디지털 트윈의 사용은 Industry 4.0 공장의 성능과 유연성을 극대화하는 데 중요한 요소가 될 수 있습니다. OPC(개방형 플랫폼 통신)는 산업 자동화 환경에서 안전하고 안정적인 데이터 교환을 위한 상호 운용성 표준입니다. OPC는 커넥터를 포함하여 공장 내 모든 장치의 디지털 트윈을 통합할 수 있는 가능성을 포함하는 IEC 62541로 표준화된 통합 아키텍처(UA)를 포함하도록 확장되었습니다.
이 FAQ는 디지털 트윈의 정의와 이를 Industry 4.0 공장에 통합하는 방법으로 시작됩니다. 그런 다음 산업 설비에 디지털 트윈 기능을 제공하는 스마트 전기 커넥터(SmEC)의 예를 살펴봅니다. 클라우드의 OPC UA PubSub 데이터와 자산 관리 셸(AAS)을 사용하여 SmEC를 구현하는 방법을 간략하게 살펴보는 것으로 마무리됩니다.
디지털 트윈은 물리적 객체나 시스템을 가상으로 표현한 것입니다. 이는 엔지니어링, 시운전, 운영 및 수명 종료까지의 서비스 과정에서 생성된 물리적 개체의 모든 데이터, 시뮬레이션 모델, 테스트 및 기타 정보를 통합합니다. 디지털 트윈은 일반적인 표현이 아닙니다. 특히 단일 커넥터와 같은 개별 장치에 연결되어 전체 수명 주기 동안 장치의 설계, 생산 및 사용을 추적합니다.
디지털 트윈은 개별 기계, 센서 및 커넥터와 같은 구성 요소에 이르기까지 공장 현장의 작업을 거의 실시간으로 추적하고 분석할 수 있으며 향상된 분석, 프로세스 유연성 및 더 높은 품질을 지원합니다.
하노버 박람회 2023에서 HARTING은 Microsoft(클라우드 서비스 제공업체), SAP(소프트웨어 및 데이터 평가), Siemens(사용자)와 함께 물리적 커넥터, OPC UA Pub/Sub 데이터에서 OPC UA를 활용하는 SmEC를 시연했습니다. 가상 공장에 디지털 트윈으로 통합을 지원하는 클라우드의 AAS(그림 1). 커넥터는 전체 수명 주기 동안 작동 프로세스 및 상태 데이터를 기록합니다.
커넥터 상태는 OPC UA를 사용하여 클라우드의 디지털 트윈에 거의 실시간으로 전달되며 공장 프로세스를 적극적으로 모니터링하는 데 사용할 수 있습니다. 전압 및 전류를 포함한 연결 데이터의 가용성을 통해 연결된 기계의 상태를 쉽게 모니터링할 수 있습니다. 또한 세 가지 커넥터 상태가 모니터링됩니다.
- 분리
- 부하 없이 플러그를 꽂고 제자리에 고정
- 부하가 걸린 상태에서 플러그를 꽂고 제자리에 고정함
커넥터의 디지털 트윈에는 결합/분리 주기 수와 같은 데이터가 포함되어 있으며 공장 디지털 트윈을 통해 주변 온도 및 습도와 같은 공장 환경에 대한 다른 데이터와 통합될 수 있습니다. 해당 정보를 사용하여 예방적 유지 관리 일정을 계획하고 가동 중지 시간을 방지하며 생산성을 높일 수 있습니다.
Pub/Sub 통신
OPC UA의 Pub/Sub 통신 프로토콜은 클라이언트-서버 구조를 기반으로 하지 않습니다. Pub/Sub를 지원하는 OPC UA 클라이언트는 데이터를 보내는 게시자일 수도 있고 데이터를 받는 구독자일 수도 있습니다. 시스템에는 게시자로부터 데이터를 수신하고 구독자에게 데이터를 전달할 수 있는 "브로커"가 포함되어야 합니다.그림 2). 게시자와 구독자가 많은 Industry 4.0 공장과 같은 애플리케이션에서는 Pub/Sub가 직접 송신-수신 연결보다 훨씬 더 효율적입니다. OPC UA Pub/Sub는 전송 독립적이며 애플리케이션 요구 사항에 따라 UDP(사용자 데이터그램 프로토콜) 또는 MQTT(메시지 큐 원격 측정 전송)를 통해 전달될 수 있습니다.
자산 관리 셸
AAS 개발사인 IDTA(Industrial Digital Twin Association)는 현재 IEC 62378의 일부로 AAS 사양을 표준화하고 있습니다. AAS는 커넥터 디지털 트윈 개발을 지원하는 핵심 요소입니다. 하노버 박람회의 시연에서는 AAS에 콘텐츠가 어떻게 축적되는지 보여주었습니다. 첫째, 커넥터 제조업체는 SmEC의 AAC에 기본 제조 데이터를 제공하며 이 경우 Siemens의 NX CAD 설계-제조 시스템을 활용합니다. 다음 단계에서는 커넥터가 특정 시스템에 설치됩니다. 마지막으로 기계가 공장에 설치됩니다. SmEC는 디지털 트윈에 일련번호와 기타 식별 데이터, 연결 상태, 적용된 전력 측정값, 결합 소켓 식별 정보를 보냅니다. 데모에서 데이터는 분석을 위해 Azure Digital Twin 및 Azure Data Explorer 서비스가 사용된 Microsoft Azure 클라우드로 전송되었습니다.
요약
OPC UA Pub/Sub 데이터는 AAS가 내장된 커넥터에서 전송되어 Industry 4.0 공장에서 커넥터의 디지털 트윈 구현을 지원할 수 있습니다. 디지털 트윈은 클라우드에 상주하며 거의 실시간 분석을 지원하고, 예방적 유지 관리를 예약하고, 지속적인 프로세스 개선에 필요한 정보를 제공하는 데 사용할 수 있습니다.
참고자료
산업디지털트윈협회
OPC UA 및 AAS, OPC Foundation과의 산업 상호 운용성
스마트 전기 커넥터, Harting
자산 관리 셸: Industrie 4.0, Platform Industrie 4.0에서 사용하기 위한 디지털 트윈 구현
OPC UA 방법, Pub/Sub, 동반 사양, OPC Foundation 사용 사례