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T15. OPC UA, Asset Administration Shell, MQTT과 제조 상호운용성

  1. T15-2.10구조대응2025년 이후

    ESP32-Based Sparkplug B Gateway Framework for Brownfield PLC Integration into an IIoT Unified Namespace: A Data Foundation for Intelligent Industrial Systems

    Šenk 외 (2026) 구형 PLC를 Sparkplug B 통합 이름공간에 붙이는 게이트웨이

    저자
    Ivana Šenk, Srđan Tegeltija, Laslo Tarjan
    연도
    2026, DOI 10.3390/electronics15153441
    발표처
    Electronics 15(15), 3441, 2026
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    해결 문제
    • 이미 깔린 구형 PLC는 제조사마다 통신 규약이 다르다. 교체는 현실적으로 어렵다.
    핵심 구조
    • ESP32 기반 저가 엣지 게이트웨이를 만들었다. Festo CI, Mitsubishi SLMP, Siemens S7comm을 각각 어댑터로 받아 MQTT/Sparkplug B로 올린다. ISA-95 계층에 맞춘 통합 이름공간을 Ignition에 구성했다. 게이트웨이와 브로커 사이는 TLS로 보호한다.
    주요 결과
    • PLC와 구성별로 각각 2만 회씩 측정했다. TLS를 켠 상태에서 요청부터 발행까지 평균 시간은 Festo 38.62밀리초, Mitsubishi 20.28밀리초, Siemens 16.80밀리초였다.
    한계
    • PLC 3종에 한정된다. 게이트웨이 하드웨어가 저사양이라 고빈도 대용량 수집에는 제약이 있다.
  2. T15-2.3구조대응

    Reusing OPC UA information models in the Asset Administration Shell

    Weiss & Reichelt (2023) OPC UA 노드셋을 AAS 서브모델로 재사용

    저자
    Arno Weiss, Dirk Reichelt
    연도
    2023, DOI 10.1109/INDIN51400.2023.10218292
    발표처
    2023 IEEE 21st International Conference on Industrial Informatics (INDIN)
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    해결 문제
    • OPC UA와 AAS는 메타모델이 근본적으로 다르다. 잘못 이으면 상호운용성이 깨진다.
    핵심 구조
    • 변환 규칙을 하나씩 명시한다. 기존 OPC UA 노드셋을 그대로 읽어 AAS 서브모델을 자동으로 만들어 준다.
    주요 결과
    • 현장 데이터를 상위 시스템에 그대로 노출하는 통로가 생긴다. 회사 간 데이터 교환 영역으로 맥락이 보존된다.
    한계
    • 규칙 명세와 개념 증명 중심이다. 대규모 현장 검증이나 성능 수치가 없다.
  3. T15-2.5구조대응

    Evaluation and Extension of OPC UA Publish/Subscribe MQTT Binding

    Raddatz 외 (2020) OPC UA PubSub의 MQTT 바인딩 구현과 지연 측정

    저자
    Hannes Raddatz, Eman Mahmoud, Fabian Hölzke, Peter Danielis, Dirk Timmermann, Frank Golatowski
    연도
    2020, DOI 10.1109/ICPS48405.2020.9274696
    발표처
    2020 IEEE Conference on Industrial Cyberphysical Systems (ICPS), pp.543-548, 2020년 6월
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    해결 문제
    • OPC UA 클라이언트/서버 방식은 일대다 배포에 약하다. OPC UA Part 14(PubSub)를 MQTT로 실제로 물려 보고 지연을 재야 했다.
    핵심 구조
    • open62541 오픈소스 스택으로 OPC UA-MQTT 바인딩을 구현했다. 크레인 모델을 주소공간에 만들고 라즈베리파이 2대와 Mosquitto 브로커로 시험대를 꾸렸다.
    주요 결과
    • 클라이언트/서버 방식이 지연이 가장 컸다. UDP 멀티캐스트(UADP)가 가장 빨랐고 MQTT는 브로커 처리 시간만큼 그 사이에 놓였다. 브로커 처리 시간 자체는 메시지 크기와 거의 무관했다.
    한계
    • 구독자 1개, 라즈베리파이 2대 규모다. 저자들도 다수 구독자 환경 검증을 후속 과제로 남겼다.
    • 평가 대상 규격: 위 1.1의 OPC 10000-14 Part 14
  4. T15-2.8구조대응

    File- and API-based interoperability of digital twins by model transformation: An IIoT case study using asset administration shell

    Platenius-Mohr 외 (2020) 모델 변환으로 디지털 트윈 상호운용성 확보

    저자
    Marie Platenius-Mohr, Somayeh Malakuti, Sten Grüner, Johannes Schmitt, Thomas Goldschmidt
    연도
    2020, DOI 10.1016/j.future.2020.07.004
    발표처
    Future Generation Computer Systems, vol.113, pp.94-105, 2020년 12월
    한국어 검토 보기
    해결 문제
    • 회사마다 디지털 트윈 형식이 달라 정보 교환이 막힌다.
    핵심 구조
    • 정보모델을 유연하게 변환하는 시스템을 만들었다. 파일 기반 교환과 API 기반 교환을 양방향으로 지원한다.
    주요 결과
    • ABB Ability 디지털 트윈을 AAS 형식으로 실제 변환한 사례를 보였다. 필요할 때 그때그때 상호운용성을 만들어 내는 방식이 가능함을 확인했다.
    한계
    • 사례 연구 1건 중심이다. 변환 규칙을 사람이 맞춰 줘야 한다. 성능이나 대규모 확장은 다루지 않았다.
  5. T15-2.11구조대응

    A Cyber-Physical Machine Tools Platform using OPC UA and MTConnect

    Liu 외 (2019) OPC UA와 MTConnect를 잇는 공작기계 플랫폼

    저자
    Chao Liu, Hrishikesh Vengayil, Yuqian Lu, Xun Xu
    연도
    2019, DOI 10.1016/j.jmsy.2019.04.006
    발표처
    Journal of Manufacturing Systems, vol.51, pp.61-74, 2019년 4월
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    해결 문제
    • 공작기계를 연결하려면 정보모델과 통신 규약이 표준이어야 한다. 그런데 현장에는 OPC UA 계열과 MTConnect 계열이 따로 돌아간다. 둘 사이가 안 통한다.
    핵심 구조
    • CNC 공작기계용 OPC UA 정보모델을 일반형으로 만들고, 그걸 바탕으로 개발 절차를 제시한다. 그다음 MTConnect 정보모델과 데이터를 OPC UA 쪽으로 바꿔 주는 변환 인터페이스를 만들었다. OPC UA 기반 시제품을 기존 MTConnect 기반 시제품과 합쳐 하나의 플랫폼으로 묶었다.
    주요 결과
    • 두 표준을 한 플랫폼에서 같이 쓸 수 있게 했다. 그 위에 OPC UA 클라이언트, 증강현실 착용형 조작 화면, 클라우드 제조 구상을 얹어 활용 사례를 보였다. 저자들은 현장 생산 효율이 뚜렷이 좋아졌다고 보고한다.
    한계
    • 시제품 수준 통합이다. 지연 시간이나 처리량 같은 통신 성능 수치는 따로 제시하지 않는다. 효율 개선 주장의 측정 조건이 좁다.
    • 관련 규격: 위 1.1의 OPC UA for MTConnect, 1.3의 MTConnect Standard

연구에서 제품 적용까지

운영 중인 기능, 시범 적용과 개발 중인 기술을 구분해 정리했습니다.

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