VOL KEIT PD ISSUE REPORT ➊ ➊ [ FOCUSING [ ISSUE ISSUE ] 웨어러블, ] 인류 편익을 플랫폼화에 높이는 집중하자 컴퓨팅 ➋ ➋ [ PD [ PD 기술 기술 이슈 이슈 1 ] 1 CPS ] PACS

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1 ISSN VOL FOCUSING ISSUE '스마트 공장' 제조업 패러다임 바꾼다 PD 기술 이슈 ISSUE 1 CPS 현황 분석 ISSUE 2 내시경 의료기기 기술 및 산업동향 ISSUE 3 무인항공기(드론) 기술동향과 산업전망 ISSUE 4 나노기반 회절광학소자 응용 및 발전전망 ISSUE 5 수소연료전지차의 시장 도래 ISSUE 6 엇회전 펌프수차 설계기술 개발동향 ISSUE 7 ICT 융합 스마트 가공시스템 기술동향 및 개발방향 ISSUE 8 GIFA/METEC/THERMPROCESS/NEWCAST 2015 박람회에서 본 주조 및 열처리 기술 동향 및 시사점

2 VOL KEIT PD ISSUE REPORT ➊ ➊ [ FOCUSING [ ISSUE ISSUE ] 웨어러블, ] 인류 편익을 플랫폼화에 높이는 집중하자 컴퓨팅 ➋ ➋ [ PD [ PD 기술 기술 이슈 이슈 1 ] 1 CPS ] PACS(Picture 현황 분석 Archiving and Communication System) ➌ [ PD 기술 이슈 2 ] 내시경 기술 의료기기 및 산업 동향 기술 및 산업동향 ➍ ➌ [ PD [ PD 기술 기술 이슈 이슈 3 ] 2 무인항공기(드론) ] 고령친화형 정보서비스의 기술동향과 현황과 산업전망 시사점 ➎ ➍ [ PD [ PD 기술 기술 이슈 이슈 4 ] 3 나노기반 ] 유동안정성 회절광학소자 확보 기술 응용 및 발전 및 발전전망 전망 571 ➏ ➎ [ PD [ PD 기술 기술 이슈 이슈 5 ] 4 수소연료전지차의 ] 북극항로 개방현황 시장 및 도래 관련 조선 산업 기술동향 7389 ➐ ➏ [ PD [ PD 기술 기술 이슈 이슈 6 ] 5 엇회전 ] 스마트홈 펌프수차 미들웨어 설계기술 기술 개발동향 및 산업 융합 전략 ➑ [ ➏ PD [ PD 기술 기술 이슈 이슈 7 ] 5 ICT ] 건축물의 융합 스마트 안전관리를 가공시스템 위한 기술동향 IT융합 기술동향 및 개발방향 ➒ [ PD 기술 이슈 8 ] GIFA/METEC/THERMPROCESS/NEWCAST ➑ [ 특집 1 ] 2013년도 정보통신 기술진흥 투자방향 및 계획 박람회에서 본 주조 및 열처리 기술 동향 및 시사점 141 ➑ [ 특집 2 ] 전문가-논문-특허 -시장 관점에서 바라본 S/W, 165 시스템반도체 분야 기술수준

3 ISSN VOL FOCUSING ISSUE '스마트 공장' 제조업 패러다임 바꾼다 PD 기술 이슈 ISSUE 1 CPS 현황 분석 ISSUE 2 내시경 의료기기 기술 및 산업동향 ISSUE 3 무인항공기(드론) 기술동향과 산업전망 ISSUE 4 나노기반 회절광학소자 응용 및 발전전망 ISSUE 5 수소연료전지차의 시장 도래 ISSUE 6 엇회전 펌프수차 설계기술 개발동향 ISSUE 7 ICT 융합 스마트 가공시스템 기술동향 및 개발방향 ISSUE 8 GIFA/METEC/THERMPROCESS/NEWCAST 2015 박람회에서 본 주조 및 열처리 기술 동향 및 시사점

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5 KEIT PD ISSUE REPORT VOL 15-7 FOCUSING ISSUE '스마트 공장' 제조업 패러다임 바꾼다 박장석 / 한국산업기술평가관리원 사업기획본부장

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7 KEIT PD Issue Report Focusing Issue '스마트 공장' 제조업 패러다임 바꾼다 '스마트 공장' 제조업 패러다임 바꾼다 ㅣ저 자ㅣ 박장석 / 한국산업기술평가관리원 사업기획본부장

8 KEIT PD Issue Report PD ISSUE REPORT JULY 2015 VOL 15-7 '스마트 공장' 제조업 패러다임 바꾼다 사물끼리 인터넷으로 연결돼 정보를 주고받는 사물인터넷(IoT) 시대가 열리고 있다. 글로벌 네트워크기업 시스코는 사물인터넷의 잠재가치는 향후 10년간 14조 달러에 이를 것으로 전망했으며, 그 중 스마트공장 관련 부분이 3조8000억 달러에 이를 것으로 전문가들은 내다보고 있다. 스마트공장은 전통 제조업에 ICT(정보통신기술)를 접목해 개별 공장의 설비와 공정이 서로 연결되고, 모든 생산정보가 실시간으로 공유 활용돼 최적화된 생산이 가능한 공장을 의미한다. 즉, 직접 공장에 가지 않아도 스마트폰 하나로 현장을 확인하고, 제어가 가능하다. 제조업의 완전자동생산체계 구축을 통해 생산과정을 최적화하는 독일의 인더스트리(Industry) 4.0 산업정책의 핵심에도 스마트 공장이 있다. 2020년 세계 인구가 76억명을 돌파할 것이라 예견됨에 따라 생산과 관련된 수요도 증가할 것으로 보인다. 국가의 미래는 생산력의 요구에 얼마나 대응하느냐에 달렸다. 미래사회의 변화와 수요를 충족할 열쇠가 바로 스마트공장에 있다. 세계의 산업환경은 18세기 증기기관 발명의 인더스트리 1.0을 거쳐 제조업의 완전한 자동생산시스템 구축의 인더스트리 4.0 단계에 와 있다. 그러나 국내 제조업은 아직까지 단순히 IT가 산업에 접목되는 인더스트리 3.0에 머물러 있는 실정이다. 글로벌 경제위기 이후 미국과 일본의 제조 기업은 재무구조가 상승세로 돌아섰으나 국내 제조 기업은 악화되고 있다. 또 인텔, 지멘스와 같은 외국 기업의 기술에 의존적인 공장경영과 폐쇄적 기술공유로 국내 제조업은 기술발전과 경쟁력 확보에 한계를 느끼고 있다. 8 한국산업기술평가관리원

9 Focusing Issue '스마트 공장' 제조업 패러다임 바꾼다 우리나라가 제조업의 신흥강국으로 급성장 중인 중국과의 격차를 벌리고 제조업 선진국인 미국 독일과 경쟁하기 위해서는 제조업의 스마트화가 절대적으로 필요하다. 우리나라가 보유한 세계 최고의 ICT 기술과 인프라를 활용해 스마트 공정 방식을 도입한다면 국가 경쟁력을 높이는데 큰 역할을 할 수 있을 것이다. 스마트공장을 구현하기 위해서는 해결해야 할 과제가 많다. 실시간 점검과 품질분석 및 예측관련 기술, 공통 산업 플랫폼 개발을 진행해야 한다. 더불어 모델공장을 구축해 개발기술을 검증하고 실제 산업현장에 적용해 국내 제조업에 스마트 공장 도입을 확산해야 한다. 스마트 공장의 운영 최적화 및 다양한 공정으로의 호환과 재사용을 위해서는 산업 표준기술 개발이 함께 이뤄져야 한다. 때마침 정부는 제조업 패러다임의 혁신을 위해 2020년까지 공장 1만 곳을 스마트 공장으로 전환하겠다고 밝혔다. 산업부는 '스마트공장고도화기술개발사업'을 통해 국내 제조업의 생산성 향상과 새로운 제조환경에 능동적으로 대응토록 하기 위해 ICT기술을 접목한 완전자동화 생산시스템 구축 지원에 나섰다. 스마트공장은 단순한 제조혁신이 아니다. 사람들의 인식과 산업체계를 바꿀 수 있는 패러다임이다. 스마트 공장이 제조업의 고도화를 실현하여 생산성 향상에 기여한다면 창조경제로의 도약은 물론 대한민국의 새로운 미래를 열 수 있을 것이다. 디지털타임스( ) Korea Evaluation Institute of Industrial Technology 9

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11 KEIT PD ISSUE REPORT VOL 15-7 PD 기술 이슈 ISSUE 1 CPS 현황 분석 - KEIT 임베디드SW PD실 ISSUE 2 내시경 의료기기 기술 및 산업동향 - KEIT 의료기기 PD실 ISSUE 3 무인항공기(드론) 기술동향과 산업전망 - KEIT 산업융합 PD실 ISSUE 4 나노기반 회절광학소자 응용 및 발전전망 - KEIT 나노PD실 ISSUE 5 수소연료전지차의 시장 도래 - KEIT 그린카 PD실 ISSUE 6 엇회전 펌프수차 설계기술 개발동향 - 한국생산기술연구원 ISSUE 7 ICT 융합 스마트 가공시스템 기술동향 및 개발방향 - KEIT 생산장비PD실 ISSUE 8 GIFA/METEC/THERMPROCESS/NEWCAST 2015 박람회에서 본 주조 및 열처리 기술 동향 및 시사점 - KEIT 산업용기계 PD실

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13 CPS(Cyber-Physical Systems) 현황 분석 l저자l 이규택 PD / KEIT 임베디드SW PD실 이건재 책임 / KEIT 임베디드SW PD실 임채덕 부장 / ETRI 임베디드SW연구부 SUMMARY 목적 급격히 도래하고 있는 초연결사회 구현을 위하여 기존 임베디드 시스템의 미래지향적이고 발전적인 개념인 사이버-물리 시스템(CPS: Cyber-Physical Systems) 기술의 도입이 시급히 필요함 CPS는 독일의 인더스트리 4.0 구현뿐만 아니라 의료 헬스케어, 에너지, 운송, 국방 등 다양한 분야에 광범위한 적용이 예상되면서 다시 주목을 받는 상황 CPS는 안전한 국가를 위한 기간산업 분야에 대한 활용도가 높아 국민의 생활양식과 사회시스템을 크게 변화시킬 것으로 기대됨 주요현황 미국 독일 EU 등 선진국은 CPS를 차세대 핵심 기술로 인식하고 관련 기술과 플랫폼 개발에 총력을 기울이고 있음 국내에서는 연구소와 학계를 중심으로 소규모 CPS 관련 연구가 이루어지고 있으며, 아직까지 국방 등 소수 응용 분야에 부분적으로 적용 중 시사점 및 정책제안 (시장) 수요기업의 애로기술 분석을 통하여 연구 개발 범위를 설정하고, 분야별 전문가들의 연구 성과를 산업, 공공분야에서 응용 실용화 추진 (기술) 미래지향적 시스템을 구현하기 위한 다학제적 융합학문으로 자리매김함에 따라 적극적 투자를 통한 핵심 기술 확보 및 표준화가 필요 (정책) 새로운 제품과 서비스의 출현으로 빠르게 변화하는 시장을 선도할 수 있도록 다양한 분야들과의 창조적 연계 지원 체계 및 제도 개선

14 KEIT PD Issue Report PD ISSUE REPORT JULY 2015 VOL CPS 기술 개요 기술 개발의 개요 및 필요성 사이버-물리 시스템(CPS: Cyber-Physical Systems)은 컴퓨팅 장치와 같은 사이버 시스템(Cyber System)을 통해 실세계의 사람 운영환경 기계장치와 같은 물리 시스템(Physical System)을 네트워크로 통합하여 신뢰성 있게 자율제어 하는 시스템임 - CPS는 기존 임베디드 시스템의 미래지향적이고 발전적인 개념으로써 전통 산업에 ICT 기술이 결합되어 기존 산업과 서비스에 새로운 부가가치를 부여하고자 융 복합 산업을 구현하기 위한 핵심 기술임 - 다수의 이종 시스템들이 네트워크를 통해 결합 연동되어 자율적으로 임무를 수행하는 스마트 시티, 국방, 교통, 스마트 그리드, 스마트 생산 시스템 등을 포함하는 대규모 시스템(System of Systems)에 필수적으로 필요한 기술임 - 최근 부각되고 있는 혁신적인 제조환경 구현뿐만 아니라 의료 헬스케어, 에너지, 송전, 운송, 국방 등 다양한 분야에 광범위한 적용이 예상되면서 다시 주목을 받는 상황 - 안전한 국가를 위한 기간산업 분야에 활용도가 높아 국민의 생활양식과 사회시스템을 크게 변화시킬 것으로 기대됨 그림 1 기술 변화에 따른 CPS의 등장 배경 Cyber-Physical Systems, Internet of Things and Smart Cities, Sokwoo Rhee, NIST CPS가 초연결사회의 미래지향적 시스템을 구현하기 위한 융합학문으로 자리매김함에 따라 우리나라도 적극적 투자를 통한 핵심 기술 확보가 필요한 상황 - 일반적으로 시간의 흐름에 따라 동작하는 물리시스템과 컴퓨터와 같이 논리의 흐름에 따라 동작하는 사이버시스템은 이론적인 배경에서부터 본질적인 차이가 있음 - 기존 임베디드 시스템이 주로 휴대폰 및 정보가전 등의 운용에 집중된 반면 CPS는 센서와 액추에이터를 통한 자율적인 물리시스템 제어를 목표로 함 14 한국산업기술평가관리원

15 ISSUE 1 CPS 현황 분석 그림 2 CPS 기술 개념도 2012년부터 S. Shyam Sunder, NIST 및 Edward A. Lee, UC Berkeley는 여러 전문가와 협력하여 CPS의 개념을 Concept Map으로 정의 - CPS가 미래지향적 시스템을 구현하기 위한 다학제적 융합학문으로 자리매김함에 따라 적극적 투자를 통한 핵심 기술 확보가 필요 - 미국 독일 EU 등 선진국은 CPS를 차세대 핵심 기술로 인식하고 CPS 관련 기술과 플랫폼 개발에 총력을 기울이는 상황 미국 오바마 대통령은 2013년 2월, 미국의 핵심 먹거리로 9개의 혁신 프로젝트 를 발표, 주요 과제에 CPS를 포함, 2006년 이후 연간 500억 원 수준의 지속적인 R&D 투자 중 독일 정부는 CPS의 구축 및 스마트 생산으로의 전환을 위해 3년간 5억 유로(약 7,500억 원)를 R&D에 지원할 계획이며, EU는 2007년부터 CPS 임베디드 시스템에 70억 유로 투자 Korea Evaluation Institute of Industrial Technology 15

16 KEIT PD Issue Report PD ISSUE REPORT JULY 2015 VOL 15-7 기술 개발 집중화 전략 고신뢰 CPS기술개발 핵심기술 확보 확보기술 : 고신뢰 SW기술, SW중심 네트워크 기술, 상황 인지 기술 등 동반 성장 전략 지능형 CPS기술개발 기술 고도화 적용분야 : 제조, 의료/ 헬스케어, 스마트 홈 등 적용 범위 확대 전략 자율형 CPS기술개발 도메인별 적용 기술 개발 적용분야 : 교통, 에너지, 국방 등 단기 (~2015년) 중기 (~2018년) 장기 (2019년~) 연도 그림 3 CPS 기술 로드맵 세부 기술 설명 전통적인 소프트웨어 개발 방법으로는 이종 시스템들 간의 결합에 따른 복잡성, 불확실성, 불예측성을 다루기 어렵기 때문에 고신뢰 시스템을 위한 모델링 및 시뮬레이션 기술 활용 - CPS 모델링 및 시뮬레이션 기술 은 사이버시스템과 물리시스템 간의 상호작용 및 상호의존성을 토대로 복잡한 시스템의 신뢰성을 제공할 수 있는 기술 - 소프트웨어의 신뢰성을 지원하기 위해 대상 시스템 내에 포함되는 물리시스템, 컴퓨팅 시스템 및 대상 시스템을 둘러싸고 있는 환경까지 포함한 System of Systems를 개발할 수 있는 기술 실세계에서 운영 중인 시스템의 신뢰성을 보장하기 위해 자율제어 기술을 활용 - 기존의 시스템 제어가 인간의 의사 결정에 컴퓨터(Cyber System)를 활용하고, 다시 전자 및 제어 기술로 실세계(Physical System)를 제어하는 방식이라면, CPS는 인간의 관여를 최소화하고, 컴퓨터를 중심으로 실세계를 제어하는 자율제어 시스템 - 컴퓨터 과학 분야에서 발전해온 네트워크/분산컴퓨팅 상황인지 인공지능 실시간 컴퓨팅을 기반으로 가상시스템 구축이 가능하며, 이러한 가상시스템은 실세계와 밀접하게 연동되고 이를 제어하는 능력을 가짐 - 가상시스템을 중심으로 데이터 수집 의사 결정 제어를 위한 폐루프(closed-loop)가 형성되고, 인간을 포함한 실세계의 요소들이 인더루프(in-the-loop) 기술을 통해 제어 루프에 참여 - 자율제어 시스템 개발이라는 공통 목표 아래 IT 업체들은 다양한 도메인에 적용될 수 있는 공통 기술 형태로, 전통적인 제조업체들은 도메인에 특화된 전자 및 제어 기술에 IT 기술을 적용하는 형태로 개발 중 16 한국산업기술평가관리원

17 ISSUE 1 CPS 현황 분석 분산된 다양한 이종의 시스템을 위한 CPS 통합 연동 기술 - CPS 시스템은 시스템 운용상태, 환경에 대한 정보를 획득하기 위한 각종 센서 등 물리 시스템들과 이들 정보를 처리, 분석하여 상황을 인식하고 제어하기 위한 소프트웨어들로 구성된 사이버시스템간의 통합 연동이 필수적임 - 스마트교통, 스마트국방, 스마트빌딩 등과 같이 인프라 규모의 대규모(Large-Scale) CPS 시스템들은 독자적인 운용이 가능한 많은 수의 소규모(Small-Scale) CPS 시스템들이 유기적으로 통합 운영되어 하나의 대규모 시스템처럼 운용되는 System of Systems의 형상을 가지며 이들 시스템들 간 고신뢰 통합 지원 - 통합 연동을 위해서는 CPS를 구성하는 각 이종 시스템들 간의 데이터 전달이 가능하도록 하는 네트워킹 기술 및 이를 기반으로 시스템들이 상호 밀접하게 통합되어 하나의 시스템처럼 운용될 수 있는 상호운용성 보장 - 네트워킹 기술은 M2M(Machine-to-Machine)에서 출발하여 각 산업 도메인별 상호운용성을 보장하기 위하여 시스템들 간의 데이터 연동을 지원할 수 있는 사물인터넷(IoT) 통신 미들웨어 기술로서 개발되고 있음 IoT future CPS now WSNs Sensing Foundation DRTC VAS M2M now Monitoring IIP CE2E Supplement IIP: Intelligent Information Processing DRTC: Distributed Real-Time Control CE2E: Communication End-to-End VAS: Value-Added Services 그림 4 WSN(Wireless Sensor Network), M2M, IoT, CPS 간의 상관관계 From Machine-to-Machine Communications towards Cyber-Physical Systems ComSIS, Jun 신뢰성 높은 시스템을 위한 고신뢰 CPS OS 및 플랫폼 기술에 대한 수요가 급증 - CPS와 같이 SW의 역할이 큰 시스템은 SW의 기본 특성상 외부의 공격에 취약할 뿐만 아니라, SW 개발 및 실행 과정에서 오류 발생의 여지가 크기 때문에 신뢰성 높은 시스템 SW의 요구가 증대되고 있음 - 기존의 OS기술에서는 성능이 가장 중요한 요구사항이었으나, 다양한 시스템에 적용되고 국가 기간산업 등이 CPS화 되면서 OS의 신뢰성, 보안성, 오류 복구 등도 중요한 요구사항으로 고려 - OS 기술의 신뢰성은 SW 인증 및 검증을 통해 확보할 수 있으며, 실제로 다양한 분야(항공, 자동차, 철도, 산업, 의료 Korea Evaluation Institute of Industrial Technology 17

18 KEIT PD Issue Report PD ISSUE REPORT JULY 2015 VOL 15-7 등)에서 SW의 인증 기준이 제공되고 있고, 이에 맞추어 개발된 OS 기술은 신뢰성 높은 시스템의 초석이 될 수 있음 - OS 기술의 보안성은 암호화 기술이나 안전한 시스템 구동 기술 등을 활용하여 구축할 수 있으며, 경량화 된 커널 구조는 자연스럽게 보안 수준을 높일 수 있는 방향 제시 2. CPS 기술 동향 국내 기술 동향 및 수준 CPS 관련 기술 개발 현황은 분야별로 차이가 있겠지만 대부분 초기단계에 머물러 있음 - 한국전자통신연구원(ETRI)에서 고신뢰 자율제어 SW를 위한 CPS 핵심기술 개발 이라는 과제(2010.~2015.)로 CPS 하이브리드 모델링 및 시뮬레이션 기술 등 대규모 시스템 통합 데이터 연동 미들웨어 기술을 개발함 ETRI의 CPS 연동 미들웨어는 국제 표준화 기구인 OMG (Object Management Group)의 DDS(Data Distribution Service) 기술을 채택하고 국산화뿐만 아니라 기능을 확장 개발하여 국방 및 민간 CPS 기술 개발 기업에 기술이전 수행 - 국내 고신뢰 CPS OS 기술로는 ETRI의 Qplus-AIR와 Qplus-HYPER가 있음 ETRI는 항공기 표준(ARINC 653)을 준수하는 분할 커널 기반의 Qplus-AIR를 개발하였고, 항공 SW 인증인 DO178B의 안정성 최상위 등급인 Level A를 획득 Qplus-HYPER는 경량 실시간 임베디드 하이퍼바이저(Hypervisor) 기술을 확보하여 기존 레거시 응용을 용이하게 통합할 수 있는 고신뢰 CPS OS 기술 - 중소기업에서는 제조업 도메인(자동차, 조선, 항공 등)을 위주로 분야별 특화된 모델링 및 시뮬레이션 기술을 개발해서 생산 시스템의 효율화를 진행 중 - 서울대, KAIST, 경북대 등 소규모 연구실 단위의 기술연구가 이루어지고 있음 - 한국정보통신기술협회(TTA)의 PG 609에서는 사이버-물리 시스템(CPS) 프로젝트 그룹을 신설하고 2010년부터 표준화 과제를 제안하고 있음 2015년까지 CPS 를 주제로 제정된 표준은 총 34건으로, 정보통신단체표준(TTAS)으로 분류 제정된 표준 가운데 생산 설비와 같은 하이브리드 시스템 개발을 위한 모델링 및 시뮬레이션 기술로 분류된 대표적인 표준은 총 6건(아래 표 참조) 18 한국산업기술평가관리원

19 ISSUE 1 CPS 현황 분석 표 1 TTA PG 609 표준 현황 표준종류 표준번호 표준제목 제개정일 정보통신단체표준 (TTAS) TTAK.KO /R1 사이버-물리 시스템(CPS) 하이브리드 모델링 언어표기 지침 정보통신단체표준 (TTAS) TTAK.KO 사이버-물리 시스템(CPS) 하이브리드 모델링 언어 정의 정보통신단체표준 (TTAS) TTAK.KO 사이버-물리 시스템(CPS)의 협업형 목표 모델링 요구사항 정보통신단체표준 (TTAS) TTAK.KO 사이버-물리 시스템(CPS) MILS 지원 시뮬레이터 참조 모델 정보통신단체표준 (TTAS) TTAK.KO 사이버-물리 시스템(CPS) 모델링을 위한 합성 환경 데이터 표현 지침 정보통신단체표준 (TTAS) TTAK.KO 사이버-물리 시스템(CPS) 하이브리드 시스템의 시뮬레이션 모델링 지침 해외에서는 다양한 도메인에 적용될 수 있는 공통 기술 형태로 자율제어 기술이 연구 중인 것과 달리 국내에서는 자동차(현대기아자동차), 항공기(한국항공우주산업), 가전(삼성전자, LG전자) 등 도메인에 특화된 무인시스템 기술 개발에 매진 - 현대기아자동차는 운전자에게 각종 센싱 정보를 지원하는 첨단 운전자 지원 시스템(ADAS)를 주요 양산 차에 적용하고 있으며, 올 연말부터 신차에 적용된 고속도로 주행지원 시스템(HDA)을 통해 차량 간 거리 유지, 차선 유지, 자동 속도 제어 등 주변 차량과 사물을 종합적으로 판단해 자율제어를 가능하게 할 예정 - ETRI의 고신뢰 CPS OS인 Qplus-AIR는 외산에 의존해왔던 항공용 OS를 국산화해 한국항공우주산업의 3m*2m 크기 시험용 무인기에 탑재했고 국내 최초 비행에 성공 국외 기술/표준화 동향 및 수준 CPS 기술은 개별 기업을 통한 적용 도메인별로 개발이 이루어지고 있음 - Stanford 대학과 미 국방성은 선진 모델링 및 시뮬레이션 기술을 바탕으로 100% 무인전기셔틀 자동차인 ARIBO를 개발하여 프로젝트에 참여한 대학/기업/군을 대상으로 실험장소 및 테스트베드를 선정하여 무인셔틀 서비스를 지원할 예정 - Qualcomm은 유량분배시스템에 모델링 및 시뮬레이션 기술을 활용하여 환경재해(홍수, 가뭄) 또는 노후화된 파이프로 인한 물 유실량을 조기 발견해 효과적으로 가정과 산업에 물을 공급하는 기술을 개발 - 혼다와 Qualcomm이 협력해서 CPS 기술을 이용해 운전자에게 HUD를 통해 보행자의 존재를 알려주고, Korea Evaluation Institute of Industrial Technology 19

20 KEIT PD Issue Report PD ISSUE REPORT JULY 2015 VOL 15-7 보행자에게는 모바일 기기를 통해서 자동차의 존재를 알려주는 서비스인 Vehicle-to-Pedestrian CPS Safety Concept 를 개발 - IT 기업인 Google은 클라우드를 활용하여 로봇 자원(배터리, 메모리, 센서 등)을 줄이면서도 고도의 컴퓨팅을 요하는 업무를 수행하는 효용성이 높은 저가의 로봇을 개발하는 클라우드 로보틱스 를 수행 - Google은 자사의 IT 기술과 DARPA 주관 무인자동차 대회에서 우승한 스탠포드, 카네기멜론 등의 핵심 연구원들을 영입하여 확보한 전자 및 제어 기술을 융합해 자율주행 자동차를 개발하여 42만 km (지구 12바퀴의 거리)를 주행 - 자율제어를 위한 공통 기술은 IBM(자율컴퓨팅 기술), UC버클리(ActionWebs), 카네기멜론(모델기반자율제어) 등 학계 중심으로 개발 CPS 통합 연동 기술로서 현재까지 DDS 연동 미들웨어 기술 개발은 OMG DDS를 선도하고 있는 RTI, Prismtech 및 OCI 등 미국 업체에 의해 주도적으로 진행되고 있음 - RTI는 Connext-DDS를 상용화 하고 있으며, Prismtech은 OMG DDS의 스펙을 준수하는 오픈 소스 형태의 OpenSplice DDS 제품을 개발하여 세계 시장을 독과점하고 있으며 국내 국방 CPS 분야의 연동 미들웨어로 채택, 적용되고 있음 - 특히 RTI는 OMG DDS 스펙의 제안자이며, 현재 DDS 분야 1위의 시장 점유율 업체로서 미 해군함정, 차세대 전투체계, UGV, SCADA, 도쿄 지능형 교통통제 등에 실제 적용하였고, 스마트 제조 분야의 기반 연동 미들웨어로서 DDS 기술을 확장 개발하여 제품군 출시 표 2 DDS 제품 별 특징 RTI DDS OpenSplice OpenDDS Organization/Sponsor RTI Co. PrismTech Co. Open Computing Inc. Framework - OpenFusion(CORBA) based/stand-alone TAO Based DDSI Implemented Implemented None License Commercial License LGPL No License Source Closed Open Open Access Control Supported None None Light-weightness Unneeded Context Switching Preallocating Memory Buffer Eliminated Too Many Too Many Supported None None 20 한국산업기술평가관리원

21 ISSUE 1 CPS 현황 분석 - DDS 기술은 국제 표준화 기구인 OMG에 의해 표준화가 진행되고 있으며, 서비스품질 및 API를 정의한 표준 문서인 DCPS는 2004년 12월 버전1.0이 표준화된 이후 2005년 12월 버전1.1이 2006년 9월에 버전1.2가 발표되어 사용 - DDS중 메시지 형식과 전달 절차를 정의한 표준문서인 RTPS는 2006년 7월 버전1.2가 표준화된 이후 2007년 6월, 2008년 6월에 각각 버전2.0, 버전2.1이 채택 년 3월과 7월에 RTPS 표준을 주도한 3개 벤더들 간에 상호운용성 시험이 이루어졌으며, 2011년 3월 OMG 표준화 회의에는 RTI, Prismtech, IBM, TwinOaks, Gallium등 5개사가 참여하여 상호운용성 시험절차 및 표준안을 확장 그림 5 DDS를 적용한 CPS 시스템 연동 구조 3. CPS 시장 동향 국내외 시장 현황 및 전망 전세계 CPS 시장은 연평균 21.8% 성장하여 2020년 약 1.2조 달러로 전망되며, 국내는 연평균 32.8% 성장으로 약 17.1조원 규모 전망(한국인터넷진흥원, 시큐리티 발전 전략, ) - 자율제어 기술에서 최대 화두인 분야는 자동차의 자율주행 기술로 자율주행을 위한 부품의 규모가 현재 7천만 개에서 2020년 약 2억 개로 성장 예상 Korea Evaluation Institute of Industrial Technology 21

22 KEIT PD Issue Report PD ISSUE REPORT JULY 2015 VOL 연동 미들웨어가 적용될 산업용 네트워크 시장은 세계 시장 규모가 2010년 25억 달러에서 2015년 67억 달러가 될 것으로 예측되며, 2010년-2015년 5년간 연평균 성장률은 21.7%에 이름 미국, 독일, 유럽 등은 CPS를 차세대 핵심기술로 인식, 관련 기술 개발을 위해 총력을 기울임 - (미국) 오바마 대통령은 2013년 2월 혁신 프로젝트 에 CPS를 포함하고 이를 기반으로 제조, 운송 등 산업 분야에서의 스마트 시스템 구축을 통해 경제 개발 및 일자리 창출 기대 - (독일) 인더스트리 4.0의 주요 핵심 기술인 CPS, 특히 모델링 및 시뮬레이션 기술을 통해 지능형 스마트 공장 구현으로 생산성 증가 등 새로운 부가가치 창출 - (EU) 2007년부터 CPS 및 임베디드 시스템에 Frame Programme 7(ARTEMIS) 70억 달러를 투자, Frame Programme 8(HORIZON 2020)을 통해 2020년까지 연구 CPS 통합 연동 기술이 활용되는 시장 규모가 가장 큰 제조 분야 중 하나인 국내 산업용 네트워크 시장 규모는 2011년 약 1,500억 원에서 2017년 약 4,470억 원으로 6년간 연평균 20%에 이를 것으로 전망 - 특히 EtherNet 기반의 산업용 네트워크 세계 시장 규모는 2011년 8억 달러에서 2017년 24억 달러가 될 것으로 예측되며, 2013년-2017년 5년간 연평균 20.3%에 이를 것으로 전망 표준종류 2014년 2017년 2019년 세계 시장 규모 55,020 99, ,440 한국 시장 규모 3,106 4,470 6,432 VDC Research the market for wireline and wireless industrial networking infrastructure product markets IMS Research The World Market for Industrial Ethernet HelloT 자동화 시장 중 산업용 통신망 시장 (단위 : 억원) 국내외 수요처 현황 CPS는 전통 산업에 ICT기술이 결합되어 기존 산업과 서비스에 새로운 부가가치를 부여하고자 스마트 시티, 국방, 교통, 스마트 그리드, 스마트 생산 시스템 등에 활용 가치가 매우 큰 기술임 - (자동차) 자동차 ECU에 탑재되는 SW비중이 증가함에 따라 관련 부품을 위한 개발지원 도구를 개발하는 업체 간의 주도권 경쟁이 더욱 심화될 것으로 보임. 또한 거대 IT 기업(MS, Apple, Google 등)의 자동차 시장 공략이 본격화되고 있음 - (조선) 선박 및 해양구조물 설계기술 고도화 및 생산성 향상을 위해 선박 설계 및 생산 시스템, 관리지원 시스템 시장이 확장되고 있으며, 대부분 해외 기술 의존도가 높은 상황. 국내에서는 조선해양 전용 시스템 개발로 이에 대응하고 있음 - (건설) 초고층, 초정밀 등 시공환경이 고도화됨에 따라 가상건설 설계 기법을 통한 비용 및 기간 최적화 경쟁이 가속화 되고 있음 22 한국산업기술평가관리원

23 ISSUE 1 CPS 현황 분석 - (섬유) 엔터테인먼트용 디지털 의류를 시작으로 헬스케어 의류 및 i-fashion 기술 등 원천요소기술에서 제품응용까지 선진국과 큰 기술격차 없음 - (의료) 기존 의료기기 제조업체뿐만 아니라 센서 및 측정기기가 부착된 가전, 의류 등이 개발되면서 다양한 산업군에서 활발히 참여 - (기계) 조선, 자동차, 반도체, 디스플레이 등은 외산 기계제품에 의한 제품개발이 대부분임 - (에너지) 유럽 및 미국에서는 신재생에너지 개발을 위하여 태양열, 풍력, 바이오 가스 등을 중심으로 집중적인 연구개발을 수행 중 CPS 통합 연동 기술의 경우 도메인별로 특화된 기술로 발전하고 있으며, 공통의 연동 미들웨어를 바탕으로 각 분야에 적합한 추가 기술을 개발하여 활용 - 국방 분야 CPS의 경우 기반 네트워킹 기술로서 국방 분야에서 사용되고 있던 통신 기술을 사용하는 반면 시스템들 간의 연동을 위해서는 DDS 기술이 거의 실질적인 표준으로 적용되어 각종 국방 CPS 시스템들이 개발되고 있는 상태임 - 국내에서도 차기 국방 체계들에 DDS가 탑재되어 운용되거나 계획 중인 사업이 다수인 상태이나 미국산 제품이 탑재되고 있어 국산화된 제품의 활용이 시급한 상태임 - 국방에서 실제 훈련체계와 가상 훈련체계를 통합하기 위한 노력이 있으며 이들 통합 연동 시스템의 기반 연동 미들웨어로서 DDS 기술을 적용하기 위한 기술 개발이 진행되고 있음 - 소방 방재 등 민간 고신뢰 인프라 CPS 분야에서 일부 기업들이 연동 미들웨어를 활용하여 대규모(Large-Scale) 시스템을 구현할 수 있도록 기술 개발 중 - 제조 CPS 분야에서는 기존 제조 설비들을 연결하기 위한 필드버스 계열의 통신이 사용되고 있으며 필드버스 관련 규격들을 정리하여 국제표준(IEC61158, IEC61784)을 발표 제정 - 반면 제정 표준이 기존의 제조설비 벤더별로 개발된 현장에서 기 사용 중인 업체 고유 필드버스 통신들을 거의 대부분 포함하여 상호 연동 및 통합 운영에 어려움이 있어 연동 미들웨어의 필요성이 커지고 있음 신뢰성 높은 시스템을 위한 고신뢰 OS 및 플랫폼 기술은 임베디드 OS 수요를 대체 할 수 있는 기술로 자리매김하고 있으며 다양한 분야에 활용이 가능함 Korea Evaluation Institute of Industrial Technology 23

24 KEIT PD Issue Report PD ISSUE REPORT JULY 2015 VOL 15-7 표 3 고신뢰 CPS OS 활용 후보 (2015 현재) 수요처 국명 수요량 관련제품 다산네트웍스 대한민국 매출액 1,400억 원 수준 통신장비 (라우터) LIG Nex1 대한민국 - 헬기, 항공전자장비 삼성 탈레스 대한민국 - 통신 미들웨어, 항공장비 한국항공우주산업 대한민국 2013년 기준 매출액 2조 원 규모, 2020년 수출목표 : T-50 1,000대, KT-1 200대, 수리온 300대 헬기, 무인항공기, 전투기 한국항공우주연구원 대한민국 - 무인항공기, 항공전자장비 한국전력기술 대한민국 원자력 발전소 24기 규모 원자력 발전소 제어 시스템 철도기술연구원 대한민국 국내 철도차량 보유대수 약 18,500량 철도차량, 제어기 현대중공업 대한민국 - 도장로봇 MDS테크놀로지 대한민국 - IoT 게이트웨이 현대기아자동차 대한민국 - 자동차용 IVI 4. 파급효과 기술적 파급효과 시스템 신뢰도, 안전성 및 예측가능성 향상을 위한 CPS 원천기술 개발 및 이에 기반한 무결점 지능시스템 개발 기대 - 신뢰성, 보안성 및 오류 복구 등을 지원할 수 있는 고신뢰 OS 기술 개발은 다양한 분야에 필요한 기술 - 공통 기술 확보를 통해 중소기업을 중심으로 여러 도메인에 기술 적용 가능 국가 인프라, 운송, 전력망, 산업 자동화, 의료 헬스케어 등 다양한 분야에 적용 및 실용화함으로써 시스템 신뢰성, 안전성 등을 근본적으로 혁신하고, 각종 재난사고를 설계 단계에서 방지 - 안전이 중요한 국방, 공장 제어, 원자력, 항공, 자동차, 로봇뿐만 아니라 멀티미디어, IoT 등 안전우선 시스템이 아닌 환경에서도 적용 가능 향후 경제활동 전 영역에서 진행될 CPS의 통합에 따른 대규모 CPS 시스템을 구성하는 기반 통신 기술, 시스템 플랫폼뿐만 아니라 CPS시스템의 개발 운용 환경이 상이한 환경 하에서도 고신뢰, 안정적 통합이 가능한 기반 기술 확보 24 한국산업기술평가관리원

25 ISSUE 1 CPS 현황 분석 CPS 시스템의 개발 및 운용 전 단계에서 효과적인 정보의 유통 및 각 단계별 유관 시스템과의 통합이 가능한 기반을 제공함으로써 ICT 융합에 따라 등장한 기존 산업의 패러다임 변화에 즉각적 대응이 가능한 스마트화 기반 확보 - 기존 OS 인프라를 재활용하면서 오류 전이 독립성을 지원하여 보다 광범위한 분야에서 다양한 응용을 안전하게 사용 산업적 파급효과 사이버시스템과 물리시스템 간의 정밀한 모델링 및 시뮬레이션 기술을 적용해 각종 산업 분야에서 새로운 서비스 및 가치 기회를 창출 - 인간과 기술적 시스템 사이의 쌍방향 협업은 숙련된 노동인력의 부족 문제와 점증하는 작업장 내의 다양성(연령, 성, 문화적 배경 등)을 해결함으로서 지속적인 생산성을 유지할 수 있음 - 일반적으로 OS 기술이 갖는 한계점인 기술 지원 및 유지 보수 문제를 해결함으로서 새로운 시장 개척 기회를 확보 무인자동차, 무인항공기 등 조립 산업이 CPS로 진화함에 따라 자율제어를 위한 시스템, SW, 부품 수요가 폭발적으로 성장할 것으로 예상되는 상황에서 솔루션 공급 산업의 주도가 가능 - 국내 원천 기술을 확보하여 외산 대비 저렴한 가격으로 고신뢰 OS를 제공함으로서 국산화를 통한 가격 경쟁력 확보 CPS 시스템의 기반 연동 미들웨어 플랫폼 확보를 통하여 전 산업 분야에서의 대규모 복합 CPS 시스템에 대한 신속한 개발 및 각 산업의 스마트화 조기 달성 각 산업에서 가치 사슬 상에 존재하는 시스템들 간 연동을 통하여 가치사슬 통합을 조기에 달성하고 이를 통해 다양한 새로운 비즈니스 모델 및 산업 생태계 창출 경제적 파급효과 전 산업 분야에서 CPS 간의 통합 연동을 촉진할 수 있는 IoT 통신 및 연동 미들웨어 기반이 구축될 경우 ICT 기술의 산업 융합이 가속화되어 전 산업 분야에서 추가적 부가가치 창출이 가능 - CPS 기술을 이용하여 산업별 다양한 요구사항에 따라 최적의 자원을 배치하여 에너지 및 운영비용 절감을 통한 경제 발전 예상 - 안전성을 위하여 복수개의 시스템과 복수개의 OS를 사용하여 처리하던 기존 방식과 달리 고신뢰 듀얼 OS 기술을 활용하여 하나의 시스템에서 범용 및 실시간 기능을 동시에 제공하게 됨으로서 시스템 구축비용을 획기적으로 절감 SW 안정성에 대한 규제 강화로 후발 추격 국가의 고신뢰 OS 시장 진출을 막고 있는 선진국 시장 확보 가능 Korea Evaluation Institute of Industrial Technology 25

26 KEIT PD Issue Report PD ISSUE REPORT JULY 2015 VOL 컴퓨터 시스템의 오류 중 약 40%가 사람의 실수에 의한 오류임을 감안할 때, 발생 가능한 문제들의 조기 발견을 통하여 인적 자원, 비용관리 측면에서 파급 효과가 클 것으로 판단됨 - 시스템 SW 수준에서의 안전성 보장을 통하여 2020년 임베디드 SW 시장 10% 점유 시 4,158억 원의 시장 창출 및 6,653명의 고용 창출 기대 특히 제조업, 건설업 등의 기존 산업 및 운송 물류, 헬스케어 의료 분야에 큰 영향을 미칠 것으로 전망되며 전 세계 GDP의 46%에 해당 하는 산업 영역에서 직 간접적인 새로운 부가가치 창출이 가능할 것으로 예상 - 제조 생산 분야에 CPS 모델링 및 시뮬레이션 기술을 적용해 국내 제조업(전체 수출 중 97.8% 차지)의 경쟁력 향상 및 경제 발전에 이바지 - 세계 전망을 바탕으로 국내 GDP 비율을 적용할 경우 총 560조 원 규모의 GDP 창출 효과를 낼 것으로 판단됨 표 4 산업 인터넷적용 시 신 부가가치 창출 세계 산업 규모 (단위: 억 달러) 대상 부문 분야 유관산업 규모 개도국 선진국 비생산 부문 생산 부문 비생산 부문 생산 부문 운송 물류 2,200 헬스케어 의료 1,700 제조업 5,500 기타 생산업 5,300 운송 물류 2,600 헬스케어 의료 5,300 제조업 6,100 기타 생산업 3,600 합계 32,300 World Bank and General Electric, Industrial Internet: Pushing the Boundaries of Minds and Machines, 시사점 및 발전 방향(정책제안) 정책적 고려사항 CPS가 초연결사회의 미래지향적 시스템을 구현하기 위한 융합학문으로 자리매김함에 따라 우리나라도 적극적 투자를 통한 핵심 기술 확보가 필요한 상황 - 범부처 차원에서 제조업 혁신을 위한 산업별, 부문별 기술혁신 R&D 전략을 수립하고 이를 실천하기 위한 기술 로드맵이 필요 26 한국산업기술평가관리원

27 ISSUE 1 CPS 현황 분석 - 빠르게 변화하는 소비자 요구와 기술 혁신으로 전통적인 하드웨어 중심의 산업구조에서 지속적인 비즈니스 변혁이 가능한 소프트웨어 중심의 산업구조로 전환하기 위한 기술 개발 시급 다양한 기관 및 기업이 관련됨에 따라 효율적 의사소통 및 조율을 위하여 국내 CPS 기술의 컨트롤타워 및 혁신전문가 필요 - 산업생태계를 구성하는 혁신주체가 함께 참여하여 다양한 분야 및 사업간 연계를 통해 사회전반에 아이디어, 기술, 지식의 교류 및 활용기회 확대 - 센서 개발 및 확산, 회사 간의 시스템 공유 등 대기업과 중소기업 모두를 생태계로 편입하여 상생협력 조성 CPS 기초연구 및 그 성과를 산업, 공공분야에서 응용 실용화하기 위해 기존의 규제와 충돌할 수 있는 법과 제도 개선 필요 - 기존의 단일 산업, 서비스, 시스템으로는 더 이상 지속적인 성장과 발전이 어려운 현실을 감안하여 새로운 제품과 서비스의 출현을 지원할 수 있는 지원 체계 마련 - 전통적인 하드웨어 중심의 산업구조를 탈피하기 위하여 제어이론, 물리적 기계적 특성 등에 기반한 소프트웨어 기술을 강조하는 다학제적 종합교육 체계 필요 참고: 선진국 정책 사례 미국의 대통령 과학기술자문위원회(PCAST)는 국가 시스템 창조와 운용의 핵심 기술로서 CPS를 핵심 연구 분야로 선정하여 NSF에서 2006년부터 기금 운영 년 74개 5,900만 달러, 2010년 59개 3,240만 달러, 2011년 40개 2,780만 달러 등 2008년~2015년까지 181개 과제 12,500만 달러 지원 중 - PCAST는 2010년 Designing a Digital Future 라는 구호를 통해 CPS에 대한 연구 지속 및 확장 결정 (이유는 미국의 안보, 경쟁력 등 수많은 분야에 걸친 과학적 기술적 중요성이 매우 크기 때문에) 년 CPS에 대한 비전을 발표, 각 도메인(농업, 빌딩, 국방, 재난, 에너지, 헬스케어, 제조 및 산업, 사회 시스템, 교통)의 CPS 전략과 필요 기술 도출 및 구체화 - NSF는 CPS-VO(Virtual Organization)를 운영하며 정기적인 미팅을 통해 신규 사업을 상시 발굴하고 국가 차원의 적극적인 지원 수행 Korea Evaluation Institute of Industrial Technology 27

28 KEIT PD Issue Report PD ISSUE REPORT JULY 2015 VOL 15-7 표 5 CPS 선진국 사례 사업명 기간 내용 CPS-VO 2010.~2015. CPS 연구 개발 프로젝트 관리를 위한 가상 조직 구성 CyberMech 2011.~2015. Cyber-Mechanical System을 위한 런타임 환경 기술 개발 Medical CPS 2010.~2015. ActionWebs 2009.~2014. 의료기기 역시 여러 시스템이 집적된 형태로 사용되고 있어 이를 Medical CPS라 명명하고, 환자의 안전을 최우선적으로 고려한 프레임워크 기술 개발 ActionWebs란 고급 센서가 탑재된 임베디드 시스템들의 네트워크를 의미하며, 다양한 의사 결정과 협업이 일어날 수 있는 CPS 환경에 대한 연구 - NIST와 US Ignite는 Smart America Challenge( ~2014.6)라는 프로그램과 이를 기반으로 다양한 도메인 간 협업과 표준의 개발을 지원하기 위한 Global City Teams Challenge(GCTC)를 발족 - 미국 정부기관, 기업 및 대학을 포괄하는 다양한 파트너십이 구성되어 있으며, 실용적 CPS 응용을 보다 향상시키기 위한 테스트베드를 구축함 EU는 2007년부터 Frame Programme 7로서 CPS 및 임베디드 시스템에 70억 달러를 투자하였으며, Frame Programme 8(HORIZON 2020)을 통해 2020년까지 연구 추진 - CPS 및 임베디드 시스템 연구 프로그램인 아르테미스(Frame Programme 7 ARTEMIS10)에 2013년까지 총 27억 유로 투입 - 아르테미스 사업은 임베디드 시스템의 연장선에서 CPS의 전략적 중요성 인지 및 선도적 공고를 위한 EU 차원의 광범위한 연구 추진 표 6 ARTEMIS 주요 추진 과제 사업명 기간 내용 ALMARVI 2014.~2017. 최첨단 이미지/비디오 처리 능력을 요구하는 사회적 변화 추세에 부응하기 위한 사업 DEWI 2014.~2017. EMC ~2017. R5-COP 2014.~2017. 세계 임베디드 무선 시스템과 스마트 모바일 환경에서 유럽이 차지하고 있는 선도적 입지를 강화시키기 위한 사업 임베디드 시스템은 메카트로닉스 제품의 생산 비용을 낮추고 시스템 간 커뮤니케이션 기능을 향상시켜 정보화 사회의 발전에 크게 이바지. EMC2 프로젝트는 보다 혁신적이고, 지속가능하며, 서비스 지향적인 아키텍처 구성을 통해 유럽 임베디드 시스템 산업의 입지를 강화하는 사업 유럽의 제조업 분야는 제품의 다양화 및 생산비용 절감에 대한 지속적인 요구에 직면. R5- COP 프로젝트는 이러한 요구에 발맞춰 보다 향상된 자동화 및 로보틱스에 초점 초연결 사회 도래와 사이버물리시스템, NIA, 한국산업기술평가관리원

29 ISSUE 1 CPS 현황 분석 참고: 국내 CPS R&D 과제 리스트 서울대학교, CPS(Cyber-Physical System)를 위한 콤포넌트 기반 설계이론 및 제어커널 개발 (2010.~2015.) - CPS의 설계와 검증을 용이하게 하기 위해서 하드웨어 자원의 콤포넌트화를 위한 이론 및 커널 레벨에서 하드웨어 자원 콤포넌트화를 제공하는 기술을 개발 DGIST, 실시간 자율 복원 사이버 물리 시스템 기초 연구(고신뢰 CPS연구센터) (2012.~2022.) - 고신뢰성을 요구하는 CPS도메인에서 악의적 공격에 대응할 수 있는 실시간 자율 복원 CPS 기술 한국전자통신연구원, 고신뢰 자율제어 SW를 위한 CPS 핵심 기술 개발 (2010.~2015.) - 고신뢰 자율제어 시스템의 신뢰성을 보장하기 위한 CPS 핵심 원천 기술로 모델링/시뮬레이션 기술 및 연동 통신 미들웨어를 개발 한국전자통신연구원, CPPS 구현을 위한 생산설비 연동 미들웨어 기술 개발 (2014.~2016.) - 기존에 사용되는 산업통신을 수용하고 상위 연동 미들웨어와의 인터페이스를 제공하여 제조산업 CPS인 CPPS(Cyber-Physical Production System)에 적용 가능한 CPPS 연동 미들웨어 게이트웨이 개발 - 제조 CPS 추진 시 소요 표준화 항목의 도출 및 기존 표준 활용과 신규 제정 표준화 항목의 식별을 위한 표준화 프레임워크 개발 한국전자통신연구원, 초소형 고신뢰(99.999%) OS와 고성능 멀티코어 OS를 동시 실행하는 듀얼 운영체제 원천 기술 개발 (2012.~2017.) - 최신 멀티코어 기반 시스템 반도체 프로세서의 진보된 기능을 기반으로 높은 신뢰성을 만족하는 실시간 OS와 풍부한 인프라를 지원하는 범용 OS를 동시에 지원 한국전자통신연구원, 오류 없는 시스템 통합을 위한 안전우선 분산 모듈형 SW 플랫폼 (2014.~2017.) - 신뢰성 및 안전성 확보를 위해 SW 오류 발생 시 시스템 전체로 전이되지 않는 분할형 커널 구조를 기반으로 하는 고신뢰 OS 기술을 개발 Korea Evaluation Institute of Industrial Technology 29

30 KEIT PD Issue Report PD ISSUE REPORT JULY 2015 VOL 15-7 (참고자료) 1. 초연결사회 도래와 사이버물리시스템(CPS), , 한국정보화진흥원 2. 스마트한 신세계로의 초대, 사이버물리시스템 : Cyber-Physical Systems(CPS) for the Smart New World, , 한국방송통신전파진흥원 3. Cyber-Physical Systems, Internet of Things and Smart Cities, Sokwoo Rhee, NIST 4. 미래 제조산업 경쟁력 향상을 위한 한국형 스마트팩토리 기술, 전인걸, 강성주, 전재호, 이수형, 임채덕, 임베디드 소프트웨어 기술동향, 김원태 등 (2010) : CPS 기술 동향, 정보통신산업진흥원, 김원태; 전인걸; 이수형; 박승민, 주간기술동향 통권 1455호 , 포커스 6. 4차 산업혁명이 시작됐다 기계가 소통하는 사이버물리시스템 주목하라, 박형근, DBR 2014 No. 166, P.52~59 7. Qplus/Esto-AIR: DO-178B Level A 인증 ARINC 653 지원 실시간 OS 및 개발 도구, 김태호, 손동환, 신창민, 박사천, 임동혁, 이화영, 김병호, 임채덕, , 정보과학회지 8. Integrated research agenda : Cyber-Physical Systems(agendaCPS), acatech (National academy of science and engineering), From Machine-to-Machine Communications towards Cyber-Physical Systems, Jiafu Wan, Min Chen, ComSIS Vol. 10, No. 3, Jun [국내외 주요 기술개발 현황] 연구기관명 프로젝트명 개요 연구기간 한국전자통신연구원 고신뢰 자율제어 SW를 위한 CPS 핵심 기술 개발 자율제어 시스템의 신뢰성을 보장하기 위한 CPS 핵심 원천 기술 개발 ~ 한국전자통신연구원 사이버-물리 생산시스템 구현을 위한 생산설비 연동 미들웨어 개발 제조 분야 CPS 시스템인 CPPS(Cyber Physical Production System) 구현 시 요구되는 연동 미들웨어 및 표준화 프레임워크 개발 ~ 한국전자통신연구원 초소형 고신뢰 (99.999%) OS와 고성능 멀티코어 OS를 동시 실행하는 듀얼 운영체제 원천 기술 개발 실시간 OS와 범용 OS를 동시에 지원하여, 고신뢰와 고성능을 동시에 확보하는 OS 기술 개발 ~ 한국전자통신연구원 오류 없는 시스템 통합을 위한 안전우선 분산 모듈형 SW 플랫폼 오류 감지 및 복구를 지원하는 신뢰성 있는 OS 기술 개발 ~ 서울대학교 글로벌 제품개발 프로젝트 관리를 위한 프로세스 모델링 및 최적화 방법론 글로벌 제품개발을 위한 개발구조에 대한 이해와 개발기간을 단축시키기 위한 최적화 방법론에 대한 기술 ~ 서울대학교 CPS(Cyber-Physical System)를 위한 콤포넌트 기반 설계이론 및 제어커널 개발 커널 레벨에서 하드웨어 자원 콤포넌트화를 제공하는 기술을 개발 ~ 한국산업기술평가관리원

31 ISSUE 1 CPS 현황 분석 연구기관명 프로젝트명 개요 연구기간 DGIST 실시간 자율 복원 사이버 물리 시스템 기초 연구 고신뢰성을 요구하는 CPS도메인에서 악의적 공격에 대응할 수 있는 실시간 자율 복원 CPS 기술 ~ The Bremen Institute of Industrial Technology & Bremen University CyProS 스마트공장의 CPS 운용방식과 도구 개발 ~ Fraunhofer IAO KapaflexCy CPS를 활용한 유연한 생산시스템 구축 ~ Korea Evaluation Institute of Industrial Technology 31

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33 IFA 2013 내시경 및 IBC 2013으로 의료기기 기술 본 및 ICT융ㆍ복합 산업동향 동향 l저자l 허 이규택 영 PD PD / KEIT / 의료기기 임베디드SW PD실 PD실 도정회 수석 / KEIT 의료기기 PD실 김광기 박사 / 국립암센터 SUMMARY 목적 내시경 목적의료기기의 산업적 특징, 시장 및 기술동향을 살펴보고, 내시경 의료기기 산업의 발전을 위한 기술 및 정책적 시사점을 제시하고자 함 유럽 최대 전시회인 IFA 2013(베를린)과 방송관련 전시회 IBC 2013(암스테르담)을 참관하고 임베디드SW 관련 주요현황 기술 및 도메인별 산업 현황 파악 의료 목적의 치료 및 진단기기로서 내시경 의료기기는 사용 범위가 소화기 분야의 필요한 의료기기로서 향후 선진국형 질병확산으로 사용성 및 발전이 높아질 것으로 판단함 내시경의료기기는 신체의 소화기 내부를 살펴보기 위한 의료기구로서 일반적으로 사용되는 종류로는 기관지경, 식도경, 위경, 십이지장경, 대장내시경, 방광경, 복강경등이 있음 시사점 및 정책제안 선진기술의 조기 개발과 국산화를 위한 정부의 지원을 바탕으로 산학연이 공동으로 핵심부품을 개발하는 노력이 필요함 국내 기 축전된 기술을 바탕으로 전문기관, 기업들의 공동협업으로 선택과 집중적인 투자전략이 시급히 필요한 부분임 내시경 의료기기의 지속적인 기술 개발로 수입대체 효과, 중소기업 육성효과 및 고용창출 효과를 기대됨

34 KEIT PD Issue Report PD ISSUE REPORT JULY 2015 VOL 경성내시경 (복강경) 개요 복부 측면에 작은 구멍을 내고 공기를 넣어 관찰하기 쉽게 부풀어 오르게 한 후 복강 내부를 바라보면서 검사 및 수술, 조직을 채취하게 되며, 복강경은 시야 확보뿐만 아니라 수술기구를 넣을 때에도 사용됨 산업전망 미국의 경우 전체 복강경 수술 장비 시장의 규모는 2007년 백만 달러 정도임. 시각화 관련, 수술 부위 접근법 관련, 절개 관련 시장이 각각 전체 수익의 12.4%, 44.1%, 43.15%를 차지함 (출처: Frost & Sullivan) 2009년, 미국의 복강경 수술 시장은 48.8백만 달러의 수익을 보이는데 이는 2008년에 비해 4.7% 증가한 수치임 복강경 관련 수익은 2016년까지 66.2백만 달러에 이를 것으로 추산되며 이는 2009년부터 2016년까지 연평균 성장률이 3.9%이 될 것임을 의미함 14,000 12,000 Revenues Units(Million) 10,000 8,000 6,000 4, Revenues ($ Million) 2,000 0 Units 그림 1 미국 복강경 시장추세 ( ) 출처: Frost & Sullivan (2010) 34 한국산업기술평가관리원

35 ISSUE 2 내시경 의료기기 기술 및 산업동향 그림 2 기존 사용되는 복강경 구조와 홉킨스 방식 복강경 구조 비교 출처: 기술동향 과거 복강경 수술의 역사는 진단적 이용이 주종을 이루었으며, 진단적 이용의 시대는 20세기 초반이며 내시경의 등장은 괄목할만한 발전을 이루었음 George Kelling은 최초로 내시경을 이용하여 복강 내를 관찰하였으며 H C. Jacobaceus는 복강경이라는 용어를 처음 사용하였고 인체 내 복강, 흉강, 심장의 관찰을 기술하였고 이 시기에는 거울을 이용하기도 하고 날카로운 투관침 및 조잡한 공기 주입기구 등을 사용하였음 1929년 독일의 H. Kalt는 두 개의 투관침 방법을 이용하여 간, 담도질환을 진단하였고 1933년부터 1987년 사이는 치료적 이용시대라고 할 수 있는 시기로서 전기 소작기, 봉합기구, 미세가위, 각종 복강경용 겸자 등이 개발되어 난관 결찰술을 비롯한 여러 수술에 사용되었음 1938년 J. Veress에 의한 스프링이 달린 주사바늘을 이용한 기복용 기구와 1950년대에 H.Hopkins가 개발한 결합렌즈(rod lens)는 복강경 수술의 초석이 되었다고 할 수 있음. 이러한 발전을 바탕으로 1982년 Kiel에 의한 복강경하 충수돌기 절제술이 시작되었음 2004년 미국에서 대장암에 대한 복강경 수술의 다기관 임상시험 결과가 New England Journal of Medicine에 발표되고 학회 차원에서 복강경 수술을 공식적인 표준 수술로 인정하면서 이전까지 5%를 차지한 미국 내 대장암 수술에서의 복강경 수술 비율이 이후 50%까지 획기적으로 증가되고 있음 복강경은 두가지 종류의 복강경 종류가 있는데(그림2), 스코프에 일반적인 복강경 카메라와 Rod lens라고 불리는 긴 사이즈의 렌즈를 적은 공기층을 이용하여 만들어진 홉킨스 로드렌즈 시스템이 있으며, 점차적으로 광 투과 이미지 해상도가 많이 개선 되었음 Korea Evaluation Institute of Industrial Technology 35

36 KEIT PD Issue Report PD ISSUE REPORT JULY 2015 VOL 15-7 그림 3 경성경 내부 구성(Hopkins Rod lens Telescope) (9) 그림 4 3차원 복강경 시스템 출처 썸텍(좌) 올림프스(우) 출처: 각 회사 홈페이지 경성내시경은 수십개의 로드렌즈를 이용하는 릴레이 시스템(relay system)으로 내시경 선단의 시야각은 각각 0, 35, 45, 70 이며, 직경은 용도에 따라 2.7mm, 4mm, 10mm 종류가 있음 (그림4) 3차원 내시경 영상 시스템: 2차원 수술에 의한 수술은 수술 부위에 깊이 감이 없고, 수술 부위에 대한 영상과 시술자 손의 좌표를 적응시키는 어려움이 있었으나, 최근 이를 해결할 수 있는 3차원 복강경에 대한 기술이 확보되었음 36 한국산업기술평가관리원

37 ISSUE 2 내시경 의료기기 기술 및 산업동향 그림 5 복강경 수술에 사용되는 도구들 출처: 표 1 복강경 시스템 주요 생산업체 업체명(국적) 생산품목과 주요 특징 Olympus(일본) 내시경(결장경, 위경, 십이지장경) 수술기구부 영상처리장치 3D 복강경 시스템 개발 시제품 Circon ACMI(미국) Richard Wolf(독일) Karl Storz(독일) Stryker(미국) Pentax(일본) Schoelly(독일) Intuitive Surgical(미국) 내시경(비뇨기과, 부인과) 복강경 /Diameter 5 mm/viewing Direction 0, 30,45,70 수술기구부 영상처리장치 내시경 / 복강경: /35 ~ " 의료용 칼라 모니터 복강경 로봇 매니퓰레이터 영상처리장치 3D 복강경 시스템 복강경 /3-Chip 카메라 광원 3D 복강경 시스템 복강경 3-Chip 카메라, 1-Chip 카메라 영상처리장치 내시경 수술기구부 의료용 모니터 /영상처리장치 복강경 Diameter 10 / 11 mm Viewing Direction 0º as wide angle version CCD 카메라 3D 복강경 로봇 수술 시스템 : 3D복강경, 3D영상처리장치, 매니퓰레이터, 수술조정부, 모니터 뷰파인더로 시스템 구성 출처: 각 회사 홈페이지 자료 Korea Evaluation Institute of Industrial Technology 37

38 KEIT PD Issue Report PD ISSUE REPORT JULY 2015 VOL 연성내시경 개요 내시경 검사란 카메라와 불빛이 달린 유연한 관을 장 안에 삽입하여 기체 또는 액체로 내강을 부풀게 하면서 들여다보는 검사법 임 의사가 직접 출혈 부위와 병변의 표면을 관찰하고 조직 상태를 파악하므로 가장 정확하게 진단을 내릴 수 있으며 병변을 발견하면 즉시 제거가 가능하고 조직검사도 동시에 가능함 산업전망 세계 내시경 시장은 2011년 32.9억 달러에서 2015년에는 38.7억 달러로 연평균 4.1%의 성장을 할 것으로 전망되고 있음 세부적으로 살펴보면 2011년도 기준, 연성내시경이 내시경 시장의 77.4%를 차지하고 있으며, 일회용 내시경인 캡슐 내시경은 5.2% 정도인데, 2015년에는 연성내시경의 세부 시장 점유율이 0.5%가 감소한 반면, 일회용 내시경은 1.1%가 증가되어 6.3%의 시장을 형성하였음 국내 내시경 시장은 2012년 현재 약 330억 원의 시장을 형성하고 있으며, 2015년까지 연평균 4.9%의 성장으로 약 430억 원까지 확대될 것으로 전망됨 국내 시장의 내시경은 96% 정도가 수입 제품이며, 국내 제품의 경우 코(코인경). 귀(검이경), 목구멍(인두경), 후두(후두경) 등 체내 삽입 정도가 낮아 비교적 위험성이 낮고 기술적으로 간단한 제품들로 이루어져 있음 일회용 내시경의 경우 국내 제품은 인트로메딕의 캡슐내시경과 연성내시경 제품인 상부위장관용 일회용 내시경이 유일하며, (주) 현주인테크에서의 제품화가 적극 적으로 준비중에 있음(5) 최근 소니의 영상기술과 올림프스의 의료기기 기술을 접목시켜 고성능 내시경 시스템을 개발하기 위해 양사가 함께 '소니 올림프스 메디칼 솔루션즈'를 설립하였는데, 구체적으로는 내시경을 포함한 의료기기 매출을 2020년까지 700억 엔으로 확대한다는 계획을 발표한바 있음(7) 38 한국산업기술평가관리원

39 ISSUE 2 내시경 의료기기 기술 및 산업동향 BSC Others Karlstorz 5% 3% 2% Fujifilm 8% Hoya Corporation 15% Olympus 68% 그림 6 연성 내시경 시장의 회사별 점유율 출처: Asia pacific endoscopes market share by key players 2011 표 2 의료영상진단기 중 내시경 시장 규모 2011년 시장규모 및 2016년 시장규모 예상 1. 복강경 내시경 부문 2. 비뇨기과 내시경 부문 3. 소화관 내시경 부문 4. 관절경 내시경 부문 5. 이비인후과 내시경 부문 6. 산부인과 내시경 부문 7. 신경 내시경 부분 8. 기타 내시경 부문 2011년 시장 규모는 미화 68억 달러에 이르고, 2016년까지 복합연간성장률(CAGR) 9.2%로 확대되어 미화 106억 달러에 도달할 것으로 예측 2011년 미화 41억 달러에 이르고, 2016년까지 복합연간성장률(CAGR) 3.5%로 확대되어 미화 약 49억 달러에 도달할 것으로 예측 2011년 미화 37억 달러에 이르고, 2016년까지 복합연간성장률(CAGR) 5.7%로 확대되어 미화 약 49억 달러에 도달할 것으로 예측 미화 32억 달러에 이르고, 2016년까지 복합연간성장률(CAGR) 9.1%로 확대되어 미화 약 50억 달러에 도달할 것으로 예측 2011년 미화 24억 달러에 이르고, 2016년까지 복합연간성장률(CAGR) 5.7%로 확대되어 미화 약 32억 달러에 도달할 것으로 예측 2011년 미화 13억 달러에 이르고, 2016년까지 복합연간성장률(CAGR) 3.4%로 확대되어 미화 약 15억 달러에 도달할 것으로 예측 2011년 미화 14억 달러에 이르고, 2016년까지 복합연간성장률(CAGR) 3.7%로 확대되어 미화 약 17억 달러에 도달할 것으로 예측 2011년 미화 18억 달러에 이르고, 2016년까지 복합연간성장률(CAGR) 1.4%로 확대되어 미화 약 19억 달러에 도달할 것으로 예측 출처: 뉴스와이어 기사, BBC Research 사 Endoscopy Device: Applications and Global Markets- 내시경 검사기기: 용도와 세계 시장 보고서 (6) Korea Evaluation Institute of Industrial Technology 39

40 KEIT PD Issue Report PD ISSUE REPORT JULY 2015 VOL 15-7 의료기기 중에서도 내시경은 세계적으로 매년 꾸준히 성장하는 미래성장 분야로 꼽히는 분야임. 올림푸스가 세계시장의 70%를 점유하고 있는 소화기 내시경의 세계시장 규모는 약3,000억 엔 정도이며 앞으로 매년 9%이상 성장할 것으로 보는 유망분야 중 하나임. 한편 외과용 내시경은 주변기기를 포함한 세계시장 규모는 2020년에 2012년 대비 50% 증가한 3,300억 엔에 이를 것으로 전망하고 있음(7) 표 3 의료용 내시경 생산업체 주요제품 현황 업체 Olympus(일본) Fujinon(일본) 생산제품 - 연성내시경: 대장경, 위경, 십이지장경, 결장경, 담낭경 등. 초음파내시경 캡슐내시경 - 연성내시경: 대장경, 위경, 십이지장경 등/ 초음파내시경 Pentax(일본) - 연성내시경: 대장경, 십이지장경 등. Karl Storz(독일) - 경성내시경: 대장경, 위경, 기관지경 등. Richard Wolf(독일) Smith & Nephew(미국) Given Imaging(이스라엘) - 연성내시경: 요관경, 기관기경 - 경성내시경: 복강경, 관절 - 경성내시경: 복강경, 관절경 - 캡슐내시경 출처: 각 회사 홈페이지 산업동향 Schindler는 경성내시경에 이어서 1932년에 반연성 내시경을 개발하였고, 1952년에 일본의 Uji는 위카메라를 만들었으며, 내시경과는 반대로 위카메라는 환자가 스스로 삼키는 소형 카메라로 일본에서만 사용되었고 서양에는 보급되지 못하였음 1954년 Nature에 연성의 초자섬유다발을 통해서 화상 전달이 가능하였고 1957년 Hirschowitz는 처음으로 섬유광학 내시경을 개발하여 십이지장 궤양을 내시경으로 진단하였음 1960년부터 ACMI 회사에서 내시경이 상품화되어 시판되기 시작하였으나 부피가 커서 십이지장을 관찰하기에는 부적합하다는 평가를 받았었고 이후 흡입, 송기, 송수 장치가 부착되고 선단이 180도까지 굴곡되는 등 성능 면에서 급속한 발전이 이루어졌음 미국의 Welch Allyn 회사는 charge-coupled device (CCD)를 최초로 개발하여 섬유광학 이미지를 TV 화상으로 띄우는 데 성공하였고 비디오 내시경으로 처음 소개 되었음 Classen은 전자내시경으로 명명하였고 이후 본 용어가 일반적으로 사용되고 있으며, 일본의 내시경 회사에서 신속히 채택되어 현재와 같은 고품질의 전자내시경으로 발전하였음(2) 40 한국산업기술평가관리원

41 ISSUE 2 내시경 의료기기 기술 및 산업동향 그림 7 올림프스 내시경 출처: 올림프스 홈페이지 내시경 구조 내시경 바디 및 삽입관, 영상 프로세서, 광원으로 구성되며 생검을 위한 기구와 모니터 등이 부가적으로 필요함 - 내시경 바디 및 삽입관 : 내시경 바디는 사람의 몸에 삽입되는 삽입관을 제어하는 부분으로 삽입관의 방향 제어, 공기 및 물의 흐름을 제어, 생검용 기구의 삽입부 등으로 이루어 짐 - 영상 프로세서 : 내시경 삽입관에 장착된 카메라 센서가 보내는 비디오 신호를 처리하는 부분으로 이 비디오 신호를 모니터로 보내거나 정지 영상을 획득하는 등의 기능을 처리함 - 광원 : 광원장치에서 송출하는 조명은 내시경 바디 및 삽입관에 분포 설치되어 있는 라이트 파이버를 통하여 환부를 밝혀주는 역할을 함 국내 기술동향으로는 최근 국내의 높은 전자기술을 바탕으로 한 3D 내시경, 캡슐 내시경, 마이크로 내시경 등의 특수 내시경 연구 개발이 진행되고는 있으나, 가장 널리 쓰이고 있는 연성전자 내시경은 전량 수입에 의존하는 상황임 Korea Evaluation Institute of Industrial Technology 41

42 KEIT PD Issue Report PD ISSUE REPORT JULY 2015 VOL 15-7 그림 8 Colonoscope: components and controls (4) 그림 9 Schematic representation of a typical Colonoscope air, water, and suction system (4) 42 한국산업기술평가관리원

43 ISSUE 2 내시경 의료기기 기술 및 산업동향 그림 10 Colonoscope distal tip (4) 그림 11 Insertion tube: internal components and construction (4) 해외 기술동향으로는 융복합화의 활성화를 통해 내시경용 초음파, 공초점 현미 내시경, 형광 내시경 등의 다양한 영상화 기술을 기반으로 한 내시경 접합 광학적 생검 기술 개발이 진행되고 있고 OCT 내시 현미경 기술은 현재 소화기 내시경용으로 출시되어 소규모 초기 시장을 형성하고 있음 국내는 최고 기술 수준을 보유한 국가(일본, 미국, 독일) 대비 국내 기술 수준은 약 70% 정도로 아직 초기 단계에 있으나, 기존에 확보된 전자기술 등을 기반으로 빠르게 성장하고 있음 Korea Evaluation Institute of Industrial Technology 43

44 KEIT PD Issue Report PD ISSUE REPORT JULY 2015 VOL 15-7 특허 및 표준화 동향으로 의료용 내시경 분야에는 일본 국적 기업의 특허 출원이 가장 강세(전체 출원의 80%)를 보이며, 한국 국적의 출원은 1% 가량에 그치고 있음. 의료용 내시경 특허 출원은 꾸준히 증가하다가 2007년 이후 다소 둔화되었으나 2009년 이후의 미공개 특허가 다수 존재하고 있는 것으로 보임(5) 국내 산업계 및 연구소에서는 정부의 지원을 받아 연성 내시경의 기본 기능 및 부품을 개발하거나 특수 시장을 위한 일회용 내시경 등에 중점을 두어 개발을 하고 있음 국내에서는 경성 내시경을 공급하는 엠지비엔도스코피는 연성내시경 부품을 개발하고 있으며, 입체내시경과 일회용 내시경의 상품화를 준비하고 있음 그림 12 국산 내시경 시스템의 예 출처: (주)엠지비엔도스코우프 제공 내시경의 핵심 부품은 삽입관 끝 단에 들어가는 CCD 카메라 센서임. 내시경의 국산화를 위해서는 이 부품의 기술확보가 가장 중요한 과제 임 중국에도 내시경을 공급하는 Aohua 등의 회사가 있으나 영상의 질이 일본 회사 제품 보다는 상대적으로 떨어지는네 그 이유로는 CCD 센서의 기술 차이임 44 한국산업기술평가관리원

45 ISSUE 2 내시경 의료기기 기술 및 산업동향 카메라 소자를 일본으로부터 공급 받기는 어려운 상황이므로 국산 내시경의 성공 여부는 CCD 를 대체할 수 있는 부품과 기술을 확보하는 것이 선결 과제임 국산 내시경 입장에서는 핸드폰 등에 들어가는 고성능의 CMOS 이미지 센서가 유일한 대안이며 성능적으로도 CCD 센서를 대체할 수 있는 것으로 평가되고 있음 % 16.2% 3.3% 7.2% 8.2% 8.4% 9.4% 33.0% 10.3% NBI NOTES Pill Cam Technolgy PACS Mucosal Ablation Therapy Chromoendoscopy Other 2.3% 6.5% 7.4% 7.0% 11.9% 9.4% 39.3% NBI NOTES Pill Cam Technolgy PACS Mucosal Ablation Therapy Chromoendoscopy Other 그림 13 내시경 적용 기술의 현황 (9) 일본의 올림프스, 후지논, 펜탁스가 주도해온 내시경 시장은 앞으로 이와같은 기술을 갖춘 회사들이 시장을 주도할 것으로 예상됨. 그러나 기존 시장을 점유하고 있는 이 회사들이 신기술의 적용도 주도적으로 이끌고 있어 당분간 시장의 재편은 크게 없을 것을 예상 됨 3. 캡슐내시경 개요 캡슐내시경은 알약 모양의 캡슐을 입으로 삼켜 식도, 소장 등의 건강상태를 촬영하고 이 영상을 분석 판독하여 소화기 질환 진단에 이용하는 의료기기로 일반 내시경 검사 시 불편함이 많은 소장질환 진단에 주로 사용됨 산업전망 2013년 세계 캡슐내시경 시장 규모는 약 1.8억 달러로 추정되며, 향후 연평균 4.2%로 성장하여 2020년에는 2.4억 달러 규모의 시장으로 성장할 것으로 전망됨 Korea Evaluation Institute of Industrial Technology 45

46 KEIT PD Issue Report PD ISSUE REPORT JULY 2015 VOL 15-7 캡슐내시경은 전체 내시경시장의 약 4%를 차지하며, 캡슐내시경 시장의 도입기임을 감안해볼 때 장기적으로 내시경 영역의 상당 부분을 대체할 수 있을 것으로 예상됨 현재 캡슐내시경은 소장 질환의 진단에 국한적으로 사용되고 있으나 대장 질환으로 사용 범위가 확대되고 있으며 향후 성장 가능성이 높을 것으로 전망되고 있음 세계 대장내시경 시장규모는 '13년 약 5.1억 달러(출처: Transparency Market Research)로, 캡슐형 내시경의 약 3배 수준 (8)으로 예상됨 2012년 기준 세계 캡슐내시경 시장은 Given Imaging*이 전체 시장의 76%를 점유하고 있으며, 그 뒤를 Olympus(14%), Chongqing Jinshan(5%), IntroMedic(5%) 등이 차지하고 있음 표 4 세계 캡슐내시경 시장 규모 예측( ) (단위: 백만달러) CAGR 시장규모 출처: Medical Equipment Market Size & Growth - General Surgery[Capsule Endoscope System] Market, Global , USD Constant Millions, Global Data 표 5 캡슐내시경 주요 기업 매출액 현황, (단위:백만달러) Company CAGR Given Imaging Olympus Chongqing Jinshan IntroMedic Others 총계 출처: Medical Equipment Market Size & Growth - General Surgery[Capsule Endoscope System] Company Share By Revenue, Global , USD Constant Millions, Global Data 46 한국산업기술평가관리원

47 ISSUE 2 내시경 의료기기 기술 및 산업동향 기술동향 캡슐내시경은 영상 획득 및 송신 기능을 하는 캡슐, 획득한 영상 신호를 수신 저장하는 수신기, 저장된 영상을 분석 판독하는데 사용하는 영상처리부(소프트웨어)로 구성됨 캡슐은 직경 9~11 mm, 길이 24~26 mm인 원통형으로 생체적합성 및 ph 저항성 물질로 된 케이스로 둘러싸여 있으며, 영상을 획득하는 렌즈가 있는 광학돔, 어두운 장 내부를 비춰줄 발광다이오드, CMOS 또는 CCD 영상기와 배터리 및 영상신호를 수신기로 전송하는 송신기(transmitter) 등으로 구성되어 있음 표 6 캡슐내시경 시스템의 장단점 장점 단점 캡슐을 쉽게 삼킬 수 있음 시술동안에 마취제 투여 및 고통이 없음 시술 후 별도의 휴식과 입원이 필요 없음 시술이 완료될 때 까지 8시간 정도 소요 마시거나 먹을 수 없음 내시경을 배설할 때 불편할 수 있음 표 7 캡슐내시경의 하드웨어 비교 소장 내시경 항목 기본 이미징 SB/SB2 올림푸스 EndoCapsule CJST OMOM 인트로메딕 MiroCam 크기(D L) 11 26mm 11 26mm mm 11 24mm 무게 3.45g 3.8g <6g 3.4g 해상도 N/A , 프레임 촬영 속도 2 fps 2 fps 2 fps (1 fps, 0.5 fps) 3 fps 동작 시간 8 hr 8 hr 8 hr 11 hr Fiel of View 140 / 통신 기술 RF RF RF HBC Real Time Viewer No/Yes Yes Yes Yes 출처: 캡슐내시경 국내의 시장분석, KHIDI Brief, 2014 수신기는 자료기록기, 센서, 배터리팩으로 구성되어 있으며, 장관 내 캡슐에서 촬영한 영상을 송신기를 통해 실시간 전송시키면 몸에 부착된 센서가 영상신호를 받아 자료기록기에 저장됨 (8) Korea Evaluation Institute of Industrial Technology 47

48 KEIT PD Issue Report PD ISSUE REPORT JULY 2015 VOL 15-7 영상처리부(소프트웨어)는 자료기록기에 저장된 영상을 소프트웨어 프로그램으로 분석 판독 하는 부분으로, 장관 내 위치 추적기능, 확대기능, 연속영상 보기 등 새로운 기능이 지속적으로 추가되고 있음 캡슐의 소재는 소화관 내에서 부식되지 않으며 인체에 무해한 재질로 만들어지는데 캡슐은 초당 수십장의 정지 영상을 촬영하며 환자 허리 등 몸에 소지한 수신장치에 데이터를 송신하게됨 캡슐은 상용화된 제품마다 편차가 있지만 보통 시간 이상 몸속의 소화관 내 영상을 촬영하며 5만장 이상의 정지영상을 송신하며, 캡슐의 렌즈(lens)는 가능한 넓은 광각을 갖는것이 좋으며 최소 140도 이상으로 구현되고 있음 캡슐 내시경은 첫 상용화는 2000년도에 이스라엘의 기븐이미징(Given Imaging)사의 M2ATM이었고, 이후 기븐이미징은 소장용 PillCamTM SB 캡슐내시경을 출시시켰으며, 2001년 FDA 승인을 거쳐 현재 전세계 80~90%의 시장 점유율을 차지하고 있음 일본의 올림프스 (Olympus)는 2005년 EndoCapsule을 출시하였고, 앞선 광학 기술을 바탕으로CCD(Charge-Coupled Device) 센서를 사용하여 영상의 밝은 시야를 확보하였음 중국의 CJST(Chongqing Jinshan Science and Technology)는 2004년 OMOM을 개발하였으며, CJST는 중국의 국영기업으로 캡슐로봇, ph 캡슐 등 다양한 종류의 캡슐 내시경 개발 투자를 진행하고 있으며, 2005년 중국 FDA(SFDA) 승인을 획득하였음 캡슐내시경은 크게 6가지 정도의 기능이 요구되는데, 광학계(optical parts), 이미지 센서(image sensors), 통신 시스템(communication system), 전력 시스템 또는 배터리(power and battery), 수술 도구(surgical tools), 그리고 구동장치(locomotion device)가 있음(11) 그림 14 캡슐구성요소 1: 광학 돔 (dome), 2: 렌즈 홀더, 3: 렌즈, 4:LED, 5: 이미지 센서, 6: 배터리, 7:ASIC, 8: 안테나로 구성됨 출처: 48 한국산업기술평가관리원

49 ISSUE 2 내시경 의료기기 기술 및 산업동향 (a) (b) (c) (d) 그림 15 상용화중인 캡슐내시경의 종류 (a) PillCam (b) EndoCapsule (c) OMOM (d) MiroCam (11) (참고자료) 1. 두산백과 2. 대한소화기내시경학회지 2004; 29(Suppl. 1): 의학강좌 김응국, 2008,: Colonoscopy principles and practices, Jerome D. Waye, Douglas K. Rex & Christopher B. Williams, Blackwell publishing 5. KISTI MARKET REPORT 2013;3(10);15-18," 일회용 내시경, 산업시장 분석실 김유일 6. 뉴스와이어 기사 7. 일본지직리포트_일본시장,"일본의 의료기기 시장분석", 8. KHIDI Brief, 보건산업진흥원 " 캡슐내시경 국내외 시장 분석", 의료기기 산업지원실, "의료용 내시경 영상 시스템의 기술현황과 전망" Proceeding of KIEE 48(8),27-32, "수술용 봉합장치 및 복강경 수술장비 시장", 2012 보건산업기술이전센터 시장정보 Report8, 한국통신학회논문지 "캡슐내시경의 기술적 특징과 동향" 2012; 37C(04) Korea Evaluation Institute of Industrial Technology 49

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51 무인항공기 (Drone) 기술동향과 산업전망 SUMMARY l저자l 한상철 PD / KEIT 산업융합 PD실 장종찬 책임 / KEIT 산업융합 PD실 이성일 과장 / 한국항공우주산업진흥협회 목적 무인항공기는 초기 군수분야에서의 활용에서 항공기술과 정보통신기술의 융합적 특성을 바탕으로 민수분야를 포함한 다양한 활용성으로 무인항공기 시스템으로 발전 주요현황 군수분야에서 초기 표적기 및 정찰용도로 활용에서 발전되어 대지상공격 및 고고도 정찰임무 등 다양한 분야에서 활용이 진전 민수분야에서 방송 및 감시, 농업 등의 활용을 넘어 택배배송 및 개인용도 등 활용분야의 확대가 급신장 중 무인시스템을 활용하기 위한 각종 S/W, Sensor, 비행제어 등의 항공기술과 정보통신기술의 융합을 바탕으로 관련 기술의 제품화가 매우 다양한 루트로 진전 시사점 및 정책제언 무인기 연관기술의 발전과 더불어 관련 시스템을 총체적인 시각에서 조망할 수 있는 무인기 생태계 조성을 뒷받침 할 수 있는 통합적인 인프라 구축 시급 무인기 산업을 단순히 항공기 분야뿐만이 아닌 연관 기술 및 통신망 등 다양하게 묶을 수 있는 운용시스템 전반의 패키지화 및 신규 서비스 창출로 글로벌 시장개척 필요성 제기

52 KEIT PD Issue Report PD ISSUE REPORT JULY 2015 VOL 무인항공기 개요 무인항공기의 역사 무인항공기는 고정익 또는 회전익 항공기와 유사한 형태로 제작된 무인 비행체를 지칭하는 것으로, 용어상으로 ICAO(국제민간항공기구)에서는 UAV (Unmanned Aerial Vehicle), FAA(미 연방항공청)에서는 UA(Unmanned Aircraft)라는 명칭을 사용하고 있으며 일반적으로 Drone도 많이 쓰이고 있음 - 무인기와 RC(Remote Control) 비행기가 가장 크게 다른 점은 자율비행 (Autonomous Flight)기능의 유무로 나뉠 수 있는데 이는 사전에 입력된 프로그램에 따라 비행체 스스로 주위환경 (각종 장애물, 항로 등)을 인식하고 판단하여 스스로 제어하는 기능의 탑재여부에 따라 분류할 수 있음 무인기의 역사는 생각보다 오래전부터 발전되어 왔는데 1회용 표적기나 무인폭탄의 용도로 쓰이다가 60년 대부터 본격적인 기능이 탑재되어 발전되어 왔으며 전자통신기술의 발전에 따라 최근 급격한 발전세를 이루고 있음 - 90년대 이후 위성을 통한 실시간 영상획득과 GPS가 가능해짐에 따라 세계 각지의 분쟁시 미군의 무인기를 통한 작전 및 정찰이 본격화 되었고 2010년대 들어서 민간용 드론이 각 분야로의 이용범위가 확대되고 있는 추세임 1960년대 1970년대 1980년대 1990년대 2000년대 2010년대 초기무인비행체 개랭형 무인비행체 무인기시스템 구성능 무인기 시스템 전략 무인기 시스템 자율화 수준 향상 및 상업화 주요 역할 베트남전 전장 녹화 중동전 기만기, 파괴용 무인기 투입 중동전 전장녹화 저고도 및 근거리 무인 시스템 출현 민수용(농업용) 개발 걸프전 전술무인기 활약 민수용 무인기 (농약 살포용) 실용화 아프간 전 요격기능 보유 무인기출현 민수용무인기 산업화 개발 착수 (통신중계 등) 광역정찰, 고도 장기체공 무인기 상업용 무인기 실 용화 무인전투기 (UCAV) 주요 기술 트렌드 무인 비행체 기술 전장 녹화 등 초기 항공전자 기술 구현 생존성 증대기술 레이더 교란기술 아날로그 데이터 링크, 관성항법 등 실시간 영상 전송 기술 실시간 정보처리 기술 주 야간 관측 영상 디지털 맵 GPS항법 및 유도 제어기술 등 디지털 통신 장기체공/스텔스 기술 인공지능 이미지 인식, 정밀유도 제어기술 등 위성통신 통합 체계화 기술(합동 전술 개념 도입) 자율화 군집화 (Swarming) 주요 Product AQM-34 Mastiff Ryan 147 Scout CL-89 Pioneer, Searcher R50 CL-289, Hunter Predator Rmax Predator, Reaper Global Hwak, Fire Scout Smart UAV, Helios 등 X-45, X-47 Zephyr Solar Eagle 그림 1 무인기의 시대별 발전상 52 한국산업기술평가관리원

53 ISSUE 3 무인항공기(드론) 기술동향과 산업전망 무인항공기 시스템 무인기는 비행체 자체로 임무를 수행할 수는 없어 다음과 같은 요소로 구성됨 - 비행체 (Flight Vehicle) : 항공전자장비와 통신장비를 탑재하여 비행임무를 달성 - 지상통제장비 (Ground Control Station) : 원격제어 및 임무통제를 위한 장비 - 데이터링크 (Data Link) : 지상통제장비와 통신을 위한 장비 - 지원체계 (Support System) : 임무수행을 위해 필요한 임무장비와 지상지원장비 그림 2 무인기 시스템 구성도 무인기의 분류는 비행체의 크기와 임무반경 및 운용고도 등 성능기준에 따라 분류하고 있으나 그 기준이 국가별, 지역별로 다소 다르게 분류하고 있음 - 우리나라의 항공법 제2조 및 시행규칙 14조에서는 연료를 제외한 자체 중량이 150kg 이하인 것은 무인비행장치 로, 150kg을 초과한 것은 무인항공기 로 규정 - 군용 무인기의 경우 미군은 최대이륙중량, 상승한도, 비행속도 등을 기반으로 5단계 Group으로, NATO의 경우 3단계 class로 분류하고 있으며, 우리군의 경우 표1과 같은 분류체계를 운용 Korea Evaluation Institute of Industrial Technology 53

54 KEIT PD Issue Report PD ISSUE REPORT JULY 2015 VOL 15-7 표 1 무인기의 성능기준 분류 1) 구분 용어 비행거리(km) 비행고도(m) 체공시간(hr) 이륙중량(kg) 초소형 Micro < < 5 소형 Miniature < ~300 < 2 < 30 근거리 Close Range(CR) 10~30 3,000 2~4 150 단거리 Short Range(SR) 30~70 3,000 3~6 200 중거리 Medium Range(MR) 70~200 5,000 6~10 1,250 중거리체공 Medium Range Endurance (MRE) > 500 8,000 10~18 1,250 저고도 종심침투 Low Altitude Deep Penetration (LADP) > 250 9, ~1 350 저고도 장기체공 Low Altitude Long Endurance (LALE) > 500 3,000 > 24 < 30 중고도 장기체공 Medium Altitude Long Endurance (MALE) > ,000 24~28 1,500 고고도 장기체공 High Altitude Long Endurance (HALE) > 2,000 20,000 24~48 4, 무인항공기 시장과 산업분석 무인항공기 시장분석 무인기 시장은 집계기관에 따라 다소 그 규모와 범위가 다르나 향후 10년간 매년 10%씩 빠르게 성장하여 23년에는 125억달러 규모에 이를 것으로 전망되고 있음 2) - 민간 무인기 시장은 연평균 35%이상의 급속한 성장세를 이룰 것으로 전망됨 (억불) 6,700 4,700 연평균 4% 항공전체 무인기 (억불) 군용시장 민간시장 연평균 3.5% 연평균 10% 연평균 9% 항공시장 전망 무인기의 용도별 전망 1) 국방기술품질원, 2010 국방과학 기술조사서 일반본 2) Teal Group, World UAV Forecast 그림 3 무인기 세계시장 규모 및 용도별 전망 54 한국산업기술평가관리원

55 ISSUE 3 무인항공기(드론) 기술동향과 산업전망 무인기 세계 시장은 미국과 유럽의 과점체제로 진행되고 있으나 향후 아태시장이 부상할 것으로 전망됨 - 특히, 중국은 무인기 생산기반은 민수분야에서의 세계적 점유율을 차지하고 있으며 지속적인 투자가 확대되고 있어 기술분야에서도 성장이 매우 빠르게 진전됨 중국 무인기 수준 : 시장규모 세계 3위, 기술수준 세계 9위 ( 12) 3) Asia-Pacific 8% Others 3% Others 2% Mid-Ease 8% Europe 16% 2013 USA 65% Asia-Pacific 34% 2018 USA 35% Mid-Ease 8% Europe 21% 그림 4] 세계 무인기 시장 점유율 추이 (Teal Group 국내시장의 경우 군수요 중심으로 14년 100억원 수준에서 22년까지 연간 5억불, 연평균 22%성장이 전망됨 4) 소형드론 판매대수 만 100만 100 '14 ' 美 가전협회(CEA) 그림 5] 국내 무인기 시장전망 (단위:$M) 군수시장에서는 무인기의 대형화, 고성능화로 유인기의 임무영역을 일부 대체하고 있으며, 네트워크중심전(Net Centric Warfare)에 입각한 유인전투기와 무인전투기의 동시작전이 가능한 전투체계를 연구 중에 있음 민수시장에서는 기술 성숙에 따른 활용도가 증가되고 있으며 적용분야 또한 그림6과 같이 다양한 분야에서 활용되고 있으며 개인소비자의 관심증가에 따라 소형드론의 판매가 급속히 증가될 것으로 전망되고 있음 ( 14 25만대 만대, 미CEA) 3) Frost&Sullivan 2014, 국방기술품질원 ) Teal Group, World UAV Forecast Korea Evaluation Institute of Industrial Technology 55

56 KEIT PD Issue Report PD ISSUE REPORT JULY 2015 VOL 15-7 촬영, 취미 정밀농업 인프라 관리 택배 화물수송 택배용 드론 정밀농업용 드론 화물용 무인항공기 - DHL, 아마존, 구글 등이 택배용 드론 개 발 중 - 시계 외 비행을 위한 장거리 통신 항법기 술, 장시간 비행을 위한 동력원기술, 정밀 비행 제어 기술 등 - AUVSI, 2025년 정밀농업용 드론의 세계 민간 무인기 시장 80% 이상 점유율 예측 - 탑재 초분광 카메라 기술, 매핑 기술, 최 적비행기술, UGV 통합 기술 등 - FedEX 등 물류 회사는 화물용 무인항공 기에 대한 수요 지속 - 대형무인기 설계 기술, 무인기 유인공역 비행 기술, cockpit 자동화 기술 등 그림 6 민수 무인기 활용분야 5) 민수시장에서는 향후 10년간 공공분야 수요를 중심으로 발전될 것으로 전망되며 활용도 여하에 따라 시장이 확대될 전망 - 미국정부는 2012년 이래 무인기의 운항을 위한 기존 공역체계와의 통합을 지속적으로 준비 중에 있으며 이 경우 2025년까지 10만명의 일자리와 800억불의 경제효과 창출이 예상된다고 분석6) - 올해 1월에 개최된 CES(Consumer Electronics Show)에서는 드론제품 전용전시 구역인 Unmanned Systems Marketplace 를 설치 - 미국의 E-bay에서의 2014년 (3월~12월) 드론판매대수는 127,000대로 1,660만불에 달하며, RC완구 중 드론의 판매비중은 2014년 30%에서 2015년엔 50%까지 상승 30,000 25,000 Tentative Outlook for Civil UAS Production, Other UAS Applications Agrcultural Law Enforcement/First REsponder UAS Unit Production 20,000 15,000 10,000 5,000 Sourece: Composite Forecast and Consulting LLC [그림 7] 민수 무인기 시장분석7) 5) KISA 이슈&트렌드 , 윤광준, 드론핵심기술 및 향후과제 6) The Economic Impact of UAS integration in the United States, AUVSI 7) Composite Forecast and Consulting, LLC, 한국산업기술평가관리원

57 ISSUE 3 무인항공기(드론) 기술동향과 산업전망 무인항공기 산업분석 현재 무인기 산업은 전통적인 항공산업에서의 영역과 융합영역에서의 무인기의 성격이 동시에 나타나고 있는 복합적 시장으로 구성되어 있음 표 2 무인기의 구분 및 시장분류 8) 군용 무인기 - 군사 정찰, 공격, 수송 등에 사용하는 무인항공기 항공 민수용 무인기 - 공중촬영, 농업용, 물품수송 등에 활용되는 무인항공기 취미용 무인기 - 개인오락용, 인물촬영용 등에 활용되는 소형 무인항공기 국내외 전문기업 또한 복합적으로 전개되어 있는 상황으로 일부 기업은 서비스와 제조업간의 다소 과도기적 형태도 나타나고 있음 표 3 국외 무인기 사업 진행기업 9) 업체명 보잉 (미국) 노스롭그루먼 (미국) 구글 (미국) 아마존 (미국) 탈레스 (영국) 사업영역 및 주요 내용 세계 최대 규모의 항공우주산업체로 세계 최고 수준의 무인기 기술/실적 보유 수소연료 무인 실증기인 팬텀아이(Phantom Eye) 개발중 미 해군과 합동으로 무인스텔스기 팬텀레이(Phantom Ray) 개발중 미국의 3대 항공우주산업체 중 하나 대형 고고도 (HALE)정찰기인 Global Hawk 및 파생형 Triton개발 무인기 제작업체인 타이탄 에어로스페이스 사 인수 (드론을 통한 무선인터넷 보급망 확장에 활용 예정) 비행선 형태의 무인기를 이용하여 인터넷 및 통신에 활용중 (룬 프로젝트) 무인헬기를 이용한 차세대 배송 시스템 (Amazon Prime Air) 실용화 추진중 (민간 무인기 운용 제도화를 위하여 FAA와 민간 무인항공기 운항체계 및 규제 관련 협력) 항공우주 및 군수, 보안 분야 선도업체 인공위성과 무인항공기를 결합한 형태의 성층권 비행선 Stratobus 개발사업 추진중 (통신중계, 원격탐사, 정찰 등 업무 수행) 유무인 겸용 항공기 개발 지원을 위해 카타르와 MOU 체결 8) 관계부처 합동, 무인이동체 기술개발 및 산업성장 전략, ) 산업통상자원부, 산업기술 R&BD전략 (융복합분야 무인기시스템), 2015 Korea Evaluation Institute of Industrial Technology 57

58 KEIT PD Issue Report PD ISSUE REPORT JULY 2015 VOL 15-7 업체명 사업영역 및 주요 내용 히타찌 (일본) 야마하발동기 (일본) 에어드로이드 (미국) DJI (중국) 전기 및 전자기기 제조업체 정보수집용 소형 무인기(드론) 개발에 주력(일본 육상자위대에 16기 납품 완료) 소형엔진 및 선체 등 제조업체 농업, 측량, 관측 등에 사용할 수 있는 산업용 무인헬기인 RMAX, FAZER 출시 하늘에서 사용자를 따라다니며 영상이나 사진을 촬영하는 개인용 드론인 신개념의 포켓 드론(Pocket Drone) 개발) 펀딩 사이트인 킥 스타터 를 통한 투자자 모집 중 민수 무인기 분야 다양한 기종을 출시, 현재 민수드론분야 1위기업 방송촬영급 Inspire와 개인용 Phantom시리즈를 6개월 단위로 출시 2014년 매출 5천억원, 2015년 매출 1조원 달성 전망 국내기업 또한 복합적으로 전개되어 있는 상황이나 아직은 전통적인 항공 산업체가 군수요를 바탕으로 두각을 나타내고 있는데 이는 아직 민수무인기 시장 조달에 있어 국외기종이 국산기종보다 우위를 보이고 있는데 기인 표 4 국외 무인기 사업 진행기업 10) 업체명 대한항공 한화 LG CNS LG 유플러스 KAI 유콘시스템 (퍼스텍) 바이로봇 성우 엔지니어링 사업영역 및 주요 내용 항공우주연구원과 공동으로 틸트로터형 무인기 개발 (TR-60) 성공 및 상용화 추진중 (2020년 세계최초로 상용화 계획) 미국 보잉사와 MOU를 통한 무인헬기사업 추진중 (500MD개조) 군사분야 초소형 무인항공기 기술개발을 위한 사업 참여중 초소형 무인항공시스템인 크로우(CRAW)를 제작한 마이크로에어로봇 사 인수 소프트웨어와 하드웨어를 융합한 자체 무인헬기 토탈 솔루션 개발 추진중 무인헬기 제조사인 원신스카이텍 인수 LTE 망을 이용한 드론 제어 기술 확보 (기술시연 성공) 군단급 (송골매) /차기군단 무인기 개발 무인기 전문 업체로, 퍼스텍에서 인수 정찰용 무인기인 리모아이(Remo Eye)개발, 국내최초로 UAE에 지상통제장비 수출 농업용 무인방제헬기 시판을 계기로 민간시장 진출 추진중 완구용 비행로봇인 드론 파이터 를 시작으로 산업용 비행로봇 개발 진행중 농업용 무인 방제헬기 상용화 성공 (REMO-H) (인천 옹진군과 무인헬기 병해충 항공방제 업무협약 체결) 10) 산업통상자원부, 산업기술 R&BD전략 (융복합분야 무인기시스템), 한국산업기술평가관리원

59 ISSUE 3 무인항공기(드론) 기술동향과 산업전망 민수 무인기 Supply Chain은 무인기 제조업체, 카메라, 자동항법장치 업체, 부품업체, S/W제작업체 등 관련분야를 중심으로 구성되어 있음 - 현재까지 중국과 일본, EU업체를 중심으로 발전 단계에 있음 그림 8 세계 민수무인기 Supply Chain 11) 민수무인기 분야의 Value Chain은 그림 9에서와 같이 R&D와 생산분야에서 각각 30~35%의 부가가치가 발생되고 있으며 핵심분야는 자체개발하나 일부 제어SW의 경우 외부조달 형태로 구성되고 있음 무인기 제작업체는 무인기 구성품을 패키지화하여 공급하고 있으며, 세계최대업체로는 중국의 DJI(Da-Jiang Innovations Science), 프랑스의 Parrot을 들 수 있음 - DJI는 2013년 쿼드콥터 형태의 Phantom 시리즈를 매년 출시하고 있으며 최근 버전인 Phantom3는 약 1,500~2,000불에 판매되고 있으며 상위기종인 방송촬영용에 특화된 Inspire 기종도 판매하고 있으며 2014년 매출은 5억불로 2011년 대비 120배 매출증가, 올해엔 10억불 매출을 달성할 것으로 예상 - 현재까지 제작된 전기모터 방식의 민수 무인기의 비행시간은 대략 10~20분 내외로 비행시간 증가를 통한 적용영역의 증가를 위한 배터리 업체와의 기술개발이 절실한 것으로 전망되고 있음 11) Supply Chain STRABASE ( ) Korea Evaluation Institute of Industrial Technology 59

60 KEIT PD Issue Report PD ISSUE REPORT JULY 2015 VOL 15-7 Contributes major value addition to the iverall price of drone 10-20% 45-55% 78-85% 90-95% 95-98% % Relevance & Timmelines Research & Development Manufacturing Assembly Distributors Post-sale Services Relevance & Timmelines Prototype Software Development Inegration Agriculture Training Partners Risk & Cost Process Development Process Regulatory Approval Electronics/ Electrical Components Precision Metal Works Testing Oil & Gas Energy & Power Infrastructure Maintenance Up-gradation Consulting Process & Benefits Sustaining Engineering Power Supply Input Suppilers OEMs Softsware providers Subsystem manufactures 그림 9 세계 민수무인기 Value Chain (Commercial Drones Market) 국내 무인기 산업기반은 정부주도의 다양한 군수 및 민수 무인기 체계개발 사업들을 통해 국내 독자개발 능력을 확보함 - 비행체, 항공전자, 임무장비, 통신장비, GCS 등 무인기 관련 부품 및 서브시스템 및 임베디드 S/W개발 능력을 확보하게 됨 - 특히, 중소기업들의 참여가 항공산업내 유인기 분야에 비해 활발한 편임 표 5 국내 무인기 사업 진행동향 12) 분류 민간 R&D 투자동향 정부 투자 방향 무인기 무인기 핵심 부품 국내 산 학 연은 무인기 시스템 및 각 부체계에 대한 연구개발 중 - (항우연) 틸트로터 무인기, TR60, 전기무인기 - (대한항공/항우연) TR60 - (한화) CROW, (성우) Remo-H, (유콘) RemoEye 무인항공기의 비행체 운영과 연관과 비행제어 모듈 및 통신모듈 등은 국내업체가 자사 모델 개발 시 산 학 연 협력 등을 통해 개발. 그러나, 주요 임무탑재장비는 해외구매를 통해 장착 90% 이상 군용 무인기 개발에 집중 - (군) 중고도 무인기, 사단급 무인정찰기, 차기 군단급 무인기, 다목적 수직이착륙 무인기 신개념 기술시범 사업 - (민) 스마트무인기, 근접감시용 무인기, 다목적 수직이착륙 비행로봇 시스템, 항공부품 정밀비행시험시스템 등 무인기 시스템 개발에 대부분 투자 12) 산업통상자원부, 산업기술 R&BD전략 (융복합분야 무인기시스템), 한국산업기술평가관리원

61 ISSUE 3 무인항공기(드론) 기술동향과 산업전망 3. 무인항공기 기술 및 관련제도 무인항공기 기술분석 무인기 핵심기술은 항법, 제어 및 하드웨어 설계/제작 기술을 기반으로 함 - 항법 시스템은 무인기의 위치, 속도 및 자세를 내장된 관성 센서 및 GPS등을 통해 알아내며 다양한 센서 융합 기술이 사용되는 부분임 - 제어 시스템은 무인기의 위치, 속도 및 자세를 사용자의 요구에 따라 동작할 수 있게 하는 부분으로 비행체에 따라 다르며 항법 시스템의 피드백을 통해 작동됨 - 군용 무인기의 경우 신뢰성이 높고 정밀한 시스템을 만들기 위해 Jamming을 비롯한 외부 위협 등에 대해 강인한 기술 개발이 필요함 - 민간 무인기의 경우 다양한 응용으로의 적용을 위한 가격, 성능 등의 특성에 대한 유연한 알고리즘 개발이 필요함 - 장애물 회피 및 충돌방지, 통신 등의 시스템 연계 기술개발이 필요함 표 6 무인기 시스템 관련 핵심기술 13) 항공 무인이동시스템 통신/항법/교통관리 기술 항공 무인이동시스템의 국가공역으로의 안전한 통합을 위해 필요한 고신뢰도 무인기 제어링크 기술 항재밍/항기만 항법 및 대체항법 기술 차세대 항공교통관리와의 통합 및 차세대 항공교통관리 기술 항공 무인이동체 제어 및 탐지/회피 기술 항공 무인이동체의 이착륙과 비행제어 및 자율화 향상 기술 안전한 비행과 임무 수행을 위해 다른 비행체나 물체 등의 위험요소를 탐지하고 충돌을 회피하는 탐지회피 기술 항공 무인이동시스템 센서 기술 항공 무인이동체의 안전한 운항 지원 및 임무 수행을 위한 센서 기술 항공 무인이동시스템 S/W 및 응용 기술 항공 무인이동체의 제어 및 임무 수행을 위한 고신뢰 실시간 OS와 interoperability 지원 개방형 S/W 플랫폼 및 표준 인터페이스 기술 무인이동체가 수행하게 될 특정한 임무 수행을 위해 필요한 탑재체 기술 및 빅 데이터 처리 등 응용 기술 다기능 초경량 소재 및 구조물 기술 무인기 actuator 및 기계/전기 기술 다학제 설계 기술 설계 자동화 기술 친환경적 고성능 고효율 동력원 기술 항공 무인이동체 플랫폼 기술 항공 무인이동체 동력원 기술 13) KISA 이슈&트렌드 , 윤광준, 드론핵심기술 및 향후과제 Korea Evaluation Institute of Industrial Technology 61

62 KEIT PD Issue Report PD ISSUE REPORT JULY 2015 VOL 15-7 국내 무인기 기술수준은 세계적으로 Tier 1 수준 14) 으로 평가되고 있으며, 국방기술품질원은 우리나라가 약 7위권의 기술경쟁력을 보유한 것으로 평가함 - 무인기 기술 및 체계종합능력, 부품 공급처 확보 등 전반적인 무인기 독자개발기반 구축 - 세계 2번째 틸트로터 무인기 원천기술을 확보하였고, 장기체공기술 개발 추진 등 지속적인 선도기술 확보 추진 중 군수용 무인기: 지능형 자율비행기술, 고밀도 항법운용 및 비행제어기술, 복수무인기 운용기술, 군집비행 기술, 스텔스 기술 등 민수용 무인기: 충돌감지 및 회피 기술, 임베디드 S/W 기반의 IMA 기술, 비행안전 및 성능 제고 기술 등 TIER 1 United States, France, United Kingdom, Germany, Israel, South Korea, Australia, Japan, Singapore Countries with highest technology handling capabilities and quicker new-technology absorption level TIER 2 China, Pakistan, Taiwan, New Zealand, Canada Countries with Medium technology handling capabilities and fair new-technology absorption level TIER 3 Indonesia, Thailand, Malaysia, The Philippines Countries with low technology handling capabilities and modest new-technology absorption level 그림 10 세계 무인기 국가군 분류 (Frost & Sullivan) 최상위권 선진권 중진권 하위권 그림 11 무인기 기술순위 (국방기술품질원) 14) Frost & Sullivan, 무인기 세계시장 조사분석 연구 62 한국산업기술평가관리원

63 ISSUE 3 무인항공기(드론) 기술동향과 산업전망 그림 12 세계 무인기 기술로드맵 (Frost & Sullivan) 무인항공기 관련 제도동향 미 FAA는 무인기에 대한 포괄적 규제와 사전 허가를 엄격하게 요구하고 있었으나, 최근 드론의 활용범위 확대와 시장성장을 감안, 규제완화에 초점을 둔 무인기산업 활성화 정책 을 전개중에 있음 - 주요내용으로는 1 최고속도 100마일 (161km/h) 미만으로 비행 2 적재용량 55파운드(25kg) 제한 3 무인기 면허취득 (2kg미만 면제)을 준수 4 시거리내 비행준수 및 1회 1비행체 운항의 경우 상업용 드론 활용 허가 - 아직 본격적인 무인기 상업활용에는 다소 거리가 있어 지속적인 논의 필요 예상 EU EASA는 올해 규제 가이드라인을 발표, 미국보다는 다소 진보적인 입장을 취하고 있음 - 위험성 정도에 따라 1 개방적 (open) 항목 2 구체적 (specific) 항목 3 인증이 필요한 (certified) 항목으로 구분 - 개방적 항목에는 500g미만 무인기, 안보요구지역 고도 500ft(150m) 이하비행, 조종자 500m이내 비행을 규정함 - 구체적 항목에는 규제당국이 안전성검사(견고성, 안정성, 조종자 능력, 통신안전도 등)를 직접 수행함 - 인증이 필요한 항목에는 일반 항공기 수준의 규정을 적용함 Korea Evaluation Institute of Industrial Technology 63

64 KEIT PD Issue Report PD ISSUE REPORT JULY 2015 VOL 15-7 그림 13 세계 무인기 인증 및 규제 로드맵 (Frost & Sullivan) 국내의 경우 현실 산업 및 기술특성을 일방적 규제로 묶고 있는 현실임 - 현재 증가추세에 있는 무인기 비행승인 요청회수 대비 실제 촬영 및 비행은 더욱 많을 것으로 예상되나, 규제사항이 현실과 맞지 않는 측면이 있으며 군당국에서는 서울지역의 비행금지구역과 제한구역에서의 단속을 실시 - 커져가고 있는 소비자시장의 소형 드론급에 대한 개발과 안전성 인증, 보험, 프라이버시 침해 방지 등 종합적인 논의와 제도정비가 필요함 (단위: 건) 요청 659 승인 년 6월 현재 그림 14 무인기 비행승인 요청실적 및 서울 비행금지/제한공역 (국방부) 64 한국산업기술평가관리원

65 ISSUE 3 무인항공기(드론) 기술동향과 산업전망 표 7 국내 무인기 관련 법률조항 및 규제 15) 항공법 제 23조에 의해 무인비행물체는 자체 중량이 12kg 이하이며, 엔진 배기량 50cc 이하의 경우, 스포츠용 무선 조정 모형 항고기 로 간주하여 신고 없이 비행 가능. 이 기준을 초과하는 경우 국토교통부장관에게 신고하고, 비행하고자 하는 경우에는 매 비행 전에 비 행계획을 수립하여 승인 받도록 함. 이때에는 비행 장치의 기초적인 안전성을 확인 받아야 하며, 비행 승인 시 극히 제한된 공역 내에 서 통상 500피트 AGL(Above Ground Level)이하의 고도에서만 비행 인가 가능 국토교통부는 1999년 2월 무인비행장치에 관한 안전관리 기준을 항공법에 최초 반영한 후 비행장치 신고 및 안전성 인증, 비행계획 승인 제도 운영. 또한 2004년 초경량비행장치 전용공역지정, 2013년 2월 무인비행장치 조종자 자격증명제 도입, 2014년 1월 무인회 전장치의 조종자 안전교육 실시 등 제도적 보완 실시 국토교통부에서 지정한 법령에서는 기체무게150kg을 기준으로 초과하는 무인항공기는 항공기 급 무인항공기로, 그 이하는 무인비행 장치로 구분해 관리. 기체 무게 150KG을 초과하는 항공기급 무인항공기는 등록을 의무적으로 하게 돼 있으며, 150kg 이하 무인비행 장치는 신고해야 함. 다만 12kg 이하 기체는 신고대상에서 제외 현재 비행금지구역 내 무허가 비행에 대한 처벌 기준은 1회 적발시 20만원, 2회 적발시 100만원, 3회 이상 적발시 200만원의 과태료 부과가능 드론을 이용한 상업 촬영은 항공청 등록 이후에만 가능하고 일반 항공 촬영도 3,000만원 이상 법인에서만 촬영이 가능함. 촬영은 국방 부의 허가를 받아야 하고, 주요 시설의 경우는 청와대 허가가 필요. 국방부 허가에는 1주일 소요 항공법 시행 규칙 68조에는 조종사가 준수할 사항을 규정하고 있는데 낙하물 투하 행위, 인구밀집지역이나 사람이 많이 모인 장소 상 공에서 인명과 재산에 위험을 초래할 비행, 안개 등으로 목표물을 식별할 수 없는 비행, 야간 비행 등을 금지 4. 무인항공기 추진과제 정책적 추진전략 산업통상자원부는 올해 4월 무인기 산업생태계 분야별 추진계획 을 통해 향후 우리나라가 글로벌 무인기 산업 선도국을 실현하는 목표와 전략을 공표한 바 있음 - 매출 : ( 13) 165만불(세계 30위권) ( 23) 5.1억불(세계 4위) - 기술 : ( 12) 세계 7위 ( 23) 세계 3위 (미국, 이스라엘, 한국 순) - 선순환 구조 정착 : 1 선도적 시장창출 4 시장지배 2 기술개발 3체계개발 - 생태계 활성화를 위한 인프라 확충, 인력 양성, 제도 확충 15) KISA 이슈&트렌드 , 윤광준, 드론핵심기술 및 향후과제 Korea Evaluation Institute of Industrial Technology 65

66 KEIT PD Issue Report PD ISSUE REPORT JULY 2015 VOL 15-7 그림 15 무인기 산업 생태계 추진전략 (산업통상자원부) 이를 뒷받침하기 위해 4대전략 및 10대 추진과제를 설정하여 지원 예정임 1.시장선점:선도적 시장분석 및 신시장 선점 1) 무인기 수요 활성화를 위한 시범운용사업 2) 해외 기술선진국과의 기술협력 및 공동마케팅 3.인프라/인력:무인기 인프라 확충과 인력양성 6) 지상/비행시험 인프라 확충 7) 무인기 개발인력 및 전문 운용인력 양성 2.기술개발:선도기술 및 선도형무인기 개발공급 3) 무인기 및 임베디드SW 선도기술 개발 4) 무인기 획득정보 처리 및 활용 기반 구축 5) 시장선도형 무인기 체계개발 4.제도:무인기 운용 활성화를 위한 제도 확충 8) 무인기 전용주파수 확보 및 이용 방안 연구 9) 민간 무인기 인증/운항 제도 구축 10) 장기 산업특성에 적합한 차별화된 금융지원 제도 미래창조과학부도 무인이동체 기술개발 및 산업성장 전략 을 통해 범정부적인 추진체계를 구축하는 방안을 발표한 바 있음( 15. 6) - 무인이동체에 각기 적용가능한 공통기술(1공통 요소부품, 2SW플랫폼, 3 안전운용 인프라, 4 역기능 예방) 개발 및 확산을 통해, 기술 경쟁력 강화 및 신규기업의 기술 진입장벽 완화하는 방안을 추진 - 무인이동체 발전협의회를 설치, 통합로드맵 수립, 협력사업 발굴, 법제도 정비, 인프라 확충, 실용화 지원 등 추진전략 수립을 목적으로 함 66 한국산업기술평가관리원

67 ISSUE 3 무인항공기(드론) 기술동향과 산업전망 주요 사업 산업엔진 프로젝트 고속-수직이착륙 무인기 개발사업 의 추진을 통해 시범운용 및 선도적 비행체 개발을 추진 중에 있음 - 항우연이 개발한 틸트로터 무인기인 스마트무인기 개발기술을 바탕으로 기술시연기와 기술시제기를 개발, 시범운용 및 신뢰성을 입증할 예정 - 기존 원양어선의 유인헬기를 대체할 수 있는 어군탐지 무인기 사업의 플랫폼으로 활용예정으로 어군의 수면포말 및 이동을 탐지, 정보를 제공함 그림 16 어군탐지 무인기 개략도 민군겸용 무인기 기술의 상호활용으로 국방 및 민간분야 무인기의 실용화 촉진을 위한 상호협력 추진 전자광학/적외선 카메라, 전천후 레이더 등 군 임무탑재장비 기술은 민간의 교통, 산불 재난 감시용 무인기 등에 적용 가능 Korea Evaluation Institute of Industrial Technology 67

68 KEIT PD Issue Report PD ISSUE REPORT JULY 2015 VOL 15-7 무인기 민 군 기술협력 추진방안(예시) 민간기술 군 적용사례 임무장비(전자광학/적외선 카메라등) 교통 재난 활용 국방 정찰용 개조 민간 환경감시 등 민수용으로 개발된 KUS-9(대한항공)를 군 정찰용 으로 활용하기 위해 추가 개발(사단급 무인기) 민수(환경감시등) 무인기 시사점 및 정책제언 무인기 분야는 항공기술과 IT기술이 융합되어 급속히 발전되고 있는 분야인데다 전세계적으로도 비교적 초창기 시장이 열리고 있어 기반기술이 발전된 우리의 역량을 충분히 활용한다면 무인기 분야에 새로운 강자로 등극할 수 있는 여건을 마련할 수 있을 것으로 판단 - 특히, 무인기 뿐만 아니라 무인이동체 분야와의 연계를 통해 공통 요소부품 핵심기술을 개발을 공유하여 선진국과의 기술격차 극복 및 가격, 기술 경쟁력을 강화시킬 수 있는 계기로 삼아야 할 것임 무인기 연관기술의 발전과 더불어 관련 시스템을 총체적인 시각에서 조망할 수 있는 무인기 생태계 조성을 뒷받침 할 수 있는 통합적인 인프라 구축 시급함 - 무인기 분야를 위한 공역 및 기반을 구축하여 시험평가 인프라와 무인기 운용을 위한 법적, 제도적 사항이 산업수준과 세계동향에 맞게 시급한 정비 필요 무인기 산업을 단순히 항공기 분야뿐만이 아닌 연관 기술 및 통신망 등 다양하게 묶을 수 있는 운용시스템 전반의 패키지화 및 신규 서비스 창출로 글로벌 시장개척 필요성 제기 - 우리의 풍부한 ICT기반과 경험은 다른 나라에 비해 비교우위에 있으므로 항공분야와 ICT분야와의 효과적인 융합연구와 시장개척이 요구됨 68 한국산업기술평가관리원

69 ISSUE 3 무인항공기(드론) 기술동향과 산업전망 [ 참고문헌 ] 국방과학 기술조사서 일반본, 국방기술품질원, World UAV Forecast, Teal Group, 무인기 세계시장 조사분석 연구, Frost & Sullivan, 드론핵심기술 및 향후과제, 윤광준, , KISA 이슈&트렌드 5. The Economic Impact of UAS integration in the United States, AUVSI, Composite Forecast and Consulting, LLC, 무인이동체 기술개발 및 산업성장 전략, 관계부처 합동, 산업기술 R&BD전략 (융복합분야 무인기시스템), 산업통상자원부, UAV market analysis, STRABASE, 국내 항공우주통계, 한국항공우주산업진흥협회, 2015, 항공우주 [ 국내외 주요 사업현황 ] 관련부처 프로젝트명 개요 미래부 창조경제비타민프로젝트 기술시연기 시범사업 산업부 사업화연계기술개발사업 시제기 시범운영사업 방사청 핵심기술 국제공동 기술개발 함상자동이착륙 정밀유도제어 방사청 차기군단무인기개발 군용 군단급 차기무인기 개발 방사청 중고도무인기 개발 군용 중고도정찰무인기 개발 산업부 고속-수직이착륙 무인항공기 시스템 개발 틸트로터 무인기 개발 및 상용화 산업부 한국로봇항공기경연대회 개빌인력 양성 국토부 무인헬기 조종자 양성 및 안전교육 지원 무인기 조종사 양성 및 관련 인프라 구축 고용부 무인기 정비사 양성 무인기 정비사 양성사업 국토/미래/해수부 무인기 인증제도 및 운항제도 구축 무인기 운항 및 인증 인프라구축 산업부 산업기술연구 기반구축 지상/비행시험 인프라 구축 Korea Evaluation Institute of Industrial Technology 69

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71 나노기반 회절광학소자 응용 및 발전전망 SUMMARY l저자l 고병철 PD / KEIT 나노PD실 김 휘 교수 / 고 려 대 학 교 한준구 교수 / 경 북 대 학 교 정준호 박사 / 한국기계연구원 김병재 책임 / KEIT 나노PD실 목적 회절광학소자는 회절 효과를 기반으로 하여 고전적인 굴절 광학 소자를 대체할 수 있으면서, 동시에 굴절 광학 소자에서 구현할 수 없었던 다양한 광학 신기능들을 구현할 수 있음. 본 보고서에서는 나노기술을 기반으로 한 회절광학소자의 구조, 원리, 응용 및 발전 전망을 탐색해 보고자 함 주요현황 나노공정기술과 컴퓨터 성능의 획기적인 발전으로 최근 들어 회절광학분야의 발전이 가속화 되었음, 최근 학계에서 활발히 연구되고 있는 광자결정, 플라즈모닉 메타물질, 비주기적 볼륨 회절 격자와 같은 첨단 포토닉스 구조들에 대한 연구 분야은 회절광학을 기반으로 새로이 열리고 있는 분야들임 회절광학소자와 관련한 핵심기술은 광파계산에 기반한 광파회절의 해석 및 설계 기술, 표면 구조 제조 기술인데, 최근들어 나노공정기술 등 관련 기반기술의 혁신을 통해 회절광학 분야도 급속한 발전이 이루어지고 있음 시사점 및 정책제안 회절광학소자 기술을 홀로그래픽 3D 이미징 및 디스플레이 응용 기술등에 적용하기 위해서는 저가 대면적 나노구조체 제작기술이 필수적이며, 대용량 정보처리기술을 기반으로 한 회절광학소자 설계 및 해석 기술도 새로이 개발되어야 함 나노기반 회절광학소자가 적용된 디지털 홀로그램 관련 시장 규모는 2022년 약 40억 달러 이상의 규모로 예측되고 미래 성장성이 클것으로 기대되므로, 나노기술을 활용하여 시장진입을 가속화할 수 있는 기술개발 전략이 필요함

72 KEIT PD Issue Report PD ISSUE REPORT JULY 2015 VOL 나노기반 회절광학소자 나노기반 회절광학소자의 개념 및 특징 근래의 나노공정기술과 컴퓨터 성능의 획기적인 발전으로 회절광학 분야의 발전이 가속화 되었다. 최근 학계에서 활발히 연구되고 있는 광자결정, 플라즈모닉 메타물질, 비주기적 볼륨 회절 격자와 같은 첨단 포토닉스 구조들은 회절광학을 기반으로 새롭게 열리고 있는 분야라고 할 수 있다. 회절광학의 핵심소자는 회절광학소자(diffractive optical element, DOE)이다. 회절광학소자는 그림 1에서 보는 것과 같은 다양한 마이크로, 나노스케일의 요철구조로 이루어진 소자로서 이러한 표면 구조에 입사하는 빛의 위상과 진폭을 변조함으로써 입사광파를 원하는 형태의 파면을 갖는 광파로 변환한다. 회절광학소자에 의해 파면이 변조된 광파는 파동 회절의 법칙에 따라 공간 또는 매질 상을 진행하게 된다. 회절광학소자의 파면 변조 기능을 통해 공간 또는 매질 상에 원하는 회절파를 공학적으로 만들 수 있다. 이러한 회절광학소자는 광파 회절 제어 소자로서 광범위한 응용분야에서 활용될 수 있다[1, 2]. 나노기반 회절광학소자란 나노소재 또는 나노구조체가 적용된 회절광학소자를 지칭하며, 기존의 마이크로기반 회절광학소자 대비 신기능이 부여되거나 성능이 획기적으로 향상된 회절광학소자를 의미한다. 그림 1 회절광학소자의 표면 구조 회절광학소자의 응용 범위는 그림 2(a)에서 표현한 것과 같이 매우 광범위하다. 그림 2(b)에서는 빛의 파장에 따른 회절광학소자 렌즈의 초점거리 변화를 응용해 깊이방향으로의 광정보 기록 재생이 가능한 멀티레이어 광정보기록 매질의 픽업 광학계를 회절광학소자로 구성한 예를 보여주고 있으며 그림 2(c)는 회절광학소자의 멀티빔 형성 기능 및 72 한국산업기술평가관리원

73 ISSUE 4 나노기반 회절광학소자 응용 및 발전전망 표면 반사구조에 대한 회절광학소자의 회절파 형성의 패턴 민감도를 응용하여 표면 센싱, 이중에서도 지문인식 시스템의 예를 보여주고 있다. 그림 2(d)에서는 회절광학소자에 기반한 DNA 센싱 lab-on-a-chip 형태의 구조를 보여주고 있는데, 렌즈, 거울 및 센서 모두가 컴팩트한 회절광학소자로 이루어져 빛의 진행을 제어한다. (a) (b) (c) (d) 그림 2 (a) 회절광학소자의 응용 분야, (b) 멀티파장 광픽업, (c) 지문인식, (d) 바이오 센싱 회절광학소자는 일반적으로 표면 요철구조를 가지고 있으며, 회절광학소자의 표면 요철 구조를 제작하는 방법은 매우 다양하다. 그림 3(a)은 실리콘이나 쿼츠(quartz) 또는 메탈 필름 표면에 표면 요철구조를 생성할 때 일반적으로 사용되는 멀티레벨 광리소그래피 및 에칭공정과 멀티레벨 회절광학소자의 표면 보여주고 있다. 그림 3(b)에서는 호주 Swinburne 대학의 Min-Gu 교수팀에서 개발한 팸토초 레이저(Femto-second laser)를 사용한 이광자 중합 광조형(two-photon polymerization)기술에 의해 제작된 회절광학소자와 제작된 회절광학소자에 의해 재생되는 회절파의 실험결과를 보여주고 있다. 그림 3(a)에서의 멀티레벨 회절광학소자는 모서리가 뚜렷한 특징을 가지고 있으며 이광자 중합 광조형은 포인트 스캔(point-scan)방식으로 레이져 초점이 맺히는 공간의 한 점에서 액상의 원형 폴리머가 비선형 중합이 일어나는 현상을 이용하여 제작이 되어 그림 3(b)과 같이 둥글둥글한 알갱이 형태로 픽셀이 형성되고 밑면으로부터의 상대적인 높이가 광파의 파면(위상)을 변조하는 양을 결정하는 특징이 있다[3]. 그림 3(c)는 광학회절 구조물을 만드는 Korea Evaluation Institute of Industrial Technology 73

74 KEIT PD Issue Report PD ISSUE REPORT JULY 2015 VOL 15-7 또 다른 방법으로 이용되는 레이저 직접 가공(laser direct writing)장비를 보여주고 있으며 그림 3(d)는 멀티레벨 구조가 아닌 연속적인 표면 구조를 갖는 Fresnel 렌즈 구조를 만들 수 있는 싱글 포인트 다이아몬드 턴닝(single-point diamond turning)으로 제조된 회절광학소자의 예를 보여주고 있다. 최근 들어 나노구조체를 채용한 회절광학소자의 연구가 활발히 진행되고 있는데 그림 4은 OLED(organic lightemitting diode)적용 나노기반 회절광학소자 제작에 나노임프린트공정을 적용한 사례를 보여주고 있다 [4]. 나노임프린트공정은 10 nm수준의 나노구조체를 저가 대면적으로 제작할 수 있는 공정으로 나노기반 회절광학소자 제작 및 양산에 매우 적합하다. 그림 5는 자외선 나노임프린트공정 개념도를 보여주고 있다. (a) (b) (c) 그림 3 광리소그래피 및 에칭방법 (b) 팸토초 레이저를 사용한 이광자 중합 광조형 방법 (c) 레이저 직접 가공 방법 (d) 싱글 포인트 다이아몬드 턴닝 방법 74 한국산업기술평가관리원

75 ISSUE 4 나노기반 회절광학소자 응용 및 발전전망 (a) 그림 4 (a) DOE-assisted OLED 및 DOE AFM이미지, (b) DOE-assisted OLED의 각도별 발광 프로파일 (b) 그림 5 자외선 나노임프린트공정 개념도 Korea Evaluation Institute of Industrial Technology 75

76 KEIT PD Issue Report PD ISSUE REPORT JULY 2015 VOL 15-7 나노기반 회절광학소자의 응용분야 표 1에서는 이러한 회절광학소자의 응용분야에 대하여 정리하였으며 응용에 따라 필요한 기능 및 명칭들을 나열하였다. 표 1과 같이, 회절광학소자는 고전적인 굴절 광학 소자를 대체할 수 있으면서, 동시에 많은 다양한 광학 신기능들을 구현할 수 있다. 회절광학소자와 관련한 중요 기반기술중 첫번째는 광파 계산에 기반한 광파회절의 해석 및 설계 기술, 두번째는 표면 구조 제조 기술을 꼽을 수 있으며, 최근 이들 기반기술 분야는 나노기술의 혁신에 힘입어 급속히 발전하고 있다. 표 2에서는 회절광학과 관련된 시기별 발전동력과 기술의 트랜드를 정리하였다. 표 1 회절광학소자의 응용 분야 회절광학소자 기 능 응 용 분 야 Beam array generator (fan-out element) Multiple beam combiner(fan-in element) Beam-shaping element Waveguide grating Planar diffractive element Holographic element SLM Generates two or more beam arrays Combines two or more beam arrays Gaussian shape to flat-top shape Wavefront control Optical coupler splitter wavelength selection Lens function optical splitter polarization control Optical beam splitter/combiner Mulfi-functional lenses Arbitrary wavefront control Optical information processing Optical communication Multibeam printer Multibeam recording Optical information processing Optical communication Optical remote sensing Laser material processing Astronomical observation Communication Optical communication Sensor Waveguide device Optical connection Optical connection 3D display HMD Optical information processing optical connection 3D display Element for pickup Compound function, two focusing Optical recording Fiber grating Wqvelength selection Optical communications sensor Hybrid-type DOE Lens function, aberration correction Various kinds of lenses Dispersion grating Prism, interference filter Measurement, projection optical system Diffractive lens array Diffuser Beam splitter Optical coupling optical operation Control of light diffusion Microoptics, array illuminator Optical information processing Optical communications Interconnections Display 3D Display 76 한국산업기술평가관리원

77 ISSUE 4 나노기반 회절광학소자 응용 및 발전전망 표 2 회절광학소자의 기술트랜드 기 간 추 진 력 응 용 1980년대 후반 ~1990년대 초반 Optical computing Back-plane optical interconnections Free-space 2D multi-plane optical interconnection architectures for 2D or 3D parallel optoelectronic processors 2D image processing applications Harmonic component filters 1990년대 중반 Optical storage Diffractive optical pick up units High NA diffractive lenses for magneto optical drives Beam splitting gratings for CD tracking DVD/CD lenses 1990년대 후반 Optical communication High order ruled gratings for WDM/DWDM Mux/Demux Micro Fresnel lenses for fiber couplers Diffractive microlens arrays for 10Gb/s 2000년-현재 Anti-counterfeiting market Imaging applications Ophthalmic industry Photographic industry Personal digital accessory and consumer electronics technology Optical metrology Entertainment business-packaging industry Diffractive optical variable image devices ID cards Virtual keyboard projector Laser radar motion sensing devices Hybrid zoom lens objectives using pairs of Subwavelength diffractive elements Polarization beam splitters Anti-reflection surfaces for solar cells, polarization-sensitive and high resolution Resonance filtering applications Laser pointer pattern generator 현재-미래 Nano technology Biotechnology High resolution lithography Photonic crystals, plasmonics, metamaterial Fluorescence 3D microscope Holographic 3D display Korea Evaluation Institute of Industrial Technology 77

78 KEIT PD Issue Report PD ISSUE REPORT JULY 2015 VOL 나노기반 회절광학소자의 홀로그래픽 3D 이미징 및 디스플레이 응용기술 홀로그래픽 3D 이미징 및 디스플레이 기술 개요 및 특징 홀로그래픽 3D 이미징 및 디스플레이는 공간상에 삼차원 이미지를 표현하는 공간 화소, 즉 복셀(voxel)의 집합으로 표현된다. 복셀은 특정한 공간상의 위치 (x,y,z)에서 빛의 세기를 나타내는 개념인데, 일종의 점광원이라고도 할 수 있다. 점광원은 모든 방향으로 동일한 광선을 발생하는 대칭성을 가지고 있는 광원인데, 만약 이러한 대칭적 광세기 분포를 갖는 점광원들로만 이미지가 이루어진 경우 모든 이미지가 반투명한 상태로 보이게 된다. 따라서 가려져야 하는 부분을 제대로 표현할 수 없게 되는 것이다. 3D 물체를 표현함에 있어, 물체의 뒤쪽에 있어 가려지는 부분과 앞쪽에 있어 보이는 부분을 표현하는 것을 occlusion이라고 하는데, 영화 속의 이미지처럼 occlusion 특성을 갖는 홀로그래픽 3D 이미지를 공간상에 올바르게 띄우기 위해서는 광선의 분포가 방향에 따라 다른, 즉 빛의 세기가 방향에 대한 함수로 표현되는 특수한 점광원이 필요하게 된다. 즉, 보이지 말아야할 방향으로는 복셀이 광선을 출광하지 않아야 한다. 즉, 방향성 있는 광파 출광 분포를 갖는 복셀의 구현이 영화 속 홀로그래픽 3D 디스플레이의 핵심 기술이라고 할 수 있다. 홀로그래픽 3D 이미지를 공간에 띄우기 위해 실제 디스플레이 패널에 표시되는 이미지 정보를 computer generated hologram(cgh)이라고 한다. 앞에서 언급한대로 CGH는 3D 물체의 복셀들을 나타내는 렌즈의 중첩 패턴이라고 이해할 수 있다. 이러한 개념을 바탕으로 실질적으로 CGH를 계산하는 알고리즘은 3D 물체의 모델링 방식에 따라 크게 두 가지로 나누어지는데, 첫 번째는 point cloud CGH이고 두 번째는 polygon CGH 방식이다. Point cloud CGH 방법론에서 물체는 다수의 밀집한 point 복셀들로 이루어진 것으로 모델링되며, 하나의 point 복셀을 표현하는 복소 Fresnel zone plate가 CGH 평면에 형성된다. 3D 물체를 구성하는 모든 point 복셀들의 모든 복소 Fresnel zone plate를 CGH 평면상에서 중첩하는 방식으로 3D 물체의 CGH를 구하게 된다. 반면, polygon CGH 방법론에서는 3D 물체가 다수의 삼각형 메쉬들로 이루어진 물체로 모델링된다. 삼각형 메쉬 형태의 공간 초점을 갖는 복소홀로그래픽 렌즈를 CGH 생성의 단위 패턴으로 삼고, 물체를 구성하는 모든 삼각형 메쉬들의 홀로그래픽 렌즈를 중첩하는 방식으로 CGH를 구하게 된다. 일본의 Kyoji Matsushima연구팀은 4G 픽셀의 초고해상도 CGH를 제작하였는데, 실사의 3D 이미지를 구현하기 위해 occlusion 효과를 위해 silhouette기법과 polygon-mesh 표면표현 기법을 적용하였고, CGH 계산용 대용량 데이터처리를 위해 segment frame buffer를 사용했으며, 최종적으로 레이저 리소그래피를 사용하여 구현까지 성공하였다. 78 한국산업기술평가관리원

79 ISSUE 4 나노기반 회절광학소자 응용 및 발전전망 그림 6 4G 픽셀의 초고해상도 CGH 일본의 Kyoji Matsushima연구팀은 polygon-mesh기반의 3D 이미지를 컴퓨터 그래픽기술과 접목하고 렌더링하여 실사와 같은 매끄러운 이미지를 구현하였으며, 같은 품질의 이미지를 구현하는데 구현하는데 point cloud기반 방식과 비교하여 짧은 시간에 홀로그램 계산이 가능하다.[5,6] 그림 7 polygon-mesh 오브젝트의 렌더링 기술개념과 결과 고려대 김휘교수 연구팀은 그림 8과 같이 CGH(Computer generated hologram)기반 polygon-mesh CGH에 texture 알고리즘을 개발하여, 양질의 디지털 홀로그램을 재생하는 것이 가능함을 보였다 [7]. Computation time(sec) Semi-analytic method FFT-based method Size of T G 그림 8 Semi-analytic 알고리즘을 방법을 이용한 홀로그램 텍스처링 Korea Evaluation Institute of Industrial Technology 79

80 KEIT PD Issue Report PD ISSUE REPORT JULY 2015 VOL 15-7 아날로그 홀로그램 이미징기술 그림 9는 프랑스 회사인 ultimate hologram의 작품들을 보여주고 있고 있는데, 이는 레이저 기록광과 실물 레퍼런스 물체를 사용한 전통적인 아날로그 방식의 Denisyuk 홀로그램이다 [8]. 홀로그램 기록 시에는 R, G, B 파장의 레이저를 사용하여 물체 표면의 반사광파를 매질에 기록하고, 재생 시에는 일반적인 백색 광원 환경 하에서 홀로그래픽 이미지가 재생된다. 그림 10은 미국의 Zebra imaging에서 개발한 홀로그래픽 스테레오그램 기술을 설명하고 있다 [9]. 우선 LIDAR, Aerial photographs, CAD, CAM를 이용하여 삼차원 영상 정보를 마련하고, 이 영상 정보를 방향에 따른 프로젝션 이미지로 모델링한다. 이미지의 삼차원 정보(x,y,z)를 가지고 있는 수천 개의 Hogel 들에 방향별 광파 세기 정보가 기록하게 되는데, 그림 10에서 보는 바와 같이 SLM과 집속 광학계로 이루어진 프린팅 헤드가 홀로그램 매질을 스캐닝하면서 방향별 광파 세기 분포를 순차적으로 기록한다. 국내에서는 삼성종합기술원, 한국전자통신연구원, 한국전자부품연구원 등에서 시스템을 자체 제작하여 활발히 연구 개발하고 있다. 그림 9 3D 홀로그래픽 이미지 (ultimate-hologram) 그림 10 Zebra imaging 의 Holographic stereogram 프린팅 기술 80 한국산업기술평가관리원

81 ISSUE 4 나노기반 회절광학소자 응용 및 발전전망 표면 부조 홀로그램 이미징기술 아날로그 홀로그램은 빛의 간섭패턴이 특수한 광굴절 매질에 기록되며, 풀 컬러 구현을 위해서는 표면이 아닌 내부 부피구조 안에 3D 연속 굴절률 변조구조를 생성하는데 반하여, 표면 부조 홀로그램은 기판 표면에 나노마이크로구조체를 형성하여 홀로그램을 구현하는 방식이다. 기존의 레이보우 홀로그램기술은 마이크로 구조체를 사용하기 때문에 시야각에 따라 색이 바뀌게 되나, 표면 나노구조체 기반 홀로그램은 광시야각 풀-컬러 구현이 가능하다. 현재까지 개발된 이진 진폭형(binary amplitude-type)의 표면 부조 홀로그램(surface relief hologram)기술은 그림 11(a)와 같이 단색 홀로그램만 구현 가능하다는 한계를 갖고 있다. 회절광학소자와 그림 11(b)와 같이 나노구조체기반 구조색기술을 융합하면 풀-컬러 홀로그램 구현이 가능하게 되는데, 관련 연구는 세계적으로 초기연구개발 수준으로 원천기술 확보가 가능하고 사업성이 유망한 신기술 분야이다. 그림 11 이진 진폭형의 표면 부조 (a)홀로그램예(좌), (b)구조색 구현 예(우) Korea Evaluation Institute of Industrial Technology 81

82 KEIT PD Issue Report PD ISSUE REPORT JULY 2015 VOL 15-7 표 3 아날로그 홀로그램과 표면 부조 홀로그램 기술 비교 아날로그 홀로그램 레인보우 홀로그램 표면 부조 홀로그램 표면 나노구조체 기반 홀로그램 원재료 화학원료 대부분을 수입에 의존하므로제조 원가가 높음 원판인쇄 관련 다양하고 저렴한 원재료가 존재 나노공정관련 국내에 넓은 산업기반이 있어 다양한 기개발 원재료 활용가능 기록 방식 광학적인 간섭에 의하여 실제 대상만 기록 광학적인 간섭에 의하여 실제 대상만을 기록 가능 디지털 계산에 따라 기록. 가상물을 기록하거나 애니메이션 효과가 가능 컬러구현 Bragg 법칙에 의한 컬러 선택 관측위치에 무관한 일정한 컬러구현 불가 나노구조체에 기반한 표면 플라즈모닉스 공진에 의해 풀-컬러 구현가능 생산 방식 광학적인 방법으로 복제 원판인쇄기법을 통해 대량생산 가능 나노공정으로 대량생산 가능 내구성 화학적인 방식으로 제조하므로 내구성이 취약 물리적인 방식으로 제조하므로 상대적으로 내구성이 강함 물리적인 방식으로 제조하므로 상대적으로 내구성이 강함 단가 고가 초저가 초저가 홀로그램 3D 디스플레이기술 홀로그래픽 3D 디스플레이는 다양한 방식으로 구성할 수 있다. 그림 11에서 와 같이 다소 큰 홀로그래픽 프로젝션 형태의 테스트베드부터, KIOSK 형태, 평판형 디스플레이, 모바일 디스플레이 및 HMD 형태 등 다양한 구조로 구성할 수 있다. 82 한국산업기술평가관리원

83 ISSUE 4 나노기반 회절광학소자 응용 및 발전전망 그림 12 홀로그래픽 디스플레이의 구성에 따른 분류: (i) projection holographic 3D display, (ii)holographic flat panel 3D display, (iii) mobile holographic 3D display, (iv) holographic head mounted 3D display (HMD) 그림 12은 홀로그램의 물리적 위치와 광학계 구성 및 용도에 따라서 네 가지 종류의 홀로그래픽 3D 디스플레이의 분류를 도시하고 있다. 그림 12에서 디스플레이 타입과 관계없이 중간부분에 3D 물체가 있고, 관측자는 네 가지 종류의 디스플레이를 통해 동일한 이미지를 관측할 수 있으며 원리적으로 이러한 동작은 홀로그래픽 3D 디스플레이를 통해서만 가능하다. 먼저, 3D 물체의 이미지 정보를 가지고 있는 광파가 발생해서 관측자의 동공에 전달된다고 가정하면 관측자는 광파를 매개로 3D 물체를 인식하기 때문에, 실제 물체를 놓는 대신에, 물체가 방출하는 광파를 재현하면 관측자는 실제 물체가 놓인 것과 같은 홀로그래픽 3D 이미지를 보게 된다. 그림 12와 같이 3D 물체의 광파를 역으로 전파시켜 projection 광학계를 통과하게 하여 프로젝션 광학계의 입구에 있는 공간광변조기(spatial light modulator : SLM) 상의 광파분포를 구할 수 있는데, 역으로 디스플레이가 이 광파를 재현하면 프로젝션 광학계를 지나 물체의 광파가 재현되는 셈이므로 관측자는 홀로그래픽 3D 물체를 볼 수 있게 되는 것이다. 같은 논리로, 물체의 이미지 광파를 역으로 전파시켜서 대화면 디스플레이 패널상의 광파분포를 구하고 이를 역으로 디스플레이하면 대화면 디스플레이패널을 통해 홀로그래픽 이미지를 재현하는 것이 된다. 그림 12에서 표현한 바와 같이, 관측자 입장에서동일한 홀로그래픽 3D 이미지의 광파를 보는는 경우, 홀로그래픽 디스플레이의 구조에 따라 홀로그램, 즉 광파의 패턴이 달라진다. 이러한 광파 분포를 이론화하고, 실제 디스플레이 설계에 접목하는 것은 현재도 계속적인 연구가 필요한 주제이다. 홀로그래픽 3D 디스플레이의 핵심 기술은 SLM에 있다고 해도 과언이 아닐 것이다. 현재까지 상용화된 광변조 소자는 픽셀 크기가 수십 마이크로미터 단위로 광파의 파장보다 수십에서 수백배까지 크기 때문에 회절각도가 1도에서 2도 정도로 한정된다. Korea Evaluation Institute of Industrial Technology 83

84 KEIT PD Issue Report PD ISSUE REPORT JULY 2015 VOL 15-7 이러한 좁은 회절각을 갖는 SLM은 넓은 시야각의 대화면의 홀로그래픽 3차원 영상을 구현하는데 물리적 한계를 갖는다. 광시야각(양안을 덮는 시야창을 생성)의 홀로그래픽 광파를 생성하기 위해서는 제한된 공간 대역폭을 효율적으로 이용하여 홀로그래픽 영상 이미지의 크기와 시야각을 향상시키는 부가적인 광학계 기술들이 연구되어야 한다. 이와 같이 SLM의 픽셀 크기의 제한으로 인하여 홀로그래픽 디스플레이와 관련된 거의 모든 하드웨어적인 엔지니어링 이슈가 발생하고 있으나, 부가적인 광학계 장치들로는 SLM의 픽셀 크기의 제한에서 오는 시야각, 해상도, 이미지 품질등의 문제를 해소하기 어렵다. 반대로 이야기하면, SLM의 픽셀 크기가 충분히 작아지면, 현재 이슈가 되고 있는 엔지니어링 문제들은 자연스럽게 해결이 되고, 초고해상도 SLM 하나만을 가지고도 만족할 만한 형태의 홀로그래픽 3D 디스플레이가 구현될 수 있을 것으로 예상할 수 있다. SLM의 픽셀크기를 파장 단위까지 줄여나가는 연구는 전세계적으로 활발히 이루어지고 있다. MEMS 기술 기반으로 최소 500nm 픽셀 피치를 갖는 반사형 이진 위상 공간 광 변조기의 개발이 벨기에의 IMEC 연구소에서 활발히 전개되고 있다 [10]. 초소형 MEMS 미러를 200nm 정도 범위에서 상하 운동을 할 수 있도록 하여 이진 위상 홀로그램을 구현할 수 있도록 하였다. 500nm 피치의 이진 위상 SLM의 경우, off-axis 방향에서 입사빔의 비추고 정면에서 홀로그래픽 영상을 관측할 수 있기 때문에 저잡음, 고품질의 홀로그래픽 영상을 볼 수 있지만, 대용량 CGH의 이진 위상 최적화 알고리즘을 개발하는 문제가 부가적인 이슈가 된다. 산업화를 위해서는 대면적 NEMS(Nanoelectromechanical systems)기술개발이 선행되어야 한다. (a) (b) 그림 13 IMEC의 MEMS 위상 변조 공간광변조기 : 원리적으로 500nm 픽셀 구현 가능 (a) 픽셀 구조 (b)정적 이진 위상 CGH의 광학 복원 실험 결과 관련 시장 동향 국내 홀로그래피 시장은 2011년 3762억에서 2015년 5,000억원, 2025년 2조3,000억원으로 커질 것으로 전망했다. 국내 시장에서는 보안ㆍ인증 및 의료기기 분야 등 산업장비가 가장 유망할 것으로 예상된다. (출처: biz.chosun.com [미래창조기술 10선] 차기 디스플레이 디지털홀로그래피 눈앞 ) 국내 3D 단말 판매대수는 2015년 약 160만대에서 2025년 약 2,540만대, 3D 단말 판매금액은 2015년 약 1조 원에서 2025년 약 17조원으로 연평균 25% 이상으로 성장할 것으로 전망된다. 84 한국산업기술평가관리원

85 ISSUE 4 나노기반 회절광학소자 응용 및 발전전망 판매수량(만대) 3,000 2,500 2,000 1,500 1, 판매수량 판매금액 연도 1,800 1,600 1,400 1,200 1, 그림 14 국내 3D 단말기 시장(출처: ETRI 기술경제연구부 추정, , 단말 판매수량은 세계 시장의 일정 비율(2007~2009년의 DTV 평균 판매수량 비중, 1.78%를 적용하였으며, 판매금액은 TV 100만원, 휴대폰 50만원, 기타는 75만원으로 가정하여 산정) 디지털 홀로그램 프린팅 분야에서는 미국 Zebra imaging사를 필두로 해외 몇몇 업체에서 3D 홀로그램을 제작 및 판매하고 있다. 지브라이미징사는 MIT 미디어랩 연구인력이 창업하여 운영하는 회사로서 Dupont(듀폰)의 포토폴리머 기록재료를 기반으로 장치 사업화 중이다. 그림 15 Zebra imaging사 홀로그래픽 프린터 및 제작된 홀로그램 세계적으로 거래되는 통화의 banknotes는 2천억~3천7백억 개로 추산되며 해마다 그 중 약 40%는 새롭게 발행된다. 따라서 년 약 2천억개의 banknotes가 생산되며 그 규모는 10~60억 유로 사이이다. 대부분의 국가가 자신의 통화를 직접 발행하므로 시장이 매우 폐쇄적이지만 1~6억 유로 규모의 시장은 공개적으로 접근이 가능하다. 홀로그램 광학 부품(Holographic Optical Element, HOE) 분야에서는 미국의 그림 16 위조방지용 홀로그램 Korea Evaluation Institute of Industrial Technology 85

86 KEIT PD Issue Report PD ISSUE REPORT JULY 2015 VOL 15-7 Dupont 사, 미국의 Optigrate 에서 관련제품을 상용화중에 있음. 일본의 파이오니아, 소니 등의 기업에서 홀로그래픽 HUD, HMD를 개발하는 중에 있다. Spectroscopic gratings 분야의 경우, 2010년 약 5천만 유로의 판매가 이루어 졌으며 주요 제조사로는 Jobin Yvon, Carl Zeiss, Newport Corporation, Lightsmyth, Headwall, Spectrogon, Shimadzu와 같은 회사들이 있음. Spectroscopic sensor system은 매우 안정적인 시장으로 매년 약 6%~9% 씩 성장하고 있다. 그림 17 초다시점, 홀로그래픽 TV 3D 디스플레이 장치 구현을 위해 안경/무안경식을 넘어 궁극적으로 홀로그램 방식이 적용될 것으로 예상된다. 무안경 3D 디스플레이는 1~4인치 스크린을 가지고 있는 스마트폰, 태블릿PC, 휴대용 게임기 등에 적용될 수 있다. 이를 위해서는 고속 CGH 기술이 구현되어야 한다. 현재는 HDTV 해상도의 1/10 상당의 홀로그램을 구현할 수 있는 수준임. 상용화제품을 개발하고 있는 기업은 아직 알려진 바 없으며, 광운대학교, ETRI 등을 중심으로 연구가 진행되고 있다. 그림 18 HUD 장치 세계 3D 단말 판매대수는 2015년 약 9천만대에서 2025년 약 14억대, 3D 단말 판매금액은 2015년 약 670억 달러에서 2025년 약 9,700억 달러로 연평균 30% 이상의 성장이 가능할 것으로 전망된다. 판매수량(만대) 1,600 1,400 1,200 1, 판매수량 판매금액 연도 1, 그림 19 세계 3D 단말기 시장(출처: ETRI 기술경제연구부 추정, ) 판매수량의 은 Displaysearch(2010) 자료, 는 3D-TV, 3D-mobile, 3D-others로 구분하여 추산, 판맥금액은 TV 1000달러, 휴대폰 500달러, others 750 달러로 가정하여 산정 86 한국산업기술평가관리원

87 ISSUE 4 나노기반 회절광학소자 응용 및 발전전망 세계 산업용 홀로그래피 시장은 연평균 8%씩 지속적으로 성장하여 2025년까지 750억불 규모로 성장할 전망이다. 18,000 16,000 14,000 12,000 10,000 8,000 6,000 4,000 2, Holographic scanning Holographic Industrial Testing HOE others Total 18,000 16,000 14,000 12,000 10,000 8,000 6,000 4,000 2,000 0 그림 20 세계 산업용 홀로그래피 시장 규모(출처: Global Industry Analysts, Inc., "Holography for Industrial Applications", ) 3. 맺음말 회절광학소자를 홀로그래픽 3D 이미징 및 디스플레이에 적용하기 위해서는 저가 대면적 나노구조제 제작기술이 필수적이며, 대용량 정보처리기술을 기반으로한 회절광학소자 설계 및 해석 기술도 새로이 개발되어야 한다. 나노-마이크로 복합 회절광학구조 및 이와 관련된 새로운 응용 분야의 발굴들은 회절광학소자 분야의 지속적 연구 과제이며, 플라즈모닉 구조색 개념을 융합한 신개념 회절광학소자개발은 관련 분야에서 혁신을 가져 올 수 있다. 홀로그래픽 3D 디스플레이 핵심기술은 1um 픽셀 크기를 갖는 진폭 및 위상형 공간광변조기, 형태별 홀로그래픽 3D이미지 결상 광학계 및 CGH 고속 계산 기술 등이다. 현실적으로 1um 픽셀크기를 갖는 40인치급 공간광변조기의 구현은 도전적인 과제로 산업화를 위해서는 대면적 NEMS(Nanoelectromechanical systems)기술개발이 선행되어야 한다. 나노기반 회절광학소자가 적용된 디지털 홀로그램 관련 시장 규모는 2022년경에는 홀로그래픽 콘텐츠, CAD 시스템, TV, 부품 등까지 포함하여 약 40억 달러 이상의 규모로 미래 성장성이 매우 크기 때문에 나노기술을 활용하여 시장진입을 가속화할 수 있는 기술개발 전략이 필요함 Korea Evaluation Institute of Industrial Technology 87

88 KEIT PD Issue Report PD ISSUE REPORT JULY 2015 VOL 15-7 [참고문헌] 1. E.-B. Kley, W. Freese, T. Kämpfe, A. Tünnermann, U. D. Zeitner, D. Michaelis and M. Erdmann, Large-scale application of binary subwavelength structures (2009) 2. W. Freese, T. Kämpfe, E.-B. Kley and A. Tünnermann, Design of binary subwavelength multi-phase level computer generated holograms (2010) 3. B. Jia, J. Serbin, H. Kim, B. Lee, J. Li, and M. Gu, Use of two-photon polymerization for continuous gray-level encoding of diffractive optical elements, Applied Physics Letters, vol. 90, no. 7, article , (2007) 4. S. Zhang, G.A. Turnbull and Ifor D. W. Samuel, Highly Directional Emission and Beam Steering from Organic Light-Emitting Diodes with a Substrate Diffractive Optical Element, Adv. Optical Mater. 2, , (2014) 5. K. Matsushima and S. Nakahara, Extremely high-definition full-parallax computer-generated hologram created by the polygon-based method, Appl. Opt. 48, H54-H63 (2009). 6. K. Matsushima and M. Nakamura, Sihouette method for hidden surface removal in computer holography and its acceleration using the switch-back technique, Opt. Express (2014). 7. W. Lee, D. Im, J. Paek, J. Hahn, and H. Kim, "Semi-analytic texturing algorithm for polygon computergenerated holograms," Opt. Express 22, , (2014). 8. Y. Gentet and P. Gentet, "Ultimate emulsion and its applications: a laboratory-made silver halide emulsion of optimized quality for monochromatic pulsed and full color holography," Processings of SPIE 4149, 56-62, R. Stahl, V. Rochus, X. Rottenberg, S. Cosemans, L. Ha speslagh, S. Severi, G. V. der Plas, G. Lafruit, S. Donnay, Modular sub-wavelength diffractive light modulator for high-definition holographic displays, Journal of Physics:ConferenceSeries 415, (2013). [국내외 주요 기술개발 현황] 연구기관명 프로젝트명 개요 연구기간 한국생산기술연구원 회절광학소자용 700nm급 이하 의 미세패턴 가공을 위한 절삭가 공공정 원천기술개발 마이크로(5um이내) 절삭가공 및 특성평가공정기술개발 평면 회절광학소자 설계 ~ 에스알씨 3D Depth Camera용 회절광학 소자(DOE)의 신뢰성 향상 연구 해외시장 납품제품의 MTTF 5,000시간 확보(신뢰성 수준 확 보), 회절각: 5000시간 이상 균 일도 ~ 한국산업기술평가관리원

89 수소연료전지차의 시장 도래 l저자l 구영모 팀장 / KATECH 손영욱 PD / KEIT 그린카 PD실 SUMMARY 목적 국내외 수소연료전지차(이하 수소차) 기술개발 현황 및 수소충전소 구축 현황을 분석하여 관련 산업의 기술개발 방향 제시 주요현황 수송분야의 새로운 에너지원 확보와 CO 2 규제 대응을 위한 대안으로 수소에너지를 사용하는 수소차의 관심이 높아지고 있음 한국의 현대자동차는 2013년 세계 최초로 수소차 '투싼 ix'를 개발하여 양산에 성공하였으며, 2014년에 일본 Toyota가 두 번째로 수소차 미라이 를 출시함 2016년 혼다, 2017년 다임러, 2020년 BMW 등 각국의 주요 완성차가 수소차를 출시하기 위하여 준비 중에 있음 시사점 및 정책제안 수소충전소 구축이 먼저인가 수소차 출시가 먼저인가라는 논란이 2013년 차량 출시로 종식되어 각국은 수소차 보급을 위한 인프라 확충에 노력 중임 아직은 가격적인 면에서 기존 내연기관차 대비 경제성이 미흡하지만 보조금, 세제 등의 지원을 통해 시장성장이 이루어질 것으로 여겨지고 있음 국내 수소차가 먼저 출시되었음에도 불구하고 인프라 확충이 늦어져 일본에 뒤처지고 있는 상황이지만, 초기 보급단계에 있기 때문에 관련 산 학 연 및 정부의 지원에 따라 충분히 선도그룹에서 우위를 확보할 수 있을 것으로 여겨짐 하지만, 본격적인 시장경쟁이 전망되는 2020년에 국내 업계에서 개발된 부품이 지속적으로 사용되기 위해서는 부품업계를 위한 적극적인 정부정책 지원 필요

90 KEIT PD Issue Report PD ISSUE REPORT JULY 2015 VOL 수소연료전지차의 개요 수소연료전지차의 전기발생 원리 수소차(FCEV : Fuel Cell Electric Vehicle)는 수소와 공기 중에 있는 산소의 전기화학적인 반응에 의해 전기를 생산하고 생산된 전기를 이용하여 모터를 구동시켜 운행되는 자동차임 수소와 산소가 직접 만나면 화학반응에 의해 불이 발생되지만 수소에서 전자를 제거한 상태로 산소와 만나면 전기화학적인 반응으로 인해 물이 발생되는 원리임 수소연료전지차의 구조 수소차의 구조는 크게 스택, 운전장치, 전장장치, 수소저장장치로 구분됨 - 스택 : 수소와 산소가 만나서 전기를 발생시키는 장치로 내연기관 엔진에 해당함 - 운전장치 : 스택에 수소와 공기를 공급, 제어하고 발생되는 물과 열 제거하는 장치이며 내연기관에서는 흡 배기 장치에 해당함 - 전장장치 : 스택에서 발생한 전기를 모터에 공급하고 전력을 제어하는 장치로서 전기차, 플러그인하이브리드차의 전장장치와 매우 유사한 구조 및 기능을 가지고 있음 - 수소저장장치 : 700bar 수준의 고압수소를 저장하고 압력을 조절하는 장치로 기존 내연기관의 가솔린, 경유 연료공급장치에 해당함 그림 1 수소연료전지차의 구조 90 한국산업기술평가관리원

91 ISSUE 5 수소연료전지차의 시장 도래 스택은 전기를 생산하는 막전극 접합체, 기체확산층, 분리판, 가스켓, 체결기구, 인클로저로 이루어져 있음 - 막전극 접합체 : 전극(촉매)과 전해질 막의 일체형으로 접합되어 있는 구조. 수소에서 전자를 분리하거나 수소이온과 산소를 결합시켜 물을 발생시키는 역할 - 기체확산층 : 탄소 소재의 Carbon Cloth, Paper, Felt의 형태로 이루어져 있으며 수소 또는 공기(산소) 및 물을 공급하고 배출시키는 역할 - 분리판 : 수소, 공기(산소)를 기체확산층으로 공급하거나 발생된 물을 배출시키는 역할을 하며, 탄소 또는 탄소복합재, 표면처리된 금속, 합금 등의 소재가 사용됨 - 가스켓 : 전해질 막과 분리판 사이에서 기체누설 (수소, 공기)이 생기지 않도록 밀봉하는 역할과 냉각수의 누설을 방지하는 역할 - 체결기구 : 수백 개의 막전극 접합체, 기체확산층, 분리판 등을 체결하는 장치로 볼트, 너트 또는 체결밴드 등을 이용. 기체누설, 계면저항 감소 등의 역할 - 인클로저 : 스택을 보호하는 장치로 외부로부터의 수밀, 내부로부터 전기누설 등에서 스택 보호. 운전장치와 전장장치와의 Assembly 역할을 하기도 함 그림 2 수소차의 스택과 구성부품 운전장치는 스택에 공기를 공급하는 공기공급장치, 수소를 공급/재순환하는 수소공급장치와 스택에서 발생되는 열, 물을 제거하는 열 및 물 관리 장치로 구성됨 - 공기공급장치 : 연료전지 양극(Cathode)에 공기를 공급함으로써 스택에서 일어나는 전기화학반응에 필요한 산화제를 공급함 - 수소공급장치 : 전기화학반응에 필요한 연료 즉, 수소를 공급해주는 역할을 함 - 열 및 물 관리장치 : 스택에서 발생하는 열을 방출시킴으로써 스택 내부의 온도와 습도를 조절하는 역할을 함 - 공조장치 : 자동차 실내환경의 쾌적성 유지를 위한 장치로서 실내 냉방과 난방의 역할을 수행함 Korea Evaluation Institute of Industrial Technology 91

92 KEIT PD Issue Report PD ISSUE REPORT JULY 2015 VOL 15-7 그림 3 수소차의 운전장치와 구성부품 전장장치는 발생된 전기를 운동에너지로 변환하는 구동모터, 구동모터의 토크를 증대시켜 주는 감속기가 있으며, 스택에서 발생되는 DC 전압를 구동모터에 사용할 수 있게 AC 전압으로 변환하거나 운전장치 등에 필요한 DC 전압으로 변환하는 전력변환시스템이 있음 - 구동모터 : 기존의 엔진 역할을 수행하며 전기적인 에너지를 기계적인 에너지로 변환하여 구동력을 생산하는 구동 시스템의 핵심부품으로써 주로 영구자석 동기모터, 유도모터가 사용되고 있음 - 감속기 : 구동모터 자체 토크만으로는 FCEV 차량의 출발, 가속, 등판 주행 등의 주행 시 구동력이 부족하여 모터 토크를 증대시킬 수 있는 감속 장치가 이용됨 - 전력변환장치 : 스택으로부터 얻어지는 DC 전력을 모터 구동 전압 수준으로 변환하거나, 고전류의 AC 구동모터를 구동 및 제어하기 위해 DC 전력을 AC 전력으로 변환하고 차량 내 각종 전자기기들을 구동하기 위한 전압으로 전환하는 역할 - 기타부품 : 구동모터, 감속기, 전력변환시스템 등의 윤활 및 냉각 장치, 소음 및 진동 저감 장치 등 그림 4 수소차의 전장장치와 구성부품 92 한국산업기술평가관리원

93 ISSUE 5 수소연료전지차의 시장 도래 수소저장장치는 수소를 700bar로 저장하는 고압용기와 고압수소를 스택에 공급하기 위한 고압밸브 및 배관류, 고압용기에 압력이나 온도 증가 시 수소를 방출하고 용기파손을 보호하는 안전장치가 있으며 수소충전소에서 수소충전 시 모니터링하는 수소충전 관련 부품으로 구성되어 있음 - 고압용기 : 개발 초기에는 메탄올 등을 개질하여 수소를 사용하는 On-board 형태의 수소저장시스템이 이용되었으나 차량운전 환경조건에서 개질기 기술을 확보하기 어려워 가격, 내구성 등이 확보된 수소기체를 고압으로 압축하여 사용함 - 고압밸브, 배관류 : 고압의 수소를 저장용기에 탑재하기 위해서는 수소 연료 주입구(Receptacle), 고압배관, 압력조절밸브, 자동제어밸브(Solenoid Valve), 수소센서 등 여러 가지 부품이 필요 - 안전장치 : 안전장치부품은 진동, 충격, 반복사용, 온도 등에서 수소 누설이나 용기파손으로부터 운전자를 보호하기 위한 부품 - 수소충전관련 장치 : 수소차가 수소충전소에서 수소충전 시 충전소 압축기 압력, 공급유량, 탱크용기 상태 등을 모니터링 하면서 제어할 수 있는 시스템 그림 5 수소차의 수소저장장치와 구성부품 Korea Evaluation Institute of Industrial Technology 93

94 KEIT PD Issue Report PD ISSUE REPORT JULY 2015 VOL 수소연료전지차의 시장전망 단기적인 시장전망 실증사업 주도로 이루어지던 형태가 유럽, 미국, 일본, 한국을 중심으로 보급사업 형태로 전환하고 있으며 수소차 시장 확대를 위한 수소충전소 구축이 지속적으로 이루어지고 있음 - 유럽은 2000년대 후반부터 수소버스 중심으로 실증을 진행 중에 있으며 수소차에 필요한 충전소를 구축 중에 있음. 특히, 독일의 경우 2020년 수소연료전지차 150,000대 및 충전소 379기를 구축하는 계획을 발표함 - 미국은 14년 현대차 투싼 FCEV 가 처음으로 리스판매가 시작되었으며 캘리포이아 주는 수소충전소 구축을 위해 연간 약 200억원의 비용을 투자 중이며 2020년 수소차 18,000~31,000대 보급을 목표로 하고 있음 - 일본은 2020년 동경올림픽과 함께 수소사회로 진입하고자 수소차 보급에 가장 앞장서서 투자를 추진 중이며 2015년 100개소의 충전소 구축이 진행되고 있으며 2025년 수소차 200만대 보급을 목표로 다양한 보조금과 세제 지원 중임 - 한국은 2014년 광주에 수소차가 처음으로 보급되었으며 2013년 환경부 발표에 의하면 2020년까지 충전소 10개소, 수소차 500대 보급을 목표로 하였으나 현재 수정된 새로운 보급계획을 준비 중에 있음 2014년에 발표된 Frost & Sullivan의 분석자료에 의하면 2022년 수소차의 세계시장은 전력기반차 시장의 2%인 25만대(약 13조원)로 전망하고 있음 Units (Thousands) 14,000 12,000 10,000 8,000 6,000 4,000 More clarity on propulsion Hybrid adoption= mh Sales > 1M New Energy Vehicle Policy shwign results Series production of FCEV Shift from full hybrids to PHEVs in the West Witness EVs growth increase and HEV growth shrink FCEV(2%) EV(50% HEV(48%) 2, Mild Hybrids Full Hybrids BEV erev NEV/QC PHEV FCEV Hybrid Vehicles Electric Vehicles Fuel Cell Vehicles 그림 6 전력기반차 세계시장 전망(Frost & Sullivan, 14, 4월) 94 한국산업기술평가관리원

95 ISSUE 5 수소연료전지차의 시장 도래 그림 7 독일의 수소차 및 수소충전소 보급계획(H2 Mobility, 월) 그림 8 영국의 수소차 및 수소충전소 보급계획(H2 Mobility, 월) 표 1 마크의 수소차 및 수소충전소 보급계획(H2 Mobility, 월) 구분 수소충전소(개소) 수소차 보급 신규(천대) 누적(천대) Korea Evaluation Institute of Industrial Technology 95

96 KEIT PD Issue Report PD ISSUE REPORT JULY 2015 VOL 15-7 장기적인 시장전망 2012년 IEA에서 발표한 Blue Map Scenario 에 의하면 2050년 세계 자동차 시장 중 수소차 시장은 약 350만대인 17.7%로 전망함 - 수소차 초기시장은 2015년부터 시작하여 2020년 1백만대 내외의 시장이 형성될 것으로 전망함 표 2 IEA Blue Map Scenario 의 자동차 세계 시장 (단위 : 백만대) 대수 % 대수 % 대수 % 대수 % 대수 % 대수 % 대수 % 대수 % 대수 % 대수 % FCEV EV PHEV(diesel) PHEV(gasoline) HEV(diesel) HEV(gasoline) CNG/LPG Diesel Gasoline 합계 IEA에서 발표한 Blue Map Scenario 는 2014년에 발표한 2DS 전략과 거의 동일한 형태임 1 6oC Scenario(6DS) : CO 2 추가 감축 노력 없음 지구온도가 6 까지 상승하여 전세계가 재앙에 가까운 결말 2 4oC Scenario(4DS) : 온실가스 저감, 에너지효율 증대를 각국이 노력 지구온도 4 만 상승하는 시나리오 3 2oC Scenario(2DS) : 온실가스 배출이 감소하는 지속 가능한 에너지시스템 달성 지구온도 2 만 상승 2015년 6월 9일 G7 정상회담에서 IEA가 발표한 2DS에 맞추어 CO 2 를 2010년 대비 2050년 40~70%까지 저감하기로 함. 2DS 전략으로 수송분야 CO 2 저감이 이루어지기 위해서는 수소차의 보급이 필요함 96 한국산업기술평가관리원

97 ISSUE 5 수소연료전지차의 시장 도래 2013년 미국 DOE는 미국 내 수송분야의 에너지원 다변화와 CO 2 저감에 대한 수송에너지미래(TFT, Transportation Energy Futures) 전략을 발표 년 수소차 시장은 IEA의 발표한 17.7%보다 높은 27%(수소엔진 차량 포함) 100% 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% Diesel Conv FFV FCV 0% BEV SI-PHEV SI-HEV 그림 9 미국의 수송분야의 수소차 시장 전망(DOE, 2013) 네덜란드는 2013년 지속가능한 수송분야의 연료확보를 위하여 실천계획을 발표하였으며 이중 수소를 이용하는 수소차의 연료공급 방식을 포함함 그림 10 네덜란드 미래 수송분야 에너지 믹스(2013) Korea Evaluation Institute of Industrial Technology 97

98 KEIT PD Issue Report PD ISSUE REPORT JULY 2015 VOL 국내 외 수소차 기술개발 동향 일본 도요타는 2015년에 수소연료전지차를 출시예정이였으나 1년 앞당겨 2014년 12월 미라이를 출시함 - 차세대 연료전지 스택기술과 고전압 Booster를 적용하여 스택 적층수를 저감하여 가격을 감소시킴 - 운전장치의 부피와 가격을 저감시키기 위해 가습기를 제거하고 Water Balance를 위해 수소재순환 블로워를 탑재시킴 - 수소연료전지차 시장확보를 위해 2017년 생산대수를 3,000대까지 증설 계획 발표 - 최근 BMW사의 2020년 출시 수소차 개발에 협력하고 있음 일본 혼다는 전세계에서 가장 먼저 전용차체를 개발하여 연료전지시스템을 탑재하였으며 2015년 자국 공공기관에 보급 예정이었으나 2016년 3월로 연기함 - 타 경쟁사와는 달리 수소저장탱크를 One Module로 적용시킬 수 있는 기술을 확보하였으며 2016년 출시 시 수소연료전지차 중 가장 주행거리가 긴 1충전 700km를 달성할 것으로 전망되고 있음 일본 닛산은 국내와 같이 독자적으로 기술개발을 추진하다 현재로는 스택개발에 전념하고 있으며 일본에서도 독자적인 스택기술을 확보한 것으로 발표되고 있음 년 수소연료전지차 출시를 위하여 기술개발 연구를 진행 중 독일 다임러는 수소차의 선구자적 역할을 하였으나 차량출시는 한국, 일본보다 늦은 2017년으로 계획하고 있음. 다임러의 수소차 출시를 기점으로 유럽 내 수소차 보급이 확대 될 것으로 전망됨 - 가압형 연료전지 운전장치 시스템의 Module화가 가장 우수 국내에서는 현대차만 수소차를 개발하였지만 최근 기아차도 2020년 출시계획 발표 - 운전장치 국산화 95%이상 달성, 2018년에 차기차종 출시하기 위한 연구 중 표 3 주요 완성차의 출시 및 계획 중인 수소차 현대 투싼 ix( 13) 도요타 미라이( 14) 혼다 FCEV( 16) 다임러 FCEV( 17) 닛산 FCEV( 17) BMW FCEV( 20) 98 한국산업기술평가관리원

99 ISSUE 5 수소연료전지차의 시장 도래 4. 국내 외 수소충전소 현황 수소충전소 개념 수소차 시장이 형성되기 위해서는 수소충전소(Hydrogen Refueling Station, HRS) 구축은 필수임. 수소충전소는 내연기관차의 주유소, 특히 NGV의 CNG충전소와 매우 유사한 구조로 350bar로 충전되는 버스, 700bar로 충전되는 승용 수소차에 수소를 공급하는 설비임 수소충전소는 수소공급방식에 따라 Off-site(중앙공급방식)와 On-site(현지공급방식)로 구분되며 국내에서 풍부한 부생수소를 이용하는 방식은 Off-site 방식임 - (Off-site) 일정지역에서 수소를 대량생산하는 방식, 생산지역에서 수소충전소까지 파이프라인 또는 트레일러로 이송하는 형태로 장점은 대량으로 수소를 생산할 수 있어 비용이 저렴(국내 대부분 Off-site)하다는 것에 있으나 수소이송에 따른 추가적인 운송비용이 발생하는 단점이 있음 - (On-site) 수소충전소에서 CNG, LPG 등을 개질하거나 또는 수전해하여 수소를 생산하는 방식으로 수소생산지에서 거리상 많이 떨어져 이송비용이 증가할 경우 유리하다는 장점이 있으나 수소를 생산하기 위해서는 개질장치가 필요하기 때문에 초기 설치비용이 높다는 단점이 있음 Off-site 방식의 수소충전소 1 대규모 생산지역에서 수소를 파이프로 이송하여 사용하는 수소충전소 2 대규모 생산지역에서 수소를 튜브트레일러 이송하여 사용하는 수소충전소 On-site 방식의 수소충전소 1 현지에서 CNG, LPG 등을 개질한 수소를 이용하는 수소충전소 Korea Evaluation Institute of Industrial Technology 99

100 KEIT PD Issue Report PD ISSUE REPORT JULY 2015 VOL 현지에서 전기분해 방식으로 수소를 생산하여 이용하는 수소충전소 수소충전소 국내외 현황 미국의 캘리포니아주 내 2015년까지 수소충전소 40개소 설치 중 - 4단계 실증 중 : FCEV 승용 466대, 버스 21대(공용 6개, 기업운영 16개) 일본 2015년까지 100개소 구축 중에 있으며 2020년까지 1천개소, 2030년까지 3천개소를 계획하고 있음 유럽은 전세계 50%에 해당하는 수소충전소를 보유하고 있으며 버스, 승용차 실증 등을 통하여 인프라를 확보 중 - 독일은 2015년까지 수소충전소 500개소를 목표로 하고 있으며 2017년까지 1,000개소를 구축 계획 한국은 18개 수소충전소를 실증, 연구 및 보급사업(광주, 충남)으로 구축함 년에 발표한 그린카 발전전략( 10)에서 2015년에 43개소를 구축하고자 하였으나 실천계획이 미흡하여 달성하지 못함 미국 수소스테이션 현황 유럽 수소스테이션 현황 한국 일본 수소스테이션 현황 그림 11 국내외 수소충전소 구축 현황 100 한국산업기술평가관리원

101 ISSUE 5 수소연료전지차의 시장 도래 5. 시사점 및 정책 제안 시사점 수소차를 대부분 자동차 CO 2 감축을 위한 하나의 대안이라고만 생각하고 있지만 실제 대부분의 나라에서는 수소차를 CO 2 저감의 목적 보다는 수송분야의 새로운 에너지원 발굴에 더 많은 초점을 두고 개발 중임 대표적인 사례가 P2G(Power to Gas)를 들 수 있음. P2G의 핵심은 수소차가 아니라 CO 2 free 재생에너지를 이용한 수소에너지 생산에 있으며 특히, 생산된 수소를 이용하여 전기생산 시 발생되는 CO 2 를 메탄(CH4)으로 전환하여 천연가스배관에 이송하는 것에 있음 P2G의 완성을 위해서는 수소 공급과 소비가 원활하게 이루어져야 하며 이를 위해 수소차가 활용되는 형태임. 이러한 P2G 사업은 유럽뿐만 아니라 미국, 일본, 한국에서도 기술을 확보하고자 노력 중에 있음 즉, 수소차는 수송분야 CO 2 감축뿐만 아니라 각국의 에너지 안보라는 정책적 전략이 포함되어 있기 때문에 시장형성이 될까가 아니라 시장이 곧 도래한다고 볼 수 있음 그림 12 유럽에서 시도하고 있는 P2G 사업 개략도 Korea Evaluation Institute of Industrial Technology 101

102 KEIT PD Issue Report PD ISSUE REPORT JULY 2015 VOL 15-7 수소차의 시장 도래는 5년 후, 10년 후, 20년 후 등의 의견이 있지만 시기적인 문제일 뿐 자동차 시장으로 진입하는 것은 범세계적인 추세라고 볼 수 있음 문제는 벌써 수소차 시장 경쟁이 시작되었다는 것에 있음. 국내 현대차가 일본 도요타 출시와 함께 수소차 가격을 1억5천만원에서 8천5백만원으로 인하한 것은 완성차간의 시장경쟁이 시작되었음을 보여줌 2016년 혼다, 2017년 닛산, 다임러, 포드, 2020년 BMW, 기아차 등 주요 완성차가 모두 출시를 준비 중에 있기 때문에 지금 상황에서 5년 후, 10년 후, 20년 후라는 단어는 미래 수소차 시장을 포기하겠다는 것과 같음 국내 수소충전소가 18개소 구축되었다고는 하나 공공용으로 사용가능한 700bar 수소충전소는 4개소 밖에 없기 때문에 수소차 보급을 할 수 있는 인프라 여건이 조성되어 있지 않음 국내에서 수소차 보급이 늦어지면 차량 생산대수가 낮아 가격저감이 불가능해져 세계시장에서 가격경쟁력 확보가 어려움. 또한 대량생산을 위한 민간투자 시기를 놓치게 될 경우 수소차 관련 핵심부품 국산화 기술이 5년 뒤 해외기술 대비 낮아져 기술적 종족이라는 문제로 수소차 선도를 위해 지금까지 노력이 결실이 한순간에 물거품이 될 수도 있음 수소차 시장에 대한 시기를 논할 때가 아니라 해외 완성차의 수소차 출시 후 국내 부품산업이 지속적으로 성장 가능한가 아니면 기술적 종속에 의해 해외제품 Outsourcing이라는 상황에 직면할 것인가를 고민해야할 때임 한번 해외부품의 Outsourcing이 시작되면 수소차 시장이 성장하는 단계에서는 또 다시 국산화하기 위해서는 지금보다 더 많은 R&D 비용과 민간투자 필요하기 때문에 이를 방지하기 위해서라도 수소차 보급을 위한 체계적인 전략 수립이 필요한 시기임 6. 결론 수소차는 단순히 수송분야 CO 2 저감을 위한 도구가 아니라 수송분야 에너지 믹스라는 큰 그림의 하나로 지속적인 투자와 보급이 전망됨 수소차 시장경쟁은 시작 되었으며 2017년을 기점으로 2020년까지 완성차 간의 치열한 경쟁이 나타날 것으로 예측되고 있어 국내 수소차 관련 부품업체의 지속적인 기술력 향상을 위한 지원과 수소차 보급을 위한 체계적인 전략 수립이 필요 102 한국산업기술평가관리원

103 ISSUE 5 수소연료전지차의 시장 도래 [참고문헌] 1. Global Transport Scenarios 2050, World Energy Council, World Energy Outlook, IEA, Startegic Outlook of Global Electric Vehicle Market in 2014, Frost&Sullivan, Global H2Mobility initiativeswhat they mean for FCEV introduction, Toyota Motor Corp., FC EXPO 2014 Technical conference 5. Honda Fuel Cell Electric Vehicle Development and Introduction, UK H2Mobility, Fuel Cell and Hydrogen technologies in Europe, New Energy World, 국내외 수소인프라 현황 및 운영 대책, 수소산업연료전지세미나, 2015 Korea Evaluation Institute of Industrial Technology 103

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105 엇회전 펌프수차 설계기술 개발 동향 l저자l 김진혁 선임 / 한국생산기술연구원 김선창 PD / KEIT 산업용기계PD실 SUMMARY 목적 대규모 정전사태(블랙아웃)에 따른 전력수급 불안이 가중됨에 따라, 친환경 고효율 에너지기기에 대한 기술개발 요구가 증대되고 있으며, 특히 격오지의 독립형 자가발전시스템에 대한 수요증가로 해당 분야 설계기술 확보가 필요함 엇회전 펌프수차와 자가발전시스템의 설계기술 및 국내외 개발 동향을 조사함으로서, 향후 관련 기술의 시장을 전망하고 기술개발 방향을 제시하고자 함 주요 동향 최근 에너지 주도권을 확보하기 위한 세계 각국의 경쟁이 치열한 가운데, 신재생 에너지원을 활용한 소형 경량화 자가발전시스템 개발이 급증하고 있음 친환경 신재생 에너지원과 엇회전 펌프수차를 이용한 신개념 하이브리드 자가발전시스템 기술개발 성공시, 향후 안정적인 전력에너지 공급이 가능함 시사점 및 정책제안 ICT 융복합형 엇회전 펌프수차 및 자가발전시스템 개발을 통해 자원 주도권에 대응할 수 있을 뿐만 아니라 세계 발전방식의 트렌드를 변화시킬 수 있음 신재생 에너지 산업의 지속적 성장을 위해서는 정부 주도의 연구개발 및 정책지원이 필요하며, 친환경 에너지저장시스템에 필요한 고부가가치형 High-Tech 설계기술의 조기 확보가 필요함

106 KEIT PD Issue Report PD ISSUE REPORT JULY 2015 VOL 엇회전 펌프수차 개요 엇회전 펌프수차 정의 두 회전체 모듈을 엇회전이 가능한 단일 축계에 장착해서 구동하는 시스템으로 작동 목적에 따라 펌프 및 터빈 모드로 제어 가능한 신개념 유닛임 - 펌프모드는 저유량 영역에서 불안정한 성능을 감소시키고, 고유량 영역에서 케비테이션을 감소시킬 수 있음 - 터빈모드는 다른 타입과 비교시, 직경을 감소(동일 회전수와 전압시)하거나, 전압력을 증가(동일한 회전수와 직경시) 시킬 수 있으며, 케이테이션 최소화 가능함 엇회전식(Counter-Rotating Type) 블레이드는 이중반전 프로펠러(Contra-Rotating Propeller)라고도 불리며, 우수한 직진성과 토오크 균형성으로 항공기와 어뢰용 프로펠러에 활용되고 최근 대출력이 가능한 소형 경량화 설계기술로 주목받음 - 엇회전 펌프수차는 비속도가 큰 대용량 저낙차 설치구간에서 한 개의 축류형 유로에 양방향성(2-way)의 소형 경량화 설계가 가능함 엇회전 모터-발전기로부터 앞뒤 블레이드 수가 다른 엇회전 펌프수차는 다른 유량조건에서 작용 반작용 법칙으로 인한 토오크의 균형성으로 상호 회전수 조절에 따른 지능형 스마트 컨트롤이 가능함 (a) 펌프수차 개략도 106 한국산업기술평가관리원

107 ISSUE 6 엇회전 펌프수차 설계기술 개발동향 (b) 시제품 모델 그림 1 엇회전 펌프수차 개략도 및 시제품 모델 그림 2 엇회전식 펌프수차의 각 모드에서의 특성 출처 : 김진혁외2인(2014), ICT 융복합 지능형 유체기계, 한국산업기술진흥협회 Tech Issue Paper 7권 1호 엇회전 펌프수차를 이용한 ICT 융복합 지능형 자가발전시스템 ICT 융복합 지능형 자가발전시스템은 신재생 에너지 자원과 엇회전 펌프수차를 이용한 양수식 에너지 저장방식의 발전시스템으로, 댐 또는 정수 처리장 등에 설치하여 초기 비용을 절감할 수 있음 자가발전시스템은 신재생 에너지원에서 전기를 생산하는 풍력터빈, 풍력터빈과 연결되어 생산된 전기를 저장하는 전기 축전기, 풍력터빈으로부터 생산된 전기를 조절하는 전력 조절장치, 유체를 저장하는 상하부 저장 탱크로 구성됨(그림 3 참조) - 신재생 에너지원으로 풍력터빈을 적용시, 1MW의 전기를 일정하게 공급하는 조건 하에서 날씨의 불규칙한 상황에 따라 전력의 과잉 및 부족이 발생할 수 있음 - 풍력터빈에서 과잉전력 발생시, 1MW에 대한 직류전력은 전기 축전기에 저장하고 그 외 잉여전력은 엇회전 펌프수차의 펌프모드를 구동하여 하부 저장탱크의 유체를 상부 저장 탱크로 이동시켜 잠재 에너지를 저장함 - 풍력터빈으로부터 부족한 출력 발생시, 전력 조절장치는 마그네틱 밸브를 작동시켜 상부 저장탱크에 저장된 유체를 방류시켜 엇회전 펌프수차의 수차모드로 전력을 생산하고, 생산된 전력은 전기 축전기로 보내 부족한 출력을 대응함 Korea Evaluation Institute of Industrial Technology 107

108 KEIT PD Issue Report PD ISSUE REPORT JULY 2015 VOL 15-7 ICT 융복합 지능형 자가발전시스템은 자가발전이 필요한 중국과 동남아 등의 도서 낙도지역에 구축이 용이하며, 인천 덕적도의 에코아일랜드 사업 내 지속가능한 친환경 에너지 자립도서의 일환으로 개발되고 있으나, 펌프와 수차를 각각 적용하여 시스템 설비가 복잡하고 비효율적으로 구성됨 (a) 펌프모드 (b) 터빈모드 그림 3 ICT 융복합 지능형 자가발전시스템 출처 : Toshiaki Kanemoto et al.(2013), Counter-Rotating Type Pump-Turbine Unit Stabilizing Momentarily Fluctuating Power From Renewable Energy Resources, Proceedings of ASME 2013 International Mechanical Engineering Congress & Exposition 108 한국산업기술평가관리원

109 ISSUE 6 엇회전 펌프수차 설계기술 개발동향 2. 엇회전 펌프수차 설계기술 및 개발 필요성 엇회전 펌프수차 설계 및 평가기술 엇회전 펌프수차는 임펠러 블레이드가 역회전하기 때문에 다른 유체기계과 비교시 복잡한 3차원 내부 유동구조를 가지며, 3차원 유동해석기법을 통해 펌프 및 수차의 효율 향상을 목적으로 블레이드 형상 설계를 진행함 수치해석과 최적화기법이 결합된 수치최적설계기법은 최적화에 소요되는 계산시간의 감소와 예측의 정확성 향상을 통해 복잡한 형상의 유체기계 고효율 설계에 활용됨 그림 4는 수치최적설계를 통한 고효율 설계의 예로서, 기존 엇회전 펌프수차 형상에서는 블레이드 사이의 허브 근처에서 역류가 발생하지만, 최적 형상에서는 역류가 감소한 것을 확인할 수 있음 최적설계된 엇회전 펌프수차는 시제품을 제작하여 시험 및 측정항목과 관련된 수력성능을 평가하며, 정상상태 운전시험, 유효흡입수두(NPSH) 시험, 브레이크 모드를 포함한 4상한 성능시험 등이 있음 입자 영상 유속계(PIV: Particle Image Velocimetry)를 이용한 평가기술은 유동을 따라 흐르는 입자에 레이저 등으로 가시화하고, 이를 연속적으로 촬영함으로서 속도 분포를 확인하는 방법으로 수력성능을 극대화하는 설계기술에 활용됨 <기존 형상> <최적 형상> 그림 4 엇회전 펌프수차 단일목적 최적설계결과 예 출처 : Jin-Hyuk Kim et al.(2014), Multi-Objective Optimization of a Counter-Rotating Type Pump-Turbine Unit Operated at Turbine Mode," Advances in Mechanical Engineering, Volume Korea Evaluation Institute of Industrial Technology 109

110 KEIT PD Issue Report PD ISSUE REPORT JULY 2015 VOL 15-7 그림 5 레이저를 이용한 가시화 실험 엇회전 펌프수차 개발 필요성 세계적인 발전 방식의 변화와 신흥시장의 확대 등으로 신개념 고효율 유체기계의 고부가가치를 위한 ICT 접목이 필수적이며, 유체기계 뿐만 아니라 컴퓨터 소프트웨어 및 정보통신기술 등의 가치사슬 관점에서 융복합 기술이 필요함 독립형 소규모 신재생에너지 시스템 보급 확산 및 자가발전시스템 시장 확대에 따라 친환경 ESS(에너지저장시스템) 대응 기술이 요구되며, ICT 융합형 펌프수차의 효율 향상을 위한 임펠러와 터빈, 모터와 발전기에 대한 원천설계기술 확보가 필요함 국내에서 펌프수차에 관한 연구를 본격적으로 시작한 사례는 없으나, 소수력발전용 20kW급 상반전 수차발전시스템에 관한 연구개발은 수행한 사례가 있으며, 원심형 펌프수차에 대한 유동해석의 경우 대용량의 양수펌프 시설물의 성능향상 및 발전소의 신규 건설에 적용하기 위한 설비의 성능향상 연구의 결과물임 고효율 엇회전 펌프수차와 ICT 융복합 지능형 자가발전시스템을 활용하여 태양광, 태양열, 풍력, 지열 및 소수력 등의 다양한 신재생에너지원과 결합하면 전력생산량을 실시간으로 모니터링하여 자연환경의 변화와 무관하게 일정한 전력 생산이 가능함 진보된 최신의 요소기술들이 조합된 고부가가치형 엇회전식 펌프수차에 대한 ICT 융복합 기술은 향후 에너지 시스템 산업 분야를 선도해 나갈 수 있는 차세대 미래형 ICT 융합 혁신원천설계기술 확보를 위한 교두보 역할을 기대할 수 있음 110 한국산업기술평가관리원

111 ISSUE 6 엇회전 펌프수차 설계기술 개발동향 3. 국내외 수력발전 시장 및 개발 동향 국외 수력발전 시장 최근 선진국은 기준가격 의무 구매제(FIT: Feed-In Tariff)를 도입해서 소수력 가속화를 위한 기술개발을 촉진하고 있으며, 미국, 캐나다, 인도의 지자체는 신재생에너지 발전 의무 비율 할당제(RPS: Renewable Portfolio Standards)로 신재생 에너지 산업의 발전을 도모하고 있음 - 유럽은 소수력을 포함한 수력발전 산업을 선도하고 있으며, 기술개발은 이미 세계 최고 수준의 표준화 및 상용화로 세계 수력발전 시장을 분할 선점하고 있음 - 이탈리아, 프랑스, 독일, 스웨덴, 체코 등은 다수의 제조 전문기업들을 통해 중앙아메리카 및 아시아 등으로 소수력 및 대수력 발전설비 수출을 활발히 진행하고 있음 중국은 제2의 전력생산 및 소비국으로 수력발전 용량은 전체 발전용량의 약 20%를 차지하고 있으며, 수력발전의 설비용량, 생산량 및 증가율은 세계 1위를 기록함 - 현재 중국의 소수력 및 양수식 발전에 대한 투자는 급증하고 있으며, 대략 800개현이 주로 소수력을 활용해서 전력을 생산하고 있음 - 중국의 수력발전 기업은 풍부한 내수시장 공략을 위해 독자적으로 기술개발을 추진해 왔으며, 그 결과 소수력 발전설비의 건설과 제조 분야는 세계적 수준으로 자체평가 되고 있음 [ktoe] 4,000,000 3,500,000 3,000,000 2,500,000 2,000,000 1,500,000 1,000,000 아시아 유럽 북아메리카 남아메리카 아프리카 오세아니아 500, 그림 6 세계 수력발전 누적량 변천 흐름도 출처 : 국가에너지통계종합정보시스템, 2011 Korea Evaluation Institute of Industrial Technology 111

112 KEIT PD Issue Report PD ISSUE REPORT JULY 2015 VOL ,000 4,000 Market Value($bn) 3,000 2,000 1, 그림 년까지의 해외 수력시장 규모 예측 출처 : The Hydropower Market , 2011 국외 수력발전 개발동향 일본은 원전사태 이후 경제산업성 산하 신에너지 및 산업기술개발기구(NEDO: New Energy and Industrial Technology Development Organization)를 중심으로 친환경 고효율 소수력 개발 프로젝트를 추진하고 있으며, 특히 미니 및 마이크로급 소수력 설비의 개발 및 보급 확산을 활발히 진행함 해외 자가발전 시스템은 주로 모듈화를 통해 소규모 독립단지 등의 전력공급에 사용하고 있으며, 태양광, 태양열, 풍력 등 단일 전력공급원의 비효율성을 극복하기 위해 다양한 재생에너지원을 동시에 사용하는 복합형 발전 모듈시스템이 주를 이루고 있음 - 유럽, 미국 등의 경우 일반 주택에 태양열과 태양광의 복합 자가발전 시스템 및 지열펌프와 태양열 복합 자가발전 시스템 등을 상용화 및 설치하고 있음 - 미국 캘리포니아의 경우 자가발전 우대 혜택 프로그램(Self-Generation Incentive Program)을 도입하여 자가발전 설비 도입에 적극적인 움직임을 보이고 있음 112 한국산업기술평가관리원

113 ISSUE 6 엇회전 펌프수차 설계기술 개발동향 4.3% 1.6% 0.9% 11.2% 13.2% 14.1% 54.6% Asia-Pacific Latin America North America Europe Eurasia Africa The Middle East 그림 년 전세계 지역별 소수력 시장 분포도 출처 : Visiongain, ,600 1, Mtce Bio-liquid 1,200 Briquette Geothermal 1,000 Solar thermal Mtce Biogas Ocean 600 Gethermal power Mtce Biomass power Solar PV 200 Wind Hrdro 그림 9 중국의 신재생에너지 개발 계획 출처 : Renewable Energy Roadmap for China in 2030, 2011 국내 수력발전 시장 국내 수력발전 설비의 기술현황은 중/대수력의 경우 대부분 외산인 반면, 소수력 부문은 초기에 외국제품이 주류를 이루었으나 1986년 가동된 임기소수력부터 국산수차가 적용되어, 덕송, 대아, 경천, 포천, 성주, 한여울, 아산 및 천안소수력 등이 현재 가동 운영 중에 있음 - 또한, 한국수자원공사의 광천, 반변, 부안 및 보령소수력은 초기에는 해외의 수차를 도입하였으나, 1997년 이후 운문, 횡성, 영천 및 밀양소수력 등은 국내에서 제작한 수차를 채용하여 운영 중에 있음 Korea Evaluation Institute of Industrial Technology 113

114 KEIT PD Issue Report PD ISSUE REPORT JULY 2015 VOL 15-7 표 1 국내의 소수력 에너지 보급잠재량 구 분 개발 가능 용량(kW) 일반하천 1,412,500 하수처리장 5,300 정수장 2,500 농업용 저수지 48,000 농업용보 5,000 다목적의 용수로 6,744 양식장의 순환수, 양수발전소 하부댐 이용, 화력발전소의 냉각수 이용 등 10,956 산업용 폐수처리장, 대형 열처리 공장 냉각수 등 10,000 합 계 1,510,000 출처 : 소수력발전용 20kW급 상반전 수차발전시스템 개발, 2011 표 2 국내소수력 보급현황 (2010년말 기준) 구 분 설비용량(kW) 점유율(%) 68개소 95, 민간 발전사업자(18개소) 30, 한국수자원공사(19개소) 18, 한전 및 발전회사(13개소) 33, 지자체(7개소) 2, 한국농촌공사(11개소) 10, 출처 : 소수력발전용 20kW급 상반전 수차발전시스템 개발, 2011 국내 수력발전 개발동향 지난 정부의 저탄소 녹생성장 정책의 일환으로 정부의 지속적인 기술개발 지원과 관련 연구소 및 제작사의 노력으로 현재 소수력 설비에 대한 국산화 기술자립은 일부가 확보된 상태임 - 카프란 수차, 튜브라 수차, 프란시스 수차에 대한 국산화 기술자립은 일부 확보된 상태이며, 현재는 주로 소형 패키지형 수차의 국산화 개발이 진행되고 있음 - 중 대 수력발전소에 사용되고 있는 동기발전기와 유도발전기의 제작기술은 선진국과 비교시 동등 및 초과 수준이며, 114 한국산업기술평가관리원

115 ISSUE 6 엇회전 펌프수차 설계기술 개발동향 소수력발전에 사용되고 있는 대부분의 발전기는 설비용량이 소형으로 주문 생산에 의존해서 기술력은 대형 발전기 대비 낮은 수준임 풍부한 국내 잠재량과 청정자원으로 기술개발 가치가 큰 부존자원으로 평가받고 있음 - 과거 소수력은 낮은 경제성으로 기술개발이 미진했지만, 최근 전력 매입단가의 조정, 수차발전기의 국산화 및 정부 정책 등으로 소수력 개발에 유리한 여건이 조성됨 - 국내는 주로 풍력 및 태양광 발전을 융합한 소규모 발전시스템이 주를 이루고 있으며, 소규모 단지 내 전력공급 및 가로등 등에 사용되고 있음. 또한, 방파제에 적용하여 전기를 생산할 수 있는 파력-태양광-풍력 융복합 발전 시스템도 개발되고 있음 [ktoe] 7,000 6,000 5,000 4,000 3,000 2,000 1, 그림 10 국내 수력발전 누적량 변천 출처 : 국가에너지통계종합정보시스템, 엇회전 펌프수차 및 자가발전시스템의 필요성과 기대효과 세계 발전 방식 트렌드의 변화 및 에너지 확보의 필요성 증대 - 대규모 정전사태(블랙아웃)에 따른 전력수급 불안의 가중과 지구 온난화의 가속화 및 에너지원 고갈 등으로 친환경 고효율 에너지기기 개발이 가속화되는 추세임 - 자원부국들의 자원 주도권이 강화됨에 따라 에너지 확보를 위해 신재생 에너지 자원을 활용한 친환경 고효율 에너지기계 시스템 구축이 절실함 Korea Evaluation Institute of Industrial Technology 115

116 KEIT PD Issue Report PD ISSUE REPORT JULY 2015 VOL 15-7 고부가가치형 High-Tech 혁신원천설계기술의 선제적 확보 - 우리나라는 유체기계 산업의 글로벌 리더로 도약할 수 있는 출발점에 있으며, 신재생에너지와 ICT를 활용한 유체기기의 고부가가치화를 위한 원천기술 확보가 시급함 - 엇회전 펌프수차를 이용한 발전 방식은 신재생 에너지원 기반의 새로운 자가발전시스템으로 중국을 비롯한 거대 신흥시장이 확대될 것으로 예상됨 친환경 고효율 자립형 발전기술개발 요구 증대 - 동남아, 몽고, 중국 등에서 신재생 에너지를 활용한 전력생산 및 안정적인 독립형 자가발전시스템 구축에 대한 급속한 수요 증가에 따라, 자립형 발전시스템의 원천기술 확보에 대한 필요성이 증대됨 - 도서(섬) 및 산악지역 등 격오지역에 대한 안정적 독립적인 친환경 전력공급 및 향후 전기교통 수단의 전력충전소에 적용 가능한 독립형 자가발전시스템 구축으로 국민 생활 밀착형 친환경 에너지 저장 및 공급 대응이 가능함 5. 정책적 시사점 ICT를 접목한 융복합형 엇회전 펌프수차 및 이를 활용한 자가발전시스템 개발로 고부가가치형 High-Tech 설계기술을 확보하고, 신재생에너지 산업에서 신산업 창출을 통해 에너지의 안정적인 확보 및 지속가능한 성장이 가능함 진보된 최신의 요소기술들이 조합된 고부가가치형 엇회전식 펌프수차에 대한 ICT 융복합 기술은 향후 에너지 시스템 산업 분야를 선도해 나갈 수 있는 차세대 미래형 ICT 융합 혁신원천설계기술 확보를 위한 교두보 역할을 기대할 수 있음 엇회전 펌프수차 및 자가발전시스템은 기계/전자기반의 ICT 융복합 기술로 관련 메가트렌드에 대응하기 위해서는 지속적인 기술개발이 필요하며, 더불어 친환경 에너지저장시스템 시장 대응에 필요한 고부가가치형 High-Tech 원천설계기술의 선제적 확보를 통해 신속한 연구개발 투자 및 정책적 지원이 필요함 116 한국산업기술평가관리원

117 ISSUE 6 엇회전 펌프수차 설계기술 개발동향 [참고자료] 1. ICT 융복합 지능형 유체기계, 김진혁, 최영석, 황영철, 2014, 한국산업기술진흥협회 Tech Issue Paper 제 7권 제 1호 2. Counter-Rotating Type Pump-Turbine Unit Stabilizing Momentarily Fluctuating Power From Renewable Energy Resources, Toshiaki Kanemoto, Risa Kasahara, Hirotaka Honda, Toru Miyaji and Jin-Hyuk Kim, Proceedings of ASME 2013 International Mechanical Engineering Congress & Exposition (IMECE2013), Nov , 2013, San Diego, California, USA, IMECE Surrogate Based Optimization Techniques for Aerodynamic Design of Turbomachinery, Abdus Samad and Kwang-Yong Kim, International Journal of Fluid Machinery and Systems, Vol. 2, No. 2, April-June 2009, pp Power Stabilization System with Unique Pumped Storage to Stabilize Momentarily Fluctuating Power from Renewable Resources (Counter-Rotating Type Pump Turbine Unit Operated at Turbine Mode), Jin-Hyuk Kim, Risa Kasahara, Toru Miyaji, Toshiaki Kanemoto and Young-Seok Choi, Renewable Energy and Power Quality Journal, Vol. 12, No. 2, April 2014, Paper No Multi-Objective Optimization of a Counter-Rotating Type Pump-Turbine Unit Operated at Turbine Mode, Jin- Hyuk Kim, Risa Kasahara, Toshiaki Kanemoto, Toru Miyaji, Young-Seok Choi, Joon-Hyung Kim, Kyoung- Yong Lee and Ahmed Mohamed Galal, Advances in Mechanical Engineering, Volume 2014, May 2014, Article ID , 11 pages 6. 역회전형 펌프 터빈, 이를 포함하는 자가 발전 시스템 및 역회전형 펌프 터빈의 최적화 설계 방법, 김진혁, 최영석, 김준형, 국내특허출원번호 , 역회전형 펌프 터빈의 최적화 설계 방법, 이에 의하여 설계된 역회전형 펌프 터빈 및 자가 발전 시스템, 김진혁, 최영석, 김준형, 김성, 이힘찬, 국내특허출원번호 , 소수력발전용 20kW급 상반전 수차발전시스템 개발, 한국에너지기술평가원 연구보고서, 국가에너지통계종합정보시스템, The Hydropower Market , Visiongain, Renewable Energy Roadmap for China in 2030, 2011 Korea Evaluation Institute of Industrial Technology 117

118 KEIT PD Issue Report PD ISSUE REPORT JULY 2015 VOL 15-7 [국내외 주요 기술개발 현황] 연구기관명 프로젝트명 개요 연구기간 신한정공 외 1기관 (일)Kyushu Institute of Technology (일)Kyushu Institute of Technology 소수력발전용 상반전 20kW급 수차발전 시스템 개발 Development of Intelligent Wind Turbine Generator with Tandem Rotors Development of Counter- Rotating Type Hydroelectric Units 엇회전 수차발전기 개발 2009 ~ 2011 엇회전 풍력터빈 발전기 설계기술 개발 2002 ~ 2015 엇회전 수차 설계기술 개발 1998 ~ 한국산업기술평가관리원

119 ICT융합 IFA 2013 스마트 및 IBC 2013으로 가공시스템 기술동향 본 ICT융ㆍ복합 및 개발방향 동향 l저자l 남성호 이규택 PD PD / KEIT / 생산장비PD실 임베디드SW PD실 이호준 전임 / KEIT 생산장비PD실 박종권 책임 / 한국기계연구원 김영표 이사 / (주)화천기공 SUMMARY 목적 자동차, 목적 정밀금형 등 고부가가치 첨단산업에서 요구되는 고정밀 고경량 고효율화 요구에 대응하고, 스마트공장의 핵심 구성요소인 ICT 융합 스마트 가공시스템의 최신 기술동향을 분석함 유럽 최대 전시회인 IFA 2013(베를린)과 방송관련 전시회 IBC 2013(암스테르담)을 참관하고 임베디드SW 관련 기술 및 도메인별 산업 현황 파악 주요현황 ICT 기반 융합기술을 적용하여 설비 개발자/제조자 및 사용자 등에 가공시스템을 지능적으로 향상시킨 센서융합 차세대 스마트 공작기계시스템 기술로서, 첨단의 고부가가치 부품 및 제품생산에 대응하여 ICT 융합 기술개발 경쟁력이 치열하며, 이러한 목적을 실현하기 위한 기술로 실시간 모니터링, 센서융합/네트워킹, 설비상태 감시/진단, 운용 등의 기술이 기존 공작기계 시스템에 적용되고 있음 ICT 융합 스마트 가공시스템 기술은 독일의 DMG, 일본의 Mazak, Mori-Seiki 등의 대형 공작기계 제조사 등을 중심으로 다양한 ICT 융합 가공시스템이 개발/소개되고 있음 최근 개발되고 있는 ICT 융합 스마트 가공시스템은 단독적으로 운용되는 가공시스템 보다는 스마트 공장 구축을 위한 기계와 상위시스템(MES, ERP 등)과의 연계가 가능한 디지털 제조환경을 지향하고 있음 시사점 및 정책제안 ICT 융합 스마트 가공시스템은 스마트공장의 핵심 구성요소로서 자동차, 정밀금형, 항공 등의 고부가가치 산업의 모든 분야에 적용 가능함 2020년 20만 명 이상의 고용창출 및 선진국 대비 90% 이상의 가공기술 확보 등 다양한 경제적 기술적 파급효과로 국내제조업의 글로벌 기술 제품 경쟁력이 보유되어 이를 통한 국가적 창조경제의 실현이 가능 특히 국내의 IT 기술의 강점을 활용하면 ICT 기반 스마트 가공시스템에서 필요로 하는 ICT 융합 기술의 시장선점이 가능하므로 이에 대한 관련 연구와 기술개발에 대한 지원이 시급히 요구됨 ICT 융합 스마트 가공시스템 기술은 현재 시장에서 요구되는 스마트 공장의 대응과 ICT 기술을 기반으로 한 융합기술의 신규창출을 통한 자동차, 정밀금형 등의 고부가가치 산업의 경쟁력 제고를 위한 기술개발이 필요

120 KEIT PD Issue Report PD ISSUE REPORT JULY 2015 VOL 기술개요 및 특징 기술 개요 및 특징 개념 및 정의 - 첨단 고부가가치 부품 및 제품을 생산하고, 스마트 공장의 주역이 되는 스마트 공작기계시스템의 개발 방향과 함께 생산제조 산업의 코어 기술 개발을 추진하고 있는 제조업 혁신 3.0 전략이 추진되고 있는데, 기계장비 부문에서도 이러한 추세에 편승하여 ICT/IoT를 응용한 스마트화 기술이 접목되고 있음 제조업 혁신 3.0 전략 : 제조업의 지속적인 진화와 발전을 통해 경제의 혁신과 도약을 이루고자 하는 산업경제 전략으로 산업인터넷이 중요한 역할을 함 - 금형, 자동차, 항공 및 스포츠/레저 등의 첨단산업에서 고정밀 고경량 고효율화 요구에 대응하면서 고부가가치 제품을 정교하게 생산해 낼 수 있는 스마트 공장용 ICT 기반의 센서융합 차세대 스마트 공작기계시스템의 필요성이 대두되고 있으며, DMG Mori, Mazak 등의 선진국 제조업체의 개발경쟁이 치열하게 전개되고 있음 - ICT 기반 융합기술을 적용함으로서 설비 개발자/제조자 및 사용자 등에 가공시스템을 지능적으로 향상시킨 센서융합 차세대 스마트 공작기계시스템 기술로서, 첨단의 고부가가치 부품 및 제품 생산과 스마트 공장 구축에 대응하여 스마트 공작기계 플랫폼의 실시간 모니터링, 센서융합/네트워킹, 설비상태 감시/진단, 운용 등을 위한 ICT 기반 융합 기술의 적용이 필요함 - 기존의 개방형 CNC 제어기 기반의 공작기계 스마트화 기술은 고가의 시스템 구축비용, 낮은 확장성, 개별 CNC 컨트롤러(화낙, 지멘스 등)에 종속적으로, 기업이 기보유한 공작기계시스템에 대한 적용이 어렵고, 재활용성이 낮아 일반적인 스마트 공작기계시스템 구성에는 어려운 상황임 - 최근에는 급속도로 발전되고 있는 ICT 기반의 IT 융합기술, 센서융합기술, IoT 기술 등과 지능형 HMI(Human Machine Interface) 플랫폼 및 PMC(Programmable Machine Controller)를 이용한 스마트 기술 등이 제안되어, 개방형 CNC 제어기를 이용한 스마트화 기술과 비교 시 비용감소, 유연성 및 확장성 증가, 인터페이스 용이성 향상 등의 효과를 기대할 수 있음 120 한국산업기술평가관리원

121 ISSUE 7 ICT 융합 스마트 가공시스템 기술동향 및 개발방향 그림 1 양방향 통신(M2C)이 가능한 ICT 기반의 센서융한 차세대 스마트 공작기계시스템의 개념도 - 특히 국내 금형 가공 산업 및 자동차 부품 가공 산업의 환경 변화를 살펴보면, 외적으로는 가격상승, 수익성 악화 및 경쟁심화가 가속화되고, 내적으로는 인력부족 등으로 인한 기술역량 축적의 둔화가 심해지고 있음. Korea Evaluation Institute of Industrial Technology 121

122 KEIT PD Issue Report PD ISSUE REPORT JULY 2015 VOL 15-7 외적 여건 원자재 가격 상승 납품 단가 허락 및 활용 요인으로 인한 수익성 악화 경쟁 심화 내적 여건 인력 부족 및 높은 이직률로 인한 기술 축적 환경 열악 기술 역량 부족 현상의 악순환 그림 2 국내 금형 가공 산업의 환경변화 요소 필요성 - 차세대 스마트 생산제조시스템을 갖추기 위해서는 생산제조 분야의 심장부인 지능구조의 스마트가공시스템 기술과 다품종 대량생산을 위한 모듈공정, 가변 유연설비, 자율분산 제어, 무선통신, 실시간 위치추적 등의 핵심기술이 필요하며, 이를 위해서는 스마트 공작기계시스템의 기술개발이 선행되어야 함 - 공작기계시스템의 핵심요소중의 하나인 CNC 기반 스마트화 기술은, 주로 외국(화낙, 지멘스 등)기술에 종속되는 단점이 있으나, PMC 인터페이스 기술과 센서융합 및 ICT/IoT 기반 융합기술의 개발/적용을 통해 스마트화 기술에 대한 기술독립과 공작기계 제조업체 및 관련기업들의 경쟁력 향상에 기여할 수 있음 그림 3 ICT 기반 센서융합 차세대 스마트 공작기계 시스템의 필요성 122 한국산업기술평가관리원

123 ISSUE 7 ICT 융합 스마트 가공시스템 기술동향 및 개발방향 - 특히 금형, 자동차, 항공 산업 등 첨단 고부가가치 부품 및 제품의 수요 증가에 따라 이를 가공할 수 있는 스마트 공작기계의 필요성은 전 세계적으로 이슈화되고 있는 상황에서 스마트 공장의 구현을 위해서는 센서융합기술, 유무선 통신, 지능형 HMI 및 M2C 기술 등이 내재된 차세대 스마트 공작기계시스템의 핵심요소 기술개발이 필수적임 - 또한 센서융합 기반 설비상태 고장진단 기술 등이 내재되고 개별적 요소기술들을 모듈화 및 패키지화하면서 산업계 공통으로 활용가능 한 ICT 기반 스마트 공작기계시스템의 필요성이 증대되는 추세이고, 아울러 상태진단 및 예방보전 등을 위한 공정데이터 추출 및 데이터의 효율적 관리를 위한 클라우드화 기술의 필요성이 증대되고 있음 - 제조업 혁신 3.0 전략을 성공적으로 이끌기 위해서는 스마트 공장의 주역이 되는 ICT 기반 스마트 공작기계시스템의 개발은 필수적이며, 이를 통해 산업전반에 제조혁신 역량에 따른 국가 창조경제의 실현이 조기 달성할 수 있게 됨 - 일반적인 금형 제품의 생산 공정을 살펴보면, 제품의 설계부터, CAM 작업, NC 가공, 방전 가공, 사상 작업에 이르기까지, 각 공정별로 각각의 작업자가 필요하고, 분리된 기술의 영역으로 공정이 구성 그림 4 일반적안 금형제품의 생산 공정 - 그러나, 금형 완제품을 완성하기 위해, 구성되는 각 공정의 완성도는 각 공정을 담당하는 작업자의 경력과 노하우(Know-how)에 따라 좌우되며, 또한 각 공정 단위로는 전문화되어 있으나, 공정간 정보의 연계와 통합은 이루어지고 있지 않음. 즉, 작업자의 기술력에 따라 품질의 완성도가 결정되므로, 내적 여건으로 지목한 인력 부족, 기술역량 축적의 둔화에 대해 취약한 구조를 갖게 되는 문제가 있음 Korea Evaluation Institute of Industrial Technology 123

124 KEIT PD Issue Report PD ISSUE REPORT JULY 2015 VOL 15-7 그림 5 작업자 경력에 따른 동일 제품의 가공 결과 ICT 기반의 기술 융합 - 기존의 가공 공정을 개선하여 인력 부족, 경쟁력 심화 등 대내외적 여건에 대응하기 위해 기존 가공 공정에 대한 개선이 필요함. 가공 공정의 개선은 작업자의 노하우와 기술력에 의존하는 가공 공정을 표준화하고, 각 공정별로 산출되는 정보를 통합하여 전체 공정의 생산성과 품질 향상을 이루기 위한 방향으로 수행되어야 함. 이를 위해 ICT 기반 기술을 활용한 스마트 공작기계를 중심으로 하는 정보체계를 구축하고 기존의 가공 공정의 단위 공정별 연계와 통합이 필요 - 최근 국내 산업 발전 동향을 살펴보더라도, IT와 기계 산업의 융합이 적극적으로 추진되고 있는 추세이며, 기계기반 융복합 신산업의 출현과 활성화가 가시화되고 있으며, 2012년 한국산업기술진흥원이 발표한 2012 산업기술로드맵 생산 시스템 분야 전망을 살펴보면 중 기계 기술은 현재 IT Machinery 시대(2010~2040)에 접어들었으며, 2015년 이후로 기술적 실현이 가능할 정도로 제조기술의 중추를 차지할 것으로 전망하고 있음 그림 6 융합 관점의 주요 기술분야간 상호 의존 관계 124 한국산업기술평가관리원

125 ISSUE 7 ICT 융합 스마트 가공시스템 기술동향 및 개발방향 - IT 융합 가공 장비의 세계 시장 규모는 2005년 400억 달러에서 2015년 1,000억 달러 규모로 성장할 것으로 전망(KOMMA, IT 융합가공장비 산업기술 로드맵 )하고 있으며, 독일, 일본 등 선진국을 중심으로 미래 산업 경쟁력 확보를 위해 ICT+기계 융합 기술 투자가 가속화되고 있음 표 1 고도 ICT 이용 제조기술 개별 예측 과제의 기술적 실현시기 번호 과 제 기술적 실현시기 사회적 실현시기 1 외부환경에 적용하는 특성을 갖는 지능재료/부품 및 이를 활용한 시스템에 의해 기계 성능이 자율적으로 향상되는 기술 숙련자의 판단과정과 기능 노하우를 명시하여 타인에 의한 재이용과 학습을 가능케하는 지원시스템 네트워크화한 각종 기계 장비가 시스템 내부와 외부의 환경상태에 따라 변화하는 유연성, 안정성, 보수성에 우수한 자율적용 시스템 제조된 공업제품의 부품별로 그 이력을 식별할 수 있는 IC 칩을 내장한 공업제품의 생애추적 시스템 고도로 복잡한 기능을 가진 기기 설비를 원격지로부터 보수 점검하는 기술 자율적응, 다품종소량생산, 기간단축을 지원하는 제조용 소프트웨어 기술 스마트 머신 및 프로세스 - ICT 융복합 기술의 적용 사례인 화천의 스마트 머신은 일반 금형 가공기에서 작업자의 수작업에 의해 이루어지던 CAM 작업, 소재 및 공구의 셋팅, 가공 모니터링 공정을 자동화하고 연계된 프로세스로 통합 - 스마트 머신의 스마트 프로세스는 기존 가공 공정을 하나의 통합 프로세스로 융합한 것을 의미하며, 스마트 머신은 기존의 CNC 컨트롤러가 아닌 스마트 프로세스를 탑재한 전용 HMI(Human Machine Interface)를 사용하는데, 이는 각 공정에서 사용되는 정보와 소프트웨어를 제어하고 관장하는 역할을 수행 - 작업자가 가공하고자 하는 3D CAD 모델을 선택하면 가공할 소재를 기계 테이블에 어떻게 최적으로 배치할 것인지 배치 위치와 순서를 자동으로 분석하여 결정하며, 위치가 결정됨과 동시에 HMI에 내장된 CAM을 이용하여 선택한 모델들을 순차적으로 연산하여 NC 데이터를 생성하고, 작업 결과를 HMI에 통보하면, HMI는 공구 DB와 NC 데이터 최적화 프로그램을 호출하여 NC 데이터를 최적화 작업을 수행 Korea Evaluation Institute of Industrial Technology 125

126 KEIT PD Issue Report PD ISSUE REPORT JULY 2015 VOL 15-7 CAD 모델 선택 스마트 프로세스 모델 형상 분석 가공 공정 자동 선정 NC 데이터 자동 생성 소재 배치 위치 자동 선정 공구 자동 셋팅 NC 데이터 최적화 가공 프로그램 자동 생성 스마트 가공 소재 자동 측정 공구 자동 측/보정 실시간 가공 모니터링 공구 과부하 감지 열변위 감지 및 조정 Alarm 진단 및 분석 가공 완료 그림 7 스마트 가공 및 프로세스 6시간 기존가공 프로세스 SMART가공 작업자의 능력에 따라 품질이 다를 수 있음 가공 지식 누구나 CAM 연산부터 가공까지 가능 (CAM, NC)전문인력 2명 작업 인력 누구나 1명 수동작업 수동작업 수동작업 수동작업 수동작업 수동작업 수동작업 작업자 직접 진단 작업자의 능력에 따라 다름 소재 셋팅 공구 선정 CAM 연산 가공 DATA 최적화 좌표계 셋팅 공구 측정 & 보정 NC 테이터 작성 & 전송 가공전 기계 진단 가공 시간 및 품질 자동 프로세스 자동 프로세스 자동 프로세스 자동 프로세스 자동 프로세스 자동 프로세스 자동 프로세스 자동 프로세스 누구나 동일한 품질을 얻음 24시간 무인 가공 20분 그림 8 기존가공과 스마트가공의 비교 - 최종 가공 프로그램이 완성되면, HMI는 가공을 시작하고, 모든 모델의 연산과 가공이 끝날 때까지 앞에서 설명한 공정을 스스로 진행함과 동시에 CAM 연산 과정과 가공을 동시에 진행할 수 있으므로, 가공 준비 시간이 획기적으로 단축 - 이러한 여러 공정이 서로 유기적으로 연결되고 원활하기 위해서 HMI 와 각 소프트웨어들 간에 메모리 공유 방식과 비동기 제어 방식을 사용하며, 각각의 소프트웨어들이 독립적으로 실행하고 생성된 결과를 HMI가 수집하여 프로세스에 따라 순서를 결정하고 다음 작업을 제어함. 그러나 단순히 정보를 공유하는 것만으로 되는 것이 아니고, 앞의 공정에서 나온 데이터가 유효한지, 문제가 있다면 해결할 수 있는지, 후 공정에서 나온 데이터가 규칙에 맞는지 등의 각 공정간 분석 및 판단 알고리즘이 정확하게 구현되어야 하며, 이는 가공 공정에 대한 충실한 이해와 통합 공정의 설계를 바탕으로 하여야 함 126 한국산업기술평가관리원

127 ISSUE 7 ICT 융합 스마트 가공시스템 기술동향 및 개발방향 2. 최신기술 동향 ICT 융합 스마트 가공시스템은 기존 가공시스템(공작기계)의 성능향상을 위해 새로운 요소-제어 기술을 접목하거나, 공정의 융복합 또는 공정운영 최적화를 통해 기존의 정밀도 및 생산효율의 한계를 극복할 수 있는 가공공정-장비 및 시스템 기술을 의미 제품변화와 리드타임 단축대응을 위한 고속화, 복합화는 보다 다변화된 고객 요구에 대응하기 위해 플랫폼 자체의 유연성 배가가 기술의 초점으로, 최대 수요처인 자동차 분야에서는 친환경에 대응한 난삭재 고능률 가공시장이 빠르게 확대되고 있고, 항공, 조선산업 등의 대형 고부가가치화와 풍력 등 신산업의 급성장으로 인해 대형 복합 가공시스템의 개발 경쟁이 치열 최근 장비, 유연자동화 주변장치/셀, 운영-제어시스템(S/W), 서비스 등 시스템의 턴키(turnkey) 공급추세에 따라, FMC/ FMS 플랫폼 자체의 상품화가 진행되고 있으며, 향후 셀기반 유연생산시스템으로의 전환이 예상되고 있음. ICT 기반의 고능률 복합가공시스템 기술은 일본의 Mazak, Mori-Seiki, 독일의 DMG 등 대형 공작기계 메이커를 중심으로 다양한 형태의 복합가공기가 개발/소개되고 있음. Mazak의 Cyber Factory는 Network를 기반으로 Machine Data, 머시닝 프로그램, 장착물 데이터, Cutting tool files, 생산 스케줄에 대한 접근성 향상을 통해 실시간으로 공정을 관리하는 시스템으로 Cyber Scheduler, Cyber Tool Management, Cyber Machine Monitor 모듈 등으로 구성 Cyber Factory를 통해 Tool의 수명 측정(Warning Sign 표시), 주간 작동상태 Report와 Spindle load records, Trouble-shooting을 위한 Alarm Navigation, 유지보수 모니터링 등을 지원 그림 9 Yamazaki Mazak의 CPC(Cyber Production Center) 개념도 Korea Evaluation Institute of Industrial Technology 127

128 KEIT PD Issue Report PD ISSUE REPORT JULY 2015 VOL 15-7 공작기계 분야 세계 제일의 업체인 일본 Mazak의 Integrex-e 시리즈의 e-tower는 공작기계로부터의 다양한 정보를 수집하고 작업자에게 원격 전달하는 중계기 역할을 하는 생산라인의 공작기계에 대한 모니터링 설비로 무인가공 시간 극대화, 가공공정, 훈련, 유지보수, 스케줄 정보를 제공 표 2 Yamazaki Mazak가 표방하는 Intelligent Machine 구 분 Active Vibration Control Intelligent Thermal Shield Intelligent Safety Shield Mazak Voice Adviser 내 용 축 이동 가속/감속에 따른 기계의 진동감소를 통해 가공정확도와 머시닝 타이밍 개선 공작기계 작동에 따른 열 발생에 의한 Machine Unit의 변형과 가공기 일부분의 이탈을 제어 작업자 기계구동시 싱크로나이즈된 3D Model을 CNC 디스플레이에 구현하여 작동시 사고 대비 작동을 위해 입력한 스위치에 대한 안내 메시지와 주의 사항을 Voice를 통해 숙지 Intelligent Performace Spindle 스핀들 내에 장착되어 있는 센서가 가공시 제어가 필요한 다양한 속성을 모니터링 Intelligent Maintenance Support 필터, Cover Wiper 등 소모성 자재의 상태를 지속 모니터링 Mazak의 Smooth X는 스마트폰, 태블릿 PC와 유사한 사용성을 지원하는 새로운 HMI로서, Factory Management Support 기능을 제공하여 컨트롤러와 MES, ERP 등 상위 생산 공정시스템과 데이터 정보 공유가 가능하도록 하여 생산성 향상을 지원 그림 10 Yamazaki Mazak의 Smooth-X 컨트롤러 128 한국산업기술평가관리원

129 ISSUE 7 ICT 융합 스마트 가공시스템 기술동향 및 개발방향 DMG-MORI의 CELOS는 기계와 상위 시스템(ERP, MES 등)과의 연계를 통해 생산 및 품질관리가 가능하도록 하는 새로운 HMI로 아이디어부터 최종 제품의 가공까지 전 공정을 단순화하고 빠르게 진행할 수 있는 디지털 제조 환경을 지향하고 있음 그림 11 DMG-MORI의 CELOS 기능 및 HMI 센서융합 및 네트워킹 기술, PMC 인터페이스 기술, 실시간 모니터링/진단, 클라우드 기반 데이터 관리기술 등의 ICT 기반 융합기술을 활용하여 스마트 공장 및 첨단가공 분야에 적용가능한 양방향 통신용 스마트 공작기계시스템 개발의 필요성이 제고되고 있음 스마트 머신간의 양방향 통신(M2C) 기능은 공작기계의 상태 정보, 가공정보, 운용정보 및 생산정보 등을 상호 공유할 수 있게 되고, 정보화된 클라우드를 통해 생산설비 및 공장 운영체계를 최적화 하므로 향후 스마트 공장을 구현하는데 한층 효율화를 기할 수 있게 됨 PMC 인터페이스 기술을 활용한 공작기계 상태정보 추출 기술은 기존의 공작기계를 스마트화하는 핵심기술로서 다음과 같은 요소기술에 대한 연구가 진행되고 있음 - 공작기계의 동작상태 및 현상태를 나타내는 PMC(Programmable Machine Controller) 인터페이스를 통해 공작기계의 상태를 CNC 독립적인 공작기계 상태정보 추출 기술 - PMC의 DI(Digital Input) 접점과 표준 인터페이스 기능을 가지는 지능형 HMI(Human Machine Interface) 탑재용 미들웨어 구현 기술 - 미들웨어는 스마트 주축, 이송계, 기계구조계, 지그 & 픽스쳐 등에 삽입된 센서신호를 수집할 수 있는 AI(Analog Input) 단자를 포함하고 있어야 하며, 이들 신호를 디지털화 할 수 있는 디바이스를 구현 기술 Korea Evaluation Institute of Industrial Technology 129

130 KEIT PD Issue Report PD ISSUE REPORT JULY 2015 VOL 15-7 그림 12 양방향 통신(M2C)이 가능한 ICT 기반 차세대 스마트 공작기계 시스템 ICT 기반 스마트 공작기계시스템의 핵심요소 기술 개발은 스마트 구성요소, 기계구성시스템, 시스템 구현기술 등에 관한 연구가 진행되고 있음 - 연구의 주된 방향으로는 ICT 기반 융합기술이 내장된 가공시스템과 핵심기술을 개발하여 첨단 고부가가치 제품을 고정밀/고효율로 가공하는 스마트 공작기계시스템을 개발하는 것으로 진행되고 있음 - 온도제어(±0.5 이내), 진동감지(불균형 0.5μm 이내), 미세부하감지(무부하 5 %이내), 가변예압(±10% 이내)이 가능한 스마트 주축 시스템, 온도제어(±1 이내), 미세부하(무부하 5%이내) 감지가 가능한 스마트 이송 시스템, 열변위 보상(±5μm이내), 온도제어(±1 이내)가 가능한 스마트 기계구조시스템 개발하여 스마트 기계 시스템을 구현하는 기술임 - RFID, 바코드, 비전 등의 인식장치를 활용 한 공구홀더 인식 및 실시간 공구수명관리가 가능한 ATC 및 공구관리 모듈 개발과 실시간 하중 모니터링이 가능한 지그&픽스쳐 등의 스마트 구성요소를 개발/적용하여 공작기계의 스마트화를 제고하는 기술이 연구되고 있음 130 한국산업기술평가관리원

131 ISSUE 7 ICT 융합 스마트 가공시스템 기술동향 및 개발방향 - 접촉식/비접촉식 기상측정, 센서융합 기반 자기 모니터링, 경험기반 공정학습제어, 열변위 보상, NC 시뮬레이션 입/출력, 지능형 HMI 및 이를 활용한 M2C 등의 ICT 기반 융합 S/W 이식이 가능한 제어장치(미들웨어)의 설계 및 개발하여 스마트 공작기계시스템을 개발하는 연구를 수행하고 있음 센서 융합 및 네트워킹 기술을 활용한 공작기계 상태 및 가공공정 모니터링 시스템을 구축하는 기술에 대한 연구가 활발히 진행되고 있음 - 다중센서(온도, 진동, 전압/전류, 하중, 유압, 유량, RFID 및 비전 등) 및 센서융합(센서융합도 2개 이상)기반 공작기계시스템 상태추출에 대한 기술은 공작기계의 스마트화에 대한 핵심요소 기술이며, 센서의 빌트인(built-in) 기술 및 내구성 및 내환경성에 대한 연구가 진행되고 있음 센서의 내구성 및 내환경성 : 공작기계사용환경(IP56) 적합성 충족 - 센서 인터페이스 및 공작기계와의 통신을 위해 산업용 표준 및 CAN, OPC, IoT(Internet of Things), Fieldbus 등의 다양한 통신프로토콜을 지원하는 통신 및 네트워크에 대한 연구도 수행 중임 그림 13 센서 융합/네트워킹 기술 및 적용 예 출처: AWK 2014 (Fraunhofer IPT & WZL RWTHAACHEN) 센서융합 신호를 이용한 ICT 융합기술 개발에 대한 연구가 진행되어 기존의 데이터를 활용하여, 생산운용에 필요한 데이터를 융합하여 공정에 적용하고 있음 - 센서 신호를 활용한 CBM(condition-based maintenance) 기반 공작기계 및 주변장치에 대한 예지보전(preventive maintenance) 기술의 적용 Korea Evaluation Institute of Industrial Technology 131

132 KEIT PD Issue Report PD ISSUE REPORT JULY 2015 VOL 공작기계 시스템 관리 및 상태 데이터 관리용 구조 및 클라우드 기술과 데이터 수집/처리 모듈이 적용되어 데이터관리 95% 이상을 목표로 하는 생산 공정 정보 관리 기술이 연구되어 적용하고 있음 - 센서로부터 융합된 모니터링 신호를 이용한 self-learning, self-optimizing 기능을 가지는 공작기계시스템의 고장진단 기능에 대한 연구 진행 - 공작기계 진단 및 추론을 위한 공작기계시스템의 고장상태 코드화 기술, 추출된 데이터의 관리 및 활용에 대한 기술이 적용되어 정보의 클라우드화 기술이 진행되고 있음 - 초소형 경량화, 공작기계에 부하를 주지 않고 직관적 사용자 인터페이스 기반의 모니터링 모바일 디바이스 설계 및 기술 등에 대한 연구는 공작기계시스템의 스마트화 및 스마트 공장 구현의 핵심 구성요소로 등장되고 있음 (공작기계 장착 S/W 기반의 모바일 모니터링 디바이스) 그림 14 공작기계 자가진단 및 고장진단 출처: AWK 2014 (Fraunhofer IPT & WZL RWTHAACHEN) 지능형 HMI 기술과 기계간 통신 및 클라우드 통신(M2C) 기술은 ICT 기술에 의해 빠르게 발전하고 있고, 이들 기술은 실제 공작기계시스템에 장착되어 스마트 공작기계시스템의 구현 및 적용영역이 확대되고 있음 - 작업자 친화형 지능형 HMI 구현은 센서를 통한 실제 데이터를 수집 및 가공하여 공작기계시스템 운용에 대한 계획 데이터를 생성하는 기술이 개발되고 있음 - 이는 대화형 CAM을 이용한 가공데이터 자동화 기술 및 추론 기능을 가지는 rule 기반 가공 최적화 기술 등이 실시간으로 가공되어 공작기계를 운용함 - 또한 지능형 HMI를 이용하여 NC 가공의 실시간 시뮬레이션 및 보정기술 등과 같은 IT 기술 등이 실제 공작기계에 장착되고 있음 132 한국산업기술평가관리원

133 ISSUE 7 ICT 융합 스마트 가공시스템 기술동향 및 개발방향 그림 15 HMI & ICT 기반 S/W 실장 기술 출처: AWK 2014 (Fraunhofer IPT & WZL RWTHAACHEN) 3. 시장 동향 국내 동향 최근 들어 정부에서는 제조업 혁신 3.0 전략 을 내걸고 제조업의 지속적인 진화와 발전을 통해 경제의 혁신과 도약을 이루자는 운동을 전개하고 있으며, 이에는 ICT기술과 더불어 제조업의 핵심인 공작기계기술의 역할이 매우 중요함 그러나 국내 공작기계 산업의 경우 CNC 선반, 머시닝센터 등을 주력기종으로 세계시장을 확보하고 있고, 하드웨어에 대한 독자 설계기술을 보유하고 있으나, 인터넷 강국임에도 불구하고 ICT를 활용한 공작기계 기술은 여전히 후진성에 머물고 있음 고속 고정밀화, 다기능 복합화, 유연화 지능화 및 소형화(콤팩트화) 등 고부가가치 핵심 기반기술 분야에서 선진국과의 기술격차가 확대되고 있음. 복합 터닝센터 등 일부 기종을 상용화하고 있으나, 머시닝센터, CNC 선반/터닝센터, 방전가공기 등 주력기종의 다양화와 비교하여, 선진국과 같은 다양한 상품화가 부족함. 특히 자동차 관련 초고속 초정밀 또는 다계통(multi-Path) 복합가공기의 모델 개발 및 생산이 이루어지고 있으나, 선진국에 비해 정밀도, 강성, 신뢰성에서 열세를 보이고 있음 Korea Evaluation Institute of Industrial Technology 133

134 KEIT PD Issue Report PD ISSUE REPORT JULY 2015 VOL 15-7 특히 화천기공, 두산 인프라코어 등의 공작기계 제조사를 비롯하여 기계연, 생기연, POSTEC 등의 연구기관들이 첨단 고부가가치 부품 및 제품 생산용 가공시스템과 ICT를 활용한 각종 소프트웨어를 탑재한 가공시스템을 개발, 일부 상용화 하였으나 금형 가공분야의 화천기공을 제외하면 전반적인 공작기계기술은 미미한 상태임 스마트 공작기계의 관점에서 ICT 기반 융합기술, 지능형 HMI 및 M2M 기술 등을 활용한 운영기술 등의 개발이 필요하나, 이에 대한 연구가 지체되고 있는 실정이며, 국내의 IT & CT 기술을 활용하면 스마트 공작기계의 ICT 융합분야로 세계 시장선점이 가능함 참고로 국내의 가공시스템 분야별 시장은 2010년 약 2조 2000억 원에서 2020년 약 6조 4,000억 원으로 연평균 10.9%의 성장률을 보이는 것으로 전망 됨. 특히 지능형 가공시스템 국내시장은 2009년에 21억불에서 연평균 10.5%의 성장률을 기록하며 2014년에는 38억불에 이를 전망 자 율 적 응 가 공 시 스 템 의 시 장 규 모 는 정 확 한 데 이 터 는 없 으 나, 세 계 시 장 의 5 % 정 도 의 시 장 규 모 로 예측됨(산업융합원천기술개발사업 자융적응 생산시스템 기획보고서). 국내 공작기계산업은 초기 선진국으로부터 기술도입 및 역설계 등을 통한 생산에서 국산화 독자개발 단계를 거쳐 현재 선진국과의 기술경쟁 단계에 진입함. 지속적인 자체기술 확보 노력에도 불구, 고부가가치 제품분야에서 선진국과 기술격차를 좁히지 못하고 있음 국내 공작기계 메이커는 자사 제품의 품질경쟁력 확보를 위하여 국내 중소업체들과의 기술협력보다는 일본, 독일 등 선진 부품업체로부터 핵심부품을 공급받아 제품을 개발하는 것을 선호하며, 핵심부품인 CNC 장치, 서보모터, 주축/ 베어링, 이송계 등의 기술경쟁력이 미흡함. 특히 자동차 등 수요산업에서 요구되는 고능률/고유연 장비, 반도체 전자 분야의 초정밀/미세 장비 등 고부가가치 제품은 대부분 수입에 의존하고 있는 실정임 표 3 가공시스템 분야별 국내시장 (단위: 억원) 분 야 CAGR 가공장비 11, ,303 13,165 15,140 17,411 23,026 30,451 40, % ICT시스템/요소(S/W) % CNC , ,566 9,445 10,523 11, % 계 22,035 23,471 25,005 27,979 31,360 39,590 50,389 64, % 출처: 한국공작기계협회 시장분석, 한국산업기술평가관리원

135 ISSUE 7 ICT 융합 스마트 가공시스템 기술동향 및 개발방향 국외 동향 외국의 경우를 보면, 독일 Industrie 4.0'( 12), 미국 Remaking America'( 09), 중국 자주창신( 自 主 創 新 ) ( 10), 일본 산업재흥플랜 ( 13) 이라는 제조업 르네상스를 추진하고 있으며, 주요 내용으로는 제조업의 혁신을 통한 자국의 제조업 경쟁력 향상을 목표로 하고 있음 특히 독일은 Industrie 4.0' 등의 기술개발을 통해 스마트 머신, 스마트 공장구축 등에 약 2억 유로를 투자하고 있으며, 이밖에 IMS(Intelligent Manufacturing System) 분야의 project 등 국제공동연구를 통해서도 ICT 기반 기술의 수준을 높이고 있음 그림 16 Industrie 4.0 발전방향 출처: AWK 2014 (Fraunhofer IPT & WZL RWTHAACHEN) 여기서, 기존의 순차 고정설비, 중앙 집중제어 중심의 제조업 자동화가 중심이 된 'Industrie 3.0'은 소품종 대량생산 체제인 반면, 'Industrie 4.0'은 모듈공정, 가변 유연설비, 자율 분산제어, 시뮬레이션 기반의 제조업 협업을 통해 다품종 대량생산을 목표로 하고 있음 특히 Industry 4.0 은 ICT와 기계 산업의 융합을 통해 제조업의 완전한 협업 생산체계를 구축하고 전체 생산과정이 최적화 되도록 하는 것으로서 스마트 머신을 기반으로 스마트 공장으로의 진화를 목표로 하고 있으며, 이는 제조업의 각 구성요소(스마트 공작기계)들 간에 ICT 기반 협업 생산체제 구축을 근간으로 함 Korea Evaluation Institute of Industrial Technology 135

136 KEIT PD Issue Report PD ISSUE REPORT JULY 2015 VOL 15-7 이와 같이 ICT를 활용한 첨단 가공시스템은 독일, 일본 등의 선진국을 중심으로 자국의 생산수요 증가에 따른 스마트 공작기계 개발에 매진하고 있으며, 중국의 경우도 자국시장의 높은 성장률에 힘입어 공작기계를 중심으로 가공시스템의 생산량 측면에서 해외와의 기술격차를 단축시키고 있음 그림 17 Industrie 4.0 기본 개념 출처: AWK 2014 (Fraunhofer IPT & WZL RWTHAACHEN) 참고로 가공시스템 분야별 세계시장은 연평균 11.5%의 성장률을 보이고 있으며, 이중에 ICT 기반의 S/W 시장도 연평균 13% 정도의 높은 성장세를 보이고 있음 표 4 가공시스템 분야별 세계시장 (단위: 억불) 분 야 CAGR 가공장비 % 시스템 패키지 및 ICT 요소 및 S/W % CNC % 계 , % 출처: 한국공작기계협회 시장분석, 한국산업기술평가관리원

137 ISSUE 7 ICT 융합 스마트 가공시스템 기술동향 및 개발방향 지능형 가공시스템 시장은 2009년에 245억 달러에서 연평균 약 13%의 성장률을 기록하며 2014년에는 507억 달러 수준에 이를 전망임. 또한 고능률 복합가공시스템 및 친환경 가공시스템 세계시장은 2009년 144억불에서 연평균 15%의 성장률을 보이면서 2014년에는 333억불 규모에 성장 스마트화, ICT 융합 기술이 적용된 FMC/FMS 시스템을 포함한 자율적응 가공시스템의 시장규모는 11년 58억불 수준으로, 이중 선진 공작기계 또는 시스템 전문 업체(Fastems 등)에서 시스템 패키지화되어 공급되는 FMC의 비중은 전체 시스템 공급의 50%를 차지할 것으로 예상하고 있음 공작기계(지능형 가공시스템)의 국내외 최대 수요 견인 산업은 자동차, 기계, IT/전자 등으로 최근 항공 조선 및 풍력 등의 산업의 비중이 커지고 있으며, 향후 7%에서 최대 10%수준의 지속적인 성장 될 전망이며, 이는 Total Solution Provider 또는 System Integrator 로서의 역할 요구가 심화되어 공작기계업체간 M&A를 통한 대형화 및 차별화 지속될 것으로 전망되고 있음 제조환경 디지털화 글로벌화에 따라 네트워크 기술을 이용한 분산형 생산시스템으로 다양한 제품요구 대응 및 고능률화 요구에 대응하고, 수요기업의 고유연 맞춤형 장비 요구에 따라, 공작기계 메이커는 부품형상에 대한 하드웨어적 유연성 향상 또는 유연 생산 시스템 체제에 대응할 수 있는 ICT 융합 기술의 적용에 초점을 두고 있음 Korea Evaluation Institute of Industrial Technology 137

138 KEIT PD Issue Report PD ISSUE REPORT JULY 2015 VOL 기술개발 발전방향 및 정책적 시사점 기술개발 발전방향 ICT 기반 스마트 가공시스템의 기술개발을 통해 ICT 융합 기술의 기술수준 및 경쟁력 향상과 첨단 공작기계 산업의 기술 수준 향상이 도모되고 이를 통해 자동차, 항공, 정밀 금형 등의 미래 고부가가치 산업의 경쟁력 확보와 시장선점 효과가 기대됨 ICT 융합 스마트 가공시스템은 스마트 공장 구축의 핵심 구성요소로서 필요에 따라 다양한 기술이 개발되어, 새로운 개념의 스마트 공작기계뿐만 아니라 기존의 공작기계 스마트화를 위한 기술 개발로 발전하고 있음 고부가가치 첨단부품의 초정밀가공과 기능성 미세패턴 가공기술 분야(자동차 부품, IT 부품, 의료기기, 정밀금형 등)에 활용 가능한 스마트 가공 시스템 기술이 급속히 발전하고 있으며, 동시에 스마트공장의 주역으로 활용되는 기술로 개발되고 있음 시사점 및 정책제안 ICT 융합 스마트 가공시스템은 스마트공장의 핵심 구성요소로서 자동차, 정밀금형, 항공 등의 고부가가치 산업의 모든 분야에 적용 가능함 2020년 20만 명 이상의 고용창출 및 선진국 대비 90% 이상의 가공기술확보 등 다양한 경제적 기술적 파급효과로 국내제조업의 글로벌 기술 제품 경쟁력이 보유되어 이를 통한 국가적 창조경제 실현이 가능 특히 국내의 IT 기술의 강점을 활용하면 ICT 기반 스마트 가공시스템에서 필요로 하는 ICT 융합 기술의 시장선점이 가능하여 이에 대한 관련 연구과 기술개발 및 지원이 시급히 요구됨 ICT 융합 스마트 가공시스템기술은 현재 시장에서 요구되는 스마트 공장의 대응과 ICT 기술을 기반으로 한 융합 기술의 신규창출을 통한 자동차, 정밀금형 등의 고부가가치 산업의 경쟁력 제고를 위한 기술개발이 필요함 138 한국산업기술평가관리원

139 ISSUE 7 ICT 융합 스마트 가공시스템 기술동향 및 개발방향 [참고문헌] 1. 유연생산체계를 구현하는 Smart Factory: 생산전략의 효과적 운용방안, Deloitte operational excellence services, IT 융합가공장비 산업기술 로드맵, KOMMA, 제조업의 미래와 ICT의 역할, 오윤수, 박현수, 오기환, 디지에코, 인더스트리 4.0과 제조업 창조경제 전략, 한국정보화진흥원, 지능형가공시스템 기술동향 및 시장동향", 산업기술로드맵, FACTORY OF THE FUTURE, WHITE PAPER, IEC, [국내외 주요 기술개발 현황] 연구기관명 프로젝트명 개요 연구기간 생산기술연구원 자율적응 생산시스템 통합 운용 기술 개발 - 재구성형 모듈러 시스템 개발 - 무인화 가공공정 최적화 및 자율대을 기술 - 지능형 센서 네트워킹 및 모니터링 기 술 개발 ~ 스맥 정밀공작기계 가공공정 자가진 단 기반 능동제어 핵심요소기술 및 시스템 개발 - 실시간 자가진단 모니터링 장치 개발 - 실시간 능동제어기 개발 - 스마트 냉각장치 개발 ~ 한국기계연구원 고속 지능형 가공시스템의 개발 - 원격운용 초고속 HMC 실용화 기술 - 고속 지능형 Line Center 실용화 기술 - 기타 핵심요소 기술의 실용화 기술 ~ Korea Evaluation Institute of Industrial Technology 139

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141 GIFA/METEC/THERMPROCESS/NEWCAST 2015 박람회에서 본 주조 및 열처리 기술 동향 및 시사점 l저자l 김성덕 PD / KEIT 생산기반PD실 강정윤팀장 / KEIT 평가총괄팀 장근영책임 / KEIT 평가총괄팀 SUMMARY 목적 뿌리산업 관련 세계 최대 박람회 참가를 통해 주조 및 열처리 등 최신 뿌리기술 동향을 분석하여 향후 기술 개발 방향을 제시 GIFA/METEC/THERMPROCESS/NEWCAST 2015 박람회 개요 본 박람회는 국제 주조기술 박람회(GIFA 2015), 국제 야금기술/장비 박람회(METEC 2015), 국제 공업로 및 열처리 기술 박람회(THERMPROCESS 2015), 국제 주조물 박람회 2015(NEWCAST 2015)로 구성 주조기술 분야는 1 주조공정의 자원절감 및 고효율화, 2 환경부하 저감을 위한 친환경 주물 원부자재, 3 Hybrid Material, 4 Near-net-shape casting, 5 3D printing, 6 Smart Factory (Industry 4.0), 7 Alloy Development, 8 인력양성 등과 관련된 이슈 중심으로 전시됨 열처리 분야는 산업 특성상 에너지와 원부재료 사용 저감 및 고효율화가 핵심 이슈이기 때문에 이를 중심으로 한 장치와 소재 부품 중심으로 전시됨 시사점 및 정책제안 2015년도 핵심 주제인 Bright World of Metals"와 함께 Eco Metals Campaign"을 진행, 에너지효율 증대와 자원절감에 대해 다양한 기술들이 소개되고 있어 향후 이 분야의 기술개발이 가속화 될 것으로 예상됨 주조산업 분야에서는 특히 Smart Factory화 에 대한 관심이 높고 ICT와 연계한 불량률 최소화 및 실시간 모니터링 기술 등은 주조산업에 새로운 변화를 가져올 것으로 예측됨 세계 각국의 기업들은 본 박람회를 세일즈의 장으로 적극 활용하고 있으나, 국내기업의 존재감은 없어 이에 대한 정부차원의 지원 방안 마련이 필요함

142 KEIT PD Issue Report PD ISSUE REPORT JULY 2015 VOL GIFA/METEC/THERMPROCESS/NEWCAST 2015 박람회 개요 기술 개요 및 특징 개최장소 : 독일(Germany) 뒤셀도르프(Dusseldorf) 박람회 규모 : 154,000m2, 2,214여 업체, 약 80,000여명 참관 박람회 기간 : 2015년 6월 16 20일 뒤셀도르프 박람회는 4년 주기로 개최되는 주조/야금/공업로/열처리기술 분야 국제 전시회로 4개의 전시회가 같은 장소에서 동시에 개최됨 국제 주조기술 박람회(GIFA 2015), 국제 야금기술/장비 박람회(METEC 2015), 국제 공업로 및 열처리 기술 박람회(THERMPROCESS 2015), 국제 주조물 박람회 2015(NEWCAST 2015)로 구성 * GIFA는 1956년, METEC은 1964년, THERMPROCESS는 1974년, NEWCAST는 2004년 각각 시작 이번 행사의 특징은 Bright World of Metals 행사와 함께 에너지 효율과 자원절감을 주제로 한 Eco Metals campaign 을 진행함 * GIFA와 NEWCAST 뿐만 아니라 METEC과 THERMOPROCESS 전시회 전체에 걸쳐 24개 업체로 이루어진 Eco Metals trail 을 구성하여 이해 관계자들의 관심을 끌도록 하였음 그림 1 뒤셀도르프 국제 박람회장 전경 및 전시회장 Lay-Out 142 한국산업기술평가관리원

143 ISSUE 8 GIFA/METEC/THERMPROCESS/NEWCAST 2015 박람회에서 본 주조 및 열처리 기술 동향 및 시사점 2. 주조기술 분야 (GIPA 및 NEWCAST 전시장 중심) 주조기술 분야는 1 주조공정의 자원절감 및 고효율화, 2 환경부하 저감을 위한 친환경 주물 원부자재, 3 Hybrid Material, 4 Near-net-shape casting, 5 3D printing, 6 Smart Factory (Industry 4.0), 7 Alloy Development, 8 인력양성 등과 관련된 이슈 중심으로 전시됨 1. 주조공정의 자원절감 및 고효율화 주조공정에서 회수율을 높여 원부재료를 절감하는 기술과 금속의 용해 및 용탕 유지 과정에서의 에너지 효율을 높인 설비 등이 다수 출품됨 고효율 용해 주조설비 (ABP의 OPTIPOUR) 카메라가 내장되어 실시간 모니터링을 통해 over pouring을 방지하는 자동주입 시스템을 선보임 그림 2 ABP의 OPTIPOUR camera version (StrikoWestofen의 StrikoMelter ) 노체의 전체적인 반사, 내화 라이닝 및 버너 설계 등을 통해 에너지 절감과 회수율 증가, 라이닝의 마모 감소 등의 효과를 얻을 수 있는 제품 출시 - 금속 1톤 용해시 525kWh의 전력만이 소비되며, 최대 20년간 사용 가능 그림 3 StrikoWestofen의 StrikoMelter Korea Evaluation Institute of Industrial Technology 143

144 KEIT PD Issue Report PD ISSUE REPORT JULY 2015 VOL 15-7 (FRECH의 다이캐스팅 설비) 아연 합금 및 마그네슘 합금용 hot chamber type의 다이캐스팅 설비를 선보임 - 기존 장비 대비 더 빠르고 클램핑 힘을 줄일 수 있어 경제적 이점을 가지고 있음 그림 4 FRECH의 아연합금용 다이캐스팅 설비 (RAUCH의 마그네슘 합금용 dosing furnace) 열회수 장치를 이용하여 gas-fired burner로 유입되는 공기를 예열, 기존 설비 대비 30% 가량 에너지 절감이 가능한 dosing furnace 그림 5 RAUCH의 마그네슘 합금용 dosing furnace (FOSECO의 INSURAL) 내부 라이닝을 설치하기 전에 완전 건조하여 3~4일간 계속 사용하더라도 수소 혼입으로 인한 문제가 발생하지 않고 젖음성이 낮기 때문에 불순물에 대한 저항성이 높음 - 완전 건조한 다음 설치하여 별도의 소결 공정이 불필요하고 단열성이 높기 때문에 약 17%의 에너지 절감이 가능 144 한국산업기술평가관리원

145 ISSUE 8 GIFA/METEC/THERMPROCESS/NEWCAST 2015 박람회에서 본 주조 및 열처리 기술 동향 및 시사점 그림 6 Foseco의 INSURAL High Insulating Dosing furnace 고효율 압탕 압탕(riser)은 주조공정에서 주물의 수축결함을 방지하기 위해 설치하는 것으로 결함 방지와 회수율 증대를 위해서는 적정한 크기를 가져야 함 (GTP Schäfer의 Eco-Riser) 안쪽의 exothermic riser와 바깥쪽의 insulating cover를 결합하여 riser의 급탕효과를 극대화하고 이로 인하여 에너지 효율을 크게 증가시킴 그림 7 GTP Schäfer의 Eco-Riser와 그 모식도 (Chemex의 Telefeeder) Compact feeder와 insert sleeve를 결합시켜 압탕의 크기를 감소시키는 것이 가능하며 응고 후 압탕의 절단이 용이하게 해 줌 Korea Evaluation Institute of Industrial Technology 145

146 KEIT PD Issue Report PD ISSUE REPORT JULY 2015 VOL 15-7 그림 8 Chemex의 Telefeeder 2. 환경부하 저감을 위한 친환경 주물 원부자재 Hüttenes-Albertus, FOSECO, ASK Chemicals 등 다수의 주물용 부자재업체에서 emission이 적고 생산성이 높은 무기점결제를 출시 - 조형공정이나 탈형공정에서 발생하는 오염물질이나 에너지 소비를 절감하기 위한 소재 및 공정이 다수 소개 무기 점결제 (Inorganic binder) 환경규제 강화와 안전에 대한 가이드라인이 엄격해지면서 CO2가스 또는 액체 경화제와 함께 규산나트륨을 이용하는 방법이 최근에 다시 주목을 받고 있음 (Hüttenes-Albertus의 Cordis system) 3D printing 설비 업체인 Voxeljet사와 연계하여 주형 적층용 3D printing에 무기점결제를 적용함 그림 9 Hüttenes-Albertus의 Cordis system을 이용한 3D printed core (FOSECO의 무기점결제) 물유리(sodium silicate)를 점결제로, CO2 가스 또는 액체류를 경화제로 이용한 무기점결제를 개발 146 한국산업기술평가관리원

147 ISSUE 8 GIFA/METEC/THERMPROCESS/NEWCAST 2015 박람회에서 본 주조 및 열처리 기술 동향 및 시사점 - SOLOSIL, AMASILIC GS, NUCLEPON 등은 CO 2 가스를 이용하여 경화하는데 고강도, 낮은 점도와 유동성이 좋은 특성을 지님 (ASK Chemicals의 INOTEC TM ) 주형의 강도와 붕괴성을 동시에 향상시키고, 중자의 저장기간을 증가시킨 무기점결제 출시 Shakeout(%) INOTEC TM TC 4000 INOTEC TM TC 5000 그림 10 INOTEC TM 점결제의 붕괴성 비교 친환경 조형 프로세스 (Hüttenes-Albertus의 INFUSER CLIMATIC ) 덴마크의 코펜하겐 대학에 의해 고안된 CLIMATIC 정화 기술을 응용한 기술로 공기정화시스템임 - 소형 반응기에서의 자연 정화 과정을 가속화시키며, 소모되는 에너지 또한 기존 공정 대비 매우 낮음 - 중자 제작 및 조형 공정에서 발생하는 amine, phenol, formaldehyde 및 BTX를 100% 가까이 제거해 줌 그림 11 INFUSER Climatic System Korea Evaluation Institute of Industrial Technology 147

148 KEIT PD Issue Report PD ISSUE REPORT JULY 2015 VOL 15-7 (Sinto( 新 東 工 業 )의 LYTECORE) Polysaccharide binder를 사용하여 붕괴성이 우수하고 재생과정에서 roasting 공정이 불필요하여 에너지 저감이나 환경부하 측면에서 우수한 특성을 보임 - 기존 shell core 대비 1/10 미만의 에너지가 필요 - Shell core는 중자 제거시 50G의 가속도에서 60초 필요하나, 5G의 가속도로 10초간의 진동으로 중자 제거 가능함 그림 12 Sinto의 LYTECORE를 이용하여 제조한 중자 2. Hybrid Material 산업의 발달과 함께 제품의 요구특성이 점점 복잡해지면서 상호모순적인 특성을 요구하는 경우가 많아 서로 다른 특성을 가진 이종소재를 결합하여 사용하고자 하는 노력이 진행되고 있음 금속-금속 동종 또는 이종금속 간의 접합주조 공정에 대한 내용이 많이 소개됨 (FOSECO) 알루미늄 실린더 블록에 들어가는 주철 라이너의 표면을 코팅하여 주조함으로써 주철과 알루미늄 간의 접합력을 강화시킴 그림 13 표면이 코팅된 주철 liner와 그것을 이용한 cast-in cylinder block의 단면 148 한국산업기술평가관리원

149 ISSUE 8 GIFA/METEC/THERMPROCESS/NEWCAST 2015 박람회에서 본 주조 및 열처리 기술 동향 및 시사점 금속-CFRP Fraunhofer IFAM에서 연구 중인 주제 중 하나로 알루미늄 합금과 CFRP를 주조공정을 이용하여 알루미늄과 CFRP의 이종재료를 리벳으로 고정하면 전기화학적인 부식을 발생시켜 접합하는 방법 - 향후 자동차 차체 등에 적용 가능한 유망한 기술로 소개됨 그림 14 알루미늄과 CFRP 복합주조 모식도와 샘플 Cellular Metallic Materials 3차원 구조의 wire preform에 알루미늄 또는 마그네슘을 주입하여 고온강도와 내충격성 및 파괴거동의 향상을 가져올 수 있음 그림 15 Wire preform을 이용한 cellular metallic material과 그 단면 조직 4. Near-net-shape casting 주물의 형상이 복잡한 자동차 부품과 같이 주물 내부에 냉각수나 윤활유 등의 유로를 설치해야 하는 중공형 주물과 같은 경우 최종형상에 가까운(near-net shape) 주물을 생산하기 위한 요구가 증대되고 있음 Korea Evaluation Institute of Industrial Technology 149

150 KEIT PD Issue Report PD ISSUE REPORT JULY 2015 VOL 15-7 (Fraunhofer IFAM의 complex casting) 제조기술과 첨단소재를 연구하는 조직인 Fraunhofer IFAM에서는 초기 아이디어부터 최종제품까지 주조산업의 다양한 분야를 연구하여 산업계의 수요에 대응하고 있음 - 특히 The Right Casting Process for Any Geometry 라는 기치 하에 일반적인 주조공정으로 생산할 수 없는 복잡형상의 주물을 주조하기 위한 다양한 공정을 연구하고 있음 - 복잡형상의 중공형 주물을 제조하기 위한 lost core의 하나로 salt를 이용한 core의 제조를 연구하고 있음 - Salt core는 열적, 기계적 안정성 때문에 고압 다이캐스팅 공정에도 견딜 수 있는 충분한 강도를 가지고 있음 그림 16 다이캐스팅용 salt core - Lost foam, investment casting, 저압주조 등을 이용하여 노동집약적인 deburring이나 decoring 작업이 없는 near-net-shape 주조공정을 연구 중임 그림 17 Lost foam casting으로 제작한 wheel hub motor용 stator housing (Continental의 aluminum turbine housing)세계적인 터보차저 메이커인 Continental은 기존 내열주철이나 내열주강을 이용하여 제조하는 터보차저용 터빈 하우징 대신, 냉각수에 의한 수냉방식을 채용하여 알루미늄 합금으로 터빈하우징을 제조함 150 한국산업기술평가관리원

151 ISSUE 8 GIFA/METEC/THERMPROCESS/NEWCAST 2015 박람회에서 본 주조 및 열처리 기술 동향 및 시사점 - 일체형 터빈하우징의 경우 배기가스의 유로 때문에 제품의 크기와 형상에 따라 7~10개 정도의 중자가 필요함 - 이외에 제품 내부에 냉각수를 위한 유로를 설치해야 하므로 기존의 shell 주형으로는 한계가 있음 - Continental은 Lost foam casting을 이용하여 알루미늄 소재 터빈 하우징을 제조하여 기존 철계합금 제품에 대비하여 약 30%의 경량화를 기대함 그림 18 Continental의 aluminum turbine housing과 그 모형 5. 3D printing 전시회에 출품된 3D printing 장비는 주물사에 점결제를 첨가하면서 적층하는 사형 및 중자 제조용 시스템이 대부분 - 기술적으로 연속작업이 가능하도록 하거나 적층속도를 높이는 등 작업속도 향상과 대형화를 위해 집중 연구를 하고 있음 (Voxeljet의 VXC800HP) Voxeljet사는 Hüttenes-Albertus와 제휴하여 Inorganic binder를 3D printing용 점결제로 사용하고 Belt Conveyor를 경사지게 배치하여 연속작업이 가능하도록 한 continuous 3D printer를 소개함 - Building space의 폭과 높이는 mm이며 conveyor의 말단부에서 적층된 몰드는 unpacking됨 그림 19 Voxeljet의 VXC800HP와 주형 Korea Evaluation Institute of Industrial Technology 151

152 KEIT PD Issue Report PD ISSUE REPORT JULY 2015 VOL 15-7 (ExOne의 Exerial) ExOne은 mm의 building space를 가지는 jobbox를 병렬로 설치하여 여러 개의 작업을 동시 및 연속적으로 할 수 있는 사형 적층 제조 시스템 소개 - 당사의 기존제품 대비 3~4배의 적층속도를 가지고 있으며 높은 치수정밀도(±0.3mm)와 적층 분해능(x/y 0.1mm/0.1mm)을 보임 그림 20 ExOne의 Exerial tm (CMET의 적층조형장치) 일본의 Stereolithography 전문회사인 CMET는 일본 기술연구조합 차세대 3D적층조형기술총합개발기구(TRAFAM)와 연계하여 개발한 점결제를 활용한 사형/중자 적층조형장치를 소개 - TRAFAM은 일본 경제산업성의 위탁을 받아 차세대 산업용 3D 프린터 기술개발 및 초정밀 3차원 조형시스템 기술개발을 수행하고 있는 일종의 연구조합으로 그 결과 중 일부를 본 전시회에 소개함 6. Smart Factory (Industry 4.0) 공정 자동화 설비는 조형부터 후가공까지 다양한 장비와 함께 특히 blasting, cutting, trimming 등 후가공 공정에 특화된 설비가 많이 전시됨 - 주조공정 관리를 위한 프로그램과 함께 에너지 관리와 모니터링을 위한 자동화 프로그램 등도 소개 주조공정 자동화 관련 (Fraunhofer IFAM의 CAST TRONICS ) 주조공정 또는 후공정으로 주물에 RFID transponder를 결합시켜 전자적으로 추적이 가능하게 하여 제품 불량에 대한 원인 분석 및 대책 수립을 용이하게 함 152 한국산업기술평가관리원

153 ISSUE 8 GIFA/METEC/THERMPROCESS/NEWCAST 2015 박람회에서 본 주조 및 열처리 기술 동향 및 시사점 그림 21 Fraunhofer IFAM의 RFID in casting (CAST TRONICS process) (Dr. Tanneberger GmbH의 PADICON) 다수의 용해로에서 소모 전력을 분석하여 작업 스케쥴을 동기화함으로서 전체 공정에서의 전력소모를 최소화함 Without energy management Conventional systems PADICON controled 그림 22 PADICON(Parallel Difference Power Control)의 에너지 관리 주조공정 관리 소프트웨어 (Kurtz Eisenguss의 SMART FOUNDRY) 철계 합금 주조공장에 대한 통합적인 솔루션을 제시 - 비즈니스 프로세스에서 고객 및 파트너의 SAP 통합, 집진기 배기과정에서의 열 회수 시스템 등을 활용한 환경보호 등을 가능하게 함 Korea Evaluation Institute of Industrial Technology 153

154 KEIT PD Issue Report PD ISSUE REPORT JULY 2015 VOL 15-7 그림 23 Kurtz Eisenguss의 Smart Foundry (Celano의 celssm) 공정장비로부터의 신호를 기록, 보관하고 데이터의 편차를 파악하여 공정조건을 최적화함 - 제조시 갑작스런 고장과 관련된 생산중단을 회피할 수 있도록 함 그림 24 Celano의 celssm(celano Smart Signal Monitoring) 154 한국산업기술평가관리원

155 ISSUE 8 GIFA/METEC/THERMPROCESS/NEWCAST 2015 박람회에서 본 주조 및 열처리 기술 동향 및 시사점 주조공정 해석 소프트웨어 (Magma) MAGMA 5 Release 5.3은 스크린 상에서 가상 실험과 자동 최적화를 가능하게 해 줌 - 실제 주조 작업 이전에 robust 공정조건과 최적 솔루션을 결정할 수 있음 그림 25 MAGMA 5 에서의 가상 실험과 공정변수의 영향 - MAGMA C+M은 유기 및 무기 점결제 시스템에서 core shooting, gassing 및 hardening 과정을 모사할 수 있음 그림 26 Sand and air flows during core shooting in MAGMA C+M (ESI group의 QuikCAST와 ProCAST) QuikCAST는 주조공정에서의 용탕충전, 응고, 기포결함 예측 등 기본적인 해석에 중점을 둠 - ProCAST는 Finite Element 기술을 바탕으로 변형과 잔류응력 예측이 가능 - Semi-solid modeling, core blowing, 원심주조, Lost foam 및 연속주조 등 특수주조공정에도 적용 가능함 (애니캐스팅 社 ) 애니캐스팅은 2001년 창업한 순수 국산 주조해석 소프트웨어 개발 및 주조공정 컨설팅 회사로서 1985년 Main solver를 개발한 이후 약 30년간의 노하우가 축적되어 있음 Korea Evaluation Institute of Industrial Technology 155

156 KEIT PD Issue Report PD ISSUE REPORT JULY 2015 VOL 금번 전시회에서는 REAL FLOW TM 을 통한 곡면경계의 최적 유동해석, 중자가스 분포 예측, DBA(Defect base analysis)를 통한 불량예측 최적화 등을 집중적으로 소개함 그림 27 애니캐스팅의 Real Flow를 통한 유동해석 7. Alloy Development GIFA 및 NEWCAST에 출품된 합금 및 주물은 대부분 주철과 알루미늄 합금이며 기타 동합금과 주강 제품 등이 소개됨 고기능 알루미늄 합금 자동차 chassis에 사용되는 고강도 알루미늄 합금(Rheinfelden alloys의 TENSAL)과 실린더 헤드용 AlCu7MnZr 소개(Nemak) 자원 재활용 (DK Recycling의 pig iron) Ferrous waste를 재활용하여 고품질 pig iron을 제작, 이외에 battery 등에 활용할 수 있는 가능성도 제시 그림 28 Ferrous waste를 재활용하여 제작한 pig iron과 Fe powder 156 한국산업기술평가관리원

157 ISSUE 8 GIFA/METEC/THERMPROCESS/NEWCAST 2015 박람회에서 본 주조 및 열처리 기술 동향 및 시사점 8. 인력양성 ( Get in Form project) 독일의 니더 작센에서 시작된 것으로 기존 주조산업에 대한 편견을 극복하기 위해 숙련된 주조 기술자가 학생 및 교사와 협력하여 조형부터 합금의 용해, 실제 주조 뿐만 아니라 시뮬레이션까지 체험할 수 있도록 한 프로그램임 * Get in Form project에 대해 참조 - NEWCAST 전시회장 내에서도 학생뿐만 아니라 지원자에게 직접 주조작업을 체험해 볼 수 있도록 함 그림 29 GET-IN-FORM project (Magma 부스의 응고해석 체험) 정해진 형상의 주물에 체험자 스스로 2가지 크기의 압탕(riser)과 냉금(chill)을 설치하도록 한 다음 자사 소프트웨어를 이용하여 응고양상을 해석하여 주물의 결함과 회수율을 확인할 수 있도록 함 - 응고해석을 잘 모르는 사람도 쉽게 접근할 수 있도록 한 아이디어가 돋보임 그림 30 응고해석 체험 프로그램 Korea Evaluation Institute of Industrial Technology 157

158 KEIT PD Issue Report PD ISSUE REPORT JULY 2015 VOL 열처리 기술 분야 (THERMPROCESS 전시장 중심) 열처리 분야는 산업 특성상 에너지와 원부재료 사용 저감 및 고효율화가 핵심 이슈이기 때문에 이를 중심으로 한 장치와 소재 부품 중심으로 전시됨 1. 에너지 및 자원 효율화 제고를 위한 설비 및 장치 진공침탄 및 모듈형 장비 (SECO/WATWICK의 모듈형 장비) SECO/WATWICK은 세계 최고 기술의 진공 열처리 업체인 입센과 세계 최고 기술의 질화장비 업체인 Nitreg사의 OEM 하청 업체로서 다년간 기술력을 확보하여 자체 브랜드의 다양한 열처리 장비를 소개함 - 진공열처리로, Zero flow 질화로, 대형 어닐링로, 진공 유도 용해로, graphene 제조용 열처리 등 다양한 열처리 장비를 소개하였음 - 특히, UniCase Master 은 기어나 링 등과 같이 대량생산이 필요한 부품에 대해 저압 침탄과 고압 가스 급냉 시스템을 적용하여 높은 정밀도와 변형을 최소화한 연속공정의 친환경적인 모듈형 열처리 시스템임 그림 31 SECO/WARWICK의 모듈형 in-line Case Hardening 장비인 UniCase Master (ECM의 진공침탄장비) 일반적으로 다수의 진공 침탄 장비를 이용하여 양산성을 확보하기 위해서는 침탄 모듈 3기, 템퍼링 모듈 2기, 세척 모듈 1기가 1 set로 활용 - ECM의 경우 독립된 세척 장비를 이용해 세척한 후 장입하면서 예열이 되도록 하고, 가열 챔버와 가압냉각 챔버를 독립적으로 운영하여 침탄과 퀜칭이 이뤄지도록 함 - 또한, 가압 퀜칭셀과 오일 퀜칭셀이 별도로 운영하도록 시스템 개발을 완료함 158 한국산업기술평가관리원

159 ISSUE 8 GIFA/METEC/THERMPROCESS/NEWCAST 2015 박람회에서 본 주조 및 열처리 기술 동향 및 시사점 그림 32 ECM의 ICBP Flex 진공침탄장비 (ALD의 SyncroTherm ) 기존 모듈형 진공 침탄장비 이외에 기어의 단조 공정에 접목되어 진공침탄이 이뤄지도록 하는 모듈을 새롭게 선보였음 - 관련 장비의 도입의 통해 단조공장 자체적으로 침탄공정의 운영이 가능하고 이를 통해 물류 최소화와 단조공정에서 가열된 시편을 곧바로 침탄처리 함으로서 에너지 절감이 가능할 것으로 기대함 그림 33 ALD사의 Multi-Chamber 진공침탄장비 및 One-Piece-flow 생산 개념도 Korea Evaluation Institute of Industrial Technology 159

160 KEIT PD Issue Report PD ISSUE REPORT JULY 2015 VOL 15-7 고주파 및 다중주파 열처리 (CEIA SPA사의 중주파 및 고주파 발생 전원장치) 중주파 및 고주파 열처리에 있어 전원장치의 개발이 중요함으로, 기어의 이중주파수 발생을 위한 전원장치를 상품화한 기업과 이를 포함하여 기어처리용 장비를 출시함 그림 34 Ceia사의 중주파 및 고주파 발생 전원장치 (GH Induction Group사의 유도가열장치) GH Group은 품질제어에 가장 중요한 최적 온도와 시간을 관리하는 기술, 그리고 변형을 최소화하면서 냉각을 빠르게 진행할 수 있는 기술을 소개 그림 35 GH Induction Group사의 TVK-S350 (Tecno Induzione사의 Vertical double-spindle 경화플랜트) Tecno Induzione사는 공정시간은 매우 짧지만 시편 한 개씩만을 처리할 수밖에 없는 특성을 고려하여 양산성을 높일 수 있는 이중 스핀들 경화 장비를 선보였음 160 한국산업기술평가관리원

161 ISSUE 8 GIFA/METEC/THERMPROCESS/NEWCAST 2015 박람회에서 본 주조 및 열처리 기술 동향 및 시사점 그림 36 이태리의 Tecno Induzione사의 Vertical double-spindle 경화플랜트 CEIA SPA, GH Induction Group 등의 열처리 전문업체에서는 균일한 경화층 형성을 위하여 고주파 및 고주파와 중주파 전원을 동시에 활용한 이중주파수 기술을 응용한 제품을 전시함 플라즈마 질화 플라즈마 질화는 질화 경화깊이, 표면경도 및 복합 층의 두께을 용이하게 조절 가능한 기존의 Salt bath 혹은 가스질화보다 많은 장점을 가지고 있는 열처리공정임 특히, 저온 공정으로서 퀜칭 및 템퍼링 공정이 필요 없으므로 다수의 장비가 필요 없지만, 저온 확산공정으로 인해 장시간이 요하므로 동일 공정 장비 다수를 활용하여 양산성을 높이기 위한 방법론이 제시되고 있음 그림 37 Rubig사의 자동차 부품의 플라즈마 질화처리를 위한 Multi-Chamber 장치 Korea Evaluation Institute of Industrial Technology 161

162 KEIT PD Issue Report PD ISSUE REPORT JULY 2015 VOL 에너지 효율 향상을 위한 소재, 부품 및 장비 에너지 효율항상을 위한 열처리 장비 가장 많은 업체가 참여한 분야로 신기술 소개보다는 산업로의 열처리 효율을 향상시키기 위한 로체, 기존 전기로보다 30% 정도 효율을 향상시킬 수 있다는 가스버너에 대한 기술이 주로 소개됨 - 특히 열처리 공정에서 가장 많은 에너지가 소비되는 공정이 연속로를 활용한 어닐링 공정임 - 이 부분 가장 효율 좋은 장비를 상용화 중인 Aichelin GmbH의 경우, 고효율화를 위해 내부열의 재활용, 최신 버너기술의 활용, 단열 극대화, 내부열의 방출 최소화 등을 주요 장점으로 내세웠음 열처리한 후 후처리용 Shot peening과 관련된 장비 업체(W Abrasives사 등)과 각종 로관련 센서 업체, 이 밖에 열처리 후 코팅하는 기술에 관련된 장비 업체들의 자사 제품들을 소개함 그림 38 Aichelin GmbH사의 연속로 장비 열처리 설비에 필요한 단열소재 Sandvik과 3M 등 여러 업체에서 연속로의 열을 밖으로 방출하지 않도록 하는 탄소복합섬유 및 세라믹섬유와 같은 단열용 소재를 전시함 - 관련소재는 약 1000 까지 사용이 가능한 SiO2 방적소재임 그림 39 연속로에서 내부열의 외부 방출을 방지하기 위한 방적소재 및 각종 단열소재 162 한국산업기술평가관리원

163 ISSUE 8 GIFA/METEC/THERMPROCESS/NEWCAST 2015 박람회에서 본 주조 및 열처리 기술 동향 및 시사점 에너지 저감기술로서 열처리 제품의 절반이상의 무게를 차지하게 되는 치구의 무게를 1/5까지 줄일 수 있는 로의 히터, 내부 단열재 및 치구를 탄소복합섬유 또는 세라믹섬유로 대체하는 소재 다수 전시됨 - 내화물에 비교하여 세라믹섬유 사용을 통해 연속로의 경우 53%, 배치 타입의 경우 30%까지 에너지 효율을 향상시킬 수 있다고 보고됨 그림 40 동일 무게의 스틸치구와 카본 파이버 치구의 무게 비교 로 벽의 구성 내화벽돌 (344mm) Ceramic Fiber (175mm) 외벽 온도 (내부 900 ) 방열량 (kcal/m 2 h) 축열량 (kcal/m 2 h) 91,310 2,880 연속로 사용 에너지값 100 (기준) 53,6% 배치로 사용 에너지값 100 (기준) 28.8% 표1 내화벽돌과 세라믹섬유 소재 단열재의 특성 비교 그림 41 탄소섬유복합소재가 적용된 다양한 로 관련 부품 Korea Evaluation Institute of Industrial Technology 163

164 KEIT PD Issue Report PD ISSUE REPORT JULY 2015 VOL 시사점 주조 및 열 표면처리 분야의 키워드는 에너지 고효율과 친환경 주조 분야에서 친환경 공정기술로는 분진, 악취, 폐주물사 등의 환경부하를 저감시킬 수 있는 Lost foam 및 무기점결제 기술 등에 대하여 council을 구성하여 기술선점 및 연구개발에 대해 적극적으로 추진하고 있음 에너지 고효율 실현을 위한 WISE(Warm-up, Insulation, Series heating 및 Efficiency) 기술, 예를 들어 진공. 저압에서의 침탄 및 질화 기술, 플라즈마 질화 장비, hybrid 열원 용해로, 열효율을 높이기 위한 단열 소재에 대한 기술 개발이 활발함 - 열처리분야에서 에너지 및 공정 효율이 높은 기술은 대기압보다는 진공분위기에서 진행되는 경우, 전기로 방식보다는 가스 방식, 시편 전체에 대한 열처리보다는 부분적으로 처리되는 방법, 그리고 보다 낮은 온도에서 신속으로 진행되는 열처리임 산업핵심기술개발사업(생산기반) 중 열처리 분야로 개발되고 있는 자동차 부품의 이중주파수 기술, 다실형 진공챔버기술, 플라즈마질화 기술 등이 첨단뿌리기술 및 에너지 효율성을 높이는 기술로서 소개됨 - 지원하고 있는 사업에 대해 지속적으로 모니터링 하여 향후 새로운 시장을 개척할 수 있는 방안 모색 필요 주조산업의 Smart Factory화 에 대한 관심 고조 최근 각광받고 있는 3D printing 장비는 주물사에 점결제를 첨가하면서 적층하는 사형 및 중자 제조용 시스템이 대부분으로 이 분야에 대한 연구개발 및 현장적용이 지속적으로 활발해질 것으로 판단됨 주물에 RFID transponder를 결합시켜 전자적으로 추적이 가능하게 하여 제품 불량에 대한 원인 분석 및 대책 수립을 용이하게 하는 Fraunhofer IFAM의 CAST TRONICS process는 주조산업에 새로운 변화를 가져올 것으로 예측됨 ABP사가 선보인 카메라가 내장되어 실시간 모니터링을 통해 over pouring을 방지하는 자동주입 시스템인 OPTIPOUR와 같은 시스템기술 개발도 필요할 것으로 판단됨 164 한국산업기술평가관리원

165 ISSUE 8 GIFA/METEC/THERMPROCESS/NEWCAST 2015 박람회에서 본 주조 및 열처리 기술 동향 및 시사점 그림 42 세계 각국의 전시관 전경 Korea Evaluation Institute of Industrial Technology 165

166 KEIT PD Issue Report PD ISSUE REPORT JULY 2015 VOL 15-7 세계 각국의 기업들은 GIFA 등 전시관을 세일즈의 장으로 활용 개최국인 독일뿐만 아니라, 중국, 일본, 남아공, 브라질, 이탈리아, 터키, 인도 등 다양한 국가에서 조직적으로 참가하여 주조기술 및 공정장비를 소개함 일본의 경우 세계시장 진출을 공동으로 도모하기 위해 28개 중소기업이 조직한 컨소시엄으로 GIFA, NEWCAST 등 주물관련 전시회에 공동 참가함 한국에서 전시관을 방문한 연인원이 약 1,000여명에 이른다고 하지만 전시회에 참가한 업체는 애니캐스팅사 등 7개 기업뿐으로 아쉬움이 남음 - 그러나, 한국주조공학회에서는 Fraunhofer IFAM과의 Joint Session을 마련하여 기술협력 네트워크를 구축함 특히, 뿌리산업에서도 빠르게 성장하는 중국의 모습을 확인함 - GIFA/METEC/THERMPROCESS/NEWCAST 2015 박람회 전체 참여기업(2344개) 중 중국기업은 74%(1736개)이며 일본은 2%(47개), 우리나라는 0.3%(7개)임 세계 최고 기술의 진공 열처리 업체인 입센, 세계 최고 기술의 질화장비 업체인 Nitreg사의 OEM 하청 업체로서 다년간 기술력을 확보한 SECO Warwick이 가장 큰 부스를 가지고 전시회에 참여한 것은 시사하는 바가 큼 - 국내 장비 수준을 세계적 수준으로 발전시키는 기술에 대해 정부차원에서 지속적인 지원이 필요함 166 한국산업기술평가관리원

167 ISSUE 8 GIFA/METEC/THERMPROCESS/NEWCAST 2015 박람회에서 본 주조 및 열처리 기술 동향 및 시사점 Korea Evaluation Institute of Industrial Technology 167

168 작성자/문의처 PD운영지원단TF 박동규 단장 이성덕 수석 하종현 책임 정해근 책임 백승철 책임 전자전기산업 PD그룹 의료기기 PD실 허 영 PD 도정회 수석, 김유곤 선임( , 9253) 반도체공정/장비 PD실 양지운 PD 배근식 책임( ) 시스템반도체 PD실 손광준 PD 전준표 선임( ) 디스플레이 PD실 이정노 PD 전호승 책임( ) 임베디드SW PD실 이규택 PD 이건재 책임( )

169 산업융합 PD실 한상철 PD 장종찬 책임( ) LED/광 PD실 전기영 PD 김유곤 선임( ) 홈/정보가전 PD실 윤기권PD 이연옥 책임( ) 창의산업 PD그룹 바이오 PD실 최수진 PD 정인수 책임, 권소현 선임( , 8272) 지식서비스 PD실 한형상 PD 박지훈 책임( ) 나노 PD실 고병철 PD 김병재 선임( ) 디자인 PD실 허 석 PD 조재훈 책임( ) 특허 PD실 백온기 PD

170 작성자/문의처 시스템산업 PD그룹 스마트카 PD실 문종덕 PD 이재득 책임( ) 그린카 PD실 손영욱 PD 서재익 책임( ) 조선 PD실 김종현 PD 정지홍 책임( ) 플랜트 PD실 이공훈 PD 권철민 선임( ) 산업용 기계 PD실 김선창 PD 이민규 선임( ) 생산장비 PD실 남성호 PD 이호준 전임( ) 로봇 PD실 박현섭 PD 심창섭 책임( ) 임강수 책임( )

171 소재부품산업 PD그룹 생산기반 PD실 김성덕 PD 신용관 책임, 성기온 전임( , 8362) 금속재료 PD실 장웅성 PD 장경미 선임( ) 화학공정 PD실 한정우 PD 조혜영 선임( ) 섬유의류 PD실 김익수 PD 조상희 책임( ) 세라믹 PD실 정봉용 PD 양미성 책임( )

172 PD이슈리포트 발간목록 발간호 발간분야 이슈제목 10-1호 10-2호 10-3호 10-4호 10-5호 10-6호 10-7호 10-8호 SW 로봇 IT융합 BcN RFID USN DTV 차세대컴퓨팅 지식정보보안 홈/정보가전 로봇 이동통신 IT융합 BcN DTV 홈 정보가전 기획총괄 SW 차세대컴퓨팅 지식정보보안 로봇 RFID USN 표준PD DTV 방송 IT융합 이동통신 기획총괄 모바일 산업 환경에서의 SW발전 및 육성 방향 웨어러블 로봇의 개발현황 및 전망 차량용 S/W 플랫폼 표준화 동향 Mobile Backhaul 장비의 시장동향 및 기술개발 전략 화물컨테이너용 보안장치 기술동향 및 국제 표준화 이슈 방송용 카메라시장 및 연구개발 동향 모바일 클라우드 기술현황 및 전망 스마트폰 보안 및 모바일 산업 활성화 홈네트워크 상호운용성 확보를 위한 한국형 표준 플랫폼 수술로봇의 개발 현황 및 전망 모바일 산업 동향 및 분석 조선산업의 e-navigation 현황 및 대응방안 패킷-광 통합 전달망 장비 기술동향 및 시장전망 국내 모바일방송 기술의 해외진출 현황 및 추진전략 실감 감성형정보가전기기의 현재와 미래 특허정보를 활용한 IT기술수준조사 모바일 인텔리전스 현황 및 발전방향 감성 ICT산업 현황 및 전망 국가안전관리를 위한 홈랜드 시큐리티 현황 및 대응방안 로봇 SW 플랫폼의 현황과 발전 방향 국내ㆍ외 USN용 센서산업 동향 및 활성화 전략 표준 특허 분쟁과 대응방안 스마트TV 현황 및 발전전략 IT와 주력산업의 융합 사례 차세대 이동통신 현황 및 발전방향 2009년도 IT산업원천 기술수준조사 방법론 및 결과

173 발간호 발간분야 이슈제목 10-9호 10-10호 10-11호 10-12호 11-1호 11-특집호 SW 차세대컴퓨팅 지식정보보안 IT융합 RFID USN 기획총괄 이동통신 DTV 방송 BcN 홈 정보가전 SW 차세대컴퓨팅 지식정보보안 기획총괄 IT분야 PD 전체 기획총괄 기획총괄 기획총괄 가상제조 기술의 현황 및 발전방향 CPS(Cyber-Physical Systems) 기술현황 및 전망 금융 IC카드 위협, 부채널 공격 현황 및 대응방안 인체기반 에너지 하베스팅 기술 현황 및 전망 USN과 M2M(Machine to Machine) Backcasting을 활용한 기술예측방법론 국내 융 복합 모바일 통신기기 종합시험 현황 및 시사점 디지털 라디오방송 기술 및 정책 동향 서비스 전달 플랫폼 기술현황 및 시장전망 제로 에너지 하우스 현황 및 전망 동향분석 및 예측 기술 현황과 발전방향 매니코어 시스템 기술 현황 및 전망 프라이버시보호 및 사이버보안 이슈와 대책 방안 2011년 IT 핵심이슈 및 트랜드 분석 IT 기술 분야별 2010년 주요성과 및 2011년 연구계획 2011년도 IT기술진흥시행계획 2010년도 IT기술수준 조사 결과 2010년도 IT특허경쟁력 분석 결과 기획총괄 IT융합 미래기술예측조사 호 로봇 RFID USN 홈/정보가전 IT융합 IT분야 PD 전체 재난대응 로봇의 개발 현황 및 전망 NFC 국내ㆍ외 동향 및 발전 방향 Digital Holography 기술 동향 및 전망 X-ray 검사 시스템 기술 현황 및 전망 [부록] IT분야 주요 이슈 및 타산업간 융 복합 필요 사항

174 PD이슈리포트 발간목록 발간호 발간분야 이슈제목 11-4호 11-5호 11-6호 11-7호 11-8호 나노융합 디스플레이 반도체 LED 광 차세대컴퓨팅 SW BcN 지식정보보안 차세대이동통신 DTV 방송 바이오 의료기기 생산기반 플랜트엔지니어링 IT기획운영PD IT분야 반도체 디스플레이 LED 광 나노융합 SW 표준 로봇 IT 융합 RFID USN 차세대이동통신 BcN 탄소나노튜브(CNT)의 상용화 현황 및 시장 전망 OLED 조명 기술 동향 및 전망 차세대 반도체 공정/소자 개발 동향 LED 시스템 조명 기술의 전망 그린 IDC 기술 동향과 인증제 추진 방안 빅 데이터 산업현황 및 대응방안 캐리어 이더넷(Carrier Ethernet) 기술동향 및 시장 전망 지능형 영상보안 기술 현황 및 전망 한 중 일 차세대 이동통신 정례 표준협력 회의 UHDTV 기술동향과 산업 전망 바이오화학산업의 현황과 전망 초음파 의료기기의 기술 및 산업동향 제조업의 원천, 뿌리산업의 현황과 발전전략 플랜트안전설계 기술개발 현황 및 전망 2012년 산업융합원천기술개발사업 정보통신분야 R&D 기획방향 차세대 TV 칩셋 개발 동향 3D 디스플레이 기술 동향 및 전망 가시광 통신(VLC) 기술 및 산업전망 차세대 나노바이오의료융합기술의 개발 동향 다국어 자동통번역 기술 현황 및 대응 방안 산업융합기술 분야 표준화 동향 인간로봇상호작용(HRI) 기술의 현황과 발전 방향 농업 IT 융합 기술의 동향 및 전망 RFID기반 물류정보 동기화 기술 및 산업전망 이동통신 트래픽 증가와 주파수 확보 방안 광대역 가입자망을 위한 차세대 Optic 액세스 및 부품 기술현황 및 전망

175 발간호 발간분야 이슈제목 11-9호 11-10호 SW 홈 정보가전 로봇 DTV/방송 바이오 의료기기 기획총괄 플랜트엔지니어링 차세대컴퓨팅 SW 지식정보보안 생산기반 공개SW 기반 국가 R&D 추진 및 글로벌 R&D 능력향상 전략 WPAN기술 표준화 동향 클라우드 기반 로보틱스의 현황과 발전방향 스포츠와 방송기술 동향 유전자치료제 개발의 현황 및 전망 X선 의료영상기기 기술 및 산업동향 특허분석을 통한 지식정보보안분야 메가트랜드 해양 시추시스템 기술현황 및 전망 클라우드 컴퓨팅 이슈 및 현황 국가 SW R&D 품질관리 적용 현황 및 향후 추진방향 인터넷 트래픽 분석의 기술동향 및 발전방향 주요 제품서비스화 사업에 대한 성장가능성 평가와 시사점 12-특집호 18대 분야 2011년 연구개발 주요성과 및 2012년 추진계획 12-2호 기획총괄 신산업 IT 융합 시스템 반도체 반도체 공정 장비 2011, 25대 기술 분야 기술수준조사 결과 섬유패션 IT 융합 기술의 현황 및 확산 발전 전략 SSD(Solid-state Drive) 기술 및 시장동향 반도체 웨이퍼 450mm 대구경화 동향 기획총괄 IT 미래기술예측 호 FOCUSING ISSUE 나노융합 스마트카 그린카 디스플레이 주력산업 IT 융합 지식기반 서비스 산업으로의 발전, 플랜트 - IT 융합 그래핀 응용 기술 연구개발 동향 및 사업화 전망 지능형 자동차 연구 동향 및 지식경제부 R&D 지원현황 그린카 기술의 현재와 미래 동북아 디스플레이 산업현황 조선 IT 융합 기술의 현황과 발전방향

176 PD이슈리포트 발간목록 발간호 발간분야 이슈제목 12-4호 12-5호 12-6호 FOCUSING ISSUE 의료기기 로봇 조선 생산기반 금속재료 DTV 방송 홈네트워크 정보가전 LED 광 FOCUSING ISSUE 표준기술 지식서비스 화학공정 BcN RFID USN 특집 FOCUSING ISSUE 산업용기계 차세대이동통신 시스템반도체 SW 차세대컴퓨팅 지식정보보안 특집 굴뚝 없는 황금 시장, 줄기세포치료제의 미래 재활의료기기 기술 동향 및 전망 로봇 콘텐츠 저작환경 기술의 현황과 발전방향 선박 수중소음 기술동향과 산업전망 자연에서 얻은 지혜, 자연모사기술(Nature Inspired Technology)의 현재와 미래 에너지 산업 전망에 따른 4G 금속소재 개발 전략 디지털라디오 기술 동향 스마트가전 현황 및 발전방향 초강력 레이저 기반 펨토과학기술의 동향과 발전 전망 의료기기 강국으로 도약하는 대한민국 FTA 시대의 국가 R&D와 표준화 전략 지식서비스 시대의 인재상과 교육지식서비스 석유화학 산업의 현황과 발전방안 네트워크 운영체제에 대한 국내ㆍ외 기술동향과 R&BD 성공전략 유통정보 공유를 위한 공통 표준플랫폼 기술 동향 융합기술 R&BD 활성화 추진전략 동반성장의 시금석, 나노융합산업 친환경 난삭재 가공기술 개발동향 모바일 기기용 무선충전 기술 및 표준화 동향 모바일 CPU 기술 동향 및 산업 전망 증강현실과 스마트안경 기술 및 제품 동향 터치기반 스마트 단말 UX 기술 클라우드 컴퓨팅 보안 기술동향과 산업전망 2013년 산업융합원천기술개발사업 과제기획 추진계획

177 발간호 발간분야 이슈제목 12-7호 12-8호 12-9호 FOCUSING ISSUE 생산기반 섬유의류 디스플레이 LEDㆍ광 신산업 IT 융합 특집 1 특집 2 FOCUSING ISSUE 나노융합 로봇 플랜트엔지니어링 스마트카 그린카 홈네트워크 정보가전 주력산업 IT 융합 특집 FOCUSING ISSUE 바이오 의료기기 차세대이동통신 네트워크 반도체 공정 장비 특집 시스템 반도체 연구개발 패러다임 변화해야 지식경제 R&D PD가 바라보는 유망 뿌리기술과 정책제언 고성능 섬유소재의 시장현황과 발전방안 터치 산업 기술 현황 및 전망 특수 광섬유의 연구동향 및 발전 전망 촉감(햅틱, haptic) 기술 현황과 IT로의 응용 전망 u-healthcare 융합기술 활성화 방안 그간의 지식경제 R&D 정책 추진현황 및 전략 우리는 미디어 생태계의 퍼스트 무버 나노코리아2012를 통하여 본 나노기술 R&D 및 산업 동향 로봇 자율주행기술의 현황과 발전방향 비전통 자원 개발 기술 및 발전 전망 지능형 자동차 주요 안전시스템 기술 개발 현황 전력기반 그린카 표준화 동향 및 과제 가전제품 접근성 향상기술 동향 섬유IT 융합 기술의 현황과 발전방향 중국의 12.5( 十 二 五 ) 통신업 중장기 발전계획 조사 대형 OLED 성패 가격성능에 달려 개량신약 개발 현황 및 전망 레이저광의료기기 기술 및 산업동향 한국의 ETRI와 대만의 ITRI 엔터프라이즈망과 클라우드 연결형 가상사설클라우드(VPC) 기술 현황 및 전망 반도체산업 구조혁신을 위한 파운드리산업 현황 및 현안 최근 4년간( )의 지식경제 R&D 추진성과

178 PD이슈리포트 발간목록 발간호 발간분야 이슈제목 12-10호 FOCUSING ISSUE 지식서비스 산업용기계 조선 금속재료 화학공정 섬유의류 DTV 방송 SW 차세대컴퓨팅 지식정보보안 RFID USN 특집 융합기술 강국이 되는 선결 조건 불확실성을 고려한 물류네트워크 최적화를 위한 Stochastic Capacity ptimization기술 개발동향 굴착용 천공장비의 기술개발동향 및 건설기계산업의 발전방향 조선산업에서의 클린쉽 기술 현황 한국 금속산업의 현황분석과 대응전략 디스플레이 소재의 발전동향 섬유 의류 산업의 표준화 전략 클라우드 방송 기술 동향 가상 데스크톱 인프라 기술의 현황과 전망 클라우드 컴퓨팅 기술 스택 및 산업 현황 사용이 편리한 모바일 인증 기술 동향 개방형 IoT 플랫폼 기술 동향 국가 R&D와 표준연계 정책 13-특집호 28대 분야 2012년 연구개발 주요성과 및 2013년 추진 계획 13-2호 FOCUSING ISSUE 그린카 생산기반 화학공정 시스템반도체 신산업 IT 융합 특집 1 특집 2 지식정보보안 산업에 대한 단상 주요 국가별(미 일 독) 그린카 분야 R&D 지원 정책 청정생산 3.0, 진화하는 청정생산의 미래 셰일가스와 화학산업의 대응 방안 실감 멀티미디어 UI/UX와 고성능 컴퓨팅을 위한 GPU 기술 및 산업 동향 건축물의 안전관리를 위한 IT융합 기술동향 2013년도 정보통신 기술진흥 투자방향 및 추진계획 전문가 - 논문 - 특허 -시장 관점에서 바라본 S/W, 시스템반도체 분야 기술수준

179 발간호 발간분야 이슈제목 13-3호 13-4호 13-5호 FOCUSING ISSUE 바이오 스마트카 디스플레이 반도체 공정ㆍ장비 주력산업 IT 융합 특집 1 특집 2 FOCUSING ISSUE 로봇 나노융합 DTV 방송 네트워크 PD 특집 FOCUSING ISSUE 의료기기 지식서비스 플랜트엔지니어링 조선 홈네트워크 정보가전 LED 광 반도체산업 견인하는 스타 팹리스 기업 더욱 육성해야 바이오기반 작물보호제의 개발 현황과 전망 2013 CES를 통해 살펴본 스마트카 기술 개발 동향 OLED 주조명 신산업화 전략 극자외선 리소그라피기술의 현황 조선 해양산업에서의 IT융합을 위한 국제표준의 통합 데이터 모델 고위험(High Risk)에 대한 R&D 투자 활성화 방안 산업별 산업융합원천 R&D전략( ) 소재부품 키워야 무역적자 던다. 생체신호 인터페이스 및 재활보행로봇에의 적용기술 나노기업의 기술혁신역량 조사분석 결과 스마트 실감미디어 산업동향 세이프네트워크 (Safe-Network) 기술 기획단계 R&D과제 경제성분석 방법론 및 사례 스마트카가 달린다 PACS(Picture Archiving and Communication System) 기술 및 산업 동향 고령친화형 정보서비스의 현황과 시사점 유동안정성 확보 기술 및 발전 전망 북극항로 개방현황 및 관련 조선 산업 기술동향 스마트홈 미들웨어 기술 동향 및 산업 융합 전략 레이저산업의 부활 (I. 통신용 레이저)

180 PD이슈리포트 발간목록 발간호 발간분야 이슈제목 13-6호 13-7호 13-8호 13-9호 FOCUSING ISSUE 산업용기계 금속재료 차세대컴퓨팅 지식정보보안 RFID USN 특집1 특집2 FOCUSING ISSUE 섬유의류 그린카 차세대이동통신 SW 신산업IT융합 FOCUSING ISSUE 바이오 스마트카 시스템반도체 산업융합 특집1 특집2 FOCUSING ISSUE 나노 생산기반 화학공정 홈/정보가전 인류 편익을 높이는 컴퓨팅 원심 및 사류펌프 설계기술 개발동향 3D 프린팅 제조혁명에 대한 한국 금속산업의 대응전략 웨어러블 컴퓨터의 현황과 전망 산업 제어시스템 보안기술 동향과 산업전망 개방형 시맨틱 USN 서비스 플랫폼 기술 동향 국가표준코디네이터 분야 R&D 연계 표준화 트렌드 세계 LED 시장 전망 분석 새로운 패러다임, 지식서비스 Techtextil 2013 전시회를 통해 본 고성능 고기능성 섬유 기술개발 동향 차량용 배터리 기술개발 및 시장 전망 통신사별 주파수 할당과 LTE 주파수 재분배 진화형 지식처리 인공지능 기술의 동향과 산업전망 농식품 위해인자 관리를 위한 IT융합 기술동향 창조경제, '서비스R&D'가 견인한다 개인 맞춤형 암유전체 연구 동향 및 전망 교통사고 제로 를 위한 자율주행 자동차의 기술 개발 동향 자동차용 시스템 반도체 기술 및 산업 동향 2014년 산업핵심기술개발사업 과제기획 추진계획 농식품 위해인자 관리를 위한 IT융합 기술동향 모바일 기기와 의료산업:What's New, What Fits, and How Do You Decide? 창조기술 새롭게 디자인 하자 거시적 관점에서 본 나노물질 및 제품의 관리 동향 자동차 경량화를 위한 유망 뿌리기술 국내 세라믹원료산업 동향과 전망 스마트홈기기 표준화 현황 및 KAS인증제 운영방안

181 발간호 발간분야 이슈제목 13-10호 13-11호 13-12호 14-특집호 FOCUSING ISSUE 지식서비스 로봇 조선 디스플레이 임베디드SW 특집 1 특집 2 FOCUSING ISSUE 바이오 디자인 LED/광 의료기기 섬유의류 특집 FOCUSING ISSUE 디자인 플랜트 산업용기계 LED/광 금속재료 임베디드SW 특집 FOCUSING ISSUE 22대 분야 R&D는 지속가능한 성장동력 인간친화형 모빌리티 서비스 육성 추진방안 원격조종로봇 및 원격제어기술과 응용분야 조선기자재산업의 특성 및 현황분석 플렉서블 디스플레이 기술 현황 및 전망 IFA 2013 및 IBC 2013으로 본 ICT융복합 동향 R&D Portfolio Management 미래의 자동차 주차 생산장비 산업은 제조업의 토대 바이오테크니카 2013 : 의약바이오 패러다임 전환, 개인맞춤의료 지속가능한 바이오경제, 바이오화학산업 창조경제 시대 新 시장 창출형 R&D혁신의 핵심조건 디자인 중심의 미래가치 예측 레이저산업의 부활(II. 산업용 레이저) 개인건강기록(PHR) 서비스 기술 및 산업 동향 코스메틱섬유(입는 화장품) 반도체장비산업 현황 및 발전 방안 R&D와 히든챔피언 소비자 관점의 3D 프린팅의 활용 해저생산 플랜트 산업현황 및 전망 메탈 적층 제조기술 및 응용제품 동향 LED 융합 산업(두바이 국제건축기자재전 참가기) 국내외 철강산업 동향과 향후 대응전략 자동차 안전지능주행 전장시스템의 동작신뢰성 향상을 위한 SW-SoC 기술 동향 전기차 및 하이브리드 차량의 리튬이온 배터리 활용 부상(리튬을 공급하는 남미 국가들의 역할이 중요해짐) 2020년 세계시장을 선도할 대한민국 이차전지 산업 2013년 연구개발 주요성과 및 2014년 추진 계획

182 PD이슈리포트 발간목록 발간호 발간분야 이슈제목 14-2호 14-3호 14-4호 FOCUSING ISSUE 지식서비스 로봇 홈정보가전 의료기기 특집1 특집2 특집3 FOCUSING ISSUE 바이오 산업융합 생산기반 그린카 산업용기계 특집 FOCUSING ISSUE 나노 반도체공정장비 시스템반도체 플랜트 특집1 특집2 특집3 철강산업의 지속성장을 위한 R&D전략 가상훈련 시스템 현황과 전망 국방로봇 기술의 현황과 발전방향 CES'2014, 콘텐츠와 기기의 만남 치과의료기기의 기술 및 산업동향 중국의 한국 추격, 기술수준에서 드러났다 특허전략과 접목된 R&D가 답이다 새로부상하는 스마트 펌프 산업 블루오션 창출하는 퍼스트 무버로 가는 길 바이오센서 신기술 소개 해양플랜트 통합 운영 및 유지보수를 위한 IT융합기반 예지보전 시스템 특허관점에서 바라본 미래 유망 청정생산기술 수소연료전지차 기술 현황 및 전망 프리프레그(Prepreg) 생산시스템 기술동향 한국형 선도전략 수립을 위한 탐색( I ) - 일본의 선도전략 벤치마킹 스마트카 산업, 계속 손놓고 있다면 광결정 소재의 다양한 응용분야 및 상용화 가능성 실리콘 광 인터커넥트 (Optical Interconnect) 기술의 현황 모바일 CPU코어 기술개발 동향 극한환경 해양플랜트 기술개발 현황 및 전망 R&D와 함께하는 특허 성공스토리 Big Data 및 N-S Chain 분석을 활용한 기술예측조사 방법론(바이오분야 적용사례) 3D 프린팅의 도약

183 발간호 발간분야 이슈제목 14-5호 14-6호 14-7호 14-8호 FOCUSING ISSUE 디자인 화학공정 디스플레이 LED/광 특집 FOCUSING ISSUE 지식서비스 금속재료 섬유의류 조선 홈/정보가전 특집 FOCUSING ISSUE 나노 의료기기 시스템반도체 임베디드SW 특집 FOCUSING ISSUE 바이오 스마트카 화학공정 디스플레이 반도체공정/장비 특집1 특집2 소재 부품 산업 육성해야 경제 도약 기술개발-디자인 융합 프레임워크의 이해 화학산업 동향 및 선진기업들의 대응 전략 사례 스트레쳐블 디스플레이 기술개발 동향 레이저산업의 부활 (III. IT 컨슈머용 레이저) 한국형 선도전략 수립을 위한 탐색(Ⅱ) - 새로운 기회의 창 그린 패러다임 특허전쟁 승리 위한 R&D전략 빅데이터 분석의 현황과 발전 전략 국내 타이타늄 산업생태계 현황 및 발전 전략 JEC Europe 2014 전시회를 통해 본 탄소섬유강화 복합재료 기술개발 동향 선박안전 및 해양환경보호를 위한 IMO(국제해사기구)의 동향 무선전력전송 기술동향 및 전망 웨어러블 전자기기 시대가 도래하다 자율주행 자동차는 위기이자 기회다 나노코리아 2014 를 통해 본 나노융합 R&D 및 산업 동향 최신의료기기 기술 및 산업동향 전력반도체 신산업 창출 및 육성 전략 에너지 최적화 서비스를 제공하는 클라우드 환경 기반 통합 빌딩 자동화 시스템 기술 한국형 선도전략 수립을 위한 탐색(Ⅲ) - 미국 주도의 글로벌분업구조 구축전략 분석 시스템반도체 생태계가 필요하다 미래 소비자 중심의 헬스케어의 방향을 제시하는 웨어러블 기기 교통사고 를 줄이기 위한 의무장착, NCAP 등의 글로벌 안전규제 동향 3D 프린팅 고분자 소재의 현황과 연구방향 SID 2014(Display Week) 를 통해 본 디스플레이 산업동향 집적회로 제작을 위한 압축모델 기술 동향 - 설계와 공정의 소통 방식 특허 빅데이터를 활용한 R&D 전략과 특허분쟁 바이오 배터리, 미래 소형 전자기기 휴대용 전지로 부상

184 PD이슈리포트 발간목록 발간호 발간분야 이슈제목 14-9호 14-10호 14-11호 FOCUSING ISSUE 디자인 로봇 금속재료 LED/광 산업융합 특집 FOCUSING ISSUE 지식서비스 조선 플랜트 생산장비 생산기반 섬유의류 홈ㆍ정보가전 특집 1 특집 2 FOCUSING ISSUE 바이오 그린카 산업용기계 임베디드SW 의료기기 바이오 꽃을 따려면 산업 생태계를 살려라 신상품 기획을 위한 이종간 협업 아이데이션 방법 무인항공기의 활용현황 및 발전방향 사용후핵연료 저장 현황 및 소재기술 동향 레이저산업의 부활 (IV. 광계측/센서용 중적외선 레이저) 웨어러블, 패션과 융합하다 2015년 산업핵심기술개발사업 과제기획 추진계획 자동차 기술 혁신과 산업 간 융합 인지공학의 응용과 최근 기술 동향 LNG 연료 추진선과 벙커링 기술 동향 연료전지 하이브리드 발전기술 현황 및 전망 스마트공장의 국 내외 현황과 전망 핵심뿌리기술, 과거와 현재의 만남(Part I. 금속활자와 방짜유기) PAN계 탄소섬유산업의 동향과 기술개발 방향 스마트홈 무선화를 위한 광역 WPAN 솔루션 개발 동향 R&D & Business, DNA를 공유하다 나노제조 : 첨단 제조를 위한 나노기술의 혁신 이제는 가벼운 OS와 가벼운 AP이다 초고감도 분자 및 세포 측정용 분광 이미징 장비 전기자동차 시대에 대비한 R&D 전략 액체식 제습기술 개발동향 주력산업지원을 위한 시스템 재구성 기반 공통 활용형 임베디드 플랫폼 기술 체외 진단기기 (In Vitro Diagnostics) 현황 및 전망

185 발간호 발간분야 이슈제목 14-12호 15-1호 15-2호 15-3호 FOCUSING ISSUE 나노 스마트카 로봇 반도체공정/장비 디스플레이 LED/광 특집 FOCUSING ISSUE 23대 분야 FOCUSING ISSUE 스마트카 플랜트 로봇 홈정보가전 특집 1 특집 2 FOCUSING ISSUE 산업융합 바이오 지식서비스 그린카 조선 밀크런 으로 의료기기 생태계 구축하자 인쇄전자용 나노잉크 기술 동향 산업부의 자율주행 자동차 기술개발 방향 공연로봇기술의 활용현황 및 발전방향 Advanced Packaging Technologies for the System Level Integration 교육용 디스플레이 기술개발 동향 OLED 조명의 시장기회 창출 방안 원격진료 - 미래형 의학 및 진단 기술 産 硏 융합R&D, K테크 웃거름 2014년 연구개발 주요성과 및 2015년 추진 계획 중소 중견기업 세계로 뻗어가야 2015 CES의 자율주행 기술 동향 및 시사점 부유식 해양 발전플랜트 기술 현황 및 전망 농업로봇 기술동향과 산업전망 CES 2015, Expect the Unexpected(상상도 못할 신기술을 기대하라) 아이디어를 자산화하자 스마트 병원-미래 병원 구현 기술 정부 R&D의 새로운 도전 자동차 증강현실 기술 현황과 전망 3세대 Digital PCR platform을 이용한 분자진단기술 인간공학의 현황과 전망 엔진열효율 60%를 위한 차세대엔진연소기술 개발 무인선 기술 개발 동향 및 산업 현황

186 PD이슈리포트 발간목록 발간호 발간분야 이슈제목 15-4호 15-5호 15-6호 FOCUSING ISSUE 반도체공정/장비 임베디드SW 의료기기 나노 산업용 기계 생산장비 특집 1 특집 2 FOCUSING ISSUE 시스템반도체 디스플레이 LED/광 디자인 플랜트 소재부품산업 화학공정 특집 FOCUSING ISSUE 홈ㆍ정보가전 지식서비스 조선 금속재료 섬유의류 특집 투명한 연구비 사용, 인식 전환이 우선 Monolithic 3D Integration 최신 기술 동향 스마트공장 기술 동향 스마트 헬스케어 기술동향과 산업전망(IoT, 빅데이터, SNS를 중심으로) 나노융합산업 통합정보시스템(나노인)과 NT융합분야 KC(Killer Contents) Report 재난대응 관련 장비의 연구개발 및 기반구축 현황 워터젯을 이용한 탄소섬유복합소재(CFRP) 가공기술 동향 사회적 책임 표준의 동향과 시사점 헬스케어 바이오 센서의 미래 자율주행차 연구개발 집중 투자를 차세대 스마트 디바이스를 위한 지능형 가속기의 현황과 발전방향 디스플레이 산업의 표준화 전략 LED 광원 산업의 시장현황 및 전망 서비스디자인과 제조업 혁신 플랜트 핵심시스템 산업 동향 분석 산업엔진 프로젝트와 첨단뿌리기술과의 연계성 조사 분석 일괄 인쇄 공정을 통한 OLED 화소 형성 기술의 필요성 및 현황 창조경제시대 창의 비즈니스 모델 탐색 웨어러블, 플랫폼화에 집중하자 3D 프린터 최근 개발동향 The Internet of Things(IoT기술개발 동향) 중소형 조선 현황과 생산성 개선 국내 항공소재 산업생태계 현황과 육성 전략 탄소섬유강화 복합재(CFRP)산업의 동향과 기술개발 방향 첨단 제조 기술과 3D

187 발간호 발간분야 이슈제목 15-7호 FOCUSING ISSUE 임베디드SW 의료기기 산업융합 나노 그린카 산업용기계 생산장비 생산기반 '스마트 공장' 제조업 패러다임 바꾼다 CPS 현황 분석 내시경 의료기기 기술 및 산업동향 무인항공기(드론) 기술동향과 산업전망 나노기반 회절광학소자 응용 및 발전전망 수소연료전지차의 시장 도래 엇회전 펌프수차 설계기술 개발동향 ICT 융합 스마트 가공시스템 기술동향 및 개발방향 GIFA/METEC/THERMPROCESS/NEWCAST 2015 박람회에서 본 주조 및 열처리 기술 동향 및 시사점

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189 KEIT PD Issue Report 발 행 일 2015년 7월 발 행 처 한국산업기술평가관리원(KEIT) 주 소 (대구본원) 대구광역시 동구 첨단로 8길32(신서동 1152번지) TEL (계룡사옥) 대전광역시 문정로 48길 48(단방동 647) 계룡빌딩 3층 TEL 홈페이지 이 책자의 저작권은 한국산업기술평가관리원에 있습니다. 무단전재와 복제를 금합니다. ISSN

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