AAS를 활용한 AI Agent

What's AAS(Asset Administration Shell)

Asset Administration Shell (AAS)는 산업 4.0(Industry 4.0)의 디지털 트윈(Digital Twin) 개념을 구현하기 위해 정의된 표준입니다. AAS는 물리적 자산(예: 기계, 장비, 제품 등)의 디지털 표현을 제공합니다. 이 표준은 자산 정보를 구조화하고 상호 운용성을 보장하며, 다양한 제조 환경에서 데이터 교환을 가능하게 합니다.

AAS(Asset Administration Shell)는 산업 4.0(Industry 4.0)에서 핵심적인 개념으로, 디지털 트윈(Digital Twin)을 실현하기 위한 표준화된 데이터 구조입니다. AAS는 물리적 자산(예: 기계, 공장, 제품 등)의 디지털 표현을 제공하며, 자산의 정보와 기능을 통합적으로 관리하고 교환할 수 있도록 설계되었습니다.

AAS의 주요 특징

디지털 트윈의 기반:
AAS는 물리적 자산과 디지털 세계를 연결하는 디지털 트윈의 구성 요소입니다. 이를 통해 자산의 상태를 모니터링하거나 예측할 수 있습니다.

표준화:
AAS는 산업 4.0 플랫폼(Platform Industrial 4.0)에서 제안된 개념으로, 서로 다른 시스템 간에 상호운용성을 보장하기 위해 IEC 63278-1 표준에 기반을 둡니다.

데이터 및 서비스의 통합:
물리적 자산과 관련된 모든 데이터를 저장하고, 이를 다양한 형태의 서비스(예: 원격 유지보수, 실시간 분석, 제어 등)로 활용할 수 있습니다.

구성 요소:
AAS는 다음과 같은 주요 구성 요소로 이루어져 있습니다.

• Sub model: 자산의 특정 속성이나 기능을 표현하는 데이터와 서비스를 캡슐화.
• Property: 자산의 특성을 나타내는 데이터.
• Operations: 자산에서 수행할 수 있는 기능(예: 데이터 읽기/쓰기, 명령 실행).

• Reference: 외부 시스템 또는 자산과의 연결을 나타냄.

상호운용성:
AAS는 모든 제조 환경에서 동일한 방식으로 자산 정보를 교환할 수 있도록 설계되었으며, OPC UA 같은 통신 프로토콜과 통합됩니다.

AAS의 활용 사례

1. 스마트 팩토리:
   생산 공정에서 기계 상태를 실시간으로 모니터링하고 제어.
2. 예지 유지보수:
   기계의 상태 데이터를 분석하여 고장 가능성을 예측하고 유지보수 일정을 최적화.
3. 공급망 관리:
   제품의 디지털 정보를 공유하여 생산, 유통, 유지보수 과정에서의 투명성을 증대.
4. 제품 수명주기 관리(PLM):
   제품의 설계부터 폐기까지의 모든 정보를 추적하고 관리.

AAS와 관련된 표준화

• RAMI 4.0 (Reference Architecture Model Industry 4.0):
  AAS는 RAMI 4.0 참조 모델에서 디지털 자산의 표현 방식으로 정의됩니다.
   
• IEC 63278-1:
  AAS의 구조와 구현 방법에 대한 국제 표준.

AAS 표준의 주요 구성 요소

AAS는 국제 표준 IEC 63278-1 및 독일의 Platform Industrial 4.0에서 정의된 RAMI 4.0(Reference Architecture Model for Industrial 4.0) 참조 모델에 따라 개발되었습니다. AAS의 주요 구성 요소는 다음과 같습니다:

1. 자산 (Asset)

• 물리적 또는 논리적 자산: AAS가 디지털로 표현하는 대상.
  • 물리적 자산: 기계, 로봇, 센서, 생산 장비 등.
  • 논리적 자산: 소프트웨어, 프로세스.

2. Sub models

• 특정 주제의 속성 및 데이터 캡슐화: AAS는 여러 개의 서브모델로 구성되며, 각 서브모델은 자산의 특정 속성, 기능, 또는 데이터를 포함합니다.
  • 예: 기술 사양, 성능 데이터, 유지보수 정보.

3. 속성(Properties)

• 각 Submodel에 포함된 구체적인 데이터 항목.
  • 정적 데이터: 모델 번호, 제조사 이름.
  • 동적 데이터: 온도, 진동, 에너지 소비량.

4. 상태(States)

• 자산의 실시간 상태 정보 제공.
  • 예: 정상, 비정상, 유지보수 필요.

5. 운영(Operation)

• 자산에서 수행할 수 있는 기능 또는 동작.
  • 예: 데이터 읽기/쓰기, 명령 실행.

6. 식별(Identification)

• 자산을 고유하게 식별하는 메타데이터.
  • 예: ID, 일련번호, 제조사 정보.

AAS 표준의 특징

상호운용성(Interoperability)

• AAS는 RAMI 4.0 및 OPC UA와 같은 표준과 호환되어, 다양한 시스템 간 데이터 교환을 용이하게 합니다.

모듈성(Modularity)

• AAS는 여러 Submodel로 나뉘어 있으며, 자산의 특정 요구 사항에 맞게 조정 가능합니다.

표준화된 데이터 표현

• JSON, XML, RDF 등의 형식을 지원하여 통합 및 분석이 용이합니다.

참조 가능성(Referencability)

• AAS 내의 데이터는 다른 AAS 또는 외부 시스템의 데이터와 연결될 수 있습니다.

확장성(Scalability)

• 제조 자산의 수명주기 동안 데이터를 추가하거나 수정할 수 있습니다.

AAS와 관련된 국제 표준

1. IEC 63278-1 (Asset Administration Shell)

• AAS의 데이터 구조와 상호운용성을 정의하는 국제 표준.
• RAMI 4.0에서 AAS는 자산의 디지털 표현으로 사용됩니다.

2. RAMI 4.0 (Reference Architecture Model Industry 4.0)

• 산업 4.0을 위한 참조 모델.
• AAS는 RAMI 4.0의 주요 구성 요소로, 자산의 디지털 표현을 담당.

3. OPC UA (Open Platform Communications Unified Architecture)

• AAS와 통합 가능한 표준 통신 프로토콜.
• AAS 데이터를 네트워크를 통해 실시간으로 교환.

AAS 표준의 활용 사례

스마트 제조(Smart Manufacturing)

• AAS는 제조 공정에서 기계 상태를 실시간으로 모니터링하고, 데이터를 기반으로 공정을 최적화합니다.

예지 유지보수(Predictive Maintenance)

• AAS 데이터를 분석하여 기계의 고장 가능성을 사전에 예측.

공급망 투명성(Supply Chain Transparency)

• AAS를 활용해 제품의 생산, 운송, 유지보수 이력을 추적.

디지털 트윈(Digital Twin)

• AAS는 디지털 트윈의 데이터 구조로 사용되어 물리적 자산과 디지털 환경 간의 연계를 제공합니다.

AAS 데이터 표현 형식 예시

아래는 JSON 형식으로 표현된 AAS 데이터 구조의 간단한 예입니다.

{
  "assetId": "AAS-001",
  "manufacturer": "ABC Manufacturing",
  "model": "X-200",
  "submodels": [
    {
      "id": "TechnicalSpecifications",
      "properties": {
        "dimensions": "1000 x 500 x 300 mm",
        "weight": "150 kg",
        "powerConsumption": "3.5 kW",
        "operatingTemperature": "-10°C ~ 50°C"
      }
    },
    {
      "id": "OperationalData",
      "properties": {
        "temperature": 45,
        "vibration": 5.2,
        "status": "Operating"
      }
    }
  ]
}

결론

Asset Administration Shell(AAS)는 산업 4.0의 핵심 기술로, 자산의 디지털 표현을 통해 스마트 제조, 디지털 트윈, 예지 유지보수 등 다양한 응용을 가능하게 합니다. 표준화된 데이터 구조와 상호운용성을 기반으로, 제조업체는 생산성 향상과 품질 관리의 효율화를 실현할 수 있습니다.

AAS의 데이터 구조

AAS 데이터는 다음과 같은 계층으로 구성됩니다:

Identification:
자산을 고유하게 식별하는 데이터.

• 자산 ID: 1234-5678-ABCD
• 제조업체: Company ABC
• 모델명: Model X-200

• 일련번호: SN-987654

Sub model:
자산의 다양한 측면을 표현하는 서브 모델. 각 Submodel은 특정 주제를 다룹니다.

Submodel에 포함되는 데이터

Submodel은 자산의 속성(Property), 동작(Operation), 상태(Status) 등을 정의합니다. 아래는 자주 사용되는 Submodel의 유형과 데이터를 구체적으로 설명한 것입니다.

1. Identification Submodel

• 자산의 기본 정보:
  • 제조업체: ABC Manufacturing
  • 모델명: X-200
  • 자산 ID: AAS-001
  • 자산 유형: 산업용 로봇
  • 제조 연도: 2023

2. Technical Specification Sub model

• 기술적 사양 정보:
  • 크기: 1000 x 500 x 300 mm
  • 무게: 150 kg
  • 전력 소비량: 3.5 kW
  • 작동 온도: -10°C ~ 50°C

3. Operational Data Sub model

• 실시간 운영 데이터:
  • 온도: 45°C
  • 진동: 5.2 mm/s
  • 전력 사용량: 2.8 kW
  • 상태: 정상 작동

4. Performance Monitoring Sub model

• 성능 지표:
  • 작업 효율: 85%
  • 평균 고장 간격(MTBF): 5000 시간
  • 평균 수리 시간(MTTR): 3 시간

5. Maintenance Sub model

• 유지보수 및 이력 정보:
  • 마지막 유지보수 날짜: 2023-12-01
  • 예정된 점검 날짜: 2024-06-01
  • 교체된 부품: [모터, 컨트롤러]
  • 문제 기록: 2023-10-12 - 냉각 팬 고장

6. Lifecycle Information Sub model

• 자산의 수명주기 정보:
  • 설계 단계 데이터: CAD 파일, 재료 정보.
  • 생산 단계 데이터: 생산 날짜, 생산 라인 정보.
  • 운영 단계 데이터: 사용 빈도, 총 가동 시간.
  • 폐기 단계 데이터: 재활용 가능 여부, 분해 매뉴얼.

7. Connectivity Sub model

• 네트워크 및 통신 정보:
  • IP 주소: 192.168.0.100
  • MAC 주소: 00:1A:2B:3C:4D:5E
  • 통신 프로토콜: OPC UA
  • 연결 상태: 온라인

구체적인 데이터 예시

AAS의 특정 데이터는 JSON, XML 또는 OPC UA 등과 같은 표준 형식으로 표현됩니다. 예를 들어, AAS의 데이터를 JSON 형식으로 표현하면 다음과 같습니다:

{
  "assetId": "AAS-001",
  "manufacturer": "ABC Manufacturing",
  "model": "X-200",
  "technicalSpecifications": {
    "dimensions": "1000 x 500 x 300 mm",
    "weight": "150 kg",
    "powerConsumption": "3.5 kW",
    "operatingTemperature": "-10°C ~ 50°C"
  },
  "operationalData": {
    "temperature": "45°C",
    "vibration": "5.2 mm/s",
    "powerUsage": "2.8 kW",
    "status": "Operating"
  },
  "maintenance": {
    "lastMaintenance": "2023-12-01",
    "nextScheduledMaintenance": "2024-06-01",
    "replacedParts": ["Motor", "Controller"],
    "issues": [
      {
        "date": "2023-10-12",
        "description": "Cooling fan failure"
      }
    ]
  },
  "lifecycle": {
    "design": "CAD file link",
    "productionDate": "2023-03-15",
    "usageHours": "1200 hours",
    "recyclable": true
  },
  "connectivity": {
    "ipAddress": "192.168.0.100",
    "protocol": "OPC UA",
    "status": "Online"
  }
}

결론

AAS는 자산의 다양한 데이터를 체계적으로 통합하여 ZDM(Zero Defect Manufacturing)이나 스마트 팩토리 구현을 위한 핵심 도구로 사용됩니다. 위와 같은 구체적인 데이터를 기반으로, 공정 최적화, 품질 개선, 유지보수 효율화를 효과적으로 실현할 수 있습니다.  

AAS 활용한 Sample

AAS 데이터 구조 정의 및 활용 코드 및 실행 예 

AAS Chatbot: 안녕하세요! 자산 정보에 대해 어떻게 도와드릴까요?

You: What is the current temperature? 
AAS Chatbot: The current temperature of the asset is 45°C.

You: When is the next maintenance scheduled? 
AAS Chatbot: Last maintenance was performed on 2023-12-01. The next scheduled maintenance is on 2024-06-01.

You: What is the vibration level? 
AAS Chatbot: The current vibration level is 5.2 mm/s.

You: What does OPC UA mean? 
AAS Chatbot: OPC UA stands for OPC Unified Architecture. It's an industrial machine-to-machine communication protocol for interoperability developed by the OPC Foundation. 
            It's designed to be platform-independent, ensuring seamless flow of information among devices from multiple vendors. It's used extensively in industries for        automation and secure information exchange.

You: thanks for the good answer 
AAS Chatbot: You're welcome! If you have any more questions or need further information, feel free to ask.

You: quit 
AAS Chatbot: Goodbye!

**궁금한 내용이나 관심있으신 분은 연락주세요 ~