$\require{mediawiki-texvc}$

연합인증

연합인증 가입 기관의 연구자들은 소속기관의 인증정보(ID와 암호)를 이용해 다른 대학, 연구기관, 서비스 공급자의 다양한 온라인 자원과 연구 데이터를 이용할 수 있습니다.

이는 여행자가 자국에서 발행 받은 여권으로 세계 각국을 자유롭게 여행할 수 있는 것과 같습니다.

연합인증으로 이용이 가능한 서비스는 NTIS, DataON, Edison, Kafe, Webinar 등이 있습니다.

한번의 인증절차만으로 연합인증 가입 서비스에 추가 로그인 없이 이용이 가능합니다.

다만, 연합인증을 위해서는 최초 1회만 인증 절차가 필요합니다. (회원이 아닐 경우 회원 가입이 필요합니다.)

연합인증 절차는 다음과 같습니다.

최초이용시에는
ScienceON에 로그인 → 연합인증 서비스 접속 → 로그인 (본인 확인 또는 회원가입) → 서비스 이용

그 이후에는
ScienceON 로그인 → 연합인증 서비스 접속 → 서비스 이용

연합인증을 활용하시면 KISTI가 제공하는 다양한 서비스를 편리하게 이용하실 수 있습니다.

Digital Twin 개념을 적용한 제조환경 시뮬레이션 모형 설계
The Design of Manufacturing Simulation Modeling Based on Digital Twin Concept 원문보기

한국시뮬레이션학회논문지 = Journal of the Korea Society for Simulation, v.29 no.2, 2020년, pp.11 - 20  

황성범 (광운대학교 경영학과) ,  정석재 (광운대학교 경영학과) ,  윤성욱

초록
AI-Helper 아이콘AI-Helper

제조환경이 더욱 복잡해짐에 따라 전통적인 시뮬레이션만으로는 실시간 현장 결과를 평가하는 데 많은 어려움을 겪고 있다. 이를 극복하기 위한 대안으로 Digital Twin개념이 활발히 논의되고 있지만, 제품설계 단계에 국한되어 연구가 진행되고 있는 실정이다. 본 연구는 Digital Twin개념이 생산 공정 프로세스에 적용되기 위한 Digital Twin 기반 제조환경 프레임워크를 제시하였다. 구성요소는 실제 생산환경인 물리적 시스템과 데이터베이스, 그리고 가상 시스템인 트윈 모델을 제안하였다. 본 연구에서는 Arena 소프트웨어와 엑셀 VBA를 활용하여 컨베이어 시스템을 대상으로 간단한 Digital Twin 기반 제조시스템을 모의실험하였다. 실험결과 트윈 모델이 실제 물리적 시스템의 실시간 데이터를 전송받아 동일한 시간단위로 작동됨을 확인하였고, 엑셀 VBA에서 축적된 실시간 데이터와 학습 데이터를 기반으로 조정된 파라미터를 생성하고 있음을 확인하였다. 또한, 간단한 모의실험을 통해 Digital Twin 모델 구동 방법을 제안하였으며, Digital Twin 모델의 구현 가능성을 보여주었다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

As the manufacturing environment becomes more complex, traditional simulation models alone are having a lot of difficulties in reflecting real-time manufacturing situations. Although the Digital Twin concept is actively discussed as an alternative to overcome theses issues, many studies are being ca...

주제어

표/그림 (15)

AI 본문요약
AI-Helper 아이콘 AI-Helper

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

문제 정의

  • 하지만 제조공정의 생산성은 단일 설비의 최적화된 관리뿐만 아니라 공정의 전체적인 생산 스케줄링, 재고관리, 작업관리, 인력 스케줄 등의 최적화된 통제로부터 향상될 수 있다. 따라서 본 연구에서는 제조공정 의 물리적 공간과 가상공간의 인터커넥트를 실현하기 위하여 시뮬레이션 기반의 Digital Twin 공정 프레임 워크를 개발하는 연구를 진행했다.
  • 향후 Digital Twin 기반 시뮬레이션의 실제 제조환경 적용 가능성을 실험하기 위해, 간단한 제조환경을 설계하고 실제 센서를 부착하여 물리적 시스템과 트윈 시스템의 동기화 및 생산기준시간 조정을 통한 생산 스케줄 결과의 개선 효과들을 면밀히 분석하여 Digital Twin 개념이 생산공정 프로세스에 적용되었을 때의 효과를 정량적으로 검증하는 데 초점을 맞추고자 한다. 또한 흐름공정의 형태가 아닌 Job shop 형태의 생산현장에서 DB에 저장된 정보를 활용한 시뮬레이션을 수행할 때 오차가 발생할 수 있는 부분을 고려하고, Digital Twin 동작을 위한 IoT기반 핵심기술들을 식별하고자 한다.
  • 본 연구에서 제안하는 Digital Twin 제조환경 프레임 워크는 물리적 시스템, 가상 시스템, Digital Twin 데이터베이스(이하 DB라 함), 생산계획 시스템으로 구성된다. 본 연구는 Digital Twin 제조환경 프레임 워크에서 4가지 요소들의 역할을 정의하고, 각 요소들이 서로 연동되는 메커니즘을 제안한다
  • 본 연구는 Digital Twin기반 제조 환경의 적용 가능성을 묘사하기 위해 간단한 컨베이어 시스템을 Arena 시뮬레이션 모델을 통해 개발하였다. 실험 예제를 통해 물리적 시스템과 트윈 모델이 동일한 시간으로 작동함을 확인할 수 있었고, 축적된 데이터를 통해 조정된 파라미터로 실험이 수행됨을 증명하였다.
  • 이에 본 연구에서는 Digital Twin 개념을 제조 공정에 적용하여 생산 스케줄을 생성하는 데 활용하기 위한 프레임 워크를 제시하였으며, 핵심 구성요소 중 하나인 트윈 모델의 역할을 명확히 정의하였다. Digital Twin 기반 시뮬레이션에서 트윈 모델은 생산 사이클 중 생산 진행 단계에서 구동되며 물리적 시스템의 실제 동작시간과 동일하게 시뮬레이션이 작동하면서 사용자가 사전에 정의된 데이터를 수집하는 역할을 담당한다.

가설 설정

  • 먼저 VBA는 작업시간에 대한 확률분포를 생성하여 물리적 시스템의 입력 데이터로 활용하도록 한다. 본 실험에서는 타 설비의 작업시간 분포를 활용하여 컨베이어 시스템의 작업시간에 대한 확률분포가 평 균 6분 표준편차 0.5분의 정규분포를 따른다고 가정한다. 그 다음으로 물리적 시스템은 생산 주기가 완료될 때 까지 수행되며, 매 작업마다 발생하는 사이클타임을 기록하고, DB에 전송한다.
  • 본 연구는 모의실험 환경은 실제 제조환경과의 연동을 수행하지는 않았으나, 시뮬레이션을 통해 Fig. 7과 같이 가상 제조 컨베이어 시스템을 구축하였고 이를 물리적 시스템이라고 가정하였다.
  • (2017)은 원형 레일을 움직이는 기차 모델을 이용하여 시뮬레이션이 실제 모형의 데이터를 받아 실시간으로 움직이는 실험을 진행했다. 실험은 두 개의 시뮬레이션 모형을 설계하였고, 1개의 시뮬레이션은 실제 모형을 나타내고, 다른 시뮬레이션은 가상의 모형으로 가정하여 진행되었다. Erikstad(2017)은 엔지니어링 소프트웨어 CAD와 CAE와 실제 제품을 실시간으로 연동하여 자전거 제품 디자인과 설계분야에 적용하였다.
본문요약 정보가 도움이 되었나요?

질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
세계의 제조공정의 스마트화 전략에는 무엇이 있는가? 이런 상황에서 사물 인터넷, 빅데이터, 인공지능, 클라우드 컴퓨팅 등의 정보․통신기술(ICT) 발전은 새로운 제조공정 시스템 개발의 촉매제 역할을 했다. 또한, 독일의 인더스트리 4.0, 제너럴 일렉트릭(General Electronics, GE)의 산업 인터넷, 가상 물리 시스템(CPS : Cyber Physical System), 중국제조 2025와 같이 세계 각 국가들은 제조공정의 스마트화 전략을 내세우고 있다. 그 중에서 스마트 팩토리는 공장 내 설비와 센서를 통해 데이터가 실시간으로 수집 및 분석되어 공장 내 모든 상황들이 모니터링하고, 이를 분석하여 스스로 제어할 수 있는 미래형 공정 시스템이다.
스마트 팩토리란 무엇인가? 0, 제너럴 일렉트릭(General Electronics, GE)의 산업 인터넷, 가상 물리 시스템(CPS : Cyber Physical System), 중국제조 2025와 같이 세계 각 국가들은 제조공정의 스마트화 전략을 내세우고 있다. 그 중에서 스마트 팩토리는 공장 내 설비와 센서를 통해 데이터가 실시간으로 수집 및 분석되어 공장 내 모든 상황들이 모니터링하고, 이를 분석하여 스스로 제어할 수 있는 미래형 공정 시스템이다. 이러한 미래 제조공정을 실현하기 위한 필요조건은 실제공정(이하 물리적 시스템)과 데이터 기반의 가상공정(이하 가상 시스템)을 융합하는 기술이라고 할 수 있다 (Kritzinger et al, 2018).
스마트 팩토리가 도입되기 위해서 무엇이 필요한가? 그 중에서 스마트 팩토리는 공장 내 설비와 센서를 통해 데이터가 실시간으로 수집 및 분석되어 공장 내 모든 상황들이 모니터링하고, 이를 분석하여 스스로 제어할 수 있는 미래형 공정 시스템이다. 이러한 미래 제조공정을 실현하기 위한 필요조건은 실제공정(이하 물리적 시스템)과 데이터 기반의 가상공정(이하 가상 시스템)을 융합하는 기술이라고 할 수 있다 (Kritzinger et al, 2018). 따라서 최근 제조공정의 발전을 위해 물리적 시스템과 가상 시스템의 융합을 추구하는 Digital Twin 개념이 언급되고 있다(Rosen et al, 2015).
질의응답 정보가 도움이 되었나요?

참고문헌 (20)

  1. 장예지. 디지털 전환의 핵심 디지털 트윈. 2019-26호. ICT SPOT ISSUE. pp. 4-23, 2019. 

  2. Boschert, S., &Rosen, R. (2016). Digital twin-the simulation aspect. In Mechatronic Futures (pp. 59-74). Springer, Cham. 

  3. Erikstad, S. O. (2017). Merging Physics, Big Data Analytics and Simulation for the Next-Generation Digital Twins. High-Performance Marine Vehicles, 141-151. 

  4. Gu, X., &Koren, Y. (2018). Manufacturing system architecture for cost-effective mass-individualization. Manufacturing letters, 16, 44-48. 

  5. Kritzinger, W., Karner, M., Traar, G., Henjes, J., & Sihn, W. (2018). Digital Twin in manufacturing: A categorical literature review and classification. IFACPapersOnLine, 51(11), 1016-1022. 

  6. Lee, I.; Lee, K. The Internet of Things (IoT): Applications, investments, and challenges for enterprises. Bus. Horiz. 2015, 58, 431-440. 

  7. LENG, Jiewu, et al. Digital twin-driven manufacturing cyber-physical system for parallel controlling of smart workshop. Journal of Ambient Intelligence and Humanized Computing, 2019, 10.3: 1155-1166. 

  8. Negri, E., Fumagalli, L., &Macchi, M. (2017). A review of the roles of digital twin in cps-based production systems. Procedia Manufacturing, 11, 939-948. 

  9. Posada, J.; Toro, C.; Barandiaran, I.; Oyarzun, D.; Stricker, D.; de Amicis, R. Visual Computing as a Key Enabling Technology for Industrie 4.0 and Industrial Internet. IEEE Comput. Graph. Appl. 2015, 35, 26-40. 

  10. ROSEN, Roland, et al. About the importance of autonomy and digital twins for the future of manufacturing. IFAC-PapersOnLine, 2015, 48.3: 567-572. 

  11. Schleich, B., Anwer, N., Mathieu, L., &Wartzack, S. (2017). Shaping the digital twin for design and production engineering. CIRP Annals, 66(1), 141-144. 

  12. Shen, W. (2002). Distributed manufacturing scheduling using intelligent agents. IEEE intelligent systems, 17(1), 88-94. 

  13. T.Sauter and M.Lobashov, "How to access factory floor information using Internet technologies and gateways," IEEE Trans. Ind. Informat., vol. 7, no. 4, pp. 671-699, Nov. 2011. 

  14. TAN, Yifei, et al. Application of IoT-Aided Simulation to Manufacturing Systems in Cyber-Physical System. Machines, 2019, 7.1: 2. 

  15. Tao, F., &Qi, Q. (2017). New IT driven service-oriented smart manufacturing: framework and characteristics. IEEE Transactions on Systems, Man, and Cybernetics: Systems, 49(1), 81-91. 

  16. Tao, F., &Zhang, M. (2017). Digital twin shop-floor: a new shop-floor paradigm towards smart manufacturing. Ieee Access, 5, 20418-20427. 

  17. Tao, F., Zhang, M., Liu, Y., &Nee, A. Y. C. (2018). Digital twin driven prognostics and health management for complex equipment. CIRP Annals, 67(1), 169-172. 

  18. YANG, W., et al. Digital twin-driven simulation for a cyber-physical system in Industry 4.0. DAAAM International Scientific Book, 2017, 227-234. 

  19. Yang, W.; Tan, Y.; Yoshida, K.; Takakuwa, S. Digital Twin-Driven Simulation for A Cyber-Physical System in Industry 4.0. In DAAAM International Scientific Book 2017; DAAAM International Publishing: Vienna, Austria, 2017; pp. 227-234. ISBN 978-3-902734-12-9. 

  20. Zhuang, C., Liu, J., &Xiong, H. (2018). Digital twinbased smart production management and control framework for the complex product assembly shop-floor. The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 96(1-4), 

저자의 다른 논문 :

관련 콘텐츠

오픈액세스(OA) 유형

FREE

Free Access. 출판사/학술단체 등이 허락한 무료 공개 사이트를 통해 자유로운 이용이 가능한 논문

저작권 관리 안내
섹션별 컨텐츠 바로가기

AI-Helper ※ AI-Helper는 오픈소스 모델을 사용합니다.

AI-Helper 아이콘
AI-Helper
안녕하세요, AI-Helper입니다. 좌측 "선택된 텍스트"에서 텍스트를 선택하여 요약, 번역, 용어설명을 실행하세요.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.

선택된 텍스트

맨위로