스마트공장설계, 운영을위한 공장 CPS 기술 성균관대학교공과대학 노상도 (sdnoh@skku.edu)
스마트공장 (Smart Factory) 전통제조업에 ICT 결합 공장설비와제품, 공정이지능화되어서로연결 생산정보와지식이실시간으로공유, 활용되어생산최적화 상 하위공장들이연결, 협업적운영으로개인 맞춤형제품생산이 가능한네트워크생산 (Roland Berger, INDUSTRY 4.0 :The new industrial revolution How Europe will succeed, 2013. 3.) 2
스마트공장 (Smart Factory) 스마트? 상황인지 사이버물리시스템 (Cyber Physical System) 수행 판단 ( 의사결정 ) (Roland Berger, INDUSTRY 4.0 :The new industrial revolution How Europe will succeed, 2013. 3.) 3
사이버물리시스템, CPS(1/4) Transformative technologies for managing interconnected systems between its physical assets and computational capabilities. (Baheti R, Gill H. Cyber-physical systems. Impact Control Tech., 2011:1 6) Integrates the dynamics of the physical processes with those of the software and communication, providing abstractions and modeling, design, and analysis techniques for the integrated whole. (http://chess.eecs.berkeley.edu/cps/) Consists of two main functional components: (1) the advanced connectivity that ensures real-time data acquisition from the physical world and information feedback from the cyber space; and (2) intelligent data management, analytics and computational capability that constructs the cyber space. (Jay Lee, Behrad Bagheri, Hung-An Kao. A Cyber-Physical Systems architecture for Industry 4.0-based manufacturing systems. Manufacturing Letters 3, 18 23. 2015) 4
사이버물리시스템, CPS(2/4) Transformative technologies for managing interconnected systems between its physical assets and computational capabilities. (Baheti R, Gill H. Cyber-physical systems. Impact Control Tech., 2011:1 6) Integrates the dynamics of the physical processes with those of the software and communication, providing abstractions and modeling, design, and analysis techniques for the integrated whole. (http://chess.eecs.berkeley.edu/cps/) Consists of two main functional components: (1) the advanced connectivity that ensures real-time data acquisition from the physical world and information feedback from the cyber space; and (2) intelligent data management, analytics and computational capability that constructs the cyber space. (Jay Lee, Behrad Bagheri, Hung-An Kao. A Cyber-Physical Systems architecture for Industry 4.0-based manufacturing systems. Manufacturing Letters 3, 18 23. 2015) 5
사이버물리시스템, CPS(3/4) 빅데이터 Point clouds (30 frames/sec) 제조빅데이터 데이터애널리틱스 ( 정제 / 분석 ) Industrial IoT 빅데이터관리플랫폼 산업데이터애널리틱스 패턴인식 골격계추출, 매핑 역기구학산출 모델링 & 시뮬레이션 실시간가상화 사이버모델기반최적의사결정 CAD/PLM 상호운용플랫폼 디지털가상생산 모델링 & 시뮬레이션자동화 설계, 계획사전검증 문제발견, 해결책도출 / 검토 / 분석 6
사이버물리시스템, CPS(4/4) 제조현장빅데이터 모델링 & 시뮬레이션자동화 (PLM, 디지털가상생산 ) 의사결정및계획시스템 (MES 등 ) / 최적화모델 제조빅데이터 데이터애널리틱스 ( 정제 / 분석 ) 실시간가상화 사이버모델기반최적의사결정 Industrial IoT 빅데이터관리플랫폼 산업데이터애널리틱스 CAD/PLM 상호운용플랫폼 디지털가상생산 모델링 & 시뮬레이션자동화 7
공장 CPS, 개념 (1/3) Digital Twin, 실제공장과동일한디지털가상공장이동기화되어실제공장에서발생할수있는문제들을효과적으로예측, 대응 공장CPS 실시간으로수집되는빅데이터와사이버모델을활용하여스마트공장설계와운영에서최적의의사결정수행 ( 출처 : http://ndolson.com/1596) 8
스마트공장 CPS 구성과적용 (1/4) 공정 / 설비 / 공장 CPS CPS 레벨 ( 구성범위와대상 ) 에따라구성, 연계 설계 CPS 발생가능한충돌또는동작의중첩, 재연이어려운상황을가상모델로사전연출, 발생가능한문제점을미리예측하여 최적으로대응 운영 CPS 각종설비, 제어기나센서들로부터데이터를받아들여실시간으로가상화, 계획과대안을시험하여최적운영 9
스마트공장 CPS 구성과적용 (2/4) 공장 설비 공정 설계 CPS ( 설계 / 계획 기반 ) 운영 CPS ( 설계 / 계획 + 제조현장빅데이터 ) 설계 피드백 (CAD/PLM) 다계층모델링 모델축약 / 추상화 모델라이브러리 지식베이스 운영 (ERP/MES) 10
스마트공장 CPS 구성과적용 (3/4) 프로세스 / 정보표준화 계획 / 설계 / 분석 / 개선프로세스와엔지니어링, 제조계획 / 관리업무정형화 실시간으로수집되는제조빅데이터처리와정보생성체계수립 통합플랫폼및프로세스연동 설계, 계획, 운영소프트웨어 / 제조빅데이터 / 서비스 / 프로세스들의연동을위한통합플랫폼설계및구성 플랫폼기반정보모델과 CPS 모델정의 실시간가상화, CPS 구성및최적운영 다양한데이터, 정보기반의설계 / 운영 CPS 구성 ( 공정 / 설비 / 공장 ) 제조현장과연동을위한실시간가상화및 CPS 구성 11
실시간가상화 제품, 공정, 설비가상화를통한사이버모델구성, CPS 플랫폼기반제조시스템과관리, 운영시스템간의연동을통해스마트 공장설계 / 운영에서의사결정최적화실현 다양한엔지니어링 / 생산관리소프트웨어와서비스연결을기반으로엔지니어링정보기반의제품, 공정, 설비, 공장, 그리고제조 시스템의 4M 운영상황가상화와사이버모델자동구성 / 변경 ( 디지털가상생산모델링 & 시뮬레이션자동화 ) 공정, 설비, 각종센서로부터수집된제조빅데이터와 PLM 의엔지니어링정보를기반으로한실시간가상화수행 상황인지, 판단및의사결정, 계획수립및검증수행과다양한 엔지니어링서비스구현 12
스마트공장 CPS 구성과적용 (4/4) 공장 설계 / 운영 CPS 제품 제조 빅데이터 시각화 공정 설비 운영시스템 사이버모델 ( 디지털생산 ) 지식기반 최적화 서비스지향 & 오픈네트워크기반표준플랫폼 PLM 스마트공장 13
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