2015 교통물류연구개발사업 R&D-0001 다기능레고형셔틀시스템및연계포장기술개발기획보고서 2016. 09. 12 주관연구기관 / 한국교통연구원공동연구기관 / 고려대학교산학협력단
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1) Worldwide Retail Ecommerce Sales: emarketer's Estimates and Forecast, 2013-2018, emarketer, 2015.1.6. 2) Warehouse Automation Makes e-commerce Viable, LOGISTICS VIEW POINTS, 2015.1.21. 3) 2014 년도 KDB 산업은행 COP 보고서. - 1 -
Ÿ Ÿ 4) 산업기술 R&BD 전략 (2015 2018). - 2 -
5) Application Guide for manual material-handling requirements in SEMI S8, International SEMATECH Manufacturing Initiative, 2009.12. 6) ERGONOMICS GUIDELINES FOR MANUAL HANDLING 2 EDITION (2010), Travail Securitaire, 2011.08. - 3 -
7) Evaluation of physical workload standards and guidelines from a Nordic perspective, Scand J Work Environ Health 2001, vol 27 suppl 2, p.1~52. - 4 -
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(1) 국가물류기본계획 (2011-2020) ( 가 ) 개요 - 10 -
( 나 ) 주요추진과제 - 11 -
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( 다 ) 변화방향 (2) 제 1 차지속가능국가교통물류발전기본계획 (2011-2020) ( 가 ) 개요 - 13 -
( 나 ) 주요추진과제 (3) 유망서비스산업육성투자활성화대책 ( 가 ) 개요 - 14 -
( 나 ) 주요추진과제 - 15 -
(1) 제 3 차국가교통기술개발계획 (2014-2018) ( 가 ) 개요 ( 나 ) 주요추진과제 - 16 -
(2) 국토교통 R&D 중장기전략 (2014-2023) ( 가 ) 개요 ( 나 ) 주요추진과제 - 17 -
(3) 성장동력창출을통한산업경쟁력강화 ( 가 ) 개요 ( 나 ) 주요추진과제 - 18 -
(4) 자율주행차상용화지원방안 ( 가 ) 개요 ( 나 ) 주요추진과제 (5) 제 2 차지능형로봇기본계획 (2014-2018) ( 가 ) 개요 - 19 -
( 나 ) 주요추진과제 (1) 일본 - 20 -
( 가 ) 개요 ( 나 ) 주요추진과제 - 21 -
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(2) 유럽 ( 가 ) 개요 ( 나 ) 주요추진과제 - 23 -
(3) 중국 ( 가 ) 개요 - 24 -
( 나 ) 주요추진과제 (1) 일본 - 25 -
( 가 ) 개요 ( 나 ) 주요추진과제 (2) 유럽 ( 가 ) 개요 ( 나 ) 주요추진과제 - 26 -
(3) 미국 ( 가 ) 개요 - 그에따른미국교통부의 5 대전략은다음표와같음 ( 나 ) 주요추진과제 - 27 -
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8) 2015 물류산업총람. - 29 -
9) 2014 물류산업총람. 10) 국내인터넷쇼핑거래액통계자료, 통계청. 11) 2014 년온라인쇼핑시장에대한이해와전망, 한국온라인쇼핑협회. - 30 -
12) 온라인쇼핑동향조사, 통계청. - 31 -
13) 한국통합물류협회, 관세청, 국민일보인용. - 32 -
14) 연도별자동화물류장비및포장기계규모통계, 통계청. - 33 -
15) 산업통상자원부보도자료, 2014.06.10. 16) 이왕섭외 4 명, 산업자동화, 거스를수없는대세, KDB 대우증권리서치센터, 2014.12. 17) 국내승강기업계 1 위넘어글로벌기업으로도약, 월간물류와경영. 2015,06. - 34 -
18) 미국통계청. 19) LOGISITICS INSIDER, supported by CeMAT, Edition 3, December 2015. - 35 -
20) http://www.statista.com/statistics/261245/b2c-e-commerce-sales-worldwide/ 21) emarketer.com, April 2014. 22) 일본총무성 2014.07. 23) iresearch 2014.12. - 36 -
24) http://mhlnews.com/transportation-distribution/material-handling-equipment-manufacturing-orders-grow-9-2015 25) Global Industry Analysts, Global Material Handling Equipment Market 2015-2019, 2015.04. 26) http://www.mmh.com/article/top_20_systems_suppliers_2015-37 -
27) Global Automated Material Handling, Global Automated Material Handling, 2012. - 38 -
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28) 월간포장기계, 2014.05. 29) Pira Int'l Report 2012.01. 30) https://www.isixsigma.com/press-releases/pepsi-installs-new-warehouse-automation-equipment-reduce-costs/ - 40 -
(1) AGV(Automated Guided Vehicle) - 41 -
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(2) EMS(Electric Monorail System) (3) Over-Head Conveyor - 43 -
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(1) Rack ( 가 ) 고정형랙 - 45 -
( 나 ) 이동형랙 (Mobile Rack) - 46 -
( 다 ) 고밀도저장랙 (High Stack Rack) (2) AS/RS (AS/RS-Automated Storage/Retrieval System) - 47 -
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(3) Crane ( 가 ) Overhead Crane ( 나 ) Jib crane ( 다 ) Tower crane ( 라 ) Cable crane ( 마 ) Unloader ( 바 ) Stacker crane ( 사 ) Portable Crane (4) Order Picking - 50 -
( 가 ) 전통적인피킹방법 ( 나 ) 디지털기술을이용한피킹방법 - 51 -
1 MDT 를활용한피킹 2 조명 ( 빛 ) 을이용한피킹 (Pick-by-Light, PbL) - 52 -
3 음성을이용한피킹 (Pick-by-Voice, PbV) - 53 -
Ÿ Ÿ Ÿ Ÿ Ÿ Ÿ Ÿ Ÿ Ÿ Ÿ Ÿ Ÿ Ÿ Ÿ Ÿ Ÿ Ÿ Ÿ (1) Packaging - 54 -
(2) 적재기술 - 55 -
(1) Robotic warehouse system 기술 - 56 -
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(2) 자율주행반출입시스템기술 - 59 -
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( 가 ) 층간이동기술 - 61 -
( 나 ) 지상자율주행기술 - 62 -
(3) 첨단포장시스템기술 - 63 -
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( 가 ) 체적측정기술 - 65 -
( 나 ) 다양한규격의박스재단기술 - 66 -
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(4) 가상물리시스템기술 (Cyber Physical System) 31) 한경경제용어사전, 한국경제신문 / 한경닷컴. 32) 한국정보화진흥원. - 68 -
(5) 산업용로봇기술 - 69 -
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33) 산업기술 R&BD 전략 (2015 2018). - 71 -
(1) 분석목적 (2) 분석범위 ( 가 ) 분석대상특허검색 DB 및검색범위 정량분석구간 : 한국, 미국, 일본, 유럽 2013.12( 출원년도기준 ) 출원일기준으로분석하며, 일반적으로특허출원후 18개월이경과된때에출원관련정보를대중에게공개하고있음. 따라서아직미공개상태의데이터가존재하는 2013~2015년출원된특허는그정량적의미가유효하지않으므로정량분석은 ~2013년하반기까지한정함. - 72 -
( 나 ) 분석대상기술및검색식도출 - 73 -
( 다 ) 유효특허선별결과 - 74 -
( 라 ) 특허기술동향조사분석방법 (1) 국가별 Landscape ( 가 ) 주요시장국기술개발활동현황 - 75 -
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( 나 ) 기술시장성장단계파악 - 78 -
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(2) 경쟁자 Landscape * 대분류대상상위 10 개출원인 - 81 -
(3) IP 부상도분석 ( 가 ) 추세선을통한출원증가율분석 한국 (KIPO) 미국 (USPTO) 일본 (JPO) 유럽 (EPO) 전체다양한운영환경에적용가능한자동반출입기술개발 One-Stop 다규격포장기술개발 - 82 -
( 나 ) 최근구간점유율분석 ( 다 ) 특허시장확보력분석 - 83 -
( 라 ) IP 부상도종합결론 - 84 -
1) 출원증가율 (X) = ( 최근구간특허출원건수 이전구간특허출원건수 ) 100 (%) 이전구간특허출원건수 2) 출원점유율 (Y) = ( 해당기술건 ( 최근구간 ) 대분류상전체건 ( 전체년도 ) ) 100 (%) 3) 특허시장확보력 (Z) = ( 최근구간외국인특허출원건수 이전구간외국인 특허출원건수 ) 100 (%) 이전구간특허출원건수 - 85 -
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(1) IP 장벽도및기술경쟁력분석 ( 가 ) 중분류 AA - 다양한운영환경에적용가능한자동반출입기술개발 - 87 -
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( 나 ) 중분류 AB One-Stop 다규격포장기술개발 - 97 -
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(2) IP 장벽도종합분석결과 - 106 -
(1) 특허동향분석 (IP 부상도종합검토의견 ) - 107 -
(2) 심층분석 (IP 장벽도종합검토의견 ) - 108 -
(3) 종합결론 - 109 -
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34) 물류기술산업편람, 한국교통연구원. - 111 -
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(1) 철도기술연구원 (2) 한국교통연구원 - 113 -
(1) 한국항공대학교항공교통물류학부 (2) 인하대학교아태물류학부 (1) 국토교통과학기술진흥원 (2) 대한상공회의소한국유통물류진흥원 - 114 -
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< 그림 3-3> 다기능레고형셔틀시스템및연계포장기술개발현황 - 131 -
35) Warehouse Automation Makes e-commerce Viable, LOGISTICS VIEW POINTS, 2015.1.21. 36) Robotics: Training robotic pickers to do their piece Modern Material Handling, 2015.9.1. 37) Grey Orange builds warehouse robots to make sure you get your online purchase on time Tech in Aisa, 2015.7.30. 38) ディーエムエス / 物流コスト削減 スピード出荷を実現する自動梱包機導入 LNews, 2015.8.14. - 132 -
39) 물류관리사보관하역론 우무진저, 2010 년 1 월 25 일개정 3 판. 40) Rene de Koster et al. European Journal of Operational Research 182 (2007) 481-501, Tomkins et al. Facilities Planning, John wiley & Sons. - 133 -
41) e- 나라지표. 42) 2012 물류산업총람, 한국물류신문사. 43) 한국기계산업진흥회. - 134 -
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(1) 기존자동화물반출입시스템분석 (2) 다양한운영환경에적용가능한자동반출입기술설계 - 145 -
(3) 다양한운영환경에적용가능한자동반출입기술개발 - 146 -
(4) 다양한운영환경에적용가능한자동반출입기술제작및테스트 - 147 -
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(1) 기존자동포장시스템분석 (2) One-Stop 다규격포장기술설계 - 151 -
(3) One-Stop 다규격포장기술개발 - 152 -
(4) One-Stop 다규격포장기술제작및테스트 - 153 -
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(1) 물류장비운영메커니즘분석 (2) IoT 기반물류장비운영소프트웨어기술설계및개발 - 157 -
(3) IoT 기반물류장비운영소프트웨어기술테스트 44) ERD(Entity-Relationship Diagram) : 개체관계모델 - 158 -
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(1) 물류자동화시장의분류 (2) 물류시설과설비 시장전망 - 186 -
( 가 ) 시장현황 45) ( 나 ) 미래전망 46) 1 시장규모전망 2 수요전망 45) 글로벌물류기술동향, 한국교통연구원, 2012.12. 46) Global Automated Material Handling Equipment Market, 2015-2019. / The State of automation, Modern Materials Handling, 2012.05.01. - 187 -
47) 특정한요구를지닌기업이나소비자를상대로그러한상품이나서비스를판매할수있게형성된시장 market in which vendors offer goods and services specific to an industry, trade, profession, or other group of customers with specialized needs. - 188 -
(1) 평가목적 (2) 평가방법 (3) 평가의주요조건및가정 (4) 평가결과요약 - 189 -
(5) 주요변수산정내역 기술의가치 기술기여도 - 190 -
획득값 기준값 최대값 기준값 획득값 최소값 기준값 최소값 (6) 매출추정 - 191 -
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(7) 평가파라메타추정 ( 가 ) 매출원가및판관비의추정 - 194 -
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( 나 ) 법인세비용 - 196 -
( 다 ) 자본적지출 - 197 -
( 라 ) 감가상각비등 - 198 -
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( 마 ) 운전자본 운전자본소요율 매출채권회전율 재고자산회전율 매입채무회전율 - 200 -
( 바 ) 개발비 ( 사 ) 투자액회수 ( 아 ) 여유현금흐름산정 - 201 -
여유현금흐름 ( 자 ) 할인율추정 할인율 타인자본비용 법인세율 세후타인자본비용 자기자본비용 목표자기자본 부채 목표타인자본구성비 목표자기자본구성비 - 202 -
48) 사업화위험평점에대응되는프리미엄 - 203 -
(8) 수익성지표산출 - 204 -
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과제명 다기능레고형셔틀시스템및연계포장기술개발 1. 연구개발목표 정성적목표 운영환경에유연한지능형물류장비기술개발 - 다양한운영환경에적용가능한자동화물반출입기술개발 - One-Stop 다규격포장기술개발 - IoT 기반물류장비운영소프트웨어기술개발 장비의유연성및효율성향상, 모듈화를통한유지보수편의성향상, 다양한장비들을제어 통합할수있는소프트웨어개발을통한물류비절감및효율성증대 - 자동화물반출입기술 : 모듈구조로설계되고, 장비도입환경및화물속성에따라자유로운주행및포킹 (forking) 이가능하여장비유연성및효율성향상 - 다규격포장기술 : 모듈구조로설계되고, 다양한화물의체적을기반으로박스재단및제함이가능하여작업효율증대및자원낭비감소 - 물류장비운영소프트웨어기술 : 다양한장비들을통합하여모니터링, 제어, 관리할수있는소프트웨어개발로장비운용효율화및자율의사결정지원가능 정량적목표 다양한운영환경에적용가능한반출입기술 - 211 -
One-Stop 다규격포장기술 2. 연구개발필요성및기술동향 IoT 기반물류장비운영소프트웨어기술 연구 필요성 개발의 경량소형화물용자동화물류장비의적용영역과적용규모확대로효율적이고안전한운영을위한지능형물류장비기술에대한중요성증가 - 자동화물류장비적용영역이단순이송, 포장작업에서보관, 피킹, 출고등복합작업으로수요가변화하고있으며, 자동화물류장비적용영역이확대되고있음 자동화물류장비의적용영역이확대됨에따라인간과물류장비의작업공간공유가중요한이슈로떠오르고있음 - 전통적으로단순하고획일화된화물처리기능에서벗어나다양한경량소형화물의처리조건에유연하게대응하는효율적인화물처리기술개발이필요함 - 212 -
해외자동화물류장비업체대비차별화된기술 / 마케팅경쟁력부족과다양한응용솔루션부족 - 국내의주요부품기술력 ( 모터, 비전, 센싱 ) 이미흡하고제어시스템솔루션의해외의존도가높아자체솔루션확보에어려움이존재 - 물류자동화장비의구동관련구성품제조사가대부분국외기업으로요소기술에대한국내기술력이부족한실정임 장비제조사의개발비, 제작비에대한중복투자발생 - 물류자동화장비의한정된기능및적용환경 ( 적용공간, 취급화물크기 등 ) 의상이함으로개발비, 제작비에서의중복투자발생 고객사의다양한운영환경에유연하게적용불가한장비로인한구축비, 운영비증가및자동화창고운영효율감소 - 고객사의운영환경 ( 물류센터 ) 의상이함에따른과도한장비시설구축비와높은장비운영비대비상대적으로낮은운영효율을가짐 중량화물용물류장비개발대비경량소형화물용물류장비개발투자부족 - 중량화물물류작업처리를위한기술에많은투자가이루어졌으나중량화물용물류장비기술들은정밀하고신속한처리를요구하는경량소형화물물류장비분야에기술적용이적합하지않음 - 특히, 국내의경우항만분야하역자동화에대한국가적인지원이활발하게이루어져왔으나상대적으로물류센터에서활용되는경량소형화물물류작업처리기술개발에대한연구지원은거의이루어지지않았음 물류시스템개발에서기술추종현상에그치고있는 Fast Follower 전략에서 벗어나, 현재의국내물류장비기술력을업그레이드시키고관련분야시장 및기술을선도하는 First Mover 전략이필요 기술동향 물류시스템자동화를위한지능형로봇기술개발경쟁가속화 - 창고기술고도화와인력수급불안정으로인한지능형로봇현장도입사 례가증가 차별화된기능을갖춘자동반출입장비기반 AS/RS 기술고도화 - 셔틀시스템기술은초창기도입단계에서의이송체주행속도 / 적재능력향상목표를넘어핵심기능을갖춘고도화기술개발에집중되고있음 - 운영에소요되는에너지효율성을향상시키기위해셔틀무게를최소화하는추세임 - 장비성능향상외에도장비운영시의유연성및확장성을고려하여랙확장이가능한형태및 Maintenance를고려한장비개발이이루어지고 - 213 -
있음 주행기술과포킹기술에신기술을적용한셔틀개발추진 - 자율주행형이송장비가유럽을중심으로개발되고있음 - 최근에는직선주행기술을넘어서곡선형태의레일주행이가능한셔틀이개발되었으며, 적재중량도최대 50kg까지증가함 - 셔틀바퀴의경우자유로운방향전환을통해 Aisle 간이동이가능하도록가로축이동바퀴와세로축이동바퀴를구분하거나 360도회전기술이접목됨 - Fraunhofer 연구소에서는리프터와같은별도장치없이층간이동이가능한기술을선보임 - Dematic에서는랙뿐만아니라지상에서도주행이가능하며, 지상이동셔틀을통해다른물류자동화장비와유연한연계가가능한셔틀을개발함 국내의셔틀시스템과선진국의기술적격차존재 - 국내에서셔틀은개발된사례는없으며, 2013년부터한국항공대학교에서셔틀기반의 AS/RS인 GDS(Goods to Destination System) 기술개발을진행하고있는중 - Miniload나스태커크레인기반의시스템보다는앞선기술로평가받고있으나독일, 일본등선진국에서최근개발된셔틀시스템기술과격차존재 급증하는물동량처리를위한포장시스템수요증가 - 신속한박스포장을위해다양한산업군에서제함기가사용되고있음 - 제함기는이미재단되어져있는박스를공급하여제함하는방식으로선진국의제함기술성능은분당 15-20박스수준임 타기술과의융합을통한새로운패러다임의포장시스템등장 - 기존의포장시스템은제함속도에집중된기술연구및개발이진행되었으나, 최근다양한크기의화물을최적으로포장하는기술개발이진행되고있음 - 기존포장장비를개선하여제함, 적재, 파렛타이징작업융합시스템개발이진행중에있음 - 로봇팔을활용하여다양한규격의박스를제함할수있는기술들이전세계적으로개발중임 상품체적에맞는박스재단기술개발추진 - 최근국외에서상품의체적을작업자가측정하고, 이에맞는박스를재단 해주는박스재단기술이경쟁적으로개발되고있음 - 214 -
- 현재개발된박스재단기술은박스형태나크기선택의폭이다양하고, 인쇄도가능하나재단된박스를작업자가직접접는방식임 - 국내에서는박스재단기술개발사례가없으며, 국외에서도박스재단후제함까지연계되는시스템개발은미비한실정임 3. 연구개발내용 다양한운영환경에적용가능한반출입기술개발 - 개발대상 : 사용자의요구사항과장비도입환경에따라장비재조립및 부가모듈교체가가능한자동반출입시스템 - 유연주행기술개발 - 화물유연포킹기술개발 - 모듈화기술설계및개발 - 지능형에이전트시스템개발 One-Stop 다규격포장기술개발 - 개발대상 : 다양한크기의화물체적측정을통해최적적재크기및적 재방법을도출하고이에따라박스를재단, 프린트, 제함하는시스템 - 체적측정기술개발 - 박스재단기술개발 - 완충재 Type 을고려한적정박스사이즈결정기술개발 - 소스프린팅및박스포장기술개발 - 215 -
- 모듈화기술개발 - 지능형학습시스템개발 4. 연구개발추진방법 IoT 기반물류장비운영소프트웨어기술설계및개발 - 물류장비제어기술설계및개발 - 물류장비운영기술설계및개발 추진전략 연차별목표수립및일정계획수립 - 1 차년도 : 조사분석및설계 - 2 차년도 : 모듈개발및시제품제작 - 3 차년도 : 테스트베드구축및기술검증 산 학공동연구수행을통해기술개발실용화및상용화추진 개발기술의현장적용 / 시범검을위한관련기업, 지자체, 공공부문등기술수 요처와의유기적인협조체계구축 관련분야전문가자문 - 216 -
- 개발기술과관련된선진시스템및적용사례조사 - 정기적인자문회의등을통해내 외부전문가의견수렴및반영 구체적인연구방법론제시 추진체계 산 학연학분담및공조체계에의한연구개발추진 기술공급자와수요자간의긴말한협력을통한수요지향적기술개발 물류장비제조업체, 적용대상기업등을포함하는컴소시엄구성 국내외관련기관활용및국제교류를통한연구동향조사및연구방향검증 5. 최종성과물 주요최종 성과물 다양한운영환경에적용가능한반출입기술 - 자동화물반출입시스템시제품 - 학술논문, 특허, 장비사용매뉴얼, 유지보수매뉴얼등 One-Stop 다규격포장기술 - One-Stop 다규격포장시스템시제품 1 기 - 학술논문, 특허, 장비사용매뉴얼, 유지보수매뉴얼등 IoT기반물류장비운영소프트웨어기술 - 물류장비통합제어 / 운영소프트웨어 - 시스템정의서, 요구분석명세서, 기본설계서및상세설계서, 데이터베이스기술서 - 시험평가설계서및절차서 - 소프트웨어운영매뉴얼 6. 기대효과및파급효과 - 217 -
경제적기대효과 - 지능형물류장비요소기술확보를통한수입대체효과 - 경량화물프로세스간소화를통한비용절감 - 수작업감소, 인건비절감에따른전체물류비감소방안제시 - 틈새기술파악및해당분야기술선점을통한기술수출가능 - 새로운기술확보로인한잠재가치보유및장비산업활성화 - 지능형물류장비의예방보전기술확보를통한장비유지비용절감 - 지능형물류장비운영소프트웨어기술을통한물류센터효율성향상및운영비용절감 - 경량소형화물관련물류설비개발및적용을위한시장수요충족방안제시 - 선진화된기술도입및안전성제고를통한물류관련업무효율증대 기술적기대효과 - 화물의다양한속성 ( 크기, 상태등 ) 에유연하게대응할수있는장비기술확보 - 하드웨어와소프트웨어연계를통한 IT기반물류장비기술력증진방안제시 - IoT 기술기반장비제어, 장비운영소프트웨어기술확보 - 이벤트기반처리기술및안전성을고려한물류장비운영기술확보 - 지능형물류장비를통한고장예측및보전시스템기술확보 - 지능형에이전트시스템도입을통한에이전트기반의물류장비운영기술확보 - 핵심모듈에대한선진국기술수준의도달방안제시 7. 연구개발기간및소요예산 총연구기간 : 3 차년에걸쳐수행 총정부출연금 : 6,142 백만원이내 - 1 차년도정부출연금 : 1,987 백만원이내 - 2 차년도정부출연금 : 2,066 백만원이내 - 3 차년도정부출연금 : 2,088 백만원이내 - 218 -
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