KR101957771B1 - IoT 기반의 공장 통합 관리 장치에 의한 웹 서비스 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 공장 통합 관리 장치가 필드 영역부로부터 표준화된 데이터를 수집 및 통합 관리하여, 서로 다른 기반을 가지는 스마트 공장들을 하나의 플랫폼을 통해 연결하고 통합된 웹 서비스를 제공할 수 있도록 하는 장치와 방법에 관한 것이다.

Description

IoT 기반의 공장 통합 관리 장치에 의한 웹 서비스 방법 {METHOD FOR WEB SERVICE BY APPARATUS FOR MANAGING FACTORIES IN INTERNET OF THINGS}

본 발명은 IoT 기반의 공장 통합 관리 장치 및 상기 장치를 이용한 웹 서비스 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 서로 다른 기반을 가지는 스마트 공장들을 하나의 IoT 기반 플랫폼을 통해 연결하여, 통합된 웹 서비스를 제공함으로써 실시간으로 각종 정보를 교환하도록 하기 위한 IoT 기반의 공장 통합 관리 장치, 상기 장치를 이용한 웹 서비스 방법에 관한 것이다.

이 부분에 기술된 내용은 단순히 본 실시 예에 대한 배경 정보를 제공할 뿐 종래기술을 구성하는 것은 아니다.

독일이 인더스트리 4.0(industry 4.0)을 주창한 이후, 세계 각국은 스마트 공장(smart factory) 또는 스마트 제조(smart manufacturing)라는 이름 하에 제조 선진화를 추구하고 있다.

스마트 공장은 제조과정에 정보통신기술(ICT, Information and Communications Technologies)을 적용하여 시스템을 최적화하는 개념이다.

그 중에서도, 산업용 사물인터넷(IIoT, Industrial Internet of Things)은 공정 운영 개선에 중심적인 역할을 하게 될 기술로 주목받고 있다. 사물인터넷 기술의 적용을 통해 기존의 기계 및 장비들을 초연결 네트워크로 연결할 수 있으며, 최적화된 제조 생산 체계를 구축할 수 있다.

보다 구체적으로, 사물인터넷 기술을 통해 실시간으로 공정 전체에서 막대한 데이터를 수집하고 해석할 수 있게 된다. 또한 해석한 데이터를 기반으로 각각의 공정을 개선할 수 있다. 이러한 과정을 통해 비용운영이나 자재 관리 등을 효율적으로 할 수 있고, 맞춤형 제품의 생산이 용이해지며, 빅데이터 분석을 통해 시장 변화의 예측성을 높일 수 있다.

다만, 초연결 네트워크의 구성을 위해서는 서로 다른 기반시설(infrastructure)로 구성된 공장들 간의 수직적, 수평적 통합을 이룰 필요성이 있다.

이러한 통합을 위하여는, 다양한 기업에서 판매되는 상이한 장비, 기계, 센서, 시스템 등의 연결성을 향상시키고 운용 정보를 통일화하여 전달해야 한다.

그러나 각 제조사는 서로 다른 인터페이스, 플랫폼, 시스템을 사용하여 각 장치들의 상호 호환성을 확보하기 어려운 것이 현실이다. 또한 인터페이스, 플랫폼 등은 끊임없이 개량되고 변화하므로, 이러한 장비들로부터 추출할 수 있는 로그 데이터도 계속 변경된다.

이에 따라, 각 공장이 상호운용성을 확보하기 위한 통합 서비스 모델을 제공할 수 있는 방안이 요구되고 있다.

한국등록특허 제10-1080434호, 2011년 11월 07일 공고 (명칭: FDT/DTM과 EDDL 기반의 디바이스 통합을 위한 OPC UA 서버)

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여, 서로 다른 인프라 환경의 스마트 공장들을 표준화된 산업 IoT 기반으로 연결하여, 데이터를 통합하여 관리하기 위한 방법 및 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

더하여, 상기 장치를 통해 각 공장 간 정보 교환을 용이하게 하고, 상호 요청을 가능하게 하여, 다양한 시장 환경의 변화에 유연하고 신속하게 대처하기 위한 방법 및 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시 예에 따른 공장 통합 관리 장치는, 필드 영역부로부터 표준화된 데이터를 송수신하기 위한 허브, 필드 영역부 내 하나 이상의 장치와의 연결을 관리하는 장치 관리 모듈, 필드 영역부로부터 수집한 데이터를 관리하기 위한 데이터 관리 모듈 및 엔터프라이즈 영역부와 데이터를 송수신하기 위한 서비스 인터페이스 모듈을 포함하는 플랫폼 영역부; 및

플랫폼 영역부에 저장된 데이터를 웹 포털을 통해 시각화한 정보를 제공하기 위한 웹 애플리케이션을 포함하는 엔터프라이즈 영역부; 를 포함하여 이루어질 수 있다.

이 때, 상기 플랫폼 영역부는, 상기 웹 애플리케이션에 입력된 인스턴스 별 좌표 정보 및 생산 환경 정보를 상기 허브를 통해 수집하며, 상기 수집한 좌표 정보를 기반으로 지도 상에 상기 인스턴스의 위치를 매핑하고, 상기 웹 애플리케이션에 상기 인스턴스 중 특정 인스턴스로부터 상기 특정 인스턴스가 웹 애플리케이션을 통해 확인한 정보를 기반으로 선택한 하나 이상의 다른 인스턴스에 대한 공정 관련 요청이 입력되면 상기 요청을 수신하고, 상기 다른 인스턴스로 상기 요청을 송신하여, 상기 다른 인스턴스가 상기 요청을 기반으로 공정을 제어하며, 상기 엔터프라이즈 영역부는, 상기 웹 애플리케이션을 통해 상기 인스턴스의 지도 상 위치 및 생산 환경 정보를 표시하는 것을 특징으로 하여 이루어질 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 IoT 기반의 공장 통합 관리 장치에 의한 웹 서비스 방법은, 필드 영역부 내의 인스턴스 별로 좌표 정보 및 생산 환경 정보를 수집하는 단계; 상기 수집한 좌표 정보를 기반으로 지도 상에 상기 인스턴스의 위치를 매핑하는 단계; 상기 웹 애플리케이션을 통해 상기 인스턴스의 지도 상 위치 및 생산 환경 정보를 표시하는 단계; 상기 인스턴스 중 특정 인스턴스로부터 상기 특정 인스턴스가 웹 애플리케이션을 통해 확인한 정보를 기반으로 선택한 하나 이상의 다른 인스턴스에 대한 공정 관련 요청을 수신하는 단계; 상기 다른 인스턴스로 상기 요청을 송신하여, 상기 다른 인스턴스가 상기 요청을 기반으로 해당 공정을 제어하는 단계; 를 포함하여 이루어질 수 있다.

보다 구체적으로, 상기 수집하는 단계는, 상기 필드 영역부 별 인스턴스에서 각각 다른 형식의 사물인터넷 장치로부터 데이터를 수집하여 표준 형식으로 변환한 좌표 정보 및 생산 환경 정보를 수집하는 것일 수 있으며, 상기 공장 통합 관리 장치는, 상기 필드 영역부와 OPC UA 표준에 따라 통신할 수 있다.

아울러, 상기 엔터프라이즈 영역부는, 필드 영역부에 대한 생산공정 및 자원관리를 위한 지능형 관리 모듈을 더 포함할 수 있다.

본 발명의 실시 예에 따른 서비스 장치에 의한 공장 통합 관리 장치는, 상기 필드 영역부와 OPC UA 표준에 따라 통신할 수 있다.

본 발명에 따른 공장 통합 관리 및 웹 서비스 방법에 의하면, 복수의 공장 간에 데이터를 통합 관리하여 생산성을 증대시키고, 각 공장의 설정 정보를 공유하여 최초 설치 시에 드는 시간과 비용을 감소시킬 수 있으며, 데이터에 보안 레벨을 설정하여 보안성을 향상시킬 수 있다.

더하여, 공장 간 협력 가능한 네트워크를 구축함으로써 각 공장이 서로의 자원을 활용할 수 있도록 하여 다양한 시장 상황 변화에 대한 반응성을 높일 수 있다.

또한, 각 공장 간 물리적 자원뿐 아니라 소프트웨어 등 무형의 자원을 공유할 수 있도록 하여 제조 환경을 보다 효율적으로 구성할 수 있다.

아울러, 복수의 공장을 통합 관리할 수 있으므로, 각 공장의 운영 주체는 공장의 관리, 유지, 보수 측면에서 보다 향상된 서비스를 제공받을 수 있다.

본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 발명에 관한 이해를 돕기 위해 상세한 설명의 일부로 포함되는, 첨부 도면은 본 발명에 대한 실시 예를 제공하고, 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술적 특징을 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 IoT 기반의 공장 통합 관리 장치에 의한 웹 서비스 방법을 수행하기 위한 전체 시스템을 개략적으로 도시한 블록도이다.
도 2 및 도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 IoT 기반의 공장 통합 관리 장치에 의한 웹 서비스 방법을 수행하기 위한 필드 영역부의 인스턴스를 도시한 블록도이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 IoT 기반의 공장 통합 관리 장치에 의한 웹 서비스 방법을 수행하기 위한 플랫폼 영역부를 도시한 블록도이다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 IoT 기반의 공장 통합 관리 장치에 의한 웹 서비스 방법을 수행하기 위한 엔터프라이즈 영역부를 도시한 블록도이다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 공장 통합 관리 장치를 도시한 블록도이다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 IoT 기반의 공장 통합 관리 장치를 이용한 웹 서비스 방법을 나타낸 메시지 흐름도이다.
도 8 내지 도 12는 본 발명의 실시 예에 따른 IoT 기반의 공장 통합 관리 장치를 이용한 웹 서비스에 관하여 설명하기 위한 예시도이다.

본 발명의 과제 해결 수단의 특징 및 이점을 보다 명확히 하기 위하여, 첨부된 도면에 도시된 본 발명의 특정 실시 예를 참조하여 본 발명을 더 상세하게 설명한다.

다만, 하기의 설명 및 첨부된 도면에서 본 발명의 요지를 흐릴 수 있는 공지 기능 또는 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다. 또한, 도면 전체에 걸쳐 동일한 구성 요소들은 가능한 한 동일한 도면 부호로 나타내고 있음에 유의하여야 한다.

이하의 설명 및 도면에서 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위한 용어의 개념으로 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

따라서 본 명세서에 기재된 실시 예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시 예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

또한, 제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하기 위해 사용하는 것으로, 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용될 뿐, 상기 구성요소들을 한정하기 위해 사용되지 않는다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제2 구성요소는 제1 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제1 구성요소도 제2 구성요소로 명명될 수 있다.

더하여, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급할 경우, 이는 논리적 또는 물리적으로 연결되거나, 접속될 수 있음을 의미한다.

다시 말해, 구성요소가 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 접속되어 있을 수 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있으며, 간접적으로 연결되거나 접속될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.

또한, 본 명세서에서 기술되는 "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

또한, 명세서에 기재된 "…부", "…기", "모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.

또한, "일(a 또는 an)", "하나(one)", "그(the)" 및 유사어는 본 발명을 기술하는 문맥에 있어서(특히, 이하의 청구항의 문맥에서) 본 명세서에 달리 지시되거나 문맥에 의해 분명하게 반박되지 않는 한, 단수 및 복수 모두를 포함하는 의미로 사용될 수 있다.

그러면 먼저, 본 발명의 실시 예에 따른 따른 공장 통합 관리 장치와 연결되는 각 장치 및 전체 시스템에 대해 설명하도록 한다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 IoT 기반의 공장 통합 관리 장치에 의한 웹 서비스 방법을 수행하기 위한 전체 시스템을 개략적으로 도시한 블록도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 IoT 기반의 공장 통합 관리 시스템은, 필드 영역부(100), 플랫폼 영역부(200), 엔터프라이즈 영역부(300) 및 통신망(500)으로 이루어질 수 있다.

필드 영역부(100)는 각 공장 별로 설치된 센서, 스마트 디바이스, PLC(Programmable Logic Controller), DCS(Distributed Control System), 기타 각종 서버들로부터 데이터를 수집하고, 이를 게이트웨이(SFW Gateway, Smart Factory Web Gateway)를 통해 플랫폼 영역부(200)로 전달하기 위한 구성이다.

필드 영역부(100)는 공장 별로 각각 위치하는 복수의 인스턴스(instance)를 포함할 수 있다. 여기서 인스턴스란 하나의 공장에 설치되어 상기 하나의 공장을 관리하기 위한 시스템을 의미한다. 또한 필드 영역부(100)는 제약 없이 새로운 인스턴스를 생성하거나 기존의 인스턴스를 제거할 수 있다.

필드 영역부(100) 내에 위치하는 각 인스턴스의 구체적인 구성은 후술하도록 한다.

플랫폼 영역부(200)는 필드 영역부(100)와 연결되어, 필드 영역부(100)에 포함되는 각 인스턴스와 관련된 데이터를 저장하고 관리하기 위한 구성이다. 플랫폼 영역부(200)는 필드 영역부(100) 내에 위치하는 게이트웨이를 통해 각 인스턴스와 데이터를 송수신하는 미들웨어(middleware)의 역할을 할 수 있다.

이 때 필드 영역부(100)와 플랫폼 영역부(200)는 One M2M(One Machine to Machine) 또는 OPC UA(OPC(OLE(Object Linking and Embedding) for Process Control) Unified Architecture) 표준에 의해 통신할 수 있다.

One M2M 표준은 사물인터넷 장치의 공통 표준 기술을 구현하기 위한 것으로, 센서, 액추에이터(Actuator), 기타 스마트 디바이스(smart device)가 위치하는 디바이스 도메인 영역과, 게이트웨이를 통한 액세스 네트워크 및 코어 망이 위치한 네트워크 도메인 영역, 실제 서비스 실현을 위한 애플리케이션 도메인 영역으로 구분될 수 있다.

OPC UA 표준은 기존의 OPC 표준 (OPC DA, HDA, A&E), RSA 표준으로의 data encryption 및 x509 Certificate standard에 기반한 authentication을 하나로 묶은 새로운 OPC 표준이다.

OPC UA는 기존의 OPC 표준에 의한 데이터 외에도 다른 표준에서 정의한 정보 모델, 각 장치 공급자가 정의한 데이터 등을 모두 OPC 정보 모델(information model)로 표현할 수 있도록 한다.

이러한 OPC UA 표준은, 클라이언트(client)-서버(server) 아키텍처(architecture)를 포함할 수 있다. 여기서 OPC UA 클라이언트는 OPC UA 서버에 접속하여 데이터를 수집하며, OPC UA 서버는 각 장치에 연결되어 데이터를 수집하고 수집한 데이터를 OPC 클라이언트에 제공한다.

플랫폼 영역부(200)는 OPC UA 표준에 따라 OPC 클라이언트의 역할을 할 수 있다.

플랫폼 영역부(200)에 대한 보다 구체적인 구성은 후술하도록 한다.

엔터프라이즈 영역부(300)는 플랫폼 영역부(200)와 연결되어 플랫폼에서 제공되는 API(Application Programming Interface)를 통해 사용자에게 웹(web) 기반 서비스를 제공하기 위한 구성이다.

엔터프라이즈 영역부(300)는 웹 기반 서비스 외에도 MES(Manufacturing Execution System) 또는 ERP(Enterprise Resource Planning) 서비스를 제공할 수 있다. 필드 영역부(100)의 각 인스턴스에서도 MES 또는 ERP 서비스를 제공할 수 있으나, 이는 필드 영역부(100)내에 위치하는 하나의 인스턴스 내의 관리 시스템으로, 하나의 인스턴스 내에 위치하는 장치들만을 관리 가능하다. 반면, 엔터프라이즈 영역부(300)의 MES 또는 ERP는 플랫폼 데이터에서 수집한 데이터를 기반으로 필드 영역부(100) 전체에 대한 서비스를 제공할 수 있다.

또한 엔터프라이즈 영역부(300)는 외부 사업자가 제공하는 애플리케이션을 통해 다양한 서비스를 제공할 수 있다.

즉, 플랫폼 영역부(200)는 필드 영역부(100)와의 연결을 위한 미들웨어 계층의 역할을 하며, 엔터프라이즈 영역부(300)는 플랫폼 영역부(200)에 수집된 데이터를 기반으로 하는 응용 계층의 역할을 한다. 따라서, 플랫폼 영역부(200)와 엔터프라이즈 영역부(300)는 하나의 공장 통합 관리 장치(400)에 포함된 미들웨어와 응용 계층의 형태가 될 수 있다.

웹 기반 서비스에는 플랫폼 영역부(200)에서 제공되는 데이터를 기반으로 하는 분석 또는 시각화 서비스가 포함될 수 있다. 특히, 상기 웹 기반 서비스에는 본 발명의 실시 예에 따라 웹 애플리케이션을 통해 지도 상에 각 공장의 위치 및 정보를 표시하고, 각 공장 간 데이터 및 공정 제어를 요청할 수 있도록 하는 서비스가 포함된다.

엔터프라이즈 영역부(300)에 대한 보다 구체적인 구성은 후술하도록 한다.

아울러, 본 발명의 필드 영역부(100)는 통신망(500)을 통해 플랫폼 영역부 (200)와 연결될 수 있다. 이러한 통신망(500)은 인터넷망, 인트라넷망, 이동통신망, 위성 통신망 등 다양한 유무선 통신 기술을 이용하여 인터넷 프로토콜로 데이터를 송수신할 수 있는 망을 말한다.

또한, 통신망(500)은 플랫폼 영역부(200)나 필드 영역부(100)와 결합되어 하드웨어, 소프트웨어 등의 컴퓨팅 자원을 저장한다. 이러한 통신망(500)은 LAN(Local Area Network), WAN(Wide Area Network)등의 폐쇄형 네트워크, 인터넷(Internet)과 같은 개방형 네트워크뿐만 아니라, CDMA(Code Division Multiple Access), WCDMA(Wideband Code Division Multiple Access), GSM(Global System for Mobile Communications), LTE(Long Term Evolution), EPC(Evolved Packet Core) 등의 네트워크와 향후 구현될 차세대 네트워크 및 컴퓨팅 네트워크를 통칭하는 개념이다.

아울러, 본 발명의 통신망(500)은 예컨대, 다수의 접속망(미도시) 및 코어망(미도시)을 포함하며, 외부망, 예컨대 인터넷망(미도시)을 포함하여 구성될 수 있다.

이상으로, 본 발명의 실시 예에 따른 IoT 기반의 공장 통합 관리 방법을 수행하기 위한 전체 시스템의 각 구성을 개략적으로 설명하였다.

다음으로 도 2, 도 3 및 도 4를 참조하여 본 발명의 IoT 기반의 공장 통합 관리 및 웹 서비스를 위한 각 구성을 구체적으로 설명하도록 한다.

도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 IoT 기반의 공장 통합 관리 방법을 수행하기 위한 전체 시스템 중 필드 영역부(100)의 하나의 인스턴스를 보다 구체적으로 도시한 블록도이다.

도 2를 참조하면, 필드 영역부(100)는 복수의 인스턴스로 구성되며, 각 인스턴스에는 하나 이상의 공장 내 생산 장비(150)와 연결된 PLC(111), DCS(112), 스마트 디바이스(113), 센서(114), 액추에이터(115) 중 하나 이상이 포함되어 있을 수 있다. 상기 PLC(111), DCS(112), 스마트 디바이스(113), 센서(114), 액추에이터(115) 중 하나 이상에는 각각 OPC UA 서버 모듈(미도시)이 설치되어 있어, 서로 상이한 프로토콜을 가지는 각 장치(110)들로부터 데이터를 수집하여 OPC UA 클라이언트 모듈(미도시)이 설치되어 있는 필드 운영 서버(120) 또는 모델 서버(130)로 데이터를 전송할 수 있다.

또는, 상기 각 장치(110)들에는 OPC UA 기반 통신을 위한 OPC UA 인터페이스 모듈(미도시)이 설치되어 있고, 하나의 OPC UA 서버 모듈(미도시)에서 각 장치(110)들의 데이터를 수집하여 OPC UA 클라이언트 모듈(미도시)로 데이터를 전송할 수도 있다.

보다 구체적으로, PLC(111) 또는 DCS(112)의 경우 하위의 스마트 디바이스(113) 또는 공장 내 생산 장비(150)를 제어하는 과정에서 생성되는 로그 데이터를 수집하여 필드 운영 서버(120) 또는 게이트웨이(140)로 전송한다.

센서(114)는 각 생산 장비(150)로부터 수집한 온도 등 센싱 정보를 수집하여 필드 운영 서버(120) 또는 게이트웨이(140)로 전송할 수 있으며, 스마트 디바이스(113) 또는 액추에이터(115)는 각 장치별 특징에 따라 수집한 내용을 필드 운영 서버(120) 또는 게이트웨이(140)로 전송할 수 있다. 예를 들어, 스마트 디바이스(113)가 카메라인 경우 생산 장비(150)를 촬영한 사진을 필드 운영 서버(120) 또는 게이트웨이(140)로 전송할 수 있다.

필드 운영 서버(120)에는 OPC UA 클라이언트 모듈(미도시)이 설치되어 있어, 상기 각 장치(110)들에 설치된 OPC UA 서버 모듈로부터 수집된 데이터를 수신할 수 있다. 수신한 데이터는 OPC UA Aggregating Server를 통해 관리된다.

또한 필드 운영 서버(120)는 MES 또는 ERP 서비스를 제공하기 위한 API를 포함할 수 있다. 필드 운영 서버(120)를 통해 제공되는 MES 또는 ERP 서비스는, 필드 운영 서버(120)가 포함되는 하나의 인스턴스, 즉 하나의 공장에 관한 관리 서비스만을 제공할 수 있다.

모델 서버(130)는 공장을 구성하는 기기 및 설비에 관한 정보(각 기기 별 연결 인터페이스, 연결 구조, 설정값 등)을 스크립트 형태로 저장 및 관리하기 위한 구성이다. 스크립트 형태는 AutomationML(Automation Markup Language) 형식을 따를 수 있다. 모델 서버(130)에는 OPC UA 서버 모듈이 설치되어 필드 운영 서버(120) 또는 게이트웨이(140)로 상기 스크립트 형태의 데이터를 전송할 수 있다.

게이트웨이(140)는 OPC UA 인터페이스를 포함하는 각종 장치(110) 및 필드 운영 서버(120), 모델 서버(130)로부터 데이터를 수신하여 플랫폼에 전달하는 역할을 한다. 게이트웨이(140)는 필드 영역부(100)의 데이터를 플랫폼 영역부(110)로 보내기 전, 필터링이나 보안 레벨 설정과 같은 데이터 처리를 수행할 수 있다.

게이트웨이(140) OPC UA 표준에 의해 데이터를 수집 및 송신할 수 있으므로, OPC UA 클라이언트 모듈(미도시) 및 OPC UA 서버 모듈(미도시)을 포함한다.

필드 영역부(100) 내의 각 인스턴스는 이와 같이 구성되며, 필드 영역부(100)는 복수의 인스턴스를 포함한다.

도 3은, 이와 같은 필드 영역부(100)의 구성을 IIC(Industrial Internet Consortium)에 의해 작성된 레퍼런스 모델인 IIRA(Industrial Internet Reference Architecture)의 관점에서 나타낸 도면이다.

도 3을 참조하면, 필드 영역부(100)의 각 구성은 엣지 티어(Edge Tier), 플랫폼 티어(Platform Tier), 엔터프라이즈 티어(Enterprise Tier)로 나누어질 수 있다.

엣지 티어는 프록시미티 네트워크(proximity network)를 통해 장치(110)들로부터 데이터를 수집하여 플랫폼 티어로 전송하기 위한 말단 노드를 포함하는 단계이다. 엣지 티어의 구성은 장치(110)들의 연결 형태에 따라 달라질 수 있다.

플랫폼 티어는 엣지 티어로부터 데이터를 수신하고, 엔터프라이즈 티어로부터 제어 명령을 수신하고 처리하여 엣지 티어로 전송하기 위한 단계이다. 플랫폼 티어는 각 티어의 데이터를 통합하여 처리하고 분석하며 장치들을 관리하는 역할을 하는 구성 요소들을 포함하는 단계이다.

엔터프라이즈 티어는 해당 인스턴스를 관리하는 응용 프로그램(domain-specific application)을 실행시키고, 엣지 티어와 플랫폼 티어로부터 데이터를 수신하며, 엣지 티어와 플랫폼 티어로 제어 명령을 전송하고, 사용자 동작을 위한 인터페이스를 제공한다.

이상으로 본 발명의 실시 예에 따른 필드 영역부(100)의 구성에 대하여 설명하였다.

이하에서 본 발명의 실시 예에 따른 플랫폼 영역부(200)의 구성에 대하여 설명한다.

도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 IoT 기반의 공장 통합 관리 및 웹 서비스 방법을 수행하기 위한 전체 시스템 중 플랫폼 영역부(200)를 보다 구체적으로 도시한 블록도이다.

도 4를 참조하면, 플랫폼 영역부(200)는 허브(210, smart factory web hub), 장치 관리 모듈(220, Factory-Thing Device Management Module), 데이터 관리 모듈(230, Factory-Thing Data Management and Analysis Module), 서비스 인터페이스 모듈(240, service interface module), 외부 인터페이스 모듈(250, external interface module)로 구성된다.

허브(210)는 필드 영역부(100)와 플랫폼 영역부(200)를 연결하기 위한 구성으로, 허브(210)를 통해 필드 영역부(100)에 포함되는 복수의 인스턴스의 데이터를 플랫폼 영역부가 수신할 수 있게 한다.

이러한 허브(210)는 OPC UA 표준에 따라 필드 영역부(100)의 게이트웨이(140)와 통신할 수 있다. 허브(210)가 게이트웨이(140)로부터 데이터를 수신하므로, 허브(210)는 OPC UA 클라이언트 모듈을 포함한다.

장치 관리 모듈(220)은 필드 영역부(100)에 존재하는 각 장치(110)들과의 연결을 관리하기 위한 구성이다. 장치 관리 모듈(220)는 각 장치(110)의 생성, 삭제, 조회 등 기본적인 장치 관리 기능을 제공한다.

데이터 관리 모듈(230)은 OPC UA 서버 모듈을 통해 수신한 데이터를 저장하고, 엔터프라이즈 영역부(300)에 데이터를 전달하도록 하기 위한 구성이다. 즉, OPC UA 표준을 통해 수집되는 데이터들의 전반적인 관리를 수행한다.

서비스 인터페이스 모듈(240)는 플랫폼 영역부(200)의 데이터를 기반으로 엔터프라이즈 영역부(300)에 설치되어 수행되는 임의의 서비스 애플리케이션과 연결되기 위한 API이다. 서비스 인터페이스 모듈(240)는 오픈 API를 제공할 수 있다. 엔터프라이즈 영역부(300)에 위치하는 웹 포탈(web portal), MES, ERP와 같은 서비스 애플리케이션들은 서비스 인터페이스(300)에서 제공되는 오픈 API를 기반으로 제작된다.

외부 인터페이스 모듈(250)는 엔터프라이즈 영역부(300)가 아닌 외부의 서비스와의 연동을 위한 API이다. 외부 인터페이스 모듈(250)는 클라우드 서버와 연결될 수 있으며, 기타 외부 인터페이스 모듈(250)에서 제공되는 API를 통해 생성된 매시업(Mashup) 컨텐츠 서버들과 연결될 수 있다.

이상으로 본 발명의 실시 예에 따른 플랫폼 영역부(200)의 구성에 대하여 설명하였다.

이하에서 본 발명의 실시 예에 따른 엔터프라이즈 영역부(300)의 구성에 대하여 설명한다.

도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 IoT 기반의 공장 통합 관리 방법을 수행하기 위한 전체 시스템 중 엔터프라이즈 영역부(300)를 보다 구체적으로 도시한 블록도이다.

도 5를 참조하면, 엔터프라이즈 영역부(300)는 웹 애플리케이션(310)과 지능형 관리 모듈(320), 외부 사업자 애플리케이션(330)으로 구성될 수 있다.

웹 애플리케이션(310)은 사용자에게 웹 포털(smart factory web portal)을 통해 각종 서비스를 제공하기 위한 구성이다. 웹 애플리케이션(310)은 사용자의 접속 시 플랫폼 영역부(200)의 데이터를 기반으로 시각화된 정보를 제공한다.

예를 들면, 컨베이어 벨트의 회전 속도와 같이, 필드 영역부(100)의 각 인스턴스에서 동작하고 있는 생산 장비(150)들의 동작 상태를 보여줄 수 있으며, 수집된 데이터들의 패턴을 분석한 결과 화면이나, 생산 장비(150)의 이상 발생 알림 등을 웹 포털을 통해 제공할 수 있다.

지능형 관리 모듈(320)은, MES/ERP 프로그램을 포함하며, 기존의 MES/ERP 서비스를 복수의 공장에 위치하는 복수의 인스턴스에 대한 통합 차원에서 제공할 수 있게 한다.

외부 사업자 애플리케이션(330)은, 플랫폼 영역부(200)에서 제공되는 오픈 API와 데이터 소스를 이용하여 외부 사업자가 제작한 애플리케이션으로, 엔터프라이즈 영역부(300)에 설치된 것을 의미한다. 이러한 외부 사업자 애플리케이션(330)은 웹 애플리케이션(310) 또는 지능형 관리 모듈(320)과 결합되어 상기 웹 애플리케이션(310) 또는 지능형 관리 모듈(320)을 보다 구체화하는 응용 서비스의 형태일 수도 있다.

이상으로 본 발명의 실시 예에 따른 엔터프라이즈 영역부(300)의 구성에 대하여 설명하였다.

도 6은 이와 같은 필드 영역부(100), 플랫폼 영역부(200) 및 엔터프라이즈 영역부(300)의 구성을 IIC(Industrial Internet Consortium)에 의해 작성된 레퍼런스 모델인 IIRA(Industrial Internet Reference Architecture)의 관점에서 나타낸 도면이다.

도 6을 참조하면, 필드 영역부(100)의 하나의 인스턴스에서 적용되는 각 티어가, 본 발명의 실시 예에 따른 시스템 전체로 확장되어 적용된 것으로 이해될 수 있다.

즉, 필드 영역부(100)는 엣지 티어로 데이터를 수집하기 위한 대상이 되며, 플랫폼 영역부(200)는 필드 영역부(100)와 엔터프라이즈 영역부(300) 사이에서 데이터의 처리 및 제어 명령의 송수신을 수행하는 플랫폼 티어이며, 엔터프라이즈 영역부(300)는 응용 프로그램 및 사용자 인터페이스를 제공하는 엔터프라이즈 티어로 이해될 수 있다.

이상으로, 본 발명의 실시 예에 따른 IoT 기반의 공장 통합 관리 시스템의 구조에 관하여 설명하였다.

도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 IoT 기반의 공장 통합 관리 장치를 이용한 웹 서비스 방법을 나타낸 메시지 흐름도이다.

도 7을 참조하면, 먼저, 공장 통합 관리 장치(400)는 필드 영역부(100) 내의 각 인스턴스(100-1, 100-2)로부터 각 인스턴스(100-1, 100-2)의 좌표 정보 및 생산 환경 정보를 수집한다(S700).

여기서 좌표 정보란 인스턴스(100-1, 100-2)가 위치하는 공장을 지도 상에 표시할 수 있도록 하는 주소 또는 경위도 등의 정보를 의미한다.

생산 환경 정보는 각 인스턴스(100-1, 100-2)의 제조 환경을 종합적으로 나타내는 정보로, 각 공장의 규모, 각 공장에서 생산되는 물품, 상기 물품을 생산하기 위한 공정, 상기 공정에 연관된 장치, 상기 장치의 동작 현황, 상기 장치 별 소프트웨어 정보, 각 인스턴스 관리 서버에 대한 하드웨어 및 소프트웨어 정보 등이 포함될 수 있다.

이후, 공장 통합 관리 장치(400)는 수집한 좌표 정보를 기반으로 각 인스턴스를 포함하는 각 공장의 위치를 지도상에 매핑한다(S702).

각 인스턴스(100-1, 100-2)를 통해 수집한 좌표 정보는 생산 환경 정보와 매핑되어 있으며, 이에 따라 지도상에 공장의 위치와 해당 공장의 생산 환경 정보를 표시할 수 있게 된다.

공장 통합 관리 장치(400)는, 상기 공장 통합 관리 장치(400)에 접속한 각 인스턴스(100-1, 100-2)들에게, 웹 애플리케이션(310)을 통해 각 공장의 위치 및 생산 환경 정보를 지도상에 표시하여 제공한다(S704).

이러한 지도상 표시의 일 예시는 도 8 내지 도 12와 같을 수 있다.

도 8은 특정 인스턴스(100-1)가 웹 애플리케이션(310)에 접속하였을 때 보여질 수 있는 표시의 일 예시로, 지도 상에서 다른 공장들의 위치를 확인할 수 있는 화면이다. 특정 인스턴스(100-1)의 관리자는 이러한 화면에서 지도의 확대 또는 축소를 통해 보다 넓은 범위에서 다른 공장들의 개략적인 위치를 확인하거나 보다 좁은 범위에서 다른 공장들의 보다 정확한 위치를 확인할 수 있다.

이와 같은 화면에서, 특정 인스턴스(100-1)의 관리자가 다른 공장 중 하나를 선택하는 경우, 도 9와 같이 해당 공장의 개략적인 정보가 표시된다.

도 9에서는, 특정 인스턴스(100-1)의 관리자가 선택한 공장이 독일 카를스루에에 있다는 정보가 표시된 것을 알 수 있다.

특정 인스턴스(100-1)의 관리자는 기 설정된 조작 행위(클릭 등)을 통해 상기 선택한 공장의 보다 구체적인 정보를 확인할 수 있다. 이 때, 특정 인스턴스(100-1)의 관리자에게 보안 레벨이 설정되어 있을 수 있다. 상기 특정 인스턴스(100-1)의 관리자는 자신에게 부여된 보안 레벨에 따라 접근 가능한 정보와 서비스에 제한이 있을 수 있다.

즉, 각 인스턴스(100-1, 100-2)에는 복수의 관리자가 있을 수 있고, 공장 통합 관리 장치(400)는 각 관리자 별로 보안 레벨을 각각 다르게 부여할 수 있으며, 상기 보안 레벨을 기반으로 표시할 인스턴스의 지도 상 위치 및 생산 환경 정보를 제한할 수 있다.

보안 레벨의 확인은, 각 인스턴스의 고유ID 확인, IP주소 확인, 또는 도 10과 같이 로그인을 통할 수 있으며, 기타 공지된 보안 기술 중 하나 이상의 조합으로도 이루어질 수 있다.

보안 레벨이 확인되면 보안 레벨에 따라 확인 가능한 정보를 열람할 수 있다. 도 11은 특정 인스턴스(100-1)의 관리자가 다른 인스턴스(100-2)의 생산 환경 정보 중 장비 정보를 열람하는 것을 나타낸다.

도 11을 참조하면, 특정 인스턴스(100-1)의 관리자는 웹 애플리케이션(310)을 통해 각 생산 장비(150)의 형상, 사양, 세부 동작 현황을 확인할 수 있다. 또한 특정 인스턴스(100-1)의 관리자는 기 설정된 조작 행위(클릭 등)를 통해 도 12와 같이 특정 생산 장비의 보다 구체적인 사양 및 동작 현황을 확인할 수도 있다.

이러한 환경에서, 특정 공장의 생산 요구량이 증가하여 다른 공장으로 협력 요청이 필요한 경우, 상기 특정 공장의 인스턴스(100-1)를 통해 웹 애플리케이션(310)에 접속하여 지도 상의 다른 공장과 상기 다른 공장 내의 인스턴스(100-2)의 정보를 확인할 수 있다(S706).

상기 S706 단계에는, 앞서 설명한, 지도 상의 공장 위치를 확인하는 과정이나 보안 레벨을 확인하는 과정, 다른 공장의 인스턴스(100-2)에서 제공한 각 생산 장비(150)의 정보를 열람하는 과정이 포함될 수 있다.

특정 인스턴스(100-1)의 관리자는 복수의 다른 인스턴스(100-2)의 정보를 열람할 수 있으며, 복수의 다른 인스턴스(100-2) 중 상기 특정 인스턴스(100-1)의 공정을 적용 가능한 다른 인스턴스(100-2)에 대한 공정 관련 요청을 웹 애플리케이션에 입력할 수 있다(S708).

이 때, 공정 관련 요청은 다른 인스턴스(100-2)의 공정에 위치하는 생산 장비(150)에 대한 물리적 변경 요청일 수 있다. 또는, 공정 관련 요청은 상기 다른 인스턴스(100-2)에 위치하는 장치(110), 필드 운영 서버(120) 또는 모델 서버(130)와 같은 사물인터넷 관련 장치에 대한 소프트웨어 업그레이드, 소프트웨어 설정 변경 등 공정 관리를 위한 소프트웨어 알고리즘에 대한 변경 요청일 수 있다.

공장 통합 관리 장치(400)는 입력된 공정 관련 요청을 특정 인스턴스(100-1)의 관리자가 선택한 다른 인스턴스(100-2)로 송신하며, 상기 다른 인스턴스(100-2)의 관리자가 공정 제어를 허용하는 경우, 상기 다른 인스턴스(100-2)에 대한 공정을 제어한다(S710).

이상으로, 본 발명의 실시 예에 따른 IoT 기반의 공장 통합 관리 및 웹 서비스 방법에 대하여 설명하였다.

본 명세서와 도면에서는 예시적인 장치 구성을 기술하고 있지만, 본 명세서에서 설명하는 기능적인 동작과 주제의 구현물은 다른 유형의 디지털 전자 회로로 구현되거나, 본 명세서에서 개시하는 구조 및 그 구조적인 등가물들을 포함하는 컴퓨터 소프트웨어, 펌웨어 혹은 하드웨어로 구현되거나, 이들 중 하나 이상의 결합으로 구현 가능하다.

따라서, 상술한 예를 참조하여 본 발명을 상세하게 설명하였지만, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 기술자라면 본 발명의 범위를 벗어나지 않으면서도 본 예들에 대한 개조, 변경 및 변형을 가할 수 있다.

따라서 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 의하여 정할 것이 아니고 청구범위에 의해 정하여져야 한다.

본 발명은 서로 다른 기반을 가지는 스마트 공장들을 하나의 플랫폼을 통해 연결하여, 통합된 웹 서비스를 제공하기 위한 IoT 기반의 공장 통합 관리 장치에 관한 것으로, 공장 간 협력을 위한 데이터 통합 모델을 제공하고, 공장 간 정보 교환을 가능하게 한다.

이를 통해 공장 간의 협력을 도모하고 각 공장이 생산 환경 변화에 유연하고 신속하게 대응할 수 있도록 함으로써 산업 발전에 이바지할 수 있으며, 더불어, 본 발명은 시판 또는 영업의 가능성이 충분할 뿐만 아니라 현실적으로 명백하게 실시할 수 있는 정도이므로 산업상 이용가능성이 있다.

100: 필드 영역부
200: 플랫폼 영역부
300: 엔터프라이즈 영역부
400: 공장 통합 관리 장치
500: 통신망

Claims (7)

1. IoT 기반의 공장 통합 관리 장치에 의한 웹 서비스 방법에 있어서,
   필드 영역부 내에 존재하는 복수의 인스턴스에 관한 좌표 정보 및 생산 환경 정보를 수집하는 단계;
   상기 수집한 좌표 정보를 기반으로 지도 상에 각 인스턴스별 위치를 매핑하는 단계;
   웹 애플리케이션을 통해 각 인스턴스의 지도 상 위치 및 생산 환경 정보를 표시하는 단계;
   상기 복수의 인스턴스 중 생산 요구량이 증가하여 다른 인스턴스로부터 협력이 필요한 특정 인스턴스가 상기 웹 애플리케이션에 접속하면 상기 다른 인스턴스에 대한 정보를 상기 특정 인스턴스로 제공하는 단계;
   상기 특정 인스턴스로부터 상기 제공된 정보를 기반으로 선택한 하나 이상의 다른 인스턴스에 대한 공정 관련 요청을 수신하는 단계; 및
   상기 선택된 하나 이상의 다른 인스턴스로 상기 공정 관련 요청을 송신하고, 상기 공정 관련 요청을 허용한 인스턴스를 상기 공정 관련 요청 기반으로 공정 제어하는 단계;
   를 포함하는 공장 통합 관리 장치에 의한 웹 서비스 방법.
2. 제1항에 있어서,
   상기 인스턴스의 관리자 별로 보안 레벨을 부여하는 단계;
   를 더 포함하며,
   상기 표시하는 단계는,
   상기 보안 레벨을 기반으로 표시할 인스턴스의 지도 상 위치 및 생산 환경 정보를 제한하는 것을 특징으로 하는 공장 통합 관리 장치에 의한 웹 서비스 방법.
3. 제1항에 있어서,
   상기 공정 관련 요청은,
   상기 다른 인스턴스 내에 위치하는 생산 장비에 대한 물리적 변경 요청인 것을 특징으로 하는 공장 통합 관리 장치에 의한 웹 서비스 방법.
4. 제1항에 있어서,
   상기 공정 관련 요청은,
   상기 다른 인스턴스 내에 위치하는 사물인터넷 장치에 대한 소프트웨어 알고리즘의 변경 요청인 것을 특징으로 하는 공장 통합 관리 장치에 의한 웹 서비스 방법.
5. 제1항에 있어서,
   상기 수집하는 단계는,
   상기 필드 영역부 별 인스턴스에서 각각 다른 형식의 사물인터넷 장치로부터 데이터를 수집하여 표준 형식으로 변환한 좌표 정보 및 생산 환경 정보를 수집하는 것을 특징으로 하는 공장 통합 관리 장치에 의한 웹 서비스 방법.
6. 제5항에 있어서,
   상기 공장 통합 관리 장치는,
   상기 필드 영역부와 OPC UA 표준에 따라 통신하는 것을 특징으로 하는 공장 통합 관리 장치에 의한 웹 서비스 방법.
7. 필드 영역부와 표준화된 데이터를 송수신하기 위한 허브, 필드 영역부 내 하나 이상의 장치와의 연결을 관리하는 장치 관리 모듈, 필드 영역부로부터 수집한 데이터를 관리하기 위한 데이터 관리 모듈 및 엔터프라이즈 영역부와 데이터를 송수신하기 위한 서비스 인터페이스 모듈을 포함하는 플랫폼 영역부; 및
   플랫폼 영역부에 저장된 데이터를 웹 포털을 통해 시각화한 정보를 제공하기 위한 웹 애플리케이션을 포함하는 엔터프라이즈 영역부;
   를 포함하며,
   상기 플랫폼 영역부는,
   상기 웹 애플리케이션에 입력된 필드 영역부 내에 존재하는 복수의 인스턴스 에 관한 좌표 정보 및 생산 환경 정보를 상기 허브를 통해 수집하며, 상기 수집한 좌표 정보를 기반으로 지도 상에 각 인스턴스별 위치를 매핑하고,
   상기 복수의 인스턴스 중 생산 요구량이 증가하여 다른 인스턴스로부터 협력이 필요한 특정 인스턴스가 상기 웹 애플리케이션에 접속하면 상기 다른 인스턴스에 대한 정보를 상기 특정 인스턴스로 제공하고, 상기 특정 인스턴스로부터 상기 제공된 정보를 기반으로 선택한 하나 이상의 다른 인스턴스에 대한 공정 관련 요청이 수신되면 상기 선택된 하나 이상의 다른 인스턴스로 상기 공정 관련 요청을 송신하고, 상기 공정 관련 요청을 허용한 인스턴스를 상기 공정 관련 요청 기반으로 공정 제어하며,
   상기 엔터프라이즈 영역부는,
   상기 웹 애플리케이션을 통해 상기 인스턴스의 지도 상 위치 및 생산 환경 정보를 표시하는 것을 특징으로 하는 공장 통합 관리 장치.

Images