KR20220076216A - 국가직무능력표준(ncs) 기반 건설기계 기중기 실습교육 시스템 - Google Patents

국가직무능력표준(ncs) 기반 건설기계 기중기 실습교육 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 VR 영상기술을 활용하여 건설기계 불도저의 실습교육을 보완, 강화할 수 있는 새로운 대안으로 실장비 교육에서 체험형, 실습교육을 국가직무능력표준(NCS)의 교육 지침에 추가함으로써 조종사에게 충분한 실습교육을 제공하여 학습적 효과를 향상시키고, 안전한 실습교육을 통해 부족한 직무능력을 보완할 수 있고, 건설기계 불도저의 조종 현장과 유사한 가상환경을 컴퓨터 시뮬레이션으로 구현, 하드웨어와 융합된 가상의 물체를 실제처럼 조작, 실습함으로써 안전한 환경에서 위험을 줄이고, 훈련된 데이터를 재가공하고, 이 데이터를 3D를 이용 실시간 분석하고, 훈련기간 단축과 실습교육 비용절감을 통해 교육기관 경쟁력의 기반을 마련할 수 있고, 실제 건설기계 불도저의 운용 환경을 재현한 VR HMD 시뮬레이터를 조종면허 취득을 위한 실습 교육훈련에 활용하여 실제 콘트롤러를 적용해 조작감 등을 몸으로 체험할 수 있으며, 불도저의 운동 현상도 실제 상황과 유사하게 구현하며, 특히 VR HMD를 적용하여 운용자의 능동적 행동에 대응함으로써 실제 상황처럼 몰입이 가능한 국가직무능력표준(NCS) 기반 건설기계 불도저 실습교육시스템을 제공한다.

Description

국가직무능력표준(NCS) 기반 건설기계 기중기 실습교육 시스템{National Competency Standards based Construction Machine Crane Training System}
본 발명은 국가직무능력표준(NCS)을 기반으로 하며, 건설기계의 하나인 기중기에 대한 실습교육을 시행하는데 VR 영상장비를 활용하여 보다 간편하고, 현실적인 실습교육을 하는 기술 분야에 대한 것이다. 또한 이 실습교육을 실제 기중기 기계에 의한 실습의 일부 시간을 영상기계로 대체하는데 관한 기술 분야이다. 더 상세하게는 국가직무능력표준(NCS) 기반 교육지침에 의해서 조종사에게 충분한 실습교육을 제공하며, 이를 통해 부족한 직무능력을 보완할 수 있는 국가직무능력표준(NCS) 기반 건설기계 기중기 실습교육 시스템 분야이다.
건설기계에 관한 수요의 증가는 매년 늘어나는 추세에 있으며, 또 이를 배우려는 교육수요 역시 매우 크게 증가하는 추세이다. 건설기계 특히 기중기는 작업장치인 붐과 훅에 의해서 중량물을 인양 및 운반하는 건설기계로 쓰이고 있다.
이를 관리하는 실습교육은 국가직무능력표준에서는 건설기계 운전을 Level 2(기초능력) 단계에서 이론교육과 실습교육을 이수하도록 하는데, 그 중 10% 약 39시간의 실 장비를 통한 실습 교육시간을 규정하고 있으며, 훈련시설 정의로 강의실 1명당 1.5㎡, 구조실습실 1명당 3.0㎡, 운용실습 1명당 15㎡, 단 실습장비에 대한 보유규정 없어 현장의 실습교육은 매우 열악하게 이루어진다.
또한 건설기계 운전은 하중이동 중 지반약화 및 풍속에 따라 전복사고 시 사망으로 이어지는 중대사고 발생이 높고, 장비 확보의 어려움으로 실습교육이 제한적이고, 충분하게 이루어지지 않는 실정이다.
이러한 이유 때문에 최근 시뮬레이터를 활용해서 실습교육을 진행하거나, 이를 대체하는 시도가 많이 생기고 있으나, 현실적으로, 개발비가 높고 콘텐츠의 다양성부족으로 어려움을 겪고 있는 실정이다
그에 따라 국가직무능력표준(건설기계운전, 정비)에 맞는 실습교육을 제공하기 위한 보완방법으로 실 장비의 운용 느낌에 가까운 실습교육의 현실과 거의 동일하게 교육이 가능한 시뮬레이터 교육을 필요로 한다.
선행특허 1은 비즈니스 모델의 제휴를 통해 확보된 CP 그룹에게 가상공간이 될 월드를 제공하고 기본적인 학습 콘텐츠 예제 및 개발도구 교육을 제공함으로써, 기 생산된 학습 데이터 및 신규 생산된 학습 데이터를 개설된 가상공간에 주어진 NPC(Non-player character)에게 제공하여 교육자에게 제공하거나, 월드의 한 부분에 학습장을 제작 또는 제공 받아 CP(Contents Provider) 그룹이 직접 학습 콘텐츠의 서비스를 진행할 수 있게 함으로써 소비자에게 다양한 학습 콘텐츠를 사이버공간의 시장경쟁을 통하여 제공할 수 있는 가상현실 교육 시스템 제작 도구 및 방법이 기재되어 있다.
위 선행특허 1은 사이버 공간에서 학습하는 구성으로, 직접 시뮬레이터를 통해 건설기계를 실제와 유사한 환경의 교육 환경을 통해 실습할 수 있는 교육환경을 제공하지 못하는 문제점이 있다.
선행특허 2는 저가의 카메라를 통해 작업에 필요한 영상을 구현하고, 입체 음향 효과를 제공하여 음향에 의한 주위 환경을 입체적으로 느낄 수 있도록 하여 조작을 용이하게 함으로써 비숙련자도 조작을 용이하게 수행할 수 있도록 하여, 수중 건설용으로 새롭게 개발되는 경작업용 원격제어로봇(ROV: Remotely Operated Vehicle)의 작업 능률과 범위를 현저히 향상시키고, 인건비를 절감시킬 수 있도록 하는 수중 작업용 원격제어로봇 시스템 및 그 제어 방법이 기재되어 있다.
선행특허 2도 실제 수중 로봇을 탑승공간이 구현된 원격지에서 조종할 수 있도록 하는 구성으로, 실제 수중 로봇을 움직이게 되므로, 실제 장비가 구비되지 않으면 사용이 불가능하며, 교육을 위한 환경이 아니라 실제 작업을 위한 환경을 구비하는 것이므로, 실습 교육을 하지 못하는 문제점이 있다.
선행특허 1 : 대한민국 공개특허공보 제10-2011-0123334호(2011.11.15.) 선행특허 2 : 대한민국 공개특허공보 제10-2015-0145590호(2015.12.30.)
본 발명에서는 위와 같은 선행기술의 문제점을 해결하기 위해서는 영상장비를 활용해서 현실감과 거의 비슷한 수준이며, 국가직무능력표준(NCS) 교육지침에 맞는 VR 영상장비를 활용한 건설기계 교육시뮬레이터를 만들 필요성을 가지게 되었다. 이의 교육으로 실제 현장에서 느끼는 장비부족, 교육시간부족에 대한 해결해야 할 과제를 가진다.
조종사에게 충분한 실습교육을 제공하고, 안전한 실습교육을 할 수 있으며, 건설기계 조종 현장과 유사한 가상환경을 컴퓨터 시뮬레이션으로 구현, 하드웨어와 융합된 가상의 물체를 실제처럼 조작 실습하게 할 과제도 가진다.
또 실제 기중기의 운용 환경을 재현한 VR 시뮬레이터를 조종면허 취득을 위한 실습 교육훈련에 활용하여 실제 건설기계의 실제 상황과 유사하게 구현하며, 특히 VR HMD를 적용하여 운용자의 능동적 행동에 대응함으로써 실제 상황처럼 몰입이 가능한 국가직무능력표준(NCS) 기반 기중기의 국가직무능력표준(NCS) 기반 건설기계 기중기 실습교육 시스템을 제공하는데, 그 해결과제가 있다.
위의 과제를 해결하기 위해 국가직무능력표준(NCS) 기반 건설기계 기중기 실습교육 시스템은 가상현실 기반의 체험형 건설기계용 복수의 시뮬레이터(200, 201, 202)에서 발생한 가상현실 기반 체험 데이터를 수신하여 전송부(140)를 통해 서버(300)로 전송하고, 사용자 정보를 통합 관리하는 통제실(100);
상기 건설기계 교육학원의 통제실(100)과 연동되어 실제 건설기계의 운용 환경을 재현한 VR HMD(Virtual Reality Head Mounted Display) 시뮬레이터를 조종면허 취득을 위한 실습 교육훈련에 활용하여 실제 콘트롤러를 적용해 조작감을 몸으로 체험할 수 있으며, 건설기계의 운동 현상도 실제 상황을 구현하되, VR HMD를 적용하여 운용자의 능동적 행동에 대응함으로써 실제상황에 몰입이 가능하도록 하는 복수의 시뮬레이터(200, 201, 202), 상기 복수의 시뮬레이터(200, 201, 202) 각각은,
상기 통제실(100)과 통신하는 통신모듈(210)과, 훈련하고자 하는 건설기계의 기종선택 선택, 환경설정, 사용자정보, 평가결과 및 평가 주행 영상이 기록되는 저장부(220), 상기 저장부(220)에 저장된 데이터는 상기 통제실 제어부(120)에서 임의로 전송하거나 익일 일정시간에 건설기계 실습교육 시스템 서버(300)로 전송되며, 상기 시뮬레이터의 저장부(220)에서는 삭제되고, 새로운 안전기준 정보가 주기적으로 건설기계 실습교육 시스템 서버(300)에서 업데이트되며, 상기 건설기계 실습교육 시스템 서버(300)는, 시뮬레이터에 필요한 시뮬레이터 저장데이터와 안전기준정보를 분석 관리하는 운용서버(310)와, 전송된 데이터를 1차 저장하는 DB서버(320), 빅데이터연산부(330)를 통해 분석된 데이터를 저장하고, 업데이타된 안전기준정보를(340), 돌발 이벤트 발생시 대처능력에 대한 운용과 대응시간 상황을 도출하는 DB서버를 포함하여 구성되며, 안전운용실습교육 가상공간 환경을 설정하는 훈련평가 시나리오 생성부(230)와, 상기 시뮬레이터를 작동시에 발생되는 실질적인 시뮬레이션을 진행하고, 시뮬레이션과정을 실시간으로 시각화하여 모니터와 HMD로 전송하는 시뮬레이션 연산부(240)와, 상기 시뮬레이터의 작동부분으로, 조이스틱, 페달, 휠, 레버, 온/오프 스위치, HMD 센서 입력을 받아, 상기 모니터 및 HMD 출력을 수행하는 작동부(250)와, 상기 작동부(250)의 작동부의 각 요소 값이 사고발생시 미리 설정된 작동 분포값을 기준으로 낮으면 안전, 분포값에 포함되면 경고, 높으면 위험을 알람을 화면상에 표시하는 화면 표시부(260)를 포함하여 구성되고, 상기 건설기계 교육학원의 실장비 교육에서 체험형, 실습교육에 상기 국가직무능력표준(NCS)의 교육 지침에 가상교육(VRT, Virtual Reality Training)을 추가하여 조종사에게 충분한 실습교육을 제공하여 학습적 효과를 향상시키고, 안전한 실습교육을 통해 부족한 직무능력을 보완하도록 하며, 학습자의 정보와 콘텐츠 운영에서 발생하는 데이터를 수렴하는 실습교육 시스템 서버(300),와 인터넷으로 정보를 관리하고 제공하는 것을 제공하고,
또 국가직무능력표준(NCS) 기반 건설기계 기중기 실습교육 시스템에서, 건설기계의 기종 및 기종 선택에 따른 버킷의 종류, 버킷의 용량, 어테치먼트를 선택하는 구성부(10)와, 성토종류, 성토의 밀도, 덤프차량 최종 디스플레이 선택의 상기 구성부(10)의 지형, 기후, 온도, 돌발 이벤트을 체험하기 위한 환경부(20);
상기 건설기계의 기종 선택에 따른 시뮬레이터 작동을 측정하는 작동부(30)와, 상기 작동부(30)의 상기 작동부에 대한 시뮬레이터 주행체의 기울기, 이동물체 충격감지, 고정물체 충격감지, 지면 마찰력, 작업안전선 접촉감지 버킷 뮬량 감지 및 이벤트 대응 반응시간을 검출하는 검출부(40) 및 상기 검출부(40)의 검출결과에 따라 상기 시뮬레이터 주행체의 전복, 전락, 협착, 충돌 및 바퀴깔림, 마찰력상실, 엔진 정지, 감전을 포함하는 결과를 측정하는 결과부(50)를 더 포함하는 특징으로 하며, 또 국가직무능력표준(NCS) 기반 건설기계 기중기 실습교육 시스템은 상기 훈련평가 시나리오 생성부(230)는 훈련하고자 선택한 건설기계의 작업 및 주행에 관련된 평가항목 및 돌발 이벤트를 선택하여 시뮬레이션 환경을 설정하고, 미션 해결에 따른 조종사의 능력치를 절대적 평가하고 평가시 발생한 운용 데이터를 상기 저장부(220)에 기록함을 특징으로 하며, 또 국가직무능력표준(NCS) 기반 건설기계 기중기 실습교육 시스템은 상기 건설기계 실습교육 시스템 서버(300)는 상기 복수의 시뮬레이터(200, 201, 202)의 상기 훈련평가 시나리오 생성부(230)에서의 훈련평가 시나리오에 따른 사용자의 실습에 대하여 상기 복수의 시뮬레이터(200, 201, 202)의 통신모듈을 통해 상기 통제실(100)의 상기 전송부(140)를 거쳐 사용자의 수행결과 평가가 전송되면 상기 건설기계 실습교육 시스템 서버(300)에서는 상기 실습에 대한 사용자의 수행결과 평가를 전국이나 지역단위로 랭킹화하고, 상기 전국이나 지역단위 랭킹 정보는 건설기계 회사 서버(400)나 취업관련 공공기관 서버(500), 중소기업 서버, 중장비 사업자나 개인사업자 단말기(600)에 제공되며, 상기 실습시간이 충족되면 상기 국가직무능력표준(NCS, national competency standards) 서버로 상기 사용자의 운전연습시간 충족을 통보함을 특징으로 하는 것을 해결수단으로 한다.
본 발명은 첫째, NCS 교육 모듈기반 기초작동 방법에 대해 실습교육 시뮬레이션이 가능한 효과가 있다.
둘째, 실장비 운용 시에는 구두 교육진행으로 객관적인 데이터 확보가 어려움에 반해 시뮬레이터 운용으로 운전데이터에 대한 기록이 가능하여 저장된 데이터를 분석하여 교육자에게 발생되는 안전사고 유발 행동을 분석, 안전교육 커리큘럼에 재 맵핑하여, 안전교육의 선교육에 활용함으로써 운전자의 잘못된 운영습관을 빠르게 보완할 수 있는 효과가 있다.
셋째, 설치 공간이 작으며, 내연기관 비사용, 예열 및 교육장소 준비 시간 등 운용 전 대기시간이 없기 때문에 공해발생이 없으며, 유류 및 소모품의 유지관리비용을 혁신적으로 낮출 수 있는 효과가 있다.
넷째, VR HMD를 적용하여 기존의 모니터방식의 제한적 환경제공에서 벗어나, 운용자의 능동적 행동에 대응하는 폭넓은 실제 상황에 몰입할 수 있고, VR에서 상황에 맞는 교육을 진행함으로써 안전사고예방 및 콘텐츠 다각화 대응력을 높일 수 있고, 실제 콘트롤러를 적용하여 조작감 등을 몸으로 체험하면서, 실습을 진행함으로써 교육효과가 높은 효과가 있다.
다섯째, 산업적으로 본 실증사업에서 활용된 VR, HMD 기술은 다양한 파생 산업군에 적용될 수 있는 확장성을 제공하는 효과가 있다.
여섯째, VR 장비와 관련 소프트웨어 및 시뮬레이션을 위한 알고리즘, 사용자관리 시스템 등이 결합된 융합기술 제품으로, 국내외 경쟁사 대비 유일하게 HMD를 채용하였으며, 타기종 확장성과 가격 경쟁력이 우수하여 고가로 수입되고 있는 해외 솔루션의 수입대체 효과와 함께 세계 시장을 주도할 수 있는 기회를 마련할 수 있는 효과가 있다.
일곱째, 조종면허 교육생의 입장에서는 기중기 조종에 친숙함으로써 면허 취득이 용이하고, 사고상황 시뮬레이션을 통해 안전의식 고취 및 위기대응력이 향상 되는 효과가 있다.
여덟째, 건설기계 중장비 조종사 실습교육을 위한 VR HMD가 적용된 가상실습 시스템으로 산업현장에서 사용되는 기중기를 조종하는 동안, 콘트롤러 조작을 통해 작동되는 건설기계의 운동 현상을 실제 상황과 유사하게 시뮬레이션하고, 이를 현실감 있게 체감할 수 있도록 센서, 영상, 음향, 구동데이터 알고리즘 등의 융합을 통해 VR을 제공하며, 실습 시 조종사의 운용 상황을 기록하고 평가할 수 있는 등 기존 실장비 실습교육 대비 유지관리가 용이하고, 경제적인 실습교육 보완 시스템을 제공할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 국가직무능력표준(NCS) 기반 건설기계 실습교육의 시스템운용과 생성된 데이터정보의 흐름을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 성토의 밀도에 따른 마찰력과 성토가 쌓이는 높이에 대한 경사각을 나타낸 표이다.
도 3은 안전기준 결과도출을 위한 지형의 마찰계수를 나타낸 표이다.
도 4a는 지형형태의 여러 가지 조건을 나타낸 표이다.
도 4b는 기중기 견인시 안전한 작업범위를 나타낸 표이다.
도 5는 건설기계 기중기의 실습교육 시스템의 실시예를 설명하기 위한 블록 구성도이다.
도 6 내지 도 13은 건설기계 기중기 실습교육 시스템을 보다 상세히 설명하기 위한 도면이다.
도 14는 국가직무능력표준(NCS) 기반 건설기계 기중기 실습교육 시스템의 기능 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 15a는 평가를 위한 기중기 코스 중 발생하는 이벤트와 평가진행 흐름도이다.
도 15b는 평가를 위한 기중기 훅작업 중 발생하는 이벤트와 평가진행 흐름도이다.
도 16은 기중기에 대한 실습교육에 필요한 시뮬레이터의 위치기반 기능을 설명하기 위한 도면이다.
도 17은 제1실시예에 따른 국가직무능력표준(NCS) 기반 건설기계 기중기 실습교육 시스템에서 이용되는 VR 운용 시뮬레이터의 데스크를 이용한 실시예를 나타낸 도면이다.
도 18은 건설기계 실습교육 시스템에서 타워크레인 작동 메커니즘을 구현한 사실적인 실습을 설명하기 위한 도면이다.
도 19와 도 20은 국가직무능력표준(NCS) 기반 건설기계 기중기 실습교육 시스템에서 시뮬레이터를 이용한 실습시 모션센서에 의해 감지되는 HMD의 시선처리를 설명하기 위한 도면이다.
도 21은 본 발명 제2실시예에 따른 건설기계 기중기 실습교육 시스템에서 이용되는 시뮬레이터의 전면부를 나타낸 도면이다.
도 22는 본 발명 제2실시예에 따른 국가직무능력표준(NCS) 기반 건설기계 기중기 실습교육 시스템에서 이용되는 시뮬레이터의 후면부를 나타낸 도면이다.
도 23 내지 도 25는 본 발명 제2실시예에 따른 국가직무능력표준(NCS) 기반 건설기계 기중기 실습교육 시스템에서 이용되는 시뮬레이터의 조종기 마운트의 실시예를 나타낸 도면이다.
도 26 및 도 27은 본 발명 제2실시예에 따른 국가직무능력표준(NCS) 기반 건설기계 기중기 실습교육 시스템에서 이용되는 시뮬레이터의 핸들마운트의 실시예를 나타낸 도면이다.
도 28은 제2실시예에 따른 국가직무능력표준(NCS) 기반 건설기계 실습교육 시스템의 가공된 데이터 제공 실시예를 설명하기 위한 블록 구성도이다.
도 29는 건설기계 기중기 실습교육의 안전교육 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 30은 건설기계 기중기 실습교육의 돌발 이벤트 발생을 평가하기 위한 흐름도이다.
도 31은 제3실시예의 실습교육의 연습을 통해 직무능력을 배양하는 단계의 과정을 나타낸 흐름도
도 32a는 제3실시예에 따른 가상실습공간의 기중기 코스 공간을 나타낸 도면이다.
도 32b은 제3실시예에 따른 가상실습공간의 기중기 훅작업 공간을 나타낸 도면이다.
이 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용을 첨부한 도면을 중심으로, 이래에서 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명에 따른 국가직무능력표준(NCS) 기반 건설기계 실습교육의 시스템운용과 생성된 데이터정보의 흐름을 설명하기 위한 도면이다.
국가직무능력표준(NCS, national competency standards)은 산업현장에서 직무를 수행하기 위해 요구되는 지식기술소양 등의 내용을 국가가 산업부문별수준별로 체계화한 것으로, 국가적 차원에서 표준화한 것을 의미한다.
이러한 국가직무능력표준(NCS)는 자격기본법 (제2조제2호) '국가직무능력표준이란 산업현장에서 직무를 수행하기 위하여 요구되는 지식기술소양 등의 내용을 국가가 산업부문별수준별로 체계화한 것을 말한다.'라고 규정되어 있다.
건설기계 NCS 학습모듈은 산업현장에서 건설기계를 운전직무를 수행하기 위한 지식 기술 소양 등의 내용을 초급, 중급, 상급에게 필요한 운용능력을 학습하는 방법을 정의한 것으로 국가에서 해당 실무운용에 필요한 능력을 충분히 확보할 수 있도록 이론 및 실기로 학습할 수 있다.
학습단계는 1 ~ 5단계로 세분화 되어 있고, 본 발명은 학습모듈 분야 중 건설기계 기중기의 운전에 대한 것이다.
초급은 교육모델은 1, 2단계로 기초적인 조작 및 정비 건설기계 기중기 운용에 필요한 환경인지 및 수신호 그리고 안전관리법규 등을 수직하는 수준이다.
중급 교육모델은 3단계로 실무작업에 필요한 작업규정으로 장비의 이동과 해당 환경에서 작업운영에 관한 학습 모듈이다.
고급 교육모델은 4단계로 중급 실무작업에서 더운 세밀한 실무를 수항할 수 있는 운전 능력에 관한 학습 모듈이다.
특급 교육모델인 5단계는 실무적 지식을 타인에게 전달할 수 있는 정도의 학습모듈이다.
현 특허 관련된 학습은 1,2,3단계의 학습모듈로써 초급자에게 필수적으로 필요한 기능지식 소양으로써 장비의 기초적인 작동방법, 환경인지, 안전교육을 주 내용으로 한다.
이론교육은 현재 멀티미디어 교육을 통해 충분한 학습을 제공하고 있으나, 실습은 실장비를 이용한 교육으로 초급자는 장비에 대한 기초지식이 없는 상황으로 현재 실장비를 이용한 실습교육으로 안전사고의 위험에 노출되기 쉽고, 실습교제(실장비)의 부족으로 인해 실습교육을 충분히 제공 받지 못하고 있는 실정으로 이를 보완할 수 있는 시뮬레이터 실습을 적용할 수 있도록 하였다.
그리고 실습보완 교제의 조건으로는, NCS 실습 1, 2 단계 학습모듈에 규정되어 있는 장비의 이동, 상차, 소운반, 평탄작업 등을 학습할 수 있는 훈련기준 커리큘럼과 초급단계의 직무능력을 평가할 수 있는 평가 항목으로 자격증 시험을 기준으로 하는 평가(제공도면)를 제공해야 한다(도 4a 참조).
또한 실장비를 운용함에 앞서 레버나 조이스틱을 직접 작동시켜 가상공간의 장비를 운용함으로써 기초적인 작동방법을 숙지하여 장비 오작동으로 인해 발생할 수 있는 안전사고 발생과 장비 수명을 단축시키는 불필요한 운전을 예방할 수 있다.
기존 모니터방식의 단점인 고정시선 처리방법은 사실적인 조종느낌을 방해하는 가장 큰 요소로 이를 해결할 수 있는 헤드 트렉킹 방식의 센서를 이용하는 HMD형 사용자 위치기반 추적 시스템을 적용하여 상하좌우 전후를 실시간으로 시점을 제공해야 한다.
실장비 운용에 발생되는 과도한 유지관리비용을 줄일 수 있는 방법을 제공하여 현재 문제를 야기하는 실습교제의 부족한 제공을 반복하지 않도록 실내 운용이 가능하며, 설치공간이 적고, 운영이 편리하며, 친환경적인 시스템을 공급해야 한다.
그리고 운전자의 학습관리를 위한 운용데이터를 확보하고 관리자를 통한 통제가 가능해야 한다.
본 발명은 첨단 기술을 활용하여 건설기계 실습교육(조종훈련)을 보완, 강화할 수 있는 새로운 대안으로 실장비 교육에서 체험형, 실습교육을 국가직무능력표준(NCS)의 교육 지침에 추가함으로써 운전자에게 충분한 실습교육을 제공하여 학습적 효과를 향상시키고, 안전한 실습교육을 통해 부족한 직무능력을 보완할 수 있다.
또한, 건설기계 기중기 운전현장과 유사한 가상환경을 컴퓨터 시뮬레이션으로 구현, 하드웨어와 융합된 가상의 물체를 실제처럼 조작, 실습함으로써 안전한 환경에서 위험을 줄이고, 훈련기간 단축과 실습교육 비용절감을 통해 교육학원 경쟁력의 기반을 마련할 수 있게 된다.
그리고 실제 건설기계 기중기의 운용 환경을 재현한 VR HMD(Virtual Reality Head Mounted Display) 시뮬레이터를 조종면허 취득을 위한 실습 교육훈련에 활용하여 실제 콘트롤러를 적용해 조작감 등을 몸으로 체험할 수 있으며, 실제 상황과 유사하게 구현하며, 특히 VR HMD를 적용하여 운용자의 능동적 행동에 대응함으로써 실제 상황처럼 몰입이 가능하도록 한다.
본 발명은 이와 같이 NCS 교육 모듈기반 기초작동 방법에 대한 실습교육 시뮬레이션이 가능하다는 장점이 발생된다.
이를 종래 기술의 문제점인 표 1과 본 발명에 따른 효과를 나타내는 표 2를 통해 비교하면,
항목 수요처 현행 문제점 세부 내용
실습교육 효과 교육시간 부족 실장비 1대당 활용인원 15명 이상
교육 컨텐츠 부족 안전사고 예방 소극적 교육진행
운영 경제성 실습장비 구축비용 부담 실습장비 1대당 1억 2천만원
실습장비 확보 1대 추가 시 300
Figure pat00001
실습장소 증설
운용 안정성 안전사고 예방 관리 운용 미숙 안전사고 노출
실습 대기교육생 관리 실습장소 내에서 대기 안전사고 노출
항목 수요처 문제 해결방안 세부 내용
실습교육 효과 교육시간 확보 실습 대기시간 교재 준비시간을 실습시간으로 활용
교육 콘텐츠 확보 안전하게 상하차 사면파기 등 폭넓은 실습교육 가능
운영 경제성 실습장비 구축비용 절감 빠른 기술지원 및 가격경쟁력 시설 구축에 유리
실습장소 확보 실내 1대 설치면적 1.4
Figure pat00002
유지관리 비용 절감 운용 준비시간 없는 친환경적 시스템
운용 안정성 안전사고 예방 관리 가상실습을 통한 안전한 교육환경
실습 대기교육생 관리 실내 학습장 대기 시뮬레이터 실습
현 실습 교육의 문제점 가상훈련 교육의 필요성
실무교육 수행 기관(지정 및 학원)은 기본을
중시하기보다는 자격증 취득에 중점을 둠		 가상실습 시스템적응 운용데이터 기반으로 실습에 적합한 교육 고도화 및 전수가능
기술변화에 따른훈련기관의 기술수준 적응이 어려운 실정임 가상실습 시스템은 현장상황을 실무자 경험지식 기초로 능동적으로 적용하고 기본에 충실한 교육 공유제공
교육자재 보급지원이 낮고 교육기관간의 직무능력 교육방식이 서로 상이함 가상현실 체험형 기반의 교육환경 조성으로 기자재에 대한 부담이 적고 안전하며 실장비 조작 플랫폼을 적용 실무교육과 유사함
정형화된 커리큘럼이 없어 교육기관 능력에 따라 교육수준의 차이가 존재함 전문가들의 경험지식으로 만들어지는 동일 커리큘럼 배포로 교육수준의 차이를 줄일 수 있음
과 같이 대비할 수 있다.
특히 표 3에서는 현 실습교육의 문제점과 본 발명 국가직무능력표준(NCS) 기반 실습교육의 필요성을 쉽게 알 수 있다.
도 3는 본 발명 제1실시예에 따른 국가직무능력표준(NCS) 기반 건설기계 로우더 실습교육 시스템의 실시예를 설명하기 위한 블록 구성도이다.
본 발명 제1실시예에 따른 국가직무능력표준(NCS) 기반 건설기계 기중기 실습교육 시스템의 실시예는 NCS 학습모듈로, 실증진행교육학원에 설치될 수 있는 것으로, 도 3에 나타낸 바와 같이, 통제실(학원서버)(100), 복수의 시뮬레이터(200, 201, 202) 및 실습교육 시스템 서버(300)로 구성된다.
여기서, 통제실(100)은 시뮬레이터 관제부(110)와 통제실 제어부(120)와 통신모듈(130) 및 전송부(140)로 구성된다.
상기 통제실(100)은 시뮬레이터의 가동상태를 통합 관리하는데, 통제실 제어부(120)를 통해 시뮬레이터 관제 관리를 수행하고, 시뮬레이터 실행 관리를 수행하는 시뮬레이터 관제부(110)를 제어하며, 통신모듈(130)을 통해서는 복수의 시뮬레이터(200, 201, 202)에서 발생한 데이터를 수신하여 전송부(140)를 통해 실습교육 시스템 서버(300)로 전송하고, 사용자 정보를 통합 관리한다.
상기 복수의 시뮬레이터 중 시뮬레이터1(200)는 통신모듈(210), 저장부(220), 훈련평가 시나리오 생성부(230), 시뮬레이션 연산부(240), 작동부(250) 및 화면 표시부(260)로 구성된다.
상기 통신모듈(210)은 통제실(100)과 통신하며, 저장부(220)는 훈련하고자 하는 기계의 기종선택 선택, 환경설정, 사용자정보, 평가결과 및 평가 주행 영상 등이 기록된다. 저장부(220)에 저장된 데이터는 통제실 제어부(120)에서 임의로 전송하거나 익일 일정시간에 건설기계 실습교육 시스템 서버(300)로 전송되며, 시뮬레이터1(200)의 저장부(220)에서는 삭제되고, 새로운 안전기준 정보가 주기적으로 건설기계 실습교육 시스템 서버(300)에서 업데이트 된다.
상기 훈련평가 시나리오 생성부(230)는 안전운용실습교육 가상공간 환경을 설정한다. 기계작업 및 주행에 관련된 평가항목 및 돌발 이벤트를 선택하여 시뮬레이션 환경을 설정한다. 그리고 미션 해결에 따른 운용자의 능력치를 절대적 평가하고 평가시 발생한 운용 데이터를 저장부(220)에 기록한다.
상기 시뮬레이션 연산부(240)는 시뮬레이터를 작동시에 발생되는 실질적인 시뮬레이션을 진행한다. 시뮬레이션 과정은 실시간으로 시각화하여 모니터와 HMD로 전송한다.
상기 작동부(250)는 시뮬레이터1(200)의 작동부분으로, 조이스틱, 페달, 휠, 레버, 온/오프 스위치, HMD 센서 입력을 받아, 모니터 및 HMD 출력 등을 수행한다.
상기 화면 표시부(260)는 작동부의 각 요소값이 사고발생시 가장 빈도수가 많은 작동 분포값을 기준으로 낮으면 안전, 분포값에 포함되면 경고, 높으면 위험을 알람을 화면상에 표시한다.
예를 들어 데이터 분석으로 얻어진 결과 도출값 중 전복 사고의 유형값에 근접할 경우. "전복 위험성 감지"를 표시하고, 미리 설정된 안전기준표의 사고발생 분포값을 표시하며, 운전자의 각 작동값을 표시부에 연동하여, 사고 발생 분포값을 기준으로 운전자의 작동값의 위치를 비교하여 안전/경고/위험 여부를 화면 표시부(260)에 표시한다.
상기 건설기계 기중기 실습교육 시스템 서버(300)는 기본적으로는 운영서버(310)와 DB서버(320)로 구성되지만 이에 더해 빅데이터연산부(330)과 안전기준정보(340)와 연동되어 동작된다.
이러한 상기 건설기계 기중기 실습교육 시스템 서버(300)는 각 시뮬레이터(200, 201, 202)에서 발생한 시뮬레이션 데이터를 종합하여 안전사고 유형을 도출하는데, 시뮬레이터 학습을 통한 최적의 효과적인운용방법과 안전운용에 가장 근접한 결과치를 도출한다.
이때, 상기 시뮬레이터 저장데이터와 안전기준정보를 운용하는 운용서버와 연동하는 DB서버(320)에서는 빅데이터연산부(330)를 통해 돌발 이벤트 발생시 대처능력에 대한 효율적인 운용과 대응시간 상황을 도출하고 도출된 데이터를 시각적으로 변환하여 인터넷을 통해 제공된다.
예를 들어 상기 시뮬레이터를 통한 연습에서, 지형의 경우에는 평탄한 지형, 비탈지형, 모래지형, 흙 지형, 자갈지형, 시멘트 지형, 아스팔트 지형, 탄재 지형, 빙판지형, 다져진 눈 지형, 푸석한 눈 지형 등을 체험하게 된다. 이러한 지형은 상황에 따라 단일지형과 혼합된 형태로 존재할 수 있으며 그 비율에 따라 마찰계수가 변화되어 운용에 영향을 준다.
그리고 기후로는 눈, 비, 맑음, 구름, 안개, 바람 등을 체험하게 되는데, 환경을 시각적으로 표현하며, 눈/비/맑음/구름 등은 마찰계수의 영향을 주는 요소이다.
한편, 돌발 이벤트로는 고정물체, 이동물체, 지형부 변경, 작업 공간, 작업 시간 등이 있는데, 고정물체는 적재물, 정지해있는 운반차량, 건물, 전선, 그 외 이동 및 회전시 충돌을 발생시키는 고정되어 있는 물체를 의미한다.
그리고 이동물체는 시뮬레이션 중 미리 설정된 프로그램에 따라 사람, 이동하는 운반차량, 이동중인 작업차량 그 외 이동중인 모든 물체를 작업공간 안에 갑자기 로딩시켜 안전사고 발생, 기계의 전기장치나 차량의 부하도를 변화시켜 문제를 발생시켜 상황을 연출함으로써 대응능력을 상승시킬 수 있다.
즉, 작업 연습 시에도 갑작스럽게 발생될 수 있는 주의상황을 연출하여 실제 작업 환경에서도 미리 그러한 상황을 예상하면서 주의를 하면서 작업할 수 있도록 한다.
또한, 상기 지형부 변경은 작업중 토양의 재질(토사 및 바위 등)이 부분적으로 변경되어있는 기계적 부하가 발생된다.
즉, 토양 중 밀도가 다른 부분을 초기화시켜 파기 시 장비의 동력 과부하를 발생시킬 수 있는데 이에 콘트롤러 등의 조작감을 통해 동력 과부하가 발생되는 원인을 인지하거나 하는 연습이 가능하도록 하여, 밀도가 다른 부분(바위, 돌)에 대한 대처가 가능하도록 함은 물론 실제현장에서 작업 시 과부하로 인한 장비 노화 등을 방지할 수 있다.
한편, 작업시간은 운용능력을 절대적 평가하기 위한 기준시간 또는 돌발 이벤트가 발생시 대응하는 시간 등을 측정한다.
본 발명에서는 이와 같이 실장비 운용시에는 구두 교육진행으로 객관적인 데이터 확보가 어려움에 반해 시뮬레이터 운용으로 운전데이터에 대한 기록이 가능하여 저장된 데이터를 분석하여 초급자에게 발생되는 안전사고 유발 행동을 분석, 안전교육 커리큘럼에 재 맵핑하여, 안전교육의 선교육에 활용함으로써 운전자의 잘못된 운영습관을 빠르게 보완할 수 있다.
본 발명에 따른 국가직무능력표준(NCS) 기반 건설기계 기중기 교육 시스템의 기능 구성은 도 5에 도시된 바와 같이 분석관리, 시스템 관리 및 콘텐츠 관리(CMS)로 그 기능을 구성할 수 있다.
그리고 국가직무능력표준(NCS) 기반 건설기계 기중기 실습교육 시스템의 기술, 서비스의 주요 흐름은 도 14에 도시된 바와 같이, 관리자 PC(통제실)와 운용 시뮬레이터들 및 서버간 이루어진다.
본 발명에 따른 국가직무능력표준(NCS) 기반 건설기계 기중기 실습교육 시스템의 제품 및 기술은 시뮬레이터 개발제품에 대하여 HMD 콘트롤러를 적용하고, 소프트웨어를 구동하여 학습자가 실제환경에서와 유사한 환경에서 교육을 수행하고, 이러한 초급교육은 추후 서버를 통해 운용분석을 수행한다.
따라서 건설기계 기중기 운전에 필요한 실습기능을 별도 관리 맞춤형 교육 진행이 가능하고, 실장비 운용은 구두 교육진행으로 객관적인 데이터 확보가 어려운 문제가 있었으나, 본 발명에서는 시뮬레이터 운용으로 운전데이터 기록이 가능해지고 이에 대해 운용분석을 함으로써 학습자의 잘못된 운영습관을 빠르게 보완할 수 있게 된다.
즉 저장된 데이터를 분석하여 초급자에게 발생되는 안전사고 유발 행동을 분석, 안전교육 커리큘럼에 재 맵핑(리 맵핑)하여, 안전교육 선교육에 활용할 수 있다.
도 12는 처음 기중기를 운전하기위한 기본적인 작동법을 연습하는 과정을 나타낸 도면이다.
레버 및 조이스틱등 콘트롤러 사용법을 단계별로 반복 숙달하여 움직임을 빠르게 익힐 수 있는 구분도작 연습단계이다.
도 15는 가상공간의 평가 장소 도면이고, 도 6은 본 발명에 따른 국가직무능력표준(NCS) 기반 건설기계 기중기 실습교육에 필요한 시뮬레이터의 기능을 설명하기 위한 도면이다.
도 15에서는 실제 국가기술자격실기시험 중 기중기 운전기능사 자격시험의 요구사항이 나타나 있다.
이에 대하여 본 발명에서는 도 14에서와 같이 기중기 기초운전을 실습할 수 있는 콘텐츠로 주행과 운반 평탄화 작업의 직무능력을 숙달하여 기중기를 이동시키거나 기초토목공사 작업수행 실습을 할 수 있다.
그러므로 실제 기중기 운전기능사를 준비 중인 학생은 본 발명에 따른 국가직무능력표준(NCS) 기반 건설기계 기중기 실습교육 시스템을 통해 국가기술자격실기시험에 대한 대비를 충분히 할 수 있게 된다.
또한, 도 16에서와 같이 본 발명에 따른 국가직무능력표준(NCS) 기반 건설기계 기중기 실습교육 시스템에서는 실습 교육 시 교육생(운전자)의 행동을 행동감지센서를 통해 움직임을 감지하여 현실과 같은 운전자의 시선처리가 가능하도록 하였다.
또한 콘트롤러를 직접 움직이는 조작감 및 트렉킹으로 가상공간에서 매칭하여 사실감을 나타내고 있다.
이와 같이 VR HMD를 적용하여 기존의 모니터방식의 제한적 환경제공에서 벗어나, 운용자의 능동적 행동에 대응하는 폭넓은 실제 상황에 몰입할 수 있고, VR(가상공간)에서 상황에 맞는 교육을 진행함으로써 안전사고예방 및 콘텐츠 다각화 대응력을 높일 수 있고, 실제 콘트롤러 적용하여 조작감 등을 몸으로 체험하면서, 실습을 진행함으로써 교육효과가 높다는 장점이 있으며, 산업적으로도 본 발명사업에서 활용된 VR, HMD 기술은 다양한 파생 산업군에 적용될 수 있는 확장성을 제공함으로서 다양한 파생 효과를 유발할 수 있다.
도 17은 본 발명 제1실시예에 따른 국가직무능력표준(NCS) 기반 건설기계 기중기 실습교육 시스템에서 이용되는 VR 운용 시뮬레이터의 데스크 설치 실시예를 나타낸 도면이고, 도 8은 도 7에 나타낸 타워크레인 작동 메커니즘을 구현한 사실적인 실습을 설명하기 위한 도면이이며, 도 9와 도 9a는 본 발명에 따른 국가직무능력표준(NCS) 기반 건설기계 로우더 실습교육 시스템에서 시뮬레이터를 이용한 실습시 모션센서에 의해 감지되는 HMD의 시선처리를 설명하기 위한 도면이다.
여기서 도 18은 HMD의 위치에 따라 갱신되는 가상의 프레임(F)과 외부 구조물(S)을 설명하기 위해 제공되는 도면이다.
본 발명의 타워 크레인 VR 운용교육 시뮬레이터 장치(200)는 가상 현실을 통해 기중기 실습교육을 진행하며, 사실적인 작동감을 구현하여 사용자가 실제 로우더의 운전실에 앉아 조종하는 것과 같이 느끼도록 하기 위해 마련된다.
이를 위해 기중기 VR 운용교육 시뮬레이터 장치(200)는 컨트롤러(201), HMD(202), 모션센서(203) 및 교육용 단말(204)을 포함하도록 구성된다.
상기 컨트롤러(201)는 가상의 기중기를 조종하기 위해 마련된다. 컨트롤러(201)는 실제 건설기계의 컨트롤러와 유사하도록 마련되며, 사용자의 좌측과 우측에 각각 마련되어, 사용자는 양손을 이용해 조종할 수 있게 된다.
도 21은 본 발명 제2실시예에 따른 국가직무능력표준(NCS) 기반 건설기계 기중기 실습교육 시스템에서 이용되는 시뮬레이터의 전면부를 나타낸 도면이고, 도 22는 본 발명 제2실시예에 따른 국가직무능력표준(NCS) 기반 건설기계 기중기 실습교육 시스템에서 이용되는 시뮬레이터의 후면부를 나타낸 도면이다.
본 발명 제2실시예에 따른 국가직무능력표준(NCS) 기반 건설기계 기중기 실습교육 시스템에서 이용되는 시뮬레이터(200)는 베이스 프레임(1), 지지부 연결 블록(2), 가상현실(VR) 센서 거치대(3), 모니터거치대 서브프레임(4), 모니터 마운트(5), 모니터(6), HMD 마운트(7), HMD마운트 서브프레임(8), 좌석 마운트(9), 조종기 마운트(10), 페달 마운트(11), 핸들 마운트(12) 및 좌석(13)으로 구성된다.
여기서 상기 베이스 프레임(1)은 가상현실 교육장치가 교육장이나 설치장소에 설치되는 경우 가상현실 교육장치를 설치장소에서 안정적으로 안치시키도록 사각틀 형태로 구성되고, 지지부 연결 블록(2)은 베이스 프레임(1)의 전방부와 후방부사이에 가로지르는 형태로 체결되어 전원 및 영상 전송용 케이블이 지나가는 통로의 역할을 할 수 있도록 가운데가 비어 있는 블록이다.
이와 같은 본 발명 제1, 제2실시예를 통해 VR HMD를 적용하여 기존의 모니터방식의 제한적 환경제공에서 벗어나, 운용자의 능동적 행동에 대응하는 폭넓은 실제 상황에 몰입할 수 있고, VR(가상공간)에서 상황에 맞는 교육을 진행함으로써 안전사고예방 및 콘텐츠 다각화 대응력을 높일 수 있고, 실제 콘트롤러 적용하여 조작감 등을 몸으로 체험하면서, 실습을 진행함으로써 교육효과가 높다는 장점이 있다.
또한, 실증사업에서 활용된 VR, HMD 기술은 다양한 파생 산업 군에 적용될 수 있는 확장성을 제공할 수 있으며, VR장비와 관련 소프트웨어 및 시뮬레이션을 위한 알고리즘, 사용자관리 시스템 등이 결합된 융합기술 제품으로, 국내외 경쟁사 대비 유일하게 HMD를 채용하였으며, 타기종 확장성과 가격 경쟁력이 우수하여 고가로 수입되고 있는 해외 솔루션의 수입대체 효과와 함께 세계 시장을 주도할 수 있는 기회를 마련할 수 있을 것이다.
또한, 앞에서도 설명한 바와 같이 중장비 초보조종사 실습교육을 위한 VR HMD가 적용된 가상실습 시스템으로 산업현장에서 사용되는 기중기를 운전자가 조종하는 동안 수행하는 조종장치 등의 콘트롤러 조작을 통해 작동되는 건설기계의 운동 현상을 실제 상황과 유사하게 시뮬레이션하고, 이를 현실감 있게 체감할 수 있도록 센서, 영상, 음향, 구동데이터 알고리즘 등의 융합을 통해 VR을 제공하며, 실습시 조종사의 운용 상황을 기록하고 평가할 수 있는 등 기존 실장비 실습교육 대비 유지관리가 용의하고, 경제적인 실습교육 보완 시스템을 제공할 수 있다.
도 23 내지 도 25는 본 발명 제2실시예에 따른 국가직무능력표준(NCS) 기반 건설기계 기중기 실습교육 시스템에서 이용되는 시뮬레이터의 조종기 마운트의 실시예를 나타낸 도면이며, 도 26 및 도 27은 본 발명 제2실시예에 따른 국가직무능력표준(NCS) 기반 건설기계 기중기 실습교육 시스템에서 이용되는 시뮬레이터의 핸들마운트의 실시예를 나타낸 도면이다.
본 발명 제2실시예에 따른 시뮬레이터의 조종기 마운트(10)는 도 22 내지 도 24에 나타낸 바와 같이, 좌석(도 19 및 도 21의 부호 13 참조)의 네모서리끝에 베이스프레임(1)에 체결되어 높이와 위치 각도 등을 조절할 수 있어 건설기계 모든 기종에 대응할 수 있도록 제작되는 것이 바람직하다. 이때, 건설기계 종류에 따라 레버방식, 조이스틱 방식 등을 선택적으로 거치하여 이용할 수 있도록 할 수 있다.
이를 위한 조종기 마운트(10)는 도 13에 나타낸 바와 같이, 베이스프레임(1)에 하부가 체결되어 교육생의 손높이에 적당한 위치까지 수직하게 연장형성된 복수의 조종기 서브프레임(24)과 조종기 서브프레임(24) 상부면에 조정기의 높이와 위치 각도 등을 자유롭게 조절하기 위하여 순차적으로 형성된 조종기 링크 암(25)과 콘트롤러 마운트(26)로 구성된다. 이때, 콘트롤러 마운트(26)는 서로 다른 기종의 건설기계에 대응할 수 있도록 콘트롤러 마운트 A(26-1)와 콘트롤러 마운트 B(26-2)와 같이 구성될 수 있다.
본 발명 제2실시예에 따른 시뮬레이터의 핸들마운트는 도 25 및 도 26에 나타낸 바와 같은데, 일반적으로 건설기계의 핸들각도는 좌석의 높이가 높아 일반 핸들의 각도보다 심하게 기울어져 있으며, 각 기종에 따라 핸들 각이 많이 상이하여, 길이와 각도를 조절하여 원하는 위치를 맞출 수 있도록 하는 것이 중요하다. 이를 위하여 본 발명에 따른 핸들마운트(12)는 베이스 프레임(1)에서 교육생의 다리 사이로 소정높이 수직하게 형성되는 핸들 마운트 서브프레임(27)과, 베이스 프레임(1)에 대응되는 핸들 마운트 서브프레임(27)과 핸들 링크암(29) 사이에 체결되는 핸들 링크 마운트(28)와, 핸들 링크 암(29)일 일측끝단에 체결되어 핸들을 확장시키는 핸들 확장 암(30) 및 핸들 엔드 암(31)으로 구성되어 각 기종에 따라 핸들 길이와 각도를 조절하여 원하는 위치를 맞출 수 있도록 하였다.
그에 따라 본 발명 시뮬레이터를 통해서는 다양한 기종의 건설기계에 대한 시뮬레이터 운용이 가능해진다.
본 발명에 따른 국가직무능력표준(NCS) 기반 건설기계 기중기 실습교육 시스템에서 시뮬레이터 운용에 따른 데이터 확보 예는 도 21에 나타낸 바와 같이, 지정교육기관에서 교육생을 선발하면 선발된 교육생을 건설기계 실습교육 시스템 서버(300)에 등록하여 사용자 관리 및 시스템 관리(교육생 개인정보, 교육 건설기계 종목 등)를 수행한다. 그리고 시뮬레이터 실습 교육을 수행하고, 관리자(서버)는 로그기록 및 운용 기록을 저장한다. 이러한 로그 기록 및 운용 기록에 따라 교육시간 및 운전 데이터 기록에서 운전자의 잘못된 운영습관 데이터를 건설기계 실습교육 시스템 서버(300)에서 분석하고, 이를 통해 안전교육 커리큘럼에 리맵핑하여 안전교육에 이용될 수 있다. 이는 개인은 물론 시뮬레이터 운용에 따라 많이 발생되는 잘못된 운영습관 데이터 분석에 이용되고 그에 따라 교육생들이 자주 저지르는 잘못된 운영습관에 대한 선교육에 이용된다.
도 28은 본 발명 제2실시예에 따른 국가직무능력표준(NCS) 기반 건설기계 기중기 실습교육 시스템의 실시예를 설명하기 위한 블록 구성도이다.
본 발명에 따른 가상현실 기반의 체험형 건설기계 안전교육 솔루션 시스템의 사용자 정보 제공 시스템은 도 5에 나타낸 바와 같은 앞에서 설명한 복수의 각 시뮬레이터(200, 201, 202)에 대한 사용자(학습자)의 학습결과, 즉 훈련의 달성도에 대한 다양한 방식의 평가를 전국 단위의 랭킹 시스템을 통해 훈련을 게임과 같이 함으로써 긍정적인 경쟁심을 유발시키고, 주도적, 자발적인 훈련 분위기를 조성할 수 다. 그리고 이를 위하여 시뮬레이터(200)의 훈련평가 시나리오 생성부(230)에서의 훈련평가 시나리오에 따른 사용자의 실습에 대하여 시뮬레이터(200, 201, 202)의 통신모듈을 통해 통제실(100)의 전송부를 거쳐 건설기계 실습교육 시스템 서버(300)로 전송되면, 예를 들면 스토리지 서버(310)에서는 실습에 대한 사용자의 수행결과 평가를 전국이나 지역(각 시도 단위)로 랭킹화하는 것이다.
또한 이러한 수행결과는 물론 복수의 각 시뮬레이터(200, 201, 202)에서 발생되는 이벤트 대처 능력에 대하여도 전국이나 지역(각 시도 단위)단위별로 사용자를 랭킹화한다.
다시 말하면 후술하는 도 29에서와 같은 가상현실 기반의 체험형 건설기계 안전교육 방법과, 도 30에 나타낸 바와 같은 가상현실 기반의 체험형 건설기계 안전교육 방법 중 돌발 이벤트 발생 평가 방법에 대한 사용자 순위를 별도로 랭킹화할 수 있다는 것이다.
그리고 이러한 수행결과는 사용자별로 자신의 부족한 점, 즉 일반적인 가상현실 기반의 체험형 건설기계 안전교육 방법에 대한 사용자의 숙련도를 높여야 하겠다는 것을 자각시키는 한편, 돌발적으로 발생되는 이벤트에 대한 자신의 부족한점을 자각하거나 인식하도록 하여 자신의 부족한 점을 알게 하여 사용자가 자신에게 부족한 부분을 좀더 학습하도록 하는데 도움을 줄 수 있다.
결국 이는 사용자의 숙련도를 향상시키는 것은 물론, 사용자가 현장에 투입되기 이전에 자신에게 부족한 돌발 상황에 대한 대처 능력을 향상시키도록 하는 학습 능력을 향상시키는데 큰 도움이 될 것이다.
또한, 이러한 전국적, 지역적 랭킹화는 관련된 건설기계 회사 서버(400)에 그 정보가 제공되거나, 취업관련 공공기관(고용노동부, 고용보험 등) 서버(500)에 사용자에 대한 체험형 건설기계 안전교육과, 돌발 이벤트 평가에 대한 랭킹 정보를 제공하여 사용자의 취업에 대한 도움을 줄 수 있다.
뿐만 아니라 중소기업 서버나, 개인사업자(중장비 사업자나 인력센터) 단말기(PC 또는 스마트폰)(600) 등에게도 사용자의 성이나 이름, 나이, 성별 등의 기본정보와 랭킹 정보를 제공하도록 할 수 있다.
이러한 사용자 랭킹 정보 제공 시 사용자에 대한 취업과 관련하여서는 금융사 서버(700)를 통해 사용자의 신용등급정보가 제공될 수도 있고, 건설기계 실습교육 시스템 서버(300)에서의 정보 제공에 따른 정보 제공 수수료(예를 들어, 건별, 월별 등)를 금융사 서버(700)와 건설기계회사서버(400)나, 취업관련 공공기관 서버(500)나, 개인사업자 단말기(600)로 제공되도록 할 수 있다.
물론 이러한 수수료는 믿을만한 대형건설기계회사나 취업관련 공공기관에는 무료로 제공할 수도 있고, 개인사업자 단말기(600)의 경우에는 무분별한 정보 제공 요청을 방지하는데 이용될 수도 있다. 물론 이러한 정보 제공은 교육받는 사용자의 허가 후 제공되는 것이 바람직하다.
도 29는 건설기계 기중기 실습교육과 평가 방법을 설명하기 위한 흐름도이고, 도 30은 건설기계 기중기 실습교육의 돌발 이벤트 발생을 평가하기 위한 흐름도이다.
도 32a는 제3실시예를 나타낸 흐름도이며, 초급자가 구분동작을 따라하면서 콘트롤러의 작동에 따른 기계적 음직임을 빠르게 학습할 수 있는 구분동작 따라하기 과정,
이벤트 연출에 따라 연속적인 움직임을 반복 연습하여 기중기 운전 직무능력을 학습하는 연습과정, 국가직무능력표준의 학습모델을 기반으로 가상의 기중기 운전 자격증 실기시험 평가를 진행하여 정량적 평가지표를 도출하는 평가과정,
서버의 해당 사용자의 할당된 스토리지에 연습 운전과정을 저장하여 학습관리 지표로써 재활용 되는 연습모드의 연습결과 저장과정, 서버의 해당 사용자의 할당된 스토리지에 평가 점수 및 평가 운전을 저장하고, 평가점수는 전국 순위를 랭킹하고 초급자 교육에 재활용하는 평가모드의 평가결과 저장과정, 사용자가 회원가입을 통해 서버의 저장 공간의 주소를 할당받고, 사용자인증으로 서버의 저장공간을 추적하여 시뮬레이션의 운전 정보가 저장되고 관리되는 운전관리과정으로 하는 구분한다.
위의 실시예 들은 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 구성될 수도 있다.
10 : 구성부 20 : 환경부
30 : 작동부 40 : 검출부
50 : 결과부
100 : 통제실
110 : 시뮬레이터 관제부
120 : 통제실 제어부 130 : 통신모듈
140 : 전송부
200, 201, 202 : 시뮬레이터 204 : 휠
210: 통신모듈 220: 저장부
230: 시나리오 생성부
260: 화면 표시부
300 : 서버
310 : 운영서버 320 : DB서버
330 : 빅데이터연산부 340 : 안전기준정보
400 : 건설기계회사 서버 500 : 취업관련 공공기관 서버
600 : 개인사업자 단말기 700 : 금융사 서버

Claims (5)

  1. 가상현실 기반의 체험형 건설기계용 복수의 시뮬레이터(200, 201, 202)에서 발생한 가상현실 기반 체험 데이터를 수신하여 전송부(140)를 통해 서버(300)로 전송하고, 사용자 정보를 통합 관리하는 통제실(100);
    건설기계 교육학원의 상기 통제실(100)과 연동되어 실제 건설기계의 운용 환경을 재현한 VR HMD(Virtual Reality Head Mounted Display) 시뮬레이터를 조종면허 취득을 위한 실습 교육훈련에 활용하여 실제 콘트롤러를 적용해 조작감을 몸으로 체험할 수 있으며, 건설기계의 운동 현상도 실제 상황을 구현하되, VR HMD를 적용하여 운용자의 능동적 행동에 대응함으로써 실제상황에 몰입이 가능하도록 하는 상기 복수의 시뮬레이터(200, 201, 202), 상기 복수의 시뮬레이터(200, 201, 202) 각각은,
    상기 통제실(100)과 통신하는 통신모듈(210)과, 훈련하고자 하는 건설기계의 기종선택 선택, 환경설정, 사용자정보, 평가결과 및 평가 주행 영상이 기록되는 저장부(220), 상기 저장부(220)에 저장된 데이터는 통제실 제어부(120)에서 임의로 전송하거나 익일 일정시간에 상기 건설기계 실습교육 시스템 서버(300)로 전송되며, 상기 시뮬레이터의 저장부(220)에서는 삭제되고 새로운 안전기준 정보가 주기적으로 상기 건설기계 실습교육 시스템 서버(300)에서 업데이트되며, 상기 건설기계 실습교육 시스템 서버(300)는 상기 시뮬레이터에 필요한 시뮬레이터 저장데이터와 안전기준정보를 분석 관리하는 운영서버(310)와, 전송된 데이터를 1차 저장하는 DB서버(320), 빅데이터연산부(330)를 통해 분석된 데이터를 저장하고, 업데이트된 안전기준정보(340)는 돌발 이벤트 발생시 대처능력에 대한 운용과 대응시간 상황을 도출하는 DB서버를 포함하여 구성되며, 안전운용실습교육 가상공간 환경을 설정하는 훈련평가 시나리오 생성부(230)와, 상기 시뮬레이터를 작동시에 발생되는 실질적인 시뮬레이션을 진행하고, 시뮬레이션 과정을 실시간으로 시각화하여 모니터와 HMD로 전송하는 시뮬레이션 연산부(240)와, 상기 시뮬레이터의 작동부분으로 조이스틱, 페달, 휠, 레버, 온/오프 스위치, HMD 센서 입력을 받아, 상기 모니터 및 HMD 출력을 수행하는 작동부(250)와, 상기 작동부(250)의 각 요소 값이 사고발생시 미리 설정된 작동 분포값을 기준으로 낮으면 안전, 분포값에 포함되면 경고, 높으면 위험을 알람을 화면상에 표시하는 화면 표시부(260)를 포함하여 구성되고, 상기 건설기계 교육학원의 실장비 교육에서 체험형, 실습교육에 국가직무능력표준(NCS)의 교육 지침에 가상교육(VRT, Virtual Reality Training)을 추가하여 조종자에게 충분한 실습교육을 제공하여 학습적 효과를 향상시키고, 안전한 실습교육을 통해 부족한 직무능력을 보완하도록 하며, 학습자의 정보와 콘텐츠 운영에서 발생하는 데이터를 수렴하는 상기 실습교육 시스템 서버(300)와 인터넷으로 정보를 관리하고 제공하는 국가직무능력표준(NCS) 기반 건설기계 기중기 실습교육 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    가상현실 기반의 체험형 기중기 건설기계 실습 솔루션 시스템은,
    건설기계의 기종 및 휠크레인의 선택에 따른 견인 용량, 작동방법을 선택하는 구성부(10)와, 화물의 종류, 디스플레이 선택의 상기 구성부(10)의 지형, 기후, 온도, 돌발 이벤트을 체험하기 위한 환경부(20);
    상기 건설기계의 기종 선택에 따른 시뮬레이터 작동을 측정하는 작동부(30)와, 상기 작동부(30)의 상기 작동부에 대한 시뮬레이터 주행체의 기울기, 이동물체 충격감지, 고정물체 충격감지, 지면 마찰력, 작업안전선 접촉감지 버킷 뮬량 감지 및 이벤트 대응 반응시간을 검출하는 검출부(40) 및
    상기 검출부(40)의 검출결과에 따라 상기 시뮬레이터 주행체의 전복, 전락, 협착, 충돌 및 바퀴깔림, 마찰력상실, 엔진 정지, 감전을 포함하는 결과를 측정하는 결과부(50)를 포함하여 안전기준 결과를 도출하는 것을 특징으로 하는 국가직무능력표준(NCS) 기반 건설기계 기중기 실습교육 시스템.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 훈련평가 시나리오 생성부(230)는, 훈련하고자 선택한 건설기계의 코스 및 훅 작업에 관련된 평가항목 및 돌발 이벤트를 선택하여 시뮬레이션 환경을 설정하고, 미션 해결에 따른 조종사의 능력치를 절대적 평가하고 평가시 발생한 운용 데이터를 상기 저장부(220)에 기록함을 특징으로 하는 국가직무능력표준(NCS) 기반 건설기계 기중기 실습교육 시스템.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 훈련평가 시나리오 생성부(230)는, 시나리오 생성의 기중기 운전은 따라하기 훈련 통해 기중기를 처음 운전하는 사용자가 구분동작을 가상공간에서 구분동작을 반복 숙달할 수 있고, 연습 훈련 시나리오를 따라 가상실습공간에서 연속동작을 연습하여 직무능력을 반복 숙달하고, 평가 훈련 시나리오를 따라 발생된 이벤트를 절대적으로 평가하여 사용자의 직무능력을 배양하는 동시에 정량평가를 도출하는 것을 특징으로 하는 국가직무능력표준(NCS) 기반 건설기계 기중기 실습교육 시스템.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 건설기계 실습교육 시스템 서버(300)는 상기 복수의 시뮬레이터(200, 201, 202)에서 훈련평가에 대한 상기 시나리오 생성부(230)에서의 훈련평가 시나리오에 따른 사용자의 실습에 대하여 복수의 상기 시뮬레이터(200, 201, 202)의 통신모듈을 통해 상기 통제실(100)의 상기 전송부(140)를 거쳐 사용자의 수행결과 평가가 전송되면 건설기계 실습교육 시스템의 상기 서버(300)에서는 상기 실습에 대한 사용자의 수행결과 평가를 전국이나 지역단위로 랭킹화하고, 상기 전국이나 지역단위 랭킹 정보는 건설기계 회사 서버(400)나 취업관련 공공기관 서버(500), 중소기업 서버, 중장비 사업자나 개인사업자 단말기(600)에 제공되며, 상기 실습시간이 충족되면 상기 국가직무능력표준(NCS, national competency standards) 서버로 상기 사용자의 운전연습시간 충족을 통보함을 특징으로 하는 국가직무능력표준(NCS) 기반 건설기계 기중기 실습교육 시스템.
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