KR20200047951A - 안전한 생산자원 수집 및 제어 시스템 - Google Patents

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Abstract

사물인터넷 기반의 생산정보를 수집하고 생산성 향상을 위한 분석정보를 제공하는 시스템이다. 본 발명의 실시예에 따른 안전한 생산자원 수집 및 모니터링 시스템은, 생산설비에 직접 부착하거나 인접하여 설치된 센서로부터 생산설비의 생산정보와 환경정보 등을 수집하고, 수집된 센서정보를 안전하게 전달하기 위하여 통신 구간 암호화를 수행하며, 센서별, 기기별, 서비스별로 생산성향상을 위한 예측정보를 분석하고, 저장된 데이터를 분류 및 모니터링, 그리고 특정 모듈에 대한 제어 신호를 전달하는 서버를 포함한다. 이에 의해, 생산성을 향상시키고 산업설비의 상태를 파악할 수 있게 된다.

Description

안전한 생산자원 수집 및 제어 시스템{Secure resource collection and control system}
본 발명은 스마트 팩토리 네트워크 구성에서 사물인터넷 센서 모듈과 이를 중계하는 신뢰된 중계장치와의 안전한 세션 연결 및 데이터 교환을 위한 것으로, 보다 구체적으로는, 생산현장에서 발생되는 다양한 아날로그 신호를 사물인터넷 센서를 이용하여 수집하는 신호수집장치와 이 장치들을 연결하고 관리하며, 신뢰할 수 있는 중계장치와 oneM2M 기반의 사물인터넷 공통플랫폼을 활용한 통합 관리 시스템으로 구성된 안전한 생산설비 신호 수집 및 제어 시스템에 관한 것이다.
오늘날 대부분의 중소형 제조 생산업체들은 생산 공정에서 사용되는 수많은 데이터는 해당 생산품의 품질과 매우 밀접한 연관성을 가지지만 생산정보 통합 관리의 어려움과 담당자들의 불편함으로 인하여 많은 기업들이 기존 방법인 작업일지와 같은 수기에 의한 생산정보 기재 및 확인에 그치고 있다. 이러한 수기에 의한 생산정보 수집은 향후 데이터 관리의 불편함과 데이터 활용 등 다양한 처리가 어려워진다. 또한, 일률적인 공정 내에서도 숙련공들의 기술적 정도와 근로자 개인의 컨디션에 따른 생산품의 품질 차이가 발생하고, 향후 불량 발생에 대한 원인 추적 등이 어려워진다.
기존 생산 공정에서 사용되는 생산정보들을 살펴보면, 중소형 제조기업은 대부분 다품종 소량생산으로 짧게는 수 시간에서 길게는 수 일 단위로 생산정보 및 제조 공정의 빈번한 변경과 동일한 제품 생산에 사용되는 생산정보들도 해당 작업자 작업자의 숙련도에 의해 달리 적용되고, 이로 인한 상이한 품질의 제품이 생산되는 경우가 많다. 이러한 다양한 이유로 최근 제조 현장의 일정한 품질의 생산품을 생산하기 위하여 생산정보의 정규화와 작업 현장에서의 생산정보 입력 시스템 등 생산정보 관리 시스템의 필요성이 증가하고 있다.
이러한 지역 중소형 제조 기업들의 현안 문제를 해결하기 위해서 생산 현장에서 적용 가능한 생산정보 데이터를 기반으로 스마트 팩토리 정보관리시스템이 필요하다. 이 시스템을 통하여 생산현장에 산재한 생산정보를 수집 및 저장하고, 이를 각각의 해당 관계자들에게 웹/앱 등의 서비스를 통하여 정보를 전달하고 모니터링 하며, 필요에 따라 생산 현장에 제조 데이터 전달과 제어 명령을 수행할 수 있다. 그리고 수집된 현장 데이터를 기반으로 생산정보를 분석하고, 향후 생산공정에 활용할 수 있는 정보관리시스템에서 수집된 데이터를 이용한다.
이와 같이 다양한 생산현장 내의 사물인터넷 환경에서 생선설비 정보를 수집, 공유하고 활용하기 위한 중소기업용 제조데이터 수집 플랫폼이 필요하며, 생산설비의 생산정보 수집 및 생산정보 분석 시스템 연동이 필요하지만 기존의 생산자원 수집시스템이나 전사적 자원관리 시스템과 같이 단일 데이터 수집만 취하고 이를 활용한 생산정보 분석 시스템과의 연동이 어려운 문제가 있다.
또한 사물인터넷 플랫폼과 같이 생산설비 내에 산재된 센서를 통합하여 관리하는 스마트 팩토리 플랫폼의 부재로 제조 데이터의 원활한 수집 및 생산설비의 원격 제어를 위한 안전한 통신 채널 구성이 어렵다.
본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 생산설비로부터 제조 데이터를 수집하고 전달하는 제조데이터 수집장치와 이를 취합하고 서버로 전달하는 중계장치를 이용하여 센서와 서버 간의 안전한 채널을 구성하여 안전한 통신을 가능하게 하며, 중계장치에서 낮은 사양의 수집장치에서 수행해야 할 복잡한 연산을 대신 수행하는 개방형 구조의 제조데이터 중계 시스템 및 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시 예에 따른, 안전한 생산정보 수집 시스템은, 각기 다른 생산현장에 설치되어 온도, 습도, 진동 등의 제조데이터들을 수집하는 사물인터넷 센서 노드(10)들; 상기 센서 노드들과 하기 서버를 중계하고 안전한 통신 경로를 구성하는 통합 게이트웨이(20); 및 상기 게이트웨이를 통해 상기 사물인터넷 센서 노드들로부터 수신되는 온도, 습도, 진동 등의 정보들을 실시간으로 저장하고 분석하는 서버(30);를 포함하며, 보안기반 통합 게이트웨이는 사물인터넷 센서 노드와의 초기 비밀키를 등록하고, 등록된 키로부터 패킷의 데이터 부분을 암호화하여 전송한 데이터를 복호화하고 분류하여 서버로 전달하면, 상기 분석 서버에서 수집되고 분류된 정보를 이용하여 기계상태 등의 응용서비스를 제공하는 것을 특징으로 한다.
이때, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 생산설비의 기계상태정보 수집을 위한 제조데이터 수집과 분석은 통합 게이트웨이로부터 등록 시, 발급된 비밀키를 기반으로 안전하게 암호화하고, 해당 암호화된 데이터는 통합 게이트웨이를 통하여 전달되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 산업 현장에서의 원격 제어를 위한 제어 데이터 전달에 있어서, 통합 게이트웨이는 종단 센서노드 관리를 수행하고, 서버로부터 전달받은 사용자 전달 명령어를 관리 대상 사물인터넷 센서노드에게 안전하게 제어 명령을 전달하는 것을 특징으로 한다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 사물인터넷 센서 정보 전달 시스템에서 센서모듈과 통합 게이트웨이 간 분배된 비밀키에 의해 안전하게 암호화하여 송수신 함으로써, 사물인터넷 네트워크 구간의 안전성을 제공하고, 통합 게이트웨이를 이용한 센서들의 통합관리와 안전한 센서노드 제어 프로토콜을 구성할 수 있게 된다.
또한, 다양한 사물인터넷 센서를 사용하여 산업 설비의 상태를 확인하고, 특정 센서를 제어 가능함으로써, 안전한 제조데이터 수집과 제어 서비스 제공과 경제적인 비용으로 우수한 효과를 달성할 수 있는 이점이 있다.
뿐만 아니라, 센서 정보들을 실시간으로 공통플랫폼 서버에 저장하여, 이상 상태 발생시 이를 파악할 수 있게 된다. 아울러, 다수의 센서들로 산업설비 전 영역에 걸친 모니터링이 가능하므로, 연관 관계 등을 생성하여 산업설비의 효율적인 관리와 생산성 향상을 위한 분석 정보로 활용할 수도 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 안전한 센서데이터 수집 및 저장 시스템을 도시한 도면,
도 2는 통합게이트웨이와 통합 센서의 기능을 도시한 도면이다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명에 의한 사물인터넷 기반 센서 플랫폼을 이용한 안전한 생산자원 수집 시스템을 나타낸 도면으로서, 생산현장 내에 설치된 다양한 센서정보를 수집하고, 이를 안전하게 서버로 전송하고, 사용자에게 수집된 정보와 분석된 정보를 알려주는 시스템이다.
본 실시예에 따른 생산정보 전달 시스템은, 도 1에 도시된 바와 같이, 센서 수집보드(10), 사무인터넷 기반의 통합 게이트웨이(20), 그리고 생산정보를 저장하고 분석하는 통합 서버(30)와 이를 이용한 사용자 앱 등으로 연결되어 구축된다.
센서 수집보드(10)는 생산설비의 각기 다른 위치에 설치되어 기기의 상태정보를 수집하고, 생산설비 외부 환경을 수집하기 위해 생산설비와 떨어진 공간에 설치되는 센서를 포함하고 있다.
여기서 센서에서 수집된 정보는 통합 게이트웨이에서 내려받아 저장한 디바이스 키를 이용하여 통신구간 암호화되어 통합 게이트웨이(20)로 전달한다.
전달된 암호화 데이터를 통합 게이트웨이에서 복호화하여 분류하고, 센서별로 구분된 데이터베이스에 저장된다.
도 2는 센서노드에서 수집된 다양한 제조데이터를 통신구간 암호화를 수행하고 사용자에게 수집된 데이터를 가공하고 전달하기 위한 통합게이트웨이(20)와 통합 서버(30)의 내부 기능과 서비스 연동을 위한 구조를 도시한 도면이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 통합 게이트웨이는 센서 데이터 수집을 위하여 HTTP와 MQTT 통신 프로토콜을 이용하고 이를 Node.js 기반의 사물인터넷 통신 프로토콜을 이용하여 디바이스 등록, 키 생성, 암호화, 센서 제어를 수행한다.
또한, 공통 서버는 oneM2M 플랫폼을 기반으로 하여 데이터를 센서별 저장 및 관리를 수행하고, 주기적인 데이터 구독과 사용자에 의한 특정 센서에 통지하기 위한 서비스를 수행한다.
게이트웨이에서 구독된 센서 데이터를 센서별 지정된 데이터베이스에 저장되고, 주기적으로 센서데이터를 분류하고 분석한다.
연결된 센서 제어를 위하여 통지 서비스가 수행되며, 센서 제어를 위하여 제어 리소스에 제어 값을 실어서 보내고, 게이트웨이에서 이를 해당 센서 모듈에 데이터를 전송하여 동작하게 한다.
10 : 센서가 연결된 센서 수집 모듈
20 : 사물인터넷 통합 게이트웨이
30: 사물인터넷 플랫폼 기반의 통합 서버

Claims (2)

  1. 생산설비에 부착되거나 주변에 설치된 센서로부터 정보를 생성하고 처리하는 수집모듈들; 센서 모듈을 관리하고 암호화를 수행하는 통합 게이트웨이; 및 상기 게이트웨이에 의해 수집된 데이터를 센서별로 분류된 데이터베이스에 저장하고 분석하는 통합 서버;를 포함하는 것을 특징으로 하고,
    상기 수집된 정보를 통합 게이트웨이에서 내려받은 암호화 키를 이용하여 통신 구간 암호화하여 센서데이터를 전달하고, 전달된 데이를 게이트웨이에서 분류하여 통합 서버 내 센서별로 분류된 데이터베이스에 저장하며,
    상기 저장된 데이터를 센서별, 생산설비별, 제공 서비스별로 분석을 수행하고, 분석된 결과를 통합하여 생산공정을 예측하는 시스템
  2. 제 1항애 있어서,
    상기 서버는,
    사용자에 의해 제어 명령을 전달받고, 이를 센서모듈에 전달하여 요구된 제어를 수행하기 위하여, 게이트웨이에 제어 신호를 전달하고,
    전달된 제어 신호를 지정된 제어 모듈에서만 동작하기 위하여 제어신호를 암호화하고 이를 해당 센서 모듈에 전달하는 시스템
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