KR102547546B1

KR102547546B1 - 조립가공 제조산업의 스마트 공장용 데이터 수집 및 제어 장치

Info

Publication number: KR102547546B1
Application number: KR1020210069872A
Authority: KR
Inventors: 김종문
Original assignee: 김종문
Priority date: 2021-05-31
Filing date: 2021-05-31
Publication date: 2023-06-23
Also published as: KR20220161753A

Abstract

실시예는 조립가공 제조산업의 스마트 공장용 데이터 수집 및 제어 장치에 관한 것이다.
구체적으로, 이러한 장치는 조립가공 제조산업의 스마트 공장용 데이터 수집 및 제어 장치는 기본적으로, 조립가공 제조산업과 관련된 각종 설비를 모니터링할 경우에 데이터 수집 장치와 데이터 제어 장치가 하나로 구성되어 그 크기가 작아 설치가 용이하다.
그리고, 이러한 데이터 수집 및 제어 장치는 데이터의 수집과 분석을 하나의 장치에서 처리하여 데이터가 증가하여도 빠른 시간에 처리해서 제어를 수행할 수 있도록 한다.
또한, 외부의 다양한 신호를 예를 들어, 센서(상태) 신호와 제조 신호를 쉽게 연결하여 데이터 수집이 가능하다. 그리고, 이러한 경우에 외부 출력 신호를 예를 들어, 각종 제어할 설비 기기의 제어신호를 쉽게 연결하기도 한다.
이에 더하여, 상기 데이터 수집 및 제어 장치는 빠르게 데이터를 처리하고 상황에 맞게 보안을 강화하는 장치를 구현한다.

Description

조립가공 제조산업의 스마트 공장용 데이터 수집 및 제어 장치{Apparatus for controlling and acquiring employing smart factory in assembling/manufacturing processing industry}

본 명세서에 개시된 내용은 조립가공 제조현장에서 발생되는 다양한 제조데이터와 센서데이터를 수집하여 분석해서, 이러한 분석 결과를 기반으로 생산성을 높이고 여러 공장 자동화 시스템에서 효율성 등을 높일 수 있도록 하는 기술에 관한 것이다.

본 명세서에서 달리 표시되지 않는 한, 이 섹션에 설명되는 내용들은 이 출원의 청구항들에 대한 종래 기술이 아니며, 이 섹션에 포함된다고 하여 종래 기술이라고 인정되는 것은 아니다.

일반적으로, 조립가공 제조산업의 스마트 공장에서 설비를 모니터링할 경우에, 데이터 수집 장치는 센서와 연계 장치 등 다양한 정보원에서의 데이터를 읽어 들여서 중앙의 제어 장치로 데이터를 전달하는 역할을 한다.

그리고, 데이터 제어 장치는 분석장치에 의하여 분석된 결과에 의해서 제어할 대상에 제어를 위한 신호를 보내는 역할을 한다. 그리고, 데이터 제어 장치는 예를 들면 모터의 속도 제어 신호의 전달과 냉난방기의 제어 신호의 전달 등을 수행한다.

그런데, 기존의 주요 장치인 DAQ는 하드웨어를 기준으로 한 구성요소를 가지고 있고, 데이터의 분석과 처리 기능은 외부의 장치로 연계하여 처리하고 있어서 신호 전달 시간이 길고, 다양한 신호의 분석이 어렵ㄴ다.

또한 공장에서 수집 및 처리할 데이터가 계속 증가하고 있는데, 특히 조립가공 제조산업의 경우에 다른 산업에 비하여 점차로 많은 작업이 이루어진다. 그리고, 받을 데이터양이 증가하고 있으며, 제어해야 할 데이터의 양도 많아지고 있으며 처리를 빠르게 해야할 필요성이 커지고 있다.

한편, 이에 더하여 데이터의 암호화 등 보안에 대한 요구가 증가하고 있으며, 기존에 사용하는 소프트웨어에 의한 암호화 방법은 양과 속도의 해결에 어려움이 있다.

이러한 배경이 되는 선행기술은 아래와 같다.

(특허문헌 1) KR102102591 Y1

(특허문헌 2) KR101929742 Y1

참고로, 특허문헌 1의 기술은 에러 프로세스에 기초한 검증 프로세스에 따라 생산 프로세스를 모니터링하는 스마트 팩토리를 구현하기 위한 동작 방법에 관한 것이다.

그리고, 특허문헌 2의 기술은 유무선 통신으로 전송된 각 공정에 따른 작업시간의 신뢰도를 파악하여 공정에 적합한 통신방식을 확인할 수 있으므로, 최적의 시스템을 설계할 수 있는 스마트 팩토리 시스템에 관한 정도이다.

개시된 내용은, 조립가공 제조산업의 스마트 공장 내에 설비들을 모니터링할 경우, 각각의 설비에 관련된 센서 장치로부터 A/D 입력 신호를 통합수집 처리해서, 제어할 설비 기기들을 개별적으로 일괄제어함으로써, 배선이 간단하고 크기가 작아 설치가 간단한 조립가공 제조산업의 스마트 공장용 데이터 수집 및 제어 장치를 제공하고자 한다.

그리고, 이러한 경우에 다양한 통신 규격에 의하여 통합 처리가 어려운 다양한 규격 데이터를 외부에서 간단하게 연결해서 내부에서 처리할 수 있도록 한다.

또한, 이에 더하여 스마트 공장 서비스를 생산현장 작업자들이 설계, 제작하고 이를 관련 작업자들과 공유하여 활용하기 위한 스마트 공장 서비스 개발도구를 구현할 수 있도록 한다.

실시예에 따른 조립가공 제조산업의 스마트 공장용 데이터 수집 및 제어 장치는,

조립가공 제조산업의 스마트 공장 내에 설비들을 모니터링할 경우에, 각각의 설비에 관련된 센서 장치로부터 아날로그와 디지털 입력 신호를 통합적으로 수집하고 처리해서, 제어할 설비 기기들을 개별적으로 일괄 제어한다.

그래서, 이를 통해 배선이 간단하고 크기가 작아 설치가 간단한 수집 및 제어 장치를 제공한다.

그리고, 또한 다양한 통신 규격에 의하여 통합 처리가 어려운 다양한 규격 데이터를 외부에서 간단하게 연결해서 내부에서 처리하는 수집 및 제어 장치도 제공한다.

그리고, 이러한 경우에 빠르게 데이터를 처리하고 상황에 맞게 보안을 강화하는 것을 특징으로한다.

이에 더하여, 스마트 공장 서비스를 생산현장 작업자들이 설계, 제작하고, 이를 관련 작업자들과 공유하여 활용하기 위한 스마트 공장 서비스 개발도구를 제공하는 것을 특징으로 한다.

실시예들에 의하면, 조립가공 제조산업의 스마트 공장용 데이터 수집 및 제어 장치는 기본적으로, 조립가공 제조산업과 관련된 각종 설비를 모니터링할 경우에 데이터 수집 장치와 데이터 제어 장치가 하나로 구성되어 그 크기가 작아 설치가 용이하다.

그리고, 이러한 데이터 수집 및 제어 장치는 데이터의 수집과 분석을 하나의 장치에서 처리하여 데이터가 증가하여도 빠른 시간에 처리해서 제어를 수행할 수 있도록 한다.

또한, 외부의 다양한 신호를 예를 들어, 센서(상태) 신호와 제조 신호를 쉽게 연결하여 데이터 수집이 가능하다. 그리고, 이러한 경우에 외부 출력 신호를 예를 들어, 각종 제어할 설비 기기의 제어신호를 쉽게 연결하기도 한다.

이에 더하여, 상기 데이터 수집 및 제어 장치는 빠르게 데이터를 처리하고 상황에 맞게 보안을 강화하는 장치를 구현한다.

도 1은 일실시예에 따른 조립가공 제조산업의 스마트 공장용 데이터 수집 및 제어 장치를 개념적으로 설명하기 위한 도면
도 2는 일실시예에 따른 조립가공 제조산업의 스마트 공장용 데이터 수집 및 제어 장치가 적용된 시스템을 전체적으로 도시한 도면
도 3은 도 2의 시스템에 적용된 일실시예에 따른 관리 정보처리장치의 구성을 도시한 블록도
도 4는 일실시예에 따른 조립가공 제조산업의 스마트 공장용 데이터 수집 및 제어 장치의 동작을 순서대로 도시한 절차 흐름도

도 1은 일실시예에 따른 조립가공 제조산업의 스마트 공장용 데이터 수집 및 제어 장치를 개념적으로 설명하기 위한 도면이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 일실시예에 따른 조립가공 제조산업의 스마트 공장용 데이터 수집 및 제어 장치는 기본적으로, 조립가공 제조산업과 관련된 각종 설비를 모니터링할 경우에 데이터 수집 장치와 데이터 제어 장치가 하나로 구성되어 그 크기가 작아 설치가 용이하다.

그래서, 일실시예에 따른 장치는 조립가공 제조산업의 스마트 공장 내에 다수의 상이한 설비별로 센서(상태) 데이터와 제조 데이터 등을 통합적으로 수집하고, 이를 기반으로 현재 설비 상태를 확인하여 이에 맞추어 각종 설비 기기의 동작을 개별적으로 제어한다.

예를 들어, 제조현장의 생산설비 기계들과 연결된 각종 데이터 수집장치들을(IoT 센서 포함) 상이한 설비별로 그룹화하고, 각각의 장치들로부터 수집되는 상태 데이터와 제조 데이터 등을 활용할 수 있는 기능을 제공한다.

또한, 이에 더하여 일실시예에 따른 장치는 이러한 경우에, 설비 상태의 이상여부를 모니터링하여 네트워크를 통해 원격지 또는 주변의 관리 장치에 제공하고, 이러한 관리 장치를 통해 원격 제어를 받아 설비 기기의 동작을 이상상태별로 상이하게 조절한다.

추가적으로, 이러한 일실시예에 따른 장치는 이렇게 조립가공 제조산업의 스마트 공장 내에 설비들이 모니터링될 경우에, 이를 기초로 현장의 작업자가 유용한 응용서비스를 구현하기도 한다.

보다 구체적으로는, 센서 장치등로부터 센서(상태) 데이터와 제조데이터 등을 수집하여 저장하고, 현장의 작업자가 저장된 데이터를 활용하는 서비스 프로그램을 제작하고, 등록, 공유, 이용하는 기능을 제공한다. 예를 들어, 이러한 기능은 사용자 인터페이스와, 라이브러리 등을 이용하여 응용플랫폼에서 공통플랫폼에 저장된 데이터를 이용하는 서비스를 수행한다.

이때, 응용플랫폼은 센서 데이터를 수집하는 공통플랫폼에 리소스를 등록하거나 등록된 리소스에 대한 사용자 처리 요청을 수행한다. 그리고, 공통플랫폼은 시스템 내부 데이터 저장 기능을 가지며, 이미지 뷰어 및 동영상 스트리밍과 같은 파일 기반 사용자 서비스 등의 기능을 확장한다.

한편, 이에 더하여 이러한 경우에, 서비스 형태는 작업자가 가진 모바일 앱 형태로 모바일 폰 등과 컴퓨터에 동일하게 표현하도록 한다.

그리고, 작업자 단말기에서 애플리케이션 관리 기능을 통하여 저장된 센서 데이터와 제조 데이터를 이용한 서비스를 제작하기 위하여 시각화를 위한 컴포넌트들을 이용하고, 현장 작업자가 직접 컴포넌트를 수정, 제작한다.

예를 들어, 이러한 서비스들은 관리화면의 대시보드로 구성하여 공장 내 각종 제조데이터 수집현항과 생산설비의 다양한 정보들을 관리한다.

따라서, 이를 통해 스마트 공장 서비스를 생산현장 작업자들이 설계, 제작하고, 이를 관련 작업자들과 공유하여 활용하기 위한 스마트 공장 서비스 개발도구를 만들기도 한다.

도 2는 일실시예에 따른 조립가공 제조산업의 스마트 공장용 데이터 수집 및 제어 장치에 적용된 시스템을 전체적으로 도시한 도면이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 일실시예에 따른 시스템은 스마트 공장 내에 다수의 상이한 설비별로 설치된 다수의 센서 장치(110-1~130-2 등)와, 자가망을 통해 각 센서 장치(110-1~130-2 등)와 연결된 관리 정보처리장치(200)를 포함한다.

그리고, 이러한 경우 일실시예에 따른 시스템은 상기 관리 정보처리장치(200)를 통해 설비 기기의 동작을 예를 들어, 냉난방기의 동작을 제어하는 사용자 정보처리장치(PC 포함)와 사용자 단말기를 더 포함한다.

또한, 이러한 경우에, 상기 관리 정보처리장치(200)에서 외부연계기관을 연계하여 더 넓은 서비스를 제공하고, 이때 외부연계기관은 고장수리처 정보처리장치 등이다.

상기 다수의 센서 장치(110-1~130-2 등)는 다수의 상이한 설비별로 센서 데이터와 제조 데이터를 감지하여 상기 관리 정보처리장치(200)로 제공한다.

상기 관리 정보처리장치(200)는 기본적으로 상기 다수의 센서 장치(110-1~130-2 등)에 의해 감지된 데이터를 자가망을 통해 수집한다. 그리고, 상기 관리 정보처리장치(200)는 감지된 데이터에 따른 설비 상태별로 설비 기기의 동작을 상이하게 제어한다. 부가적으로 이러한 경우, 상기 자가망은 예를 들어 TCP/IP망, LTE망, 무선 통신망 등을 포함한다.

추가적으로, 이러한 시스템은 상기 관리 정보처리장치(200)에서 설비의 모니터링과 제어를 위한 어플리케이션과 컴포넌트를 작업자가 특정한 도구를 통해 직접 제작할 수 있도록 한다.

이러한 경우에, 상기 도구는 작업자가 직접 스마트 공장 서비스 개발을 위한 사용환경과 라이브러리를 제공해서, 센서 장치의 연결과 제어 프로그램을 작업자가 작성하지 않고도 제작도구와 간단한 HTML 코드로 정보를 모니터링하고 제어한다.

부가해서, 상기 사용자 정보처리장치는 상기 관리 정보처리장치(200)로부터 웹 기반의 설비 제어명령을 제공받는다. 그리고, 사용자 정보처리장치는 프로그램 화면을 구성하는 기능을 웹서비스로 구성하고, 작업자 PC로 웹개발 인터페이스를 이용한다. 또한, 이러한 경우 웹사용자 인터페이스로부터 웹 화면을 구성하고, 실행하여 동작 가능한 어플리케이션을 시스템적으로 생성하는 서비스를 포함한다.

상기 사용자 단말기는 상기 관리 정보처리장치(200)로부터 앱 기반으로 설비 제어명령을 제공받는다. 그리고, 위와 마찬가지로 사용자 단말기는 프로그램 화면을 구성하는 기능을 앱서비스로 구성하고, 작업자 휴대 단말기로 앱개발 인터페이스를 이용한다. 또한, 앱사용자 인터페이스로부터 앱 화면을 구성하고, 실행하여 동작 가능한 어플리케이션을 시스템적으로 생성하는 서비스를 포함한다.

도 3은 도 2의 시스템에 적용된 일실시예에 따른 관리 정보처리장치의 구성을 도시한 블록도이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 일실시예에 따른 관리 정보처리장치(200)는 유선신호입력부(201)와, 무선신호입력부(202), 유선신호출력부(203), 무선신호출력부(204), 제 1 데이터 변환부(205), 제 2 데이터 변환부(206), 네트워크 입출력부(207) 및 중앙처리부(208)를 포함한다.

그리고, 또한 이러한 관리 정보처리장치(200)는 보안모듈(209)과, 보안선택부(210)를 더 포함한다.

이에 더하여, 상기 관리 정보처리장치(200)는 A/D 모듈(미도시)과 D/A 모듈(미도시)을 포함한다.

상기 유선신호입력부(201)는 조립가공 제조 스마트 공장 내에 다수의 상이한 설비별로 센서 장치의 상태데이터를 유선 데이터형식별로 일괄 수집한다. 예를 들어, A/I, D/I, 시리얼 통신 형식별로 일괄 수집한다.

상기 무선신호입력부(202)는 다수의 상이한 설비별로 예를 들어, 생산설비, 가공설비, 검사설비 등으로 센서 장치의 상태데이터를 무선 데이터형식별로 예를 들어, A/I, D/I, 시리얼 통신 형식별로 일괄 수집한다.

상기 유선신호출력부(203)는 상기 유선신호입력부(201)와 상기 무선신호입력부(202)에 의해 수집된 다수의 상이한 상태데이터에 따른 제어신호를 유선 신호형식별로 제어할 설비 기기마다 예를 들어, 냉난방기기 또는, 환기기기 등으로 개별 분배한다. 이때, 설비 상태에 따라 설비 기기의 속도와 세기 등을 상이하게 제어한다. 예를 들어, 이러한 유선신호출력부(203)는 A/O와, D/O, 시리얼 통신 형식별로 개별 분배한다.

상기 무선신호출력부(204)는 상기 유선/무선신호입력부(201과 202)에 의해 수집된 다수의 상이한 상태데이터에 따른 제어신호를 무선 신호형식별로 제어할 설비 기기마다 개별 분배한다.

상기 A/D 모듈(미도시)은 상기 유선/무선신호입력부(201과 202)의 아날로그 데이터를 디지털로 통합적으로 변환한다.

상기 D/A 모듈(미도시)은 상기 유선/무선신호입력부(201과 202)의 디지털 데이터를 아날로그로 통합적으로 변환한다.

상기 제 1 데이터 변환부(205)는 상기 유선/무선신호입력부(201과 202)에 의해 수집된 다수의 상이한 상태데이터를 미리 설정된 프로세싱용 중앙데이터로 즉, 중앙처리부(208)에서 처리하는 데이터 형식으로 변환한다.

상기 제 2 데이터 변환부(206)는 상기 유선/무선신호입력부(201과 202)로 분배될 다수의 상이한 제어신호를 제어할 설비 기기별로 또는, 설비 기기 유형별로 미리 설정된 신호전송포맷에 따라 예를 들어, 통신방식과 데이터전송방식별로 상이하게 변환한다.

상기 네트워크 입출력부(207)는 상기 다수의 상이한 설비별 상태데이터와 제어정보를 외부와 예컨대, 서버와 클라우드 또는 작업자 모바일 단말기 등과 인터페이스한다.

상기 중앙처리부(208)는 상기 유선/무선신호입력부(201과 202)의 다수의 상이한 상태데이터에 따라 설비상태별로 제어신호를 상이하게 발생하여 상기 유선/무선신호출력부(203과 204)를 통해 제어할 설비 기기별로 분배하도록 하고, 상기 네트워크 입출력부(207)를 통해 등록 관리 장치와 연동한다. 추가적으로, 이러한 중앙처리부는 입력된 신호의 수집과 분석, 그리고 분석된 결과를 외부와 전체 시스템에 전달하는 기능을 수행한다. 이때 중앙처리부(208)는 마이크로프로세서와 주변 장치 혹은 산업용 컴퓨터 등을 이용하여 구성하며 소프트웨어를 포함한다. 특히 데이터 처리 속도를 빠르고 유연하게 하기 위하여 하드웨어와 소프트웨어를 구성하고, 머신 러닝 등을 적용하기에 적합한 구조로 구성한다. 추가적으로, 일실시예에 따라 상기 중앙처리부(208)는 아래의 구성을 포함한다. a) 즉, 상기 중앙처리부(208)는 먼저 상기 다수의 상이한 설비 사용을 위한 어플리케이션과 서비스, 제어용 제 1 라이브러리를 오픈된 공통플랫폼 하에서 설비데이터 특성 유형별 동작 환경으로 구성하고, 설비 위치별과 기기별, 일자를 포함하여 분류해서 미리 등록한다. b) 그리고 나서, 이러한 제 1 라이브러리를 기초로 해서, 상기 관리 장치에 의해 미리 설정된 작업자설비 사용정보에 따라 작업자가 원하는 설비의 어플리케이션과 컴포넌트를 직접 생성한다. c) 그래서, 이렇게 생성된 어플리케이션과 컴포넌트에 의해 작업자가 원하는 설비의 상태데이터를 수집해서, 다수의 상이한 설비별로 통합모니터링한다.

상기 보안모듈(209)은 상기 중앙처리부(208)의 제어에 의해 상기 다수의 상이한 설비별 상태데이터와 제어정보를 데이터전송 유형별로 미리 설정된 제 1 암호포맷에 따라 암호화한다. 이러한 경우에, 상기 보안모듈(209)은 보안과 암호화를 위하여 하드웨어적인 보안 수단과 소프트웨어적인 암호화 수단을 가진다. 예를 들면 소프트웨어 적으로 암호화하는 수단과, 하드웨어적으로 암호화하는 수단 혹은 그 조합으로 암호화 하는 수단, 암호화의 방법과 데이터를 정의하는 수단 등으로 구성된다.

상기 보안선택부(210)는 상기 중앙처리부(208)의 제어에 의해 상기 암호포맷별로 대응하여 일반 데이터 출력 또는 보안 데이터 출력을 선택한다. 이때, 상기 보안선택부(210)는 하드웨어 혹은 소프트웨어 그 조합으로 구성하며, 일례로 프로그래머블 IC가 있다.

도 4는 일실시예에 따른 조립가공 제조산업의 스마트 공장용 데이터 수집 및 제어 장치의 동작을 순서대로 도시한 절차 흐름도이다(도 3 참조).

도 4에 도시된 바와 같이, 일실시예의 데이터 수집 및 제어 장치는 즉, 관리 정보처리장치(200)는 먼저 유선신호입력부에서 조립가공 제조 스마트 공장 내에 다수의 상이한 설비별로 센서 장치(100)의 상태데이터를 유선 데이터형식별로 일괄 수집한다.

그리고, 관리 정보처리장치(200)는 무선신호입력부에서도 다수의 상이한 설비별로 센서 장치의 상태데이터를 무선 데이터형식별로 일괄 수집한다.

또한, 이러한 경우에, 상기 유선/무선신호입력부에 의해 수집된 다수의 상이한 상태데이터를 미리 설정된 프로세싱용 중앙데이터로 변환한다.

이러한 상태에서, 일실시예에 따른 장치는 이러한 유선/무선신호입력부의 다수의 상이한 상태데이터에 따라 설비상태별로 제어신호를 상이하게 발생하여 상기 유선/무선신호출력부를 통해 제어할 설비 기기별로 분배하도록 한다.

그러면, 상기 제 2 데이터 변환부는 이러한 제어신호를 제어할 설비 기기별로 미리 설정된 신호전송포맷에 따라 상이하게 변환한다.

그래서, 유선신호출력부는 이렇게 변환된 정보 즉, 다수의 상이한 상태데이터에 따른 제어신호를 유선 신호형식별로 제어할 설비 기기마다 개별 분배한다.

그리고, 또한 무선신호출력부는 이와 마찬가지로 다수의 상이한 상태데이터에 따른 제어신호를 무선 신호형식별로 제어할 설비 기기마다 개별 분배한다.

한편으로, 이러한 경우에 네트워크 입출력부에서는 다수의 상이한 설비별 상태데이터와 제어정보를 외부와 즉, 서버와 클라우드 또는 작업자 모바일 단말기 등과 인터페이스한다.

그리고, 상기 보안모듈은 이렇게 데이터와 제어신호 등이 전송될 경우에, 상기 중앙처리부의 제어에 의해 상기 다수의 상이한 설비별 상태데이터와 제어정보를 데이터전송 유형별로 미리 설정된 제 1 암호포맷에 따라 암호화한다.

추가적으로 이때, 상기 보안선택부는 상기 중앙처리부의 제어에 의해 상기 암호포맷별로 대응하여 일반 데이터 선 또는 보안 데이터 선을 선택한다.

이에 더하여, 상기 관리 정보처리장치는 상기 중앙처리부에서 이러한 설비의 모니터링과 제어가 될 경우에, 다양한 각종 설비의 모니터링과 제어를 쉽게 하기 위한 어플리케이션과 컴포넌트를 작업자가 특정한 도구를 통해 직접 제작할 수 있도록 한다.

구체적으로는, 예를 들어 상기 중앙처리부는 아래의 동작을 수행한다.

a) 즉, 먼저 상기 다수의 상이한 설비 사용을 위한 어플리케이션과 서비스, 제어용 제 1 라이브러리를 오픈된 공통플랫폼 하에서 설비데이터 특성 유형별 동작 환경으로 구성하고, 설비 위치별과 기기별, 일자를 포함하여 분류해서 미리 등록한다.

b) 그래서, 이러한 제 1 라이브러리를 기초로 해서, 상기 관리 장치에 의해 미리 설정된 작업자설비 사용정보에 따라 작업자가 원하는 설비의 어플리케이션과 컴포넌트를 직접 생성한다.

c) 그래서, 이렇게 생성된 어플리케이션과 컴포넌트에 의해 작업자가 원하는 설비의 상태데이터를 수집해서, 다수의 상이한 설비별로 통합모니터링한다.

부가적으로, 이러한 경우에 상기 라이브러리는 예를 들어 아래와 같이 이루어진다.

먼저, 이러한 라이브러리는 제조설비와 관련된 각 디바이스의 센서와 액추에이터를 제어하는 1 이상의 컴퓨터 프로그램(자바 스크립트, 자바 등)을 이용하도록 구성된다. 그리고, 상기 라이브러리는 이러한 제어에 사용하는 메소드를 기술한 클래스를 1 이상 포함하고, 이러한 클래스를 조합하여 생성된다. 이때, 상기 메소드는 상이한 센서 장치의 제조데이터 특성과 내용별로 제어 동작을 하도록 구성된다.

추가적으로, 사용자 정의 프로그램은 기존의 라이브러리를 이용하여 작성할 수 있다.

이상과 같이, 일실시예는 조립가공 제조산업의 스마트 공장 내에 설비들을 모니터링할 경우에, 각각의 설비에 관련된 센서 장치로부터 아날로그와 디지털 입력 신호를 통합적으로 수집하고 처리해서, 제어할 설비 기기들을 개별적으로 일괄 제어한다.

그리고, 이러한 경우에 빠르게 데이터를 처리하고 상황에 맞게 보안을 강화한다.

한편, 이러한 데이터 수집 및 제어 장치(200)는 작업자가 전술한 도구를 통해 여러 설비별로 통신을 맞추어서, 다양한 형태로 만들어지는 설비별로 적합한 통신이 이루어질 수 있도록 한다.

이를 위해, 상기 중앙처리부는 아래의 구성을 포함한다.

a) 먼저, 상기 중앙처리부는 다수의 상이한 설비별로 통신 기능을 담당하는 제 2 라이브러리를 오픈된 공통플랫폼 하에서 상이한 설비통신데이터 특성 유형별로 구성하여 미리 등록한다. 부가적으로 이러한 라이브러리는 전술한 라이브러리 형태와 동일하게 이루어진다.

b) 그리고, 이러한 제 2 라이브러리를 기초로 해서, 상기 관리 장치를 통한 미리 설정된 작업자설비 통신정보에 따라 어플리케이션과 컴포넌트를 직접 생성한다.

c) 그래서, 이렇게 생성된 어플리케이션과 컴포넌트에 의해 통신해서, 다수의 상이한 설비별로 통합통신한다.

다른 한편으로, 이러한 데이터 수집 및 제어 장치(200)는 이러한 경우에, 스마트 공장 서비스별로도 맞추어서 모니터링을 한다.

이를 위해, 상기 중앙처리부는 추가적으로 아래의 구성을 포함한다.

a) 즉, 다수의 상이한 스마트 공장 서비스를 위한 제 3 라이브러리를 각각의 설비데이터 특성 유형별 사용 환경으로 통합구성해서 미리 등록한다.

b) 그리고 나서, 이러한 제 3 라이브러리를 기초로 해서, 상기 관리 장치를 통한 미리 설정된 작업자스마트공장 서비스정보에 따라 작업자가 원하는 스마트 공장 서비스의 실행 프로그램을 생성한다.

c) 그래서, 이렇게 생성된 실행 프로그램에 의해 작업자가 원하는 상기 통합모니터링을 포함한 스마트 공장 서비스를 수행해서, 스마트 공장 서비스별로 제공한다.

또 다른 한편으로는, 이러한 데이터 수집 및 제어 장치(200)는 설비를 위한 실시간 모니터링과 제어, 다른 근로자와 공유할 수 있도록 하기도 한다.

a) 이를 위해, 상기 중앙처리부는 다수의 상이한 설비를 위한 실시간 모니터링과 제어용 어플리케이션 제작 및 다른 작업자와 공유하기 위한 편집기, 상기 편집기를 통해 하나 이상의 제어할 설비 기기와 연결하기 위한 도구를 설비별로 상이하게 미리 등록한다.

b) 그리고 나서, 상기 편집기와 상기 도구는 상기 설비 기기와 관련된 상태데이터를 작업자 앱 서비스로 표현하기 위한 컴포넌트를 불러오고, 상기 컴포넌트를 작업자가 제작 및 오픈 API로 등록하여 사용하는 기능을 구비한다.

c) 그래서, 이러한 편집기와 상기 도구를 기초로 해서, 오픈플랫폼을 연결하여 스마트 공장 서비스 앱을 구성하고 실행파일을 생성한다.

d) 이를 통해, 이러한 스마트 공장 서비스 앱을 사용하여 설비를 실시간 모니터링과 제어한다.

한편, 이들과 다른 형태로서는 상기 데이터 수집 및 제어 장치(200)는 네트워크 사양과 시스템 사양 등이 상이하고, 데이터의 경량화 등을 위해 아래의 구성도 포함한다.

a) 구체적으로는, 상기 중앙처리부는 상기 상태데이터와 제어신호, 제어정보가 전송될 경우에, 상기 작업자가 원하는 설비의 전송사양을 상이한 상기 데이터전송 유형별로 대응하여 미리 설정된 기준 전송사양과 비교한다.

b) 상기 비교 결과, 상기 작업자가 원하는 설비의 전송사양이 해당하는 기준 전송사양보다 이상인 경우에 유지하고, 작업자가 원하는 설비의 전송사양이 해당하는 기준 전송사양보다 미만인 경우에는 상기 보안모듈에 의해 암호화 버퍼를 할당하여 초기화한다.

c) 다음, 미리 설정된 마스터 키를 통해 암호화 키를 생성한다.

d) 그리고, 해당하는 상태데이터 또는 제어신호 혹은, 제어정보의 데이터를 읽는다.

e) 그리고 나서, 이렇게 읽은 데이터의 길이와 데이터전송 유형별로 대응하여 미리 설정된 암호화 데이터 길이 중에서 해당하는 암호와 데이터 길이를 비교한다.

f) 상기 비교 결과, 상기 데이터의 길이가 해당하는 암호화 데이터 길이보다 작은 경우에 암호화하지 않고 전송하며, 큰 경우에는 프레임을 검출한다.

g) 그리고, 확장 헤더는 확장 비트를 읽어 유무를 확인한다.

h) 상기 확인 결과, 확장 비트가 있는 경우에 페이로드 시작점 오프셋을 확장 길이만큼 이동시킨다.

i) 그래서, 상기 프레임과, 암호용 키, 페이로드 오프셋 정보를 파라미터로 전달받아 프레임의 페이로드 시작부분을 데이터전송 유형별로 미리 설정된 제 2 암호포맷으로 부분 암호화해서, 저성능 설비의 경량 프로토콜로서 제공한다.

한편으로서, 이러한 데이터 수집 및 제어 장치(200)는 머신 러닝이 적용되는 구조인데, 이러한 구조는 아래의 동작을 수행하기도 한다.

구체적으로는, 예를 들어 상기 중앙처리부는 먼저 상기 유선/무선신호입력부에 의해 수집된 다수의 상이한 설비별 소요시간 및 상태데이터를 시계열에 따라 학습하여 아래의 사전진단모델을 생성함으로써, 설비 이상 여부를 감지한다.

이러한 경우에, 상기 사전진단모델은 아래와 같이 이루어진다.

a) 즉, 먼저 다수의 상이한 스마트 공장과 설비, 주변환경 유형별로 상태데이터를 분류해서 3차원적으로 학습하는 학습모델을 정의한다.

b) 그리고, 이러한 다수의 상이한 스마트 공장과 설비, 주변환경 유형별로 시간대에 따라 소요시간별로 상태데이터셋을 추출한다.

c) 다음, 이렇게 추출된 상태데이터셋을 다수의 상이한 설비 장소와 시간대, 주변환경 유형을 반영하여 속성화한다.

d) 그래서, 이렇게 속성화된 정보를 기초로 해서 다수의 상이한 스마트 공장과 설비, 주변환경 유형별로 상태데이터 속성을 결정한다.

e) 그리고, 이렇게 결정된 결과를 정규화한다.

f) 그래서, 이러한 정보를 기초로 해서 다수의 상이한 스마트 공장과 설비, 주변환경 유형별로 정상설비상태를 설정하여, 설비 상태의 사전진단을 위한 독립(정상설비상태) 및 종속(상태데이터) 변수를 설정한다.

g) 그리고, 이렇게 설정된 정보로 학습 및 훈련 데이터를 생성한다.

h) 그래서, 이러한 정보에 의해 머신 러닝 기반의 학습모델을 생성한다.

그리고, 이러한 경우에, 상기 중앙처리부는 예를 들어, 상기 설비 이상 여부가 감지될 때에, 상기 사전진단모델의 정상설비상태와 현재설비상태를 비교해서 차이값이 미리 설정된 기준차이값보다 이상인 경우에는 설비 이상이 있는 것으로 판별한다.

100 : 센서 장치
200 : 관리 정보처리장치

Claims

조립가공 제조 스마트 공장 내에 다수의 상이한 설비별로 센서 장치의 상태데이터를 유선 데이터형식별로 일괄 수집하는 유선신호입력부;
상기 다수의 상이한 설비별로 센서 장치의 상태데이터를 무선 데이터형식별로 일괄 수집하는 무선신호입력부;
상기 유선/무선신호입력부의 아날로그 데이터를 디지털로 통합변환하는 A/D 모듈;
상기 유선/무선신호입력부에 의해 수집된 다수의 상이한 상태데이터를 미리 설정된 프로세싱용 중앙데이터로 변환하는 제 1 데이터 변환부;
다수의 상이한 설비별 상태데이터와 제어정보를 외부와 인터페이스하는 네트워크 입출력부;
상기 유선/무선신호입력부의 다수의 상이한 상태데이터에 따라 설비상태별로 제어신호를 상이하게 발생하여 상기 유선/무선신호출력부를 통해 제어할 설비 기기별로 분배하도록 하고, 상기 네트워크 입출력부를 통해 외부의 등록 관리 장치와 연동하여 제어정보를 인터페이스하도록 하는 중앙처리부;
상기 유선/무선신호입력부로 분배될 다수의 상이한 제어신호를 제어할 설비 기기별로 미리 설정된 신호전송포맷에 따라 상이하게 변환하는 제 2 데이터 변환부;
상기 제어신호를 유선 신호형식별로 제어할 설비 기기마다 개별 분배하는 유선신호출력부;
상기 제어신호를 무선 신호형식별로 제어할 설비 기기마다 개별 분배하는 무선신호출력부;
상기 유선/무선신호입력부의 디지털 데이터를 아날로그로 통합변환하는 D/A 모듈;
상기 중앙처리부의 제어에 의해 상기 다수의 상이한 설비별 상태데이터와 제어정보를 데이터전송 유형별로 미리 설정된 제 1 암호포맷에 따라 암호화하는 보안모듈; 및
상기 중앙처리부의 제어에 의해 상기 암호포맷별로 대응하여 일반 데이터 출력 또는 보안 데이터 출력을 선택하는 보안선택부; 를 포함하고,

상기 중앙처리부는,
a) 상기 다수의 상이한 설비 사용을 위한 어플리케이션과 서비스, 제어용 제 1 라이브러리를 오픈된 공통플랫폼 하에서 설비데이터 특성 유형별 동작 환경으로 구성하고, 설비 위치별과 기기별, 일자를 포함하여 분류해서 미리 등록하고,
b) 상기 제 1 라이브러리를 기초로 해서, 상기 관리 장치에 의해 미리 설정된 작업자설비 사용정보에 따라 작업자가 원하는 설비의 어플리케이션과 컴포넌트를 직접 생성해서,
c) 상기 생성된 어플리케이션과 컴포넌트에 의해 작업자가 원하는 설비의 상태데이터를 수집해서, 다수의 상이한 설비별로 통합모니터링하는 것; 을 특징으로 하는 조립가공 제조산업의 스마트 공장용 데이터 수집 및 제어 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 중앙처리부는,
a) 상기 다수의 상이한 설비별로 통신 기능을 담당하는 제 2 라이브러리를 오픈된 공통플랫폼 하에서 상이한 설비통신데이터 특성 유형별로 구성하여 미리 등록하고,
b) 상기 제 2 라이브러리를 기초로 해서, 상기 관리 장치를 통한 미리 설정된 작업자설비 통신정보에 따라 어플리케이션과 컴포넌트를 직접 생성해서,
c) 상기 생성된 어플리케이션과 컴포넌트에 의해 통신해서, 다수의 상이한 설비별로 통합통신을 하는 것; 을 특징으로 하는 조립가공 제조산업의 스마트 공장용 데이터 수집 및 제어 장치.
청구항 2에 있어서,
상기 중앙처리부는,
a) 다수의 상이한 스마트 공장 서비스를 위한 제 3 라이브러리를 각각의 설비데이터 특성 유형별 사용 환경으로 통합구성해서 미리 등록하고,
b) 상기 제 3 라이브러리를 기초로 해서, 상기 관리 장치를 통한 미리 설정된 작업자스마트공장 서비스정보에 따라 작업자가 원하는 스마트 공장 서비스의 실행 프로그램을 생성해서,
c) 상기 생성된 실행 프로그램에 의해 작업자가 원하는 상기 통합모니터링을 포함한 스마트 공장 서비스를 수행해서, 스마트 공장 서비스별로 제공하는 것; 을 특징으로 하는 조립가공 제조산업의 스마트 공장용 데이터 수집 및 제어 장치.
청구항 3에 있어서,
상기 중앙처리부는,
a) 상기 다수의 상이한 설비를 위한 실시간 모니터링과 제어용 어플리케이션 제작 및 다른 작업자와 공유하기 위한 편집기, 상기 편집기를 통해 하나 이상의 제어할 설비 기기와 연결하기 위한 도구를 설비별로 상이하게 미리 등록하고,
b) 상기 편집기와 상기 도구는 상기 설비 기기와 관련된 상태데이터를 작업자 앱 서비스로 표현하기 위한 컴포넌트를 불러오고, 상기 컴포넌트를 작업자가 제작 및 오픈 API로 등록하여 사용하는 기능을 구비해서,
c) 상기 편집기와 상기 도구를 기초로 해서, 오픈플랫폼을 연결하여 스마트 공장 서비스 앱을 구성하고 실행파일을 생성함으로써,
d) 상기 생성된 스마트 공장 서비스 앱을 사용하여 설비를 실시간 모니터링과 제어하는 것; 을 특징으로 하는 조립가공 제조산업의 스마트 공장용 데이터 수집 및 제어 장치.
청구항 4에 있어서,
상기 중앙처리부는,
a) 상기 상태데이터와 제어신호, 제어정보가 전송될 경우에, 상기 작업자가 원하는 설비의 전송사양을 상이한 상기 데이터전송 유형별로 대응하여 미리 설정된 기준 전송사양과 비교해서,
b) 상기 비교 결과, 상기 작업자가 원하는 설비의 전송사양이 해당하는 기준 전송사양보다 이상인 경우에 유지하고, 작업자가 원하는 설비의 전송사양이 해당하는 기준 전송사양보다 미만인 경우에는 상기 보안모듈에 의해 암호화 버퍼를 할당하여 초기화하고,
c) 미리 설정된 마스터 키를 통해 암호화 키를 생성하며,
d) 해당하는 상태데이터 또는 제어신호 혹은, 제어정보의 데이터를 읽고,
e) 상기 읽은 데이터의 길이와 데이터전송 유형별로 대응하여 미리 설정된 암호화 데이터 길이 중에서 해당하는 암호와 데이터 길이를 비교하고,
f) 상기 비교 결과, 상기 데이터의 길이가 해당하는 암호화 데이터 길이보다 작은 경우에 암호화하지 않고 전송하며, 큰 경우에는 프레임을 검출하고,
g) 확장 헤더는 확장 비트를 읽어 유무를 확인하고,
h) 상기 확인 결과, 확장 비트가 있는 경우에 페이로드 시작점 오프셋을 확장 길이만큼 이동시키고,
i) 상기 프레임과, 암호용 키, 페이로드 오프셋 정보를 파라미터로 전달받아 프레임의 페이로드 시작부분을 데이터전송 유형별로 미리 설정된 제 2 암호포맷으로 부분 암호화해서, 저성능 설비의 경량 프로토콜로서 제공하는 것; 을 특징으로 하는 조립가공 제조산업의 스마트 공장용 데이터 수집 및 제어 장치.
청구항 5에 있어서,
상기 중앙처리부는,
상기 유선/무선신호입력부에 의해 수집된 다수의 상이한 설비별 소요시간 및 상태데이터를 시계열에 따라 학습하여 아래의 사전진단모델을 생성함으로써, 설비 이상 여부를 감지하고,

상기 사전진단모델은,
a) 다수의 상이한 스마트 공장과 설비, 주변환경 유형별로 상태데이터를 분류해서 3차원적으로 학습하는 학습모델을 정의하고,
b) 상기 다수의 상이한 스마트 공장과 설비, 주변환경 유형별로 시간대에 따라 소요시간별로 상태데이터셋을 추출하고,
c) 상기 추출된 상태데이터셋을 다수의 상이한 설비 장소와 시간대, 주변환경 유형을 반영하여 속성화하며,
d) 상기 속성화된 정보를 기초로 해서 다수의 상이한 스마트 공장과 설비, 주변환경 유형별로 상태데이터 속성을 결정하고,
e) 상기 결정된 결과를 정규화해서,
f) 상기 정규화된 정보를 기초로 해서 다수의 상이한 스마트 공장과 설비, 주변환경 유형별로 정상설비상태를 설정하여, 설비 상태의 사전진단을 위한 독립(정상설비상태) 및 종속(상태데이터) 변수를 설정하고,
g) 상기 설정된 정보로 학습 및 훈련 데이터를 생성하여,
h) 상기 생성된 정보에 의해 머신 러닝 기반의 학습모델을 생성하고,

상기 중앙처리부는,
상기 설비 이상 여부가 감지될 경우에, 상기 사전진단모델의 정상설비상태와 현재설비상태를 비교해서 차이값이 미리 설정된 기준차이값보다 이상인 경우에는 설비 이상이 있는 것으로 판별하는 것; 을 특징으로 하는 조립가공 제조산업의 스마트 공장용 데이터 수집 및 제어 장치.