[논문]스마트 팩토리 디지털 트윈(Digital Twin)을 위한 IIoT 통신 기반 ZMP(Zone Master Platform) 설계

박선희; 배종환

doi:10.20465/kiots.2020.6.4.081

스마트 팩토리 디지털 트윈(Digital Twin)을 위한 IIoT 통신 기반 ZMP(Zone Master Platform) 설계
A Design on The Zone Master Platform based on IIoT communication for Smart Factory Digital Twin 원문보기

한국사물인터넷학회 논문지 = Journal of the Korea Internet of Things Society, v.6 no.4, 2020년, pp.81 - 87

박선희 (주식회사 유토비즈) , 배종환 (주식회사 유토비즈)

초록
AI-Helper

본 논문은 스마트 팩토리(Smart Factory) 디지털 트윈(Digital Twin) 구축을 위해서 다양한 산업용 센서(IoT/비 IoT)로부터 센서데이터를 획득하기 위한 표준 노드(Node)를 생성하고 그룹별/공정별 존(Zone)을 연동하여 상호호환적인 데이터의 교환 기능을 제공함으로써 데이터의 안정성을 확보하고 스마트 팩토리의 디지털 트윈(Digital Twin)을 위한 효과적인 존 마스터(Zone Master) 플랫폼 구축 방안을 제시하였다. 존 마스터(Zone Master) 플랫폼의 Process는 독립된 시스템 간의 센서 객체 및 센서 상호작용이 어떻게 수행하는지를 정의해 주기 위한 인터페이스 명세를 포함하고 있으며 고유의 데이터 교환 규칙에 대한 개별 정책들을 수행하고 있다. 존 마스터 플랫폼 프로세서의 실행 통제를 위한 인터페이스는 시스템관리, 자료교환의 협상(publish-subscribe)을 위한 선언 관리, 센서 객체의 등록 및 상태 정보를 통신하기 위한 객체 관리, 속성 소유권 공유를 위한 소유권 관리, 데이터 동기화를 위한 시간 관리, 데이터 교환에 대한 Route 정보를 위한 자료 분배 관리를 제공한다.

Abstract ▼ AI-Helper

This paper creates a standard node for acquiring sensor data from various industrial sensors (IoT/non-IoT) for the establishment of Smart Factory Digital Twin, and provides inter-compatible data by linking zones by group/process to secure data stability and to ensure the digital twin (Digital Twin) of Smart Factory. The process of the Zone Master platform contains interface specifications to define sensor objects and how sensor interactions between independent systems are performed and carries out individual policies for unique data exchange rules. The interface for execution control of the Zone Master Platform processor provides system management, declaration management for public-subscribe, object management for registering and communicating status information of sensor objects, ownership management for property ownership sharing, time management for data synchronization, and data distribution management for Route information on data exchange.

주제어

표/그림 (14)

그림 [Fig. 1] Zone Master Overview
그림 [Fig. 2] Zone Master Platform(ZMP) Operational Concepts
그림 [Fig. 3] Zone Master Platform Hierarchy
그림 [Fig. 4] Zone Master Platform System Configuration Diagram
그림 [Fig. 5] Zone Processing Diagram
그림 [Fig. 6] Digital Twin Sensor Interface Configuration Diagram
그림 [Fig. 7] Digital Twin Sensor Handler
그림 [Fig. 8] Digital Twin Sensor Manager
그림 [Fig. 9] Non IoT(PLC)/IoT Zone(A Type)
그림 [Fig. 10] Non IoT/Non IoT Zone(B Type)
그림 [Fig. 11] I/O Diagram
그림 [Fig. 12] Prototypes
그림 [Fig. 13] Sensor Control And Monitor
표 Digital Twin Sensor Manager Layer Components and Features

AI 본문요약
AI-Helper

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문제 정의

본 논문에서는 스마트 팩토리 디지털 트윈(Digital Twin)을 위한 IoT/비 IoT로 구성된 사업용 센서 데이터를 획득하기 위한 표준 노드(Node)를 생성하고 그룹별/ 공정별 존(Zone)을 연동하여 상호호환적인 데이터 교환기능을 제공하기 위한 존 마스터(Zone Master) 플랫폼 서비스를 구현하였다.
본 논문에서는 스마트 팩토리(Smart Factory) 디지털트윈(Digital Twin) 구축을 위해서 다양한 산업용 센서 (IoT/비 IoT)로부터 센서데이터를 획득하기 위한 표준노드(Node)를 생성하고 그룹별/공정별 존(Zone)을 연동하여 상호호환적인 데이터 교환 기능을 제공함으로써 데이터의 안정성을 확보하고 스마트 팩토리의 디지털 트윈(Digital Twin)을 위한 효과적인 플랫폼 구축 방안을 제시하고자 한다.

제안 방법

동작 실험을 위해 구성된 비 IotT(PLC) Zone, IoT Zone을 통해 획득된 센서 정보(Node)는 존( Zone) 정보 처리기를 통하여 존 마스터 플랫폼(ZMP)에 등록되어 디지털 트윈(Digital Twin) 센서 형태로 관리되고 Bridge Zone을 통하여 스마트 팩토리 통제(Controller) 도구에 연동되어 제어 및 감시의 정상 동작을 확인하였다[Fig. 13].
비 IotT(PLC) Zone, IoT Zone, Bridge Zone으로 구성된 테스트 베드(A타입), 비 IotT(PLC) Zone, 비 IotT(PLC) Zone, Bridge Zone으로 구성된 테스트 베드(B타입)를 구성하여 동작을 확인하였고 센서모델의 제어/감시하기 위한 존 마스터 통제기를 구현하여 디지털트윈(Digital Twin) 센서에 대한 구현 상태를 확인하였다.
수행하도록 하였다. 이러한 독립적인 정책 및 규약을 처리하기 위한 공통 구조를 구현하였으며, 공통 구조를 통해서 상호운용성 및 재사용성을 확보하도록 하였다. 존마스터 플랫폼 프로세서의 실행 통제를 위한 인터페이스는 시스템관리(System Management), 자료교환의 협상 (publish - subscribe)을 위한 선언 관리, 센서 객체의 등록 및 상태 정보 통신하기 위한 객체 관리, 속성 소유권 공유를 위한 소유권 관리, 데이터 동기화를 위한 시간관리, 데이터 교환에 대한 Route 정보를 위한 자료 분배 관리의 6가지 관리영역에 대한 서비스 기능을 구현하였다.
존 마스터(Zone Master) 플랫폼 동작 확인을 위해서 비 IotT(PLC) Zone, IoT Zone, Bridge Zone으로 구성된 테스트베드(A타입)[Fig.9], 비IotT(PLC) Zone, 비 IotT(PLC) Zone, Bridge Zone으로 구성된 테스트베드 (B타입)[Fig.10]를 구성하였다.
이러한 독립적인 정책 및 규약을 처리하기 위한 공통 구조를 구현하였으며, 공통 구조를 통해서 상호운용성 및 재사용성을 확보하도록 하였다. 존마스터 플랫폼 프로세서의 실행 통제를 위한 인터페이스는 시스템관리(System Management), 자료교환의 협상 (publish - subscribe)을 위한 선언 관리, 센서 객체의 등록 및 상태 정보 통신하기 위한 객체 관리, 속성 소유권 공유를 위한 소유권 관리, 데이터 동기화를 위한 시간관리, 데이터 교환에 대한 Route 정보를 위한 자료 분배 관리의 6가지 관리영역에 대한 서비스 기능을 구현하였다.
테스트 A형은 데이터 입력을 위해 온도 센서, 수위 센서, 유량 센서를 사용하였고, 데이터 출력을 위해서 히터, 펌프, 계폐 장치를 통하여 데이터 출력 동작 확인이 가능하도록 구성하였으며, 비 IotT(PLC) Zone, IoT Zone, Bridge Zone에 각각의 센서 노드(Node)를 등록하여 동작을 확인하였다[Fig. 9].
테스트 B형은 테스트 A형과 동일한 입출력 센서를 비 IotT(PLC) Zone, 비 IotT(PLC) Zone, Bridge Zone으로 구성하여 동작 실험을 하였다[Fig. 10].

후속연구

이를 통하여 공정 시스템에 대한 지능화(Intelligence), 연결화(Connectivity), 가상화(Virtualization) 목표를 달성함으로써 스마트 팩토리 혁신이 가능하게 될 것이다. 또한, 안정적인 데이터의 획득은 데이터 관리를 위한 공통 플랫폼 서비스 지원을 가능하게 하며 혁신적인 스마트 팩토리의 구축을 위한 디지털 트윈(Digital Twin) 서비스의 실현이 가능하게 할 것이다.
향후 연구로는 존 마스터(Zone Master) 플랫폼에 MQTT, OPC-UA, DDS, HLA와 같은 표준화된 데이터 교환을 위한 노드(Node)의 구성을 위한 효율적인 방안에 대한 설계 및 구현 방안을 제시할 예정이다.

참고문헌 (16)

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상세보기
OPC Unified Architecture - Part 1: Overview and Concepts, IEC 62541-1, Oct. 2016.
"IEC 62541 OPC Unified Architecture Specification Part1: Overview and Concepts, ver 1.01", OPC Foundation, Feb, 2009
"IEC 62541 OPC Unified Architecture Specification Part2: Security Model, ver 1.01", OPC Foundation, Feb, 2009
"IEC 62541 OPC Unified Architecture Specification Part3: Address Space Model, ver 1.0", OPC Foundation, Feb, 2009
"IEC 62541 OPC Unified Architecture Specification Part4: Services, ver 1.0", OPC Foundation, Feb, 2009
"IEC 62541 OPC Unified Architecture Specification Part5: Information Model ,ver 1.0", OPC Foundation, Feb, 2009
"IEC 62541 OPC Unified Architecture Specification Part6: Mappings, ver 1.0", OPC Foundation, Feb, 200
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M. H. Schwarz and J. Borcsok, "A survey on OPC and OPC-UA: About the standard, developments and investigations," Proc. of the XXIV International Symposium on Information, Communication and Automation Technologies (ICAT), pp.1-6, Oct. 2013.
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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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