제조 활동은 관리 수준에 따라 크게 기업운영 및 관리(Enterprise Operation Management), 생산운영관리(Production Operation Management), 현장관리(Shop Control)의 세 가지 영역으로 구분하며, 각 영역에 적합한 정보시스템을 활용한다.^4,5 먼저 기업운영 및 관리 영역은 전반적인 기업의 운영 및 관리를 하는 업무 영역으로 활용되는 정보시스템은 전사적자원관리, 제품수명주기관리(Product Lifecycle Management, PLM), 공급망관리(Supply Chain Management, SCM) 등이 있다. 생산운영관리 영역은 제조 현장을 실시간으로 파악하고 업무를 운영하는 영역이며, 고급 생산계획 및 일정계획, 제조실행시스템, 품질관리시스템 등의 정보시스템을 활용한다. 현장관리 영역은 제조 설비·장비, 치공구 및 작업자 등을 운영하고 통제하며, 제조시점관리(Point of Production, POP), 산업용사물인터넷(Industrial Internet of Thing, IIoT), 인간기계인터페이스(Human Machine Interface, HMI), 센서 등의 정보시스템 및 디바이스가 활용된다.^6-8

이러한 제조 활동의 관리 수준에 따라 활용되고 있는 정보시스템들은 데이터를 통하여 서로 유기적인 관계를 맺고 있으며, 일부 데이터들은 중복적으로 저장하거나 관리한다. 즉, 정보시스템들은 기업의 제조 활동을 지원하는데 있어서 다양한 데이터들을 서로 주고받으면서 유기적인 관계를 유지한다(Fig. 2 참조).

Fig. 2 
Functions and information system in manufacturing activity areas

앞서 기술하였듯이 제조 활동 영역별 정보시스템들은 일반적으로 서로 다른 데이터를 저장하고 관리한다. 그렇지만 대부분의 정보시스템들은 필수적인 마스터 데이터(기본 정보)를 공통으로 가지고 있고, 지원하는 기능들이 겹치는 경우도 있기 때문에 데이터의 중복이 발생하게 된다. 여기서, 이러한 중복 데이터들은 정보시스템별로 다른 이름으로 저장 및 관리된다. 따라서 어떤 하나의 정보시스템에서 특정 데이터가 변경되면, 이것과 같은 데이터를 관리하는 정보시스템들에서도 변경사항이 실시간으로 반영되어야 한다. 그렇지 않으면, 이러한 데이터를 활용한 제조 업무의 의사결정은 필연적으로 오류가 발생하게 된다.

스마트공장의 성공적인 구축과 운영을 위한 정보시스템들 사이의 데이터 인터페이스는 지금까지 기술한 이유 때문에 반드시 오류 없이 정확하게 수행되어야 한다. 따라서 스마트공장 내부의 다양한 정보시스템들 사이의 데이터 인터페이스들을 통합적이고, 효율적으로 수행하는 것이 본 연구에서 제안하는 데이터 인터페이스 미들웨어이다.

제조기업의 정보시스템들은 서로 다른 운영환경에서 구동된다. 하나의 정보시스템과 다른 하나의 정보시스템 간의 데이터 연계를 위해서는 2개 정보시스템의 운영 환경이 고려된 데이터 인터페이스가 필요하다. 예를 들어, 스마트공장 내부에 N개의 정보시스템들이 있다면, 가능한 데이터 인터페이스 수는 N (N-1)/2 이다. 만약, 정보시스템 1개가 추가되면 새롭게 N개의 데이터 인터페이스가 추가되어야 하는데, 이것은 상당히 비효율적이고 관리의 어려움도 증가시킨다. 따라서 스마트공장의 성공적인 운영을 위해서는 정보시스템들 사이의 모든 조합에서도 데이터 인터페이스를 지원하고 쉽게 확장할 수 있는 데이터 인터페이스 미들웨어가 필요하다.

최근 들어 제조기업은 주요 정보시스템들의 핵심기능들만 추출하여 꾸러미로 만든 패키지형 정보시스템을 자사에 구축하여 활용하거나 클라우드 서비스로 활용하고 있다.⁹ 이러한 패키지형 정보시스템은 데이터를 내부적으로 통합 관리하기 때문에 별도의 데이터 인터페이스가 필요하지 않다. 그렇지만, 패키지형 정보시스템이 도입되더라도 대부분 제조기업은 기존의 정보 시스템을 계속 운영하기를 희망하기 때문에 이들 사이의 인터페이스는 필수적으로 필요하다.

데이터 연계방식은 크게 직접 연계방식과 간접 연계방식으로 구분한다. 직접 연계방식은 연계 및 통합 구현이 단순 용이하고, 중간 매개체가 없어서 연계 처리의 성능이 비교적 좋지만, 시스템 간의 결합도가 높아서 시스템 변경에 민감한 단점이 있다. 간접 연계방식은 다양한 운영 환경의 연계 및 통합이 가능하고 보안이나 비즈니스 업무처리를 위한 로직을 자유롭게 반영하지만, 연계 구조와 메커니즘이 복잡하고 중간 매개체로 인한 성능 저하 요소가 존재한다. 중소 제조 환경에서 이러한 정보시스템들은 제한적인 환경에서 운영되고, 데이터 연계를 쉽게 구현하기를 희망하기 때문에, 일반적으로 중소기업은 직접 연계방식의 데이터 인터페이스를 선호한다.

직접 연계방식은 대상 정보시스템의 송/수신 역할을 정의하고 대상 데이터를 직접 참조함으로써 데이터 인터페이스를 수행한다.¹⁰ 대표적인 직접 연계 방식으로는 DB 링크, DB 연결, API (Application Programming Interface), JDBC (Java Database Connectivity), 하이퍼링크 등 다섯 가지가 있다.

첫째, DB 링크는 수신시스템의 DB에 송신시스템이 접근 가능한 DB 링크 객체를 생성하여 데이터를 연계하는 방식이다.¹¹ 둘째, DB 연결은 수신시스템의 WAS (Web Application Server)에서 송신시스템 DB로 연결하는 풀(Pool)을 참조하여 데이터를 연계하는 방식이다.¹² 셋째, API는 송신시스템의 DB에서 제공되는 데이터를 참조하여 데이터를 연계하는 방식이다.¹³ 넷째, JDBC는 수신시스템의 JDBC 드라이버를 이용하여 송신시스템의 DB와 연결하여 데이터를 연계하는 방식이다.¹⁴ 마지막으로 하이퍼링크는 웹 어플리케이션상에서 하이퍼링크 이용하여 데이터를 연계하는 방식이다.¹⁵

일반적으로 DB 연결과 API를 가장 많이 사용한다. DB 연결방식은 송/수신 정보시스템의 DB에 접속하여 연계 대상 데이터를 직접 정의하는 방법이다. 이 방법은 보안에는 강하지만 연계대상 데이터를 직접 정의하기 때문에 송/수신 정보시스템별로 별도의 추가 작업이 필요하다.^16,17 API 방법은 송신 정보시스템에서 미리 정의한 데이터만 참조할 수 있어서 수신 정보시스템에서는 별도의 작업이 필요하지 않고, 새로운 정보시스템과의 데이터 인터페이스 추가가 비교적 용이하다.^18,19

Fig. 4에 나타난 것처럼, 본 연구에서 제안하는 데이터 인터페이스 미들웨어는 기능 계층, 엔진 계층, DB 계층의 3개 계층으로 구성된다. 기능 계층은 미들웨어를 운영 및 관리하기 기능들의 집합이고, 엔진 계층은 기능 계층을 실행하기 위한 코어 엔진들로 구성된다. 그리고 DB 계층은 데이터 인터페이스를 실행하는데 있어서 필요한 정보를 관리하기 위한 것이다.

Fig. 4 
Structure of data interface middleware

기능 계층은 클라이언트 관리, DB 연결 인터페이스 관리 및 로그 조회, API 인터페이스 관리 및 로그 조회, 인터페이스 주기 관리 기능들로 구성된다. 클라이언트 관리는 원격 프로시저호출에 접근하기 위한 계정을 등록, 삭제하는 기능이다. DB 연결 인터페이스 관리는 정보시스템 DB의 데이터 구조를 확인하여 인터페이스 대상 데이터를 선택하고 규칙을 정의하는 기능이다. DB 연결 인터페이스 로그 조회는 등록된 DB 연결 인터페이스 인터페이스가 실행되면 수행된 결과를 기록하고 조회하는 기능이다. API 인터페이스 관리는 호출을 통해 데이터 인터페이스를 수행할 수 있도록 API를 등록 및 삭제하는 기능이다. API 인터페이스 로그 조회는 데이터 인터페이스가 실행될 때 API의 호출 결과를 기록하고 조회하는 기능이다. 인터페이스 주기 관리는 데이터 인터페이스별로 어느 시점에 얼마나 자주 인터페이스를 수행할지를 설정하는 기능이다.

엔진 계층은 데이터 인터페이스의 핵심 모듈로써 데이터 아답터(Data Adaptor), 스케줄러(Scheduler), 트랜스포메이션(Transformation)과 트랜잭션(Transaction) 모듈로 구성된다. 데이터 아답터는 DB 종류에 따라 별도로 구성되는데, DB 연결과 API 연결을 설정하는 커넥터와 해당 DB 내부의 대상 데이터를 전송하는 트랜스퍼로 구성된다. 스케줄러는 인터페이스 주기에서 설정된 시점과 주기에 따라 인터페이스를 실행하는 스케줄 실행기와 그 결과를 기록하고 조회하는 스케줄 로거로 구성된다. 트랜스포메이션은 데이터 인터페이스가 실행될 때 전송되는 데이터의 구조를 표준 형식(JavaScript Object Notation, JSON) 으로 변환하는 컨버터가 있다. 트랜잭션은 데이터 인터페이스의 실행이 잘 수행되었는지 확인하는 데이터 인터페이스 검사기와 데이터 인터페이스 결과를 기록하는 데이터 인터페이스 로거로 구성된다.

DB 계층은 클라이언트 정보 DB, 데이터 인터페이스 정보 DB, 스케줄 정보 DB와 API 정보 DB로 구성된다. 클라이언트정보 DB는 원격 프로시저 호출 연결 정보를 관리하고, 데이터 인터페이스 정보 DB는 DB 연결 인터페이스와 API 인터페이스 관리에서 설정한 정보를 관리한다. 그리고 스케줄 정보 DB는 데이터 인터페이스별 시점 및 주기 정보를 관리한다.

데이터 인터페이스 미들웨어는 스마트공장 정보시스템의 다양한 운영 환경을 고려하여 두 가지 형태로 개발하였다. 그 하나는 중소 제조기업들이 가장 선호하는 사내에서만 운영하는 어플리케이션 형태이고, 나머지는 현재의 추세에 따라 클라우드 환경에서 운영하는 어플리케이션 형태이다. 기본적인 개발 환경은 리눅스 계열 운영체제인 CentOS이고, DBMS는 Window 서버와 MS-SQL 환경에서 개발하였다. 3.1절에서 설계된 6개의 주요기능, 4개의 핵심 모듈과 4개의 DB를 기반으로 미들웨어를 직접 운영 관리할 수 있도록 8개의 사용자 화면을 구현하였다.

여기서 클라이언트 등록, DB 연결 인터페이스 등록과 로그기록 조회 등의 기능들을 중심으로 구현 내용을 설명하고자 한다. Fig. 6은 클라이언트에 대한 세부정보를 입력하여 클라이언트를 등록하는 사용자 화면이다. 클라이언트 ID는 미들웨어에서 자동으로 할당되고, 사용자는 클라이언트 이름을 별도로 입력하여 설정한다. 데이터 인터페이스 타입은 DB 연결 방식과 API 방식 중에서 하나를 선택하면 된다. Fig. 5(a)는 DB 연결방식을 설정하기 위하여 ‘DBMS’를 선택하면, 클라이언트 타입 정보를 입력하는 화면을 나타낸다. 여기서 IP, Port, Username, Password와 DB명을 입력하면 클라이언트 등록이 완료된다. 만약 API 방식을 설정하려면 ‘HTTP’를 선택하면 되는데, Fig. 5(b)에 나타난 것처럼 URL 필드에 API를 호출하는 사이트 정보를 입력하면 된다.

Fig. 5 
User interface for client registration

Fig. 6 
User interface for DB to DB data interface registration

Fig. 6은 DB 연결 인터페이스 등록을 위한 사용자 화면인데, 여기서 ID는 미들웨어에서 자동을 부여된다. 데이터 인터페이스 주기는 초, 분, 시간, 일, 달, 연의 필드값을 입력하면 설정된다. 예를 들어 초와 분의 필드값으로 10, 1을 나머지 필드를 *로 입력하면, 매 1분 30초마다 데이터 인터페이스를 수행하도록 설정한 것이다. 그리고 데이터 인터페이스 클라이언트는 데이터를 보내는 송신과 받는 수신 클라이언트를 지정하면 된다. 이렇게 설정된 인터페이스 정보를 현재 이용하지 않을 때는 No 항을 체크하면 된다. 아래의 DB Schema 버튼을 누르면, 송/수신 클라이언트의 DB 스키마 정보를 확인할 수 있다. 여기서 DB 스키마 정보는 데이터 아답터를 통하여 가져오는데, 본 연구에서 현재 지원하는 데이터 아답터는 MS-SQL, My-SQL, MariaDB, Oracle 등이다. 오른쪽 Add 버튼을 누르면 Option과 Query 창이 추가된다. Option 부분에서는 Select One, Insert One, Update One, Delete One 중에서 하나를 선택하고, 대상이 되는 클라이언트 종류를 선택한다. Query 필드는 인터페이스 대상 데이터에 어떠한 규칙을 적용할지 코드 형태로 입력하는 것이다.

Fig. 7은 등록된 데이터 인터페이스 목록과 실행된 기록을 조회하는 사용자 화면이다. 여기서 사용자가 하나의 데이터 인터페이스를 특정하면, 이때 설정된 인터페이스 주기에 따라 인터페이스 실행 결과를 “완료(Complete)”와 “에러(Error)”로 표시한다. 이때 에러가 발생하면 인터페이스 시작 일시와 에러 발생일시가 표시되고, 에러 메시지를 나타낸다. 에러 메시지를 선택하면 에러에 대한 자세한 내용이 팝업 창에 나타난다.

Fig. 7 
User interface for DB to DB data interface log inquiry