KR20200082766A - 스마트 팩토리 모니터링 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 스마트 팩토리 모니터링 시스템은 공장의 각종 설비에 장착되어 상이한 물성을 감지하기 위한 복수의 센서로 구성되고, 복수의 상기 센서 데이터의 통신 프로토콜을 통합 프로토콜로 변환하는 센서모듈; 복수의 상기 센서모듈을 구성하는 센서가 측정한 데이터에 대한 패턴 또는 트렌드 분석을 통해 통합관리하는 통합 관리 모듈; 상기 통합 관리 모듈이 분석한 패턴 또는 트렌드에 대한 데이터를 백업받아 관리하면서 외부기기의 요청에 따라 제공하는 관리서버; 및 상기 통합 관리 모듈 또는 관리서버와 연결되어 원격지에서 모니터링 가능한 관리자 단말기;를 포함하여 각 센서가 측정한 데이터에 대한 트렌드 분석 또는 패턴분석을 통해 장비의 이상 징후를 좀더 정확하게 검출할 수 있는 효과가 있다.

Description

스마트 팩토리 모니터링 시스템{MONITORING SYSTEM FOR SMART FACTORY}
본 발명은 스마트 팩토리 모니터링 시스템에 관한 것으로써, 더욱 상세하게는 공장에 설치된 다양한 장비 각각에 서로 다른 통신 프로토콜을 사용하는 다양한 종류의 센서를 부착하고, 상기 센서들이 감지한 센서 데이터를 통신 프로토콜을 통합 프로토콜로 변환하여 분석하고, 그 분석결과에 근거하여 각 설비 환경의 이상 징후를 판단할 수 있고, 또한 각 센서의 트렌드 분석 또는 패턴분석을 통해 장비의 이상 징후를 검출할 수 있는 스마트 팩토리 모티터링 시스템에 관한 것이다.
ICT 기술의 발전에 따라 최근 종래 공장들에서는 인력으로 수행이 불가능했던 업무부터, 인력으로 수행했던 업무까지 각종 센서 등으로 대체함으로써 공장을 좀 더 효율적으로 운용할 수 있도록 한 스마트 팩토리로의 전환이 진행되고 있다.
예를 들어, 산업 현장에서 설비를 보호하고, 시설물 현장의 작업자를 보호하기 위하여 유비쿼터스 센서 네트워크(USN: Ubiquitous Sensor Network) 또는 무선 센서 네트워크 시스템 기반의 시설물 관리 기술들이 보급화되고 있다.
무선 센서 네트워크 시스템은 설비 상태 또는 설비 환경을 감지하여 센서 데이터를 생성하는 복수 개의 센서 및 센서 데이터에 기반하여 설비를 원격 모니터링하는 원격 제어 장치를 포함한다.
한편, 최근 출시된 실내외 환경관련 요소의 측정이 가능한 센서는 각각의 독립적인 모듈로, 각 센서들에서 출력되는 데이터들의 인터페이스가 다르다.
이로 인해, 다양한 종류의 환경 데이터를 수집하기 위해서는 센싱장치에 맞는 여러가지 모듈을 사용할 수 밖에 없어서, 비용이 증가하고 센서 모듈의 통합을 최적화하기 위한 시간도 많이 발생되는 문제점이 있었다.
또한, 기존의 센서 장치는 특정의 설비의 대상과만 통신할 수 있도록 회로가 설계되어 있기 때문에, 이러한 경우에는 제어 계측 대상의 사물이 추가될 때, 그 추가된 사물들에 맞게 센서 장치를 재설계 및 개발을 해야 하는 문제점이 있었다.
또한, 근거리에 위치한 장치로, 센싱된 데이터를 전송하더라도, 외부간섭으로 인해 끊김현상이 자주 발생되어, 실시간 데이터전송이 어려운 문제점이 있었다.
또한, 센서는 중계 노드를 통하여 원격 제어 시스템과 통신하나, 중계 노드의 노후 또는 고장 등의 이유로 정상적으로 동작하지 않는 경우, 중계 노드에 속한 센서 장치와의 통신이 중단되는 문제점이 있었다.
따라서, 서로 다른 통신 프로토콜을 가지는 센서들의 센싱 데이터를 하나의 통신 프로토콜로 변환하여 제공하고, 그 센싱 데이터를 통해 산업 현장의 환경 또는 설비를 통합적으로 관리할 수 있는 기술 개발이 요구되고 있다.
또한, 센서가 감지하는 물성 값의 특성에 맞게 트렌드 분석과 패턴분석을 통해 좀 더 정확한 이상징후의 판단이 필요하다.
대한민국 공개특허공보 제10-2018-0077948호(2018.07.09)
상술한 문제점과 필요에 따라 본 발명은 공장에 설치된 다양한 장비 각각에 서로 다른 통신 프로토콜을 사용하는 다양한 종류의 센서를 부착하고, 상기 센서들이 감지한 센서 데이터를 통신 프로토콜을 통합 프로토콜로 변환하여 분석하고, 그 분석결과에 근거하여 각 설비 환경의 이상 징후를 판단할 수 있고, 또한 각 센서의 트렌드 분석 또는 패턴분석을 통해 장비의 이상 징후를 검출할 수 있는 스마트 팩토리 모티터링 시스템의 제공을 목적으로 한다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 스마트 팩토리 모니터링 시스템은 공장의 각종 설비에 장착되어 상이한 물성을 감지하기 위한 복수의 센서로 구성되고, 복수의 상기 센서 데이터의 통신 프로토콜을 통합 프로토콜로 변환하는 센서모듈; 복수의 상기 센서모듈을 구성하는 센서가 측정한 데이터에 대한 패턴 또는 트렌드 분석을 통해 통합관리하는 통합 관리 모듈; 상기 통합 관리 모듈이 분석한 패턴 또는 트렌드에 대한 데이터를 백업받아 관리하면서 외부기기의 요청에 따라 제공하는 관리서버; 및 상기 통합 관리 모듈 또는 관리서버와 연결되어 원격지에서 모니터링 가능한 관리자 단말기;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 스마트 팩토리 모니터링 시스템의 통합 관리 모듈은 상기 센서 또는 센서모듈을 등록 및 관리하는 센서 관리부; 상기 센서 또는 센서모듈로부터 센서데이터를 수신하거나, 분석한 데이터를 상기 관리서버 또는 관리자 단말기로 송신하는 통신부; 상기 센서 또는 센서모듈에 의한 센서데이터에 따라 이상 감지시, 상기 센서 또는 센서모듈이 부착된 설비에 이상을 문자, 영상, 소리, 램프, 소화기 작동 중, 어느 하나로 출력하는 출력부; 상기 센서 또는 센서모듈이 감지한 데이터를 패턴 또는 트렌드에 따라 DB화하여 저장관리하는 데이터베이스부; 상기 센서 또는 센서모듈이 측정한 데이터와 상기 데이터베이스부의 패턴에 따라 저장된 데이터를 비교분석하는 패턴 분석부; 및 상기 센서 또는 센서모듈이 측정한 데이터와 상기 데이터베이스부의 트렌드에 따라 저장된 데이터를 비교분석하는 트렌트 분석부; 및 상기 패턴 분석부에 의한 패턴과, 상기 트렌드 분석부에 의한 트렌드에 벗어나는 경우 상기 센서 또는 센서모듈이 부착된 장비의 동작을 제어하는 주제어부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 스마트 팩토리 모니터링 시스템의 데이터베이스부는 상기 센서 또는 센서모듈이 측정하는 측정값에 시간변수가 결합되어 특정주기로 측정값의 분포가 저장된 패턴DB; 및 상기 센서 또는 센서모듈이 측정하는 측정값 자체만의 분포가 저장된 트렌드DB;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 스마트 팩토리 모니터링 시스템의 주제어부는 상기 패턴 분석부의 패턴 분석결과, 상기 센서 또는 센서모듈이 측정한 값과 패턴DB에 저장된 패턴 데이터 값의 일치율에 따라 경고, 알람, 또는 장비의 동작 정지 중 어느 하나의 신호를 출력하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 스마트 팩토리 모니터링 시스템의 주제어부는 상기 트렌드 분석부의 트렌드 분석결과, 상기 센서 또는 센서모듈이 측정한 값과 상기 트렌드DB에 저장된 트렌드 데이터 값의 일치율에 따라 경고, 알람, 또는 장비의 동작정지 중 어느 하나의 신호를 출력하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 스마트 팩토리 모니터링 시스템은 각 센서가 측정한 데이터에 대한 트렌드 분석 또는 패턴분석을 통해 장비의 이상 징후를 좀더 정확하게 검출할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 팩토리 모니터링 시스템을 설명하기 위한 개념도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 팩토리 모니터링 시스템의 패턴 또는 트렌드 분석을 위한 그래프 도면이다.
도 3a는 상기 F220호기 전류 값 기록을 표시한 그래프 도면이고, 도 3b는 바이패스 공정에서 A 로그 값에 대한 확대 스코프 그래프 도면이며, 도 3c는 SMT 공정에서 A 로그 값에 대한 확대 스코프 그래프 도면이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면을 참조하여 상세하게 설명하도록 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.
제1, 제2, A, B 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급될 때에는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
명세서 및 청구범위 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 포함한다고 할때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 팩토리 모니터링 시스템을 설명하기 위한 개념도이다.
스마트 팩토리 모니터링 시스템은 산업 현장의 고장에 설치된 설비를 관리한다. 예컨대, 스마트 팩토리 모니터링 시스템은 공장의 자동화 설비를 포함하는 산업용 시설물과 환경을 관리할 수 있고, 전기, 가스, 태양열, 상하수도, 풍력 발전 등 에너지 설비를 포함하는 산업용 시설물과 환경을 관리할 수 있으며, 빌딩 및 홈 댁네 설비를 포함하는 일반용 시설물과 환경을 관리할 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 스마트 팩토리 모니터링 시스템은
복수의 센서(110)로 구성된 센서모듈(100), 통합 관리 모듈(200), 관리서버(300), 및 관리자 단말기(400)를 포함한다.
상기 센서(110)는 공장에 설치된 설비 또는 장비의 표면, 내부 또는 주변에 배치되어 온도, 습도, 압력, 가스, 화재, 피사체, 변형률, 기울기, 진동 등의 설비 환경을 감지한다. 이러한 센서(100)는 온도 센서, 조도 센서, 습도 센서, 누설 센서, 진동 센서, 지자기 센서 등의 다양한 센서들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 누설 센서의 경우, 설비가 설치된 현장에서 액체, 가스 등의 누설을 감지한다. 이러한 누설 센서는 예컨대, 필름형 또는 지능형 누설센서일 수 있다.
센서(110)는 해당 공간에서 감지된 센싱 데이터를 근거리 무선 통신 또는 유선 통신을 통해 상기 통합 관리 모듈(200)로 전송한다. 상기 센서(110)는 마이크로 프로세서를 포함하고 있어 센싱 데이터를 무선 혹은 유선으로 전송할 수 있다.
따라서 상기 센서(110)는 스마트 센서 또는 IoT Controller라 할 수 있다. 상기 센서(110)에 내장된 마이크로프로세서는 용도에 따라 전원없이 사용하는 간단한 것(Passive RFID)부터, 다수의 코어를 장착한 강력한 CPU(예, 쿼드코어)까지 다양한 다양하다.
복수의 상기 센서(110)를 포함하는 센서모듈(100)은 서로 통신 프로토콜이 다른 복수의 센서가 장착되도록 구성되며, 장착된 센서들을 통해 감지된 각 센서 데이터의 통신 프로토콜을 통합 프로토콜로 변환하여 통합 관리 장치(200)로 전송한다. 이때, 상기 센서(110)는 접촉 또는 비접촉식으로 센서모듈(100)에 연결될 수 있다.
상기 센서모듈(100)은 현장에 복수개 설치되어 센서 네트워크를 구성할 수 있으며, 접속된 센서 및 설비를 개별적 또는 통합적으로 제어할 수 있는 어플리케이션 (Application)이 저장될 수 있다.
상기 센서모듈(100)은 센서 및 설비를 플러그 형태로 교체나 추가가 가능한 구조이고, 센서 또는 설비의 교체 또는 추가 시 그 센서 또는 설비를 자동으로 인식한다. 이때, 상기 센서모듈(100)에 장착되는 센서는 센서일 수도 있으나, 센서가 아니여도 가능하다. 예컨대, 센서는 공장에 설치된 다양한 종류의 설비에 부착되어 각 설비의 온도를 센싱하는 온도센서, 압력을 센싱하는 압력센서, 설비의 진동을 센싱하는 진동센서, 조도를 센싱하는 조도센서, 누설을 센싱하는 누설센서 등일 수 있다.
또한, 상기 센서모듈(100)은 전원이나 배터리 전원 공급이 가능하게 구성된다.
또한, 상기 센서모듈(100)은 적어도 하나 이상의 센서와 통신부가 하나로 결합된 구조로서, 센서를 통해 측정된 센서 데이터를 통합 관리 모듈(200)에 전달한다. 따라서, 상기 센서모듈(100)은 장착된 복수의 센서가 감지한 센싱 데이터를 통합 관리 모듈(200)로 송신하고, 상기 통합 관리 모듈(200)은 수신한 센싱 데이터에 관련된 센서 연동의 응용 프로그램을 구동하여 각 센서의 작동을 제어하도록 하며, 각 센서의 작동상태 및 감지 대상물의 상태를 프로그램을 이용하여 디스플레이의 화면 컬러를 빨간색 또는 여러 가지 색상으로 표현하거나 스피커(미도시)를 통하여 소리로 나타내는 등 다양한 방법으로 경고하도록 할 수 있다.
또한, 상기 센서모듈(100)은 적어도 하나 이상의 액추에이터와 통신부가 결합된 구조로서, 상기 통합 관리 모듈(200)로부터 전달받은 메시지(즉, 제어신호)에 따라 해당 액추에이터(예 : 창문 제어, 팬(FAN), 물분사 제어, 햇빛가림 제어, 인공조명 제어, 공기 조성비 조절 제어, 물 조성비 조절 제어, 사운드 제어, 난방제어, 냉방 제어 등)를 제어할 수 있다.
또한, 상기 센서모듈(100)은 통합 관리 모듈(200)과의 네트워크 단절(즉, 통신 단절) 등의 긴급 상황에 대비하여 미리 저장된 알고리즘을 통한 제어가 가능하며, 관리자에 의한 제어(원격제어, 수동제어)도 가능하게 설계된다.
또한, 상기 센서모듈(100)은 유지 보수에 대비하여 자신의 상태 및 연결된 센서의 상태를 내부 메모리(미도시)에 지속적으로 저장 및 유지한다.
상기 센서모듈(100)은 인터페이스를 통해 센서모듈(100)에서 관리하는 해당 설비의 정보를 통신선 또는 전력선을 통해 수집할 수 있다. 여기에서 센서모듈(100)을 통하여 설비의 상태정보를 수집하는 것으로 설명하고 있으나, 설비에 별도로 설치된 센서로부터 측정된 상태정보를 직접 수신할 수도 있다.
상술한 센서모듈(100)은 여러 종류의 센서의 센싱 데이터를 분석할 수 있는 기능을 가지므로, 산업 현장, 광고시장, 의료분야, 교육분야, 가정, 재난방지가 요구되는 현장에서 저렴하고 간단하게 사용할 수 있는 솔루션을 제공할 수 있다.
즉, 가정에서 화재감시 및 알람, 가스누출 감지 및 알람, 온/습도 알림, 외부에서 실내 모니터링 기능 등에 활용하거나, 산업/공공현장에서 물체접근 인식, 충격 감시, 유리깨짐 인지, 침입자 감시, 재질(종이, 물, 철, 나무 등)을 인지하여 보고하는 시스템에 적용하거나, 또는 광고 분야에서 인터랙티브(interactive)한 터치 기능과 사용자 접근 시 동작하도록 센서 연동형 동작시스템에 적용하여 사운드 및 디스플레이 화면 컬러를 변화시키는 등 용이하고 저비용으로 광고 시스템을 구축하는 것이 가능하도록 한다.
본 발명은 다양한 IoT 서비스를 제공하기 위하여 센서(110)와 센서모듈(100) 사이에 센서 데이터를 효율적으로 송수신하기 위한 센서 데이터 패킷 형식을 제공하고, 이를 이용한 데이터 송수신 절차 및 방법을 제공한다. 이를 통하여 상기 센서모듈(100)에 접속하는 상기 센서(110)를 센서모듈(100)이 자동으로 인식하여 센서를 제어 및 관리할 수 있고, 센서의 종류 및 관리 정보를 사용자에게 제공할 수 있다.
상기 통합 관리 모듈(200)은 기 할당된 센서모듈(100)과 상기 센서모듈(100)에 포함된 센서(110)들을 관리 및 제어한다. 이때 통합 관리 모듈(200)에 의해 할당된 상기 센서모듈(100) 및 상기 센서모듈(100)에 포함된 센서(110)들은 동일한 건축물에 설치되는 것을 의미한다.
즉, 통합 관리 모듈(200)은 현장 내부 센서모듈들 및 센서들로부터 설비 및 환경 정보를 모니터링하며, 설비 및 환경 제어를 수행할 수 있다.
통합 관리 모듈(200)은 복수의 센서모듈(100)의 등록 및 관리를 지원하고, 복수의 센서모듈(100)로부터 통합 프로토콜로 센서 데이터를 수신 받는다.
통합 관리 모듈(200)은 관리자로부터 제어 명령을 수신하여 센서모듈(100) 또는 설비의 동작을 제어한다. 복수의 센서모듈(100)과 연결된 설비의 각각에 ID를 부여하고 복수의 센서모듈(100)로부터 통합 프로토콜로 변환된 센서 데이터를 수신하여 저장한다.
통합 관리 모듈(200)은 실시간으로 수집된 정보 및 정보 분석에 따른 모니터링 결과를 제공할 수 있다. 예를 들면, 통합 관리 모듈(200)은 실시간으로 수집된 설비에 대한 정보 및 수집된 센싱 데이터를 분석한 모니터링 결과를 출력할 수 있다.
또한, 통합 관리 모듈(200)은 실시간 데이터를 분석하여 설비 또는 장치의 고장을 사전에 예측할 수도 있다.
또한, 통합 관리 모듈(200)은 상기 센서모듈(100)로부터 통합 프로토콜로 변환된 센싱 데이터를 수신하고, 센싱 데이터를 분석하여 각 설비 환경의 이상 징후를 판단하며, 이상 징후로 판단된 설비의 구동을 제어한다. 또한, 통합 관리 모듈(200)은 센서로부터 센싱 데이터가 수신된 경우, 그 센싱 데이터의 통신 프로토콜을 통합 프로토콜로 변환하고, 그 변환된 센싱 데이터를 분석하여 각 설비 환경의 이상 징후를 판단할 수도 있다.
또한, 통합 관리 모듈(200)은 이상 징후 판단 시, 경보 메시지, 버저, 타워 램프 등의 경고 표시를 할 수 있다. 예를 들어, 누설 감지 정보가 기 설정된 기준값 이상인 경우, 통합 관리 장치는 해당 센서의 위치에 누설이 발생한 것으로 판단하여 경보 메시지, 버저, 타워 램프 등의 경고 표시를 할 수 있다.
또한, 통합 관리 모듈(200)은 기설정된 구성 정책에 기술된 무선 센서 네트워크의 토폴로지 구성 방식, 무선 센서 네트워크의 위치, 선정된 구성 정책의 정책 ID, 무선 채널 번호, 주파수 대역, 무선 센서 네트워크의 위치좌표, 무선 센서 네트워크의 범위 등의 관리 정보를 관리 테이블로 관리한다.
또한, 통합 관리 모듈(200)은 센서모듈들 및 센서들로부터 측정값을 전송받으면 전송받은 측정값을 분석하여 장애 여부를 판단하고, 장애가 발생되었다고 판단되면, 해당 센서모듈(100) 또는 센서(110)로 리셋 명령을 전송한다. 이때 측정값이란, 출력전류, 출력전압, 핑-데이터(Ping data) 등과 같이 센서모듈(100) 및 센서(110)에 장애가 발생되었는지를 판단할 수 있는 데이터로 정의된다.
통합 관리 모듈(200)로부터 리셋 명령을 수신한 상기 센서모듈(100) 또는 센서(110)는 자신을 리셋(재부팅) 시킴으로써 일시적인 부하로 인한 장애를 신속하게 해결할 수 있다.
또한, 통합 관리 모듈(200)은 복수의 센서 또는 센서모듈로부터 수신한 센싱 정보와 그 분석 결과를 통신망을 통해 DB 서버로 저장할 수 있다. 이때, 통합 관리 모듈(200)은 센서에 대한 정보, 센싱 데이터, 센싱 데이터 분석 결과 등의 포맷을 기설정된 일정한 포맷으로 변환하여 DB 서버에 저장할 수 있다. 예컨대, 통합 관리 모듈(200)은 POI(Poor Obfuscation Implementation)로 저장할 수 있다.
예를 들어, 통합 관리 모듈(200)은 센서모듈(100)로부터 수신한 디지털 신호를 분석하여 해당 현장의 누설 유무를 판단하거나 누설 위치를 검출할 수 있다.
상기 통합 관리 모듈(200)은 복수의 센서 또는 복수의 센서모듈과 센서 네트워크를 형성하면서 다채널 근거리 무선통신으로 연결시키고, 현장 설비의 고장진단체크데이터, 배터리체크데이터, 그리고, 현장 설비의 이벤트신호를 해당 현장의 관리자에게 송신시키며, 현장 설비의 상황에 적합한 IoT 환경을 지능적으로 제공하는 역할을 한다.
보다 구체적으로, 상기 통합 관리 모듈(200)은 센서 관리부(210), 통신부(220), 출력부(230), 주제어부(240), 패턴 분석부(250), 트렌트 분석부(260), 데이터베이스부(270), 및 디스플레이부(280)를 포함한다.
상기 센서 관리부(210)는 산업 현장에 설치된 복수의 센서(110) 및 설비에 설치된 센서를 주기적으로 탐색하여 탐색된 센서의 동작 여부 및 사용 권한 중 적어도 하나에 관한 정보를 획득할 수 있다.
또한, 센서 관리부(210)는 획득된 정보에 기초하여 센서의 동작 및 보안 상태 중 적어도 하나를 제어할 수 있다. 예를 들어, 센서 관리부(210)는 탐색된 센서(110)가 동작하지 않거나 오동작 한다는 정보를 획득하는 경우, 해당 현장에 설치된 복수의 센서 및 복수의 설비에 탑재된 센서의 설정을 초기화시키는 신호를 센서모듈(100)로 전송한다.
이를 통해 센서가 오프(off)되어 있는 상황에서 위험 상황이 발생되어 위험 상황을 적시에 파악하지 못하는 경우를 방지할 수 있다. 또한, 위험 상황에 대한 정확한 센싱이 이루어지지 않는 경우, 초기의 상태로 세팅되도록 설정함으로써, 센서가 올바른 센싱을 수행하도록 할 수 있다.
상기 센서 관리부(210)는 센서의 아이덴티티(identity)에 관한 정보를 지속적으로 업데이트하여 개체 인증(Entity Authentication) 또는 데이터 무결성(Data Integrity)과 같은 기능을 수행함으로써, 악의적인 의도로 접근하는 사용자 또는 디바이스의 연결시도를 방지할 수도 있다.
상기 통신부(220)는 상기 센서모듈(100) 또는 복수의 센서(110)로부터 센서 데이터를 수신한다. 통신부(220)는 근거리 무선 통신 또는 유선 통신을 통해 센서모듈(100)과 연결되며, 상기 센서모듈(100)에 포함된 센서(110)들의 센서 데이터를 수신한다.
또한, 상기 통신부(220)는 관리서버(300) 또는 관리자 단말기(400)와 연결되어 상기 통합 관리 모듈(200)에서 분석한 데이터를 전달한다.
상기 출력부(230)는 설비 환경의 이상 징후 시, 이상 징후 발생 정보를 문자, 소리, 램프, 소화기 작동 중 적어도 하나를 통해 현장 관리자가 인지할 수 있도록 출력한다.
이러한 출력부(230)는 문자 또는 영상을 상기 디스플레이부(280)를 통해 출력하고, 비상벨 또는 비상등을 도시되지 않은 스피커, 또는 램프 등을 통해 출력시킬 수 있다.
한편, 상기 설비 환경의 이상 징후시, 현장에 사람이 없는 경우, 상기 통신부(220)를 통해 상기 관지자가 소지한, 휴대폰, 태블릿 PC 등 관리자 단말기(400)로 전달할 수도 있다.
상기 패턴 분석부(250)는 상기 센서 관리부(210)와 연결된 센서모듈(100)의 센서(110)들 중 패턴 분석이 필요한 센서들에 대한 패턴을 분석하고, 상기 데이터베이스부(270)의 패턴DB(271)에 기저장된 패턴정보와 비교하여 해당 센서가 설치된 장비의 이상징후를 판단한다.
보다 구체적으로 상기 패턴 분석부(250)는 센서모듈(100)에 포함된 복수의 센서(110) 중, 특정한 패턴을 감지하는 센서의 패턴을 감지하여 기저장된 패턴정보와 상이한 경우 이상징후를 판단한다.
참고로, 이하의 예는 이천 하이닉스 반도체 PKG 공정에 사용되는 F219 장비와 F220 장비를 기준으로 패턴과 트렌드 분석을 설명한 것이다.
예를 들어, 특정 동작 공정상 Step Motor를 기준으로 전후의 Rail이 정렬되지 않아 Offset 동작이 있어 1초 미만의 Step Motor Current가 먹는 동작이 있다고 가정할 때, 로그 파일 상 1초 단위에서 1개씩 전류 값이 측정되는 경우, 상기 센서(110) 중 전류센서는 해당 초당 1회의 인가되는 전류값을 측정하여 그 패턴을 상기 패턴DB(271)에 저장한다.
이후, 상기 패턴 분석부(250)는 상기 전류센서가 측정하는 전류의 패턴과 상기 패턴DB(271)에 저장된 전류의 패턴을 비교분석한다.
상기 주제어부(240)는 상기 패턴 분석부(250)의 패턴 분석결과, 상기 전류센서가 측정하는 전류의 패턴과 상기 패턴DB(271)에 저장된 전류의 패턴에 불일치율이 5%이상 10%이하인 경우 경고, 10%이상 20%이하인 경우 알람, 20%이상인 경우 해당 센서가 장착된 장비의 동작을 정지시킨다.
상기 패턴 분석부(250)는 상기 센서 관리부(210)와 연결된 센서모듈(100)의 센서(110)들 중 패턴 분석이 필요한 센서들에 대한 패턴을 분석하고, 상기 데이터베이스부(270)의 패턴DB(271)에 기저장된 패턴정보와 비교하여 해당 센서가 설치된 장비의 이상징후를 판단한다.
한편, 상기 트렌드 분석부(260)는 센서모듈(100)에 포함된 복수의 센서(110) 중, 특정한 트렌드를 감지하는 센서의 트렌드를 감지하여 기저장된 트렌드정보와 상이한 경우 이상징후를 판단한다.
예를 들어, 특정 동작 공정상 F219호기에서 SMT를 진행할 경우와 아닐 경우로 나뉘며, 이때의 동작이 서로 상이하여 전류 값이 규칙적일 수도 있고 아닐 수도 있는데, F219호기에서 SMT를 진행할 경우 상기 트렌드 분석부(260)는 전류 값의 분포가 매우 조밀하게 나타나는 것으로 트렌드를 분석하고, F219호기에서 SMT를 진행하지 않을 경우는 PCB만 By Pass 시킴으로써 전류 값의 분포가 넓게 나타나는 것으로 트렌드를 분석하여 상기 트렌드DB(272)에 저장한다.
이후, 상기 트렌드 분석부(260)는 상기 전류센서가 측정하는 전류의 트렌드와 상기 트렌드DB(272)에 저장된 전류의 트렌드를 비교분석한다.
상기 주제어부(240)는 상기 트렌드 분석부(260)의 트렌드 분석결과, 상기 전류센서가 측정하는 전류의 패턴과 상기 트렌드DB(272)에 저장된 전류의 트렌드와 의 불일치율이 5%이상 10%이하인 경우 경고, 10%이상 20%이하인 경우 알람, 20%이상인 경우 해당 센서가 장착된 장비의 동작을 정지시킨다.
또한, 상기 주제어부(240)는 상기 패턴 분석부(250), 또는 상기 트렌드 분석부(260)의 분석 결과에 따라 도 2에 도시된 바와 같이 Step Motor의 1회 동작이 약 1.5~1.8초 사이에 동작하는 것으로 동작에 규칙성 보이나 데이터가 일정함을 유지하지 못하는 것으로 트렌드에 문제가 있는 것으로 판단하고 경고, 알람, 또는 장비의 동작을 정지시킨다.
반도체 PKG 공정에 사용되는 F220 장비동작에 대한 패턴과 트렌드 분석을 설명한 것이다.
상기 패턴 분석부(250)는 센서모듈(100)에 포함된 복수의 센서(110) 중, 특정한 패턴을 감지하는 센서의 패턴을 감지하여 기저장된 패턴정보와 상이한 경우 이상징후를 판단한다.
예를 들어, 특정 동작 공정상 Step Motor의 위치가 틀어졌을 경우 보정하기 위하여 1초 미만으로 불규칙하게 전류(Current)가 먹는 동작이 있을 때, 상기 센서(110) 중 전류센서는 로그 파일 상 1초 단위에서 1개씩 전류 값이 측정되는 경우 초당 1회의 인가되는 전류값을 측정하여 그 패턴을 상기 패턴DB(271)에 저장한다.
이후, 상기 패턴 분석부(250)는 상기 전류센서가 측정하는 전류의 패턴과 상기 패턴DB(271)에 저장된 전류의 패턴을 비교분석한다.
상기 주제어부(240)는 상기 패턴 분석부(250)의 패턴 분석결과, 상기 전류센서가 측정하는 전류의 패턴과 상기 패턴DB(271)에 저장된 전류의 패턴에 불일치율이 5%이상 10%이하인 경우 경고, 10%이상 20%이하인 경우 알람, 20%이상인 경우 해당 센서가 장착된 장비의 동작을 정지시킨다.
상기 패턴 분석부(250)는 상기 센서 관리부(210)와 연결된 센서모듈(100)의 센서(110)들 중 패턴 분석이 필요한 센서들에 대한 패턴을 분석하고, 상기 데이터베이스부(270)의 패턴DB(271)에 기저장된 패턴정보와 비교하여 해당 센서가 설치된 장비의 이상징후를 판단한다.
한편, 상기 트렌드 분석부(260)는 센서모듈(100)에 포함된 복수의 센서(110) 중, 특정한 트렌드를 감지하는 센서의 트렌드를 감지하여 기저장된 트렌드정보와 상이한 경우 이상징후를 판단한다.
예를 들어, Step Motor의 동작은 공정상 F219호기에서 SMT를 진행할 경우와 아닐 경우로 나뉘며, 이때의 동작이 서로 상이하여 전류 값이 규칙적일 수도 있고 아닐 수도 있는데. F219호기에서 SMT를 진행할 경우 상기 트렌드 분석부(260)는 PCB만 By Pass 시킴으로써 전류 값의 분포가 매우 넓게 나타나는 것으로 트렌드를 분석하고, F219호기에서 SMT를 진행하지 않을 경우는 F220호기에서 SMT를 진행함으로 전류 값의 분포가 조밀하게 나타나는 것으로 트렌드를 분석하여 상기 트렌드DB (272)에 저장한다.
이후, 상기 트렌드 분석부(260)는 상기 전류센서가 측정하는 전류의 트렌드와 상기 트렌드DB(272)에 저장된 전류의 트렌드를 비교분석한다.
상기 주제어부(240)는 상기 트렌드 분석부(260)의 트렌드 분석결과, 상기 전류센서가 측정하는 전류의 패턴과 상기 트렌드DB(272)에 저장된 전류의 트렌드와 의 불일치율이 5%이상 10%이하인 경우 경고, 10%이상 20%이하인 경우 알람, 20%이상인 경우 해당 센서가 장착된 장비의 동작을 정지시킨다.
또한, 상기 주제어부(240)는 상기 패턴 분석부(250), 또는 상기 트렌드 분석부(260)의 분석 결과에 따라 도 2에 도시된 바와 같이 Step Motor의 1회 동작이 약 1.5~1.8초 사이에 동작하는 것으로 동작에 규칙성 보이나 데이터가 일정함을 유지하지 못하는 것으로 트렌드에 문제가 있는 것으로 판단하고 경고, 알람, 또는 장비의 동작을 정지시킨다.
도 3a는 상기 F220호기 전류 값 기록을 표시한 그래프 도면이고, 도 3b는 바이패스 공정에서 A 로그 값에 대한 확대 스코프 그래프 도면이며, 도 3c는 SMT 공정에서 A 로그 값에 대한 확대 스코프 그래프 도면이다.
상기 주제어부(240)는 도 3b에 도시된 바와 같이 상기 트렌드 분석부(260)의 분석결과에 따라 A 로그 값에서 바이패스 공정에 대한 전류의 최소값 130, 최대값 200, 그리고 평균값을 152.1로 트렌드화하여 트렌드 DB(272)에 저장한다.
이후 상기 주제어부(240)는 전류센서가 측정한 바이패스 공정에서의 전류값에 따라 최소값, 최대값 똔느 평균값 트렌드를 벗어나는 경우 트렌드에 문제가 있는 것으로 판단하고, 해당 전류센서가 부착된 설비에 경고, 이상 알람, 장비의 동작을 정지시킨다.
또한, 상기 주제어부(240)는 도 3c에 도시된 바와 같이 상기 트렌드 분석부(260)의 분석결과에 따라 A 로그 값에서 SMT 공정에 대한 전류의 최소값 120, 최대값 210, 그리고 평균값을 173.25로 트렌드화하여 트렌드 DB(272)에 저장한다.
이후 상기 주제어부(240)는 전류센서가 측정한 SMT 공정에서의 전류값에 따라 최소값, 최대값 똔느 평균값 트렌드를 벗어나는 경우 트렌드에 문제가 있는 것으로 판단하고, 해당 전류센서가 부착된 설비에 경고, 이상 알람, 장비의 동작을 정지시킨다.
도 3a의 B로그 내지 H로그에 대한 상세한 설명은 상기 A로그에 대한 내용과 동일하여 생략한다.
상술한 바와 같이 상기 전류센서가 측정한 전류 값은 그 자체의 크기 분포에 따라 좁게 분포하는지 넓게 분포하는지 트렌지 분석이 가능하고, 시간변수와 결합하여 특정주기로 일정한 크기의 전류분포가 이루어지는 패턴분석이 가능하다.
이에 한정되지 않고, 온도센서, 압력센서, 진동센서, 조도센서, 및 누설센서 등도, 각각 패턴DB(271)와 트렌드DB(272)에 기저장되어 패턴 분석부(250), 트렌드 분석부(260)에 의한 패턴 또는 트렌드분석이 가능하다.
상기 통합 관리 모듈(200)은 상기 센서모듈(100)과 연결되어 상기 분석한 데이터를 직접 저장관리하면서, 모니터링을 위한 관리자 단말기(400)에 전송할 수 있지만, 외부의 관리서버(300)에 별도로 전달하여 관리서버(300)에서 서버에 접속한 관리자 단말기(400)에 분석한 데이터를 제공할 수도 있다.
이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.
100 : 센서모듈
110 : 센서
200 : 통합 관리 모듈
210 : 센서 관리부
220 : 통신부
230 : 출력부
240 : 주제어부
250 : 패턴 분석부
260 : 트렌트 분석부
270 : 데이터베이스부
271 : 패턴DB
272 : 트렌드DB
280 : 디스플레이부
300 : 관리서버
400 : 관리자 단말기

Claims (5)

  1. 공장의 각종 설비에 장착되어 상이한 물성을 감지하기 위한 복수의 센서로 구성되고, 복수의 상기 센서 데이터의 통신 프로토콜을 통합 프로토콜로 변환하는 센서모듈;
    복수의 상기 센서모듈을 구성하는 센서가 측정한 데이터에 대한 패턴 또는 트렌드 분석을 통해 통합관리하는 통합 관리 모듈;
    상기 통합 관리 모듈이 분석한 패턴 또는 트렌드에 대한 데이터를 백업받아 관리하면서 외부기기의 요청에 따라 제공하는 관리서버; 및
    상기 통합 관리 모듈 또는 관리서버와 연결되어 원격지에서 모니터링 가능한 관리자 단말기;를 포함하는 스마트 팩토리 모니터링 시스템.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 통합 관리 모듈은
    상기 센서 또는 센서모듈을 등록 및 관리하는 센서 관리부;
    상기 센서 또는 센서모듈로부터 센서데이터를 수신하거나, 분석한 데이터를 상기 관리서버 또는 관리자 단말기로 송신하는 통신부;
    상기 센서 또는 센서모듈에 의한 센서데이터에 따라 이상 감지시, 상기 센서 또는 센서모듈이 부착된 설비에 이상을 문자, 영상, 소리, 램프, 소화기 작동 중, 어느 하나로 출력하는 출력부;
    상기 센서 또는 센서모듈이 감지한 데이터를 패턴 또는 트렌드에 따라 DB화하여 저장관리하는 데이터베이스부;
    상기 센서 또는 센서모듈이 측정한 데이터와 상기 데이터베이스부의 패턴에 따라 저장된 데이터를 비교분석하는 패턴 분석부; 및
    상기 센서 또는 센서모듈이 측정한 데이터와 상기 데이터베이스부의 트렌드에 따라 저장된 데이터를 비교분석하는 트렌트 분석부; 및
    상기 패턴 분석부에 의한 패턴과, 상기 트렌드 분석부에 의한 트렌드에 벗어나는 경우 상기 센서 또는 센서모듈이 부착된 장비의 동작을 제어하는 주제어부;를 포함하는 스마트 팩토리 모니터링 시스템.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 데이터베이스부는
    상기 센서 또는 센서모듈이 측정하는 측정값에 시간변수가 결합되어 특정주기로 측정값의 분포가 저장된 패턴DB; 및
    상기 센서 또는 센서모듈이 측정하는 측정값 자체만의 분포가 저장된 트렌드DB;를 포함하는 스마트 팩토리 모니터링 시스템.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 주제어부는
    상기 패턴 분석부의 패턴 분석결과, 상기 센서 또는 센서모듈이 측정한 값과 패턴DB에 저장된 패턴 데이터 값의 일치율에 따라 경고, 알람, 또는 장비의 동작 정지 중 어느 하나의 신호를 출력하는 스마트 팩토리 모니터링 시스템.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 주제어부는
    상기 트렌드 분석부의 트렌드 분석결과, 상기 센서 또는 센서모듈이 측정한 값과 상기 트렌드DB에 저장된 트렌드 데이터 값의 일치율에 따라 경고, 알람, 또는 장비의 동작정지 중 어느 하나의 신호를 출력하는 스마트 팩토리 모니터링 시스템.
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