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몰드형 건식 계기용 변압기 진동 특성 분석 (Analysis of Vibration Characteristics for a Molded Dry-type Potential Transformer)

  • 김무선;장동욱;김승모
    • 한국산학기술학회논문지
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    • v.18 no.3
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    • pp.209-214
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    • 2017
  • 현재 철도 차량에 쓰이고 있는 대부분의 계기용 변압기는 장치 내부에 절연유가 충진되어 있는 유입식 계기용 변압기 방식으로서, 내구 연한 도래와 더불어 차량 운행 중 내부 압력 상승에 의해 폭발의 위험성이 있다. 이에 대한 해결책으로 절연 수지를 사용하여 방압 기능이 탁월한 몰드형 건식 계기용 변압기 개발이 필요하다. 이에 제품의 국산화가 가능하도록 한국철도기술연구원에서는 몰드형 건식 계기용 변압기를 개발 진행 중에 있다. 그 연구의 일환으로 개발 제품의 진동 특성 분석과 함께, 진동 환경하에서 변압기의 성능 유지 여부를 확인하여야 한다. 이번 연구에서는 철도 차량 부품의 진동 시험 방법 규격인 KS R 9144 및 IEC 61373 에 따라서 개발 제품의 공진시험과 모의 장기 수명 시험을 진행하였다. 고유 진동수는 해석을 통한 모달 분석과 공진 시험을 병행하여 결과를 비교 분석하였으며 규격 조건을 만족함을 확인하였다. 또한 모의 장기 수명 시험 후 성능 시험을 통해 오랜 시간 진동 환경 하에서도 개발 변압기의 기능에 문제가 없음을 확인하였다.

튜브 트레인 공력특성 해석 (Aerodynamic Characteristics of a Tube Train)

  • 김태경;김규홍;권혁빈
    • 한국철도학회:학술대회논문집
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    • pp.139-150
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    • 2010
  • 최근 한국에서는 세계적인 녹색기술을 맞아 향후 차세대 교통 시스템으로서 튜브 트레인 시스템의 본격적인 연구가 진행되고 있다. 한국 철도기술연구원(KRRI, Korea Railroad Research Institute)에서 튜브 트레인 시스템의 건설을 위한 목적으로 연구가 진행되고 있다. 본 논문에서는 기초연구의 일환으로 축대칭하며 긴 형상의 수송체가 가지는 다양한 튜브(터널) 내부의 압력, 막힘비율, 운행속도를 파라미터로 선정하여 전산해석을 수행하였다. 세부사항으로는 동일 형상의 운송체가 동일 운행속도를 가지고 일반적 압력의 개활지(오픈 시스템, 개활지 운행)를 운행할 때와, 다양한 환경(튜브 내 압력, 막힘비율, 운행속도)의 튜브 내부를 운행할 때에 대하여 튜브 트레인의 공력특성 연구를 수행하였다. 이를 통하여 다양한 운행속도-막힘비율 별로 개활지와 동일 에너지 효율 나오는 튜브 내 압력(P-D 관계)을 계산하였고, 막힘비율 증가에 따른 튜브 내 감압 정도(P-${\beta}$ 관계), 다양한 막힘비율-튜브 내 압력 별로 운행속도에 따른 전체 항력 양상(D-V 관계)을 보여 주었다. 그리고 개활지 운행시와 튜브 내부 운행시의 에너지 효율(주행저항)을 비교하였고, 튜브 내부 운행 시 트레인이 갖는 효율과 관계되는 충격파 발생의 임계속도(critical V-B 관계) 및 한계속도(V-P 관계)를 얻을 수 있었다. 이러한 연구의 결과는 튜브 시스템 설계 및 건설에 꼭 필요한 것이며 가이드라인을 제시했다.

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철도건널목 정시간 제어를 위한 열차속도 및 위치추적방식 개발 (Development of Train Velocity and Location Tracking Algorithm for a Constant Warning Time System)

  • 오주택;김태권;박동주;신성훈
    • 대한교통학회지
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    • v.23 no.4
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    • pp.17-28
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    • 2005
  • 우리나라는 건널목 중 약 91.1%가 정거리 방식을사용하고 있으며, 약 8.9%가 정시간 방식을 사용하고 있다. 정거리 방식의 경우 열차의 종류에 따른 접근속도의 편차를 고려하지 않고 단지 최고속도의 열차를 기준으로 한 건널목 대기시간을 차량운전자와 보행자에게 제공한다. 이는 저속 열차의 통과 시 건널목 대기시간이 길어져 차량 운전자와 보행자의 불만을 야기하며 건널목 대기시간이 필요 이상으로 긴 경우 차량운전자와 보행자는 경고를 불신하게 되고 잘못된 판단을 유도하게 되어 사고가 발생할 가능성을 내포하고 있다. 본 연구에서는 철도건널목의 정확한 정시간 방식의 운영으로 철도건널목 사고예방 및 안전성 향상에 기여하고자 한다. 정확한 정시간 방식의 운영을 위하여 초음파 검지기를 이용한 열차 위치추적 및 속도검지 방식을 개발하였다. 초음파 검지기의 설치위치는 본 연구의 범위인 열차최고속도 160km/h와 새마을호의 최고속도 및 가속도 건널목 최소경보시간을 고려하여 선정하였다. 그리고 개발된 열차 위치추적 및 속도검지 방식의 알고리즘에 대한검증은 사고위험성의 문제로 실내에서 간이시험을 실시하였다. 그 결과 본 연구에서 개발된 열차 위치추적 방식의 경우 실제 열차의 위치와 본 연구에서 개발된 알고리즘에 의한 열차 위치는 일치하였으며, 속도검지 방식은 실제 열차의 속도와 개발된 알고리즘에 의한 속도와의 오차가 최대 0.07m/sec인 것으로 분석되었다.

도시형 자기부상열차 부상레일의 피로해석 (Fatigue Analysis for Levitation Rail of Urban Maglev System)

  • 김경택;김재용;김용환;박진수;변상윤
    • 한국철도학회:학술대회논문집
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    • pp.39-45
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    • 2008
  • 부상레일은 자기부상열차의 운행을 위한 선로구축물의 궤도상부에 설치되어 있으며, 열차의 주행시 레일과 침목의 연결부는 반복적인 피로하중을 받게 된다. 이에 본 연구에서는 자기부상열차의 주행시 부상레일이 부담하게 되는 피로하중 및 비상착지시 발생하는 충격하중에 대한 피로해석을 통하여 부상레일의 설계 건전성을 검증하고자 하였다. 하중 및 경계조건은 정상상태의 주행을 고려하여 설계하중인 23kN/m를 적용하였으며, 차량의 낙하 및 비상주행시를 고려하여 스키드 낙하하중인 24kN/m를 적용하여 레일과 침목의 체결방식에 따라 볼트체결과 용접체결의 경우에 대하여 해석을 수행하였다. 정적해석시 응력집중은 볼트체결 및 용접체결의 두 경우 모두 침목의 선단부분에서 발생하였으며, 최대응력은 231MPa로서 볼트체결방식의 경우에서 발생하였다. 피로수명은 응력-수명방법을 사용하여 예측하였으며, 평균응력의 영향을 고려하기 위하여 Goodman 관계식을 적용하고 Damage 계산에는 Miner법칙을 이용한 피로해석 결과는 주어진 해석조건에서 모두 요구하는 피로수명 이상의 피로수명을 나타내었으며, $10^8{\sim}10^9$ 싸이클을 무한수명으로 가정하면 볼트체결방식의 낙하하중상태($1.21{\times}10^6$)를 제외하고 모두 무한수명을 갖는 것을 알 수 있었다.

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도시형 자기부상열차 부상레일의 롤 성형공정 해석 (Analysis for Roll Forming Process to Levitation Rail of Urban Maglev System)

  • 김경택;김재용;김용환;박진수;변상윤
    • 한국철도학회:학술대회논문집
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    • pp.31-38
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    • 2008
  • 본 연구는 도시형 자기부상열차 부상레일의 롤 성형공정 해석에 대한 연구로서 성형공정의 타당성을 검증하기 위하여 부상레일과 유사형상인 트랙슈에 대한 롤 성형공정을 해석하였다. 해석과정은 초기 육면체의 블록에서 시작하여 총 12공정으로 이루어졌으며, 이중 중복되는 공정을 제외한 8개 공정에 대하여 해석을 수행하였다. 공정별 온도의 변화는 초기 $1200^{\circ}C$에서 1공정에 투입되는 30초 동안 표면의 온도는 $1010^{\circ}C$까지 냉각 되며, 최종 공정인 12공정에서는 중심부에서 $980^{\circ}C$, 표면은 $900^{\circ}C$로 냉각되었다. 아울러 각 공정별 소재의 길이변화는 롤 성형전의 블록을 1로 했을 경우 각 공정별로 소재의 길이변화를 초기 길이로 나누어 비율로 계산한 결과 최종 공정후 초기에 비해 5배 증가하는 것을 알 수 있었다. 소재의 변형률은 상부롤의 형상부에서 크게 나타났으며, 최소 2.5에서 최대 6.5의 변형률을 나타내었다. 각 공정별 상 하부롤의 토크는 초기 2, 3, 4공정에서 높게 나타났으며, 최대 $27,000ton{\cdot}mm$를 보였으며, 수직방향으로의 하중은 최대 300톤이 필요한 것으로 해석되었다.

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불량률 최소화를 통한 강건 최적화의 확률제한조건 처리 (Solving Probability Constraint in Robust Optimization by Minimizing Percent Defective)

  • 이광기;박찬경;김근연;이권희;한상욱;한승호
    • 대한기계학회논문집A
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    • v.37 no.8
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    • pp.975-981
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    • 2013
  • 강건 최적화 기법은 설계 초기 단계부터 설계변수의 변동이 목적함수에 미치는 효과를 최소화할 수 있는 유일한 방법이다. 강건 최적화의 정식화를 위해서는 분산을 정확히 예측하고 확률제한조건을 정식화하는 것이 가장 중요한 과정이 된다. 분산 및 확률제한조건을 예측하고 정식화하기 위한 방법으로 공정능력지수 및 식스시그마 기법과 같은 여러 가지 방법이 적용되고 있으나, 실제 공정에서 널리 적용되는 불량률을 이용한 확률제한조건 처리 기법에 대한 연구는 아직까지 전무한 상태이다. 본 연구에서는 자동차 로워암의 무게와 최대응력의 평균과 표준편차에 대한 설계영역을 탐색하고, 이후 로워암의 강건 최적화를 수행하였다. 변동을 예측하기 위한 표준편차의 계산은 2 차 테일러 전개를 통해 수치적인 정확도를 기하였다. 강건 최적화는 설계변수의 불연속성을 고려하기 위하여 최적화 과정에서 미분 정보를 적용하지 않은 심플렉스 알고리즘을 적용하였다.

레이저 3D 프린팅 기법으로 제작한 열교환기 성능시험 분석 연구 (Experimental analysis of heat exchanger performance produced by laser 3D printing technique)

  • 김무선
    • 한국산학기술학회논문지
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    • v.21 no.7
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    • pp.270-276
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    • 2020
  • 3D 프린팅은 고분자, 세라믹, 금속 등 다양한 소재를 대상으로 복합적인 형상을 한 번의 공정으로 제작할 수 있는 적층 기반 제작 기술이다. 최근의 3D 프린팅 기술은 프린팅 속도의 향상과 적용 가능 소재의 지속적인 개발에 의해 양산형 제품 생산이 가능한 수준으로 발전하였다. 본 연구에서는 레이저를 활용한 3D 프린팅 기술을 적용하여 철도 차량용 공기 압축기에 쓰이는 열교환기 제작을 진행하였다. 먼저 3D 프린팅에 적합한 형상으로 경량화 및 컴팩트화를 주안점으로 열교환기의 최적 설계를 진행하였다. 그로부터 도출된 설계안을 기반으로 SLM 기법을 적용하여 AlSi10Mg 합금 소재로 열교환기 시작품을 제작하였다. 다음으로, 제작된 시작품을 기존 공기 압축기에 부착하여, 압축공기의 열교환 성능을 시험하였다. 3D 프린팅 시작품의 시험 결과는 기존 열교환기 대비하여 저압부와 고압부에서 열교환 성능은 각각 약 80% 및 85% 수준을 보였다, 하지만 외부 냉각공기 조건을 기존 열교환기와 유사한 조건으로 가정하였을 때 ��-NTU 법을 활용하여 계산한 열전달량은 기존 열교환기 대비하여 유사한 성능을 보여 주었다. 결과적으로, 3D 프린팅 제작 열교환기의 성능 효과 및 경량화 등의 장점을 확인할 수 있었다.

친환경 산악철도 매립형 궤도의 선로전환기 및 히팅장치 개발 (Development of Switching and Heating Devices in Embedded Rack Track for Environmental-friendly Mountain Railway)

  • 서승일
    • 한국산학기술학회논문지
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    • v.21 no.2
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    • pp.503-510
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    • 2020
  • 친환경 산악철도는 산악지역 환경보전을 위해 기존 급곡선·급경사 도로 위에 매립된 콘크리트 톱니 궤도에서 운행하게 된다. 폭이 좁은 도로 특성상 단선 구간이 많아지고, 교행에 따른 분기부가 많이 존재한다. 분기부에서 기존 선로전환기와 히팅장치는 중앙 톱니 궤도의 이동 공간 확보, 두터운 결빙의 신속히 제거 등이 불가하여 산악철도에 적용하기 곤란하다. 이런 문제 해결을 위해 궤도 블록 이동 선로전환기와 고주파유도 히팅장치를 개발하였다. 개발 선로전환기는 콘크리트 톱니궤도 블록을 유압 액튜에이터를 이용하여 이동시킴으로 선로를 전환할 수 있고, 크로싱의 결선부가 없어져서 탈선의 위험이 감소되며, 쇄정도 간편해진다. 히팅장치는 고주파 유도가열을 이용하여 발열 효율을 높임으로 톱니궤도의 두터운 결빙을 신속히 제거할 수 있다. 선로전환기와 히팅장치의 시작품을 제작하여 동작시험을 실시함으로 성능을 입증하였다. 히팅장치는 기존 방식에 비해 10배 이상 발열 효율이 있음을 확인하였다. 개발된 선로전환기와 히팅장치는 동절기 산악트램의 운행을 위한 필수 핵심기술로서, 산악철도의 안전성 및 효율을 높임으로 국내외 산악관광지의 산악철도 도입 확산에 기여할 수 있다. 또한 산악철도는 동절기 교통이 두절되는 지역주민들에게 교통기본권을 제공하고, 관광 활성화와 지역경제 발전 효과를 가져올 수 있다.

궤도시스템의 횡탄성에 따른 곡선부 레일의 동적거동평가 (A Dynamic Behavior Evaluation of the Curved Rail according to Lateral Spring Stiffness of Track System)

  • 김박진;최정열;천대성;엄맥;강윤석;박용걸
    • 한국철도학회:학술대회논문집
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    • pp.517-528
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    • 2007
  • 곡선부 열차주행시 궤도에 작용하는 횡압은 궤도 변형과 차량손상 및 유지보수 비용 증가를 초래하며 특히 곡선부 레일의 편마모 및 열화손상에 직접적인 영향을 미친다. 그러나 국내외적으로 이러한 레일손상에 미치는 여러요인에 대한 기존의 연구는 선형, 차량조건, 운전속도 및 운전습관 등에 집중되어 있으며 궤도구조의 특성(탄성력, 유지관리 등)에 관한 것은 간과하고 있는 실정이다. 또한 자갈도상 궤도구조에서 도상 횡저항력이라 부르는 궤도의 횡탄성이 콘크리트 궤도에서는 특별히 없기 때문에 일반적으로 콘크리트 궤도구조가 자갈도상 궤도보다 마모로 인한 레일 교체주기가 약 2배 짧은 것으로 기존의 연구결과 나타났으며, 국내 콘크리트 궤도 설계 및 운영 실적 검토결과 콘크리트 궤도의 궤도탄성력이 자갈도상보다 부족하여 레일 및 궤도손상을 가중 시키고 있는 것으로 나타났다. 일반적으로 콘크리트 궤도는 자갈도상 궤도에 비해 궤도의 탄성조정이 유리하며 유럽의 경우 콘크리트 궤도 설계 시 자갈도상의 수직 탄성력 범위와 동등이상의 성능확보를 권고하고 있으나 국내외적으로 궤도의 횡탄성에 대한 검토는 미약한 수준이다. 따라서 본 연구에서는 운행선 궤도에서의 현장측정 및 유지관리실적 분석을 통해 공용중인 자갈도상 및 콘크리트 궤도의 동적거동 특성을 파악하여 운행선 궤도의 탄성력을 유추하고 궤도시스템별 궤도 탄성력과 레일 손상과의 상관관계 및 곡선부 레일 손상에 미치는 궤도 횡탄성의 영향을 실험적으로 입증하여 콘크리트 궤도의 적정 탄성 수준 및 자갈도상 궤도의 도상탄성 확보의 중요성을 제시하고자 한다.고리즘 보다 DNA 염기 서열 배치에 있어서 효율적임을 확인하였다.첨의 폐쇄를 유도할 수 있었고 이런 점을 이용 외과적 술식을 피할 수 있었다. 2군 사이에는 통계학적 차이가 없었다(p>0.05). 4. 치은면에서 $Oraseal^{(R)}$을 이용하여 수복한 3군이 1, 2군보다 통계학적으로 더 낮은 미세누출 정도를 보였다(p<0.05).하였다. 생징후의 경우 각 군 모두 정상범위 내에서 안정된 양상을 보였으나, 개구기 삽입이나 국소마취 단계에서 발생하는 자극에 대한 말초 동맥혈 산소포화도와 심박수의 반응정도가 I군에 비해 II군에서 낮게 나타났다(p<0.05). 임상적으로 바람직한 행동양상(Q : Quiet)의 비율이 III군에 비해 II군에서 높게 나타났으며(p<0.05), II군과 I군간에는 유의한 차이를 보이지 않았다 (p>0.05). 본 실험에서 시도한 두 가지 진정요법이 비교적 높은 임상적 치료 성공률(II군 : 97.14%, III군 : 88.57%)을 보여 만족할 만한 결과를 나타낸 것으로 평가되었다.tosan film보다 큰 수증기 투과도를 보였다.적으로 유의한 차이를 보이지 않았다.y tissue layer thinning은 3 군모두에서 관찰되었고 항암 3 일군이 가장 심하게 나타났다. 이상의 실험결과를 보면 술전 항암제투여가 초기에 시행한 경우에는 조직의 치유에 초기 5 일정도까지는 영향을 미치나 7 일이 지나면 정상범주로 회복함을 알수 있었고 실험결과 항암제 투여후 3 일째 피판 형성한 군에서 피판치유가 늦어진 것으로 관찰되어 인체에서

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사례기반추론과 텍스트마이닝 기법을 활용한 KTX 차량고장 지능형 조치지원시스템 연구 (An Intelligence Support System Research on KTX Rolling Stock Failure Using Case-based Reasoning and Text Mining)

  • 이형일;김종우
    • 지능정보연구
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    • v.26 no.1
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    • pp.47-73
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    • 2020
  • KTX 차량은 수많은 기계, 전기 장치 및 부품들로 구성되어 있는 하나의 시스템으로 차량의 유지보수에는 상당히 많은 전문성과 유지보수 작업자들의 경험을 필요로 한다. 차량 고장발생 시 유지보수자의 지식과 경험에 따라 문제 해결의 시간과 작업의 질적 차이가 발생하며 그에 따른 차량의 가용율이 달라진다. 일반적으로 문제해결은 고장 매뉴얼을 기반으로 하지만 경험이 많고 능숙한 전문가의 경우는 이와 더불어 개인의 노하우를 접목하여 신속하게 진단하고 조치를 취한다. 이러한 지식은 암묵지 형태로 존재하기 때문에 후임자에게 완전히 전수되기 어려우며, 이를 위해 사례기반의 철도차량 전문가시스템을 개발하여 데이터화된 지식으로 바꾸려고 하는 연구들이 있어왔다. 하지만, 간선에 가장 많이 투입되고 있는 KTX 차량에 대한 연구나 텍스트의 특징을 추출하여 유사사례를 검색하는 시스템 개발은 아직 미비하다. 따라서, 본 연구에서는 이러한 차량 유지보수 전문가들의 노하우를 통해 수행된 고장들에 대한 진단과 조치 이력을 문제 해결의 사례로 활용하여 새롭게 발생하는 고장에 대한 조치가이드를 제공하는 지능형 조치지원시스템을 제안하고자 한다. 이를 위하여, 2015년부터 2017년동안 생성된 차량고장 데이터를 수집하여 사례베이스를 구축하였고, 차원축소 기법인 비음수 행렬 인수분해(NMF), 잠재의미분석(LSA), Doc2Vec을 통해 고장의 특징을 추출하여 벡터 간의 코사인 거리를 측정하는 방식으로 유사 사례를 검색하였으며, 위의 알고리즘에 의해 제안된 조치내역들 간 성능을 비교하였다. 분석결과, 고장 내역의 키워드가 적은 경우의 유사 사례 검색과 조치 제안은 코사인 유사도를 직접 적용하는 경우에도 좋은 성능을 낸다는 것을 알 수 있었고 차원 축소 기법들의 성능 비교를 통해 문맥적 의미를 보존하는 차원 축소 방식 중 Doc2Vec을 적용하는 것이 가장 좋은 성능을 나타낸다는 것을 알 수 있었다. 텍스트 마이닝 기술은 여러 분야에서 활용을 위한 연구들이 이루어지고 있는 추세이나, 본 연구에서 활용하고자 하는 분야처럼 전문적인 용어들이 다수이고 데이터에 대한 접근이 제한적인 환경에서 이러한 텍스트 데이터를 활용한 연구는 아직 부족한 실정이다. 본 연구는 이러한 관점에서 키워드 기반의 사례 검색을 보완하고자 텍스트 마이닝 기법을 접목하여 고장의 특징을 추출하는 방식으로 사례를 검색해 조치를 제안하는 지능형 진단시스템을 제시하였다는 데에 의의가 있다. 이를 통해 현장에서 바로 사용 가능한 진단시스템을 단계적으로 개발하는데 기초자료로써 시사점을 제공할 수 있을 것으로 기대한다.