KR20220080983A - 실시간 생산현황 모니터링을 위한 IoT 엣지 컴퓨팅 시스템 - Google Patents

실시간 생산현황 모니터링을 위한 IoT 엣지 컴퓨팅 시스템 Download PDF

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KR20220080983A
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Abstract

본 발명은 실시간 생산현황 모니터링을 위한 IoT 엣지 컴퓨팅 방법에 관한 것이다. 본 발명은 통신부가 사물인터넷 기반 센서/PLC와 유무선 네트워크로 자동 연결되는 단계와, 수집부가 사물인터넷 기반 센서/PLC로부터 비정형데이터를 수집하는 단계와, 분석부가 정형분석 알고리즘을 통해 수집된 비정형 데이터를 분석하는 단계와, 예측부가 분석 결과에 기초하여 생산환경을 예측하는 단계와, 표시부가 대시보드내에 분석결과 및 예측결과를 디스플레이하는 단계를 포함한다. 사물인터넷 기반의 센서 및 PLC와 자동으로 유무선 네트워크 연결되어 비정형데이터를 수집함으로써 생산설비에 대한 데이터 분석을 통해 생산성 향상과 품질 향상을 높일 수 있다.

Description

실시간 생산현황 모니터링을 위한 IoT 엣지 컴퓨팅 시스템{IoT edge computing system for real-time production status monitoring}
본 발명은 실시간 생산현황 모니터링을 위한 IoT 엣지 컴퓨팅 시스템에 관한 것으로, 특히 사물인터넷(IoT) 기반 센서/PLC와 유무선 네트워크 자동 연결되어 비정형 비정형데이터를 수집하고, 정형분석모델을 통해 분석하여 실시간으로 생산현황 모니터링이 가능한 실시간 생산현황 모니터링을 위한 IoT 엣지 컴퓨팅 시스템에 관한 것이다.
노후화된 공장설비의 경우 PLC가 구비되지 않은 경우도 많고, 유선케이블을 설치하기 어려워 설비의 상태를 실시간으로 파악하기 어려운 문제가 있다. 또한, 공장설비별로 구비된 센서에서 수집된 데이터가 정형화되어 있지 않아 데이터를 수집하여 이를 통해 생산현황을 파악하고 예측하는데 어려움이 많다. 따라서, 공장의 생산설비의 PLC 또는 센서를 연결하여 설비의 속도, 습도, 생산량, 금형유형값, 전원온오프, 가동여부 등의 다양한 값들을 비정형으로 수집하고 이를 정형분석하여 공장설비의 최적화 생산 상태를 제어할 수 있도록 예측하는 기술이 요구되고 있다.
선행특허로는 한국공개특허 제10-2143378호(PLC기반에 TF메모리 방식을 이용한 설비 원격제어시스템)가 있으나 통신 장애발생시를 대비하여 PLC의 TF메모리에 임시저장하는 기술에 대해 개시하고 있을 뿐이다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 사물인터넷(IoT) 기반 센서/PLC와 유무선 네트워크 자동 연결되어 비정형 비정형데이터를 수집하여 자동으로 분류 및 분석을 함으로써 실시간으로 생산현황이 모니터링이 가능한 실시간 생산현황 모니터링을 위한 IoT 엣지 컴퓨팅 시스템을 제공하는 데 있다.
본 발명의 실시예에 따른 센서/PLC 기반의 실시간 공장설비 생산현황 예측분석 시스템은, 통신부가 사물인터넷 기반 센서/PLC와 유무선 네트워크로 자동 연결되는 단계와, 수집부가 사물인터넷 기반 센서/PLC로부터 비정형데이터를 수집하는 단계와, 분석부가 정형분석 알고리즘을 통해 수집된 비정형 데이터를 분석하는 단계와, 예측부가 분석 결과에 기초하여 생산환경을 예측하는 단계와, 표시부가 대시보드내에 분석결과 및 예측결과를 디스플레이하는 단계를 포함한다.
본 발명에 의하면 사물인터넷 기반의 센서 및 PLC와 자동으로 유무선 네트워크 연결되어 비정형데이터를 수집함으로써 생산설비에 대한 데이터 분석을 통해 생산성 향상과 품질 향상을 높일 수 있다.
또한, 축적된 각 센서의 값을 통해 최적의 생산 공정 제어값을 분석, 예측을 통해 생산성 향상과 생산현장의 공정 이슈를 실시간으로 대응할 수 있다.
또한, 실시간와 연계한 실시간 데이터 수집이 가능하고, 네트워크, SW장애 발생시 데이터를 자동재전송이 가능하다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 실시간 생산현황 모니터링을 위한 IoT 엣지 컴퓨팅 방법을 설명하는 흐름도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 실시간 생산현황 모니터링을 위한 IoT 엣지 컴퓨팅 시스템의 구성도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 실시간 생산현황 모니터링을 위한 IoT 엣지 컴퓨팅 시스템의 개념도이다.
도 4와 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 표시부에서의 서비스 제공도면이다.
본 명세서에 개시되어 있는 본 발명의 개념에 따른 실시예들에 대해서 특정한 구조적 또는 기능적 설명은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시예들을 설명하기 위한 목적으로 예시 된 것으로서, 본 발명의 개념에 따른 실시예들은 다양한 형태들로 실시될 수 있으며 본 명세서에 설명된 실시예들에 한정되지 않는다.
본 발명의 개념에 따른 실시예들은 다양한 변경들을 가할 수 있고 여러 가지 형태들을 가질 수 있으므로 실시예들을 도면에 예시하고 본 명세서에서 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명의 개념에 따른 실시예들을 특정한 개시 형태들에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 또는 대체물을 포함한다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로서, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 본 명세서에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하, 본 명세서에 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 실시간 생산현황 모니터링을 위한 IoT 엣지 컴퓨팅 방법을 설명하는 흐름도이다.
도 1을 참조하면, 실시간 생산현황 모니터링을 위한 IoT 엣지 컴퓨팅 방법은, 먼저 IoT 엣지 컴퓨팅 시스템의 통신부가 사물인터넷 기반 센서/PLC와 유무선 네트워크로 자동 연결된다(S101). IoT 엣지 컴퓨팅 시스템의 수집부가 사물인터넷 기반 센서/PLC로부터 비정형데이터를 수집한다(S103). IoT 엣지 컴퓨팅 시스템의 분석부가 정형분석 알고리즘을 통해 수집된 비정형 데이터를 분석한다(S105). 상기 상기 비정형데이터는 각각의 장비의 생산량, 누적생산량, 가동비가동여부, 전원온오프여부, 속도, 생산사출갯수, 온도, 습도, 무게, 생산계획 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 이때, 분석부는 서로 다른 형식의 비정형데이터를 정형분석모델을 통해 정형 태그값으로 변환하고, 상황별 조정값들과 비교하여 분류될 수 있다.
IoT 엣지 컴퓨팅 시스템의 예측부가 분석 결과에 기초하여 생산환경을 예측한다(S107). 이때, 예측부는 분석결과를 통해 유의미한 태그로 분류 저장된 결과값으로 생산된 완성품, 불량률의 수치를 통해 최적의 생산장비의 생산환경을 예측 할 수 있다. 표시부가 대시보드내에 분석결과 및 예측결과를 디스플레이한다(S109).
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 실시간 생산현황 모니터링을 위한 IoT 엣지 컴퓨팅 시스템의 구성도이다.
도 2를 참조하면, IoT 엣지 컴퓨팅 시스템(100)은 수집부(110), 분석부(120), 예측부(130), 표시부(140), 통신부(150), 저장부(160), 제어부(170)로 구성된다. 수집부(110)는 사물인터넷 기반 센서/PLC로부터 수신되는 비정형 데이터를 수신할 수 있다. 상기 비정형데이터는 각각의 장비의 생산량, 누적생산량, 가동비가동여부, 전원온오프여부, 속도, 생산사출갯수, 온도, 습도, 무게, 생산계획 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 비정형데이터는 식별 불가능한 비정형 형태로서, Mac-address에는 태그의 항목명이 관리되지 않으며 수치값만 저장되어 있기 때문이다. 이러한 비정형데이터는 각각의 장비마다 관리하는 태그의 유형의 포맷이 달라 관리의 어려움이 있다.
분석부(120)는 서로 다른 형식의 비정형데이터를 정형분석모델을 통해 정형 태그값으로 변환하고, 상황별 조정값들과 비교하여 분류될 수 있다. 분석부(120)는 CNN알고리즘 내부의 propagation, back-propagation 최적화 모델에 의해 학습될 수 있고, context recognition 품질 판단을 위한 지표설정을 통해 비정형데이터를 정형데이터로 분류할 수 있다. 즉, 분석부(120)는 이러한 프로세스를 통해 예측 가능한 유의미한 값으로 결과값을 도출할 수 있다.
예측부(130)는 분석부의 분석결과를 통해 유의미한 태그로 분류 저장된 결과값으로 생산된 완성품, 불량률의 수치를 통해 최적의 생산장비의 생산환경을 예측 할 수 있다.
표시부(140)는 분석된 결과를 모니터링할 수 있도록 대시보드로 표시할 수 있다. 대시보드 내에는 생산제품, 원료투입량, 생산량, 불량률, 생산공정 데이터를 모니터링할 수 있다. 상기 생산공정 데이터는 생산량, 불량률, 컨베이어속도, 온도, 습도, 전원온오프, 가동여부 중 적어도 하나일 수 있다.
통신부(150)는 분석 및 예측결과를 관리자단말에 송신할 수 있고, 관리자단말로부터 제어명령을 수신할 수 있다.
저장부(160)는 수집된 비정형 데이터, 분류된 정형데이터, 분석 결과, 예측결과를 데이터베이스에 저장할 수 있다.
제어부(170)는 서버와 링크되었을 때 누락된 노드부의 센서노드부와 마스터노드부의 수집값을 순차적으로 전송하도록 제어할 수 있다. 또한 제어부(170)는 정전 및 기타 공급전력 오류로 인해 장비가 멈추지 않도록 메인 전원과 서브전원으로 제어할 수 있다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 실시간 생산현황 모니터링을 위한 IoT 엣지 컴퓨팅 시스템의 개념도이다. 도 3을 참조하면, IoT 엣지 컴퓨팅 시스템은 사물인터넷 기반 센서/PLC와 유무선 네트워크 연결되어 비정형데이터를 수신할 수 있다.
도 4와 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 표시부에서의 서비스 제공도면이다. 도 4와 도 5를 참조하면, 표시부에 제공되는 실시간 생산 현황 모니터링 화면으로, 장비정보, 생산정보, 공정정보, 생산등록, 생산현황, 대시보드를 표시하여 제공할 수 있다. 대시보드에서는 실시간 이상감지, 실시간 작업공지, 실시간 공정분석, 공정이력관리를 표시하여 제공할 수 있다.
발명의 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 등록청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
100; IoT 엣지 컴퓨팅 시스템 110; 수집부
120; 분석부 130; 예측부
140; 표시부 150; 통신부
160; 저장부 170; 제어부

Claims (5)

  1. 실시간 생산현황 모니터링을 위한 IoT 엣지 컴퓨팅 방법에 있어서,
    통신부가 사물인터넷 기반 센서/PLC와 유무선 네트워크로 자동 연결되는 단계;
    수집부가 사물인터넷 기반 센서/PLC로부터 비정형데이터를 수집하는 단계;
    분석부가 정형분석 알고리즘을 통해 수집된 비정형 데이터를 분석하는 단계;
    예측부가 분석 결과에 기초하여 생산환경을 예측하는 단계;
    표시부가 대시보드내에 분석결과 및 예측결과를 디스플레이하는 단계를 포함하는 실시간 생산현황 모니터링을 위한 IoT 엣지 컴퓨팅 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 분석부는 서로 다른 형식의 비정형데이터를 정형분석모델을 통해 정형 태그값으로 변환하고, 상황별 조정값들과 비교하여 분류되되, CNN알고리즘 내부의 propagation, back-propagation 최적화 모델에 의해 학습되며context recognition 품질 판단을 위한 지표설정을 통해 비정형데이터를 정형데이터로 분류하는 실시간 생산현황 모니터링을 위한 IoT 엣지 컴퓨팅 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 예측부는 유의미한 태그로 분류 저장된 결과 값으로 생산된 완성품, 불량률의 수치를 통해 최적의 생산장비의 생산환경을 예측하는 실시간 생산현황 모니터링을 위한 IoT 엣지 컴퓨팅 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 비정형데이터는 각각의 장비의 생산량, 누적생산량, 가동비가동여부, 전원온오프여부, 속도, 생산사출갯수, 온도, 습도, 무게, 생산계획 중 적어도 하나를 포함하는 실시간 생산현황 모니터링을 위한 IoT 엣지 컴퓨팅 방법.
  5. 실시간 생산현황 모니터링을 위한 IoT 엣지 컴퓨팅 시스템에 있어서,
    사물인터넷 기반 센서/PLC와 유무선 네트워크로 자동 연결되는 통신부;
    사물인터넷 기반 센서/PLC로부터 비정형데이터를 수집하는 수집부;
    정형분석 알고리즘을 통해 수집된 비정형 데이터를 분석하는 분석부; 및
    대시보드내에 분석결과를 디스플레이하는 표시부를 포함하는 실시간 생산현황 모니터링을 위한 IoT 엣지 컴퓨팅 시스템.

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