디지털 트윈을 위한 데이터 기반 가상환경

기술 설명과 구축사례

2018.9. ㈜인그리드

1. 개요

시뮬레이션을 통한공정 최적화

실제 현장 및 설비에서일어나는 상황, 위치기반 인식

사용자 요구사항 증가로 인한다양한 정보의 표현 필요성

실제 물리적인 자산 대신 소프트웨어로 가상화한 자산의 디지털 복제품을 만들어 다양한 목적으로 사용하는 것을

Digital Twin이라 하는데, 3D Animation이 가능한 가상화 환경을 이용한 시스템을 산업현장에 적용하여, 보다

직관적이고 현장과같은 제어와 통제 환경을 제공하고 생산 현장의 생산성 향상과 관리성을 확보합니다.

계통도 및 Code 위주 관제, 담당자 외 이해 불가현상

ControlBefore 실제 설비와의 연관성 및 이해도 낮음

Alarm 위치 파악 어려움, 정보 표현 능력 낮음

현상

ControlAfter

설비, 품질 Data분석

& 공정 Simulation

최적 모델 적용

Digital Twin

Digital twin위치기반 Data 연계, 장애 조치시간 단축, 부서간 하나의 뷰로 정보 공유

Feedback

변화

2. 생산공정 3D Digital Twin 구축

실제 공정을 , 모니터링 / 제어할 수 있는 가상 공장 구축 (One View)

• 설비 및 제품의 상황을 실제로 보는 것과 같은 환경에서 감시와운전을 할 수 있는 가상 환경의 유저 인터페이스 제공

• 시뮬레이션을 통한 공정 개선, 설비 배치, 야드 적재 효율화에 적용

•실시간 데이터 연동으로 물리적 생산 현장의 모습을 Animation, 세계 어디서나 인터넷이 연결된 곳에서 모니터링하는 것이 가능

• PC, Mobile, Web 등 다양한 플랫폼 제공

• POSCO, 현대제철, SK텔레콤 및 POSCO 계열사들의 스마트 팩토리사업에 도입, 개발 중

•두산중공업, 산차, 국가연구소(자산관리), 인천공항 등에 접목 중

•사용자가 설비를 회전, 확대뿐만 아니라 직접 클릭하여 제어•시스템 상에서 실제 공장과 동일하게 동작되며 IP Camera 연동으로검증, 확인

•문제 발생 시 설비위치를 직접 볼 수 있어 해당설비 위치 파악 및정보 검색 소요시간 단축, 연계설비(유틸리티) 와 같이 모니터링

•정비, 도면, 안전, 보안, MES, 설비 Data등 다양한 콘텐츠를 하나의화면에서 확인할 수 있어, 타부서간 업무협조 원할

•벡터 방식의 3D Engine 사용으로 다양한 정보의 표현에 한계가없음, 물리적 흐름, 다차원 데이터, 설비의 실제 동작 등

•정비메뉴얼, 운전메뉴얼, 교육메뉴얼로 활용 시 빠른 학습 효과 제공

2. 플랜트 수주, 제품의 납품 시 Smart 3D 탑재, 플랜트 및 제조사와 협력,

관제 센터에서 기술지원, 정비시점관리, 모니터링 효율화로 고객 감동, 수주 경쟁력 강화

•세계 곳곳의 플랜트 및 제품에 대한모니터링 및 제어

•추가 설치 및 변경 시 시뮬레이션•계측, 제어시스템 Upgrade•차세대 계측제어시스템 판매 및 운영•기술 지원 및 정비/점검 시점 관리

(TBM -> CBM)

•대형 플랜트 관리에 Digital Twin 적용으로 수주 경쟁력 확보

•운전 및 설비 기술자가 원거리에서기술 지원 및 상태 확인

• Smart 3D Monitoring 시스템자체를 제조사의 브렌드로 발전

•정비, 동작, 수리 등 Data 기반의차세대 Digital twin manual 제공

•도면 연계 및 제품 이력 연계•엔지니어의 원격 기술지원 체계

•핵심 제품의 상태 정보 서비스•정비 시점 통보 서비스

Digital Twin 구축

플랜트 사업 핵심 제품

2. 생산 장비 원격 모니터링 (산업용 차량 사례)

장비의 상태 정보, 가동현황, 정비시점 관리, 정비메뉴얼, 분석결과 를 VR 기반으로 원격 정보제공

•지게차 상태 및 전체 운영과 관련된 통합 모니터링 제공•충전 상태, 지게차 건강도, 지게차 매뉴얼•고장 시 대응 방법, 응급 시 연락처•운송 효율 등 장비와 관련된 모든 정보를 하나의 화면으로 제공

•스케줄링된 작업 순서에 대해 실제보다 고속 시뮬레이션•실제 크기의 지게차와 작업장 활동을 통해 충돌, 추돌, 등의 운용시뮬레이션

•스케쥴 수정 후 즉시 수정 실행 가능

•현실감 있는 표현력•장비 화물 높이 등에 대한 정확한 표시로 화물의 적층 표시 가능•운반, 운휴, 고장, 충전 등 다양한 상태에 대한 직관적 표현•운반할 화물과 운반된 화물에 대한 비교 표현

•비상시 대응 기능•비상 상황 및 위치에 대한 정확하고 확실한 표현•각종 비상 시에 대한 대응 방법 즉시 제공•간단한 고장에 대한 응급조치 정보 제공

•운행 경로 등 운전 효율에 관한 데이터 기반•운행 상태 등 기기 효율에 대한 데이터 기반•각종 사고 등 안전에 대한 데이터 기반• PC, Mobile, Web등 다양한 운용환경 제공

2. 생산 장비 원격 모니터링 (산업용 차량 사례 계속)

전체 관제 시스템의 고도화, Vector Object 사용으로 재 사용성 우수

Bitmap Image기반 수정및 Data Mapping 어려움

• Data 기반 Vector Object• 수정, 삽입, 재 사용성 우수• Data 표현 자유도 높음• Active Alert• PC, Mobile 환경 제공

• 장비에 대한 현황(작업 실적, 장비 가동 조건 등) Live 현황• Live Map을 통해 물류 자원의 실시간 상태 모니터링, 이상 현황 Alert• 작업 계획 대비 실적 미 충족률 검토, 이행 충족 가능 여부 검토• 장비 Inactive 실적, 가동률의 변화, 작업 Distance 등 시계열 추이, 비교• 운영실적 x 운영 비용 간 분석 및 타 센터/장비 간 상대 비교• 장비에 대한 운영 이상치 조건에 따라, 선행적인 예방 보전 실행 및 조치• 운영 비효율(작업 생산성 저하 및 고장/사고율 증가 등) 검토 후 개선

• Vector Object

안전사고 원천방지를 위한 Smart ILS, IoT외곽 감시, 밀폐공간 및 위험공간 정보알림, 재해 시 신속대응

2. 안전사고, 산업재해 방지를 위한 위치기반 알림 서비스

• Smart ILS(Isolation & Locking System) 란 ? : 수리 또는 정비작업 시 해당 설비에 대한 가동 에너지원을 사전에 차단/격리하고, 잠금을 실시하여

재해원인을 근본적으로 제거하는 시스템

• 계층별 구조, 쉽게 실물 Map 기반 안전사고 유형/사례 확인, 센서를 통한 위험지역 알림, 안전 수칙 정보 확보

• 수리 또는 정비 작업 시 지하 공동구, 탱크 및 밀폐된 지역의 환경센서(온도, 질소, 일산화탄소 등)의 정보를 확인 후 작업

• 화재 발생 및 유출 사고 등 재해 발생 시 위치기반 알림으로 빠른 초기 대응을 위한 안전 네비게이션 역할

• 주요시설 외곽 및 보안시설의 물리적 팬스에, 이상감지 센서 도입을 통해 허용되지 않은 접근 관제

• 소화기 및 소방전 위치, 탈출로 및 재해 시 행동요령 안내 등 안전 관련 정보 제공

•작업자 설비 가동상태 확인•관리자 작업상태 확인 후 설비가동

•위험지역 정보 제공 및 안전사고 사례 제공•전기, Valve 등 ILS개소 실시간 모니터링

•같은 Smart ILS 화면을 관리자(PC),작업자(Mobile) 공유, 멀티 플랫폼 제공

• IP Camera 연동으로 작업 상황 관제• ILS 절차를 무시하면 원천 통제(해제,가동)

3. 적용 사례

A

참조 Image 내 용

▪Data 기반 전체 공정의 Digital Twin

▪Bigdata 분석을 통한 설비상태에 따른 품

질인자 결함 요소 분석

▪개발된 모델 적용 시뮬레이션

▪소재의 정확한 위치 Tracking 요구

▪정확한 모니터링과 정확한 Alarm 요구

▪소재의 폭, 두께, 길이 정보 실시간 제공

▪연동설비(Utility)상태 제공

▪에너지 (전기, 가스 등)의 공급상태 및 상

태 모니터링

▪ IP 카메라의 연동

▪Alarm 위치 신속 제공

▪교체품, 순환품에 대한 Active Alarm

▪실시간 Data의 표현 정합성 확보

▪초창기 Version (IBM, DB2 환경)

POSCO Smart Factory –포항 2열연 설비상태에 따른 품질분석

B

참조 Image 내 용

▪포스코 스마트팩토리 시범 공장

▪Bigdata, VR, Analysis, IoT Sensor 도입

▪다양한 사용자의 요구사항에 적합한 Data

표현의 요구

▪설비, 품질, 안전, 공정관리 등 전반적인 IT

System 고도화

▪정비시점 및 설비 이상 예측 (머신러닝)

▪스마트팩토리 Portal, Smart 3D 구축

▪품질측정 Data 분석을 통한 제품 절단 구

간 Feedback System 구축

▪압연기, 변압기 등 핵심 설비 Bigdata 분

석을 통한 이상예측 시스템 개발

▪POSCOICT -> POSFrame 개발

▪POSCOICT -> Workbench 분석툴 제공

POSCO Smart Factory –광양 2후판 설비 모니터링 (Big data 분석을 통한 상세 설비 상태/알람 모니터링)

3. 적용 사례

C POSCO Smart Factory – 3D UST, SDD 고도화

◆ Smart Factory platform의 전장길이정렬 데이터

: 설비의 마이크로 데이터를 소재의 길이방향 좌표에 매칭.

: ( 현재 ) 품질측정 결함위치를 파악 불가

◆ 품질측정 데이터와 전장길이정렬 데이터 연동

: 3D 소재상에 의 결함의 종류와 위치 형상화

: ( 현재 ) 설비상태 Micro data 파악 불가

◆ 품질 측정 데이터의 다양화

• 형상 데이터의 적용 : 형상품질 측정데이터의 미 적용으로 정방형만으로 표현되는 현 시스템의 단점.

• [소재 평탄도]등의 형상측정 데이터의 적용 필요.

◆ 설비 데이터와의 연동 필요

• 품질 결함 요인의 [원인분석]을 위하여 현재 Smart Factory platform의 micro data 와의 연동 및 절단 시뮬레이션 필요.

3. 적용 사례

D

참조 Image 내 용

▪실제 설비와 동일한 형태로 공정을 모니터

링하고 제어할 수 있는 시스템 구축

▪정확한 센서의 위치 파악 및 Data 연동

▪공정 시뮬레이션을 통한 공장 증설 시 시

행착오 감소

▪핵심 구동기의 이상 분석

▪빠르고 직관적인 이상 구동기 위치 파악

▪터치 제스쳐 기능 개발로 현장에서 사용하

기 편리하도록 제작

▪정확한 Alarm 위치 파악을 통한 신속한 정

비 대응

▪다양한 Data (Text, Chart 등)의 표현

▪사용자 환경 제공

POSCO Chemtech Smart Factory – 3D Smart HMI, 공정 시뮬레이션, 빅데이터 분석으로 통한 정비시점 예측

열유동량측정

타르두께측정

핵심 구동기

3. 적용 사례

E

참조 Image 내 용

▪신고리 원자력 발전소의 각 실에 대한 방

사선 Alarm System 구축

▪출입문 관리시스템 구축

▪방사선 폐기물 야드 모니터링

▪방사선 구역 출입관리 시스템

▪반입반출 관리 시스템

▪유해물질 관리 시스템

▪원자력 발전소의 특성상 복잡한 설비로 구

성되어 3D형태의 관리 시스템이 요구됨

▪울진 원자력 발전소 수처리 공장(10개소)

에서는 단순 아날로그 계측장치를 모니터

링 하는 요원이 개소당 2명씩 3교대 근무

관제실에서 통합관제 필요

▪오래된 발전소의 단일계측기 및 노후 계측

기 교체 필요

울진, 고리 원자력 발전소 – 실별 방사선 위험감지, 출입문 계폐현황, 방사선 폐기물 모니터링

3. 적용 사례

F

참조 Image 내 용

▪PLC Room에 모니터링 요원 2명(3교대)배

치 단순 모니터링

▪아날로그 모니터링 장치를 Digital 모니터

링 장치 자체 개발 적용

▪통합 관제를 통한 작업 효율화

▪수처리 시설 및 저장소 VR

▪수처리에 관련된 센서 고장은 대형 사고로

이어짐으로 센서 이중화

▪소방시설 모니터링

▪소방점검을 위한 장비들의 교체시기 알림

▪화재발생 시 대피 안내도 제공

동국제강 – 수처리 시설 통합 관제 시스템, 소방시설 관리 시스템

주요저장소저장량모니터링

모터및펌프모니터링 / Alarm

배관의밸브상태모니터링

3. 적용 사례

G

참조 Image 내 용

▪ SK Telecom은 통신 문제 발생 시 정비 시

간의 단축이 가장 중요한 업무임

▪정비자들이 통신 설비의 상태나 위치, 연

계 설비의 위치, 선로 계통의 파악 불가

▪VIP 고객(에버랜드, 스포츠경기장, 지하철,

백화점, 국회의사당, 공항 등)의 시설에 통

신설비 정비 가이드 구축 요구

▪인빌딩 DB 구축

▪사용자가 직접 통신 설비 및 계통도를 입

력할 수 있는 Tool 제공

▪인빌딩 Navigation 개발, 추후 T-map연

동 계획 수립 중

▪정비 시점 관리시스템 연동

▪통신 품질 시스템 연동

▪통신 설비 GIS System 연동 계획 중

SK Telecom – 3D 인빌딩 설비관리 시스템

3. 적용 사례

5. 협의 중인 Project

H 두산중공업 단조 공장 – Smart 3D HMI

•단조공장의 제조 현장 인원(현재 47명) 감원(약20%)을 위한 정확한 모니터링, 제어, Alarm 시스템 구축 요구

•정비 시간 단축 및 설비정보 공유를 위한 이상 설비 Navigation제공, PLC 제어 프로그램 및 Data 수집을 위한 인프라 구축

•가열로 인고트 인입을 위한 시뮬레이션, 향후 18,000t Press 시뮬레이션(지멘스) 결과 적용

I 당진 현대제철 – 무인 크레인 시뮬레이션 개발

•무인 크레인 설치 시 현장 인원이 조작하는 유인크레인에 비해 적재 속도가 느려 생산성 저하

•작업 예상 Data의 Fast Animation(물리엔진 적용)을 통한 무인크레인 적재용량 예측 후 작업 지시

•무인크레인의 동작 Algorithm(Path)의 개선으로 이동속도 및 적재 속도 개선

J 포항 가속기 연구소 – 3D 설비상태 모니터링 시스템, 설비 증설을 위한 시뮬레이터, 자산관리 시스템

•핵심 가속설비는 운전 시 방사선이 유출 됨, Digital twin을 통한 상시 모니터링 체계 구축

•연구 설비 증설 및 개선 시 시뮬레이션 도구 필요

•실물 자산관리를 통한 국가 연구시설 자산 이력 관리 강화 (분실 및 개인이 소지하는 문제 발생)

THANK YOU