International Standards Ensure Positive Change 2018 INSIGHT INTO TECHNOLOGY AND STANDARDS 2018 스마트제조 10 대표준화전략트렌드

International Standards Ensure Positive Change 2018 INSIGHT INTO TECHNOLOGY AND STANDARDS 2018 스마트제조 10 대표준화전략트렌드

스마트제조분야원안작성위원 차석근 부사장 ACS sk_cha@acs.co.kr 유상근 책임 ETRI lobbi@etri.re.kr 유흥식 대표 유노믹 paul.yu@unomic.com 방건동 박사 지노텍 fpahng@zinnotech.com 이창수 교수 강릉원주대학교 cslee@gwnu.ac.kr 정영수 교수 명지대학교 yjung97@mju.ac.kr 홍승호 교수 한양대학교 shhong@hanyang.ac.kr 권대현 팀장 LS산전 daehyunka@lsis.com 김기천 교수 건국대학교 kckim@konkuk.ac.kr 지상호 단장 인터넷진흥원 jsh@kisa.or.kr

총론및담당분야소개 스마트제조분야 10대트렌드 01. ( 공정 ) 스마트제조 KPI 표준... 8 02. ( 공정 )MTConnect와 OPC UA 연동표준... 13 03. ( 산업데이터 ) 스마트제조시설물건설운영을위한표준정보분류체계... 19 04. ( 산업데이터 ) 스마트제조에적합한마스터데이터품질관리기술... 23 05. ( 상호호환성 ) 스마트제조상호호환성융합전략... 27 06. ( 상호호환성 ) 스마트제조상호호환성-AutomationML... 32 07. ( 상호호환성 ) 스마트제조상호호환성-OPC UA PubSub... 39 08. ( 보안 ) 스마트제조정보보호국제표준... 44 09. ( 보안 ) 중소제조기업용정보보호관리체계... 49 10. ( 유즈케이스 ) 데이터정합성부족의영향에대한유즈케이스접근방법... 52

총론 4차산업혁명은정보통신기술 (ICT) 의융합으로제품 서비스가결합된다양한신시장을창출하며기존영역의경계를넘어다양한기술융합을통해혁신적변화를이끌고있습니다. 이러한추세에따라최근세계각국은제4차산업혁명의일환으로제조업을강화하기위한국가적전략을추진하고있습니다. 스마트제조는기존의제조업경쟁력향상과변화하는시장환경에능동적으로대응하기위해전통제조산업에 ICT기술을결합하여복잡하고조건에서방대한빅데이터의구축과분석을통해다양한제조영역에서정교한예측이가능하게됩니다. 스마트제조분야에있어서미래는산업사물인터넷 (IIoT Industrial Internet of Things), 산업인터넷서비스 (IIoS Industrial Internet of Services), 사이버물리생산시스템 (CPPS Cyber Physical Production Systems) 을갖춘공장이상호운영성이확보된공장운영시스템 ( 제품, 설계, 자원, 공정, 설비, 작업, 안전, 보안, 고객, AS 등 ) 을통해외부환경에맞춰공장의생산활동을스스로관리하는스마트공장으로의전환이시급히요구되고있습니다. 이러한 4차산업혁명시대제조업에있어표준화는시장생태계구조를정하는중요한도구가될것입니다. 국제표준과의부합여부는글로벌경쟁력과직결되어있습니다. 우리가모르는상태에서다른국가나기업의기술이국제표준으로먼저정해지면그동안단체나기업이추진해온기술은무용지물이되거나시간과비용면에서막대한손실을초래하게됩니다. 국내외적으로전문가들의적극적인활동과협의를통해상호협력이점점더강화되고있습니다. 스마트제조분야는그대표적인분야이고이미주요선진국가와기업에서는스마트제조분야의표준을선점하기위해적극노력하고있습니다. 4 2018 10 대표준화전략트랜드

스마트공장국가표준코디네이터 최동학 E-mail : nsc.smart.facctory@gmail.com 연세대학교전기전자공학박사 ( 前 ) 싹난지팡이대표이사 ( 現 ) 순천향대학교교수 ( 現 ) 국가표준코디네이터, 스마트공장추진단표준기획팀장 독일, 미국등제조강국을중심으로새로운패러다임을통한생산효율증대와친환경고객맞춤형생산으로제조업경쟁력강화정책이추진되고있으며, 공장내 외부의다양한기기및사물들의연결성을높이기위하여다양한솔루션및기업간네트워킹과통합을위한공통의표준으로선점하기위한노력이한창입니다. 우리나라역시제조업과 ICT융합을통한제조업의글로벌경쟁력강화를위해한국제조업현실에맞는스마트공장정책을추진해나가고있습니다. 주요정책 제조업혁신을목표로 4 대추진방향, 13 대세부추진과제를중심으로제조업혁신 3.0 전략수립 - 스마트생산방식확산, 창조경제대표신산업창출, 지역제조업의스마트혁신, 사업재편촉진및혁신기반조성등 4 대추진방향제시 - 스마트공장보급 확산, 스마트제조기술개발, 제조업소프트파워강화, 스마트융합제품조기가시화등 13 대세부추진과제선정 4 차산업혁명대응을위한제조업부흥추진 - 22 년까지스마트공장 2 만개보급 확산을통하여제조기업경쟁력확보및고부가가치일자리창출지원 - 금융지원 인증제도도입등을통해민간의자발적구축을지원하고업종별벤치마킹대상인대표공장을선정하여고도화촉진도병행 또한스마트공장표준화활동으로국가기술표준원을중심으로스마트공장의구성모델, 관련기능요소, 상호간의정보교환모델, 표준화항목, 표준화현황, 신규표준화항목등의 KS 표준화로드맵을개발하여단기, 중기, 장기표준화목표설정및추진전략을수립하고진행중에있습니다. 스마트제조 5

총론 < 국내표준화추진현황 > 국내스마트공장이고도화되고가속화되기위해서는제조기업현장에확산적용이가능한업종별참조아키텍쳐모델과표준제조운영시스템개발플랫품등이구체적으로제시되어야할것입니다. 즉, 국제표준기반스마트제조운영시스템플랫폼을개발적용하는동시에우리의제조방식을국제표준에반영시키는등의범국가활동을통해 ICT와제조업이융합된제조운영패러다임이바뀌는소위 선순환제조생태계 로거듭난다면우리제조업은글로벌경쟁에서지속가능한우위를점할수있게되리라봅니다. 따라서스마트공장의성공적구축을위해 ICT와제조기술의융합및고도화가병행되고, 기술간표준을통한상호운영성 (Interoperability) 이확보되어 4차산업혁명시대의상위권을지키고지속성장하기위해서는개방과공유가필수적이고이를실현하 6 2018 10 대표준화전략트랜드

스마트제조 Smart Factory 기위해국제표준은그핵심에있다고볼수있습니다. 그동안정부에서는스마트공장운영통합시스템구현은수직 / 수평적상호운용성확보가필수적이라는인식하에향후우리가구축한스마트공장이글로벌환경에적합한세계적스마트공장이되기위해고려해야할사항을제시하는스마트제조국제표준화로드맵수립과함께분야별 ( 제조운영, 산업데이터, 상호호환성, 제조보안, 유즈케이스 ) 최고전문가들이선정한 10가지주제에대해표준및기술트랜드를작성했습니다. 아무쪼록로드맵과함께 10대표준화전략트랜드가대한민국스마트공장추진에대한이해와대응전략수립에도움이되시길바랍니다. 스마트제조 7

01 Smart Factory 스마트제조 KPI 표준 스마트제조에서는고객을중점관리하는 ERP 와생산하는제품을관리하는 MES/POP 기능과데이터통합화가중요하며, 또한제조공정을집중관리하는제어와정보통합화가필요하다. MES/POP 기능에는생산현장의생산자원 (4M1E: Man, Machine, Material, Method, Energy) 이시시각각변화되고있는다양한방안에대하여국제표준기반으로성과지표 (ISO 22400: KPI for MOM) 의필요성이요구된다. I. ISO 22400 탄생배경 ISO 22400은 ISO TC 184/SC 5 Interoperability, integration, and architectures for enterprise systems and automation applications 기술위원회소속으로다음과같이탄생되었다. MES의생산성지표의표준화 NWI 제안, DIN 2008년 5월 TC 184/SC 5 안에 WG 9 설립 (2009년 5월 ) NWI에투표 (2009년 9월 ) NWI의승인 (2009년 12월 ) 독일, 프랑스, 스웨덴, 스페인, 미국, 한국, 중국, 일본승인 ISO22400-1 발행 (2014년) ISO22400-2 발행 (2014년) II. ISO 22400 구성 ISO 22400은 Part 1 ~ Part 4 총 4개로다음과같이구성된다. Part 1: Overview, Concepts and terminology Part 2: Definitions and descriptions and key performance Part 3: Templates and categories of KPIs Part 4: Exchange and use of KPIs 8 2018 10 대표준화전략트랜드

1. ISO 22400 대상 ( 하이러키관점 ) 제조시스템구조는계층 0 ~ 계층 4까지총 5 계층으로구분하고있다. Level 0: 실생산공정 Level 1: 생산공정의센서와생산공정의처리장치 Level 2: 벳치, 연속및단속생산공정에서자동화혹은슈퍼바이싱제어및감시기능처리속도는시간, 분, 초혹은 1/10 초 Level 3: MOM (Manufacturing Operations Management) 원하는최종제품생산에작소업흐름 / 처방제어와생산공정에기록유지와최적화처리속도는일일, 교대, 시간, 분, 초 Level 4: BP&L (Business Planning & Logistics) 기초공장일정의구축 생산, 자재사용, 공급과출하. 재고수준결정처리속도는월간, 주간, 일일 [ 그림 1] ISO 22400 대상 ( 하이러키 ) Level 4 Level 3 Business planning and logistics Plant Production Scheduling, Operational management, etc. Manufacturing operations management dispatching production, detailed production scheduling, Reliability Assurance, etc. 4- Establishing the basic plant schedule - production, material use, delivery, and shipping, determining inventory levels. Time Frame Months, weeks, days 3- Work flow / recipe control to produce the desired end products. Maintaining records and optimizing the production process. Time Frame Days, shifts, hours, minutes, seconds Level 2 Batch control Continuous control Discrete control 2- Monitoring, supervisory control and automated control of the production process Time Frame Hours, minutes, seconds, subseconds Level 1 1- Sensing and manipulating the production process Level 0 0- The actual production process 2. ISO 22400 대상 ( 기능관점 ) ISO 22400의기능관점에서의대상은 Level 3 MOM 분야로다음과같은기능으로구성된다. Detailed Schedule Job order data 스마트제조 9

Product data Material data Quality data Work-time data Process data Equipment data [ 그림 2] ISO 22400 대상 ( 기능관점 ) 3. ISO 22400 정의내용 ISO 22400은 35개 KPI 항목을정의하고있다 (Part 2 9.1 ~ 9.35) Efficiency Indicators 9 항목 Quality Indicators 9 항목 Capacity Index 4 항목 Environmental Indicators 4 항목 Inventory Management Indicators 6 항목 Maintenance Indicators 3 항목 Level 1: 생산공정의센서와생산공정의처리장치 10 2018 10 대표준화전략트랜드

4. ISO 22400 정의방법 1: Time Model Time model로정의하는방법에는다음과같이 3가지형태로구성된다 Work unit를위한 Time model Production order 처리를위한 Time model 작업자를위한 Time model [ 그림 3] ISO 22400 Time model 정의방법 5. ISO 22400 정의방법 2: Logical relation Logical relation으로정의하는방법에는다음과같은항목으로표현되고있다. Formula Description/Use Input parameter Result value Timing (Online, per shift, per day, monthly..) Drill down (Details and data relationship) Documentation/source/relationship Information level (Worker (Online), Shift leader, production leader, management) Level (0,1,2,3,4), data acquisition level of the input parameters 스마트제조 11

[ 그림 4] ISO 22400 Logical relation 정의방법 [ 참고문헌 ] [1] IEC 62264 Enterprise-Control Integration, IEC [2] ISO 22400 KPI for MOM, ISO [3] 스마트제조국제표준로드맵 2017, 기술표준원 12 2018 10 대표준화전략트랜드

02 Smart Factory 스마트제조를위한 MTConnect 와 OPC UA 연동표준 스마트제조는 ICT 의핵심기술인사물인터넷 (IoT) 과사이버물리시스템 (CPS) 의융합을통하여제조의모든단계를자동화하고정보화하는기술로, 4 차산업혁명의핵심으로자리잡고있다. 스마트제조와관련하여다양한분야의기술개발및표준화가진행되고있으며, 이중에서도제조현장의데이터를처리하기위한기술은중요한이슈이다. 본이슈리포트에서는스마트제조실현을위한 MTConnect 와 OPC UA 기술개요및이기술들의연동표준에대하여다루고자한다. I. 서론 스마트제조는전통적제조강국인독일과미국이주도하고있는제4차산업혁명을이끌제조패러다임중에가장크게강조되고있다 [1]. 기존제조현장은각종설비자동화를통해대량생산, 고품질화, 생산비절감, 납기단축등에서이미많은성과를거두었고, 제품의기획, 설계, 생산, 유통, 서비스등전과정이 ICT 기술과융합된스마트제조로발전하고있다. 이에따라, 소비자의다양한요구에부합할수있는맞춤형생산체제를갖추고한정된자원을효율적으로활용하고소비하기위한핵심경쟁력으로서첨단화된제조기술의필요성이부각되고있다. 스마트제조를실현하기위해서는제조현장에있는설비들간의상호작용뿐아니라제조환경내가상시스템및여러이해관계자들과의데이터공유및처리가중요하다. 이에본이슈리포트에서는스마트제조환경에서통신기능과데이터교환을위한공개표준인 MTConnect와 OPC UA의개요및이두기술의연동표준에대하여알아보고자한다. 스마트제조 13

Ⅱ. MTConnect 기술개요 MTConnect 는제조장비, 부품, 소프트웨어어플리케이션간의상호운용성제공을위한무료표준으로응용프로그램에게설비데이터를제공하는기능을수행한다 [2]. MTConnect 는확장가능한경량프로토콜로서, 미국제조기술협회에서 2006년표준화를시작하여2008년첫번째버전을완성했고, 2009년 MTConnect Institute 를설립하여현재까지표준화를진행하고있다. MTConnect는그림 1과같이디바이스, 어댑터, 에이전트, 네트워크, 클라이언트의 5개기본컴포넌트로구성되어있다. MTConnect에서데이터를요청하는클라이언트와제공하는서버 ( 또는에이전트 ) 는 HTTP 프로토콜로통신하며, HTTP 상에서주고받는데이터는 XML 형태로되어있다 [ 그림 5] MTConnect 기본컴포넌트 MTConnect는제조데이터를위한 사전 을정의함으로써모든데이터는이름, 정의, 확장등전체컨텍스트로제공된다. 대부분의통신네트워크에서모든데이터는사용시점즉어플리케이션에서정의되는데, MTConnect를사용하면데이터가소스 ( 디바이스또는공작기계 ) 에서정의된다. MTConnect 디바이스는클라이언트어플리케이션 (ERP, MES, 생산관리시스템, 유지관리시스템및표준브라우저등 ) 과같이데이터를요청하는곳에일관된형식으로데이터를제공한다. 따라서, 디바이스와어플리케이션의데이터통합비용을줄이고플러그-앤-플레이환경으로진화할수있도록한다. 14 2018 10 대표준화전략트랜드

Ⅲ. OPC UA 기술 OPC UA(Open Platform Communication Unified Architecture) 는서로다른인터페이스간의데이터교환을위해 OPC Foundation에서정의한무료통신프로토콜표준으로, IEC TC57에서표준화를수행하여 IEC 62541 규격으로제정되었다 [3]. IEC 62541은그림 2와같이핵심규격 (Part 1~7), 액세스타입규격 (Part 8~11), 유틸리티규격 (Part 12~13) 등 3개의파트로구성되어있다. [ 그림 6] OPC UA 규격구조 OPC UA는플랫폼독립적이며최첨단보안모델, 확장성, 결함허용이적용된통신프로토콜로서, TCP/IP, HTTP, Ethernet 및 XML 등표준인터넷기술에기반한다는장점이있다. 그림 3은기업에서 OPC UA의범위를나타낸것으로, OPC UA 클라이언트는브라우저기반씬클라이언트와 ERP 시스템에이르는모든제조데이터를소비할수있다. 즉, OPC UA는생산분야의소형장치에서부터기업용서버까지확장이가능하다. 또한, OPC-UA는 MTConnect, PLCopen 등과같은제어및모니터링을위한산업용통신표준과의데이터교환모델을정의하고있다. 스마트제조 15

[ 그림 7] 기업내에서 OPC UA 의범위 Ⅳ. MT Connect 와 OPC UA 연동표준 2010년 9월 OPC Foundation과 MTConnect Institute는 OPC와 MTConnect의기존제조데이터교환표준및구현기술의범위를확장하기위한공동작업에합의했다 [4]. MTConnect-OPC UA 간의연동을통해다음과같은목적을달성할수있다. 점진적채택 (Incremental adoption): MTConnect-OPC UA 연동을통해두기술간의장벽이크게감소될수있다. 진화 (Evolution): MTConnect-OPC UA 이전버전에대한호환성염려없이점진적으로진화할수있다. 맞춤형가능 (Customizability): MTConnect-OPC UA의확장성을통해, 기계별, 설치별로맞춤형소프트웨어및툴을쉽게만들수있다. 비독점적 (Non-proprietary): 수백개의기업, 개인, 정부, 비영리기관을대표하는 OPC Foundation과 MTConnect Institute가지원하는무료공개표준으로비독점적이다. MTConnect와 OPC UA 연동을위해, 두프로토콜의정의및데이터타입이서 16 2018 10 대표준화전략트랜드

로매핑된다. 즉, MTConnect는 Probe request를정의하는데, 이는 OPC UA의 Browse에매핑된다. MTConnect의 Probe request는에이전트에정의된디바이스데이터를반환하는데, OPC UA에서는클라이언트가언제든지주소공간을찾아보고, 주소공간의상세한구조 ( 디바이스들간의모든관계, 정의된타입및데이터타입 ) 데이터를반환할수있다. 이러한방식으로, MTConnect에서디바이스로부터정보를획득하는 Sample Request 명령은 OPC UA의 read 또는 subscription 서비스로매핑될수있고, MTConnect의 Streaming 명령은 OPC UA subscription 서비스에매핑된다. MTConnect에서정의한 Asset은 MTConnect 디바이스를기술하는 OPC UA 정보모델에간단히추가된다. MTConnect-OPC UA 연동표준은장치제조업체, 소프트웨어벤더, 최종사용자엔지니어등다양한분야에서활용가능하다. 그림 4는공작기계등의설비를판매하는독립소프트웨어벤더 (Independent Software Vendor, ISV) 가이표준을활용한사례이다. 이 ISV는 MTConnect와 OPC UA 간정보를변환하고 MTConnect 표준에정의된수많은기능을추가한 Value added Analysis Engine 을탑재한게이트웨이를제공하려고한다. 이때이연동표준을이용하여 MTConnect-OPC UA 정보모델을용도에맞게확장함으로써여러종류의 OPC UA 클라이언트제품을통해서디바이스에쉽게액세스될수있도록한다. [ 그림 8] 독립소프트웨어벤더의 MTConnect-OPC UA 연동표준활용예 스마트제조 17

Ⅴ. 결론 4차산업혁명의핵심분야인스마트제조를실현하기위해서는제조현장에있는데이터의교환및처리가중요하다. 이에본이슈리포트에서는제조환경에서통신및데이터교환을위해널리사용되는 MTConnect와 OPC UA 프로토콜에대해기술하고, 이두기술의연동표준에대하여알아보았다. 이연동표준은다양한제조관련이해당사자들에게활용가능하며, 스마트제조가확산됨에따라이종기술간상호운용을위한중요표준으로자리매김할것으로예상된다. [ 참고문헌 ] [1] 국가기술표준원, KOSMIA, 2017 10대표준화전략트렌드 스마트공장, 2017.03. [2] MTConnect, http://www.mtconnect.org/ [3] OPC UA, https://opcfoundation.org/ [4] MTConnect-OPC UA Companion Specification Final Version 1.02, 2013.11.20 18 2018 10 대표준화전략트랜드

03 Smart Factory 스마트제조시설물건설 / 운영을위한표준정보분류체계 스마트제조시설의건설및운영단계에발생하는다양한정보의전자적공유및호환을위한표준정보분류체계 시설물관리 (Facility Management) 는스마트제조공장시설물의 기획, 설계, 구매, 시공, 시운전, 운영, 처분 (Planning, Engineering, Procurement, Construction, Start-up, Operation, and Disposal) 전생애주기를거쳐포괄적인업무기능을수행하는것 을의미하며, 시설물발주자관점이매우강하다. 따라서시설물관리의대상은생산설비와함께토목시설, 건축시설, 전기시설, 통신시설등공장의모든구성요소를포함한다. 데이터의범위관점에서, 스마트제조시설물관리를위한데이터는다수의참여자 ( 설계자 / 시공자 / 기기제작자 / 운영자등 ) 가생성하는다양한정보를공유하여야하며 ( 광의의비즈니스가치사슬 ), 동시에해당공장의여러업무를통합하여야하는 ( 협의의생산시설정보화및자동화 ) 요건을가진다. 또한 4차산업혁명의요건으로서공장과공장간에시설물정보가전자적방법으로공유되어야 ( 광의의생산시설정보화및자동화 ) 한다. 이러한관점에서최근의대형스마트제조공장발주자들은 생산운영 / 유통판매 에더하여 시설관리 를위한정보의효율적공유방법표준화에많은노력을하고있다. 데이터의상세관점에서보면, 스마트제조시설물관리데이터 는매우포괄적이며다양한정보를포함하는데반하여상세도관점에서는발주자관점의요약정보를중심으로구성된다. 즉, 전생애주기의요약정보는공통적으로모두포함되어야만전체시설의관리가포괄적가능하며, 일부업무기능은필요에따라보다상세한정보를포함할수있다. 예로서주요기기 (Equipment) 의사양, 가격, 유지, 교체에대한핵심정보는모든기기를대상으로포함되어야하나, 보다구체적인기술정보는생애주기단계별로관 스마트제조 19

련참여자중심으로요건에따라생성되고관리된다. 이와같은범위와상세를갖는스마트제조시설물관리데이터는매우많은관련참여자들이함께공유하므로표준화된호환방법과자동화된처리요건이필요하다. 특히생산설비는생산제품에따라다르게적용될수있으나, 이를위한기반시설물은거의모든공장이유사한구성요소를가지고있다는점에서표준화의활용범위와기대효과가매우크다. 즉, 대형하이테크공장에서부터소형일반제조공장까지산업전반에서의공통적인활용이가능하며, 특히 4차산업혁명시대의스마트제조시설물의특성이반영된표준정보분류체계가가장기본적인요소이다. 실무적인동향의예로서, 해외대형시설발주자 ( 예로서, 정유공장, 화학공장, 전자공장등 ) 는여러가지목적에서자동화된시설물관리를수행하기위한정보를수집관리하고있다. 가장기본적인목적은공장운영을위한설계 / 시공데이터의이양및통합이다. 표준화된정보호환을통하여설계및시공단계에서생성된자료를추가의노력없이생산운영관리시스템자료로바로활용하기위함이다. 이러한기반을갖춘선진발주자들은더나아가향후공장의 초기시설투자산정, 초기시설구축기간예측, 그리고 표준정보를통한지속적운영관리정보축적 에많은관심을가지고있다 ( 미국발주자중심컨퍼런스 Fiatech 사례 ). 기획초기에시설투자및구축기간예측을위해서는 협의의생산시설정보화및자동화 가뒷받침되어야하고, 운영관리정보축적을위해서는참여자또는사업시점에독립적인 광의의비즈니스가치사슬 의표준정보체계가반드시필요하다. 따라서최근대형시설발주자의 RFP (Request for Proposal) 또는 IFB (Invitation for Bid) 를살펴보면정보표준에대한요건이점차강조되고있는추세이다. 그러나현재발주자들이활요할수있는국제정보표준의대부분은건축분야, 화공분야, 기계분야, 전기분야, 통신분야등분야별로나누어져있어포괄적인정보관리에는많은어려움이따른다. 이에대한해결노력의하나로서, Fiatech의경우건축분야정보표준와플랜트정보표준의혼용을논의하고있으나아직까지는초기단계에머무르고있다. 스마트제조생산공정및생산기술분야에서다양한표준이국내에서도적극활용 되고있으나, 시설물관리 관점에서의표준은아직까지매우미흡하다. 시설물관리 관점표준으로서가장활발히활용되는예로서는건축공종분류인미국의 Master- 20 2018 10 대표준화전략트랜드

[ 그림 9] 스마트제조시설물관리정보공유 Facility Life Cycle 기획 설계 구매 시공 시운전 운영 Physical Components 산업차원표준정보분류정보의전자적호환및공유 토목 건축 제조 기계 전기 환경 / 통신 / 자동화 Automated Contruction Performance Contol Integrated Digital Twining Automated Facility Management Data-centric Scenario-based Planing Facility Owner Requirements Format을들수있으나, 이또한국내외플랜트건설산업차원에서오랫동안활용되어온관습적기반을바탕으로운영되며, 포괄적이며체계적인적용은아니라고판단된다. 또한가지예는토목 / 건축시설의도형데이터표준인 IFC (ISO 16739) 이다. IFC는도형자료중심의표준으로서 시설물관리 의포괄성에대한약점을가지며, 아직까지공장시설물의 3차원준공도면에대한요건이일반화되지않음에따른제한성도가진다. 이러한제약조건에도불구하고, 최근국내외선진발주자조직들은설계 / 시공단계에서작성된 3차원도면을운영시스템에연계활용하고자하는노력을계속하고있으며, 일부사례에서는시설물의 3차원도면에기본적인시설구분및기타속성의입력요건을공식화하는사례가점차증가하고있다. 특히, 우리나라와같이해외건설의중요성이큰경우에는, 발주자용시설물관리정보표준을적극적으로개발하여활용하는것이건설사업수행의효율화효과와더불어국제표준의선점이라는전략적우위를차지할수있다. 특히개발도상국가발주자들에게있어우리의정보표준은큰도움이될수있다. 시설물관리정보표준관점에서의현재 ISO 표준은 ISO/TC 184 와 ISO/TC 59 SC 의 관계에서생각해볼수있다. 토목건축분야의 IFC (ISO 16739) 표준을분리하여개 스마트제조 21

발하기위한상호협조노력으로서 JWG 12가 2013년에시작되었다. 그러나반대로 시설물관리 정보표준은목적상분리개발된표준의선택적융합이반드시필요하게된다. 이러한맥락에서, 스마트제조시설물관리를위한포괄적시설분류등은새로이정의되어야하며, 융합적인활용방법의 Framework과함께상위레벨의분류정의가요구된다. 이러한관점에서건축 / 토목 / 기계 / 전기등관련분야간의연계및 ISO/ TC 184와 ISO/TC 59 등표준간의융합이가능한분야이다. 우리나라스텝센터의스마트제조산업데이터분과에서는다양한분야의참여로이러한시설물표준분류체계에대하여지속적으로논의하고있다. 22 2018 10 대표준화전략트랜드

04 Smart Factory 스마트제조에적합한마스터데이터품질관리기술 스마트제조내의다양한설비들이상호연결되어주고받는데이터에대한품질을확보하고유지하는데필요한활동을식별하고, 관련활동이적절히수행될수있도록관리할수있는표준프로세스를제공한다. 기업의데이터볼륨이매년 56% 이상으로증가하고있으며이러한증가로인하여발생하는가장큰문제는정보검색시간이늘어나고데이터품질의저하로의사결정이부정확해지고있는점이다. [Aberdeen Group, March 2013] 특히포춘 1,000 대기업을대상으로마스터데이터의문제점을조사한바에따르면부정확한보고자료, 데이터의부정확성, 잘못된의사결정등의문제점이지적되고있다 [TDWI What Works, Volume 22]. 따라서, 중요한비즈니스데이터를신뢰성있고 accessible하게유지하려면마스터데이터를좋은품질로유지하는관리체계가필요하다. 제조에서사용하는기준정보 ( 마스터데이터 ) 는제조에서기본적으로사용되는데이터로써제품가공에기본자료로사용되는데이터를의미하는데, 최근마스터데이터에대한개념이확대되면서자주변하지않는데이터뿐만아니라설계데이터, 제품데이터, 공정데이터, 엔지니어링데이터, 가동데이터등의범주까지폭넓은의미를가지게되었다. 이러한확장된개념의마스터데이터는생산현장에서발생, 수집, 처리, 가공되어생산현황을파악하기위한용도로쓰이거나영업및회계등관련부서에전달되어사용된다. 이러한데이터의흐름에따른데이터품질관리를위해서는데이터의추적성이필요하다. 스마트제조 23

예를들어, 제조업종에서가장중요한마스터데이터중하나는부품및 BOM(Bill of Material, 부품명세서 ) 정보이다. 부품의정보가변경되면부품과관련된정보들이함께변경되어야하며관련부서로변경사항이통보되어야한다. 이러한변경에따른실행사항들이수행되지않으면데이터오류가발생한다. 데이터품질에서는이러한데이터오류를추적및모니터링할수있어야한다. [ 그림 10] 데이터의추적성이보장되는데이터품질관리 IoT(Internet of Things) 환경에서는제조내에다양한설비들이상호연결되어데이터를주고받게된다. 그림1과같이데이터의추적성을보장함으로써연결성이확보된환경에서발생하는데이터에대한신뢰성확보및검증이필요하다. 따라서데이터품질을확보하고유지하는데필요한활동을식별하고, 관련활동이적절히수행될수있도록관리할수있는표준화된데이터품질관리프로세스가필요하다. 그림 2와같은마스터데이터품질관리시스템은품질관리프로세스를평가하여수준을측정하고이결과를바탕으로품질관리프로세스를개선하는선순환구조를가지고있다. 먼저데이터품질관리프로세스의참조모델이필요하며이참조모델을대상으로개별프로세스의능력도를측정하고전체프로세스의성숙수준을판별하게된다. 24 2018 10 대표준화전략트랜드

[ 그림 11] 마스터데이터품질관리프로세스시스템 이러한프로세스는데이터품질관리활동에대한관리계층별역할과책임을명확히제시하여체계적이고조직적인관리활동이수행되도록유도하고데이터품질관리활동간의연관관계를파악하여단계적이고효율적인데이터품질관리활동이진행될수있는프로세스체계를제공한다. 데이터품질을개선하는방식이크게데이터중심의품질관리와프로세스중심의품질관리로구별된다. 데이터중심의품질관리는데이터오류를측정하고발견된오류를수정하는작업이다. 이방법은데이터오류에대해신속히개선하는효과가있으며데이터품질을계량적으로제시하는장점이있다. 그러나시간이지나면서같은종류의오류가반복해서발생하며데이터품질의수준이하락하는단점이있다. 한편, 프로세스중심의품질관리는데이터품질관리프로세스를통하여데이터품질을지속적으로유지및개선하는방법이다. 이방법에서는데이터오류뿐만아니라프로세스개선을통해데이터오류의근본적인원인을제거하여동일한데이터오류가재발되는것을방지하게된다. 데이터품질기술은 ISO TC184/SC4/WG13( 산업데이터품질표준 ) 회원국을중심으로진행되고있으며특히미국은 ECCMA( 전자상거래코드관리협회 ) 를중심으로마스터데이터품질관리기술을보급하고있으며스페인과독일은데이터품질평가기술을선도하고있다. 국내에서는데이터품질기술을공공데이터에적용하고있으며선진국과의기술격차는없을뿐만아니라오히려국내기술이국제기술을리드하고있는실정이다. 스마트제조 25

ISO TC184/SC4/WG13을중심으로 ISO 8000-150( 마스터데이터프레임워크 ), ISO 8000-60 시리즈 ( 데이터품질프로세스평가 ), ISO 8000-100 시리즈 ( 마스터데이터교환특성 ), ISO 22745( 개방형기술사전 ) 표준이개발되어있다. 또한 IoT가보편화되어가고있는스마트제조에적합한마스터데이터품질관리기술은스마트제조에서발생하는데이터의품질을모니터링하고개선함으로써스마트제조의제조품질에기여하는성과가있다. 26 2018 10 대표준화전략트랜드

05 Smart Factory 스마트제조상호호환성융합전략 스마트제조는공장내 외부의다양한사물및서비스와연결됨에따라다양한도메인솔루션및기업간네트워킹과통합을위한상호호환성기술이필요하다. 공장내에사용되는기술은사람의생명과자산에심각한영향을줄수있으므로공장환경에따라명확한요구사항을확인하고실시간성, 고가용성, 기능안전통신등을만족할수있어야한다. 또한한두개의공장장비에탑재되는기술이아닌공장전체의시스템설계에영향을미치는통합기술로서산업적수용성을가지는표준을바탕으로개발되어야한다. 이를위하여최근 MES/ 클라우드와제어기간상호환성을위하여중요성이커지고있는 OPC UA 와고가용성과실시간성능이뛰어난 RAPIEnet 의융합기술이개발되었고스마트공장데모공장에서검증을진행중이다. 향후본솔루션을적극적으로보급하여상호호환성을확보하는것이시급하다. 스마트제조는공장내 외부의다양한사물및서비스와연결됨에따라글로벌시장에서제조사, 고객, 서비스제공업체를모두만족시키기위한상호호환성기술이필요하다. IEC 61804-2에서는 [ 그림 1] 과같이상호호환성을단계별로정의하고있으며상호운용성은매우높은수준의호환성레벨이다 스마트제조의근본적인목적은가상으로표현하고연결한기술객체간의협력과협업을쉽게하는것이다. 이러한맥락에서조직에가치있는기술객체는물리적인유형의객체만을의미할뿐만아니라아이디어, 저장소및소프트웨어와같은무형의객체도포함한다. 이를위하여전체생애주기동안기술적인객체에대한디지털기술규칙을만들고기술객체와기술객체의개발, 생산및사용에서부터처분에이르기까지관련된모든측면을표현해야하며이때상호호환성은필수적인것이다. 2017 년 3 월 IEC 에서는독일의 RAMI 4.0 을 IEC PAS 63008 규격으로채택하였 고, [ 그림 2] 와같이계층구조에서상호호환성이중요함을강조하고있다. 스마트제조 27

[ 그림 12] IEC 61804-2 상호호환성수준 [ 그림 13] IEC 61804-2 상호호환성수준 스마트제조의상호호환성보장을통해스마트제조운영자, 소비자및이해관계자는하드웨어나소프트웨어를직접구입하여사용하는것이가능하며, 상이한스마트제조환경으로서비스전환시에도기구입한제품들의재활용이가능해야한다. 기존네트워크들을보다지능화된시스템으로전환하기위해서, 스마트제조운영자는그들의 28 2018 10 대표준화전략트랜드

고객과시장에적합한스마트제조를목표로설정하고, 유연한사업프로세스와상호 운용가능한솔루션을제공할수있는표준화된프레임워크기반의스마트제조접근 방식을개발하는것이필요하다. 공장환경에서는기존산업환경에서널리사용되고있는산업용통신망을수용할수있어야한다. 산업환경에서는흔히필드버스라고불리는실시간자동화네트워크가사용되고있으며 IEC TC 65/SC 65C에서는실시간 (MT 9, IEC 61158), 프로파일 (MT 9, IEC 61784-2), 기능안전통신 (WG12, IEC 61784-3), 고가용성통신 (WG 15, IEC 62439) 분야로나누어산업용통신표준기술을담당하고있다. 초기하나의필드버스기술로통합하려고하였으나, 다양한공장환경을고려하여지역별, 회사별필드버스및실시간산업용이더넷표준들을정의하고있다. 예를들어실시간성은 [ 그림 3] 과같이분야별로다양하므로요구사항검토가필요하다. [ 그림 14] 분야별실시간성요구사항 사이버보안표준규격은시스템과함께논의가필요하여 IEC 62443 표준에서시 스템과네트워크관련표준을제정하고있으며, 이후 IEC SC 65C/WG 13 에서 IEC 61784-4 표준에상세내용을반영할예정이다. 스마트제조 29

국내에서는 IEC 산업용통신기술중에서국내에서개발되었거나사용하고있는 표준 6 종을 KS 로제정하였고, 이중실시간성, 고가용성, 기능안전관련 IEC 표준 항목을모두만족하는표준기술은 Profinet, EtherNet/IP, RAPIEnet 등이있다. 스마트제조의상호호환성을위하여사용되는산업용통신기술은한두개의장비에종속되는기술이아닌공장의전체시스템설계측면에서고려되어야한다. 공장내에사용되는통신방식은사람의생명과자산에심각한영향을줄수있으므로공장환경에따라명확한요구사항을확인하고실시간성, 고가용성, 기능안전통신등을만족할수있어야한다. 산업용무선통신기술은아직제어용으로널리이용되고있지않지만이를방해했던문제들 ( 실시간성, 사용비용등 ) 에대한해결책이하나씩늘어가고있다. 산업용전용주파수대역할당을통하여보수적인산업자동화분야에도무선통신기술적용을고려할필요가있으며, 국내산업의입장반영및대응이적극적으로이루어져야한다. 국내산업용이더넷에대한표준화및기술개발은초기단계이며, 국내에서는 LS 산전이산업용통신분야 ( 실시간성, 고가용성, 기능안전통신 ) 글로벌경쟁력강화 를위해국내최초로네트워크분야 IEC 규격을추진한 RAPIEnet (Real-time Au- [ 그림 15] 스마트제조상호호환성융합기술계층도 30 2018 10 대표준화전략트랜드

[ 그림 16] 스마트제조상호호환성융합기술계층도 tomation Protocols for Industrial Ethernet) 표준이있어국내산업용이더넷시장확대에기여하고있다. 최근 OPC UA 기술의중요성이강화되어한국형스마트제조표준솔루션으로 OPC UA와 RAPIEnet, EtherNet/IP의통합전략을수립하여 [ 그림 4] 와같은구성도로스마트제조데모공장에적용하여상호운용성을검증진행중이다. [ 그림 5] 는 IIoT 플랫폼을기반의상호호환성융합기술계층도이다. 향후본솔루션을적극적으로보급하여상호호환성을확보하는것이시급하다. [ 참고문헌 ] [1] HSN 2016 스마트공장을위한 IoT 및산업네트워크동향 [2] IEC PAS 63088 Smart manufacturing - Reference architecture model industry 4.0 (RAMI4.0) [3] Network-based Communication for Industrie 4.0 - Proposal for an Administration Shell 스마트제조 31

06 Smart Factory 스마트제조상호호환성 - Automation ML 산업환경이고도화됨에따라다양한기기및공정이시스템에도입되고이를구동시키기위한각기다른엔지니어링툴이사용되고있으며, 이들은서로다른요구사항, 데이터형식및데이터교환방식을필요로한다. 이러한환경하에서각기다른엔지니어링툴의상호운용성을높이고생산최적화및지능화를갖춘스마트공장으로진입하기위해서는손실없이데이터교환이이루어져야하기에공통의데이터형식을필요로하게되었다. 이에대두된기술이 IEC 62714 표준으로등록된 AutomationML 이다. AutomationML 개요 스마트제조를구현하기위해서개발을위한프로세스의다양한엔지니어링툴에대한수요가지속적으로늘어나고있다. 이에따라처리해야할데이터의양도증가하고있으며시스템또한복잡해지고있다. 그러나기본적으로사용되는이기종의엔지니어링툴들은데이터형식및데이터교환방법이다르고, 하나의툴만으로는스마트제조를구현할수없으므로, 이기종의엔지니어링툴간의상호환성을높일수있는기술이필수적으로요구되어지고있다. 이를해결하기위해서대두되고있는기술인 AutomationML(Automation Markup Language) 은 IEC 62714 표준으로등록된표준기술이며, [ 그림 17] 과같이다양한이기종엔지니어링툴 (ex. 기계플랜트, 전기, 공정제어, HMI, PLC, Robot) 의데이터형식을통합하고상호연결이가능하게한다. [ 그림 18] 은 AutomationML 구조를나타내며, 최상위의 CAEX 데이터형식을기 반으로 COLLADA, PLCopenXML 등다양한데이터형식을지원한다. 32 2018 10 대표준화전략트랜드

[ 그림 17] AutomationML 로통합이가능한이기종엔지니어링툴 [ 그림 18] AutomationML 로통합이가능한이기종엔지니어링툴 스마트제조 33

AutomationML 아키텍처 AutomationML은 CAEX 최상위형식을기반으로다른 XML 기반의데이터형식을통합하고적용할수있도록모듈식구조를따르고있으며, 현재 AutomationML 이지원하고있는포맷은다음과같다. ([ 그림 19] 참조 ) [ 그림 19] AutomationML 구조예시 [1] CAEX 1) CAEX는 IEC 62424 표준을따르는 XML 기반의메타형식이며계층적구조 1) 모델링을위하여설계되어짐 2) COLLADA 및 PLCopenXML과같은다른데이터형식을상호연결하는데 3) 사용되어짐 4) CAEX는 AutomationML에서인터페이스, 역할, 시스템유닛, 인스턴스계층구조에대하여라이브러리를제공함 ([ 그림 20] 참조 ) InterfaceClassLib : CAEX 객체간의관계정의에사용되어짐 RoleClassLib : CAEX 객체의특성을정의 SystemUnitClassLib : 특정 AML 클래스를정의하고저장함 InstanceHierarchy : 모델링된시스템엔지니어링정보를저장함. CAEX의핵심이며, 속성, 인터페이스, 관계및참조를포함하여모든개별데이터객체를포함하고있음 34 2018 10 대표준화전략트랜드

[ 그림 20] [2] COLLADA 1) COLLADA는 KHRONOS 그룹이그래픽및기구학적정보교환을위해정의한데이터교환형식임 2) 모듈및계층적방식으로기하하적및운동학적장면모델링가능 ( 그림 5 참조 ) 3) COLLADA 표준버전을사용하면 AutomationML에서형상및운동정보를참조하는데사용되는정보를식별가능 [3] PLCopenXML 1) PLCopenXML 은 PLCopen 그룹이정의한 IEC 61131 표준이며, PLC 엔지니어 링툴의데이터교환형식임 스마트제조 35

[ 그림 21] AutomationML COLLADA 데이터 2) PLCopenXML 표준버전을사용하면 AutomationML에서관련로직정보를전송할수있을뿐만아니라, 관련로직정보의참조가가능 3) PLCopenXML의로직정보는일련의동작과 I/O 연결및로직변수를비롯한객체의내부동작을설명 ( 그림 6 참조 ) [ 그림 22] AutomationML PLCopenXML 데이터 36 2018 10 대표준화전략트랜드

위와같이 AutomationML 형식으로모델링된이기종엔지니어링툴의데이터는 [ 그림 22] 과같이데이터교환이이루어진다. [ 그림 23] 이기종엔지니어링툴간의데이터교환 AutomationML 과 OPC UA 통합 AutomationML은 IEC 62541 표준인 OPC UA 기술과합쳐져서상호호환성을더욱높일수있다. OPC UA는서로다른산업용네트워크혹은다른공급업체의장비들간의수평적인정보전달을가능하게한다. 또한, 작업현장레벨부터엔터프라이즈레벨까지의수직적인구조에서정보전달을통해공장내 외부의다양한사물및서비스와상호호환을가능하게한다. 이러한 OPC UA와 AutomationML은 Information 모델이유사하여 AutomationML의데이터형식이 OPC UA를통해교환될수있고, 상호호환성을보장할수있다. AutomationML은 OPC UA와통합됨으로써 OPC UA에서제공하는데이터관리, 다중사용자지원, 보안등의서비스를이용하여데이터교환이이루어질수있으며, OPC UA는 AutomationlML 데이터형식을이용함으로써무손실데이터교환이가능하다. AutomationML 은네트워크구조, 센서및액추에이터의통신구성요소, 시스템 전체구성및구조에대한정보가모델링되어있으므로 OPC UA 서버및클라이언트 스마트제조 37

를보다쉽고빠르게구성할수있으며일관된데이터형식으로오류를줄일수있다. [ 참고문헌 ] [1] AutomationML e.v. Office, AutomationML in a Nutshell, 2015년 11월 [2] AutomationML e.v. Office, OPC Unified Architecture Information Model for AutomationML, 2016년 3월 [3] AutomationML e.v. Office, Part 1 Architecture and general requirements, 2016년 4월 [4] AutomationML e.v. Office, Whitepaper AutomationMl Communication, 2014년 9월 [5] AutomationML e.v. Office, AutomationML KeyFacts, 2016년 11월 38 2018 10 대표준화전략트랜드

07 Smart Factory 스마트제조상호호환성 - OPC UA PubSub Model 현대제조산업현장에서기기간서로다른데이터인터페이스및통신프로토콜을사용함으로연결및데이터수집에큰어려움을겪고있으며, 이로인해다양한도메인솔루션및기업간네트워킹통합에문제가되고있다. 따라서산업기기들간상호호환성을높이고, 산업용장비간통신이가능하도록플랫폼 - 독립적인통신프로토콜연구가필수적이며이를위해 OPC UA 가개발및연구되었다. OPC UA 는 OPC Foundation 에의해출시되었으며, 최근에국제표준 (IEC 62541) 으로채택되었고 [1], Industry 4.0 의구현을위한이상적인통합아키텍처다 [2]. 또한 OPC Foundation 은기존의 Server/Client 중심의시스템에서확장하여공장내 외부의다양한사물및서비스를 MQTT 및 AMQP 와같은보편적인데이터전송방식을통해클라우드와디바이스간에직접통신을통해데이터수집을가능하게하고, UDP 를지원하여낮은대기시간의통신을갖는 PubSub Model 을개발 [4] 중이다. 또한 TSN 과같은새로운이더넷기술과결합하여이기종컨트롤러간실시간통신이가능하게한다 [5]. 따라서향후 Industrial 4.0 에서상호호환성을보장하는 OPC UA PubSub Model 은매우중요한기술이되고있다. 현대제조산업현장에서기기간서로다른데이터인터페이스및통신프로토콜을사용함으로공장내 외부의다양한사물및서비스와연결및데이터수집에큰어려움을겪고있으며, 이로인해다양한도메인솔루션및기업간네트워킹통합이문제가되고있다. 이는기기간서로통합된정보모델이없기때문에정보가공유되지못하고단절되는현상으로생산성향상에도심각한영향을미치게된다. 따라서산업기기들간상호호환성을높이고, 산업용장비간통신이가능하도록플랫폼-독립적인통신프로토콜연구가필수적이며이를위해 OPC UA가개발및연구되었다. OPC UA는 OPC Foundation에의해출시되었으며, 최근에국제표준 (IEC 62541) 으로채택되었고 [1] Industry 4.0의구현을위한이상적인통합아키텍처로간주된다.[2] 스마트제조 39

OPC UA는서로다른산업용네트워크혹은다른공급업체의장비들간의수평적인정보전달을가능하게하고작업현장레벨부터엔터프라이즈레벨까지의수직적인구조에서정보전달을통해공장내 외부의다양한사물및서비스와상호호환을가능하게한다. 아래그림 1은다양한산업레벨에적용된 OPC UA를나타낸다. [ 그림 24] 다양한산업레벨에적용된 OPC UA 다양한데이터들이교차되는산업레벨의환경에서 OPC UA 는정보교환을위하여 Client/Server 모델과 Pub/Sub 모델의 2 가지메커니즘을제안하고있다. 기존에개발된모델인 OPC UA Client/Server의경우, 10가지의서비스기능을통해플랫폼독립성, 진단및발견, 복잡한정보모델렌더링, 보안및안정성과데이터액세스 (DA), 경보및조건 (AC), 내역액세스 (HA) 와같은 OPC 데이터모델에대한단일서비스제공하며, 임베디드장치를포함한이기종시스템간에통신구현을가능하게한다.[3] 반면 OPC UA Pub/Sub Model 은 Client/Server 에서확장되어게시자의메시지를 40 2018 10 대표준화전략트랜드

Middleware 을통해다수의구독자들에게전달가능하며, Publisher 는 Subscriber 의정보가불필요하고 Subscriber 는관심있는특정유형의데이터만수신가능하기 에매우적은리소스를가지고동작구현이가능하다.[4] [ 그림 25] OPC UA PubSub 개요 OPC UA PubSub Model 은내부구성모델에전달되는네트워크메시지형태에따 라그림 3 과같이 Broker 와 Brokerless(UA UDP) 로분류된다. [ 그림 26] OPC UA PubSub 의 2 가지통신 (Broker 와 Brokerless 스마트제조 41

Broker 의경우, MQTT 및 AMQP와같은범용데이터전송방식을통해인터넷에직접연결하여데이터수집을가능하게하고따라서수백또는수천개의장치가클라우드로직접정보를전송할수있으며구독자는브로커로부터메시지의직접수신이가능하기때문에공장내 외부의다양한사물및서비스와상호호환을가능하게한다. Brokerless(UA UDP) 는낮은대기시간의통신을갖는환경을지원하기때문에 [4] TSN (Time Sensitive Networks) 과같은새로운이더넷확장기술과결합될수있다. 또한 TSN 네트워크구성요소와 OPC UA PubSub의 Brokerless를이용하면서로다른공급업체컨트롤러간에실시간통신이가능해진다 [5]. 따라서 Client/Server 모델과 Pub/Sub 모델을비교하였을때이점은다음과같다. [ 그림 27] OPC UA Client/Server 와 PubSub 비교 a. Client/Server 모델과달리 Pub/Sub 모델은메시지를주고받을때요청및응답의교환이불필요하며, Publisher는해당데이터를 MOM에보내고모든구독자는 MOM을통해서데이터를주고받을수있다. b. OPC UA PubSub은 TSN와같은새로운이더넷확장기술과결합하여, 이기종컨트롤러간실시간통신이가능하다. c. Pub /Sub모델은범용다중인코딩 ( 예 : JSON, UADP 또는 XML) 및다중전송 ( 예 : AMQP, MQTT, XMPP 등 ) 과호환될수있는메시지프로토콜을정의하며, 이에서로다른공급업체들의디바이스와다른산업레벨의환경에서클라우드와직접통신이가능하다 42 2018 10 대표준화전략트랜드

[ 참고문헌 ] [1] IEC, IEC 62541 OPC Unified Architecture [2] ARC Advisory Group, OPC Technology Well-positioned for Further Growth in Tomorrow s Connected World, JANUARY 10, 2018 [3] OPC Foundation, What is OPC UA?, JANUARY 2, 2014 (https://opcfoundation.org/faq/what-is-opc-ua/) [4] OPC Foundation, OPC Foundation announces OPC UA PubSub release as important extension of OPC UA communication platform, March 27,2018 (https://opcfoundation.org/news/press-releases/opc-foundation-announces-opc-ua-pubsub-release-important-extension-opc-ua-communication-platform/) [5] OPC CONNECT, OPC UA is Enhanced for Publish-Subscribe (Pub/Sub), March 2016 (https://opcconnect.opcfoundation.org/2016/03/opc-ua-is-enhanced-for-publishsubscribe-pubsub/) 스마트제조 43

08 Smart Factory 스마트제조정보보호국제표준 제조업과 ICT 융합이생산방식의혁명을일으키며, 스마트공장, 스마트제조로대두 공장의사무환경 (IT: Information Technology)) 과산업제어설비 (OT: Operational Technology) 의안전성 보안성확보가중요한이슈로부각되고있음 제조공정을담당하는산업설비나시설 자산운영에문제가생길경우, 엄청난후유증을초래하게됨 정보보호를기반으로하는스마트제조기틀마련이필수적으로서, 안전성 보안성을토대로한국제표준기술을적용하는것이중요함 [ 그림 28] 스마트제조보안적용대상영역 44 2018 10 대표준화전략트랜드

스마트제조정보보호국제표준 스마트제조분야에서의보안사고는일반기업의사무환경에서발생하는보안사고보다큰문제를야기시킬수있는데, 특히제조공정을담당하는산업설비나시설 자산운영에문제가생길경우, 엄청난후유증을초래할수있다. 따라서, 앞으로스마트제조분야에서의보안은스마트팩토리혹은스마트제조를구 현하는프로세스상에서원부자재발주, 에너지수급, 생산관리, 운영관리, 물류 유 통등전과정에걸쳐기본적이고필수적으로적용해야할기반조건이다. 제조분야에보안기술을도입적용하는효과적인방안은국제표준기술을근간으로하는것이가장좋은방안이다. 왜냐하면, 국제표준개발은해당분야에가장적합하고필요한요소기술들을바탕으로표준화작업을추진하기때문에이를적용하여운용할경우외부기관에서보안성이우수하다고인정하게된다. 따라서, 현재스마트제조보안과관련해서제정된국제표준현황을살펴본다. IEC TC 65 WG 10 (Security for industrial process measurement and control - Network and system security) 에서 IEC 62443 시리즈로표준을제 개정하고있다. IEC 62443 시리즈는모두 4 개의파트로일반 (General), 정책및절차 (Policy & Procedure), 시스템 (System), 구성요소 (Component) 로구성되어있으며, 각파트는 2 ~ 4 개의서브파트로구성되어있다. [1] IEC 62443-1 일반 (General) : 개념모델, 용어등일반적인사항규정 - IEC 62443-1-1 Terminology, concepts and models ISA-62443 문서들에사용되는용어, 개념과모델소개 범용사이버보안요소들중산업자동화및제어시스템 (IACS: Industrial Automation and Control Systems) 에적용가능한부분과, 오직 IACS에서만적용가능한개념과모델에대해서정의 7개 FR(Foundational requirements) 정의 : 식별및인증 (FR1), 사용제어 (FR2), 시스템무결성 (FR3), 데이터기밀성 (FR4), 데이터제한성 (FR5), 응답성 (FR6), 자원가용성 (FR7) - IEC 62443-1-2 Master glossary of terms and abbreviations 사용하는용어와약어의마스터용어집정의 스마트제조 45

용어의정의가필요하다고식별되면, IEC 및 ISO를통해해당용어가정의되어있는지확인해서, 관련이있는 IEC 또는 ISO에대한정의가있는경우, 용도가적합한지확인한후사용여부를결정하고, 기존정의가적합하지않거나해당용도와일치하지않는경우대체용어고려및마스터용어집에추가정의를제안. 마스터용어집에서확인된용어및신규또는대체정의는용어집에포함될수있도록 IEC와공유. 사용된정의를다시설명하는주석이붙을수있음. - IEC 62443-1-3 System security compliance metrics IACS에대한우선순위가높은시스템사이버보안적합성측정기준을정의 적합성측정항목 a) IEC 62443 시리즈의다른부분에명시된 IACS 요구사항을준수하는지측정 b) 안전한 IACS 제품및서비스개발관리 c) 시스템의배치수명전반에걸쳐사용자지정서비스품질을모니터하고관리 d) 시스템, 하위시스템및구성요소가서비스에서제거될때보안처분확인 e) 법규준수기관에서사용할시스템측정제공 [2] IEC 62443-2 정책과절차 (Policy & Procedure) : 산업제어시스템을보유하는조직의보안정책과절차에대해규정 - IEC 62443-2-1 Establishing an IACS security program IACS 사이버보안관리시스템 (CSMS: Cyber Security Management System) 을구축하는데필요한요소를정의하고, 이요소를개발하는방법에대한지침제공 ISO/IEC 27001 및 27002에서정의한보안표준과 IACS 사이버보안관리에대한일관성을유지하기위해작성. IACS와일반비즈니스및정보기술시스템간중요한차이점정의. IACS의사이버보안위험이 HSE(Health, Safety and Environmental) 에영향을미칠수있는개념소개 - IEC 62443-2-2 Implementation guidance for an IACS security management system IACS 보안관리시스템의구현지침 설계및구현후보안관리시스템운영방안기술 현재개발작업진행중 46 2018 10 대표준화전략트랜드

- IEC 62443-2-3 Patch management in the IACS environment IT 기반과다른 IACS 보안환경에서패치관리를위한특수한요구사항 IACS 구축완료후, 패치관리단계상에서자산소유자와 IACS 제품공급자에대한요구사항기술 각자산소유자및제품공급자간보안패치에관련된정보교환시활용가능한데이터형식제공 - IEC 62443-2-4 Installation and maintenance requirements for IACS suppliers IACS 공급업체의설치및유지관리요구사항 [3] IEC 62443-3 시스템 (System) : 시스템통합을위한산업제어시스템에대한보안기능요구사항을규정하고, 산업제어시스템의위험을줄이기위해필요한강도를가진기본적인요구사항 (FR1 ~ FR7) 을선택하여설계및구현실시 - IEC 62443-3-1 Security technologies for IACS IACS에효과적으로적용할수있는다양한사이버보안도구, 완화대응책, 기술에대한현재평가 (assessment) 제공 제어시스템중심의사이버보안기술의여러범주와해당범주에서사용할수있는제품유형, 자동화된 IACS 환경에서이러한제품을사용하는데따른위협및취약점에관련된장 단점, 사이버보안기술제품및대책을사용하기위한예비권장사항및지침등 - IEC 62443-3-2 Security levels for zones and conduits 영역과전송로에대한보안수준 IACS에대한시스템구성 (SuC: System under Consideration) 을정의하고, SuC를구역으로분할해서위험을평가하고, 보안수준목표 (SL-T) 를수립하고, 보안요구사항을문서화하기위한요구사항을정의 - IEC 62443-3-3 System security requirements and security levels 시스템보안요구사항과보안수준 IEC 62443-2-1에서제시한보안프로그램이수립되어있다는전제하에 62443-2-1에서요구하는위험평가핵심단계에서실제로필요한서비스및기능을식별 [4] IEC 62443-4 구성요소 (Component) : 산업제어시스템을구성하는제어기기, 장 비, 애플리케이션의보안을취급하는장비업체를위한보증요구사항과기능요구사 항규정 스마트제조 47

- IEC 62443-4-1 Product development requirements 보안개발생명주기 (SDL: Secure Development Life-cycle) 를정의하며그에따른요구사항을기술함 제품공급자는본표준을준수하는프로세스를통해제품을개발하고, 제품은단일부품이될수도있고, 여러부품으로이루어진시스템이될수도있음 - IEC 62443-4-2 Technical security requirements for IACS components IEC 62443-1-1에기술된 7개기초요구사항 (FR) 과관련된상세한기술제어시스템구성요소에대한요구사항 (CR) 을제공 48 2018 10 대표준화전략트랜드

09 Smart Factory 중소제조기업용정보보호관리체계 중소기업을대상으로정보통신기술 (ICT) 을접목하여생산방식의혁명을일으킬수있도록스마트공장, 스마트제조화하는작업이꾸준히진행되고있음 ICT 기술을접목하여스마트공장을보급 확산하는사업이오랜기간지속되고있으나, 보급확산에주력하다보니당장은필수적으로도입이필요한보안기술이적용되지않고있음 산업설비나시설 자산을대상으로사이버공격이나침해사고가발생할경우엄청난후유증을초래하게됨 중소제조기업에서정보보호관리체계를도입할수있는환경과기준을마련함이중요함 중소기업정보화수준에따른정보시스템 (MES, PLM, MOM, SAP 등 ), 제조시설 및장비, 제조데이터, 기술정보, 산업기밀, 영업기밀등을안전하게보호할수있는 대책마련이절실하다. 최근, 중소기업을대상으로스마트공장보급확산사업을적극적으로추진하여지 난해까지 2800 여개중소기업공장에정보통신기술 (ICT) 을접목하여, 생산성및품질 향상, 원가절감, 불량률감소등의뛰어난효과를얻고있다. ICT 기술과더불어서스마트한산업용사물인터넷 (IoT) 기술과인공지능, 빅데이 터, 클라우드, AR/VR 등의신기술을도입적용하여더욱효과를극대화하고자할것 이다. 그러나, 이러한기술에는동전의양면성혹은영날의검과같이좋은점이있는반 면나쁜점도발생가능한법이다. 소프트웨어의활성화와인터넷에의활용등으로겪 게될위험요인이바로사이버침해 공격이다. 스마트제조 49

이러한사이버공격 위협을최소화하기위한방편으로서, 중소제조기업을대상으로스마트공장환경 ( 제어시스템, 센서, 네트워크, 데이터저장 관리등관련 HW 및 SW) 에대한보안인증기준을개발하여, 공장의기본적인보안상태를살펴서최소한의보안인증기준을통과한경우인증서를발행하는서비스를제도화하는것이필요하다. 국제표준정보보호관리체계 ISO/IEC 27001 과 27002 를기반으로중소기업공장환 경에맞는보안수준에맞춰최소한의보안통제항목들을선정하여적용토록하면될 것이다. ISO/IEC 27001: 국제표준화기구 (ISO: International Organization for Standardization) 및국제전기기술위원회 (IEC: International Electrotechnical Commision) 에서제정한정보보호관리체계에대한국제표준이자정보보호분야에서가장권위있는국제인증 ISO 27001 ISMS 가모든산업에대한보안인증으로자리하고있으며, 의료기관, 에너지회사, 통신회사, 금융기관등에대한별도의인증기준이있으나, 제조분야에 대한보안인증표준이없는상황이다. 기존 ISO/IEC 27001 ISMS 나 KISA ISMS 와같은정보보호관리체계는모든산업에적용가능토록작성된범용적인기준으로구성되어있어스마트제조라는특수한분야에적용하기에는부족하므로, 제조분야에특화된보안통제항목을도출하고정보보호관리체계 (Manufacturing ISMS) 인증기준과제도를마련하는것이필요하다. 중소기업스마트공장에적용할정보보호관리체계의개발은, 보안정책에필요한통제기준, 보안교육아키텍처, 운영장비구축, 보안감사, 재해복구계획및형상관리기준등을세분화하여이에적합한국내외표준을자료를확보한후, 스마트공장과관련된동일또는유사한 IT 기반시설을보유하고있는시설에대해사전조사및분석을통하여스마트공장의최소보안요구사항을확보하는것이우선이다. 그럴경우제조분야 ISMS 인증기준의개발및적용을통해중소제조기업정보보호관리수준의실질적인향상을도모할수있고, 보안인증을받은기업들의안전성과보안성을인정받게됨으로써국내외시장진출및납품시장점으로활용할수있을것이다. 50 2018 10 대표준화전략트랜드

이러한작업을위해서는산업통상자원부, 국가기술표준원, 과학기술정보통신부, 중소벤처기업부, 한국인터넷진흥원 (KISA), 스마트공장추진단등제조와보안관련정부 공공기관과연계하여, 아래와같은방식으로중소제조기업용정보보호관리체계인증기준을개발하고실증적용과정을통해서개선보완하면된다. [ 그림 29] 중소제조기업용 Manufacturing ISMS 인증기준개발방안 - 중소제조산업분야별 Use Case를발굴하고해당기업과협업하여현장상황파악및분석을통해체계적인구현 적용 실증방안도출 - 중소기업스마트공장환경에서발생가능한다양한보안위험시나리오개발 - 보안위험시나리오별보안통제 (Security Control) 항목선정 - KISA ISMS, ISO 27001 등정보보호관리체계국내외표준을기반으로제조분야전문 ISMS 인증 (Manufacturing ISMS) 제도개발 - 현장적용, 인증및실증작업을통해확보된기술을국내표준화하고관련국내기업들에개방하여기술확산을꾀하면서, 동시에관련요소기술에대한국내 국제특허확보추진 - 국제표준화기구에표준 ( 안 ) 을제안하여관련분야표준화선도 스마트제조 51

10 Smart Factory 데이터정합성부족의영향에대한유즈케이스접근방법 Automotive Industry Action Group (AIAG) 의 Material Off-Shore Sourcing (MOSS) 프로젝트 ( 장거리공급망강화를위한세관 / 물류전략이라고도함 ) 는미국외공급업체에서부터미국내 " 배송처 " 에이르기까지다양한비즈니스파트너를통해대륙간선적을통제하는비즈니스절차및정보를개선하기위해고안된이니셔티브이다. MOSS 프로젝트팀구성원은공급망이해관계자입니다 ( 예. 고객과공급자 ; 화물운송업체 ( 해상, 철도및도로 ), 화물운송업체및기타물류업체 ; consolidators, 세관중개인, 세관원 ; 등 ). 팀구성원은정기적인 MOSS 회의, 일대일인터뷰및업계조사를통해프로젝트에참여합니다. MOSS 프로젝트팀은공급망, 관리및지원정보시스템의실제동작에대한통찰력을얻었다. MOSS 프로젝트가제공하는비즈니스기회는다방면에걸쳐있다. MOSS 는정보를많은문제의근원으로간주한다. 근본적인가설은대륙간공급망을주도하는정보의심각한결함이효과적인공급망경영에부정적인영향을미친다는것이다. MOSS 프로젝트는복잡한원재자이동과정에서종이문서, 전자메일및팩스의광범위한사용으로인해현재프로세스에서발생하는문제를포함하고있다. 현재공급망이슈 MOSS 참가자들은과도하게사용된종이문서가화물이동에상당한지연을초래한다고파악했다. 많은서비스제공업체가팩스, 이메일및수작업으로종이문서를보내고있다. 팩스문서는읽을수없거나중요한정보가누락된경우가많다. 대부분의종이문서는오해의소지가있는표준화되지않은형식으로생성된다. 또한종이문서에는종종문서작성자이외의당사자가작성한주석이포함되어있기도하다. 이정보는쉽게손실된다. 또한많은거래파트너는내부적으로전자데이터교환 (EDI) 을사용하지만정부업무를수행할때는종이로출력하기도한다. 뿐만아니라분할된출하, 모드변경은관리하기가매우어렵다. 이와같은다양한이슈들이배송가시성을제한한다. 52 2018 10 대표준화전략트랜드

MOSS 의철학 전달되는정보의정확성향상과정보교환방법에대한합의를통해공급망내의운송시간과변동폭이감소할것이다. 또한직접적으로안전재고량과프리미엄운송서비스이용이감소된다. 또한프로세스및기술발전을통해공급망전체구간의운송가시성, 공급망의응답성과탄력성이향상된다. 마지막으로 MOSS 솔루션은기업- 정부간의사소통을지원하는새로운표준을사용하여공급망의예측가능성을개선할것이다. 도전과제 올바른제품을적시에적절한장소로공급하지못한다면해당기업은매년수천만달러의피해를입을수있다. MOSS 조사에따르면, 데이터정합성부족으로인해해양선적의 15 % 가지연된다고한다. 정보의부족으로인해안전재고는계속해서증가하고, 프리미엄운송및급송이사용되며데이터를통해자동화가가능한프로세스에사람이투입되어높은금액의인건비가발생한다. 정보의부족으로인한운송지연은공급망에서흔히발생한다. 실제로많은 OEM 업체와 Tier-1 공급업체는운송지연을실시간으로확인할수없으며, 이에대해운송업체, 고객사, 정부기관에게불만을제기한다. 이러한문제는프리미엄운송서비스이용과안전재고가계속해서증가하는주요한원인이다. 물론정보의부족만이유일한문제는아니다. 변화예측실패, 설계변경, 수용능력및장비의문제는모두안전재고량의증가와프리미엄운송서비스이용의원인이다. 운송데이터로인한문제를해결하는데는상당한시간이소요된다. 예를들어, 이상적인상황에서컨테이너는 21일안에서유럽에서미국의목적지까지도달한다. 그러나업계에서는일반적으로최대 36일까지허용한다. 왜냐하면, 실제무역과정에서예상하지못한문제가발생하기때문이다. 설문조사를통한우려사항검증 AMR Research 는자동차산업의장거리공급망에대한조사를수행하였다. 210 개의 OEM 및공급업체가 20 가지질문설문에답변했다. 급송. 응답자의 46 % 는지난 2 년동안급송의발생률이증가했다고응답했다. 안전재고. OEM 업체의 37 % 와공급업체의 40 % 는 20 일이상의재고를보유 스마트제조 53

하고있다. 정부의규제준수가더강력해지고더많은정보요청이발생하기때문에더많은물리적검사와지연이예상되어더많은안전재고및프리미엄운송이예상된다. 재입력. 출하시모든정보의 79 % 가적어도한번은재입력되고거의 50 % 는여러번재입력된다. 문서처리비용을결정할때수신, 검토, 수정및다시처리하는데드는비용을고려해야한다. 한특정문서의경우이해관계자는재입력수수료로 20 달러를초과하는견적을내기도한다. 또한설문조사결과에따르면의사소통의모든오류중 91 % 가종이, 전자메일, 전화및팩스를사용하여발생한다. 그러나업계에서는이러한방법을의사소통의주요수단으로계속사용하고있다 ( 그림 1 참조 ). [ 그림 30] 장거리공급망에서의의사소통방법 가시성. 응답자의 87 % 는가시성개선이필요하다고지적했다. 배송에대한표준체계를통해상품의보안및무결성을보장해야한다. 국내및국제법집행기관은컨테이너가사라졌을때단몇시간만에도범죄활동이일어날가능성이급격히증가한다는경험적자료를제시했기때문이다. 그시간동안, 제품을제거하고, 밀수품을추가할수도있다. 높은가시성은이와같은문제가발생했을때경고를제공하여적절한조치를취할수있도록한다 ( 그림 2 참조 ). 가시성을높이기위해종이없는환경으로바꾸어야한다. 만약하드카피문서가필 54 2018 10 대표준화전략트랜드

요한경우 UN edocs 와같은표준포맷을추천한다. MOSS 팀은송장, 수출, 신고및 선적전표및포장목록을전자문서로제공하여현재상태오류를줄이고정보보안 을향상시키면서표준화된포맷으로필요에따라하드카피문서를제공하고자한다. [ 그림 31] 절차적보안요구사항에대한가시성의중요성 MOSS 프로젝트는세관절차와관련한두가지표준이니셔티브를활용한다. 첫째세계세관당국간에합의를통해세관프로세스에필요한데이터를정의한다. 이작업은세관당국이배송자에게요구할수있는데이터형식이다. 이데이터세트는 EDI 및 XML 기반메시징과동일한데이터요소사전을사용하므로필요한데이터와공급망프로세스에서사용되는포맷이정확하게일치한다. 두번째이니셔티브는 Single Window를사용하는것이다. 이합의에기반한연구는거래와관련된정부기관과의단일인터페이스를구성하고자한다. 이를통해비즈니스이해관계자가각기관을개별적으로연결할필요가없기때문에가시성을최대한확보하게된다. 이와같은우려사항을검증하고해소하는표준체계가존재하는지, 그렇지않으면 무슨표준을만들어서제정해야하는지를다루어야한다. 바로유저케이스기반표준 화활동의당위성을보여주는것이다. 스마트제조 55