I. 제목
"차세대 지능형 건설물류관리 자동화 체계 개발"
II. 연구개발의 목적 및 필요성
초대형 건설공사에서 건설자재에 대한 물류관리는 성공적인 프로젝트 수행에 결정적 역할을 하며, 효율적인 물류관리를 위해서는 공사 참여 주체들 간의 원활한 의사소통을 지원하고 계획된 공사 일정에 따라 공장에서 생산된 자재를 현장의 유동적인 요인에 맞추어 적시 적소에 공급하기 위한 체계 개발이 필요하다.
그러나 일반적으로 건설자재의 생산에서 설치까지 물류 흐름의 각 단계에 걸쳐 발생하는 생산·위치·품질·시공 정보 등의 수집·관리는 인력에 의한 수작업이나 종이문서기록에 의해 처리되기 때문에 소요 시간이 많이 걸리고 정보 누락 등의 문제가 발생하고 있다. 또한 자재 생산 공장과 건설 현장의 공사참여자간 정보공유 및 의사소통이 원활하지 못하여 효과적인 자재 수급이 어려우며, 계획되지 않은 자재의 야적으로 불필요한 관리비용이 발생하고 야적 공간 확보에 많은 비용이 소요되는 등 적시적소에 자재가 공급되지 못하는 문제가 발생하고 있다.
이와 같이 비효율적인 물류관리는 엄청난 비용의 자재 손실, 품질저하, 재시공의 원인 제공, 공기 연장, 클레임 발생 등 여러 가지 risk를 야기 시켜 결국 발주자와 시공사 모두에게 손해를 끼칠 뿐만 아니라 국가적으로도 큰 손실을 발생시킬 수 있다.
반대로 효과적인 물류관리체계를 구축한다면 설계안이 까다롭고 발주자의 설계변경이 빈번하다 할지라도 프로젝트 리스크를 최소화시켜 자재 손실률을 최소화하고, 품질에 부합한 시공과 공기단축 등을 통해 발주자와 시공사 모두에게 win-win이 되는 프로젝트가 될 수 있다.
따라서 본 연구의 목적은 이와 같은 문제점을 극복하기 위해서 USN(Ubiquitous Sensor Network)과 RFID(Radio Frequency IDentification) 등 유비쿼터스 기술을 적용하여 초대형 건축물 공사에서 효과적이고, 효율적으로 활용될 수 있는 차세대 지능형 건설자재 물류관리 체계 및 제안된 물류관리 체계를 지원할 수 있는 장비와 시스템을 개발하는 것이다.
III. 연구개발의 내용 및 범위
본 연구의 최종 목표는 건설물류관리의 문제점을 해결하기 위한 미래 기술 개발을 위해 USN(Ubiquitous Sensor Network) 기술 등의 정보기술을 응용하여 초대형 건축물 공사에서 효과적이고, 효율적으로 활용될 수 있는 차세대 지능형 건설자재 물류관리 체계를 구축하는 것이다. 본 연구에서 제안된 최종 목표를 달성하기 위하여, 1) 차세대 지능형 건설물류관리 프로세스 개발, 2) 지능형 물류관리 장비 설계, 3) 차세대 지능형 건설물류관리 시스템 개발, 4) 지능형 물류관리 장비 개발, 5) 시스템 및 장비의 현장 적용 및 보완을 3년간 단계적으로 수행하였다.
먼저 1차년도 연구는 차세대 지능형 물류관리 자동화체계의 기반 연구에 초점을 맞추어, 차세대 지능형 건설물류관리 프로세스 및 지능형 물류관리 장비 설계를 세부 목표로 설정하여 연구를 진행하였고, 다음으로 2차년도 연구는 차세대 지능형 건설자재 물류관리 체계를 구축하기 위해 차세대 미래형 건설물류관리 prototype 시스템 개발 및 차세대 미래형 건설물류 장비 개발을 수행하였으며, 끝으로 3차년도 연구는 차세대 지능형 건설물류관리 시스템 구축과 지능형 물류관리 장비 개발 및 테스트를 통해 최종 목표를 달성하는 순으로 연구를 진행하였다.
본 연구에서 1~3차년도에 걸쳐 진행한 주요 연구 내용은 다음과 같다.
1. 차세대 지능형 건설물류관리 시스템 개발
■ 자재공급, 제조, 시공자, 전문업체 간의 원활한 데이터 공유를 지원하는 Construction Common Information Model(CCIM)을 위한 정보 분류 및 모델 도출
■ 기존 물류관리 현황 및 USN 기술 기반 연구를 통한 RFID/USN 기반의 차세대 지능형 건설물류관리 프로세스 모델 구축
■ CCIM, 차세대 지능형 건설물류관리 프로세스 모델 및 장비가 반영된 차세대 지능형 건설물류관리 시스템 개발
■ 차세대 지능형 건설물류관리 시스템의 보완 및 효과 검증을 위한 랩 테스트 및 현장 적용 테스트
■ 차세대 물류관리 시스템의 실용화 가능성 향상을 위한 실용화 전략 도출
■ 연구발표 및 자문회의 개최
2. 지능형 물류관리 장비 개발
■ 자재 소운반 효율화를 위한 Intelligent Mover 설계 및 시작품 개발
■ 건설물류차량 관리 효율화를 위한 Intelligent Trailer 설계 및 시작품 개발
■ 자재 입출고 관리 효율화를 위한 GateSensor 설계 및 시작품 개발
■ 자재 양중 효율화를 위한 Intelligent Hoist 설계 및 시작품 개발
■ 개발된 Intelligent Mover, Intelligent Trailer, GateSensor, Intelligent Hoist의 및 현장 적용성 검증을 위한 테스트 및 보완
■ 건설 산업 활용을 위한 건설형 RFID tag 패키징 개발 및 보완
IV. 연구개발 결과
본 연구는 기존 건설 물류 관리에서 발생되는 제반 문제점들을 개선하기 위하여, 1차년도 연구결과인 차세대 지능형 건설 물류관리 프로세스 모델을 기반으로 2차년도에 개발된 차세대 지능형 건설물류관리 prototype 시스템과 지능형 물류관리 장비의 시작품 개발 및 테스트를 진행하였고, 3차년도에 차세대 지능형 건설물류관리 시스템의 구축 및 장비 테스트와 보완을 진행하였으며, 당초 본 연구의 요구사항인 미래기술 측면에서 향후 건설 현장 및 건설 IT 기반의 발전을 고려하여 제안한 프로세스 및 장비의 타당성을 검증하는데 초점을 맞추어 연구를 진행하였다.
1~3차년도에 걸친 과제 수행을 통해 도출된 구체적인 연구 결과는 다음과 같다.
1. 차세대 지능형 건설물류관리 프로세스 모델 구축
기존 물류관리의 효율성을 증대시키기 위하여 본 연구팀의 선행연구에서 도출된 7가지 건설물류프로세스를 중심으로 RFID와 유무선 네트워크 기술(USN 기술)을 도입하여 차세대 지능형 건설물류관리 프로세스 모델을 구축하였다.
2. USN 기술현황 및 기반 연구
차세대 지능형 건설물류 프로세스 모델 구축 및 관련 기술 개발을 위하여 기반 기술인 RFID 기술 및 USN 기술의 현황 및 기반 연구를 통해 국내외 기술 동향을 파악하고 본 연구에 반영할 수 있는 적용 기술을 도출하였다.
3. 지능형 물류관리 장비 설계 및 개발
차세대 지능형 물류관리 프로세스 구현을 위해서는 지능형 물류관리 장비들의 개발이 필수적이다. 본 연구에서는 Intelligent Mover, Intelligent Trailer, Intelligent Hoist 및 GateSensor의 장비 개발 전 단계에서 차세대 지능형 물류관리 프로세스를 구현하기 위해 갖추어야 할 조건과 제약사항 검토, 제약 사항을 극복하기 위한 방안을 연구하여 장비개발을 위한 설계안을 도출하였다. 또한 응용개발이 가능한 GateSensor는 시작품을 먼저 개발하여 응용개발을 위한 테스트를 실시하였다.
그리고 제안된 Intelligent Mover, Intelligent Trailer 및 Intelligent Hoist의 설계안을 바탕으로 기능의 구현 가능성 및 보완 사항 도출을 위한 시작품의 개발 및 1차년도의 GateSensor 시작품을 보완하여 현장에 적용 가능한 2차 시작품 개발 및 현장 적용성을 테스트로 진행함을 통해 개발된 장비의 기능 확인 및 현장 적용 가능성을 검증하였다.
또한 자재의 특성, 부착위치 등에 따라 RFID tag를 판독할 수 있는 인식성능이 매우 달라지기 때문에, 건설 물류프로세스 상에서 RFID tag가 적합하게 활용되기 위해 갖추어야 할 요구사항을 도출하고 이를 기반으로 건설 산업에 적합한 RFID tag 패키징을 개발하였다.
4. CCIM 구축을 위한 속성 정보 도출 및 분류/CCIM 개발
차세대 지능형 건설물류관리 자동화 체계에서는 공급사슬망에 있는 참여자, 즉 자재공급, 제조, 시공자, 전문업체간 정보를 효과적으로 공유하는 것이 중요하다. 따라서 제조업체의 생산시스템인 ERP(Enterprise Resource Planning) 시스템, 건설프로젝트의 PMIS (Project Management Information 시스템) 및 본 연구에서 개발하고자 하는 차세대 지능형 물류관리 시스템 간의 원활한 데이터 공유를 위한 neutral한 format의 공통정보모델 개발이 필수적이다. 본 연구에서는 이것을 Construction Common Information Model (이하 CCIM)이라 명명하였으며, 1차년도 연구에서 이를 구축하기 위하여 자재/부재 특성에 따른 물류, 설계, 부재정보 등을 중심으로 속성 정보의 도출 및 분류 작업을 수행하였다.
1차년도에 도출된 CCIM 정보들을 바탕으로 CCIM을 개발하고, 이를 차세대 지능형 건설물류관리 시스템에 반영하였다.
5. 차세대 지능형 건설물류관리 시스템 구축
1차년도에 제안된 프로세스의 적용 가능성 검증 및 2차년도에 개발된 Intelligent Mover, Intelligent Trailer, GateSensor와의 연동을 통하여 물류관리 정보가 수집/관리 될 수 있는지 여부를 검증하기 위하여 prototype 시스템을 개발하였다.
또한 앞서 도출한 CCIM 모델을 기반으로 시스템 개발은 물론 각종 물류관리 관련 장비의 설치 및 운영을 위한 매뉴얼을 개발하여 이를 실제 건설현장에 적용하여 테스트를 실시하고, 테스트에서 도출된 보완사항을 토대로 개발된 시스템 및 장비를 보완하였다.
6. 차세대 지능형 건설물류관리 시스템 테스트 및 보완
본 연구에서 개발된 건설물류관리장비(Intelligent Mover, Intelligent Trailer, Intelligent Hoist, GateSensor) 및 시스템의 랩 테스트 및 실제 현장 적용 테스트를 통하여 장비 및 시스템의 기능 확인 및 보완을 실시하고 현장 적용 가능성을 검증하였다.
테스트는 제안된 프로세스의 각 단계별로 장비와 시스템의 연동을 통해 데이터의 수집, 수집된 데이터의 조회 및 관리가 가능함에 초점을 맞추어 진행하였다.
7. 차세대 물류관리 시스템의 시스템 실용화 전략 도출
본 연구에서 개발된 Intelligent Mover, Intelligent Trailer, GateSensor, Intelligent Hoist 및 건설물류관리 시스템을 건설산업에 적용하여 물류관리의 효율성 및 생산성 향상을 도출하고, 장비 및 시스템의 실용화 가능성을 높이기 위하여 차세대 물류관리 시스템 실용화 전략의 연구로드맵을 수립하여 단계별로 연구개발을 추진하고 있으며, 이에 대한 실용화 전략을 도출하였다.
V. 연구개발 결과의 활용계획
본 연구 결과의 활용 계획은 다음과 같다.
1. 현장적용
- 본 연구결과물은 건설 프로젝트에 있어서 자재/부재 생산자, 수송자, 원도급자, 협력업체 등에 의해 자재의 생산에서 출하, 운송, 입고, 야적, 운반, 설치에 이르기까지의 과정에 활용될 수 있을 것이다.
2. 실용화·제품화 방안
- 본 연구의 결과인 건설물류관리 시스템 story board 도출을 통하여 건설 현장 물류관리 시스템 개발 및 물류관리의 첨단화를 위한 현장 내에서의 장비별 혹은 프로세스별 첨단기술 도입 시 초기 참고 자료로 활용 가능하며, 도출된 실용화 전략에 따라서 미래 현장 적용 전략수립에 활용 가능하다.
- 본 연구에서 개발된 GateSensor는 현재 현장 적용이 가능할 정도의 연구 성과가 도출되었으며, 상용화를 위해 실시계약을 체결하였다. 따라서 본 장비를 이용하여 현장에서 Gate를 통과하는 각종 자재, 운송장비 및 건설장비의 효율적인 관리에 활용될 것이며, 상용화를 통해 건설 현장의 입/출고 관리 효율화 및 자동화에 기여할 것으로 판단된다.
- 개발된 Intelligent Mover 시작품의 경우는 구동기능 개선과 같은 현재 하드웨어/소프트웨어 적으로 일부 항목들에 대한 보완이 이뤄진다면 과제 완료 후에 현장 활용이 가능해져서 실용화 및 제품화가 가능할 것이다.
- Intelligent Trailer의 경우 트럭과 같은 운송장비에 활용할 수 있도록 Tool Kit 개념으로 개발하여 그 상용성을 초기 설계 단계부터 고려하였기 때문에 당해 연구결과를 바탕으로 통신안정성 등이 보완된다면 상용화 및 제품화가 본 과제 완료 후에 가능 할 것이다.
본 연구에서 개발된 차세대 지능형 건설물류관리 시스템은 기존 PMIS와 연계된 상품으로 만든다면 사업화가 가능할 것이며, Intelligent Mover와 Intelligent Trailer, 그리고 GateSensor 등은 자재/부재 공장 및 건설현장을 대상으로 사업화가 가능하다.
결론적으로 본 연구 성과물인 차세대 지능형 건설물류관리 자동화 체계와 관련 장비들은 모두 기술이전이 가능하다. 물류관리 프로세스는 건설 business model로 각종 물류관리 또는 PMIS 시스템에 적용될 수 있으며, 건설형 RFID tag 패키징과 지능형 장비들, 그리고 GateSensor 등은 관련 장비업체들을 대상으로 기술이전을 실시할 수 있을 것이다.