KR20200125313A - 스마트 공장을 위한 Edge AI 시스템 고가용성 확보 및 맞춤형 서비스 - Google Patents
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Abstract
스마트 공장에서 활용하는 인공지능 시스템 구성에 있어서 전체를 제어하는 Centered AI 시스템과 공장의 기계장치, 설비에 연결된 Edge AI 시스템들의 구성 방법과 동작 방식을 지정함으로써 통신 상태에 따른 Centered 시스템과의 연동 지연이나 단절 시에도 가용성이 확보됨은 물론 Edge AI 시스템의 자체 기능을 통해 해당 장치에 최적화된 맞춤형 AI 서비스의 제공은 물론 전체적인 서비스 강화가 가능한 시스템을 구성한다.
Description
본 발명은 인공지능 서비스에 관한 것으로써, 보다 상세하게는 인공지능 서비스를 위한 시스템 구성에 있어서 메인 시스템의 작동 여부에 상관없이 사용자 서비스가 구동되도록 하는 시스템 아키텍처와 그 방법에 관한 것이다. 또한 설계 · 개발, 제조 및 유통 · 물류 등 생산과정에 디지털 자동화 솔루션이 결합된 정보통신기술(ICT)을 적용하여 생산성, 품질, 고객만족도를 향상시키는 지능형 생산 공장을 뜻하는 스마트 팩토리에서는 각 장치 · 장비에서 발생하는 데이터들을 중앙 AI 서비스 서버에 보내고 이를 분석하고 판단하여 고장 예측이나 특정 기능을 제어하는 방식을 사용하고 있다. 여기서 중앙 AI 서비스 서버와 장치들의 관계는 기존의 클라우드 컴퓨팅(Cloud Computing) 형태를 이루게 된다.
본 발명의 근간이 되는 기술인 클라우드 컴퓨팅(Cloud Computing)은 사용자를 기준으로 봤을 때 원거리에 떨어져 있는 중앙 데이터 센터에서 서버, 저장소, 소프트웨어, 분석 등의 컴퓨팅 서비스를 제공하고 이를 인터넷 같은 통신망을 이용하여 원격 접속하여 컴퓨팅 자원을 사용하거나 특정 기능의 서비스를 제공하는 방식이다. 현재 상당히 많은 서비스 제공자와 사용자가 이용을 하고 있으며 그에 따른 데이터양의 기하급수적 증가로 인하여 그 데이터를 처리해야 하는 물리적인 시스템의 처리 한계가 발생하고 데이터를 송수신하는 네트워크의 부하와 시간 지연 문제 등으로 인해 실시간 서비스에 문제가 발생할 수 있는 가능성은 물론 최악의 겨우 네트워크 단절로 인한 서비스 중단 사태까지도 우려될 수 있다고 하겠다.
본 발명은 상술한 종래 기술의 문제점을 감안한 것으로서, 스마트 공장에서 사용되고 있는 중앙집중식 클라우드 컴퓨팅 형태의 인공지능 서비스에서 발생할 수 있는 시스템 또는 네트워크 이상 현상에 인한 서비스 지연이나 중단 문제를 해결하고 더 나아가 분산된 인공지능 서비스 시스템들이 상호 시스템 자원을 활용하면서 인공지능 서비스를 지속할 수 있는 연동 아키텍처의 구성 방법을 제공한다.
또한 AI 서비스에서 중앙(Centered) AI와 말단(Edge) AI 사이의 연결 상태와 데이터 전송 상황에 따라 다양한 형태의 추가 작업 생성이 가능하도록 구성한다.
본 발명은 Centered AI와 Edge AI 간 통신이 가능할 경우 인공지능 모델과 서비스를 상호 연동하여 지속적인 서비스 고도화를 하며, 공장의 각 설비 또는 기계 장치 등에 설치된 Edge AI는 Centered AI와 통신이 단절되면 AI 기능을 활성화하여 독립적인 학습을 수행함으로써 공장 프로세스의 중단을 방지할 수 있다. 이 상태에서 Edge AI는 담당하게 되는 특정 설비 또는 기계장치 만의 데이터를 수집하고 학습함으로써 해당 기기에 보다 최적화된 맞춤형 AI 서비스를 제공할 수 있게 된다.
기존 스마트 공장의 핵심 AI 기술은 Centered AI 시스템에 종속된 다수의 Edge 시스템 형태의 구성이었으며 Edge 시스템은 수집과 일부 저장 외에는 별다른 기능을 못 해왔으며 다수의 Edge에서 중앙으로 집중되는 데이터들을 처리하기 위해서 Centered 시스템의 지속적인 증설이 필요하고 또한 처리 지연에 따른 생산 차질이나 품질 저하 등의 위험성이 상존하였다. 본 발명에서 제안하는 시스템은 Edge에 AI 기능을 부여하여 자체적인 데이터 처리와 서비스가 가능하고 독자적인 운용은 물론 Centered 시스템과의 통신 두절 같은 경우에도 주변의 Edge 시스템과 연계하여 정상 작동을 지속하도록 하여 안정적인 스마트 공장 운용이 가능하다.
도 1은 스마트 공장 AI 서비스의 기본 구성과 동작의 개요를 나타내는 도면이다.
도 2는 Edge AI와 Centered AI 간의 세부 프로세스를 나타내는 도면이다
도 2는 Edge AI와 Centered AI 간의 세부 프로세스를 나타내는 도면이다
스마트 팩토리에서 AI 서비스를 이용하기 위해서는 AI 서비스 모델설계 → 데이터 feeding → 학습(training) → 검증(validation) → AI 서비스 배포의 단계를 거치게 된다. 동일한 AI 모델이라고 해도 어떠한 데이터로 학습했느냐에 따라 AI 서비스 결과가 달라질 수 있다. 따라서, 클라우드 기반 centered(중앙) AI 서비스는 모든 서비스 노드에 동일한 서비스가 제공되지만 Edge AI는 맞춤형 AI서비스가 제공된다는 차이가 있다.
도 1은 스마트 공장에 적용할 수 있는 Centered AI 시스템과 Edge AI 시스템들의 전체 구성을 나타내는 도면이다.
① 제조데이터를 수집, 저장할 수 있는 빅데이터 플랫폼과 데이터를 학습
하여 서비스 모델을 생성할 수 있는 인공지능 플랫폼이 통합된 Centered
시스템 구축 - 센터 시스템은 클라우드 형태로 구축
② 센터 시스템에서 각 팩토리 또는 각 설비/로봇/기기 등을 제어할 수
있는 Edge AI 시스템에 학습 모델을 배포
③ Edge AI 시스템에서 제조데이터를 수집하여 학습하고 생성된 서비스에
따라 특정 기능을 수행하며 서비스 결과를 저장
④ Edge AI 시스템에서 서비스 결과를 Centered 시스템으로 보내 서비스
지능화 강화
⑤ centered 시스템과 연결이 끊기거나 지연되어도 Edge 시스템들 간의
네트워킹을 통해 데이터 공유 또는 가용성 확보
위와 같은 동작 기제를 통해 전체 시스템의 운용은 물론 Edge AI 시스템의 독자적인 운영이 가능하게 된다.
도 2는 공장의 기계장치 또는 설비에 설치된 Edge AI 시스템에서 Centered AI 시스템으로 정보를 보내는 과정을 나타내는 도면이다.
① 기계 장치, 설비 등에서 생성되는 각종 데이터를 이용하여 자체적으로
학습을 하고 필요한 서비스를 만들어 수행한 후 나온 결과를 Centered
시스템으로 전송하게 되는데, 이 때 다음의 3가지 경우가 가능하다.
가.
서비스의 수행 결과를 전송하는 경우 (필수)
나.
서비스에 대한 weight 나 bias 를 전송하는 경우
다.
기계장치/설비 생성 데이터 자체를 전송하는 경우
② Centered 시스템은 Edge 시스템에서 전송된 결과 또는 데이터를 가지고
상기 3가지 경우에 대해서 다음과 같은 작업을 수행할 수 있다.
가.
수행 결과를 통합하여 제 2의 서비스 생성
나.
Weight 나 Bias 값을 이용하여 기존 서비스 개선
다.
생성 데이터를 직접 받아서 학습을 통해 강화된 서비스 공유
이상, 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시예에 관해서 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명하다 할 것이다.
Claims (1)
- 컴퓨터 판독가능 저장 매체 저장된 컴퓨터 프로그램으로서, 상기 컴퓨터 프로그램은 하나 이상의 프로세서에서 실행되는 경우, 전체 시스템 내에서 인공지능 서비스를 제공하기 위한 이하의 동작들을 수행하도록 하며, 상기 동작들은:
Edge AI에 데이터 수집, 전처리, 저장, 모델 생성, 학습, 서비스 생성 등의 기계학습 전과정을 실행하는 기능을 탑재하여 독립적인 인공지능 서비스를 수행하는 동작;
Center AI에 상태 모니터링 기능을 탑재하여 Center AI나 이웃한 Edge AI들의 동작 상태를 실시간으로 파악하는 동작;
Center AI와의 연결이 단절되면 Edge AI가 이를 인지하고 독자적으로 서비스를 개시하는 동작;
Center AI의 고장, 오류 또는 연결 단절 시에 연결이 가능한 개별 Edge AI 유닛들 간의 Peer 통신을 통해서 상호 간의 동작 확인 및 모델 공유, 서비스 결과 공유 등을 통해 서비스를 개선 또는 강화하는 동작;
을 포함하는,
컴퓨터 판독가능 저장매체에 저장된 컴퓨터 프로그램
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2022139326A1 (ko) * | 2020-12-24 | 2022-06-30 | 한국공학대학교산학협력단 | 분산형 엣지 컴퓨팅 기반의 자율화 공장 운영 시스템 |
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2019
- 2019-04-26 KR KR1020190049401A patent/KR20200125313A/ko unknown
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