EGR 쿨러 생산라인의 실시간 품질 모니터링을 위한 AAS 기반 디지털트윈 구축 = Implementation of an AAS-based Digital Twin for Real-time Quality Monitoring of EGR Cooler Production Line

국문 초록 (Abstract)

최근 글로벌 자동차 산업은 탄소 중립 실현을 위한 전동화 전환기를 맞이하고 있으나, 내연기관과 하이브리드 차량은 여전히 시장의 핵심 비중을 차지하고 있다. 특히 Euro 7 등 강화되는 환경 규제에 대응하기 위해 질소산화물 저감의 핵심 부품인 EGR 쿨러의 정밀한 품질 관리는 기업의 생존과 직결된 요소가 되었다. 그러나 국내 자동차 부품 중견기업은 인력과 자본의 한계로 인해 스마트공장은 기초 단계에 머물러 있으며, 이기종 설비 간의 데이터 단절 및 실시간 분석 체계 미흡으로 인해 고도화된 품질 요구사항을 충족하는 데 어려움을 겪고 있다.
본 연구에서는 이러한 제조 현장의 기술적 난제를 해결하고자 국제 표준인 AAS를 기반으로 EGR 쿨러 생산라인의 디지털트윈 연계 품질모니터링 시스템을 제안한다. 첫째, 다양한 통신 프로토콜을 사용하는 이기종 설비들을 OPC-UA로 연계 후 AAS 표준으로 모델링하여 상호운용성 기반 데이터 통합 체계를 구축하였다. 둘째, 수집 데이터를 실시간으로 동기화하는 디지털트윈을 구현하여, 육안으로 확인하기 어려운 공정 내 온도, 압력, 용접 전류 등의 변수를 시각화하고 이상 징후를 사전에 포착할 수 있는 모니터링 환경을 조성하였다.
본 연구를 통해 제안된 시스템은 기존 사후 샘플링 검사 방식에서 벗어나 공정 데이터 기반의 실시간 전수 품질 관리를 가능하게 함을 확인하였다. 이는 대규모 스마트공장 투자가 어려운 중소·중견기업에게 국제 표준 기반의 확장성 있는 스마트공장 고도화 모델을 제시했다는 점에서 산업적 실용성과 학술적 가치를 지닌다. 본 연구는 향후 데이터 분석 알고리즘의 고도화를 통해 자율형 제조 시스템으로 진화하기 위한 기초 프레임워크로 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

The global automotive industry is currently undergoing a paradigm shift toward electrification to achieve carbon neutrality. However, internal combustion engines and hybrid vehicles continue to maintain a significant market share. In particular, to comply with increasingly stringent environmental regulations such as Euro 7, precise quality control of the EGR Cooler a core component for reducing nitrogen oxides has become a critical factor for corporate survival. Despite this necessity, many mid-sized automotive parts manufacturers in Korea remain at a basic level of smart factory implementation due to limited human and financial resources. These companies face difficulties in meeting advanced quality requirements due to data silos between heterogeneous equipment and the lack of real-time analysis systems.
To address these technical challenges on the manufacturing floor, this study proposes a quality monitoring system linked to a Digital Twin for EGR cooler production lines based on the international standard AAS. First, an
interoperability-based data integration system was established by linking
heterogeneous equipment using various communication protocols through OPC-UA and modeling them according to the AAS standard. Second, a Digital Twin that synchronizes collected data in real-time was implemented to create a monitoring environment. This environment visualizes process variables such as temperature, pressure, and welding current which are difficult to verify visually and enables thepreemptive detection of anomalies.
The system proposed in this study demonstrates that it is possible to transition from traditional post-production sampling inspections to real-time, 100% quality control based on process data. This research holds both industrial practicality and academic value by presenting a scalable smart factory advancement model based on international standards for small and medium-sized enterprises that struggle with large-scale investments. It is expected that this framework will serve as a foundational model for evolving into autonomous manufacturing systems through the future enhancement of data analysis algorithms.

목차 (Table of Contents)

• 1. 서론 1
• 1.1. 연구의 배경 및 목적 1
• 1.2. 연구의 필요성 4
• 1.3. 논문의 구성 8
• 2. 이론적 배경 및 관련 연구 9
• 2.1. 디지털트윈의 개념 9
• 2.2. AAS의 개념 12
• 2.3. OPC-UA의 개념 15
• 2.4. 국내외 기술 개발 및 도입 현황 19
• 2.5. 연구의 대상 21
• 3. 연구 내용 및 방법 24
• 3.1. 전체 시스템 아키텍처 설계 24
• 3.2. 데이터 수집 표준화 및 OPC-UA 연동 25
• 3.3. AAS 기반 설비 데이터 모델링 및 메타모델 구현 29
• 3.4. 디지털트윈 시스템 시각화 및 기능 구현 42
• 4. 연구 결과 49
• 4.1. 실험 결과 49
• 4.2. 시스템 구현 52
• 4.3. 실험 결과 분석 55
• 5. 결론 59
• 5.1. 연구결과 요약 59
• 5.2. 향후 연구방안 60
• 참고문헌 61
• 영문초록 62
• 감사의 글 64