스마트 팩토리에 인공지능과 기계학습은 필수! - 남궁영환 AWS 데이터 사이언티스트 / 김진일 차장, 한화토탈 :: AWS Summit Seoul 2021
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대규모 설비의 운영 비용 절감, 관리 효율화, 지능형 분석 등을 위해 제조업 분야에서 최신 인공지능/기계학습 기술은 이제 필수 요소가 되었습니다. AWS 클라우드 환경에서 이러한 첨단 기술을 활용한다면 한 차원 높은 스마트 팩토리 환경을 구축할 수 있을 것입니다. 본 세션에서는 에너지, 석유화학 분야에서 클라우드 기반의 분석 플랫폼 구축 방법 및 관리형 인공지능/기계학습 서비스 기반의 예지 정비 방법에 대해 살펴봅니다.
스마트 팩토리에 인공지능과 기계학습은 필수! - 남궁영환 AWS 데이터 사이언티스트 / 김진일 차장, 한화토탈 :: AWS Summit Seoul 2021
- 1. K O R E A | M A Y 1 1 - 1 2 , 2 0 2 1
- 2. © 2021, Amazon Web Services, Inc. or its affiliates. All rights reserved. © 2021, Amazon Web Services, Inc. or its affiliates. All rights reserved. 스마트 팩토리에 인공지능과 기계학습은 필수! 남궁영환 데이터 사이언티스트 AWS 김진일 차장 한화토탈
- 3. © 2021, Amazon Web Services, Inc. or its affiliates. All rights reserved. © 2021, Amazon Web Services, Inc. or its affiliates. All rights reserved. AWS for Industrial SMART FACTORY 를 위해 무엇이 필요한가? (현재 상황의 이해, 적용 가능한 기술, 참조 아키텍처, 세부 AI/ML 알고리즘들) 사례 발표: 한화 토탈의 석유 화학 산업 관련 데이터 분석 여정 맺음말 Agenda
- 4. © 2021, Amazon Web Services, Inc. or its affiliates. All rights reserved. © 2021, Amazon Web Services, Inc. or its affiliates. All rights reserved. AWS는 사전 구축된 서비스와 솔루션, 가장 광범위한 파트너 생태계를 바탕으로 인더스트리 영역의 수많은 고객 분들이 AWS 상에서 산업용 워크로드의 혁신, 자동화, 규모 확장을 더욱 쉽게 하실 수 있도록 더 많은 투자와 노력을 기울이고 있습니다.
- 5. © 2021, Amazon Web Services, Inc. or its affiliates. All rights reserved. © 2021, Amazon Web Services, Inc. or its affiliates. All rights reserved. 산업 분야의 비즈니스 혁신을 위한 고려 사항 시장 출시 시기를 앞당길 수 있음 인프라 비용 절감 협업 효율성 향상 더 낮은 비용 (에너지, 기계설비, 인건비) 기계 설비, 자산의 생산성 향상 생산 다운타임 최소화 품질 추적 관리 자동화 추적 정확도 향상 상품 결함율을 낮춤 근로자의 생산성 향상 안전 모니터링 산업재해 최소화 예측 정확도 향상 재고 비용 절감 생산 가동률 향상 UX 향상 신규 매출 기회 창출 상품 및 서비스 품질 향상 엔지니어링 및 설계 생산 및 자산 최적화 품질 관리 작업자의 안전 및 생산성 공급망 관리 스마트 제조 및 설비
- 6. © 2021, Amazon Web Services, Inc. or its affiliates. All rights reserved. © 2021, Amazon Web Services, Inc. or its affiliates. All rights reserved. SMART FACTORY 도입 및 전환 시 진입 장벽
- 7. © 2021, Amazon Web Services, Inc. or its affiliates. All rights reserved. © 2021, Amazon Web Services, Inc. or its affiliates. All rights reserved. 스마트 공장 관련 제조업 현장의 현 상황 품질 제어 높은비율의수작업및 머신비전솔루션기반품질제어및관리 문제점 사후반응형또는사전계획된일정기반의 유지보수수행및인사이트도출 문제점 문제점 물리적공간과프로세스에대한 수작업기반의모니터링 유지보수 및 엔지니어링 웨어하우스 및 공급망
- 8. © 2021, Amazon Web Services, Inc. or its affiliates. All rights reserved. © 2021, Amazon Web Services, Inc. or its affiliates. All rights reserved. 스마트 공장을 위한 AWS AI/ML 기술 활용 자동화 기반 품질 제어 접근 방법 접근 방법 접근 방법 실시간 현장 상태 모니터링 웨어하우스 및공급망관리자동화 Amazon Lookout for Vision Professional Services ML Assisted Manufacturing Quality Prediction Professional Services Computer Vision & ML at Edge on AWS Amazon Lookout for Equipment Amazon Monitron Amazon Virtual Andon Amazon SageMaker AWS Panorama Amazon Forecast Amazon Textract
- 9. © 2021, Amazon Web Services, Inc. or its affiliates. All rights reserved. © 2021, Amazon Web Services, Inc. or its affiliates. All rights reserved. AWS 기반 산업용 데이터 플랫폼 Operational Data Historians MES PLM ERP MRO Logistics SCADA Engineering & Design Production & Asset Optimization Quality Management Worker Safety & Productivity Supply Chain Management Smart Products & Machines Factory Edge Storage Gateway 온프레미스 클라우드 Snowball Edge 컴퓨팅 및 스토리지 전송 IoT Greengrass IoT 엣지 서비스 AWS Wavelength 모바일 엣지 클라우드 Act Cloud 분석 • 시각화 • 대시보드 • 경보/알람 API & 개발 도구 API Gateway Rest 및 HTTP API Appsync GraphQL Elasticsearch Service 운영분석 Kinesis Data Analytics 실시간분석 EMR Hadoop & Spark Athena 대화형분석 AWS IoT Analytics • 기계학습 도구 • 수요 예측 • 예지 정비/ 이상 탐지 Amazon SageMaker Amazon Forecast Amazon Lookout for Equipment Amazon Lookout for Vision Amazon Monitron AI/ML Data Platform Amazon Timestream 시계열 Amazon RDS MySQL, PostgreSQL, MariaDB, Oracle, SQL Server Amazon Aurora IoT SiteWise 자산 모델 Amazon S3 객체 스토리지 DynamoDB 키 값, 문서 Amazon QLDB Neptune 그래프 Amazon Redshift 데이터 웨어하우징 • IndustrialData Lake • 시계열 데이터 • 관계형 데이터베이스 • 모델 자산화 • Connectors Edge Industrial IoT IoT Core IoT Message Broker Transfer for SFTP 안전한 데이터 액세스 DataSync 자동 데이터 동기화 Kinesis Data Streams 데이터 스트림 수집 Glue ETL 및 Data Catalog • Connectivity • Data ingestion • Event processing • OTA • Security • DisconnectedMode • Local Decisions
- 10. © 2021, Amazon Web Services, Inc. or its affiliates. All rights reserved. © 2021, Amazon Web Services, Inc. or its affiliates. All rights reserved. SMART FACTORY 참조 아키텍처 AWS IoT Greengrass AWS Iot SiteWise 커넥터 Lambda 함수 AWS IoT Greengrass 커넥터 공장 MES AWS Storage Gateway 로컬 스토리지 AWS Snowball Edge AWS DataSync 에이전트 히스토리언 프로토콜 변환 OPC-UA OPC-UA/모드버스 ML 추론 AWS 클라우드 프라이빗 서브넷 가용 영역 1 가용 영역 2 Auto Scaling 그룹 Amazon RDS(기본) Amazon EC2 Amazon EC2 Amazon RDS(슬레이브) VPC Amazon Kinesis AWS IoT Core AI/ML on AWS Amazon QuickSight Amazon Athena AWS IoT SiteWise AWS Lambda Amazon SNS AWS Glue (ETL 작업) Amazon API Gateway AWS AppSync AWS Lambda PLC/DCS S3 버킷 Amazon Cognito Amazon CloudFront 웹 앱 Amazon Route 53 OPC-DA 이더넷/IP AWS Database Migration Service 비즈니스 애플리케이션(ERP/CRM/QMS) 데이터 레이크 AWS Glue (ETL 작업) Amazon S3 (원시 데이터) Amazon S3 (처리된 데이터) Amazon Redshift (구조화된 데이터) Amazon Neptune 카메라 Amazon Managed Streaming for Kafka 연결된 작업자 MQTT 산업 장비/머신 AWS Wavelength
- 11. © 2021, Amazon Web Services, Inc. or its affiliates. All rights reserved. © 2021, Amazon Web Services, Inc. or its affiliates. All rights reserved. AI/ML on SMART FACTORY 참조 아키텍처 AWS IoT Greengrass AWS Iot SiteWise 커넥터 Lambda 함수 AWS IoT Greengrass 커넥터 공장 MES AWS Storage Gateway 로컬 스토리지 AWS Snowball Edge AWS DataSync 에이전트 히스토리언 프로토콜 변환 OPC-UA OPC-UA/모드버스 ML 추론 AWS 클라우드 프라이빗 서브넷 가용 영역 1 가용 영역 2 Auto Scaling 그룹 Amazon RDS(기본) Amazon EC2 Amazon EC2 Amazon RDS(슬레이브) VPC Amazon Kinesis AWS IoT Core AI/ML on AWS Amazon QuickSight Amazon Athena AWS IoT SiteWise AWS Lambda Amazon SNS AWS Glue (ETL 작업) Amazon API Gateway AWS AppSync AWS Lambda PLC/DCS S3 버킷 Amazon Cognito Amazon CloudFront 웹 앱 Amazon Route 53 OPC-DA 이더넷/IP AWS Database Migration Service 비즈니스 애플리케이션(ERP/CRM/QMS) 데이터 레이크 AWS Glue (ETL 작업) Amazon S3 (원시 데이터) Amazon S3 (처리된 데이터) Amazon Redshift (구조화된 데이터) Amazon Neptune 카메라 Amazon Managed Streaming for Kafka 연결된 작업자 MQTT 산업 장비/머신 AWS Wavelength AI/ML on AWS Amazon Lookout for Equipment Amazon Monitron Amazon Lookout for Vision AWS Panorama Amazon SageMaker MLOps AWS CodePipeline Code Commit Source Code Build Build AWS CloudFormation Deploy Repository ML Modeling EDA & Feature Engineering Training Models Evaluating ML models AI/ML Services for Smart Factory/Manufacturing Amazon ECR
- 12. © 2021, Amazon Web Services, Inc. or its affiliates. All rights reserved. © 2021, Amazon Web Services, Inc. or its affiliates. All rights reserved. 스마트 공장/제조 관련 AI/ML 알고리즘들 문제를 잘 정의하고 이를 해결할 수 있는 적절한 알고리즘과 기술을 찾아서 적용하는 것이 관건 생산 데이터, 설비 데이터 분석 수집한데이터의숨겨진특성파악 다양한데이터변환분석기법및 유사도측정기법의활용이중요 새로운관찰값에대한이상여부탐지를 위한기술 중요 인자 분석 수많은데이터속에서중요인자발굴을 통해 분석복잡도를낮추고 설명력(Explanability)및비용효율성향상 시계열 데이터 분석 데이터의연속성과제품,설비의 속성을 종합적으로고려하여분석하는것이중요 수많은종류의시계열알고리즘이존재 데이터 분석시 주의 사항 ‘데이터분석의함정’에빠지지말것 (허위상관관계,교란변수,Berkson’sbias등) 상호연관분석외에인과관계 분석도중요 (GrangerCausality,CausalBayesianNetwork등)
- 13. © 2021, Amazon Web Services, Inc. or its affiliates. All rights reserved. © 2021, Amazon Web Services, Inc. or its affiliates. All rights reserved. 고객사례 : Data Analytics in the Petrochemical Industry
- 14. © 2021, Amazon Web Services, Inc. or its affiliates. All rights reserved. © 2021, Amazon Web Services, Inc. or its affiliates. All rights reserved. Data Analytics Architecture in the Petroleum Chemical Industry 김진일 차장 한화토탈
- 15. © 2021, Amazon Web Services, Inc. or its affiliates. All rights reserved. © 2021, Amazon Web Services, Inc. or its affiliates. All rights reserved. Table of Contents 클라우드 선택 및 도입 배경 한화토탈 데이터 & 분석 플랫폼 아키텍처 Use Case
- 16. © 2021, Amazon Web Services, Inc. or its affiliates. All rights reserved. © 2021, Amazon Web Services, Inc. or its affiliates. All rights reserved. 1848 The world’s first modern oil well is drilled in Baku, Azerbaijan. 1850 The first petroleum refinery, consisting of one-barrel still, is built in Pittsburgh, Pennsylvania US, by Samuel Kier. A timeline of chemical manufacturing - ICIS
- 17. © 2021, Amazon Web Services, Inc. or its affiliates. All rights reserved. © 2021, Amazon Web Services, Inc. or its affiliates. All rights reserved. Challenge with Digitalization 100년이 넘는 산업 100개가 넘는 내부 시스템 Greater Complexities 장치산업 특성 상, 신규 기술 적용에 매우 보수적 Safety & Stable First Systems 공정 영업 경영지원 설비 Advanced Process Control Real-time Optimizer Aspen Plus Simulator Too Many Options Kinetics Thermodynamics 시황에 의해 결정되는 수익성, 변화에 대한 필요성에 둔감 Lack of Innovation 산업 특성에 맞는 Agile한 Digitalization 필요
- 18. © 2021, Amazon Web Services, Inc. or its affiliates. All rights reserved. © 2021, Amazon Web Services, Inc. or its affiliates. All rights reserved. …Various Technologies are being Adopted by Major Producers and Suppliers Data and Analytics as Core Capability Operations Productions Big data & advancedanalytics Mobiledevices Locationdetection technologies IoT platforms, predictivemaintenance Cloudcomputing 비즈니스 전반에서 활용 • Operational analytics • Field data management • Field commutation and surveillance • Operations automation & collaboration • Integrated field planning and delivery • Asset optimization technology
- 19. © 2021, Amazon Web Services, Inc. or its affiliates. All rights reserved. © 2021, Amazon Web Services, Inc. or its affiliates. All rights reserved.
- 20. © 2021, Amazon Web Services, Inc. or its affiliates. All rights reserved. © 2021, Amazon Web Services, Inc. or its affiliates. All rights reserved. 데이터 & 분석 플랫폼으로써 요구사항.. 한화토탈 데이터 • Operational Information System 공정 및 품질 데이터 • 설비 모니터링 (진동, 정비 이력 등) • Market Intelligence, 영업 정보 등 • 안전환경, 정비이력, 수출입 자료 등 각종 비정형 데이터 플랫폼 요건 01. 정형, 비정형 데이터 처리 및 분석 성능 (>1억 value ↔ 수만건 계측값) 머신러닝을 통해 공정 운전 최적화, 설비 예지보전, 공장 안전·안정 가동 예측, 원인분석 등 결과값 및 현황 모니터링을 위한 대시보드 구현 현업 및 내·외부 전문가 협업 공간 02. 03. 04.
- 21. © 2021, Amazon Web Services, Inc. or its affiliates. All rights reserved. © 2021, Amazon Web Services, Inc. or its affiliates. All rights reserved. Broadest & Most Complete Set of Machine Learning Capabilities
- 22. © 2021, Amazon Web Services, Inc. or its affiliates. All rights reserved. © 2021, Amazon Web Services, Inc. or its affiliates. All rights reserved. Data Aquisition Load Preprocessing Analysis 데이터분석 플랫폼 아키텍처 HTC-IDC AWS-VPN S3 Glue Athena EC2 SageMaker S3 Kinesis Stream/Firehose Lambda SageMaekr Hosting Postegre SQL QuickSight CloudWatch Optional Data Analytics Environment 1 Real-time Predictions Environment 2
- 23. © 2021, Amazon Web Services, Inc. or its affiliates. All rights reserved. © 2021, Amazon Web Services, Inc. or its affiliates. All rights reserved. Hanwha-Total Use Case
- 24. © 2021, Amazon Web Services, Inc. or its affiliates. All rights reserved. © 2021, Amazon Web Services, Inc. or its affiliates. All rights reserved. 한화토탈 사례 - Optimization of Heat Recovery Steam Generator Gas Turbine Generator NH3 High pressure steam Low pressure steam NOx, NH3 Scheme Catalytic reaction 1 Steam generation 2 Exhaust 3 Heat Recovery Steam Generator 대기환경보전법 강화에 따른 미반응 암모니아 최적 관리 필요 NOx 배출 기준: < 40 ppm 암모니아 배출 기준: < 20 ppm 최적 암모니아 주입으로 High pressure steam 생산량 최대화 최적 암모니아 주입량 예측 모델 구현 실시간·현장 적용위한 대시보드 구현 01. 02.
- 25. © 2021, Amazon Web Services, Inc. or its affiliates. All rights reserved. © 2021, Amazon Web Services, Inc. or its affiliates. All rights reserved. 한화토탈 사례 - Optimization of Heat Recovery Steam Generator S3, Glue, Athena 조합으로 데이터 가용성 확장 및 SageMaker를 활용한 모델 최적화 AWS 서비스 Key Processes Key Benefits Data Aquisition Athena Glue S3 Data Analytics (Modeling) SageMaker PyAthena Built-in Algorithms © 2021, Amazon Web Services, Inc. or its affiliates. All rights reserved. • 공정 데이터에 적합한 데이터레이크 구축 • 데이터 가용성 확장 (표준 SQL) → 즉각적 데이터 조회 및 분석에 사용 * Athena 연계 및 성능 우수 • 신속한 모델 개발 및 배포 -SageMaker Built-in algorithm (container) -Training job, model 관리 -Hyperparameter 최적화 -Endpoint 지원
- 26. © 2021, Amazon Web Services, Inc. or its affiliates. All rights reserved. © 2021, Amazon Web Services, Inc. or its affiliates. All rights reserved. 한화토탈 사례 - Optimization of Heat Recovery Steam Generator AWS 서비스 Key Processes Key Benefits Real-time Data Aquisition Lambda Kinesis Inference & Monitoring © 2021, Amazon Web Services, Inc. or its affiliates. All rights reserved. • 실시간 데이터를 안정성 높게 수집/load • Lambda-serverless 환경의 개발 편의성 • S3 + SageMaker + PostreSQL 조합 • QuickSight 활용 시: -S3, Athena 등 다양한 DB 지원 -SPICE* 활용으로 처리속도 증가 -Publish 및 Email 기능 → 신속한 배포 Kinesis, Lambda, SageMaker hosting service를 사용하여 모델을 현장에 적용, 실시간 예측/모니터링 수행 Athena Glue S3 * Super-fast, Parallel, In-memory Calculation Engine
- 27. © 2021, Amazon Web Services, Inc. or its affiliates. All rights reserved. © 2021, Amazon Web Services, Inc. or its affiliates. All rights reserved. Lessons Learned… 서비스 범위가 넓어 목적에 맞게 유연한 대응 가능 각종 서비스의 성능 및 호환성이 우수하여 분석영역에 집중 가능 클라우드는 처음이지만… 2개월 만에 현업에 적용 Container, Serverless 기능 등의 활용성 및 편의성이 높음 S3, Athena, PostgreSQL Glue, Athena, Lambda QuickSight Lambda, SageMaker, CloudWatch Agile Focus Simplify State-of-the-art
- 28. © 2021, Amazon Web Services, Inc. or its affiliates. All rights reserved. © 2021, Amazon Web Services, Inc. or its affiliates. All rights reserved. 플랫폼 기반 다양한 프로젝트를 완료 및 수행 중 HTC Data & Analytics Platform S3 Glue Athena Lambda DocDB Kinesis CloudWatch EC2 QuickSight RDS SageMaker Textract 설비 진단 자동화 & Predictive Maintenance 공정 최적화 & 안전·안정 가동 Market Intelligence Database … and more Applications 데이터 관리 및 분석 플랫폼 위에 각종 과제/application를 수행 중
- 29. © 2021, Amazon Web Services, Inc. or its affiliates. All rights reserved. © 2021, Amazon Web Services, Inc. or its affiliates. All rights reserved. 맺음말
- 30. © 2021, Amazon Web Services, Inc. or its affiliates. All rights reserved. © 2021, Amazon Web Services, Inc. or its affiliates. All rights reserved. Innovation Flywheel Bias for Action Think Big Execution Working backword Day 1 Insist on the Highest standard Two-Way Door Accelerate CHANGE Transformation
- 31. © 2021, Amazon Web Services, Inc. or its affiliates. All rights reserved. 여러분의 소중한 피드백을 기다립니다. 강연 종료 후, 강연 평가에 참여해 주세요! © 2021, Amazon Web Services, Inc. or its affiliates. All rights reserved.
- 32. © 2021, Amazon Web Services, Inc. or its affiliates. All rights reserved. 감사합니다 © 2021, Amazon Web Services, Inc. or its affiliates. All rights reserved.