중소기업 및 영세기업들은 생산관리 뿐만 아니라 설비, 안전, 에너지 관리 측면에서 중소기업의 운영 관리를 위해서 다양한 시도를 하고 있다. 그러나, 중소기업은 투자 여력이 없어 중소기업의 경영 개선과 생산성 향상을 위한 스마트팩토리 구축이 쉽지 않은 상황이다. 본 논문에서는 중소기업에서 현재 운영 중인 공장 장비를 부분적으로 연동하는 스마트팩토리를 구축 알고리즘을 제안한다. 제안 알고리즘은 중소기업의 스마트팩토리 환경을 단계적으로 구축하여 운영할 수 있도록 전체 제조 공정 중 제품 정보와 출시 정보를 IoT 장치에 이용하여 수집 보관 관리 처리 하도록 하고 있다. 또한, 제안 알고리즘은 장치간 인증 정보를 중앙의 서버가 중앙집중식으로 관리함으로써 IoT 장치 수에 상관없이 IoT간 연계를 자동화하는 특징이 있다. 성능평가 결과, 제안 알고리즘은 스마트팩토리 환경을 구축하기 전의 공장 프로세스와 효율성을 평가한 결과 13.7% 향상된 결과를 얻었고, 공장 내 제품 처리 시간도 19.8% 향상된 결과를 얻었다. 또한, 공정 프로세스에 투입된 인력 투입 비용도 37.1% 감소된 결과를 얻었다.
중소기업 및 영세기업들은 생산관리 뿐만 아니라 설비, 안전, 에너지 관리 측면에서 중소기업의 운영 관리를 위해서 다양한 시도를 하고 있다. 그러나, 중소기업은 투자 여력이 없어 중소기업의 경영 개선과 생산성 향상을 위한 스마트팩토리 구축이 쉽지 않은 상황이다. 본 논문에서는 중소기업에서 현재 운영 중인 공장 장비를 부분적으로 연동하는 스마트팩토리를 구축 알고리즘을 제안한다. 제안 알고리즘은 중소기업의 스마트팩토리 환경을 단계적으로 구축하여 운영할 수 있도록 전체 제조 공정 중 제품 정보와 출시 정보를 IoT 장치에 이용하여 수집 보관 관리 처리 하도록 하고 있다. 또한, 제안 알고리즘은 장치간 인증 정보를 중앙의 서버가 중앙집중식으로 관리함으로써 IoT 장치 수에 상관없이 IoT간 연계를 자동화하는 특징이 있다. 성능평가 결과, 제안 알고리즘은 스마트팩토리 환경을 구축하기 전의 공장 프로세스와 효율성을 평가한 결과 13.7% 향상된 결과를 얻었고, 공장 내 제품 처리 시간도 19.8% 향상된 결과를 얻었다. 또한, 공정 프로세스에 투입된 인력 투입 비용도 37.1% 감소된 결과를 얻었다.
SMEs and small enterprises are making various attempts to manage SMEs in terms of equipment, safety and energy management as well as production management. However, SMEs do not have the investment capacity and it is not easy to build a smart factory to improve management and productivity of SMEs. In...
SMEs and small enterprises are making various attempts to manage SMEs in terms of equipment, safety and energy management as well as production management. However, SMEs do not have the investment capacity and it is not easy to build a smart factory to improve management and productivity of SMEs. In this paper, we propose a smart factory construction algorithm that partially integrates the factory equipment currently operated by SMEs. The proposed algorithm supports collection, storage, management and processing of product information and release information through IoT device during the whole manufacturing process so that SMEs' smart factory environment can be constructed and operated in stages. In addition, the proposed algorithm is characterized in that central server manages authentication information between devices to automate the linkage between IoT devices regardless of the number of IoT devices. As a result of the performance evaluation, the proposed algorithm obtained 13.7% improvement in the factory process and efficiency before building the Smart Factory environment, and 19.8% improvement in the processing time in the factory. Also, the cost of input of manpower into process process was reduced by 37.1%.
SMEs and small enterprises are making various attempts to manage SMEs in terms of equipment, safety and energy management as well as production management. However, SMEs do not have the investment capacity and it is not easy to build a smart factory to improve management and productivity of SMEs. In this paper, we propose a smart factory construction algorithm that partially integrates the factory equipment currently operated by SMEs. The proposed algorithm supports collection, storage, management and processing of product information and release information through IoT device during the whole manufacturing process so that SMEs' smart factory environment can be constructed and operated in stages. In addition, the proposed algorithm is characterized in that central server manages authentication information between devices to automate the linkage between IoT devices regardless of the number of IoT devices. As a result of the performance evaluation, the proposed algorithm obtained 13.7% improvement in the factory process and efficiency before building the Smart Factory environment, and 19.8% improvement in the processing time in the factory. Also, the cost of input of manpower into process process was reduced by 37.1%.
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문제 정의
최근 공장 자동화를 준비하고 있는 중소기업은 경제적 부담을 갖지만 경쟁률을 유지하거나 향상시키기 위해서 제조 공정 자동화를 추진하고 있다. 본 논문에서는 중소기업의 제조환경에 적합한 스마트팩토리 환경을 구축하기 하기 위한 IoT 장치간 연계 알고리즘을 제안하였다. 제안 알고리즘은 IoT 장치를 부착한 제품 정보를 중앙 서버가 효율적으로 모니터링하거나 체크할 수 있도록 제조 프로세스가 능동적 의사결정이 실시간으로 이루질 수 있다.
본 논문에서는 중소기업의 제조환경을 스마트팩토리 환경으로 변화하였을 경우 프로세스에 투입되는 장비에 IoT 장치를 부착하여 장비에서 생산되는 제품 정보를 연계하여 능동적으로 의사결정이 실시간으로 이루질 수 있는 알고리즘을 제안한다. 제안 알고리즘은 현재 운영 중인 전체 공장 프로세스 장비를 부분적으로 서로 연동하여 다품종 복합생산이 가능해질 수 있도록 한 것이 가장 큰 특징 중에 하나이다.
제안 방법
는 이전에 생성된 제품과의 연계를 위해서 2개의 체인을 생성한다. 그리고, 제안 기법에서는 IoT 장치로부터 생성된 제품간 연계성을 보증하기 위해서 불일치도 D(i, i+1)를 사용한다. 불일치도는 식 (3)처럼 #에서 #까지 상향 일치되는 맵 D(i, i+1) 을 이용하여 #부터 #까지 하향 일치되는 지점을 찾는다.
제안 알고리즘은 다품종 복합생산이 가능한 중소기업을 대상으로 IoT 장치를 서로 연동하여 제조 프로세스를 단계적으로 구축 및 운영할 수 있도록 제품 정보와 출시 정보를 인식하여 제품 정보의 수집․보관․관리․처리 하도록 하였다. 또한, 제안 알고리즘은 기존 제조 환경의 생산 효율성과 비용 절감 효과를 얻기 위해서 기존제조 시스템과의 연계를 통해 공정 프로세스를 확장하는 기능을 추가하였다. 성능평가 결과, 제안 알고리즘은 스마트팩토리 환경을 구축하기 전의 공장 프로세스와 효율성을 평가한 결과 13.
제안 알고리즘은 중소기업의 스마트팩토리 환경을 기존 환경에서 단계적으로 구축 및 운영할 수 있도록 IoT 장치에 제조 공정 중 발생되는 제품 정보와 출시 정보를 인식하여 제품 정보의 수집․보관․관리․처리 하도록 지원하도록 하였다. 또한, 제안 알고리즘은 장치간 인증 정보를 중앙의 서버가 중앙집중식으로 관리함으로써 IoT 장치 수에 상관없이 IoT간 연계를 자동화할 수 있도록 구성하였다. 제안 알고리즘은 기존 제조 환경의 생산 효율성과 비용 절감 효과를 얻기 위해서 다음과 같은 기능을 수행한다.
제안 알고리즘은 기존 생산현장의 생산 효율성, 생산 처리시간, 인력 투입 비용 등을 비교 분석한다. 특히, 제안 알고리즘은 생산 현장의 생산라인 중 1개의 라인을 대상으로 스마트팩토리 구축 전․후로 성능 분석한다.
제안 알고리즘은 IoT 장치를 부착한 제품 정보를 중앙 서버가 효율적으로 모니터링하거나 체크할 수 있도록 제조 프로세스가 능동적 의사결정이 실시간으로 이루질 수 있다. 제안 알고리즘은 다품종 복합생산이 가능한 중소기업을 대상으로 IoT 장치를 서로 연동하여 제조 프로세스를 단계적으로 구축 및 운영할 수 있도록 제품 정보와 출시 정보를 인식하여 제품 정보의 수집․보관․관리․처리 하도록 하였다. 또한, 제안 알고리즘은 기존 제조 환경의 생산 효율성과 비용 절감 효과를 얻기 위해서 기존제조 시스템과의 연계를 통해 공정 프로세스를 확장하는 기능을 추가하였다.
제안 알고리즘은 현재 운영 중인 전체 공장 프로세스 장비를 부분적으로 서로 연동하여 다품종 복합생산이 가능해질 수 있도록 한 것이 가장 큰 특징 중에 하나이다. 제안 알고리즘은 중소기업의 스마트팩토리 환경을 기존 환경에서 단계적으로 구축 및 운영할 수 있도록 IoT 장치에 제조 공정 중 발생되는 제품 정보와 출시 정보를 인식하여 제품 정보의 수집․보관․관리․처리 하도록 지원하도록 하였다. 또한, 제안 알고리즘은 장치간 인증 정보를 중앙의 서버가 중앙집중식으로 관리함으로써 IoT 장치 수에 상관없이 IoT간 연계를 자동화할 수 있도록 구성하였다.
제안 알고리즘은 기존 생산현장의 생산 효율성, 생산 처리시간, 인력 투입 비용 등을 비교 분석한다. 특히, 제안 알고리즘은 생산 현장의 생산라인 중 1개의 라인을 대상으로 스마트팩토리 구축 전․후로 성능 분석한다.
성능/효과
2는 중소기업 생산현장에 적용한 제조 과정에 IoT 장치를 이용하여 생산된 제품의 생산 효율성을 기존 생산 현장과 비교 분석하고 있다. Fig. 2의 분석 결과, 제안 알고리즘처럼 스마트팩토리 환경에 IoT 장치를 부착한 생산현장의 효율성이 기존 생산현장보다 생산 효율성이 13.7% 향상되었다. 이 같은 결과는 생산 제조 라인에 자동화 기술을 접목시켰기 때문에 생산 프로세스에 추가적인 기능이 필요하지 않았기 때문에 나타난 결과이다.
3은 스마트팩토리 환경에 IoT 장치를 부착하여 생산품들을 통합 관리하고 모니터링할 때 기존 생산 프로세스와 비교하여 생산되는 제품의 처리시간을 비교분석하고 있다. Fig. 3 분석 결과, 제안 알고리즘은 기존 제조 프로세스보다 공장 내 제품 처리 시간이 19.8% 향상되었다. 이 같은 결과는 제품 프로세스를 수동화에서 자동화로 변화하여 시간당 제조 과정에서 처리되는 시간을 최소화하였기 때문에 나타난 결과이다.
ICT와 제조업 기술이 융합해 공장 내 장비, 부품들이 연결 및 상호 소통이 원활하게 이루어질 수 있는 연결성이 있다. 둘째, 다품종 복합(대량/소량) 생산이 가능한 유연한 생산체계가 가능한 유연성이다. 셋째, 변화하는 여건에 따라 스스로 의사결정을 내림으로써 능동적으로 대응할 수 있는 지능성이 있다[10].
첫째, 제안 알고리즘은 공장내 설치된 IoT 장치를 통해서 제조공정을 추적 및 모니터링하는 것을 손쉽게 하였다. 둘째, 스마트팩토리 환경으로 구축되지 못한 기존 제조 시스템과의 연계를 통해 공정 프로세스를 확장할 수 있다.
8% 향상된 결과를 얻었다. 또한, 공정 프로세스에 투입된 인력 투입 비용도 37.1% 감소된 결과를 얻었다. 향후 연구에서는 본 연구의 결과를 기반으로 중소기업에서 생산되는 제품별 불량율 자동 검출 알고리즘에 대한 추가 연구를 수행할 계획이다.
4는 스마트팩토리 환경으로 중소기업의 제조환경을 바꿔주었을 때 기존 제조환경과의 인력 투입 비용을 비교분석하고 있다. 분석 결과, 공장내 자동화를 구축화 제조 공정 프로세스가 기존 제조 공정 프로세스보다 투입된 인력 투입 비용이 37.1% 감소된 결과를 얻었다. 이같은 결과는 제조 공정에 IoT 기술을 제조 장비에 투입했기 때문에 기존 인력이 사용하는 부분을 자동화로 바꿔기 때문에 나타난 결과이다.
또한, 제안 알고리즘은 기존 제조 환경의 생산 효율성과 비용 절감 효과를 얻기 위해서 기존제조 시스템과의 연계를 통해 공정 프로세스를 확장하는 기능을 추가하였다. 성능평가 결과, 제안 알고리즘은 스마트팩토리 환경을 구축하기 전의 공장 프로세스와 효율성을 평가한 결과 13.7% 향상된 결과를 얻었고, 공장 내 제품 처리 시간도 19.8% 향상된 결과를 얻었다. 또한, 공정 프로세스에 투입된 인력 투입 비용도 37.
본 논문에서는 중소기업의 제조환경에 적합한 스마트팩토리 환경을 구축하기 하기 위한 IoT 장치간 연계 알고리즘을 제안하였다. 제안 알고리즘은 IoT 장치를 부착한 제품 정보를 중앙 서버가 효율적으로 모니터링하거나 체크할 수 있도록 제조 프로세스가 능동적 의사결정이 실시간으로 이루질 수 있다. 제안 알고리즘은 다품종 복합생산이 가능한 중소기업을 대상으로 IoT 장치를 서로 연동하여 제조 프로세스를 단계적으로 구축 및 운영할 수 있도록 제품 정보와 출시 정보를 인식하여 제품 정보의 수집․보관․관리․처리 하도록 하였다.
제안 알고리즘은 기존 제조 환경의 생산 효율성과 비용 절감 효과를 얻기 위해서 다음과 같은 기능을 수행한다. 첫째, 제안 알고리즘은 공장내 설치된 IoT 장치를 통해서 제조공정을 추적 및 모니터링하는 것을 손쉽게 하였다. 둘째, 스마트팩토리 환경으로 구축되지 못한 기존 제조 시스템과의 연계를 통해 공정 프로세스를 확장할 수 있다.
후속연구
1% 감소된 결과를 얻었다. 향후 연구에서는 본 연구의 결과를 기반으로 중소기업에서 생산되는 제품별 불량율 자동 검출 알고리즘에 대한 추가 연구를 수행할 계획이다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
스마트팩토리는 무엇인가?
스마트팩토리는 새로운 개념이 아니라 기존 공장자동화(Factory automating)의 개념을 확장하여 생산시설을 무인화하고 자동화한다는 개념이다. 기존 공장자동화는 공정 프로세스를 단위 공정 별로만 자동화가 이루어져 전체 공정으로만 본다면 유기적이지 못한 단점이 있다.
스마트팩토리의 활용 범위는 무엇이 있는가?
스마트팩토리는 다양한 형태의 공장 레이아웃 구현, 빠른 레이아웃 검토, 시뮬레이션을 통해 최적의 생산 운영 체계 구성, 공장 시설 변경에 대한 빠른 업데이트, 공장 설비의 검토 및 이력 관리, 영업 및 마케팅 자료로 활용 등에서 활용 범위가 다양하다[11-13].
IoT 장치간 연계 알고리즘은 어떠한 효과를 나타내는가?
또한, 제안 알고리즘은 장치간 인증 정보를 중앙의 서버가 중앙집중식으로 관리함으로써 IoT 장치 수에 상관없이 IoT간 연계를 자동화하는 특징이 있다. 성능평가 결과, 제안 알고리즘은 스마트팩토리 환경을 구축하기 전의 공장 프로세스와 효율성을 평가한 결과 13.7% 향상된 결과를 얻었고, 공장 내 제품 처리 시간도 19.8% 향상된 결과를 얻었다. 또한, 공정 프로세스에 투입된 인력 투입 비용도 37.1% 감소된 결과를 얻었다.
참고문헌 (16)
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