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===개발 과제의 개요=== | ===개발 과제의 개요=== | ||
====개발 과제 요약==== | ====개발 과제 요약==== | ||
− | + | 본 개발 과제는 공중화장실에서 누구나 겪을 수 있는 문제점을 해결하는데 목표를 두었다. 기존의 스마트 변기의 역할에 더불어 변기 막힘 감지와 막힘 해소의 기능을 갖추고 있으며 변기의 구조 자체를 바꾸지 않고도 변기에 즉각적으로 적용할 수 있도록 개발한다. 본 개발의 변기 뚜껑은 사용자 감지, 자동 물내림, 자동 개폐, 막힘 감지, 막힘 해소, 블루투스를 활용한 정보 전달을 포함한다. | |
====개발 과제의 배경==== | ====개발 과제의 배경==== | ||
− | + | 기존 선행기술 ‘자동 물내림 기능과 막힘 알림 기능이 있는 스마트 변기’에서는 용변 유무를 확인하여 자동으로 물을 내린 뒤 수위 센서를 통해 물이 넘칠 시 이를 감지하여 담당자에게 알림이 가도록 한다. 하지만 이러한 선행기술은 다음과 같은 한계가 존재한다. 첫 번째, 변기 구조 자체를 바꿔야 하므로 기존 변기에 적용이 불가능하다는 문제가 있다. 두 번째, 센서가 변기 내에 존재하여 고장 시 교체 및 수리가 어렵다는 문제가 존재한다. 세 번째, 물이 넘치는 상황 시 이를 감지할 뿐 해결 및 방지할 대응책이 없으며, 수위 센서와 물이 직접 접촉하기에 고장의 우려가 있다. 이러한 문제점을 해결하고자 변기 커버 내에 막힘 해소 기능을 갖추고 있으며 변기 커버만을 교체하여도 기존의 스마트 변기의 역할이 가능한 제품을 만들고자 한다. | |
====개발 과제의 목표 및 내용==== | ====개발 과제의 목표 및 내용==== | ||
− | + | 본 개발과제는 공중화장실에서 변기 사용 시 겪을 수 있는 문제점(이전 사용자가 물을 내리지 않거나 변기가 막히는 등의 문제)에 집중 및 해결하는데 목표를 두었다. 또한 문제를 해결하는 방법에 있어 변기 자체의 설계가 아닌, 기존 변기에 즉각 적용할 수 있도록 변기 커버를 설계하는 데 의의가 있다. | |
===관련 기술의 현황=== | ===관련 기술의 현황=== | ||
====관련 기술의 현황 및 분석(State of art)==== | ====관련 기술의 현황 및 분석(State of art)==== | ||
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*전 세계적인 기술현황 | *전 세계적인 기술현황 | ||
− | + | 1) 자동 물내림 변기 | |
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+ | 인체 감지 센서(압력 감지 센서)가 내장되어 있고, 이를 통해 자동 시트 개폐 기능 및 자동 물내림 기능이 가능하게 한다. 또한 제트 분사용 배관을 추가로 설치하여 고속으로 세정수를 분사하는 제트 분사가 행해져 상기 변기 내부에 남아있는 오물을 배수관을 통해 배출시키는 기능 및 강한 분사압을 통해 막힘을 방지하고자 하는 기능을 가진다. | ||
+ | |||
+ | 이러한 기능은 남아있는 잔여 오물의 세척 성능 향상으로 청결함을 유지할 수 있다는 특징을 가진다. 하지만 자동 물내림 기능과 강한 분사압을 통한 막힘 방지에 집중하였기에, 막혀있는 상황을 감지하고 해결하기에는 적절하지 못하다. 또한 사용자 감지 시 압력 감지 센서만을 사용하기 때문에 오작동 확률이 존재한다. | ||
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+ | 2) 막힘 감지 및 알림 기능을 갖는 변기 | ||
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+ | 압력 감지 센서를 통해 사용자의 착좌를 감지하여 사용자가 없으면 컬러 센서를 통해 용변의 유무를 파악하여 용변이 남아있으면 자동으로 물을 내리게 한다. 자동 물내림을 진행해도 용변이 남아있으면 컬러 센서를 통해 이를 감지하여 물내림을 최대 2회 반복하고, 이후에도 남아있다면 막힌걸로 간주하여 담당자에게 알림이 가도록 한다. 또한 물을 내렸을 때 물이 넘친다면 수위 센서로 이를 감지하여 사용자에게 바로 알림이 가도록 하는 기능을 가진다. | ||
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+ | 하지만 이는 변기 구조 자체를 변형 시켜야 한다는 문제가 있다. 또한 막힘 현상을 감지할 수는 있지만 접촉식으로 감지하여 고장의 우려가 높고, 앞선 사례와 마찬가지로 막힘을 해소하는 방법을 가지지 못한다는 한계가 있다. 위와 마찬가지로 사용자 감지 시 압력 센서만을 사용하므로 정확한 사용자 감지에 문제가 있을 수 있다. | ||
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+ | 3) 막힘 해소 장치를 갖는 변기 | ||
+ | |||
+ | 종래 양변기는 트랩의 형상(S자 트랩)으로 고질적으로 변기 막힘 문제를 안고 있고, 이를 해결하기 위해 고안된 기술이다. 변기 막힘 현상은 대부분 이물질이 S자 트랩에 유입되기 때문에 발생하고, 이물질의 종류(많은 양의 용변, 물티슈, 물에 녹지 않는 제품 등)와 상관없이 막힘을 해소하기 위해 용변부 하부에 그림과 같이 가압기가 설치된 변기를 설계한다. 순간적으로 높은 압력을 가하여 S자 트랩에 막힌 이물질을 배수관으로 배출하는 것을 특징으로 하는데, 이러한 기술 역시 기존의 변기 구조를 바꿔야 하며, 막힘 현상을 자동으로 감지하는 시스템이 없기에 다음 사용자가 막힘 현상을 직접 확인하고 작동시켜야 한다는 한계가 있다. | ||
+ | |||
*특허조사 및 특허 전략 분석 | *특허조사 및 특허 전략 분석 | ||
− | 내용 | + | 1) 자동 물내림 기능과 막힘 알림 기능이 있는 스마트 변기(등록번호: 1019659390000, 등록일자: 2019.03.29) |
+ | 기술 내용 | ||
+ | - 압력 센서, 컬러 센서, 수위 센서를 사용하여 자동 물내림 기능 및 용변 유무 파악, 변기의 막힘을 감지하여 담당자에게 알림이 가도록 함 | ||
+ | 한계 | ||
+ | - 변기의 구조 자체를 바꿔야 함 | ||
+ | - 센서가 변기 내부에 위치하여 교체 및 수리가 어려움 | ||
+ | - 물이 넘칠 시 이름 감지할 뿐, 해결할 대응책이 없음 | ||
+ | - 수위 센서와 물이 직접 접촉하기 때문에 고장의 우려가 있음 | ||
+ | 2) 막힘 해소장치를 갖는 양변기(등록번호: 2004824290000, 등록일자: 2017.01.17) | ||
+ | 기술 내용 | ||
+ | - S자 트랩내에 이물질이 막히는 것이 양변기 막힘현상의 주된 원인이므로 이를 해결하기 위함 | ||
+ | - 용변부 하단에 가압기(20)를 설치하여 순간적으로 강한 압력을 가하여 S자 트랩 내의 이물질을 배수관으로 배출 시키는 것을 특징으로 함 | ||
+ | 한계 | ||
+ | - 가압기를 설치하기 위해선 새로운 형태의 변기를 고안해야 함 | ||
+ | - 막힘을 자동으로 감지하지 못하기 때문에 사용자가 막힌 현상을 직접 인지하고 기계를 작동시켜야 하는 불편함이 있음 | ||
+ | 3) 직수압식 양변기 세척방법(등록번호: 1020797430000, 등록일자: 2020.02.14) | ||
+ | 기술내용 | ||
+ | - 제트 분사용 배관을 추가로 설치하여 고속으로 세정수를 분사함 | ||
+ | - 제트 분사가 행해져 상기 변기 내부에 남아있는 오물을 배수관을 통해 배출 및 강한 분사압을 통해 막힘을 방지하고자 하는 기능을 가짐 | ||
+ | 한계 | ||
+ | - 제트 분사용 배관을 설치하기 위해 새로운 형태의 변기를 고안해야 함 | ||
+ | - 강한 분사압을 통한 막힘 방지에 집중하였지만, 막혀있는 상황을 감지하고 해결하기에는 적절하지 못함 | ||
+ | |||
+ | 특허전략 | ||
+ | 1) 기존 변기에 즉각 적용 가능 | ||
+ | 기존 선행기술에서 공통적으로 나타나는 문제는 변기의 구조 자체를 변화 및 설계해야 한다는 점이다. 이는 기존 변기를 교체하는 공사가 필수적이므로, 공중화장실 같이 많은 사람들이 드나드는 곳에서는 소음과 이용의 어려움 등 큰 불편함을 야기할 수 있다. 따라서 우리는 앞선 문제들을 해결함과 동시에 기존 변기에 즉각 적용이 가능하도록 변기 커버만을 설계하는 데에 큰 의의가 있다. | ||
+ | 2) 사용 여부 감지 | ||
+ | 압력 감지 센서 혹은 초음파 센서만을 사용하여 사용자를 감지하는 기존 제품들과는 달리, 본 설계에서는 두 개의 센서를 조합하여 정확한 사용자 감지가 가능한 것을 특징으로 한다. 또한 사용자 감지에 사용되는 초음파 센서가 막힘 감지에 동일하게 사용되는 것을 특징으로 한다. | ||
+ | 3) 비접촉식 막힘 감지 | ||
+ | 변기 상판에 수위 감지 센서를 설치함으로써 기존 선행기술 대비 고장의 우려가 적고, 교체 및 세척이 용이하여 담당자의 편의성을 증가시킬 수 있다. 또한 본 기술을 구현하기 위해, 웜기어 모터를 이용한 변기 상판 자동 개폐 장치와 스텝 모터를 이용한 자동 물내림 장치가 유기적으로 작동한다는 것을 특징으로 한다. 또한 웜기어 모터와 IoT 기술을 연계하여 관리자만이 변기 상판을 열수 있도록 함으로서 다음 사용자가 불편한 상황을 겪지 않아도 되는 것을 특징으로 한다. | ||
+ | 4) 자동 막힘 해소 장치 | ||
+ | 변기 뚜껑에 설치된 자동 막힘 해소 장치가 본 설계의 핵심 전략이다. 직선 운동을 위한 DC모터(1)와 회전 운동을 위한 DC모터(2)를 분리하여 효율적인 작동을 가능케 한다. 모터(2)에 막힘 해소 장치를 연결하고, 막힘이 감지될 시 해소 장치가 S자 트랩 내부로 이동하여 막힘의 원인이 된 이물질을 회수하는 것을 특징으로 한다. 막힘 해소 후 IoT 기술을 도입하여 구역 관리자에게 연락이 가도록 하여 신속한 조치를 가능케 한다. | ||
+ | |||
*기술 로드맵 | *기술 로드맵 | ||
− | 내용 | + | 기존 양변기는 사용자가 물내림을 통해 용변이 S자 트랩을 타고 배수관으로 배출되는 구조를 가진다. 이후 자동으로 사용자 감지 및 물을 내리는 스마트 변기가 사용자의 편의를 증가시킬 뿐 아니라 위생 측면에서도 발전시켰다. 위 기술이 대중화되고, 더 발전된 형태인 막힘을 감지하는 기술까지 발전하여 사용자의 불편함을 최소화하는 방향으로 발전하였다. 하지만 이는 공중화장실에서 사용되기에 비용적 문제가 있고, 또한 변기 자체를 변형시켜야 하므로 화장실 공사가 필수적이다. 따라서 우리는 비용을 낮추면서 기존의 변기에 즉각 적용 가능하도록, 스마트 변기 기능을 수행하면서 막힘을 감지하는 변기 커버를 설계하는 데에 목표를 두었다. |
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+ | 또한 ‘화장실 휴지통 없애기 운동’이 시행되면서 시행 전 대비 변기 막힘이 3배 이상이나 증가하여 구역 담당자들의 부담이 더욱 심해졌다는 통계가 존재한다. 따라서 우리는 이를 일차적으로 해결하기 위해 막힘 해소 장치를 추가적으로 설계하였다. 즉, 막힘을 감지하고 해결하는 장치가 유기적으로 작동하도록 한다.내용 | ||
====시장상황에 대한 분석==== | ====시장상황에 대한 분석==== |
2022년 12월 23일 (금) 22:32 판
프로젝트 개요
기술개발 과제
국문 : 막힘 감지 및 해소 기능을 갖춘 스마트 변기 뚜껑
영문 : Smart Toilet Lid with Clog Detection and Unclogging Function
과제 팀명
시너지
지도교수
홍완식 교수님
개발기간
2022년 9월 ~ 2022년 12월 (총 4개월)
구성원 소개
서울시립대학교 물리학과 20175500** 최*정(팀장)
서울시립대학교 신소재공학과 20174500** 노*욱
서울시립대학교 신소재공학과 20174500** 배*윤
서울시립대학교 신소재공학과 20174500** 차*욱
서론
개발 과제의 개요
개발 과제 요약
본 개발 과제는 공중화장실에서 누구나 겪을 수 있는 문제점을 해결하는데 목표를 두었다. 기존의 스마트 변기의 역할에 더불어 변기 막힘 감지와 막힘 해소의 기능을 갖추고 있으며 변기의 구조 자체를 바꾸지 않고도 변기에 즉각적으로 적용할 수 있도록 개발한다. 본 개발의 변기 뚜껑은 사용자 감지, 자동 물내림, 자동 개폐, 막힘 감지, 막힘 해소, 블루투스를 활용한 정보 전달을 포함한다.
개발 과제의 배경
기존 선행기술 ‘자동 물내림 기능과 막힘 알림 기능이 있는 스마트 변기’에서는 용변 유무를 확인하여 자동으로 물을 내린 뒤 수위 센서를 통해 물이 넘칠 시 이를 감지하여 담당자에게 알림이 가도록 한다. 하지만 이러한 선행기술은 다음과 같은 한계가 존재한다. 첫 번째, 변기 구조 자체를 바꿔야 하므로 기존 변기에 적용이 불가능하다는 문제가 있다. 두 번째, 센서가 변기 내에 존재하여 고장 시 교체 및 수리가 어렵다는 문제가 존재한다. 세 번째, 물이 넘치는 상황 시 이를 감지할 뿐 해결 및 방지할 대응책이 없으며, 수위 센서와 물이 직접 접촉하기에 고장의 우려가 있다. 이러한 문제점을 해결하고자 변기 커버 내에 막힘 해소 기능을 갖추고 있으며 변기 커버만을 교체하여도 기존의 스마트 변기의 역할이 가능한 제품을 만들고자 한다.
개발 과제의 목표 및 내용
본 개발과제는 공중화장실에서 변기 사용 시 겪을 수 있는 문제점(이전 사용자가 물을 내리지 않거나 변기가 막히는 등의 문제)에 집중 및 해결하는데 목표를 두었다. 또한 문제를 해결하는 방법에 있어 변기 자체의 설계가 아닌, 기존 변기에 즉각 적용할 수 있도록 변기 커버를 설계하는 데 의의가 있다.
관련 기술의 현황
관련 기술의 현황 및 분석(State of art)
- 전 세계적인 기술현황
1) 자동 물내림 변기
인체 감지 센서(압력 감지 센서)가 내장되어 있고, 이를 통해 자동 시트 개폐 기능 및 자동 물내림 기능이 가능하게 한다. 또한 제트 분사용 배관을 추가로 설치하여 고속으로 세정수를 분사하는 제트 분사가 행해져 상기 변기 내부에 남아있는 오물을 배수관을 통해 배출시키는 기능 및 강한 분사압을 통해 막힘을 방지하고자 하는 기능을 가진다.
이러한 기능은 남아있는 잔여 오물의 세척 성능 향상으로 청결함을 유지할 수 있다는 특징을 가진다. 하지만 자동 물내림 기능과 강한 분사압을 통한 막힘 방지에 집중하였기에, 막혀있는 상황을 감지하고 해결하기에는 적절하지 못하다. 또한 사용자 감지 시 압력 감지 센서만을 사용하기 때문에 오작동 확률이 존재한다.
2) 막힘 감지 및 알림 기능을 갖는 변기
압력 감지 센서를 통해 사용자의 착좌를 감지하여 사용자가 없으면 컬러 센서를 통해 용변의 유무를 파악하여 용변이 남아있으면 자동으로 물을 내리게 한다. 자동 물내림을 진행해도 용변이 남아있으면 컬러 센서를 통해 이를 감지하여 물내림을 최대 2회 반복하고, 이후에도 남아있다면 막힌걸로 간주하여 담당자에게 알림이 가도록 한다. 또한 물을 내렸을 때 물이 넘친다면 수위 센서로 이를 감지하여 사용자에게 바로 알림이 가도록 하는 기능을 가진다.
하지만 이는 변기 구조 자체를 변형 시켜야 한다는 문제가 있다. 또한 막힘 현상을 감지할 수는 있지만 접촉식으로 감지하여 고장의 우려가 높고, 앞선 사례와 마찬가지로 막힘을 해소하는 방법을 가지지 못한다는 한계가 있다. 위와 마찬가지로 사용자 감지 시 압력 센서만을 사용하므로 정확한 사용자 감지에 문제가 있을 수 있다.
3) 막힘 해소 장치를 갖는 변기
종래 양변기는 트랩의 형상(S자 트랩)으로 고질적으로 변기 막힘 문제를 안고 있고, 이를 해결하기 위해 고안된 기술이다. 변기 막힘 현상은 대부분 이물질이 S자 트랩에 유입되기 때문에 발생하고, 이물질의 종류(많은 양의 용변, 물티슈, 물에 녹지 않는 제품 등)와 상관없이 막힘을 해소하기 위해 용변부 하부에 그림과 같이 가압기가 설치된 변기를 설계한다. 순간적으로 높은 압력을 가하여 S자 트랩에 막힌 이물질을 배수관으로 배출하는 것을 특징으로 하는데, 이러한 기술 역시 기존의 변기 구조를 바꿔야 하며, 막힘 현상을 자동으로 감지하는 시스템이 없기에 다음 사용자가 막힘 현상을 직접 확인하고 작동시켜야 한다는 한계가 있다.
- 특허조사 및 특허 전략 분석
1) 자동 물내림 기능과 막힘 알림 기능이 있는 스마트 변기(등록번호: 1019659390000, 등록일자: 2019.03.29) 기술 내용 - 압력 센서, 컬러 센서, 수위 센서를 사용하여 자동 물내림 기능 및 용변 유무 파악, 변기의 막힘을 감지하여 담당자에게 알림이 가도록 함 한계 - 변기의 구조 자체를 바꿔야 함 - 센서가 변기 내부에 위치하여 교체 및 수리가 어려움 - 물이 넘칠 시 이름 감지할 뿐, 해결할 대응책이 없음 - 수위 센서와 물이 직접 접촉하기 때문에 고장의 우려가 있음 2) 막힘 해소장치를 갖는 양변기(등록번호: 2004824290000, 등록일자: 2017.01.17) 기술 내용 - S자 트랩내에 이물질이 막히는 것이 양변기 막힘현상의 주된 원인이므로 이를 해결하기 위함 - 용변부 하단에 가압기(20)를 설치하여 순간적으로 강한 압력을 가하여 S자 트랩 내의 이물질을 배수관으로 배출 시키는 것을 특징으로 함 한계 - 가압기를 설치하기 위해선 새로운 형태의 변기를 고안해야 함 - 막힘을 자동으로 감지하지 못하기 때문에 사용자가 막힌 현상을 직접 인지하고 기계를 작동시켜야 하는 불편함이 있음
3) 직수압식 양변기 세척방법(등록번호: 1020797430000, 등록일자: 2020.02.14)
기술내용 - 제트 분사용 배관을 추가로 설치하여 고속으로 세정수를 분사함 - 제트 분사가 행해져 상기 변기 내부에 남아있는 오물을 배수관을 통해 배출 및 강한 분사압을 통해 막힘을 방지하고자 하는 기능을 가짐 한계 - 제트 분사용 배관을 설치하기 위해 새로운 형태의 변기를 고안해야 함 - 강한 분사압을 통한 막힘 방지에 집중하였지만, 막혀있는 상황을 감지하고 해결하기에는 적절하지 못함
특허전략
1) 기존 변기에 즉각 적용 가능 기존 선행기술에서 공통적으로 나타나는 문제는 변기의 구조 자체를 변화 및 설계해야 한다는 점이다. 이는 기존 변기를 교체하는 공사가 필수적이므로, 공중화장실 같이 많은 사람들이 드나드는 곳에서는 소음과 이용의 어려움 등 큰 불편함을 야기할 수 있다. 따라서 우리는 앞선 문제들을 해결함과 동시에 기존 변기에 즉각 적용이 가능하도록 변기 커버만을 설계하는 데에 큰 의의가 있다. 2) 사용 여부 감지 압력 감지 센서 혹은 초음파 센서만을 사용하여 사용자를 감지하는 기존 제품들과는 달리, 본 설계에서는 두 개의 센서를 조합하여 정확한 사용자 감지가 가능한 것을 특징으로 한다. 또한 사용자 감지에 사용되는 초음파 센서가 막힘 감지에 동일하게 사용되는 것을 특징으로 한다. 3) 비접촉식 막힘 감지 변기 상판에 수위 감지 센서를 설치함으로써 기존 선행기술 대비 고장의 우려가 적고, 교체 및 세척이 용이하여 담당자의 편의성을 증가시킬 수 있다. 또한 본 기술을 구현하기 위해, 웜기어 모터를 이용한 변기 상판 자동 개폐 장치와 스텝 모터를 이용한 자동 물내림 장치가 유기적으로 작동한다는 것을 특징으로 한다. 또한 웜기어 모터와 IoT 기술을 연계하여 관리자만이 변기 상판을 열수 있도록 함으로서 다음 사용자가 불편한 상황을 겪지 않아도 되는 것을 특징으로 한다.
4) 자동 막힘 해소 장치
변기 뚜껑에 설치된 자동 막힘 해소 장치가 본 설계의 핵심 전략이다. 직선 운동을 위한 DC모터(1)와 회전 운동을 위한 DC모터(2)를 분리하여 효율적인 작동을 가능케 한다. 모터(2)에 막힘 해소 장치를 연결하고, 막힘이 감지될 시 해소 장치가 S자 트랩 내부로 이동하여 막힘의 원인이 된 이물질을 회수하는 것을 특징으로 한다. 막힘 해소 후 IoT 기술을 도입하여 구역 관리자에게 연락이 가도록 하여 신속한 조치를 가능케 한다.
- 기술 로드맵
기존 양변기는 사용자가 물내림을 통해 용변이 S자 트랩을 타고 배수관으로 배출되는 구조를 가진다. 이후 자동으로 사용자 감지 및 물을 내리는 스마트 변기가 사용자의 편의를 증가시킬 뿐 아니라 위생 측면에서도 발전시켰다. 위 기술이 대중화되고, 더 발전된 형태인 막힘을 감지하는 기술까지 발전하여 사용자의 불편함을 최소화하는 방향으로 발전하였다. 하지만 이는 공중화장실에서 사용되기에 비용적 문제가 있고, 또한 변기 자체를 변형시켜야 하므로 화장실 공사가 필수적이다. 따라서 우리는 비용을 낮추면서 기존의 변기에 즉각 적용 가능하도록, 스마트 변기 기능을 수행하면서 막힘을 감지하는 변기 커버를 설계하는 데에 목표를 두었다.
또한 ‘화장실 휴지통 없애기 운동’이 시행되면서 시행 전 대비 변기 막힘이 3배 이상이나 증가하여 구역 담당자들의 부담이 더욱 심해졌다는 통계가 존재한다. 따라서 우리는 이를 일차적으로 해결하기 위해 막힘 해소 장치를 추가적으로 설계하였다. 즉, 막힘을 감지하고 해결하는 장치가 유기적으로 작동하도록 한다.내용
시장상황에 대한 분석
- 경쟁제품 조사 비교
내용
- 마케팅 전략 제시
내용
개발과제의 기대효과
기술적 기대효과
내용
경제적, 사회적 기대 및 파급효과
내용
기술개발 일정 및 추진체계
개발 일정
내용
구성원 및 추진체계
내용
설계
설계사양
제품의 요구사항
내용
설계 사양
내용
개념설계안
내용
이론적 계산 및 시뮬레이션
내용
상세설계 내용
내용
결과 및 평가
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