MQTT 프로토콜의 토픽 기반 종단간 메시지 암호화 통신과 접근 제어를 적용한 IIoT 네트워크 보안성 향상 방안에 관한 연구

민정환 한국산업기술대학교 지식기반기술·에너지대학원 2020 국내박사

사물인터넷(IoT)은 인터넷을 통해 사람과 사물 그리고 사물과 사물을 상호 연결하는 초 연결 네트워크를 구축하고, 구축된 네트워크 기반으로 편리하고 친숙한 지능형 서비스를 제공하여 사람에게 보다 편리한 생활환경과 서비스를 제공하는 확장형 및 개방형 기술이다. 일반적인 인터넷 연결 장치 대비 낮은 사양과 저 전력으로 운영되는 사물인터넷 환경은 연결 장치에 내재된 취약점과 장치 간 암호화되지 않은 데이터 전송 등의 취약점에 대한 대응 방안으로, 하드웨어 중심의 데이터 암호화, 출시 전 보안 진단 그리고 국가적 차원의 정책 수립 등이 제시되고 있다. 미국 GE사에서 제시되었으며 사물인터넷(IoT) 기술을 근간으로 기계-사람-데이터를 상호 연동하여 에너지 생산, 제조, 농업, 의료, 소매업, 운송, 물류, 항공과 같은 다양한 산업 분야에 적용하는 산업용 사물인터넷(IIoT)은, 산업 현장에서 설치 및 운용되는 각종 센서 장치와 연동 장치들을 네트워크를 통해 상호 연결한 후, 센서를 통해 입수된 정보를 분석 및 활용하여 산업 현장의 효율성 향상을 추구하는 기업 내 인터넷 환경을 말하며, 최근 스마트 팩토리 분야에도 확대 적용되고 있다. 사물인터넷 환경에서 사용되는 TCP(Transmission Control Protocol) 기반의 경량화된 표준 프로토콜인 MQTT(Message Queue Telemetry Transport)는, 산업용 사물인터넷에도 변경 없이 적용되면서 그 사용이 확대되고 있지만, 산업용 사물인터넷에 MQTT를 적용할 경우 사물인터넷과 동일한 평문 전송으로 인한 정보 노출, 데이터 정합성의 제한, 사용자 및 장치 인증 정보 노출 등 산업 현장의 위험이 더욱 심각하게 초래될 수 있어, 국제 인터넷 표준화 기구인 IETF는 TCP 표준 보안 프로토콜인 SSL(Security Socket Layer)/TLS(Transport Layer Security) 이용을 권고하고 있지만, 산업용 사물인터넷 장치의 저사양과 성능 제한으로 인해, 고도의 암호화 연산을 필요로 하는 SSL/TLS의 확대 적용에 어려움이 제기되고 있는 실정이다. MQTT 프로토콜의 표준 통신 방식인 전 구간 평문 통신 방식과 SSL/TLS를 사용하는 전 구간 암호문 통신 방식의 장점을 부분 결합하여, MQTT 프로토콜의 토픽은 평문으로, 메시지는 SSL/TLS 대신에 경량 암호 알고리즘인 타원곡선 암호 기술을 사용하여, 저 사양 장치에 적용 가능한 종단 간 메시지 암호문 통신 방식을 제안하였다. TCP 에코 통신 프로그램을 벤치마킹하여 2홉 및 4홉 기반으로 2가지 표준 통신 방식을 지원하는 MQTT 클라이언트 프로그램을 구현하여 표준 통신 방식의 동작을 확인하였으며, 타원곡선 암호 기술을 사용하는 공유키 관리 모듈과 종단 간 메시지 암호문 통신 모듈을 추가 구현한 MQTT 클라이언트 프로그램의 실행을 통해 제안한 종단 간 암호문 통신 방식의 타당성도 검증하였으며, 검증된 구현 프로그램을 사용하여 2가지 표준 동작 방식과 제안한 동작 방식 등 3가지 통신 방식의 세션 유지 시간을 각각 측정 및 비교하여, 제안한 종단 간 메시지 암호문 통신 방식의 세션 유지 시간이 SSL/TLS를 사용하는 전 구간 암호문 통신 방식 대비 20 ~ 30% 수준으로 감소하는 것을 확인하였다. 제안한 종단 간 메시지 암호문 통신 방식의 현장 적용 타당성을 검증하기 위하여 타원곡선 암호 기술을 사용하여 생성된 공개키를 클라이언트로부터 전달받아 저장하고 클라이언트 요청 시 제공할 수 있는 공개키 관리자 도입을 추가 제안하였으며, 구현된 공개키 관리자의 실행을 통해 4홉 기반의 MQTT 클라이언트인 피어 에코 서버와 피어 에코 클라이언트 간에 통신 상대방의 공개키 입수 후 타원곡선 디피-헬먼 알고리즘을 적용하여 공유키를 각각 생성하고 생성된 공유키를 비밀 키로 활용함으로써, 종단 간 메시지 암호화 통신의 동작을 최종 검증하였다. MQTT 프로토콜로 연결된 산업용 사물인터넷에서 브로커를 경유하여 클라이언트 간에 Publish와 Subscribe 절차를 통해 송수신되는 평문 토픽과 메시지를 실시간으로 모니터링하고 출력하기 위한 MQTT 클라이언트 형식의 토픽 모니터링 프로그램을 CLI(Command Line Interface)와 웹으로 표시될 수 있도록 각각 구현하였으며, 구현한 CLI 프로그램을 실행하거나 또는 웹 브라우저 실행 후 웹 서버에 접속하여, 토픽과 메시지의 연속적인 출력을 통해 구현된 프로그램과 웹 서비스의 동작을 확인하였으며, 구현된 프로그램과 웹 서비스는 종단 간 메시지 암호문 통신 방식의 동작 검증과 외부에서 산업용 사물인터넷으로 접근하는 유입 패킷을 생성하도록 하고, 침입방지시스템에서 해당 패킷을 탐지하고 차단하는 동작의 검증에도 활용하였다. 기업 네트워크 일부로 운영되는 산업용 사물인터넷은 외부 네트워크와 연결될 경우 네트워크를 경유한 정보 유출 위험이 발생할 수 있으므로, 산업용 사물인터넷 내부에서 운영하는 주요 자원에 접근하는 외부 장치의 접근 제어가 필요하다. 외부 장치의 접근을 선택적으로 탐지 및 차단할 수 있도록 산업용 사물인터넷과 기업 네트워크 연결 지점에 침입방지시스템을 설치하고, 산업용 사물인터넷의 주요 자원에 접근하는 외부 패킷의 내용과 흐름을 분석하여, MQTT의 경우 토픽 기반으로, HTTP의 경우 접근 경로 기반으로 접근 제어 가능한 룰 셋을 각각 구현 후 적용하여, 지정된 장치·프로토콜·토픽·경로로 접근하는 외부 패킷을 탐지하고 차단하는 동작을 검증하였다. MQTT 프로토콜을 사용하는 산업용 사물인터넷에서 제안한 전 구간 암호문 통신 방식을 적용함으로써 메시지 보안성과 전송 성능 향상이 가능하고, 외부에서 산업용 사물인터넷으로 유입되는 패킷의 내용과 흐름 분석을 기반으로 생성된 룰 셋을 활용한 접근 제어를 통해, 산업용 사물인터넷의 네트워크 보안성 향상도 가능할 것으로 판단된다.

IIoT 적용을 위한 우선순위 기반 MQTT 알고리즘에 관한 연구

오세춘 한국산업기술대학교 지식기반기술·에너지대학원 2020 국내박사

근래에는 4차 산업혁명과 맞물려 스마트공장과 같은 다양한 산업분야에서 설비들의 모니터링은 물론 이를 이용한 지능화가 요구되고 있기 때문에 이와 관련된 다양한 IoT 기술들이 지속적으로 소개되고 있다. 스마트공장과 같은 산업용 시스템을 구현하기 위하여 우선적으로 해결되어야 하는 몇 가지 핵심기술 분야가 있는데 그 중의 하나는 데이터의 송수신을 처리하는 경량의 IoT용 프로토콜 분야인데 현재 이와 관련하여 다양한 프로토콜들이 존재하나 일반적으로 MQTT 프로토콜이 가장 많이 사용되고 있다. 기존의 MQTT 기술은 일반 IoT 부문에 적용하는 것을 목적으로 설계가 되었기 때문에 메시지의 우선순위에 대한 개념이 없어서 실시간성이 요구되는 산업용 현장에 적용하기에는 다소 부족한 면이 있다. 특히 특정 설비의 고장발생에 따른 이상 경보 전송 및 이에 따른 관련 설비 전체의 비상정지 메시지 전송 등과 같은 긴급 상황에서 이러한 메시지들의 우선순위 처리가 매우 중요한데 기존의 IoT용 MQTT 기술로는 이러한 문제에 대한 해결책이 없는 상태이다. 따라서 이를 개선하기 위해 메시지의 우선순위 기능을 추가한 IIoT용 MQTT에 관한 연구도 일부 진행은 되고 있으나 이러한 연구들은 MQTT의 표준 규격을 변형한 방식이기 때문에 전체 시스템을 구성할 때 함께 연동하여 사용되는 다른 소프트웨어들과의 호환성 문제가 발생할 수 있어서 현장에서 실제로 사용하기에는 다양한 문제점들을 안고 있다. 또한 우선순위별로 메시지를 처리하기 위해 MQTT 내부에 우선순위 종류만큼의 별도의 메시지 큐들을 구성해서 사용하기 때문에 복수개의 큐 관리로 인한 복잡성이 발생하여 많은 CPU 처리시간을 필요로 하는 단점도 가지고 있다. 따라서 본 논문에서는 MQTT 표준을 준수하면서도 메시지의 우선순위를 표현하는 방식에 대한 제안과 단일 큐를 사용하면서도 매우 빠른 처리가 가능한 ‘multi-scanned priority sorting 알고리즘’을 제안하고 이 제안들을 기존의 MQTT에 추가하여 검증함으로써 기존 MQTT의 문제점이었던 실시간성이 개선되었음을 확인하였다. 또한 본 논문에서는 우선순위 기반 IIoT용 MQTT 이외에 다양한 IoT 기술들을 추가적으로 활용하여 스마트공장 구축의 초기단계인 지능형 공장 설비 관제시스템을 실제로 구현함으로써 제안하는 우선순위 기반 MQTT에 대한 현장 적용 실효성에 대한 추가적인 검증을 실시하였고, 이를 통해 스마트공장의 도입에 대한 필요성은 인식하고 있으나 열악한 경영환경으로 인해 스마트공장을 쉽게 도입하지 못하고 있는 중소기업에게 스마트공장의 도입 방식에 대한 새로운 방향을 제시하였다. 지능형 공장 관제시스템의 구현에 활용되는 주요 기술들은 현장 설비들의 동작 상태를 모니터링하기 위한 센서 노드의 설계기술, 센서 노드들에서 처리된 다양한 정보를 상황실로 전송하거나 상황실에서 새롭게 설정한 각종 센서의 설정 값들을 개별 센서 노드로 전송하기 위한 유선 또는 무선 네트워크 기반의 MQTT 기술과 수집한 데이터를 저장하고 사용자에게 손쉽게 표시하며 센서 노드를 제어하기 위한 다양한 제어 흐름을 만들기 위한 Node-RED 기반의 시스템 흐름 제어 설계기술 등이다. 또한 개별 센서 노드들이 이상상태를 판단할 경우 이를 긴급하게 상황실로 알리고 필요시에는 상황실에서 원격조정을 통하여 현장의 영상을 확인할 수 있는 원격 카메라 시스템도 함께 구현하였다. 이렇게 IIoT에 적합한 우선순위 기반 MQTT와 관련한 연구를 실시하고 또한 이를 관제시스템의 구성에 실제로 적용해 봄으로써 제안된 알고리즘이 실시간성을 필요로 하는 산업용 시스템에서 매우 효율적이라는 것을 확인할 수 있었으며, 이렇게 확인된 결과를 바탕으로 다른 유사한 산업용 분야에서도 제안된 알고리즘이 충분히 적용이 가능하다는 결론을 얻었다. 또한 알고리즘을 검증하기 위해 제안하고 구현된 관제시스템은 중소기업 현장에서 스마트공장의 첫 단계인 지능형 관제시스템을 저가격으로 쉽게 구축을 할 때 매우 좋은 참고 모델로서도 활용될 수 있을 것이라 판단된다.

블록체인 기반 분산형 계약관리 플랫폼 : 스마트 기부관리 시스템

김성환 한국산업기술대학교 지식기반기술·에너지대학원 2020 국내박사

블록체인은 거래를 기반으로 하는 시스템에서 계약, 이행, 검수, 지급 절차에 이르는 계약의 생애주기를 관리하는 분야에 적용이 가능하며, 문서의 원본증명과 물류의 이동, 사용자 인증 등 다양한 분야에 적용이 가능하다. 일반적으로 블록체인 기술은 분산 처리 환경을 기반으로 하며, 합의원장 기술을 이용하여 거래 내역을 다자 인증 방식으로 처리하며, 합의 인증 과정은 강력한 암호화 기술이 적용되어 있기 때문에 위변조를 원천적으로 차단하는 기능을 하며, 중앙 집중 처리를 하지 않고 다수의 노드에서 인증하는 절차를 가지고 있기 때문에 노드의 51%를 점유해야만 위변조가 가능한 수준의 보안성을 가지고 있다. 블록체인은 많은 장점을 가지고 있으나 시스템의 특징으로 인해 발생하는 성능의 저하, 보안 취약성, 데이터의 오 입력 등의 기술적인 문제점과 시스템 개발, 구축, 운영에 필요한 도입비용의 부담으로 기술의 확산에 어려움이 있다. 본 논문에서는 블록체인 기반 시스템의 성능저하 현상과, 보안 취약성 문제, 계약과정의 신뢰 확보를 위해 개선한 부분과, 시스템의 개발과 구축, 운영관리에 대한 비용부담 문제를 개선하기 위해 세가지 해결방법을 제안하였다. 첫째, 장치별 성능 차이에 대한 영향과 다양한 장치들과 호환성 결여로 발생하여, 통합된 사용 환경을 제공할 수 없는 문제점을 개선하기 위하여 호환성을 폭넓게 확보하여 통합 환경의 제공이 가능하도록 사용자 장치를 활용한 등록 인증 알고리즘, 블록체인 기술 기반의 Challenge and Response 인증 알고리즘, 인증서 발급 및 검증 과정을 위한 알고리즘과 암호화 과정을 위한 알고리즘, 모바일 장치를 활용한 Sever-side 인증 알고리즘을 고안하여 블록체인 기반환경에서 활용이 가능한 인증 방법을 제안하였다. 둘째, PBFT 합의인증 알고리즘의 성능 저하 문제와 보안 취약점 문제를 개선하기 위한 RPBFT 알고리즘을 고안하여 사용자의 실수로 인한 데이터 오 입력을 최대한 차단하고 투명성 강화를 위한 알고리즘과 프로세스를 고안하였다. 셋째, 정보가 제한적으로 공개되는 영향으로 서비스 접근성이 제한되는 문제점을 해결하기 위해 연동 프로세스, 스마트 컨트렉트 셍성 프로세스, 계약전용 검증 알고리즘을 적용을 보안성을 개선한 블록체인 분산처리 기반 게약관리 시스템의 프로세스를 고안하였다. 본 연구를 통해 블록체인 기술과 인증기술을 활용한 기존의 전자계약 관리 시스템의 개선 방향을 제안하였으며, 제안한 인증 방법과 시스템 프로세스와 알고리즘의 개선방향을 적용하여, 구현하고, 기존 전자계약 관리 시스템과의 정성평가, 시뮬레이션을 통한 성능평가를 활용하여, 제안한 방법론의 유효성과 효율성을 증명하였다. 블록체인 계약관리 플랫폼은 블록체인 기술을 기반으로 한 분산처리 방식이 적용하여 중앙화 시스템이 가지는 특성에서 발생하는 위변조 및 내부보안, 장애 취약성, 투명성 문제를 개선하였고, 보안을 위해 적용되는 다중인증 프로세스로 인한 사용성 저하 문제와, 사용자의 실수로 발생할 수 있는 계약사고를 예방하기 위해서 입력 데이터의 유효성 검사를 적용하여 개선하였다. 또한 블록체인 기술의 도입을 위한 개발, 시스템 구축, 운영관리에 대한 부담으로 인한 문제를 해결하기 위해 통합된 형태의 계약관리 플랫폼에 가입자로 참여할 수 있고, 기존의 시스템에 연동을 지원하는 방법으로 개선하였다. 본 연구의 성과로 블록체인 기술 기반 환경을 활용하여 업무 시스템 연동 및 신규 시스템 개발 과정에서 기술 도입을 원하는 중소 구모의 기업과 기관의 기술 접근성이 개선되는 영향을 통해 기술 도입에 대한 부담 문제를 해소할 수 있어서 기술의 확산과 저변 확대에 기여할 수 있으며, 기부단체와 같이 투명한 내역 공개가 필요한 부분에 활용된다면 신뢰성을 확보를 기반으로 기부 문화에 대한 부정적인 인식을 개선할 수 있을 것이다. 또한 프로세스 기반의 플랫폼의 특성을 활용하여 계약관리 환경 뿐 아니라 기록을 기반으로 하는 거래관계가 성립되는 다양한 분야에 적용할 수 있어, 블록체인 기반 어플리케이션의 확산과 안전한 계약관리 환경을 제공할 수 있을 것으로 기대한다.

2차 에너지산업의 기술적 효율성 국제비교 및 결정요인 분석에 관한 연구

남경모 한국산업기술대학교 지식기반기술에너지대학원 2015 국내박사

Amid unfavorable external conditions such as the prolonged trend of high oil prices exceeding USD 100 per barrel and the international community's tightening of regulations on climate change, it has become an important agenda for the energy industry to enhance productivity and technical efficiency to reduce both energy input and greenhouse gas emission. Since Korea is a country that depends heavily on imported energy, enhancing energy efficiency has become an imperative to reduce the cost of energy and more effectively respond to the growing global pressure to reduce greenhouse gas. Therefore, in this study, the technical efficiency of Korea's energy industry was analyzed and compared with that of other countries including the U.S. and Europe. Also, an analysis was conducted on the factors that influence technical efficiency. Through such efforts, this study seeks to identify the technical efficiency of Korea's energy industry and suggest a solution to enhance technical efficiency, and thereby contribute to strengthening the competitiveness of Korean companies, industries, and the nation as a whole. For this purpose, among the data on the productivity of 72 industries in 25 countries released annually by EU KLEMS, secondary energy industry related data from 1985 to 2005 were collected. Based on the collected data, the technical efficiency of the countries were analyzed, in addition to the factors that influence technical efficiency. Analysis was conducted on the secondary energy industry of the countries, and for the purpose of this study, secondary energy industry was redefined as the coke, redefined petroleum and nuclear fuel industries and the electricity, gas and water supply industries. A stochastic frontier production model using panel data, which is a parametric analysis method, was used as the model to estimate technical efficiency. In estimating technical efficiency, the focus of analysis was placed on the inefficiency of input. Input included labor (total labor input hours), capital (compensation for capital) and energy (energy input), and total output was used for output. Also, for the analysis model, a phase 1 model that estimates technical efficiency and efficiency-determining factors through a single model was used. According to the technical efficiency estimation results, the average technical efficiency of 16 countries changed from 0.9676 in 1985 to 0.9490 in 2005, and the average technical efficiency during the same period was 0.9636, which was close to the perfect efficiency level of 1. When the results were compared with that of Korea, Korea's average technical efficiency was 0.9820 in 1995, which was 0.0206 higher than the average technical efficiency of all countries. However, Korea's technical efficiency decreased to 0.9060, which was lower than the average technical efficiency of all countries by 0.0463. It is estimated that there are two factors attributable to this result. First, Korea's capital intensity declined at a similar rate to technical efficiency. The energy industry is an industry that is more capital intensive than labor intensive, and in this regard, a decrease in capital intensity means that technical efficiency may decrease as well. The second is currency effects. Since the Asian financial crisis of 1997, won-dollar currency rates have remained higher than the past, and currency rates were considered when labor and capital input were calculated into dollar currency for international comparison for the purpose of this study. Therefore, labor and capital input may have been underestimated, resulting in a decrease in technical efficiency figures. A comparison between the technical efficiency of Korea and that of five countries - Japan, the U.S., France, Germany and the U.K. - showed a decrease in technical efficiency in all six countries from 1991 to 2005. In particular, since 2003, all six countries showed a steep decline. The cause is estimated as the decrease in capital ratio, increase in low quality labor and reduction in R&D investment. To study the change in technical efficiency by period, the analysis period from 1991 to 2005 - the period for which comparable data was available - was divided into before and after the Asian financial crisis of 1997. The first half was from 1991 to 1997 and the second half was from 1997 to 2005. Among the 16 countries, 14 countries excluding Korea and Australia had an average technical efficiency of 0.9644 and the increase rate was 0.06%. The average technical efficiency in the second half was 0.9633, which was similar to that of the first half. However, the increase rate in the second half was -0.16%. Korea's average technical efficiency in the first half was 0.9824, outperforming the average of the 14 countries by 0.018, but in the second half, average technical efficiency steeply declined to 0.9505, which was 0.128 lower than the average of 14 countries. Korea posted a decrease of 0.0786 in the first half but in the second half, the decrease rate further declined to almost 1%. To analyze the difference in technical efficiency by region, the 16 countries were categorized into three regional groups - Europe, Anglo-America and Asia. In Europe and Anglo-America, technical efficiency remained stable near 0.96. In Anglo-America, technical efficiency also remained stable, fluctuating by a small margin every year and declining slightly since 1999. However, Asia - Korea and Japan - posted a high technical efficiency close to 1 in 1985 but showed a decline every year after 1985. Since 1995, the decrease in technical efficiency became steeper. During this period, Japan's technical efficiency decreased but the minimum remained at the 0.95 range up to 2005. However, because Korea's technical efficiency decreased significantly, the average technical efficiency of the Asia region also decreased. Lastly, to analyze the factors determining technical efficiency, the following variables 최근 들어 배럴당 100달러가 넘는 고유가 상황 장기화, 기후변화에 대한 국제적인 규제 등의 외부환경 하에서 생산성과 기술적 효율성을 높여 에너지 투입을 줄임과 동시에 온실가스 배출량을 줄이는 것이 에너지 산업의 중요한 의제 중 하나가 되고 있다. 특히 우리나라처럼 전형적인 에너지 해외 의존국은 점점 높아져 가는 에너지 비용을 조금이라도 줄이고, 온실가스에 대한 국제적 압력을 피해가기 위해서는 에너지 생산의 효율을 높이는 것이 중요하다. 따라서 본 연구에서는 제조업 중심의 우리나라 2차 에너지 산업의 기술적 효율성을 분석하고, 유럽, 미주 등 세계 여러 나라들과 기술적 효율성의 수준을 국제 비교한 후 어떠한 요인들에 의해 기술적 효율성이 영향을 받는지를 분석하였다. 이를 통해 우리나라 2차 에너지산업 효율성의 현 위치와 기술적 효율성을 제고할 수 있는 방안을 찾아 기업, 산업, 나아가 국가 차원의 경쟁력을 높이는 데 기여하고자 한다. 이를 위해 본 연구에서는 EU KLEMS에서 매년 발표하는 전 세계 25개 국가, 72개 산업의 생산성 관련 자료를 바탕으로 1985년부터 2005년까지 21년간의 2차 에너지 산업 관련 자료를 선별하여 기술적 효율성을 국제 비교한 후, 기술적 효율성이 어떤 요인에 의해 영향을 받는지를 분석하였다. 분석 대상은 국가 단위의 2차 에너지 산업이며, 이 때 2차 에너지 산업은 72개 산업 중 석탄, 석유정제, 핵연료(coke, refined petroleum and nuclear fuel)와 전기, 가스, 물 공급(electricity, gas and water supply) 산업의 합으로 재정의하였다. 기술적 효율성 추정을 위한 모형으로는 모수적 분석방법인 패널자료를 활용한 확률적 프론티어 생산함수 모형(stochastic frontier production model)을 이용하였다. 기술적 효율성은 투입물 기준의 비효율성에 초점을 맞추고 분석을 진행하였으며, 이때 투입물은 노동(노동에 대한 보상), 자본(자본에 대한 보상)이며, 산출물은 부가가치를 사용하였다. 그리고 분석모형은 기술적 효율성과 효율성 결정요인 분석을 하나의 모형에서 추정하는 ‘한 단계 모형’을 사용하였다. 기술적 효율성을 추정한 결과, 전체 16개 국가의 기술적 효율성의 평균은 1985년에 0.9676에서 2005년에 0.9490이었고, 같은 기간 동안의 평균은 0.9636으로 완전효율적인 수준인 1에 근접했다. 이 결과를 우리나라와 비교해 보면, 우리나라는 1995년에 0.9820으로 전체 기술적 효율성 평균에 비해 0.0206만큼 높았다. 그러나 2005년에는 우리나라의 기술적 효율성이 0.9060까지 하락하면서 전체 평균에 비해 오히려 0.0463만큼 효율성이 더 낮아진 것으로 나타났다. 여기에는 두 가지 원인이 있는 것으로 추정된다. 하나는 우리나라의 자본집약도가 기술적 효율성과 비슷한 추세로 같이 하락해 왔다. 에너지 산업의 특성상 노동보다는 자본집약도가 높은 산업인데, 자본집약도가 낮아졌다면 그만큼 기술적 효율성도 함께 하락할 가능성이 높다. 두 번째는 환율 효과이다. 1997년 IMF 금융위기 이후 환율이 그 이전에 비해 높은 수준으로 유지되었는데, 본 연구에서 국제비교를 위해 노동과 자본 투입을 달러화 가치로 환산하는 과정에서 환율이 고려되었기 때문에 노동과 자본 투입량이 실제보다 과소평가되면서 기술적 효율성이 하락하는 것처럼 보이도록 영향을 미쳤을 수 있다. 일본, 미국, 프랑스, 독일, 영국 등 주요 5개국과 우리나라의 기술적 효율성을 비교한 결과, 전체적으로 6개 국가 모두 1991년부터 2005년까지 기술적 효율성이 하락하였고, 특히 2003년부터는 6개 국가 모두 기울기가 급하게 하락하였다. 그 이유는 국가별로 자본비율 감소, 저급노동의 증가, 연구개발투자 감소 등에 원인이 있는 것으로 추측된다. 기간별로 기술적 효율성 변화를 살펴보기 위해 비교 데이터가 가용한 1991년부터 2005년까지 분석기간을 우리나라 IMF 금융위기가 있었던 1997년을 기준으로 전후로 나누어 1991년부터 1997년까지를 전반기, 1997년부터 2005년까지를 후반기로 구분하여 분석해 보았다. 우리나라와 호주를 제외한 14개 국가의 전반기 기술적 효율성 평균은 0.9644, 증가율은 0.06%였는데 반해, 후반기의 기술적 효율성은 전반기와 큰 차이 없는 0.9633이었으나, 증가율은 –0.16%로 마이너스를 기록하였다. 한편, 우리나라는 전반기의 기술적 효율성 평균은 0.9824로서 전체 14개 국가의 평균보다 0.018만큼 상회하였으나, 하반기에는 크게 감소한 0.9505로 전체 평균보다 0.128만큼 낮아졌다. 증감률로 보더라도 한국은 전반기에도 증가율이 –0.0786으로서 마이너스를 기록하였는데, 하반기에는 증가율이 거의 1%에 가깝게 하락한 점이 특징적이었다. 지역별로 효율성 변화를 분석하기 위해, 16개 국가를 유럽(Europe), 영미(Anglo-America), 아시아(Asia) 등 세 그룹으로 나누어 비교해 보았다. 유럽과 영미권은 기술적 효율성이 0.96 근처에서 아래위로 변동하면서 안정적인 추세를 보였다. 영미권도 유럽과 큰 차이 없이 연도별로 등락하면서 안정세를 보이다가 1999년부터 소폭의 하락세를 기록하였다. 그러나 일본과 우리나라로 구성된 아시아는 1985년에 거의 1에 가까울 정도로 높은 기술적 효율성을 보여

신·재생에너지 시장활성화와 정부정책에 대한 연구 : 신·재생에너지 산업의 발전방향 중심으로

양억만 한국산업기술대학교 지식기반기술·에너지대학원 2004 국내석사

우리나라는 한해 원유, 가스, 유연탄 등 모두 400억 달러에 육박하는 에너지를 수입한다. 반도체나 자동차 수출로 벌어들인 돈의 20%정도가 다시 에너지를 수입하기 위해 쓰이는 셈이다. 에너지의 해외 의존성과 다소비형 경제구조 탓에 유가가 치솟을 때마다 항상 어려움을 겪어야만 하는 우리로서는 신·재생에너지의 필요성은 그 어떤 나라 상황보다 절실하다고 할 수 있다. 게다가 지구온난화로 인한 기상이변이 잇따르자 이산화탄소 배출량을 줄이기 위한 전 세계의 노력이 가속화되면서 석유와 석탄을 대신할 수 있는 지속 가능한 에너지 개발이 세계인들의 화두가 되고 있다. 신·재생에너지는 석유, 석탄, 원자력 또는 천연가스가 아닌 수소, 연료전지, 풍력, 태양광, 태양열, 바이오, 소수력, 지열, 폐기물, 석탄액화 가스화, 해양에너지 등을 말한다. 환경 친화적인 데다 고갈되지 않아 무한정 활용이 가능하며, 기술주도형이라는 특징은 '자원빈국' 인 우리에겐 언제나 매력으로 다가올 수밖에 없다. 그러나 현재 우리나라의 에너지사용랑 가운데 이들 신·재생에너지원의 비중은 고작 1.5%('04년 현재)에 불과하다. 10.4%를 차지하는 덴마크나 프랑스 7.0%, 미국 4.3% 등의 선진국과 비교할 때 매우 미흡한 수준이다. 그도 그럴 것이 지난 70년부터 대학과 연구소를 중심으로 시작된 신·재생에너지 개발사업은 80년대 후반에 이르러서야 정부가 주도하는 사업으로 발전하면서 겨우 틀을 갖췄지만 별 성과를 거두지 못했다. 1.5%에 불과한 현재의 신·재생에 너지 비중도 그나마 쓰레기소각장의 매립가스를 제외하면 실제로 0.5%에 불과하다. 초기 투자 비가 워낙 많이 들어 경제성이 떨어지기 때문이다. 또한 현재의 계획대로라면 오는 2011년까지 신·재생에너지 개발에 모두 9조1,000억원 가량이 필요한데 자금확보가 불투명하고, 전력산업기금과 같이 신·재생에너지 관련 기금 조성 등 안정적 투자재원 마련이 선행돼야 할 과제로 꼽힌다. 특히 경제성이 없는 신·재생에너지 산업이 대량생산체제로 갖춰지도록 활성화하기 위해서는 초기 단계에서는 정부의 적극적인 지원이 선행돼야 하다. 정부는 올해부터 신·재생에너지 개발에 적극 나서기로 했으나 두고볼 일이다. 오는 2006년까지 에너지의 3%를 신·재생에너지로 공급하고 2011년에는 5% 공급 목표를 세웠다. 이에 따라 올해를 '신·재생에니지 원년' 으로 선포하고, 특히 태양광, 수소연료전지, 풍력 등을 3대 중점사업으로 선정해 기술개발은 물론 상용화에도 전폭적인 지원을 아끼지 않겠다는 의지다. 예산도 2003년 955억원에서 2004년에는 1,964억원으로 두 배 이상 늘렸다. 산업자원부는 2004년 5월 19일 산·학·연 관계자 500명이 참석한 가운데 신·재생에너지 사업단 출범식을 갖고 올해부터 5년간 3대 분야 사업의 기술개발 기반 조성에 2,500억원을 투입하겠다고 약속까지 했다. 특히 수소연료전지의 경우 차세대 성장동력 산업으로 선정해서 기술개발을 서두르고 있는 모습이다. 향후 10년 안에 수소를 연료로 한 자동차가 거리를 달리게 될지도 모른다. 환경에 치명적인 배기가스 대신 수증기가 배출되고 비싼 기름 값 걱정에서도 해방되는 이점이 있다. 태양광과 풍력에너지 개발에도 투자를 대폭 늘린다. 실제로 3KW급 주택용 태양광발전시스 템에는 4,000만원의 투자비가 들어간다. 정부는 한시적으로 3,000만원까지를 보조해주기로 했다. 일단 1,000만원만 더 투자하면 주택 한 채당 연간 약100만원 정도의 에너지 사용료를 절약 할 수 있다는 계산이 나온다. 또한 풍력이나 태양광에서 생산된 전력을 비싼 값에 사주고 팔아 주는 발전의무할당제도 도입과 관련 규제(전기사업법 시행령)도 개선됐다. 이에 따라 신·재생 에너지로 자급자족하는 '그린 빌리지' 도 지난해 5곳에서 올해는 2곳이 더 늘어나고 태양광 주택 3만호 보급사업도 탄력을 받을 전망이다. 산자부는 이를 위해 우선 올해 이들 3개 사업의 세부 시행과제에 따라 기술개발과 표준화, 성능평가 등을 추진하고 자동차 제조업체, 전기사업자, 건설업계 등도 참여하도록 저변을 확대해 나갈 방침이다. 이밖에도 신·재생에니지 문제를 전문적으로 다룰 정부내 기구 확대와 전문인력 양성 계획을 비롯해 일정 기준 이상의 신축 건물에는 반드시 신·재생에너지 시설 설치가 의무화되며 연차별 지원 규모도 크게 늘려나가기로 했다. 그러나 이같은 신·재생에너지 정책들은 얼마 지나지 않아 유명무실해지기나 정권이 바뀌면서 사라지곤 했다. 이제는 보여주는 정책에서 벗어나 현실적인 대안을 찾고 마련해야 한다. 신·재생에너지 기술개발도 중요하지만 개발된 기술이 상용될 수 있도록 시장도 마련해야 한다. 신·재생에너지법 개정을 추진해 발전의무할당제와 전문기업제 등을 도입, 현재의 대기업위주의 전력시장에 중소기업도 파고들 수 있는 틈새시장을 마련해 주어야 한다. 우리는 좋건 싫건 간에 이제는 신·재생에너지의 보급을 늘려나가야 하고 화석에너지의 비중을 점차 줄여야 한다. 정부는 신·재생에니지의 활성화를 위해 아낌없는 지원과 철저한 검증을 기초로 해야하고, 시민들과 기업도 적극 나서야 한다. 21세기를 살아가는 우리에게 닥친 가장 시급한 것은 에너지의 자급이리는 것을 명심해야 한다. 이 논문에서는 신·재생에너지 보급에 어느 정도 성공한 유럽과 선진국들의 예를 들었고, 우리나라 신·재생에니지 보급의 문제 점, 대내외적인 여건, 신·재생에너지 보급 활성화를 위한 필요한 정책적인 제안들을 결론 부분에 정리했다. 개인적으로 가장 관심을 갖고 쓴 부분인 '광역별 RES 할당제도' 이다. 뒤에서 더욱 자세하게 다루겠지만 중앙정부에서 제도적으로 우리나라 16개 시, 도를 대상으로 신·재생에너지 의무 할당제를 부여하자는 것이 광역별 RES 할당제도의 주요 골자다. 지난날을 되돌아 볼 때 뭔가 강력한 제도시행이 필요하다는 생각했기 때문에 이 제도를 제안하는 바이다. 우리가 1인당 2만불 시대를 열기 위해선 신·재생에너지 보급의 확대와 이를 지원할 수 있는 현실적인 정책들이 필요하다는 것이 나의 생각이다. Recently, the development of new & renewable energy sources has drawn a lot of public attention due to current trend of soaring oil price. The government authorities are also busy in trying to take a proper action. Korea's energy import such as crude oil and gas has reached up to 40 billion USD a year. A great portion of earned money by exporting products is used again to import energy sources that are essential in producing the goods. We are in desperate situation to develop new & renewable energy owing to the high energy-dependence on foreign suppliers and our multi-consumption economic structure. Furthermore, the frequent unusual climate change caused by global warming has made people to expedite the development of an alternative energy substitutable for oil and coals. The new & renewable energy includes oil, coals, nuclear energy, wind and solar energy, bio, fuel cell, ocean and thermal energy. They are environment-friendly, limitless in use, and technology-oriented, so that we are very interested in these energy sources. Our current dependence on the alternative energy, however, is just 1.4%, which is greatly low compared to other advanced countries (Denmark: 10.4%, France: 7.0%, the US: 4.3%). Colleges and institutes initiated the new & renewable energy development project in 1970's. Since late 1980's, the government began to lead the project, but the performance was not satisfactory. The current portion of new & renewable energy sources (1.4%) shall dwindle to 0.5% in case waste incineration energy is excluded. Due to the great economic burden of early stage investment, the alternative energy project doesn't look profitable. In case the project proceeds as planned, about 9.1 trillion KRW should be funded until 2011, which is unfortunately unlikely. In addition, a stable investment fund such as Energy Industrial Fund needs to be set up in advance. The new & renewable energy project is not profitable. Therefore, the authorities should provide a great support and benefits at early stage. Korea government promised to actively participate in the development of the new & renewable energy development project since this year. The new & renewable energy shall be supplied up to 3 % by 2006 and 5 % by 2011. Starting this year, the government will greatly support the development of energy technology such as solar energy, fuel cell, and wind energy and its commercialization. The budget was 95.5 billion KRW in 2003 and 19.64 billion KRW in 2004. Automobiles with hydrogen fuel shall move around the road within 10 years. Ministry of Commerce, Industry, and Energy introduced a new & renewable energy project with 500 academic-industrial attendants and promised to build up technology fundamentals in 3 major sectors, investing 250 billion KRW within 5 years. With regard to hydrogen fuel cell, the government is speeding up the development and promotion. Cars shall move around with cheap and efficient fuel within 10 years. The car exhaust gas and the fuel cost shall be greatly reduced. The government will increase the investment in solar and wind energy. About 40 million KRW shall be invested in solar energy generation system for 3KW residential building. The government decided to support up to 30 million KRW temporarily. Once additional 10 million KRW is invested, about 1 million KRW could be saved per dwelling house annually. With regard to the introduction of a new system which forces the government to buy the wind or solar energy at a good price from the developers, proper adjustment shall be conducted. The green village where the energy is self-provided by new & renewable energy sources shall increase from 5 to 7. The 30,000 solar energy residential housing development project shall speed up in coming years. For this, Ministry of Commerce, Industry, and Energy shall promote the standardization and performance evaluation as well as technology development in three sectors and induce the participation of car manufacturers, electric businesses, and construction enterprises. In addition, a professional alternative energy division shall be organized and related experts will be nurtured. The authorities announced that when new houses are constructed, the new & renewable energy development facility must be set up. The development assistance shall gradually increase in coming years. The government once promised to promote these policies before. Now, it's time to be more practical and carry out the promises. The commercialization of the alternative energy as well as its development is also important. The adjustment of related laws, the introduction of professional companies, and the promotion of niche market to make the market entrance easier for the small and medium sized enterprises shall be required. It's our destiny to reduce fossil fuels and develop and promote new & renewable energy under current situation. The government as well as private sectors should work together for the success of the alternative energy development project. We need to realize the seriousness of energy-shortage situation we are confronting now. I hope this paper could help to make the public be aware of the urgency. I send my gratitude to my guidance professor, Gang Seung-Jin.

기술시스템에 있어서 TRIZ 기능분석과 특허정보의 상보적 활용을 통한 개념설계 방법과 유용성 연구

조세훈 한국산업기술대학교 지식기반기술·에너지대학원 2022 국내박사

시장이나 고객의 기대나 요구사항에 의하여 현재의 제품이나 시스템의 개선 또는 새로운 제품을 개발하는 과정에서 개념설계는 초기 제품 설계의 방향성과 주요 핵심 기능과 성능을 설정하는 중요한 단계이다. 그러나 실무적으로 개념설계는 다양한 기술적, 인적자원과 예산 및 개발 기간의 제한 등으로 그 중요성과 파급효과에 비하여 짧은 시간에 이루어지는 경우가 대부분이다. 그리고 후속적인 상세설계와 제조 및 제품출시 등으로 이어진 신제품의 시장성공 여부를 분석한 결과, 과거에 비하여 크게 개선되지 않은 제품화 과정이 반복되는 상황으로 개념설계와 그 과정에서의 다양한 문제해결에 대한 방법이나 절차의 개선이 필요하다. 개념설계에서 다루어야 하는 기술적 문제를 해결하기 위한 산업계에 널리 알려진 공리적 설계, TRIZ, 품질기능전개(QFD) 등과 그 방법들을 부분적으로 융합하여 다양하게 개선된 방법을 시도하고 있다. 그러나 개념설계 초기의 시스템 구상단계에서의 실무적 한계가 존재하였다. 시행착오를 줄이고, 설계자의 주관적인 역량 의존성을 줄이기 위한 시도는 꾸준히 진행되었으나 구체적인 방법이나 실무적으로 사용되는 경우는 실질적으로 없는 상태이다. 본 논문은 이러한 개념설계에 있어서 초기의 문제상황을 해결하기 위한 구체적인 방법과 그에 따른 절차를 제시한다. 특허 문헌은 2019년 말 기준으로 전 세계적으로 4억 3천만 건 이상이 공개되었으며, 빅데이터(Big Data)로써 모든 산업 분야에서 다양한 기술문제들과 그에 대한 해결책이 포함된 기술정보 데이터베이스의 특성을 가진다. 특허 문헌은 법과 제도에 의하여 문제해결에 대한 최적의 실시예와 최소의 구성을 제시하고 있다. 이러한 특허정보는 공학적인 문제해결에 있어서 설계자에게 유용한 정보이다. 그러나 원하는 정보를 찾고 활용하는 절차나 방법은 대략적이며 실무적으로 체계화가 미흡한 실정이다. 따라서 다양한 기술 문제해결과 더불어 개념설계를 위한 기술구현의 사례와 설계정보를 효율적이고 체계적으로 추출하여 활용하는 방법이 필요하다. 본 논문은 개념설계의 산출물의 특성을 특허 청구범위의 특성과 TRIZ 기술시스템의 구성 및 상호작용 관계의 특성과 대응시키고 개념설계의 과정에서 기능분석 기반으로 특허정보를 체계적으로 효율적으로 추출하는 방법을 제시한다. 기반연구로 특허 문헌에서 개념설계에서 요구되는 기능과 성능구현을 위한 설계정보를 추출하기 위하여 고객 요구사항을 TRIZ 기능관점으로 특성을 고찰하였다. 추출된 요구사항의 기능적 특성을 특허 문헌에서 체계적으로 대응시키고 특허검색을 통하여 필요한 기술정보를 추출하였다. 이 과정에서 TRIZ의 기능 중심의 탐색(FOS)과 기술시스템, 기능분석을 활용하여 특허와 개념설계 및 TRIZ의 기술시스템이 상호보완 및 상보적 관계를 추출하였다. 이러한 특허와 TRIZ 기술시스템 및 개념설계 산출물이 기능관점에서 상보적 관계를 갖는 것은 개념설계의 초기문제를 해결하기 위하여 특허 문헌의 활용의 필요성과 합리적 이유를 가지는 것을 알 수 있다. 이는 기존의 특허정보의 정량적 특성을 주로 활용하는 데에서 정성적 특성을 구체적으로 활용하여 새로운 기술시스템 개발이나 문제를 해결하는 접근이다. 제시된 방법은 고객의 요구하는 결과나 효과 중심으로 요구사항을 정리하고, 유사 제품 및 문제특허의 분석 등으로 기술 Tree 또는 기능 전개로 요구사항을 TRIZ 기능정의에 따라서 결과 기능 중심으로 1차 특허 검색한다. 이는 시스템이 최종 구현해야 하는 2차적 기능이며 이를 가능하게 하는 1차 기능을 구현하기 위한 시스템 설계에 필요한 특허 검색을 위하여 1차 특허 검색결과, 기반 시스템의 구성요소 등을 고려하여 2차 특허 검색한다. 조사결과에서 활용 후보특허를 추출하여 개념설계에 산출물인 새로운 시스템을 실제 구현하기 위한 설계조건으로 Engineering, Business, Legal 등의 다양하면서 동시적으로 요구되는 특성을 고려하여 개념설계를 구상할 수 있다. 이러한 방법은 개념설계의 초기 단계에서의 개발자의 경험과 지식의 한계, 주관적 역량의 의존도를 낮추고 보다 복잡해지고 확장되는 개념설계의 고려사항들에 대응할 수 있게 된다. 제시된 개념설계 방법의 실증을 위하여 감시 카메라의 광학 문제, 대면적 그래핀 전사공정 기술, 부품공급 장치의 특허 회피설계 등의 사례를 통해서 검증하였다. 본 논문은 개념설계의 초기 시스템 구상 범위와 관련된 기술문제의 해결에 있어서 실무적 한계를 TRIZ의 기능분석과 특허정보의 상보적 활용으로 극복하는 것을 제시하였다. 또한 기술구현과 신제품의 시장성공 가능성을 높이고 개발된 기술의 특허확보와 새로운 기술발전을 이루는 방법으로 지식경영관점에서의 새로운 접근을 제시한다.

지능적 다중 객체 추적 알고리즘에 기반한 다중 PTZ 카메라 제어 시스템

홍석원 한국산업기술대학교 지식기반기술·에너지대학원 2012 국내석사

본 논문은 실시간 다중 객체 위치인식 센서 기술과 다중 PTZ 카메라의 제어 기술을 접목한 지능적 다중 객체 추적 알고리즘에 기반한 다중 PTZ 카메라 제어 시스템에 관하여 기술한다. 또한 제안한 알고리즘을 이용한 데모 시스템을 개발하여 구현 가능성을 확인하고, 제안 알고리즘의 정확성과 타당성을 검증한다.

수소경제로의 이행을 위한 안전관리 정책 연구

전대천 한국산업기술대학교 지식기반기술·에너지대학원 2014 국내박사

수소는 다양한 에너지원으로부터 생산할 수 있으며, 온실가스 배출감소, 도심지 공해 그리고 에너지안보 문제를 해결하기 위한 가장 유력한 물질로 거론되고 있다. 수소경제로의 이행에 있어서 가장 큰 동기는 지구온난화와 화석에너지의 고갈이다. 그러나 2040년 까지 수소경제의 실현에 있어서 가장 큰 걸림돌은 다양한 환경에서 수소에너지 시스템의 시범운영 경험이 부족하다는 것이다. 수소가 에너지로 이용되기 위해서는 수소의 안전문제에 대한 충분한 연구와 이해가 필요하고, 불필요한 규제들의 제정을 방지하기 위해서는 위험성을 기반으로 한 안전정책이 필요하다. 지금까지 연구는 수소의 생산, 공급, 이용 및 인프라 구축 등 수소에너지 기반구축 시 경제성 분석 연구, 사고 피해범위 및 피해완화 등 단편적인 수소에너지 안전 연구, 수소 물성 및 연료전지 특성 등 수소·연료전지 기초 연구 그리고 수소 제조, 운송, 저장 및 이용기기 기술개발 등 수소에너지 기술개발이 주를 이루고 안전정책에 대한 연구는 거의 이루어지지 않았다. 본 연구에서는 먼저 국내외 수소에너지 기술개발 현황분석, 국내외 수소안전 Codes & Standards 분석 및 수소에너지 안전관리분야 분석을 통하여 기반시설인 수소충전소, 수소 이용기기인 가정용 연료전지, 휴대용 연료전지에서의 문제점과 주요 위험요소를 도출하였고, 수소사고 시 피해규모와 피해거리를 해석하기 위한 사고피해 영향 분석 모델을 정립하였으며, 마지막으로 수소관련 산업에서 수소에너지의 안전 정책과 그 정책을 실현하기 위한 위험관리를 위한 모델을 제시하였다. 수소의 주요 위험요소는 제트화재와 밀폐공간에서 폭발이므로, 밀폐공간에서의 폭발해석 모델을 개발하였으며, 실험을 통하여 최악의 사고시나리오를 검증하였다. 모델을 통하여 해석한 결과 수소가스 폭발사고를 방지하기 위하여 수소의 폭발하한농도가 4% 임에도 불구하고 밀폐공간 부피에 비하여 0.10% 이하의 누출에서 가스누출을 감지하고, 적절한 조치를 취할 수 있는 안전장치를 갖추어야 할 것으로 사료된다. 그리고 밀폐공간 부피에 비하여 수소가스가 0.69% 정도로 아주 적은 양이 누출되어도 건물이 완전히 붕괴 될 수 있는 사고를 동반할 수 있다. 수소 충전소의 안전거리는 2차 사고를 예방하기 위한 거리로 수 십 미터에 이르는 것을 알 수 있었다. 안전거리를 확보하기 어려운 수도권과 같은 도심지에서는 충전소에서 발생할 수 있는 사고의 확률이 사회적으로 수용 가능한 위험 수준 이하로 낮추어서 안전거리를 “작업공간을 위한 최소 이격거리”인 수 미터로 설정할 수 있도록 위험을 기반으로 한 안전관리 제도의 도입이 필요하다. 수소 연료전지 자동차와 가정용 연료전지에서는 밀폐공간에서 수소폭발 사고의 위험이 크기 때문에 부품의 건전성과 수소누출 감지 차단 시스템의 신뢰성이 중요하고, 밀폐공간에 체류하는 수소를 강제 배기 할 수 있는 시스템을 적용하는 것을 검토할 필요가 있다. 휴대용 연료전지는 이동에 의한 진동과 이용자 부주의 사고를 고려하여 내구성 외에도 fail safe와 fool proof와 같은 안전기능을 제도에 도입하는 것을 신중히 검토하여야 할 것이다. 수소에는 부취제가 포함되어 있지 않으므로 실내 배관의 안전기준에는 누출감지 차단장치의 신뢰성과 강제 배기 시스템에 대한 규정이 필요하고, 배관 매설 안전기준에 정량적 위험성 평가제도가 필요하며 배관 유지관리 기준에 배관 건전성 관리 프로그램을 도입하는 것이 필요한 것으로 사료된다. 수소경제를 위한 안전관리는 여기서 제시된 안전관리 정책을 수용하고 기존의 규정적 위험관리의 단점을 보완하기 위한 새로운 안전관리 모형이 필요하고, 이를 위해 복합 위험관리모델을 제시하였다. 본 연구에서 검토한 수소경제로의 이행에 따른 안전관리 정책의 정립과 복합 위험관리모델은 사고예방 뿐만 아니라 수소충전소와 같은 기반시설 업체와 주변 주민과의 갈등을 어느 정도 해소함으로써 수소기반시설의 보급을 활성화하고 수소경제의 실현을 앞당기는데 도움이 될 것으로 사료된다.

스마트팩토리 구축요인에 따른 운영성과와 지속 사용 의도에 관한 연구: 조직특성과 생산방식 유형의 다중집단분석을 중심으로

조익준 한국산업기술대학교 지식기반기술·에너지대학원 2021 국내박사

전 세계적으로 4차 산업혁명의 새로운 패러다임으로 전환하는 시대에 살고 있다. 기업들은 초 연결, 초 지능을 특징으로 하는 4차산업 시대에 정보통신기술(ICT)의 발전으로 전 세계 글로벌화에 따른 시장 환경변화인 내부적 외부적 환경 변화로부터 기업의 지속 성장과 경쟁 역량 우위를 위해 노력하고 있다. 한편, 전 세계적 글로벌 금융위기 이후 세계시장은 장기적 경기침제와 원자재 비용 상승 등의 원인으로 성장의 한계에 봉착하고 있다. 따라서 선진 제조 강국들은 새로운 제조업 패러다임으로 고객의 맞춤 생산, 생산효율 증대 등으로 제조업의 경쟁력 강화를 위해 노력하고 있다. 정보통신기술의 발전에 따라 급격히 증가하는 데이터의 양과 기술 등은 사회 전 분야에서 변화를 나타네고 있다. 산업계 중에서 특히 제조업에서는 제조 경쟁력 향상을 위해 스마트팩토리 구축을 위한 정부 지원 사업도 활발하게 진행되고 있다. 이에 따라 학계에서도 스마트팩토리에 대한 연구가 이루어지고 있다. 그러나 스마트팩토리와 관련한 기존 연구들은 사례연구와 기술적 측면 위주로 진행되어왔다. 스마트팩토리를 구축하는 요인과 성과에 관한 연구는 저조한 실정이다. 따라서 본 연구의 목적은 조직과 기술적 측면을 고려한 스마트팩토리 구축 요인과 스마트팩토리의 운영 성과와 조직의 지속 사용 의도에 관계를 실증적으로 검증하고자 한다. 데이터는 전화, 메일, 직접 면담 등 온라인과 오프라인을 활용하여 수집하여 활용하였다. AMOSS 구조방정식을 활용하여 분석한 결과는 다음과 같다. 첫째, 스마트팩토리 구축요인인 자동화, 생산 빅데이터 활용, 공정개선 빅데이터 활용, 가치사슬 통합은 모두 운영 성과에 유의한 영향을 미치는 것으로 나타났다. 둘째, 운영 성과는 지속 사용 의도에 유의한 영향을 미치는 것으로 나타났다. 셋째, 조직 특성은 스마트팩토리 구출요인과 운영 성과, 지속 사용 의도와의 관계에 공식화 집단과 집권화 집단 간에 차이가 있는 것으로 나타났다. 넷째, 생산 유형 방식은 스마트팩토리 구출요인과 운영 성과, 지속 사용 의도와의 관계에 재고생산 방식유형 집단과 주문생산 방식 유형 집단 간에 차이가 있는 것으로 나타났다. 본 연구는 스마트팩토리의 구축요인과 관련된 기존 연구의 차이점을 나타내는 관점에서 스마트팩토리 구축요인을 조직-기술적 측면을 포괄하였고, 조직특성과 생산유형 방식의 차이점에 대한 실증적인 분석 결과를 제공한다는 점에서 의의가 있다. The world is facing the conversion to the new paradigm of the Fourth Industrial Revolution. In the era of the Fourth Industrial Revolution, which is characterized by super-connectedness and super-intelligence, companies are endeavoring to gain sustainable growth and a competitive advantage within the change of both external and internal environment due to the globalization following the advancements in information and communication technologies(ICT). On the other hand, after the global financial crisis, the world market has reached to the limits to growth due to prolonged recessions and the cost rise of raw materials. Therefore, the manufacturing powerhouses of the world are offering a new paradigm of manufacturing such as customized product manufacturing and improved production efficiencies to bolster the competitiveness of manufacturing industry. With the advancements in ICT, the rapid increase in the volume of data and the technologies is changing in every aspect of the society. In the industrial world, especially in manufacturing, government support to build the smart factory system as an effort to improve manufacturing competitiveness is on track. Accordingly, many studies of the smart factory system are being done in academia. However, since previous studies of the smart factory system have focused on case study and technological aspects, the study of building elements of the smart factory system and its achievements is lacking. Therefore, the purpose of this study is to empirically investigate building elements of the smart factory system considering organizational and technological aspects and the relation between operating performance and the continuous use. Data were collected by both online and offline through telephone, e-mail, and in-person interview. The results using AMOSS modeling are as follows. First, the building elements of the smart factory system such as automation, utilization of production-related big data, utilization of process-improvement-related big data, and value chain integrator all had meaningful influence on operating performance. Second, operating performance had a meaningful influence on the continuous use intention. Third, organizational characteristic were different between formulated groups and centralized group in terms of the relation of building elements of the smart factory system and operating performance. Fourth, with regard to the relation of building elements of the smart factory system and operating performance, there were differences of types of production system between make-to-stock and make-to-order group. This study implicates a difference from previous studies in terms of building elements of the smart factory system by covering both organizational and technological aspects of the smart factory system and providing empirical results comparing organizational characteristics and types of production system.

Factor 간 상관성 분석을 통한 결과 분석 시스템

어수균 한국산업기술대학교 지식기반기술·에너지대학원 2021 국내석사

산업용 사물인터넷(IIoT : Industrial Internet of Things)은 기존 공정의 자동화란 범주를 넘어 모든 제조 공정을 정보화 하는 것을 의미한다. 이는 일련의 제조 공정에 설치된 센서로부터 수집되는 데이터를 토대로 정보화 시스템을 구축하여 각 공정을 실시간으로 관리, 모니터링하고 나아가 환경, 사람, 자재, 재고, 생산관리 시스템과의 통합을 통해 최적화된 생산성을 유지하는 것에 목적을 두고 있다. 하지만 아직까지 중소기업은 IIoT에 대한 인식부족 및 기술 투자에 대한 어려움을 겪고 있다. 또한, 4차 산업혁명으로 인해 제조 공정에서도 변화가 일어나고 있으며 단일 공정에서 다양한 공정이 혼재되어 있는 연속 제조 공정에 대한 맞춤형 산업 플랫폼 역시 부족한 상황이다. 본 연구에서는 특정 스마트 팩토리를 구축함에 있어 중요시 되는 특정 요인(환경 요인)들과 오류들 간의 상관관계를 분석하여 스마트 팩토리 내 시스템 결함 및 오류를 예방 및 통보 할 수 있는 스마트 팩토리에 적합한 요인 분석 결과 통보 시스템을 설계 및 구현하였다. 이를 위하여 스마트 팩토리에서 주로 다뤄지는 환경 요인에 대한 자료를 수집하였고, 수집된 데이터들을 정제 및 상관관계 분석하여 시스템이 최적의 환경에서 높은 신뢰도를 가지고 동작 할 수 있도록 하는 환경 요인 간 상관관계 분석 결과 통보 시스템을 구현하였다. 본 연구의 구성은 제 2장에서는 본 연구와 관련된 기술인 스마트팩토리, 기상 정보 시스템, 상관관계 분석 시스템, 데이터 마이닝 시스템의 기존 연구를 소개하였다. 제 3장에서는 본 연구의 주가되는 관련 연구의 공통점과 차이점을 기술 및 개선방향을 도출하였다. 제 4장에서는 본 연구에서 제안한 Factor 기반의 상관관계 분석 시스템에의 설계 및 구현, 시스템 분석 결과를 기술하였다. 마지막으로 5장에서는 견론 및 기대효과를 기술하였다. 본 논문에서 제안한 시스템은 제조 공정 환경 내에서 공정 상태에 대한 실시간 가시성 제공과 예지 보전이 가능하도록 하여 공정의 효율성을 높이게 되면서 더 나아가 공정 운영과 이와 관련된 경제적 비용을 감소시킬 수 있을 것으로 기대되며, 공정 상태를 미리 파악하여 발빠른 조치를 통해 품질 향상을 기대할 수 있다. 또한, 환경 센서의 모듈화를 통해 다양한 공정이 혼재되어 있는 경우 각각의 공정마다 독립적 관리가 가능하고 환경 요소에 대해 가장 최적화된 기준을 제시해 줄 수 있음을 확인하였다. 이에 제안한 시스템은 중소기업과 같은 제조 공정을 주로 하는 공장 내에 적합할 것으로 사료된다.