1. 기술개요

▣ 기술정의

▣ 연구자정보

가. 기술정의 및 특, 장점

전자 기기의 고장 예측 장치 및 이를 이용한 고장 예측 방법

• 기술특징

- 본 기술은 시스템이 스스로 이상 상태를 측정, 진단,

예측하고, 시스템 건전성 관리도 할 수 있는 장치

및 방법에 관한 것으로,

- 전자 기기의 성능 측정 데이터를 분석하여 고장

발생을 사전에 예측함으로써 고장에 선제적으로

대응할 수 있는 기술임

• 기술적용분야 및 제품

원자력발전소운송기기(비행기, 자동차 등)

산업시설(공장, 건물 등)

1차 계통(원자로, 증기발생기 등)

동력전달시스템시설물 내외부 진단

2차 계통(터빈, 급수펌프 등)

운행제어시스템생산설비 자가 진단

도면 1 도면 2 도면 3

제품 신뢰성 평가 / 빅데이터 / 시스템 건전성 관리 및 수명 예측 연구

• 성명: 권 대일 교수

• 소속: 기계항공 및 원자력공학부

• 이메일: dkwon@unist.ac.kr

• 전화번호: (052)217-2725

• 주연구분야: 제품 신뢰성 평가/빅데이터 분석을 통한 환경

모델링/시스템 건전성 관리 및 수명 예측

1. 기술개요

▣ 기존기술

▣ 보유기술 장점

기존 시스템은 적용되는 영역이 협소하며, 연산장비가 고가

• 기술일반

- 시스템 고장예지는 작동중인 시스템의 열화 정도를 평가하여 고장이 발생할

시간을 예측하는 과정으로, 이러한 과정은 갑작스런 고장에 따른 손실이나 피해를

사전에 방지하는 역할을 함

- 현재 산업 전반에서는 물적 손실이나 인적 피해를 최소화하고자, 시스템이나

기기의 고장을 사전에 예측 및 진단하는 시스템에 대한 연구가 진행중이며, 일부

산업 분야에서는 실제 적용되어 실시되고 있음

• 문제점

- 대부분 고장예지 방법은 각각의 시스템 모델이나 장치 모델에 대한 물리적 분석이나

이론적 배경을 고려해야 하므로 범용적 적용이 어려움

- 또한 고가의 측정 장비나 방대한 연산작업을 수행해야 하는 연산 장비를 이용해야

하므로 시스템 비용이 높은 수준임

[배전선로 고장예지시스템 구축 사례]

보유특허1

구 분 보유특허

특징대상 기기나 시스템에 대한 물리적 분석이나 이론적 배경 없이 측정된 데이

터만으로도 대상 기기나 시스템의 고장 징후를 사전에 정확히 예측 가능

효과부호화한 데이터를 이용하여 고장 징후의 예측에 필요한 연산량을 줄였으며,

이로 인해 고가의 연산 장비 등을 이용하지 않아도 고장 징후 예측 가능

데이터 측정만으로 시스템 고장 징후를 예측 가능하고 적용 영역이 범용적

1. 기술개요

▣ 기술실시 형태

나. 기술개발의 완성도

▣ 기술 성숙도

• 실시내용

고장예측장치의 구성 및 실시

- 고장예측장치는 입력부에서 예측부까지 5개의 구성기기로 구성되어 있으며, 성능

파라미터에 대한 시계열 데이터를 입력받은 뒤 부호화를 통하여 기 입력된

기준값과 비교하여 고장 발생 여부를 판단

고장 예측장치의 구성 고장 예측방법 및 절차

• 본 기술은 현재 실용화 단계임

• 동서발전과 연구과제 진행을

통해 동서발전 설비 자가 진단을

진행 중에 있음. 인공지능 자가

학 습 을 통 한 자 가 진 단 이

가능하도록 함

• 현재 생산설비 ROI 분석 툴을

마 련 하 였 으 여 ROI 분 석 결 과

투자비용 2년내 회수가능

TRL 2단계

2. 기술동향

▣ 국내 기술개발 동향

다양한 분야에서 고장 예지 및 건전성 관리 기술 개발 진행중

- 고장예지 및 건전성관리(PHM : Prognostics and Health Management) 기술은

1980년대 영국 민간 항공국에서 헬기 사고율을 줄이기 위한 목적으로 시작됨

- 국내에서는 항공산업, 원자력발전, 해상풍력발전, 자동차 전장, 2차전지 및 EMA

모듈 등 갑작스런 failure 발생시 치명적 손상이 예상되는 분야에서 활발한 연구가

수행되고 있음

세계적인 관심분야로서 활발한 연구 수행중

▣ 국외 기술개발 동향

- 전 세계적으로 PHM 연구가 활발히 이루어지고 있고 대표적인 기관으로 미국 NASA

Ames의 PCoE, Maryland 대학의 CALCE, Cincinnati 대학의 IMS, 영국 Cranfield 대학의

IVHM 센터가 있으며, 2009년부터 미국의 PHM society가 설립되어 매년 국제 학술발표를

진행하고 있음

(자료: Journal of the KSME 3저널 THEME ‘건전성 예측 관리 기술‘, 대한기계학회)

전 세계 PHM 연구기관

설계 및 정비기술의 발전

(자료: Journal of the KSME 3저널 THEME ‘건전성 예측 관리 기술‘, 대한기계학회)

2. 기술동향

▣ 국내 연구개발 동향

지능형 생산설비 고장예지관리 기술개발(일부 발췌)

No. 핵심설비부 세부No. 고장부품 고장모드 측정값

1 에너지/전원부

1) Power supply 단락 진동

2) Transfomer

단락 가스

부분방전 부분방전

기계적손상임피던스

진동

3)Energy storage

system단락

임피던스

전압

2 유공압부

4) Cylinder 마모

진동

오일

온도

저항

5) Valve 마모

진동

AE

음향

압력

크랭크 속도

3 제어부

6) PLC 오작동 system on/off

7) Inverter 단락 전압

8) Switch 단락 전압

9) Cable 단락

가스

기계적 특성

전압

임피던스

3. 권리성

▣ 권리확보 현황

발명의 명칭 전자 기기의 고장 예측 장치 및 이를 이용한 고장 예측 방법

대표청구항

(청구항 제1항)

구성요소 기능 및 구성 한정

고장예측방법

측정된 성능 파라미터의 시계열 데이터를 입력받는 단계

시계열 데이터를 부호화하는 단계

부호화된 시계열 데이터의 심볼들간 전이 확률을 연산하고,

전이행렬을 생성하는 단계

전이 행렬과 기 저장된 데이터 베이스의 차이 값인 이상 지

표 및 이상 지표의 상승치를 연산하는 단계

이상 지표의 상승치와 기 설정된 임계치를 비교하고, 비교

결과 이상 지표의 상승치가 기 설정된 임계치보다 크면 기

기의 고장이 발생할 것으로 예측하는 단계

청구항

(청구항 제6항)고장예측장치

측정된 성능 파라미터의 시계열 데이터를 입력받는 입력부

시계열 데이터를 부호화하는 부호화부

부호화된 시계열 데이터의 심볼들간 전이 확률을 연산하고,

전이 행렬을 생성하는 생성부

전이 행렬과 기 저장된 데이터 베이스의 차이 값인 이상 지

표 및 이상 지표의 상승치를 연산하는 연산부

이상 지표의 상승치와 기 설정된 임계치를 비교하고, 비교

결과 상기 이상 지표의 상승치가 기 설정된 임계치보다 크

면 고장이 발생할 것으로 예측하는 예측부

권리범위

특징

본 기술은 고장 예측장치를 이용한 고장 예측 방법에 있어서 고장을 예측하

는 방법과 고장을 예측하는 장치로 각각 구성요소를 구성하고 있으므로, 방

법과 장치에 있어 각각 단일 구성요소에 의한 넓은 권리범위를 가짐

보유특허

고장 예측 장치 및 고장 예측 방법 핵심특허 보유

4. 기술의 시장성

원자력발전소, 운송기기 및 산업시설에 적용 가능

▣ 적용분야 리스트

• 기술적용분야

가. 적용분야

원자로, 동력전달시스템 및 시설물 관리에 적용가능

▣ 적용사업 리스트

• 기술적용 사업

나. 적용사업

- 본 기술은 고장 예측 장치에 관한 것으로 본 기술을 원자력발전소, 운송기기

제품 및 산업시설 등에 적용 가능할 것으로 판단됨

- 본 기술은 시설물 내외부 진단 및 생산설비 자가 진단과 같은 산업시설 사업에

적용 가능할 것으로 판단됨

원자력발전소운송기기(비행기, 자동차 등)

산업시설(공장, 건물 등)

원자력발전소운송기기(비행기, 자동차 등)

산업시설(공장, 건물 등)

1차 계통(원자로, 증기발생기 등)

동력전달시스템시설물 내외부 진단

2차 계통(터빈, 급수펌프 등)

운행제어시스템생산설비 자가 진단

5. 목표시장·전략제품

▣ 국내외 시장 동향

가. 적용시장

구분 2015년 2016년 2017년

해외시장 14.9 억달러 15.3 억달러 15.7 억달러

국내시장 102.4 억원 112.3 억원 123.2 억원

[국내 생산설비 유지관리 서비스 시장 규모]

2015 2016 2017 2018 2015 2016 2017 2018

[생산설비 유지관리 서비스 시장 규모]

(자료: 중소·중견기업 기술로드맵 전략보고서, 중기청)

- 2015년 전세계 EAM 시장 규모는 14.9억 달러, 2016년에는 15.3억 달러로 성장하였고

2020년에는 17억 달러에 이를 것으로 예상됨

- 국내 EAM 시장 규모는 2015년 약 102.4억원으로 추산되며 매년 9.7% 성장하여

2020년 약 162.5억원 규모가 될 것으로 추정됨

[해외 생산설비 유지관리 서비스 시장 규모]

- 생산설비 유지관리 서비스는 공장 등에 설치된 생산설비에 대해 설비의 내구수명

전주기에 걸쳐 고장을 예지하여 수리/관리하고 업그레이드 및 새로운 설비교체,

유통 등 설비기능을 유지 보전하는데 필요한 체계화된 토탈시스템으로서 자산관리

서비스로서의 EAM(Enterprise Assets Management) 산업에 포함되는 서비스이므로

EAM 시장을 통해 시장수요를 추정함

- 세계 EAM 시장규모를 지역별로 보면 북미, 유럽, 중동 및 아프리카, 아시아, 남미

순이고 시장의 성장 측면에서도 북미와 유럽이 시장을 주도할 것으로 예측됨

5. 목표시장·전략제품

▣ 시장 주요 참여자

나. 경쟁사 분석

- 고장예지관리기술은 센서, 빅데이터, 제어시스템, IoT 산업 등 적용분야와 현장활용도가

무궁무진하며, 고장예지관리기술 적용을 통한 기존 제조업과 정보통신기술 융합은 4차

산업혁명의 시발점이 되어 제조업의 고부가가치 창출에도 기여할 것으로 판단됨

- 국내 업체 중 고장예지관리기술 시장만을 주도적으로 이끌어가는 기업은 확인할 수

없었으며, 대기업 위주로 각 사업부 형태로 운영되고 있는 것으로 판단됨

- 국내 EAM/ERP 기업들은 소속그룹 내 제조계열사 시스템 구축이나 중소기업을 대상으로

한 중저가형 솔루션 제공에 머물러 있는 실정임

EAM/ERP 기업 주요 경쟁업체

(자료: 중소·중견기업 기술로드맵 전략보고서, 중기청)

- 삼성 계열사 미라콤아이앤씨가 제공하는 MES Package는 생산 활동에 필요한 생산 분석,

품질 분석, 공장레벨의 스케쥴링, 생산순서결정 등 제품제조지원 기능을 제공하고 생산과

관련된 모든 정보를 관리하는 생산정보시스템임

- 이메인텍의 설비관리솔루션 M.Wave는 Web기반의 설비관리시스템으로 설비정보관리,

예방정비, 점검일정 및 정비요청에 따른 Work Order 발행 및 정비이력 관리, 예방점검 및

정비 등 기능을 통해 안전 운전과 합리적인 예방정비 활동을 지원하도록 구성되어 있음

구분 경쟁환경

제품분류 생산설비 모니터링 기술 생산설비 생애주기관리 기술

주요 제품/기술

설비상태 측정기술

설비정보 인터페이스 기술

원격모니터링 감시기술

생산설비 수명주기 측정 정보화 기술

생애주기 통합 전사관리시스템

해외기업

IBM, Oracle, SAP SE, Archibus,

CA Technologies,

Accruent, Infor, ABB, CGI

IBM, Oracle, Trimble Navigation,

SAP SE, Planon Corporation, FM

Systems, iOffice, IFS AB, AssetWorks

국내기업 미라콤아이앤씨, 유온아이티 현대오토에버, 이메인텍

5. 목표시장·전략제품

▣ 시장 주요 참여자

나. 경쟁사 분석

순번 회사명 업종 로고

1 한국스마트제조협회 사단법인협회

2 한국TRW자동차부품산업 자동차제조

3 동해산업 자동차제조

4 신평산업 자동차제조

5 킴스엔지니어링 자동차제조

6 원진정밀 자동차제조

7 동양피스톤 자동차제조

8 다산이엔지 전자/전기

9 유믹스 전자/전기

10 메가이엔씨 전자/전기

11 디알이엔지 전자/전기

12 테바테크 전자/전기

13 삼화양행 전자/전기

14 ㈜하나텍 전자/전기

15 마루엘에스아이(주) 전자/전기

5. 목표시장·전략제품

다. 전략제품군 도출

▣ 전략제품 후보

• 기술적용 사업

시설물 진단

• 도출 전략 제품

고장 예측에 높은 정확도 효과

운송기기(비행기, 자동차 등)

동력전달시스템

원자력발전소

1차 계통(원자로, 증기발생기 등)

2차 계통(터빈, 급수펌프 등)

운행제어시스템

시설물 내외부 진단

시설물 건전성 관리

산업시설(공장, 건물 등)

고장 예측 시뮬레이션 결과

• 성능측정

- (a)와 같이 적층 세라믹 축전기는 872시간째에 유전 손실 계수가 급격히

상승하였으며 이는 적층 세라믹 축전기의 고장을 확인한 것으로서, 실제 고장

시간보다 13시간 먼저 고장을 감지한 것으로 확인됨

원자력발전소운송기기(비행기, 자동차 등)

산업시설(공장, 건물 등)

1차 계통(원자로, 증기발생기 등)

동력전달시스템시설물 내외부 진단

2차 계통(터빈, 급수펌프 등)

운행제어시스템생산설비 자가 진단

6. 관련특허

▣ 보유특허 리스트

구분 발명의 명칭 출원번호 출원일

보유특허전자 기기의 고장 예측 장치 및 이를 이용한

고장 예측 방법2016-0007009 2016.1.20

전자기기 고장 예측 장치 관련 등록특허 보유

보유특허