[논문]스마트팩토리에서 다중장치기반 실시간 장비 모니터링 및 이력관리 시스템 설계 및 구현

김동현; 이재민; 김종덕

doi:10.6109/jkiice.2021.25.1.124

스마트팩토리에서 다중장치기반 실시간 장비 모니터링 및 이력관리 시스템 설계 및 구현
Design and Implementation of Real Time Device Monitoring and History Management System based on Multiple devices in Smart Factory 원문보기

한국정보통신학회논문지 = Journal of the Korea Institute of Information and Communication Engineering, v.25 no.1, 2021년, pp.124 - 133

김동현 (Dong-Nam Grand ICT R&D Center, Pusan National University) , 이재민 (Department of Information Convergence Engineering, Pusan National University,) , 김종덕 (Dong-Nam Grand ICT R&D Center, Pusan National University)

초록
AI-Helper

스마트팩토리는 공장 내 장비에 센서를 부착하여 각종 데이터를 실시간으로 수집, 분석 및 모니터링함으로써 스스로 공정을 제어 및 통제하는 미래형 공장이다. 스마트팩토리에서 장비의 상태 및 이력을 현장에서 실시간으로 조회 및 생성하는 것은 매우 중요한 일이며 다양한 스마트 기기의 등장은 이것을 보다 효율적으로 수행할 수 있게 하고 있다. 본 논문은 실시간으로 장비의 상태 및 이력을 생성, 조회, 삭제 할 수 있는 다중장치 기반 시스템을 제안한다. 제안 시스템은 공장이라는 특수한 환경을 고려하여 안드로이드 시스템과 스마트 글래스 시스템을 동시에 사용한다. 스마트 글래스 시스템은 장비 인식을 위해 QR코드를 이용하였으며 음성 인식 기능을 이용하여 보다 효율적인 작업환경을 제공한다. 다중장치기반 실시간 장비 모니터링을 위한 시스템 구조를 설계하였으며 안드로이드 시스템, 스마트 글래스 시스템 및 웹 애플리케이션 서버를 구현함으로써 실용성을 보이겠다.

Abstract ▼ AI-Helper

Smart factory is a future factory that collects, analyzes, and monitors various data in real time by attaching sensors to equipment in the factory. In a smart factory, it is very important to inquire and generate the status and history of equipment in real time, and the emergence of various smart devices enables this to be performed more efficiently. This paper proposes a multi device-based system that can create, search, and delete equipment status and history in real time. The proposed system uses the Android system and the smart glass system at the same time in consideration of the special environment of the factory. The smart glass system uses a QR code for equipment recognition and provides a more efficient work environment by using a voice recognition function. We designed a system structure for real time equipment monitoring based on multi devices, and we show practicality by implementing and Android system, a smart glass system, and a web application server.

주제어

표/그림 (13)

그림 Fig. 1 The structure map of Spring MVC Pattern
그림 Fig. 2 The structure map of MyBatis component
그림 Fig. 3 The structure map of REST API
그림 Fig. 4 Relationship diagram between application and kakao server
그림 Fig. 5 The system bock diagram
그림 Fig. 6 Block diagram that added query request to android application screen flowchart
그림 Fig. 7 The system bock diagram
그림 Fig. 8 Implemented screen shot of android application
그림 Fig. 9 Google Glass Enterprise Edition 2 used for development
그림 Fig. 10 Implemented screen shot of Google Glass application
그림 Fig. 12 Voice recognition function of Google Glass application
그림 Fig. 11 Execution process of voice recognition
표 Table. 1 Working status of developed functions according to category

AI 본문요약
AI-Helper

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문제 정의

구현한 시스템을 실제 현장에 적용하여 사용함으로써 사용의 편리성과 실용성을 확인하고자 한다[3].
그리고 이러한 관리를 보다 효율적으로 수행할 시스템은 언제나 필요하다. 그래서 사용의 편리성을 향상하고 언제 어디서나 장비의 상태를 모니터링 및 관리할 수 있는 시스템을 제안하고자 한다.
특히 스마트 글래스는작업자가 양손을 사용 중이거나 장갑을 착용하는 등 스마트폰 사용에 제약이 있을 때도 사용이 가능한 특징을 가지고 있다. 본 논문은 실시간 장비 모니터링을 위해 스마트폰과 스마트 글래스를 동시에 사용 가능한 다중장치 기반 실시간 장비 모니터링 및 이력관리 시스템을 설계 및 구현하였다. 스마트 글래스 앱을 통해서 설비정보를 편리하게 조회하고 음성 인식을 통한 간단한 메시지를 전달하여 불필요한 스마트폰 및 데스크톱 PC 조작 시간을 줄일 수 있었다.
스마트 글래스 앱을 통해서 설비정보를 편리하게 조회하고 음성 인식을 통한 간단한 메시지를 전달하여 불필요한 스마트폰 및 데스크톱 PC 조작 시간을 줄일 수 있었다. 작업환경을 고려하여 작업자의 효율을 극대화할 수 있는 다중 인터페이스를 제공한 것이다. 구현된 시스템을 실제 공장에 적용함으로써 사용의 편리성과 실용성을 확인하였으며 다양한 시스템을 스마트 글래스 기반으로 개발할 수 있는 기반을 마련했다 할 수 있다.

제안 방법

MES 시스템과 연동을 위해 기존 PC Web으로 구현되어 있는 생산 관리 시스템 모니터링 프로그램 기능 중 필요한 기능들을 모바일 애플리케이션으로 개발하여 작업자들이 스마트폰으로도 장비 상태 모니터링이 가능하게 설계하였다. 그리고 장비 고유 QR코드를 부여하여 스마트폰으로 인식하면 바로 장비 이력을 조회할 수 있도록 설계하였다.
xml 에서 구현되었다. MyBatis Mapper는 프로그램에 있는 SQL 쿼리문을 한 구성 파일에 구성하여 프로그램 코드와 분리하여 .xml 파일에 해당 interface에 대한 SQL 쿼리문을 구현하였다.
REST의 CRUD에 맞게 Create는 생성 (POST), Read는 조회(GET), Update는 수정(PUT), Delete는 삭제(DELETE) 로 구현하였다. DAO(Data Access Object)는 데이터베이스를 사용해 데이터를 조회하거나 조작하는 기능을 전담하도록 만든 객체이다.
Spring MVP 구조를 기반으로 데이터에 맞게 각 컴포넌트들을 구현하였고, 컴포넌트에는 Controller, DAO, Mapper, Service가 포함된다.
Web Application Server의 구조는 Spring MVC, MyBatis, REST API를 통합적으로 사용하는 구조로 설계하였다.
사용하였다. requestVoiceRecognition0 함수를 실행해 각 디바이스에서 음성 입력을 받을 수 있도록 구현하였다. 음성을 입력받은 후, 안정적인 동작을 위해 예외처리 코드를 이용하여 정상적으로 입력 받은 경우만 결과 함수를 실행하도록 구현하였다.
스마트 글래스 시스템은 QR코드 인식을 통한 장비 인식이 가능해야 하며 음성을 통해 주변 작업자에게 다양한 메시지 전송이 가능해야 한다. 개발은 웹 애플리케이션 서버와 스마트 글래스 앱 그리고 안드로이드 앱으로 구분하여 개발한다.
MyBatis는 프로그램에 있는 SQL 쿼리들을 한 구성 파일에 구성하여 프로그램 코드와 SQL을 분리하여 수정 용이성을 높일 수 있어서 활용하였다. 그리고 REST API를 사용해서 안드로이드 앱과 스마트 글래스에서 모두 접근할 수 있도록 설계하였다.
음성을 입력받은 후, 안정적인 동작을 위해 예외처리 코드를 이용하여 정상적으로 입력 받은 경우만 결과 함수를 실행하도록 구현하였다. 그리고 getVoiceRecognitionResult0 함수를 실행해 음성 인식 결과를 사용자도 확인하도록 화면에 출력시켰다. 이후 안드로이드 스마트폰용 애플리케이션과 같은 과정으로 서버에 메시지를 전송하도록 구현했다.
스마트 글래스용 애플리케이션은 안드로이드 스마트폰용 모바일 애플리케이션 기능을 기반으로 설계하였으며, 키보드 입력이 불가능한 특성 때문에 설비 수정과 관련된 기능은 제거했다[9]. 그리고 양손을 사용하지 않더라도 QR코드를 인식하여 로그인 및 설비 조회를 할 수 있도록 하였으며, 음성 인식을 통해 원하는 상대에게 카카오톡 메시지를 보낼 수 있도록 설계하였다. 그림 7은 스마트 글래스 애플리케이션의 시스템 흐름도이다.
기존 PC Web으로 구현된 생산 관리 시스템 모니터링 프로그램 기능 중 필요한 기능들을 모바일애플리케이션으로 구현하여 작업자들이 스마트폰으로도 장비 상태 점검 모니터링이 가능하게 하였다. 그리고 장비 고유 QR코드를 부여하여 스마트폰으로 인식하면 바로 장비 이력을 조회할 수 있도록 구현하였다. 그림 8 은 안드로이드 스마트폰용 애플리케이션의 구동 화면이다.
설계하였다. 그리고 장비 고유 QR코드를 부여하여 스마트폰으로 인식하면 바로 장비 이력을 조회할 수 있도록 설계하였다.
Web application server는 메시지 알림 성공 응답 메시지와 장비 이력 데이터를 사용자 애플리케이션에 전달하며 Kakao API Server로 메시지 요청 및 메시지 전송 성공 응답을 확인한다. 그리고, 기존 회사의 MES 시스템을 통해 데이터베이스의 데이터를 조회, 수정, 삭제한다.
장비 조회를 위해 QR코드를 이용하며 기본적으로 설비, 점검, 수리를 위한 데이터 생성, 조회, 삭제가 가능하도록 설계하였다. 데이터베이스는 MES의 기존 데이터를 이용하여 연동할 수 있도록 설계하였다.
본 논문은 Web application server, 안드로이드 애플리케이션, 그리고 스마트 글래스 애플리케이션으로 나누어 설계한다.
본 시스템에서는 Mapper Interface의 메소드와 같은 이름으로 SQL 쿼리문을 구현하였고, 입력 형식은 Hashmap으로 통일되게 설정하였다. 그리고, 출력 형식은 데이터와 일치하는 DAO로 출력하였다.
본 시스템에서는 생성자와 getter/setter 메소드를 정의하여 데이터베이스를 사용해 데이터를 조회하거나 조작하도록 구현하였다. Mapper 인터페이스는 MyBatis 매핑 XML에 기재된 SQL 문을 호출하기 위한 인터페이스이다.
본 시스템의 ServiceImpl에서는 데이터 정제를 할 필요가 없으므로 Mapper의 메소드를 사용하는 방식으로 구현하였다.
할 수 있다. 수리와 점검의 원인 코드와 수리 타입은 기업체의 데이터를 기반으로 선택할 수 있게 되며 모바일 환경에서 쉽게 설비들을 관리할 수 있도록 플랫폼을 구현하였다. 기존 PC Web으로 구현된 생산 관리 시스템 모니터링 프로그램 기능 중 필요한 기능들을 모바일애플리케이션으로 구현하여 작업자들이 스마트폰으로도 장비 상태 점검 모니터링이 가능하게 하였다.
@RequestMapping 이라는 Spring의 Annotation을 사용하여 이를 구현하였다. 요청에 대한 응답은 @ResponseBody Annotation을 정의하여 JSONArrary 객체로 반환하도록 하였다.
requestVoiceRecognition0 함수를 실행해 각 디바이스에서 음성 입력을 받을 수 있도록 구현하였다. 음성을 입력받은 후, 안정적인 동작을 위해 예외처리 코드를 이용하여 정상적으로 입력 받은 경우만 결과 함수를 실행하도록 구현하였다. 그리고 getVoiceRecognitionResult0 함수를 실행해 음성 인식 결과를 사용자도 확인하도록 화면에 출력시켰다.
그리고 getVoiceRecognitionResult0 함수를 실행해 음성 인식 결과를 사용자도 확인하도록 화면에 출력시켰다. 이후 안드로이드 스마트폰용 애플리케이션과 같은 과정으로 서버에 메시지를 전송하도록 구현했다. 그림 11은 음성인식 실행 과정이며 그림 12는 스마트 글래스 음성 인식메뉴와 음성 인식 중인 화면이다.
작업자가 양손을 사용 중이거나 장갑을 착용하는 등 스마트폰 조작에 제약이 있을 때도 편리하게 설비 정보를 조회하고 명령할 수 있도록 스마트 글래스 애플리케이션을 설계하였다. 스마트 글래스용 애플리케이션은 안드로이드 스마트폰용 모바일 애플리케이션 기능을 기반으로 설계하였으며, 키보드 입력이 불가능한 특성 때문에 설비 수정과 관련된 기능은 제거했다[9].
그림 6은 안드로이드 애플리케이션의 화면 흐름도이며 부가적으로 데이터 조회 시점을 추가하였다. 장비 조회를 위해 QR코드를 이용하며 기본적으로 설비, 점검, 수리를 위한 데이터 생성, 조회, 삭제가 가능하도록 설계하였다. 데이터베이스는 MES의 기존 데이터를 이용하여 연동할 수 있도록 설계하였다.
제안하는 시스템은 공장이라는 환경을 고려하여 안드로이드 시스템과 스마트 글래스 시스템을 동시에 사용하는 다중장치 기반 시스템이며 QR(Quick Response) 코드 및 SMS(Short Message Service)와 같은 다양한 정보수집 방법을 통합하도록 설계하고 구현하였다. 구현한 시스템을 실제 현장에 적용하여 사용함으로써 사용의 편리성과 실용성을 확인하고자 한다[3].

대상 데이터

개발된 시스템은 안드로이드 앱, 스마트 글래스 앱 그리고 웹 애플리케이션 서버로 구성된다. 표1은 안드로이드 앱, 스마트 글래스 앱 그리고 웹 애플리케이션 서버에 사용된 주요 기능과 동작 상황을 확인한 것이다.
안드로이드 애플리케이션 개발을 위한 개발 환경으로 장비는 Galaxy S10과 S8 Plus를 사용하였고 각 장비의 OS는 Android 10과 Android 9(Pie)를 사용하였다. 각 장비의 SDK는 API 29와 28을 사용하였다.

이론/모형

사용자애플리케이션으로 안드로이드 애플리케이션과 스마트글래스 애플리케이션을 이용한다. 서비스 시나리오 및 동작 과정은 다음과 같다.
스마트 글래스 애플리케이션을 개발하기 위해 구글글래스 엔터프라이즈 에디션 2를 사용하였다. 구글 글래스 엔터프라이즈 에디션 2의 스펙으로 AP는 1.
안드로이드 스마트폰용 애플리케이션과 스마트 글래스용 애플리케이션 모두 Google Speech Recognizer 라이브러리를 사용하였다. requestVoiceRecognition0 함수를 실행해 각 디바이스에서 음성 입력을 받을 수 있도록 구현하였다.

성능/효과

작업환경을 고려하여 작업자의 효율을 극대화할 수 있는 다중 인터페이스를 제공한 것이다. 구현된 시스템을 실제 공장에 적용함으로써 사용의 편리성과 실용성을 확인하였으며 다양한 시스템을 스마트 글래스 기반으로 개발할 수 있는 기반을 마련했다 할 수 있다. 향후 스마트팩토리를 위한 다양한 응용에 관한 연구가 필요하다.
본 논문은 실시간 장비 모니터링을 위해 스마트폰과 스마트 글래스를 동시에 사용 가능한 다중장치 기반 실시간 장비 모니터링 및 이력관리 시스템을 설계 및 구현하였다. 스마트 글래스 앱을 통해서 설비정보를 편리하게 조회하고 음성 인식을 통한 간단한 메시지를 전달하여 불필요한 스마트폰 및 데스크톱 PC 조작 시간을 줄일 수 있었다. 작업환경을 고려하여 작업자의 효율을 극대화할 수 있는 다중 인터페이스를 제공한 것이다.

후속연구

제안 시스템은 기존 공장에서 사용 중인 생산 관리 시스템과 연계하여 생산 관리 시스템의 장비 이상 알림과 보고 사항을 상호 전달하여야 하며 이를 위한 SMS 및 음성 인식 기술이 필요하다. 공장 내부 설비에 대한 정보들은 QR코드 인식을 통해 조회, 변경 및 삭제가 가능하여야 하며 기존 사용 중인 메신저 플랫폼과 연동하여 사용의 편의성을 높인다.
구현된 시스템을 실제 공장에 적용함으로써 사용의 편리성과 실용성을 확인하였으며 다양한 시스템을 스마트 글래스 기반으로 개발할 수 있는 기반을 마련했다 할 수 있다. 향후 스마트팩토리를 위한 다양한 응용에 관한 연구가 필요하다.

참고문헌 (10)

H. G. Kim, "A Study on the Factors Influencing on the Intention to Continuously Use a Smart Factory," Journal of The Korean Industrial Information System Research, vol. 25, no. 2, pp. 73-85, Apr. 2020.
J. J. Oh, S. J. Choi, and J. S. Kim, "Development of Multiple Wireless Communication Controller for Smart Factory Construction," Journal of The Korean Institute of Electronic Material Engineers, vol. 30, no. 9, pp. 602-608, Sep. 2017.
J. H. Jung and D. H. An, "Development of Remote Control System based on CNC Cutting Machine for Gradual Construction of Smart Factory Environment," KIPS Transactions on Computer and Communication System, vol. 8, no. 12, pp. 297-304, Aug. 2019.

원문보기 상세보기
Spring Framework Documentation[Internet]. Available: https://docs.spring.io/spring-framework/docs/current/spring-framework-reference/.
MyBatis [Internet]. Available: https://blog.mybatis.org/.
REST API? [Internet]. Available: https://www.redhat.com/ko/topics/api/what-is-a-rest-api.
OAuth 2.0 [Internet]. Available: https://oauth.net/2/.
kakao developers [Internet]. Available: https://developers.kakao.com/docs/latest/ko/getting-started/app.
Glass Enterprise Edition 2 [Internet]. Available: https://developers.google.com/glass-enterprise/guides/design-guidelines.
GLASS [Internet]. Available: https://www.google.com/glass/tech-specs/.

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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