| 연구개발개요 |
○ 포스트코로나 시대 대응을 위한, 디지털 혁신을 통한 건설산업 패러다임 전환 - 4차 산업혁명 및 포스트코로나 시대에 대응하기 위하여, 세계 주요국들은 경제구조 혁신, 일자리 창출, 산업경쟁력 제고를 목적으로 건설산업을 포함한 디지털 산업혁신 정책을 수립하여 추진 중에 있음. - OECD, McKinsey, BCG(Boston Consulting Group) 등은 디지털화와 생산성의 높은 상관관계에 주목하며, 디지털 혁신을 강조하고 있음. - 국내 또한 포스트코로나 시대 경제 도약을 위한 한국판 뉴딜 정책을 통해 디지털 기반 경제구조의 혁신 가속화와 지속가능한 일자리 창출을 추진하고 있으며, 노동집약적인 건설산업은 코로나 시대에 타 산업 대비 영향을 더욱 크게 받게 됨에 따라 포스트코로나 시대 생존과 번창을 위한 디지털 기반 사업전략과 모델로의 전환이 크게 요구되는 시점임. - 따라서, 디지털 혁신을 통한 생산성 중심의 산업 체질 개선과 신성장동력 확보를 바탕으로 ‘기술혁신→산업 부가가치 제고→일자리 창출’의 선순환 구조 조성이 요구됨.○ 먹매김 공사 자동화 필요성 - 먹매김은 골조공사의 시작으로 골조의 형상 및 치수를 정확하게 만들기 위한 기준이 되는 공사임. 이에 무엇보다 측량 정확도가 요구되며 바닥에 먹을 매기는 작업 또한 정밀성이 요구되는 중요한 공정임. - 기존 먹매김 작업은 인력에 의한 재래식 방식으로 먹매김 프로세스의 정보들이 디지털화되지 못하고 도면작성과 검측보고서 작성과 같이 변환과정이 필요함. 이러한 과정을 거침에 따라 생산성이 낮아지며 정보변환과정의 손실과 이후 공정으로 연계되지 못하는 한계를 가지고 있음. - 먹매김 과정은 디지털 도면정보를 다시 줄자를 통해 수작업으로 변환하여 먹의 정확도가 크게 낮아지는 단점이 있으며, 작업자의 숙련도나 먹줄을 튀기는 과정에 의해 먹의 정확도가 일정하지 않은 문제점이 있음. - 이에 먹매김 작업의 정밀도와 생산성 향상을 위해서 해당 프로세스의 디지털화와 자동화가 필요한 시점임. 특히 골조공사 장비의 자동화나 OSC(Off-site construction)공법이 도입되고 적용이 늘어나는 시점에서 먹의 정확도 향상과 연계를 위한 정보의 디지털화는 필수적이라 판단됨. - 이에 도면화와 검측단계 정보의 디지털화와 먹매김 작업의 자동화 기술이 요구되며, 해당 기술은 먹작업의 생산성과 정확도를 크게 향상시킬 수 있을 것으로 기대됨.○ 먹매김 자동화 기술 개발 현황 - 건설 현장에서의 먹매김(layout) 자동화 기술 개발이 기존의 대형 건설회사 및 건설자동화 시스템 개발을 목적으로 설립된 스타트업(startup) 회사들을 중심으로 추진되고 있음. - 본격적인 기술 개발은 2013년 이후에 추진되었으며, 2020년 이후 시제품의 현장 테스트가 일부 해외 기업에서만 이루어지고 있는 상황임. 따라서, 현재 먹매김 자동화 기술은 시장 도입기로서 현장의 니즈를 반영한 적정 기술개발 전략의 수립을 바탕으로 적기 시장진입을 통한 경쟁력 확보가 요구됨. - 본 과제에서는 스스로 위치를 인식하여 이동하며 먹매김을 수행하는 robotic layout system 방식을 토대로 기술 개발을 추진하고자 함. : 현장 레이아웃 로봇회사인 더스티 로보틱스(Dusty Robotics)는 스타트업 기업으로 2018년 설립하여 현재까지 720만 달러의 투자자금을 단기간에 유치할 정도로 시장성이 큰 분야임. : 특히, 아직 초창기 분야로 경쟁업체가 적고 대표기입인 더스티 로보틱스 또한 아직 현장테스트 중인 단계에 있으므로 향후 유망한 시장을 선점하기 위한 연구개발이 필요한 시점이라 판단됨.
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| 최종목표 |
○ 본 과제의 목표는 건설로봇 및 디지털화 기술을 기반으로 한 “건축물 골조공사 먹매김 시공 자동화 로봇 및 관리플랫폼 개발”로써, 이를 통해 건물의 대형화, 고층화, 비정형화에 따라 비례적으로 증가하는 측량 및 먹매김, 시공관리 업무의 생산성 및 품질을 혁신적으로 향상시키고, 건설산업의 새로운 성장동력을 확보하고자 함.○ 본 과제의 목표 달성을 위하여 다음과 같은 3가지 핵심 요소기술을 도출하였음. - 먹매김 자동화 로봇 기술 (Robotic layout system) - 통합 제어 플랫폼 기술 (Integrated control platform) - 검측관리 최적화 시스템 (Optimized management system)○ 이러한 핵심 기술의 개발을 통하여, 다음과 같은 세부 목표를 달성하고자 함. - 먹매김 공사 기존방식 대비 공법 생산성 30% 향상 - 먹매김 도면 대비 마킹오차 3mm 이내 품질 달성 - 기존 검측 프로세스 대비 관리효율성 30% 향상
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| 연구내용 및 범위 |
○ 연구개발의 개념 - 기존의 먹매김 공사의 문제점인 인력기반 재래식 시공공법과 검측방법으로 인한 생산성 및 품질저하의 문제점을 근본적으로 해결하기 위해서는 4차 산업혁명의 진보된 기술을 활용한 공법체계로의 전환이 필요함. - 본 연구는 4차산업혁명의 핵심기술인 로보틱스 기술(Robotics)과 디지털전환 기술(Digital transformation)을 활용하여 기존의 먹매김 공사의 문제점을 해결하려 함. - 해당 기술을 적용하여 먹매김 공사를 진행하기 위해서는 먹매김을 수행하는 로봇, 로봇을 제어하는 플랫폼, 검측정보를 관리할 수 있는 디지털 검측관리 시스템에 대한 연구개발이 요구됨. - 이에 본 연구는 로봇, 제어, 관리의 세분야로 나누어 각 분야의 핵심기술 연구를 수행하며, 각 수행연구는 공법 생산성, 먹매김 품질, 관리 효율성을 향상시키는 것을 목표로 하고 있음. ○ 연구개발 프로세스 - 연구개발은 로봇 하드웨어, 제어 소프트웨어, 검측관리 방법의 세 분야로 나눠 진행하며 먹매김 공법의 프로세스를 따라 해당연구를 순차적으로 연구개발함. ① 먹매김 사전 준비단계 : 먹매김 자동화 로봇이 시공할 수 있는 좌표 및 골조오차를 보정하는 단계로 BIM 먹매김 도면화 기술, 도면-현장 mapping 기술, 골조오차 분석기술, 최적이동경로 생성기술의 연구를 수행함. ② 먹매김 시공 단계 : 먹매김 로봇이 자동으로 먹선을 시공하는 단계로 로봇의 구동(주행)플랫폼, 로봇 Manipulator, 먹매김 End-effector를 개발하고 장애물 인식, 회피가 포함된 구동플랫폼의 주행과 End-effector를 고려한 Manipulator의 동작을 제어하는 알고리즘을 개발하는 연구를 수행함. ③ 먹매김 검측 단계 : 먹매김 후 마킹된 먹선을 검측하는 단계로 마킹오차를 자동으로 측정하는 기술과 오차분석을 통해 검측보고 프로세스를 원격으로 진행할 수 있는 관리 플랫폼을 개발하는 연구를 수행함. ④ Pilot Test 단계 : 연구개발의 최종단계로 각 요소기술들의 Pilot Test를 진행하여 성능을 종합적으로 평가하고, 성능분석을 통해 실용화단계를 위한 시스템 개선방향을 수립함.○ 연구내용 및 범위 ① 먹매김 자동화 로봇 기술 개발 - 먹매김 자동화 공정 설계 및 로봇 시스템 요구성능 도출 - 먹매김 로봇 마킹 End-effector 및 구동 플랫폼 설계 - 먹매김 로봇 통합 인터페이스 개발 및 시제품 제작 - 통합 Pilot test 및 성능 검증 ② 먹매김 작업 통합제어 플랫폼 기술 개발 - 도면-현장 맵핑기술 및 로봇 Manipulator 제어기술 개발 - 먹매김 동작제어 알고리즘 개발 - 로봇 이동체 제어기술 및 장애물 인식/회피 알고리즘 개발 ③ 먹매김 검측관리 최적화 시스템 개발 - 현장측정정보 기반 오차분석 및 도면보정 기술 개발 - 먹매김 로봇 최적 이동경로 생성기술 개발 - 마킹오차 측정 및 먹매김 검측관리 소프트웨어 개발
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