반복영역 바로가기
주메뉴로 바로가기
본문으로 바로가기

유망기술찾기

유망기술검색

유망기술찾기 유망기술검색

중소기업 기술로드맵 조회결과

로드맵 분류표 보기    
스마트 제조 CPS
* 발행 년도 : 2017년
1. 기술로드맵

스마트 제조 CPS 기술로드맵

2. 개요
가. 정의 및 범위
  • 정의 : 사이버-물리 시스템(CPS)은 컴퓨팅 장치와 같은 사이버 시스템을 통해 실세계의 사람, 운영환경, 기계장치와 같은 물리 시스템을 네트워크로 연결하여 제어 가능하도록 하는 시스템
  • 범위 : 스마트 제조 CPPS(Cyber Physical Production System)는 위의 CPS 기술들을 제조를 위한 공정별 기술로 다시 재분류 될 수 있으며, 제품 Life Cycle을 운영하는 제조업의 공정에 맞추어 고신뢰성의 산업네트워크 기술과, 산업 보안 강화 기술, Mass Customization 공정 시스템 기술, 지능화된 자율 제어가 가능한 스마트 생산 시스템 기술 등으로 정의 할 수 있음
나. 주요 제품

[ 제품분류 관점 기술범위 ]

주요제품 분류표
기술개발테마제품분류 관점세부기술
스마트 제조 CPS 하이브리드 모델링 기술
  • 사이버와 물리시스템 간의 상호작용 및 상호의존성을 토대로 복잡한 시스템의 신뢰성을 제공할 수 있는 기술
  • 시스템의 복잡성을 효율적으로 다루기 위해 각 도메인별 특성에 따른 플랫폼/아키텍처 기반 모델링 방법을 사용하고 있으며, 특히 도메인의 특성을 파악하고 있기 때문에 세부적인 상세 모델은 추상화 기술을 사용하여 시스템의 복잡도를 줄여주는 기술임
  • CPS 모델링 및 시뮬레이션 기술
기반 통신 및 상호운용성 지원 기술
  • 다양한 분산 환경에 이종의 시스템으로 CPS 시스템이 구성되고 각각의 시스템에서 발생하는 데이터의 양이 기하급수적으로 증가함에 따라 이를 적시에 원하는 시스템으로 전송하고 상호운용성이 보장될 수 있도록 만드는 기술
  • 미들웨어 기술
지능형 자율 제어 기술
  • 물리환경에서 발생하는 불확실성을 해결하기 위한 기술로 물리환경의 상황을 인지해 오류를 사전에 제어하는 기술
  • 네트워크로 분산된 시스템을 통합 제어하는 기술
  • Adaptive and Predictive control
산업 Network
  • 공장내외의 수직/수평의 수많은 이기종의 시스템과 센서 등에서 데이터를 수집하고 제어하는 양방향 통신을 원활히 수행 할 수 있는 통신 표준이나 프레임워크 기술
  • 현장 Field Bus에서 이기종의 Device나 설비 등에 데이터를 빠르고 정확하게 전달 할 수 있는 상호운영성 지원의 OS, 미들웨어와 통신 기술
  • 기반통신 및 상호운용성 지원기술, Validation and Verification
Cyber 보안
  • 보안이 적용되지 않고 있는 현장의 Field Bus 에 D2D 통신 보안 기술
  • 이기종의 다양한 시스템이 Network 망에서 데이터를 해킹이나 후킹 등에 대비한 통신 보안기술
  • 네트워크 및 구성 시스템들에 대한 침입을 탐지할 기술과 악의적인 소프트웨어에 의한 공격으로부터 보호하기 위한 기술
  • CPS시스템에 접속과 부절절한 명령체계에 대한 검증할 수 있는 보안 기술
  • 산업 IoT 보안

[ 공급망 관점 기술범위 ]

주요제품 분류표
기술개발테마공급망관점세부기술
스마트 제조 CPS 스마트 제조 공장
  • 공장 스마트화로 새로운 제품 생산뿐만 아니라, 에너지 소비나 기피되는 제조업 근로자의 노동환경 등 현대 사회가 안고 있는 다양한 문제까지도 해결이 가능
스마트그리드
  • 전력망은 ICT로 효율을 향상시킬 수 있는 인프라로 특히 풍력․태양광 등이 전력 그리드에 접속할 때 자원 낭비가 없도록 최적화하고 제어하는 데 ICT가 필수
스마트 헬스케어
  • 정보 통신 기술과 보건 의료를 연결하여 언제 어디서나 예방, 진단, 치료, 사후 관리의 보건 의료 서비스를 제공
교통 시스템
  • 도로교통은 ICT로 큰 변혁을 기대할 수 있는 분야로 개별 차량의 움직임을 ICT로 파악하면 세밀한 과금 조정 등 유연한 교통 정책을 실현이 가능
스마트시티
  • 사람의 이동과 활동을 토대로 교통 및 에너지를 예측하고, 기상을 관측․예측해 최적의 에너지 생성·분배 계획을 세우는 도시 설계
국방
  • 컴퓨터가 자동으로 운행하는 무인기나 위험한 전투현장에서 로봇이 전투를 수행하는 기술까지 개발돼 전투현장에 배치되는 등 첨단 ICT융합 무기개발을 통해 국방력을 개선
3. 시장현황 및 전망분석
(1) 세계시장

4차 산업혁명의 가속화와 함께 세계 주요 국가의 정부, 주요 기업들의 참여로 CPS시장은 향후 가파른 성장 예상

(단위: 백만달러,%)

스마트 제조 CPS 세계 시장규모 및 전망
구분‘16‘17‘18‘19‘20‘21CAGR
세계시장 1,675,140 1,748,846 1,825,795 1,906,130 1,990,000 2,077,560 4.4

* 출처 : 삼정KPMG 경제연구원, 삼정 Insight 제55호 (2017.12.19.)

(2) 국내시장

국내 CPS 시장은 2016년 약 5.5조 원에서 2021년 약 23조 원 규모로 성장할 것으로 전망

(단위: 억원,%)

산업/제조 분야의 세계 시장규모 및 전망
구분‘16‘17‘18‘19‘20‘21CAGR
국내시장 55,000 73,205 97,436 129,687 172,614 229,749 33.1

* 출처 : 삼정KPMG 경제연구원, 삼정 Insight 제55호 (2017.12.19.)

4.기술분석
(1) 기술개발트렌드

CPS에 대한 자율제어, 통합 연동 미들웨어, 산업용네트워크, 모델링 및 시뮬레이션, 임베디드 시스템, 설비 연결 표준화 통신, OS 및 플랫폼관련 기술 개발이 활발

CPS의 고신뢰도를 확보하기 위해 오류 분석 모델링에 의한 지식베이스를 생성하고 자율제어 활용방법과 자율관리자를 이용하는 네트워크기반 자율제어기술 연구도 진행 중

CPS 분산 환경의 시스템 간 실시간 제어를 위해 시뮬레이션의 시간 동기화 알고리즘 설계와 시뮬레이터를 개발하여 검증하는 방법들이 개발

최근의 연구중점은 과거의 WSN을 더 신뢰적이고 쉽게 수행하기 위해 CPS 구축 환경의 시너지효과에 따른 이익 구현으로 전환되어 가고 있음

센싱 설계 중점은 센싱, 데이터 검색, 이벤트처리, 통신, 프로토콜 등이며 가상설계 중점은 지능화와 상호작용에 두고 있으며, CPSN의 관리요소로 역별 센서 관련 데이터, 모바일 내장 센싱 기술과 응용, 융합 컴퓨팅 및 저장관련 기술과 보안기술을 제시하고 있음

인더스트리 4.0 기반의 CPS와 생산관리 시스템간의 미들웨어 구축을 통한 수평적 통합 방법으로 지식베이스의 생성, 자율제어관리자, 미들웨어 엔진, 통신미들웨어 관리자를 통합하는 개념으로 실험하기도 함

CPS, Middleware, MES 간의 수평적 통합으로 연계할 수 있는 방법론도 제시되고 있으며, CPS 응용층과 가상 머신 간의 미들웨어를 메시지관리, 디바이스 관리, 물류서비스 관리 모듈로 구성하기도 함

(2) 기술환경 분석

미국의 대통령 과학기술자문위원회(PCAST)는 국가 시스템 창조와 운용의 핵심 기술로써 CPS를 핵심 연구 분야로 선정하여 NSF에서 2006년부터 기금 운영

EU는 2007년부터 Frame Programme 7로써 CPS 및 임베디드 시스템에 70억 달러를 투자하였으며, Frame Programme 8(HORIZON 2020)을 통해 2020년까지 연구 추진

독일은 인더스트리 4.0의 주요 핵심 기술인 CPS, 특히 모델링 및 시뮬레이션 기술을 통해 지능형 스마트 공장 구현으로 생산성 증가 등 새로운 부가가치 창출

5.핵심요소기술 선정

확정된 요소기술을 대상으로 중소기업에 적합한 핵심요소기술 선정

[ 스마트 제조 CPS 분야 핵심요소기술 ]

핵심기술 선정결과
분류핵심요소기술개요
제조 가상화 시스템 기술 시뮬레이션 단위 객체 리파지토리 체계 구축 사이버와 물리시스템 간의 상호작용 및 상호의존성을 토대로 복잡한 시스템의 신뢰성을 제공할 수 있는 기술
입․출력 데이터 분석, 변환 및 결과 검증 기술 공장 데이터를 반영해 최적 관리 및 운영하기 위해 입‧출력된 데이터를 분석, 변환하고 관리하는 기술
서비스 기반 사이버물리 기술 모델링 대상 요소별 디지털-물리적 제어 연동 수준 분석 수집된 데이터를 기반으로 형성된 제조 모델에 따라 적절한 제어 연동기술과 수준을 분석하는 기술
도메인별 (업종별, 공정별) 모델링 기술 시스템의 복잡성을 효율적으로 다루기 위해 각 도메인별 특성에 따른 플랫폼/아키텍처 기반 모델링 방법을 사용하고 있으며, 특히 도메인의 특성을 파악하고 있기 때문에 세부적인 상세 모델은 추상화 기술을 사용하여 시스템의 복잡도를 줄여주는 기술
산업네트워크 고신뢰성 산업용 전용 통신 CPS 보안 기술 네트워크 및 구성 시스템들에 대한 침입을 탐지할 기술과 악의적인 소프트웨어에 의한 공격으로부터 보호하기 위한 기술
현장 제조환경 특성 반영 데이터 수집/처리 기술 센싱 디바이스로 부터의 다양하고 막대한 제조환경의 데이터를 기반으로 각 제조환경의 특성에 따라 가공하여 유의미한 필수 데이터를 추출할 수 있도록 하는 데이터 수집/가공/처리 기술
지능형 자율제어 기술 CPS-작업자 연동 지원 기술 다양한 작업자의 통계적 데이터를 바탕으로 특정한 작업자에 대한 모델을 만들어 지원하는 기술
복합 CPS 연동 체계 구축 물류 및 유통 현황에 대한 가상화로 실시간 피드백을 통해 새로운 제조 생산 공정을 혁신하는 기술