관리번호

2015- - -01

과제유형

제한없음 (   ), 기업주관 (√)

과제명

주문 맞춤형 유연생산을 위한 공정 최적설계 자동화 기술 개발

1. 필요성

ㅇ 전 세계적인 Industry 4.0 확산에 따라 산업용 IoT 기술을 기반으로 실시간 생산 데이터가 통합됨으로서 공정이 최적 설계 및 계획되고 운영되는 스마트 제조(Smart Manufacturing) 개념이 대두되고 있음

ㅇ 특히 개방형 표준 플랫폼과 서비스 기술을 적용하여 공정 설계 및 생산 계획이 통합되어야 하며, 이를 위해서는 새로운 참조/정보 모델과 라이브러리, 영역별/단계별 엔지니어링 의사결정 통합 수행 및 최적화가 필요함

ㅇ 다품종 소량 생산을 넘어서 주문 맞춤형 생산의 필요성과 시장이 급격하게 확대되고 있으며, 이를 위해서는 실시간 수집되는 생산 데이터를 기반으로 공정 설계 및 최적화 자동수행을 지원할 수 있는 기술 개발 필요

2. 연구목표

ㅇ  최종목표  :  스마트공장의 주문 맞춤형 유연생산을 위한 실시간 데이터 기반 공정 최적설계 자동화 지원 애플리케이션 개발

-  실시간 생산 데이터 기반 공정 최적설계 자동화 지원 애플리케이션 개발

․ 생산시스템 4M 구성요소, 데이터·정보, Logic, 관계 모델 라이브러리 구축

․ 실시간 데이터 연계형 라이브러리 기반 공정설계 자동화 지원 기술 개발

․ What-if 시뮬레이션 기반 공정설계 검증 및 최적화 알고리즘 개발

-  주문 맞춤형 생산공정의 최적설계 자동화를 위한 스마트공장 성공모델 구축

․ 기존 설비‧장비를 활용한 실시간 생산현장 데이터 수집환경 구성 및 구축

․ 주문 맞춤형 생산공정을 위한 모델 라이브러리 적용·구축

(실시간 수집 데이터 및 기존 정보시스템과의 연계·활용)

․ 공정 최적설계 자동화 지원 애플리케이션 현장 적용 및 검증·안정화

․ 적용 분야의 실증사이트 구축을 통한 실제적인 보급·확산 실행모델 개발

ㅇ  개발목표

핵심 기술/제품 성능지표		단위	달성목표	국내 최고수준	세계최고수준 (보유국, 기업/기관명)
1	실공정 데이터와 모델 유사도(Similarity)	%	95	-	96 (독일, Inubit AG)
2	주문 맞춤형 생산공정 편성효율1)	%	95	90	96 (바레인, Gulf Univ.)
3	제조 진입시간 감소율2)	%	30	10	10-50 (미국, PTC)
4	스마트공장 성공모델 구축 수 (업종 당 1EA 기준, 매년 1EA)	EA	2	N/A	N/A
5	스마트공장 성공모델 개선수준 분석 보고서3)(성공모델 당 1EA 기준)	EA	2	N/A	N/A

1) 공정편성효율(%) = 각 공정시간 합 / Cycle Time * 공정(작업장) 수 * 100

2) 제조진입시간이란 제품 설계 이후 양산 전까지 제품을 생산하기 위한 공정설계, 생산계획 등 생산준비시간을 통칭

3) 개발될 공정설계 솔루션을 스마트공장 실증사이트에 적용함으로써 적용 이전 대비 개선 수준을 정성적, 정량적으로 분석한 보고서로서, 생산 lead time, 제품 tact time, 생산성 향상 정도 등 성공모델에서 관리하는 지표가 얼마나 개선되었는지를 포함

3. 지원기간/예산/추진체계

ㅇ 기간 : 2년 이내

ㅇ 정부출연금 : ‘15년 6.5억원 이내(총 정부출연금 13억원 이내)

ㅇ 주관기관 : 중소·중견 제조기업

관리번호

2015- - -02

과제유형

제한없음 (   ), 기업주관 ( √ )

과제명

실시간 공정데이터 기반 품질고도화 핵심기술 개발

1. 필요성

ㅇ 최근 과도한 원가절감 및 납기단축 강행에 따른 대규모 리콜 문제가 심화되면서 대기업들은 품질문제 대응을 위한 ICT 기반 스마트공장 도입 가속화

-  대기업의 경우 이러한 리콜사태 대응을 위해 외산 빅데이터 솔루션 등 최신 ICT를 적용하고 있으나, 국산 저가솔루션 부재로 중소기업은 시도조차 어려움

ㅇ 중소 제조기업에서는 품질문제 발생 시 별도의 시스템 없이 노하우와 경험에 의존하여 불량 원인을 제대로 찾지 못해 동일 품질문제가 반복되는 어려움 존재

ㅇ ICT를 활용하여 열악한 중소 제조현장에서도 인력·비용을 최소화하면서 품질문제를 사전파악·대처할 수 있는 공정데이터기반 솔루션 필요

2. 연구목표

ㅇ  최종목표  :  제조현장의 실시간 공정상태를 고려한 데이터마이닝 기반의 품질 분석·예측 기술 개발 및 산업현장 적용을 통한 검증․안정화

-  실시간 공정데이터 연계 데이터마이닝 기반 공정품질 분석·예측 기술 개발

․ 실시간 불량 탐지 및 불량원인(공정조건, 설비상태 등) 추적 모델 개발

․ 가상계측(비검사 품질 측정) 기반의 품질 예측 알고리즘 개발

․ 고품질 수준 유지를 위한 공정조건 및 설비조합 최적화

․ 컴포넌트/서비스 기반 공정품질 분석·예측 애플리케이션 개발

- 제조업 산업현장의 품질관리 고도화를 위한 스마트공장 성공모델 구축

․ 기존 설비‧장비를 고려한 실시간 생산현장 데이터 수집환경 구성 및 구축

(표준화를 고려한 I/F디바이스, 네트워크, 미들웨어 등 활용)

․ 생산현장 모니터링 및 제조실행 애플리케이션 연계 구축

․ 공정품질 분석‧예측 애플리케이션에 대한 현장 적용 및 검증‧안정화

․ 적용 분야의 실증사이트 구축을 통한 실제적인 보급‧확산 실행모델 개발

ㅇ  개발목표

핵심 기술/제품 성능지표		단위	달성목표	국내 최고수준	세계최고수준 (보유국, 기업/기관명)
1	공정품질 예측 정확도1)(오차율)	%	≤15	20	≤10 (미국, IBM)
2	가상계측 알고리즘의 정확도 (MAPE, 평균절대백분비오차)	%	≤2.5	3.69	≤1.2 (미국, Intel)
3	불량원인 인자 적중률2)	%	≥90	N/A	N/A
4	스마트공장 성공모델 구축 수 (업종 당 1EA 기준, 매년 1EA)	EA	2	N/A	N/A
5	스마트공장 성공모델 개선수준 분석 보고서3)(성공모델 당 1EA 기준)	EA	2	N/A	N/A

1) 특정 시점부터 3개월 데이터를 선정하고, 실제 데이터와 분석모델 도출 결과를 기반으로 마이닝 모델 유효성 검사 방법(데이터분할 검사, 교차 유효성 검사, 마이닝 모델 정확도 차트)을 기반으로 오차 산정(한국감정원 등 공신력 있는 기관으로부터 결과 검증)

2) 불량탐지 모델이 실제 불량을 발생시킨 인자를 찾아내는 능력을 나타내는 지표로서 현장적용 검증 시 품질 Test 중 특정 조건으로 불량을 유발시킨 후 모델이 해당 조건을 데이터에 기반하여 자동으로 찾아내는 확률 산출

3) 개발될 품질 솔루션을 스마트공장 실증사이트에 적용함으로써 적용 이전 대비 개선 수준을 정성적, 정량적으로 분석한 보고서로서, 공정 불량률, 품질실패비용, 품질문제 대응시간 등 성공모델 실증 사이트에서 관리하는 품질 KPI가 얼마나 개선되었는지를 포함

3. 지원기간/예산/추진체계

ㅇ 기간 : 2년 이내

ㅇ 정부출연금 : ‘15년 6.5억원 이내(총 정부출연금 13억원 이내)

ㅇ 주관기관 : 중소·중견기업

관리번호

2015- - -03

과제유형

제한없음 ( √ ), 기업주관 (   )

과제명

대용량 제조데이터 연동 스마트공장 애플리케이션 통합운영 기술 개발

1. 필요성

ㅇ  최근 제조 공정의 복잡도가 올라가고 높은 수준의 효율화가 요구되는 상황에서 ICT 기반 대용량 제조데이터 통합 플랫폼 도입 가속화

-  대기업의 경우 자체 연구개발 및 외산 솔루션 도입 등으로 ICT를 적극 활용하고 있으나, 국산 저가 솔루션 부재로 중소기업은 시도조차 어려움

ㅇ  중소 제조기업에서는 제조 솔루션 도입 시 운영 인력과 도입 비용의 문제로 어려움을 겪고 있는 상황에서 클라우드 서비스에 대한 제조분야 적용이 시도되고 있음

ㅇ  중소기업에서도 인력/비용을 최소화하면서 효율적인 제조 솔루션 운영을 할 수 있도록 데이터 분석과 클라우드 서비스를 적용한 스마트공장 통합운영 기술 필요

2. 연구목표

ㅇ  최종목표  :  실시간 제조현장에서 수집된 대용량 데이터와 연동한 클라우드 서비스 기반의 스마트공장 애플리케이션 통합운영 기술 개발

- 클라우드 서비스 기반 스마트공장 애플리케이션 통합운영 기술 개발

․ 실시간 제조현장 4M 데이터 모델 및 제조업무 프로세스 모델 개발

※ 제조현장 4M 데이터: 설비상태, 공정조건, 자재물류, 품질, 작업자 등의 제조활동 관련 데이터

․ SaaS 지원 애플리케이션 컴포넌트 통합운영 프레임워크 개발

※ 기업맞춤형으로 애플리케이션을 재구성할 수 있도록 컴포넌트화하고 SaaS 형태로 서비스 가능한 구조

․ 컴포넌트 개발도구(공통기능 API, UI 템플릿 등) 및 사용브라우저(애플리케이션 등록·실행·관리 등) 개발

- 제조 데이터·업무에 특화된 대용량 데이터 처리 및 분석 기술 개발

․ 실시간 제조현장 데이터의 특성(비정형성, 가변성, 고차원, 다원화 등)을 고려한 데이터 전처리 및 통합 기술 개발

․ 산업 수요 기반 제조 문제 특화형 데이터 마이닝 모델 개발 및 라이브러리화

․ 분산 데이터베이스 기반 대용량 제조데이터 저장/처리/관리 기술 개발

- 제조업 산업현장에 대한 스마트공장 애플리케이션 통합운영 기술 검증

․통합 프레임워크 기반 대용량 제조데이터 수집·분석·활용에 대한 테스트 환경 구축

(테스트 컴포넌트 개발, 데이터 수집 인프라 구축, 기존 시스템 인터페이스 등)

․산업현장 실데이터 기반 대용량 데이터 연동 애플리케이션의 클라우드 서비스 검증

ㅇ  개발목표

핵심 기술/제품 성능지표		단위	달성목표	국내 최고수준	세계최고수준 (보유국, 기업/기관명)
1	통합 아키텍처의 표준 수용도	%	100	N/A	ISO 12207, ISO 15288
2	데이터/프로세스 모델의 표준 수용도	%	100	N/A	ISA 95, ISO 62264
3	데이터마이닝 모델 라이브러리 수	EA	15	10	20 (미국, SAS)
4	대용량 데이터 동시분석 작업 능력	건/서버	250	150	250 (미국, Twitter)
5	스마트공장 통합 운영기술 검증 보고서	EA	1	N/A	N/A

3. 지원기간/예산/추진체계

ㅇ 기간 : 3년 이내

ㅇ 정부출연금 : ‘15년 8억원 이내(총 정부출연금 24억원 이내)

ㅇ 주관기관 : 제한없음 (중견·대기업 또는 연구소)

관리번호

2015- - -04

과제유형

제한없음 (   ), 기업주관 ( √ )

과제명

제조환경 적응형 데이터 수집/처리 시스템 개발 및

스마트공장 실증모델 구축

1. 필요성

ㅇ  국내 기업의 다양한 공정 및 수준별 공장에 적용 가능한 자율 교정 및 자가 조직화가 가능한 데이터 수집 시스템(스마트 센서모듈/게이트웨이)이 필요함

ㅇ  제조 선진국에서는 스마트 공장을 위한 스마트 센서모듈과 효율적인 데이터 수집을 위한 게이트웨이 개발 분야에 있어서 기술 경쟁력 강화를 추진 중임

ㅇ  국내 대기업 및 중견기업에서 제조업 경쟁력 확보를 위해 스마트 공장 구축을 진행 중이나 다양한 산업에 보급 및 확산이 용이한 보급형 스마트 센서모듈과 게이트웨이 기술이 부족하여 이에 대한 개발 지원이 시급함

2. 연구목표

ㅇ  최종목표  : 다양한 제조환경 프로세스에서 생산성 향상을 위한 자가 조직화(self-organization) 기반 스마트 센서용 유무선 네트워크 접속/개방형 게이트웨이/산업 데이터 분석·응용 기술 개발

-  [센서모듈] 자가 조직화 기반 고연결성 보장 멀티 프로토콜 유무선 네트워킹 기술

․산업용 국제유무선표준기반의 멀티 프로토콜 어댑팅 기술

․제조환경 데이터 (설비현황정보 등) 리얼타임 처리 및 하드웨어 기반의 동기화 기술

․자가 조직형 산업용 스마트 센싱 융합 모듈 개발

․유무선 기반의 제조환경 데이터 중복/혼합/지연 방지 메커니즘 개발

․자율교정기능 및 결함(fault), 오류(error), 고장(failure)등 예외사항 처리 기술 개발

․스마트 센서를 활용한 4M의 제조공정 내의 환경 정보 인식 기술 개발

* 4M : Man, Machine, Material, Method

-  [게이트웨이] 다중프로토콜 지원이 가능한 지능형 통합 게이트웨이 개발

․다양한 적용 상황을 고려한 유무선 연결이 가능한 고신뢰성 지능형 게이트웨이 개발

․대용량 제조환경 센싱 데이터 처리용 보안 프로토콜 및 모듈 개발

․게이트웨이 간 정보전송 및 기회적 신호 수집에 의한 신뢰도 향상 기술 개발

․설비 고장 등 즉시적 처리를 위한 센서 데이터 분석 알고리즘 개발

- [성공모델 구축] 국내 중소·중견기업에 개발된 기술의 적용을 통한 실증적 성공모델(Best Practice) 구축

․단일공정(1차년도)/복합공정(2차년도)의 설비 데이터 수집/관리 기반 통합제어시스템 구축

․스마트공장을 구현하기 위한 수요기업 필참

ㅇ  개발목표

핵심 기술/제품 성능지표		단위	달성목표	국내 최고수준	세계최고수준 (보유국, 기업/기관명)
1	동시처리 센서 모듈 수	EA	64	32	64 (독일, 지멘스)
2	생산량 Digital 신호 입력 속도	회수/분	200	2	500 (독일, 지멘스)
3	센싱 데이터 종류	수	5	2	4 (미국, 아날로그디바이스)
4	제품, 공정 이상 감지율(현재공정 대비 공장자동화 적용 효과)	현재 대비%	300	-	-
5	센서 오류 진단 모델 정확도	%	95	-	96.2 (이스라엘, 학계)

＊센서 오류 진단 모델 정확도 : 실제 발생한 오류 중, 모델을 통해 오류로 진단한 횟수의 백분율을 의미함.

3. 지원기간/예산/추진체계

ㅇ 기간 : 2년 이내   ㅇ 정부출연금 : ‘15년 10.5억원 이내(총 정부출연금 21억원 이내)

ㅇ 주관기관 : 중소·중견기업

관리번호

2015- - -05

과제유형

제한없음 ( √ ), 기업주관 (   )

과제명

제조산업을 위한 개방형 IIoT 스마트공장 플랫폼 및 Factory-Thing 하드웨어 기술개발

1. 필요성

ㅇ ICT기술을 활용하여 제조산업에 스마트공장을 구현하기 위한 표준 산업플랫폼 개발이 중요함, 스마트공장을 이루는 세부 핵심기술들의 수평적 협업과 수직적 통합을 고려한 개방형 구조로 원천기술 확보가 시급함

- 수요기업마다 스마트공장 솔루션․시스템개발 규격  및 프레임워크를 혼재하여 활용할 경우, 향후 상호 호환성 및 연계성이 어렵고, 지속적인 확장성의 한계가 우려됨

ㅇ  글로벌 공장제어 및 통합 솔루션 전문 기업들은 유니버셜 통신기능이 내장된 공통데이터 교환미들웨어의 원천기술력 앞 다투어 확보하려 하고 있음

ㅇ  국내 제조산업을 위한 개방형 스마트공장 플랫폼의 원천기술을 확보하여, 우선 대-중-소 클러스터링 모델에 레퍼런스로 활용하고, 나아가 스마트공장을 필요로 하는 중소/중견기업을 위한 공급측면의 솔루션 경쟁력을 강화하는 기술로 활용

2. 연구목표

ㅇ  최종목표  : 제조산업을 위한 개방형 IIoT 스마트공장 플랫폼 및 Factory-Thing 하드웨어 기술개발

(TRL : [시작] 4단계 ~ [종료] 6단계)

-  제조산업 공정디바이스의 자율연결을 고려한 개방형 IIoT 플랫폼 개발

․개방형 IIoT주1) 플랫폼을 통한 Factory-Thing주2) 생성·관리·운용·연결기술 설계 및 개발

․다양한 Factory-Thing간 자율협업을 지원하는 위저드기능 설계 및 개발

․제조공정별 복합 이벤트 참조모델 기반 최적판단 패턴 엔진 기술 설계 및 개발

․IIoT플랫폼 기반 팩토리매쉬업기술 설계 및 개발

․공장내 최적 운영을 보장하는 Factory-Thing디바이스 에물레이션기술 개발

-  Factory-Thing 오픈하드웨어제어기 및 표준 공통데이터교환미들웨어(UA: Unified Architecture) 기술 개발

․산업장치 OS환경에 독립적인, 클래식 및 내장형 UA 소프트웨어 설계 및 개발

․고정디바이스별 웹기반의 UA 스텍구조 및 프로파일 상세 설계 및 개발

․표준 UA기능 내장된 Factory-Thing 오픈하드웨어 설계 및 개발

․레거시 디바이스에도 적용 가능한 Factory-Thing 오픈하드웨어 인터페이스 개발

- PLC디바이스, 로봇제어디바이스, 서보모터제어기, 모션제어기 등

-  IIoT플랫폼을 활용한 스마트공장 성공레퍼런스모델 실증연구

․제조산업을 고려한 IIoT 개념/실시설계 모델 및 실증 개발 (공장수준: 중간 3.5이상)

․기존 공장 운영시스템(MES/ERP등) IIoT플랫폼 레거시 연동기능 설계 및 개발

․기존 공장 디바이스/제조장비 레거시 연동기능 설계 및 개발

주1) IIoT(Industrial IoT) : 산업전용IoT기술로 설비관리표준/공정제어기술/네트워크기반 데이터관리 기술들을 연계한 글로벌 표준 플랫폼.

주2) Factory-Thing : IIoT와 연계되어 공정장비에 직접 연결되는 오픈 하드웨어장치

ㅇ  개발목표

핵심 기술/제품 성능지표		단위	달성목표	국내 최고수준	세계최고수준 (보유국, 기업/기관명)
1	동시 복합 이벤트 처리수준	건/초	15,000/1	5,000/1	15,000/1 (독일, 지멘스)
2	공통데이터 교환 미들웨어 최적화(code size) 정도	kB	≤250	350	≤300 (글로벌, 하니웰)
3	Factory-Thing 적용 디바이스 수	수	6	-	6 (미국, 로크웰)
4	IIoT기반 팩토리 매쉬업서비스 수	수	5	-	5 (독일, 프라운호퍼)
5	IIoT 플랫폼 적용수	건	5이상	-	5 (독일, 프라운호퍼)

3. 지원기간/예산/추진체계

ㅇ 기간 : 3년 이내   ㅇ 정부출연금 : ‘15년 14억원 이내(총 정부출연금 42억원 이내)

ㅇ 주관기관 : 제한없음

관리번호

2015- - -06

과제유형

제한없음 ( √ ), 기업주관 (   )

과제명

스마트공장 보급/확산적용을 위한 공통산업 표준 개발

1. 필요성

ㅇ 향후 독일, 미국 등 선도국이 스마트공장 플랫폼 표준을 선점할 경우, 무역장벽(TBT)으로 활용될 수 있어 적극적인 스마트 공장의 표준화 추진과 국제 표준 활동 참여 필요한 상황

ㅇ 산-학-연등 다양한 주체가 참여하여, 국내 스마트공장 보급/확산 적용에 기여할 수 있는  선도적 국제 표준화가 필요함

ㅇ  스마트공장을 위한 설비 고도화, 개방형 스마트공장 플랫폼, 제조라인의 센서 및 게이트웨이등의 다양한 국내 솔루션 산업들에 현황을 연계한 표준화 개발이 필요함

2. 연구목표

ㅇ  최종목표  : 스마트공장 보급/확산적용을 위한 공통산업 표준 개발

공

ㅇ 스마트공장 공통산업 표준화 작업을 위한 산업 도메인 선정 및 도메인별 제어기술 요구사항 도출 및 정립

ㅇ 스마트공장 공통정보모델에 대한 표준화

ㅇ 스마트공장 보급/확산을 위한 전략적 공통산업 표준 활동

* 한국형 표준 스마트공장로드맵 및 우선순위를 고려한 단체/국가/국제 표준 규격 개발

* IEC TC65 : 공정 제어 및 자동화 설비에서 디바이스, 통신망, 시스템과 관련된 표준화

* IEC SG8 : Internet 기반의 미래의 스마트제조 기술 표준화 반영, 표준 공통 툴킷 기술 개발

* KS표준 :　국내 KS표준 반영 (IS표준 반영후)

ㅇ  개발목표

핵심 기술/제품 성능지표		단위	달성목표	국내 최고수준	세계최고수준 (보유국, 기업/기관명)
1	스마트공장 공통산업 표준화 제안주1)	건	2	-	IEC, ISO,
2	스마트공장 표준 툴킷 개발	건	1	-	IEC
3	표준 스마트공장 설비제어 로드맵	건	2	-	국외: IEC, ISO (국내: KS)주1

주1) 국제표준(IS)의 완성도에 따른 국내표준 진행

3. 지원기간/예산/추진체계

ㅇ 기간 : 3년 이내   ㅇ 정부출연금 : ‘15년 2억원 이내(총 정부출연금 6억원 이내)

ㅇ 주관기관 : 제한없음