KR20200065475A - 관리-셸을 이용한 모듈 조합형 자동화 공정장비 관리 방법 - Google Patents
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Abstract
관리-셸을 이용한 모듈 조합형 자동화 공정장비 관리 방법이 제공된다. 본 발명의 실시예에 따른 관리-셸 기반 공정장비 관리 방법은, 공정 장비들의 정보들을 관리-셸들로 표현하고, 관리-셸들을 이용하여 공정 장비들에 접속하고 통신하며, 관리-셸은 관리-셸 헤더와 관리-셸 바디를 포함하고, 관리-셸 헤더는 공정 장비의 Asset ID 및 관리-셸 ID를 포함하며, 관리-셸 바디는 공정 장비의 Hardware Configuration 정보, Operating Data 및 Management Data를 포함한다. 이에 의해, 정보 모델 표준화를 통한 초기 엔지니어링 및 시운전을 위한 노동력 및 시간 감축이 가능하고, 제조라인의 유연성을 확대하여 제조사 독립적인 상호운용을 가능하게 하며, 기존 산업 솔루션 영역을 넘어 다양한 서비스 플랫폼과의 확장 연계가 가능해진다.
Description
본 발명은 스마트 팩토리 관련 기술에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 상호운용 등을 위해 스마트 팩토리의 모듈 조합형 자동화 공정장비(CNC, Conveyor, PLC, RFID 등)에 대한 정보를 관리하는 방법에 관한 것이다.
기존 공장의 제조라인은 초기 Engineering 단계 및 실제 Operating 단계에서 Device와 Device 간, Device와 공장의 각종 Software 솔루션(MES, SCADA, Engineering Tool등)과의 통신 구성 및 Node 정보의 Matching 과정에서 많은 노동력과 시간이 소요되며 이는 공장 운영측면에서 큰 비용 손실을 초례하는 요소이다.
궁극적인 원인으로는 첫째, 표준 통신프로토콜의 부재에 있다. 현재 공장 내부에는 산재된 통신 매개체(Ethernet, RS485, RS232 등)와 프로토콜(Profinet, CClink, EtherCat, ModbusTCP/RTU 등)의 사용되고 있으며 서로 상이한 통신 프로토콜을 사용하는 다양한 제조사의 Hardware/Software가 혼용되어 사용되어야 하는 공장 환경에서는 프로토콜 변환 및 Matching을 위한 별도의 Engineering 작업이 필요한 실정이다.
둘째, 통신프로토콜의 비표준화 뿐 아니라 정보 모델의 비표준화로 인하여 공장 내 각 Asset의 Capability, Node information 등 정보의 의미론적 관점에서 Matching 작업이 필요한 상황이다.
이러한 원인은 제품의 전 생산 주기(Manufacturing Life Cycle) 과정에서 초기 설계 및 Engineering에서부터 제품 생산 및 서비스에 이르는 과정에 이르기까지의 자산(Asset) 간 정보의 교환을 위해, 또한 공장 내 Device 간, Device(PLC, Sensor 등)와 IT Solution(MES, SCADA 등)간 정보의 교환을 위해 수동 Engineering 작업(노동력, 작업시간) 발생을 초례하고 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은, 공장 내 모듈형 공정 장비, 나아가 공정 디바이스 및 설비(통칭 OT)의 상호운용 및 다양한 IT 솔루션과의 Plug&Works를 위한 정보 모델인 관리-셸(Administration Shell)을 이용한 공정장비 관리 방법을 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른, 관리-셸 기반 공정장비 관리 방법은, 제1 서버들이, 공정 장비들의 정보들을 관리-셸들로 표현하는 단계; 제2 서버가, 제1 서버들에 의해 표현된 관리-셸들을 이용하여 공정 장비들에 접속하고 통신하는 단계;를 포함하고, 관리-셸은, 관리-셸 헤더와 관리-셸 바디를 포함하고, 관리-셸 헤더는, 공정 장비의 Asset ID 및 관리-셸 ID를 포함하며, 관리-셸 바디는, 공정 장비의 Hardware Configuration 정보, Operating Data 및 Management Data를 포함한다.
그리고, 관리-셸은, 공정 장비들 간 상호 운용, 공정 장비와 상위 애플리케이션 간 상호 운용, 상위 애플리케이션들 간 상호 운용을 위한 정보 체계를 갖을 수 있다.
제2 서버는, 제1 서버들에 의해 표현된 관리-셸들을 이용하여 생성될 수 있다.
제2 서버는, 관리-셸들로부터 Node 정보를 추출하고, 추출한 Node 정보를 참조로 공정 장비의 데이터를 획득하고, 획득한 데이터를 다른 공정 장비의 데이터와 교환할 수 있다.
제2 서버는, 획득한 데이터를 상위 애플리케이션에 전달할 수 있다.
공정 장비의 Asset ID는, OPC UA Node 규격에 따라 할당되고, 이름, 속성, 공정 정보를 포함하고, 관리-셸 ID는, OPC UA Node 규격에 따라 할당되고, 제조사 고유 코드 형태로 표현될 수 있다.
Hardware Configuration 정보는, 물리적 Configuration 기준의 Topology Structure, 통신 Port와 IO Signal에 대한 속성 정보를 포함할 수 있다.
Operating Data 정보는, 공정, line, Station, Sub station, 기능, 역할 정보를 포함할 수 있다.
Management Data 정보는, 상위 애플리케이션과 연동을 위한 데이터를 포함할 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 실시예에 따른, 관리-셸 기반 공장 관리 시스템은, 공정 장비들의 정보들을 관리-셸들로 표현하는 제1 서버들; 제1 서버들에 의해 표현된 관리-셸들을 이용하여 공정 장비들에 접속하고 통신하는 제2 서버;를 포함하고, 관리-셸은, 관리-셸 헤더와 관리-셸 바디를 포함하고, 관리-셸 헤더는, 공정 장비의 Asset ID 및 관리-셸 ID를 포함하며, 관리-셸 바디는, 공정 장비의 Hardware Configuration 정보, Operating Data 및 Management Data를 포함한다.
한편, 본 발명의 다른 실시예에 따른, 관리-셸 기반 공정장비 관리 방법은, 제1 서버들이, 공정 장비들의 정보들을 획득하는 단계; 및 제1 서버들이, 수집한 공정 장비들의 정보들을 관리-셸들로 표현하는 단계;를 포함하고, 관리-셸은, 관리-셸 헤더와 관리-셸 바디를 포함하고, 관리-셸 헤더는, 공정 장비의 Asset ID 및 관리-셸 ID를 포함하며, 관리-셸 바디는, 공정 장비의 Hardware Configuration 정보, Operating Data 및 Management Data를 포함한다.
한편, 본 발명의 다른 실시예에 따른, 관리-셸 기반 공장 관리 시스템은, 공정 장비들의 정보들을 관리-셸들로 표현하는 제1 서버들;을 포함하고, 관리-셸은, 관리-셸 헤더와 관리-셸 바디를 포함하고, 관리-셸 헤더는, 공정 장비의 Asset ID 및 관리-셸 ID를 포함하며, 관리-셸 바디는, 공정 장비의 Hardware Configuration 정보, Operating Data 및 Management Data를 포함한다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 실시예들에 따르면, 정보 모델 표준화를 통한 초기 엔지니어링 및 시운전을 위한 노동력 및 시간 감축이 가능하고, 제조라인의 유연성을 확대하여 제조사 독립적인 상호운용을 가능하게 하며, 기존 산업 솔루션 영역을 넘어 다양한 서비스 플랫폼과의 확장 연계가 가능해진다.
도 1은 IEC62541(OPC UA) 아키텍쳐,
도 2는 IEC62714 아키텍처(IEC62714 Whitepaper),
도 3은 CAEX 개념(IEC62714 Whitepaper),
도 4는 관리-셸(Administration Shell)의 개념,
도 5는 관리-셸을 통한 상호운용의 개념,
도 6은 관리-셸의 일반적인 구조의 개념도,
도 7은 AML을 통한 관리-셸 구현 예,
도 8은 관리-셸 헤더 선언(좌) 및 상세 속성 값 지정(우),
도 9는 관리-셸 바디 중 Configuration 정보 및 상세 속성 값 지정,
도 10은 관리-셸 바디 중 Operating Data 및 상세 속성 값 지정,
도 11은 관리-셸 바디 중 Management 정보 및 상세 속성 값 지정,
도 12는 IEC62714 RoleClassLib,
도 13은 본 발명의 실시예가 적용가능한 자동화 공장의 구성도,
도 14에는 실제 구현된 Aggregation 서버의 구동 화면, 그리고,
도 15는 IoT 플랫폼과의 Data 연동 예를 나타낸 도면이다.
도 2는 IEC62714 아키텍처(IEC62714 Whitepaper),
도 3은 CAEX 개념(IEC62714 Whitepaper),
도 4는 관리-셸(Administration Shell)의 개념,
도 5는 관리-셸을 통한 상호운용의 개념,
도 6은 관리-셸의 일반적인 구조의 개념도,
도 7은 AML을 통한 관리-셸 구현 예,
도 8은 관리-셸 헤더 선언(좌) 및 상세 속성 값 지정(우),
도 9는 관리-셸 바디 중 Configuration 정보 및 상세 속성 값 지정,
도 10은 관리-셸 바디 중 Operating Data 및 상세 속성 값 지정,
도 11은 관리-셸 바디 중 Management 정보 및 상세 속성 값 지정,
도 12는 IEC62714 RoleClassLib,
도 13은 본 발명의 실시예가 적용가능한 자동화 공장의 구성도,
도 14에는 실제 구현된 Aggregation 서버의 구동 화면, 그리고,
도 15는 IoT 플랫폼과의 Data 연동 예를 나타낸 도면이다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.
본 발명의 실시예에서는, 공장 자산 간 표준화된 정보 모델과 표준 통신기술을 통하여 단순화된 엔지니어링 작업만으로 데이터를 교환하고, 특히 이기종 간의 연결성 및 상호운용이 가능하게 하는 기법을 제시한다.
가. 적용된 국제 표준규격
1. IEC62541 (OPC UA)
1) IEC62541(OPC UA) 아키텍쳐
OPC UA는 구성 요소, 응용 프로그램 및 기능 간의 수직 및 수평 연결을 지원하기 위한 규격으로, 산업 센서 및 액추에이터, 제어 시스템, MES(Manufacturing Execution Systems) 및 ERP(Enterprise Resource Planning) 시스템 등과 같은 모든 산업 영역의 구성 요소에 적용할 수 있음. OPC UA는 정보 교환 촉진을 위해 다음을 명시하고 있다.
- 구조, 행동 및 의미를 나타내는 정보 모델
- 응용 프로그램간에 상호 작용할 수있는 인터페이스 모델
- 엔드 포인트간에 데이터를 전송하는 통신 모델
- 시스템 간의 상호 운용성을 보장하기위한 적합성 모델
도 1은 IEC62541(OPC UA) 아키텍쳐를 나타낸 도면이다. 도 1에 도시된 바와 같이, OPC UA 시리즈는 다중 파트 사양으로 구성된다. 파트 1~7과 파트14는 OPC-UA의 핵심 기능을 지정하며 이러한 핵심 기능은 OPC AddressSpace의 구조와 이에 작동하는 서비스를 정의한다.
IEC 62541-14는 IEC 62541-4의 서비스에 의해 정의 된 클라이언트 서버 패턴 외에도 OPC-UA 게시 구독 패턴을 정의한다. 파트 8~11은 데이터 액세스(DA), 알람 및 이벤트(A&E) 및 히스토리 데이터 액세스(HDA)와 같은 별도의 OPC COM 사양에 의해 핵심 기능을 적용한다. IEC 62541-4는 OPC UA의 Discovery 메커니즘을 설명하고 IEC 62541-13은 데이터 집계 방법을 설명한다.
2) OPC UA, AutomationML 정보 모델의 가능성
OPC 통합 아키텍처 및 자동화 마크 업 언어 결합을 통해, AML과 OPC UA 요소 간의 매핑을 구현할 수 있다. 또한 AML은 특히 런타임 OPC UA 서버 또는 다른 런타임 통신 시스템 내에서 런타임 데이터 소스의 모델링을 가능하게하며, 이를 통해 관리 셸의 AML로 설명 된 데이터 모델과 OPC UA가 나타내는 관련 정보 모델 간의 공식적인 전환을 허용한다.
이를 통해 OPC UA를 통해 AML로 기술 된 데이터 모델을 의사 소통 및 운영할 수 있다. OPC UA는 여러 관리 쉘 간의 스마트 제조 상호운용 통신 요구 사항을 충족하며 따라서 AML은 OPC UA가 해당 도메인의 연결을 위한 것과 동일한 방식으로 스마트 제조 도메인에서 상호 운용성을 위한 중요한 원동력이 될 수 있다.
2. IEC62714(Automation ML)
1) IEC62714 AutomationML 개요
AutomationML(AML)은 IEC 62714에 표준화된 확장성, 개방성, 중립성 및 무료 데이터 교환 형식으로 이종 엔지니어링 도구 환경에서 데이터 교환을 지원하기 위한 XML 기반 표준기술이다. 일관된 방식으로 데이터 손실 없이 이기종 소프트웨어 툴 간에 엔지니어링 데이터를 전송할 수 있도록 지원한다. 도 2는 IEC62714 아키텍처(IEC62714 Whitepaper)를 나타낸 도면이다.
AML이 제공하는 메타 모델을 사용하면 생산 시스템 구조를 AutomationML 객체의 계층으로 모델링 할 수 있다. 외부 문서에 저장된 정보에 대한 참조뿐만 아니라 형상 및 기구학, 논리 데이터(동작 및 시퀀싱), 구동 데이터 및 AutomationML 객체 간의 관계를 포함할 수 있다. 이 객체 지향 패러다임을 따르면, 각 AutomationML 객체는 서로 다른 분야와 관련된 다른 의미를 가진 다른 정보를 통합할 수 있다.
CAEX는 AML의 최상위 형식이다. 도 3은 CAEX의 개념(IEC62714 Whitepaper)을 나타낸 도면이다. CAEX는 AML 객체가 InternalElements(IE)로 표시되는 다음 네 가지 개념으로 특징지어 진다.
- RoleClasses(RC)를 사용함으로써 AML 객체에 대한 의미론을 모델링 할 수 있으며 RoleClass는 기술적인 구현과 독립적인 물리적 또는 논리적 객체의 기능을 설명한다. 추상적인 방법으로, 그리고 제조자 독립적으로 객체를 지정할 수 있는 기능성을 제공하며 각 객체의 의미론은 RoleClass 라이브러리에 저장된다.
- InterfaceClasses(IC)를 사용하여 AML 객체의 인터페이스에 대한 의미를 모델링 할 수 있다. "인터페이스-클래스"는 기술적 구현과 독립적으로 물리적 객체 또는 논리적 객체의 관계 또는 문서에 대한 참조를 설명하며 인터페이스 클래스 라이브러리에 저장된다.
- SystemUnitClasses(SUC)를 사용하여 AML 객체의 유형 또는 템플릿을 모델링 할 수 있다. 객체의 유형, 템플릿은 시스템 단위 클래스 라이브러리에 저장된다.
- InstanceHierachy(IH)는 실제 프로젝트를 저장한다.
일관된 데이터 교환을 위하여 객체 식별 개념이 필수적임에 따라 AML이 제공하는 개념은 모든 객체가 UUID(범용 고유 식별자)를 가지며 객체가 존재하는 한 보관해야한다는 것을 규칙으로 한다. 이 ID 지속성을 통해 전체 라이프 사이클 동안 특정 AML 오브젝트를 식별할 수 있다.
외부 문서를 참조하는 AML 메커니즘을 사용하면 AML 객체에 추가 정보 를 통합할 수 있다. 따라서 문서 유형과 첨부 된 정보의 의미를 고유하게 식별하는 데 사용되는 인터페이스 클래스 및 역할 클래스의 특수 세트를 제공하여 참조 된 문서가 해당 내용에 대한 고유 한 식별 개념을 갖는 경우 참조 된 문서를 하위에 다시 참조 할 수도 있다. AML 메타 모델 외에도 사용할 수 있는 데이터 교환 형식에 대한 사양이 있으며, AML은 XML 기반 형식이므로 XML 암호화, XML 서명 또는 XML 직렬화와 같은 XML 관련 기능을 사용할 수 있다.
나. 관리-셸(Administration Shell) 개념
1. 관리-셸의 정의
관리-셸은 자산(Asset)의 표준화된 디지털 표현이며, 제조 시스템을 관리하는 응용 프로그램 및 자산 간의 상호운용을 위한 정보 모델이다. 도 4는 관리-셸(Administration Shell)의 개념을 도시한 도면이다. 도시된 바와 같이, 스마트 모듈화 장비는 물리적 자산과 논리적 디지털 정보로 구성된다. 즉, 관리-셸이 결합된 형태를 의미한다.
도 5는 관리-셸을 통한 상호운용의 개념을 도시한 도면이다. 도시된 바와 같이, 관리-셸은 공정 내 각각의 구성요수, 기계 또는 설비의 논리적 표현이자 표준화된 정보 모델이며 제조 수명 주기(Manufacturing life cycle) 전반에 걸친 상호운용, 공장 내 수직/수평적 통합을 위한 상호운용을 제공한다.
2. 관리-셸의 구조
다음의 요구사항을 적용하여 관리-셸의 일반적인 구조를 개발할 수 있다. 이는 자동화 및 ICT 기술 모두에 적용할 수 있는 표준 개념을 기반으로 해야 하며, 관련 스미트 제조 측면(수평적 통합, 수직적 통합, 엔지니어링 통합)에 관한 요구사항을 만족해야 한다.
- 관리-셸은 광범위한 기술 도메인의 속성을 포함 할 수 있어야 하고 어느 도메인에서 파생된 것인지 식별 할 수 있어야 한다.
- 각 관련 기술 도메인 내에서 정의를 찾는 경우, 표준, 컨소시엄 규격 및 제조업체 사양 세트의 요구 사항을 각각 충족하는 다양한 절차 모델을 허용해야 한다.
도 6은 관리-셸의 일반적인 구조의 개념도이다. 도시된 바와 같이, 관리-셸은 "헤더"와 "본문"으로 구성되며, "헤더"는 자산 및 관리-셸의 식별자 또는 고유 아이디를 제공하고, "본문"은 관리-셸 내부의 개별 서브 정보 모델을 포함한다.
각 하위 모델은 계층적 형태로 구성되며 각각의 속성(Property)과 기능 (Capability)를 가진다.
헤더(Header)는 자산의 산업분야 적용에 적합한 정보보안에 의해 안전하게 보호되어야 한다.
- 식별자(ID)에 대한 최소한의 정보를 포함하여 고유하게 식별
- 식별자는 정보 및 기능을 검색하기 위한 API의 루트 진입점 역할을 수행
- 자산의 유형(Hardware, Software, Component 등)을 표기
본문(Body)은 자산의 구동(Operating) 정보, 기능(Capability) 정보가 포함되며, 실제적인 정보의 운반자 역할을 수행한다.
관리-셸은 공장/플랜트, 생산라인, 스테이션, 제어 장치 및 현장 장치와 같은 공장의 모든 계층 구성요소의 가상화 표현이 될 수 있다.
상호운용을 위해 타 자산에 의해 정보 및 기능에 대해 일반적인 데이터 형식 및 액세스 방식이 가능해야 한다.
관리-셸을 활용한 서비스지향 API는 다음을 포함하여 외부에 서비스를 제공할 수 있다.
- 관리-셸 내의 정보 및 기능(Capability)
- 관리-셸과 자산의 Addressing 및 식별/검색 메커니즘
다. 실제 공장설비 적용을 위한 관리-셸 방법론
1. 본 발명의 실시예에 따른 공정장비 관리/상호운용 방법을 위한 관리-셸의 기능 정의
1) 수직/수평 연계를 위한 상호운용 : 공장 내 구성요소의 IT/OT 간 상호운용을 구현하기 위한 관리-셸
- 동일 시점(현 Operating 시점)에서의 Asset간 상호운용
- 표준 통신 프로토콜(IEC 62541) 및 정보 모델을 기반으로 한 제조사 독립적인 상호운용 구현
- 수평적 연계의 예: 머신 to 머신의 상호운용, 전력 스카다 to 구동 스카다의 상호운용
- 수직적 연계의 예: 머신 to MES의 상호운용
2) 제조 수명 주기(Manufacturing Life Cycle) 전반에 걸친 상호운용 : 제품 설계 및 생산 주문에서 최종 서비스까지의 상호운용
- 관리-셸을 통한 설계 단계에서 장비 구동 및 시운전까지의 상호운용
- 공정 구동 데이터의 관리 플랫폼 및 서비스 플랫폼까지의 상호운용
2. 본 발명의 실시예에 따른 공정장비 관리/상호운용 방법에서 이용할 관리-셸의 구조
① 관리-셸의 전체 구조(도 7 참조)
1) 관리-셸 헤더(Header)와 관리-셸 바디(Body)로 구성
2) 관리-셸 헤더는 고유 식별 ID를 구현
3) 관리-셸 바디는 아래와 같이 세 가지 Sub Item으로 구성
- 관리-셸 바디1(Body1): Hardware Configuration 정보
- 관리-셸 바디2(Body2): Operation Data
- 관리-셸 바디3(Body3): Management Data
4) 각 Element는 IEC62714에서 제공하는 RoleClass를 참조하여 Capability 및 상세 속성을 부여
② 관리-셸 헤더(도 8 참조)
1) 자산(Asset) 식별자 ID
- OPC UA Node 규격을 따름
- 자산의 고유 식별 번호 체계를 제조사 고유 코드 형태로 구현
- 식별자 ID의 포함 정보: Asset 이름, Asset속성, 공정 번호 등을 기업 고유체계로 구현
- ID의 Data Type은 unsigned_int32로써 0 ~ 4,294,967,295 범위로 표현
2) 관리-셸(Administration Shell) 식별자 ID
- OPC UA Node 규격을 따름
- 관리-셸 식별 번호 체계를 제조사 고유 코드 형태로 구현
- ID의 Data Type은 unsigned_int32 로써, 0~4,294,967,295 범위로 표현
③ 관리-셸 바디
1) 관리-셸 바디1(Body1): Hardware Configuration 정보(도 9 참조)
- PLC, Remote IO, Sensor, Actuator 등 물리적 Configuration 기준의 Topology Structure
- Device 별 통신 Port(RJ45, RS485, Fiber Optic등), IO Signal 등에 대한 상세 속성 정보(DC 24V input/output, Relay, 4~20mA Analog input/output 등) 등
- 본 정보를 통해 AML을 지원하는 공장 자동화 Engineering Tool 또는 CAD Tool 상호간의 Hardware configuration 정보 교환을 단순 Import작업만으로 적용 가능함.
- 각 Internal Element는 IEC62714에서 규정하는 RoleClass에 따라 해당하는 Role이 적용되어야 함(예: PLC는 Device, 하위 모듈은 DeviceItem, IO Signal은 Channel)
2) 관리-셸 바디2(Body2): Operating Data(도 10 참조)
- 논리적 Operating 기준의 Hierarchy/Structure
- 공정, line, Station, Sub station의 이름, 기능, 역할 (예: Pangyo Factory, AFB Line, Filling Station, Gripper)
- Operating을 위한 OPC UA Node정보 구현 (OPC UA 라이브러리 모델 참조)
- 본 정보를 통해 OPC UA를 활용하는 다양한 Application과의 제조사 독립적인 상호운용 및 통신 가능
3) 관리-셸 바디3(Body3): Management Data(도 11 참조)
- 제조 IT 솔루션 및 각종 서비스 플랫폼과의 연동을 위한 자산 관리 데이터
- 서비스를 위해 추가해야할 정보: 인증 및 Risk Assessment에 활용
- 설치 연월일, 제조사, 작업자, 가동누적시간, 정비 이력 등이 포함될 수 있음
- 그 밖에 현장 현황에 맞는 사용자 정의 OPC UA 데이터를 자유롭게 확장 생성 가능
4) IEC62714의 RoleClassLib(도 12 참조)
- 각 Element별 고유 역할은 RoleClassLib에서 참조되어야함.
- 사용자 정의 Role은 IEC62714를 통하여 공식 등록되어야함.
라. 본 발명의 실시예가 적용가능한 자동화 공정 시스템
1. Plug&Works 구현
1) Plug&Works의 구현 절차
도 13은 본 발명의 실시예가 적용가능한 자동화 공장의 구성도이다. 공장 내 공정장비(110)를 포함한 OT, IT 계층의 모든 자산은 표준화된 정보 모델(관리-셸, AML file)을 통하여 정보화 된다. OPC UA 서버들(120)이 제공하는 모델 정보들을 이용하여 Aggregation 서버(130)를 생성한다.
Aggregation 서버(130)는 모델 정보들을 AML-to-OPC UA Converter에 import하여 생성할 수 있으며, Aggregation Excution file을 실행하면 관리-셸에 등록된 자산에 자동 접속하여 통신할 수 있다.
공장은 기존 엔지니어링 방식인 수동 통신 설정 및 Node Matching 작업이 필요 없으며, 마치 USB Device를 PC에 장착하였을 때 Driver가 자동 설치되어 사용하는 것과 같이, 관리-셸을 통하여 Aggregation 서버(130)를 생성함으로써 자산 간 상호운용이 가능하다.
2. AML기반 관리-셸을 통한 Aggregation 서버 생성 및 구성 상세
1) 관리-셸로부터 OPC UA Node정보 Parsing
AML-to-OPC UA Converting 기술을 활용하여 AML 기반의 관리-셸로부터 OPC UA Node 정보를 추출한다.
2) AML-to-OPC UA Converter를 통하여 Aggregation 서버 생성
Parsing된 UA Node 정보를 참조로 생성된 Aggregation 서버(130)는, 공장 현장의 OPC UA 서버(120)를 내장한 Field Device(110)에서 값을 취합하여, 다른 Field Device(110)와 교환하거나, 상위 IT Solution 및 서비스 플랫폼(140)과의 연동을 위해, Middle Layer에 위치한다.
생성된 Aggregation 서버(130)는 exe파일 형태이며, PC 환경을 갖는 어떠한 Device에서도 운용할 수 있다. 도 14에는 실제 구현된 Aggregation 서버(130)의 구동 화면을 예시하였다.
3) 다양한 IT 솔루션과의 연동
Aggregation 서버(130)는 IoT 플랫폼, MS Azure, UA Expert 등 다양한 상용솔루션과의 상호운용이 가능하다. 도 15는 IoT 플랫폼과의 Data 연동 예를 나타낸 도면이다.
지금까지, 관리-셸을 이용한 모듈 조합형 자동화 공정장비 관리 방법에 대해 바람직한 실시예를 들어 상세히 설명하였다.
구체적으로, 본 발명의 실시예에서는, 장비 운영 및 관리를 위한 표준화된 정보 모델을 정의하고, 상호운용 통신 프로토콜인 IEC62541(OPC UA) 기반의 Node 정보를 포함하며. 전체적인 정보 모델은 IEC62714(AutomationML)을 기준으로 공장 내 자산(Asset)의 OT/OT 간 수평적 상호 운용 및 OT/IT 간 수직적 상호 운용을 가능하게 하는 관리-셸(Administration Shell)의 상세 정의를 위한 방법론을 제시하였다.
본 발명의 실시예에 따른 관리-셸 방법론은, 공장 내 Asset간의 표준화된 정보 모델을 구축하여 전 생산 주기(Manufacturing Life Cycle)에 걸쳐 수직/수평적 상호운용이 가능한 Plug&Works를 가능하게 한다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 관리-셸 방법론은,기존의 산재되어 있는 통신 프로토콜이 아닌, 글로벌 표준 통신기술이며 한국의 국가기술표준원, 독일의 Industry4.0 등 제조기술의 상호운용을 위한 표준 통신기술인 IEC62541(OPC UA)를 기반으로 한 모델링 방법론이다.
아울러, 본 발명의 실시예에 따른 관리-셸 방법론은, 기존 공장에 없었던 정보 모델을 제안하며 설비 엔지니어링 단계에서의 Configuration 정보의 교환, 설비 구동을 위한 Operating 정보의 교환, 설비 관리 및 서비스를 위한 Management 정보의 교환을 위한 구조를 갖는다.
이에 의해, 정보 모델 표준화를 통한 초기 엔지니어링 및 시운전을 위한 노동력 및 시간 감축이 가능하고, 제조라인의 유연성 확대를 통한 제조사 독립적인 상호운용이 가능해지며, 기존 산업 솔루션 영역을 넘어 다양한 서비스 플랫폼과의 확장 연계가 가능해진다.
한편, 본 실시예에 따른 장치와 방법의 기능을 수행하게 하는 컴퓨터 프로그램을 수록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에도 본 발명의 기술적 사상이 적용될 수 있음은 물론이다. 또한, 본 발명의 다양한 실시예에 따른 기술적 사상은 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 기록된 컴퓨터로 읽을 수 있는 코드 형태로 구현될 수도 있다. 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터에 의해 읽을 수 있고 데이터를 저장할 수 있는 어떤 데이터 저장 장치이더라도 가능하다. 예를 들어, 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피 디스크, 광디스크, 하드 디스크 드라이브, 등이 될 수 있음은 물론이다. 또한, 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 저장된 컴퓨터로 읽을 수 있는 코드 또는 프로그램은 컴퓨터간에 연결된 네트워크를 통해 전송될 수도 있다.
또한, 이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안될 것이다.
110 : Field Device
120 : OPC UA 서버
130 : Aggregation 서버
140 : Application
120 : OPC UA 서버
130 : Aggregation 서버
140 : Application
Claims (12)
- 제1 서버들이, 공정 장비들의 정보들을 관리-셸들로 표현하는 단계;
제2 서버가, 제1 서버들에 의해 표현된 관리-셸들을 이용하여 공정 장비들에 접속하고 통신하는 단계;를 포함하고,
관리-셸은,
관리-셸 헤더와 관리-셸 바디를 포함하고,
관리-셸 헤더는,
공정 장비의 Asset ID 및 관리-셸 ID를 포함하며,
관리-셸 바디는,
공정 장비의 Hardware Configuration 정보, Operating Data 및 Management Data를 포함하는 것을 특징으로 하는 관리-셸 기반 공정장비 관리 방법.
- 청구항 1에 있어서,
관리-셸은,
공정 장비들 간 상호 운용, 공정 장비와 상위 애플리케이션 간 상호 운용, 상위 애플리케이션들 간 상호 운용을 위한 정보 체계를 갖는 것을 특징으로 하는 관리-셸 기반 공정장비 관리 방법.
- 청구항 2에 있어서,
제2 서버는,
제1 서버들에 의해 표현된 관리-셸들을 이용하여 생성되는 것을 특징으로 하는 관리-셸 기반 공정장비 관리 방법.
- 청구항 3에 있어서,
제2 서버는,
관리-셸들로부터 Node 정보를 추출하고, 추출한 Node 정보를 참조로 공정 장비의 데이터를 획득하고, 획득한 데이터를 다른 공정 장비의 데이터와 교환하는 것을 특징으로 하는 관리-셸 기반 공정장비 관리 방법.
- 청구항 4에 있어서,
제2 서버는,
획득한 데이터를 상위 애플리케이션에 전달하는 것을 특징으로 하는 관리-셸 기반 공정장비 관리 방법.
- 청구항 1에 있어서,
공정 장비의 Asset ID는,
OPC UA Node 규격에 따라 할당되고, 이름, 속성, 공정 정보를 포함하고,
관리-셸 ID는,
OPC UA Node 규격에 따라 할당되고, 제조사 고유 코드 형태로 표현되는 것을 특징으로 하는 관리-셸 기반 공정장비 관리 방법.
- 청구항 1에 있어서,
Hardware Configuration 정보는,
물리적 Configuration 기준의 Topology Structure, 통신 Port와 IO Signal에 대한 속성 정보를 포함하는 것을 특징으로 하는 관리-셸 기반 공정장비 관리 방법.
- 청구항 1에 있어서,
Operating Data 정보는,
공정, line, Station, Sub station, 기능, 역할 정보를 포함하는 것을 특징으로 하는 관리-셸 기반 공정장비 관리 방법.
- 청구항 1에 있어서,
Management Data 정보는,
상위 애플리케이션과 연동을 위한 데이터를 포함하는 것을 특징으로 하는 관리-셸 기반 공정장비 관리 방법.
- 공정 장비들의 정보들을 관리-셸들로 표현하는 제1 서버들;
제1 서버들에 의해 표현된 관리-셸들을 이용하여 공정 장비들에 접속하고 통신하는 제2 서버;를 포함하고,
관리-셸은,
관리-셸 헤더와 관리-셸 바디를 포함하고,
관리-셸 헤더는,
공정 장비의 Asset ID 및 관리-셸 ID를 포함하며,
관리-셸 바디는,
공정 장비의 Hardware Configuration 정보, Operating Data 및 Management Data를 포함하는 것을 특징으로 하는 관리-셸 기반 공장 관리 시스템.
- 제1 서버들이, 공정 장비들의 정보들을 획득하는 단계; 및
제1 서버들이, 수집한 공정 장비들의 정보들을 관리-셸들로 표현하는 단계;를 포함하고,
관리-셸은,
관리-셸 헤더와 관리-셸 바디를 포함하고,
관리-셸 헤더는,
공정 장비의 Asset ID 및 관리-셸 ID를 포함하며,
관리-셸 바디는,
공정 장비의 Hardware Configuration 정보, Operating Data 및 Management Data를 포함하는 것을 특징으로 하는 관리-셸 기반 공정장비 관리 방법.
- 공정 장비들의 정보들을 관리-셸들로 표현하는 제1 서버들;을 포함하고,
관리-셸은,
관리-셸 헤더와 관리-셸 바디를 포함하고,
관리-셸 헤더는,
공정 장비의 Asset ID 및 관리-셸 ID를 포함하며,
관리-셸 바디는,
공정 장비의 Hardware Configuration 정보, Operating Data 및 Management Data를 포함하는 것을 특징으로 하는 관리-셸 기반 공장 관리 시스템.
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020180151995A KR20200065475A (ko) | 2018-11-30 | 2018-11-30 | 관리-셸을 이용한 모듈 조합형 자동화 공정장비 관리 방법 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020180151995A KR20200065475A (ko) | 2018-11-30 | 2018-11-30 | 관리-셸을 이용한 모듈 조합형 자동화 공정장비 관리 방법 |
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| KR20200065475A true KR20200065475A (ko) | 2020-06-09 |
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| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR20200065475A (ko) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR102267009B1 (ko) | 2020-07-17 | 2021-06-18 | (주)티케이에프 | IoT 기반의 금속 가공 장치 제어 방법, 장치 및 시스템 |
| KR20220094536A (ko) * | 2020-12-29 | 2022-07-06 | 한국전자기술연구원 | 스마트공장 자산의 OPC UA 표준 정보모델 기반 Aggregation Server 생성 방법 |
-
2018
- 2018-11-30 KR KR1020180151995A patent/KR20200065475A/ko not_active Application Discontinuation
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| KR20220094536A (ko) * | 2020-12-29 | 2022-07-06 | 한국전자기술연구원 | 스마트공장 자산의 OPC UA 표준 정보모델 기반 Aggregation Server 생성 방법 |
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