본 기술인 ‘CPPS 시뮬레이터와 가시화 도구’은 스마트 공장(CPPS)의 행위를 컴퓨터상에서 모사하고 그 결과를 3D 형태의 시각화 도구를 통해 제공하여 CPPS의 제어 로직 검증 및 최적화를 가능하게 하는 도구이다.
시뮬레이션 대상 모델은 ETRI에서 개발한 ECML로 작성된 모델과 이를 기반으로 생성한 시뮬레이션 코드이고, 연동 기술은 HLA-RTI (High Level Architecture - Run Time Infrastructure, IEEE 1516)을 활용한다.
본 기술은 특별히 가상-實 제조설비 연동형 IoT기반 CPS플랫폼 기술, 즉 제조 도메인(스마트팩토리)에 적용되어 검증된 기술이며, 이와 별도로 본 기술을 기반으로 원자력, 철도, 자동차, 의료 등 타 CPS 도메인의 시뮬레이션 및 가시화 도구를 개발할 수 있다.
- 시뮬레이션은 實세계에서 발생하는 현상이나 시스템의 동작을 컴퓨터 상에서 시간의 흐름에 따라 모사하는 기법이다. 시뮬레이션은 물리 현상에 대한 분석, 개발 중인 시스템에 대한 검증, 시스템 운용자의 훈련 등 다양한 목적으로 활용될 수 있다
- 반면 물리적인 현상과 시스템의 이산 논리를 복합적으로 다루는 CPS를 대상으로 하는 시뮬레이션은 단순한 문제가 아니며, 본 기술과 같이 CPS에 특화된 시뮬레이터를 필요로 한다.
- “CPPS 시뮬레이터와 가시화 도구”는 CPPS가 다루는 다양한 모델, 즉 미분방정식(기계의 역학 모델), 이산수학(디지털 시스템의 상태 모델), DEVS방정식(공정 등 이산 사건 시스템), 대기행렬(물류, 교통 흐름 등)을 복합적으로 실행해 시뮬레이션이 가능한 시스템 SW이며, 기술이전의 범위는 기술 이전 내용에 상세히 기술한다.
(그림1) CPS 모델링과 시뮬레이션
- “CPPS 시뮬레이터와 가시화 도구”에서 시뮬레이션 할 CPS 모델은 CPS 모델링 언어인 ECML로 작성되어야 하며, 이는 본 기술 이전의 대상인 시뮬레이션 기술과는 별도의 도구를 통해 모델링 해야 한다. (모델링 도구에서 시뮬레이션 코드 생성 지원)
(그림2) 기술 이전 대상
- “CPPS 시뮬레이터와 가시화 도구”는 도메인 전문가가 작성한 CPS 모델 코드를 CPS의 물리 시스템과 연동해 시뮬레이션 및 결과에 대한 가시화 도구를 제공한다. (그림 2은 제조 CPS에 적용했을 때의 예를 보여줌)
- 본 기술의 이전을 통해 이전 기업은 제조업, 농업, 기계 산업, 에너지 산업 등 전통적인 산업 분야에 IT 기술을 융합한 CPS의 개발 및 검증 시장을 선도할 수 있다. 구체적으로 CPS 시뮬레이터와 물리 시스템(ex. 공장)을 연동한 시뮬레이션을 통해 시스템의 사전 검증, 연관된 공정상의 모니터링 및 고장 방지 등을 하나의 패키지에서 가능토록 하여 혁신적인 비용 절감을 실현할 수 있음
전통적인 시뮬레이션은 물리적인 시스템에서 발생하는 데이터를 수집하여 통계적 분석을 하고, 이를 이용해 확률적인 계산을 하는 방식인 반면, 본 기술은 물리적인 시스템과 시뮬레이터을 직접 연동하여 실시간으로 발생하는 데이터를 시뮬레이션에 반영하는 기술이다. CPPS 시뮬레이터는 핵심 SW인 시뮬레이션 엔진과 시뮬레이션 대상인 물리 시스템 및 사용자 상호작용 장치를 연동하기 위한 연동 기술로 구성된다. 본 시뮬레이터는 시뮬레이터와 물리 시스템을 연동하는 Hardware-in-the-loop Simulation(공장의 경우 제조 설비), 시뮬레이터와 사용자를 연동하는 Human-in-the-loop Simulation(공장의 경우 현장 작업자의 단말 등) 등 다양한 구성이 가능하다. 또한 CPPS 가시화 도구는 시뮬레이션 엔진에서 생성되는 시뮬레이션 결과가 사람이 이해하기에 가독성이 떨어지므로 시뮬레이션이 진행되는 동안 모델의 상태값의 변화 및 데이터의 흐름을 모니터링할 수 있도록 관련 기능을 제공한다. 가시화는 텍스트로 보여지는 저 수준의 가시화와 3D 모델과 애니메이션으로 보여주는 고 수준의 가시화로 나뉜다.
전체 기술명: CPPS 시뮬레이터 및 가시화 기술
1. 제1 세부기술명: CPPS 시뮬레이터
- ECML 기반 CPS 모델 코드의 실행을 위한 시뮬레이션 엔진
- CPS 시뮬레이션 설정, 모니터링 및 결과 분석 도구
- CPS 시뮬레이터 관련 문서
2. 제2 세부기술명: CPPS 가시화 도구
- 제조 CPS용 시뮬레이션 3D 가시화 도구
- CPS 가시화 도구 관련 문서
1. 제1 세부기술명: CPPS 시뮬레이터
- 요구사항 정의서 1종
- 설계서 1종
- 시험 절차서 및 결과서 1종
- 소스코드 1종
- 바이너리 코드 1종
- (참고) 바이너리 코드 이전시는 요구사항 정의서 1종, 바이너리 코드 1종
2. 제2 세부기술명: CPPS 가시화 도구
- 요구사항 정의서 1종
- 설계서 1종
- 시험 절차서 및 결과서 1종
- 바이너리 코드 1종
- (참고) CPS 가시화 기술은 소스코드를 제공하지 않음
- 본 기술이전 기술은 스마트 공장의 여러 영역에서 시뮬레이션을 통해 의사결정이 필요한 경우에 활용될 수 있다.
- 구체적인 활용 분야로는 (1) 운영중인 공정이나 생산 설비의 반복적인 시뮬레이션을 통해 작업자가 공장의 운영 메커니즘을 이해하도록 하는 훈련, (2) 가동중인 설비가 임의의 조건에서 보이는 행위 및 생성되는 데이터의 분석, (3) 현재 공정의 문제점을 극복하기 위해 필요한 새로운 생산 설비의 기능 시험, (4) 새로운 공정의 적용 시 효율성에 대한 실험 등이다.
- 본 기술이전 기술의 상용화를 통하여 제4차 산업 혁명에서 요구하는 SW 융합 시스템(ex. 스마트팩토리)을 개발하고 시험하는 핵심 SW로 활용 가능하다.
- 또한 제조 분야 외에도 항공, 원자력, 철도, 자동차, 의료 등의 높은 신뢰성을 요구하는 산업 분야의 응용 SW 개발을 위한 프레임워크 기술로 활용 가능하다.