Smart Solution Provider KRnet 2016 1 / 46 C2%F7%BC... · 2016-06-19 · • Industry 4.0: Internet of Things와 서비스를 통한 제조 전주기에 대한 Cyber-Physical Production

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• 한국제조업: GDP 규모 세계 14위, 무역규모 1조 달러, 수출 7위, 수입 9위 교역국, 97.2% 제조업 생산제품 구성

• 제조, ICT, 서비스 산업의 융합에 따라 제조업의 비중이 다시 높아짐

• 타 산업과의 융합에 따른 국내 제조산업 육성 노력 활성화 필요

글로벌 제조산업 현황

국내 제조산업 현황


출처: 한국기계연구원, IT생산기계


스마트공장 융합화

자동화 기술 (메카트로닉스과)

정보통신기술 [전자공학과, 정보시스템과)

생산기술 (산업경영공학과)

Machine Center (CNC) Material logistic system

Robot Machine Vision

FMS Stack crane

Lean Manufacturing 6 Sigma, TQM 5S, TPM, OEE

JIT, TPS SCM, APS

Real-time interface Complex Event Processing

Cyber Physical System Cloud Services

Industrial Internet of Things Industrial Internet of Services

In Memory Computing

전문컨설팅기술 [산업융합과]


• Smart Manufacturing Leadership Coalition: 민간기업 중심으로 개방형 구조기반의 오픈 소스 및 표준화

• Industry 4.0: Internet of Things와 서비스를 통한 제조 전주기에 대한 Cyber-Physical Production System

• 제조업혁신 3.0: 기업의 정보화 수준에 적합한 단계별 스마트 공장 참조 모델 및 보급화

Smart Manufacturing Industry 4.0 제조업혁신 3.0


External

Devices

Board Level Embedded

Level

Chip Level

Design Integration

출처: ISA Real time device integration,

• M2M (Machine to Machine) Devices

• M2M은 모든 센서와 에츄에이터가 필요한 모든 시장에 적용 가능

• 무선센서 기술 확대 보급 – 99.995% 신뢰성 보장 및 Chip 레벨로 확대 발전하여 모든 분야에 연결성 제공 (IoT)


출처: IDC, Mckinsey&Company

• 제조분야는 타 산업과 비교했을 때 전체적으로 저장된 데이터의 양이 방대함

• 생산되고 있는 제품의 실적 정보, 생산설비의 운전정보, 측정되는 품질정보 등..

• 생산설비의 예지관리, 품질 예측, 생산일정 등의 적용 잠재력이 매우 높음.


• 제조 IT 아키텍쳐의 변화 (다층 구조에서 IIoT 및 IIoS 계층 구조)

• 생산현장의 센서 및 애츄에이터 처리를 위한 공정 중심의 실시간 서비스 기능 요구 증대

• 공통 제조수행소프트를 통한 서비스 형태의 시스템 제공 (RTE: Real Time Enterprise)


• 산업용 사무인터넷은 산업분야에 존재한 모든 지능형 자산과 SNS, 기업용 솔루션 및 서비스와 연결성 제공

• 프로세스, 통신과 제어 기능이 핵심

• 연결된 디바이스 관리 기능을 통하여 기업용 솔루션과 연결되고 빅 데이터를 통하여 분석


정보원 내용

기계

동작횟수 가동시간 고장원인

설비

전압, 전류 유량, 압력 전력량

제품

위치, 특성 성능, 치수 제품명

작업자

Lot번호 시작/종료시각 뷸량코드 비가동 사유

에너지

사용량 시간

생산자원 4M1E

유선 센서 네트워크

제어기기

RFID

Beacons 기계

DABOM Gateway

ERP/AI, Big data (IIoS)

프로토콜 프로세서 I/O 센서 I/O

무선 센서 네트워크

RFID/USN/비콘 터치스크린 모바일

MES Server

유선 iDCU-IoT 디바이스

센서

시켄서

Access Point

바코드 리더

iTouch

생산자원변화 ISO 22400 ISO 20140 ISO/IEC JTC 1 SN/IoT

무선 iDCU-IoT 디바이스

자동방식 반 자동방식 수동방식

• 자동방식: 국제표준통신 프로토콜(예: BACnet, Fieldbus, OPC, MIMOSA 등)

• 반자동방식: 프로세서 입출력(예: 24V DC, 220V AC 등), 센서 액츄에이터 연결 (예:4-20Ma Current Loop 등)

• 수동방식: 터치스크린, 바코드, 스마트 모바일장치 (예: 비콘, RF-ID, 시멘틱메모리, 웨어러블 디바이스 등)

Mobile

유선 iDCU-IoT 디바이스

3D Print

Physical Things

Cyber Things MES 표준

IEC 62264 IEC 61512

https://www.google.co.kr/url?sa=i&rct=j&q=&esrc=s&source=images&cd=&cad=rja&uact=8&ved=0ahUKEwi1gqaR08bMAhWHKJQKHdqKCXgQjRwIBw&url=https://bluetoothsomething.wordpress.com/tag/%EC%95%84%EC%9D%B4%EB%B9%84%EC%BD%98/&psig=AFQjCNFJSdyKcPrF3sPe6VzOcgMIGe_1zQ&ust=1462665300394238

http://www.google.co.kr/url?sa=i&rct=j&q=&esrc=s&source=images&cd=&cad=rja&uact=8&ved=0ahUKEwjDqp6a0NDMAhXKE5QKHXF7BKgQjRwIBw&url=http://www.itworld.co.kr/news/90055&psig=AFQjCNFoEbGWqfnnZGtHVKLst_jwhNiGAA&ust=1463008114596204


MES 표준 소프트웨어

1공장 3공장 2공장

DABOM-Gateway

DABOM-Gateway DABOM-Gateway

XML XML XML

Database

DABOM-Gateway MANAGER

WBT

Machine PLC IoT

WBT

Machine PLC IoT

WBT

Machine PLC IoT

• 복수 공장에서 시시각각 발생하는 생산자원과 양방향 통합 (예: 실시간 생산지시 및 상태보고)

• Enterprise-Control Integration 표준 (IEC 62264) 통신

Beacon

Beacon Beacon Wearable Devices Wearable Devices Wearable Devices




http://www.google.co.kr/url?sa=i&rct=j&q=&esrc=s&source=images&cd=&cad=rja&uact=8&ved=0ahUKEwifsL-M2cbMAhVGF5QKHcNRDL0QjRwIBw&url=http://blog.lgchem.com/2014/11/wearable-device/&psig=AFQjCNE-jk1mXO2eHXXQzEgAZEfCGKSwoQ&ust=1462666911278073




공정 매트릭스 기반 자율재구성 통신미들웨어(DABOM-PM/RTM)

인터페이스관리

신규 Device 등록관리/디바이스 정보 입력 룰 관리

디바이스 센서정보 수집 관리

현장 데이터(4M1E) 변수 등록/삭제/변경

이벤트 감시 및 처리 / 모델 컴파일 및 적용

설비.작업장 모니터링/ 이벤트관리

모델러관리/ 설비모델 맵핑(공정매트릭스 기반)/백업관리

인증관리/ 계정관리/ 권한관리/ 접근관리

모델 관리

운영관리

실시간 상태관리

센서정보관리(DABOM-PM)

• 현장 상이한 설비의 제어계측장비들의 산업용 표준 드라이

버 제공으로 설비 인터페이스 운영 환경의 복잡성을 해결

• 표준 인터페이스 드라이버를 제공 향후 설비의 추가, 교체나

개선의 용이성 제공

• PLC, 다양한 설비전용 드라이버 제공

• Real-time 제어계측 정보 자원관리, 트랜젝션 관리, 로깅관

리

• 4M1E 비즈니스 프로세스 4M1E변수 변경 / 4M1E 비즈니

스 프로세스 감시 이벤트 처리 / 실적 생성 기능

• 비즈니스 프로세스 원격 제어 설정 기능

데이터 정보관리(DABOM-RTM)


영업관리 생산관리 품질관리 외주관리 재고관리 구매관리 출하관리 금형관리 설비관리

판매계획

출하관리

매출관리

생산계획

생산지시

생산실행

일정관리

입고검사

제품검사

출하검사

구매요청

발주관리

정산관리

외주출고

외주입고

입고관리

출고관리

불량관리

재고이동

재고평가

주문관리

작업지시

외주가공

생산실적

부적합처리

원부자재사용

작업장 관리

정산관리

출하지시

출하처리

부품입고

정비관리

부품관리

점검관리

정비점검

고장수리

금형관리

정비점검

고장수리


• 주조공장의 생산현장에 생산자원(4M1E(Man, Machine, Material, Method, Energy))을 실시간 데이터 취득용 보급형 스마

트 디바이스(IoT기반 데이터 수집기와 작업자용 터미널) 개발

“사물 인터넷(IoT) 기반의 스마트 디바이스

및 생산 빅데이터 기술을 활용하여,

열악한 중소 제조현장의 생산·품질 문제와 설

비 이상을 사전파악·대처할 수 있는

‘스마트 공장’으로 전환”

생산현장 (4M+E)

신호 데이터 (측정,음향)

이미지/영상 데이터 데이터 수집

장치/미들웨어

수치/텍스트 데이터

생산 빅데이터

텍스트 마이닝 평판 분석 쇼설네트워크 분석 군집 분석 생산 빅데이터 분석&지식화

다양한 빅데이터 분석방법

Man (작업자)

Machine (설비기계장비)

Material (소재)

Method (공정, 생산관리)

Smart Device Smart Device Smart Device Smart Device 스마트 디바이스

& 개방형 I/F

생산현장 실시간 모니터링

중요 품질인자

최적 공정

파라미터 설비이상

파악/대처

최종결과의

검증 플랫폼

생산현장 활용 및 검증

시범적용


공장 운영환경 개선 항목

4. 설비 관리

1. 생산정보 관리 및 활용

3. 공정 데이터 활용

5. 공장 현황 파악

중소제조기업용

스마트공장

2. 작업 관리 단위


[1] 생산정보 관리 및 활용 BEFORE

작업일지의 수기 작성(작업자) 및 수동 집계(엑셀화 작업) → 생산정보 디지털화의 어려움 및 관리의 한계성 직면

수집 데이터의 단순 통계분석 → 현장의 잠재적 문제점 도출 안됨


[1] 생산정보 관리 및 활용 AFTER

생산정보 수집환경(작업자, 설비)

생산정보 수집의 편의성 확보: 설비-자동수집, 작업자-터치패널 입력

생산정보 이력 조회분석 및 다양한 통계분석 기능 제공

→ 보이지 않던 잠재적인 현장의 문제점 도출 및 업무효율 향상

작업수행 이력 조회 월 단위 시간대별 실적 분석


[2] 작업 관리 단위 BEFORE

“작업지시” 단위로 생산실적 관리: 1~2천개 부품/작업지시 당

작업지시: 작업자 1명의 작업 Shift 기준으로 할당

생산현장의 부품은 “묶음(LOT)” 단위로 적재되서 이동(공정이동 전표 부착) → 관리는 작업지시 단위로 진행 (전자부품은 LOT당 1~2백개)

주조공정 이후, 공정 사이의 이동 편의를 위해

“LOT”단위로 묶음 “작업지시”

작성 후 수거하여 엑셀 파일에서 별도 관리

주조 작업일지

“LOT”

공정 이동전표

전체 공정을 거친 이후 집계되지 않음


[2] 작업 관리 단위 AFTER

작업 관리 단위를 “작업지시”에서 “LOT”로 변경(정밀화)

작업지시에서 LOT 단위 분해 가능 및 공정이동 전표 발행(출력) 가능

LOT 단위로 불량 집계, 추적 및 작업진행 파악 가능

작업지시를 LOT 단위로 분해 현장에서 공정이동 전표 발행 작업 진행현황 LOT단위 조회


[2] 작업 관리 단위 AFTER

작업자는 주조작업 표준서에 따라 주조설비에 공정변수 설정

→ 설정 값대로 주조설비에서 실행되지 못함 금형상태, 기계상태, 공장 온도/습도 등의 원인으로 설정 값대로 수행되지 않음 → 실행 값의 집계가 필요

현재는 작업자가 설정 값만 수기로 작성/관리 → 불량원인 파악 한계


[3] 공정 데이터 활용 AFTER

주조 설비별 공정조건 데이터 수집: 자동집계(스마트 디바이스)

공정조건 데이터 이력 조회 및 품질문제의 원인파악 가능

공정조건 실행 값 기반 시뮬레이션을 통한 품질불량 원인/예측 가능

공정조건 데이터 이력 조회 불량 요인별 영향도 분석 품질 예측 시뮬레이션


[4] 설비 관리 BEFORE

설비점검 기준 및 일상점검에 의한 주기적인 활동을 통한 고장 예방

정기점검에 의존하다 보니 갑작스런 고장에 취약(직접적인 손실 발생)


[4] 설비 관리 AFTER

설비 보전 모니터링 기반 예지 보전 가능(사전 조치)

설비 고장 시점 및 이상 부분 추정(예측) → 해당 부분의 집중관리 가능

고장 예지 모니터링 설비 보전 모니터링


[5] 공장 현황 파악 BEFORE

작업자로부터 작업 상황 보고나 관리자가 직접 현장 방문 관리자가 생산현장 상황을 유추하여 정리

공장의 생산운영 현황의 실시간 파악은 불가능


[5] 공장 현황 파악 AFTER

작업 진행현황(현재 생산량, 계획 대비 생산 달성률) 실시간 파악

설비 운영현황(가동 여부, 작업중인 품목) 실시간 파악

이상/문제 공정 실시간 파악 → 신속한 조치 가능(손실 최소화)

작업 진행현황 실시간 파악 설비 운영현황 실시간 파악 이상/문제 공정 실시간 파악


사업 요약 및 기대효과


제조 솔루션의 새로운 비즈니스 모델


The Tower of Babel The Ark of Noah




생산일정

생산성분석설비관리

생산감시

수동실적

자동실적

생산실적

품질관리

생산일정


생산감시

수동실적

자동실적

생산실적

품질관리

생산일정


생산감시

수동실적

자동실적

생산실적

품질관리

생산일정


생산감시

수동실적

자동실적

생산실적

품질관리

자동차부품제조업 전기전자부품제조업

식품 제조업 종이제지제조업

생산일정


생산감시

수동실적

자동실적

생산실적

품질관리

생산일정


생산감시

수동실적

자동실적

생산실적

품질관리

기계부품 제조업 화학 제조업


생산일정


생산감시

수동실적

자동실적

생산실적

품질관리

생산일정


생산감시

수동실적

자동실적

생산실적

품질관리

생산일정


생산감시

수동실적

자동실적

생산실적

품질관리

생산일정


생산감시

수동실적

자동실적

생산실적

품질관리

자동차부품제조업 전기전자부품제조업

식품 제조업 종이제지제조업

생산일정


생산감시

수동실적

자동실적

생산실적

품질관리

생산일정


생산감시

수동실적

자동실적

생산실적

품질관리

기계부품 제조업 화학 제조업



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KRnet 2016


KRnet 2016


TC 184 SC 5 & TC 65

ISO/IEC TC 184 SC 5: Interoperability, Integration, and architecture for enterprise systems and automation application - Standardization in the field of industrial automation and integration concerning discrete part manufacturing and encompassing the application of multiple

technologies, i.e. information systems, machines and equipment, and telecommunications.

TC 65 SC 5: Industrial process measurement, control and automation - To prepare international standards for systems and elements used for industrial-process measurement and control concerning continuous and batch processes.

Working

group

Title

WG 1 Model and architecture

WG 4 Manufacturing software its environment

WG 5 Open system application framework

WG 6 Application service interface

WG 7 Diagnostics and maintenance integration

WG 9 Key performance indication for manufacturing operation

management

WG 10 Evaluation of energy efficiency and other relevant

factors of a manufacturing system with respect to its

environment influence

WG 15 Enterprise-control system integration

Working

group

Title

WG 2 Product properties & classification

WG 3 Commissioning

WG 4 Field device tool interface specification

WG 7 Function blocks for process control and EDDL

WG 8 OPC unified architecture

JWG 5 Enterprise-control

JWG 6 Device profiling

TC65/JW

G 14

Energy Efficiency in Industrial Automation

첨부: 국제표준화 동향


WG 9: Key Performance Indication for Manufacturing Operation Management

Approach: Why MES? What is the benefit of an MES?

Is “output” of MES = “input” of ERP?

MES is more.

Idea: Use well known criteria like KPI to define benefits!

Research: Find KPIs which may be used in level 3

Possible work item: List of KPIs and their components

Germany:

1. List is currently generated and discussed

2. VDMA supports activities with corresponding official worksheet

Functional hierarchy (IEC 62264-3)



Approach: Which KPIs are calculated in level 3 ?

Idea: Check activities in level 3 and link to KPIs.

Research: Find activity descriptions of level 3 (ISO 62264)

Possible work item: Associate KPIs to level 3 activities

Germany: No work done yet.

ISO 62264 (ISA S-95) Typical expanded equipment hierarchy & Sample production dispatch list

Approach 첨부: 국제표준화 동향


Approach: Group KPIs to systems and subsystems

Idea: Define MES and MES components as KPI producers.

Research: Drill down KPIs to generation of their components.

Possible work item:

Define MES as list of KPIs

Define MES components as providers for KPI components

Approach area 첨부: 국제표준화 동향


Formular

Description / Use

Input parameter

Result value

Timing (online, per shift, per day,monthly.....)

Drill Down (Details and data relationship)

Documentation / source / references

Category (production, quality, maintenance, logistics)

information level (worker (Online), shift leader,

production leader, management)

Level (0,1,2,3,4), data acquisition level of the input

parameters

Contents of description 첨부: 국제표준화 동향


Data relationship

model

Performance Indicators

Input values

Output values

formulars

Statistics / PI´s

(Analyze) [Check] Process

(Improve Control) [Act]

Planning and data aquisition

(Define Measure) [Plan Do]

Processes

[PDAC] Plan Do Check Act

(DMAIC) Define Measure Analyze Improve Control

Action plan 첨부: 국제표준화 동향


Collection of performance indicators in relation to MES

Define data relationship model based on the PI (Process Innovation) - CIP

Define the processes for data acquisition to fill the data model

Define the necessary data exchange to other business software

Define the control cycle by PDAC and DMAIC method

References between MES processes and ISO 9000 requirements

NP announced March 2013

WG 9 Roadmap 첨부: 국제표준화 동향


Facility

Construction/

Reconfiguration

Facility

Maintenance/

Standing by mode

Facility

Reuse/

Recycle/

Disposal

Product

Waste &

Release

Material

Resource

< Product life cycle >

< Manufacturing system life cycle >

Product

Reuse/

Recycle/

Disposal

Product

Operation/

Support

Manufacturing

Process

Production

Facility

Operation

by

WG 10: Evaluation of energy efficiency and other factors

of environmental influence of manufacturing system

WG 10 will develop a multi-part International Standard (ISO 20140) with the following scope.;

The application domain of this International Standard is Discrete Parts/Products Manufacturing, which consists of forming, machining, painting,

assembling and other manufacturing processes for the production of aircraft, automobile, electric appliances, machine tools and their components,

and other similar products. This International Standard evaluates environmental impact of manufacturing systems which consist of equipment and

machinery, and are configured as a cell, a line or a factory.



Manufacturing

Process

Facility

Construction/

Reconfiguration

Resource

Facility

Maintenance

Resource

Utility

Operation

Resource

Manufacturing

Facility

Standing by mode

Resource

Preceding

Process

Following

Process

< System Boundary

of Unit Process >

Material

Resource

Product

Work in

Process

Work in

Process

Facility

Reuse/ Recycle/

Disposal

Facility

Maintenance

Waste & Release

Utility

Operation

Waste & Release

Manufacturing

Facility

Standing by mode

Waste & Release

Direct influence Path

( Manufacturing Process )

Waste &

Release

Manufacturing

Facility

Operation

Production

Faci

lity

lif

e cy

cle

infl

uen

ce

& I

ndir

ect

infl

uen

ceP

ath

Faci

lity

life

cyc

lein

flu

ence

& I

ndir

ect

infl

uen

ce P

ath

Indirect influences

Indirect influences

by

Facility life cycle influence

Facility life cycle influence

Evaluation methods for summing up the data along with the hierarchical structure, from each individual equipment and machinery, via cell, line or shop, and to

a total factory.

Evaluation methods for evaluating all stages or phases in a life cycle of manufacturing system, from facility planning to disposal.

Evaluation method for ensuring the consistency of each view summary of “manufacturing system view” and “product view”.

. Capability for individual equipment and machinery data is to be;

1) representing every mode of individual equipment and machinery, e.g. as normal operation, standing by mode and maintenance, and

2) interchangeable use of environmental performance data of acquired actual data and supplier’s data for Environmental Performance Data

WG 10: Evaluation of energy efficiency and other factors

of environmental influence of manufacturing system 첨부: 국제표준화 동향


Part 1: Overview and general principles

Part 2: Guidelines for environmental evaluation procedures

Part 3: Environmental evaluation index model

Part 4: Environmental evaluation data model

Part 5: Facility life cycle influence and indirect influence model

WG 10: Things to do list 첨부: 국제표준화 동향

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