FlexSim 모형 간 연동을 통한 공정 디지털 트윈 개념 설계 및 평가

김정수,박진오,김준우 한국지식정보기술학회 2023 한국지식정보기술학회 논문지 Vol.18 No.6

Digital twin is one of the integral components of advanced smart factory. However, digital twin applications are typically difficult to design and develop, since digital twin is implemented through integration of various software and hardware components. In order to mitigate these burdens, this paper proposes a novel approach called synchronization of FlexSim models for conceptual design and evaluation of process digital twin. The proposed approach is based on the virtual digital twin environment, where digital twin model interacts with virtual physical twin model instead of real hardware equipments. The virtual digital twin environment can be conveniently established by utilizing simulation models with appropriate structures and functions, which can be used as the virtual physical twin and digital twin models. Consequently, the proposed approach helps to reduce the time and cost of developing digital twin applications. FlexSim software is a commercial discrete event simulation tool suitable for building the virtual physical twin and the digital twin models, since it provides rich 3D visualization, flexible logic builder and external data connectivity. In addition, the evaluation method for digital twin model within the virtual digital twin environment is also discussed in this paper. The proposed approach is applied to develop a simple prototype of a digital twin for a manufacturing facility, and the experiment result demonstrate the usefulness of synchronization of FlexSim models in developing digital twin applications.

식물공장 기류해석을 위한 디지털트윈 개발 및 실증

정진립,원보영,유호동,김탁곤,강대현,홍경진 한국시뮬레이션학회 2022 한국시뮬레이션학회 논문지 Vol.31 No.1

As one of the alternatives to solve the problem of unstable food supply and demand imbalance caused by abnormal climate change, the need for plant factories is increasing. Airflow in plant factory is recognized as one of important factor of plant which influence transpiration and heat transfer. On the other hand, Digital Twin (DT) is getting attention as a means of providing various services that are impossible only with the real system by replicating the real system in the virtual world. This study aimed to develop a digital twin model for airflow prediction that can predict airflow in various situations by applying the concept of digital twin to a plant factory in operation. To this end, first, the mathematical formalism of the digital twin model for airflow analysis in plant factories is presented, and based on this, the information necessary for airflow prediction modeling of a plant factory in operation is specified. Then, the shape of the plant factory is implemented in CAD and the DT model is developed by combining the computational fluid dynamics (CFD) components for airflow behavior analysis. Finally, the DT model for high-accuracy airflow prediction is completed through the validation of the model and the machine learning-based calibration process by comparing the simulation analysis result of the DT model with the actual airflow value collected from the plant factory. 이상기후로 인한 불안정한 식량 수급을 해결하기 위한 대안 중 하나로 식물공장의 필요성이 증대되고 있다. 식물공장 내 기류는 재배작물의 증산작용과 열교환에 중요한 인자 중 하나로 인식되고 있다. 한편, 디지털트윈(Digital Twin: DT)은 실체계를 가상세계에 복제한 것으로 실체계만으로 불가능한 다양한 서비스를 제공하는 수단으로 주목받고 있다. 본 연구에서는 디지털트윈 개념을 실제 운용중인 식물공장 기류해석에 적용하여 다양한 상황에 기류를 예측할 수 있는 기류 예측 DT 모델 개발을 목표로 하였다. 이를 위해 먼저 기류 해석용 디지털트윈 수학적 형식론을 제시하고, 이를 기반으로 실제 운용중인 식물공장의 기류예측 모델링에 필요한 정보들을 명세한다. 이어서 식물공장 내 형상을 CAD로 구현하고 유동해석을 위한 전산유체역학(CFD) 구성요소들을 결합하여 DT 모델을 개발하였다. 마지막으로 DT 모델의 시뮬레이션 해석 결과를 식물공장에서 수집한 실제 기류값과 비교하는 모델의 실증 및 기계학습 기반 보정을 통해 정확도가 높은 기류 예측용 DT 모델을 완성하였다.

스마트 공장 교육을 위한 디지털 트윈 시스템 개발

권오성,김동진,김승규,김인우,이의제 사단법인 한국벤처혁신학회 2023 벤처혁신연구 Vol.6 No.1

In the era of the 4th Industrial Revolution, manufacturing is the implementation of smart factories through digital transformation, and refers to consumer-centered intelligent factories that combine next-generation digital new technologies and manufacturing technologies beyond the existing factory automation level. In order to successfully settle such a smart factory, it is necessary to train professionals. However, education for smart factories is difficult to have actual field mechanical facilities or overall production processes. Therefore, there is a need for a system that can visualize and control the flow and process of logistics at the actual production site. In this paper, the logistics flow of the actual site was implemented as a small FMS, a physical system, and the production process was implemented as a digital system. In real-time synchronization of the physical system and the digital system, the location of AGV and materials, and the process state can be monitored to see the flow of logistics and process processes at the actual manufacturing site. The developed digital twin system can be used as an effective educational system for training manpower in smart factories. 4차 산업혁명 시대의 제조업은 디지털 트랜스포테이션을 통한 스마트공장의 구현이며, 기존의 공장자동화 수준을 넘어선 차세대 디지털 신기술과 제조 기술이 접목된 소비자 중심의 지능화된 공장을 의미한다. 이러한 스마트공장을 성공적으로 정착시키기 위해서는 전문인력 양성이 필요하다. 그러나 인력 양성을인력 양성을 위한 교육은 실제 현장의 기계 설비나 전체적인 생산 공정을 갖추기가 어렵다. 따라서 실제 생산 현장의 물류의 흐름과 공정을 시각화하고, 제어할 수 있는 시스템이 필요하다. 본 논문에서는 실제 현장의 물류 흐름을 물리시스템인물리 시스템인 소형 FMS로 구현하였고, 생산 공정은 디지털시스템으로 구현하였다. 물리시스템과물리 시스템과 디지털시스템의 실시간 동기화하여, 무인운반차 및 자재의 위치, 공정 상태를 모니터링하여 실제 제조 현장에서 물류의 흐름과 공정 과정을 볼 수 있다. 개발된 디지털 트윈 시스템은 스마트공장 인력양성을 위한 효과적인 교육 프로그램으로 활용이 가능하다프로그램으로 활용할 수 있다.

스마트 제조를 위한 클라우드 플랫폼 기반 사용자 친화적인 디지털 트윈 구축 방법

최상수(SangSu Choi),우정엽(Jungyub Woo),박양호(Yangho Park),송인호(Inho Song) 대한기계학회 2021 大韓機械學會論文集A Vol.45 No.2

스마트 제조 시대의 도래로 선진국과 글로벌 제조 기업들을 중심으로 스마트 공장을 활발히 구축하고 있다. 디지털 트윈은 진보된 형태의 스마트 공장 구축을 가능하게 하는 미래 핵심 기술이다. 디지털 트윈 기반 스마트 공장은 (1) 실제 공장과 동일한 디지털 공장을 모델링하고, (2) 물리적 공장과 디지털 공장을 연결하며, (3) 시뮬레이션, 인공지능과 같은 분석 기술들로 예측하고, (4) VR/AR을 통해 직접 체험하며 빠른 의사결정을 통해 물리적 공장을 제어하는 절차로 구축된다. 디지털 트윈은 전문가 의존도가 매우 높은 기술이며, 구축에 많은 시간과 비용이 소요된다. 본 논문에서는 전문가뿐만 아니라 초보자들도 쉽고 빠르게 디지털 트윈을 구축이 가능한 클라우드 기반 디지털 트윈 플랫폼을 소개한다. 다양한 제조기업들의 구축 사례들에 대해 설명하고, 그 효과를 분석했다. With the advent of the smart manufacturing era, advanced countries and global manufacturing enterprises are actively building smart factories. Digital twin (DT) is the future key technology that enables the building of advanced smart factories. DT-based smart factories are built by following procedures that consist of (1) modeling a digital factory that is identical to the physical factory, (2) connecting the physical factory and digital factory, (3) predicting using analysis techniques, such as simulation and artificial intelligence, and (4) controlling the physical factory through quick decision-making based on direct experience using virtual or augmented reality. DT is a technique in which experts are heavily relied upon, and it takes much time and costs to develop DT. In this paper, we introduce a cloud-based DT platform that enables novices and experts to build DT quickly and easily. Cases applicable to various manufacturing companies were described, and the effects were analyzed.

메타팩토리를 위한 IEC62541기반 IIoT·시뮬레이터 설계 및 구현

임채영,여채은,조우진,구재회,이상현 국제문화기술진흥원 2023 The Journal of the Convergence on Culture Technolo Vol.9 No.3

Digital-Twin are recognized as an important core technology for the realization of Smart Factories by simulating and optimizing the monitoring and predictive maintenance of manufacturing equipment and the operation of production lines in a digital space. To implement this system, we adopt the IEC62541-based OPC-UA (Open Platform Communications Unified-Architecture) Protocol, which has strengths in interoperability and connectivity between heterogeneous platforms. Therefore, In this paper, We designed and implemented an IIoT(Industry Internet of Things) system that connects heterogeneous platforms, and developed an OPC-UA simulator based on IEC 62541. We will present whether the data will be applied to the Digital-Twin Platform and whether it will work, and proceed with performance tests and evaluations. We evaluate the operation performance and OPC-UA performance of the Digital-Twin platform lightened by the proposed device, and present the optimal IEC62514-based simulator system. We proceeded with the performance evaluation of sending and receiving data with OPC-UA wrapping with the proposed simulator, and found that a lightweight Digital-Twin platform can be operated. This research can apply the OPC-UA protocol for implementing smart factory and meta-factory in the manufacturing shop floor with limited resources, avoiding the waste of time and space on the shop floor through the OPC-UA simulator. We expect that this will contribute to a significant improvement in efficiency by minimizing. 디지털 트윈은 디지털 공간에서 시뮬레이션 및 최적화함으로써 스마트팩토리 구현에 중요한 핵심 기술로 인식되고 있으며 이러한 시스템을 구현하기 위해서는 상호 운용성과 이기종 플랫폼 간 연결에 강점을 보이는 IEC62541 기반의 OPC-UA 프로토콜을 채택하고 있다. 이에 본 논문에서는 이기종 플랫폼 간 연결할 산업용 IoT 시스템을 설계 및 구현하고, IEC 62541기반으로 OPC-UA 시뮬레이터를 제안하여, 개발한 시뮬레이터를 통해 실제 제조현장의 온도, 압력, 유량 등 센서에서 수집되는 데이터를 디지털 트윈 플랫폼에 적용해 동작하는지를 제시하고, 이에 대한 성능시험 및 평가를 진행하였다. 제안한 디바이스에서 경량화된 디지털 트윈 플랫폼의 동작 성능과 OPC-UA 성능 평가를 진행하여 최적의 IEC62514기반 IIoT 시뮬레이터 시스템을 제안한다. 제안한 IIoT 시뮬레이터에서는 OPC-UA 랩핑으로 데이터를 송/수신하는 성능평가를 진행하고, 경량화된 디지털 트윈 플랫폼이 운영됨을 알 수 있다. 이 연구는 한정된 자원을 사용하는 제조 현장에서 스마트 팩토리 및 메타팩토리 구현을 위한 OPC-UA 프로토콜을 적용할 수 있으며, OPC-UA 시뮬레이터를 통해 현장에서의 시간 및 공간의 낭비를 최소화하고, 효율성을 크게 기여할 것으로 기대한다.

지능인지형 신생산시스템 디지털팩토리 구축

김수영,이기성,손호영 한국산업경영시스템학회 2008 한국산업경영시스템학회 학술대회 Vol.2008 No.추계

Meta Intelligent - New Production System(MI-NPS), which is for building a manufacturing technology that makes full use of 3D simulations, the technology of the product manufacturers, mechatronics, IE and the technology of education and analyzes the manufacturing process, equipments, 4M(Man, Machine, Material, Method) and MH(Material Handing). The proved of technology that Digital Factory can examine fully the operating condition on the manufacturing lines at new factory through of digital technology and it can solve perfectly the problems which are the introduction of machines, line construction, etc. This research constructs the MI-NPS Digital Factory for the tractor manufacturer which has small quantity batches production and assembly lines. It showed which we derived the problems of logistics flow at production system and gave the improvements. And showed which we derived the problems at the future affects productivity with actual manufacturing factory. Accordingly, we showed at the case of get effects the distribution optimization and productivity improvements.

마이크로 공장을 위한 디지털 생산 시뮬레이션

박상호(Sangho Park),정영상(Young Sang Jung),송준엽(Jun Yeob Song),이승우(Seung Woo Lee),김동훈(Dong Hoon Kim),이수훈(Soo Hoon Lee),박종권(Jong Kweon Park) 한국생산제조학회 2005 한국생산제조시스템학회 학술발표대회 논문집 Vol.2005 No.5

Existing manufacturing system has consumed too much energy, space and resource in micro parts manufacturing. To improve this, micro factory system is suggested. But it is difficult to get the high reliability in the assembly, production and inspection of the minute parts because the construction of the micro factory has been started just before. In this study, we will build the digital manufacturing simulation on the micro factory's process and verify the production and assembly process using this simulation.

식물공장의 기능성분 분석을 위한 디지털 트윈 프레임워크 구현

고태환,이혜민,노동희 한국통신학회 2022 韓國通信學會論文誌 Vol.47 No.11

This study described the results of implementing the framework of the digital twin system for digitalization of plant factories. The background of this paper is to implement a system based on digital twins that can control and monitor the optimal environment for increasing functional ingredients and leaf vegetables grown in plant factories. In this paper, in order to implement this system, a digital twin framework that can be applied universally to plant factories was designed. This design structure was designed largely by dividing it into 1) physical world layer, 2) cyber and physical interaction layer, 3) digital twin system layer, and 4) application layer. The designed results of the digital twin framework system were implemented in a testbed in a plant factory. 본 연구는 식물공장의 디지털화를 위한 디지털 트윈 시스템의 프레임워크 구현 결과를 기술하였다. 식물공장내 재배되는 기능성분이 포함된 엽채류에 대하여 기능 성분이 증대될 수 있는 최적의 환경 제어 및 모니터링을할 수 있는 시스템을 디지털 트윈 기반으로 시스템을 구현함을 목적으로 한다. 본 논문에서는 이러한 시스템 구현을 위하여 식물공장에 범용으로 적용할 수 있는 디지털 트윈 프레임워크에 대하여 설계하였다. 본 설계 구조는 크게 1) 물리적 세계 계층, 2) 사이버 및 물리적 상호 작용 계층, 3) 디지털 트윈 시스템 계층, 4) 애플리케이션 계층으로 구분하여 설계하였다. 본 연구에서는 이렇게 설계된 식물공장 디지털 트윈 프레임워크는 경기도에 소재한식물공장을 운영하는 업체의 테스트베드 공간에서 실증 구현하였다.

도시 지역 공장재개발수단으로서 아파트형공장에 관한 연구

이미숙(Lee Mi-Sook),최근희(Choi Geun Hee) 한국도시행정학회 2009 도시 행정 학보 Vol.22 No.2

This study aims at analyzing apartment-type factories as a measure of industrial redevelopment. The apartment-type factories provide enterprises with a modern and convenient space and are cheaper than most office buildings. Those features attract firms in the city and are regarded as a good measure of industrial redevelopment. The study analyzes the apartment-type factories in the Seoul Digital Industrial Complex as a measure of industrial redevelopment. More than 60% of apartmenttype factories in Seoul are located in the complex. The complex has a meaning as a model area of apartment-type factories. And most of the information and statistics about the apartment-type factories come out of the complex. Most of all, institutions and system concerning the apartment-type factories and the change by construction of the apartment-type factories are well observed in the complex. According to the study, wide plots of land, high floor space index, convenient transportation and good environment for network are the strengths of the Seoul Digital Industrial Complex as a site for the apartment-type factories. But the shortages of the infrastructure and convenient facilities, development without comprehensive plan, prevalence of law offence and the rise of real estate prices are serious problems in the complex. From the study we found that positive intervention and government support are needed for the sound industrial redevelopment. The impact of redevelopment and comprehensive plan including preparation of the infrastructure should be examined before the construction of the apartment-type factory.

CPPS 및 VR을 연계한 스마트팩토리 기반 기술 교육 플랫폼 개발

이현,Lee, Hyun 한국실천공학교육학회 2021 실천공학교육논문지 Vol.13 No.3

본 논문에서는 스마트팩토리 기반의 CPPS(Cyber Physical Production System) 및 VR(Virtual Reality) 기술을 활용한 스마트팩토리 통합 기술 교육 플랫폼 개발과 플랫폼을 활용한 교육 방법들을 제안하였다. 3D 디지털 트윈과 연동이 가능하며 BOP(Bill of Process) 기반의 제조 공정을 통합하는 방법을 학습할 수 있도록 플랫폼을 개발하였다. 또한 디지털 트윈은 OPC-UA 서버를 통해 메카니컬 시스템과 디지털 트윈 뿐만 아니라 가상 현실까지 연계하여 통합 스마트팩토리 기반의 교육 플랫폼을 구축하였다. 이러한 플랫폼을 기반으로 스마트팩토리 통합 플랫폼은 BOP 기반 디지털 트윈 시뮬레이션, OPC-UA 통합, MES 시스템, SCADA 시스템, VR 연동으로 스마트팩토리 통합 플랫폼의 개별 요소들을 가지도록 제안하였다. In this paper, we proposed the development of a smart factory intergrated technology education platform using smart factory based CPPS (Cyber Physical Production System) and VR (Vitrual Reality) technology and educational methods using the platform. A platform has been developed to learn how to integrate 3D digital twin and BOP (Bill of Process)-based manufacturing processes. In addition, Digital Twin established a smart factory-based integrated education platform by linking mechanical systems, digital twins, and virtual reality through the OPC-UA server. Based on this platform, the smart factory integration platform is proposed to have individual elements of the smart factory integration platform through BOP-based digital twin simulation, OPC-UA integration, MES system, SCADA system, and VR interworking.