KR102436479B1 - 공작설비 이상 감지 모니터링 시스템 및 방법 - Google Patents

공작설비 이상 감지 모니터링 시스템 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 공작설비 이상 감지 모니터링 시스템에 관한 것으로, 공작설비를 구성하는 공작기계들의 동작상태와 제품 제조조건 및 제조시간을 디스플레이에 숫자, 문자, 기호로 표시하는 표시부; 상기 표시부를 주기적으로 촬영한 영상을 유선 또는 무선으로 엣지 디바이스로 보내는 카메라; 상기 카메라로 촬영한 표시부 영상을 게더링하여 영상은 서버로 보내지 않고, 숫자, 문자, 기호 등에 대한 데이터를 유선 또는 무선을 통해 서버로 전송하는 엣지 디바이스; 상기 표시부들의 데이터를 클러스터링하여 진단 및 예측하는 서버; 및 상기 서버로부터 공작기계의 동작상태, 이상유무 등의 정보를 제공받는 휴대단말기;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

공작설비 이상 감지 모니터링 시스템 및 방법{System for monitering abnormality judgment of machine tool and Method thereof}
본 발명은 공작설비 이상 감지 모니터링 시스템 및 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 공작설비 제조 조건과 제조 시간을 클러스터링하여 공작설비의 예보 및 보전에 활용할 수 있는 공작설비 이상 감지 모니터링 시스템 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로 공작설비의 부품 품질보증은 사용시간, 동작회수로 제시되는데 내구성 저하에 의한 에너지 비정상 소비 패턴을 감지하기 위해서는 핵심 부품에 연동되는 부품들의 사용주기, 물리적 진행 조건 또한 모니터링 되어야 한다.
이러한, 공작설비는 데이터를 디지털화 하여 빅데이터로 수집하는데 한계가 있으며, 핵심 제어보드인 PLC는 프로토콜이 오픈되어 있지 않고 제조사나 PLC 엔지니어에 따라 다양한 프로토콜을 사용하고 있어 접근이 매우 어려운 문제점이 있다.
이와 같은 문제점을 해결하기 위해 공작설비에 센서를 추가하여 해결하는 방법이 있으나 비용의 상승, 공간적 구조적 제약, 고장시 책임의 소재 등의 문제로 장착이 불가능한 문제점이 있다.
대한민국 특허공개공보 제10-2018-00482181호(2018.05.10.)
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 공작설비의 PLC에 직접 접근하지 않고도 설비의 공정에 따른 시계열 동작을 AI분석을 통해 공정별 제조 조건과 제조시간 정보를 클러스터링하여 설비의 예보 및 보전에 활용할 수 있는 공작설비 이상 감지 모니터링 시스템 및 방법을 제공하는 데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 공작설비 이상 감지 모니터링 시스템은 공작설비를 구성하는 공작기계들의 동작상태와 제품 제조조건 및 제조시간을 디스플레이에 숫자, 문자, 기호로 표시하는 표시부; 상기 표시부를 주기적으로 촬영한 영상을 유선 또는 무선으로 엣지 디바이스로 보내는 카메라; 상기 카메라로 촬영한 표시부 영상을 게더링하여 영상은 서버로 보내지 않고, 숫자, 문자, 기호 등에 대한 데이터를 유선 또는 무선을 통해 서버로 전송하는 엣지 디바이스; 상기 표시부들의 데이터를 클러스터링하여 진단 및 예측하는 서버; 및 상기 서버로부터 공작기계의 동작상태, 이상유무 등의 정보를 제공받는 휴대단말기;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 디스플레이는 디지트 LED 디스플레이 시그널(digit LED display signal) 또는 CT 계량기인 것을 특징으로 한다.
상기 표시부의 숫자, 문자, 기호의 정상 영상을 엣지 디바이스에 기 설정해 두고, 주기적으로 카메라로 촬영한 표시부 영상을 비교하여 숫자, 문자, 기호가 깜빡거리거나 표시되지 않거나 숫자 값이 다르게 나타날 경우 공작기계의 이상으로 판단하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 공작설비 이상 감지 모니터링 방법은 공작설비를 구성하는 공작기계들의 동작상태와 제품 제조조건과 제조시간을 숫자, 문자, 기호로 표시하는 표시부를 카메라로 주기적으로 촬영하는 단계; 상기 카메라로 표시부를 주기적으로 촬영한 영상을 유선 또는 무선으로 엣지 디바이스로 전송하는 단계; 상기 카메라로 촬영한 표시부 영상을 엣지 디바이스에서 게더링하여 영상은 서버로 보내지 않고, 숫자, 문자, 기호 등의 데이터들을 유선 또는 무선을 통해 서버로 전송하는 단계; 상기 공작기계 작동으로 수행된 PPID와 클러스터링 기반으로 프로그래밍된 PPID를 비교하여 시간 간격 발생 시 공작기계 이상으로 판단하는 단계; 및 상기 공작기계의 동작상태, 이상유무 등의 정보를 휴대단말기 전송하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 공작기계 작동으로 수행된 PPID와 클러스터링 기반으로 프로그래밍된 PPID를 비교하여 다수의 유닛값중 차이가 발생하는 유닛값을 통해 해당 유닛을 이상으로 판단하여 관리자 휴대단말기로 전달하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 휴대단말기는 공작설비가 정상시 녹색 화면으로 표시하며, 공작설비 이상시 황색 화면과 공작설비 고장시 적색 화면으로 깜빡거리면서 표시하는 것을 특징으로 한다.
상기와 같이, 본 발명에 따르면 공정별 제조조건과 제조시간 정보를 클러스터링하여 공작설비의 이상유무, 잔여수명, 에너지소비, 생산예측 등을 파악하여 설비의 예보 및 보전에 활용할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명에 따른 공작설비 이상 감지 모니터링 시스템을 나타낸 블럭도이다.
도 2는 본 발명에 따른 공작설비 이상 감지 모니터링 방법을 나타낸 흐름도이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
그러면, 본 발명에 따른 공작설비 이상 감지 모니터링 시스템 및 방법의 바람직한 실시예에 대하여 자세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명에 따른 공작설비 이상 감지 모니터링 시스템을 나타낸 블럭도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 공작설비 이상 감지 모니터링 시스템은 표시부(100), 카메라(200), 엣지 디바이스(300), 서버(400), 및 휴대단말기(500)를 포함하여 구성된다.
상기 공작설비는 적어도 하나 이상의 공작기계들로 구성되며, 이들 공작기계들은 각종 센서들이 설치되어 감지한 동작상태와 제품 제조조건 및 제조시간 등을 표시부(100)에 표시한다.
여기서, 상기 표시부(100)는 공작기계들의 동작상태와 제품 제조를 위한 조건인 온도, 압력, 가스 등의 3가지 항목(이하, 유닛이라 함)의 온도값, 압력값, 유량값과, 이들 유닛을 통한 제품 제조시간 등을 디지트 LED 디스플레이 시그널(digit LED display signal) 또는 CT 계량기에 숫자, 문자, 기호로 표시하는 디스플레이이다.
상기 카메라(200)는 표시부(100)을 주기적으로 촬영한 영상을 유선 또는 무선을 통해 엣지 디바이스(300)로 보낸다.
상기 엣지 디바이스(300)는 카메라(200)로 촬영한 표시부(100) 영상을 게더링하여 영상은 서버(400)로 보내지 않고, 숫자, 문자, 기호 등에 대한 데이터만을 유선 또는 무선을 통해 서버(400)로 전송한다.
상기 서버(400)는 표시부(100)의 데이터를 입력부(410)를 통해 저장부(420)에 저장하며, 입력된 데이터는 적어도 하나의 프로세서(430)를 통해 일련의 진단 및 예측 과정에 관한 명령어 집합으로 구성된 소프트웨어의 제어에 따라 처리될 수 있다.
상기 휴대단말기(500)는 공작기계들의 상태와 이상 공작기계의 위치 및 유닛 등의 이벤트 정보를 서버(400)로부터 제공받을 수 있다.
도 2는 본 발명에 따른 공작설비 이상 감지 모니터링 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 공작설비 이상 모니터링 방법은 먼저, 공작설비를 구성하는 공작기계들의 동작상태, 제품의 제조조건 및 제조시간 등의 진행상태를 표시하는 표시부(100)를 카메라(200)로 촬영한다(S100).
여기서, 상기 표시부(100)는 공작기계들에 설치한 각종 센서들로부터 감지한 동작상태 및 제품 제조조건과 제조시간 등을 숫자, 문자, 기호 등으로 표시하는 디스플레이이며, 이에 한정하지 않는다.
이어서, 상기 카메라(200)로 표시부(100)를 주기적으로 촬영한 영상을 유선 또는 무선을 통해 엣지 디바이스(300)로 전송한다(S200).
다음으로, 상기 카메라(200)로 촬영한 표시부(100) 영상을 엣지 디바이스(300)에서 게더링하여 영상은 서버(400)로 보내지 않고, 숫자, 문자, 기호 등의 데이터를 유선 또는 무선을 통해 서버(400)로 전송한다(S300).
다음에, 공작기계 작동으로 수행된 PPID와 클러스터링 기반으로 프로그래밍된 PPID를 비교하여 시간 간격(Interval time)이 발생 시 서버(200)의 프로세서(230)에서 공작기계의 이상으로 판단하여(S400) 휴대단말기(500)로 전달한다.
여기서, 공작설비에서 제품을 제조하기 위한 조건인 온도, 압력, 가스 등의 3가지 항목(이하, 유닛이라 함)의 온도값, 압력값, 유량값과, 이들 유닛을 통한 제품 제조시간을 정의(프로그래밍)한다. 이렇게 정의된 값들은 하나의 조합이 되며 이를 하나의 PPID(Process Program Identification)라고 한다.
즉, 상기 PPID는 제품 제조를 위한 각 유닛값과 각 유닛을 통한 제조 시간이 클러스터링되어 프로그래밍된다. 만약 공작설비에서 다른 제품을 제조하기 위해 기존의 조합에서 일부 유닛 값이 약간 변경될 경우 이는 새로운 조합이 되며 또 다른 PPID가 된다.
이때, 상기 PPID에는 제품 제조 시 온도센서, 압력센서, 유량센서를 통해 표시장치인 디지털 세그먼트 또는 CT 계량기에 표시하는 제조조건인 온도값, 압력값, 유량값과 제조시간 정보를 클러스트링하여 프로그래밍된다.
예를 들면, A라는 설비에서 X, Y, Z라는 3가지의 제품을 제조하려고 할 때 PPID도 3개가 필요하다. 이를 PPID-X, PPID-Y, PPID-Z로 정의하며 각각의 PPID에는 3가지의 유닛이 있을 경우, 먼저 X제품을 제조하기 위해 PPID-X가 실행된다. 이때 외부에서는 해당 설비A가 어떤 PPID를 실행하는지 모르며 3가지 유닛의 값만 알 수 있다. 외부에서는 3가지의 유닛을 통해 설비A가 어떤 PPID를 실행시키고 있는지 추론해야 한다. 하지만 처음에는 아무런 사전 정보도 없으며 데이터도 없기 때문에 데이터를 수집해야 한다. 처음에는 PPID-X, PPID-Y, PPID-Z를 무작위로 실행시키며 데이터를 수집한다. 데이터가 충분히 쌓이면 해당 데이터를 클러스터링(군집화)한다. 클러스터링이 정상적으로 수행되었으면, PPID가 실행되면 해당 PPID가 어떤 PPID인지 분류(인식)할 수 있다.
다음으로, 상기 공작기계의 동작상태, 이상유무 등의 정보를 휴대단말기(500)로 전송한다(S500). 즉, 공작기계 작동으로 수행된 PPID와 클러스터링 기반으로 프로그래밍된 PPID를 비교하여 다수의 유닛값중 차이가 발생하는 유닛값을 통해 해당 유닛을 이상으로 판단하여 관리자 휴대단말기로 전달한다. 이로써, 공작설비의 노화 정도, 고장 여부 등을 판단할 수 있어 공작설비의 예보 및 보전에 활용할 수 있다.
즉, 각종 유닛을 포함한 다수개의 공작기계로 제품을 제조할 경우, 각각의 공작기계를 조합한 클러스터링 기반으로 프로그래밍된 PPID와 각각의 공작기계 작동으로 수행된 PPID를 비교하여 제조시간 간격(Interval time)이 발생하면 서버(400)의 프로세서(430)를 통해 이상 공작설비 위치 및 이상 유닛을 휴대단말기(500)로 전달할 수 있다.
여기서, 공작설비 중 각 공작기계의 유닛을 센싱하는 센서부가 설치되지 않은 경우나 센서부가 고장 시에도 공작설비의 이상 유무를 PPID를 통해 판단할 수 있다.
또한, 상기 PPID가 실행되는 도중에도 인식이 가능하다. 예를 들면, 100분 동안 실행되는 PPID가 있을 때 약 5분정도만 실행되어도 해당 PPID를 인식할 수 있으며 인식이 정상적으로 되면 나머지 95분의 PPID값이 어떻게 나올지도 예측이 가능하다. 이때 실제 PPID의 값이 예측된 값과 다를 경우 이를 이상 패턴으로 보고 설비에 이상이 있다고 판단할 수 있다. 이때, PPID 값 예측은 GAN알고리즘 통해 수행된다.
여기서, 상기 휴대단말기(500)는 공작설비가 정상시 녹색 화면으로 표시하며, 공작설비 이상시 황색 화면과 공작설비 고장시 적색 화면으로 각각 깜빡거리면서 표시한다.
한편, 상기 표시부(100)의 숫자, 문자, 기호 등의 정상 영상을 엣지 디바이스(300)에 기 설정해 두고, 주기적으로 카메라(200)로 촬영한 표시부(100) 영상을 비교하여 숫자, 문자, 기호가 깜빡거리거나 표시되지 않거나 숫자 값이 다르게 나타날 경우 공작기계의 이상으로 판단하여 알람과 동시에 휴대단말기(500)로 전달할 수 있다.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
100: 표시부 200: 카메라
300: 엣지 디바이스 400: 서버
410: 입력부 420: 저장부
430: 프로세서 500: 휴대단말기

Claims (6)

  1. 공작설비를 구성하는 공작기계들에 센서들을 설치하여 감지한 동작상태와, 제품 제조를 위한 조건인 온도값, 압력값, 유량값과, 제품 제조시간을 디스플레이에 숫자, 문자, 기호로 표시하는 표시부;
    상기 표시부를 주기적으로 촬영한 영상을 유선 또는 무선으로 엣지 디바이스로 보내는 카메라;
    상기 카메라로 촬영한 표시부 영상을 게더링하여 영상은 서버로 보내지 않고, 숫자, 문자, 기호에 대한 데이터를 유선 또는 무선을 통해 서버로 전송하는 엣지 디바이스;
    상기 표시부들의 숫자, 문자, 기호에 대한 데이터를 입력부를 통해 저장부에 저장하며, 입력된 데이터는 적어도 하나의 프로세서를 통해 일련의 진단 및 예측 과정에 관한 명령어 집합으로 구성된 소프트웨어의 제어에 따라 처리하는 서버; 및
    상기 서버로부터 공작기계의 동작상태 및 이상유무의 정보를 제공받는 휴대단말기;를 포함하되,
    상기 표시부의 숫자, 문자, 기호의 정상 영상을 엣지 디바이스에 기 설정해 두고, 주기적으로 카메라로 촬영한 표시부 영상을 비교하여 숫자, 문자, 기호가 깜빡거리거나 표시되지 않거나 숫자 값이 다르게 나타날 경우 공작기계의 이상으로 판단하는 것을 특징으로 하는 공작설비 이상 감지 모니터링 시스템.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 공작설비를 구성하는 공작기계들에 센서들을 설치하여 감지한 동작상태와, 제품 제조를 위한 조건인 온도값, 압력값, 유량값과, 제품 제조시간을 숫자, 문자, 기호로 표시하는 표시부를 카메라로 주기적으로 촬영하는 단계;
    상기 카메라로 표시부를 주기적으로 촬영한 영상을 유선 또는 무선으로 엣지 디바이스로 전송하는 단계;
    상기 카메라로 촬영한 표시부 영상을 엣지 디바이스에서 게더링하여 영상은 서버로 보내지 않고, 숫자, 문자, 기호의 데이터들을 유선 또는 무선을 통해 서버로 전송하는 단계;
    상기 공작기계 작동으로 수행된 PPID와 클러스터링 기반으로 프로그래밍된 PPID를 비교하여 시간 간격 발생 시 서버의 프로세서에서 공작기계의 이상으로 판단하는 단계; 및
    상기 공작기계의 동작상태 및 이상유무의 정보를 서버를 통해 휴대단말기 전송하는 단계;를 포함하되,
    상기 휴대단말기는 공작설비가 정상시 녹색 화면으로 표시하며, 공작설비 이상시 황색 화면과 공작설비 고장시 적색 화면으로 깜빡거리면서 표시하며,
    상기 표시부의 숫자, 문자, 기호의 정상 영상을 엣지 디바이스에 기 설정해 두고, 주기적으로 카메라로 촬영한 표시부 영상을 비교하여 숫자, 문자, 기호가 깜빡거리거나 표시되지 않거나 숫자 값이 다르게 나타날 경우 공작기계의 이상으로 판단하여 알람과 동시에 휴대단말기로 전달하며,
    상기 공작기계의 동작상태 및 이상유무의 정보를 휴대단말기 전송하는 단계는 공작기계 작동으로 수행된 PPID와 클러스터링 기반으로 프로그래밍된 PPID를 비교하여 다수의 유닛값중 차이가 발생하는 유닛값을 통해 해당 유닛을 이상으로 판단하여 관리자 휴대단말기로 전달하는 것을 특징으로 하는 공작설비 모니터링 이상 감지 방법.
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