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Extended Reach Horizontal Well Design Improvement through Analysis of Drilling Problems in Shale Reservoir
No full text최근 방향성 시추 기술의 비약적인 발전에 힘입어 셰일저류층을 대상으로 수평정 길이가 수직정 길이의 2배 이상에 달하는 장거리 수평 시추 작업의 수요가 가파르게 증가하고 있으나, 이와 함께 시추문제 발생빈도 또한 높아지고 있다. 장거리 시추 시 장시간 나공 상태 노출로 인한 시추공 불안정성 문제와 경사·수평정 구간에서 과도한 토크 및 드래그 발생으로 높은 마찰저항을 발생시키는 문제가 있고, 그 결과 목표 심도에 도달하지 못하는 등 심각한 시추 실패 문제를 초래할 수 있다. 이 연구에서는 캐나다 지역 장거리 수평 시추 실패 사례로부터 시추공 불안정성 주요 원인인 암석파괴 부분과 시추 시 과도한 마찰저항 영향 인자 분석을 통해 시추공 설계 개선 및 운영 개선방안을 제시하고자 하였다. 우선 시추공 안정성 확보를 위해 최적 이수밀도 산정과 더불어 시추공 응력보강 방법에 대한 분석으로 시추공 불안정성을 개선할 수 있었다. 또한 과도한 마찰저항 저감을 위해 유성이수, 방향성 시추 장비 및 케이싱 부상 방법들을 적용하여 높은 윤활성, 비틀림 현상 최소화 및 높은 부력 환경을 조성하여 마찰저항을 현저히 줄일 수 있었다. 그 결과, 시추공 안정성 확보와 낮은 마찰저항 환경을 조성하여 기존보다 개선된 장거리 수평 시추 운영 방안을 도출할 수 있었으며, 추가적으로 작업 하중이 줄어들어 기동성이 뛰어나며 경량화된 시추기 사용이 가능해져 궁극적으로 시추비용을 절감할 수 있을 것으로 판단된다.|With the rapid development of the geosteering technique, the number of Extremely long reach wells which could maximize the contact area in the shale reservoir has been increasing sharply so far. But the probability of drilling failure is also increasing as the number of wells being drilled increases. There are some major problems while drilling long horizontal interval such as a borehole instability due to exposure to bare holes for a long time as well as a problem of high frictional resistance due to excessive torque and drag in the inclined and horizontal interval. As a result, the target total depth may not be reached and drilling failure may occur as well. In this study, in order to suggest the improved well design through the identification with the analysis on failures from two ERD wells drilled in Canada, A study was conducted by analyzing the main causes of borehole instability and influencing factors that generate excessive frictional resistance during drilling operation. First of all, Borehole instability could be improved by designing the safe drilling mud window with the stress caging method applications as well as the stable drilling orientation to drill in long lateral interval under the characteristics of the faulting regime with strata in the study area. In addition, For excessive frictional resistance reduction, Applying the Oil Based Mud, RSS directional drilling assembly and Casing flotation method, could get much better result on better lubricity with high buoyancy environment, torsion minimization and which made the frictional resistance reduced significantly. Finally, It was possible to improve the ERD well design by making borehole condition stable on dynamic and static condition alike and creating a low frictional resistance environment. and could expect that high efficient results can be made even drilling with more lighter drilling rig by applying the optimal drilling parameters under same drilling condition.1. 서론 1
1.1 연구배경 및 목적 1
2. 이론적 배경 4
2.1 시추공 안정성 4
2.1.1 시추공 안정성 분석 4
2.1.2 암석 파괴기준 9
2.1.3 단층응력장상태와 시추공 경로에 따른 시추공 안정성 10
2.2 토크 및 드래그 분석 13
2.2.1 토크 및 드래그 영향인자 17
2.2.2 토크 및 드래그 저감 방법 20
3. 연구 내용 22
3.1 연구대상 개요 22
3.2 시추공 개요 및 시추작업 결과 22
4. 연구 결과 29
4.1 시추공 안정성 확보 29
4.2 토크 및 드래그 저감 37
4.3 시추작업 효율화 46
4.3.1 시추기 선정 46
4.3.2 시추 파라미터 최적화 48
4.4 장거리 수평시추 설계 및 운영 개선 50
5. 결 론 53
참고문헌 55
국문초록 62Maste
Partial Discharge Diagnosis using a UHF Sensor in a Structure of Eco-Friendly Insulation Gases
No full text1960년 이후 가스절연개폐장치(Gas Insulated Switchgear, GIS)는 높은 절연 강도와 우수한 아크 소호 능력을 가진 육불화황(SF6) 가스를 사용하여 안정적인 전력을 공급하고 전력 시스템을 보호하기 위해 널리 설치되어 왔다. 그러나, SF6는 이산화탄소(CO2) 대비 23,500배 높은 지구온난화지수를 가지고 있어 기후변화 문제의 일환으로 규제되어 왔다.
본 논문은 UHF 센서를 적용한 친환경 절연 가스 구조에서 부분 방전 진단에 대해 기술하였다. 본 논문에서 사용된 친환경 절연가스 g3는 NovecTM 4710과 CO2 및 O2를 혼합한 가스로 4%의 NovecTM 4710가 혼합되어 있으며, Dry air는 N2, O2, Ar 및 기타성분으로 혼합된 건조 공기로 78%의 N2와 21%의 O2로 혼합되었다. 실제 가스절연개폐장치에서 발생 가능한 결함 원인을 모의하기 위해 자유입자(Free particle, FP), 도체돌출(Protrusion on conductor, POC), 외함돌출(Protrusion on enclosure, POE) 및 보이드(Void) 전극계를 제작하였다. 각 절연 가스는 가스의 오염을 방지하기 위해 0.1~0.5MPa의 압력으로 채우고, 반복적으로 방출하였다. PD 신호는 100MHz에서 2GHz의 주파수 범위를 가지는 UHF 센서를 사용하여 측정되었으며, 1MHz 미만의 주파수 범위를 가지는 커플링 커패시터와 PD 측정 장치를 사용한 기존 방법과 비교하였다.
친환경 가스 절연 구조에서 PD 진단을 목적으로 PD의 특성인 부분 방전 개시 전압(PDIV), 부분 방전 소멸 전압(PDEV), 시간 및 주파수 영역에서의 단일 펄스, 방전 크기, 위상 각도 및 펄스 개수와 같은 PRPD 패턴을 분석하였다. 또한, 기존 방법으로 측정된 pC 단위의 표면 전하와 UHF 방법으로 측정된 mV 단위의 출력 전압 간의 상관 관계를 조사하였으며, PD 결함은 역전파 알고리즘(BPA)을 사용하여 검출하였다. 본 논문에서 제안한 결과는 UHF 방법을 사용한 친환경 가스 절연 구조 또한, 기존의 결함진단 방법에서는 발생위치의 식별이 어렵거나 일부 정보를 누락되는 경우가 있었으나, 본 연구에서는 UHF 센서를 이용한 결함진단 방법으로 이러한 한계를 극복할 수 있었다. 이를 통해 보다 정확하고 효과적인 PD 진단이 가능해졌으며, 지속적인 연구와 개발을 통해 환경친화적인 가스 절연 장치의 사용을 증대시키는 데 기여할 수 있을 것으로 예상된다.|Gas-insulated switchgears(GISs) have been widely installed in the substations to provide stable power and protect electrical power systems since 1960 due to sulfur hexafluoride(SF6) gas used in a GIS which has high dielectric strength and excellent arc extinguishing performance. However, SF6 has high global warming potential(GWP) which is 23,500 times higher than that of carbon dioxide(CO2). In this reason, it has been specified as one of the six greenhouse gases in the Intergovernmental Panel on Climate Change(IPCC) and restricted to reduce the global warming situation in the world.
This thesis dealt with partial discharge diagnosis in a structure of eco-friendly insulation gases using ultra-high frequency(UHF) sensor. The eco-friendly insulation gases used in this thesis were dry air with 78% N2 and 21% O2, and g3 with 4% NovecTM 4710, CO2, and O2 compared to SF6. To simulate PD defects occurring in a GIS, electrode systems such as a free particle(FP), a protrusion on conductor(POC), a protrusion on enclosure(POE), and void were fabricated. Each insulation gas was filled from 0.1 to 0.5MPa in the electrode systems and emitted repeatedly to prevent any pollution of gas. The PD signals were measured with a UHF sensor with frequency ranges of 100MHz to 2GHz compared to the conventional method using a coupling capacitor and PD measuring devices with frequency ranges of less than 1MHz.
For the purpose of PD diagnosis for eco-friendly gas insulated structures, PD characteristics were analyzed such as a partial discharge inception voltage(PDIV), a partial discharge extinction voltage(PDEV), a single pulse in time and frequency domains, and phase-resolved partial discharge(PRPD) patterns such as a discharge magnitude, a phase angle and a pulse count. In addition, the correlation between the apparent charge in pC measured by the conventional method and the output voltage in mV measured by the UHF method was investigated and PD defects were identified by back propagation algorithm(BPA).
The results proposed in this thesis would be expected to improve the PD diagnosis technique in the eco-friendly gas insulated structure using UHF method in the future.1. 서론 1
1.1 연구배경 1
1.2 연구내용 5
2. 이론 7
2.1 친환경 절연가스 7
2.2 부분방전 발생 메커니즘 10
2.3 부분방전 결함 17
2.4 부분방전 검출 및 분석기술 23
3. 실험 및 방법 39
3.1 실험계 39
3.2 모의결함 42
3.3 실험 방법 46
4. 결과 및 분석 48
4.1 교정 실험 48
4.2 부분방전 특성 분석 49
4.3 진단 프로세스 80
5. 결론 88
참고문헌 91
국문초록 98Docto
A Study on the Effects of Trade and R&D Investment on the Efficiency in Korean Manufacturing Industry
No full textBy utilizing the export-led development strategy instead of import substitution development strategy after 1960's, South Korea has become a remarkable advanced country belonging to the 10 biggest countries' group and in terms of foreign trade, sixth or seventh country in the world. During the growth process, it has experienced the reducing share of manufacturing industry and enlarging share of service industry in national industrial structure. But after the global financial crisis in 2008, advanced countries including USA and England have been considering the economic effects of manufacturing on the whole economy, and have supported their own companies reshoring toward their home countries, pursuing the campaign, which is called :'Manufacturing Renaissance'. South Korea's government has arrived at the timepoint to make a very important decision to choose the policy direction about manufacturing renaissance campaign in that South Korea has been trapped in sandwitch position between the developed and developing countries.
This study attempts to find out the current position of Korean manufacturing competitiveness and suggest the policy implications to develop the Korean manufacturing industry. In this study, we have used the data of 25 subindustries in the Korean manufacturing industry from 2006 to 2020, consisting of the data surveyed on 6,150 sampled companies.
The input variables of this study were the number of employees, assets, and intermediate goods, and the sales data was used as an output variable. In addition, various nominal variables were transformed to real variables using the GDP deflator. In addition, in order to measure efficiency by converting it into a company unit, output and input variables by industry were divided by the number of companies and converted into variables per individual company. In addition, in the regression analysis model, the regression equations were estimated by excluding the samples corresponding to the case where there were no R&D expenses and export and import data. The total amount model used the real amount per company of export, import, and R&D expenses, and the intensity model used the saares of exports, imports, and R&D expenses divided by sales. In addition, the model for measuring the influencing factors on the efficiency index used the efficiency index as a dependent variable, and the export variable, import variable, and R&D variable were used as independent variables. In addition, regression analysis was conducted by applying dummy variables for each industry to reflect the characteristics of each industry. The method to measure relative efficiency of the company adopted an input-oriented method of DEA.
The empirical results obtained in this study can be summarized as follows.
First, the technical efficiency of Korean manufacturing companies has been gradually decreasing over the past 15 years, and this phenomenon means that the technological efficiency of the second half is lower than that of the first half.
Second, scale efficiency in Korean manufacturing companies rose in the first half of the year over the past 15 years and then fell sharply in the second half.
Third, the gap in productivity of Korean manufacturing companies has been widening over the past 15 years. On average, the decline in the value of technology efficiency means that the relative efficiency gap between Korean companies is widening, and this has shown a phenomenon "the rici, the richer, and the poor, the poorer.' among the big and small companies.
Fourth, the impact on the technical efficiency of exports is also seen explicitly in Korean manufacturing companies, which means that positive impacts on exports was measured in terms of technical efficiency and scale efficiency.
Fifth, imports also have minimal or very limited effects on efficiency.
Sixth, corporate R&D investments play negative roles in terms of technical efficiency. The scale efficiency an also have received negative effects from R&D investments.
As a result of this study, the following policy implications can be obtained.
First, in the case of Korean manufacturing companies, more and more companies are both exporting and importing. This phenomenon can be seen that the better internationalization and globalization are, the greater the productivity benefits obtained by exporting and importing together. This can be said that companies that operate both exports and imports may have greater productivity gains in some areas, but their complementarity is weak. Therefore, in the case of the Korean manufacturing industry, exports are effective in increasing efficiency, but imports have a limited impact. In other words, it means that the complementarity between exports and imports is relatively weak.
Second, it is very urgent to establish a social infrastructure where small and medium-sized enterprises and large enterprises can coexist in the face of the growing rich and poor phenomenon between SMEs and large enterprises. There is a need for an institutional mechanism to bridge the productivity gap between companies and increase the technology of SMEs. Recently, the National Assembly ihas ntroduced the "Unit Price Linkage Act", and this system was introduced in Korea to reflect the price increase in parts and raw materials in the delivery of SMEs. This is a very encouraging phenomenon, and there is a need to expand this system to the moe flexible system. An alternative to the unit price registration system is proposed. If SMEs register the unit price with large companies and establish institutional mechanisms to guarantee a certain percentage of the unit price through consultation among large companies, South Korea can establish the foundations for co-prosperity between large and small companies
Third, in the case of R&D investment, there is a need to convert corporate goals into long-term goals from the reality of companies that focus on short-term performance. There is a need for an institutional mechanism to introduce national support incentives for SMEs' technical personnel and to prevent the outflow of SMEs' technical personnel to large companies or other companies for a certain period of time. These measures are also directly related to the problem of common assets that have been discussed recently. Efforts are needed to recognize and manage technology or technical personnel possessed by SMEs as common assets. In particular, it is necessary to introduce an institutional device that manages and supports new technologies invented by SMEs at the national level so that they cannot be leaked to large companies and continuous technology development is possible. There is a need for government departments that manage SMEs to establish and operate an institutional system that manages SMEs' technology and manpower, and a tentatively named "Small and Medium Business Common Asset Management System" that solves these problems on a regular basis. The system can establish a system managed and supported by the state by registering new technologies and technical personnel of SMEs in this system. In this system, it is also necessary to establish a system that selects national tasks that will be the future growth engine of the country and turns them into national common assets. The national tasks supported by SMEs should break away from the structure of individual support and establish a system that organically connects these tasks so that technology development and manpower training can have an upward effect on various national tasks.
Fourth, at the national level, support policies for each industry should be established by dividing industries with increasing efficiency and falling industries for each Korean manufacturing company. In other words, policy support measures should be prepared to facilitate the exit of industries with declining productivity, and policy support should be provided so that more efficient companies can prosper to more trade and more R&D. To this end, it is a very important national task to benchmark Taiwan's SME development policy, understand Japan and Germany's SME development policy, and devise a SME policy suitable for the Korean economy. Reforming Korea's economic structure biased toward large companies and creating an economic structure in which small and medium-sized companies and large companies grow together will be a shortcut for Korea to become the world's most advanced country. In particular, industrial robot technology, automation technology, the Internet of Things (IoT) technology, machine learning technology, big data technology, and 3D springing technology, which are recently developing INDUSTRY 4.0, should be established to encourage creative destruction in terms of manufacturing space and function.
Fifth, there is a need to have an upward effect by combining exports and imports and trade and R&D. In other words, policies should be prepared to ensure that R&D and trade appear in parallel, just as exports and imports cause synergistic effects on each other. It is necessary to provide incentives by reducing import tariffs or increasing R&D expenses to companies that increase R&D expenses while importing a lot of raw materials.
Sixth, it is necessary to find a way to increase manufacturing productivity by identifying the cause of the productivity gap in terms of efficiency in the Korean manufacturing industry. In the reality that advanced countries, including the United States, are increasing their competitiveness in manufacturing through the "Manufacturing Renaissance" movement, appropriate measures should be prepared to revive Korea's manufacturing industry.|우리나라는 1960년대 이후 수출주도형 경제개발전략을 통하여 무역자유화를 통한 경제성장전략을 추구함으로써 2020년대에 이르러 세계 10대 경제선진국에 도달했으며 무역면에서는 세계 6-7위의 경제대국으로 성장하였다. 이러한 과정에서 한국의 산업구조는 제조업의 비중이 감소하고 서비스업의 비중이 커지는 선진국과 같은 산업구조로 변화되어 욌다. 그러나 2008년 세계금융위기 이후 미국을 비롯한 선진국들이 제조업이 산업에 미치는 경제적인 영향을 고려하여 외국에 나가 있던 공장을 국내에 유치하는 리쇼어링현상이 대두되고 있고 제조업르네상스운동이 전개되는 현실에 직면하고 있다. 이러한 시점에서 우리나라 제조업은 공장의 해외이전이나 선진국으로의 공장건설에 대해 우리나라 제조업의 발전에 대한 국가적인 정책방향설정이 매우 중요한 시점에 이르고 있다. 우리나라 제조업은 미국을 비롯한 선진국의 해외공장의 국내유치를 향한 리쇼어링현상과 중국, 베트남, 인도네시아 등 동남아 국가로의 공장 이전을 통한 경쟁력확보 노력 사이에 끼어 있는 샌드위치적인 위치에 있어 우리나라 제조업에 대한 국가적인 정책방향설정이 그 어느 때 보다도 중요한 시점에 이르게 된 것이다.
본 연구에서는 중대한 과제를 안고 있는 우리나라 제조업의 경쟁력의 현황을 살펴보고 향후 우리나라 제조업의 발전방향에 대하여 정책제안을 함으로써 우리나라 제조업의 발전방향을 모색하는 것을 주요한 목표로 하여 연구를 전개하였다. 이를 위해 우리나라 제조업을 대상으로 업종별 효율성을 측정하고 시간적 추세를 비교하였고 이러한 제조업의 업종간 효율성의 차이가 발생하는 원인을 찾고자 하였다. 2006부터 2020년의 기간 사이의 우리나라 제조업 25개 업종별 자료를 대상으로 자료포락방식을 이용하여 상대적인 효율성을 측정하였다. 효율성측정을 위하여 사용된 투입변수로는 종업원수와 자산액 그리고 중간재가 이용되었으며, 산출로는 매출액이 이용되었다. 그리고 기업단위로 변환하여 효율성을 측정하기 위해 산업별 산출과 투입변수는 산업별 기업체수로 나누어 개별기업당 변수로 환산하였다. 그리고 효율성 차이의 원인을 분석하기 위한 회귀분석모형에서는 연구개발비와 수출 및 수입 그리고 산업별 특성을 반영하기 위한 더미변수 이용되었다.
본 연구에서 얻어진 실증결과는 다음과 같이 요약될 수 있다.
첫째, 우리나라 기업들의 기술효율성은 지난 15년간 점차 하락 되어 왔으며, 전반기보다 후반기의 기술효율성이 낮게 나타나고 있었다.
둘째, 우리나라의 제조기업에서 규모효율성은 지난 15년에 걸쳐 전반기는 상승하다가 후반기에는 급격히 하락했다는 것이다.
셋째, 수출의 기술효율성에 미치는 영향이 한국의 제조기업에서도 나타나고 있으며, 규모효율성 면에서도 수출에 긍정적인 영향이 측정되었다.
넷째, 수입도 효율성에 미치는 영향이 미미하거나 매우 제한적이라는 것이다.
다섯째, 기업의 연구개발투자는 기술효율성 과 규모효율성 면에서도 부정적인 영향으로 나타나고 있다는 것이다.
여섯째, 효율성이 수출에 미치는 영향은 긍정적으로 나타나고 있다는 점이다.
일곱째, 효율성이 수입에 미치는 영향은 부분적으로 긍정적인 영향이 나타나고 있었다.
여덟째, 효율성이 연구개발투자에 미치는 영향은 부정적으로 나타나고 있으며 효율성이 높은 기업일수록 연구개발에 소극적인 현상을 나타내고 있다는 점이다.
본 연구에서 얻어진 결과로 다음과 같은 정책적 함의를 얻을 수 있다.
첫째, 우리나라 제조기업의 경우는 수출과 수입을 겸하는 기업들이 많아지고 있다. 이러한 현상은 국제화와 세계화가 잘되어 있는 기업일수록 수출과 수입을 함께 함으로써 얻게 되는 생산성의 이익이 커진다는 점을 알 수 있다. 이것은 수출과 수입을 겸하여 운영하는 기업이 생산성의 이득이 일부에서는 커질 수 있지만, 그 상호보완성은 약하다고 할 수 있다. 따라서 우리나라 제조업의 경우에 수출은 효율성 증대에 효과적이지만, 수입은 제한적으로 영향을 미친다는 것이다. 즉, 수출과 수입의 상호보완성이 비교적 약하다는 것을 의미한다.
둘째, 중소기업과 대기업간의 부익부빈익빈현상이 커지고 있는 현실에서 중소기업과 대기업이 상생할 수 있는 사회인프라를 구축하는 것이 매우 절실하다. 이러한 기업간 생산성 격차를 해소하고 중소기업의 기술력을 올릴수 있도록 하는 제도적 장치가 필요하다. 최근 국회에서 단가연동제를 도입하여 우리나라에서도 부품이나 원자재가상승을 중소기업의 납품가에 반영하는 제도가 도입되었다. 이는 매우 고무적인 현상으로 이러한 단가연동제가 확대적용되도록 할 필요성이 제기된다. 단가 등록제라는 대안이 제시되고 있는바 대기업에 부품을 제공하는 중소기업들이 대기업에 부품단가를 등록하고 이를 기반으로 대기업과 중소기업간의 협의를 통해 일정비율의 부품단가를 보장하는 제도적 장치를 만든다면 중소기업이 대기업간의 종업원간의 임금격차를 해소하고 중소기업이 기술개발에 투자할 수 있는 구조를 만든다면 중소기업과 대기업이 상생하는 기반을 구축할 수 있을 것이다.
셋째, 연구개발투자의 경우는 단기적인 성과에 치중하는 기업의 현실에서 기업의 목표를 장기적인 목표로 전환할 필요성이 제기된다. 중소기업의 기술인력에 대한 국가적인 지원인센티브가 도입되고 일정기간 중소기업의 기술인력이 대기업이나 다른 기업으로 유출되는 현상을 막을 수 있는 제도적 장치가 필요하다. 이러한 대책은 최근에 논의되고 있는 공유자산의 문제와도 직결된다. 중소기업들이 가지고 있는 기술이나 기술인력을 공유자산으로 인식하고 관리하는 노력이 필요하다고 하겠다. 특히 중소기업이 발명한 신기술에 대해서는 대기업에 유출되지 못하고 지속적인 기술개발이 가능하도록 국가적인 차원에서 관리하고 지원하는 제도적 장치의 도입이 필요하다. 중소기업을 관리하는 정부 부처들이 중소기업의 기술과 인력을 관리하는 제도적 시스템을 구축하고 상식적으로 이러한 문제를 해결하는 가칭 “중소기업공유자산관리시스템”을 구축하여 운영할 필요성이 제기된다. 이 시스템에는 중소기업의 신기술과 기술인력을 등록하여 국가가 관리하고 지원하는 시스템을 구축할 필요성이 제기되는 것이다. 이 시스템에서는 국가의 미래 성장동력이 될 국책과제를 선별하여 국가공유자산화하는 시스템도 구축할 필요성이 있다. 중소기업에 지원하는 국책과제는 개별적으로 지원하는 구조에서 벗어나 이러한 과제들을 유기적으로 연결하여 여러 가지 국책과제간에 기술개발 및 인력양성에 상승효과가 나타날 수 있도록 하는 시스템을 구축해야 할 것이다.
넷째, 국가적인 차원에서 우리나라 제조기업별로 효율성이 상승하는 업종과 하락하는 업종을 구분하여 업종별 지원정책이 수립되어야 한다는 것이다. 생산성이 하락하는 산업은 퇴출이 원활하게 되도록 정책적으로 지원책이 마련되어야 하고 효율성이 높은 기업들이 보다 많은 무역과 연구개발이 이루어지도록 정책적인 지원이 이루어져야 한다는 것이다. 이를 위해 국가적으로는 대만의 중소기업육성정책에 대해 벤치마킹을 하고 일본과 독일의 중소기업의 육성정책을 잘 파악하여 우리나라 경제에 맞는 중소기업정책을 강구하는 것이 매우 중요한 국가적인 과업이다. 대기업으로 편향된 우리나라 경제구조를 일신하고 중소기업과 대기업이 동반 성장하는 경제구조를 만드는 것이 우리나라가 세계가 주목하는 일등 선진국으로 가는 지름길이 될 것이다. 특히 최근에 발전하고 있는 산업 4.0(INDUSTRY 4.0)인 산업용 로봇기술, 자동화기술, 사물인터넷(the Internet of Things: IoT)기술, 기계학습기술, 빅데이터기술, 3D프린팅기술 등은 제조업의 공간적이고 기능적인 면에서 창조적 파괴를 장려할 수 있는 중소기업지원시스템을 구축해 나가야 할 것이다.
다섯째, 수출과 수입을 겸하고 무역과 연구개발을 겸하여 상승효과가 나타나도록 할 필요성이 제기된다. 수출과 수입이 서로 상승효과를 일으키는 것과 마찬가지로 연구개발과 무역이 병행해서 나타나도록 하는 방향으로 다시 말하자면, 무역과 연구개발의 보완효과가 나타나도록 정책을 마련해야 한다는 것이다. 수출을 많이 하면 연구개발비의 국가지원에서 혜택을 주거나 수출실적과 연구개발비 실적을 합산하여 세금감면 혜택을 주거나 원자재 수입을 많이 하면서 연구개발비를 늘리는 기업들에게는 수입관세를 감면하거나 연구개발비의 국가지원을 늘려주는 방식 등으로 인센티브가 제공되도록 할 필요성이 있다는 것이다.
여섯째, 우리나라 제조업에서 효율성 면에서 나타나는 생산성 격차의 원인을 파악하여 제조업 생산성을 증대하는 방안을 모색해야 한다는 것이다. 미국을 비롯한 선진국들이 제조업 부흥운동을 통해 제조업 경쟁력을 높이고 있는 현실에서 우리나라 제조업을 부흥시킬 수 있는 방안이 마련되어야 한다는 것이다.
이러한 연구결과에도 불구하고 본 연구는 개선할 부분이 있다.
첫째로, 본 연구에서는 효율성을 측정하는 방식으로 자료포락방식을 이용하여 기업간 효율성의 상대적인 격차를 측정하였으나 보다 정밀한 계량경제모형식을 적용하여 절대적인 효율성의 측정치를 측정할 필요가 있다.
둘째, 본 연구에서는 우리나라 제조업의 15년간의 측정치를 계산하였으나 보다 긴 기간의 자료를 확보하여 30년 내지 50년간의 자료를 확보하여 제조업의 장기적인 효율성의 측정치를 파악함으로써 우리나라 제조업의 효율성의 장기적인 추세를 파악하여 비교한다면 더 의미있는 연구결과를 얻을 수 있을 것으로 생각된다.
셋째, 본 연구는 투입을 세 가지, 산출을 한가지로 하여 효율성을 측정하였다. 산출은 매출액을 이용하여 효율성을 측정하였는데 부가가치를 이용하여 효율성을 측정하여 매출액효율성과 부가가치효율성을 비교하는 것도 의미있는 결과를 도출할 수 있을 것으로 기대된다. 매출액과 부가가치면에서 효율성이 유사하게 나타나는지 다르게 나타나는지를 파악할 필요가 있다는 것이다.
마지막으로 본 연구를 통하여 우리나라 제조업의 최근 15년간의 효율성을 측정하고 효율성 격차의 원인에 대해 수출의 중요성과 연구개발비의 효율성에 미치는 영향에 대해 의미있는 연구결과를 얻었고 이러한 연구결과를 토대로 우리나라는 제조업의 경쟁력을 확보하고 리쇼어링을 촉진하기 위해서는 중소기업과 대기업간의 동반성장을 통한 공동상생전략과 수출을 통한 경쟁력확보를 위한 다양한 정책개발이 시급하다는 점을 지적하고자 한다.제 1 장 서론 1
제1절 연구배경 및 목적 1
제2절 연구방법 및 구성 5
제 2 장 제조업에 대한 이론적 배경 8
제1절 제조업의 발달과정 8
Ⅰ. 우리나라 제조업의 발전과정 8
Ⅱ. 세계 제조업의 발전과정 13
제2절 제조업의 효율성 측정의 이론적 배경 17
Ⅰ. 효율성의 개념과 측정 17
Ⅱ. 자료포락방식(DEA)방법론 21
1. CCR모형 23
2. BCC모형 25
3. 규모효율성 측정모형 26
Ⅲ. 확률적프론티어모형(SFA)방법론 28
제3절 효율성결정요인분석의 이론적 배경 30
Ⅰ. 회귀분석모형 30
Ⅱ. 기타모형 34
1. 비율분석법 34
2. 생산성지수법 36
제 3 장 제조업의 효율성측정 및 영향요인에 대한 선행연구 38
제1절 제조업의 효율성측정에 대한 선행연구 38
제2절 제조업의 효율성 결정요인에 대한 선행연구 40
Ⅰ. 무역과 제조업효율성 관련 선행연구 40
Ⅱ. 연구개발과 제조업효율성 관련 선행연구 43
Ⅲ. 기타 결정요인과 제조업효율성 관련 선행연구 45
제 4 장 실증분석 48
제1절 자료 및 측정모형 48
제2절 실증결과 49
Ⅰ. 효율성 측정결과 49
Ⅱ. 규모의 수익에 대한 측정결과 60
Ⅲ. 무역 및 연구개발투자의 효율성 영향에 대한 실증결과 62
제 5 장 결론 87
참고문헌 92
국문초록 102Docto
도선사의 작업 안전성 향상을 위한 예측 방법론 개발
No full textMaritime transportation is a highly complex and hazardous industry where accidents can occur, even with stringent precautions. One particular concern is the occupational safety of maritime pilots during their transfers to and from vessels. These transfers typically involve using pilot boats and passing critical stages such as car transfers, walking on piers, pilot boat transfers, pilot ladder transfers, and climbing the ship's freeboard to reach the bridge. Each stage presents unique risks, including environmental factors, vessel conditions, and adherence to safety protocols. This study aims to enhance occupational safety for maritime pilots during their transfers to and from vessels through comprehensive analysis, risk assessment, and the development of preventive strategies.
Chapter 2 explores the maritime pilot transfer operation, focusing on the involved parties, procedures, and international regulations. It highlights the roles of maritime pilots, pilot boat crews, ship owners, ship crews, and port authorities. The chapter discusses the stages of pilot transfer by boat and emphasizes compliance with safety protocols. It also addresses pilot ladders' construction and rigging requirements and associated equipment. The chapter underscores the importance of coordination and regulation adherence for safe and efficient pilot transfers.
To gain a deeper understanding of the factors contributing to occupational accidents during maritime pilot transfers, Chapter 3 focuses on collecting and analyzing accident data records. Through a comprehensive peer review process, the study assesses the surrounding conditions of each accident and identifies the primary factors that contribute to their occurrence. A descriptive statistical analysis lists the contributing factors, possible consequences, and their frequencies. Researchers conducted a chi-square test using SPSS software to explore the correlation between surrounding conditions and the consequences of maritime pilot occupational accidents.
The results of the statistical analysis and chi-square test indicate that there were no significant outcomes or conclusive findings. As a result, researchers propose an alternative methodology to develop a predictive risk model in Chapter 4. The paper utilizes historical accident records as a conventional approach to risk assessment, aiming to predict maritime pilot occupational accidents by developing a model using the RF (random forest) method in RStudio software. Utilizing a comprehensive dataset comprising 500 accident reports provided by maritime pilot organizations, the model's effectiveness is validated to assess its predictive risk capabilities.
In Chapter 5, to recognize the need to address the specific risks associated with maritime pilot transfers, the paper proposes a detailed risk analysis using the FTA-ETA (Fault Tree Analysis-Event Tree Analysis) method within a fuzzy logic environment. The primary objective of this analysis is to identify and quantify the root causes of accidents, assigning importance levels and probabilities of occurrence to each factor by creating a Fault Tree (FT) diagram. The Event Tree (ET) analysis also considers accidents' potential outcomes and associated probabilities. By doing so, the paper aims to raise safety awareness among maritime pilots, pilot organizations, and ship crews involved in the transfer process. This study enhances safety in maritime pilot transfers by identifying and mitigating the root causes of accidents and understanding the potential consequences. By applying statistical analysis, predictive modeling, and the FTA-ETA method in conjunction with fuzzy logic, the study provides valuable insights for risk management and the development of effective prevention strategies. This comprehensive approach enables stakeholders to take proactive measures to minimize risks and ensure the safety of all parties involved in maritime pilot transfers.
Chapter 6 presents a case study on analyzing maritime traffic data to assess the risk of pilot accidents in Busan Port, South Korea. Busan Port is a major port with high seaborne trade, resulting in significant pilotage work. The developed model is implemented using real-time AIS data collected during a seven-day maritime traffic survey in September 2019. The study focuses on the pilot boarding and disembarkation locations in Busan North Port, aiming to identify high-traffic areas and potential risk factors for pilot accidents. The analysis includes integrating accident data from the Korea Maritime Pilot Association (KMPA) into the random forest model. The results show that the developed model accurately predicts pilot accidents with a high level of accuracy. The study highlights the importance of considering the ‘caused by’ factor in accident analysis, as it has a more significant impact than environmental factors. The findings suggest that analyzing seven days of maritime traffic data can provide insights equivalent to observing traffic for a year, enabling port authorities to quantify the risk level and make informed policy decisions to enhance safety measures. By utilizing the developed model and analyzing traffic data, port authorities can allocate resources effectively and prioritize response efforts in areas with a higher risk of accidents, ultimately ensuring a safer environment for maritime pilots.1 Introduction 1
1.1 Scope of Research 1
1.2 Problem Statement 4
1.3 Literature Review 5
1.4 Research Layout 11
2 Review of the Maritime Pilot Transfer Operation 12
2.1 Involved Parties in Maritime Pilot Transfer Operations 12
2.2 Maritime Pilot Transfer Operation by Pilot Boat 13
2.2.1 Maritime Pilot Transfer by Boat 13
2.2 2 Maritime Pilot Transfer Stages When Pilot Boat Used 13
2.2.3 Ship Crew Safety During Pilot Ladder Rigging 15
2.2.4 Ship Crew or Third-Party Safety Transfer by Pilot Ladder 16
2.2.5 Pilot Embarkation and Disembarkation Grounds 16
2.3 International Regulations Related to Maritime Pilot Boarding Arrangements 16
2.3.1 Safe Rigging of Pilot Transfer Arrangements and List of Equipment 17
2.3.2 Pilot Ladder Construction 18
2.3.3 Associated Equipment Used in Conjunction of Pilot Ladder 19
3 Statistical Results of the Accident Reports 20
3.1 Accident Data Gathering and Processing 20
3.2 Descriptive Statistics 22
3.2.1 Conditions of Maritime Pilot Occupational Accident Descriptive Statistics 22
3.2.2 Consequences of Maritime Pilot Occupational Accident Descriptive Statistics 28
3.3 Chi-square analysis 33
3.3.1 Methodology 33
3.3.2 Result of Analysis 34
4 Maritime Pilot Accident Prediction Modeling 50
4.1 Methodology 50
4.1.1 Data Set Cleaning and Variable Selection 50
4.1.2 Data Set Splitting for Training and Testing 52
4.1.3 Decision Tree Testing for a Single Case 53
4.1.4 Defining the Number of Trees in the Analysis 59
4.2 Prediction Modeling 59
4.2.1 Bootstrapping Progress 59
4.2.2 Bagging Progress 61
4.2.3 Random Forest Analysis Findings 61
4.3 Verification of Model 67
5 Risk Analysis with FT (Fault Tree) - ET (Event Tree) 72
5.1 Methodology 72
5.2 Constructing Fault Tree Diagram 74
5.2.1 Calculating Probabilities from Known Failure 74
5.2.2 Calculating Probabilities from Expert Judgement 75
5.2.3 Computing MCSs and Total Failure Probability of TE 79
5.2.4 Ranking the MCS 80
5.2.5 Calculating the Probability of an Intermediate Event and Top Event 81
5.3 Constructing Event Tree Diagram 82
5.3.1 Constructing Results of Accident Sequences 83
5.3.2 Identifying Critical Consequences 83
5.4 Analysis of Respondents 84
5.4.1 Numerical Analysis 84
5.4.2 Result of Numerical Analysis 89
6 Application 101
6.1 Case Study-Korea Maritime Pilot Accident Process and Variable Selection 101
6.1.1 Selection of Marine Traffic Target Area 101
6.1.2 Busan Port Entrance Traffic Survey 101
6.2 Result and Visualization of Real-Time Scenarios 103
6.3 Discussion 110
7 Conclusion 113
7.1 Finding 114
7.2 Implication 119
7.3 Limitations and Future Study 120
References 122
Annex 136Docto
Dietary inclusion effects of cabbage by-product, chicken by-product, and citrus peel by-product on growth performance of abalone (Haliotis spp.)
No full text1. Dietary effect of substituting Saccharina japonica with cabbage extract by-product on the growth, body composition and air exposure of juvenile abalone (Haliotis discus hannai Ino 1952)
This study aims to assess the effect of replacing various levels of Saccharina japonica with cabbage extract by-product (CEB) in juvenile abalone (Haliotis discus hannai) feed. The 1260 abalone were averagely and randomly distributed into 18 net cages. Five formulated diets were prepared. Five diets were formulated to contain 0 (CEB0), 25 (CEB25), 50 (CEB 50), 75 (CEB75), and 100% (CEB100) CEB in replacement to 20% S. japonica. Eventually, dry S. japonica was prepared to make a comparison with five formulated diets on growth performance of abalone. Each diet was fed to triplicate groups of abalone every other day for 16 weeks. After the 16-week feeding trial, thirty abalone from each cage were exposed to air for 24 h, and survival was monitored for 7 days. Weight gain and specific growth rate (SGR) of abalone fed all formulated diets were superior to abalone fed the S. japonica. Weight gain and SGR of abalone linearly enhanced with increased replacement levels of S. japonica with CEB. The chemical composition of the soft body of abalone showed no significant difference among experimental diets. Survival of abalone fed all formulated diets was superior than abalone fed S. japonica after the 24-h air exposure. In conclusion, CEB could be completely (100%) substituted for S. japonica in abalone feeds when 20% S. japonica was incorporated. Replacement of S. japonica with CEB in abalone feeds could increase growth rate of abalone, but lower feed cost.
2. Chicken by-product meal as replacement to fish meal in juvenile abalone (Haliotis discus hannai Ino 1952) feed
The study aims to assess the effect of replacing various levels of fish meal with chicken by-product meal (CBM) in juvenile abalone (Haliotis discus hannai) feed. Five diets were formulated to contain 0 (CBM0), 25 (CBM25), 50 (CBM 50), 75 (CBM75), and 100% (CBM100) CBM in replacement to 24% FM. Dried Saccharina japonica, which is the natural for this species of abalone was also prepared. Each diet was fed to triplicate groups of abalone. A total of 1,260 abalone assigned into eighteen cages were fed for 16 weeks. After the 16-week feeding trial, thirty abalone from each cage were exposed to air for 24 h, and survival was monitored for 7 days. Results showed that weight gain and specific growth rate (SGR) of abalone fed the CBM0 (1.82 ± 0.12% and 0.93 ± 0.040%/day, respectively) diet were significantly (p 0.05) among all experimental diets. Survival of abalone during the 7-day post observation period after the 24-h air exposure exhibited no remarkable (p > 0.8 for Log Rank and Wilcoxon tests) difference among all formulated diets according to analysis of Kaplan-Meier survival curve. In conclusion, CBM can replace FM up to 75% in abalone diet without any adverse effects on growth performance and survival.
3. Dietary inclusion effect of citrus peel by-product as an additive on the growth performance, body composition, and various stress resistance of juvenile abalone (Haliotis discus) compared to ethoxyquin
Dietary effect of supplementation with citrus peel by-product (CPB) as an additive on the growth, body composition, and different stress resistance of juvenile abalone (Haliotis discus) was determined, and compared to ethoxyquin. The juvenile abalone randomly assigned into 24 net cages (120 abalone per cage) were daily fed to satiation for 16 weeks.. Seven formulated diets with supplementation of 0, 0.5, 1, 2, 3, and 5% CPB and 0.001% ethoxyquin were formulated, and referred to as the CPB0, CPB0.5, CPB1, CPB2, CPB3, CPB5, and EQ diets, respectively. The dry Saccharina japonica was also prepared in order to make comparison with the formulated diets on growth of abalone. Each diet was assigned to triplicate groups of abalone. After the 16-week feeding trial, 60 abalone chosen from each cage were subjected to the 20-h air, 12-h low salinity at 25 psu, and 20-h high temperature at 30℃ exposure stressors, respectively, and then survival was monitored. Abalone fed all formulated diets produced superior weight gain, specific growth rate (SGR), shell growth to abalone fed the S. japonica. The diet with supplementation of CPB linearly enhanced weight gain of abalone. However, abalone fed all experimental diets showed no difference on the chemical composition of the soft body. Diets with supplementation of CPB or EQ improved survival of abalone when subjected to the 20-h air and high temperature exposures. In conclusion, CPB was a very effective additive as growth enhancer as well as stress reducer in abalone diet. The greatest weight gain, SGR, and stress resistance subjected to the 20-h air and high temperature exposures were obtained in abalone fed the CPB5 diet.Chapter 1. General Introduction 1
Chapter 2. Dietary effect of substituting Saccharina japonica with cabbage extract by‐product on the growth, body composition and air exposure of juvenile abalone (Haliotis discus hannai Ino 1952) 6
2.1 Introduction 6
2.2 Materials and methods 8
2.2.1 Preparation of CEB 8
2.2.2 Preparation of the experimental diets 8
2.2.3 Feeding trial 10
2.2.4 Growth measurement of abalone 10
2.2.5 Chemical analysis of the experimental diets and soft body of abalone 11
2.2.6 Water stability of the experimental diets 11
2.2.7 Observation of survival of abalone subjected to air exposure 11
2.2.8 Statistical analysis 12
2.3 Results 13
2.3.1 Water stability of the experimental diets 13
2.3.2 Performance of abalone in the 16-week feeding trial 19
2.3.3 Proximate composition of the soft body of abalone 23
2.3.4 Survival of abalone subjected to the 24-h air exposure 25
2.4 Discussion 27
Chapter 3. Chicken by-product meal as replacement to fish meal in juvenile abalone (Haliotis discus hannai Ino 1952) feed 31
3.1 Introduction 31
3.2 Materials and methods 33
3.2.1 Experimental animals and rearing conditions 33
3.2.2 Preparation of CBM 33
3.2.3 Experimental diets 33
3.2.4 Growth measurements of abalone 36
3.2.5 Chemical analysis of the experimental diets and abalone soft body 36
3.2.6 Survival of abalone subjected to air exposure 36
3.2.7 Water stability of the experimental diets 36
3.2.8 Statistical analysis 37
3.3 Results 38
3.3.1 Water stability of the experimental diets 38
3.3.2 Survival and growth performance of abalone 44
3.3.3 Chemical composition of the abalone soft body 46
3.3.4 Survival of abalone subjected to 24-hour air exposure 48
3.4 Discussion 50
Chapter 4. Dietary inclusion effect of citrus peel by-product as an additive on the growth performance, body composition, and various stress resistance of juvenile abalone (Haliotis discus) compared to ethoxyquin 55
4.1 Introduction 55
4.2 Materials and methods 58
4.2.1 Preparation of CPB 58
4.2.2 Experimental diets 58
4.2.3 Feeding trial 60
4.2.4 Sample collection and chemical analysis 60
4.2.5 Water stability of the experimental diets 61
4.2.6 Stress resistance of abalone exposed to various stressors 61
4.2.6.1 Stress endurance of abalone subjected to air exposure 61
4.2.6.2 Stress endurance of abalone subjected to low salinity exposure 61
4.2.6.3 Stress endurance of abalone subjected to high temperature exposure 62
4.2.7 Statistical analysis 62
4.3 Results 64
4.3.1 Water stability of the experimental diets 64
4.3.2 Growth of abalone 66
4.3.3 Soft body composition of abalone 69
4.3.4 Survival of abalone subjected to different three stressors 71
4.3.4.1 Survival of abalone subjected to air exposure 71
4.3.4.2 Survival of abalone subjected to low salinity exposure 71
4.3.4.3 Survival of abalone subjected to high temperature exposure 71
4.4 Discussion 76
Chapter 5. General discussion 82
Acknowledgments 85
References 96
Abstract (in Korean) 111Docto
A Study on the Effects of Maritime Technology on the Regional Economy in Coastal City Clusters of China
No full textThis study aims to explore the impact of maritime technology on regional economy in China and uncover its association and mechanisms. By employing VAR model, Granger causality test, cointegration analysis, and coupling analysis model, this study conducted a comprehensive investigation on the coupling relationship between maritime technology and regional economy, using an empirical approach to reveal the influence of maritime technology on the regional economy.
The chosen research methods and models in this study aim to comprehensively investigate the relationship between maritime technology and regional economy in Chinese coastal provinces. The VAR model is used to analyze their dynamic causal relationship, while the Granger causality test validates the association between specific indicators. The cointegration test examines their long-term stability, and the coupling analysis model evaluates the degree of coupling and coordination. These methods provide valuable insights for policy decision-making and regional economic growth.
Firstly, a VAR model was constructed to analyze the dynamic relationship between maritime technology and regional economic indicators and investigate the existence and direction of causality. The results of the Granger causality test confirmed the statistically significant bidirectional causal relationship between them. Subsequently, cointegration analysis was applied to verify the long-term stability relationship between maritime technology and regional economy, further confirming their interdependence and long-term impact.
Next, cointegration analysis was applied to examine the existence of a long-term stable relationship between maritime technology and regional economy. This step helped confirm their interdependence and long-term impact. Appropriate econometric models were used to estimate the cointegration relationship and robustness tests were conducted to ensure the reliability of the research findings.
To evaluate the coupling degree and coordination among different provinces, the coupling analysis model was utilized to calculate and analyze maritime technology indicators and regional economic indicators. Through temporal analysis, the trends in coupling degree and coupling coordination were observed and explained in relation to regional economic development and maritime technology.
Based on the research findings, the following conclusions can be drawn: there exists a Granger causal relationship and long-term stable relationship between maritime technology and regional economy. The influence of regional economy on maritime technology is slightly greater than the influence of maritime technology on regional economy. Through the analysis of coupling degree and coupling coordination, variations in the coupling degree among different provinces were found, with some provinces exhibiting high coupling coordination, indicating a more coordinated development between maritime technology and regional economy.
The significance of this study lies in deepening the understanding of the relationship between regional economy and maritime technology in China's coastal provinces. From an academic perspective, this study provides empirical research in this field, filling knowledge gaps in the relevant literature. From a practical standpoint, the research findings offer valuable reference and suggestions for policymakers and decision-makers to promote regional economic development and optimize policy decisions.
Finally, an analysis was conducted from economic, political, policy, and historical perspectives. It is believed that the development of maritime technology plays a crucial role in the regional economy, and in turn, the development of the regional economy provides a favorable environment for maritime technology. At the political level, the advancement of maritime technology contributes to enhancing the maritime strength and international competitiveness of China's coastal provinces. From a policy standpoint, it is recommended to strengthen support and investment in maritime technology to promote the synergistic development of regional economy and maritime technology. Additionally, the influence of historical factors on the relationship between regional economy and maritime technology was emphasized, providing a more comprehensive perspective for a deeper understanding of this relationship.
In conclusion, this study, through the application of VAR model and statistical testing methods, reveals the relationship between maritime technology in China's coastal provinces and regional economy, and provides valuable reference and suggestions for relevant decision-making. It holds significant implications for deepening the understanding of regional economic development in China's coastal provinces and the role of maritime technology in driving it.1. Introduction 1
1.1 Background 1
1.2 Research Model 4
1.3 Main Research Questions and Overall Introduction 5
1.4 Research Motivation and Research Significance 6
1.5 Selection Criteria for Research Methods 10
2. Literature Review 28
2.1 Current Status and Issues of Maritime Technology and Regional Economy in China 28
2.2 Comparison with Existing Studies 31
3. Research Methods 44
3.1 Main Theories 44
3.2 Theoretical Assumptions 59
3.3 Other supporting theories 62
3.4 Research Framework 66
3.5 Experimental Design 70
3.6 Innovation of Research Methods Used in the Paper 73
3.7 Related Theories and Other Research Methods 77
3.8 Data Collection 89
3.9 Data Analysis 90
4. The Impact of Maritime Technology on Regional Economy - A Novel Test Using Granger Causality 93
4.1 Indicator Selection 93
4.2 Research Model 101
5. Coupling Coordination Model and Analysis of Results 130
5.1 Measurement of Coupling Degree 130
5.2 Temporal&Spatial Analysis and Classification of Coupling Coordination Types 139
6. Achievement, Conclusion and Recommendations 172
6.1 Achievements 172
6.2 Conclusions 177
6.3 Policy Recommendations 184
6.4 Innovations, Research Gaps, and Prospects 187
6.5 Research Gaps and Prospects 188
7. Reference 190
8. Appendices 199
8.1 Maritime Technology Indicators Survey 200
8.2 Detailed Data 202
9. Acknowledgments 209Docto
다양한 단백질원을 함유한 조피볼락용 배합사료내 전갱이분의 첨가 효과
No full text조피볼락은 한국, 일본과 중국 등의 동아시아에서 상업적으로 중요한 해산 양식 어종 중 하나이다. 국내 조피볼락 양식에서 배합사료보다 생사료를 공급한 어류의 성장과 사료섭취량이 높다는 인식으로 인해 배합사료보다 생사료의 공급을 더 선호하고 있는 실정이다. 배합사료에 비해 생사료의 사료섭취량이 높은 것은 생사료내 함유되어 있는 먹이유인물질이나 먹이섭취촉진물이 배합사료에 비하여 다량 함유되어 있는 원인에 기인한 것으로 사료된다. 따라서 양어용 배합사료 제조시 먹이유인물질 또는 먹이섭취촉진물을 다량으로 함유한 사료원료를 적용하여 어류의 생산성(성장, 사료섭취량과 사료이용성)을 향상시킬 수 있는 실용적인 기술 개발이 필요하다. 따라서 본 연구에서는 조피볼락에서 먹이유인도가 우수한 것으로 알려진 전갱이분(JMM)을 배합사료내 첨가하여 조피볼락용 배합사료내 JMM의 적정 함량을 평가하였다. 또한 저어분 배합사료 개발을 위하여 어분 대체함량을 달리한 다양한 동물성 부산물(계육분, 육분, 참치부산물분)과 식물성 단백질원(콘글루텐, 농축대두박, 농축옥수수)으로 대체시 배합사료내 먹이섭취촉진물로서 JMM의 첨가가 조피볼락의 성장, 사료 이용성, 체조성, 혈액성상 및 비특이적 면역 반응에 미치는 효과를 평가하였다.
1. 배합사료내 먹이섭취촉진물인 전갱이분(Trachurus japonicus)의 첨가에 따른 조피볼락(Sebastes schlegeli)의 성장, 사료 이용성, 체조성 및 비특이적 면역 반응에 미치는 영향
전갱이분(JMM)은 조피볼락에게 강한 유인도를 가지고 있는 것으로 알려져 있다. 본 연구는 배합사료내 먹이섭취촉진물로서 JMM의 첨가가 조피볼락의 성장, 사료 이용성, 체조성 및 비특이적 면역 반응에 미치는 영향에 대해 평가하였다. 대조구(Con) 사료내 55% 어분이 함유되었으며, Con 사료내 어분 대신 JMM을 1, 3, 5, 10, 20, 40, 60 및 100% 첨가한 JMM1, JMM3, JMM5, JMM10, JMM20, JMM40, JMM60 및 JMM100 사료를 각각 제조 하였다. 총 810마리의 조피볼락 치어를 무작위로 선별하여 27개의 50 L 유수식 수조에 30마리씩 수용하였으며 실험구는 3반복구를 두었다. 모든 실험어는 8주간 매일 1일 2회 손으로 만복시까지 사료를 공급하여 주었다. 8주간의 실험 종료시, JMM40 사료를 공급한 어류의 어체중 증가는 Con, JMM1, JMM3, JMM5, JMM10 및 JMM20 사료를 공급한 실험구보다 유의적으로(P < 0.0001) 높았다. JMM40 사료 공급구의 사료 섭취량은 Con, JMM1, JMM3, JMM5 실험사료 공급구보다 유의적으로(P < 0.02) 높게 나타났다. 배합사료내 JMM의 첨가는 사료 이용성, 체조성 및 비특이적 면역반응에 영향을 미치지 않았다. 이러한 결과를 고려할 때 배합사료내 40%까지 JMM 첨가시 조피볼락의 어체중 증가, 일일성장률 및 사료섭취량이 향상되었으며 조피볼락 사료내 JMM의 적정 첨가 수준은 어체중증가, 일일성장률과 사료섭취량의 회귀 분석에 결과에 따라 각각 39.7, 39.4 및 40.3%으로 판단된다.
2. 배합사료내 어분함량을 달리한 다양한 동물성 단백질 대체원의 어분 대체시 먹이섭취촉진물(전갱이분)의 첨가에 따른 조피볼락(Sebastes schlegeli)의 성장, 사료 이용성, 체조성, 아미노산과 지방산 조성 및 비특이적 면역 반응에 미치는 영향
동물성 단백질원은 해산어 사료내 효과적인 어분대체원으로 알려져 있지만, 어분대체 가능성은 기호성과 아미노산의 결핍으로 인해 제한될 수 있다. 전갱이분(JMM)은 여러 어종에서 효과적인 먹이섭취촉진물로 알려져 있으며 이러한 먹이섭취촉진물이 첨가된 어류 사료내에서 동물성 단백질원의 어분 대체 가능성은 향상될 수 있다. 본 연구는 조피볼락용 배합사료내 어분을 동물성 단백질 공급원으로 대체시 먹이유인물로써 JMM을 첨가하는 것이 조피볼락(Sebastes schlegeli)의 성장, 사료 섭취량, 사료 이용성, 체조성, 혈액성상 및 비특이적 면역 반응에 미치는 영향을 평가하였다. Two-way [JMM(미첨가 및 첨가) × 대체율(25%와 50%)] ANOVA 실험구를 설정하여 25%와 50% 어분을 계육분(CBM)으로 대체하는 사료에서 먹이섭취촉진물로 JMM의 첨가 효과를 평가하였다. 대조구(Con) 사료내 55% 어분이 함유되었으며, 25%와 50% 어분을 계육분으로 대체하고 22%의 JMM을 첨가하지 않은 CBM25 과 CBM50, JMM을 첨가한 CBM25J 과 CBM50J 사료를 각각 제조하였다. 또 다른 Two-way [동물성 단백질원(CBM, 육분(MM) 및 참치부산물분(TBM) × 대체율(25%와 50%)] ANOVA 실험구를 설정하여 JMM을 첨가하였을 때 25%와 50% 어분을 CBM, MM, TBM으로 각각 대체한 CBM25J, CBM50J, MM25J, MM50J, TBM25J 및 TBM50J 사료를 제조하였다. 총 675마리의 조피볼락(초기 무게 8.3g)을 27개의 50L의 유수식 수조에 무작위로 분배하였으며 실험구는 3반복구를 두었다. 모든 실험어는 8주간 매일 1일 2회 손으로 만복시까지 사료를 공급하여 주었다. 25%와 50% FM을 CBM으로 대체했을 때 어체중 증가와 일일성장률은 사료내 먹이촉진물(JMM)과 CBM의 대체율 모두에 영향을 받았다. CBM25J 사료공급구의 어체중 증가와 일일성장률은 Con 사료 공급구와 유의적인 차이가 없었지만 CBM25, CBM50, CBM50J 사료 공급구보다 높게 나타났다. 어체중 증가 및 일일성장률은 JMM이 첨가된 사료내 25% 및 50% 어분이 다양한 동물성 단백질원(CBM, MM 및 TBM)으로 대체되었을 때 어분대체원 및 어분대체율에 의해 영향을 받았다. CBM25J와 TBM25J 사료 공급구의 어체중 증가와 일일성장률은 Con 사료 공급구와 유의적인 차이가 나타나지 않았다. 사료섭취량은 먹이섭취촉진물과 CBM 대체율에 영향을 받지 않았다. 실험어의 사료섭취량은 어분대체율의 영향을 받았으나 어분대체원의 영향을 받지는 않았다. CBM25J, MM25J, TBM25J 사료 공급구의 사료섭취량은 TBM50J 사료 공급구보다 높게 나타났다. 사료효율은 먹이섭취촉진물의 영향을 받았으나 CBM 대체율의 영향을 받지 않았다. CBM25J와 Con 사료 공급구의 사료효율은 CBM25와 CBM50 사료 공급구보다 높게 나타났다. 실험어의 사료효율은 어분대체원과 어분대체율 모두 영향을 받았다. Con과 CBM25J 사료 공급구의 사료효율은 CBM50J, MM25J 및 MM50J 사료 공급구보다 높게 나타났다. 실험어의 단백질전환효율은 먹이섭취촉진물과 CBM 대체율에 의해 영향을 받았다. CBM25J와 Con 사료 공급구의 단백질전환효율은 CBM25, CBM50, CBM50J 사료 공급구보다 높게 나타났다. 실험어의 단백질전환효율은 어분대체원과 어분대체율 모두 영향을 받았다. Con과 CBM25J 사료 공급구의 단백질전환효율은 CBM50J, MM25J 및 MM50J 사료 공급구보다 높게 나타났다. 또한 단백질 축적율은 먹이섭취촉진물의 영향을 받았지만 CBM대체율의 영향을 받지 않았다. CBM25J와 Con 사료 공급구의 단백질 축적율은 CBM25, CBM50, CBM50J 사료 공급구보다 높게 나타났다. 실험어의 단백질축적률은 어분대체원에 의해 영향을 받았지만 어분대체율에는 영향을 받지 않았다. Con과 CBM25J 사료공급구의 단백질 축적율은 MM50J 사료공급구보다 높게 나타났다. 조피볼락의 체조성, 혈액성상 및 비특이적 면역 반응은 실험 사료의 영향을 받지 않았다. 이상의 결과를 고려할때 JMM은 사료내 25%와 50% 어분이 동일한 양의 CBM으로 대체되었을 때 먹이섭취촉진물로 효과적이었다. 또한 CBM, TBM 및 MM은 조피볼락의 성장에 부정적인 영향을 미치지 않으면서 최대 25%까지 어분을 대체할 수 있으며 CBM25J 사료 공급구에서 가장 우수한 성장 결과가 나타났다.
3. 배합사료내 어분을 다양한 식물성 단백질원으로 대체시 먹이섭취촉진물(전갱이분)의 첨가에 따른 조피볼락(Sebastes schlegeli)의 성장, 사료 이용성, 아미노산 조성 및 비특이적 면역 반응에 미치는 영향
본 연구는 조피볼락 배합사료내 25%와 50% 어분을 다양한 식물성 단백질원[콘글루텐(CGM), 농축대두박(SPC), 농축 옥수수(CPC)]으로 대체시 먹이섭취촉진물로서 전갱이분(JMM)의 첨가 효과를 평가하였다. Two-way [3(어분 대체원; CGM, SPC, CPC) × 2(어분 대체율; 25%와 50%)] ANOVA 실험구를 설정하였다. 조단백질과 조지질 함량이 일정한 총 7개의 실험사료를 준비하였으며, 대조구(Con) 사료내 어분 함량은 55%이었다. 대조구 사료내 어분의 25%와 50%를 CGM, SPC 및 CPC로 각각 대체한 CGM25, CGM50, SPC25, SPC50, CPC25 및 CPC50 사료를 준비하였다. 또한 모든 어분대체 실험사료내 어분의 22%를 먹이섭취촉진물로서 JMM을 첨가시켜주었다. 모든 실험 사료는 3반복구를 두었으며 8주동안 1일 2회 만복시까지 급이하였다. 어체중 증가와 일일성장률은 어분대체원과 어분대체율 모두 유의하게 영향을 받았다. Con 및 CGM25 사료공급구의 어체중 증가와 SGR은 다른 모든 사료공급구보다 유의적으로 높았다. 사료섭취량은 어분대체율의 영향을 받았다. 사료 효율과 단백질전환효율은 어분대체원과 어분대체율 모두 유의적으로 영향을 받았다. 조피볼락의 혈액성상, 체조성, 아미노산 조성 및 비특이적 면역 반응은 어분대체원 또는 어분대체율에 의해 영향을 받지 않았다. 조피볼락용 배합사료내 어분을 CGM로 25% 대체시 JMM을 첨가하였을 때 조피볼락의 성장, 사료섭취량, 사료 이용성 및 비특이적 면역반응에 대한 부정적인 영향을 미치지 않았다.|Rockfish (Sebastes schlegeli) has been one of the most commercially crucial marine aquaculture fish species in Republic of Korea, Japan, and China. In Korea, most rockfish aquaculture production still prefers the supply of moist pellet (MP) rather than the formulated feed (FF) due to the perception that the growth and feed consumption of rockfish supplied with MP is higher than FF. Feed consumption of fish can be reduced due to deficiency or lower amounts of feeding attractants and/or stimulants in FF compared to MP. This may lower the adoption of EP by fish farmers in the Korea. Therefore, there is a high need to study the inclusion effect of feed stimulants that could induce elevated feed consumption of EP on the growth performance of fish. Therefore, jack mackerel meal (JMM), which is known to have a strong attractiveness for rockfish, was the dietary inclusion effect of graded levels of JMM as feed stimulants on juvenile rockfish determined. In addition, explore the substitution effect of various animal by-products [chicken by-product meal (CBM), meat meal (MM), and tuna by-product meal (TBM)] and plant protein sources [corn gluten meal (CGM), soy protein concentrate (SPC), and corn protein concentrate (CPC)] for FM at different levels in diets with an addition of JMM as feed stimulants on the growth performance, feed utilization, chemical composition, hematological parameters, and non-specific immune responses of juvenile rockfish.
1. Dietary inclusion effect of jack mackerel (Trachurus japonicus) meal as feed stimulants on growth performance, feed utilization, biochemical composition, and innate immune responses of rockfish (Sebastes schlegeli)
Jack mackerel meal (JMM) is known to have strong attractiveness to rockfish (Sebastes schlegeli). Dietary inclusion effects of various levels of JMM on the growth, feed utilization, biochemical composition, and innate immune responses of juvenile rockfish were determined. The control (Con) diet contained 55% fish meal (FM). One, 3, 5, 10, 20, 40, 60, and 100% of JMM were included at the expense of FM in the Con diet, referred to as the JMM1, JMM3, JMM5, JMM10, JMM20, JMM40, JMM60, and JMM100 diets, respectively. A total of 810 rockfish was distributed into 27, 50 L flow-through tanks (30 juvenile/tank). The experimental diets were randomly assigned to triplicate groups of fish. Fish were hand-fed twice a day to satiation for 8 weeks. Weight gain of fish fed the JMM40 diet was significantly (P < 0.0001) greater than that of fish fed the Con, JMM1, JMM3, JMM5, JMM10, and JMM20 diets. Feed consumption of fish fed the JMM40 diet was significantly (P < 0.02) higher than that of fish fed the Con, JMM1, JMM3, and JMM5 diets. Dietary inclusion levels of JMM did not influence feed utilization, biochemical composition, and innate immune responses of fish. In conclusion, inclusion of JMM up to 40% in diets improved growth performance (weight gain and specific growth rate) and feed consumption of fish, and dietary optimum inclusion levels of JMM were estimated to be 39.7, 39.4, and 40.3% based on regression analysis of weight gain, specific growth rate, and feed consumption of fish, respectively.
2. The effect of substituting different levels of fish meal with various animal protein sources in diets with an addition of jack mackerel meal as feed stimulants on growth, feed utilization, chemical composition, amino and fatty acid profiles, and non-specific immune responses of juvenile rockfish (Sebastes schlegeli)
Animal protein sources are known to be effective as an alternative to fish meal (FM) in fish feeds, but their substitutability for FM can be limited by their palatability and limiting amino acids (AA). Nevertheless, substitutability of FM with these alternatives in fish feeds supplemented with feed stimulants can be improved. Jack mackerel meal (JMM) is known to be the effective feed stimulants in rockfish. Inclusion effect of JMM in diets replacing different levels of FM with various animal protein sources on the growth, feed utilization, biochemical composition, plasma chemistry, and non-specific immune responses of juvenile rockfish (Sebastes schlegeli) were elucidated. Two-way [feed stimulants (without and with) × substitution ratio (25 and 50%)] ANOVA experimental design was applied to evaluate inclusion effect of JMM as feed stimulants in diets replacing 25 and 50% FM with chicken by-product meal (CBM) on the growth performance of rockfish. The control (Con) diet contained 55% FM. Twenty-five and 50% FM were substituted with CBM in the Con diet without or with inclusion of 22% JMM at the expense of FM, referred to as the CBM25 and CBM50, CBM25J and CBM50J diets, respectively. Another two-way {dietary substitution source [CBM, meat meal (MM), and tuna by-product meal (TBM)] × substitution ratio (25 and 50%)} ANOVA experimental design was applied to evaluate substituting effect of FM with various animal protein sources (CBM, MM, and TBM) at different (25, and 50%) levels in diets with inclusion of JMM as feed stimulants, referred to as the CBM25J, CBM50J, MM25J, MM50J, TBM25J, and TBM50J diets, respectively, on growth performance of fish. A total of 675 juvenile (initial weight of 8.3 g) rockfish was randomly distributed in 27, 50 L flow-through tanks. All experimental diets were assigned to triplicate groups of fish. Fish were hand-fed to visual satiation level for 8 weeks. Weight gain and specific growth rate (SGR) of fish were affected by both dietary inclusion of JMM and substitution ratio when 25 and 50% FM were replaced with the same amount of CBM. Weight gain and SGR of fish fed the CBM25J diet were comparable to those of fish fed the Con diet, but superior to fish fed the CBM25, CBM50, and CBM50J diets. Weight gain and SGR of fish were influenced by dietary substitution source and ratio when 25 and 50% FM were replaced with various sources of animal protein (CBM, MM, and TBM) in diets with JMM inclusion. Weight gain and SGR of fish fed the CBM25J and TBM25J were comparable to those of fish fed the Con diets. Feed consumption of fish was not affected by either feed stimulants or substitution ratio. Feed consumption of fish was affected by dietary substitution ratio, but not by substitution source. Feed consumption of fish fed the CBM25J, MM25J, and TBM25J diets were higher than that of fish fed TBM50J diets. Feed efficiency (FE) of fish was affected by feed stimulants, but not by substitution ratio. FE of fish fed the CBM25J and Con diets were higher than that of fish fed the CBM25 and CBM50 diets. FE of fish was affected by both dietary substitution source and substitution ratio. FE of fish fed the Con and CBM25J diets was higher than that of fish fed the CBM50J, MM25J, and MM50J diets. Protein efficiency ratio (PER) of fish was affected by both feed stimulants and substitution ratio. PER of fish fed the CBM25J and Con diets were higher than that of fish fed the CBM25, CBM50, and CBM50J diets. PER of fish was affected by both substitution source and substitution ratio. PER of fish fed the Con and CBM25J diets were higher than that of fish fed the CBM50J, MM25J, and MM50J diets. Protein retention (PR) of fish was affected by feed stimulants, but not by substitution ratio. PR of fish was affected by feed substitution source, but not by substitution ratio. PR of fish fed the Con and CBM25J diets were higher than that of fish fed the MM50J diet. The biochemical composition, biological indices, plasma chemistry, and non-specific immune responses of rockfish was not affected by the experimental diets. In conclusion, JMM acted as feed stimulants when 25 and 50% FM were replaced with the same amount of CBM in diets. In addition, CBM, TBM, and MM could be used as the substitutes for FM up to 25% without undesirable influence on the growth performance of rockfish. The best growth performance was obtained in fish fed the CBM25J diet.
3. Inclusion effect of jack mackerel meal in diets replacing fish meal with plant protein sources on the growth, feed utilization, amino acid profiles, and non-specific immune responses of rockfish (Sebastes schlegeli)
This study aims to figure out inclusion effect of jack mackerel meal (JMM) as feed ingredient in diets replacing plant protein sources [corn gluten meal (CGM), soybean protein concentrate (SPC), and corn protein concentrate (CPC)] for 25 and 50% FM on growth performance of rockfish. A two-way [3 (substitution source; CGM, SPC, and CPC) × 2 (substitution ratio; 25 and 50%)] ANOVA experimental design was applied. Seven isonitrogenous and isolipidic diets were formulated. The control (Con) diet contained 55% FM. The CGM, SPC, and CPC were replaced for 25 and 50% FM in the Con diet, named the CGM25, CGM50, SPC25, SPC50, CPC25, and CPC50 diets, respectively. Furthermore, 22% JMM was included in all plant protein substituted diets. Weight gain, specific growth rate, feed efficiency, and protein efficiency ratio of fish were significantly affected by both dietary substitution source and ratio. Weight gain and SGR of fish fed the Con and CGM25 diets were greater than those of fish fed all other diets. None of biochemical composition and non-specific immune responses of fish was influenced by either dietary substitution source or substitution ratio. In conclusion, replacement of CGM for 25% FM in diet with JMM inclusion can be made without compromising growth performance of rockfish.Chapter 1. General Introduction 1
Chapter 2. Dietary inclusion effect of jack mackerel (Trachurus japonicus) meal as feed stimulants on growth performance, feed utilization, biochemical composition, and innate immune responses of rockfish (Sebastes schlegeli) 5
1. Introduction 5
2. Materials and methods 8
2.1 Preparation of the experimental diets and fish for the 8-week feeding trial 8
2.1.1 Experimental conditions of the experiment 8
2.1.2 Preparation of the experimental diets and design of the feeding trial 8
2.1.3 Measurements of the biological indices of rockfish 12
2.1.4 Plasma biochemical analysis of fish 12
2.1.5 Innate immune responses of rockfish 12
2.1.6 Proximate analysis of the experimental diets and fish 13
2.1.7 AA and fatty acid (FA) analysis of the experimental diets and fish 13
2.2 Evaluation of attractiveness of the experimental diets to juvenile rockfish 14
2.2.1 Preparation of the apparatus to determine attractiveness of the diets to the fish 14
2.2.2 Experimental conditions and fish 17
2.2.3 Evaluating attractiveness of the experimental diets to rockfish 17
2.3 Statistical analysis 17
3. Results 19
3.1 AA and FA profiles of the experimental diets 19
3.2 Performance of rockfish in the 8-week feeding trial 19
3.2.1 Performance of fish fed the experimental diets for 8 weeks 19
3.2.2 Feed consumption and utilization of rockfish in the 8-week feeding trial 20
3.2.3 Biological parameters of rockfish in the 8-week feeding trial 20
3.2.4 Plasma parameters of rockfish in the 8-week feeding trial 28
3.2.5 Innate immune responses of rockfish in the 8-week feeding trial 28
3.2.6 Proximate composition of the whole-body fish in the 8-week feeding trial 28
3.2.7 AA and FA profiles of the whole-body fish in the 8-week feeding trial 28
3.3 Attractiveness of the experimental diets to rockfish 28
4. Discussion 37
Chapter 3. The effect of substituting different levels of fish meal with various animal protein sources in diets with an addition of jack mackerel meal as feed stimulants on growth, feed utilization, chemical composition, amino and fatty acid profiles, and non-specific immune responses of juvenile rockfish (Sebastes schlegeli) 42
1. Introduction 42
2. Materials and methods 45
2.1 Experimental conditions of the feeding trial 45
2.2 Preparation of the experimental diets and design of the feeding trial 45
2.3 Sampling and measuring biological indices of the experimental fish at the end of the 8-week feeding trial 49
2.4 Plasma chemical analysis of the experimental fish in the 8-week experiment 49
2.5 Non-specific immune response of the experimental fish in the 8-week experiment 50
2.6 Chemical composition analysis of the experimental diets and whole-body fish in the 8-week experiment 51
2.7 AA analysis of the experimental diets and whole-body fish in the 8-week experiment 51
2.8 FA analysis of the experimental diets and whole body fish 52
2.9 Statistical analysis 52
3. Results 52
3.1 AA and FA profiles of the experimental diets 52
3.2 Survival and growth performance of rockfish in the 8-week feeding trial 58
3.3 Feed consumption and utilization of rockfish in the 8-week feeding trial 61
3.4 Chemical composition of the whole-body fish in the 8-week feeding trial 66
3.5 AA profiles of the whole-body fish in the 8-week feeding trial 66
3.6 FA profiles of the whole-body fish in the 8-week feeding trial 70
3.7 Hematological parameters of rockfish in the 8-week feeding trial 70
3.8 Non-specific immune responses of rockfish in the 8-week feeding trial 70
4. Discussion 77
Chapter 4. Inclusion effect of jack mackerel meal in diets replacing fish meal with plant protein sources on the growth, feed utilization, amino acid profiles, and non-specific immune responses of rockfish (Sebastes schlegeli) 83
1. Introduction 83
2. Materials and methods 87
2.1 Experimental conditions of the feeding trial 87
2.2 Experimental design and preparation of the experimental diets 87
2.3 Sampling and measuring biological indices of rockfish at the end of the 8-week feeding trial 91
2.4 Serum biochemical analysis of rockfish 91
2.5 Non-specific immune responses of the experimental fish 91
2.6 Chemical composition of the experimental diets and whole-body fish 92
2.7 AA analysis of the experimental diets and whole-body fish 92
2.8 Statistical analysis 93
3. Results 93
3.1 AA profiles of the experimental diets 93
3.2 Performance of rockfish at the end of the 8-week feeding trial 94
3.3 Feed consumption, feed utilization, and biological indices of fish at the end of the 8-week feeding trial 94
3.4 Proximate composition of the whole-body fish at the end of the 8-week feeding trial 100
3.5 AA profiles of the whole-body fish at the end of the 8-week feeding trial 100
3.6 Serum biochemical analysis of the experimental fish at the end of the 8-week feeding trial 100
3.7 Non-specific immune responses of the fish 100
4. Discussion 106
Chapter 5. General Discussion 114
References 120Docto
Research on Efficiency Improvement of Light Pressure Based Energy Harvesting Device Using PZT-MWCNTs Composite
No full text최근, 전 세계는 화석연료의 고갈과 환경문제로 인해 친환경적인 대체 에너지 연구에 집중하고 있다. 그로 인해 버려지는 에너지를 수집해 전기 에너지로 변화시키는 에너지 하베스팅 기술이 주목받고 있다. 따라서 본 연구에서는 새로운 에너지 하베스팅 방식인 태양 복사압을 이용한 광압 에너지 하베스팅 소자의 전기적 출력을 향상시켰다. 기존의 light pressure electric generator (LPEG)는 IoT 센서와 같은 다양한 실생활에 이용되기에는 출력이 낮다. 따라서 LPEG의 효율을 향상시키기 위해 압전물질인 PZT 층에 multiwalled carbon nanotubes (MWCNTs)를 혼합하여 복합 압전층을 갖는 LPEG를 제작하였다. MWCNTs가 포함된 압전층에 빛에 의해 유도된 압력이 가해지면 계면에서 추가적인 stress가 발생하며, 이는 COMSOL simulation을 통해 분석되었다. 또한, 본 연구에서는 MWCNTs의 혼합 농도에 따른 PZT-MWCNTs 층의 결정성, 유전, 압전 특성을 분석하였으며, 이를 통해 전기적 출력의 변화를 분석하였다. 결과적으로 MWCNTs 혼합농도가 10 wt% 일 때 가장 높은 출력인 7.63 µA, 292.4 mV의 전류, 전압값을 얻었다. 또한, 얻은 출력을 바탕으로 전력 밀도 값을 계산한 결과 1269 µW/cm2로 기존의 PZT 기반 LPEG에 비해 약 3.3배 향상된 출력을 얻을 수 있었다. 하지만 과도한 양의 MWCNTs가 첨가된 20 wt%의 농도에서는 PZT-MWCNTs 압전층의 압전 결정성이 나빠졌으며, 누설 전류와 유전손실이 크게 증가하였기 때문에 출력이 더 감소하였다.|Recently, the world has been focusing on eco-friendly alternative energy research due to the depletion of fossil fuels and environmental issues. As a result, energy harvesting technology that collects wasted energy and converts it into electrical energy has attracted attention. Therefore, in this study, we improved the electrical output of a light pressure energy harvesting device that utilizes a new energy harvesting method using solar radiation pressure. The existing light pressure electric generator (LPEG) has a low output, which makes it difficult to use in various real-life applications such as IoT sensors. Therefore, to improve the efficiency of LPEG, it was fabricated by mixing multiwalled carbon nanotubes (MWCNTs) with a PZT layer. When pressure induced by the light is applied to the piezoelectric layer containing MWCNTs, the additional stress is generated at the interface, which was analyzed through COMSOL simulations. Furthermore, we analyzed the crystallinity, dielectric, and piezoelectric properties of the PZT-MWCNTs layer according to the mixing ratio of MWCNTs, and through this, we analyzed the change in electrical output. As a result, we obtained the output current of 7.63 µA and voltage of 292.4 mV of 10 wt% mixing concentration of MWCNTs. In addition, the calculated power density based on the obtained output was 1269 µW/cm2, which is approximately 3.3 times higher than that of the only PZT based LPEG. However, at a concentration of 20 wt%, the piezoelectric crystallinity of the PZT-MWCNTs piezoelectric layer deteriorated, and the leakage current and dielectric loss increased, resulting in a further decrease in output.1. 서론 1
1.1 에너지 하베스팅 1
1.1.1 에너지 하베스팅의 필요성 1
1.1.2 다양한 에너지 하베스팅의 원리 3
1.2 연구의 목적 및 배경 14
2. 이론 15
2.1 빛 15
2.1.1 빛의 특성 15
2.1.2 복사압 17
2.1.3 태양 복사 에너지 19
2.2 표면 플라즈몬 22
2.2.1 라만 산란과 라만 분광법 22
2.2.2 Surface Enhanced Raman Scattering (SERS) 25
2.2.3 Surface Plasmon Resonance (SPR) 26
2.3 압전소자 27
2.3.1 압전효과 27
2.3.2 압전물질 29
2.3.3 Light pressure electric generator (LPEG) 34
2.4 유전체 혼합물 37
2.4.1 유전체 37
2.4.2 유전체의 다양한 분극 메커니즘 38
2.4.3 Maxwell-Wagner 계면 분극 40
2.4.4 유전체 혼합물의 유전상수 향상 메커니즘 42
2.4.5 탄소나노튜브 46
2.5 COMSOL simulation 48
3. 실험 방법 50
3.1 PZT-MWCNTs 기반의 LPEG의 제작 방법 50
3.1.1 PZT-MWCNTs 용액 제작 50
3.1.2 LPEG의 구조인 crater 제작 52
3.1.3 PZT-MWCNTs 기반 LPEG 제작 54
4. 결과 및 고찰 55
4.1 PZT 층 내에서의 MWCNTs의 역할 55
4.2 PZT-MWCNTs 층의 구조적 분석 60
4.3 MWCNTs 농도에 따른 PZT-MWCNT 층의 특성 63
4.3.1 압전 결정성 분석 63
4.3.2 유전특성 분석 66
4.4 MWCNTs 농도에 따른 PZT-MWCNTs 기반 LPEG의 전기적 출력 특성 69
4.4.1 LPEG의 작동 메커니즘 69
4.4.2 MWCNTs 농도에 따른 LPEG의 전기적 특성 분석 71
4.4.3 MWCNTs 농도에 따른 전기적 출력 변화의 원인 분석 73
5. 결론 79Maste
Characterization of gas hydrate bearing sediment using multichannel seismic data in the Arctic Ocean
No full text북극해 가스하이드레이트는 전세계 기후 변화에 중요한 역할을 하기 때문에 관심의 대상이 되고 있다. 기후변화로 인해 해리된 가스하이드레이트는 대기 중 메탄 농도를 증가시키며, 지구 온난화를 가속화한다. 따라서 기후 변화와 가스하이드레이트의 관계를 이해하기 위해서는 북극 가스하이드레이트를 특성화하는 것이 필수적이다. 이번 연구의 주요 목적은 북극해의 척치해와 보퍼트해에서 획득한 다중채널 탄성파 자료를 이용하여 탄성파 속도와 포화도와 같은 북극해 가스하이드레이트의 특성을 규명하는 것이다. 이에, 획득한 탄성파 자료를 전산처리 하였으며, 구조보정 속도분석과 유효매질이론 모델을 이용하여 탄성파 속도모델, 가스하이드레이트 포화도 모델, 자유가스 포화도 등 여러 지구물리학적 모델을 구축하였다.
척치해에서 획득한 탄성파 자료의 처리 결과는 해저면모사반사파, 침니, 고진폭 반사파 등 가스하이드레이트의 존재를 암시하는 다양한 탄성파 지시자를 보여주었다. 탄성파 속도모델에서는 가스하이드레이트에 의한 고속도 층과 자유가스에 의한 저속도층이 잘 나타났다. 척치해의 Western Spur에서는 2.0-2.5 km/s의 고속도 가스하이드레이트 층과 0.8-1.2 km/s의 저속도 자유가스층이 각각 확인되었다. Western Spur의 능선을 따라 추정된 평균 가스하이드레이트 포화도 및 자유가스 포화도는 22.72 % 및 3.24 %이다. Mid-Lower Slope과 아라온 마운드에서는 1.85-2.25 km/s의 고속도 가스하이드레이트 층이 확인되었으며, 0.8-1.25 km/s 범위의 저속도 자유가스 층이 확인되었다. Mid-Lower Slope에서 추정된 평균 가스하이드레이트 및 자유가스 포화도는 각각 12.3 %, 2.09 %이다. 대조적으로, 아라온 마운드의 해저면 아래에서는 각각 평균 20.06 % 및 평균 3.74 %가 확인되었다.
2018년 보퍼트해에서 획득한 탄성파 구조보정 단면도에는 해저면모사반사파와 고진폭반사파가 잘 나타나며, 이는 가스하이드레이트의 부존을 시사한다. 추가적으로 반복적 구조보정 속도분석을 통해 구축한 정밀 속도모델에서 2.0-2.3 km/s 범위의 고속도 가스하이드레이트 층과 1.0-1.3 km/s의 저속도 자유가스 층이 확인되었다. 구축된 속도모델에 유효매질이론 모델을 적용하면, 평균 가스하이드레이트 포화도는 17.59 %, 평균 자유가스 포화도는 2.2 %로 추정된다. 추가적으로, 2014년 보퍼트해 대륙사면의 진흙화산에서 획득한 고해상도 다중채널 탄성파 자료에서는 해저면모사반사파로 추정되는 고진폭, 역위상 반사파가 확인되었다. 탄성파 자료의 반사파가 가스하이드레이트에 의한 것인지 확인하기 위하여, 열전도 방정식을 바탕으로 진흙화산 내부의 열구조를 수치적으로 모사하였고 가스하이드레이트 안정영역의 하부경계를 결정하였다. 탄성파 구조보정 단면도의 고진폭 반사파의 깊이와 결정된 가스하이드레이트 안정영역의 하부경계를 비교한 결과, 두 자료가 잘 일치함을 확인하였다. 이 결과는 진흙화산 내부에 가스하이드레이트가 존재한다는 강력한 증거를 제시한다.1. 서론 1
1.1. 가스하이드레이트의 정의, 구조, 및 형성조건 1
1.2. 가스하이드레이트의 부존을 확인하는 지구물리학적 방법 5
1.3. 북극해 가스하이드레이트 연구의 중요성 9
1.4. 북극해 가스하이드레이트 연구현황 12
1.5. 논문의 목적 및 구성 16
2. 연구지역의 지질학적 배경 18
2.1. 북극해 지질학적 배경 18
2.2. 척치해의 지질학적 배경 20
2.3. 보퍼트해의 지질학적 배경 22
3. 연구 방법 24
3.1. 다중채널 탄성파 자료처리 24
3.2. 반복적 구조보정 속도분석 30
3.2.1. 반복적 구조보정 속도분석 워크플로우 30
3.2.2. 수치 실험 33
3.3. 유효매질이론 모델을 이용한 가스하이드레이트 및 자유가스 포화도 계산 39
3.3.1. 유효매질이론 모델 40
3.3.2. 가스하이드레이트 및 자유가스 포화도 계산 워크플로우 45
3.3.3. 가스하이드레이트 및 자유가스 포화도 계산 워크플로우 검증 51
4. 척치해 척치고원 서쪽사면에 존재하는 가스하이드레이트 부존 퇴적층의 특성화 연구 55
4.1. 다중채널 탄성파 자료 획득 55
4.2. 자료처리 결과 59
4.2.1. 탄성파 구조보정 단면도 59
4.2.2. 탄성파 속도모델 67
4.2.3. 가스하이드레이트 및 자유가스 포화도 모델 75
4.3. 토의 83
4.3.1. 척치고원 서쪽사면에서 가스하이드레이트의 부존을 암시하는 탄성파 지시자 분석 83
4.3.2. 척치고원 서쪽사면에서 도출한 탄성파 속도모델 검증 87
4.3.3. 척치고원 서쪽사면에서의 탄성파 속도 구조 96
4.3.4. 척치고원 서쪽사면에서의 가스하이드레이트 및 자유가스 포화도 구조 98
5. 보퍼트해 매켄지곡 대륙사면에 존재하는 가스하이드레이트 부존 퇴적층의 특성화 연구 104
5.1. 다중채널 탄성파 자료 획득 104
5.2. 탄성파 자료처리 결과 107
5.2.1. 탄성파 구조보정 단면도 107
5.2.2. 탄성파 속도모델 113
5.2.3. 가스하이드레이트 및 자유가스 포화도 모델 117
5.2.4. 열전도 모델링을 이용한 가스하이드레이트 안정영역 계산 121
5.3. 토의 126
5.3.1. 보퍼트해 매켄지곡 대륙사면에서 가스하이드레이트의 부존을 암시하는 탄성파 지시자 분석 126
5.3.2. 보퍼트해 매켄지곡 대륙사면에서 도출한 탄성파 속도모델 검증 128
5.3.3. 보퍼트해 매켄지곡 대륙사면에서의 탄성파 속도 구조 133
5.3.4. 보퍼트해 매켄지곡 대륙사면에서의 가스하이드레이트 및 자유가스 포화도 구조 134
5.3.5. 보퍼트해 매켄지곡 대륙사면에 위치한 진흙화산에서의 가스하이드레이트 부존 증거 분석 137
6.결론 140
참고 문헌 146
국문 초록 169Docto
A Study on the Characteristics of Transient Behavior for the Ship′s Propeller Shaft during Crash Astern Mode
No full textMost modern ships have adopted high-power main engines for low-speed operation that is advantageous from the viewpoint of propulsion efficiency. To transfer torque of this kind of engines, a large diameter shafting is required and the shafting system is hard to flexibly respond to structural deformation, while the hull has become thinner for design optimization and easier to deform. Consequently, the stability of the propulsion shafting system has been affected. Futhermore, ultra long stroke and low speed main engines are being used to improve the propulsion efficiency and they have required the large size of propeller. And the large propellers have increased the risk of damage to the after stern tube bearing.
Until recently, oil film retention of the stern tube bearings and the influence induced by hull deformation has been mainly focused on for the optimal alignment of shafting, in quasistatic status. However, it has been continuously proved that fluctuations in propeller eccentric thrust in dynamic transient conditions are able to cause damage to stern tube bearings. But the current quasistatic calculation method is not sufficient to cover these problems. Since ship design nowadays has unfavorable characteristics for the propulsion shaft alignment, the shaft alignment calculation should be carried out more carefully, and considering dynamic conditions can make it more reliable.
In this study, the effect of crash astern, which is one of transient operation mode, on propeller shaft behavior were studied using strain gage and displacement sensor for 50,000 ton medium range oil/chemical tanker. Additionally the draft conditions were divided into fully laden condition and normal ballast condition and they were compared with each other.
As the result, it was figured out that crash astern directly affects the behavior of the propeller shaft, and especially significant changes were in the vertical direction right after crash astern. This study is expected to help advance the theory and technology of optimal alignment of propulsion shafting system considering dynamic transient conditions in the future.|현대 대부분의 선박은 추진효율 관점에서 유리한 저속운전을 위해 고출력의 주기관을 채택하고 있다. 이에 따라 축계는 전달 토크가 커져 직경이 증가되고 더 단단해지면서 구조적 변형에 유연하게 반응하기가 어렵게 된 반면, 선체는 설계 최적화를 위해 두께가 얇아져 변형하기 쉽게 되면서 추진축계의 안정성에 있어 부정적인 영향으로 작용하고 있다. 뿐만 아니라 추진효율을 향상시키기 위해 사용되는 초장행정 저속 엔진은 프로펠러 대형화를 이끌었으며 이는 후부 선미관 베어링의 손상 위험을 증가시키고 있다.
최근까지 추진축계 안정성을 확보하기 위한 최적 배치 계산은 주로 준정적(quasistatic) 상태에서 선미관 베어링의 유막유지(oil film retention)와 선체변형에 따른 영향에 중점을 두어 진행되어 왔다. 그러나 최근 동적 과도상태에서 프로펠러 편심추력의 변동이 선미관 베어링의 손상을 초래할 수 있음이 지속적으로 확인되고 있으며, 이러한 위험 요소는 현재의 준정적 상태 계산 방식으로 식별하기에는 한계가 있다. 현대의 선박 설계가 추진축계의 안정성 측면에 있어 보다 가혹한 특징을 보임에 따라 축계배치계산은 더욱 민감하게 수행될 필요가 있으며, 추진축계의 안정성을 고도화하기 위해서는 과도상태를 포함한 동적 상태의 고려가 요구된다.
이와 관련한 사례 분석의 일환으로 본 연구에서는 5만톤급 중형화학제품 운반선(medium range oil/chemical tanker)을 대상으로 스트레인 게이지법과 변위센서를 이용하여 선박의 과도운전상태의 하나인 긴급 후진이 프로펠러 축 거동에 미치는 영향을 검증하였다. 또한 흘수 조건을 만재흘수 조건과 발라스트흘수 조건으로 나누어 흘수 변화에 따른 영향을 추가적으로 분석하였다.
그 결과, 긴급 후진 사용은 프로펠러 축의 거동에 직접적인 영향을 미치고, 특히 사용 직후 상하 방향 거동을 크게 변화시키는 것을 증명하였으며, 이는 향후 동적 상태를 고려한 추진축계 최적 배치 이론과 기술을 고도화하는데 도움이 될 것으로 기대한다.제1장 서 론 1
1.1 연구의 배경 1
1.2 연구의 목적 3
1.3 논문의 구성 4
제2장 추진축계 정렬의 설계개요 5
2.1 추진축계 정렬 계산 및 배치 5
2.1.1 축계 정렬 계산의 종류 5
2.1.2 축계 배치 방법과 점검 6
2.1.3 축계 정렬 계산의 기준 7
2.2 추진축계 정렬에 있어 고려해야 할 사항 9
2.3 축계정렬과 횡진동 10
제3장 실측 장비 구성 및 데이터 분석 방법론 12
3.1 계측절차 및 대상 선박 12
3.1.1 계측절차 12
3.1.2 대상 선박의 제원 13
3.1.3 대상 선박의 추진축계 정렬 주요 설계 정보 15
3.2 계측 장치 및 데이터의 취득 18
3.2.1 계측 장치의 구성 18
3.2.2 계측 조건 21
3.2.3 데이터의 취득 23
3.3 데이터의 분석 29
3.3.1 스트레인 게이지법 29
3.3.2 데이터 전처리 및 결과 도출 과정 32
제4장 긴급 후진 시 프로펠러 축 거동 분석 40
4.1 만재흘수 조건에서의 프로펠러 축 거동 40
4.2 발라스트흘수 조건에서의 프로펠러 축 거동 48
4.3 결과의 고찰 55
제5장 결론 및 제언 61
참고문헌 63Maste