Standardization of an Integrated Application Resource of STEP for the Exchange of Procedurally Represented 2D CAD Models

절차적으로 표현된 2D CAD 모델 교환을 위한 STEP 통합 응용 자원의 표준화

김병철*, 문두환**, 안경익***, 한순흥****

Standardization of an Integrated Application Resource of STEP for the Exchange of Procedurally Represented 2D CAD Models

Byungchul Kim*, Duhwan Mun**, Kyungik An*** and Soonhung Han****

ABSTRACT

ISO 10303-112 is an integrated application resource of ISO 10303, commonly known as STEP, and specifies the procedural_sketch schema. The ISO 10303-112 provides general resources for the repre- sentation of modeling commands for the exchange of procedurally represented 2D CAD models. Proce- dural models have the advantage of being easy to edit, simply by changing values of parameters of their constructional operations. Such models are said to embody design intent, in the sense that modifi- cations to them conform to the method of creation used by their original creator, and they also comply with any constraints implied by the particular constructional operations used. This paper introduces the development and standardization process of the ISO 10303-112, and describes the concept of proce- dural 2D CAD modeling, the way to represent the procedural 2D CAD models in STEP and the har- monization with other STEP resources.

Key words : CAD model exchange, ISO 10303-112, procedural model, STEP

1. 서 론

서로다른

CAD

시스템간에

CAD

모델을교환하

는것은어렵지만중요한문제이다

. STEP(STandard

for the Exchange of Product model data,

제품 모 델데이터교환에관한표준

)

^[1]으로잘알려져있는

ISO 10303

^{은이러한문제를해결하기위해}

,

^서로다

른

CAD

^{시스템간혹은}

CAD

^{시스템과컴퓨터기반}

엔지니어링시스템간의데이터교환에활용될수있 는다양한표준자원을정의하고있는국제표준이다

.

1994

^년

STEP

^{이처음 세상에나왔을당시에는}

B-

rep(Boundary representation,

^{경계 표현법}

)

^모델이

CAD

^{모델의형상을표현하는대표적인표현방법이}

었기때문에

STEP

^{이제공하는형상표현방법도}

B-

rep

에초점을맞추고있다

.

그러나최근대부분의상

업용

CAD

시스템들은내부데이터구조로써절차적

형상 모델

(procedural shape model)

과

B-rep

모델이 결합된하이브리드

(hybrid)

모델을사용하고있다

.

절

차적형상모델은

CAD

모델의표현방법으로특징형

상

(feature)

^{들의 시퀀스}

(sequence)

^{를 사용하고}

, B-rep

모델은

CAD

^{모델의부수적인형상표현방법으로가}

시화및사용자와의상호작용을위해사용된다

. STEP

^{의다양한응용프로토콜}

(Application Protocol,

AP)

^중에서

STEP AP203

^{으로 알려져 있는}

ISO

10303-203

^[2]은

CAD

^{모델 교환형식으로가장널리}

사용되고있는표준으로

B-rep

^{모델을통한형상표}

현에초점을맞추고있다

.

^최근

CAD

^{시스템의모델}

품질에 대한 평가 및 향상 기술이 적용되어

ISO 10303-203

^을이용한

CAD

^{모델교환성공률이}

90%

를넘어섰다

.

^{하지만이러한높은성공률에도불구하}

고데이터를받는시스템으로

CAD

모델이전달된후 에는이를수정할수없거나수정하는데상당히어렵

**** 학생회원 , 한국과학기술원 기계공학과

**** 종신회원 , 한국해양연구원

**** 학생회원 , 경희대학교 건축학과

**** 종신회원 , 한국과학기술원 기계공학과

- 논문투고일 : 2007. 05. 18

- 심사완료일 : 2007. 11. 14

다는문제점이있다

.

^이는최초

CAD

^{데이터를생성}

했던 시스템에서 가지고 있던 설계 의도

(design intent)

^{정보및파라메트릭정보가}

ISO 10303-203

^과

같은표준중립파일을통해전달되는과정에서손실

되어버리기때문에발생하는문제이다

. ISO 10303-

203

^{을사용하여}

CAD

^{모델을전달할 때에는}

B-rep

모델만을 전달할수있고

,

^{특징형상및구속 조건}

,

파라메트릭정보로표현되는설계의도정보가손실 된다는문제점이있다

.

이러한 문제를 해결하고자

ISO TC184/SC4

의

Parametrics Group

은설계의도및절차적모델을교 환하기위한

STEP

자원들

(STEP resources)

을개발하

고 있다

.

하지만 이러한

STEP

표준 자원들은

3D

CAD

모델의교환을위한자원제공에초점이맞춰져

있기때문에

, 3D

기계

CAD

시스템의

2D

스케치모 듈이나범용

2D

도면저작도구들의설계이력을표 현하는데에는한계점을가지고있다

.

본논문에서는 기존에

3D

모델에대해서만적용이 되었던 절차적

CAD

^{모델표현 방식을}

2D CAD

^{모델에적용한다}

.

또한

,

^{저자는절차적으로표현된}

2D CAD

^모델의교

환을위한

STEP

^{표준자원을개발하였으며}

,

^이는현

재

ISO 10303-112

^{[3]국제표준으로제정되었다}

.

본논문에서는

ISO 10303-112

^의절차적

2D CAD

모델을표현하기위한방법론을소개한다

.

^또한

STEP

의 새로운 통합 응용 자원

(integrated application

resource)

^{을개발할경우우선적으로고려되고해결되}

어야할사항인

,

^기존의

STEP

^{자원들과의조화}

(

^또는

호환성

)

를유지하는방법에대해서도소개한다

.

본논문은다음과같이구성되어있다

. 2

절에서는

ISO 10303-112

와 관련이 있는 유사 연구 및

Para- metrics Group

의다른표준들을살펴본다

.

제

3

절에서 는

ISO 10303-112

가 표현하고자 하는

,

절차적

2D

CAD

^{모델에대한개념을소개한다}

. 4

^절에서는

ISO

10303-112

^{의표준화과정}

,

^{적용범위및기술적이슈}

에대해서설명한다

. 5

^절에서는

ISO 10303-112

^의절

차적

2D CAD

^{모델을 표현하는 방법 및 기존의}

STEP

^{자원들과의조화를유지하기위한방법을소개}

한다

. 6

^절에서는

ISO 10303-112

^{에대한고찰과결론}

을제시한다

.

2. 관련 연구

절차적

CAD

^{모델을서로다른}

CAD

^{시스템사이}

에서교환하기위해서는

i)

^조립조건

,

^특징형상

,

^매개

변수

(parameters),

^{제약조건과같은설계의도의표}

현

, ii)

^{설계이력의표현}

, iii)

^{절차적모델링과정에서}

형상생성을위해참조된기하및위상요소의식별 방법이제공되어야한다

.

^{이와같은기능을제공하는}

중립모델개발에관한연구로는

STEP

^{의파라메트릭}

관련 자원 개발에 관한 연구와

,

^{매크로 파라메트릭}

(macro-parametric)

^{방법론에관한연구가있다}

.

ISO TC184/SC4

^의

Parametrics Group

^{의주요업무}

는

,

^{특징형상및파라메트릭모델교환을위한}

STEP

표준안을개발하는것이다^[4-6]

.

^총

5

^{개의표준문서가}

국제표준으로승인되었다

. 5

개의제안된문서는본

논문에서소개하는

ISO 10303-112

를포함하여

ISO

10303-55

^[7]

, ISO 10303-108

^[8,9]

, ISO 10303-109

^[10]

, ISO 10303-111

^[11]이다

. ISO 10303-55

는

STEP

에서 절차적모델링

(

또는생성이력모델링

)

을위한메커 니즘을제공한다

.

그리고절차적형상모델링시

,

사 용자가명시적으로선택한위상및기하요소정보를 표현하기위한메커니즘도제공한다

. ISO 10303-108

은명시적매개변수

(explicit parameter)

와구속조건을 표현하기위한엔티티를제공한다

.

^{이는상업용}

CAD

시스템들이제공하는파라메트릭기능및구속조건 을교환할수있게한다

. ISO 10303-109

^{는조립체모}

델을구성하기위한구속조건을제공한다

.

^이를사용

하면구속조건을포함한조립체모델을교환할수있

다

. ISO 10303-111

^{은솔리드형상을모델링하기위}

한특징형상을제공한다

.

^{특징형상은절차적모델에서}

모델링시퀀스의기본단위인모델링작업

(operation)

을명세한다

. ISO 10303-111

^은

3D

^{모델링을위한특}

징형상을제공하는반면

, ISO 10303-112

에서제공되

는자원들은절차적

2D

모델링을위한특징형상에해 당된다

.

Parametrics Group

에서 개발한표준들외에

STEP

에서는명시적으로표현된

2D

도면을교환하기위한 응용 프로토콜인

ISO 10303-201

^[12]과

ISO 10303- 202

^{[13]가제공된다}

.

^또한

ISO 10303-42

^{[14]에서는기}

본적으로

2

^차원및

3

^{차원기하형상을표현할수있}

는 자원을 제공한다

. CHAPS

^{프로젝트[15]에서는}

Parametrics Group

^이개발한

STEP

^{파라메트릭표준을}

사용하여

,

^{특징형상 및파라메트릭모델을교환하는}

실험을하였다

. Table 1

^{은관련연구들의비교를보여}

준다

.

^여기서

ISO 10303-201

^과

ISO 10303-202

^는직

접기하형상을표현하는자원을정의하지는않지만

, ISO 10303-42

^{를참조하여이를이용할수있다}

.

매크로 파라메트릭 방법론은 설계 이력

(design history)

^{기반파라메트릭모델교환방법이다[16,17]}

.

^매

크로파라메트릭방법론에서는모델링명령어의시퀀

스나모델링이력을기록한매크로정보가교환된다

.

매크로파라메트릭에서의매핑은두레벨

(

수준

)

로이

루어진다

.

첫번째레벨은

CAD

시스템의사용자명

령어 집합

(modeling commands set)

과 중립 명령어 집합

(neutral modeling commands set)

^[18] 간의 명령

어매핑이고

,

두번째레벨은상업용

CAD

시스템의

매크로파일

(macro file)

과중립형태의

XML

매크로 파일

(XML macro file)

간의데이터변환이다

. CAD

모델을변환하기위해서

,

상업용

CAD

시스템에서생

성된매크로정보가

XML

^{매크로파일로변환된다}

.

이는다시교환대상인또다른

CAD

^{시스템의명령}

어시퀀스로변환된다

.

^{여기서사용되는중립모델링}

명령어집합은

, 5

^{개의상업용}

CAD

^{시스템을분석하}

여정의되었으며

, XML

^{매크로파일의스키마를정의}

하였다

.

^{매크로 파라메트릭 방법에서는 절차적}

2D

CAD

^{모델의표현이가능하다}

.

ISO 10303-112

^{는매크로파라메트릭연구에서정}

의된중립모델링명령어들중에서스케치관련명령 어들을표준화하여다른 파라메트릭관련 자원들과 조화시킨결과이다

.

^따라서

Parametrics Group

^의표준

안과매크로파라메트릭의중립모델링명령어집합 은

ISO 10303-112

와밀접한관련이있고

4

절에서자 세히설명한다

.

Parametrics Group

의연구와매크로파라메트릭연

구이외에도

,

절차적

3D CAD

모델을전달및그인

터페이스에관한 몇가지 연구^[19-23]가있었지만

, 2D

스케치를표현할때에는내부적으로명시적

(explicit)

모델을사용하였다

.

^이는

ISO 10303-112

^{가추구하는}

절차적모델링과는차이가있다

. 2D CAD

^모델을명

시적으로표현하는것과절차적으로표현하는방법의 차이를

3

^{절에서설명한다}

.

3. 절차적 2D CAD 모델

3.1명시적모델과절차적모델

대부분의기존

2D CAD

^모델은

,

^{기하 정보 외에}

명시적구속조건을이용하여파라메트릭정보를표 현하는명시적모델

(explicit model)

이다

.

명시적모델

은 기하 및 위상 요소

,

논리적 구속 조건

(logical

constraint),

치수 구속 조건

(dimensional constraint)

으로구성된다^[24]

. STEP

에서명시적모델의기하및

위상요소표현을위한자원으로는

ISO 10303-42

가 있다

.

명시적모델의구성은모델링순서와는상관이 없다

.

이와는대조적으로

,

절차적모델은모델을생성 하는데사용한명령어들의시퀀스로표현된다^[6,7]

.

각 명령어들은입력매개변수및출력값

,

^{명령어의기능}

에의해서정의되고

,

^{명령어들의연산순서가바뀌면}

결과가바뀔수있기때문에

,

^{명령어들의연산순서가}

중요하다

.

Fig. 1

의체스게임은명시적모델과절차적모델의

차이점을잘설명한다

. Fig. 1

의왼쪽보드는체스게

임전체내용중어떤특정한시점에서의게임상태를 명시적으로표현한다

.

^{그러나이상태에도달하기까}

지의과정을설명하기위한어떠한정보도제공되지 않는다

.

^{체스게임의전체적인이력}

(history)

^을알기위

해서는

Fig. 1

^{의오른쪽과같이게임과정에대한절}

차적인표현방법이제공되어야한다

.

2D CAD

^{모델링의경우를예로들어설명하면다}

음과같다

.

^{명시적방법에서는서로평행한두직선들}

을다음과같이표현한다

.

^이때

,

^{각정보의기록순서}

Table 1.

Comparison of related works

ISO 10303-42 ISO 10303-108 ISO 10303-201 ISO 10303-202 ISO 10303-112

Geometries O X X X X

Constraints X O X X X

Annotations X X O O X

3D association X X X O X

Procedural commands

(2D modeling features) X X X X O

Fig. 1.

Explicit and procedural representations of a chess

game

^[6]

.

는중요하지않다

.

- 직선: l1 (시작점, 끝점);

- 직선: l2 (시작점, 끝점);

- 평행 구속 조건: parallel_constraint (l1, l2);

반면에절차적모델에서는위와동일한정보가다 음과같이표현될수있다

.

^{그러나이경우명령어의}

실행순서가중요하다

.

1. l1 = create_line (시작점, 끝점);

2. l2 = create_parallel_line_with (l1);

3.2절차적 2D CAD모델링의장점

상업용기계

CAD

시스템들은

3

차원형상생성을

위해서절차적모델과명시적모델을같이사용하는 하이브리드

(hybrid)

모델링 기법을사용하고 있다

.

즉

,

^{명시적모델링기법을이용하여}

2D

^{스케치를생}

성한후

,

^생성된

2D

^스케치를

3

^{차원특징형상을생성}

하기위한매개변수로사용한다

.

^현재까지

CAD

^모델

링시

2D

^{형상을절차적으로표현하는것은일반적이}

지는않다

.

데이터구조측면에서볼때

,

^명시적

2D

^모델은개

별형상요소의생성방식에상관없이일반적으로한 가지의데이터표현방법만을제공한다

.

^{원을명시적}

방법으로표현한예가

Fig. 2

^이다

.

^{원은일반적으로}

원의중심점과원의반지름으로표현이되지만

,

^다양

한방법으로생성할수있다

. Fig. 2

^{의왼쪽에서는원}

을원의중심과반지름으로부터생성하는방법과원 위의세점으로부터원을생성하는방법을보여준다

.

그러나명시적모델링에서는원을생성하는방법과는 관계없이

,

생성결과인원에대한한가지표현방법 이메모리에저장된다

.

그러나절차적모델링을사용할경우에는원을생 성하는 명령어자체가 저장이 된다

.

^{명령어의연산}

결과가명시적으로원이될지라도

,

^{실제메모리에기}

억되는것은

Fig. 3

^{에서처럼원을생성하는명령어가}

된다

.

절차적모델링이사용되면

, 2D

^{형상을수정할경우}

설계자가형상을생성한방법을 재사용하여형상을 수정할수있다

.

예를들면

, Fig. 4(a)

^{에서는원위의세점으로부터}

원을생성한후

,

^{이원을다시수정할경우세점의}

위치를변경하여원을수정한다

.

^또한

Fig. 4(b)

^의경

우에서처럼

,

^{두선분①과②에대하여모따기연산을}

한후에

,

^{모따기연산의대상을선분①과선분③으}

로변경하여쉽게형상을변경할수있다

.

^만약

Fig.

4(b)

^{의작업을명시적}

2D CAD

^{모델에서한다면}

,

^모

따기연산의결과로생긴선분④를삭제하고다시선 분①과선분③에대해서모따기연산을해야한다

.

그러나이때에는선분②가이전모따기연산으로변 형이되었기때문에

,

처음모따기가설계자의실수로

Fig. 2.

Explicit modeling of 2D CAD models.

Fig. 3.

Procedural modeling of 2D CAD models.

Fig. 4.

Design changes in procedural 2D CAD models.

발생한것이라면선분②를원래의형상으로다시수 정을해야한다

.

이러한작업이가능한이유는절차적

2D CAD

^모

델에 사용된 명령어들이 암시적 구속 조건

(implicit constraint)

^{[6,8]을포함하고있기때문이다}

.

^{이와대조적}

으로명시적

2D CAD

^{모델의경우에는명시적구속}

조건

(explicit constraint)

^{을사용한다}

.

^{명시적구속조}

건은기하요소와는별도로모델안에분리되어서표

현되는구속조건을말한다^[6,8]

.

3.3절차적 2D CAD 모델의활용방안

절차적

2D CAD

모델이 현재 상업용

2D

도면

CAD

시스템이나

3D

기계

CAD

시스템의스케치모 듈에서제공하는방법은아니다

.

그러나점차적으로 전자분야

,

플랜트분야

,

건축분야등에서절차적모

델링기능이제공되는

2D CAD

시스템에대한필요

성이요구되고있다

.

절차적

2D CAD

모델이 활용될 수있는 사례로

플랜트 분야의

P&ID(Piping and Instrumentation Diagram)

^가있다

. P&ID

^{는플랜트의전체구성을보}

여주는다이어그램으로

,

^{파이프와펌프및관련장비}

들이

2

^{차원도형으로표현된다}

.

^최근에는

P&ID

^에설

계지식을포함시키는

iP&ID(intelligent P&ID)

^를구

현하려고하고있다^[25]

.

^{따라서설계자의의도를잘표}

현할수 있는절차적

2D CAD

^모델이

iP&ID

^를잘

표현할 수 있다

.

^또한

,

^절차적

2D CAD

^모델은

P&ID

^{외에도건축설계나전자회로설계에사용되}

는

2D CAD

시스템에서도설계자의의도를설계도에

표현하기위한좋은방법이다

.

예를들면

, CAD

도면

납품표준으로사용되고있는

KOSDIC(

건설분야도

면정보 교환표준

)

에도절차적

2D CAD

모델링의

기능이도입이된다면

,

납품이후에설계변경에대응 하기가용이할것이다

.

4. ISO 10303-112의 개요

4.1 ISO 10303-112의표준화과정

한문서를

STEP

^{표준문서로표준화하기위해서는}

NWI(New Work Item), WD(Working Draft), CD (Committee Draft), DIS(Draft International Standard), IS(International Standard)

^{의 단계를 거치게 된다}

. NWI

^{단계에서는표준화를하기위한내용을제안하}

는단계로

,

^{이단계를통과하면표준화과정을시작한}

다

. WD

^{단계는표준화문서의초안을제안하는단계}

이다

. CD

^{단계에서는해당전문가들이모인소위원회}

에서각국에서표결과정을통해제기한기술적인문 제점들을해결하여

,

^{기술적인이슈들이모두해결된}

문서를제안한다

. DIS

^단계는

IS

^{바로직전의단계}

로

,

^{문서가가지고있는편집상의문제점들을최종적}

으로확인하는과정이다

. DIS

^{단계를통과하게되면}

그문서는국제표준

(IS)

^{문서로등록된다}

.

^한문서의

표준화기간은

ISO

^{규정에따라}

30

^{개월로제한되어}

있다^[26]

.

ISO 10303-112

^{는매크로파라메트릭방법의중립}

모델링명령어집합에서시작한다

.

매크로파라메트 릭방법에서는

3D CAD

모델을절차적으로표현한 다

.

매크로 파라메트릭 방법에서는

,

절차적

2D

및

3D CAD

모델을표현하기위한명령어로

,

중립모델

링명령어집합을정의했다

.

중립모델링명령어집 합은가장 많이사용되고있는

5

개의상업용

CAD

시스템인

Pro/ENGINEER, CATIA V5, Unigraphics,

SolidWorks, IDEAS

의모델링명령어들의공통집합이

다

.

중립모델링명령어집합은

Table 2

과같이

96

개 의핵심 명령어

(Core Commands, CC)

^와

51

^{개의 비}

핵심 명령어

(Non-Core Commands, NCC)

^{로 구성되}

어있다

.

^{또한이들은스케치모델링명령어}

,

^솔리드

모델링명령어

,

^{곡면모델링명령어}

,

^{구속조건부여}

명령어로구성되어있다

.

국제표준화를위해서

Table 2

에보여진중립모델

링명령어집합전체에서

,

기존의다른표준안들과중 복되지않는스케치명령어에대해서표준화과정을 진행하였다

.

^{중복이발생하는기존의다른표준안들}

이란

,

^{구속조건명령어부분은}

ISO 10303-108,

^솔리

드명령어는

, ISO 10303-111

^이다

.

CD

^{단계에서는}

ISO 10303-112

^{와 밀접한 관련이}

있는

ISO 10303-42

^및

ISO 10303-55

^{와의 조화}

(harmonization)

^{을위하여조정이되었다}

.

^{그리고명시}

적 제약조건 및 매개변수의 표현을 위해서

ISO

10303-108

^{과의 조화 작업이 진행되었다}

.

^{이에 따라}

ISO 10303-112

^{는매크로파라메트릭연구에서초기}

에제안된중립모델링명령어와상당히다른형태를 가지게되었다

.

^그후

,

^{편집상의오류들이수정되어}

,

Table 2.

The composition of the neutral modeling commands set

Sketch Solid Surface Constraint Total

CC 32 22 17 25 96

NCC 26 17 6 2 51

Total 58 39 23 27 147

2006

^년

12

^월

7

^{일에국제표준}

(IS)

^{으로승인되었다}

.

4.2 ISO 10303-112의적용범위

ISO 10303-112

^는

STEP

^의

procedural_sketch

^스키

마를정의한다

. ISO 10303-112

^{는절차적으로표현된}

2D CAD

^{모델을교환할때사용하는}

2D

^모델링명

령어

(2D

^특징형상

)

^{를제공한다}

.

^그러나

ISO 10303-

112

^{만으로는절차적}

2D CAD

^{모델을교환할수없}

고

,

^{명시적제약조건및매개변수의표현}

,

^모델링이

력의 표현

,

기하 및위상 요소의 식별을위한 다른

STEP

표준들과함께사용된다

.

다음은

ISO 10303-112

의적용범위이다

.

• 선분

,

원호

,

모따기

,

필렛과같은기하요소를위

한생성명령어를표현하는엔티티

(entity)

• 회전

,

직선 이동과같은 변환

(transformation)

연 산을표현하는엔티티

이에대한내용은

5.1

절에서설명한다

.

한편다음은

ISO 10303-112

^{의적용범위에포함되지않는다}

.

• 모델링명령어시퀀스의기술

• 절차적모델에서사용자가선택한명시적엔티티 의확인

• 질의

(query),

^삭제

,

^{변형명령어}

.

^{이경우변환명}

령어는예외이다

.

• 치수및구속조건과관련된명령어

4.3 기술적이슈

절차적

2D CAD

^{모델링을위해서는}

•

STEP

에서

2D

모델링명령어집합의명세

• 모델링명령어시퀀스의기술

• 절차적모델에서사용자가선택한명시적엔티티 의확인

• 치수및구속조건표현

• 모델링명령어의애매모호함제거

에대한이슈를해결해야한다

.

^{이러한대부분의이슈}

들은기존의 다른

STEP

^{자원들을활용하여해결할}

수있다

.

^{그러나이러한자원들을활용하기위해서는}

조화

(harmonization)

^{라는과정을거쳐야한다}

.

^이에대

한기술적내용과조화방법에대해서는각각

5.2

^절

, 5.3

^절

, 5.4

^{절에서설명한다}

.

처음 두 항목은

ISO 10303-55

^{가 제공한다}

.

^이에

대한내용은각각

5.2

^절과

5.3

^{절에서설명한다}

.

^그리

고네번째항목은

ISO 10303-108

^{이제공한다}

.

^이에

대한내용은

5.4

^{절에서설명한다}

.

5. STEP에서 절차적 2D CAD 모델의 표현

5.1 2D모델링명령어집합의명세

STEP

^{에서원을표현하기위해서는}

ISO 10303-42

의

circle

^{엔티티를사용한다}

.

^{이는원의정적인상태}

를나타내는엔티티이지만

,

^{원을생성하는의미를가}

지고있는명령어는아니다

.

^{따라서원을생성하는명}

령어가존재해야절차적모델에서원을표현할수있 다

. ISO 10303-112

의 역할은이러한

2D

모델링명

령어를정의하는것이다

.

예를들면

Table 3

은원위

를 지나는 세점으로부터 원을 생성하는명령어인

create_circle_3_points

엔티티를

EXPRESS

^[27]언어를

사용하여정의한다

. EXPRESS

언어는

STEP

엔티티

를정의할때사용하는데이터모델링언어이다

.

이 정의에서

create_circle_3_points

엔티티는 형식이

cartesian_point

인세개의값을속성값으로가진다

.

이 속성들은모델링명령어의인자와같은역할을한다

.

그리고

WR1

^{다음에 오는}

non_collinear_2d_points (

^…

)

^{는주어진세점이일직선을이루어서는안된다}

는의미이다

.

이외에도

ISO 10303-112

는다양한원생성명령

어를 정의한다

.

예를 들면

, create_circle_concentric

엔티티는선택한원과중심이같은원을생성하는명 령어이고

, create_circle_3_tangents

^{엔티티는 주어진}

세곡선에접하는원을생성하는명령어이다

. Fig. 5

^는

create_circle_3_points

^{엔티티의 상속 관}

계를

EXPRESS-G

^{다이어그램으로보여준다}

.

^상속관

계에서

create_circle_3_points

^엔티티는

create_circle

엔티티를 상속받고

, create_circle

^{엔티티는 다시}

sketch_create_curve_element

^{엔티티를 상속받는다}

. sketch_create_curve_element

^엔티티는

sketch_

command

^엔티티와

geometry_schema

^스키마의

geometric_representation_item

^{엔티티를동시에상속}

받는데

, geometric_representation_item

^{엔티티로부터}

Table 3.

The definition of the entity create_circle_3_points

의 상속은

sketch_create_curve_element

^엔티티가

ISO 10303-55

^{에서절차적모델을표현하기위한명령}

어로써사용될수있게한다

.

^{이에대한설명은}

5.3

^절

에나와있다

.

5.2모델링명령어의시퀀스

(

생성이력

)

기술

ISO 10303-112

^{는제공하는모델링명령어들의생}

성이력을

2D CAD

^{모델에서표현하기위하여}

ISO

10303-55

^의

procedural_shape_representation_sequence

엔티티를사용한다

.

Table 4

는

procedural_shape_representation_sequence

엔티티와

ISO 10303-112

의엔티티를사용하여절차

적

2D CAD

^{모델을 표현하는 방법을 보여준다}

.

procedural_shape_representation_sequence

^엔티티의

속성들은절차적으로표현되는형상을구축하기위한 명령어들을 의미한다

. Table 3

^{의 예제에서는}

#33,

#34, #13, #14, #12

^{의명령어들이순서대로실행된다}

.

#33

^과

#34

^는

Table 3

^{에서는생략된}

cartesian_point

^의

인스턴스

(#37, #38, #39, #40)

^{를사용하여선분을생}

성한다

.

^그뒤에

#13

^과

#14

^{에서사용자는}

#17

^과

#18

에해당하는형상을선택하고

, #12

^에서

#17

^과

#18

^을

가지고필렛

(fillet)

^{을수행한다}

.

procedural_shape_representation_sequence

^엔티티는

ISO 10303-42

^{에 정의된}

geometric_representation_

item

^{엔티티형식의인스턴스를인자로사용한다}

. ISO

10303-112

^{의엔티티들은}

Fig. 5

^{에서와같이}

geometric_

representation_item

^{엔티티로부터상속받았기때문에}

, procedural_shape_representation_sequence

^엔티티의

인자로사용할수있다

.

5.3명시적으로선택된위상및기하요소의식별

절차적

CAD

모델링에서는필렛과같이현재형상

의일부분을사용자가선택해서

,

다음에오는명령어 의인자로사용해야할경우가있다

.

이때명시적모 델의요소를사용하는것이편리하다

.

명시적요소를 사용하지않더라도

,

고유명칭

(persistent naming)

방 법을사용하여절차적형상모델의요소를선택하는

방법도있다^[28,29]

.

^{그러나현재의}

STEP

^{표준에서는고}

유명칭방법을제공하지는않는다

. ISO 10303-112

^에

서는 명시적 모델의 요소를 선택하기 위하여

ISO 10303-55

^{의메커니즘을사용한다}

.

ISO 10303-55

^{는 명시적으로 표현된 형상 모델의}

요소를선택하기위하여

user_selected_shape_elements

엔티티를 제공한다

. Table 4

^의

#13

^과

#14

^는

user_

selected_shape_elements

^{엔티티를 사용한 예이다}

.

#13

^{의인자로 사용되는}

#17

^의

trimmed_curve

^인스

턴스는사용자가선택하려고하는명시적형상모델 의 요소이다

.

시스템이

#13

의

user_selected_shape_

elements

인스턴스를만나게되었을때

,

현재모델은

#33

과

#34

의명령어를수행하여명시적형상모델을

구축한상태이다

.

시스템은이형상모델안에서

#13

의인자로사용된

, #17

^의

trimmed_curve

^{와일치하는}

요소를 검색하고 선택한다

. #14

^의

user_selected_

shape_elements

^{인스턴스도 같은 방법으로}

#18

^의

trimmed_curve

^{에해당하는요소를선택한다}

.

^이렇게

선택된

#17

^과

#18

^은

#12

^의

sketch_operate_fillet

^명

령어의인자로사용된다

.

5.4 치수및명시적구속조건의표현

STEP

^{에서 치수 및명시적구속 조건을표현하기}

위해서는

ISO 10303-108

^{의엔티티를사용한다}

.

^그러

나

ISO 10303-108

^{의 엔티티는}

ISO 10303-112

^와는

다르게 명시적 요소를 표현한다

.

^{예를 들면}

, ISO

10303-108

^에정의된

parallel_geometric_constraint

^엔

Fig. 5.

The EXPRESS-G diagram of the create_circle_

3_points entity.

Table 4.

Representation of procedural 2D CAD models

티티는두요소가평행하다는상태를표현할뿐

,

^두

요소를평행하도록하는명령어의의미가아니다

.

^그

러나명시적요소를표현하는엔티티의인스턴스가

ISO 10303-55

^의

procedural_shape_representation_

sequence

^{의속성값으로사용될때에는두요소에평}

행구속조건을부여하는명령어의의미를갖게된 다

.

^{같은이유로}

, ISO 10303-42

^의

circle

^{엔티티도원}

의 상태를 표현하지만

, procedural_shape_represen

tation_sequence

^{의속성값으로사용될때에는원을생}

성하는명령어의의미를가지게된다

.

따라서절차적

형상 모델을 표현하기 위하여

procedural_shape_

representation_sequence

를사용할때

,

치수나구속조

건을표현하기위하여

ISO 10303-108

의엔티티들을

사용할수있다

.

Table 5

^{의예제에서는두선분}

#23

^과

#24

^에평행

구속 조건을 부여하기 위하여

#11

에서

parallel_

geometric_constraint

엔티티의인스턴스를사용한다

. #23

과

#24

의

line

엔티티의인스턴스는평행 구속 조건을적용하기전에

#15

와

#16

에서먼저선택이되 었다

.

5.5 모델링명령어의애매모호함제거

ISO 10303-112

^에정의된

create_line_segment_point_

tangent

^엔티티는

,

^{주어진한 점을시작점으로갖고}

주어진곡선에접하는선분을생성하는명령어이다

.

그러나이경우에는

Fig. 6

^{에서처럼두개의해를가}

진다

.

^{이런경우해를유일하게구하기위하여다른}

조건을 추가해 주어야 한다

. ISO 10303-112

^에서는

이를위하여

ISO 10303-108

^{이제공하는메커니즘을}

사용한다

.

ISO 10303-108

에서는이런경우해를유일하게구

하기위하여

near_point_relationship

엔티티를제공한 다

. near_point_relationship

엔티티는두개의속성을 가지는데

,

첫번째속성

relating_representation_item

은곡선또는곡면을의미하고두번째속성

related_

representation_item

은첫번째속성으로사용된곡선

또는 곡면에근접한 한점을 의미한다

. create_line_

segment_point_tangent

^{엔티티의 정의에서는 직선이}

접할곡선 인자인

tangent_curve

^{를선택할때}

, near_

point_relationship

^{엔티티 형식의}

tangent_curve_

near_point

^{인자를 추가로 사용한다}

.

^{이 때}

, near_

point_relationship

^의

relating_representation_item

^속성

값은

tangent_curve

^{와 동일해야 하고}

, related_

representation_item

^속성값은

tangent_curve

^에근접한

점이 된다

.

^{그리고 생성되는 선분은}

near_point_

relationship

^{의 두 번째}

related_representation_item

^으

로사용된점에가까운선분으로선택이된다

.

^일반적

으로

related_representation_item

^{의 값은 사용자가}

tangent_curve

를 선택할때사용된

tangent_curve

위 의점이된다

.

Table 6

는

create_line_segment_point_tangent

엔티 티의정의를보여준다

.

Table 5.

Representation of explicit constraints in procedural 2D CAD models

Fig. 6.

The create_line_segment_point_tangent entity.

Table 6.

The definition of the entity create_line_segment_

point_tangent

이외에도

ISO 10303-112

^에는

create_circular_arc _3_tangents

^엔티티

, create_circle_3_tangents

^엔티티

를포함하여여러엔티티들이

near_point_relationship

을사용한다

.

6. 구현 및 실험

본연구에서는절차적

2D CAD

^{모델링의개념을}

보여주는데모프로그램을구현하였다

.

^{데모 프로그}

램은다음과같은환경에서구현되었다

.

• 운영체제

: Windows XP

• 프로그래밍언어

: C++

•

GUI

구현

: MFC (Microsoft Foundation Classes)

• 그래픽라이브러리

: OpenGL

프로그램은

C++

와

MFC

를이용하여

Windows XP

에서구현되었다

.

별도의형상모델링커널은이용하 지않고

, OpenGL

만을이용하였다

.

Fig. 7

^{은구현결과및절차적}

2D CAD

^모델링의

구현실험을보여준다

.

^{모델링은다음과같은순서로}

진행되었다

.

①

(Fig. 7

^의

1)

^{선분들을생성한다}

.

②

(Fig. 7

^의

2)

^{두개의 선분을선택하여모따기}

(chamfer)

^{를생성한다}

.

③

(Fig. 7

^의

3)

^{잘못선택된선분을수정하기위하}

여왼쪽의모델링이력트리에서모따기를더블 클릭한다

.

^{그러면프로그램은모따기수정모드}

로들어간다

.

^{모따기를수정하기위하여새로운}

선분들을선택한다

.

④

(Fig. 7

^의

4)

^{수정을완료하면화면에보는바와}

같이모델이수정된다

.

Fig. 7-3

^{에서수정모드로진입했을때}

,

^{모델이모따}

기생성이전의형상으로돌아간것을볼수있다

.

이 는절차적모델정보를유지하기때문에가능한것이 다

.

만약명시적모델링환경에서이와같은작업을 한다면

,

잘못된모따기작업으로생성된선분들을지 우고

,

원래형상으로복원을한뒤

,

새로모따기를수

행해야할것이다

.

^{이로부터절차적모델링이}

Fig. 7

과같은형상수정에있어서장점을제공한다는것을 볼수있다

.

7. 결 론

본논문에서는절차적

2D

^{모델링개념에대해서살}

Fig. 7.

The implementation of the procedural 2D CAD modeling.

펴본후

,

^{서로 다른}

CAD

^{시스템들간에절차적으로}

표현된

2D CAD

^{모델의 교환을위해서필요한}

2D

모델링명령어집합의개발과정및그표준화결과인

ISO 10303-112

^{에 대해서 설명하였다}

. ISO 10303- 112

^{개발을위해서}

,

^{매크로파라메트릭방법에서제안}

된중립스케치모델링명령어들을

STEP

^의정보모

델링방법에맞게수정한후

,

^다른

STEP

^{파라메트릭}

관련자원들과조화작업을수행하였다

.

본연구에서는또한절차적

2D CAD

^{모델링의개}

념을보여주기위한데모프로그램을구현하였고이 를실험하였다

. 2D CAD

모델을수정할경우절차적

2D CAD

모델링이더효과적일수있다는것을데모

프로그램으로부터확인할수있다

.

그러나본연구에 서구현한프로그램은개념을보여주기위한것이므 로

,

복잡한형상을표현할수있는프로그램개발이 필요하다

.

또한이프로그램은

ISO 10303-112

가제안

하는절차적

2D CAD

모델링방법을지원하는것이

바람직할것이다

.

특히절차적

2D

모델링에서명시적 으로선택된기하요소에대한참조정보를

,

^모델수

정후에도일관성있게유지하는메커니즘

(

^고유명칭

방법

)

^{에대한연구가중요한이슈가될것이다}

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2005.

김 병 철

2001

^{년고려대학교기계공학과학사}

2003

^{년한국과학기술원기계공학과석사}

2003

^년

~2008

^{년한국과학기술원기계공}

학과박사

2008

^년

~

^현재

: (

^주

)

^{부품디비책임연구원}

관심분야

: CAD Data Exchange, CAD Interoperability, Geometric Model- ing

문 두 환

1999

^{년고려대기계공학과 학사}

2001

^{년한국과학기술원기계공학과석사}

2006

^{년한국과학기술원기계공학과박사}

2006

^년

~

^{현재한국해양연구원선임연구원}

관심분야

: Feature-based Modeling, Eng-ineering Data Exchange, STEP/PLIB/RDL, E-Commerce, Digital Manufacturing, Modeling and Simulation

안 경 익

2004

^{년경희대학교건축공학과학사}

2004

^년

~

^{현재경희대학교건축공학과석}

박사통합과정

2004

^년

~

^현재

(

^사

)STEP

^{센터연구원}

관심분야

:

^건설

CALS/EC,

^{건축정보기}

술

, STEP/IFC/RDL

한 순 흥

한국과학기술원기계공학과의 교수이 며

, 2004

^{년까지웹저널인}

International Journal of CAD/CAM(www.ijcc.org)

^의

편집장으로 활동하였다

. 2003

^년까지

STEP

^센터

(www.kstep.or.kr)

^{의 회장과}

전자거래학회

(www.calsec.or.kr)

^의회장

을맡았으며

,

^{관심분야는}

STEP,

^가상

현실응용

,

^지능형

CAD

^이다

.

^연락처

는

[email protected],

^홈페이지

http://

icad.kaist.ac.kr,

^{미국미시건 대학에서}

1990

^{년박사학위}