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[TECH] 인더스트리 4.0에서의 컴퓨터 비전 역할

IoT·스마트 팩토리·빅데이터·디지털 트윈·인공 지능·자동화 견인

인더스트리 4.0은 전 세계적으로 뜨거운 관심을 받고 있는 키워드다. 사물 인터넷(IoT), 스마트 팩토리, 빅 데이터, 디지털 트윈 및 인공 지능과 같은 최신 기술은 생산 공장에서 자동화뿐 아니라 산업 전반의 융복합을 통해 진일보 하고 있다.

정보 기술의 영향력 속에서 컴퓨터 비전은 중요한 역할을 한다. 머신 비전은 모든 자동화 환경에 반드시 필요한 구성 요소이기도 하다. 이는 로봇 공학처럼 하드웨어와 이미지 분석 목적이나 인공 신경망 교육을 위한 소프트웨어(딥 러닝)에 해당한다고 보면 된다.

컴퓨터 비전은 어떤 도움을 제공하고 있을까. 스마트 팩토리를 예로 들어 소개한다.
[TECH] 인더스트리 4.0에서의 컴퓨터 비전 역할 - 산업종합저널 동향

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인더스트리 4.0은 거의 200년 전에 시작된 개발의 예비적인 결과다. 산업 혁명의 네 가지 단계를 보면,
▲인더스트리 1.0 1830-1871: 증기엔진=더 많은 양의 물건과 제품을 기계식 생산 공장에서 제조할 수 있다. ▲인더스트리 2.0 1871-1969: 전기=어셈블리 라인 및 양산. 생산은 개별적이고 독립적인 작업 단계로 나뉜다. 세계화가 시작한다. ▲인더스트리 3.0 1970-20세기 말=합리화 및 자동화. 프로그래밍이 가능한 최초의 컨트롤러. 인간 노동은 점점 기계에 의해 대체되고 있다.


인더스트리 4.0
디지털화. 로봇이 인간과 함께 제조에 참여한다. 고객 및 회사뿐만 아니라 작업물을 통한 로봇과 기계의 포괄적인 네트워킹이 이뤄진다.
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스마트 팩토리의 장점
스마트 팩토리라는 용어는 공장 자동화 분야의 지능형 네트워킹을 의미한다. 데이터와 프로세스로 구성된 지식은 지능형 공장의 기본 전제 조건이다. 그렇다면 이런 지식은 어디에서 얻을 수 있을까.

데이터는 일반적으로 센서를 이용해 수집한다. 그러나 적절한 처리가 이뤄지지 않을 경우, 센서에서 얻은 데이터는 가치가 없다. 데이터를 프로세스에서 진행되는 의사 결정의 기초로 사용할 수 있도록 여러 시스템 및 구성 요소에 사용할 수 있는 형태로 가공해야 한다. 바로 이러한 작업을 통해 공장이 지능화 하는 것이다.

비밀은 관련된 모든 개인 또는 하위 시스템에 대한 네트워킹에 있다. 네트워킹의 기본은 일반적으로 버스 시스템(bus system)이라고 불리는 요소다. 이 시스템은 모든 센서와 액추에이터를 동일한 데이터 라인을 통해 서로 간에 그리고 제어 시스템(PLC)과 같은 자동화 디바이스와 연결한다.

공장의 하위 시스템과 장치는 서로 멀리 떨어져 있는 경우가 있기 때문에 버스 시스템은 일반적으로 실시간 이더넷을 기반으로 한다. 이더넷 표준은 널리 사용되며, 케이블 또는 스위치와 같은 하드웨어 액세서리를 저렴한 비용으로 사용할 수 있으며 개별 시스템 간의 긴 케이블 길이를 문제 없이 구현할 수 있다.

데이터 공급자인 비전 시스템
자동화된 공장 환경에서 가장 중요하고 강력한 센서는 카메라가 설치된 비전 시스템이다. 이 시스템은 최신 자동화에서 이미 매우 중요한 역할을 수행하고 있다.
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다른 모든 하위 시스템과 마찬가지로 비전 시스템은 하드웨어 및 소프트웨어 측면에서 다른 모든 시스템 및 중앙 제어 시스템에 연결해야 한다. 산업용 통신을위한 특별한 데이터 교환 표준을 통해 이뤄진다. 이러한 표준은 개별 하위 시스템에 공통의 기계 언어를 제공하여 하위 시스템들이 서로 쉽게 상호 운용되도록 한다. 이러한 표준 중 하나는 umati(범용 기계 기술 인터페이스)다. 이 인터페이스는 개방형 범용 인터페이스 표준으로 OPC UA를 사용한다.
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OPC UA가 포함된 공장 설정의 네트워킹
OPC UA는 머신 데이터를 기계적으로 읽고 쓸 수 있도록 한다. 이 표준은 센서 데이터 및 제어 명령 등을 준비하고 데이터 전송을 정의하며 시스템과 보안 메커니즘 사이의 인터페이스를 결정한다.

이 표준은 센서 및 액추에이터가 있는 최저 필드 레벨에서 SCADA(감독 제어 및 데이터 획득), ERP(전사적 자원 계획) 또는 클라우드와 같은 추상 정보 계층에 이르기까지 공장 설정의 모든 수준에서 사용할 수 있다.
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OPC UA를 활용해 서로 다른 구성 요소를 한 수준에서 수평으로 네트워킹하거나 여러 수준에서 수직으로 네트워킹할 수 있다.

스마트 팩토리의 모든 부문을 효율적으로 사용하기 위해서는 실시간 기능이 반드시 필요하다. 이를 위해 OPC UA 표준은 TSN(시간 민감형 네트워킹) 형식의 확장 옵션을 제공한다. OPC UA TSN은 아직 구현되지 않은 기능인 비전 시스템에서 다른 하위 시스템이나 제어 장치로의 이미지 직접 전송을 위한 전제 조건이 된다.
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간편한 스마트 팩토리
시스템의 중앙 인터페이스는 이제 모든 하위 시스템과 해당 소프트웨어를 포함하는 PLC다. 이 중앙 노드는 ERP와 같은 상위 시스템에 대한 인터페이스의 역할도 수행한다. 더 높은 수준의 시스템을 클라우드에 아웃소싱함으로써 구조를 더욱 간소화할 수 있다.

이러한 설정에서는 컨베이어 벨트와 로봇뿐만 아니라 비전 시스템의 개별 구성 요소를 쉽게 연결할 수 있다. PTP와 함께 OPC UA를 표준으로 사용하고 TSN과 같은 가능한 확장 기능을 사용할 수 있는 경우 카메라는 이미 실시간 기능을 위한 기반을 제공한다.

스마트 팩토리 설정의 미래를 살펴보면 기존 설정에 비해 구조가 크게 단순화된 것을 알 수 있다.
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