KR101937539B1 - 스마트 공장을 위한 모듈 조합형 표준 블록 장치 - Google Patents

스마트 공장을 위한 모듈 조합형 표준 블록 장치 Download PDF

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Abstract

공정 장치를 모듈화 함으로써 모듈 단위의 조합을 가능하도록 하는 표준 블록 장치가 제공된다. 본 발명의 블록 장치는 스마트 공장을 위한 블록 장치에 있어서, 제품 생산을 위한 기구가 장착되는 기구부; 기구부에 의해 수행되는 공정을 제어하고, 공정 데이터를 수집하는 BB(Base Block);를 포함하고, 블록 장치는 적어도 하나의 다른 블록 장치와 조합하여 생산 라인을 구성한다.

Description

스마트 공장을 위한 모듈 조합형 표준 블록 장치{Module Combination Type Standard Block Apparatus for Smart Factory}
본 발명은 스마트 공장 기술에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 유연 생산 체계를 지원하기 위한 현장 자동화 기술에 관한 것이다.
미래 제조업의 트렌드가 개별 소비자 맞춤 생산까지 확대되면서 다품종 소량생산에 적합한 유연 생산 체계에 대한 관심도 급부상하고 있다.
일반적으로 생산 제품의 종류가 다양해질수록 단위 원가가 상승하기 때문에 유연 생산 체계를 적극 수용하기 어려웠으나, 최근 산업 인터넷, 다기능 로봇, 3D 프린팅, 빅데이터 등 관련 기술이 동시 다발적으로 발전하면서 스마트 유연 생산 체계에 대한 기대가 급증하고 있다.
선진 자동차, 전자 제조사들은 고객 니즈 다변화에 대응하기 위해 오랫동안 유연 생산을 확대하였으며, 최근에는 대량 생산과 고정 설비로 대변되는 화학·기계 등 전통 제조 산업에서도 생존 차원에서 도입을 검토하고 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은, 공정 장치를 모듈화 함으로써 모듈 단위의 조합을 가능하도록 하는 표준 블록 장치를 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 블록 장치는 스마트 공장을 위한 블록 장치에 있어서, 제품 생산을 위한 기구가 장착되는 기구부; 기구부에 의해 수행되는 공정을 제어하고, 공정 데이터를 수집하는 BB(Base Block);를 포함하고, 블록 장치는 적어도 하나의 다른 블록 장치와 조합하여 생산 라인을 구성한다.
블록 장치는, 생산 라인의 구성에서, 제거 가능하고, 다른 블록 장치로 교체 가능할 수 있다.
기구부와 BB는 분리 가능한 구조일 수 있다.
기구부는, 다른 기구부로 교체 가능할 수 있다.
기구부에 장착된 기구는 제거 또는 다른 종류의 기구로 교체가 가능할 수 있다.
기구부는, 블록 장치의 상부와 하부 중 어느 한 곳에 위치하고, BB는, 블록 장치의 상부와 하부 중 다른 한 곳에 위치할 수 있다.
기구부의 위치와 BB의 위치는, 변경 가능할 수 있다.
BB는, 블록 장치와 결합한 다른 블록 장치의 BB와 연동할 수 있다.
BB는, 원격 단말 및 IoT 디바이스와 BB의 PLC를 연동하는 인터페이스 모듈;을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 블록 장치에 마련된 기구부가, 장착된 기구로 제품 생산을 위한 공정을 수행하는 단계; 블록 장치에 마련된 BB(Base Block)가, 기구부에 의해 수행되는 공정을 제어하는 단계; BB가, 공정 데이터를 수집하는 단계;를 포함하고, 블록 장치는 적어도 하나의 다른 블록 장치와 조합하여 생산 라인을 구성하는 것을 특징으로 하는 공정 제어 방법이 제공된다.
본 발명의 또다른 실시예에 따르면, 제1 블록 장치; 및 제1 블록 장치와 결합하여 생산 라인을 구성하는 제2 블록 장치;를 포함하고, 제1 블록 장치는, 제품 생산을 위한 기구가 장착되는 기구부; 기구부에 의해 수행되는 공정을 제어하고, 공정 데이터를 수집하는 BB(Base Block);를 포함하는 것을 특징으로 하는 스마트 공장이 제공된다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 실시예들에 따르면, 생산 라인을 모듈로 구성하여 제품 생산에 필요한 모듈을 그때 그때 조립식으로 붙이고, 고객의 니즈에 맞추어 유동적으로 추가, 교체, 제거가 가능하여 맞춤형 생산이 가능해진다.
또한, 본 발명의 실시예들에 따르면, 모듈의 구조를 하부단인 SBB(Smart Base Block)와 상부단인 기구부로 분리하여, 기구 교체, 이동을 용이하기 생산라인의 가변성을 보다 향상킬 수 있다.
뿐만 아니라, 본 발명의 실시예들에 따르면, SBB의 소켓, 커넥터, 와이어링 규격을 표준 기반(IPC SMEMA)으로 일원화하여 인터페이스 설계의 효율성을 높일 수 있다.
아울러, 본 발명의 실시예들에 따르면, 특정 주력제품의 수요가 감소하고 다른 제품의 수요가 증가할 경우, 또는 일부 블록에 고장이 발생했을 경우 표준 블록을 재구성함으로써(교체, 재배열 등), 유연하게 조정할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 공장을 위한 모듈 조합형 표준 블록 장치의 외관 사시도,
도 2는, 도 1에 도시된 표준 블록 장치들을 모듈 조합하여 스마트 공장의 생산 라인 구축하는 방법의 설명에 제공되는 도면,
도 3은, 도 1에 도시된 표준 블록 장치의 전면을 상세히 나타낸 도면, 그리고,
도 4는 IoT 데이터 수집을 위한 SBB 인터페이스 모듈과 RTP의 구성도이다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.
유연 생산이 가능한 스마트 공장의 생산 라인은 로딩, 조립, 그리고 검사 등과 같이 다양한 부품 제조의 핵심 공정을 수행할 수 있어야 한다. 이에, 본 발명의 실시예에서는 다수의 모듈화된 공정 블록들의 상호 연결을 통해 생산 라인을 구성하며, 다양한 종류의 제조 장비 간의 인터페이스 연계가 가능하도록 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 공장을 위한 모듈 조합형 표준 블록 장치의 외관 사시도이다.
본 발명의 실시예에 따른 표준 블록 장치는, 부품 제조 공정 작업 수행을 위한 모듈화된 블록으로, 상부단인 기구부(110)와 하부단인 SBB(Smart Based Block)(120)로 구분된다.
기구부(110)는 다양한 공정 장비, 예를 들어, 로봇, 부품 조립용 UNIT, 검사용 VISION 등이 장착될 수 있는 유니버셜 테이블(111), 공정 및 작동 상태를 디스플레이할 수 있는 디스플레이 패널(112), 그리고 제품 이송을 위한 컨베이어 벨트(113)을 포함한다.
이 밖에도, 기구부(110)의 유니버셜 테이블(111)에는 다양한 업종(기계, 가공, 전자, 사출성형, 제약, 화장품)의 제품 생산에 필요한 기구가 맞춤형으로 장착, 교체, 제거될 수 있다.
SBB(120)는 공정 제어 및 데이터 수집의 역할을 담당하며, 이를 위한 PLC(121), 각종 전장품(122), 다른 SBB와의 물리적 연결을 위한 유니버셜 커넥터 (123)를 포함한다.
SBB(120)의 소켓, 커넥터, 와이어링 규격은 표준 기반(IPC SMEMA)으로 일원화되어, 다른 표준 블록 장치와 연동을 위한 인터페이스 설계시 효율성이 매우 높다.
본 발명의 실시예에 따른 표준 블록 장치는 다른 표준 블록 장치와 모듈 단위의 조합이 가능하다. 다른 표준 블록 장치와 결합을 위해, SBB(120)의 일 측면에는 도킹 핀(120a)이, 타 측면에는 도킹 홀(120b)이, 각각 마련되어 있다.
이에 의해, 도 2에 도시된 바와 같이, 다수의 표준 블록 장치들(100-1, 100-2, 100-3)을 블록 조립하듯 결합하여, 유연 생산을 위한 스마트 공장의 생산 라인 구축할 수 있다.
구체적으로, 본 발명의 실시예에 따른 표준 블록 장치들(100-1, 100-2, 100-3)로 생산 라인을 모듈로 구성하여 제품 생산에 필요한 모듈을 그때 그때 조립식으로 붙이고, 고객의 니즈에 맞추어 유동적으로 추가, 교체, 제거가 가능하여 맞춤형 생산이 가능한 것이다.
나아가, 주력 제품의 수요가 감소하고 다른 제품의 수요가 증가할 경우, 또는 표준 블록 장치의 일부에 고장이 발생했을 경우 표준 블록 장치를 재구성함(교체, 재배열 등)으로써 유연하게 조정할 수 있다.
나아가, 하나의 표준 블록 장치(100) 내에서도, 기구부(110)와 SBB(120)는 고정되어 있지 않고, 서로 분리가 가능한 구조이다.
따라서, 표준 블록 장치-1(100-1)의 기구부-1를 분리하여, 표준 블록 장치-2(100-2)의 SBB-2에 결합시킬 수 있고, 표준 블록 장치-1(100-1)의 기구부-1를 새로운 기구부-1이나 다른 종류의 기구부-3으로 교체할 수도 있으며, 필요에 따라 더 다양한 조합이 가능하다.
더 나아가, 하나의 표준 블록 장치(100) 내에서도, 기구부(110)와 SBB(120)의 위치를 바꿀 수도 있다. 즉, 필요에 따라 기구부(110)가 하단에 위치하고 SBB(120)가 상단에 위치하도록 결합 상태를 변경하는 것이 자유로운 구조로 표준 블록 장치(100)를 구현할 수 있다.
도 3은, 도 1에 도시된 표준 블록 장치(100)의 전면을 상세히 나타낸 도면이다.
도 3에 도시된 바와 같이, SBB(120)는 모듈화된 부품들의 확장성을 용이하게 하기 위해 슬롯 타입 2단 구조로 구성한다. 즉, SBB(120)는 상부-SBB와 하부-SBB로 구성되며, 상부-SBB와 하부-SBB를 다양한 종류들로 조합하여, 다양한 사양의 SBB(120)를 구성할 수 있다.
이를 위해, SBB(120)에는 어떠한 기능의 모듈도 장착가능 하도록 Taping hole이 적용되어 있다. 또한, SBB(120)에는 결합된 다른 표준 블록 장치의 SBB와 인터페이스를 위한 유니버셜 커텍터가 마련된다.
SBB(120)는 다음의 구성들을 포함한다.
1) Power connector : MS connector 적용, SBB(120)의 기본 구성인 로봇 동력부, 운송부 및 제어부를 포함, 380 V 3상 4선식 ELCB와 MCCB로 구성함
2) CP(회로 보호기) : PLC 제어와, 운송 동력부인 Sovo motor, 센서동력인 DC 24V 변환을 위한 SMPS 3부분으로 구성함
3) PLC 및 I/O 보드 : 베이스는 기존 상용품의 적용 가능 면적을 고려하여 결정하고, I/O카드 타입의 확장성을 고려하고, 다양한 통신방식이 적용 가능하도록 함.
4) SMPS : AC를 DC 24V로 변환하하며, 스마트 공장용 근접 센서, 특수 광센서 등 다양한 센서 적용을 위해 32채널 SMPS 사용
또한, 기구부(110)의 연결을 위해, SBB(120)는 다음과 같은 커넥터를 구비한다.
1) Power connector : MS connector로 적용가능
2) I/O onnector : 최소 50Pin의 connector 적용
3) 기타 통신용 connector : RS-232, RS-485, RS-422 통신용, 소켓 통신용
4) Servo Motor connector
5) Vision Camera connector
지금까지, 스마트 공장을 위한 모듈 조합형 표준 블록 장치 및 이를 결합하여 생산 라인을 구성하는 방법에 대해 상세히 설명하였다.
만일 본 발명의 실시예에 따른 표준 블록 장치에 의한, 생산 라인에서의 전반적인 장비 교체, 개선 등의 어려움이 있을 경우, 장비와 신규 구축 시스템 간의 인터페이스 역할을 담당할 수 있는 SBB 인터페이스 모듈(125)을 도 4에 도시된 바와 같이 구성하여 기존 제조 공장의 확장성, 가변성을 향상시킬 수 있다.
도 4는 IoT 데이터 수집을 위한 SBB 인터페이스 모듈과 RTP(Remote Terminal Panel)의 구성도이다. 도 4에 도시된 SBB 인터페이스 모듈(125)은 SBB(120)에 마련되어, 컨트롤러인 PLC, 전원장치인 SMPS(Switching Mode Power Supply) 등으로 구성된다.
SBB 인터페이스 모듈(125)은 RTP(300)나 IoT 디바이스(400)를 통해 온도, 위치 등의 데이터를 수집하여, 상위 F-TOP(Factory-Total Operation Package) 서버(200)에 전달한다. 또한, SBB 인터페이스 모듈(125)은 F-TOP 서버(200)로부터 제어 신호를 수신하여 하부 시스템(300, 400)에 전달한다.
SBB 인터페이스 모듈(125)은, F-TOP 서버(200)와 Ethernet/IP 기반의 백본망을 통해 네트워크 연결되며, RTP(300) 및 IoT 디바이스(400)와는 Profibus나 Modbus(RS-485)와 같은 Fieldbus 통신으로 연결된다.
RTP(300)는 I/O 입출력 기능과 통신 기능을 탑재한 스마트 I/O(혹은 Remote I/O)로 구성되며, 설비의 I/O 접점 신호를 수집하여 SBB 인터페이스 모듈(125)의 PLC에 전달한다.
F-TOP 서버(200)는 표준 블록 장치들을 연동시키고, 나아가 MES(Manufacturing Execution System : 생산관리 시스템), PLM(Product Lifecycle Management : 제품 수명주기 관리 시스템), 그리고 ERP(Enterprise Resource Planning : 전사적 자원 관리 시스템)과 같은 상위 제조 실행 어플리케이션과의 연동을 지원한다.
한편, 본 실시예에 따른 장치와 방법의 기능을 수행하게 하는 컴퓨터 프로그램을 수록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에도 본 발명의 기술적 사상이 적용될 수 있음은 물론이다. 또한, 본 발명의 다양한 실시예에 따른 기술적 사상은 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 기록된 컴퓨터로 읽을 수 있는 코드 형태로 구현될 수도 있다. 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터에 의해 읽을 수 있고 데이터를 저장할 수 있는 어떤 데이터 저장 장치이더라도 가능하다. 예를 들어, 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피 디스크, 광디스크, 하드 디스크 드라이브, 등이 될 수 있음은 물론이다. 또한, 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 저장된 컴퓨터로 읽을 수 있는 코드 또는 프로그램은 컴퓨터간에 연결된 네트워크를 통해 전송될 수도 있다.
또한, 이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안될 것이다.
100 : 표준 블록 장치
110 : 기구부 111 : 유니버셜 테이블
112 : 디스플레이 패널 113 : 컨베이어 벨트
120 : SBB(Smart Based Block) 121 : PLC
122 : 각종 전장품 123 : 유니버셜 커넥터
120a : 도킹 핀 120b : 도킹 홀
125 : SBB 인터페이스 모듈
200 : F-TOP(Factory-Total Operation Package) 서버
300 : RTP(Remote Terminal Panel) 400 : IoT 디바이스

Claims (12)

  1. 스마트 공장을 위한 블록 장치에 있어서,
    제품 생산을 위한 기구가 장착되는 기구부;
    기구부에 의해 수행되는 공정을 제어하고, 공정 데이터를 수집하는 BB(Base Block);를 포함하고,
    블록 장치는 적어도 하나의 다른 블록 장치와 조합하여 생산 라인을 구성하며,
    기구부와 BB는, 분리 가능한 구조로,
    기구부는, 다른 종류의 기구부로 교체 가능하고,
    BB는, 다른 종류의 BB로 교체 가능한 것을 특징으로 하는 블록 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    블록 장치는,
    생산 라인의 구성에서, 제거 가능하고, 다른 블록 장치로 교체 가능한 것을 특징으로 하는 블록 장치.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 청구항 1에 있어서,
    기구부에 장착된 기구는 제거 또는 다른 종류의 기구로 교체가 가능한 것을 특징으로 하는 블록 장치.
  6. 청구항 1에 있어서,
    기구부는, 블록 장치의 상부와 하부 중 어느 한 곳에 위치하고,
    BB는, 블록 장치의 상부와 하부 중 다른 한 곳에 위치하는 것을 특징으로 하는 블록 장치.
  7. 청구항 6에 있어서,
    기구부의 위치와 BB의 위치는, 변경 가능한 것을 특징으로 하는 블록 장치.
  8. 청구항 1에 있어서,
    BB는,
    블록 장치와 결합한 다른 블록 장치의 BB와 연동하는 것을 특징으로 하는 블록 장치.
  9. 청구항 1에 있어서,
    BB는,
    원격 단말 및 IoT 디바이스와 BB의 PLC를 연동하는 인터페이스 모듈;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 블록 장치.
  10. 블록 장치에 마련된 기구부가, 장착된 기구로 제품 생산을 위한 공정을 수행하는 단계;
    블록 장치에 마련된 BB(Base Block)가, 기구부에 의해 수행되는 공정을 제어하는 단계;
    BB가, 공정 데이터를 수집하는 단계;를 포함하고,
    블록 장치는 적어도 하나의 다른 블록 장치와 조합하여 생산 라인을 구성하며,
    기구부와 BB는, 분리 가능한 구조로,
    기구부는, 다른 종류의 기구부로 교체 가능하고,
    BB는, 다른 종류의 BB로 교체 가능한 것을 특징으로 하는 공정 제어 방법.
  11. 제1 블록 장치; 및
    제1 블록 장치와 결합하여 생산 라인을 구성하는 제2 블록 장치;를 포함하고,
    제1 블록 장치는,
    제품 생산을 위한 기구가 장착되는 기구부;
    기구부에 의해 수행되는 공정을 제어하고, 공정 데이터를 수집하는 BB(Base Block);를 포함하며,
    기구부와 BB는, 분리 가능한 구조로,
    기구부는, 다른 종류의 기구부로 교체 가능하고,
    BB는, 다른 종류의 BB로 교체 가능한 것을 특징으로 하는 스마트 공장.
  12. 제1 블록 장치에 마련된 제1 기구부가, 장착된 기구로 제품 생산을 위한 공정을 수행하는 단계;
    제1 블록 장치에 마련된 제1 BB(Base Block)가, 제1 기구부에 의해 수행되는 공정을 제어하는 단계;
    제1 BB가, 공정 데이터를 수집하는 단계;
    제2 블록 장치에 마련된 제1 기구부가, 장착된 기구로 제품 생산을 위한 공정을 수행하는 단계;
    제2 블록 장치에 마련된 제2 BB가, 제2 기구부에 의해 수행되는 공정을 제어하는 단계;
    제2 BB가, 공정 데이터를 수집하는 단계;를 포함하고,
    제1 블록 장치와 제2 블록 장치가 조합하여 생산 라인을 구성하며,
    기구부와 BB는, 분리 가능한 구조로,
    기구부는, 다른 종류의 기구부로 교체 가능하고,
    BB는, 다른 종류의 BB로 교체 가능한 것을 특징으로 하는 공정 제어 방법.
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