KR20140027225A - 제품 센서, 제품 센서를 갖는 제품, 시스템, 및 제품 센서와 시스템 사이의 통신을 허용하기 위한 방법 - Google Patents
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Abstract
제품 센서를 갖는 제품이 제공될 수 있으며, 따라서, 상기 제품 센서의 도움으로 머신 또는 시스템에 관한 데이터를, 상기 제품과 함께 결정하는 것을 가능하게 한다. 상기 결정된 데이터는, 시스템 또는 머신을 진단 및/또는 제어하기 위해 이용될 수 있다. 이러한 경우에, 상기 데이터가 상기 제품의 위치에서 획득되는 것이 유리하며, 따라서 상기 제품에 대한, (예를 들어, 주변 파라미터들의 또는 시스템 그 자체의) 원하는 또는 원하지 않는 영향을 직접적으로 결정하는 것이 가능하다. 본 발명은 예를 들어, 자동화에서, 시스템들 또는 머신들에서, 또는 상이한 제품 제조 변형들에서 이용될 수 있다.
Description
본 발명은 제품 센서, 이러한 종류의 적어도 하나의 제품 센서를 갖는 제품, 진단 디바이스를 갖는 설비(installation), 및 제품 센서와 설비 사이의 통신을 위한 방법에 관한 것이다.
제조 프로세스의 제품-특정 요건들, 예를 들어 특정 제조 단계에 다음 제품의 이송 동안의 미동(tremor)들 또는 진동들을 회피하는 것, 또는 규정된 온도들이 초과되는 것을 회피하는 것(예를 들어, 제품이 변질성식품들(perishables)인 경우)을 보장하기 위해, 적합한 센서들이 적절히 설비 도처에 설치될 필요가 있다. 그러나, 정확하게는, 제품 그 자체에 대한, 설비 내에서의 교란(disturbance)들 또는 다른 주변 파라미터들의 영향들은, 설비의 컴포넌트들 상에 장착되는 센서들에 의해 단지 제한된 정도로만 설정될 수 있다.
빈번하게, 설비 컴포넌트들 내에서의 장애(fault)들은 제품에 대한 직접적인 영향을 가지며, 예를 들어 결함있는 액슬(axle)은 제품 내에 원하지 않는 진동을 초래한다. 설비 내에 설치된 센서들을 이용하여 이러한 영향들을 측정하는 것은 극도로 복잡하다. 부가하여, 이를 위해 요구되는 다수의 센서들은 설비의 제어 프로세스를 위해 필요한 것이 아니라, 증가된 복잡성에 기여한다는 것이 불리하며, 상기 증가된 복잡성은, 기호논리학적으로(logistically)(다수의 센서들의 접속), 그리고 통신 엔지니어링(센서들과의 통신 및 통신의 평가를 위한 프로토콜들)의 측면에서 극복될 필요가 있고, 그러므로 설치 비용들 그리고 또한 설비의 유지비용(upkeep)을 증가시킨다. 생산 프로세스를 조정할 때, 또는 추가의 (특히 다른) 제품들의 생산 동안, 전체 설비를, 생산 결과의 품질을 검사하기 위해 필요한 센서들에 관한 새로운 생산-특정 또는 제품-특정 요건들과 매칭시키기 위해, 전체 설비를 변경(revise)하는 것이 필요할 수 있다.
본 발명의 목적은, 상기 인용된 단점들을 회피하는 것이며, 그리고 특히 설비의 효율적인 동작을 위한 솔루션을 제공하는 것이다.
이러한 목적은, 독립 특허 청구항들의 피처들에 따라 달성된다. 본 발명의 전개들은 또한, 종속 청구항들로부터 나타난다.
상기 목적은 설비 내에서 이송, 생산, 또는 머시닝될 수 있는 제품을 위한 제품 센서를 제안함으로써 달성되며, 상기 제품 센서는 다음을 갖는다.
- 측정된 데이터 또는 상기 측정된 데이터로부터 유도된(derived) 데이터를 설비에 제공하기 위한 데이터 프로세싱 유닛.
이와 관련하여, 설비는 제품들이 생산, 머시닝, 프로세싱, 및/또는 이송될 수 있는 임의의 설비를 의미하는 것으로 이해되도록 의도된다. 설비는 또한 머신일 수 있다. 특히, 설비는 제조 설비 또는 자동화 설비일 수 있다.
예로서, 제품 센서는 특히, 물리적으로 또는 화학적으로 측정가능한 변수를 캡처하기 위한 센서이다. 이러한 변수는 바람직하게, 프로세싱 유닛에 의해 추가로 프로세싱될 수 있는 (디지털 및/또는 아날로그) 데이터의 형태로 이용가능하다. 이런 의미에서, 측정된 데이터는 또한, "유도된" 데이터를 형성하기 위해 프로세싱 유닛에 의해 조절(condition)되거나 또는 (사전)프로세싱될 수 있다. 데이터 및/또는 유도된 데이터는 설비에 제공된다. 이러한 제공은, 설비로의 송신의 형태로 능동적으로 발생할 수 있으며; 대안적으로, 설비(또는 설비 내 프로세싱 유닛)가 제품 센서로부터 데이터를 요청하는 것이 가능하다. 데이터의 및/또는 유도된 데이터의 송신 또는 제공은 규칙적으로 또는 불규칙적으로, 예를 들어 규정된 이벤트들 또는 시간들의 발생에 따라, 또는 공간 내 미리규정된 위치들(게이트웨이들로서 알려진 것)에 도달될 때, 발생할 수 있다.
유리하게, 이러한 경우에서 제조 또는 이송 설비를 모니터링하는 것은, 설비 ― 특히 상기 설비가 제품에 대한 영향을 갖는 경우 ― 의 상태에 관한 정보를 획득하기 위해, 많은 수의 센서들이 설비 자체 상에 피팅되는 것을 요구하지 않는다. 대신에, 제품 센서는 제품들 각각 상에 또는 제품들 중 몇몇 상에 배열(예를 들어, 분리가능하게(detachably) 장착)될 수 있다. 이는, 제품 가까이에서 측정된 변수들의 유효한 캡처를 허용한다. 교란들의 이벤트에서, 임의의 설계의 인터페이스 디바이스는, 데이터 또는 유도된 데이터를 바로 또는 나중에, (예를 들어, 설비의 또는 중앙 진단 디바이스의) 제어 엔티티 또는 진단 디바이스에 전송하기 위해 이용될 수 있다. 예로서, 제품 센서들로부터의 데이터는 따라서, 예를 들어, 장애들의 영향들이 제품들 상에서 직접적으로 관찰될 수 있는 장애들을 발견(spot)하기 위해, 그리고 전체 시스템을 진단하는데 이들을 이용하기 위해, 실행 시간과 동시에 제조 시스템들을 진단하기 위해 이용될 수 있다.
하나의 전개는, 제품 센서가 제품 상에 장착될 수 있는 것이다.
제품 센서가 제품 내에 또는 제품을 위한 재료 캐리어 내에 포함되는 것이 또한 하나의 전개이다.
제품 센서는 능동 센서의 형태일 수 있거나, 또는 센서를 위한 적어도 하나의 접속 옵션을 가질 수 있다. 예로서, 제품 센서는 모바일 형태이고, 제품 상에 장착될 수 있다. 특히, 제품 센서는 제품에 분리가능하게 접속될 수 있다.
제품 센서는 또한, 제품을 위한 재료 캐리어 상에 장착될 수 있다. 예로서, 이러한 재료 캐리어는, 제품을 홀드 및/또는 운반하고, 그리고 예를 들어 별개의 기능을 수행하는 이송 팔레트일 수 있으며, 제품과 함께, (예를 들어, 제품을 전달하는) 설비 내의 다른 컴포넌트들과 독립적인 것이다.
다른 전개는, 프로세싱 유닛이, 측정된 데이터 또는 유도된 데이터를 저장하도록 설계되는 것이다.
특히, 프로세싱 유닛 및/또는 제품 센서가, 측정된 데이터 또는 유도된 데이터를 설비에 전송하기 위해 이용될 수 있는 통신 인터페이스를 갖는 것이 하나의 전개이다.
데이터의 및/또는 유도된 데이터의 통신은, 통신 인터페이스를 통해 단방향으로 또는 양방향으로 발생할 수 있다. 이를 위해, 보안 및/또는 장애-방지(fault-tolerant) 송신을 허용하는, 그리고 가능하게는, 통신이 적합하게 동작하지 않는다는 것을 설정하기 위해 이용될 수 있는, 통신 프로토콜이 이용될 수 있다.
이와 관련하여, 하나의 전개는, 통신 인터페이스가 무선 또는 유선 통신 인터페이스인 것이다.
따라서, 데이터 및/또는 유도된 데이터는, 무선 링크를 통해, 예를 들어 모바일 무선 인터페이스, WLAN 링크, 블루투스 링크를 통해, 유도에 의해 등등으로 전송될 수 있다. 예를 들어, 캡처된 데이터(그리고 가능하게는 그로부터 유도된 데이터)를 전송할 수 있도록, 유선 통신 인터페이스가 이용되는 것이 또한 가능하다. 예로서, 이송 시스템 내 특정 위치들에서 전기 접촉이 이루어질 수 있으며, 그 결과로서, 이렇게 접촉을 이루는 것은, 장애-방지, 보안, 및 고속 데이터 송신을 구현하기 위해 이용될 수 있다.
설비와의 통신은 제품 센서에 의해 또는 설비에 의해 프롬프트(prompt)될 수 있다. 그러므로, 제품 센서는 설비로부터의 요청에 응답할 수 있거나, 또는 자발적으로 데이터를 설비에 전송할 수 있다.
부가하여, 통신은 규정된 시간들에서, 설비 내 (또는 설비 내 제품의) 규정된 위치들에서, 및/또는 규정된 상태들 또는 컨디션들이 존재할 때 발생할 수 있다. 통신이 우선순위화된 방식으로 발생하는 것이 또한 가능하여서, 교란 또는 장애가 설비에 의해 신속하게 감지될 수 있다.
데이터의 또는 유도된 데이터의 제공이 실시간 요건들을 충족시키는 것이 또한 하나의 전개이다.
그러므로, 실시간 컨디션들을 관찰하는 동안 데이터가 설비에 포워딩될 수 있도록, 제품 센서가 설계될 수 있다. 이를 위해, 제품 센서는 바람직하게, 대응적으로 고속의 하드웨어를 구비한다. 바람직하게, 이러한 경우에, 실시간 요건들을 또한 충족시키는 통신 인터페이스가 이용된다. 이는, 제품 센서가 또한 설비의 실시간 제어를 위해 이용되는 것을 허용한다.
부가하여, 아래의 변수들로부터의 적어도 하나의 선택을 확인(ascertain) 또는 측정하기 위해 그리고 이들을 아래 데이터의 형태로 설비에 제공하기 위해 제품 센서가 이용될 수 있는 것이 하나의 전개이다:
- 온도;
- 제품 센서의 상대적 또는 절대적 위치;
- 제품 센서의 이동, 가속, 또는 배향;
- 진동.
원칙적으로, 제품 센서는 임의의 물리적으로 또는 화학적으로 측정가능한 변수를 데이터(또는 유도된 데이터)의 형태로 제공할 수 있다.
부가적인 전개의 맥락에서, 프로세싱 유닛은, 측정된 데이터 및/또는 유도된 데이터가 모니터링될 수 있도록 셋업된다.
예로서, 측정된 데이터 및/또는 유도된 데이터는, 특정한 (규정된) 시간들에서 또는 특정한 (규정된) 이벤트들이 발생할 때, 계속해서(progressively) 저장될 수 있다. 예로서, 이는 제조 프로세스의 효율적인 문서화(documentation)를 허용하는데, 그 이유는 심지어 소급적으로(retrospectively)(예를 들어, 품질 보증을 위해), 제품이 설비 내에서의 제조 동안 노출되었던 그러한 영향들을, 또는 규정된 제조 컨디션들이 이러한 제품에 대해 관찰되었는지를 설정하는 것이 가능하기 때문이다. 따라서, 예로서, 제조 프로토콜은, 제품의 제조 동안, 규정된 주변 파라미터들이 규정된 범위 내에 있었다는 것을, 그리고 따라서 제조가 적합한 방식으로 발생했다는 것을 표시할 수 있다. 따라서, 완성된 제품에 관한, 외부로부터 인지될 수 없는 품질 결함들을, 제품이 실제로 전달되거나 또는 사용되기 전에 밝혀내는 것이 또한 가능하다.
특히, 프로세싱 유닛이, 실제 측정된 데이터 및/또는 유도된 데이터를 규정된 값들과 비교하고, 편차의 이벤트에서(예를 들어, 규정된 임계값이 초과되거나 또는 미치지 못함), 적합한 리포트를 설비에 제공하는 것이, 예를 들어 상기 적합한 리포트를 설비에 전송하는 것이 가능하다. 그 다음으로, 이러한 리포트에 기초하여, 설비는, 결함있는 제품들을 가능한 한 빨리 인지하기 위해, 또는 추가의 가능하게 결함있는 제품들이 생산되는 것을 방지하기 위해, 개시된 적합한 조치를 가질 수 있다.
그러므로, 원칙적으로, 측정된 데이터 또는 유도된 데이터는 제품 센서(제품 센서의 프로세싱 유닛) 내에서 및/또는 설비(설비 내 프로세싱 또는 진단 유닛) 내에서 평가될 수 있다. 대책들은 바람직하게 설비에 의해 개시된다. 설비와 제품 센서 사이의 통신은 단방향 또는 양방향일 수 있다. 특히, 상이한 프로토콜들이 이용될 수 있어서, 예로서 제품 센서와 설비 사이의 (예를 들어, 무선에 의한) 보안 통신 링크는, 교환된 메시지들이 도달하는 것을 또는 통신 링크의 고장(failure)이 통지될 수 있는 것을 보장한다.
후속하는 전개는, 측정된 데이터 또는 상기 측정된 데이터로부터 유도된 데이터에 기초하여 증상(symptom)을 확인하기 위해 프로세싱 유닛이 이용될 수 있는 것이다.
하나의 개량(refinement)은, 설비에 대한 진단을 결정하기 위해 증상이 이용될 수 있는 것이다.
대안적인 실시예는, 적어도 하나의 추정에 기초하여 설비에 대한 진단을 결정하기 위해 증상이 이용될 수 있는 것이다.
예로서, 아직 인지되지 않은 증상들이 존재한다는 것을 추정하는 추정들이 이루어질 수 있다. 이러한 경우에, 아직 발생하지 않은 또는 아직 완전히 발생하지 않은 장애들 또는 교란들을 감지하는 것이 가능하다. 따라서, 이미 이용가능한 데이터의 양은, 다량의 가능한 교란들을 추론하기 위해 이용될 수 있다. 이들 교란들은, 수집된 데이터 또는 다른 지식을 이용하여 타당화(plausibilize) 될 수 있어서, 심지어 장애의 최종적인 평가를 위한 불완전한 데이터에도 불구하고, 이러한 장애의 발생 확률에 관한 스테이트먼트(statement)들을 만드는 것이 전적으로 가능하다.
이와 관련하여, 시스템은 설비 내에서 및/또는 제품 센서 내에서, 특히, 제품 센서의 프로세싱 유닛 내에서 측정된 데이터 및/또는 유도된 데이터에 기초하여 결정될 수 있다는 것이 유의되어야 한다. 부가하여, 진단은 제품 센서에 의해 및/또는 설비에 의해 수행될 수 있다. 유리하게, 설비는 진단을 생성하기 위한 다수의 상이한 데이터를 재분류(resort) 할 수 있다. 이러한 경우에, 가능한 추정들의 양은 또한, 이미 존재하는 데이터 또는 증상들을 고려함으로써 제한될 수 있으며, 이는, 일찍 그리고 특히 양호한 시간에 진단이 가능하다는 것을 의미한다.
상기 목적은 또한, 본 명세서에 기술된 제품 센서들 중 적어도 하나를 갖는 제품에 의해 달성된다.
상술된 목적은 또한, 본 명세서에 기술된 바와 같은 적어도 하나의 제품 센서와의 통신을 위해 진단 디바이스를 갖는 설비를 이용하여 달성된다.
진단 디바이스는 제품 센서들과의 통신을 위해 통신 인터페이스를 가질 수 있다. 특히, 복수의 제품 센서들로부터 전송된 데이터는, 설비 또는 설비의 부분에 관한 진단을 생성하기 위한 기초로서 취해질 수 있다.
상기 목적은 또한, 제품 센서와 설비 사이의 통신을 위한 방법을 제안함으로써 달성되며,
- 상기 방법에서, 제품 센서는, 설비 내에서 이송, 생산 또는 머시닝될 수 있는 제품을 위해 측정된 데이터를 결정하고,
- 상기 방법에서, 측정된 데이터 또는 상기 측정된 데이터로부터 유도된 데이터는 설비에 전송된다.
예로서, 측정된 데이터는, 물리적, 전기적, 및/또는 화학적 변수들을 측정하고, 이들을 데이터의 형태로 제공하는 센서 모듈 또는 센서에 의해 결정된다.
하나의 전개는, 측정된 데이터 또는 유도된 데이터가, 설비에 대한 진단을 수행하기 위한 기초로서 취해지는 것이다.
부가하여, 제품 센서의 프로세싱 유닛은 특히, 대응적으로 필요한 주변장치들(메모리, 입력/출력 인터페이스들, 입력/출력 디바이스들 등)을 갖는 임의의 프로세서 또는 계산기 또는 컴퓨터의 형태일 수 있는 프로세서 유닛을 가질 수 있다는 것이 유의되어야 한다. 따라서, 설비는, 예를 들어 본 명세서에 기술된 진단을 수행하기 위한 적어도 하나의 이러한 프로세서 유닛을 가질 수 있다.
본 발명의 예시적인 실시예들이 제공되고 도면들을 참조하여 아래에서 설명된다.
도 1은 제품들을 제조 또는 이송하기 위한 설비의, 그리고 제품들 상의 제품 센서들을 이용하는 설비 제어기의 컴포넌트들을 개략적으로 도시하고,
도 2는 주변 상황을 모델링하기 위한, 특히 제품 센서의 기능 모델들 및 피처 모델을 도시하고,
도 3은 이러한 설계의 시스템 내에서의 바람직한 데이터 프로세싱의 기능들, 에이전트들, 및 모델들(그들 사이에서 상호작용함)을 도시하고,
도 4는 다양한 컴포넌트들의 제어 및 기능 피처들의 부가적인 규격을 갖는, 도 1과 유사한 설비의 컴포넌트들을 개략적으로 도시하고, 그리고
도 5는 제품 센서를 위한 또는 제품 센서의 프로세싱 유닛을 위한 예시적인 아키텍처를 도시한다.
도 2는 주변 상황을 모델링하기 위한, 특히 제품 센서의 기능 모델들 및 피처 모델을 도시하고,
도 3은 이러한 설계의 시스템 내에서의 바람직한 데이터 프로세싱의 기능들, 에이전트들, 및 모델들(그들 사이에서 상호작용함)을 도시하고,
도 4는 다양한 컴포넌트들의 제어 및 기능 피처들의 부가적인 규격을 갖는, 도 1과 유사한 설비의 컴포넌트들을 개략적으로 도시하고, 그리고
도 5는 제품 센서를 위한 또는 제품 센서의 프로세싱 유닛을 위한 예시적인 아키텍처를 도시한다.
제품은 적어도 하나의 제품 센서를 가질 수 있다. 적어도 하나의 제품 센서를 갖는 이러한 제품이 지능형(intelligent) 제품으로 불리는 것이 또한 가능하다. 특히, 이러한 종류의 지능형 제품은, 재료 캐리어들 상에 또는 워크피스들 상에 장착되는 센서들을 갖는 임베디드 시스템일 수 있다. 부가하여, 지능형 제품은, 제품을 위한 제조 프로세스에서의 편차들을 인지하고, 제어하고, 및/또는 기록(document)하기 위해, 예를 들어 규정된 값들과의 비교를 수행함으로써, 예를 들어, 센서들에 의해 계속해서 또는 규정된 시간들에서 확인된(예를 들어, 측정된) 데이터를 프로세싱하기 위해 이용될 수 있는, 제어 소프트웨어의 피스를 갖는 프로세싱 유닛을 가질 수 있다. 예로서, 따라서, 요청에 따라 이러한 데이터에 기초하여 제품 품질에 관한 정보를 제공하는 것이 가능하다.
본 맥락에서, 제품은 (예를 들어, 임베디드 시스템으로서) 적어도 하나의 제품 센서를 구비하며, 상기 적어도 하나의 제품 센서는, 환경을 관찰하고, 제품-관련 데이터를 캡처하고, 그리고 상기 제품-관련 데이터를 설비에 전송하기 위해 이용된다. 예로서, 제품-관련 데이터는, 제품의 생산, 프로세싱, 머시닝, 및/또는 이송에 관한 데이터이다. 데이터는, 측정된 데이터, 유도된 데이터, 또는 프로세스 파라미터들일 수 있으며, 예를 들어 다음과 같다:
- 제품의 또는 제품 가까이의 온도(제품이 변질성식품들인 경우 특히 유리함);
- 제품의 제조 동안의 용접 온도;
- 제품이 컨베이어 벨트를 따라 이동함에 따른 위치에 기초하여 기록되는 미동.
설비는 데이터를 수신하고, 상기 데이터를, 예를 들어 설비의 모니터링, 진단, 및/또는 품질 보증을 위해 이용할 수 있다. 따라서, 예를 들어 유지(maintenance)의 경우에, 교란의 이벤트에서 가능한 한 신속하게 설비 또는 컴포넌트들 또는 그의 제어 기능들에서 액션을 취할 수 있거나, 또는 중요한 정보를 제공하는 것이 가능하다.
제품 센서들은 제품 내에 또는 상기 제품 상에 직접적으로 장착될 수 있다. 또한, 센서들 또는 심지어 제품 센서들이 재료 흐름 시스템 내 재료 캐리어들 내에 또는 그 위에 완전히(fully) 또는 부분적으로 실제로 피팅되는 것이 가능하다.
그러므로, 모바일 제품 센서들의 애플리케이션은 유리하게, 설비에 대한 진단을 위해 정보 제공자로서 이용된다.
이러한 국부적인, 제품-중심의 역할 외에, 제품은 또한 설비 내에 설치된 진단 시스템들을 위한 정보 제공자로서 전체적인(global) 역할을 할 수 있다. 이를 위해, 센서들로부터의 데이터는, 애플리케이션의 경우에 따라 선택적으로 또는 완전히 해석되고, 증상들로서 알려진 것들로서 진단 시스템에, 예를 들어 설치된 무선 모듈들에 의해 전송된다. 따라서, 장애들의 제품-종속 영향들 및/또는 제품-특정 프로세스 요건들, 예를 들어 온도 변동들 또는 진동들이 용이하게 결정될 수 있고, 그리고 부가적으로 이들을 진단 시스템에 전송함으로써, 전체 제조 시스템 내의 장애들을 진단하기 위해 이용될 수 있다.
예로서, 증상은, 특정한 측정된 변수와 연관되는, 측정된 데이터 또는 상기 측정된 데이터로부터 획득된 데이터를 의미하는 것으로 이해될 수 있다. 이러한 경우, 측정된 변수는 임계값들 또는 고정 제한값들과 연관되며, 예를 들어, 이는 발생한 또는 추정될 수 있는 중요한 설치 상태 또는 교란 상태를 나타낸다. 이러한 경우, 측정된 변수들은 특히, 물리적으로, 또는 가능하게는 화학적으로 측정가능한 변수들일 수 있다.
설비(예를 들어, 제조 설비)의 조정 또는 플래닝(planning)은 이미, 제품들을 위한 제품 센서들 또는 지능형 제품들을 고려했을 수 있다. 자동화를 위한 센서들의 경우에서 종종 필요한 실시간 능력은, 개량에 따라 선택적이며; 특히, 센서들이 설비를 제어하기 위해 이용되지 않는 경우, 이러한 실시간 능력은 불필요하다(dispensable). 그러나, 품질 보증의 실제 플래닝은, 부가적인 데이터를 이용하여 신뢰적인 및/또는 시기적절한 방식으로 제품의 가능한 품질 손실들을 인지할 수 있도록, 센서들을 고려할 수 있다. 이는, 설비에 대한 신뢰도 요구들이 증가되는 것이 또한 가능하다는 것을 의미한다.
따라서, 제품 상의 모바일 제품 센서들의 통합 및 진단 시스템 내에서의 상기 제품 센서들로부터 확인된 데이터의 이용은, 제품 설비가 개선되는 것을 허용한다. 하나의 개선은, 제품에 대한 측정가능한 영향을 갖는, 설비 내에서의 장애들을 (시기적절한 방식으로) 인지할 수 있다는 것이다. 제품 센서들을 이용하여 수행된 측정들의 형태의 데이터는 진단 시스템에 통신될 수 있으며, 예를 들어 그 결과로서, 장애들이 인지될 수 있거나, 또는 장애에 대한 더 큰 확실성이 식별될 수 있는 것이 존재한다. 이는 특히, 상이한 진단들이, 제품에 대한 그들의 영향에 의해 상이한 경우에 유리하다.
특히, 데이터-캡처링 제품 센서들에 의해, 설비들, 예를 들어 제조 머신들 또는 설비들 내에서의 진단들을 위해 지원을 제공하기 위한 방법이 제공된다. 지능형 제품들 상에 설치된 센서들로부터의 데이터는, 시스템들의 영향이 제품들 상에서 직접적으로 관찰될 수 있는 시스템들을 발견하기 위해, 그리고 전체 시스템에 대한 진단을 위해 상기 증상들을 이용하기 위해, 실행 시간과 동시에 제조 시스템들의 진단을 위해 이용될 수 있다. 따라서, 설비 또는 전체 시스템이 수정 또는 조정될 수 있다. 특히, 그 다음으로, 설비는 가능하게는 다른 태스크 또는 프로그래밍을 이용하여, 다른 상태로 동작될 수 있다.
그러므로, 유리하게, 다수의 부가적인 센서들이, 제품 품질을 모니터링하는 목적을 위해 전체 설비 내에 설치되는 것은, 이것이 기술적 및 물리적 관점에서 실제로 가능하다면, 필요하지 않다. 대신에, 제품 센서들은 각각의 제품에 기초하여 유연하게 이용될 수 있다. 생산 프로세스에 대해 상이한 요구들을 갖는 상이한 유형들의 제품들이 생산 또는 머시닝된다면, 이는 필요한 센서들이 설비의 부분들 내에 영구적으로 설치될 필요 없이 각각의 관련 재료 캐리어 및/또는 지능형 제품들이 상기 필요한 센서들을 구비하는 것을 허용한다. 특히, 설비를 제어하기 위해 제품 센서들이 필요하지 않다면, 제품 센서들에 의한, 설비와의 실시간 통신(그리고 확고히 규정된 시간 약정(stipulation)들 내에서의 설비로부터의 대응하는 리액션)은 때때로 필요하지 않다. 이는 복잡성, 그리고 따라서 설비의 그리고 또한 동작의 비용들을 감소시킨다.
더욱이, 예로서, 재료 캐리어들 상에 또는 지능형 제품들 상에 설치된 제품 센서들은, 설비 내에서의 진단을 개선하기 위해 이용될 수 있는데, 그 이유는 무장애(fault-free) 동작 동안, 설비가, 제품을 위해 규정되는 동작 범위 내에서 동작할 수 있기 때문이다. 따라서, 제품 센서들은, 인정가능한(admissible) 동작 범위에 대응하는 데이터를 전달한다. 이러한 인정가능한 동작 범위가 남아 있다면, 예를 들어 데이터를 연속적으로 또는 규정된 (규칙적 또는 불규칙적) 시간들에서 수신하는 설비(또는 설비 내 진단 시스템)에 의해서든 (예를 들어, 프로세싱 유닛을 갖는 지능형 제품으로서) 제품 센서 그 자체에 의해서든, 이는 전달된 데이터로부터 설정될 수 있다.
데이터는, 무선 통신에 의해, 또는 이루어지는 전기 접촉에 의해 설비에 전송될 수 있다.
도 1은 설비(101)에 대한 개략적인 시스템 설계를 도시한다. 설비(101)는 제품들(102)을 이송, 프로세싱, 머시닝, 및/또는 생산하기 위해 이용된다.
지능형 제품으로 또한 불릴 수 있는 이러한 제품(102)은 제품 센서(103)를 위한 홀딩 또는 장착 옵션을 갖는다. 바람직하게, 이러한 제품 센서(103)는 제품(102) 상에 또는 상기 제품(102) 내에 분리가능하게 배열 또는 장착된다. 선택적으로, 제품 센서(103) 또는 그에 접속된 센서들은 또한, 제품 캐리어(재료 캐리어, 예를 들어 제품을 위한 캐리어 플레이트) 상에 배열될 수 있다.
예로서 확대된 형태로 도시된 제품 센서(103)는, 주변 파라미터들로부터 측정된 데이터(md)를 포함하고 그리고 가능하게는 또한 프로세싱하거나 또는 부분적으로 프로세싱하는 프로세싱 유닛(104)을 갖는다. 특히, 이를 위해, 프로세싱 유닛(104)은, 적어도 하나의 센서 또는 센서를 접속시키기 위한 적어도 하나의 부분을 구비할 수 있다. 예로서, 센서는 이동 데이터, 주변 온도들, 또는 다른 물리적으로 또는 화학적으로 캡처가능한 변수들을 픽업할 수 있고, 그리고 이들을 측정 데이터로서 제공할 수 있다. 더욱이, 제품 센서(103)는, 측정된 데이터(md) 또는 상기 측정된 데이터(md)로부터 획득된 데이터(d)를 전송하기 위한 안테나(106)를 갖는 통신 인터페이스(105)를 갖는다. 통신 인터페이스는 또한 프로세싱 유닛의 부분일 수 있다.
프로세싱 유닛, 통신 인터페이스, 및 안테나는 또한, 유도-코일형(induction-coil-like) 안테나 및 그에 직접적으로 접속된 센서의 조합으로부터 형성될 수 있다.
측정된 데이터(md) 및/또는 상기 측정된 데이터(md)로부터 획득된 데이터(d)는 무선 인터페이스(107)를 통해, 예를 들어 설비(101)와 연관된 인터페이스로서의 게이트웨이(108)에 전송된다. 게이트웨이(108)는 버스(109) 또는 라인에 의해, 설비(101)의 추가의 컴포넌트들에, 예를 들어 측정된 또는 획득된 데이터의 추가의 프로세싱을 위한 외부 시스템 장치로서의 진단 시스템(110)에 접속된다. 진단 시스템(110)은 또한, 명령 및 제어 센터의 컴포넌트의 형태일 수 있다. 게이트웨이(108)에 부가하여 또는 상기 게이트웨이(108)에 대한 대안으로서, 컴퓨터 또는 산업 PC(퍼스널 컴퓨터/데스크톱 컴퓨터)(111) 또는 프로그램가능 로직 제어기(PLC)가 또한, 측정된 데이터(md) 또는 상기 측정된 데이터(md)로부터 획득된 데이터(d)를, 제품 센서(103)의 통신 인터페이스(105)로부터 수신하도록 설계될 수 있다.
TCP/IP(TCP: 송신 제어 프로토콜/인터넷 상에서의 네트워크 프로토콜; IP: 인터넷 프로토콜)와 같은 프로토콜에 기초하는 송신을 위한 버스(109) 또는 라인과 같은 하드와이어드 라인들 대신에, 특히 무선-기반 송신 시스템들을 포함하는 임의의 다른 적합한 송신 시스템들을 이용하는 것이 또한 가능하다. 유사하게, 제품 센서(103)로부터 게이트웨이(108) 또는 설비(101)의 다른 컴포넌트들로의 데이터의 무선-기반 송신 대신에, 직접 라인-커플링된 접속을 선택하는 것이 가능하다. 이러한 접속은, 예를 들어 USB 포트로서 알려진 것의 방식으로 설계될 수 있고, 제품 센서에 의한 접속, 또는 상기 제품 센서에 커플링된 케이블이 예를 들어 컴퓨터로 플러그인되는 것을 허용할 수 있다.
예시적인 개량에서, 설비(101) 내의 입력/출력 서브시스템들(113, 115)은 바람직하게, 예를 들어, PROFINET 표준에 기초하여 산업 PC(111) 및 그에 접속된 추가의 버스(112)를 통해 커플링된다. 예를 들어, 서브시스템들(113) 중 제 1 서브시스템은 컨베이어 벨트(114)를 제어하기 위해 그리고 상기 컨베이어 벨트(114)의 기능성을 모니터링하기 위해 이용된다. 특히, 서브시스템(113)은 컨베이어 벨트(114)를 위해 구동 모터를 작동시키기 위해 이용될 수 있고, 드라이브 샤프트 상의 센서들 예를 들어, 회전 센서들은 구동 롤러 상의 회전을 모니터하기 위해 이용될 수 있다. 제 2 서브시스템(115)은 추가의 제품 프로세싱, 예를 들어 제어 또는 모니터링 컴포넌트들(116, 117)을 작동시키거나 또는 모니터링하기 위해 이용된다.
그러므로, 설비(101)는 더이상, 설비들의 컴포넌트들 상에 배열되는 센서들에 의해서만 모니터링될 수 있는 것이 아니라, 설비(101)는 (지능형) 제품(들)(102) 상에, 내에, 또는 가까이 배열되는 제품 센서들(103)에 의해 부가적으로 또는 심지어 완전히 모니터링될 수 있다.
측정들 및 증상들을 모니터링 및 진단 시스템에 전송하기 위해, 특정 특징들을 갖는 다양한 개량들이 구현될 수 있다:
(ⅰ) 관련된 증상들이 인지된 직후에, 지능형 제품(102)이 상기 관련된 증상들을 진단 시스템(110)에 전송할 때, 동시적으로 비교적 높은 통신 복잡성에 대한 가장 짧은 시간 지연이 달성된다. 이를 위해, 지능형 제품(102)이 장거리(long-range) 통신 시스템들 또는 완전한 팩토리를 구비하거나, 또는 설비(101)가 광범위하게 통신 포인트들(예를 들어, WLAN 액세스 포인트들, WLAN: 무선 로컬 영역 네트워크)을 갖는다.
(ⅱ) 대안적으로, 통신은, 예를 들어 제조 섹션의 완료 다음, 또는 제품의 완성 다음, 단지 미리규정된 통신 게이트웨이들(108, 111)에서 또는 상기 미리규정된 통신 게이트웨이들(108, 111) 가까이에서만 발생할 수 있다. 이는 실질적으로, 통신 복잡성을 감소시키지만, 제품 센서에 의해 검출된 증상들에 대한 시스템의 리액션 시간이 증가된다.
예로서, 통신은 무선 엔지니어링에 의해 비접촉식으로 구현될 수 있다. 게이트웨이들(108)이 이용될 때, 제조 시스템을 제어하기 위해 설치된 산업 PC들(111)이 게이트웨이들로서 이용될 수 있다.
도 2는 측정된 데이터(d)를 캡처 및 프로세싱하기 위한 컴포넌트들 및 기능 또는 프로세스 흐름 피처들을 도시한다. 센서에 의해 측정된 데이터(d)가, 지능형 제품(102) 상의 제품 센서(103)의 프로세싱 유닛(104)에서 평가되기 위해, 도 2에서 간략화된 형태로 개요된 진단 모델이 이용된다. 피처는 제품 센서에 의해 측정된 데이터(d)를 나타낸다.
피처 메타 모델(302)에 기초하여, 피처들은 임베디드 시스템에 의해 해석되어서, 증상들, 측정된 데이터(md) 또는 상기 측정된 데이터(md)로부터 획득된 데이터(d)가 발생될 수 있으며, 이는 설비(101)의 특성들 또는 제품(102)의 환경의 특성들을 기술한다. 사전프로세싱의 범위는, 임베디드 시스템의 프로세싱 및 스토리지 능력에 의해 결정된다. 따라서, 현재 시스템들은 예를 들어, 측정된 값들을 특정 임계값들과 정렬하고, 데이터를 어그리게이트할 수 있는 등등이다.
예로서, 피처 메타 모델(302)은, 제품 센서 내에 포함될 수 있을 모델이고: 이러한 경우, 증상(201)은 적어도 하나의 피처(202)를 갖는다. 증상(201)은, 상황 메타 모델(303)로부터의 증상(203)의 정의에 대응한다. 시스템 엘리먼트(204)는 적어도 하나의 증상(203)을 포함하고, 적어도 하나의 진단(205)을 갖는다. 시스템 엘리먼트들은 부가적으로, 계층적 부분/전체 관계로 존재할 수 있다.
그러므로, 멀티에이전트 접근방식을 이용하는 애플리케이션 시나리오가 또한 특정되며, 여기서 예로서, 상호작용적인 진단들을 이용하여 제품(102)의 적응적 생산이 개선된다. 이러한 시나리오에서, 미동-민감(sensitive) 및 미동-둔감(insensitive) 제품들(102)은 컨베이어 벨트들(114)의 시스템에서 동시에 전달된다. 예로서, 제품 센서(103)는 3차원 가속 센서를 가지며, 제품(102)의 프로토타입 상에 배열된다. 제품 센서(103)(또는 가속 센서)는 미동들 또는 진동들을 검출하기 위해 이용될 수 있으며, 컨베이어 벨트(114) 내의 가능한 장애들을 진단하기 위해, 측정된 값들은 데이터로서 진단 시스템(110)에 전송될 수 있고, 상기 진단 시스템(110)은 나중에 진단 에이전트로 또한 불린다.
예로서, 본 명세서에서 제시된 접근방식은, 가능하게는 오퍼레이터로부터의 상호작용과 함께, 자동화된 진단이 구현되는 설비 또는 생산 제어기에 관한 것이다. 이는, 머신 능력들의 유연한 조정을 허용하며, 다른 비정상(abnormality)들 또는 규정된 동작 상태들로부터의 편차들의 이벤트에서 손상을 방지하는 것을 돕는다. 특히, 모델에 기초하는 해석이 이루어질 수 있다. 그러므로, 예를 들어, 타당성(plausibility) 임계값들을 수반하는 유도된 원인 검사를 이용함으로써 진단이 예측될 수 있어서, 솔루션에 대한 경쟁하는 접근방식들 사이의 결과적인 모호함들이 해소된다. 인간 개입(intervention)을 허용하기 위해, 예를 들어 교란 상태들에 관하여 오퍼레이터에게 알려주는 적합한 정보 장치들이 제공될 수 있다. 따라서, 잠재적인 장애 상태들이 감지되거나 또는 상기 잠재적인 장애 상태들이 실제로 발생하기 전에 회피될 수 있다. 제안된 아키텍처는 부가적으로, 모바일 센서들의 형태로 지능형 제품들을 포함하며, 이는 생산 시스템의 강인성 및 신뢰성을 개선한다.
시장 트렌드들에 대한 빠른 리액션들에 대한 증가하는 요구들, 그리고 또한 커스터머를 위한 제품들의 증가하는 광범위한 구성가능성(configurability)은, 특히, 기술 시스템 내에서의 장애들에도 불구하고, 비교적 적은 아이템 수들 및 강인성을 위한 유연한 프로세스들의 제공에 관하여, 생산 시스템들로부터의 더 큰 유연성 요구들을 초래한다.
본 명세서에 기술된 지능형 제품들 또는 제품 센서들에 의해 지원되는 제품-지향된 생산 시스템들은, 특히, 적은 수들로 제조 또는 머시닝되도록 의도되는 제품들을 위한 유망한 접근방식이다. 본 컨셉은 제품 센서가 생산 제어 시스템과 상호작용 및 협력하는 방식을 보여준다. 본 접근방식은, 특히 가능하게는 운영요원에 의해 지원되는 모델-기반 진단 시스템을 이용하는, 제품의 제조, 머시닝, 및/또는 프로세싱을 위해 매우 유연하고 강인한 프레임워크를 허용한다.
예로서, 지능형 제품들과 함께 이용될 수 있고, 그리고 따라서 궁극적으로 특히, 뚜렷하게 개선된 진단을 허용하는 유연한 생산 시나리오가 도시된다. 특히, 예를 들어, 공급 단일방향 컨베이어 벨트, 분배기, 및 상이한 머신들로 유도하는 2개의 선택가능 아웃고잉(outgoing) 컨베이어 벨트들을 포함하는, 로지스틱스(logistics) 시스템이 예로서 고려된다. 각각의 컨베이어 벨트 섹션은, 샤프트 회전을 측정하기 위한 센서를 구비하는 샤프트에 의해 구동된다. 예를 들어 아직 경화되지 않은 갓 접합된 조인트 때문에, 이송될 몇몇 제품들(102)이 생산 동안의 특정 시간들에서 진동들에 민감할 수 있기 때문에, 생산 센서들은 디지털 제품 메모리 및 가속 센서를 구비하여서, 예를 들어, 품질 보증의 목적을 위해, 가속 측정된 값들이 결정 및 저장될 수 있다. 이들 제품 센서들은 몇몇 제품들 상에 (또는 대안적으로 모든 제품들 상에) 피팅된다.
제품 센서들에 의해 전달된 정보는, 이송 시스템의 진단을 허용하기 위해, 부가적인 측정 값들과 결합될 수 있다. 예를 들어, 컨베이어 벨트의 액슬이 회전하고, 컨베이어 벨트 상에 배열된 제품이 이동하지 않는 경우, 이는, 확인된 측정 값들에 대한 송신 문제 또는 통신 문제, 또는 컨베이어 벨트 내에서의 구동 문제를 표시한다. 그러므로, 컨베이어 벨트는 이것이 수리될 때까지 사용불가능해질 수 있다. 예로서, 불규칙적인 이동들, 예를 들어 갑작스러운 가속들 또는 진동들은 또한, 컨베이어 벨트에 대한 베어링 문제들을 표시할 수 있으며; 이러한 경우에, 해당하는 컨베이어 벨트는, 이것이 수리될 때까지 진동에 민감한 제품들을 위해서는 다시 이용되지 않아야 한다. 오동작(malfunction)이 진단되거나 및/또는 발생된 장소에 따라, 생산을 위한 이용이 선택적으로 제한될 수 있다, 즉 설비의 그러한 부분(예를 들어, 컨베이어 벨트들 중 하나)은, 오동작이 해로울 수 있는 제품들에 대해서는 의도적으로 더 이상 이용되지 않는다. 설비의 다른 부분들은 변경 없이 계속 이용될 수 있다. 단지 제한된 기능성만을 갖는 설비의 그러한 부분이, 예를 들어 이것이 다시 수리될 때까지, 다른 제품을 위해 의도적으로 이용되는 것이 또한 가능하다. (설비는 예를 들어, 이것이 수리될 때까지 수정된 형태로 계속 이용될 수 있기 때문에) 이는, 설비의 고장을 방지할 수 있거나, 또는 설비에 대한 유휴 시간을 감소시킬 수 있다. 이는, 보장된 제품 품질과 함께, 예를 들어 처리량에 관하여, 설비의 이용을 최적화하기 위해 생산 플래닝 동안 실제로 고려될 수 있다.
아키텍처
도 3은 멀티에이전트 시스템을 위한 아키텍처를 예시하는 개략도를 도시한다. 시스템의 기능성은 4개의 기능들(또한 역할들로 불림)을 제공하는 에이전트들에 의해 제공된다:
- 증상 제공 기능(308),
- 상황 분석 기능(309),
- 생산 제어 기능(311), 및
- 모니터링 중재자(mediator) 기능(310).
도 3의 상부 절반은 이들 기능들 및 이들 기능들과 연관된 메타 모델들을 도시한다, 즉 상기 메타 모델들은 다음과 같다:
- 서비스 메타 모델(301),
- 피처 메타 모델(302)(또한 도 2 참조), 및
- 상황 메타 모델(303)(또한 도 2 참조).
에이전트들에 의한 이들 기능들의 가능한 구현 및 예시적인 특정 기능들은 도 3의 하부 섹션에서 도시된다. 바람직하게, 에이전트들이 상호작용 파트너들을 찾는 것을 허용하는 확인(ascertainment) 서비스가 또한 제공된다(도 3에 도시되지 않음).
메타 모델들(301 내지 303)은 관련 도메인 지식을 포함하고, 프로세스로부터 정보를 통해 진단 양상들의 정의들로 스트레칭(stretch)되는 반면, 특정 에이전트들, 즉
- 생산 서비스 에이전트(304),
- 제품 에이전트(305),
- 진단 에이전트(306), 및
- 유지 에이전트(307)는,
특정 제품들 및 프로세스들에 관한 지식을 포함한다. 모델들은 진단 목적들을 위해 이용되지만, 제공된 그리고 요청된 정보의 유형에 기초하여 정보 제공자들 및 소비자들을 묶는(bring together) 서비스 탐색에 대한 기초로서 또한 이용된다. 자동화된 정보 프로세싱을 용이하게 하고, 모델의 재사용도 및 상호교환가능성을 증가시키기 위해, 예를 들어, 웹 온톨로지 언어(OWL; web ontology language)로서 알려진 것에 기초하는 형식적인 의미론적 용어들(formal semantic terms)을 이용하는 것이 가능하다. 특히, 상황 메타 모델(303)은 디스크립션 로직(EL), OWL 2 EL 프로파일의 언어 엘리먼트에 기초하며, 이는 요청들이 다항식(polynomial) 런타임으로(즉, 효율적으로) 답변되는 것을 허용한다. 피처 메타 모델(302)에 대해, 룰 엔진(rule engine)을 이용하여 해석을 용이하게 하기 위해, OWL 2 RL 프로파일을 이용하는 것이 가능하다. 프로파일들 양측 모두는, 구현가능한 평가 방법을 위해 성능 및 표현성 사이의 절충에 도달하기 위해 이용된다.
증상 제공자
증상 제공자는, 제안된 메타 모델 내 시스템 엘리먼트들(SystemElement)의 세트에 의해 규정되는 주어진 책임 영역 내의 피처들의 캡처를 구현한다. 특히, 증상 제공자는 이를 위해 증상 제공 기능(308)을 포함한다.
에이전트들의 커뮤니티를 위해, 그의 기능성을 제공하기 위해, 증상 제공자는, 그것이 담당하는 시스템 엘리먼트들의 식별 번호들을 드러냄으로써 확인 서비스에의 등록을 수행한다. 커스터머들 또는 유저들(일반적으로: 오브젝트들)은, 증상의 서브컨셉들에 의해 나타내지는 특정 이벤트 클래스들을 위해 관련 컴포넌트를 커버하는 증상 제공자에 등록할 수 있다. 연관된 정보 소스 또는 사전프로세싱 컴포넌트, 예를 들어 머신 또는 설비의 부분으로부터의 피처 또는 데이터의 수신 다음, 증상 제공자는 관련 증상을 자동적으로 추론하기 위한 기초로서 자신의 피처 메타 모델(302)을 취한다. 후에, 이러한 이벤트를 위해 등록된 모든 커스터머들 또는 유저들 또는 오브젝트들, 또는 그의 상위적인(superordinate) 컨셉들 중 하나는 증상 제공자에 의해 통지된다.
상황 분석
상황 분석은 상황 분석 기능(309)을 포함하고, 상기 상황 분석 기능(309)은 상황 메타 모델(303)에 기초하여 증상들을 해석하는 프로세스를 포함하고, 그리고 진단 에이전트(306)에 의해 구현된다. 필요한 입력 데이터를 수신하기 위해, 상황 분석 기능(309)은 통지를 원하는 증상들에 가입(subscribe)하고, 이는 다음과 같다: 맨 먼저, 이는 모니터링을 위해 이러한 에이전트와 연관되는 시스템 엘리먼트들을 담당하는 증상 제공자들에 대해 확인 서비스를 문의한다. 그 다음으로, 상황 분석 기능(309)은, 증상들의 서브컨셉들(즉, 그에 따르는 또는 종속되는 증상들)을 포함하는 특정 증상들에 대해, 이들 증상 제공자들 각각에 가입 또는 등록한다.
증상의 수신 다음, 상황 분석 기능(309)은 해석 프로세스를 프롬프트하고, 이는, 가능하게는, 관찰들 또는 측정된 데이터의 원인일 수 있는 장애들(예를 들어, 결함들 또는 교란들)의 세트를 결정한다. 아직 인지되지 않은 증상들이 존재한다는 추정이 허용되는 것에 의해, 상황 분석 기능(309)은 아직 발생하지 않은 또는 아직 완전히 발생하지 않은 장애들을 감지할 수 있다.
추정될 부가적인 증상들을 요구하지 않는 진단은, 추정들에 기초하는 진단보다 더 큰 정정될 확률을 갖는다. 그러므로, 상황 분석 기능(309)은 측정 타당성으로 그의 해석들을 보완한다.
상황 분석 기능(309)의 서비스들은 수시로(frequent basis) 호출될 수 있다. 상황 분석 기능(309)의 리액션 능력 및 성능을 보장하기 위해, 나중에 기술되는 상황 분석의 구현은, "애니타임 접근방식(anytime approach)"(즉, 호(call)는 언제든(any time) 가능하고, 결과가 또한 언제든 제공됨)으로서 알려진 것을 이용하며, 더 낮은(lower) 제한값(pl)은 솔루션들의 품질에 관련된다. 구성가능한 임계값들(plm 및 plD)에 따라, 상황 분석 기능(309)은 오퍼레이터로부터의 상호작용들 및 자동화된 리액션들 양측 모두를 개시한다: 맨 먼저, 진단들의 완전한 세트에 관하여, 그것을 위해 요구되는 추정들에 관하여, 그리고 그것을 위한 타당성 값들에 관하여 모니터링 중재자에게 알려진다. 상황 분석 기능(309)에 의해 결정된 최선의 진단의 타당성이, 구성가능한 제 1 임계값(plm)을 초과한다면, 그리고 제 2의 최선의 대안의 경우에서 적어도 하나의 값이, 최선의 값보다, 제 2 임계값(plD)의 크기만큼 덜 타당하다면, 상황 분석 기능(309)은 생산 제어 디바이스들이 부가적으로 자동적으로 보호 조치들을 취하도록 그리고 이러한 결정에 관한 통지를 모니터링 중재자에게 전송하도록 프롬프트한다.
생산 제어기
연관된 생산 제어 기능(311)을 갖는 생산 제어기는, 설비와의 상호작용을 담당한다. 이러한 경우에, 연관된 시스템 엘리먼트들을 위한 관리 및 제어 기능성은 더 높은 레벨로 구현되며, 차례로 이는 생산 시스템 내에 특정 옵션들을 제공한다. 생산 제어기에 의해 구현되는 기능성은, 서비스보다 더 높은 제어 시스템들, 예를 들어 생산 플래너(planner) 상에서 제공된다. 찾아낼 수 있기 위해, 생산 제어기는 확인 서비스에 등록한다. 시스템 오동작의, 그리고 임계값들을 고려함으로써 상기 시스템 오동작이 식별되는 이벤트에서, 상황 분석 기능에 의해 진단에 관하여 생산 제어기에 알려진다. 이러한 정보는, 생산 제어기가, 머신 및/또는 제품 손상의 확률을 감소시키기 위해 확인 서비스를 통해 제공된 생산 서비스들을 제한하도록 허용한다. 상황 분석 기능(309)에 의해 인지된 장애 상태 및 모델은, 불특정의 일반적인 교란의 결과로서의 설비 또는 머신의 완전한 일시적인 셧다운과 대조적으로, 생산 제어기가, 머신 또는 설비의 능력을 가능한 한 적게 제한하는 것을 허용한다.
모니터링
중재자
연관된 모니터링 중재자 기능(310)을 갖는 모니터링 중재자는 에이전트-기반 자동화된 제어 시스템과 오퍼레이터 사이에 인터페이스를 제공한다. 모니터링 중재자를 이용하여, 오퍼레이터는 시스템의 선택된 컴포넌트들을 상황 분석에 할당하고, 그리고 생산 제어기에 의해 이용되는 타당성 임계값들(plm, plD), 및 상황 분석에 의해 이용되는 더 낮은 제한(pl)을 구성한다.
타당한 진단들의 세트가 상황 분석에 의해 캡처될 때, 모니터링 중재자는, 오퍼레이터가 대안들을 검사하도록, 가능하게는 해석들을 수동으로 변경하도록, 그리고 자동화된 리액션들을 철회(revoke)하도록 허용한다. 더욱이, 모니터링 중재자는, 자동화된 센서들로부터 이용가능하지 않은 부가적인 정보를 결정하는데 있어서, 그리고 상기 정보를 진단 프로세스에 공급하는데 있어서 오퍼레이터를 지원한다. 그러므로, 모니터링 중재자는 바람직하게, 생산 동안 진단들을 위해 제안된 상호작용적인 접근방식에서 중심 컴포넌트이다.
예시적인 구현
도 4는 산업의 생산 환경에서의, 본 명세서에서 제안된 접근방식의 예시적인 구현을 도시한다. 이러한 경우에, 도 1에서와 동일한 참조 부호들이, 동일하거나 동일한 효과를 갖는 또는 적어도 도 1의 것들과 필적할만한 기능들 및 컴포넌트들에 대해 이용되었고, 다른 도면들, 특히 도 1과 관련된 언급들에 대한 참조가 또한 이루어진다.
예를 들어, PROFINET/PROFIBUS에 기초할 수 있는 자동화 시스템의 실시간 통신을 방해하지 않기 위해, 이미 설치된 통신 수단(예를 들어, 기존의 회사 네트워크들)을 이용함으로써, 멀티 에이전트 시스템의 통신이, 구현을 위해 이용되는 것이 선택적으로 가능하다. 예로서, 통신 수단은 TCP/IP 네트워크들(TCP: 송신 제어 프로토콜/인터넷 상에서의 네트워크 프로토콜; IP: 인터넷 프로토콜)일 수 있다. 표준화된 또는 등록상표 멀티 에이전트 플랫폼을 이용하는 것이 가능하다. 시스템은 또한, 공개적으로 액세스가능한 플랫폼에 기초할 수 있다. 본 명세서에 기술된 서비스들을 위해 요구되는 기능성들은 대부분 이용가능한 시스템들에 의해 제공된다. 이는, 본 명세서에 제시된 솔루션의 유연하고 저렴한 이용을 허용한다.
생산 서비스 에이전트
따라서, 생산 서비스 에이전트(304)는 예를 들어, 산업 PC(111)에서 생성될 수 있다(도 4 참조). 생산 서비스 에이전트(304)는, 증상 제공자로서의 그리고 생산 제어를 위해서의 양측 모두로서 이용된다. 상기 생산 제어의 기능에서, 생산 서비스 에이전트(304)는 오퍼레이터가 생산 제어 시스템을 구성하는 것을 허용한다. 더욱이, 생산 서비스 에이전트(304)는, 머신 또는 제품에 손상을 초래할 수 있는 구성들이 회피되는 것을 보장하기 위해 생산 프로세스를 제어한다.
증상 제공 기능(308)에서, 생산 서비스 에이전트(304)는 머신-장착된 센서들에 의해 제공된 데이터를 해석한다. 이들 데이터는, 피처 모델을 이용하여, 증상들을 초래하는 피처들을 드러낸다(즉, 증상들이 피처 모델로부터 유도될 수 있어서, 특정 증상들이 특정 피처들에 대해 결정될 수 있음). 생산 서비스 에이전트(304)의 이러한 거동은, 룰 엔진에 의해 달성될 수 있으며, 이는, 피처 메타 모델(302) 및 피처 모델들이 OWL 2 RL로 제한될 수 있다는 것을 의미한다. 센서 및 파라미터화(parameterization) 데이터는, (예를 들어, 국부적으로 실행된 클라이언트/서버 프로토콜을 수반하는 OPC UA 표준에 기초하여) 실시간 제어 코어 내의 프로세스 변수들과 동일한 방식으로 액세스될 수 있다. 예로서, 기반구조(infrastructure) 및 에이전트 그 자체를 포함하는 모든 컴포넌트들은, 산업 PC(111) 상에서 구현될 수 있으며, 이는 예를 들어, 실시간 제어를 실행하는 프로그램가능 제어기(예를 들어, PLC(프로그램가능 로직 제어기)) 및 TCP/IP 통신 링크를 구비한다. 부가하여, 실시간 제어는 선택적이며, ― 애플리케이션의 영역에 따라 ― 보다 느린(비-실시간) 컴포넌트들을 이용하는 것이 또한 가능할 수 있다는 것이 유의되어야 한다.
생산 서비스 에이전트(304)는 증상을 유도하기 위해 액슬 모션 센서들을 이용할 수 있으며: 따라서, 증상은 다음과 같을 수 있다.
- 액슬의 중지(AxleStop), 또는
- 액슬의 회전(AxleTurning).
이는 또한 도 3에 도시된다.
그 다음으로, 증상들은 진단 에이전트(306)에 전송되고, 이는 예를 들어 진단 시스템(110) 내에 설치되고, 그리고 관련 증상에 대해 등록된다(상황 분석 기능과 비교함).
타당한 진단에 관하여 진단 에이전트(306)에 의해 생산 서비스 에이전트(304)에 알려지는 경우, 생산 서비스를 위한 구성들의 양을 제한하기 위해, 생산 시스템의 현재 상태가 상기 타당한 진단으로부터 유도되며, 후자는 바람직하게, 더 높은 레벨 상의 플래닝 시스템에 알린다.
제품 에이전트
예로서, 제품 센서는, 예를 들어 제품의 생산 또는 머시닝의 지속기간 또는 제품의 수명을 위해 제품 상에 또는 제품 내에 장착되는 임베디드 디바이스이다. 바람직하게, 제품 센서는, 단지 필요로 되는 한, 즉 특히 설비와의 통신이 적합한 것으로 또는 가능한 것으로 보이는 한에 있어서만, 제품 내에 또는 제품 상에 장착된다. 제품 센서는 바람직하게, 제품(102)의 주변을 자체적으로 모니터링하기 위한 적어도 하나의 센서를 구비한다.
증상 제공 기능(308)을 구현하는 제품 에이전트(305)는, 제품 센서(102)를 제어하고, 생산 제어 시스템을 위해 제품 센서의 측정들을, 제품의 위치에 기초하여 시스템 엘리먼트들에 할당될 수 있는 증상들의 형태로 제공한다. 증상들은, 특히 룰 엔진을 이용하여 피처 모델에 기초하는 피처들로부터 유도되며, 이는 예를 들어, 제품 센서 내에 구현될 수 있다. 이러한 경우에, 제품 센서는 프로세싱 유닛 및/또는 통신 유닛을 가질 수 있다는 것이 유의되어야 한다.
도 5는 다수의 컴포넌트들 및 기능들을 갖는 제품 센서(103)에 대한 개략적인 아키텍처를 도시한다. 센서 모듈(501)은 주변 값들, 예를 들어 변동들 및/또는 온도들을 캡처하기 위해 이용된다. 이를 위해 센서 모듈(501)은 직접적으로, 적절하게 적합한 센서를 또는 센서를 접속시키기 위한 포트를 가질 수 있다. 센서 모듈(501)로부터 측정된 데이터(md)는 통신 인터페이스(105)를 통해 전송될 수 있다. 머신 또는 설비와의 통신은 다양한 인터페이스들 또는 매체, 예를 들어 WLAN, 블루투스, RFID를 통해 수행될 수 있다. 통신 인터페이스(105)는 제품 에이전트(305)에 접속될 수 있으며, 상기 제품 에이전트(305)는 기능의 측면에서, 예를 들어 도 3으로부터의 제품 에이전트(305)에 대응할 수 있다. 제품 에이전트(305)는 (선택적인) 메모리(502)에 접속된다. 제품 에이전트(305) 및 메모리(502) 양측 모두는 룰 엔진(503)과 통신하며, 상기 룰 엔진(503)은 예를 들어 상태 머신의 형태일 수 있다. 그러므로, 제품 센서(103)는 또한, 예를 들어 컴포넌트들(305, 503, 및 502)을 포함하는 프로세싱 유닛을 포함할 수 있다. 선택적으로, 통신 인터페이스(105)가 또한, 프로세싱 유닛의 부분일 수 있다. 센서 모듈(501)이 프로세싱 유닛 내에 포함되거나 또는 프로세싱 유닛에 접속되는 것이 또한 가능하다.
예로서, 제품 에이전트(305)는, 예를 들어, 3-축 모션 센서의 형태의 그의 센서 모듈(501)로부터의 측정들을 해석하기 위해, 그리고 제품 센서(103)가 배열되는 제품(102)에 힘이 작용하는지를 결정하기 위해 로컬 피처 모델을 이용할 수 있다. 이와 관련하여, 예를 들어, 아래의 증상들 사이의 대조가 도시될 수 있다(도 3 참조):
- 제품이 움직임(ProductMoving),
- 제품이 움직이지 않음(ProductStops),
- 심각한(해로운) 진동들이 제품에 작용함(VibrationHigh),
- 제품에 대한 진동들이 인정가능함(VibrationOK).
증상들은 (바람직하게, 상기 증상들이 발생할 때) 그것의 송신을 요청하였던 그러한 진단 에이전트들에 전송된다.
진단 에이전트
진단 에이전트(306)의 하나의 태스크는, 상황 모델의 콘텍스트 내에서 상황 분석 기능(309)을 구현하는 것이다. 이는, 다수의 접근방식들을 초래할 수 있는 지식-기반 진단 조사(investigation)를 수반한다.
하나의 예시적인 구현은, 불완전한 정보에 기초하는 예측적인 진단들을 허용하기 위해 진단에 대한 로직-기반 어브덕션(abduction)을 이용한다. 특히, 타당한 진단들의 세트는, 이를 위해 요구되는 추정들 및 결과적인 타당성 평가들과 함께 결정될 수 있다. 따라서, 제품의 물리적인 제한들은, 타당한 진단들을 추론하기 위한 기초로서 취해질 수 있다, 즉 다수의 진단들이 이러한 제한들에 기초하여 배제(rule out) 될 수 있다. 이는, 하이퍼그래프를 따르는 최적의 경로들에 대한 탐색에 대응하고, 여기서 (그래프 엘리먼트에 대응하는) 각각의 하이퍼경로는, 불완전한 정보에 대해 유효한 진단이다. 따라서, 하이퍼그래프는, 추정들의 총 인정가능한 세트의 서브세트에 각각 기초하는 다수의 경로들을 포함한다.
그래프의 구조는 모델들에 의해, 그리고 관찰되고 추정된 증상들에 의해, 그리고 타당한 진단들의 세트에 의해 결정되며, 표현을 위해 이용되는 언어에 있어서의 제한들 때문에, 그래프의 크기는 상황 모델의 크기에 대한 다항식이다. 경로의 타당성은 2개의 팩터들에 따르며, 즉 다음과 같으며,
- 그것이 설명하는 관찰들, 및
- 요구되는 추정들,
이는 적어도 비례적인 순서를 도입한다. 경로들의 수가 기하급수적일 수 있기 때문에, 감소되는 타당성의 순서로 연속적으로 경로들을 결정하기 위해, 증분의(incremental) 애니타임 알고리즘이 바람직하게 이용되며, 새로운 정보가 도달하거나 또는 더 낮은 타당성 제한(pl)에 도달될 때 중지한다. 임계값들(plm 및 plD)의 파라미터들은, 단기간(자동화된) 리액션이 생산 서비스 에이전트(304)에 의해 수행되도록 의도되는지를 결정하고, 경쟁하는 진단들의 완전한 세트는 부가적으로, 요구되는 추정들 및 타당성들에 관한 정보와 함께 유지 에이전트(307)에 제공된다.
예시된 예시적인 실시예에서, (예를 들어, 컨베이어 벨트 상의 센서를 이용하여 확인된) 대응하는 컴포넌트 신호가, 회전하는 액슬을 시그널링하는 동안, 전달되는 컨베이어 벨트 상의 제품(102)은 증가하는 진동값들을 캡처할 수 있다. 양측 관찰들에 대한 설명은 어떠한 추가의 추정도 요구하지 않는데, 그 이유는 단지 설비 내의 이러한 이송 경로가 진동된다는 것이 직접적으로 인지될 수 있기 때문이다. 대안적으로, 예로서, 공동으로 이용되는 공급 컨베이어 벨트가 균등하게(evenly) 진행되지 않는 것이 추정될 수 있으며, 이는 또한 양측 이송 경로들이 진동된다는 진단을 허용할 수 있다.
유지 에이전트
유지 에이전트들(307)은 모니터링 중재자 기능(310)에 의해 규정된 바와 같은 유저 상호작용을 허용한다. 바람직하게, 유지 에이전트(307)는 (예를 들어, 서로 개별적으로 생성된) 복수의 그래픽 유저 인터페이스들을 제공할 수 있으며, 예를 들어, 다음과 같다.
- 설비 또는 팩토리의 명령 및 제어 센터 내에 포함되는 모니터링 뷰, 및
- SCADA 시스템 WinCC(SCADA: 감시 제어 및 데이터 포착(Supervisory Control and Data Acquisition); WinCC: 윈도우 제어 센터(Windows Control Center))에서 셋업될 수 있는 유지 뷰.
상기 모니터링 뷰에 기초하여, 오퍼레이터는, 임계값들 및 더 낮은 제한들을 설정하고 및/또는 진단 에이전트(306)에 의해 유도된 진단들을 선택하는 컴포넌트들을 진단 에이전트들(306)에 할당할 수 있다. 이러한 경우에, 선택된 진단들은 진단 에이전트(306)에 시그널링될 수 있으며, 상기 선택된 진단들은, 상기 진단 에이전트(306)로부터, 담당 생산 서비스 에이전트(304)에 포워딩된다.
머신 제어 패널 상에 배열될 수 있는 유지 뷰는, 예를 들어 관련 데이터, 예를 들어 진단들의 확인 동안 이루어진 추정들을 강조함으로써, 및/또는 오퍼레이터에 의해 개시 또는 수행된 측정들을 부가함으로써, 분석 결과들을 개선하는데 있어서 오퍼레이터를 돕는다.
그러므로, 본 예시적인 실시예의 경우에서, 오퍼레이터는, 제품들에 대한 손상 위험을 감소시키기 위해, 다른 컨베이어 벨트들이 진동 제한값들을 초과하지 않아야 한다는 것을 규정할 수 있다.
대안들, 개량들, 및 추가의 이점들
본 명세서에 제시된 접근방식은, 제품들의 생산, 프로세싱 또는 머시닝에 대한 서비스-기반 접근방식을 허용하는 에이전트-기반의 유연한 생산 시스템을 위한 유연하고 저렴한 아키텍처를 허용하며, 각각의 제품은 적어도 하나의 제품 센서를 갖고, 지능형 제품으로서 알려진 것의 형태일 수 있다. 이는, 특히, 제품에 직접적으로 작용하는 주변 컨디션들 및/또는 제품의 위치에 기초하여, 설비 또는 머신에 대한 상호작용적인 진단을 달성하는 것을 가능하게 한다.
자동화된 생산 제어는 오퍼레이터로부터의 수동 입력들에 의해 보완될 수 있다. 이를 위해, 오퍼레이터는 예를 들어, 진단 에이전트와 상호작용하기 위해 적합한 인터페이스를 이용할 수 있다.
제품 센서들은 설비와의 또는 설비로의 무선 또는 유선 통신 인터페이스를 가질 수 있다. 제품 센서는, 예를 들어 분리가능하게 제품 상에 장착되거나 또는 제품 내에 포함될 수 있다. 제품 센서는 프로세싱 유닛 및/또는 통신 유닛을 가질 수 있다. 제품 센서는 제품-특정 데이터 및/또는 설비-특정 데이터 및/또는 위치-특정 데이터를 전달할 수 있다.
제시된 접근방식은 또한, 설비 및/또는 제품에 대한 손상 위험들을 감소시키기 위해, 심지어 불완전한 데이터를 이용하여 결정들이 가능하다는 이점을 갖는다. 특히, 이와 관련하여, 단지 적은 양의 정보에 기초한 진단에 관하여 결정할 수 있기 위해, 오퍼레이터의 경험들이 고려될 수 있다.
부가하여, 그 다음으로, 부족한 정보를 이용하여 관리하는 것이 가능하여서, 진단 시스템은, 예를 들어, 부가적인 측정들의 결과로서 또는 오퍼레이터로부터의 입력의 결과로서, 부가적인 데이터에 기초하여 무효한 것으로 거절되거나 또는 유효한 것으로 선언되는 가설적인 결론들을 이끌어낸다(추정들을 만든다).
제시된 솔루션은 또한, 기존의 시스템들에 대한 최소 복잡성, 그러므로 기존의 시스템들의 대응하는 업데이트를 위한 단지 낮은 비용들 발생으로, 구현될 수 있다는 이점을 갖는다.
유리한 기능적인 확장들은, 팩터들에 의한 결론들이 잊혀지는(단지 규정된 기간 동안만 저장되어 유지됨) 또는 생략되는 것을 담당하는 임베디드 컴포넌트 내 메모리 공간의 최적화를 달성하는 것을 수반한다. 이는, 예를 들어 연달아 (새로운 또는 수정된) 데이터를 전달하는 실시간 제어 시스템들의 경우에서 수행될 수 있다.
개선된 구성 플래닝 및 분산된 생산 플래닝 그리고 또한, 생산 서비스 에이전트들 및 제품 에이전트들의 협조를 위한 마켓-기반 메커니즘들을 구현하기 위해, 모델-기반 플래닝 알고리즘들이 생산 서비스 에이전트 내에 포함되는 것이 또한 가능하다. 접근방식에 대한 확장들은 또한, 설비 플래닝 동안 생성되는 다수의 플래닝-관련 정보로부터의, 필요한 모델들의 반(semi)-자동화된 또는 자동화된 추출들일 수 있다. 이는 모델-기반 접근방식의 구현에 대한 복잡성을 상당히 감소시킬 수 있다. 다른 확장은, 더 표현적인 모델들 및 복잡한 구조들, 예를 들어 팩토리들 및 생산 체인들의 그룹들의 이용을 수반할 수 있다.
계층적 접근방식을 이용하여, 팩토리 또는 설비를 위해 결정된 진단들은, 완전한 서플라이 체인에 대한 증상들로서 이용될 수 있으며: 그러므로 생산에서의 불리한 영향들을 감소시키기 위해 타겟팅된 방식에서 이용될 수 있는 부가적인 정보의 세트를 획득하는 것이 가능할 것이다.
Claims (16)
- 설비(installation)(101) 내에서 이송, 생산, 또는 머시닝될 수 있는 제품(102)을 위한 제품 센서(103)로서,
측정된 데이터(md) 또는 상기 측정된 데이터(md)로부터 유도된 데이터(d)를 상기 설비에 제공하기 위한 프로세싱 유닛(104)
을 갖는,
제품 센서. - 제 1 항에 있어서,
상기 제품 센서(103)는 상기 제품(102) 상에 장착될 수 있는,
제품 센서. - 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 제품 센서는 상기 제품 내에 또는 상기 제품을 위한 재료 캐리어(material carrier) 내에 포함되는,
제품 센서. - 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 프로세싱 유닛(104)은 상기 측정된 데이터 또는 상기 유도된 데이터를 저장하도록 설계되는,
제품 센서. - 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 프로세싱 유닛(104) 또는 상기 제품 센서(103)는, 상기 측정된 데이터 또는 상기 유도된 데이터를 상기 설비(101)에 전송하기 위해 이용될 수 있는 통신 인터페이스(105)를 갖는,
제품 센서. - 제 5 항에 있어서,
상기 통신 인터페이스는 무선 또는 유선 통신 인터페이스인,
제품 센서. - 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 데이터 또는 상기 유도된 데이터의 제공은 실시간 요건들을 충족시키는,
제품 센서. - 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제품 센서(103)는 데이터로부터의 적어도 하나의 선택을 확인(ascertain) 또는 측정하기 위해 이용될 수 있으며,
상기 데이터는,
온도;
상기 제품 센서의 상대적 또는 절대적 위치;
상기 제품 센서의 이동, 가속, 또는 배향;
진동
인,
제품 센서. - 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 프로세싱 유닛(104)은, 상기 측정된 데이터 및/또는 상기 유도된 데이터가 모니터링될 수 있도록 셋업되는,
제품 센서. - 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 프로세싱 유닛(104)은, 상기 측정된 데이터(202) 또는 상기 측정된 데이터(202)로부터 유도된 데이터(202)에 기초하여, 증상(symptom)(201)을 확인하기 위해 이용될 수 있는,
제품 센서. - 제 10 항에 있어서,
상기 증상(201, 203)은 상기 설비(101)에 대한 진단(205)을 결정하기 위해 이용될 수 있는,
제품 센서. - 제 10 항에 있어서,
상기 증상(201, 203)은, 적어도 하나의 추정(assumption)에 기초하여 상기 설비(101)에 대한 진단(205)을 결정하기 위해 이용될 수 있는,
제품 센서. - 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 따른 적어도 하나의 제품 센서(103)를 갖는 제품(102).
- 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 따른 적어도 하나의 제품 센서(103)와의 통신을 위해 진단 디바이스(110)를 갖는 설비(101).
- 제품 센서(103)와 설비(101) 사이의 통신을 위한 방법으로서,
상기 제품 센서(103)는, 상기 설비(101) 내에서 이송, 생산, 또는 머시닝될 수 있는 제품(102)을 위해 측정된 데이터(md)를 결정하고,
상기 측정된 데이터(md) 또는 상기 측정된 데이터(md)로부터 유도된 데이터(d)는 상기 설비(101)에 전송되는,
제품 센서와 설비 사이의 통신을 위한 방법. - 제 15 항에 있어서,
상기 측정된 데이터 또는 상기 유도된 데이터는 상기 설비에 대한 진단을 수행하기 위해 기초로서 취해지는,
제품 센서와 설비 사이의 통신을 위한 방법.
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