인컨트롤밸브	8	30톤급 기계식 메인컨트롤 밸브 개발품 해석결과 및 설계도면, 성능 및 내구시험 성적서	30톤급 메인컨트롤 밸브 단품 성능 및 내구 시험 벤치 30톤급 중대형 굴착기 실차 적용 평가
		전자식 메인컨트롤밸브	8	30톤급 전자식 메인컨트롤 밸브 개발품 해석결과 및 설계도면, 성능 및 내구시험 성적서	30톤급 전자식 메인컨트롤 밸브 단품성능 및 내구시험 벤치 30톤급 중대형 굴착기 실차 적용 평가
2	48톤급	기계식 메인컨트롤밸브	8	48톤급 기계식 메인컨트롤 밸브 개발품 해석결과 및 설계도면, 성능 및 내구시험 성적서	48톤급 메인컨트롤 밸브 단품 성능 및 내구 시험 벤치 48톤급 중대형 굴착기 실차 적용 평가
		전자식 메인컨트롤밸브	8	48톤급 전자식 메인컨트롤 밸브 개발품 해석결과 및 설계도면, 성능 및 내구시험 성적서	48톤급 전자식 메인컨트롤 밸브 단품성능 및 내구시험 벤치 48톤급 중대형 굴착기 실차 적용 평가

3. 국내외 기술 동향

ㅇ 국내기술 동향

- 굴착기 3사 (두산, 현대, 볼보) 에서 메인 컨트롤밸브 설계 및 성능튜닝 기술을 보유하여 일부기종에 대해 자체개발 및 OEM 메인 컨트롤 밸브를 적용중임

- 부품회사 중에서는 두산모트롤, 파커한일, 현대코어모션, 유압사랑 등이 굴착기용 메인컨트롤 밸브 생산 및 설계 기술을 보유하고 있으며, 씨제이, 캐스코드 등에서 메인컨트롤 밸브용 주물 소재 기술을 보유하고 있음.

* 중소형 굴삭기의 컨트롤 밸브는 두산인프라코어는 50%, 현대 건설기계는 10%, 볼보건설기계는 20%정도를 일본에서 수입, 대형은 독일에서 일부 수입

ㅇ 국외기술 동향

- 중대형은 가와사키(日), 가야바(日) 및 도시바(日), 렉스로스(獨), 소형은 일본의 나브테스코(日)가 지속적으로 신제품을 개발하여 국내 및 글로벌 시장에 공급

- 전자비례감압밸브(EPPRV)는 Rexroth(獨) 및 Thomas Magnet(美) 등 다양한 해외 업체가 생산

4. 지원 필요성

□ 기술적 지원필요성

ㅇ 높은 제어성능이 요구되는 중대형 굴착기용 메인컨트롤 밸브는 수입 의존도가 높은 품목이며, 굴착기의 성능 및 연비를 결정하는 핵심 부품으로서 국산화 개발이 필요 함

ㅇ 메인 컨트롤밸브는 굴착기, 휠로더, 지게차, 트랙터 등 다양한 산업기계에 수요가 있는 품목이며, 타 산업에 사용하는 컨트롤 밸브 대비 굴착기용 메인컨트롤 밸브는 개발 난이도가 높아 국산화 기술 확보시 파급효과가 높은 기술임.

□ 경제적 지원필요성

ㅇ 굴착기는 국내 건설기계 생산의 53%를 차지하는 건설기계 대표기종이며, 한국은 미국, 일본에 이은 세계 3대 굴착기 생산국임

ㅇ 건설기계는 국내 생산량의 75% 이상을 해외시장에 수출하는 수출 주도형 산업이며, 고령화 및 노동인구의 감소에 따라 향후 자동화 및 지능형 산업기계 시장이 급속하게 성장할 것으로 예상됨

□ 정부/정책적 지원필요성

ㅇ 국내 컨트롤밸브는 중소업체에서 주로 생산하고 있으며 다양한 제조·설계 공정(소재, 가공, 설계, 튜닝)에 걸쳐 고도의 기술개발이 필요

ㅇ 고령화 사회로 인한 작업 생산성 저하와 안전사고 발생에 대비하여 건설기계 자동화 및 자동화에 필요한 부품개발에 대한 정책적 지원이 필요

5. 활용방안 및 기대효과

□ 활용방안

ㅇ 30톤 및 48톤급 중대형 굴착기용 기계식 및 전자식 메인컨트롤 밸브로 활용

ㅇ 지게차와 같은 산업기계 및 유압을 사용하는 건설기계의 컨트롤밸브에 활용

□ 기술적 기대효과

ㅇ 타 굴착기 및 건설기계 메인 컨트롤 밸브의 국산화를 위한 기반 기술 확보

ㅇ 메인컨트롤 밸브의 생산에 필요한 다양한 기계기술 know-how 축적

6. 지원기간/예산/추진체계

ㅇ 기간 : 33개월 이내(1차년도 : 9개월, 2차년도 : 12개월, 3차년도 : 12개월)

ㅇ 정부출연금 : ‘20년 12억원 이내(총 정부출연금 60억원 이내)

ㅇ 주관기관 : 제한없음(건설기계 수요기업 참여필수)

ㅇ 기술료 징수여부 : 징수

관리번호

스마트산업기계-첨단기계-05

산업

기술

분류

중분류Ⅰ

중분류Ⅱ

과제성격

□ 원천기술   ■ 혁신제품

산업/일반기계

융합유형

□ 산업고도화형  □ 사회문제해결형  □ 신산업(시장)창출형  ■ 해당없음

해당여부

□ 특허연계    □ 표준연계   □ 디자인연계    □ 글로벌협력형 R&D

■ 경쟁형 R&D □ 기획경쟁   □ 경진대회형    □ 규제개선

도전성·

혁신성

■ 상    □ 중    □ 하

과제명

5~8톤급 휠 굴착기용 가변 용량형 사축식 주행모터 개발

(TRL :  [시작] 5단계 〜 [종료] 7단계)

1. 개념 및 정의

ㅇ 수입에 의존하고 있는 5~8톤급 휠 굴착기용 사축식 주행모터의 국산화를 위해, 부하에 따른 배제용적 가변 제어 기능이 구비된 사축식 유압모터 개발 및 실차 상용화 적용을 위한 신뢰성 검증

2. 연구목표 및 내용

□ 최종 목표

ㅇ 5~8톤급 휠 굴착기용 80cc/rev급 가변 용량형 사축식 주행모터 개발

- 고속, 고압, 고효율 작동을 위한 사축식 주행모터 설계

- 습동부 소재, 열처리 및 구면부 정밀 가공 등을 포함한 제작

ㅇ 부하에 따른 배제용적 가변 제어를 위한 사축 제어

ㅇ 사축식 주행모터 신뢰성 평가 및 시험평가

ㅇ 정량적 목표

핵심 기술/제품 성능지표		단위	달성목표	국내최고 수준	세계최고수준 (보유국, 기업/기관명)
1	최대 용량	cc/rev	≥80	-	80 (Rexroth, 독일)
2	최대 압력	MPa	≥42	-	42 (Rexroth, 독일)
3	최고 속도	rev/min	≥3,900	-	3,900 (Rexroth, 독일)

□ 개발 내용

ㅇ 고속, 고압, 고효율 작동을 위한 사축식 주행모터 설계 및 생산기술 개발

- 고속, 고압, 고효율 작동을 위한 모터 로터리 핵심 부품설계 및 해석기술

- 주요 습동부 소재, 열처리 및 구면부 정밀 가공 기술

ㅇ 부하에 따른 배제용적 가변 제어를 위한 사축제어 기술 개발

- 연속 가변 용량 제어를 위한 사축 레귤레이터 구조 설계 및 해석 기술

- 회전속도 및 부하압력에 따른 사축 레귤레이터 부하 감응 성능 최적화 기술

ㅇ 사축식 주행모터 신뢰성 평가 및 실차 성능 최적화 기술 개발

- 신뢰성 평가를 위한 시험 방안 도출

- 성능, 내구, 안전, 환경 등 주행모터 신뢰성 시험평가

□ TRL 핵심기술요소(CTE)

핵심 기술요소		최종단계	생산수준 또는 결과물	시험평가 환경
1	사축식 주행모터	7	사축식 주행모터 시작품 설계도 및 성능분석서 신뢰성 시험평가 성적서	성능내구시험벤치
2	사축 제어부	7	사축 레귤레이터 시작품 설계도 및 성능분석서 신뢰성 시험평가 성적서	성능내구시험벤치

3. 국내외 기술 동향

ㅇ 국내 기술 동향

- 중대형급 크롤러 굴착기용 주행 유닛은 주행 감속기 및 주행 모터의 조합으로 구성되며, 주행 모터는 1-2속 절환 기구가 구비된 사판식 모터로 국산화 개발 완료 및 상용화 적용 중임

- 5~8톤급 휠 굴착기는 국내 기업(두산인프라코어, 현대건설기계 등)에서 생산하고 있으나, 사축식 주행모터는 전량 수입하여 사용하며 국산화 개발은 전무함

- Uchida(日)를 인수한 Rexroth(獨)로부터 수입하여 사용.

ㅇ 국외 기술 동향

- 5~8톤급 휠 굴착기용 사축식 주행 모터는 선진사 3사(Rexroth(獨), Eaton(美), Parker(美))가 상용화 개발 완료하여 세계 시장에 공급하고 있음

4. 지원 필요성

□ 기술적 지원필요성

ㅇ 수입 의존도 및 국내 수요량이 높은 소형 굴착기용 사축식 주행모터의 국산화 개발을 통한 기술 자립화

- 현재 국내 굴착기 완성차 기업은 소형급 굴착기용 사축식 주행모터를 전량 수입하여 사용하고 있음

- 사축식 모터는 사판식 모터 대비 상대적으로 고압, 고속 작동에 사용되므로 소재, 열처리, 코팅, 가공 등 정밀 제작 기술 및 상용화를 위한 높은 신뢰성 확보 기술이 필요함

□ 경제적 지원필요성

ㅇ 소형급 굴착기용 사축식 주행모터 국산화를 통해 국내 유압 장치 산업 육성 및 수출 경쟁력 확보

- 국내 굴착기 및 유압부품 제조사와 공동으로 상용화 제품개발을 통해 수요가 확산되고 있는 소형 굴삭기용 핵심부품 자립화 및 상생 협력 생태계 육성

- 국내 굴착기 완성차에 대한 공급실적을 바탕으로 중국과 같은 후발 국가에 대한 수출 기회 확대

- 도시화에 따른 국내외 시장의 소형급 굴착기 수요증대에 대응하기 위해 핵심 부품의 국산화 개발 및 국내 자립 생산 공급이 필요함

□ 정부/정책적 지원필요성

ㅇ 건설기계 산업은 수출 주도적인 산업이므로 국내 핵심 부품업체 등 관련 산업의 지속적인 사업유지 및 경쟁력 강화가 필요함

ㅇ 글로벌 시장에서 건설기계산업의 경쟁력을 확보하기 위해서는 핵심 유압부품에 대한 고압화·고속화·고효율화를 위해 지속적으로 기술개발이 필요

- 부품 기업이 중소기업이 주류를 이루고 있는 산업의 제조 생태계상 산·학·연의 융합연구를 위한 정부 지원이 필요함

5. 활용방안 및 기대효과

□ 활용방안

ㅇ 휠 타입 건설기계 및 산업기계용 주행 모터

ㅇ 농기계용 트랙터 주행구동 모터

ㅇ 해양선박용 크레인 윈치 모터

ㅇ그 외 고속, 고압 운전이 요구되는 유압모터 적용 제품군

□ 기술적 기대효과

ㅇ 사축식 주행 모터 관련 설계, 해석, 제작, 시험평가 등 전주기 기술 확보

ㅇ 고속, 고압, 고효율 작동을 위한 사축식 주행 모터 국산화 및 기술 자립도 확보

□ 경제적 기대효과

ㅇ 국내 굴착기 완성차 가격 경쟁력 및 핵심 유압 부품 수출 경쟁력 확보

ㅇ 국내 굴착기 완성차 제조사의 사축식 주행 모터 국산품 대체를 통한 외화 절감

ㅇ 관련 부품 산업 국내 활성화를 통한 고용 증대

6. 지원기간/예산/추진체계

ㅇ 기간 : 33개월 이내 (1차년도 : 9개월, 2차년도 : 12개월, 3차년도 : 12개월)

※ 경쟁형 R&D방식으로 1차년도 최대 2개 컨소시엄 지원
1차년도 연차평가를 통해 2∼3차년도 수행할 1개 컨소시엄 선정

ㅇ 정부출연금 : 과제당 ‘20년 5억원 이내(총 정부출연금 30억원 이내)

ㅇ 주관기관 : 중소·중견기업

ㅇ 기술료 징수여부 : 징수

관리번호

스마트산업기계-첨단기계-06

산업

기술

분류

중분류Ⅰ

중분류Ⅱ

과제성격

□ 원천기술   ■ 혁신제품

산업/일반기계

융합유형

■ 산업고도화형  □ 사회문제해결형  □ 신산업(시장)창출형  □ 해당없음

해당여부

□ 특허연계    ■ 표준연계   □ 디자인연계    □ 글로벌협력형 R&D

□ 경쟁형 R&D □ 기획경쟁   □ 경진대회형    □ 규제개선

도전성·

혁신성

□ 상    ■ 중    □ 하

과제명

디스플레이/반도체 공정장비용 1.3 × 10-8 mbar 이하

초고진공 터보분자펌프 기술 개발

(TRL :  [시작] 4단계 〜 [종료] 7단계)

1. 개념 및 정의

ㅇ 반도체 및 디스플레이 공정장비에 필요한 1.3 × 10-8 mbar 이하의 고진공을 만들기 위해 다단의 블레이드 로터를 자기부상 베어링을 활용하여 고속 회전시켜 기체 분자를 배기하는 디지털 제어 방식의 터보분자펌프의 상품화 기술 개발 및 실증형 연구

- 고진공 터보식 분자펌프 성능평가 기술 및 인프라 구축

- 수요공정의 실공정 환경을 모사한 내구 실증

2. 연구목표 및 내용

□ 최종 목표

ㅇ 고진공 터보 분자펌프 상용화 개발을 위한 성능평가 및 실증 기술 개발

ㅇ VG250 이하, 2,500 L/s, 1.3 x 10-9 mbar급 중소형 초고진공 터보분자펌프의 상품화 모델 개발 및 실공정 적용 실증

ㅇ VG300 이상, 4,000 L/s, 1.3 x 10-8 mbar급 대용량 고진공 자기부상형 터보분자펌프 개발

□ 정량적 목표

핵심 기술/제품 성능지표			단위	달성목표	국내최고 수준	세계최고수준 (보유국, 기업/기관명)
1	중용량 초고진공 터보분자펌프 상용화 실증1)	도달진공도	mbar	≤1.3 × 10-9	-	1.3 × 10-9 이하 (일본, SHIMADZU)
		배기속도(N2)	L/s	≥2,500	-	2,500 이상 (일본, SHIMADZU)
		가속시간	min	≤12	-	12 이하 (일본, SHIMADZU)
2	대용량 고진공 터보분자펌프 기술 개발2)	도달진공도	mbar	≤1.3 × 10-8	-	1.3 × 10-8 이하 (일본, SHIMADZU)
		배기속도(N2)	L/s	≥4,000		4,000 이상 (일본, SHIMADZU)
		가속시간	min	≤18		18 이하 (일본, SHIMADZU)
3	속도 제어1),2)		%	25% ~ 100%	-	25% ~ 100% (일본, SHIMADZU)
4	연속 운전 시간1),2)		day	≥45	-
5	공정 실증 시험3)		건	≥1건	-
6	신뢰성 및 성능평가 시스템 구축4)		종	≥5종	-
7	국제표준화 활동		건	1건 (국제표준화기구(ISO/IEC/JTC1) 1건 이상 기고발표)	-	-

1) 중용량 초고진공 터보분자펌프 상용화 실증 과제 목표

2) 대용량 고진공 터보분자펌프 기술 개발 과제 목표

3) Etch, CVD 등 수요공정 또는 유사환경에서의 실증 운전 시험

4) 도달진공도, 배기속도, 가속시간, 소음, 진동 등 시제품의 성능을 평가할 수 있는 평가 장치

□  개발 내용

ㅇ 고진공 터보 분자펌프 상용화 개발을 위한 성능평가 및 실증 기술 개발

- 수요산업(반도체, 디스플레)의 사용환경을 고려한 고진공 터보식 분자펌프 성능평가 기술 및 신뢰성 평가

- 터보분자펌프 성능평가를 위한 국내표준을 제정

- 수요공정의 실공정 환경(Etch, CVD 등)을 고려한 개발 제품의 실증

- 실 공정장비에 터보펌프 적용방안 도출

ㅇ 중소용량 초고진공 터보분자펌프 상품화 실증

- VG250 이하, 2,500 L/s(N2)급 도달 진공도 1.3 x 10-9 mbar의 자기부상형 터보분자펌프의 상용화 모델 개발

- 핵심 기계 부품 및 디지털 제어 시스템이 일체화된 양산화 모델 확보

- 상위 공정 연계 통합 운용 시스템 개발

- Etch, CVD 장비 등 수요공정과 등가환경에서 개발제품 상품화 실증

ㅇ 대용량 고진공 터보분자펌프 기술 개발

- VG300 이상, 4,000 L/s(N2)급, 도달진공도 1.3 x 10-8 mbar의 스마트 제어형 터보분자펌프의 로터 블레이드 회전체 및 구조체 설계기술

- 자기부상형 구동, 디지털 제어 및 상위공정 연계 제어시스템 개발

- 기계구조부 및 제어부가 일체화된 상품화 모델의 신뢰성 성능 평가 및 실증

□ TRL 핵심기술요소(CTE)

핵심 기술요소		최종단계	생산수준 또는 결과물	시험평가 환경
1	중소용량 초고진공 터보분자펌프 신뢰성 확보	7	중소용량 터보분자펌프 제품화	신뢰성 성능평가 수요공정 유사환경 상품화 실증
2	대용량 고진공 자기베어링 터보분자펌프 기술개발	7	구조 설계 및 자기베어링 적용 터보분자펌프 시제품 및 제품화	신뢰성 성능평가 수요공정 유사환경 상품화 실증

3. 국내외 기술 동향

ㅇ 국내 기술 동향

- ㈜제일진공이 정부지원 과제*를 통해 중소용량 초고진공 터보분자펌프 제품개발에는 성공했으나, 실증 미비로 상품화에 이르지는 못함

* 초고속 복합분자펌프 기술개발(’08.12.∼’13.09, TRL 5)

- ㈜엘오티베큠은 정부지원 과제*를 통해 대용량 고진공 터보분자펌프 시제품 개발 진행 중

* Hybrid형 자기베어링 구조의 대용량 터보분자펌프 개발(’18.11∼’20.10., TRL 4)

ㅇ 국외 기술 동향

- 기존의 반도체, 디스플레이, 태양전지 등 전자 디바이스 제조용 시장도 증가추세이며 의료, 로봇, 정밀 측정 등으로 그 활용분야가 확대되고 있음

- Edwards(스웨덴)는 중진공 및 고진공 영역의 진공펌프에 대한 핵심기술과 제품군을 대부분 보유하고 있으며, 약 40~50% 수준의 세계시장 점유율을 확보.

- 일본 기업인 Ebara, Kashiyama, Shimadzu, Seiko Seiki, Osaka 등도 건식진공펌프 및 고진공 터보분자펌프 제품군과 기술을 보유

4. 지원 필요성

□ 기술적 지원필요성

ㅇ 국내에서는 기존의 연구개발 사업을 통해 자기베어링을 이용한 터보분자펌프 시제품 단위의 기술수준 일부 확보하였으나 사용화 개발은 하지 못함

ㅇ 상품화를 실증을 통한 신뢰성 확보와 양산설계를 통한 가격경쟁력 확보 필요

ㅇ 국내 시장 대부분을 점유하고 있는 외국 기업들의 연구소 등은 본국에 위치하며 기술개발이 이루어지고 있어 핵심기술에 대한 습득이 어려움

□ 경제적 지원필요성

ㅇ 고진공 터보분자펌프와 관련된 전세계 시장규모는 1.4조 원 수준이며, 국내 시장규모는 4천억 원 수준으로 전량 수입에 의존

ㅇ 세이코세이키(日), 시마쯔(日), 울박(日), 에드워드(英), 레이볼트(獨) 등과 같은 선진사에서 본 고진공 터보분자펌프 기술을 독점하고 있음

□ 정부/정책적 지원필요성

ㅇ 국내 기술 보유 업체와 연구기관의 협력을 통해 전량 수입에 의존하고 있는 반도체/디스플레이 제조장비용 고진공 터보분자펌프의 국내 개발이 필요

ㅇ 국내 관련 기업들의 경우 대부분 중소기업 규모로 고진공펌프의 주요 시장인 반도체 공정 등 첨단 산업분야에서 요구되는 높은 신뢰성을 지니는 제품 개발과 신뢰성 확보에 대한 위험부담성이 높아 정책적 지원 필요

5. 활용방안 및 기대효과

□ 활용방안

ㅇ 반도체 및 디스플레이 제조공정 중 CVD, 에칭, 스퍼터링 및 Load-lock/ Transfer 챔버 등에 신규적용 및 주기적인 유지보수용으로 활용

□ 기술적 기대효과

ㅇ 초전도, 극저온 냉동기, 베어링, 고속회전체, 정밀가공, 희박기체 기술 등의 관련 분야로의 기술 파급

□ 경제적 기대효과

ㅇ 초고진공펌프 기술은 미국, 일본 및 일부 유럽국가에서 독점해 온 기술이며, 기술이전을 회피한 부품으로 국산화로 인한 수입단가 인하 예상

□ 기타 사회․문화적 측면의 기대효과 및 파급효과

ㅇ 수입에 의존하던 가공장비 부품의 국산화로 인해 부품 제작 업체에서도 국산화 개발을 위한 전문 인력 양성 및 고용창출

6. 지원기간/예산/추진체계

ㅇ 기간 : 33개월 이내 (1차년도 : 9개월, 2차년도 : 12개월, 3차년도 : 12개월)

ㅇ 정부출연금 : ‘20년 18억원 이내(총 정부출연금 60억원 이내)

ㅇ 주관기관 : 중소·중견기업(진공 성능평가 공인기관 참여필수)

ㅇ 기술료 징수여부 : 징수

※ 동 RFP는 표준연계 과제로 국제표준화기구(ISO/IEC/JTC1)에 기고발표하는 것을 원칙(표준화 목표수립)으로 하며 상세내용은 표준화 동향 보고서(별첨) 참고

관리번호

스마트산업기계-첨단기계-07

산업

기술

분류

중분류Ⅰ

중분류Ⅱ

과제성격

□ 원천기술   ■ 혁신제품

산업/일반기계

융합유형

■ 산업고도화형  □ 사회문제해결형  □ 신산업(시장)창출형  □ 해당없음

해당여부

□ 특허연계    □ 표준연계   □ 디자인연계    □ 글로벌협력형 R&D

□ 경쟁형 R&D □ 기획경쟁   □ 경진대회형    □ 규제개선

품목명

±3℃ 이내 온도 제어가 가능한 친환경 항온 챔버 기술개발

(TRL :  [시작] 5단계 〜 [종료] 7단계)

1. 개념 및 정의

□ 개념

ㅇ 반도체 後공정에서 반도체 성능평가용 Burn-in* 챔버의 온도 범위(-40℃ ∼ +150℃) 및 균일도 향상을 위한 고속·정밀 항온챔버 개발기술

* Burn-in: 고온의 환경에서 반도체 소자 임계값에 가까운 전압을 인가해 불량을 검출하는 과정

ㅇ 글로벌 환경 규제에 대응하기 위한 Low GWP 냉매를 활용한 친환경 냉동 사이클 개발기술

- Low GWP(HFO계) 냉매 기반의 반도체 burn-in 챔버용 친환경 냉동 시스템 설계 기술

- 챔버 내 온도 변화 분석 및 예측을 통한 냉동시스템-팬 연계 온도 제어 기술

□ 개발결과의 활용방안

ㅇ각종 연구 및 산업분야의 정밀 온도제어 시스템

- 반도체 후공정 테스트 장비의 온도제어 챔버

- 화학분야 반응성 연구 온도제어 챔버

- 바이오산업 배양기 및 기타 실험을 위한 온도제어 챔버

- 기타 각종 IT산업 기기 환경시험 챔버

□ 핵심 목표 성능

핵심 성능지표1)		단위	달성목표
1	챔버 크기	m3	≥ 10
2	챔버 내부 발열제어	kW	≥ 9
3	챔버내 온도 균일도2)	℃	≤ ±3
4	온도 상승/하강률	℃/min	≥ 3.6/3.4

1) 성능지표는 내부 발열부하 조건(#2)에서의 성능지표 임.

2) 챔버 내의 온도를 목표 온도로 안정화 시키는데 필요한 최대 시간은 온도 상승 및 하강율(#4) 이내의 시간에서 조건을 충족시킴.

2. 국내외 기술 동향

□ 국내 기술개발 동향

ㅇ 기업, 대학 중심으로 온도 제어 범위 및 균일도 향상을 위한 기초연구 수행

- 냉매 순환과 펠티어 소자를 조합하는 등의 새로운 온도제어 시스템 개발 연구가 있었으나, 실용화 되지는 못함.

- 가열부/냉각부의 순차적 배치를 통한 송풍시스템 설계, 챔버 공간 분리를 통한 온도 제어 시스템 연구를 수행하였으나, 아직 실용화를 위한 추가 연구가 필요한 실정.

ㅇ 국내 기업의 burn-in 챔버는 아직 해외 선진 기업과 비교할 때, 온도 범위 및 균일도의 향상이 필요함

- 국내 기업의 burn-in 챔버의 작동 온도 범위는 - 40℃ ~ 125℃ 정도이나, 지속적으로 기술개발을 통해 온도범위와 온도 균일도를 높이고자 하고 있음.

□ 국외 기술개발 동향

ㅇ 기업들을 중심으로 burn-in 챔버에 대해 매우 다양한 형태의 온도제어 연구를 수행

- 모듈 형태의 burn-in 챔버 유닛, 독립 히터 제어 설계, 개별 유로 제어 등 다양한 온도제어 방식이 제안되어 왔음.

- 다양한 아이디어들은 특허로 등록되었으며, 실제 시스템에 적용되기도 하며 온도제어의 성능 향상을 가져옴.

ㅇ 해외 선진 기업의 burn-in 챔버는 국내 장비와 비교해 더 넓은 범위의 온도에서 테스트를 수행할 수 있음.

- 해외 선진 기업의 제품은 - 40℃ ~ 150℃의 온도 범위로서 국내 제품보다 더 넓은 온도 범위에서 하나의 장비로 테스트가 가능하기 때문에 시간과 비용을 크게 절약할 수 있음.

3. 지원 필요성

□ 기술적 지원필요성

ㅇ 반도체 burn-in 챔버는 반도체 제조 後공정 중 가장 최종의 단계에서 필수적인 장비로, burn-in 챔버의 성능에 따라서 발생하는 시간과 비용이 크게 달라지게 됨.

ㅇ 국내의 반도체 테스트 장비 기술 수준은 해외 선도기업과 비교해 80% 수준으로 충분히 격차를 좁힐 수 있는 수준.

ㅇ 국내 반도체 제조 기업의 기본 기술역량 확보로, 반도체 테스트 장비 국산화 및 점유율 증대에 유리한 위치에 있음.

ㅇ Hi-technology의 집약체인 반도체 burn-in 챔버 기술은 다양한 분야로 적용이 용이하여 파급효과가 큼.

□ 경제적 지원필요성

ㅇ ‘17년 기준, 반도체 burn-in 챔버와 같은 반도체 테스트 장비 시장은 반도체 제조 後처리 공정장비 시장 중 가장 큰 규모인 41억 8,000만 달러이며, ’23년 예상 시장 규모도 85억 2,000만 달러로 가장 큼.

- ‘17년 기준, 반도체 테스트 장비 시장에서 우리나라는 불과 12%의 낮음 점유율을 보임.

ㅇ 반도체 시험 장비시장은 미국 Teradyne과 일본 Advantest가 80% 이상을 차지하고 있으며, 높은 해외 반도체 시험장비 의존도는 반도체 가격 경쟁력을 높이는데 불리하게 작용함.

ㅇ 해외의 공정 장비 구매 및 특허 이용료 등으로 발생하는 비용을 줄여 시장경쟁력을 더욱 강화해야 함.

□ 정부/정책적 지원필요성

ㅇ 반도체 제조장비 중 해외 의존도가 높고, 시장 규모가 큰 반도체 테스트 장비의 국산화가 시급함.

ㅇ 해외 기업들의 반도체 제조 기술 상향 평준화가 이루어지면서 점차 원가 경쟁력이 중요해짐.

ㅇ 시장의 규모가 크면서, 어느 정도 기술력을 갖추고 있는 반도체 burn-in 챔버에 대한 집중 투자를 통해 국내 burn-in 챔버의 성능 향상이 요구됨.

4. 지원기간/예산/추진체계

ㅇ 기간 : 33개월 이내 (1차년도 : 9개월, 2차년도 : 12개월, 3차년도 : 12개월)

ㅇ 정부출연금 : ‘20년 9억원 이내(총 정부출연금 40억원 이내)

ㅇ 주관기관 : 중소·중견기업

ㅇ 기술료 징수여부 : 징수

관리번호

스마트산업기계-첨단기계-08

산업

기술

분류

중분류Ⅰ

중분류Ⅱ

과제성격

□ 원천기술   ■ 혁신제품

산업/일반기계

융합유형

□ 산업고도화형  □ 사회문제해결형  □ 신산업(시장)창출형  ■ 해당없음

해당여부

□ 특허연계    □ 표준연계   □ 디자인연계    □ 글로벌협력형 R&D

□ 경쟁형 R&D □ 기획경쟁   □ 경진대회형    □ 규제개선

품목명

자동화 토공작업용 스마트 건설기계를 위한

실시간 3D 드론 측량기술 개발

(TRL :  [시작] 4단계 〜 [종료] 7단계)

1. 개념 및 정의

□ 개념

ㅇ 시공 중인 건설현장의 지형을 수시로 측정하기 위해 드론을 활용하는 측량 기술로, 드론에 장착된 측량장치에 의해 지표면을 정밀하게 측정하고 실시간으로 분석하여 스마트 건설기계의 작업계획 수립 및 진척상황을 확인하기 위한 드론 어태치 측량모듈

- 토공 건설현장의 실시간 3D 지표면 측량이 가능한 센서, 지상 기지와 통신* 및 대용량 데이터 저장 기능으로 구성된 드론 장착형 측량 모듈

* ‘스마트 건설기계 운영을 위한 고속 네트워크 시스템 기술개발’의 통신시스템과 연동

- 라이다, 네트워크 RTK, 비전 등 센서 융합을 활용한 위치오차 7cm 이하 고정밀 점군 획득 기술

- 사용자 친화형 원클릭 후처리 및 2시간 이내 지형데이터를 생성할 수 있는 고속 후처리 S/W 기술

- 스마트 건설기계(자동화 굴삭기 등)의 측정 정보와 통합되어 플릿운영 시스템에서 디지털 지형지도로 변환할 수 있는 데이터 변환 S/W 기술

□ 개발결과의 활용방안

ㅇ 토목, 건축 등 건설현장의 실시간 현황 측량으로 자동화 건설기계의 생산성 향상 및 안전 작업장 모니터링 활용

ㅇ 4차 산업혁명의 스마트 건설기계 등 무인화 기술에 필수적인 효율적인 공정관리 및 지도 인트라 획득에 활용

□ 핵심 목표 성능

핵심 성능지표		단위	달성목표
1	측량 정밀도1)	cm	≤ 7
2	측량 결과 후처리 시간2)	hr	≤ 2

1) 측량기준점을 포함한 지역의 드론측량 결과, 생성된 지도상의 측량점과 해당 기준점과의 위치 오차 측정

2) 1대의 드론측량으로 측량 영역(최소 0.3 x 0.2 km2) 이상의 원시데이터 후처리, 항법보정을 포함하고 1)의 정밀도를 만족하는 점군지도 데이터 생성 시간

2. 국내외 기술 동향

ㅇ 국내 기술개발 동향

- ㈜공간정보 등에서 드론을 활용한 RGB 고해상도 카메라, 라이다 등을 활용하여 건설공정관리, 지적현황측량, 건축물 3D 모델링 기술 개발 및 상품화

- 국내 대학 및 기업(성균관대, 동방티씨에스 등)에서 드론측량 및 정보 가공을 통한 토공물량 산출 및 관리, BIM 데이터 연계 기술 개발 및 활용 서비스 제공

ㅇ 국외 기술개발 동향

- PhoenicxLidarSystems, YellowScan 등 드론 전용 MMS(Mobile Mapping System) 개발하여 세계 시장에 공급

* 드론 라이다 MMS 정밀도 3.3cm 이내로 처리소요 시간은 12시간 이상

- Topcon社 등에서 고정익, 회적익기의 무인비행과 카메라, 라이다를 이용한  표면 매핑 기술 및 서비스 제공

3. 지원 필요성

□ 기술적 지원필요성

ㅇ 건설 시공단계에 활용할 수 있는 디지털 지형정보는 초기 작업물량 계획 및 감리단계의 지형 정보와는 다른 지형오차 및 실시간 특성을 요구

- 전체 건설작업 영역이 아닌 스마트 건설기계의 작업주변에서의 지형정보 추출은 반복적인 작업으로 실시간으로 이루어져야 함

- 스마트 건설기계(자동화 굴착기, 플릿 운영 시스템 등)에 적합한 디지털 지형정보 데이터로의 변환 및 연계 SW와의 Seamless한 고속 처리 운영이 필요 함

□ 경제적 지원필요성

ㅇ 스마트 건설기계를 운영할 수 있는 운영 솔루션은 디지털 측량, 자동화 기계 및 운영 SW의 통합 서비스가 되어야 함

- 단위 운영 솔루션은 건설현장의 작업자들이 작업 현장에서 편리하게 사용할 수 있도록 전용화된 패키지 형태로 공급되어야 함

- 자동 측량으로 장비대기 시간을 축소하여 효율적인 작업관리로 경쟁력 있는 건설시공 역량확보

□ 정부/정책적 지원필요성

ㅇ 수요산업의 스마트 건설 산업화에 맞추어 시공단계에 스마트 건설기계 공급을 위한 디지털 측량, 자동화 시공 및 플릿 운영 시스템이 필요

- 자동화 건설기계의 활용성을 높이고, 자동화 기능을 확대하기 위해 자동화 건설기계에서 활용 가능한 디지털화된 측량정보가 필요 함

4. 지원기간/예산/추진체계

ㅇ 기간 : 45개월 이내 (1차년도 : 9개월, 2차년도 : 12개월, 3차년도 : 12개월, 4차년도 : 12개월)

ㅇ 정부출연금 : ‘20년 7억원 이내(총 정부출연금 40억원 이내)

ㅇ 주관기관 : 제한없음

ㅇ 기술료 징수여부 : 징수

관리번호

스마트산업기계-첨단기계-09

산업

기술

분류

중분류Ⅰ

중분류Ⅱ

과제성격

□ 원천기술   ■ 혁신제품

산업/일반기계

융합유형

□ 산업고도화형  □ 사회문제해결형  □ 신산업(시장)창출형  ■ 해당없음

해당여부

□ 특허연계    □ 표준연계   □ 디자인연계    □ 글로벌협력형 R&D

□ 경쟁형 R&D □ 기획경쟁   □ 경진대회형    □ 규제개선

품목명

20톤급 굴착기용 직구동식 전자제어 메인 유압펌프 기술 개발

(TRL :  [시작] 5단계 〜 [종료] 7단계)

1. 개념 및 정의

□ 개념

ㅇ 고도의 제어성능이 요구되는 차세대 자동화 굴착기에 요구되는 경사판 직구동형 전자제어식 메인 유압펌프* 개발 및 상용화를 위한 신뢰성 검증 기술

- 경사판 직구동형 전기 구동 장치(Direct Drive Motor) 및 제어기구 제작 기술

- 연비 효율 향상을 위한 부하 감응식 펌프 사판제어 기술

- 고속, 고압, 고효율 작동을 위한 메인 유압펌프 구조체의 설계 및 해석 기술

- 전자제어 메인 펌프 및 핵심 제어부품 신뢰성 평가 및 시험평가 기술

* 기존 굴착기 메인 컨트롤 밸브와 조합 구성될 수 있도록 Tandem형 구조이거나, 기존 굴착기에 적용이 가능할 경우 새로운 구조 채택 가능.

□ 개발결과의 활용방안

ㅇ 건설기계, 농기계 등 전자유압 시스템이 적용된 차세대 모바일 장비

ㅇ 군용 차량, 산업기계 등 유압을 사용하는 모바일 장비

□ 핵심 목표 성능

핵심 성능지표		단위	달성목표
1	최대 용량1)	cc/rev	≥115 × 2
2	최대 압력	MPa	≥38
3	최고 속도	r/min	≥2,600

1) Tandem 펌프 경우에 해당하며, Tandem 펌프가 아닌 경우 230 cc/rev 이상일 것

2. 국내외 기술 동향

ㅇ 국내 기술 동향

- 국내 굴착기용 기계식 유압펌프는 일본, 독일 등 해외 선진사로부터 원천 기술 도입을 통해 상용화 개발하여 적용 중임

- 기존 기계식 레귤레이터 메인 유압펌프는 사판제어 기구의 복잡함 및 내구 신뢰성 확보의 어려움으로 인해 독자 모델 확보에 제한적 임

- 최근 고성능, 고효율 차세대 자동화 굴착기의 요구에 부합하기 위해 비례감압밸브 및 경사각 센서를 적용한 메인 유압펌프의 개발이 진행되고 있음

ㅇ 국외 기술 동향

- 굴착기용 유압펌프는 Kawasaki(日), Rexroth(獨), Eaton(美) 등 해외 선진사가 상용화 개발 완료하여 세계 시장의 대부분을 점유하고 있음

- 국내 굴착기 완성차 제조사의 경우 Kawasaki(日) 등으로부터 수입하여 사용 중이거나 원천 기술 도입을 통해 자체 제작하여 적용하고 있음

- 해외 선진사는 기존 기계식 레귤레이터 및 전자식 레귤레이터 기반 메인 유압펌프는 이미 상용화하였고, 최근 레귤레이터를 대체하기 위해 직동식 전기 구동 장치가 구비된 차세대 유압펌프를 개발 중임

3. 지원 필요성

□ 기술적 지원필요성

ㅇ 중대형급 굴착기의 연비 및 제어 성능 향상을 위한 전자식 메인 펌프 상용화 기술 확보가 필요

- 중대형급 굴착기 선진 제조사는 기존 장비의 연비 및 제어성능 향상을 위해 전자식 유압 펌프 및 전자식 메인 컨트롤 밸브를 탑재한 신규 장비를 상용화하고 있음

- 굴착기의 전기 구동 장치와 자동화 기능의 증가에 따라 굴착기의 핵심 부품도 수요에 대응할 수 있는 고성능 유압펌프 기술 개발 필요

- 직구동식 전자제어 메인 유압펌프는 기존 기계식 레귤레이터 기반 메인 유압펌프가 갖는 해외 원천 기술에서 벗어남과 동시에 차세대 굴착기에 적용 가능한 독자 모델 개발에 필수적임

□ 경제적 지원필요성

ㅇ 높은 제어 특성을 갖는 차세대 직구동식 메인 유압펌프 국산화를 통한 스마트 건설기계 산업 육성

- 지능화된 고성능 및 고효율 차세대 굴착기 개발을 통한 국내 건설기계산업을 선진국 수출형 산업으로 전환하기 위한 핵심부품 국산화 필요

- 국내 굴착기 완성차 제조사 및 핵심 유압 부품 제조사의 핵심 부품 국산화를 통한 시스템 및 부품의 수출 경쟁력 확보

ㅇ 굴착기는 국내 건설기계 생산의 53%를 차지하는 건설기계 대표기종이며, 한국은 미국, 일본에 이은 세계 3대 굴착기 생산국임

□ 정부/정책적 지원필요성

ㅇ 건설기계 산업은 수출 주도적인 산업이므로 국내 핵심 부품업체 등 관련 산업의 지속적인 사업유지 및 경쟁력 강화가 필요함

ㅇ 국내 유압 부품의 고압화·고속화·고효율화를 위한 원천기술, 요소기술 및 시스템 기술의 확보를 위한 연구개발이 지속적으로 필요하여, 전문기술을 보유한 산·학·연의 융합연구를 위한 정부 지원이 필요함

4. 지원기간/예산/추진체계

ㅇ 기간 : 45개월 이내 (1차년도 : 9개월, 2차년도 : 12개월, 3차년도 : 12개월, 4차년도 : 12개월)

ㅇ 정부출연금 : ‘20년 7억원 이내(총 정부출연금 40억원 이내)

ㅇ 주관기관 : 기업

ㅇ 기술료 징수여부 : 징수

관리번호

스마트산업기계-첨단기계-10

산업

기술

분류

중분류Ⅰ

중분류Ⅱ

과제성격

□ 원천기술   ■ 혁신제품

산업/일반기계

융합유형

■ 산업고도화형  □ 사회문제해결형  □ 신산업(시장)창출형  □ 해당없음

해당여부

□ 특허연계    □ 표준연계   □ 디자인연계    □ 글로벌협력형 R&D

□ 경쟁형 R&D □ 기획경쟁   □ 경진대회형    □ 규제개선

품목명

건설기계 유압작동유 실시간 오염도 검침을 위한
지능형 센서모듈

(TRL :  [시작] 4단계 〜 [종료] 7단계)

1. 개념 및 정의

□ 개념

ㅇ 건설기계의 유압 작동유 오염도에 대한 실시간 분석을 위해 건설기계에 장착할 수 있는 IoT 센서를 개발하여 유압부품의 손상을 방지하고 작동유의 교체주기를 최적화함으로써 건설기계의 생산성을 높이고 운영비용을 낮출 수 있는 기술

- 유압작동유의 오염도 실시간 측정을 위한 작동유의 점도 및 커패시턴스 측정기반 건설기계 장착용 다기능 계측센서 및 건설기계 인터페이스 모듈기술

- 초소형, 저가, 고신뢰성, 다중 파라미터 측정기능의 집적을 통한 작동유 오염도 계측센서 설계 및 제조기술 확립

- 건설기계 작업 환경에서 측정된 물리량에 대한 습도, 온도 등 외부환경 요인의 보상과 건설기계 사용환경에서 센서의 내구성 확보

- 실시간으로 측정된 물리량과 실제 작동유의 오염도 사이의 상관관계 데이터베이스 구축 및 평가기준 제시

□ 개발결과의 활용방안

ㅇ 건설 기계 유압부품 등의 유압작동유 오염도 실시간 모니터링

- 건설 기계를 포함한 각종 산업 기계류 유압부품 손상방지

□ 핵심 목표 성능

핵심 성능지표		단위	달성목표
1	동점도 측정 오차1)	%	≤ 5
2	커패시턴스 측정 오차1)	%	≤ 5
3	상관관계 데이터베이스2)	건	≥ 1
4	분석대상 유압작동유	종	≥ 3

1) ASTM 또는 표준 규격에 따른 측정치 대비 개발 실시간 측정 센서의 데이터 오차

2) 오염도-물리량(점도, 커패시턴스 등)의 상관관계 데이터베이스

3) 분석 및 DB 확보를 위한 유압작동유 종류

2. 국내외 기술 동향

□ 국내 기술개발 동향

ㅇ 유체 특성센서 및 분석기

- 유체의 점도, 밀도, 유전율 및 온도 등 4가지 유체 매개변수를 각각 모니터링 하는 제품 일부 상용화

- 오염된 작동유의 샘플을 확보하여 실험실에서 물리량과 오염도를 간접 평가하고 있음

□ 국외 기술개발 동향

ㅇ HYDACLab® HLB 1400 - HYDAC

- 온라인 상태 기록을 위한 다기능 센서

- 전기유체 매개변수, 유전율, 온도, 전도도의 상대적인 변화 값, 온도의 상대적인 변화 값, 상대 습도 등 측정된 값을 바탕으로 오일의 노화 및 외부 유체와의 혼합 등을 진단 가능

ㅇ E8PC IoT 유체 압력 센서 – OMRON Industrial Automation

- 종래의 작동유의 온도 상승에 의한 프레스 품질 불량과 같은 문제를 해결하기 위해 압력저하의 징후를 파악하고, 이에 따른 제품 불량 발생을 방지

- 작동유의 점도 저하를 모니터링하여 이상 징후 발견.

- 유량+온도, 압력+온도 등의 멀티 센싱 기술

3. 지원 필요성

□ 기술적 지원필요성

ㅇ 유압 작동유에 대한 실시간 측정 기술은 일부 해외에서 소개되고 있으나, 건설기계에 장착하여 실시간으로 오염도를 파악할 수 있는 상용화 기술은 아직 개발되고 있지 않음.

ㅇ 유압 오일의 오염도는 점도, 유전특성 등 다양한 분석이 요구되며, 외부환경 등과의 상관관계에 대한 데이터베이스를 기반이 필요

□ 경제적 지원필요성

ㅇ 현재 산업계에서는 주기적으로 유압 작동유를 채취하여 오염도를 분석하거나 일정 기간 후에 오일을 교체하고 있어, 작업 효율 저하와 비용 증가가 수반됨.

ㅇ 건설기계 유압 시스템에 대한 파손 방지와 유지관리 예측을 통한 관리 비용 절감 등을 위해 유압작동유의 오염도 실시간 모니터링 기술 개발이 필요함.

ㅇ 건설기계 자동화 추세에 따라 장비 상태의 원격/자동 모니터링 원천 기술로 요구됨.

ㅇ 건설기계 작동유에 대한 실시간 오염도를 분석하여 오일을 교체함으로서 자원의 낭비를 방지할 수 있고 환경오염을 낮출 수 있음.

□ 정부/정책적 지원필요성

ㅇ 국내 센서 기술의 대외 의존도가 매우 높은 현실에서, 4차 산업혁명 시대의 핵심 기술 중 하나인 센서 소재 및 부품 등에 대한 기술 확보 및 국산화가 반드시 필요함.

ㅇ 건설기계에 대한 자동화 및 무인화에 대한 기술이 고도화되기 위해서는 건설기계에 대한 실시간 고장감시 기술도 병행되어야 함.

4. 지원기간/예산/추진체계

ㅇ 기간 : 33개월 이내 (1차년도 : 9개월, 2차년도 : 12개월, 3차년도 : 12개월)

ㅇ 정부출연금 : ‘20년 7억원 이내(총 정부출연금 30억원 이내)

ㅇ 주관기관 : 제한없음

ㅇ 기술료 징수여부 : 징수

관리번호

스마트산업기계-첨단기계-11

산업

기술

분류

중분류Ⅰ

중분류Ⅱ

과제성격

□ 원천기술   ■ 혁신제품

산업/일반기계

융합유형

□ 산업고도화형  □ 사회문제해결형  □ 신산업(시장)창출형  ■ 해당없음

해당여부

□ 특허연계    ■ 표준연계   □ 디자인연계    □ 글로벌협력형 R&D

□ 경쟁형 R&D □ 기획경쟁   □ 경진대회형    □ 규제개선

품목명

스마트 건설기계 운영을 위한 고속 네트워크 시스템 기술개발

(TRL :  [시작] 4단계 〜 [종료] 7단계)

1. 개념 및 정의

□ 개념

ㅇ 자동화 굴착기와 같은 다수의 스마트 건설기계를 활용하여 단위 건설현장에서 상호 협업을 통한 건설시공 자동화를 수행하기 위한 중앙 통제 시스템, 고속 무선 네트워크 시스템 및 데이터 표준화 기술개발

- 자동화 굴착기, 드론 및 트럭 등의 스마트 건설기계가 Local 5G, 혹은 Wifi 6 등의 무선통신 기술을 활용하여 운영 체계와 대용량 실시간 데이터 교환

ㅇ 개발 내용

- 위치기반 GPS를 포함하며 장비·인프라·작업자간 실시간 데이터를 송수신하는 건설기계 탑재용 통신 단말기 및 중앙 운영 시스템 (HW, SW) 개발

* ‘자동화 토공작업용 스마트 건설기계를 위한 실시간 3D 드론 측량기술 개발’과 통신연계 지원

* ‘토공작업 자동화를 위한 자동화 굴착기-트럭 운영 솔루션 기술 개발’과 통신 연계지원

- 대용량 데이터 처리가 가능한 차세대 무선통신 기반 현장운용 통신 시스템

- 건설사의 스마트 건설 클라우드 플랫폼과 연계 및 다양한 제조사 건설기계를 활용한 협업이 가능하도록 건설기계의 필수 교환 데이터(위치정보, 작업현황, 이상신호 등)를 정의하고 상호간 통신 프로토콜을 정립

- 소규모 토공현장에서도 운영 가능한 경제성 및 운영 편의성 확보

- 내환경, 내진동 신뢰성을 보장하는 시스템 구현 및 소규모 토공현장 실증 운용을 통한 시스템 검증

□ 개발결과의 활용방안

ㅇ 건설기계, 농기계 등 Off-road 작업기계 운영 및 관리

- 굴착기, 휠로더, 트럭 등 다수·다종의 건설기계가 활용되는 스마트 건설, 도심지 건설 등의 현장 정보 처리 및 관리

ㅇ 향후 통신기술 및 스마트 건설장비 고도화에 발맞춰 교환 데이터 종류, 속도, 용량 등을 지속적으로 업데이트, 지속적인 협업 및 첨단화를 촉진

□ 핵심 목표 성능

핵심 성능지표		단위	달성목표
1	ISO15143 기반 고속네트워크 통신 표준안 수립1)	건	≥1
2	통신 거리2)	m	≥1,000
3	IoT 기반 동시 연결 노드	ea	≥100
4	네트워크 시스템 실증3)	건	≥6
5	국제표준화 활동	건	국제표준화기구(ISO/IEC/JTC1) 1건 이상 기고발표

1) 장비-단말기, 단말기-단말기, 단말기-운영 HW, 운영간 통신 표준 및 위치정보, 작업상태 및 이상신호 등 필수데이터 정의

2) 필요시 통신 거리 연장을 위한 중계기 등 설치

3) 도심 및 Off-road 환경, 성능 및 내후성, 신뢰성 실증

2. 국내외 기술 동향

□ 국내 기술개발 동향

ㅇ 국내 업체는 굴착기 통합운영을 위한 텔레매틱스 기술*을 독자개발, 출시하였으나 위치파악, 가동현황 및 이상 모니터링 등 제조사 중심의 非 실시간 데이터 정송 임

* 두산인프라코어 DoosanCONNECT(’14년), 현대건설기계 Hi-Mate(’10년)

ㅇ LTE, 5G를 이용, 자사 시스템이 탑재된 장비의 상태를 관제 서버에서 실시간 모니터링, 원격제어 및 원격수리를 지원하는 기술을 개발 중에 있음

- 두산, LTE 활용 실시간 모니터링 개발 중, 5G 국가간 원격제어 시스템 시연

- 현대, 5G 통한 원격 장비수리, 드론 활용시스템 개발착수(SKT, 트림블과 협력)

□ 국외 기술개발 동향

ㅇ 일본, 미국 등은 통신망을 이용, 건설기계-서버 간을 연결하는 네트워크 플랫폼 서비스를 개발, 상용화하고 있으나 건설장비간 통신은 아직 구현되지 않음

- 히타치(日), 로컬 망(WiFi) 활용한 Solution Linkage 시스템 출시

- 코벨코(日), 5G 망을 활용한 원격제어 시스템 K-Drive 시스템 발표

- 고마츠(日), Komtrax 출시, NTT, SAP과 협력, LANDLOG* 기획

* 건설현장에서 전체 공정 프로세스를 연결하는 클라우드 플랫폼

- CAT(美), 무선통신 및 Big Data 접목한 Product Link 상용화

- 트림블, 3D 도면 및 장비 작업부 궤적정보를 LTE로 전달하는 서비스 제공

3. 지원 필요성

□ 기술적 지원필요성

ㅇ 대부분의 건설작업 현장에서는 다수의 동종 및 이종 장비*가 운영되며, 생산성 향상, 안전사고 방지 등 스마트 건설을 운영하기 위한 장비간 정보교환이 필요

* 굴착기, 휠로더, 트럭 등. 굴착기 등 동일 품목 장비일 경우도 제조사가 다른 경우가 일반적

ㅇ 다수의 이종 장비간 협업을 위해서는 이질적 통신체계, 통신기기, 정보시스템 간에 정보를 교환하고 참조할 수 있는 데이터 교환 체계가 구축되어야 함

ㅇ 스마트 건설기계의 고도화에 따라 5G 등 최신 고속통신기술 적용이 필요

- 작업환경 인식, 자율 작업 등 자동화 기능의 고도화에 따라 성능 향상, 안전성 확보 등을 위해 장비에 대한 직접적인 통제 및 대용량 데이터 교환이 필요함

□ 경제적 지원필요성

ㅇ 5G 등 초고속 무선 네트워크 기술을 활용한 기기간 연결은 건설기계의 스마트화를 촉진하고 새로운 서비스와 제품 혁신을 촉발하는 계기로 활용되어야 함

- 현재는 건설기계간 통신이 업체 개별로 이루어짐에 따라 장비간 협업을 위한 상호 데이터의 연동이 원활하지 않으며, 부품 및 서비스의 공유도 어려움

- 표준화된 초고속 무선 네트워크 시스템의 개발로 다양한 장비간 협업이 가능하며, 가격 경쟁력 제고* 및 관련 서비스의 보급을 촉진하고 중소기업의 혁신적 제품 및 서비스 상용화가 용이해짐

* 장비, 부품 및 솔루션업체는 표준에 따른 개발로 시장확대 및 투자Risk 경감, 물량증대를 통한 원가절감이 가능하며 이는 장비 구매자의 초기 부담 경감, 국제 경쟁력 확대로 이어질 것임

□ 정부/정책적 지원필요성

ㅇ 건설장비 산업은 대표적인 수출 주도 산업으로, 수요산업의 스마트 건설 등 혁신적 변화에 적시대응을 통한 산업 경쟁력 유지 및 강화가 필요함

ㅇ 이종 장비의 협업을 위한 네트워크 시스템 및 데이터 표준기술 개발을 통해 산업 생태계 전체의 시너지 창출이 가능함

- 다양한 장비가 협업하는 산업 특성상 이종 장비간의 데이터 교환 및 활용이 필수적이나 장비별 제조자가 상이하여 개별적인 개발이 이루어지고 있음

- 기술 개발 및 표준화에 장비 및 부품, 솔루션 개발 업체뿐만 아니라 연구소 및 협회 등이 참여, 건설업체 등 수요처의 요구를 취합하고 이견 조정이 필요

ㅇ 통신 기술 및 건설장비 자동화의 진행에 따라 표준 규격을 계속 업데이트하여 제품 및 서비스 혁신을 촉진하고 국제 규격화 주도적 참여 및 선도가 필요

4. 지원기간/예산/추진체계

ㅇ 기간 : 45개월 이내 (1차년도 : 9개월, 2차년도 : 12개월, 3차년도 : 12개월, 4차년도 : 12개월)

ㅇ 정부출연금 : ‘20년 8억원 이내(총 정부출연금 40억원 이내)

ㅇ 주관기관 : 제한없음

ㅇ 기술료 징수여부 : 징수

※ 동 RFP는 표준연계 과제로 국제표준화기구(ISO/IEC/JTC1)에 기고발표하는 것을 원칙(표준화 목표수립)으로 하며 상세내용은 표준화 동향 보고서(별첨) 참고

관리번호

스마트산업기계-첨단기계-12

산업

기술

분류

중분류Ⅰ

중분류Ⅱ

과제성격

□ 원천기술   ■ 혁신제품

산업/일반기계

융합유형

□ 산업고도화형  □ 사회문제해결형  □ 신산업(시장)창출형  □ 해당없음

해당여부

□ 특허연계    ■ 표준연계   □ 디자인연계    □ 글로벌협력형 R&D

□ 경쟁형 R&D □ 기획경쟁   □ 경진대회형    □ 규제개선

품목명

14톤급 자율작업 굴착기용 지능형 틸트로테이터 기술

(TRL :  [시작] 5단계 〜 [종료] 7단계)

1. 개념 및 정의

□ 개념

ㅇ 굴착기 어태치먼트에 틸팅 및 회전의 자유도를 추가하여 자율작업 굴착기의 작업범위와 작업생산성을 높이기 위한 14톤급 굴착기용 틸트로테이터 시스템과 이를 이용하여 작업자의 비가시권 작업을 지원하기 위한 가이던스 시스템 개발

- 자동화 굴착기를 위한 응답성, 정밀도, 내구성, 경량화를 갖춘 틸트로테이터

- 이장탈 편리성을 위한 전용 퀵 커플러 및 원터치 오일퀵 방식의 어태치먼트

- 비가시권 작업 지원 및 작업효율 향상을 위한 작업기 가이던스

- 틸트로테이터에 각도 센서를 부착하여 굴착기 MG(Machine Guidance) 또는 MC(Machine Control) 시스템과 연동

- 틸트로테이터 전용 조이스틱 및 제어 시스템

□ 개발결과의 활용방안

ㅇ적용 시장 및 제품군

- 굴착기용 스마트 틸트로테이터 및 비가시권 작업 가이던스 시스템

ㅇ기술의 활용 분야

- 정밀 제어기술 굴착기 자동화/무인화 시스템 개발에 활용

□ 핵심 목표 성능

핵심 성능지표		단위	달성목표
1	틸트 로테이터 무게1)	kg	≤ 385
2	틸트 로테이터 높이1)	mm	≤ 457
3	틸트, 로테이터 각도 분해능	deg	≤ 0.01
4	국제표준화 활동	건	국제표준화기구(ISO/IEC/JTC1) 1건 이상 기고발표

1) 14톤급 해외 선진사(Engcon) 동등 기준

2. 국내외 기술 동향

ㅇ 국내 기술개발 동향

- 국내는 시장 도입기로 일부 어태치먼트 업체가 틸트로테이터를 생산하고 있으나, 주요 부품을 수입하여 조립하는 수준으로 국산화 부품 개발과 틸트로테이터의 경량화, 내구성 확보에 노력하고 있음

- 틸트로테이터 용 가이던스 시스템, 굴착기 MG, MC 지원 등의 토털 솔루션은 제공하지 못함

ㅇ 국외 기술개발 동향

- Engcon, Steelwrist, Rototilt(이상 스웨덴) 등의 북유럽 업체들이 시장을 선점하고 있으며, 굴착기의 MG, MC와 연계한 작업 보조 시스템을 시장에 출시하고 있음

* Engcon의 ePS(engcon Possitioning System): Leica, topcon, Trimble사의 굴삭기 가이던스 시스템과 연계한 틸트 로테이터 작업 보조 시스템

3. 지원 필요성

□ 기술적 지원필요성

ㅇ MC 및 MG 굴삭기 시장에 확산되고 있어, 이와 연계된 작업 보조기인 틸트로테이터의 기술 개발 필요

ㅇ 수요산업에서 자동화 작업의 수요확대로 인해 틸트로테이터의 작업 가이던스 기능과 비가시권 작업 보조 시스템 기술개발이 필요

□ 경제적 지원필요성

ㅇ 건설기계 어태치먼트는 성장세에 있는 부품산업으로 틸트로테이터는 굴착기 생산성이 중요시되는 유럽 및 북미시장을 중심으로 최근 급격히 성장

ㅇ 틸트로테이터 세계 시장 규모는 약 8,600억 원이며, 국내 시장 규모는 2018년 약 50억 원에서 2020년 200억 원으로 급격한 성장이 예상

ㅇ 국내 고기능 틸트로테이터는 대부분 수입에 의존하고 있는 장치로서 국산화 개발이 시급함

□ 정부/정책적 지원필요성

ㅇ 자동화 굴착기 등 건설기계 완성차 산업의 규모 및 스마트화에 상응하는 부품산업을 육성하기 위하여 어태치먼트의 스마트화에 대한 정책적 지원 필요

ㅇ 국내 건설기계 어태치먼트 업체는 규모의 영세성 등으로 자체 기술개발의 여력이 없음

4. 지원기간/예산/추진체계

ㅇ 기간 : 33개월 이내 (1차년도 : 9개월, 2차년도 : 12개월, 3차년도 : 12개월)

ㅇ 정부출연금 : ‘20년 7억원 이내(총 정부출연금 30억원 이내)

ㅇ 주관기관 : 중소·중견기업

ㅇ 기술료 징수여부 : 징수

※ 동 RFP는 표준연계 과제로 국제표준화기구(ISO/IEC/JTC1)에 기고발표하는 것을 원칙(표준화 목표수립)으로 하며 상세내용은 표준화 동향 보고서(별첨) 참고

관리번호

스마트산업기계-첨단기계-13

산업

기술

분류

중분류Ⅰ

중분류Ⅱ

과제성격

□ 원천기술   ■ 혁신제품

산업/일반기계

융합유형

□ 산업고도화형  □ 사회문제해결형  □ 신산업(시장)창출형  ■ 해당없음

해당여부

□ 특허연계    □ 표준연계   □ 디자인연계    □ 글로벌협력형 R&D

□ 경쟁형 R&D □ 기획경쟁   □ 경진대회형    □ 규제개선

품목명

승강기 가용시간 증가를 위한 운영 및 관리 서비스 기술개발

(TRL :  [시작] 4단계 〜 [종료] 7단계)

1. 개념 및 정의

□ 개념

ㅇ 사용자의 안전과 편리성을 확보하기 위하여 승강기 가용시간 증가 및 고장의 예방적 조치를 향상시킬 수 있도록, 승강기 시스템에 대한 예지보전 기술을 개발하여 승강기 운영 및 관리에 적용

- 승강기 각 부품의 고장상태 추론을 위한 센서를 선정하고, 센서의 최적 배치, 신호의 수집 및 분석처리기술의 개발

- 네트워크에 연결된 다수의 승강기 관련 정보(승강기별 수집된 상태정보와 운영정보)를 수집 및 저장하는 빅데이터 처리 기술의 개발

- 승강기의 고장원인, 고장모드, 메카니즘 분석과 상태정보를 활용하여 고장을 진단하고 예측할 수 있는 승강기 주요부품 진단기술의 개발

- 개발된 승강기 운영관리 기술을 실제 승강기 제품에 탑재하고 현장을 운영함 으로써 개발 기술의 성능과 신뢰성을 확보하여 상용화된 서비스 방안을 제시

□ 개발결과의 활용방안

ㅇ 승강기와 같은 건물 내 수직 이송 시스템의 고장예지 및 관리기술개발을 통한 승강기 가용효율 증대

ㅇ 승강기 빅데이터는 지능형 승강기 기술 개발 및 운영서비스 고도화에 활용

ㅇ 구조화된 운영관리 기술 및 서비스는 스마트 시티, 스마트 빌딩에서의 서비스 고도화 및 시스템 연계 운전에 활용

□ 핵심 목표 성능

핵심 성능지표		단위	달성목표
1	승강기 정지고장 발생빈도 저감율1)	%	≥ 30
2	승강기 고장진단 예측 성공율2)	%	≥ 90
3	승강기 비 가용시간 감소3)	%	≥ 5

1) 예지보전 기술을 적용하지 않은 승강기의 정지고장 발생 빈도 대비 저감 비율로서 사용자의 과실에 의한 승강기 정지는 제외(4개월 이상의 모니터링 결과)

2) 고장모사 환경에서 고장유형을 판별하는 성공률(고장진단이 필요한 승강기 주요부품 2종 이상, 예: 권상기, 승강도어, 제어반, 인버터, 케빈 등)

3) 예지보전 기술을 적용하지 않은 승강기의 비 가용시간 빈도 대비 저감 비율(4개월 이상의 모니터링 결과)

2. 국내외 기술 동향

ㅇ 국내 기술동향

- 사후 서비스 개념인 승강기 원격보수 시스템만을 운영하는 단계이며, 국내 산업보호 차원에서 IoT, 인공지능 및 디지털 트윈과 같은 4차 산업혁명 기술을 활용한 승강기 상태감시 및 운영 기술개발 요구가 증대

- (현대엘리베이터) 유무선 네트워크를 이용하여 ‘HRTS’라는 승강기 실시간 상태 및 고장 모니터링 시스템을 운영 중이며, 이를 바탕으로 즉시대응 서비스, 원격 점검 및 고객주도 관리 서비스를 제공하고 있으며 빅데이터와 인공지능 활용에 대한 연구개발 중

- (칸 정보기술) 승강기 원격관제 기술(실시간 모니터링, 원격 층이동, 층제어, 기능설정 가능, 고장리스트 기록 및 열람, 전력 모니터링 등) 개발

- (엠투엠테크) IoT, 클라우드 활용 원격관리 엘사(ELSA) 솔루션 개발

ㅇ 국외기술 동향

- 글로벌 승강기 업체는 H/W 기술격차를 바탕으로 일정 지역 내 모든 승강기의 상태정보를 이용한 스마트 운영 및 유지보수 기술을 개발하고 있음

- (오티스) Microsoft의 Azure Platform을 기반으로 IoT와 인공지능을 이용한 ‘OTIS ONETM’이라는 원격 유지보수 시스템을 북미 지역을 중심으로 운영 중이며, 중국 시장을 겨냥하여 중국 국내 전용으로 ‘OTiS connect’라는 서비스를 최근 론칭

- (쉰들러) IoT를 활용한 행선층 등록방식과 君관리 서비스를 바탕으로 ‘myPORT’라는 개인 맞춤 승강기 서비스를 보유, 유지보수 분야에서는 GE Predix와의  협업을 통하여 ‘Ahead’라는 인공지능 사전 유지보수 시스템을 글로벌 승강기 100만대 연결을 목표로 운영 중

- (코네) IoT를 기반으로 건물 보안시스템과 연동하는 ‘People Flow’라는 서비스 시스템 출시, 또한 IBM과 협력하여 Watson을 이용한 대화형 인공지능 사전 보수 시스템 시범 운영 중

- (티센크루프) Microsoft와 협력하여 운행 빅데이터 기반의 승강기 원격 고장진단 시스템 ‘MAX’를 개발하여 유럽지역을 중심으로 운영 중

3. 지원 필요성

□ 기술적 지원필요성

ㅇ 승강기 ‘사고 후 수리’에서 ‘사고 전 유지관리’를 할 수 있는 기반기술 확보로 후발국가 업체들과 차별화된 승강기 유지보수 기술 확보

- 승강기 H/W 성능개선과 함께 예지보전 기술과 같은 S/W 기반 승강기 운영관리 기술이 고부가가치 승강기 제품화에 필수

- 예지보전 기반 승강기 유지보수 기술개발을 통해 승강기 제조업체의 글로벌 기술 경쟁력 확보 및 운영 시스템 고도화를 통한 브랜드력 확보

ㅇ 승강기의 예지 보전 기술은 센싱 및 데이터 분석, IoT 통신, 빅데이터 수집, 인공지능 해석 등의 융합기술 등 다양한 산업기반의 협업이 필요

ㅇ 머신러닝, 빅데이터 등을 활용한 승강기 지능화 원천기술 확보를 통해 급격히 성장하는 스마트 기계 및 서비스 엔지니어링 시장 진출

□ 경제적 지원필요성

ㅇ 국내 승강기 유지보수 시장은 연 1.2조원 규모로서 지속적으로 증가하고 있으므로, 국내 승강기 산업보호를 위해 서비스 기술의 고도화·차별화에 대한 지원이 필요

ㅇ 세계 승강기산업은 매년 6%의 성장세를 이어가고 있으며, 스마트 승강기 기술은 스마트 빌딩 및 스마트 시티에 핵심적인 역할을 하고 있음

□ 정부/정책적 지원필요성

ㅇ 승강기의 고장과 이로 인한 사고발생을 예방함으로써 국민 안전 확보 및 물적 피해 예방이 필요

- 연간 승강기로 인한 이용자 갇힘 등 각종 사고로 최근 5년간 119 구조대 출동 건수는 설치대수 증가율(6.6%) 대비 증가율이 높아(12.5%), 사회안전망 확보 및 비용 감소를 위해 승강기 예지보전을 통한 고장예방으로 사고 감소 필요

- 서울시 119 출동건수 중 승강기 갇힘 사고로 인한 출동건수가 교통사고 출동건수보다 높은 2위를 기록

ㅇ 승강기는 다수의 시민이 상시 사용하는 사회 공공재적 성격을 갖는 기계로, 국내 승강기 산업의 발전을 위하여 정책적 측면의 기술개발 지원이 필요

ㅇ 기존 H/W 중심의 국내 승강기 산업을 인공지능, 빅데이터 등 지능정보기술과 융합되는 스마트 혁신기술 지원을 통해 승강기 산업의 고도화가 필요 함

ㅇ 승강기 최적운영을 통한 승강기 에너지 소모 및 운영비용 절감과 동시에 운송효율을 향상

4. 지원기간/예산/추진체계

ㅇ 기간 : 33개월 이내 (1차년도 : 9개월, 2차년도 : 12개월, 3차년도 : 12개월)

ㅇ 정부출연금 : ‘20년 7억원 이내(총 정부출연금 40억원 이내)

ㅇ 주관기관 : 기업

ㅇ 기술료 징수여부 : 징수

관리번호

스마트산업기계-첨단기계-14

산업

기술

분류

중분류Ⅰ

중분류Ⅱ

과제성격

□ 원천기술   ■ 혁신제품

산업/일반기계

농업기계

융합유형

□ 산업고도화형  □ 사회문제해결형  □ 신산업(시장)창출형  ■ 해당없음

해당여부

□ 특허연계    ■ 표준연계   □ 디자인연계    □ 글로벌협력형 R&D

□ 경쟁형 R&D □ 기획경쟁   □ 경진대회형    □ 규제개선

품목명

오픈 플랫폼형 트랙터 자동 변속기의 구동모듈 및 제어기술 개발

(TRL :  [시작] 4단계 〜 [종료] 7단계)

1. 개념 및 정의

□ 개념

ㅇ 국내 농기계 완성차 업체들이 공용으로 활용 가능 한 자동 변속기 동력전달 HW 모듈 및 제어 SW 기술개발로, 개발된 기술을 활용하여 농기계 완성차 업체에서 자체적으로 변속기의 주요 기능 및 사양이 구현된 자동 변속기를 최종적으로 개발할 수 있도록 함

ㅇ 개발내용

- 다중, 혹은 듀얼 클러치 구조 파워시프트 형태*의 모듈형 8단 主변속부

- 2단 혹은 3단의 변속단수를 가진 모듈형 部변속 모듈 개발

- 농기계 업체 간 공용 사용이 가능한 범용 제어기 H/W 모듈* 개발

* 전원제어회로, 비례 솔레노이드밸브 구동채널 수, 속도센서 채널 수, 입/출력 포트 개수, 통신 및 자기진단회로에 대한 표준사양 제정)

- 농기계 업체 간 공용 사용이 가능한 S/W 모듈* 개발 및 관련 표준 설계

* 변속제어 기능 모듈(상위 제어기), H/W 인터페이스 모듈(하위 제어기), 자기진단(OBD) 모듈, CAN 통신 모듈(ISO 11783/J1939 준수), 변속데이터 Calibration 모듈 (ASAP 2 기반) 등

- 모듈형 주변속과 부변속부의 조합을 통한 농기계 업체 맞춤형 통합 변속기 모듈 구현과 主·部변속 조합형 자동변속기 성능 및 신뢰성 평가 기술 개발

□ 개발결과의 활용방안

ㅇ 자율주행 트랙터의 주행기능을 담당하는 변속 자동화 구현.

- 자율 농기계의 기본 플랫폼 기술 활용.

ㅇ 주/부 변속부에 대한 변속비 및 자동/수동 조합을 통한 다양한 형태의 변속기 옵션 구현

- 개별 농기계 업체의 제품전략에 따른 자율적인 옵션 개발 및 다양한 형태의 트랙터 변속기 라인업 구축에 활용

ㅇ 트랙터 이외의 타 농기계 기종에 개발된 범용 운영체제 기반 제어 소프트웨어를 확장 적용함으로써 개발기간 단축 및 개발비용 절감.

- 콤바인 및 이앙기의 자동화 소프트웨어 플랫폼으로 활용 가능.

ㅇ 변속기 공용화 및 주요 부품 공동 활용에 따른 단가 하락을 유도하여, 국산 트랙터의 대내외적인 경쟁력을 확보.

□ 핵심 목표 성능

핵심 성능지표		단위	달성목표
1	제어기 내환경성	-	IP 67
2	자동변속기 적용 마력1)	마력	≥ 100
3	제어기 EMC 시험2)	-	공인인증기관평가
4	기능안전3)	-	공인인증기관평가
5	국제표준화 활동	건	국제표준화기구(ISO/IEC/JTC1) 1건 이상 기고발표

1) 엔진 출력 기준

2) ISO 11452/7637-2

3) ISO 13849-1

2. 국내외 기술 동향

□ 국내 기술개발 동향

ㅇ 국내 트랙터 완성차 제조업체를 중심으로, 각 업체별로 자동변속기 상용화를 위한 기술 개발 연구가 수행 중이나, 품질관리 및 변속기 제어기술 부족으로 인해 상용화에 어려움을 겪고 있음.

ㅇ 국내 트랙터 완성차 업체들이 공동으로 활용 가능한 자동 변속기 플랫폼을 개발 한 사례는 전무 함

ㅇ 변속기를 운용하기 위한 제어 소프트웨어 및 제어기는 대부분 수입 선진사 제품에 의존하고 있으며, 기술 개발 역량 부족으로 인해 국산화가 매우 어려움.

□ 국외 기술개발 동향

ㅇ 주요 선진 트랙터 업체들에서는, 이미 자동 변속기 라인업을 오래 전부터 구축하고, 시장 지배력을 공고히 하고 있으며, 이러한 기술적인 격차를 장벽으로 활용.

ㅇ 주요 선진 업체들은, 자동변속기의 전 마력대별 확장 전개를 통해 규모의 경제를 실현하고 있으며, 독일 ZF와 같은 변속기 전문 업체와의 협업을 통해 선진 업체들 간에 공용으로 활용하는 변속기를 개발하여 경쟁력을 확보하고 있음.

ㅇ 자동변속기 플랫폼을 통한 무인 자율주행 및 자율작업, Connected vehicle 및 정밀 농업 같은 응용 기술에 대한 개발이 활발히 진행 중.

3. 지원 필요성

□ 기술적 지원필요성

ㅇ 트랙터 자동변속기 기술은 무인 자율 트랙터의 가장 핵심적인 전자제어형 주행구동 부품 기술로서 농기계 업체가 확보해야 하는 가장 중요한 기술임

ㅇ 자동변속기 기술은 해외 선진사를 중심으로 개발된 핵심기술로 경쟁기업에 제공되지 않으며 국내 업체에서는 관련기술 확보에 많은 어려움을 겪고 있으므로 학·연 지원을 통한 기술개발이 필요함

ㅇ 국내 트랙터 생산업체는 정부지원을 통해 기초적인 자동변속기 기술을 확보하고 있으나, 아직 상용화할 만큼 기술의 완성도나 가격 경쟁력을 확보하고 있지 않아 농기계 업체들이 공용으로 활용 가능한 동력전달 변속모듈 및 변속제어기 기술개발 지원이 필요

- 농업용 트랙터의 자동변속기는 지능형 자율농기계 개발을 위한 기반기술.

- 국내 농업용 트랙터 시장의 과도한 경쟁을 타파하고, 규모의 경제를 실현하여 국산 트랙터의 경쟁력을 확보하기 위해 국내 농기계 완성차 업체들이 공용으로 사용 가능한 개방형 자동변속기 플랫폼에 대한 개발이 필요

□ 경제적 지원필요성

ㅇ 국내 시장 포화에 따른 업체 간 과도한 경쟁으로 인해, 동일한 변속기 타입을 각 업체별로 중복 개발함에 따라 상당한 시간과 자원이 낭비되고 있어 공용으로 활용 가능한 기술개발 필요

ㅇ 글로벌 농기계 업체의 경우, 변속기 전문 업체를 통해 모듈화된 변속기를 수입하여, 각 업체에서 필요한 변속 모드 및 고유한 기능 및 장치구현을 통해 차별성 및 상품성을 획득하고 있음.

ㅇ 국내 완성차 업체에 변속기 부품을 공급하는 협력업체는 기술 수준이 미약하고, 그 규모가 영세하여 자체 설계 및 검증 역량이 매우 부족

- 부품 공용화를 위해서는 완성차 업체들 간의 협업을 통한 기술 확산 전개가 절실히 필요함.

□ 정부/정책적 지원필요성

ㅇ 글로벌 농기계 업체를 중심으로 단계적인 무인화 제품을 출시하고 있으며 국내 농기계 업체도 이러한 시장변화에 동참하기 위해서는 가장 기본이 되는 자동 변속기 국산화에 대한 정책적 지원이 필요

ㅇ 상대적으로 소규모인 국내 농기계업체의 제품 경쟁력을 확보하기 위해 기술 및 부품에 대한 공용화를 통해 가격 경쟁력 확보 및 다양한 개발자들의 참여유도가 필요 함

ㅇ 농촌 인력의 고령화로 인해 고령자나 여성 농업인이 쉽게 활용 가능한 자동화 및 무인형 국산 농기계 보급이 필요함

4. 지원기간/예산/추진체계

ㅇ 기간 : 45개월 이내 (1차년도 : 9개월, 2차년도 : 12개월, 3차년도 : 12개월, 4차년도 : 12개월)

ㅇ 정부출연금 : ‘20년 8억원 이내(총 정부출연금 50억원 이내)

ㅇ 주관기관 : 제한없음 (2개 이상 수요기업 참여)

ㅇ 기술료 징수여부 : 징수

※ 동 RFP는 표준연계 과제로 국제표준화기구(ISO/IEC/JTC1)에 기고발표하는 것을 원칙(표준화 목표수립)으로 하며 상세내용은 표준화 동향 보고서(별첨) 참고

관리번호

스마트산업기계-첨단기계-15

산업

기술

분류

중분류Ⅰ

중분류Ⅱ

과제성격

□ 원천기술   ■ 혁신제품

산업/일반기계

냉동공조기계

융합유형

□ 산업고도화형  □ 사회문제해결형  □ 신산업(시장)창출형  ■ 해당없음

해당여부

□ 특허연계    □ 표준연계   □ 디자인연계    □ 글로벌협력형 R&D

□ 경쟁형 R&D □ 기획경쟁   □ 경진대회형    □ 규제개선

품목명

소량 냉매사용 및 냉온수 동시생산이 가능한

산업용 히트펌프 기술

(TRL :  [시작] 4단계 〜 [종료] 7단계)

1. 개념 및 정의

□ 개념

ㅇ 살균·세척과 냉각이 동시에 요구되는 식품공정 등에 활용하는 산업용 히트펌프로서 70℃ 이상 높은 온도차의 냉온수(혹은 증발 및 응축 온도 차)를 동시 생산 가능한 히트펌프 기술로서, 기존 히트펌프에 비해서 적정 냉매 봉입량이 혁신적인 소량을 사용하고 친환경 냉매를 사용하는 산업용 히트펌프 기술

- 냉온수 동시 생산을 위해 70℃ 이상 높은 온도차에 적용이 가능한 Low GWP 냉매(HFC 대체 냉매)용 무급유 터보 냉매압축기 기술 개발

- 기존 냉동기보다 초기 냉매 봉입량을 혁신적으로 감소 시킬 수 있는 형태의 증발기 및 응축기 기술 개발

- 가열 능력 기준 350 kW(100 RT) 이상급의 산업용 히트펌프 개발

□ 개발결과의 활용방안

ㅇ 냉.온수 혹은 높은 온도차가 동시에 요구되는 각종 산업공정에 직접 적용이 가능한 공정 핵심기기

ㅇ 폐열 회수형 산업용 히트펌프로도 활용

ㅇ 기존 냉동기 등의 중요 핵심 부품 대체로 효율 증대 및 온실가스 저감 수단으로 활용

□ 핵심 목표 성능

핵심 성능지표		단위	달성목표
1	용량1)	kW	≥350
2	COP2)	-	≥2.5
3	냉매 봉입량3)	%	≤-40%
4	냉온수 최대 온도차	℃	≥70

1) 가열용량 기준

2) 증발과 응축 온도차 70℃ 조건

3) 기존 원통다관형의 만액식 증발기를 적용한 동일 냉각 용량의 히트펌프 시스템 대비

2. 국내외 기술 동향

□ 국내 기술개발 동향

ㅇ 대용량 급유식 터보 냉동기의 경우는 대량생산체제의 시장이 형성되어 있으며 주로 대기업 및 중견기업 위주로 국제적인 경쟁력을 확보하고 있으나, 대기업을 제외한 중견·중소기업은 해외 전문기업 부품의 수입에 의존하고 있음

ㅇ 핵심부품은 규모의 경제로부터 가격과 품질을 확보해야 하나 글로벌 선진 부품사들의 시장 선점으로 자본과 기술의 열세인 국내 기업은 독자적인 경쟁력 강화 전략에는 한계가 있음

ㅇ GWP 1030의 R245fa 냉매를 이용하여 증발과 응축의 온도차가 60℃ 정도인 증기생산용 무급유식 터보 히트펌프가 정부지원과제로 개발되어 양산화를 진행하고 있음

ㅇ 온실가스 저감을 위해 10 이하의 GWP를 갖는 냉매를 적용한 급유식 터보냉동기 개발 및 열교환기 원천 기술 개발 등이 산학연 협력으로 진행 중

ㅇ 100 이하의 Low GWP를 갖는 냉매를 적용한 70℃ 이상의 大온도차와 냉온수 동시 생산이 가능한 산업용 무급유식 터보 히트펌프의 개발은 국내 경험이 전무함

□ 국외 기술개발 동향

ㅇ 제품 생산공정 및 환경에 대한 열환경 제어를 통해 생산성 향상 및 고품질화 등 제조 활동에 관련된 에너지 및 온실가스 저감을 실현하기 위한 토털시스템으로의 개발이 진행되고 있음

ㅇ 특히 2015년부터 유럽연합(EU)은 온실가스 감축 부분에서 가장 강력한 규제안인 “F-gas Regulation”을 제시 및 적용하고 있으며, 향후 냉동공조기계 부분에서 가장 크게 영향을 미칠 것으로 전망되고 있음

ㅇ 이에 따라 온실가스 저감을 위해 Low GWP 냉매를 활용하는 냉동 기술이 도입되고 있으며, 이를 위한 핵심부품(압축기, 열교환기) 개발과 이를 활용한 냉동공조기계 개발이 이루어지고 있음

* Danfoss는 무급유 터보압축기의 선두기업으로서 R-134a 냉매 대체용 압축기 개발완료

* YORK, DAIKIN, 히타찌 등 대형 냉동기 제조사들도 Low GWP 냉매 적용 냉동기를 출시하고 있으나 무급유 터보 압축기 형식은 아님

ㅇ 기존 냉동기는 대량의 냉매 봉입량이 요구되어 궁극적으로 온실가스 저감에 반하는 터보 냉동기 혹은 히트펌프 시스템에서 냉매 충전량 감소를 위하여 다양한 형태의 열교환기 개발(Provides사, Onda사 등)이 이루어지고 있음

3. 지원 필요성

□ 기술적 지원필요성

ㅇ 산업용 히트펌프는 고효율 냉동공조 기술로서 산업공정의 온실가스를 획기적으로 저감하는 수단으로 다양한 적용연구가 필요 함

ㅇ 압축식 냉각 방식에 사용하는 터보형 압축기는 70℃ 이상 높은 온도차 극복이 가능 하도록 하는 핵심부품으로 국내에는 개발되어 있지 않음

ㅇ 기존 증발기에 냉매를 모두 채우는 滿液식 대신에 초기 냉매 충전량 감소를 위한 기술 개발은 아이디어 도출 단계로서 기술개발을 통한 상용화가 필요

□ 경제적 지원필요성

ㅇ 에너지를 많이 사용하는 산업분야에서 히트펌프 적용 사례가 지속적으로 증가하고 있으므로, 세계 시장에서 경쟁력을 확보할 수 있는 기회 제공 가능

ㅇ 확보된 핵심 부품 및 시스템 기술은 원천 기술 성격이 강하므로, 향후 개발이 이루어질 각종 새로운 냉매와 타 냉동공조 제품개발에도 활용이 가능함

□ 정부/정책적 지원필요성

ㅇ 유럽의 F-gas 규제 등 지구온난화가스 감축 정책이 냉매 충전량 쿼터제 실시 등의 제약적인 규제를 제기하고 있음

ㅇ 따라서, 신기후 체제 협약 준수를 위해서는 온실가스 지수가 높은 HFC 대체냉매 사용 및 냉매 충전량 감소 관련 연구가 필요

4. 지원기간/예산/추진체계

ㅇ 기간 : 45개월 이내 (1차년도 : 9개월, 2차년도 : 12개월, 3차년도 : 12개월, 4차년도 : 12개월)

ㅇ 정부출연금 : ‘20년 7억원 이내(총 정부출연금 40억원 이내)

ㅇ 주관기관 : 제한없음

ㅇ 기술료 징수여부 : 징수

관리번호

스마트산업기계-첨단기계-16

산업

기술

분류

중분류Ⅰ

중분류Ⅱ

과제성격

□ 원천기술   ■ 혁신제품

산업/일반기계

융합유형

□ 산업고도화형  □ 사회문제해결형  □ 신산업(시장)창출형  □ 해당없음

해당여부

□ 특허연계    ■ 표준연계   □ 디자인연계    □ 글로벌협력형 R&D

□ 경쟁형 R&D □ 기획경쟁   □ 경진대회형    □ 규제개선

품목명

레벨 3 자율작업 트랙터용 개방형 통합제어 시스템 기술개발

(TRL :  [시작] 4단계 〜 [종료] 7단계)

1. 개념 및 정의

□ 개념

ㅇ 농작업 환경에서 포장지의 구획정보와 작업종류를 입력하면 자동으로 농작업이 가능한 레벨 3 단계의 자율작업 트랙터용 개방형 통합제어 시스템 기술로서 국내 다양한 농기계 업체가 공용으로 사용할 수 있는 표준화된 하드웨어 및 기능 소프트웨어 모듈로 기술개발

* 자율작업 레벨 3 단계 : (이동, 작업, 운영)에 필요한 조향 장치, 가속 장치, 브레이크 및 작업기 등이 상황에 따라 자동제어 되고 모니터링 되는 자율도 수준

**기능 스프트웨어 모듈 : 자율 네비게이션, 자율 작업, 환경인식, 시스템 진단, HMI 소프트웨어 모듈, IoT 응용 소프트웨어 모듈 등

ㅇ 개발내용

- 자율작업 트랙터용 통합제어 시스템의 공용 하드웨어 플랫폼

국내·국제 통신표준(ISO 11783, ISO 11898)을 활용하여 자율주행 트랙터의 다양한 ECU간 양방향 통신 및 부속작업기기 통신 지원

2종 이상 외부장치(센서, 제어기 등)를 위한 인터페이스(기계, 전기, 통신) 지원

통합 제어용 임베디드 제어기

- 자율작업 트랙터용 통합제어 시스템의 공용 소프트웨어 플랫폼

자율작업 트랙터용 미들웨어 개발

기능 소프트웨어 모듈 API(information model) 표준 개발(하드웨어 추상화 계층 포함)

* 농기계 제조사들이 자사 특성에 적합한 자율작업 트랙터용 기능 소프트웨어 모듈을 개발

공용 소프트웨어 플랫폼 성능검증을 위한 기능 소프트웨어 모듈구현 및 자율주행 트랙터 적용평가

자율작업 트랙터용 통합제어시스템의 안전성 확보를 위한 신뢰성 분석

□ 개발결과의 활용방안

ㅇ 국내 농기계 생산업체에서 자율주행 트랙터의 통합제어 플랫폼으로 활용

ㅇ 트랙터, 이앙기, 콤바인 등 농작업 기계에 자율주행 통합제어 모듈로 확대 적용

□ 핵심 목표 성능

핵심 성능지표		단위	달성목표
1	공용화가 가능한 트랙터1)	종	≥2
2	최소 스케줄링 주기, 인터럽트 지연시간2)	㎲	≤100, ≤1
3	기능 소프트웨어 모듈3)	종	≥7
4	국제표준화 활동	건	국제표준화기구(ISO/IEC/JTC1) 1건 이상 기고발표

1) 소프트웨어 플랫폼이 탑재·활용될 트랙터 양산업체(예시: LS 엠트론, 동양물산, 대동공업, 국제기계 등)의 수

2) 미들웨어 실시간성

3) 기능 소프트웨어 모듈 예시: HW 인터페이스 모듈, 통신 모듈, 자율 네비게이션 모듈, 자율 작업 모듈, 환경 인식 모듈, 시스템 진단 모듈, HMI 소프트웨어 모듈, IoT 응용 소프트웨어 모듈 등

2. 국내외 기술 동향

ㅇ 국내 기술동향

- 국내 농작업 트랙터 시장에서 지능형 및 자율주행 농기계 시장이 형성되고 있음

- 농기계의 조향, 제동 엑츄에이터 및 제어 모듈, GPS 모듈, 자율농기계용 환경인식 센서모듈 등 관련 핵심기술에 대한 해외 의존도가 높음

- 국제표준 통신 규약에 기반한 전장콘솔 시스템은 국외 기술 대비 지원하는 기능이 제한적이어 편의성 측면에서 상대적으로 뒤쳐져 있음

- 지능형 및 자율 농기계 시장이 급성장하면서 국내 농작업 트랙터 양산업체의 연구개발이 활발히 진행되고 있으나, 업체별 자율기능 및 사양이 상이하여 부품공급 및 기술개발에 비효율적인 측면이 존재

ㅇ 국외 기술동향

- (미국·유럽) 완전 자율주행 트랙터 수준까지 개발하였고, 농작업 및 작물별 감지 자율주행, 자동선회, 작업기 지능제어, 모니터링 등의 기술을 상용화

· 안전을 위한 환경인식 등의 기술을 적용, 입법규제 등의 절차 중임

- (일본) 경운과 수확작업 효율화를 위한 유인 트랙터 및 콤바인의 무선조종 기능이 포함된 제품을 개발하고 있으며, 자율주행 보급화를 위한 低사양의 편의장치 추가 개념으로 시장을 확대하고 있음

- 통합 농경영 솔루션과 관련 시스템 개발 및 보급을 통해 Connected Farm 환경을 구축하려고 노력하고 있으며, 이를 위하여 상용화된 지능화 및 자율화 농작업 기계를 지속적으로 출시

3. 지원 필요성

□ 기술적 지원 필요성

ㅇ 국내의 경우 최근 농가 인구의 감소 및 농업법인 증가로 인한 대단위 경지 면적의 증가, 작업 능률 증대에 따른 농업의 생산성 향상이 필요

- 70마력급 이상의 중대형 농기계 보급률이 계속 증가

- 다양한 농작업에서 높은 생산성 확보 및 편리한 조작이 가능한 자동화 기술에 대한 수요가 급증

ㅇ 농기계 산업의 시장 다각화를 통한 수출 확대를 위해서는 농작업 기계의 편의성 향상 및 고급화가 필수

- 북미·유럽·중남미·중국 등 대단위 농업을 중심으로 하는 지역으로 수출 시장을 확대하기 위해서는 농작업 기계와 작업기 간 통신을 통한 제어자동화, 자율화 기술이 적용된 농작업 기계의 상용화 개발이 필요

- 관련 기술 및 제품의 상용화 개발이 늦어질 경우 해외시장 진출의 진입장벽으로 작용하므로 신속한 개발 및 대응이 필요

ㅇ 신속한 지능화 및 자율기능 적용제품 개발을 위해서 국내 농작업용 자율 트랙터 개발에 필요한 개방형 공용 플랫폼을 개발하여 공유가 필요

□ 경제적 지원 필요성

ㅇ 자율주행 시스템 세계시장은 2006년 약 20,000대에서 2016년 100,000대로 5배 성장하였으며, 향후 지속적으로 15~20% 성장할 것으로 예상되는 시장 임

- 대형트랙터 시장의 경우 판매되는 트랙터의 약 50%이상에서 자율주행 기능을 탑재할 것으로 예상.

- 북미와 유럽시장을 중심으로 자율주행 트랙터가 빠르게 보급되고 있으며, John Deere, Topcon, Trimble과 같은 다국적 제조사 외에도 지역기반의 중소업체들도 증가하고 있는 추세에 있음

□ 정부/정책적 지원 필요성

ㅇ 현재 국내 자율주행 트랙터 시장은 높은 가격으로 시장이 형성되지 못하고 있어 시장을 형성하기 위한 정부 주도의 기술개발 정책적 지원의 필요함

ㅇ 자율주행 트랙터용 범용 통합제어 플랫폼은 국내 트랙터 제작회사에 공통으로 필요한 기술로서, 부품, SW 및 통신 공용 개발과 활용을 통해 통합제어 시스템의 가격 경쟁력 및 기술 표준화가 필요

ㅇ 자율주행 트랙터에 대한 글로벌 시장의 기술고도화는 급격하게 이루어지고 있으나, 국내 농기계업체의 영세성으로 인해 자체개발 역량으로 시장변화를 따라 갈수가 없음

4. 지원기간/예산/추진체계

ㅇ 기간 : 33개월 이내 (1차년도 : 9개월, 2차년도 : 12개월, 3차년도 : 12개월)

ㅇ 정부출연금 : ‘20년 7억원 이내(총 정부출연금 40억원 이내)

ㅇ 주관기관 : 제한없음(2개 이상 수요기업 참여)

ㅇ 기술료 징수여부 : 징수

※ 동 RFP는 표준연계 과제로 국제표준화기구(ISO/IEC/JTC1)에 기고발표하는 것을 원칙(표준화 목표수립)으로 하며 상세내용은 표준화 동향 보고서(별첨) 참고

관리번호

스마트산업기계-첨단기계-17

산업

기술

분류

중분류Ⅰ

중분류Ⅱ

과제성격

□ 원천기술   ■ 혁신제품

산업/일반기계

융합유형

□ 산업고도화형  □ 사회문제해결형  □ 신산업(시장)창출형  ■ 해당없음

해당여부

□ 특허연계    □ 표준연계   □ 디자인연계    □ 글로벌협력형 R&D

□ 경쟁형 R&D □ 기획경쟁   □ 경진대회형    □ 규제개선

품목명

24kW급 초고효율 친환경 가스보일러 가습 연소 기술

(TRL :  [시작] 4단계 〜 [종료] 7단계)

1. 개념 및 정의

□ 개념

ㅇ 가스보일러에서 열효율을 높이고 유해 배출물을 동시에 낮출수 있는 가정용 보일러의 가습연소 및 폐열회수 기술개발과 이러한 기술을 적용한 보일러 시스템 설계기술.

- 화염안정성과 CO, NOx 생성 억재를 위한 가습연소 시스템 개발

- 증발잠열을 이용하는 컴팩트 열교환기 및 가습연소 물분사 시스템 개발

- 보일러의 내구성과 가격 경쟁력을 높이기 위한 구조설계 및 신뢰성 검증

- 스마트 네트워크(EMS* 시스템 관리)를 통한 효율 및 안정성 관리가 가능

* Energy Management System

□ 활용방안

ㅇ 가정용 가스 보일러(용량 18,000~43,000 kcal/h) 및 업무용 병렬 보일러

- 국내 가정용 보일러 년간 판매 대수는 2017년 기준 가정용은 총 160만대이며,  업무용 5,200대임.

- 해외 수출용 보일러 약 55만대 (북미 : 32만대, 러시아 : 12만대, CIS국가 : 5만대, 중국 : 5만대, 영국 : 5천대, 기타 : 2만대)

□ 핵심 목표 성능

핵심 성능지표		단위	달성목표
1	열효율1)	%	≥ 97
2	NOx 2)	ppm	≤ 10
3	TPM(Total Particular Matter)3)	mg / m3	≤ 10

1) HHV(High Heating Value) 기준 (KS B 8127)

2) O2는 0 % 기준 (KS B 8101), CO는 증가하지 않는 조건

3) 가정용은 TPM 측정기준이 없음. 다만, 보일러 배기가스 측정위치 활용 (KS B 8127)

2. 국내외 기술 동향

□ 국내 기술개발 동향

ㅇ 국내에서는 대기관리권역법 시행(2020년)을 대비하여 효율 88~90%정도, NOx 배출 18~20ppm 수준인 응축형 보일러가 생산되고 있음.

ㅇ 보일러의 효율 및 NOx 최적화는 예혼합 메탈 버너의 공연비 제어 방식에 의존하고 있음.

ㅇ 최근 미세먼지 원천물질들의 배출을 혁신적으로 개선하기 위한 가습 연소-폐열 회수 기술에 대한 이론적 연구가 이루어지고 있으며, 초보적인 기초실험이 진행 중임.

□ 국외 기술개발 동향

ㅇ Canada에서는 산업용 가스보일러의 배출가스 냉각법(45°C)에 의해 효율상승 및 미세먼지(FPM, CPM) 70%, SOx 90%, NOx 20%를 저감하는 기술개발.

ㅇ 유럽에서는 열효율 향성, NOx 저감을 위한 물분사 폐열회수 보일러에 대한 연구가 많이 진행되고 있음.

- 중국(Beijing United Gas Engineering and Technology)에서는 미세먼지 저감형 보일러에 적용하고 있음.

ㅇ GTI (미국)는 TM (transport membrane)를 이용하여 폐열을 고온수로 회수하고, 이 온수를 이용하여 공기를 예열 가습하는 일명 Super Boiler를 개발하여 효율은 94%와 NOx는 5ppm 정도를 달성하였으나, 고가의 TM으로 인해  상용화에는 이르지 못했음.

3. 지원 필요성

ㅇ 정책적 필요성

- 정부의 미세먼지, 특히 겨울철 미세먼지 저감 정책에 부응

- 국내 보일러 중소·중견 기업이 개발 성공시 보일러 산업 활성화 및 수출 경쟁력 확보가 가능

- 세계적으로 NOx 규제는 현재도 20ppm (북경:13ppm, ‘17년, 한국:20ppm, ’20년) 이하 수준으로 시행되고 있으며, 수년 내로 10ppm이하  수준으로 시행될 예정임.

ㅇ 기술적 지원측면

- 효율증가 및 공해저감을 동시에 개선 가능한 기술로 기존 제품의 기술적 한계 극복.

- 가습연소-폐열회수의 원천기술에 대한 산·학·연 협동연구가 필요

ㅇ 경제・사회적 지원측면

- 국내 가스 사용량의 2/3 정도를 소모하는 가정용 보일러 제품을 대상으로 하고 있어 개발기술의 파급효과가 높음

- 에너지 절감 및 미세먼지 저감이 국민의 건강 및 삶의 질에 미치는 영향은 지대함

4. 지원기간/예산/추진체계

ㅇ 기간 : 45개월 이내 (1차년도 : 9개월, 2차년도 : 12개월, 3차년도 : 12개월, 4차년도 : 12개월)

ㅇ 정부출연금 : ‘20년 5.5억원 이내(총 정부출연금 30억원 이내)

ㅇ 주관기관 : 중소·중견기업

ㅇ 기술료 징수여부 : 징수

관리번호

스마트산업기계-첨단기계-18

산업

기술

분류

중분류Ⅰ

중분류Ⅱ

과제성격

□ 원천기술   ■ 혁신제품

산업/일반기계

융합유형

□ 산업고도화형  □ 사회문제해결형  □ 신산업(시장)창출형  ■ 해당없음

해당여부

□ 특허연계    □ 표준연계   □ 디자인연계    □ 글로벌협력형 R&D

□ 경쟁형 R&D □ 기획경쟁   □ 경진대회형    □ 규제개선

품목명

50kW급 입형 다단 스마트 소방펌프 시스템 개발

(TRL :  [시작] 5단계 〜 [종료] 7단계)

1. 개념 및 정의

□ 개념

ㅇ 상시 운전대기를 하는 소방펌프의 작동특성에 따른 상대 운동부의 소착 및 구동부 내구성을 담보하기 위한 신뢰성 설계, 주기적인 고장 감시 및 펌프 상태정보를 빌딩의 중앙관리센터에 전달할 수 있는 입형 다단 스마트 소방펌프시스템에 대한 기술개발

- 펌프의 기계 구성품에 대한 내식성 및 내구 신뢰성을 고려한 펌프 설계 및 평가 기술

- 소방펌프에 대한 고장감지 및 예지보전이 가능한 소방펌프 제어기술

- 운전상태 정보를 통신망을 통해 스마트 빌딩 시스템과 연결될 수 있는 IoT 기반 소방펌프 시스템 운용 기술

□ 개발결과의 활용방안

ㅇ 건물 소방용 펌프 시스템 (스프링 쿨러, 옥내 소화전등에 물 공급용)

ㅇ 상수도 가압용 펌프, 산업용수용 펌프 시스템

- 상수도 가압용 입형 다단 펌프

- 해수 담수화 및 초 순수 제조 공정 산업용수용 펌프

ㅇ 스마트 빌딩기술과 연계한 건물의 통합 안전관리에 활용

□ 핵심 목표 성능

핵심 성능지표		단위	달성목표
1	양정 및 유량	m, m3/h	≥110m, 150㎥/h
2	시험 내수압1)	%	≥150
3	펌프 내구수명2)	Hr	≥10,000
4	펌프 고장감지 항목수3)	개	≥4

1) 최고 토출압력의 비율

- 고효율에너지기자재 원심펌프시험(KS B 6301) 기준

- 펌프의 최고 토출압력 = 운전 범위 내에서의 최고 전 양정의 압력 + 최고 흡입 압력)

2) 내구수명은 가속수명시험(연속운전)을 통해 얻어지는 펌프 수명임.

SPS－KEAA 21－7217:2017(가정용 가변형 순환펌프)을 준용

3) 펌프의 기계적 또는 전기적인 고장을 감지함.(고착, 누수, 과전류 등)

2. 국내외 기술 동향

□ 국내 기술개발 동향

ㅇ 기존 소방용 펌프는 주물 방식의 다단터빈 펌프가 사용되고 있으나, 설치 공간이 크고 장기적으로 사용하지 않을시 터빈부가 케이싱부와 고착문제가 발생하고 있음

ㅇ 고착 문제를 해결할 수 있는 스테인리스 소재의 입형 다단 펌프는 국내 생산이 되지 않으며, 해외 업체의 제품을 수입하여 판매하고 있음

ㅇ 비상시 순간적으로 가동을 담보할 수 있도록 소방펌프 시스템에 대하여 고장을 예지하고 실시간 정보를 전달할 수 있는 IoT기반 모니터링 기술개발은 초보단계에 머무르고 있음

□ 국외 기술개발 동향

ㅇ 세계 1위 업체인 그런포스(덴마크)는 2019년 독일 ISH 전시회에 새로운 소방용 입형 펌프인 CR 125 시리즈를 전시 및 출시하였으며 펌프의 양정과 유량을 확대

ㅇ 세계 펌프 시장 선도 기업 중 하나인 Wilo(獨)는 소방용 펌프의 기존 모델인 MVI125 시리즈를 신형 Helix 시리즈로 대체 중에 있으며, 차후 MVI150 시리즈의 개발을 통해 용량을 확대할 예정임

ㅇ KSB(獨), Xylem(美)과 같은 대부분의 펌프 기업들이 녹이 발생하지 않고 가볍고 효율이 좋은 스테인리스 판재를 프레스 방식으로 가공하는 입형 다단펌프의 대용량화에 집중 하고 있어 무겁고 녹이 발생하는 주물펌프는 점차 수요가 감소하고 있는 추세임.

3. 지원 필요성

□ 기술적 지원필요성

ㅇ 미국을 비롯한 선진국에서는 소방용 펌프를 내식성 재료의 펌프 또는 스테인리스 입형 다단펌프를 반드시 사용하도록 규정*하고 있음

* 미국-UL448, FM기준, NFPA(미소방협회) 규정, 중국/영국/일본/국내LH공사-내식성 자재 적용 규정

ㅇ 화재 발생시 국민의 생명과 안전을 담보하기 위하여 국내 소방펌프에 내식성 자재의 적용에 대한 규정도 변경예정(2020년 시행 예정)

ㅇ 프레스기법을 적용할 경우 투자비가 많이 소요되지만, 향후 소방펌프 뿐만 아니라 냉난방용, 급탕용 펌프에도 프레스기법이 적용될 가능성이 높기 때문에 기술적 파급효과가 매우 클 것으로 예상됨.

ㅇ 건물용 소방펌프의 제어기에 스마트 재난 감시 및 화재 방재기술과 연계시킬 수 있도록 IoT기능과 자기진단 및 고장 방지 기술이 적용되는 추세이며, 이에 대한 개발이 필요함

□ 경제적 지원필요성

ㅇ 대용량 소방용 입형 다단펌프는 Wilo와 Grunfos가 세계 시장을 장악하기 있기 때문에 수입대체를 위한 신제품 개발이 필요함

- 국내 소방펌프 시장은 약 1,000억 원 임

ㅇ 내구성 높고 및 지능형 자기감시 기능을 가진 소방용 입형 다단펌프를 개발할 경우 해외시장(5조 원)에 수출도 가능 함.

□ 정부/정책적 지원필요성

ㅇ 소방펌프는 화재발생시 스프링클러, 옥내소화전 등에 물을 공급하는 유체기기이며, 건축물의 재난안전에 필수적으로 사용하는 기계설비 임.

ㅇ 기존 다단 터빈방식의 주철 소방펌프는 주철 임펠러 또는 주철물의 부식으로 인한 화재 발생 시 펌프가 작동하지 않는 작동불능 사례가 많아 빌딩의 화재 시 대형사고로 발생 가능성이 있음.

ㅇ 소방청에서도 내식성 재료의 펌프 사용에 대한 규정을 고시개정을 통해 연내 행정예고를 통해 2020 시행 예정임.

4. 지원기간/예산/추진체계

ㅇ 기간 : 33개월 이내 (1차년도 : 9개월, 2차년도 : 12개월, 3차년도 : 12개월)

ㅇ 정부출연금 : ‘20년 7억원 이내(총 정부출연금 30억원 이내)

ㅇ 주관기관 : 중소·중견기업

ㅇ 기술료 징수여부 : 징수

[첨부2] 기계산업핵심기술개발사업(첨단기계) 신규과제 실무작업반 명단

우선 순위	과 제 명	실무작업반
		성명	소속	직위
1	차세대 배기규제 만족을 위한 산업기계용 1L급 디젤엔진 개발	이시민	농기계협동조합	이사
2	토공작업 자동화를 위한 자동화 굴착기-트럭 운영 시스템 기술 개발	양치훈	건설기계부품연구원	본부장
3	안전사고 방지를 위한 굴착기용 지능형 안전감시 시스템 개발	이근호	한국기계연구원	책임
4	중대형 굴착기용 전자식 메인 컨트롤밸브 개발	최성준	한국생산기술연구원	수석
5	5∼8톤급 휠 굴착기용 가변 용량형 사축식 주행모터 개발	최성준	한국생산기술연구원	수석
6	디스플레이/반도체 공정장비용 1.3 × 10-8 mbar 이하 초고진공 터보분자펌프 기술 개발	이상호	원광대학교	교수
7	±3℃ 이내 온도 제어가 가능한 친환경 항온 챔버 기술개발	염한길	한국기계연구원	책임
8	자동화 토공작업용 스마트 건설기계를 위한 실시간 3D 드론 측량기술 개발	양치훈	건설기계부품연구원	본부장
9	20톤급 굴착기용 직구동식 전자제어 메인 유압펌프 기술 개발	최성준	한국생산기술연구원	수석
10	건설기계 유압작동유 실시간 오염도 검침을 위한 지능형 센서모듈	이병원	건설기계부품연구원	본부장
11	스마트 건설기계 운영을 위한 고속 네트워크 시스템 기술개발	양치훈	건설기계부품연구원	본부장
12	14톤급 자율작업 굴착기용 지능형 틸트로테이터 기술	이한민	한국기계연구원	실장
13	승강기 가용시간 증가를 위한 운영 및 관리 서비스 기술개발	이창훈	한국승강기 안전관리공단	대리
14	오픈 플랫폼형 트랙터 자동 변속기의 구동모듈 및 제어기술 개발	한중수	엘에스엠트론(주)	책임
15	소량 냉매사용 및 냉온수 동시생산이 가능한 산업용 히트펌프 기술	이상호	원광대학교	교수
16	레벨 3 자율작업 트랙터용 개방형 통합제어 시스템 기술개발	지상훈	한국생산기술연구원	수석
17	24kW급 초고효율 친환경 가스보일러 가습 연소 기술	염한길	한국기계연구원	책임
18	50kW급 입형 다단 스마트 소방펌프 시스템 개발	박성재	(주)두크	이사