KR102636781B1 - 통합 제조 운영 관리를 위한 스마트 팩토리 시스템 - Google Patents
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Abstract
본 발명에 따른 스마트 팩토리 시스템은 스마트 팩토리 현장 내 복수로 구비되어 위치산출을 위한 위치측정용 신호를 송출하는 위치산출용 신호 송출부; 상기 스마트 팩토리 현장 내에 투입되어 공정 및 작업지시를 위한 데이터를 송수신하는 사용자 단말기; 및 제품 생산을 위한 종합관리를 수행하고 상기 수행된 종합관리 결과에 따라 상기 사용자 단말기에 지시를 전달하고 수행 결과 데이터를 수신하는 관리서버;를 포함하고, 상기 사용자 단말기는, 상기 관리서버로부터 전달되는 지시를 표시하고, 상기 지시에 따른 작업 수행 결과를 상기 관리서버에 전송하는 작업관리부; 타 사용자 단말기를 향하여 상기 사용자 단말기의 위치 정보를 포함하는 제2 위치측정용 신호를 전송하는 제2 위치산출용 신호발생부; 및 상기 위치 산출용 신호 송출부에서 송출하는 위치측정용 신호를 수신하여 상기 현장 내 위치를 산출하고, 상기 타 사용자 단말기로부터 송출되는 제2 위치산출용 신호를 수신하여 상기 제2 위치산출용 신호를 송출하는 사용자 단말기로부터의 상대적 위치 및 거리 중 적어도 어느 하나를 산출하는 위치산출용 신호처리부;를 포함하고, 상기 관리서버는, 제품 수주 현황과 재고 현황에 따라 스마트 팩토리에서의 제품 생산 일정을 관리하는 생산관리모듈; 상기 스마트 팩토리 내의에 구비되는 복수의 센서들로부터 데이터를 전송받아 상기 스마트 팩토리의 가동상태에 대한 데이터를 수집하고, 상기 스마트 팩토리의 공정관리를 수행하고 유지보수에 대한 작업 리스트를 생성하는 공정관리모듈; 상기 공정관리에 의하여 생성된 작업 리스트에 포함된 특정 작업에 투입될 작업자들을 관리하고 작업 수행의 결과를 관리하는 인력관리 모듈; 및 상기 스마트 팩토리 내의 센서들의 위치와 상기 작업수행에 투입된 인력의 위치를 관리하는 위치 관리 모듈;을 포함하고, 상기 인력관리 모듈은, 상기 특정 작업에 투입된 작업자들에 대응하는 사용자 단말기들을 하나의 작업 그룹으로 형성하고, 상기 작업 그룹에 속하는 사용자 단말기 중 어느 하나를 메인 사용자 단말기로 지정하며, 상기 메인 사용자 단말기는 수신된 상기 위치측정용 신호로부터 상기 현장 내의 위치를 산출하고, 상기 작업 그룹 중 상기 메인 사용자 단말기를 제외한 나머지 사용자 단말기는 상기 제2 위치 측정용 신호로부터 상기 메인 사용자 단말기로부터의 위치 및 거리 중 어느 하나를 산출한다.
Description
본 발명은 생산공정, 작업관리 및 작업자 업무관리를 수행하는 스마트 팩토리 시스템에 관한 것이다.
인공 지능, 사물 인터넷, 빅데이터, 모바일 등 첨단 정보통신기술이 경제·사회 전반에 융합되어 혁신적인 변화가 나타나는 차세대 산업혁명인 4차 산업혁명이 도래하고 있다. 4차 산업혁명은 초연결과 초지능을 특징으로 하기 때문에 정보통신기술과 제조업의 융합으로 산업기기와 생산과정이 모두 네트워크로 연결되고 상호 소통하면서 최적화를 달성할 것으로 기대되고 있다.
많은 공장들은 설계·개발, 제조 및 유통 등 생산공정에 디지털 자동화 솔루션이 결합된 정보통신기술을 적용하여 생산성, 품질, 고객만족도를 향상시키는 지능형 생산공장인 스마트 팩토리로 전환되고 있다.
특히, 생산공정 관리는 설계 데이터의 관리부터 출하까지 생산에서 필요한 모든 정보를 이용하여 생산공정을 관리하는 시스템이다.
기존의 공정관리에 있어서는 바코드를 이용해 생산공정의 인식이 수행되는데, 제품에 부착된 바코드가 손상 및 분실 또는 잘못 부착된 경우 공정파악이 어려워지고, 사람이 수작업으로 진행해야 하는 불편함이 존재하였다.
최근 4차 산업 혁명이 전세계적으로 확산됨에 따라 제조업계도 스마트 팩토리로의 변신이 이루어지고 있으며, 그에 따라 단순히 생산량을 늘리는 것에서 첨단 IT 기술을 접목하여 데이터를 기반으로 하는 운영 최적화와 생산 프로세스의 관리를 통한 품질관리 및 물류 자동화까지 효율성 증대를 위한 노력에 집중하고 있다.
그러나 이전의 제조 효율 증대 방안은 완제품의 생산 효율을 관리하기 위해 ERP나 MES 솔루션을 도입하여 제조 현황의 파악과 함께 그에 필요한 조치를 판단하는 것에 그치고 있을 뿐, 제조 설비를 포함한 여러 생산 자원을 데이터화하여 이를 근거로 통합적으로 인적, 물적 자원을 관리하는 시스템은 제공하지 못하고 있다.
본 발명은 효율적인 공정관리, 품질관리 및 인력관리가 가능한 스마트 팩토리 시스템을 제공한다.
본 발명에 따른 스마트 팩토리 시스템은 스마트 팩토리 현장 내 복수로 구비되어 위치산출을 위한 위치측정용 신호를 송출하는 위치산출용 신호 송출부; 상기 스마트 팩토리 현장 내에 투입되어 공정 및 작업지시를 위한 데이터를 송수신하는 사용자 단말기; 및 제품 생산을 위한 종합관리를 수행하고 상기 수행된 종합관리 결과에 따라 상기 사용자 단말기에 지시를 전달하고 수행 결과 데이터를 수신하는 관리서버;를 포함하고,
상기 사용자 단말기는, 상기 관리서버로부터 전달되는 지시를 표시하고, 상기 지시에 따른 작업 수행 결과를 상기 관리서버에 전송하는 작업관리부; 타 사용자 단말기를 향하여 상기 사용자 단말기의 위치 정보를 포함하는 제2 위치측정용 신호를 전송하는 제2 위치산출용 신호발생부; 및 상기 위치 산출용 신호 송출부에서 송출하는 위치측정용 신호를 수신하여 상기 현장 내 위치를 산출하고, 상기 타 사용자 단말기로부터 송출되는 제2 위치산출용 신호를 수신하여 상기 제2 위치산출용 신호를 송출하는 사용자 단말기로부터의 상대적 위치 및 거리 중 적어도 어느 하나를 산출하는 위치산출용 신호처리부;를 포함하고,
상기 관리서버는, 제품 수주 현황과 재고 현황에 따라 스마트 팩토리에서의 제품 생산 일정을 관리하는 생산관리모듈; 상기 스마트 팩토리 내의에 구비되는 복수의 센서들로부터 데이터를 전송받아 상기 스마트 팩토리의 가동상태에 대한 데이터를 수집하고, 상기 스마트 팩토리의 공정관리를 수행하고 유지보수에 대한 작업 리스트를 생성하는 공정관리모듈; 상기 공정관리에 의하여 생성된 작업 리스트에 포함된 특정 작업에 투입될 작업자들을 관리하고 작업 수행의 결과를 관리하는 인력관리 모듈; 및 상기 스마트 팩토리 내의 센서들의 위치와 상기 작업수행에 투입된 인력의 위치를 관리하는 위치 관리 모듈;을 포함하고,
상기 인력관리 모듈은, 상기 특정 작업에 투입된 작업자들에 대응하는 사용자 단말기들을 하나의 작업 그룹으로 형성하고, 상기 작업 그룹에 속하는 사용자 단말기 중 어느 하나를 메인 사용자 단말기로 지정하며, 상기 메인 사용자 단말기는 수신된 상기 위치측정용 신호로부터 상기 현장 내의 위치를 산출하고, 상기 작업 그룹 중 상기 메인 사용자 단말기를 제외한 나머지 사용자 단말기는 상기 제2 위치 측정용 신호로부터 상기 메인 사용자 단말기로부터의 위치 및 거리 중 어느 하나를 산출한다.
또한 상기 인력관리 모듈은 상기 제2 위치 측정용 신호로부터 산출된 메인 사용자 단말기로부터의 위치 및 거리 중 어느 하나가 기 설정된 거리 이상의 위치에서 기 설정된 시간 이상 유지되는 경우 별도의 제2 작업 그룹으로 선정하여 상기 작업 그룹 내에 속하는 사용자 단말기와 상기 제2 작업 그룹으로 분할 된 사용자 단말기에 작업 그룹의 분할 정보를 전송할 수 있다.
또한 상기 인력관리 모듈은 상기 작업 그룹의 메인 사용자 단말기의 위치를 중심점으로 하고, 상기 작업 그룹 중 상기 메인 사용자 단말기를 제외한 나머지 단말기의 거리 중 가장 긴 거리를 갖는 사용자 단말기까지의 거리를 반지름으로 하는 그룹 작업 영역을 설정할 수 있다.
또한 상기 인력관리 모듈은 상기 작업 그룹과 타 작업 그룹인 제3 작업 그룹 간의 작업 영역 및 이동 영역이 중첩되는 경우 상기 작업 그룹 및 제3 작업 그룹을 구성하는 사용자 단말기들에 중첩 정보를 제공할 수 있다.
또한 상기 작업 그룹과 상기 제2 작업 그룹 간의 영역이 중첩되는 경우 상기 작업 그룹의 메인 사용자 단말기의 작업 그룹 통합에 대한 승인 전까지 상기 중첩 정보를 제공할 수 있다.
본 발명에 따르면 작업 그룹의 유동적인 형성 및 해체를 수행하고, 이를 기반으로 작업 그룹의 관리를 수행함으로써 효율적인 인력관리 및 안정관리가 가능한 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 팩토리 시스템을 나타내는 블록도이다.
도 2는 일 실시예에 따른 사용자 단말기를 나타내는 블록도이다.
도 3 및 도 4는 일 실시예에 따른 인력관리를 위한 사용자 인터페이스를 나타내는 개략도이다.
도 5는 일 실시예에 따른 관리서버를 나타내는 블록도이다.
도 2는 일 실시예에 따른 사용자 단말기를 나타내는 블록도이다.
도 3 및 도 4는 일 실시예에 따른 인력관리를 위한 사용자 인터페이스를 나타내는 개략도이다.
도 5는 일 실시예에 따른 관리서버를 나타내는 블록도이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명한다. 특별한 정의나 언급이 없는 경우에 본 설명에 사용하는 방향을 표시하는 용어는 도면에 표시된 상태를 기준으로 한다. 또한 각 실시예를 통하여 동일한 도면부호는 동일한 부재를 가리킨다. 한편, 도면상에서 표시되는 각 구성은 설명의 편의를 위하여 그 두께나 치수가 과장될 수 있으며, 실제로 해당 치수나 구성간의 비율로 구성되어야 함을 의미하지는 않는다.
도 1을 참조하여 일 실시예에 따른 스마트 팩토리 시스템을 설명한다. 도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 팩토리 시스템을 나타내는 블록도이다.
본 발명에 따른 스마트 팩토리 시스템은 관리서버(100), 유무선 네트워크(10), 현장(WP)에 구비되는 다양한 센싱부(200), 작업수행 인식부(210), 위치산출용 신호발생부(220) 및 사용자 단말기(300)를 포함한다.
관리서버(100)는 스마트 팩토리의 생산, 공정, 품질, 수율, 가동률, 인력 등의 관리를 수행하기 위하여 다양한 기능을 제공한다.
본 발명에 따른 통합 제조 운영 관리 시스템은 서버 상에서 적어도 하나 이상의 모듈이나 플랫폼 타입으로 구현될 수 있으며, 반응형 웹을 제공하는 웹 서버를 통해 생산업체, 주문기업 및 소비자 등에 웹 서비스를 제공할 수 있다. 또한, 데이터베이스 서버를 포함하여 빅데이터 서비스를 제공할 수 있으며, 적어도 하나 이상의 스마트 팩토리와 연결되어 데이터를 수집 및 분석하며, 원료 공급처나 다른 제조업체 등 다양한 협력업체와도 협력이 가능하다.
이러한 본 발명에 의하면 스마트 팩토리에서 생성된 데이터를 수집 및 분석하고, 이를 기반으로 스마트 팩토리에서의 인적, 물적 자원을 통합하여 효율적으로 운영할 수 있게 한다. 또한, ERP, MES, SCM 및 MRP를 비롯한 여러 제조 운영 시스템을 통합한다.
구체적으로, 각종 IoT 기기나 PLC 등에서 생성된 제품 생산 관련된 데이터를 실시간 수집하여 이를 제공함으로써, 불량의 원인 및 문제점 파악을 가능하게 하고, 제품 생산이 설비의 관리를 가능하게 하며, 제품 이력을 추적할 수 있게 한다.
또한, 생산 현장에서의 제품 품질 추적 관리 및 설비 품질 추적관리를 가능하게 하는 빅데이터 관리 기술 플랫폼을 제공하며, 생산정보의 실시간 공유로 관리자와 작업자간 업무 효율을 향상시켜 신속하고 정확한 의사 결정을 가능하게 한다.
따라서, 기업의 제조, 운영에 필요한 시스템을 통합하여 기업 맞춤형으로 제공하고, 소비자와의 연계까지 가능하게 함으로써, 제조업체에서의 불필요한 기능을 최소화하고 제조업체에서의 시스템 운영에 대한 부담을 줄인다.
사용자 단말기(300)는 현장(WP)에 투입되는 작업자들에게 지급되어 현장에서 이용되며, 위치 기반으로 관리서버(100)와의 데이터 송수신을 수행함으로써 일정한 작업지시 및 그 결과보고를 수행할 수 있도록 한다.
센싱부(200)는 스마트 팩토리 현장(WP) 내에 구비되어 작업 상태, 공정 진행 상황, 공정별 진행 상태, 설비의 작동 상태, 인력의 위치 등의 다양한 정보를 획득하여 관리서버(100) 및 사용자 단말기(300)에 제공한다.
작업 수행 인식부(210)는 QR 코드나 NFC 모듈 등을 제공하여 작업 위치, 작업 시작 등의 알림이나 공정의 식별 등을 수행하기 위하여 구비된다.
위치산출용 신호발생부(220)는 사용자 단말기 등이 위치를 산출하는 기본 신호로서 활용이 가능하도록 위치 산출용 신호를 송출한다. 위치산출용 신호발생부(220)로는 WIFI나 LTE 등 다양한 타입의 장치들이 이용될 수 있으며, 바람직하게는 블루투스 신호를 이용한 비콘을 이용할 수 있다.
비콘은 BLE(Bluetooth Low Energy)를 활용한 근거리 데이터 통신 기술로, 근접도 측위를 바탕으로 사물 및 상황인식(Object & Context Awareness), 컨텐츠 푸시, 실내위치측위, 자동 체크인, 지오펜싱(GeoFencing) 등 다양한 응용 서비스를 가능하게 도와주는 장치이다. 비콘이 송신하는 신호는 비콘 ID 값 및 수신신호세기(RSSI)를 산출할 수 있는 비콘 신호이다.
비콘 신호는 신호의 세기 및 방향성에 의하여 수신측에서 신호 발생측의 위치를 확인할 수 있도록 한다. 본 실시예에 따른 비콘은 기 설정된 위치에 위치 절대값을 비콘 ID와 매칭시킨 정보를 관리서버에서 관리를 하고 있으며, 사용자 단말기에서 비콘들로부터 수신된 신호를 스캐너에서 RSSI 값으로 변환하고, 이를 2차원 또는 3차원 삼각측량법 등을 적용해 비콘을 기준으로 한 상대위치를 산출한 후 비콘의 위치정보를 반영하여 현장 내에서의 절대적인 위치값을 산출 수 있다.
도 2 내지 도 4를 참조하여 일 실시예에 따른 사용자 단말기를 설명한다. 도 2는 일 실시예에 따른 사용자 단말기를 나타내는 블록도이고, 도 3 및 도 4는 일 실시예에 따른 인력관리를 위한 사용자 인터페이스를 나타내는 개략도이다.
사용자 단말기(300)는 스마트 팩토리 현장 내에 투입되어 공정 및 작업지시를 위한 데이터를 송수신하는 기능을 한다.
본 실시예에 따른 사용자 단말기(300)는 작업관리부(331), 제2 위치산출용 신호발생부(370), 위치산출용 신호처리부(335), 리더기(310), 카메라(320), 통신부(340), 입력부(360) 및 디스플레이부(350) 등을 포함한다.
리더기(310)는 카메라(320) 등과 함께 앞서 설명한 작업수행 인식부(210)와 상호작용을 통하여 기능을 수행한다.
작업관리부(331)는 관리서버(100)로부터 전달되는 지시를 표시하고, 상기 지시에 따른 작업 수행 결과를 상기 관리서버에 전송하는 등 지시된 작업의 수행 및 보고와 관련된 기능을 수행한다. 작업자는 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이 작업관리부(331)를 통하여 송수신되는 데이터를 확인하거나 보고를 할 수 있다.
제2 위치산출용 신호발생부(370)는 타 사용자 단말기를 향하여 상기 사용자 단말기의 위치 정보를 포함하는 블루투스 신호인 제2 위치측정용 신호를 전송한다. 제2 위치산출용 신호발생부(370)는 일종의 비콘 단말기와 같이 주기적으로 신호를 발생시켜서 타 사용자 단말기와 상대적인 위치정보를 공유할 수 있도록 한다. 즉 타 사용자 단말기는 위치산출용 신호처리부(335)가 수신된 신호를 분석하여 신호를 송신한 사용자 단말기의 위치와 자신의 상대적 위치를 파악하게 된다.
위치산출용 신호처리부(335)는 위치 산출용 신호 송출부에서 송출하는 위치측정용 신호를 수신하여 상기 현장 내 위치를 산출하거나, 타 사용자 단말기로부터 송출되는 제2 위치산출용 신호를 수신하여 제2 위치산출용 신호를 송출하는 사용자 단말기로부터의 상대적 위치 또는 거리를 산출한다.
도 5를 참조하여 일 실시예에 따른 관리서버를 설명한다. 도 5는 일 실시예에 따른 관리서버를 나타내는 블록도이다.
본 발명에 따른 통합 제조 운영 관리 시스템, 즉 관리서버(100)는 도 5에 도시된 바와 같이 제품 수주 현황과 재고 현황에 따라 스마트 팩토리에서의 제품 생산 일정을 관리하는 생산관리모듈(110); 상기 스마트 팩토리 내의에 구비되는 복수의 센서들로부터 데이터를 전송받아 상기 스마트 팩토리의 가동상태에 대한 데이터를 수집하고, 상기 스마트 팩토리의 공정관리를 수행하고 유지보수에 대한 작업 리스트를 생성하는 공정관리모듈(120), 품질관리 모듈(130), 생산자원 관리 모듈(140), 모니터링 모듈(150), 상기 공정관리에 의하여 생성된 작업 리스트에 포함된 특정 작업에 투입될 작업자들을 관리하고 작업 수행의 결과를 관리하는 인력관리 모듈(160), 상기 스마트 팩토리 내의 센서들의 위치와 상기 작업수행에 투입된 인력의 위치를 관리하는 위치 관리 모듈(170) 및 디지털 트윈 모듈(180)을 포함한다.
생산관리모듈(110)은 제품 생산을 위한 종합관리를 수행하고 상기 수행된 종합관리 결과에 따라 상기 사용자 단말기에 지시를 전달하고 수행 결과 데이터를 수신한다.
생산 관리모듈(110)은 제품 수주 현황과 재고 현황에 따라 스마트 팩토리에서의 제품 생산 일정을 관리하는 것으로, 제품 생산량에서 불량율을 뺀 최종 수량을 파악하여 제품 생산 기일을 맞출 수 있도록 관리한다. 일 실시예로써 제품정보 제공, 생산 관리 및 스케쥴 관리를 수행하며, 제품정보 제공을 위하여 데이터베이스에 저장된 데이터를 읽어들여 생산 제품의 특성정보를 제공할 수 있다.
생산 관리모듈(110)은 스마트 팩토리에 설치된 제조설비의 생산용량을 기반으로 제조업체에서 생산 가능한 각 품목별 제품생산능력을 관리하며, 이때 생산 제품의 특성정보를 반영한다. 스케쥴 관리부는 생산 주문 요청시, 스마트 팩토리에서의 제품생산능력에 따라 제품 생산 스케쥴을 관리한다.
제품 수주 현황은 이미 수주를 마친 것 이외에 소비자의 반응에 따라 향후 예상되는 예상 수주량도 포함할 수 있으며, 재고 현황은 제품 원료의 잔여 수량에서 향후 원료가 들어올 시기 및 입고양을 고려한다.
공정관리모듈(120)은 스마트 팩토리 내의에 구비되는 복수의 센서들로부터 데이터를 전송받아 상기 스마트 팩토리의 가동상태에 대한 데이터를 수집하고, 상기 스마트 팩토리의 공정관리를 수행하고 유지보수에 대한 작업 리스트를 생성한다.
구체적으로, 공정관리모듈(120)은 스마트 팩토리의 가동 상태를 감시한다. 스마트 팩토리는 제품의 생산과정에 디지털 자동화 솔루션이 적용된 공장으로 다양한 상황 변경에서도 효율적인 제조의 최적화 달성을 위한 사이버 물리 시스템을 채택하며, 각종 품목의 제품을 자동화 방식으로 생산한다.
공정관리모듈(120)에 의해 감시되는 스마트 팩토리의 가동 상태에는 직접 제품 생산에 이용되는 제조설비, 센싱부(200, 도 1 참조)를 포함한 각종 IoT 기기 및 자동화를 위한 로직 제어기뿐만 아니라 QR 코드나 NFC 모듈 등을 제공하여 작업 위치나 공정의 식별 등을 수행하기 위한 작업 수행 인식부(210)와 상호 작용을 수행한다.
센서 네트워크나 5G 통신망 등을 통해 공정관리모듈에 수집된 데이터는 그 자체로 또는 가공을 통해 스마트 팩토리에서의 제품 생산에 대한 유효한 데이터로서 제공되며, 필요시 데이터베이스 서버에 저장되어 빅데이터 모델을 구축하는데 사용된다.
감시된 정보는 후술하는 모니터링 모듈(150)을 통해 운영자 단말기나 사용자 단말기(300) 등에 실시간 제공되며, 그와 동시에 데이터베이스 서버에 기록되어 운영 현황을 예측하는데 이용되고, 웹 서버를 통해 실시간 제공될 수 있다.
다만, 공정관리모듈(120)은 서로 다른 지역에 설치된 다수의 스마트 팩토리에 설치된 제조설비들을 동시에 감시하여, 협력관계에 있는 다수의 스마트 팩토리들의 가동 상태를 동시에 감시하는 것이 바람직하다.
스마트 팩토리는 기업별로 하나 또는 다수개로 구성될 수 있고, 스마트 팩토리에서의 생산 제품은 서로 다른 종류이거나 일부는 동일할 수 있으며, 협의가 있는 경우 서로 다른 기업의 스마트 팩토리들간 생산능력, 원재료 혹은 반제품 등의 사용을 협력할 수 있다.
또한, 공정관리모듈(120)은 스마트 팩토리 내외에서 운영되는 이동형 장비에서 발생된 위치정보신호를 수집하여, 이동형 장비의 동선이 포함된 위치정보를 사용자 단말기로 전송한다. 이를 위해 이동형 장비는 GPS 신호 발생기나 근거리 무선통신 모듈을 탑재하여 위치 신호를 송신한다.
대표적인 이동형 장비로는 지게차가 있으며 그 외 물품을 운반하는 화물 차량 등도 포함할 수 있다. 이동형 장비는 현재 작업 중인 위치를 운영자 단말기에 제공함으로써 작업 현황을 파악하는데 이용된다. 이때, 이동형 장비는 배터리 충전전원에 의해 구동되는 전기식 작업장치를 포함하며, 공정관리모듈은 전기식 작업장치가 충전기에 접속되면 충전중인 것을 감지하고, 충전중인 전기식 작업장치를 대체할 수 있는 적어도 하나 이상의 장비 위치를 추출하여 운영자 단말기로 전송한다.
품질관리모듈(130)은 스마트 팩토리에서 생산되는 제품의 생산량과 불량율을 포함하는 수율을 감시한다. 본 발명에서의 수율은 현재의 생산 현황을 포함하며, 제조설비에 설치된 센서를 통해 각 제조설비의 가동 현황 데이터를 입력받아 분석한다. 이때 수집되는 데이터의 일부는 현장 관리자나 다른 감지장치에 의해 감시된 후 품질관리모듈(130)에 제공될 수 있다.
또한, 품질관리모듈은 상기 공정관리모듈에서 제공되는 스마트 팩토리의 가동상태와 제품의 수율간 상관관계를 기계 학습하여, 수율 변화에 영향을 주는 스마트 팩토리의 가동상태 정보를 생산자원 관리 모듈에 제공할 수 있다.
생산자원 관리 모듈(140)은 스마트 팩토리의 가동 상태에 따른 수율을 분석하여 스마트 팩토리의 운영을 관리하는 것으로, 기일을 포함한 수주 현황이나 수율 변화에 따라 제조설비의 선택, 작업 순서, 원재료 선택 및 작업 속도를 비롯하여 제품 생산과 관련된 가동률 및 프로세스를 조절한다.
다만, 생산자원 관리 모듈은 스마트 팩토리의 가동 상태에 따른 수율 및 상기 생산자원 관리모듈에 의해 관리되는 환경 정보에 대한 적부 평가를 분석하여 스마트 팩토리의 운영을 관리하는 것이 바람직하다.
이와 같이 수율 이외에 생산자원 관리모듈에서 제공하는 환경 정보에 대한 적부 평가 정보를 더 반영하면, 스마트 팩토리에서의 작업 환경을 반영하여 최적의 조건으로 제품 생산을 가능하게 한다.
예컨대, 데이터베이스 서버에 저장된 환경 정보를 읽어들여 제품 생산에 사용되는 원료가 특정 온도 보관 상태에서 작업해야 하는 것으로 판독되면, 해당 원료를 저온 생산 라인에 투입하고, 또한 작업 속도를 상온에서 보다 빠르게 진행시키는 등 환경 정보에 따라 제품 생산을 다르게 조절한다.
또한, 정상적인 제품 생산시의 전력 사용 패턴을 데이터베이스화하여, 실시간 분석 결과에 따라 현재의 전력 사용 패터과 비교하고, 그 결과 설정된 오차 범위를 벗어난 값으로 판독되는 경우 생산 제품의 특성정보와 함께 모니터링 모듈을 통해 운용자에게 알린다.
생산자원 관리 모듈(140)은 수주 현황에 따라 스마트 팩토리의 가동율을 조절하되, 위와 같이 공정관리모듈에서 제공되는 전력 사용 패턴을 입력받아 스마트 팩토리의 가동율에 따라 제조설비를 차등 동작시킨다.
예컨대, 스마트 팩토리의 가동율을 감소시킬 필요가 있는 경우에는 전력 공급 중단이 가능한 제조설비들을 추출하며, 중단 순서를 선택할 수 있도록 전력 소모량이 큰 제조설비의 순서를 결정한다. 반면 스마트 팩토리의 가동율이 증가하는 경우에는 전력 공급 시작이 가능한 제조설비들을 추출하여, 공급 순서를 선택하도록 전력 소모량이 작은 제조설비의 순서를 결정한다. 이를 통해 전력 낭비를 방지하고 효율을 향상시킨다.
모니터링 모듈(150)은 스마트 팩토리의 가동 현황을 운영자가 인식 가능한 포맷으로 변환하여 운영자 단말기로 전송하는 것으로, 정보 분류부, 사용자 인터페이스부 및 통신 인터페이스부를 포함한다. 모니터링 모듈은 공정관리모듈에서 수집한 제조설비의 센싱 데이터 및 로직 컨트롤러의 실행 데이터 등을 조합하여 설비 가동율, 생산량 및 불량율 등을 제공한다. 또한 모니터링 모듈(150)은 후술할 사용자 단말기들의 위치 정보를 수집하여 공정관리 모듈(120), 인력관리 모듈(160) 및 타 사용자 단말기(100)들에 제공한다.
인력관리 모듈(160)은 공정관리에 의하여 생성된 작업 리스트에 포함된 특정 작업에 투입될 작업자들을 관리하고 작업 수행의 결과를 관리한다.
인력관리 모듈(160)은 상술한 특정 작업에 투입된 작업자들에 대응하는 사용자 단말기들을 하나의 작업 그룹으로 형성한다. 이 때 해당 작업 그룹에 속하는 사용자 단말기들 중 어느 하나를 메인 사용자 단말기로 지정한다. 메인 사용자 단말기는 수신된 상기 위치측정용 신호로부터 상기 현장 내의 위치를 산출하고, 상기 작업 그룹 중 상기 메인 사용자 단말기를 제외한 나머지 사용자 단말기는 상기 제2 위치 측정용 신호로부터 상기 메인 사용자 단말기로부터의 위치 및 거리 중 어느 하나를 산출한다.
즉, 메인 사용자 단말기로 선정된 사용자 단말기에서만 작업장 내 절대적인 위치를 산출하고, 나머지는 간단하게 사용자 단말간의 거리 등의 정보만으로 작업을 진행함으로써 단말기의 시스템 사용량을 줄일 수 있다.
또한 인력관리 모듈(170)은 제2 위치 측정용 신호로부터 산출된 메인 사용자 단말기로부터의 위치 및 거리 중 어느 하나가 기 설정된 거리 이상의 위치에서 기 설정된 시간 이상 유지되는 경우 별도의 제2 작업 그룹으로 선정하여 상기 작업 그룹 내에 속하는 사용자 단말기와 상기 제2 작업 그룹으로 분할 된 사용자 단말기에 작업 그룹의 분할 정보를 전송할 수 있다. 즉, 같은 작업그룹으로 선정된 작업자들 중 일부가 일정시간동안 일정 거리 이상 떨어지는 경우 이를 별도의 그룹으로 분리하여 데이터를 관리하게 된다. 이 경우 인력관리 모듈(160)에서는 분리된 작업 그룹을 별도의 독립적인 작업 그룹으로 취급하거나 원래의 작업 그룹의 하위 작업 그룹으로 처리하는 것도 가능하다.
또한 인력관리 모듈(160)은 작업 그룹의 메인 사용자 단말기의 위치를 중심점으로 하고, 상기 작업 그룹 중 상기 메인 사용자 단말기를 제외한 나머지 단말기의 거리 중 가장 긴 거리를 갖는 사용자 단말기까지의 거리를 반지름으로 하는 그룹 작업 영역을 설정할 수 있다. 그룹 작업 영역은 미지털 트윈 모듈(180)이나 모니터링 모듈(150)에서 해당 작업 그룹이 점용하는 작업 영역을 도식화 하기 위한 것으로서 이를 통하여 다양한 시뮬레이션이나 안전상의 조치들을 취할 수 있다.
또한 인력관리 모듈(160)은 작업 그룹과 타 작업 그룹인 제3 작업 그룹 간의 작업 영역 및 이동 영역이 중첩되는 경우 상기 작업 그룹 및 제3 작업 그룹을 구성하는 사용자 단말기들에 중첩 정보를 제공할 수 있다. 작업 그룹 간의 간섭은 작업의 지체나 안전상으 문제를 일으킬 수 있는 잠재적인 사항이 있기 때문에 인력 투입 계획 단계에서 이미 이를 처리하나, 상술한 기능은 주로 인력 투입이 진행 중인 상태에서 발생할 수 있는 상황의 처리에 관한 것이다.
한편, 특정 작업 그룹과 해당 작업 그룹으로부터 분리된 제2 작업 그룹 간의 영역이 중첩되는 경우 이를 다시 병합시키는 것이 아니라 상기 작업 그룹의 메인 사용자 단말기의 작업 그룹 통합에 대한 승인 전까지 상기 중첩 정보를 제공하고, 승인이 없는 경우 지속적으로 독립된 작업 그룹으로서 관리하게 된다.
위치관리 모듈(170)은 스마트 팩토리 내의 센서들의 위치와 상기 작업수행에 투입된 인력의 위치를 관리한다. 즉, 위치관리 모듈(170)은 각 센서나 위치측정용 신호발생부들의 절대적인 위치를 관리하고, 각 사용자 단말기로부터 측정된 위치 정보를 전달받는다.
디지털 트윈 모듈(180)은 스마트 팩토리의 현장에 포함되는 설비들에 대응하는 디지털 모델을 구성한다. 또한, 디지털 트윈 모듈에 의한 예측 상황 정보를 비롯한 여러 정보를 사용자 단말기에 제공할 수 있다. 디지털 트윈 모듈은 시뮬레이션 가능한 가상의 제조설비 환경을 제공한다.
다차원 맵은 스마트 팩토리의 제조설비와 동일한 환경을 소프트웨어로 복제하여 컴퓨팅 장치에서 구현되며, 제조설비의 운영상황과 제품 수주정보를 시뮬레이션 모델에 적용하여 예측 현황을 생성한다.
이러한 다차원 맵 모듈은 현실 세계의 제조설비나 기계 등과 같은 물리적 사물을 가상공간에 디지털로 동일하게 구현하는 기술로서 3D로 구현된 가상세계에서 시뮬레이션을 통해 시스템의 상태를 이해하고 제조설비의 배치나 빠른 업무 결정 및 사전 작업을 통해 현장에서의 돌발 상황 및 변화에 대응하여 문제 해결 및 가치를 향상시키는 역할을 한다.
다차원 맵을 구현하기 위해, 실시예로서 2D/3D로 설계된 데이터를 기반으로 사물을 디지털화하고 시뮬레이션 후 최적화된 설계로 제조설비의 배치 및 유지관리 등에 활용할 수 있으며, 이를 통해 계획-준비-설계-시공-유지 보수의 업무를 원활하게 진행시킬 수 있게 한다.
제조설비의 감시를 통해 획득한 운영상황 및 주문정보를 소정의 시뮬레이션 모델에 적용하면, 현재 제조 설비의 가동 상태에 기초하여 주문정보에 따른 향후 계획을 설계한 예측 현황을 제공할 수 있게 된다. 예컨대, 잔여 원재료, 원재료 주문, 제품생산 시간, 제품생산 가능 영부 등을 비롯한 여러 예측 현황을 제공할 수 있게 된다.
또한, 시뮬레이션 모델은 스마트 팩토리 내에 설치된 제조설비의 용량이나 기능성 등과 현재 가동되는 상태를 비교하고, 그와 함께 각종 센서에서 감지한 제조설비의 운전 상태 정보를 함께 분석하여 해당 제조설비의 이상 발생 여부를 미연에 예측할 수 있게 된다.
다차원 맵 플랫폼은 다수의 스마트 팩토리들 중 공동작업이 가능한 다수의 스마트 팩토리에 각각 배치된 제조설비 모두를 통합한 환경을 소프트웨어로 복제하여 통합 디지털 환경에 구현할 수 있다.
또한, 위와 같이 적기에 제품을 생산하지 못하는 스마트 팩토리를 포함하여 통합 디지털 환경에서 실행되는 시뮬레이션 모델을 통해 제품을 적기에 생산할 수 있는 스마트 팩토리들의 조합을 예측할 수 있다.
즉, 다수의 스마트 팩토리에 각각 배치된 제조설비들을 모두 포함하는 디지털 환경에서, 다수의 스마트 팩토리 모두의 제조설비들을 모델로 하는 시뮬에 의해 이들 자원 모두를 최적으로 활용하는 방안을 선택하고 이를 예측값으로 제공할 수 있다.
또한 상기 디지털 트윈 모듈은 앞서 설명한 작업 그룹, 제2 작업(분리된 그룹) 그룹 및 제3 작업 그룹(타 그룹)의 영역 및 동선을 고려하여 작업 간섭, 위험 발생 요인들을 분석하여 상기 작업 그룹들에 포함되는 사용자 단말기에 제공할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 방법들은 다양한 컴퓨팅 장치를 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령(instruction) 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 기록매체에 기록될 수 있다.
상기 프로그램 명령 형태는, 소프트웨어로 통칭될 수 있고, 이는 컴퓨터 프로그램(computer program), 코드(code), 명령(instruction), 또는 이들 중 하나 이상의 조합을 포함할 수 있으며, 원하는 대로 동작하도록 처리 장치를 구성하거나 독립적으로 또는 결합적으로 (collectively) 처리 장치를 명령할 수 있다. 소프트웨어 및/또는 데이터는, 처리 장치에 의하여 해석되거나 처리 장치에 명령 또는 데이터를 제공하기 위하여, 어떤 유형의 기계, 구성요소(component), 물리적 장치, 가상장치(virtual equipment), 컴퓨터 저장 매체 또는 장치에 영구적으로, 또는 일시적으로 구체화(embody)될 수 있다. 소프트웨어는 네트워크로 연결된 컴퓨팅 장치상에 분산되어서, 분산된 방법으로 저장되거나 실행될 수도 있다. 소프트웨어 및 데이터는 하나 이상의 컴퓨터 판독 가능 기록 매체에 저장될 수 있다.
상기 컴퓨터 판독 가능 기록매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시 예를 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광 기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 실시예의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
이상 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였으나, 본 발명의 기술적 사상이 상술한 바람직한 실시예에 한정되는 것은 아니며, 특허청구범위에 구체화된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범주에서 다양하게 구현될 수 있다.
Claims (5)
- 스마트 팩토리 현장 내 복수로 구비되어 위치산출을 위한 위치측정용 신호를 송출하는 위치산출용 신호 송출부;
상기 스마트 팩토리 현장 내에 투입되어 공정 및 작업지시를 위한 데이터를 송수신하는 사용자 단말기; 및
제품 생산을 위한 종합관리를 수행하고 상기 수행된 종합관리 결과에 따라 상기 사용자 단말기에 지시를 전달하고 수행 결과 데이터를 수신하는 관리서버;를 포함하고,
상기 사용자 단말기는,
상기 관리서버로부터 전달되는 지시를 표시하고, 상기 지시에 따른 작업 수행 결과를 상기 관리서버에 전송하는 작업관리부;
타 사용자 단말기를 향하여 상기 사용자 단말기의 위치 정보를 포함하는 제2 위치측정용 신호를 전송하는 제2 위치산출용 신호발생부; 및
상기 위치 산출용 신호 송출부에서 송출하는 위치측정용 신호를 수신하여 상기 현장 내 위치를 산출하고, 상기 타 사용자 단말기로부터 송출되는 제2 위치산출용 신호를 수신하여 상기 제2 위치산출용 신호를 송출하는 사용자 단말기로부터의 상대적 위치 및 거리 중 적어도 어느 하나를 산출하는 위치산출용 신호처리부;를 포함하고,
상기 관리서버는,
제품 수주 현황과 재고 현황에 따라 스마트 팩토리에서의 제품 생산 일정을 관리하는 생산관리모듈;
상기 스마트 팩토리 내의에 구비되는 복수의 센서들로부터 데이터를 전송받아 상기 스마트 팩토리의 가동상태에 대한 데이터를 수집하고, 상기 스마트 팩토리의 공정관리를 수행하고 유지보수에 대한 작업 리스트를 생성하는 공정관리모듈;
상기 공정관리에 의하여 생성된 작업 리스트에 포함된 특정 작업에 투입될 작업자들을 관리하고 작업 수행의 결과를 관리하는 인력관리 모듈; 및
상기 스마트 팩토리 내의 센서들의 위치와 상기 작업수행에 투입된 인력의 위치를 관리하는 위치 관리 모듈;을 포함하고,
상기 인력관리 모듈은, 상기 특정 작업에 투입된 작업자들에 대응하는 사용자 단말기들을 하나의 작업 그룹으로 형성하고, 상기 작업 그룹에 속하는 사용자 단말기 중 어느 하나를 메인 사용자 단말기로 지정하며,
상기 메인 사용자 단말기는 수신된 상기 위치측정용 신호로부터 상기 현장 내의 위치를 산출하고, 상기 작업 그룹 중 상기 메인 사용자 단말기를 제외한 나머지 사용자 단말기는 상기 제2 위치 측정용 신호로부터 상기 메인 사용자 단말기로부터의 위치 및 거리 중 어느 하나를 산출하고,
상기 인력관리 모듈은 상기 제2 위치 측정용 신호로부터 산출된 메인 사용자 단말기로부터의 위치 및 거리 중 어느 하나가 기 설정된 거리 이상의 위치에서 기 설정된 시간 이상 유지되는 경우 별도의 제2 작업 그룹으로 선정하여 상기 작업 그룹 내에 속하는 사용자 단말기와 상기 제2 작업 그룹으로 분할 된 사용자 단말기에 작업 그룹의 분할 정보를 전송하며,
상기 인력관리 모듈은 상기 작업 그룹의 메인 사용자 단말기의 위치를 중심점으로 하고, 상기 작업 그룹 중 상기 메인 사용자 단말기를 제외한 나머지 단말기의 거리 중 가장 긴 거리를 갖는 사용자 단말기까지의 거리를 반지름으로 하는 그룹 작업 영역을 설정하고,
상기 인력관리 모듈은 상기 작업 그룹과 타 작업 그룹인 제3 작업 그룹 간의 작업 영역 및 이동 영역이 중첩되는 경우 상기 작업 그룹 및 제3 작업 그룹을 구성하는 사용자 단말기들에 중첩 정보를 제공하여 상기 메인 사용자 단말기로부터 상기 작업 그룹과 상기 제3 작업 그룹 간의 통합의 승인 여부를 문의하며,
상기 작업 그룹과 상기 제2 작업 그룹 간의 영역이 중첩되는 경우 상기 작업 그룹의 메인 사용자 단말기의 작업 그룹 통합에 대한 승인 전까지 상기 중첩 정보를 제공하는 스마트 팩토리 시스템. - 삭제
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