[논문]야외창고 재고실사 자동화를 위한 시스템 개발

배성문; 한관희; 이화용; 홍금석

doi:10.11627/jkise.2018.41.3.138

야외창고 재고실사 자동화를 위한 시스템 개발
Automation of Inventory Checking System for Outdoor Warehouse 원문보기

Journal of Korean Society of Industrial and Systems Engineering = 한국산업경영시스템학회지, v.41 no.3, 2018년, pp.138 - 144

배성문 (경상대학교 산업시스템공학부) , 한관희 (경상대학교 산업시스템공학부) , 이화용 (브이엠에스솔루션스) , 홍금석 (한국항공우주산업주식회사)

Abstract ▼ AI-Helper

Inventory inspection is an important task to eliminate the inconsistency between real assets and inventory management systems, and it is performed periodically at the site. In the case of a large-sized property, it is mainly managed in an outdoor workshop or a warehouse. However, due to the large area of the outdoor area, it is relatively difficult to identify the quantity and location of the property and is also vulnerable to theft. To solve this problem, we proposed a method and system for performing a warehouse inventory inspection using an unmanned aerial vehicle (UAV) and Bluetooth low energy (BLE) beacons. The proposed method has the following advantages. First of all, if we carry out inventory inspection by utilizing UAV, we can minimize user's effort compared to existing methods. The method of recognizing the asset by attaching the BLE beacon is more costly than using the existing RFID technology, but it is advantageous because the recognition distance is increased and the battery life of the tag is drastically increased. We also designed a BLE beacon reader for the system and implemented a prototype to show the feasibility of the proposed system. The prototype is based on Genuino 101, which is a kind of arduino, and adds HM-10 and Neo-6m modules to provide Bluetooth and GPS functions. The BLE beacon reader was tested in outdoor, and attached in drone. We also developed an inventory checking system based on the web to display results of inventory checking. The proposed approach enables the users to automate the operation of inventory checking on an outdoor warehouse.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

옥외 작업장은 대부분 넓은 영역에 재물이 분포되므로 정확한 위치를 파악하는 것보다는 개략적인 위치에 재물이 존재하는지 여부를 확인하는 것이 더 중요하다. 따라서 본 연구에서는 비콘 리더기에 GPS 모듈을 부착하여 인식된 비콘의 위치를 파악하였다. [Figure 2]는 위 요구사항을 충족시킬 수 있는 비콘 리더기의 하드웨어 블록 다이어그램이다.
본 연구에서는 옥외 창고 재고실사를 자동화 할 수 있는 저전력 블루투스 비콘과 드론 기반 재고실사 시스템 내에서 저전력 블루투스 비콘 리더기를 설계하고 개발하였고, 이를 처리하기 위한 서버 프로그램을 개발하였다. 본 연구에서 개발한 비콘 리더기는 기존의 비콘 리더기에 비해 GPS를 활용한 위치 정보를 수집할 수 있다는 것이 장점이다.
RFID를 조선업의 자재관리에 응용하여 블록위치 파악을 위해 PDA와 GPS를 이용하여 블록의 위치를 추적하는 연구가 있었다[6]. 이 연구는 블록운반 담당자가 블록이 운반된 위치의 GPS 값을 PDA로 등록하는 시스템으로 담당자가 직접 등록하기 때문에 이동위치의 미등록, 실수의 가능성이 존재한다. 그 외 실내 창고의 재고관리를 위해 RFID와 이동형 로봇을 활용한 연구도 있었는데, 개발된 시스템은 RFID 태그가 장착된 재물들의 정보를 무인 이동형 로봇으로 획득하여 그 정보를 데이터베이스에서 자동 갱신한다[11].
이에 본 연구에서는 야외창고의 재물을 효율적으로 파악하기 위한 새로운 방법을 제시하고자 한다. 제안하는 방법은 저전력 블루투스(BLE : bluetooth low energy) 비콘(beacon)과 무인기 드론을 활용하는 것으로 비콘 리더기를 장착한 무인기가 주기적으로 넓은 옥외창고를 비행하면서 재물에 부착된 BLE 비콘을 인식하고, 수집한 재물데이터를 재고관리 시스템의 정보와 비교하는 방식으로 실사를 진행하는 것이다.

제안 방법

7개의 비콘을 나열하여 놓고 3m 거리 단위로 인식률을 측정하였다([Figure 6] 참조). 각각을 하나씩 겹치지 않게 나열하는 경우는 15m 거리까지 각 비콘이 100% 인식되었지만, 18m 거리부터는 인식률이 떨어지기 시작하였다.
이 연구는 블록운반 담당자가 블록이 운반된 위치의 GPS 값을 PDA로 등록하는 시스템으로 담당자가 직접 등록하기 때문에 이동위치의 미등록, 실수의 가능성이 존재한다. 그 외 실내 창고의 재고관리를 위해 RFID와 이동형 로봇을 활용한 연구도 있었는데, 개발된 시스템은 RFID 태그가 장착된 재물들의 정보를 무인 이동형 로봇으로 획득하여 그 정보를 데이터베이스에서 자동 갱신한다[11]. 하지만 유도선 기반의 로봇 이동, 배터리 지속시간 등의 문제로 옥외 창고로 확장하기에는 문제가 있다.
이는 기존의 비콘 리더기가 단순히 비콘의 존재유무만을 확인하는 것을 보완한 것으로 넓은 장소에 재물에 분포하는 옥외 창고에서 반드시 필요한 기능이다. 또한, iBeacon 구조와 GPS 정보를 기초로 하여 재고 실사를 위한 태그용 데이터 구조를 정의하였다. 단순히 고유ID만을 통해 재물의 존재유무만을 판단하는 것이 아니라 iBeacon 구조와 GPS 정보를 활용함으로써 재고가 옥외 창고의 어느 위치에 존재하고 있는지 추정 가능하도록 하여 옥외 재고를 쉽게 찾을 수 있다.
실내 인식 거리에 대한 실험 이외에 장애물 투과에 대해서도 실험을 진행하였다. 리더기와 비콘 사이를 파티션으로 가리고 인식이 되는 지를 테스트하였다. 파티션의 재질은 철로 이루어져 있으며 두께는 6.
[Figure 3]은 HM-10 모델에 코인 배터리를 연결하여 동작하게 세팅한 것으로 HM-10은 저전력 모듈임과 동시에 iBeacone 모드를 지원함으로써 손쉽게 저전력 블루투스 비콘을 구성할 수 있다. 모듈을 제어하는 AT 명령어를 사용하여 iBeacone 모드로 전환하였고 Auto sleep모드를 활성화하여 전력소비를 최소화하였다. Auto sleep모드를 활성화하게 되면 소비전력이 8mAh에서 0.
RFID는 유비쿼터스 시대의 도래로 RFID 기술의 확산과 전망에 대해 논의되었고 다양한 분야에 이를 적용하기 위해 많은 연구가 수행되었다[2]. 물류분야에서 항만 컨테이너 터미널에서 RFID를 적용하여 게이트 입/출입 관리에 대한 실증 연구를 진행하였고, 국제물류분야의 RFID 적용모델을 검토하였는데 국제물류 프로세스에 참여하는 기업들을 대상으로 하여 To-Be 모델을 제시하였다[1, 4].정석인은 RFID 기술의 다양한 응용 사례를 수집하고, 각 사례를 유형별로 구분한 뒤 비즈니스 모델 구성 요소를 제시하고 RFID 산업 활성화에 대한 시사점을 제시하였다[5].
단순히 고유ID만을 통해 재물의 존재유무만을 판단하는 것이 아니라 iBeacon 구조와 GPS 정보를 활용함으로써 재고가 옥외 창고의 어느 위치에 존재하고 있는지 추정 가능하도록 하여 옥외 재고를 쉽게 찾을 수 있다. 본 연구에서 개발한 시제품의 실제적용을 위한 거리 인식, 장애물 투과, 다중인식 등의 실험을 하였다. 하지만 드론의 비행경로에 따른 비콘 거리 인식은 실제 어떤 결과가 될지 확인하지 못 했는데, 이에 대한 추후 연구가 필요하다.
본 연구에서 제안한 시스템은 재물에 부착할 BLE 비콘, 비콘을 인식할 수 있는 비콘 리더기, 비콘 리더기를 장착하여 이동할 무인기, 수집된 비콘 데이터를 분석할 서버 프로그램으로 구성된다. 비콘 리더기를 부착한 무인기는 야외창고 전체 지역을 자동 비행하고, 비콘 리더기는 각 위치에서 인식되는 비콘 신호를 감지하여 재물의 존재여부와 위치를 파악하여 자체 포맷을 가진 파일에 임시저장한다.
비콘 리더기가 드론에 장착 되었을 시 정상 작동이 되는가에 대한 테스트를 실시하였다. 드론은 DJI사의 팬텀2 드론을 사용하였다.
우선 드론에서 인식 가능한 높이를 측정하였다. 비콘을 먼저 동작하게 한 후에 드론을 측정하게 되면 측정하고자 하는 높이에 도달하기 전에 비콘을 인식하기 때문에 드론을 일정 높이에서 고도를 유지시킨 후 비콘의 전원을 인가하여 인식 여부를 측정하였다.
각각을 하나씩 겹치지 않게 나열하는 경우는 15m 거리까지 각 비콘이 100% 인식되었지만, 18m 거리부터는 인식률이 떨어지기 시작하였다. 비콘의 다중적재 상황의 인식률을 확인하기 위해 7개 비콘을 다중적재 시키고 인식 여부를 실험하였다. 역시 3m거리 단위로 인식률을 측정하였다.
선택된 재물에 대해 실제 위치를 구글 지도와 연계하여 보여주는 시각화 기능을 구현하여 옥외창고에서 어느 정도 위치에 재물이 위치하는지를 쉽게 파악할 수 있도록 구현하였다([Figure 10] 참조).
수집되고 전 처리된 비콘 데이터를 재고관리 시스템에서 비교하고 보여주기 위해 서버 프로그램을 작성하였다. 서버 프로그램은 웹 기반으로 개발되었으며, PHP, HTML, Wamp 웹 서버, MySQL 데이터베이스를 사용하였다.
실내 인식 거리에 대한 실험 이외에 장애물 투과에 대해서도 실험을 진행하였다. 리더기와 비콘 사이를 파티션으로 가리고 인식이 되는 지를 테스트하였다.
드론은 DJI사의 팬텀2 드론을 사용하였다. 우선 드론에서 인식 가능한 높이를 측정하였다. 비콘을 먼저 동작하게 한 후에 드론을 측정하게 되면 측정하고자 하는 높이에 도달하기 전에 비콘을 인식하기 때문에 드론을 일정 높이에서 고도를 유지시킨 후 비콘의 전원을 인가하여 인식 여부를 측정하였다.
위와 같이 제작한 비콘 리더기의 성능을 확인하기 위해 비콘 인식거리, 장애물 투과 인식, 다중 비콘 인식을 실험하였다. 먼저 실내에서 1개의 비콘 인식을 테스트하였는데, [Figure 5]에서 보는 바와 같이 7m 거리까지는 잘 인식이 되었지만 8m부터는 인식이 되지 않았다.
물류분야에서 항만 컨테이너 터미널에서 RFID를 적용하여 게이트 입/출입 관리에 대한 실증 연구를 진행하였고, 국제물류분야의 RFID 적용모델을 검토하였는데 국제물류 프로세스에 참여하는 기업들을 대상으로 하여 To-Be 모델을 제시하였다[1, 4].정석인은 RFID 기술의 다양한 응용 사례를 수집하고, 각 사례를 유형별로 구분한 뒤 비즈니스 모델 구성 요소를 제시하고 RFID 산업 활성화에 대한 시사점을 제시하였다[5]. RFID를 조선업의 자재관리에 응용하여 블록위치 파악을 위해 PDA와 GPS를 이용하여 블록의 위치를 추적하는 연구가 있었다[6].
제 3절에서 제안한 재고실사 방법을 검증하기 위해 본 연구에서는 BLE 비콘 리더기, 비콘 데이터 전처리모듈, 재고실사 프로그램을 개발하였다. 비콘 리더기는 iBeacon호환 비콘을 인식할 수 있어야 하고, 재물의 위치 정보를 인식할 수 있어야 한다.
이에 본 연구에서는 야외창고의 재물을 효율적으로 파악하기 위한 새로운 방법을 제시하고자 한다. 제안하는 방법은 저전력 블루투스(BLE : bluetooth low energy) 비콘(beacon)과 무인기 드론을 활용하는 것으로 비콘 리더기를 장착한 무인기가 주기적으로 넓은 옥외창고를 비행하면서 재물에 부착된 BLE 비콘을 인식하고, 수집한 재물데이터를 재고관리 시스템의 정보와 비교하는 방식으로 실사를 진행하는 것이다.

대상 데이터

비콘 리더기가 드론에 장착 되었을 시 정상 작동이 되는가에 대한 테스트를 실시하였다. 드론은 DJI사의 팬텀2 드론을 사용하였다. 우선 드론에서 인식 가능한 높이를 측정하였다.
비콘 리더기가 인식하는 비콘은 HM-10 모델을 이용하였다. [Figure 3]은 HM-10 모델에 코인 배터리를 연결하여 동작하게 세팅한 것으로 HM-10은 저전력 모듈임과 동시에 iBeacone 모드를 지원함으로써 손쉽게 저전력 블루투스 비콘을 구성할 수 있다.
리더기와 비콘 사이를 파티션으로 가리고 인식이 되는 지를 테스트하였다. 파티션의 재질은 철로 이루어져 있으며 두께는 6.5cm이다. 철제 파티션을 사이에 두고 인식을 실험을 한 결과 본 연구에서 제작한 시제품이 5m 이상 인식이 가능하였다.

성능/효과

본 연구에서는 옥외 창고 재고실사를 자동화 할 수 있는 저전력 블루투스 비콘과 드론 기반 재고실사 시스템 내에서 저전력 블루투스 비콘 리더기를 설계하고 개발하였고, 이를 처리하기 위한 서버 프로그램을 개발하였다. 본 연구에서 개발한 비콘 리더기는 기존의 비콘 리더기에 비해 GPS를 활용한 위치 정보를 수집할 수 있다는 것이 장점이다. 이는 기존의 비콘 리더기가 단순히 비콘의 존재유무만을 확인하는 것을 보완한 것으로 넓은 장소에 재물에 분포하는 옥외 창고에서 반드시 필요한 기능이다.
저전력 블루투스 비콘 리더기를 드론에 부착하여 거리를 인식률을 실험해 본 결과 상공 12m까지 100% 인식이 가능하였다. 하지만 15m부터는 인식률이 하락하기 시작하였다([Figure 7] 참조).
5cm이다. 철제 파티션을 사이에 두고 인식을 실험을 한 결과 본 연구에서 제작한 시제품이 5m 이상 인식이 가능하였다. 보편적으로 많이 사용하는 수동형 RFID 태그의 경우 알루미늄 호일이나 두께 5mm의 철판을 투과하지 못하지만, 저전력 블루투스 비콘은 컨테이너나 철제 파이프 등에도 사용이 가능하다는 것을 검증하였다.

후속연구

이는 드론의 원격 조종 주파수와 동일한 주파수를 사용하기 때문에 생기는 것으로 판단된다. 따라서 상공 12m까지의 높이까지 적재된 대형 재고의 경우 본 연구에서 개발한 제품을 사용할 수 있다.
본 연구에서 개발한 시제품의 실제적용을 위한 거리 인식, 장애물 투과, 다중인식 등의 실험을 하였다. 하지만 드론의 비행경로에 따른 비콘 거리 인식은 실제 어떤 결과가 될지 확인하지 못 했는데, 이에 대한 추후 연구가 필요하다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	논문의 저자가 제안한 야외창고의 재물을 효율적으로 파악하기 위한 새로운 방법은 무엇인가?	이에 본 연구에서는 야외창고의 재물을 효율적으로 파악하기 위한 새로운 방법을 제시하고자 한다. 제안하는 방법은 저전력 블루투스(BLE : bluetooth low energy) 비콘(beacon)과 무인기 드론을 활용하는 것으로 비콘 리더기를 장착한 무인기가 주기적으로 넓은 옥외창고를 비행하면서 재물에 부착된 BLE 비콘을 인식하고, 수집한 재물데이터를 재고관리 시스템의 정보와 비교하는 방식으로 실사를 진행하는 것이다.
	재물에 대한 재고실사 방법 중 바코드를 활용한 방법의 한계는 무엇인가?	이 방법은 바코드 인쇄기나 리더기를 필요로 하지만, 상대적으로 하드웨어에 투자되는 비용은 크지 않고, 작업자의 입력 실수를 제거한다는 측면에서 우수한다. 하지만 여전히 작업자가 이동하면서 바코드 리더기를 이용하여 바코드를 읽기 때문에 작업자의 시간과 노력이 필요하다. 또한 한 번에 하나의 바코드만을 읽을 수 있고, 바코드를 인식하기 위한 시야각이 확보되어야하기 때문에 비효율적이라 할 수 있다. 또한 작업자가 이동하면서 작업을 진행하기 때문에 넓은 외부 창고에서는 활용하기 어려운 단점이 있다.
	바코드를 활용한 재고관리의 방법의 단점을 개선한 방법은 무엇인가?	바코드의 단점을 개선하는 재고관리의 방법은 RFID(radio frequency identification)를 활용하는 것이다. RFID는 비접촉식이며, 태그인식을 위해 시야각을 확보하지 않아도 괜찮으며, 다중인식이 가능하다는 장점으로 다양한 분야에 활용되고 있다[4, 6, 10].

참고문헌 (11)

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Ryu et al., Development of u-Farm Information Architecture and Information Management Technology based on RFID/USN for the Agricultural Sector, Journal of Society of Korea Industrial and Systems Engineering, 2015, Vol. 38, No. 1, pp. 170-181.

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Son, M.H. and Do, Y.T., Mobile Robot System Design for RFID-based Inventory Checking, Journal of Korea Robotics Society, 2011, Vol. 6, No. 1, pp. 49-57.

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저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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