KR20140089276A - 제조설비 시뮬레이션 시스템 - Google Patents

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KR20140089276A
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Abstract

본 발명의 일 측면에 따른 제조설비 시뮬레이션 시스템은 가상설비를 제어하는 가상 PLC를 시뮬레이션하여 상기 가상설비에 대한 제어 정보를 생성하는 가상설비 제어 서버; 상기 제어 정보를 수신하면, 상기 수신된 제어 정보를 기초로 상기 가상설비의 움직임을 시뮬레이션하고, 상기 가상설비의 움직임을 센싱하여 센서 정보를 생성하며, 상기 센서 정보를 기초로 상기 가상설비에 의해 생산되는 유체에 대한 상태 변화를 해석하여 상기 가상설비의 형상에 반영하는 가상설비 서버; 및 상기 가상설비 제어 서버와 가상설비 서버 사이의 데이터 통신을 지원하는 공유서버를 포함한다.

Description

제조설비 시뮬레이션 시스템{MANUFACTURING FACILITY SIMULATION SYSTEM}
본 발명은 시뮬레이션 시스템에 관한 것으로서, 보다 구체적으로 제조설비 시뮬레이션 시스템에 관한 것이다.
시뮬레이션 시스템은 물리적 시스템과 현상을 컴퓨터나 모델 또는 다른 장비에 의해서 표현하는 것으로 현실의 상태나 상황을 실험하는 것이 곤란하거나 불가능한 경우 그에 해당하는 모델을 작성하여 실험하는 시스템을 말한다.
제철소, 발전소 등에서는 시뮬레이션 시스템을 수행함으로써 현장에서 직접 조작하지 않고도 안전하고 빠른 시간 내에 발전소를 운전 및 제어해볼 수 있다는 효과가 있다. 또한, 시뮬레이션 시스템은 설계 제품 또는 공정에 대한 검증을 통해 개발 초기에 발생되는 잦은 설계 변경을 최소화할 수 있고, 개발 기간 단축 및 비용 절감이라는 장점이 있다.
최근 시뮬레이션 시스템은 CAD(Computer Aided Design)를 이용하여 3차원으로 구현된다. 여기서, CAD는 컴퓨터를 사용하여 3차원 물체를 설계하는 것으로서, 물체를 선, 표면, 알맹이의 정보로 표현한다. 이러한 CAD는 고체 기반의 물체만을 표현할 수 있고, 유체의 온도나 이동을 표현할 수 없다는 단점이 있다.
특히, 제철소와 같이 유체를 생산하는 경우, CAD를 기반으로 하는 시뮬레이션 시스템은 철강과 같은 유체를 표현할 수 없기 때문에 철강의 유동, 구부러짐, 온도분포와 같은 형상을 가시화할 수 없을 뿐만 아니라, 연속 공정을 위한 설비들의 시뮬레이션을 수행할 수 없다는 문제점이 있다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 3D 가상공간에서 가상설비를 이용하여 다양한 시뮬레이션을 수행할 수 있는 제조설비 시뮬레이션 시스템을 제공하는 것을 그 기술적 과제로 한다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 유체의 유동성을 표현할 수 있는 제조설비 시뮬레이션 시스템을 제공하는 것을 다른 기술적 과제로 한다.
또한, 본 발명은 연속 공정을 수행하는 제조설비들을 시뮬레이션 할 수 있는 제조설비 시뮬레이션 시스템을 제공하는 것을 또 다른 기술적 과제로 한다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 제조설비 시뮬레이션 시스템은, 가상설비를 제어하는 가상 PLC를 시뮬레이션하여 상기 가상설비에 대한 제어 정보를 생성하는 가상설비 제어 서버; 상기 제어 정보를 수신하면, 상기 수신된 제어 정보를 기초로 상기 가상설비의 움직임을 시뮬레이션하고, 상기 가상설비의 움직임을 센싱하여 센서 정보를 생성하며, 상기 센서 정보를 기초로 상기 가상설비에 의해 생산되는 유체의 형상 및 속성을 해석하여 유체 해석 정보를 생성하며, 상기 센서 정보 및 유체 해석 정보를 상기 가상설비의 형상에 반영하여 3차원으로 표현하는 가상설비 서버; 및 상기 가상설비 제어 서버와 가상설비 서버 사이의 데이터 통신을 지원하는 공유서버를 포함한다.
본 발명에 따르면, 3D 가상공간에서 가상 설비들을 이용하여 다양한 테스트를 수행할 수 있어 개발 초기에 발생되는 잦은 설계 변경을 최소화할 수 있고, 개발 기간 단축은 물론, 개발 비용을 획기적으로 절감할 수 있다는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 제조설비 내에 유체의 유동 및 온도분포를 시각적으로 표현함으로써 현장에서 발생할 수 있는 상황을 기술자가 정확하게 파악할 수 있다는 다른 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 연속공정을 수행하는 각 제조 설비들을 가상의 제조 설비로 모델링할 수 있어 현장 상황에 따라 제조설비의 규격을 변경하여 연속 공정을 시뮬레이션 함으로써 최적의 제조설비를 설계할 수 있다는 또 다른 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 3차원 엔지니어링 데이터를 기반으로 실제와 동일한 가상의 제조 환경을 구현할 수 있고, 이를 활용하여 연속 흐름 공정 시 설비의 해석 결과를 실제의 제품(예컨대, 철강 슬라브)이 흘러갈 때의 상황에 맞게 실시간으로 분석할 수 있다는 또 다른 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따르면 가상 PLC를 모사하는 시스템을 이용하여 실제 PLC를검증할 수 있으며, PLC 개발을 위한 제어 프로그램의 테스트 설비로서 활용할 수 있다는 또 다른 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 최종적으로 하나의 시뮬레이션만 수행하던 포인트 솔루션 방식에서 복합적인 해석 및 제어 시뮬레이션을 수행할 수 있는 기반을 마련하였고, 모델 데이터의 표준 타입을 활용함으로써 데이터의 재사용성 및 사용자의 정보 자산화가 가능해진다는 또 다른 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 제조설비 시뮬레이션 시스템을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 제조설비 시뮬레이션 시스템을 나타내는 구성도이다.
도 3은 도 2의 가상설비 제어 서버를 나타내는 구성도이다.
도 4는 제어흐름 정보의 예를 보여주는 도면이다.
도 5는 도 3의 사용자 조작부를 구현한 예를 보여주는 도면이다.
도 6은 도 2의 가상설비 서버를 나타내는 구성도이다.
도 7은 래들 설비의 상태도의 예를 보여주는 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 제조설비 시뮬레이션 시스템에서의 데이터 흐름을 보여주는 도면이다.
도 9는 가상설비 뷰어를 이용하여 몰드 설비를 표현하는 과정의 예를 보여주는 도면이다.
이하, 첨부되는 도면을 참고하여 본 발명의 실시예들에 대해 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 제조설비 시뮬레이션 시스템을 설명하기 위한 도면이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 제조설비 시뮬레이션 시스템(100)은 3D 가상공간이라는 시스템 환경에서 실제 설비와 동일한 움직임을 구현하는 가상 설비를 모델링함으로써, 3D 가상공간에서 다양한 시뮬레이션을 수행할 수 있도록 하는 시스템이다.
이와 같은 제조설비 시뮬레이션 시스템(100)은, 도 1a에 도시된 바와 같은 실제 설비를 도 1b에 도시된 바와 같은 가상 설비로 모델링함으로써 각 실제 설비 별로 가상 설비를 시뮬레이션 할 수 있다.
도 1a에 도시된 바와 같이, 실제 설비들은 실제 설비에 부착되어 있는 센서에 의해 획득된 센서 정보를 PLC로 제공하고, PLC는 센서 정보에 기초하여 설비를 구동하기 위한 구동기(예컨대, 모터)의 제어 정보를 생성하여 실제 설비로 전달하게 된다.
따라서, 가상 설비 또한 도 1b에 도시된 바와 같이, 가상 설비에 부착되어 있는 가상 센서에 의해 획득되는 센서 정보를 가상의 PLC로 제공하고, 가상의 PLC는 센서 정보에 기초하여 가상 설비를 구동하기 위한 가상 구동기(예컨대, 가상 모터)의 제어 정보를 생성하여 가상 설비로 전달하게 된다.
그리고, 제조설비 시뮬레이션 시스템(100)은 가상의 PLC 제어에 의한 가상 구동기의 움직임에 따른 유체의 유량, 유속 등을 해석하고, 그 해석 결과를 가상설비의 3차원 형상과 함께 하나의 영상으로 표현한다.
한편, 이하에서는 설명의 편의를 위해, 본 발명이 철강산업에 적용되는 것으로 가정하며, 본 발명에서 사용되는 제조설비란 용어는 철강을 생성하는 철강제조 설비를 의미하고, 유체는 철강의 제조에 이용되는 용강을 의미하는 것으로 가정하여 설명하기로 한다. 다만, 본 발명은 철강산업에만 적용되는 것은 아니며, 원료(예컨대, 석유)나 화학 등과 같은 연속 흐름 공정이 주를 이루는 산업분야의 시뮬레이션 시스템으로도 이용할 수 있을 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 제조설비 시뮬레이션 시스템을 나타내는 구성도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 제조설비 시뮬레이션 시스템(100)은 가상설비 제어 서버(110), 공유 서버(120) 및 가상설비 서버(130)를 포함한다.
먼저, 공유 서버(120)는 가상설비 제어 서버(110)와 가상설비 서버(130) 간의 데이터 통신을 중계하는 역할을 수행한다. 일 실시예에 있어서, 공유 서버(120)는 OPC 서버일 수 있다. 이러한 경우, 가상설비 제어 서버(110)와 가상설비 서버(130)는 OPC 클라이언트가 될 수 있다.
이러한 공유 서버(120)에는 공유 메모리가 탑재된다. 공유 메모리는 가상 공장에서 주로 사용하는 PLC의 데이터 통신 방식이 OPC 방식이므로, OPC 서버를 실행시키기 위해 가상에 잡아두는 공유 메모리 실행 프로그램을 포함한다.
구체적으로, 공유 서버(120)는 가상설비 제어 서버(110)로부터 수신한 제어 정보를 공유 메모리에 저장하고, 가상설비 서버(130)의 요청에 따라 제어 정보를 가상 제조설비 서버(130)에 송신한다.
또한, 공유 서버(120)는 가상설비 서버(130)로부터 수신한 시뮬레이션 정보를 공유 메모리에 저장하고, 가상설비 제어 서버(110)의 요청에 따라 시뮬레이션 정보를 가상설비 제어 서버(110)에 송신한다.
또한, 공유 서버(120)는 복수의 가상설비들 각각의 형상 정보를 공유 메모리에 저장하고, 가상설비 제어 서버(110) 또는 가상설비 서버(130)의 요청에 따라 복수의 가상설비들 중 적어도 하나의 형상 정보를 가상설비 제어 서버(110) 또는 가상설비 서버(130)에 송신한다.
다음, 가상설비 제어 서버(110)는 철강공정 내에 포함된 가상설비에 대한 제어 정보를 생성하고, 생성된 제어 정보를 공유 서버(120)를 통해 가상설비 서버(130)로 전송한다.
이러한 가상설비 제어 서버(110)는 하나의 서버로 구현되거나, 도 2에 도시된 바와 같이, 가상 단위설비 마다 서로 다른 컴퓨팅 장비로 구현된 복수의 가상 단위설비 제어 서버(110a,..., 110n)로 구현될 수도 있다.
예를 들어 설명하면, 철강공정은 제선공정, 제강공정, 연주공정, 압연공정을 포함하고, 여기서, 연주공정은 액체 상태의 용강을 고체 상태의 슬라브(slab)로 제조하는 공정으로서, 래들(ladle)에 담겨진 용강을 연속주조기의 턴디쉬(tundish)에 일시 저장하여 두었다가, 몰드(mold)로 용강을 공급 및 냉각시켜 슬라브를 생산하게 된다. 이때, 생산된 슬라브는 원형보존을 하면서 완전 응고되도록 세그먼트(segment)를 따라 이동된다.
이때, 연주공정을 제어하기 위한 가상설비 제어 서버(110)는 래들, 턴디쉬, 몰드 및 세그먼트 각각에 대하여 제어 정보를 생성하는 4개의 가상 단위설비 제어 서버(110a, 110b, 110c, 110d)를 포함할 수 있다.
이러한 가상설비 제어 서버(110)는 가상설비를 제어하는 PLC(Programmable Logic Controller)를 시뮬레이션한다. 이하에서는 도 3을 참조하여 가상설비 제어 서버(110)에 대하여 구체적으로 설명하도록 한다.
도 3은 도 2의 가상설비 제어 서버를 설명하는 구성도이다.
도 3을 참조하면, 가상설비 제어 서버(110)는 동기화부(210), 가상설비 제어기(220), 사용자 조작부(230) 및 제1 로직 연산부(240)를 포함한다.
먼저, 동기화부(210)는 가상설비 제어 서버(110)와 가상설비 서버(130) 간의 동기화를 위하여 동가화 플래그(flag)를 생성하는 기능을 수행하는 것으로서, 공유 서버(120)에 대해 OPC 클라이언트로서 동작할 수 있다. 이러한 동기화부(210)는 가상설비 제어기(220) 내에 모듈로 탑재될 수 있다.
동기화부(210)에 의하여 생성된 동기화 플래그는 가상설비 제어 서버(110)와 가상설비 서버(130) 간의 정보를 교환할 때 정보에 삽입되어 동기화를 수행한다.
구체적으로 설명하면, 동기화부(210)는 초기에 동기화 플래그를 '1'로 생성하고, 가상설비 제어기(220)에 의해 생성된 제어 정보에 동기화 플래그를 삽입할 수 있다.
그리고, 가상설비 제어 서버(110)가 공유 서버(120)에 동기화 플래그가 '1'인 제어 정보를 송신하면, 공유 서버(120)는 가상설비 제어 서버(110)로부터 수신한 제어 정보에서 동기화 플래그를 '1'에서 '2'로 변경한 후 공유 메모리에 저장할 수 있다.
그리고, 가상설비 서버(130)는 공유 메모리에서 동기화 플래그가 '2'인 제어 정보를 읽어가서 제어 정보에 따라 단위설비에 대한 시뮬레이션을 수행할 수 있다. 한편, 가상설비 서버(130)가 시뮬레이션 과정에서 생성된 시뮬레이션 정보에 동기화 플래그 '2'를 삽입하여 공유 서버(120)에 송신하면, 공유 서버(120)는 가상설비 서버(130)로부터 수신한 시뮬레이션 정보에서 동기화 플래그를 '2'에서 '3'으로 변경한 후 공유 메모리에 저장할 수 있다.
그리고, 가상설비 제어 서버(110)는 공유 메모리에서 동기화 플래그가 '3'인 시뮬레이션 정보를 읽어가서 시뮬레이션 정보를 기초로 제어 정보를 생성할 수 있다.
다음, 가상설비 제어기(220)는 가상의 PLC를 모사하는 기능을 수행하는 것으로서, 공유 서버(120)에 대해 OPC 클라이언트로서 동작할 수 있다. 이러한 가상설비 제어기(220)는 가상설비에 대한 제어 정보를 생성하고, 생성된 제어 정보를 공유 서버(120)를 통해 가상설비 서버(130)에 송신한다. 또한, 가상설비 제어기(220)는 가상설비 서버(130)로부터 제어 정보에 따른 시뮬레이션 결과를 공유 서버(120)를 통해 제공 받는다.
가상설비 제어기(220)는 관리자에 의하여 미리 정의된 제어흐름 정보를 이용하여 제어 정보를 생성할 수 있다. 제어흐름 정보는 가상설비 제어와 관련된 순차적 행위를 모델링하기 위한 것으로서, 상태 다이어그램이나 액티비티 다이어그램으로 정의될 수 있다. 이러한 상태 다이어그램의 일 예가 도 4에 도시되어 있다.
제어흐름 정보는 상태나 액티비티 사이의 전환이 이뤄질 때, 인터락 조건이 같이 정의될 수 있는데, 이때 정의된 인터락 조건들은 실제 시뮬레이션을 준비하는 과정에서 변경될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 가상설비 제어기(220)는 실제 철강공정의 설비에 적용된 PLC와 연동되거나, 시뮬레이션을 활용한 설비 개발에 적용할 가상의 PLC에 의하여 제어 정보를 생성할 수도 있다.
다음, 사용자 조작부(230)는 가상 PLC 및 가상설비에 대하여 사용자가 직접 조작하거나 화면상에 정보를 디스플레이 하는 기능을 수행하는 것으로서, 공유 서버(120)에 대해 OPC 클라이언트로서 동작할 수 있다.
구체적으로, 사용자 조작부(230)는 시뮬레이션 수행을 위한 초기 데이터 입력, 인터락(Interlock) 조건 입력, 사용자 조작을 위한 조작 기능을 지원하거나, 데이터 입력 및 출력을 위해 OPC 클라이언트를 이용한 데이터 전송 기능을 수행할 수 있다. 사용자 조작부(230)를 구현한 예가 도 5에 도시되어 있다.
예컨대, 철강공정에 대한 가상공장 시뮬레이션에서 사용자 조작 대상으로는,래이들(Ladle) 설비의 경우 슬라이드(slide) 게이트 조작, 래이들 위치 조작, 래이들 커버 조작이 있고, 턴디쉬(Tundish) 설비의 경우 턴디쉬 슬라이드 게이트 조작, 턴디쉬 위치 조작이 있고, 몰드(Mold) 설비의 경우 몰드 진동 조작, 몰드 게이트 조작 등이 있으며, 세그먼트(Segment) 설비의 경우 롤러 회전 조작, 롤러 압력 조작 등이 있을 수 있다.
또한, 제조설비의 인터락 조건의 예로, 래이들의 경우 래이들 커버의 정위치 신호, 래이들 내 용강량 Empty 신호, 래이들 준비 신호, 래이들 교환 신호 등이 있을 수 있다.
일 실시예에 있어서, 사용자 조작부(230)는 실제 철강 공정에서 활용하는 HMI 화면과 연동되거나, 실제 철강 공정의 제조설비에 적용된 동작패널(Operation Panel) 화면과 연동될 수 있다.
다음, 제1 로직 연산부(240)는 복잡한 수식을 연산하는 기능을 수행한다. 이러한 제1 로직 연산부(240)는 프로그램으로 구현되거나 DLL로 구현될 수 있다.
다시 도 2를 참조하면, 가상설비 서버(130)는 가상설비 제어 서버(110)에 의하여 생성된 제어 정보에 따라 가상설비를 시뮬레이션하고 그 결과를 디스플레이하며, 가상설비에 대한 시뮬레이션 결과를 공유 서버(120)를 통해 가상설비 제어 서버(110)에 제공한다.
이하에서는 도 6을 참조하여 가상설비 서버(130)에 대하여 구체적으로 설명하도록 한다.
도 6은 도 2의 가상설비 서버를 설명하는 구성도이다.
도 6을 참조하면, 가상설비 서버(130)는 3D 프리젠테이션부(310), 가상설비 시뮬레이터(320), 가상설비 뷰어(330) 및 제2 로직 연산부(340)를 포함한다.
먼저, 3D 프리젠테이션부(310)는 가상설비의 3차원 형상 및 키네메틱(Kinematic) 정보를 표현한다. 구체적으로, 3D 프리젠테이션부(310)는 가상설비의 3차원 형상을 표현하고, 가상설비 제어 서버(110)의 제어에 따른 구동기의 움직임을 표현한다. 그리고, 3D 프리젠테이션부(310)는 가상설비의 움직임 및 충돌 시 문제되는 영역을 화면에 표시한다.
이때, 3D 형상의 경우, 3D CAD 파일 사용을 위해 경량화 단계를 거칠 수 있다. 일 실시예에 있어서, 3D CAD 모델은 일반적으로 고용량인데, 3D CAD 모델을 파트 구성을 단순화시킴으로써 3D 경량화를 위한 컴포넌트 단위로 재구성한 후, 나사나 나사선 등과 같이 불필요한 파트를 제거함으로써 3D CAD 모델을 저용량으로 경량화할 수 있다.
다음, 가상설비 시뮬레이터(320)는 3D 프리젠테이션부(310)에서 3D 가상설비의 움직임을 표현하기 위하여 센서 및 구동기의 움직임을 모사하는 기능을 수행한다.
구체적으로, 가상설비 시뮬레이터(320)는 3D 프리젠테이션부(310)에서의 가상설비의 움직임을 측정하고, 그 측정값을 기초로 센서 정보를 생성하여 가상설비 제어 서버(110)에 제공한다. 즉, 가상설비 시뮬레이터(320)는 가상설비 제어 서버(110)의 제어에 따른 시뮬레이션 결과값을 센싱하여 가상설비 제어 서버(110)로 전송한다.
또한, 가상설비 시뮬레이터(320)는 가상설비 제어 서버(110)로부터 제어 정보를 수신하고, 수신된 제어 정보를 기초로 가상설비를 구동하는 구동기에 대한 움직임 정보를 생성하여 3D 프리젠테이션부(310)에 제공한다. 이때, 제어 정보는 가상설비의 동작 조건을 포함한다. 이때, 가상설비의 기본적인 움직임은 상태도(State Chart) 등을 이용하여 정의할 수 있다. 래들 설비의 상태도의 일 예가 도 7에 도시되어 있다.
또한, 가상설비 시뮬레이터(320)는 3D 프리젠테이션부(310)에서의 가상설비의 움직임을 측정하고, 그 측정값을 기초로 유체의 형상 및 속성을 해석하여 유체 해석 정보를 생성한다. 이때, 가상설비 시뮬레이터(320)는 CAE(Computer Aided Engineering) 해석 프로그램을 실행하여 유체 해석 정보를 생성할 수 있는데, CAE 해석프로그램은 ANSYS, ABAQUS, FLUENT, I-DEAS, LS-DYNA, FEMAP, 및 FADIOSS 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
다음, 가상설비 뷰어(330)는 가상설비의 3차원 형상 및 CAE(Computer Aided Engineering) 해석 정보를 표현한다. 즉, 가상설비 뷰어(330)는 가상설비의 3차원 형상뿐만 아니라 CAE 해석 결과를 하나의 영상으로 표현하는 것을 특징으로 한다.
이를 위하여, 가상설비 뷰어(330)는 가상설비 시뮬레이터(320)로부터 센서 정보 및 유체 해석 정보를 제공받는다. 먼저, 가상설비 뷰어(330)는 가상설비의 3차원 형상을 표현하고, 센서 정보를 이용하여 가상설비의 움직임을 표현하며, 가상설비의 3차원 형상에 유체 해석 결과를 반영하여 사용자에게 디스플레이한다.
제2 로직 연산부(340)는 복잡한 수식을 연산하는 기능을 수행하는 것으로서, 프로그램 혹은 DLL로 구현될 수 있다. 예컨대, 제2 로직 연산부(340)는 센서를 모사하기 위한 알고리즘, 구동기를 모사하기 위한 알고리즘, 유체 해석 알고리즘(CAE 해석프로그램) 등을 포함할 수 있다.
이미 위에서 언급한 바와 같이, 철강 공정은 기타 다른 제조업 공정과 달리 연속 흐름 공정이 대부분을 이루므로 각 설비를 중심으로 가상 공장이 표현되어야 하고, 유체의 유동성이 표현되어야 한다는 특성이 있다.
이러한 특성을 구현하기 위하여, 본 발명에서는 가상설비 제어 서버(110)의 동기화부(210)와 가상설비 서버(130)의 가상설비 뷰어(330)를 이용한다.
설비와 시뮬레이터 간의 동기화를 맞추기 위하여 동기화부(210)에서는 동기화 플래그를 발생하고, 가상설비 제어기(220)는 동기화 플래그 상태에 따라 공유 서버(120)로부터 정보를 읽어오거나 쓰거나 하는 작업을 수행한다. 그리고, 그와 동일하게 가상설비 시뮬레이터(320)에서도 동기화 플래그에 맞춰서 공유 서버(120)로부터 정보를 읽어오거나 쓰거나 하는 작업을 수행한다.
그리고, 설비의 실시간 해석을 보여주기 위하여 가상설비 뷰어(330)에서는 가상설비의 형상, 제어 정보, 및 유체에 대한 CAE 해석 정보를 하나로 통합하여 하나의 영상으로 보여준다. 이를 통해 관리자는 실시간으로 공정 설비의 상태를 실시간으로 분석할 수 있고, 공정이 운영되는 동안 설비의 상태에 기반한 유체 해석 정보를 제공 받을 수 있다.
이하에서는 상술한 제조설비 시뮬레이션 시스템(100)에서의 데이터 흐름을 도 8을 참조하여 보다 구체적으로 설명하도록 한다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 제조설비 시뮬레이션 시스템에서의 데이터 흐름을 보여주는 도면이다.
시뮬레이션이 실행되면, 가상설비 시뮬레이터(320)와 가상설비 제어기(220)는 공유 서버(120)를 통해 센서 정보, 시뮬레이션 정보, 제어 정보를 교환한다. 이때, 정보를 교환하기 위한 동기화는 동기화부(210)에 의하여 발생된 플래그 상태 값에 따라 수행한다.
가상설비 시뮬레이터(320)는 가상설비를 구동하는 구동기를 모사하기 위한 가상 구동기 시뮬레이터(326), 가상설비의 움직임을 센싱하는 센서를 모사하기 위한 가상센서 시뮬레이터(322), 기타 시뮬레이션을 수행하기 위하여 요구되는 데이터를 모사하기 위한 시뮬레이션 정보 생성부(324)를 포함할 수 있다.
가상 구동기 시뮬레이터(326)는 가상설비에 대하여 특정 동작을 지시하는 제어 정보가 입력되면, 가상 구동기 알고리즘(346)을 통해 제어 정보를 구동기에 대한 동작 정보로 변환하고, 변환된 동작 정보를 3D 프리젠테이션부(310)에 제공한다. 이때, 구동기에 대한 동작 정보는 속도, 가속도 및 방향 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
3D 프리젠테이션부(310)는 가상설비의 3차원 형상을 표현하고, 가상설비 시뮬레이터(320)로부터 제공된 구동기에 대한 동작 정보를 기초로 가상설비의 움직임을 표현할 수 있다.
가상센서 시뮬레이터(322)는 3D 프리젠테이션부(310)에서의 가상설비 움직임에 따른 변화값을 측정하고, 가상센서 알고리즘(342)을 통해 측정된 값을 센서 정보로 변환하여 가상설비 제어기(120)에 제공한다. 여기서, 센서 정보는 센서 종류에 따라 달라질 수 있는데, 예컨대, 이동거리 센서의 경우 센서 정보는 이동거리를 포함하고, 온도 센서의 경우 센서 정보는 온도를 포함할 수 있다.
그리고, 시뮬레이션 정보 생성부(324)는 3D 프리젠테이션부(310)에서의 가상설비 움직임에 따른 변화값을 측정하고, 시뮬레이션 정보 생성 알고리즘(344)을 통해 측정된 값을 시뮬레이션 수행을 위하여 요구되는 시뮬레이션 정보로 변환하여 가상설비 제어기(120)에 제공한다.
가상설비 제어기(120)는 가상설비 시뮬레이터(320)로부터 센서 정보 및 시뮬레이션 정보가 입력되면, 이를 기초로 가상설비에 대한 제어 정보를 생성하여 다시 가상설비 시뮬레이터(320)로 제공할 수 있다. 본 발명의 제조설비 시뮬레이션 시스템(100)은 상술한 바와 같이 가상설비 제어기(120)와 가상설비 시뮬레이터(320) 간에 정보가 실시간으로 교환됨으로써, 철강공정과 같은 연속공정을 시뮬레이션할 수 있게 된다.
한편, 가상설비 시뮬레이터(320)는 3D 프리젠테이션부(310)에서의 가상설비 움직임에 따른 변화값을 측정하고, 그 측정값들 또는 센서 정보를 기초로 가상설비에 의해 생산되는 유체의 형상 및 속성에 대한 유체 해석 정보를 생성하는 유체 해석부(미도시)를 더 포함할 수 있다. 이때, 유체의 형상은 유체의 온도분포 및 유동 중 적어도 하나를 포함할 수 있고, 유체의 속성은 유체의 강도, 유동속도 및 점성 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
예를 들어, 제조설비 시뮬레이션 시스템(100)이 래들 설비를 시뮬레이션한다고 가정하면, 유체 해석부(미도시)는 3D 프리젠테이션부(310) 또는 가상센서 시뮬레이터(322)로부터 래들의 부피, 용강의 온도, 용강의 현재 높이를 제공받고, 이를 기초로 용강의 탕면의 유동을 분석하여 유체 해석 정보를 생성할 수 있다.
그리고, 가상설비 시뮬레이터(320)는 3D 프리젠테이션부(310)에서 가상설비를 시뮬레이션한 결과를 가상설비 뷰어(330)에 제공한다. 즉, 가상설비 시뮬레이터(320)는 센서 정보, 시뮬레이션 정보 및 유체 해석 정보를 가상설비 뷰어(330)에 제공하게 된다.
가상설비 뷰어(330)는 가상설비의 3차원 형상을 표현하고, 센서 정보를 기초로 가상설비의 움직임을 표현할 수 있다. 그리고, 가상설비 뷰어(330)는 유체 해석 정보를 이용하여 가상설비에 의하여 생산되는 유체의 형상 및 속성을 표현할 수 있다.
도 9는 가상설비 뷰어를 이용하여 몰드 설비를 표현하는 과정의 예를 보여주는 도면이다.
3D 프리젠테이션부(310)는 몰드 설비의 3차원 형상 및 몰드 설비의 움직임을 표현한다. 가상설비 시뮬레이터(320)는 3D 프리젠테이션부(310)에 의하여 표현된 몰드 설비로부터 측정값을 입력받아 센서 정보, 시뮬레이션 정보 및 유체 해석 정보를 생성하여 가상설비 뷰어(330)에 제공한다.
가상설비 뷰어(330)는 가상설비 시뮬레이터(320)로부터 제공된 센서 정보, 시뮬레이션 정보 및 유체 해석 정보를 이용하여, 도 9에 도시된 바와 같이, 몰드 설비의 3차원 형상, 움직임 및 유체의 형상, 속성을 하나의 영상으로 표현한다.
상기에서는 본 출원의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 출원의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 출원을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (9)

  1. 가상설비를 제어하는 가상 PLC를 시뮬레이션하여 상기 가상설비에 대한 제어 정보를 생성하는 가상설비 제어 서버;
    상기 제어 정보를 수신하면, 상기 수신된 제어 정보를 기초로 상기 가상설비의 움직임을 시뮬레이션하고, 상기 가상설비의 움직임을 센싱하여 센서 정보를 생성하며, 상기 센서 정보를 기초로 상기 가상설비에 의해 생산되는 유체의 형상 및 속성을 해석하여 유체 해석 정보를 생성하며, 상기 센서 정보 및 유체 해석 정보를 상기 가상설비의 형상에 반영하여 3차원으로 표현하는 가상설비 서버; 및
    상기 가상설비 제어 서버와 가상설비 서버 사이의 데이터 통신을 지원하는 공유서버를 포함하는 제조설비 시뮬레이션 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 가상설비 제어 서버는,
    상기 가상설비 서버와의 동기화를 위하여 동기화 플래그를 발생하는 동기화부를 포함하는 것을 특징으로 하는 제조설비 시뮬레이션 시스템.
  3. 제1항에 있어서, 상기 가상설비 제어 서버는,
    상기 공유 서버를 통해 가상설비 서버로부터 센서 정보를 수신하면, 상기 수신된 센서 정보에 따라 상기 가상설비에 대한 동작을 지시하는 제어 정보를 생성하는 가상설비 제어기를 포함하는 것을 특징으로 하는 제조설비 시뮬레이션 시스템.
  4. 제1항에 있어서, 상기 가상설비 서버는,
    상기 가상설비의 형상 및 움직임을 시뮬레이션하는 3D 프리젠테이션부를 포함하는 것을 특징으로 하는 제조설비 시뮬레이션 시스템.
  5. 제4항에 있어서, 상기 가상설비 서버는,
    상기 가상설비를 구동하는 구동기를 모사한 가상 구동기 시뮬레이터, 상기 가상설비의 움직임을 센싱하는 센서를 모사한 가상센서 시뮬레이터를 포함하는 가상설비 시뮬레이터를 포함하는 것을 특징으로 하는 제조설비 시뮬레이션 시스템.
  6. 제5항에 있어서, 상기 가상 구동기 시뮬레이터는,
    상기 제어 정보가 수신되면, 상기 제어 정보를 상기 구동기에 대한 동작 정보로 변환하여 상기 3D 프리젠테이션부에 제공하고,
    상기 구동기에 대한 동작 정보는 속도, 가속도 및 방향 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 제조설비 시뮬레이션 시스템.
  7. 제5항에 있어서, 상기 가상센서 시뮬레이터는,
    상기 3D 프리젠테이션부로부터 상기 가상설비의 움직임에 따른 측정값이 입력되면, 상기 입력된 측정값을 상기 센서에 대한 센서 정보로 변환하여 상기 가상설비 제어 서버로 제공하는 것을 특징으로 하는 제조설비 시뮬레이션 시스템.
  8. 제7항에 있어서, 상기 가상설비 시뮬레이터는,
    상기 센서 정보를 이용하여 상기 가상설비에 의해 생산되는 유체의 형상 및 속성을 해석하여 유체 해석 정보를 생성하는 유체 해석부를 더 포함하고,
    상기 유체의 형상은 상기 유체의 온도분포 및 유동 중 적어도 하나를 포함하고, 상기 유체의 속성은 상기 유체의 강도, 유동 속도 및 점성 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 제조설비 시뮬레이션 시스템.
  9. 제1항에 있어서, 상기 가상설비 서버는,
    상기 가상설비의 형상, 움직임 및 상기 가상설비에 의해 생산되는 유체의 형상 및 속성을 3차원으로 가상화하여 화면에 출력하는 가상설비 뷰어를 포함하는 것을 특징으로 하는 제조설비 시뮬레이션 시스템.
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KR102594885B1 (ko) * 2023-07-13 2023-10-27 주식회사 지인테크 3d공간의 원격제어 기능 도입 시스템

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