CPS는 모든 사물이  IoT 기반으로 연결되고 컴퓨팅과 물리세계가 융합되어 자동화 지능화 되는 것을 말한다.

CPS 의 가장 큰 기술적 요소는 Communication, Computing, Control 이다.

1) Communication - 4M(Man, Machine, Material, Method) 에서 발생하는 데이터를 수집하는 기술

2) Computing - 수집된 데이터를 바탕으로 특정 계산을 통해 공장을 제어하거나 

                     사용자에게 의사결정을 지원하기 위한 정보를 제공하는 기술 

3) Control - 그 정보를 받아서 공장을 제어하는 기술

CPS 기술을 공장에 적용한 것을 CPPS(Cyber Physical Production System)라고 하는데 스마트한 부품을 사용해 CPPS로 스마트한 제품을 생산하는 것이 스마트팩토리라고 정의하고 있다.

CPPS가 제대로 작동하기 위해서는 설비와 공정 및 제품 관련 데이터를 센서, 액추에이터(에너지를 사용하여 기계적인 일을 하는 기구), 컨트롤러(기동, 운전, 정지, 속도 조정등), 디바이스 등을 통해 수집하고 PLM, MES, ERP, SCM 등의 제조 IT 솔루션을 통해 신뢰성 있게 분산제어하는 지능형 시스템이 구축되어야 한다. 기존에는 지능형 제어보다는 단순하게 피드백을 받아 수행하는 피드백 제어가 주류를 이루었다.

현실세계(Physical System)의 다양한 현상과 디지털 사이버세계(Cyber System)가 긴밀하게 결합된 시스템을 CPS라고 하는데 이는 여러 분야에서 다양하게 정의된다. 그중에서도 가장 기본이 되는 메커니즘은 제어대상(제조설비, 자동차 등) 에 센서를 부착하여 IoT 기기를 이용해 센서에서 발생하는 각종 데이터를 클라우드 상의 빅데이터로 수집, 분석 한 후 현실세계에 결과를 피드백하는 것이다.

CPS는 기본적으로 IoT 인프라가 변화, 발전함에 따라 다양하게 발생하는 데이터가 기폭제가 되어 확장, 운영되는 시스템이다. 체계적인고 통합화된 IoT 인프라가 결국은 CPS 기반으로 활용되고, CPS가 원활하게 작동할 수 있도록 지원하게 된다.

IoT와 CPS는 현실 환경에서 센서를 통해 생성된 방대한 양의 다양한 데이터를 수집, 관리하는 애플리케이션을 지원할 수 있도록 설계한다.

■ 독일과학기술아카데미(Acatech) 가 정의한 CPS 특징

- 물리 세계와 디지털 세계 간의 직접 연결

- 정보, 데이터, 기능 통합을 통한 새로운 시스템

- 기능 통합(다기능성)

- 네트워크를 통한 접근

- 센서와 액추에이터 네트워크

- 시스템 내외부 네트워킹

- 전용 사용자 인터페이스

- 어렵고 복잡한 물리적 상태 배치

- 장시간 운용

- 자동화, 적응성, 자율성

- 높은 요구(시큐리티, 데이터 보호, 신뢰성, 고비용)

■ 미국의 산업인터넷 전략의 강점

1. 전 세계 공장의 기계로부터 취합된 모든 데이터를 구글과 같은 인터넷 사업자의 데이터 센터에 축적하고 그 데이터를 해석해 지구 차원의 거대 비즈니스를 창출할 잠재력이 있다.

2. GE가 '산업인터넷컨소시엄(IIC)' 을 설립하고 미국 기업뿐만 아니라 외국 기업의 참여를 독려해 사실상의 표준을 만들 체제를 강화해가고 있다.

3. 애플의 글로벌 전략에서 알 수 있듯이 미국의 선진 기업들은 IoT 생태계를 기반으로 튼튼한 글로벌 전략 토대를 갖고 있다. 특히 애플의 PC, 스마트폰, 태블릿, 아이패드 등의 정보 단말기는 상호 접속을 통해 동기화함으로써 정보 공유화가 가능하다. 이처럼 GE는 OS를 탑재한 기계들이 동기화되면 제조업 분야에서 제2의 구글, 애플이 생겨날 수 있다.

4. 자금력을 보유한 미국의 기업들이 3D 프린터와 같은 디지털 제조기술을 보유한 영향력 있는 기업들에게 투자하면 적량 맞춤형 대량생산이라는 디지털 제조혁신을 주도할 수 있다.

- 출처 : 스마트팩토리 - 제4차 산업혁명의 출발점 - , 정동곤 지음/한울아카데미

BOM (Bill Of Materials)

- 제조공정에는 상취품목, 부품, 자재명세서, 사용량, 최종 품목, 중간 조립품, 구매부품, 제품생산 공정 등으로 구성되어 있다. 자재명세서(BOM)는 모든 품목에 대해 상위 품목과 부품의 관계와 사용량, 단위 등을 표시한 리스트이다.

Cp(공정능력지수)

- 공정변동에 대한 규격변동의 양적인 표현을 나타낸 지표이다.

Cpk(치우침이 보정된 공정능력지수)

- 공정평균의 위치를 반영해 공정능력이 산포의 중심에서 벗어난 정도를 나타낸 지표이다.

GEM(Generic Equipment Model)

- 모든 반도체장비가 SECS 프로토콜에 의해 통신을 하지만, 그 동작 방식이나 사용하는 메시지가 모두 다르다면 정말로 복잡한 일이 아닐 수 없다. 이런 이유로 SEMI에서는 장비의 동작에 대한 시나리오와 용어로 이때 사용되는 메시지를 묶어서 장비 구동에 관한 표준을 마련했는데, 이 표준이 E30 생산설비 통신과 제어를 위한 핵심 모델(Generic Model for Communications and Control of Manufacturing Equipment)이고, 이를 간단히 줄여서  GEM이라고 부른다.

SEM(Specific Equipment Model)

- GEM을 통해 일반적인 장비의 동작 규약을 정하고는 있지만  GEM만으로 반도체생산에 투입되는 모든 장비의 사양을 규정하는 것은 실제로 불가능하다. 특히 다른 공정 장비와 비교할 때 작업 자체가 색다른 반송장비나 스토커 등의 경우는 더욱 그렇다. 이런 이유로 특별한 장비에 적용되는 사양은 따로 SEM(Speciific Equipment Model) 사양을 정해서 관리하고 있다.

SECS-1(SEMI Equipment Communications Standard 1)

- 반도체 처리 장비와 호스트 간의 메시지 교환에 적합한 통신 인터페이스를 정의한 것이다.

ST(Standard Time)

- 문제 발생 ㅇ벗이 정상적인 작업속도로 설비나 작업자에 의해 부품, 완제품을 생산하는 데 직접적으로 소요되는 시간을 말하며, 사이클타임(Cycle Time)은 어떤 제품을 한 번 생산하고 동일제품을 두 번 생산할 때 주기이다.

T/T(Tact Time)

- 제품 한 개를 생산하는 데 필요한 기준 시간. 만약 설비가 1시간에 3,600개의 생산을 하면  Tack Time 은 1초이다.

Nexplant MES 주요 특징

1. 스케쥴링과 디스패칭 기능

- 생산 계획을 최적화하고 작업 순서를 결정할 수 있습니다. 공정 별 일정을 관리하는 스케줄링 기능과 생산 계획에 따라 작업 대상과 설비를 정하는 디스패칭 기능도 가능합니다.

2. 생산운영

- 생산 기준에 맞추어 자원 및 프로세스를 관리하고, 제품을 추적(Tracking&Trace)하여 각 생산 라인의 성능과 생산성을 감독할 수 있습니다.

3. 설비엔지니어링

- 생산공정 데이터를 수집 처리하여 제조 수율과 설비 효율성을 개선합니다.

4. 설비 제어

- 설비 데이터를 자동으로 수집 및 표준화하고 원격 설비 제어 기능으로 생산 시설을 자동화 합니다.

5. 물류 제어

- 완전 자동화된 설비로 자재의 최적 이동 루트를 계산하여 운반 시간을 최소화합니다.

출처 : http://www.samsungsds.com/global/ko/solutions/off/mes/nexplant_mes.html

출처 : http://smartfactory.lgcns.com/Contents/KO/Main/Main.aspx

스마트 팩토리(Smart Factory)란 무엇일까?  By 포스코ICT

■ 공정 전체를 한 눈에 모니터링하고, 자동으로 제어할 수 없을까?

제철소와 같은 연속공정에 세계 최초로 스마트 팩토리를 구현

주문에서 부터 생산, 품질, 출하 등 모든 프로세스가 한 눈에 모니터링되고 수집된 데이터는 빅데이터로 분석되어 스마트한 의사결정을 지원함으로써 작업자의 개입없이 자동으로 제어됩니다. 

■ 설비 장애를 미리 예측할 수 없을까?

IoT를 활용해 설비를 모니터링 함으로써 설비 상태를 실시간으로 진단, 예측합니다.

문제가 발생할 수 있는 설비는 사전에 조치해 안정적인 조업 환경을 유지하고 설비 수명까지 연장시킵니다.

■ 품질 불량을 사전에 막을 수는 없을까?

스마트 팩토리 환경에서는 전체 조업별 공정 데이터를 수집하고 분석해 품질 결함 원인을 사전에 파악하여 불량발생을 최소화할 수 있습니다. 

■ 숙련공 부족 문제를 해결할 수 있을까?

숙련공의 노하우를 지식화하여 해외 근무자가 최적의 생산을 위한 상황별 가이던스를 제공하는 스마트 팩토리

웨어러블 기기를 활용해 현장에 돌발 상황 발생시 원격으로 전문가의 지원을 받을 수 있도록 합니다.

■ 현장의 위험 요소를 미리 알려줄 수 없을까?

스마트 팩토리는 작업장의 진동, 소음, 유해가스, 온도 등 현장 환경을 실시간 모니터링하고 위험요소가 발생하면 작업자에게 사전에 알려줘 안전하고 쾌적한 작업환경을 제공합니다. 

http://www.mckinsey.com/business-functions/operations/our-insights/manufacturings-next-act