IIoT 플랫폼을활용한설비예지진단시스템구축방안 MDS 테크놀로지 IoT 사업부 이철부장 (chul@mdstec.com)
Contents 1. Industrial IoT와스마트팩토리 1-1 스마트팩토리전망및정책동향 2. 요소기술소개 3. 설비예지진단시스템구축방안 3-1 시스템구성 3-2 구축사례소개
Industrial IoT 와스마트팩토리 - 비용절감과생산성향상이제조업계의주요이슈로떠오르며 IoT 기술기반의다양한융합기술이반영된스마트팩토리가미래제조업의패러다임으로부상 - 제품기획, 설계, 제조공정, 유통, 판매등전과정을 IT 로통합하여최소비용과시간으로고객맞춤형제품을생산하는공장 - 스마트팩토리의실질적인구현을위해서는데이터통합과분석, 상위시스템과의연동을위한기반기술이필요 Figure 1 [Industrial IoT 계층구조 ] Figure 2 [Industrial IoT 시장 ] 3
스마트팩토리전망및정책동향 인더스트리 4.0 ( 11) - ICT 융합생산공정고도화 - CPS 결합한신개념생산체계 : 스마트팩토리추진 산업재흥플랜 ( 13) - 기존생산성향상기법한계극복 - 고유의스마트팩토리전략모색 국가첨단제조전략 ( 12) - 신사업모델창출초점 - 대기업중심산업인터넷플랫폼글로벌표준화추진 중국제조 2025 ( 15) - 기존사업고도화 - 신흥산업적극육성 제조업혁신 3.0 ( 14) - 융합형신제조업창출 - 제조혁신기반고도화 : 1 만개스마트팩토리확산추진 (~ 20) 자동화 + ICT 융합 = 지능형생산체계구축 제조기술혁신을통한경쟁력극대화 센싱 + IoT 다양한데이터실시간수집 Big Data 방대한데이터확보 실시간처리및분석 4 머신러닝 빅데이터기반학습최적솔루션제시
스마트팩토리구축 3 단계 GOAL Intelligent System 에너지절감, 효율성, 생산성증대 2020 년 STEP 3. 설비예지진단모니터링시스템 데이터수집, 통합처리, 분석머신러닝 ( 학습 ) IIoT Smart System 데이터통합사전예측시스템 Smart Factory STEP 2. 설비진단모니터링시스템데이터수집처리, 분석시각화 STEP 1. 설비모니터링시스템데이터수집시각화 사후처리시스템 5
요소기술소개 스마트센서 - 센서허브 (GW) 및플랫폼 (IIoT Platform) 연동을위한네트워크인터페이스필요 - 산업현장의일관적이고표준화된데이터수집및통합을위한 OPC UA 또는 IIoT 플랫폼연동을위한 LwM2M, CoAP, MQTT 등의프로토콜을지원해야함 - OPC UA 는산업현장의데이터통합을위한효율적인프로토콜 (Industry 4.0 Standard) Figure 3 [Industrial IoT 스마트센서 ] 스마트센서실제이미지 논리, 판단, 통신 + 플랫폼연동 SW Network interface IIoT Platform 6
요소기술소개 스마트센서 설비온도측정을위한스마트센서의개발사례 - 광범위한부분의온도측정을위한비접촉열화상센서인 Lepton 사용 - NXP i.mx6 Dual 1Ghz (ARM Cortex-A9) 오픈소스 HW 사용 - 온도센싱알고리즘및비디오오버레이, OPC UA 서버, ThingSPIN 플랫폼연동클라이언트 SW 개발 - H.264 RTSP 비디오스트리밍및 HDMI 비디오아웃지원 Figure 4 [Industrial IoT 열화상스마트센서 ] Lepton + 오픈소스 HW OPC UA 지원 ThingSPIN 연동및열화상비디오스트리밍 OSD 및 HDMI 비디오아웃 7
요소기술소개 OPC UA - 다양한산업용프로토콜을사용하는환경에서데이터통합및운영에대한문제인식, 상호호환성을위한단일프로토콜필요성으로만들어진통신표준 - OPC UA 는다양한분야의산업현장에서신뢰성있는데이터교환과보안을위한상호운영표준이며, 여러제조사로부터제작된장치들간에원활한통신을위한플랫폼 Figure 5 [ 데이터통합을위한 OPC UA] 8
요소기술소개 OPC UA 적용사례 응용분야 - 주입식몰딩머신제작사 적용내용 - 기기내 OPC UA 서버구축머신장치에서 MES 나 ERP 로바로연결 OPC UA Server ERP MES OPC UA Client Preinstalled preconfigured data consistency OPC UA Server OPC UA Server 9
요소기술소개 Industrial IoT 플랫폼 Data 통합 / 전송 / 저장 / 분배와분석및가시화 - 현장설비로부터의데이터는 OPC UA 로통합후플랫폼에전달 ( 양방향 : 모니터링및제어가능 ) - 플랫폼은자체 Database 또는다양한외부 Database 로데이터저장 ( 데이터의유연성 ) - 동시에, 플랫폼은데이터가필요한외부시스템으로바로전달 (Data Streaming: Kafka, REST, WEB Socket) - 서비스어플리케이션 (SCADA/HMI, Dashboard 등 ) 은 WEB Socket 데이터를실시간표시 - 분석플랫폼은 Streaming 된데이터를분석후, 서비스어플리케이션 UI 에결과를통합 Figure 6 [Industrial IoT 플랫폼전체구성도 ] 10
요소기술소개 Industrial IoT 플랫폼 ThingSPIN - 스마트팩토리구현의관건은산재한데이터소스로부터데이터를취득하는것 - 필요한데이터의소스는다양한형태로존재함 ( 설비 : PLC, 센서등 ; 시스템 : 레거시, ERP, MES 등 ) - ThingSPIN 의데이터통합은 OPC/UA 와데이터파이프라인, 데이터플러그인으로접근함 Figure 7 [ThingSPIN] 11
Figure 8 [ThingSPIN 대쉬보드예시 ] 요소기술소개 Industrial IoT 플랫폼 12
요소기술소개 Big Data 플랫폼 머신데이터를아무런제약없이수집 > 저장 > 분석 > 시각화할수있는실시간분산플랫폼 머신데이터 (Machine Data) 제약없음 (No Limits) 엔드투엔드 (End-to-End) 실시간및분산 (Real-time) 플랫폼 (Platform) 서버 /NW 로그 각종설비데이터 애플리케이션로그 기타모든텍스트형태의데이터 비정형 / 정형데이터 데이터포맷무관 데이터용량무관 데이터속도무관 제약없이수용 별도의외부솔루션불필요 복잡한코딩및 SI 개발이필요없음 데이터의생성부터가치획득까지모두 모든데이터실시간처리, 즉시결과확인 분산저장, 분산검색 성능및용량의선형적확장 커스터마이징용이 외부시스템과손쉬운연동 앱을통한기능확장 개발프레임워크 13
요소기술소개 Big Data 플랫폼 - Big Data 처리를위한분산환경의통합데이터분석플랫폼 - 수집, 인덱싱, 분석, 보고서까지의업무전과정을지원하는분석관제를위한 End-To-End 솔루션 Figure 9 [Big Data 플랫폼, Splunk] [Trend / 표준편차분석 ] IIoT Platform 정형 / 비정형데이터 [ 연관성분석 ] 14 [ 패턴분석 ]
SCADA 시스템구축의요구사항 요소기술소개 SCADA 쉬운시스템구축 다양한설비의정보를사용한쉬운시스템구축 설비와의통신프로토콜이쉽게구축되어야함 쉬운확장성 설비추가, 제거, 변경등에유연한반영 타플랫폼등과연동가능성및향후기능확장의가능성보장 다양한디바이스지원 키오스크, PC, 태블릿, 모바일등다양한디바이스지원가능 Figure 10 [SCADA 예시화면 ] 15
atvise scada 기능분석 요소기술소개 SCADA 산업용표준프로토콜 (OPC UA) 를지원하여설비호환성확보 HTML5, SVG등표준 Web 기반시스템으로다양한웹브라우져에서활용가능 표준웹기반으로모바일에서 PC 까지다양한장치에서활용가능 Figure 11 [atvise scada] atvise scada 16
OPC UA server and client 역할 요소기술소개 SCADA OPC UA 와의상호운용성 (Interoperability) Figure 12 [atvise scada OPC UA server and client] 17
설비예지진단시스템구축방안 현장필요성 문제인식 통일된품질유지및설비점검관리시스템필요 전문인력의은퇴등기술 Know-How 확보필요 작업자간기술격차심화문제로기술표준화방안필요 수기로작성한정보의데이터화및관리시스템필요 다양한브랜드장비간의연동 ( 상호호환성 ) 문제 지표관리를위한글로벌기준표준화필요 데이터통합및운영에대한문제인식제고 공정내부데이터유출에대한보안필요성제고 IoT 기술을활용한설비예지진단시스템구축 Big Data, 머신러닝기술을통한설비진단프로세스확립 설비유지보수작업자에게 Guide 제공 18
설비예지진단시스템구축방안 - IIoT 플랫폼기반의정보수집 ( 설비정보, 다양한센서 ( 열, 진동, 전류등 ) ) - 유연한데이터통합을위한표준프로토콜사용 - 빅데이터, 머신러닝기술을활용한설비상태진단 Big Data 머신러닝 Figure 13 [ 설비예지진단시스템구성도 ] 데이터통합 플랫폼 분석 통합뷰 가시화 IIoT Platform 스마트센서 19 현장노하우 데이터연동
설비모니터링 설비예지진단시스템구축방안 Figure 14 [SCADA 화면예시 ] 20
설비점검진단제시 설비예지진단시스템구축방안 Figure 15 [ 설비예지진단시스템예시화면 ] - 설비점검리스트작성 점검 Priority 제시 ( 점검주기, 이상패턴등을고려한설비점검리스트제시 ) - 설비점검방법제공 설비상태, 점검가이드, 설계도등제시 - 설비점검후결과기록 설비고장이력확보 21
구축사례소개 (H 사 ) 설비예지진단시스템구축방안 Figure 16 [ 설비모니터링시스템구성도 ] 22
구축사례소개 (H 사 ) 시스템구축현황 설비예지진단시스템구축방안 Figure 17 [ 시스템구축현황 ] 기존공장제어시스템 IPPS 시스템 (Level-3) 분석시스템구축» 기존철분말공장제어시스템과 OPC UA 통신기술을활용별도 공정시스템 (Level-2) BigData Server 공정모니터링화면개발 의공간에공정-품질데이터수집및저장 PLC (Level-1) IIoT Server» 주제어시스템과별도의공정및분석화면을개발하여관리자등 공정및품질데이터실시간수집시스템구축 공정및품질정보상시접근및 공정설비센서 ( 진동 / 부하 ) ( 열화상 ) 데이터조회및분석화면개발 분석가능 23
구축사례소개 (H 사 ) 설비예지진단시스템구축방안 Figure 18 [H 사구축사례 ] 24
설계도면 (EEC- ONE) IIoT 플랫폼 ( 자체개발 ) DATAFEED OPC SUITE Visualization Tool 분석플랫폼 구축사례소개 (H 사 ) 설비예지진단시스템구축방안 Figure 19 [ 시스템구축현황 ] 조업현장서버실운영실 IoT 플랫폼 턴디쉬온도측정용 운영 PC 키오스크 스마트온도센서 ( 열화상 ) 스마트온도센서컨트롤러 Rack Network 스위치 IIOT Platform 서버분석 Platform 서버 키오스크 (TV) 거치대 컨트롤러 25
설비예지진단시스템구축방안 구축사례소개 (H 사 ) 설비상태분석 Figure 20 [ 분쇄설비 ] 분쇄설비에대한생산량및품질변화데이터, 설비상태를분석하여설비의교체, 점검주기제시 Figure 21 [ 설비상태분석 ] 겉보기밀도, 생산량, 분쇄기회전속도등다양한인자통합분석 : 1200 톤사용시겉보기밀도등품질인자변화없음 겉보기밀도와분쇄기회전속도군집화를통한상관관계분석 : 블래이드수명한계시특정밀도지역으로군집화예상 26
구축사례소개 (H 사 ) 설비예지진단시스템구축방안 H 사설비분석을통한비용절감사례 빅데이터분석을통해서다양한인자간의상관성분석을통한분석결과도출 관리기준 분쇄속도 95% 품질 ( 정기 ) 3 회연속 AD 미달시또는 1200 톤생산시교체 비고 누적사용량대비겉보기밀도감소 ( 現 IPPS 나 HMI 상동시분석기능없음 ) 분석결과 1200 톤사용시특이사항없음. : 1200 톤이상사용시품질지장없음예상 겉보기밀도, 생산량, 분쇄기회전속도등다양한인자통합분석 1200 톤사용시컨보기밀도등품질인자변화없음 겉보기밀도와분쇄기회전속도군집화를통한상관관계분석 블래이드수명한계시특정밀도지역으로군집화예상 기존시스템 1200톤생산후교체연간 1기당총 5회교체발생연간총 4.8억의교체비용발생 신규시스템 1800톤생산후교체연간 1기당총 3.3회교체발생연간총 3.1억의교체비용 (1.7억비용절감 )
구축사례소개 (H 사 ) 생산 / 정비부분효과 설비예지진단시스템구축방안 공정및품질연계통합모니터링시스템구축으로공정 / 설비이상유무및추이변화확인가능 신속한공정 / 설비이상원인진단및대책수림으로공정관리체계강화및고장사전진달가능 기존 개선» 공정설비이상원인분석및대책수립지연 포장품품질이상발생 분석과정 : IPPS 및공정데이터조회및분석시까지지연 대책수립 : 정보공유, 분석공유회의후대책수립» IPPS HMI 화면 : 품질결과만존재, 경향성추가분석분석로직변경어려움» 공정설비이상원인분석및대책수립지연 포장품품질이상발생 분석과정 : 공정 / 제어 / 품질 Trend 동시연계분석 대책수립 : 혼합기성능개선및최적화진행» IoT-QMS 화면 : 공정 / 품질 / 설비관련동시분석분석로직변경쉬움 28
설비예지진단시스템구축방안 Figure 22 [ 전체시스템동작현황 ] Figure 23 [ 실제조감도를통한직관적 UI 구성 ] IPPS (ERP, MES) ThingSPIN (G/W) 품질데이터 Big data 플랫폼 IoT 플랫폼 각공정을 Click 하여공정모니터링 공장설비 열화상센서 시각화 Figure 24 [ 열화상영상실시간모니터링 ] Figure 25 [ 웹기반기존 SCADA 화면재구성 ] 열화상센서영상 각공정의애니메이션을활용한동작확인
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