[논문]ISO 15926 기반 공정 플랜트 3D 설계 정보 통합 플랫폼의 개발

김병철; 박상진; 김봉철; 명세현; 문두환

doi:10.7315/cadcam.2015.385

ISO 15926 기반 공정 플랜트 3D 설계 정보 통합 플랫폼의 개발
Development of an ISO 15926-based Integration Platform of 3D Design Data for Process Plants 원문보기

한국CAD/CAM학회논문집 = Transactions of the Society of CAD/CAM Engineers, v.20 no.4, 2015년, pp.385 - 400

김병철 (동아대학교 기계공학과) , 박상진 (경북대학교 정밀기계공학과) , 김봉철 (경북대학교 정밀기계공학과) , 명세현 (영산대학교 그린자동차학과) , 문두환 (경북대학교 정밀기계공학과)

Abstract ▼ AI-Helper

ISO 15926 is an international standard for the integration and sharing of plant lifecycle data. Plant 3D design data typically consist of logical configuration, equipment specifications and ports, and 3D shape data. This paper presents the method for the ISO 15926-based integration of plant 3D design data. For this, reference data (class, attribute, and template) of ISO 15926 were extended to describe plant 3D design data. In addition to the data model extension, a plant design information integration platform which reads plant 3D design data in ISO 15926 and displays 3D design information was developed. Finally, the prototype platform is verified through the experiment of loading and retrieving plant 3D design data in ISO 15926 with the platform.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

이 논문에서는 ISO 15926 표준을 활용하여 플랜트 3D 설계 데이터를 통합하는 방법을 제안하였다. 이를 위해서 먼저 3D 형상 데이터를 CSG 뿐만 아니라 삼각망 및 외부 B-rep 형식으로 표현하는 참조 데이터를 정의하였다.

제안 방법

ISO 15926 표준 기반으로 정의 한 플랜트 3D 설계 모델과 설계 정보 통합 플랫폼의 설계 결과를 검증하기 위해서 프로토타입 시스템을 구현한 후 샘플 ISO 15926 기반 3D 설계 데이터의 로딩 및 가시화 실험을 수행하였다.
[7]의 연구를 확장하여 ISO 15926 표준을 기반으로 플랜트 3D 설계 데이터를 통합하는 방법을 제안한다. 이를 위해서 플랜트 3D 설계 데이터를 기술하기 위한 정보 자원인 참조 데이터를 정의한다.
검증 실험을 위해서 ISO 15926 표준 기반 플랜트 3D 설계 모델을 바탕으로 샘플 플랜트 3D 설계 데이터를 작성하였다. 샘플 3D 설계 데이터에는 플랜트를 구성하는 주요 기자재인 파이프(pipe) 2종, 밸브(valve) 1종, 펌프(pump) 1종, 용기(vessel) 1종에 대한 설계 정보가 담겨 있다.
검증 실험을 위해서 플랜트3D 설계 정보 통합 플랫폼의 설계 결과를 기반으로 프로토타입 시스템을 구현하였다. 프로토타입 플랜트 3D 설계 데이터 통합 플랫폼은 두 개의 서브 시스템(ISO 15926 data converter와 Plant 3D design data visualizer)으로 구성된다.
그리고 플랜트 논리적 구성 정보인 조립 관계, 분류 관계, 연결 관계를 템플릿으로 표현하는 방법을 개발하였다. 그리고 ISO 15926 기반 설계 정보 통합 모델을 지원하는 프로토타입 플랫폼을 개발한 후 검증 실험을 수행하였다.
이 OWL 데이터의 검색 및 추출을 위해서 시맨틱웹 기반 질의 언어인 SPARQL을 사용한다. 그리고 OWL 데이터로부터 추출된 플랜트 3D 형상 정보의 처리 및 가시화를 위해서 ACIS와 같은 형상 모델링 커널과 함께 HOOPS와 같은 3D 그래픽 엔진을 사용한다. OWL 데이터를 읽고 처리하기 위해서 Jena와 같은 지원 도구를 사용한다.
또한 플랜트 논리적 구성 정보인 조립 관계, 분류 관계, 연결 관계를 템플릿으로 표현하는 방법을 논의한다. 그리고 정의된 ISO 15926 기반 모델을 지원하는 프로토타입 통합 플랫폼을 개발하고 샘플 3D 설계데이터의 로딩 및 정보제공 실험을 수행한다.
이를 위해서 먼저 3D 형상 데이터를 CSG 뿐만 아니라 삼각망 및 외부 B-rep 형식으로 표현하는 참조 데이터를 정의하였다. 그리고 플랜트 논리적 구성 정보인 조립 관계, 분류 관계, 연결 관계를 템플릿으로 표현하는 방법을 개발하였다. 그리고 ISO 15926 기반 설계 정보 통합 모델을 지원하는 프로토타입 플랫폼을 개발한 후 검증 실험을 수행하였다.
이 모델에서 플랜트 아이템의 3D 형상은 CSG, Mesh, 및 외부 B-rep 형식으로 표현된다. 그리고 플랜트 아이템의 비형상 정보로 기자재 타입, 상속관계, 기자재 사양, 및 포트 정보를 표현한다. Plant 3D data structure는, Fig.
구체적으로 3D 형상 데이터를 CSG뿐만 아니라 삼각망(triangle mesh) 및 외부 경계 표현(B-rep, boundary-representation) 형식으로 표현하는 참조 데이터를 정의한다. 또한 플랜트 논리적 구성 정보인 조립 관계, 분류 관계, 연결 관계를 템플릿으로 표현하는 방법을 논의한다. 그리고 정의된 ISO 15926 기반 모델을 지원하는 프로토타입 통합 플랫폼을 개발하고 샘플 3D 설계데이터의 로딩 및 정보제공 실험을 수행한다.
그리고 이를 지원하는 정보 모델을 ISO 15926 표준을 활용하여 정의 한다. 마지막으로 통합 시나리오, 유즈케이스, 기능 목록, 정보 모델을 바탕으로 플랜트 기자재 생애주기 정보 통합 플랫폼을 개발한다.
이 연구에서는 플랜트 3D 설계 데이터 통합 플랫폼의 입력 데이터인 ISO 15926 형식의 3D 설계 데이터를 수작업으로 작성하였다. 따라서 프로토 타입 플랜트 3D 설계 데이터 통합 플랫폼을 산업에 적용하기 위해서는 상업용 플랜트 3D CAD 시스템의 고유(native) 데이터를 ISO 15926 형식의 데이터로 변환하는 번역기의 개발이 필요하다.
이 논문에서는 ISO 15926 표준을 활용하여 플랜트 3D 설계 데이터를 통합하는 방법을 제안하였다. 이를 위해서 먼저 3D 형상 데이터를 CSG 뿐만 아니라 삼각망 및 외부 B-rep 형식으로 표현하는 참조 데이터를 정의하였다. 그리고 플랜트 논리적 구성 정보인 조립 관계, 분류 관계, 연결 관계를 템플릿으로 표현하는 방법을 개발하였다.

대상 데이터

ISO 15926 데이터 변환기는 Java와 SWT를 사용하여 독립 어플리케이션으로 구현되었고 ISO 15926 기반 3D 설계 데이터를 XML 형식의 중립 파일로 변환하는 역할을 담당한다. OWL 형식의 ISO 15926 데이터의 로딩 및 질의를 위해서 Jena와 SPARQL을 사용하였다. 플랜트 3D 설계 데이 터 전시기는 C++와 MFC를 사용하여 독립 어플 리케이션으로 구현되었고 XML 형식으로 변환된 3D 설계 데이터를 읽어서 필요한 설계 정보를 제공하는 역할을 담당한다.
플랜트 3D 설계 데이터는 논리적 구성, 기자재 사양 및 포트, 그리고 3D 형상 데이터로 구성된다. 지금까지 논리적 구성 및 기자재 사양에 관한 여러 연구들이 보고되었다.

이론/모형

플랜트 3D 설계 데이 터 전시기는 C++와 MFC를 사용하여 독립 어플 리케이션으로 구현되었고 XML 형식으로 변환된 3D 설계 데이터를 읽어서 필요한 설계 정보를 제공하는 역할을 담당한다. 3차원 형상 데이터 처리를 위한 형상 모델링 커널로 ACIS를 사용하였고 3차원 가시화를 위한 그래픽스 엔진으로 HOOPS 를 사용하였다. XML 데이터 처리를 위해서 MSXML을 사용하였다.
3차원 형상 데이터 처리를 위한 형상 모델링 커널로 ACIS를 사용하였고 3차원 가시화를 위한 그래픽스 엔진으로 HOOPS 를 사용하였다. XML 데이터 처리를 위해서 MSXML을 사용하였다.
구체적으로 플랜트 생애주기 데이터 통합 시나리오를 조사하여 시스템 유즈케이스 및 제공 기능 목록을 정의한다. 그리고 이를 지원하는 정보 모델을 ISO 15926 표준을 활용하여 정의 한다. 마지막으로 통합 시나리오, 유즈케이스, 기능 목록, 정보 모델을 바탕으로 플랜트 기자재 생애주기 정보 통합 플랫폼을 개발한다.
ISO 15926 표준 기반의 플랜트 3D 설계 데이터는 OWL 형식으로 인코딩되어 있다. 이 OWL 데이터의 검색 및 추출을 위해서 시맨틱웹 기반 질의 언어인 SPARQL을 사용한다. 그리고 OWL 데이터로부터 추출된 플랜트 3D 형상 정보의 처리 및 가시화를 위해서 ACIS와 같은 형상 모델링 커널과 함께 HOOPS와 같은 3D 그래픽 엔진을 사용한다.

성능/효과

17을 보면 샘플 플랜트 3D 설계 데이터에 포함된 모든 설계 정보를 사용자에게 제공할 수 있음을 알 수 있다. 또한 플랜트 3D 설계 데이터 통합 플랫폼을 이용한 플랜트 3D 설계 데이터의 변환 및 설계 정보 제공 실험을 통해서 ISO 15926 기반의 플랜트 3D 설계 모델이 요구되는 플랜트 3D 설계 정보의 표현이 가능하며 시스템적으로 구현이 가능함을 알 수 있었다.

후속연구

앞으로 ISO 15926 기반 설계 데이터 통합 플랫폼을 바탕으로 플랜트 기자재 제작, 플랜트 시공, 운전, 및 유지보수 정보를 통합하는 연구를 수행 할 계획이다. 구체적으로 플랜트 생애주기 데이터 통합 시나리오를 조사하여 시스템 유즈케이스 및 제공 기능 목록을 정의한다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	플랜트 산업에서 대표적인 중립 데이터 모델로는 무엇이 있는가?	플랜트 산업에서 대표적인 중립 데이터 모델로는 플랜트 생애주기 데이터의 공유와 통합의 목적으로 개발된 국제표준인 ISO 15926이 있다[3]. ISO 15926 표준은 프로세스 플랜트 산업의 생애주기 정보 통합을 위한 국제 표준으로 플랜트 생애주기 데이터의 교환, 공유, 통합 및 이양을 위한 정보 자원 및 구현 사양을 제공한다.
	플랜트 3D 설계 데이터는 무엇으로 구성되는가?	플랜트 3D 설계 데이터는 논리적 구성, 기자재 사양 및 포트, 그리고 3D 형상 데이터로 구성된다. 지금까지 논리적 구성 및 기자재 사양에 관한 여러 연구들이 보고되었다.
	플랜트 생애주기 데이터의 통합과 공유가 플랜트 산업에서 중요한 이유는 무엇인가?	플랜트 생애주기 데이터의 통합과 공유는 플랜트 산업에서 매우 중요하다. 왜냐하면 다수의 이해관계자가 참여하는 플랜트 프로젝트에서 EPC(engineering, procurement, and construction) 사와 시공사, 기자재 공급사 및 소유주들 간에 플랜트 데이터를 효과적으로 관리하고 적시에 공유하는 것은 조직의 효율성과 경쟁력을 높이기 때문에 중요하다[1]. 이를 위해서 중립 데이터 모델을 정의하고 중립 모델을 기반으로 응용 시스템을 개발하는 것이 일반적인 방법이다[2].

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