ISA-95 스마트팩토리 관점에서 보는 계층 구조(Level, Part)

The ISA-95 Model

 

ISA-95 모델 정의

ISA-95(IEC 62264)는 기업의 비즈니스 시스템(ERP 등)과 생산현장 자동화 시스템(PLC, SCADA, MES 등) 간의 정보 교환을 표준화하기 위해 제정된 국제 표준입니다. 이 표준의 목적은 제조 기업이 상위 관리 시스템과 하위 생산 제어 시스템 간에 데이터를 효율적이고 일관성 있게 교환하여, 운영 효율성과 생산성 및 품질을 향상시키는 것입니다. 즉 "어떤 데이터를 어떤 계층 사이에서 어떤 형식으로 주고 받을지"를 명확히 정의하고, 이를 통해 이기종 시스템 간 통합의 복잡성을 줄여줍니다. 

 

 

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ISA-95 계층 구조 

• Level 4: 기업 기획 및 물류 관리 (Business Planning & Logistics)
• Level 3: 제조 운영 관리 (Manufacturing Operations Management, MOM/MES)
• Level 2: 공정 감독 제어 (Supervisory Control)
• Level 1: 기본 제어 (Basic Control)
• Level 0: 물리적 공정 (Physical Process)

 

Level 0: 물리적 공정 (Physical Process)

가장 현장에 밀착된 계층으로, 실제 생산 라인에 존재하는 센서, 액추에이터, 펌프, 밸브, 모터, 로봇암 등의 물리적 장치들이 여기에 해당합니다. 

1. 반도체 공장에서 웨이퍼를 이송하는 로봇 암
2. 식품 공장의 액체를 담는 밸브
3. 자동차 조립 라인에서 용접하는 로봇
4. 제약 공장에서 캡슐 충전기
5. 포장 공장의 카메라 센서(비전) 등

 

Level 1: 기본 제어 (Basic Control)

레벨 0의 장치들을 제어하는 계층이다. PLC(Programmable Logic Controller), DCS(Distributed Control System), 임베디드 컨트롤러등이 여기에 해당합니다. 이들은 센서로부터 데이터를 수집하고 액추에이터에 신호를 보내어 기기 동작을 제어합니다. 

1. 자동화 조립 공장에서 로봇용접기의 동작을 제어하는 Siemems S7 PLC
2. 화학 공장에서 반응기 온도를 조절하는 Honeywell DCS 컨트롤러
3. 식음료 공장에서 충전 라인의 펌프를 제어하는 Allen-Bradley PLC.

 

Level 2: 공정 감독 제어 (Supervisory Control) 및 운여

레벨 1에서 제어하고 있는 프로세스를 모니터링하고 운영자가 직관적으로 상황을 파악, 제어할 수 있도록 하는 HMI(Human Machine Interface), SCADA(Supervisory Control And Data Acquisition) 시스템이 해당합니다.

1. 석유 정제 공장에서 전체 공정 흐름도를 보여주는 SCADA 시스템 (예: Wonderware InTouch, GE iFLX)
2. 발전소 터빈 상태를 모니터링하는 DCS 화면
3. 식품 공장에서 모든 충전 스테이션, 포장 스테이션의 데이터 실시간 모니터링

 

Level 3: 제조 운영 관리 (Manufacturing Operations Management, MOM/MES)

실제 생산 활동(제조 실행)에 필요한 계획, 스케줄링, 품질 관리, 추적성 관리, 생산 실적 관리 등 제조 운영 전반을 담당하는 계층입니다. MES는 생산 오더를 관리하고, 공정 스케줄링을 최적화하며, 생산 이력과 품질 데이터, 성능 지표(OEE) 등을 관리하여 실시간으로 현장 운영 효율성을 개선합니다. 

1. 전자제품 공장에서 SAP ME를 이용하여 생산 오더 스케줄링, 공정 흐름 관리, 품질 불량 제품의 원인 추적
2. 자동차 공장에서 Rockwell FactoryTalk ProductionCentre를 활용하여 조립 라인별 실적, 다운타임 분석, OEE  측정
3. 식품 공장에서 Simense Opcenter를 통해 배치별 원료 투입 기록 관리 및 실시간 재고 관리

 

Level 4: 기업 기획 및 물류 관리 (Business Planning & Logistics)

기업 경영층에서 사용되는 ERP, SCM, CRM 시스템이 해당하는 계층입니다. 기업의 전사적 자원 관리, 판매 및 수주 계획, 생산계획 수립, 재고관리, 회계 및 재무 관리가 이루어집니다. 

1. SAP S/4HANA를 통해 주간, 월간 생산계획 수립, 원재료 구매 발주, 출하 일정 계획
2. Oracle ERP를 통해 원자재 재고 파악, 고객 주문 접수, 예측 생산량 산출 후 MES로 하달
3. MS Dynamics 365를 이용한 제조기업의 재무회계, 인사관리, 제품원가 분석 등

 

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ISA-95 주요 Part

1. Part 1: Level 4와 Level 3의 Interface에 해당하며 전사적인 관점을 지향하며 ERP 및 MES 등 시스템 통합 운영을 위한 용어 정의 및 기본 모형 제시
2. Part 2: Part 1에서 제시된 ERP와 MES간 표준화된 정보흐름을 표현하기 위해 객체모형과 그 속성을 제시
3. Part 3: 제조운영활동 구분 및 기본활동모형을 통해 Level 3의 제조운영활동을 저의
4. Part 4: Part 3에서 제시된 제조운영활동에 관련된 객체모형과 그 속성들을 제시
5. Part 5: 생산 자동화 시스템과 사주지원활동간 운영에 대한 정의로서 Level 4와 Level 3 간의  Interface에 적용 가능
6. Part 6: 제조 공정간 운영

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ISA-95 문서

자동화 컨설턴트로서 아래 8가지 문서의 목적-구조-일고 검증하는 능력이 반드시 필요합니다. 

 

RACI

- 업무/의사결정에 대해 누가 무엇을 책임지는지 명확히 하는 역할 매트릭스

- Responsible: 실제 작업 수행자

- Acccountable: 최종 책임자(1명 원칙)

- Consulted: 사전 협의 대상

- Informed: 결과 통보 대상

 

Canonical (Canonical Data Model)

- 여러 시스템 간 인터페이스를 단순화하기 위한 중립 데이터 표준 구조 

- ERP →  MES →  APS → PLM

- 각각 데이터 구조 다름 >>> 데이터 의미 통일

 

ICD (Interface Control Document)

- 시스템 간 인터페이스의 계약서(정의서)

- 인터페이스 목적 / 송수신 주체 / 데이터 구조 / 트리거 타이밍 / 오류 처리 / 재처리 방식

 

Data Governance

- 데이터를 누가, 어떻게, 어떤 기준으로 관리할 것인가에 대한 조직적 통제 체계

- Data ownership / quality / standard / lifecycle / security

- 중요한 이유 1. Master data 정합성

- 중요한 이유 2. 설비 데이터 신뢰성

 

Gap & Roadmap

- 현재 상태 대비 목표 상태의 차이를 분석하고 단계별 실행 계획을 수립

 

KPI Dictionary & Lineage

- KPI 정의 표준집

- 중요한 이유 1. OEE 계산 방식 공장마다 다름

- 중요한 이유 2. Yield 정의 불일치 

- 중요한 이유 3. 생산량 기준 불명확

 

Change Governance

- 시스템/공정 변경을 통제된 절차로 관리

- 중요한 이유 1. Recipe 변경

- 중요한 이유 2. 공정 라우팅 변경

- 중요한 이유 3. Master data 변경

- 중요한 이유 4. 인터페이스 변경

 

Global Blueprint

- 글로벌 공장에 공통 적용할 표준 운영/시스템 설계서

- 중요한 이유 1. 공장마다 MES 다름

- 중요한 이유 2. 데이터 비교 불가

- 중요한 이유 3. 운영 방식 불일치