이론 레이어: LLM, 에이전트 및 MCP

시스템 통합자, OEM 및 자동화 엔지니어를 위한 실용적인 가이드 - 2부

Thomas Strigl, CEO, realvirtual.io

작성자 소개: 토마스 스트리글은 realvirtual.io의 CEO이며, 시뮬레이션 및 자동화 소프트웨어 분야에서 18년 이상의 경력을 보유하고 있습니다.

이 전자책 시리즈의 첫 번째 부분을 클릭 수 있습니다. 시각화에서 액션으로: Unity, 기계 정보 시스템, AI 에이전트, 산업 디지털 쌍둥이.

이 e-Book 시리즈의 첫 번째 부분은 현대 기계 정보 시스템의 아키텍처 기반을 소개했습니다. 실시간 기계 신호, MES 컨텍스트, 구조화 된 문서 및 공간 3D 인터페이스가 하나의 운영 표면으로 통합됩니다. 또한 새로운 EU 기계 규정과 자산 관리 쉘 (AAS)과 같은 신흥 표준이 기계 문서를 구조화되고 기계 읽기 형식으로 끌어올리는 방법을 조사했습니다. 이러한 동일한 기초 - 구성 요소 연결 데이터, 버전화 된 문서 및 맥락화 된 기계 상태 -는 AI 에이전트와 대형 언어 모델을 산업 환경에서 사용할 수 있도록 만드는 것입니다.

이 eBook 시리즈의 두 번째 및 마지막 부분은 "지형 레이어"를 검토함으로써이 아키텍처를 구축합니다. AI 시스템이 신뢰할 수있는 운영 및 문서 컨텍스트에 액세스 할 수있는 방법과 MCP와 같은 프로토콜이 기계 정보 시스템 스택에 어떻게 적합한지.

지형 문제

산업 환경에서 대형 언어 모델을 통합하는 일반적인 첫 번째 방법은 기존 시스템에 채팅봇을 추가하는 것입니다. 웹사이트, 지원 포털 또는 HMI. 실제로,이 접근 방식에는 한계가 있습니다.

언어 모델 자체는 기계의 실시간 상태, 현재 생산 주문 또는 제조업체의 특정 문서에 액세스할 수 없습니다. 이 맥락이 없으면, 그것의 응답은 훈련 데이터를 기반으로합니다, 이는 일반적일 수 있습니다, 아마도 오래된, 그리고 관련된 특정 기계를 포함 할 가능성이 없습니다.

이것은 일반적으로 지형 문제이라고합니다. LLM이 산업 환경에서 유용한 출력을 생산하려면 일반적으로 기계의 실시간 상태, 관련 기업 환경 및 제조업체의 문서에 대한 구조화 된 액세스가 필요합니다.

Part 1에 설명된 4층 아키텍처는 이 요구 사항에 상당히 잘 대응합니다. 신호는 현재 상태를 제공합니다. MES는 운영 컨텍스트를 제공합니다. 문서는 권위있는 참조 자료를 제공합니다. 3D 장면은 이 모든 것을 표현할 수 있는 공간 프레임을 제공합니다.

통합 패턴으로 MCP

모델 컨텍스트 프로토콜(MCP)은 도구와 데이터 소스가 일관된 방식으로 언어 모델에 노출될 수 있는 방법을 정의하는 개방형 표준입니다. 클라이언트가 서버에 어떻게 연결되고, 서버가 어떻게 기능을 광고하고, 모델이 어떻게 기능을 호출하는지 지정합니다. MCP 는 원래 일반 개발자 도구를 위해 설계되었지만, 이 패턴은 산업 통합으로 상당히 잘 변환되었으며, 그 근본적인 문제는 일관된 접근을 제공하는 것과 비슷합니다.

대부분의 공장은 다른 공급업체의 PLC, MES 시스템, 문서 관리 플랫폼 및 역사학자를 결합합니다. 표준 레이어가 없으면 각각의 새로운 클라이언트가 각각의 시스템에 개별적으로 통합되어야 합니다. MCP를 사용하면 각 기본 시스템이 MCP 서버에 한 번 포장되어 모든 호환 클라이언트가 사용할 수 있는 유일한 인터페이스를 통해 노출될 수 있습니다.

산업 디지털 쌍둥이의 경우 MCP 서버의 세 가지 범주가 특히 관련이 있습니다.

• 기존 신호 레이어(OPC UA, Beckhoff ADS, MQTT, S7 또는 WebSocket 기반 스트리밍 레이어)에 의해 지원되는 라이브 신호 값, 알람 상태, 드라이브 위치 및 최근 기록을 공개하는 기계 상태 서버입니다.
• REST API, 메시지 브로커 또는 직접 데이터베이스 쿼리를 지원하는 주문, 배치, KPI 및 품질 / 품질 레코드를 공개하는 MES 서버입니다.
• 구성 요소 ID, 오류 코드 또는 자연 언어로 검색 및 검색할 수 있는 구조화된 디지털 문서 집합(작동 지침, 스케줄, 규정 준수 선언, 소프트웨어 버전, 유지 보수 절차)을 공개하는 문서 서버입니다.

이 세 개의 서버에 연결된 LLM은 토착 응답의 기초가 있습니다. "Why did line 3 stop?"와 같은 질문은 알람 상태를 읽고 영향을받는 구성 요소를 식별하고, 설명서에서 관련 문제 해결 섹션을 검색하고 3D HMI 강조된 영향을받는 구성 요소로 결과를 표시함으로써 대답할 수 있습니다. 출력은 모델의 훈련 데이터보다 실제 시스템에 기반합니다.

이 e-book 시리즈의 1부에 설명된 섹션 6의 참조 아키텍처는 이 레이어로 직접 전달됩니다. 여기서 설명된 신호, MES 및 문서 서비스는 일관된 인터페이스를 통해 노출되는 MCP 서버에 의해 포장됩니다. LLM 또는 에이전트 런타임(Locally, on an Edge Server, or in a Private Cloud)은 고객의 데이터 정책에 따라 이러한 서버에 연결됩니다. 결과적인 응답은 현재 상태, 현재 상황 및 권위있는 문서에 기반을 두고 있습니다.

3D HMI 스택의 상단에 앉아 운영자와 AI 기반의 모든 도구를 두 명의 소비자에게 제공합니다. AI 도구는 프레젠테이션 표면(응답과 관련된 구성 요소를 강조)과 확인 표면(인간 검토를 위한 제안된 작업을 표시)을 모두 사용합니다. HMI 는 Unity 에서 작성되며, 런타임이 사용할 CAD 가져오기, 운동학, 신호 매핑 및 구성 요소 메타데이터를 다룹니다. 이 HMI 는 데스크탑, 태블릿, AR/VR 또는 산업용 PC용 Unity 네이티브 빌드 또는 WebGL 구축을 위한 Three.js 기반 브라우저 기반 3D HMI로 제공됩니다. 일관된 구성 요소 ID를 사용하여 GLB로 내보내는 동일한 Unity 작성 장면 파일이 두 배포 대상 모두에게 제공됩니다.

Unity의 개방형 C# 환경은 eBook Design, Simulate, Deploy에서 논의한 바와 같이 Sentis와 ONNX를 통해 직접 호스팅 추론을 모두 지원합니다. Why Unity Matters for Industrial Digital Twins — 외부 런타임에 대한 프런트엔드 역할을 수행합니다. 대부분의 통합자 프로젝트에서, 에이전트 런타임과 HMI 분리하는 것은 MCP가 통합 경계를 제공하는 보다 간단한 방법입니다.

문서 및 토착

규제 방향과 LLM 출력에 대한 기술적 요구 사항 사이에 눈에 띄는 중복이 있습니다.

역사적으로 문서는 제공 가능한 비용이었습니다. 그것이 필요하기 때문에 생산되었으며 상대적으로 희귀하게 상담되었습니다. (EU) 2023/1230 규정에 따라 문서가 디지털 방식으로 전달될 수 있으며, 문서가 디지털 방식으로 전달될 경우, 문서가 구조화되고 온라인으로 제공되며, 게임 수명주기가 최소 10년 이상 유지되어야 하며, 일반적으로 산업용 기계가 최소 규정 기준으로 폐기되는 경우는 거의 없습니다. 문서가 이 형태로 되면, 그것은 또한 언어 모델에 대한 토지 재료로 적합한 특성을 가지고 있습니다 : 그것은 구조화되어, 그것은 구성 요소 또는 오류 코드로 식별 할 수 있으며, 그것은 제조업체 권한을 가지고 있습니다.

제조업체의 실제 배달 문서에 기반을 둔 LLM은 특정 문서 섹션으로 추적 할 수 있기 때문에 부정확한 절차 또는 발명 된 부품 번호를 생성 할 가능성이 적습니다. 이것은 또한 감사 가능성과 안전 관련 소프트웨어에 대한 규정에서 도록 및 결정 기록 의무와의 통합에 관련이있을 수 있습니다.

통합자에 대한 실용적인 관찰은 구조화 된 디지털 문서를 준비하는 작업 - 아무리 필요하더라도 - 또한 LLM 기반 도구를 토지하는 데 사용할 수있는 유물을 생산한다는 것입니다. 두 노력은 별도의 예산에 경쟁하는 것보다 겹쳐집니다.

LLMs as development accelerators 개발 가속기

통합 작업의 비용 절감

지금까지의 토론은 LLMs를 디지털 쌍둥이 데이터의 소비자로 취급했습니다 - 라이브 상태를 읽고 문서를 쿼리하고 운영자에게 응답하는 도구입니다. 통합자 경제학에 더 직접적인 영향을 미치는 두 번째 역할이 있습니다. LLM은 쌍둥이 자체의 개발에서 가속기 역할을합니다.

통합 디지털 쌍둥이를 구축하는 것은 기술적으로 간단하지만 시간이 많이 걸리는 상당한 양의 작업을 포함합니다. 신호 레이어와 3D 장면 사이의 어댑터 코드. MES를 위한 REST 또는 OPC UA 클라이언트. PLC 변수와 구성 요소 ID 사이의 테이블 매핑. HMI 프로젝트별 차트, 대시보드 및 작은 UI 구성 요소를 제공합니다. 스키마 작업은 장면의 구성 요소와 문서 섹션을 조정합니다. 이러한 작업 중 어느 것도 특히 어렵지 않습니다. 그들은 수동적이고 반복적이며 프로젝트별입니다.

LLM 지원 코딩 도구는 이러한 종류의 작업에 필요한 노력을 줄일 수 있습니다. 새로운 MES API 대한 어댑터를 생성하고, 차트 구성 요소를 배치하고, 신호 테이블과 운동 계층 간의 매핑을 획득합니다. 이 효과는 통합자가 코드 작성을 중단하는 것이 아니라 일상적인 통합 작업이 덜 걸리는 것입니다. 이것은 산업 환경에서 중요합니다. 왜냐하면 프로젝트별로 작고 긴 꼬리 코드가 역사적으로 통합 프로젝트가 비싼 주요 이유 중 하나였기 때문입니다.

규범화된 인터페이스가 중요한 이유

이 효과는 기본 인터페이스가 표준화될 때 복합됩니다. 기계 상태, MES 데이터 및 문서를 공개하는 MCP 서버는 ad-hoc 맞춤형 API보다 LLM 지원 개발을 위한 쉬운 대상입니다. 표준화된 인터페이스와 LLM 지원 개발의 조합은 통합 Digital Twins 구축하기 위한 임계를 낮추고 있습니다.

LLM 생성된, 발생된 코드의 한계

두 가지 제한 사항은 주목할 가치가 있습니다. LLM에서 생성된, 발생된 코드는 프레젠테이션이 아니라 배달할 수 있습니다. 안전 관련 코드 또는 제어 시스템 코드에는 다른 코드와 동일한 검토 및 검증 프로세스가 적용됩니다. 그리고 가속은 기본적으로 통합 및 시각화 작업에 적용되며, 기본적인 제어 논리에 적용되지 않습니다. 이는 기존의 도구를 사용하는 자동화 엔지니어의 책임입니다.

Authoring과 Runtime Delivery를 분리하는 방법

이 맥락에서 유용한 건축 패턴은 작성 환경을 전달된 유물에서 분리하는 것입니다. 작성 환경은 Unity입니다. 산업용 Digital Twins의 설립된 플랫폼으로, 기계 빌더가 CAD를 가져오고, 운동학을 정의하고, 행동 모델을 구성하고, 문서와 구성 요소를 연결하는 편집기 역할을 합니다. Unity 는 산업 프로젝트에 필요한 도구의 개수, CAD 가져오기 파이프라인, 동적 및 물리학 지원, 다중 플랫폼 구축 목표를 제공합니다. 그러나 제공되는 유물은 기계의 수명 동안 고객의 환경에서 실행되며 개방적이고 자체 호스팅 가능함으로써 이득을 얻습니다. 표준 웹 기술 (Three.js, TypeScript)에 기반한 브라우저 기반 뷰어는 표준 장면 형식 (GLB)을 사용합니다. Realvirtual.io 웹 뷰어는 AGPL 라이센스의 오픈 소스 웹 런타임을 제공하는 Unity 기반 작성 스택으로 오늘날 생산의 이러한 패턴 중 하나입니다.

산업 4.0에 대한 광범위한 영향

이 효과는 산업 4.0에 대한 더 넓은 영향을 미칩니다. 통합 프로젝트에 대한 일반적인 장애물은 이성형 시스템을 함께 접는 비용이었습니다. 이러한 비용이 감소함에 따라 디지털 쌍둥이는 통합 플랫폼 더 매력적이 됩니다. 이는 시각화 제품일 뿐 아니라 신호, 엔터프라이즈 데이터, 문서 및 시각화가 통합되는 레이어입니다. 시스템 통합자의 경우, 이것은 디지털 쌍둥이의 더 내구성있는 역할입니다: 그 자체로 제공되는 것보다 덜, 다른 모든 것이 만나는 곳입니다.

점당 에이전트 — 스펙트럼

"Agent"이라는 용어는 매우 다른 위험 프로필을 가진 다양한 행동을 포함합니다. 무엇을 의미하는지에 대해 구체적으로 말하는 것이 유용합니다.

• 가장 좁은 부분은 읽기 전용 진단 도구입니다. 그들은 상태를 관찰하고, 문서를 읽고, 질문에 답합니다. 그들은 제어 시스템을 작성하지 않습니다. 운영자가 라인이 왜 중지되었는지 물어보고, 시스템은 경보 상태를 읽고, 설명서에 있는 코드를 찾아서 설명합니다. 이것은 합리적인 출발점이며, 여러 사용 사례에서 합리적인 종말점입니다.
• 중앙에는 조언 도구가 있습니다. 그들은 상태를 관찰하고 작업을 제안합니다 - 설정 지점 변경, 유지 보수 작업, 매개 변수 조정 - 그러나 실행하지 않습니다. 운영자는 각 제안을 확인하거나 거부합니다. 3D HMI 확인 표면으로 작용하여 영향을받는 구성 요소와 어떤 쓰기가 발생하기 전에 공간 맥락의 제안된 변경을 표시합니다. 이 패턴은 인체의 판단력을 결정 루프에서 보존하면서, 진단을 위해 AI 지원을 사용합니다.
• 최소한의 제약은 PLC에 쓰거나, 조리법을 바꾸거나, 행동별 인간의 승인을 받지 않고 주문을 배송하는 액션 시스템입니다. 이것은 일부 상황에서 기술적으로 가능하지만 새로운 기계 규정에 따라 추가적인 고려 사항을 소개합니다. 사이버 보안은 현재 Annex III에 따라 필수적인 보건 및 안전 요구 사항이며, AI 기반의 보안 기능은 규정의 고위험 기계 목록에 명시적으로 포함되어 있어 엄격한 규정 준수 평가가 필요합니다. LLM 기반 시스템이 제어 시스템에 쓰도록 허용하는 모든 경로도 잠재적인 공격 경로입니다. 이러한 시스템은 일반적으로 쓰기 액세스가 가능한 모든 다른 제어 시스템 구성 요소와 동일한 신중함으로 설계되어야하며, 규정이 안전 관련 소프트웨어에 대해 도록 및 데이터 기록 의무를 포함합니다.

초기 프로젝트의 일반적인 태도는 기본적으로 읽기 전용으로 설정하고, 명시적인 운영자 확인을 통해 조언으로 확장하고, PLC 코드와 동일한 검토 및 검증을 받는 제어 시스템 구성 요소로 모든 액션 수행 기능을 취급하는 것입니다.

통합자의 실용적인 출발점

어디서 시작해야 할지 고려하는 통합자들에게는 증가형 접근법이 야심찬 접근법보다 효과적입니다.

실용적인 첫 번째 구현은 다음을 포함할 수 있다.

• 기존 기계 프로젝트를 사용하는 경우: 이미 3D HMI 및 규정 (EU) 2023/1230에 따라 준비되고 있는 구조화된 문서 패키지를 갖춘 기계를 시작하십시오.
• MCP 서버를 통해 문서를 노출하는 방법: 구성 요소 ID로 검색을 지원하는 단일 MCP 서버에 문서 집합을 포장합니다.
• 3D HMI 문서 서비스에 연결하는 방법: 기존 3D HMI 구성하여 구성 요소를 선택하면 관련 수동 섹션이 자동으로 검색됩니다.
• 지상 AI 인터페이스 추가: 문서 MCP 서버에 접속된 일반적인 LLM을 사용하여 3D 뷰 옆에 채팅 패널을 소개합니다.

계상 결과

결과적으로 사용자가 질문을 할 수 있고, 제조업체 문서를 인용하고 3D 뷰에서 강조된 관련 부품을 볼 수 있는 대답을 받을 수 있는 기계입니다. 제어 상태, 자율 행동, 그리고 새로운 자동화 인프라가 없습니다. 이 혜택 — 지원 통화 감소, 최초 수정 비율 향상, 제조업체 지식에 대한 쉬운 액세스 —는 측정 가능하며 위험은 제한적입니다.

이러한 시스템이 실제로 어떻게 보일지 알고 싶어하는 통합자들을 위해, 웹.realvirtual.io/demo에서 라이브 신호 데이터를 소비하는 브라우저 기반 3D HMI 공개 데모를 사용할 수 있습니다. 기본 아키텍처인 Unity as the authoring environment, a open web stack for delivery, and a standard Version Control system such as Gitea for storing the delivered package across the regulatory ten-year horizon 는 통합자가 채택하고 자신의 프로젝트에 적응할 수 있는 패턴입니다.

이 출발점에서, 추가 단계는 점진적으로 추가 할 수 있습니다. 신호 레이어 MCP 서버는 라이브 상태에 대한 질문을 허용합니다. MES 연결은 현재 주문에 대한 질문을 가능하게 합니다. 3D HMI 운전자가 확인한 컨설팅 권장 사항은 기본적인 위험 프로필을 변경하지 않고도 시스템을 더욱 확장합니다. 각 단계는 자체적으로 테스트 가능하고 회복 가능합니다.

규정 준수 및 AI를 모두 지원하는 아키텍처

이전의 eBook은 Digital Twins가 조직적 투자뿐만 아니라 기술적 투자라고 주장하면서 끝났습니다. 예를 들어, 가상 시행은 주변 프로세스가 변화를 원할 때만 가치를 제공합니다. 비슷한 관찰이 여기에 적용됩니다.

두 개의 타임라인은 이제 통합자에 집결하고 있습니다. 기계 규정은 2023 년부터 알려져 있지만 2027 년 1 월 20 일 적용 날짜를 준비하는 실제 작업 - 새로운 사이버 보안 규정이 필수적이며, 게임 수명주기 유지 보수와 함께 구조화 된 디지털 문서의 지금 명시적인 옵션 - 계획에서 실행으로 이동하고 있습니다. 동시에 AI 도구는 구조화된 지형 데이터에 대한 수요를 창출하고 있습니다. 이들은 별도의 프로젝트로 다루어질 수 있지만 기본적인 작업은 상당히 겹쳐집니다. Part 1에 설명된 4층 아키텍처는 운영자와 나중에 추가된 AI 도구를 모두 지원합니다. 규정 준수를 위해 준비된 구조화된 디지털 문서는 또한 토지 재료로 유용합니다. 3D HMI 이러한 모든 것들을 위한 통합 표면으로서 사용할 수 있습니다.

Part 1에서 설명한 운영 혜택 - 더 빠른 진단, 더 낮은 전문 지식 임계, 컨텍스트화 된 정보 전달, 의미있는 원격 지원 - 규제 상황에 관계없이 적용됩니다. EU 이외의 통합자 또는 기계 규정에 포함되지 않는 시스템에서 작업하는 사람들은 동일한 아키텍처에서 동일한 운영 이점을 얻을 수 있습니다. 아키텍처는 운영 사례에만 서있다; 규정은 단순히 유럽 시장에 대한 명시적인 타이밍을 만듭니다.

자율 운영은 적절한 첫 번째 제공되지 않습니다. 보다 현실적인 출발점은 운영자가 쿼리할 수 있는 기계, 통합자가 지원할 수 있는 기계, 그리고 제조업체가 10년간 규제 시각을 유지할 수 있는 기계입니다. 그러한 기계를 구축하는 데 필요한 도구와 표준은 이미 사용할 수 있으며, 대부분의 기초는 통합자가 수행해야 할 작업입니다.