상호운용적 스마트 공장을 위한 Digital Twins Definition Language 기반 디지털 트윈 모델 개발

Abstract

Smart factory is considered a core industry in industry 4.0, and it can be expected to provide flexible and efficient manufacturing and improve productivity and quality. Digital twin is a key technology for smart factories. An actual physical world can be monitored or simulated in a virtual world through a digital twin. Digital twin requires interoperability of data for monitoring and interoperability of predictive model for simulation, which can make the digital twin more realistic. Interoperability of data is currently widely guaranteed by OPC UA which is a practically standard of information communication tech, but in terms of interoperability of predictive models, the research is insufficient. In addition, predictive models are often implemented in an external environment, not within a digital twin.

To solve these problems, this paper proposes a digital twin representation model that ensures data and model interoperability. Within the proposed model, interoperability of data is guaranteed by using OPC UA technology and for interoperability of predictive model, PFA model is selected, a JSON-based data analysis model representation language. The proposed model secures two types of interoperability through two technologies and represents digital twin model by using DTDL developed by Microsoft. And the digital twin is implemented on a web service to increases user’s accessibility. Also, we validate whether the proposed model is implemented on the Cyber-Physical Factory operated by MES or not. | 스마트 공장은 4차 산업에서 핵심 산업으로 꼽히고 있으며, 이를 활용하여 제조 유연성, 친환경성, 품질 및 생산성 향상을 기대할 수 있다. 스마트 공장의 핵심 기술로 디지털 트윈이 주목받고 있다. 디지털 트윈을 통해 실제 물리적 자산들의 데이터를 모니터링하거나 가상의 공간에서 시뮬레이션을 진행해 볼 수 있다. 디지털 트윈을 위해서는 모니터링을 위한 데이터 상호운용성과 시뮬레이션을 위한 예측 모델의 상호운용성이 필요하다. 데이터 상호운용성은 OPC UA 기술을 통해 현재 많이 보장되고 있지만, 예측 모델의 상호운용성 측면에서는 연구가 미진하다. 또한, 예측 모델을 디지털 트윈 내에서 구현하지 않고, 외부 환경에서 구현하는 경우가 많다.

이러한 문제점을 해결하기 위해 본 논문에서는 데이터 및 모델 상호운용성을 보장하는 디지털 트윈 표현 모델을 제안한다. 제안하는 표현 모델 내에서 데이터 상호운용성은 사실상 표준으로 쓰이는 OPC UA 기술을 사용하여 보장하고, 모델 상호운용성을 위해서는 JSON 기반의 데이터 분석 모델 표현 언어인 PFA 모델을 활용한다. 두 가지 기술로 상호운용성을 확보하고 마이크로소프트사에서 개발한 DTDL을 활용하여 디지털 트윈으로 표현한다. 디지털 트윈은 간단한 웹 페이 지로 구현되며 사용자의 접근성을 높인다. 마지막으로 MES 방식으로 작동되는 Cyber-Physical Factory를 활용하여 해당 모델의 구현 여부를 검증한다.