[논문]배관설치도 내 생산정보 증강을 위한 겹침 회피 알고리즘의 적용

황인혁; 유원선; 박인하; 박정서

doi:10.3744/snak.2016.53.5.428

[국내논문] 배관설치도 내 생산정보 증강을 위한 겹침 회피 알고리즘의 적용
An Application of Overlap Avoidance to Augment the Production Data in Pipe Installation Drawings 원문보기

大韓造船學會論文集 = Journal of the society of naval architects of korea, v.53 no.5, 2016년, pp.428 - 434

황인혁 (삼성중공업 중앙연구소) , 유원선 (충남대학교 선박해양공학과) , 박인하 (삼성중공업 중앙연구소) , 박정서 (삼성중공업 중앙연구소)

Abstract ▼ AI-Helper

A lot of drawings for pipe construction and installation are needed to construct plant process system on the offshore plant structures. Depending on their scale or complexity, the required number of drawings related pipes sometimes amounts to several hundreds of thousands. Most major shipyards, therefore, have their own system which can automatically depict pipes’ geometric, manufacturing, and BOM(Bill of Material) information on the drawings. However, as the complexity and absolute quantity in the isometric region on the drawings is increased, the information extraction from the customized DB and positioning at the typical locations does not get to be enough to avoid the overlap between geometric contours, labels, and symbols. For this reason, the novel methods to arrange additional annotations without overlaps are presented in the paper. This approach is expected to increase the readability and legibility of the drawing and prevent the human error, and finally decrease the time-consuming and tedious jobs which are unnecessarily required to designers.

Keyword

AI 본문요약
AI-Helper

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문제 정의

크게 구분해 보면 조선용 CAD/CAE 시스템에서 획득할 수 있는 배관의 형상 및 제작 정보와 ERP(Enterprise Resource Planning) 혹은 유사한 사내 DB를 통해 획득하는 BOM(Bill of Material) 관련 정보로 볼 수 있다. 본 연구에서는 이미 많은 정보가 기입된 배관 설치도에 생산관리를 위한 추가 정보를 증강하는 고정에서 기존의 정보와 겹치지 않고 충분한 가독성을 확보하기 위한 배치 방법을 제안하고자한다.
5)가 주로 많고, 그러한 이유로 지시 선을 통해 놓아야 하며 객체의 크기 또한 가변적이어서 PFLP를 통해 해결할 수 있는 문제 영역을 벗어난다 또한, 수많은 배관 설치도를 실시간으로 조회하기 위해서 장당 소비하는 계산 비용 을 수 초 이내로 줄여야 한다는 특징을 가지므로 소모적인 알고 리즘 활용이 불능한 영역이기도하다. 정리하면 본 논문은 배관 설치도의 Drawing 영역 내부에 부가 적인 제작 관련 정보가 Table 형식으로 추가 되는 경우 작업자의 추가 작업 없이 자동으로 다른 도면 요소들을 회피해서 비교적 짧은 시간 내에 배치하기 위한 알고리즘에 관하여 기술하였다.
본 절에서는 위 절에서 기술된 최적화 정식호를 SA에 적용하여 얻어낸 다양한 결과와 계산 비용에 관해서 논한다. 제시된 모든 예제는 보안상의 이유로 실제 배치를 위한 좌표정보만 알 수 있는 Bitmap 형식으로 제시하였다.
본 연구에서는 배관설치도에 다양한 정보들을 다른 도면 요소 들과 겹침이 생기지 않고 가독성을 극대화할 수 있는 방향으로 배치하는 기법에 관해서 설명하였다. 전통적인 라벨 배치 기법인 PFLP 고의 차이점 때문에 전통 조합 최적화 기법을 직접 사용하 지 못하고, 비트맵 도면 표현법과 그에 따른 도면의 상태를 평가 할 수 있는 목적함수를 제시하고 있다.

제안 방법

선박 응용 분야의 선체 및 의장 관련 조립 및 설치 도면으로 연구 영역을 좁혀보면, Ruy and Yang (2010)이 선체 조립도 혹은 공작도 도면 자동호에 Simulated Annealing(이하 SA) 최적화 기법과 보강재 혹은 Hole 표기에 배치패턴을 도입하여 실용적인 방안을 제시하였다. 도면 인식을 위해서 적절한 해상도 (resolution)로 도면을 분할 관리하고 겹침의 종류를 부여하여 겹 침 허용과 겹침 불가를 분리하였다. 본 연구에서도 이 개념을 적 극적으로 도입하였다.
Fig. 6에서 볼 수 있듯이 도면의 현 상태를 인지하는 방법으로 컴퓨터 친화 방식인 흑백 비트맵을 선택하였다. 차후 장에서 설 명되겠지만 비트맵의 해상도는 계산 비용에 가장 중요한 요소 중에 하4이다.
도면은 크게 3개 영역으로 구분될 수 있다. 배관 형상, 위치, 기타 정보들을 담고 있는 ISO-Drawing 영역과 각종 제작 정보, 자재 관련 정보들을 담고 있는 BOM(Bill Of Materials) 영역, 마 지막으로 도면 이름, 작성 날짜, 작성자, W/D(Work Order), P&ID(Piping and Instrument diagram) 관련 도면 이름 등 기타 정보를 담고 있는 Description 영역으로 구분하였다. 한편, 도면 에 표시되는 객체들은 총 4가지로 구분될 수 있다.
하지만 처리에 있어서 차이점이 존재하는데, 주 알고리즘이 시작되기 전에 순서대로 패턴 수만큼 배치를 시도하다가 성공하 면 해당 노트들을 도면의 Contour로 취급하여 이후 고정이 진행 되며, 만일 모든 패턴 수의 시도에도 용접 정보 표기가 기준점 주변에 겹침을 발생시킨다면 이후에 설명될 Table 배치와 같이 설계 변수가 추가되는 형태로 알고리즘이 진행되었다. 비록 용접 정보 표기는 크기가 비교적 작아서 배치에 큰 어려움은 없었지만 본래 복잡성이 높은 도면 배치에 있어서는 대부분 최적화 알고리 즘의 설계 변수로 가산되어서 계산 비용에 큰 부담이 됨을 확인할 수 있었다.
겹침을 회피하여 테이블을 놓는다 하더라도 되도록이면 기준점과 가까운 곳에 놓으려는 의도로 고 안된 함수이다. 다만 ISO-drawing 영역의 폭으로 나누어 normalization을 시도하였다. 첫 번째 함수와 같이 가중치를 로 부여하였다.
세 번째 함수는 도면의 가독성을 증대하기 위해서 테이블들이 발생시키는 지시선의 겹침(Fig. 9)을 탐지하여, 해당 경우가 발생되는 경우만 Penalty를 가중시키도록 고안되었다. 비록 가중치를 10으로 하여 비교적 큰 값이 부여되었지만 위의 2개의 함수처럼 빈도수가 많지 않다 하지만 도면 완성도에 큰 영향을 미침을 확인할 수 있다.
제안된 최적화 정식화 문제에서 구속조건은 Table의 위치가 도면을 벗어나지 못하게 강제하는 Side constraint(식 (2))만 존 재한다. 해당 범위를 벗어나면 목적함수에 Penalty를 가하는 방 식으로 구속조건을 처리하였다. Table의 조상단 좌표를 의미하는 #가 존재해야하는 위치는 도면의 최상단(0,0)부터 도면의 폭과 높이에서 (#)를 뺀 영역에서 존재하도록 설정하였다.
최적화 모듈을 통해 가장 빈 번하게 호출되는 목적 함수 안에서도 현 도면 상태의 겹침 상태를 확인하는 함수(GetCountOvelp)에 계산 비용이 대부분 집중됨을 확인할 수 있으며 그 외에 검증 대상들을 Table 1 (b)에서 확인할 수 있다. 본 함수들을 중심으로 코드 최적호"를 수행하였다.
본 절에서는 위 절에서 기술된 최적화 정식호를 SA에 적용하여 얻어낸 다양한 결과와 계산 비용에 관해서 논한다. 제시된 모든 예제는 보안상의 이유로 실제 배치를 위한 좌표정보만 알 수 있는 Bitmap 형식으로 제시하였다.
PFLP 類의 문제들은 조합형 최적화 문제이고 따라서 국부적 탐색 기법 (Gradient 기반 탐색 기법) 보다는 전역적 탐색 기법을 요구한다. 잘 알려진 전역 탐색 기법 중에서 비교적 계산 비용이 많이 요구되는 GA(Genetic Algorithm), ES(Evolution기 Strategy) 등 보다는 Point driven 방 식으로 움직이는 SA를 선택하였다. SA (Kirkpatrick, et al.

대상 데이터

본 연구의 관심 영역은 배관 설치도이다. 배관 설치도는 생산 도면으로 배관 설치를 위한 각종 정보를 포함하고 있지만 설계 단계의 정보는 무엇을 어떻게 설치해야 하는 Fig.

이론/모형

4는 그의 연구를 통해 나온 결과이다. 본 연구에서도 Isometric Drawing 영역에 해당 기술을 활용하였다.
Ruy and Yang (2010)의 연구인 Plate, Hole, Stiffener의 Description과 비슷하게 본 연구에서 용접 정보 표기는 Fig. 8과 같이 도면 품질향상과 계산 비용의 절약을 위해서 패턴 배치 방 식을 따르기로 하였다. 용접 정보 표기는 배치를 위해 ISO-Drawing 영역을 모두 탐색하기 보다는 주어진 패턴 중에 겹 침을 최소화하는 것을 선택하는 개념이므로 서론에서 설명한 정 수형 PFLP(Fig.
이하는 이를 위해서 사용 된 계산 비용 절감 기법을 설명한다. 우선 비트맵 영역을 ISO-Drawing으로 한정하였다. 주어진 크기의 도면에 있어서는 계산 비용과 해상도는 밀접한 관계가 있고 배치 대상이 아닌 도 면의 영역을 비트맵 영역에서 제거하였다.
배열 초기화, 복사 비교 등의 연산에서 Bitwise 기법을 사용 하였다. 도면의 인식 및 반복적인 배치를 통한 도면의 평가를 위해서는 2차원 Array의 활용이 필수적인데 이 고정에서 필요한 계 산 비용을 최소화하였다.
또한 호출되는 주요 함수의 Assembly 코드를 Inline 기법을 통해 구현하였다. 즉 함수의 호출 때마다 MOV 연산자를 사용하기 보다는 필요할 때 마다 해당 함수를 복사하여 계산 비용을 줄였 다.
도면에 부가 정보 및 Table을 겹침 없이 삽입하기 위해서 전 역 최적화 기법의 하나인 SA를 사용하였다. SA는 국부 최적점을 벗어날 가능성을 가진 알고리즘이지만 계산비용이 과다하게 소 비된다는 단점을 가진다.

성능/효과

차후 장에서 설 명되겠지만 비트맵의 해상도는 계산 비용에 가장 중요한 요소 중에 하4이다. 실용적 계산 비용을 확보하기 위해서 2 mmx2 mm 를 한 픽셀로 설정하는 것이 가독성과 효율적 계산 비용 측면에서 적절하였다.
하지만 처리에 있어서 차이점이 존재하는데, 주 알고리즘이 시작되기 전에 순서대로 패턴 수만큼 배치를 시도하다가 성공하 면 해당 노트들을 도면의 Contour로 취급하여 이후 고정이 진행 되며, 만일 모든 패턴 수의 시도에도 용접 정보 표기가 기준점 주변에 겹침을 발생시킨다면 이후에 설명될 Table 배치와 같이 설계 변수가 추가되는 형태로 알고리즘이 진행되었다. 비록 용접 정보 표기는 크기가 비교적 작아서 배치에 큰 어려움은 없었지만 본래 복잡성이 높은 도면 배치에 있어서는 대부분 최적화 알고리 즘의 설계 변수로 가산되어서 계산 비용에 큰 부담이 됨을 확인할 수 있었다.
즉 함수의 호출 때마다 MOV 연산자를 사용하기 보다는 필요할 때 마다 해당 함수를 복사하여 계산 비용을 줄였 다. 결론적으로 이러한 기법들을 통해서 총 수행 시간을 평균 1/16으로 줄일 수 있었다.

후속연구

SA는 국부 최적점을 벗어날 가능성을 가진 알고리즘이지만 계산비용이 과다하게 소 비된다는 단점을 가진다. 이를 절감하기 위해서 Parall싀 SA 혹은 GPU를 활용한 새로운 알고리즘을 개발할 예정이다,

참고문헌 (17)

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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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