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정보통신단체표준(국문표준) 제정일: 2017 년 6 월 28 일

TTAK.KO-11.0227-Part2

생산 자원(4M1E) 기반 스마트팩토리

정보 관리 – 제2부: 상호 연동지침

Information Management of Smart Factory

based on Production Resources (4M1E) –

Part 2 : Interoperability Guideline

표준초안 검토 위원회 CPS 프로젝트그룹(PG609)

표준안 심의 위원회 소프트웨어/콘텐츠 기술위원회(TC6)

성명 소 속 직위 위원회 및 직위 표준번호

표준(과제) 제안 차석근 ACS 부사장 - TTAK.KO-

11.0227-Part2

표준 초안 작성자 조현찬 ACS 선임연구원 - TTAK.KO-

11.0227-Part2

유상근 ETRI 책임연구원 PG609 위원

사무국 담당 김재웅 TTA 부장 -

이혜진 TTA 책임 -

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발행인 : 한국정보통신기술협회 회장

발행처 : 한국정보통신기술협회

13591, 경기도 성남시 분당구 분당로 47

Tel : 031-724-0114, Fax : 031-724-0109

발행일 : 2017.06

정보통신단체표준(국문표준)

TTAK.KO-11.0227-Part2 i

서 문

1 표준의 목적

본 표준은 생산 자원(4M1E: Man, Method, Material, Machine, Environment) 데이터

수집, 정보 분석 및 관리, 비즈니스 서비스 모델을 위한 생산 자원 기반 스마트팩

토리의 정보 관리 상호 연동 지침을 제시한다.

2 주요 내용 요약

제조업의 스마트화를 위해서 생산 자원의 변동에 대한 정보 수집 및 관리가 요구되

며, 이를 위한 스마트팩토리 정보 관리 기술 개발이 필요하다. 이 표준은 데이터

수집, 정보 분석 및 관리, 비즈니스 서비스 등 3계층으로 구성된 생산 자원 기반

스마트팩토리의 정보 관리를 위한 상호 연동 지침을 정의하고 관련 시나리오를 제

시한다.

3 인용 표준과의 비교

3.1 인용 표준과의 관련성

- 해당 사항 없음.

3.2 인용 표준과 본 표준의 비교표



TTAK.KO-11.0227-Part2 ii

Preface

1 Purpose

As the smart factory technology becomes important and interesting area in the

global industry, Korea Government promotes the development and deployment of

the smart factory technology for the small companies. The reference model for

information management can accelerate the diffusion of the smart factory in the

industry. The standard is to define the interoperability guideline for information

management of the smart factory based on production resources (4M1E). The

model can be utilized to implement the concept of the smart factory, to manage

various kinds of information, and to provide business services.

2 Summary

4M1E means production resources including man, method, material, machine, and

energy / environment. The existing factories can be smart through real time data

integration for production resources of 4M1E. It is necessary to develop the

interoperability guideline for the smart factory technology based on production

resources (4M1E), which consists of 2 layers including the physical world of

production resources 4M1E and control, information analysis and management,

and business service.

3 Relationship to Reference Standards

- None.


TTAK.KO-11.0227-Part2 iii

목 차

1 적용 범위 ·············································································· 1

2 인용 표준 ·············································································· 1

3 용어 정의 ·············································································· 1

4 약어 ····················································································· 2

5 생산 자원(4M1E) 정의 ······························································· 2

5.1 생산 자원(4M1E) 구성 요소 ······················································ 2

5.2 생산 자원(4M1E) 상호 연동을 위한 통합 ····································· 3

6 스마트팩토리를 위한 생산 자원(4M1E) 상호 연동지침 ························· 3

6.1 상호 연동을 위한 생산 자원(4M1E) 통합 방식 ································ 3

6.2 미들웨어 플랫폼을 이용한 생산 자원(4M1E) 상호 연동 방안··············· 4

부속서 A 생산 자원(4M1E) 상호 연동 사례분석 ··································· 6

A.1 복수 공장 관리를 위한 적용 시나리오 ·································· 6

A.2 중소제조업 적용 사례분석 ················································ 7

부록 Ⅰ-1 지식재산권 확약서 정보 ················································· 8

Ⅰ-2 시험인증 관련 사항 ······················································ 9

Ⅰ-3 본 표준의 연계(family) 표준 ··········································· 10

Ⅰ-4 참고 문헌 ································································· 11

Ⅰ-5 영문표준 해설서 ························································· 12

Ⅰ-6 표준의 이력 ······························································ 13

생산 자원(4M1E) 기반 스마트팩토리 정보 관리

– 제2부: 상호 연동지침

Information Management of Smart Factory based on Production

Resources (4M1E) – Part 2: Interoperability guideline

1 적용 범위

본 표준은 생산 자원(4M1E) 기반 스마트팩토리 정보 관리를 위한 상호 연동 지침

을 제시하는 것으로, 스마트팩토리 구현을 위하여 빠르게 변화되는 생산 자원

(4M1E)의 구성, 상호 연동 필요성 및 적용 시나리오를 제시한다.

2 인용 표준


3 용어 정의

3.1 생산 자원(4M1E)

작업자(Man), 방법(Method), 재료(Material), 기계(Machine), 환경(Environment)으

로 구성된 생산 자원

- 작업자(Man)

� 작업장 내부 및 외부에서 작업을 수행하거나 설비를 실행하는 근로자

- 기계(Machine)

� 제품을 생산 및 제조하기 위해 설치된 각종 설비

- 재료(Material)

� 제품을 생산 및 제조하기 위해 필요한 각종 원재료(원부자재, 부품)

- 방법(Method)

� 생산 자원을 이용하여 제품을 생산하기 위해 필요한 작업 기준 및 작업 조

건

- 환경(Environment)

� 생산 및 제조에 관련된 환경 및 에너지 관련 정보

4 약어

CPS Cyber-Physical System


TTAK.KO-11.0227-Part2 ２

ICT Information & Communication Technology

IoT Internet of Things

MES Manufacturing Execution System

PLC Programmable Logic Controller

RFID Radio-Frequency Identification

WCS Weight Classification System

5 생산 자원(4M1E) 정의

5.1 생산 자원(4M1E)의 구성요소

스마트팩토리를 광의의 관점에서 보면 공장의 비전, 전략, 목표와 성과, 운영 프로

세스, 기계 제어, 생산 기술과 정보 시스템으로 구성되어 제품의 기획, 설계, 생산,

유통, 판매 등 전 과정을 정보통신기술과 통합, 최소 비용 시간으로 고객맞춤형 제

품을 생산하는 미래형 공장이라 정의할 수 있다. 협의의 관점에서 보면 생산 자원

(4M1E)을 활용한 지능화된 공장 운영시스템으로 정의할 수 있다.

스마트팩토리의 주요 특징으로 센서, 네트워킹, 설비 인터페이스 등을 이용하여 시

스템을 통합하고, 이를 바탕으로 공장 내 연결과 사내, 사외 공장 간 정보 교환을

위한 연결을 지원한다. 또한 산업용 통신 네트워크를 통하여 실시간 정보수집, 분

석/판단 조치를 수행하고, 빅데이터, 인공지능, 전문가시스템 및 최적화 모델을 바

탕으로 데이터에 기반한 사전 예측 및 대응과 최적화를 위한 지능화를 지원한다.

(그림 5-1) 스마트공장 운영시스템 프레임워크

생산 자원(4M1E) 측면에서 스마트팩토리는 운영 기술, 유연 설비를 통하여 생산

자원(4M1E)의 변화에 대한 대응력을 보유한 유연성을 보유하며, 에너지 절감 기술

및 재활용 기술을 통하여 지속가능성, 특히 환경적 측면의 에너지 절감 부분을 고

려한 시스템을 말한다.


TTAK.KO-11.0227-Part2 ３

스마트팩토리 구현의 핵심이라 할 수 있는 생산 자원(4M1E)은 그림 5-1에 나타난

바와 같이 공정관리, 품질관리, 설비관리 및 작업 중인 재고(WIP: Work in Process)

기능으로 구성되어 있는 MES(Manufacturing Execution System)의 기업-공장-생산

공정-작업장 계층구조 중 작업장에 구성되어 있는 기계, 작업자, 자재, 생산방식과

에너지 사용량을 포함하는 작업 환경 정보에 대하여 동적으로 변화하는 기준 정보

로 정의한다.

5.2 생산 자원(4M1E) 상호 연동을 위한 통합

그림 5-2는 생산 자원(4M1E) 상호 연동을 위한 통합 기능을 나타낸다.

생산 자원(4M1E) 상호 연동은 최고경영자는 신규 수주 및 공장의 문제점 발생에

대한 신속한 의사결정 정보를 제공하고, 고객에게 주문된 제품에 대한 추적성, 납

기 정보, 품질정보 등과 같은 신뢰성 있는 실시간 정보의 제공으로 고객 만족도를

향상시킨다. 또한 생산관리자는 실시간으로 생산현장을 파악하고 분석하여 에너지

사용을 절감하면서 품질향상, 납기단축, 비용절감을 위한 연속개선을 통하여 공장

전체 운영에 대한 최적화 구현을 가능하도록 한다.

이를 통해 생산기술에 대한 노하우를 디지털화하여 누적된 정보를 바탕으로 인공지

능, 빅데이터, 머신러닝 등의 예측 가능한 품질관리, 설비관리 및 일정관리 구현을

가능하게 하여 스마트팩토리의 고도화를 위한 기반이 된다.

(그림 5-2) 생산 자원(4M1E) 상호 연동을 위한 통합

6 스마트팩토리를 위한 생산 자원(4M1E) 상호 연동지침

6.1 상호 연동을 위한 생산 자원(4M1E) 통합 방식

생산 자원(4M1E) 상호 연동을 위한 통합은 그림 6-1에서 나타난 것과 같이 제어


TTAK.KO-11.0227-Part2 ４

기기와의 통신 및 운영 정보를 통하여 생산실적, 품질, 검사 설비의 가동 정보 등

을 실시간으로 자동 통합하는 방식이 있다.

(그림 6-1) 생산 자원(4M1E) 통합 방식

반자동 방식은 설비의 운전상태에 대한 정보를 수집하고 프로세스 I/O에서 정보를

입력 받거나 제어기기의 프로그램을 수정하여 정보를 수집한다. 반자동 방식의 경

우에는 설비의 제어기기 구성 및 수준에 따라 다양한 방식의 통신이 제공된다.

수동 입력 방식에는 전통적으로 생산현장에서 작업자가 편리하게 입력할 수 있는

방식을 제공해 왔다. 그러나 모바일 디바이스의 급속한 발전, RFID 및 QR code,

비콘을 통한 위치인식, 웨어러블 디바이스의 증강현실기술 등은 수동 입력 방식에

서 작업자로 하여금 실제 보고 느끼고, 판단하는 데 새로운 기술 기반을 제공한다.

6.2 미들웨어 플랫폼을 이용한 생산 자원(4M1E) 상호 연동 방안

생산 자원(4M1E) 상호 연동을 위한 실시간 통합은 미들웨어를 통해 지원 가능하다.

시시각각 변화하는 생산현장의 생산 자원(4M1E)의 상호 운영성을 보장하는 실시간

미들웨어 플랫폼은 생산관리의 필수기능인 공정감시, 품질검사, 장비운영 모니터링

및 신뢰성 운영, 가동율 향상을 위한 유지보수 애플리케이션 등의 기준 정보로 생

산 자원(4M1E) 정보를 공통으로 적용할 수 있도록 생산제품의 직행률, 품질향상,

비용절감을 구현하는 예측지원도구로 활용된다. 또한 불량 발생에 대한 근본 원인

분석, 공정 전체의 최적화 및 동기화를 위한 실시간으로 추적된 생산 자원(4M1E)

정보의 분석 알고리즘, 인공지능 및 머신러닝 기법을 활용하여 예측관리를 지원하

고 각 기능 간의 수평 통합을 통하여 자율적 대응이 가능하도록 한다.

생산 자원(4M1E) 실시간 통합을 지원하는 플랫폼은 아래와 같은 공통 기능 지원이

필수적이다.

- 실시간 디바이스 통신 기능: 생산현장의 생산 자원(4M1E) 정보의 실시간

처리 기능

- 프로그램/데이터 관리 기능: 상위 애플리케이션과 생산 자원(4M1E) 정보 관

리를 위한 프로그램 및 데이터 처리 기능


TTAK.KO-11.0227-Part2 ５

- 사용자 인터페이스 기능: 저장된 생산 자원(4M1E) 정보를 설정을 통하여

표시하는 기능

- 상위 애플리케이션 통합기능: 전사적으로 사용하고 있는 경영 정보 애플리

케이션과 정보통합을 지원하는 기능

- 생산 자원(4M1E) 자율 재구성 기능: 생산현장의 변경에 따른 생산 자원

(4M1E) 자원 프로파일 자동 구성 설정 기능

- 예측 품질 및 정비 관리 기능: 고밀도로 수집된 품질 정보화 설비 운용 정

보를 실시간으로 수집하여 빅데이터, 인공지능 및 머신 러닝 방식을 이용하

여 예측 품질과 설비 이상 발생 시에 사전에 이를 사전에 관리할 수 있는

기능

공통 기능을 IT 관점의 시스템 구조 계층으로 보면 그림 6-2과 같이 센서 액추에

이터, 게이트웨이와 상위 계층에 클라우드 서비스 등과 같이 3개 층으로 구성되어

있다. 현장의 요구사항을 바탕으로 플랫폼의 센서 액추에이터 계층은 생산 정보

(4M1E) 를 기준으로 정보를 수집,분석 및 조치하는 수직적 조치를 수행할 수 있다.

수직적 조치는 4M1E 인터페이스 모듈과 ISO 22400 KPI for MOM, ISO 20140 제조

업의 에너지 평가관리 표준을 따르는 4M1E 실시간 정보통합 및 모니터링 모듈을

이용하여 예측 품질과 정비를 수행할 수 있도록 Real Time Loop (그림 6-2의 적색

화살표) 기능을 제공한다.

(그림 6-2) 생산 정보(4M1E) 상호운연동을 위한 플랫폼 구성


TTAK.KO-11.0227-Part2 ６

부속서 A

(본 부속서는 표준 내용의 일부임)

생산 자원(4M1E) 상호 연동 사례분석

A.1 복수 공장 관리를 위한 적용 시나리오

생산현장의 생산 자원 4M1E의 유무선 센서 기반 물리적 정보통합 표준화를 통하

여 정보의 상호 운영성을 지원하는 공통 미들웨어 플랫폼의 지원을 통하여 벳치,

연속 및 이산공정에 요구되는 관리항목을 중심으로 표준 성과지표 항목으로 상위의

표준 생산운영 애플리케이션과 실시간 정보통합을 구현한다.

전통적으로 생산운영 애플리케이션은 공정 혹은 공장 단위로 운영되었던 것을 공통

미들웨어 플래폼에서 표준 성과 지표의 정보를 기반으로 단일 표준 응용 소프트웨

어의 지원을 통하여 중앙서버 혹은 IDC(Internet Data Center)에서 운영될 수 있다.

이 방식은 과거 ERP만을 글로벌로 관리할 수 있는 방식에서 실시간 관리가 요구되

는 MES 분야에도 단일 표준 소프트웨어 기능의 제공으로 글로벌 복수 공장을 중

앙에서 관리가 가능한 시스템 구성을 가능하도록 한다. 그러므로 생산현장의 다양

한 생산방식에 대한 관리 항목의 표준화를 통하여 클라우드 컴퓨팅 서비스를 구현

할 수 있는 시스템으로 구성이 가능하다.

(그림 A-1) 복수 공장 스마트팩토리를 지원하는 클라우드 서비스 적용 모델


TTAK.KO-11.0227-Part2 ７

A.2 중소제조업 적용 사례분석

종업원 80여명 정도 매출 150억 규모의 중소제조업으로 제3자로부터 주조설비를

도입하여 자동차 부품 및 핸드폰 케이스를 제작하는 경우를 가정한다. 생산기술과

정보기술의 융합을 통하여 기존 노후화된 설비를 활용하여 산업용 사물 인터넷을

구현하고, 현장 데이터 수집과 활용을 통하여 실시간 모니터링, 제조이력관리와 품

질개선과 IT 전문인력이 부족한 기업에서도 적용이 가능하도록 시스템 유지보수 문

제를 극소화할 수 있는 맞춤형 클라우드 서비스 구현을 목표로 생산 자원(4M1E)

상호 연동 기술을 적용하였다.

(그림 A-2) 중소제조업 적용 모델

실시간 데이터 취득용 보급형 스마트 디바이스 개발과 실시간 생산 빅데이터 수집

과 미들웨어 기능을 개발하고, 생산 빅데이터 분석기술을 적용하여 4M1E 통합 모

니터링, 설비 예지 보전 및 통합 관리와 품질의 공정변수, 품질예측 및 검증 기술

을 제공하기 위해 그림 A-2와 같이 구성한다.

이를 통해 수작업으로 수행하여 생산 정보(4M1E)의 디지털화의 어려움과 관리의

한계성을 극복하고 생산 정보(4M1E)의 이력 조회, 분석 및 다양한 통계 분석 기능

이 실시간으로 제공할 수 있다.

1~2천개 부품당 작업 지시 단위를, 공정 이동 전표의 발행으로 1~2백개 단위의

LOT 관리를 가능하게 되었다. 주조작업 표준서에 따라 공정 변수 설정이 되지 않

아 불량원인 파악에 한계가 있었던 것을 주조 설비 별로 공정 조건 데이터 이력

조회 등 공정 조건 데이터의 실시간 검색 및 품질 문제의 원인 파악이 제공된다.

생산 자원(4M1E) 정보의 실시간 통합을 통하여 작업의 진행 현황, 설비의 운영 현

황, 이상 문제 공정을 실시간 파악으로 신속한 조치를 가능하여 손실을 최소화할

수 있게 되었다.


TTAK.KO-11.0227-Part2 ８

부 록 Ⅰ-1

(본 부록은 표준을 보충하기 위한 내용으로 표준의 일부는 아님)

지식재산권 확약서 정보

Ⅰ-1.1 지식재산권 확약서(1)


Ⅰ-1.2 지식재산권 확약서(2)


※ 상기 기재된 지식재산권 확약서 이외에도 본 표준이 발간된 후 접수된 확약서가

있을 수 있으니, TTA 웹사이트에서 확인하시기 바랍니다.


TTAK.KO-11.0227-Part2 ９

부 록 Ⅰ-2


시험 인증 관련 사항

Ⅰ-2.1 시험인증 대상 여부


Ⅰ-2.2 시험표준 제정 현황



TTAK.KO-11.0227-Part2 １０

부 록 Ⅰ-3


본 표준의 연계(family) 표준

Ⅰ-3.1 생산 자원(4M1E) 기반 스마트팩토리 정보 관리 – 제 1 부: 참조모델

1 표준의 목적

스마트팩토리 분야에 대한 관심과 중요성이 높아짐에 따라 우리나라도 생산 정보화

가 상대적으로 미진한 뿌리산업 등 중소 기업을 스마트화하기 위한 기술 개발을 진

행하고 있다. 이에 따라 기업의 경쟁력을 증진하기 위해서는 생산 자원(4M1E: Man,

Method, Material, Machine, Energy / Environment)의 데이터 수집, 정보 분석 및

관리, 비즈니스 서비스 제공을 위한 모델 개발이 필요하다. 따라서, 이 표준은 생

산 자원(4M1E) 기반 스마트팩토리의 정보 관리 참조 모델을 제시하여 관련 업계에

서 활용될 수 있도록 한다.

2 주요 내용 요약

기존의 제조업을 스마트화 하기 위해서는 생산 자원의 변동에 대한 정보 수집 및

관리를 위한 스마트팩토리 정보 관리 기술의 개발이 필요하다. 생산 자원인 4M1E

는 작업자 (man), 작업 방법(method), 재료(material), 기계(machine), 에너지/ 환

경(energy / environment)를 말한다. 이 표준은 데이터 수집, 정보 분석 및 관리,

비즈니스 서비스 등 3계층으로 구성된 생산 자원(4M1E) 기반 스마트팩토리의 정보

관리를 위한 참조모델을 제시함으로써, 스마트팩토리 분야 서비스 제공자와 사용자

모두 효율적으로 스마트팩토리 관련 서비스를 제공 및 이용할 수 있도록 한다.


TTAK.KO-11.0227-Part2 １１

부 록 Ⅰ-4


참고 문헌

[1] 스마트공장 추진단, “스마트공장 보급·확산을 위한 업종별 참조모델”, 2015

[2] 김용운, 유상근, 이현정, “스마트공장 – 제2부: 용어”, KS X 9001-2, 2016.

[3] 김용운, 정상진, 유상근, 차석근, “스마트 공장 국제 및 국내 표준화 동향”, 한

국통신학회지, 33권 1호, pp. 30-36, 2015.12.

[4] 차석근, “ICT 유망기술 추이와 시스템 아키텍처,” 첨단뉴스.

※ 상기 기재된 참고 문헌의 발간일이 기재된 경우, 해당 표준(문서)의 해당 버전에 대해서만 유

효하며, 연도를 표시하지 않은 경우에는 해당 표준(권고)의 최신 버전을 따름


TTAK.KO-11.0227-Part2 １２

부 록 Ⅰ-5


영문표준 해설서



TTAK.KO-11.0227-Part2 １３

부 록 Ⅰ-6


표준의 이력

판수 채택일 표준번호 내용 담당 위원회

제1판 2017.06.28 제정

TTAK.KO-11.0227-

Part2

- CPS 프로젝트그룹

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