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1️⃣ 스마트팩토리

• 제조 설비와 ICT 를 융합
• 센서, IoT, 데이터 수집·분석 기술을 통해 공장 내 설비 상태를 실시간으로 파악하고, 자동으로 판단해 제어하는 지능형 공장

✅ 스마트팩토리 구성도 개요

• 센서 & IoT 장비: 설비 상태, 제품 상태, 환경 정보를 실시간 수집
• 엣지 디바이스: 수집된 데이터를 1차 가공, 필터링
• 네트워크: 공장 내 유무선 통신망, 5G, Wi-Fi
• 클라우드/서버: 실시간 모니터링 대시보드, AI 분석, 데이터 저장
• AI 분석 & 예측: 품질 예측, 설비 고장 예측, 생산 스케줄 최적화
• 운영 시스템: MES(제조 실행 시스템), ERP(전사 자원 관리), SCADA 등과 연동

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2️⃣ IoT(Internet of Things)

• 센서, 장비, 기계 등 모든 사물에 인터넷을 연결해 데이터를 주고받게 하는 기술
• 구성요소:
  센서(물리량 측정)
  게이트웨이(데이터 집계 및 프로토콜 변환)
  IoT 플랫폼/클라우드(데이터 저장•분석)

항목	정리
센서 종류	온도, 진동, 거리, 압력, 습도 등
센서 역할	설비와 환경 상태를 실시간 측정
처리 흐름	아날로그 → 디지털 → IoT 플랫폼
G/W 역할	필터링, 전송, 프로토콜 변환
센서 vs 액추에이터	감지 vs 동작 수행

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3️⃣ 산업용 통신 개요 및 프로토콜 이해

✅ 산업용 통신 특징

• 높은 신뢰성과 실시간성(지연 없는 통신)을 보장
• 강한 전기적 노이즈, 긴 케이블 환경에서도 오류 검출/보정 기능 강화

✅ 산업용 통신 프로토콜

프로토콜	특징	사용처
Modbus	단순하고 보편적, 마스터-슬레이브	PLC, 센서 통신
OPC UA	보안, 호환성 우수, 객체지향 구조	장비 간 데이터 통합
NB-IoT	저속, 저전력, 넓은 커버리지	원격 센서 모니터링
LoRaWAN	초저전력, 장거리, 저속	환경 센싱, 추적
5G URLLC	초저지연, 고신뢰성	로봇 제어, 고속 반응

🔹Modbus (RTU, TCP)

• 마스터-슬레이브 구조 (중앙 제어기가 주도)
• RS-485 기반의 직렬 통신 (RTU), 이후 이더넷 기반 (Modbus TCP)으로 발전
• 구조가 단순하고 오픈되어 있어 많이 사용됨
• 사례: PLC(마스터)가 여러 온도 센서(슬레이브)에게 주기적으로 데이터를 요청해 수집함

🔹OPC UA (Open Platform Communications Unified Architecture)

• 서로 다른 제조 장비 간 데이터 통합을 위한 표준
• 보안 강화, 플랫폼 독립성, 계층적 데이터 구조 지원
• 데이터를 “태그”라는 단위로 관리하며, 모든 장비와 정보를 노드(Node)로 표현
• 사례: 생산라인 센서 → OPC UA 서버에 연결 → 실시간 데이터와 속성을 표준화하여 조회

🔹NB-IoT (Narrowband IoT)

• 저전력, 장거리 전송 가능 (기존 LTE 망 사용)
• 200kHz 협대역만 사용해, 배터리 수명이 수년에 이르기도 함
• 저속 주기적 센서 데이터 전송에 적합
• 사례: 공장 외곽의 원격 온도 센서를 NB-IoT로 연결해 원격 감시

🔹LoRaWAN (Long Range Wide Area Network)

• 비면허 주파수(ISM) 사용, 1~10km까지 커버 가능
• 초저전력 통신이 가능하지만, 데이터 전송량이 매우 작음
• 실시간성이 떨어져 위치 추적, 환경 모니터링에 적합
• 사례: 공장 부지 곳곳에 습도 센서를 LoRa로 연결

🔹5G + URLLC (Ultra-Reliable Low-Latency Communication)

• 5G 통신의 특화 기능 중 하나
• 초저지연 (ms 단위), 고신뢰성, 대규모 기기 동시 연결
• 특히 로봇 제어, 자율 이동 장비, 정밀 제어 등에 유리
• 사례: 5G 특화망 구축 → 로봇팔과 센서를 밀리초 단위로 동기화하여 제어

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4️⃣ IoT 게이트웨이

• 센서와 클라우드 시스템 사이에서 통신을 중계
• 현장의 다양한 센서와 통신 프로토콜을 하나로 묶어 클라우드로 전송하는 장치
  ex) Modbus나 센서 시리얼 신호를 MQTT/HTTP 로 변환해 전달
• 데이터 필터링, 간단한 엣지 연산(데이터 전처리)도 수행할 수 있어 네트워크 부하를 줄이고 반응 속도를 높인다.

✅ 주요 기능

• 프로토콜 변환: Modbus → MQTT / HTTP 등 통신 방식 변경
• 데이터 전처리: 노이즈 제거, 단위 변환, 필터링
• 엣지 연산(Edge computing): 일부 판단을 G/W 자체에서 수행해 네트워크 부하 감소
• 보안 연동: 사설망, 방화벽, NAT 환경에서도 연결 가능

✅ 메시지 미들웨어

• 대용량 데이터나 실시간 데이터를 처리 하기 위해 사용

🔹장점

• 비동기(Asynchronous): 메시지 큐를 이용(Rest는 동기 방식임)
• 비동조(Decoupling): 애플리케이션과 분리할 수 있습니다.
• 탄력성(Resilience): 일부가 실패 시 전체에 영향을 받지 않습니다.
• 과잉(Redundancy): 실패할 경우 재실행 가능합니다.
• 보증(Guarantees): 작업이 처리된걸 확인할 수 있습니다.
• 확장성(Scalable): 다수의 프로세스들이 큐에 메시지를 보낼 수 있습니다.

✅ MQTT 프로토콜

• MQTT는 경량 메시징 통신 프로토콜로, Pub/Sub 구조 기반
• IoT에 최적화된 프로토콜로, 작은 전력·대역폭에서도 잘 동작

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5️⃣ IoT 플랫폼과 디지털 트윈

✅ IoT 플랫폼

• 수많은 센서와 장비에서 수집된 데이터를 모으고, 저장하고, 분석하고, 시각화하고, 제어할 수 있는 통합 시스템
• 센서와 클라우드, 앱 사이를 연결

✅ 디지털 트윈(Digital Twin)

• 현실 속 기계, 공정, 시스템을 가상 공간에 똑같이 복제한 디지털 모델
• 실제 센서 데이터를 실시간으로 반영해, 가상의 트윈에서 시뮬레이션/예측/제어 가능

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6️⃣ 스마트팩토리 인프라 구성도 실습

✅ 요구사항

• 엣지 컴퓨팅 및 전처리
• 센서 및 Modbus 장치
• NB-IoT 기반 무선 연동
• 클라우드 기반 AI 분석
• 보안: VPN,방화벽,데이터암호화
• 모니터링 시스템: 클라우드 대시보드, 알림 시스템
• OTA 업데이트 지원: 원역 펌웨어 업데이트

• Sharding: 대용량 데이터를 작은 단위로 분산해서 저장하는 방식. 확장성, 성능 향상, 장애 분산의 장점이 있다.