[논문]스마트 제조를 위한 AAS와 OPC UA기반 설비모니터링 시스템의 설계 및 구현

이용수; 정종필

doi:10.7236/jiibc.2021.21.2.41

스마트 제조를 위한 AAS와 OPC UA기반 설비모니터링 시스템의 설계 및 구현
Design and Implementation of Facility Monitoring System based on AAS and OPC UA for Smart Manufacturing 원문보기

The journal of the institute of internet, broadcasting and communication : JIIBC, v.21 no.2, 2021년, pp.41 - 47

이용수 (성균관대학교 스마트팩토리융합학과) , 정종필 (성균관대학교 스마트팩토리융합학과)

초록
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전 세계적으로 제조업은 급진적인 변화에 직면해 있다. 독일을 시작으로 변화되고 있는 제조업은 스마트팩토리라는 이름으로 현재 전 세계적으로 제조업들이 도입하며 개선 및 발전되어 가고 있다. 인공지능, 클라우드 등의 IT기술들을 생산 현장에서 활용함으로 써 과거 제조업의 환경을 탈피하고자 하는 욕구가 증가 되어 가고 있다. 앞으로는 이러한 기술들을 어떻게 효율적이고 효과적으로 사용할 수 있는지에 대한 논의가 계속되고 있다. 점점 공장 영역에서 지역, 국가, 전 세계적으로 범위가 확대됨에 따라 상호작용에 대한 국제적인 표준의 필요성이 대두되고 있다. 본 논문에서는 설비, 센서 등을 자산으로 관리하고 OPC UA를 통해 수집된 설비 데이터를 모니터링을 하기 위한 설계 및 구현방법에 대해 제안한다.

Abstract ▼ AI-Helper

Manufacturing is facing radical changes around the world. The manufacturing industry, which has been changing since Germany, is now being introduced, improved, and developed worldwide by manufacturers under the name of smart factory. By utilizing IT technologies such as artificial intelligence and cloud at the production site, the desire to break away from the past manufacturing environment is increasing. How these technologies will be efficient in the future, manufacturing worldwide now faces radical changes. The manufacturing industry, which has been changing since Germany, is now being introduced, improved, and developed worldwide by manufacturers under the name of smart factory. By utilizing IT technologies such as artificial intelligence and cloud at the production site, the desire to break away from the past manufacturing environment is increasing. Discussions continue on how these technologies can be used efficiently and effectively. Increasingly, the expansion of the range from factory areas to regions, countries, and around the world raises the need for international standards for interactions. In this paper, we propose a design and implementation method for managing facilities, sensors, etc. as assets and monitoring facility data collected through OPC UA.

주제어

표/그림 (9)

그림 그림 1. 자동화 피라미드 Fig. 1. Automation Pyramid
그림 그림 2. 자산관리쉘 Fig. 2. Asset Administration Shell
그림 그림 3. 공장의 설비 그룹화 Fig. 3. Grouping of facilities in the factory
그림 그림 4. OPC UA 와 AAS 구조 Fig. 4. Structure OPC UA And AAS
그림 그림 5. AAS와 OPC UA기반 설비모니터링 구조 Fig. 5. AAS and OPC UA-based facility monitoring structure
그림 그림 6. 공장 설비 자산 관리 쉘 Fig. 6. Asset Administration Shell plant equipment
그림 그림 7. XML표현의 온도 센서 정의 Fig. 7. XML representation of temperature sensor definition
그림 그림 8. 수집된 온도센서 데이터 Fig. 8. Temperature sensor data collected
그림 그림 9. AAS와 OPC UA기반 설비모니터링 Fig. 9. AAS and OPC UA-based facility monitoring

AI 본문요약
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문제 정의

IEC 61131-3 프로그램에 대한 설명과 공장 설비 사이의 관계는 정확하게 정의되어야한다. Asset Administration Shell도 관리하고자 하는 자산들이 많아지면 많아질수록 복잡성을 띌 수 있기 때문에 표준에 대한 지속적인 표준 동향을 살피고 AAS에 대한 이해와 활용성에 대한 연구를 진행하려고자 한다.
공장에서 생성되는 설비 데이터들을 제조산업 그리고 이외의 타 산업영역에서 참조하고자 하는 대상과의 상호작용 및 데이터 기반 기술 활용을 위해서 이 논문에서는 스마트 공장에서의 설비 데이터들을 AAS 표준에 따라 관리하고 OPC UA와의 상호작용을 통한 설비 모니터링을 구현하고자 한다^[4].
그러면 비용적인 측면과 개발 시간 등의 증가로 인한 금전적 손해가 막심할 수 있다. 그러므로 목표로는 기존 시스템에 엣지 디바이스를 통해 모델링된 AAS의 생성되는 설비 데이터를 해당 AAS 모델의 값을 업데이트해준다. 웹 기반 설비 모니터링 순서는 간략하게 PLC -> OPC UA Server -> OPC Client/웹 서버 -> 웹 클라이언트 순서로 구성되어있다.

제안 방법

AAS를 통해 데이터를 수집하고자하는 대상들을 관리하기 위해 구현환경을 고려하여 구성을 하였다.
OPC UA의 Tag Id와 AAS의 해당 Asset ID의 매핑을 통해서 표준 참조 모델과 표준 인터페이스를 기반으로 설비 모니터링을 구현하였다.
submodel도 동일하게 URI로 표현하였고 각자의 ID 값들을 URI 마지막 위치에 지정하여 해당 요소에 접근할 시에 식별에 용이하도록 구성하였다. 본 저자가 관리하고자 하는 대상들을 Asset으로 정의한다.
이때 앞절에서 언급했듯이 수많은 데이터들을 OPC UA TAG로 등록할 시에 해당 환경에 기반한 그룹화를 통해서 TAG관리를 해주어야 한다. 이때 AAS를 기반한 OPC UA를 운영하기 위해서 AAS의 해당 자산의 ID를 OPC UA TAG ID와 일치시켜주어 AAS와 OPC UA의 ID로써 매핑을 시켜준다. 우리가 공장 내에서 설비 데이터 수집 및 관리를 효율적으로 해야 한다면 간결한 구조화가 필요하다.
0 복잡한 프로세스를 데이터 프라이버시 및 IT 보안을 포함한다. 이를 활용하기 위해서는 IEC 61131-3 프로그램과 프로그래밍이 가능한 논리적인 컨트롤러 및 제어 되고 있는 공장의 각각의 설비와의 관계를 나타낼 수 있는 자산 관리 쉘을 제시한다. IEC 61131-3 프로그램에 대한 설명과 공장 설비 사이의 관계는 정확하게 정의되어야한다.

대상 데이터

라즈베리파이에서 OPC UA Client를 구현하기 하여 OPC UA Server로부터 PLC 데이터를 수집한다. 앞으로는 OPC UA Server와 Client는 OPC UA를 제외하고 언급한다.

후속연구

또한 데이터 수집을 위해 PLC 메모리 어드레스를 AAS내에 관리를 하고 OPC UA의 TAG를 AAS를 참조하게 된다면 인터페이스 구축시간이 감소할 것이라고 예상한다. AAS에 지속적인 관리를 통해 국제적인 표준을 따르면서 구현하게 된다면 앞으로의 기술 공유 및 상호작용이 극대화될 것이라고 생각한다. 독일과 한국의 AAS 표준화가 진행되고 있다.
또한 데이터 수집을 위해 PLC 메모리 어드레스를 AAS내에 관리를 하고 OPC UA의 TAG를 AAS를 참조하게 된다면 인터페이스 구축시간이 감소할 것이라고 예상한다. AAS에 지속적인 관리를 통해 국제적인 표준을 따르면서 구현하게 된다면 앞으로의 기술 공유 및 상호작용이 극대화될 것이라고 생각한다.

참고문헌 (20)

YANG, Young-Chuel; JEONG, Jongpil. "Connected-IPs: A Novel Connected Industrial Parks Architecture for Building Smart Factory in Korea." The Journal of The Institute of Internet, Broadcasting and Communication, vol. 18, no. 4, pp. 131-142, Aug. 2018. DOI:https://doi.org/10.7236/JIIBC.2018.18.4.131.

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KHO, Jeong-Seog; JEONG, Jongpil. "Design and Implementation of Smart Factory MES Model Based on Process Visualizationa for Small and Medium Business in Korea". The Journal of The Institute of Internet, Broadcasting and Communication, vol. 19, no. 5, pp. 135-141, Oct. 2019. DOI:https://doi.org/10.7236/JIIBC.2019.19.5.135.

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SUNG, Changyong. A Study on the Actual Condition of Construction in Smart Factory by Small and Medium-sized Manufacturing Companies. Journal of the Korea Academia-Industrial Cooperation Society, vol. 20, no. 9, pp. 182-187, Sep. 2019. DOI:https://doi.org/10.5762/KAIS.2019.20.9.182.

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J. Lim, S. You, and Y. Kim, "Monitoring System based on Bigdata Platform for Safety Management of Road Facilities," The Journal of Korean Institute of Information Technology, vol. 18, no. 11, pp. 139-151, Nov. 2020. DOI:https://doi.org/10.14801/jkiit.2020.18.11.139.

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K. Kim, B. Im, S. Choi, S. Chi, and K.-H. Yoo, "Design and Implementation of Web-based Virtual Twin Model for Synchronization between Physical and Cyber Space in Manufacture Industry," Journal of Korean Institute of Information Technology, vol. 14, no. 2, p. 115, Feb. 2016. DOI:https://doi.org/10.14801/jkiit.2016.14.2.115.

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S. G. Mathias, S. Schmied, D. Grossmann, R. K. Muller, and B. Mros, "A Compliance Testing Structure for Implementation of Industry Standards through OPC UA", in 2020 25th IEEE International Conference on Emerging Technologies and Factory Automation (ETFA), 2020. DOI:https://doi.org/10.1109/etfa46521.2020.9212119.
E. Tantik and R. Anderl, "Integrated Data Model and Structure for the Asset Administration Shell in Industrie 4.0," Procedia CIRP, vol. 60, pp. 86-91, 2017. DOI:https://doi.org/10.1016/j.procir.2017.01.048.

상세보기
A. Eckhardt, S. Muller, and L. Leurs, "An Evaluation of the Applicability of OPC UA Publish Subscribe on Factory Automation use Cases," in 2018 IEEE 23rd International Conference on Emerging Technologies and Factory Automation (ETFA), 2018. DOI:https://doi.org/10.1109/etfa.2018.8502445.
K. Lucks, "56 Plattform Industrie 4.0: Mitgestalter der digitalen Transformation der Industrie - Henning Banthien," in Praxishandbuch Industrie 4.0, Schaffer-Poeschel, pp. 623-630, 2017. DOI:https://doi.org/10.1109/etfa46521.2020.9211998
G. di Orio, P. Malo, and J. Barata, "NOVAAS: A Reference Implementation of Industrie4.0 Asset Administration Shell with best-of-breed practices from IT engineering," in IECON 2019 - 45th Annual Conference of the IEEE Industrial Electronics Society, 2019. DOI:https://doi.org/10.1109/iecon.2019.8927081.
M. LI, Y. MA, Z. YIN, and C. WANG, "Structural Design of Digital Twin Laboratory Model Based on Instruments Sharing Platform," in 2020 Chinese Control And Decision Conference (CCDC), 2020. DOI:https://doi.org/10.1109/ccdc49329.2020.9164813.
M. Wenger, A. Zoitl, and T. Muller, "Connecting PLCs With Their Asset Administration Shell For Automatic Device Configuration," in 2018 IEEE 16th International Conference on Industrial Informatics (INDIN), 2018. DOI:https://doi.org/10.1109/indin.2018.8472022.
E. Tantik and R. Anderl, "Integrated Data Model and Structure for the Asset Administration Shell in Industrie 4.0," Procedia CIRP, vol. 60, pp. 86-91, 2017. DOI:https://doi.org/10.1016/j.procir.2017.01.048.

상세보기
S. Cavalieri and M. G. Salafia, "Insights into Mapping Solutions Based on OPC UA Information Model Applied to the Industry 4.0 Asset Administration Shell," Computers, vol. 9, no. 2, p. 28, Apr. 2020. DOI:https://doi.org/10.3390/computers9020028.

상세보기
C. Wagner et al., "The role of the Industry 4.0 asset administration shell and the digital twin during the life cycle of a plant," in 2017 22nd IEEE International Conference on Emerging Technologies and Factory Automation (ETFA), 2017. DOI:https://doi.org/10.1109/etfa.2017.8247583.
D. Lang, M. Friesen, M. Ehrlich, L. Wisniewski, and J. Jasperneite, "Pursuing the Vision of Industrie 4.0: Secure Plug-and-Produce by Means of the Asset Administration Shell and Blockchain Technology," in 2018 IEEE 16th International Conference on Industrial Informatics (INDIN), 2018. DOI:10.1109/indin.2018.8471939.
K. Suri, J. Cadavid, M. Alferez, S. Dhouib, and S. Tucci-Piergiovanni, "Modeling business motivation and underlying processes for RAMI 4.0-aligned cyber-physical production systems," in 2017 22nd IEEE International Conference on Emerging Technologies and Factory Automation (ETFA), 2017. DOI:https://doi.org/10.1109/etfa.2017.8247702.
H. Flatt, S. Schriegel, J. Jasperneite, H. Trsek, and H. Adamczyk, "Analysis of the Cyber-Security of industry 4.0 technologies based on RAMI 4.0 and identification of requirements," in 2016 IEEE 21st International Conference on Emerging Technologies and Factory Automation (ETFA), 2016. DOI:https://doi.org/10.1109/etfa.2016.7733634.
W. Kritzinger, M. Karner, G. Traar, J. Henjes, and W. Sihn, "Digital Twin in manufacturing: A categorical literature review and classification," IFAC-PapersOnLine, vol. 51, no. 11, pp. 1016-1022, 2018. DOI:https://doi.org/10.1016/j.ifacol.2018.08.474.

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E. Tantik and R. Anderl, "Potentials of the Asset Administration Shell of Industrie 4.0 for Service-Oriented Business Models," Procedia CIRP, vol. 64, pp. 363-368, 2017. DOI:https://doi.org/10.1016/j.procir.2017.03.009.

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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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