Asset Administration shell은 RAMI 4.0(Reference Architecture Model Industrie 4.0)과 함께 제품과 기계 및 기계·설비들 간에 소통(Communication)이 중요한 인더스트리 4.0에서는 매우 중요한 기술로 논의되면서 표준화되고 있다. 본고는 독일의 관련 Working Group(WG, 작업반)에서 활동하는 전문가들이 특별히 국내 독자를 위해 제공해주었다. 이 자리를 빌어 원고를 제공해 준 저자들께 감사드린다.[편집자주]
저자 : Dr. Birgit Boss, Roland Heidel, Dr. Michael Hoffmeister, Andreas Orzelski, Dr. Dominik Rohrmus / 번역 : 김은 / 교정 : 한순흥
*본고는 Michael ten Hompel, Birgit Vogel-Heuser, Thomas Bauernhansl: Handbuch Industrie 4.0(Springer-Verlag GmbH)의 일부분을 활용해 작성되었음.
■ 요약
인더스트리 4.0 구현에 필요한 기본 컨셉 가운데 하나가 AAS이다. AAS는 인더스트리 4.0을 위해 필요한 서로 다른 제조업체들 간의 상호운용성을 제공하며, 지능적 및 비 지능적인 Asset의 정보를 디지털 형태로 제공한다. 이는 실물을 대신해 표현되는 제품, 기기, 기계 및 설비 등 - 소위 Asset - 의 전체 생애주기(Lifecycle) 동안 상태 모두를 표기하며, 제조 전체 가치 창출 사슬을 지원한다. 디지털로 표현되는 AAS는 인더스트리 4.0 범주 안에서 자율 시스템 및 인공지능(Artificial Intelligence, AI) 이용을 위한 기반이 된다. AAS는 인더스트리 4.0에서 디지털 트윈의 구현이다.
네트워킹된 제조의 잠재력을 이용하기 위해서는 제조업체들 간에 데이터 교환을 위한 표준화된 모델이 반드시 필요하다. 사람들 간의 소통에서는 설명 및 정의가 빠르고 효율적으로 교환될 수 있다. 반면, 사람과 기계 그리고 기계들 간의 소통을 위해서는 높은 수준의 형식화가 필요하다. 인간과는 반대로 기계는 상황에 따른 앞뒤 맥락(Context)을 이해해 정보를 도출하거나, 명확하지 않은 해석의 여지를 해결하는 것이 단지 제한적으로 가능하다. 따라서 정보는 인더스트리 4.0 환경에서 가능한 한 가지 의미를 갖도록 정확하게 정의되고 구체적으로 기재되어야만 한다.
인더스트리 4.0 컴포넌트들(Components)은 - 예를 들어 물리적인 객체 혹은 또한 소프트웨어 산출물, 사람, 복잡한 시스템 혹은 프로세스, 그리고 Administration shell 형태로 그들의 디지털 표현 등과 같이 - Asset을 표현한다([그림 1] 참조). 이는 Asset의 모든 중요한 정보를 제공한다.
결국 - 특성(Properties) 및 부가적인 속성(Attribute)을 표현하는 - 순수한 디지털 정보 제공과는 반대로 Administration shell은 물리적인 세계의 상태를 디지털 세계와 함께 연계하고 반영한다. 이는 Administration shell에 표기되는 정보는 현실 세계에서의 파급효과 및 변화를 따라갈 수 있고, 따라가야 한다는 것을 의미한다. 현실 세계에서의 모든 중요한 변화는 반대로 Administration shell에 기록되고 그것에서 작동이 야기된다. 이를 위해 필요한 인터넷 연결은 물론 인더스트리 4.0 컴포넌트에 필수적인 사항은 아니다. 원칙적으로 AAS은 3개의 유형으로 분류된다: 시계열화된 데이터(Serialized Data)에서의 수동적인 AAS, Asset 상의 혹은 상응하는 엣지나 클라우드 인프라에서 서버 컴포넌트로 수동적인 AAS 및 능동적인 AAS. 수동적인 AAS와는 반대로 능동적인 AAS는 스스로 연결을 만들고 다른 AAS와 함께 교환할 수 있다.
■ [별첨] AAS 유형([그림 2] 참조)
AAS는 다양한 형태로 이용될 수 있다.([그림 3] 참조). AAS는 수동적인 그리고 능동적인 AAS로 구분될 수 있다. 수동적 및 능동적이라는 개념은 AAS가 가치 창출 사슬에서 수행하는 역할과 연계되며, 따라서 모델과 관련된다. 이는 소프트웨어 컴포넌트들 구현 관점 혹은 통신에서 일어나는 활동과 혼동하지 말아야 한다.
AAS가 수동적인 역할을 넘겨받는데, 이 경우 AAS는 전체 정보 내용을 이용할 수 있도록 제공하지만, 스스로 자신의 응용 활동을 촉발하지는 않는다. 만일 AAS가 데이터로서 파트너들 사이에 교환된다면, 수동적인 역할을 AAS는 넘겨받는다. 그러나 또한 (서버로서 클라이어트-서버-관계에 있고, 예를 들어 IP-기반 API-경로를 통해 접속이 가능한) AAS는 수동적인 역할을 한다.
AAS는 능동적 역할을 넘겨받는데, 이 경우 AAS는 I4.0 언어를 통해 서로 상호작용한다. 이는 Peer-to-Peer 상호작용 사례에 해당한다. 동시에 스스로 서로 접촉하고 상위에 있는 중앙에서 조정되는 AAS 기반이 아닌 응용 없이 협력적인 과제를 이끈다.(한순흥 주: 수동과 능동의 사례로는 수동적인 바코드와 active RFID(Radio-Frequency Identification)에서 볼 수 있다.) - 출처: BMWi (2019)
■ Administration shell의 부분 모델 : Asset의 디지털 표현
Administration shell은 Asset을 위한 디지털 트윈 구현이다. 이는(디지털 트윈이 Asset의 데이터나 동작과 같은 정보를 제공하는) 전후 맥락(Context)을 통해서 지원되어야만 하는 Use Case(유스케이스 : 전형적인 이용 사례)에 달려있다는 것을 의미한다. 이는 (Asset의 디지털 표현을 위한 기반인) 하나의 포괄적인 모델이 아니라, 많은 작은 유스케이스 관련 모델을 통해서 나타난다. Administration shell은 이러한 부분 모델(Sub-model)을 포함한다. 부분 모델을 위해 준비된 모든 정보들이 취합되어 디지털로 표현되는데, 이는 Administration shell에 반영되고 부가서비스를 통해 확대된다. 개별 부분 모델은 특정 기술 기능 및 구체적인 관점을 갖는데, 이러한 관점은 다른 관점과 관련 없이 의미상으로 독립적으로 서술될 수 있다. 유스케이스들은 일반적으로 (하나의 부분 모델) 보다 더 복잡하고, 따라서 하나의 유스케이스를 구현하기 위해 또한 서로 다른 부분 모델이 연계될 수 있다. 한 개의 부분 모델 특성은 동시에 하나의 명확한 식별자(Identifier)를 통해 확인되는데, 이는 부분 모델에 개별적으로 지정된다. 이는 제품의 유형(Type)을 위해서 뿐만이 아니라 각각의 구체적인 개별 제품(Instance)를 위해서도 유효하다([그림 3] 참조). Asset Administration shell 전체 컨셉은 BMWi (2018)에 상세하게 설명되어 있다.
■ Administration shell의 구현 : 시계열화(serializations) 및 매핑
Administration shell을 위해 먼저 기술 중립적인 메타 모델이 UML (Unified Modeling Language; 시스템을 모델로 표현해주는 대표적인 객체지향 모델링 언어)에서 특화되었다. 인더스트리 4.0 참조 아키텍처 모델(RAMI4.0; IEC PAS 63088, 2017)에 따라 서로 다른 생애주기 단계를 위해 적절한 시계열화 및 매핑이 메타 모델에 기반이 되어 정의되었다 ([그림 4] 참조). Version 1.0 (Plattform Industrie 4.0, 2018)에 포함된 XML과 JSON 이외에 Version 2.0에서는 또한 데이터 포맷 RDF도 제공된다. 이는 OPC UA 및 AutomationML로 매핑을 위해 OPC Foundation 및 AutomationML 협회와 공동으로 진행된다.
▲JSON(Javascript Object Notation) : 경량의 DATA 교환 형식임. 이 형식은 사람이 읽고 쓰기에 용이하며, 기계가 분석하고 생성함에도 용이함.
▲RDF(Resource Description Framework).
▲XML(Extensible Markup Language) : W3C에서 개발된 언어로, 다른 특수한 목적을 갖는 마크업 언어를 만드는데 사용하도록 권장하는 다목적 마크업 언어
AAS 구현에 쉽게 진입을 가능하게 하기 위해 AAS 뷰어 및 AAS 에디터 오픈 소스 구현 또한 제공된다.([그림 5] 및 AAS Repository 참조)
■ 결론
여기에서는 AAS를 인더스트리 4.0을 위한 디지털 트윈으로 소개했다. AAS를 통해 전체 생애주기에 제조사의 영향을 받지 않는 상호호환성은 기술 중립적인 모델 및 예를 들어 XML, JSON, RDF, OPC UA 혹은 AutomationML 등의 매핑 제공을 통해 가능하게 될 것이다. 다음 단계로는 AAS의 API가 구체화되고 필요한 인프라가 구축되어야 한다.
◇ 저자 약력
▲ Dr. Birgit Boss Bosch 직원. Dr. Boss는 PI 4.0의 AAS WG(작업반)의 위원장이며, PI 4.0과 IIC의 DT와 AAS 합동 WG의 공동위원장임
▲ Roland Heidel, Kommunikationslosungen e. K. 대표임
▲ Dr. Michael Hoffmeister는 Festo의 직원임
관련기사
▲ Andres Orzelski은 PHOENIX CONTACT의 표준화를 위해 활동 중임. Orzelski는 smart manufacturing 분야에 집중하며, PI 4.0의 AAS WG 및 DKE 931/931.0.14의 회원임
▲ Dr. Dominik Rohrmus는 LNI 4.0의 CTO이며, 독일 전기전자산업협회인 ZVEI의 인더스트리 4.0 임원임
*본 칼럼 내용은 본지 편집방향과 다를 수 있습니다.
