스마트팩토리는 기존 제조산업과 ICT(Information & Communication Technology)가 융합된 지능형 공장이다. 이는 직접적인 제조공정 과정이 수행되는 OT(Operational Technology) 영역(0~3계층)과 전사업무 관리를 수행하는 IT(Information Technology) 영역(4~5계층)으로 구분되며, 각 영역과 계층이 연결되어 제조·물류·유통 과정의 자동화 및 지능화를 제공한다. 그러나 각 영역과 계층이 연결됨에 따라 보안위협 벡터가 증가하고 있으며, 다영역·다계층 환경인 스마트팩토리에 적합한 대응체계 연구를 위해 영역별 보안위협 관련 데이터를 통합하여 처리 및 관리하는 아키텍처 연구가 필요한 실정이다. 이에 따라 본 논문에서는 스마트팩토리 환경 내 IT 및 OT 영역 장치를 식별하고 보안위협 관련 데이터 통합 처리 및 관리를 위한 아키텍처를 제안한다.
최근 4차 산업의 등장 이후, 세계적으로 제조혁신을 위한 스마트 팩토리 분야의 연구가 활발히 진행되고 있다. 스마트 팩토리란 ICT 기술과 기존 제조업이 융합하여 공장 내 장비, 부품들이 연결 및 상호 소통하게 하는 생산체계 의미한다. 하지만 스마트 팩토리는 빅 데이터, 사물인터넷, 클라우드 컴퓨팅, CPS 등의 다양한 기술 요소들이 집합된 기술이기 때문에 매우 고가의 구축비용이 요구된다. 따라서 이 논문에서는 IoT, 클라우드 컴퓨팅 기술을 활용하여 중소기업의 영세성을 고려한 저비용의 스마트 팩토리 시스템을 제안하고, 제조기업에서 수집 가능한 데이터 분석과 서비스를 정의하고자 한다.
독일의 'Industry 4.0'의 등장으로 제조 산업에 ICT를 융합하여 생산능력을 극대화하는 스마트 팩토리 구현과 관련한 많은 연구가 진행되고 있다. 그러나 현재의 시스템은 장비의 임베디드 시스템에 선언된 데이터를 통해 설비를 제어하는 중간 수준의 스마트 팩토리에 머무르고 있다. 본 논문에서는 스마트 팩토리 구현을 위해 장비의 변수 정보를 D/B화하여 장비를 제어하는 IoT 기반의 장비 제어방법을 제안한다. 제안하는 방법은 장비 내에 설치된 모든 제어장치의 변수를 서버의 D/B table에서 호출하여 변수로 사용한다. 이러한 방법을 사용할 경우 적은 네트워크 자원으로도 다수의 장비를 보다 빠르게 제어할 수 있어 공장의 효율적인 운영이 가능할 것이다.
스마트 팩토리는 제품의 전 생산 과정에 정보통신기술(ICT: Information and Communications Technologies)을 접목하여, 생산 비용의 절감 및 공정 개선 등을 이룰 수 있는 지능형 공장을 의미한다. 스마트 팩토리를 구현하기 위해서는 필연적으로 내부 설비들이 외부 네트워크와 연결되어야 하며, 이는 기존 폐쇄 망으로 운영되던 설비들이 외부 네트워크에 노출됨으로써 보안 취약성 증가하게 된다. 이러한 문제점을 해결하기 위해서 일반 네트워크에 사용하고 있는 보안 장비를 적용할 수는 있으나 이 방법만 가지고는 스마트 팩토리 망에서의 보안 위협을 완벽하게 차단하는 것은 불가능하며 보안 침해 사고가 발생 시 물리적, 경제적 피해는 산정할 수 없을 정도로 클 것이다. 이에 본 논문에서는 스마트 팩토리에 적용 가능한 보안 기법들을 알아보며 안전한 스마트 팩토리를 위한 전용 보안 게이트웨이 및 보안 게이트웨이가 가져야할 주요 융합 보안 기술을 제안한다.
제4차 산업혁명은 IoT(Internet of Things) 빅데이터(BigData) 인공지능 등 다양한 기술들의 융합을 통하여 스마트 공장(Smart factory) 구현을 목표로 새로운 산업화를 시도하고 있다. 스마트 공장 실현을 위해서 다양한 이종기계들 간의 유연한 데이터 교환 방법이 가능한 통신 기술이 필요하고 표준 기술을 기반 생산 장비의 확장성이 고려될 수 있어야 한다. 본 연구에서는 이종기기를 포함하는 다수의 생산 설비로부터 데이터를 수집 및 통합하고, 모든 생산 장비를 감시할 수 있는 MTConnect기반 이종 공작기계 상태 정보 및 가공 정보 관리시스템을 제안한다. 개발된 시스템 기술은 유연 자동화 생산 라인의 핵심 기술로서 오류 검출, 가공 상태 관리 등 무인 자동화 라인의 중요한 정보를 제공 및 관리하는 기술을 제공할 수 있다.
최근 다양한 분야에 걸쳐 ICT 기술을 융합하여 지능적인 서비스를 제공하는 IoT에 대한 다양한 연구가 진행되고 있다. 특히 독일의 'Industry 4.0'의 등장으로 제조 산업에 ICT를 융합하여 생산능력을 극대화 하는 industrial IoT의 중요성이 강조되고 있다. 이에 국내에서도 industrial IoT의 근간이 되는 스마트 팩토리 보급을 위한 다양한 노력이 진행 중이다. 그러나 현재의 스마트 팩토리 시스템은 장비의 임베디드 시스템에 선언된 데이터를 통해 설비를 제어하며, 다수의 설비가 배치되어 있는 환경에 대처하기 어렵다. 본 논문에서는 industrial IoT를 위해 장비의 변수 정보를 DB화하여 장비를 제어하는 데이터베이스 접근 기반 장비 제어 시스템을 제안한다. 제안하는 시스템을 다양한 변수가 존재하는 사출 시스템에 적용하여 데이터베이스의 수정으로 다수의 장비를 제어하는데 효율적임을 확인하였다.
스마트 건설 기술의 도입으로 공장에서 일괄 대량생산이 가능한 프리팹 부재에 대한 관심이 높아졌다. 프리팹 프리스트레스 콘크리트 거더는 가설시 프리팹 바닥판과의 정합성을 위해 제작부터 가설 전 단계까지 거더의 형상관리가 중요하다. 이 연구에서는 프리팹 거더의 상연 및 하연에 병치된 변형률 측정치를 이용한 캠버 재구성 기법을 제시한다. 특히, 긴장력 도입 이후 가설 전까지 콘크리트의 시간 의존적 거동이 고려된 변형률 데이터에 대해 캠버 재구성 기법을 적용한다. 몬테카를로 수치 모사를 통해 제한된 센서의 개수, 계측 오차 그리고 비선형적 시간 의존적 거동들에 대해 재구성된 캠버의 통계적 정확도를 분석하고 타당성을 검증한다.
2016년 1월 다보스 세계경제포럼에서 제4차 산업혁명이라는 화두가 세상에 던져진 이후 세계는 사회·경제적으로 큰 변화를 겪고 있다. 이에 본 연구에서는 제4차 산업혁명시대에 품질경영의 방향에 대해 살펴보았다. 첫째로 미국, 독일, 일본 및 중국에서는 제4차 산업혁명시대에 사물인터넷, 로봇공학, 3D프린팅, 빅데이터, 인공지능 등의 새로운 정보통신기술과 기존 기술 및 산업과의 융합으로 산업구조가 변화되고 새로운 스마트 비즈니스가 창출되고 있다는 것을 확인했다. 둘째로 우리나라의 제4차 산업혁명의 핵심 기술수준은 선진국에 비해 미흡한 편이지만 2015년부터 새로운 환경에 적극 대응하기 위해 새로운 정보통신기술을 이용하여 스마트 생산방식 확산, 신산업 창출 등에 힘써오고 있다는 것을 파악했다. 마지막으로 제4차 산업혁명시대에 품질경영은 제품이나 서비스의 기획 및 설계단계에서부터 빅데이터 기반으로 시장의 요구를 실시간으로 반영한 것을 새로운 정보통신기술로 실시간 구현하는 것이라는 것을 확인했다.
최근 이미지 분할(Image Segmentation)에 관련되어 스마트 공장 산업과 의료 분야 등에 접목하려는 연구가 다수 진행되고 있다. 특히 딥러닝 알고리즘을 사용한 이미지 분할 시스템들은 대용량의 데이터를 높은 정확도로 학습할 만큼 발전되었다. 자율주행 분야에서도 이미지 분할을 이용하기 위해선 대용량의 데이터들에 대한 충분한 학습량이 필요하며, 실시간으로 운전자의 데이터를 처리하는 스트리밍 환경은 고속도로, 어린이보호구역 등으로 안전운행에 대한 정확도가 중요하다. 따라서 본 논문에서는 다양한 도로환경에 적용할 수 있는 기존 FCN(Fully Convoulutional Network) 알고리즘을 강화한 DFCN 알고리즘을 제안하였으며, DFCN 알고리즘의 성능이 FCN 알고리즘과 비교하여 손실 값 측면에서 1.3% 개선하였음을 증명하였으며, 기존 U-Net 알고리즘에 DFCN 알고리즘을 적용하여 이미지 내의 주파수의 정보를 유지하여 더 좋은 결과치를 도출함으로써 결과적으로 자율주행 환경에서 DFCN 알고리즘이 FCN 알고리즘보다 성능이 향상되었다는 것을 증명하였다.
전 세계적으로 제조사들은 가격 및 품질 경쟁력을 향상 시키기 위하여 공수 절감을 하고 제조공정 내(內) 자동화를 위하여 많은 노력을해 왔다. 대부분 디지털 및 아날로그 입출력 기반의 PLC를 중심으로 각종 공작기계나 컨베이어 등 다양한 설비들을 운용하고 있고 최근 4차혁명의 흐름에 맞추어 ICT 융합기술을 구현하기 위한 노력을 하고 있다. 또한 스마트물류에 앞서 아직까지 제조업에서 자동화를 적용하지 못한 분야가 많고 대표적으로 제조공장 내(內) 제조물류를 예로 들 수 있다. 본 연구는 제조업에 초점을 두어 비용, 공간, 시간 등 모든 측면의 효과를 따졌을 때 제조업의 사내물류가 자동화에 있어 취약한 이유와 효과성 분석을 통한 해결방안을 도출하고자 한다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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