스마트 기기는 휴대하기 편리하고 애플리케이션이 개발이 쉬운 장점으로 다양한 산업 분야에 적용되고 있다. 그러나 산업용 장비 분야에서는 장비에서 제공되는 정보에 대한 보안 문제 및 원격지에서 장비의 액추에이터를 제어할 경우 사고가 발생할 수 있다. 본 논문에서는 위 문제에 대한 해결 방법과 스마트 제어 시스템을 산업용 자동화 장비에 적용할 경우 장점에 관한 연구를 수행하였다. 이런 문제 해결을 위해 장비 조작 시 발생할 수 있는 사고에 대해 질의를 이용한 매뉴얼 조작 방법과 스마트 기기를 이용한 장비 제어 시 스마트 제어 접근 허용 절차를 제안하였으며, 통신 데이터 보호 및 사용자 인증 방법으로 다중 암호화 프로토콜을 이용한 데이터 전송 방법과 단말기 고유 정보 및 Q&A를 이용한 사용자 인증 방법 제안하였다. 구현된 스마트 제어 시스템의 성능을 평가하기 위해 스마트 제어 시스템의 동작 실험과 사용자 인증 비교 실험을 하였으며, 장비에 적용 시 장점을 파악하기 위한 실험에서 스마트 제어 시스템은 티칭 팬던트 보다 편리하게 티칭 조작이 가능하였고, 다양한 정보 취득과 하드웨어 조작이 가능하였다. 또한, 스마트 제어 시스템 적용 시 장비의 에러 조치 시간을 약 13% 단축할 수 있었다.
스마트 기기는 휴대하기 편리하고 애플리케이션이 개발이 쉬운 장점으로 다양한 산업 분야에 적용되고 있다. 그러나 산업용 장비 분야에서는 장비에서 제공되는 정보에 대한 보안 문제 및 원격지에서 장비의 액추에이터를 제어할 경우 사고가 발생할 수 있다. 본 논문에서는 위 문제에 대한 해결 방법과 스마트 제어 시스템을 산업용 자동화 장비에 적용할 경우 장점에 관한 연구를 수행하였다. 이런 문제 해결을 위해 장비 조작 시 발생할 수 있는 사고에 대해 질의를 이용한 매뉴얼 조작 방법과 스마트 기기를 이용한 장비 제어 시 스마트 제어 접근 허용 절차를 제안하였으며, 통신 데이터 보호 및 사용자 인증 방법으로 다중 암호화 프로토콜을 이용한 데이터 전송 방법과 단말기 고유 정보 및 Q&A를 이용한 사용자 인증 방법 제안하였다. 구현된 스마트 제어 시스템의 성능을 평가하기 위해 스마트 제어 시스템의 동작 실험과 사용자 인증 비교 실험을 하였으며, 장비에 적용 시 장점을 파악하기 위한 실험에서 스마트 제어 시스템은 티칭 팬던트 보다 편리하게 티칭 조작이 가능하였고, 다양한 정보 취득과 하드웨어 조작이 가능하였다. 또한, 스마트 제어 시스템 적용 시 장비의 에러 조치 시간을 약 13% 단축할 수 있었다.
Smart devices are used in a variety of industries, because applications for them are easy to develop and portable. However, industrial equipment can cause security problems for information and accidents when controlling the actuator of the equipment at a remote location. In this paper, we studied me...
Smart devices are used in a variety of industries, because applications for them are easy to develop and portable. However, industrial equipment can cause security problems for information and accidents when controlling the actuator of the equipment at a remote location. In this paper, we studied methods of solving these problems and the advantages of applying smart control systems to industrial equipment. We propose a manual manipulation method using queries and a smart control access procedure for controlling equipment using a smart device. In addition, we propose a data transmission method employing multiple encryption protocols and a user authentication method using unique information from the smart device and Q & A as the communication data protection and user authentication methods, respectively. In order to evaluate its performance, an operation test of the smart control system and user authentication comparison experiment were performed. In order to understand the advantages of applying the smart control system to the equipment, we conducted a comparative experiment with a teach pendant and evaluated its reaction time in case of error.
Smart devices are used in a variety of industries, because applications for them are easy to develop and portable. However, industrial equipment can cause security problems for information and accidents when controlling the actuator of the equipment at a remote location. In this paper, we studied methods of solving these problems and the advantages of applying smart control systems to industrial equipment. We propose a manual manipulation method using queries and a smart control access procedure for controlling equipment using a smart device. In addition, we propose a data transmission method employing multiple encryption protocols and a user authentication method using unique information from the smart device and Q & A as the communication data protection and user authentication methods, respectively. In order to evaluate its performance, an operation test of the smart control system and user authentication comparison experiment were performed. In order to understand the advantages of applying the smart control system to the equipment, we conducted a comparative experiment with a teach pendant and evaluated its reaction time in case of error.
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문제 정의
이런 문제로 스마트 제어 시스템을 이용한 하드웨어 원격 제어 시에는 항상 장비의 상태를 확인할 수 있는 위치에서만 조작되어야 한다. 이를 해결하기 위해 본 논문에서는 스마트 제어 접근 허용 절차를 설계하였다.
제안 방법
위와 같은 문제에 대해 본 논문에서는 아래와 같이 세 가지 문제점을 제시하고, 이를 해결하기 위한 방법으로 사용자 인증 방식, 통신 프로토콜 암호화 방법 및 스마트제어 접근 허용 절차를 설계하였으며, 스마트 제어 시스템 적용 시 장점에 관한 연구를 수행하였다.
본 논문에서 설계한 스마트 제어 시스템에서는 스마트 기기를 이용하여 내부 또는 외부에서 스마트 제어 서버에 접속을 통해 장비의 다양한 정보 취득 및 원격지에서 장비를 제어하는 서비스를 제공한다. 이런 스마트 제어 시스템을 구성하기 위해서는 Fig.
이는 대다수를 대상으로 서비스를 제공하기 때문이다. 그러나 본 논문에서 제시하는 스마트 제어 시스템의 사용자 등록 방법은 장비의 사용자가 등록 권한을 가진 관리자에게 서비스 이용을 요청하면, 해당 관리자가 사용자의 적합성을 판단하여 사용자 등급 및 고유 정보를 취득한 후 서버에 등록하는 방식으로 사용자 등록을 진행한다. 이는 장비 특성상 장비를 운영하고 관리하는 한정된 소수자에게만 권한이 부여되기 때문이다.
이런 이유로 본 논문에서는 로그인 시 지식기반 인증을 수행하고, 소유 기반의 인증의 하나로 사용자 등록 시 미리 등록된 단말기의 고유정보인 Mac 주소와 전화번호를 이용하여 로그인을 수행하도록 설계하였다. 또한, 단말기 분실 등의 문제가 발생할 수 있으므로, 사용자 등록 과정에서 등록한 Q&A 정보를 이용하여 재차 승인된 사용자임을 확인하여 보안 강도를 높였다.
정보 제공 항목은 장비의 생산 능력 등을 판단할 수 있어 정보의 외부 유출에 대한 보안이 필요한 항목이며, 제어 항목은 장비를 직접 구동할 수 있으므로 장비 앞에서만 조작이 이루어져야 한다. 이런 이유로 본 논문에서는 사용자 등급별 권한 및 접속에 위치에 따라 Table 2와 같이 정보 제공 범위를 설계하였다.
또한, 3단계에서는 공인 인증서를 대신하여 정보의 확장이 가능한 Q&A 인증을 수행하도록 설계하였다.
또한, 스마트 기기는 터치스크린을 이용하여 동작하므로 스마트 제어 접근이 허용된 상태에서 터치스크린이 잘못 눌려 오동작이 발생할 수 있다. 이런 오동작으로 인해 다른 사용자가 장비 내에서 작업 중에 장비의 모터 등을 움직이게 되면 사고가 발생할 수 있으므로, 모터와 같은 액추에이터 동작 명령에서는 항시 작업자에게 특정 값을 입력하도록 질의를 수행하여 그 값이 특정 시간 안에 입력되었을 경우에만 동작할 수 있도록 설계하였다.
본 논문에서 제시한 스마트 제어 시스템의 실험을 위해 병원에서 피 검사 시 사용되는 진공 채혈관의 조립공정에서 진공 채혈관 튜브를 공급하는 장비에 적용하여 실험을 수행하였다.
또한, 3단계에서는 공인 인증서를 대신하여 정보의 확장이 가능한 Q&A 인증을 수행하도록 설계하였다. 마지막으로 데이터 보안 단계에서는 H 은행에서 사용하는 별도 보안 모듈을 대신하여 다중 암호화 프로토콜을 설계하였다.
본 실험은 산업용 자동화 장비인 진공 채혈관 튜브 공급 장비에 스마트 제어 시스템을 적용하여 에러 발생 시 조치 시간에 관한 실험으로, 공급 버퍼 부에 자재가 걸린 에러에 대한 조치 시간을 측정하여 실험하였다. 실험 시 사람에 의한 오류를 최소화하기 위해 실험 대상자는 경력 19년의 장비 개발 경험을 가지고 있고, 해당 장비를 직접 개발한 개발자를 대상으로 하였다.
실험 시 사람에 의한 오류를 최소화하기 위해 실험 대상자는 경력 19년의 장비 개발 경험을 가지고 있고, 해당 장비를 직접 개발한 개발자를 대상으로 하였다. 또한, 에러 인식 및 조치 능력에 대한 오류를 최소화하기 위해 2개월 동안 장비를 가동하면서 직접 에러를 조치하여 얻은 학습 효과로 에러 발생 시 바로 조치가 가능한 시점에 실험을 수행하였다.
10은 튜브 공급 장비의 에러 발생 위치를 나타내는 것으로, ①은 공급 버퍼부, ②는 튜브 회전부, ③은 에러 발생 위치, ④는 튜브가 버퍼에 걸린 형태를 나타낸다. 실험의 공평성을 위해 동일한 실험자에게 동일한 에러 발생 시 스마트 제어 시스템의 적용 여부에 따른 조치 시간을 총 10회에 걸쳐 측정하였다. Table 7은 실험 결과를 나타내며, 스마트 제어 시스템을 적용 시 약 19.
본 논문에서는 스마트 제어 시스템을 산업용 장비에 적용할 시 발생할 수 있는 문제 해결 방법으로 승인된 사용자에게만 서비스를 제공하기 위한 사용자 인증 설계 및 다중 암호화 프로토콜을 설계하였고, 원격지에서 스마트 제어 수행 및 터치스크린이 잘못 눌려 발생할 수 있는 사고를 막기 위해 스마트 제어 접근 허용 절차와 질의에 의한 하드웨어 조작 방법을 설계하였으며, 스마트 제어 시스템의 실험을 위해 진공 채혈관 튜브 공급 장비에 적용하여 실험을 수행하였다. 국내 K 인증기관에 의뢰하여 수행한 동작 실험에서는 25회 제어 지령을 내려 25회 모두 제어가 정상으로 동작하는 것을 확인하였으며, 사용자 인증 항목에서는 국내 H 은행의 인증 방법과 본 논문에서 설계한 인증 방식을 비교한 자체 평가에서 모두 만족한 결과를 나타내었다.
대상 데이터
본 실험은 스마트 제어 시스템의 정상적인 동작 여부를 판단하는 실험으로 정부 기관 산하 인증기관인 K 인증기관으로부터 실험을 수행하였다. Fig.
본 실험은 산업용 자동화 장비인 진공 채혈관 튜브 공급 장비에 스마트 제어 시스템을 적용하여 에러 발생 시 조치 시간에 관한 실험으로, 공급 버퍼 부에 자재가 걸린 에러에 대한 조치 시간을 측정하여 실험하였다. 실험 시 사람에 의한 오류를 최소화하기 위해 실험 대상자는 경력 19년의 장비 개발 경험을 가지고 있고, 해당 장비를 직접 개발한 개발자를 대상으로 하였다. 또한, 에러 인식 및 조치 능력에 대한 오류를 최소화하기 위해 2개월 동안 장비를 가동하면서 직접 에러를 조치하여 얻은 학습 효과로 에러 발생 시 바로 조치가 가능한 시점에 실험을 수행하였다.
데이터처리
본 논문에서 제시한 인증 설계에 대한 실험을 수행하기 위해 국내 금융기관인 H 은행의 인증 방식과 비교하였다.
성능/효과
첫째, 장비의 가동 현황, 생산정보, 장비 Maker 등은 기업의 생산 성능의 지표로 활용되므로 승인되지 않은 사용자에게 정보를 유출해서는 안 된다.
셋째, 터치스크린이 잘못 눌려 오동작이 발생할 수 있다.
기존에 사용하고 있는 TP는 유선으로 연결되고 텍스트 기반의 프로그래밍 사용 및 버튼 조작을 통해 티칭 작업을 수행하기 때문에 어려움이 있다. 그러나 본 논문에서 제시하는 스마트 제어 시스템에서는 산업용 장비의 정보 취득 및 하드웨어 조작 등의 제어 기능을 가지고 있어, 현재 제조 현장에서 많이 사용되고 있는 TP의 기능을 대신할 수 있으며, 스마트 기기의 장점인 그래픽 환경과 터치 기능을 적용하여 손쉽게 티칭 조작을 할 수 있다. 또한, 무선으로 연결되기 때문에 더욱 편리하게 티칭 조작이 가능하다.
또한, 단말기 분실 등의 문제가 발생할 수 있으므로, 사용자 등록 과정에서 등록한 Q&A 정보를 이용하여 재차 승인된 사용자임을 확인하여 보안 강도를 높였다.
그러나 본 논문에서 제시한 방법에서 n>=5이므로 n=5로 가정하면, k=5가 되어야 모든 암호 해독이 가능하므로 이전 Q&A 방식보다 보안 강도가 높음을 알 수 있다.
셋째, 호출 항목은 담당자를 호출하는 기능으로, 장비의 문제 발생 등으로 특정 담당자를 호출할 시 사용하는 기능이다.
Table 5는 인증 수단 관련 자체 평가를 한 결과로 1단계인 로그인 시 사용되는 지식 기반 인증의 ID/Password 방식에서는 동일한 결과를, 소유 기반 인증인 2단계에서는 보안 카드는 복사할 수 있고, OTP의 경우 별도의 번호를 발생하여 이를 확인하여야 한다는 점에서 단말기의 물리적인 정보를 사용하는 본 논문이 보안성과 편리성에서 더 우수하다고 판단하였으며, 3단계에서는 공인인증서가 Q&A보다 보안 강도는 높게 판단하였으나, 기업 내에 서버를 이용한다는 점과 편리성 면에서 Q&A 방식의 인증 방식도 만족한 결과를 얻었다고 판단하였다.
9는 스마트 제어 시스템의 실험 화면을 나타내며, 실험 방법으로는 스마트 기기를 서버시스템에 접속 절차에 따라 접속한 후, 25회 장비 조작 관련 제어 지령을 내려 동작 상태를 확인한 결과, Table 3과 같이 25회 모두 정상 동작하는 것을 확인하였다. 또한, 정보 취득에 관한 자체 평가에서는 Fig. 9에서 보는 바와 같이 장비의 정보가 스마트 기기에 정상적으로 전달되는 것을 확인하였다.
그러므로 에러 조치 완료 시간 T는 식(2)에서 보는 바와 같이 에러 확인시간(Ei), 에러 조치시간(Ep), 장비 가동시간(Er)과 에러 발생 반복 횟수(n)을 곱한 시간을 말한다. 위 결과는 운영화면과 멀리 떨어진 튜브 공급 장비에서 스마트 제어 시스템을 이용하면 장비 가동 시간(Er)이 1초 이내에 처리되기 때문에 적용 이전보다 해당 시간(Er)을 단축 시켜 약 19.8초의 시간 단축이 가능하였다.
본 논문에서는 스마트 제어 시스템을 산업용 장비에 적용할 시 발생할 수 있는 문제 해결 방법으로 승인된 사용자에게만 서비스를 제공하기 위한 사용자 인증 설계 및 다중 암호화 프로토콜을 설계하였고, 원격지에서 스마트 제어 수행 및 터치스크린이 잘못 눌려 발생할 수 있는 사고를 막기 위해 스마트 제어 접근 허용 절차와 질의에 의한 하드웨어 조작 방법을 설계하였으며, 스마트 제어 시스템의 실험을 위해 진공 채혈관 튜브 공급 장비에 적용하여 실험을 수행하였다. 국내 K 인증기관에 의뢰하여 수행한 동작 실험에서는 25회 제어 지령을 내려 25회 모두 제어가 정상으로 동작하는 것을 확인하였으며, 사용자 인증 항목에서는 국내 H 은행의 인증 방법과 본 논문에서 설계한 인증 방식을 비교한 자체 평가에서 모두 만족한 결과를 나타내었다. 또한, 스마트 제어시스템을 산업용 장비에 적용 시 장점을 파악하기 위해 티칭 펜던트와의 비교 실험 및 에러 발생 시 조치 시간에 관한 실험을 수행한 결과, 티칭 펜던트는 한정된 티칭 조작만이 가능하지만, 스마트 제어 시스템에서는 다양한 정보 취득 및 티칭 조작뿐만 아니라 다양한 하드웨어 장치 조작과 권한 설정이 가능하였고, 스마트 제어 시스템 적용한 결과, 에러 발생 시 조치 시간을 약 13% 단축하였다.
국내 K 인증기관에 의뢰하여 수행한 동작 실험에서는 25회 제어 지령을 내려 25회 모두 제어가 정상으로 동작하는 것을 확인하였으며, 사용자 인증 항목에서는 국내 H 은행의 인증 방법과 본 논문에서 설계한 인증 방식을 비교한 자체 평가에서 모두 만족한 결과를 나타내었다. 또한, 스마트 제어시스템을 산업용 장비에 적용 시 장점을 파악하기 위해 티칭 펜던트와의 비교 실험 및 에러 발생 시 조치 시간에 관한 실험을 수행한 결과, 티칭 펜던트는 한정된 티칭 조작만이 가능하지만, 스마트 제어 시스템에서는 다양한 정보 취득 및 티칭 조작뿐만 아니라 다양한 하드웨어 장치 조작과 권한 설정이 가능하였고, 스마트 제어 시스템 적용한 결과, 에러 발생 시 조치 시간을 약 13% 단축하였다.
후속연구
향후 연구에서는 스마트 제어 시스템에서 산업용 장비의 다양한 정보를 취득하고, 이를 이용하여 장비의 성능을 향상 시킬 수 있는 방법에 관한 연구를 수행하고자 한다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
스마트 기기의 특징은 무엇인가?
스마트 기기는 휴대하기 편리하고 애플리케이션 개발이 쉬운 장점으로, 산업 전반에서 많이 이용되고 있다. 그러나 산업용 자동화 장비 시장에서는 장비에서 제공되는 정보에 대한 보안 문제 및 원격지에서 장비의 액추에이터를 제어 시 발생할 수 있는 사고 등으로 국내의 많은 기업에서 스마트 제어 시스템의 적용을 미루고 있다.
산업용 장비 분야에서 스마트 기기 사용으로 발생할 수 있는 문제는 무엇인가?
스마트 기기는 휴대하기 편리하고 애플리케이션이 개발이 쉬운 장점으로 다양한 산업 분야에 적용되고 있다. 그러나 산업용 장비 분야에서는 장비에서 제공되는 정보에 대한 보안 문제 및 원격지에서 장비의 액추에이터를 제어할 경우 사고가 발생할 수 있다. 본 논문에서는 위 문제에 대한 해결 방법과 스마트 제어 시스템을 산업용 자동화 장비에 적용할 경우 장점에 관한 연구를 수행하였다.
스마트 기기의 사양 발전과 다양한 디바이스의 내장이 주는 이점은 무엇인가?
특히 무선네트워크, 센서 기술의 발달 및 스마트폰과 같은 지능화된 단말기의 보급은 정보의 활용성을 높이며 산업 전반으로 확대되고 있다. 또한, 스마트 기기의 사양 발전과 다양한 디바이스의 내장으로 애플리케이션 개발 시 별도로 디바이스들을 구입할 필요가 없어 이에 따른 비용을 절감할 수 있다[1-3].
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