Development of an ISO 15926-based Integration Platform of 3D Design Data for Process Plants
Byung Chul Kim
1
, Sangjin Park2
, Bong Cheol Kim2
, Sehyun Myung3
, and Duhwan Mun2†
1
Dept. of Mechanical Engineering, Dong-A Univ.2
Dept. of Precision Mechanical Engineering, Kyungpook Nat’l Univ.3
Dept. of Green Automotive Engineering, Youngsan Univ.Received 27 August 2015; received in revised form 25 September 2015; accepted 1 October 2015
ABSTRACT
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 dis- plays 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.
Key Words: B-rep, CSG, Data integration, ISO 15926, Mesh, Ontology, Plant 3D design data
1. 서 론
플랜트 생애주기 데이터의 통합과 공유는 플랜 트 산업에서 매우 중요하다. 왜냐하면 다수의 이 해관계자가 참여하는 플랜트 프로젝트에서 EPC(engineering, procurement, and construction) 사와 시공사, 기자재 공급사 및 소유주들간에 플 랜트 데이터를 효과적으로 관리하고 적시에 공유 하는 것은 조직의 효율성과 경쟁력을 높이기 때문
에 중요하다
[1]
. 이를 위해서 중립 데이터 모델을 정의하고 중립 모델을 기반으로 응용 시스템을 개 발하는 것이 일반적인 방법이다[2]
.플랜트 산업에서 대표적인 중립 데이터 모델로 는 플랜트 생애주기 데이터의 공유와 통합의 목적 으로 개발된 국제 표준인 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 자 원 및 구현 사양을 제공한다.ISO 15926을 포함한 산업 데이터 표준들은 주 로 EXPRESS 언어로 개발되었다. 최근에는 산업
†Corresponding Author, [email protected]
©2015 Society of CAD/CAM Engineers
데이터 표준에서 OWL(web ontology language)
[4]
, RDF(resource description framework)[5]
등의 시맨 틱 웹 기술을 표준사양에 적용하고 있다. OWL을 활용하면 EXPRESS보다 정확하고 구체적인 정보 의 기술이 가능하다. 또한 OWL로 인코딩 된 데이 터의 표현은 데이터의 장기적인 관리와 재사용이 용이하고 데이터에 추론 기능을 적용할 수 있는 이점이 있다[6]
.플랜트 3D 설계 데이터는 논리적 구성, 기자재 사양 및 포트, 그리고 3D 형상 데이터로 구성된 다. 지금까지 논리적 구성 및 기자재 사양에 관한 여러 연구들이 보고되었다. 그러나 ISO 15926 기 반 3D 설계 데이터의 교환 관련해서는 Jeon et al.
[7]
, Geize et al.[8]
, 및 Fiatech[9]
의 연구를 제외하고는 많지 않다. 3D 형상 정보를 ISO 15926 기반으로 표현하는 것이 어려운 이유는 ISO 15926 파트 3 등에서 제공하는 정보 자원이 부족하고 지원 도구 또한 없기 때문이다[10]
.ISO 15926 기반 3D 형상 표현을 위해서 Jeon, et al.
[7]
은 구축적 솔리드 형상(CSG, constructive solid geometry) 관련 ISO 15926 참조 데이터(클래 스, 속성 및 템플릿)를 정의하였다. 그리고 3D 설 계 모델에서 기자재의 논리적 관리 단위인 플랜트 아이템(plant item)과 3D 형상을 연계하는 참조 데 이터도 함께 정의하였다.이 논문에서는 Jeon, et al.
[7]
의 연구를 확장하여 ISO 15926 표준을 기반으로 플랜트 3D 설계 데이 터를 통합하는 방법을 제안한다. 이를 위해서 플 랜트 3D 설계 데이터를 기술하기 위한 정보 자원 인 참조 데이터를 정의한다. 구체적으로 3D 형상 데이터를 CSG 뿐만 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 논의한 다. 그리고 정의된 ISO 15926 기반 모델을 지원하 는 프로토타입 통합 플랫폼을 개발하고 샘플 3D 설계 데이터의 로딩 및 정보 제공 실험을 수행한다.이 논문은 다음과 같이 구성된다. 2절에서는 ISO 15926 기반 플랜트 데이터 교환에 관한 연구들을 살펴본다. 3절에서는 ISO 15926을 활용한 플랜트 3D 설계 정보 표현 방법을 제안한다. 4절에서는 ISO 15926 기반 플랜트 설계 데이터 통합 플랫폼 을 설명한다. 5절에서는 프로토타입 통합 플랫폼
을 활용하여 샘플 3D 설계 데이터를 로딩한 후 관 련 정보를 제공하는 실험 결과를 분석한다. 마지 막으로 6절에서 연구의 결론을 맺고 향후 연구방 향을 제시한다.
2. 관련연구
프로세스 플랜트 산업에서 데이터의 상호운용 성(interoperability)을 확보하기 위해 표준화된 중 립데이터 모델을 활용하는 연구가 많이 보고 되고 있다
[11]
. 대표적으로 ISO 15926 프로세스 플랜트 (process plants), ISO 10303 STEP(standard for the exchange of product model data)[12]
, 그리고 GPM(generic product model)[13]
이 있다.ISO 15926 표준은 데이터 모델에 관한 파트 2, 참조 데이터(reference data)에 관한 파트 3과 파트 4, 구현 방법을 제공하는 파트 7, 파트 8 및 파트 9, 시험 방법을 제공하는 파트 10으로 구성된다.
ISO 15926 표준 기반 플랜트 설계 데이터 교환에 관한 연구를 살펴보면 미국에 위치한 Fiatech과 노 르웨이의 PCA(POSC Caesar Association)는 두 컨 소시엄의 공통 연구인 IDS-ADI 프로젝트를 통해 서 iRINGTools
[14]
를 개발하였다. iRINGTools는 플 랜트 데이터와 ISO 15926 표준과의 매핑(mapping) 및 데이터를 교환하는 플랫폼이다. Jeon et al.[15]
은 iRINGTools를 이용하여 플랜트의 논리적 구성 및 기자재 사양 데이터의 교환이 가능하지만 2D P&ID 및 3D CAD 데이터에 포함된 형상 정보는 관련 템플릿 부재 및 부적합한 입력 데이터의 형식의 이유로 교환하기 어렵다고 보고하였다. PCA는 웹 서비스를 통해 클라이언트에 참조 데이터를 제공 하는 서비스인 RDS(reference data service)[16]
를 개 발하였다. RDS는 참조 데이터의 사용을 위한 엔 드포인트(endpoint)와 참조 데이터의 SPARQL (SPARQL protocol and RDF query language)[17]
질 의(query) 기능을 제공한다. XMpLant는 영국의 Numenon사가 개발한 플랜트 데이터 번역을 위한 중립 모델이다[18]
. XMpLant에 기반한 번역기 개 발 도구로 XMpDE가 있으며 PDS, PDMS 등의 플 랜트 설계 시스템들과의 인터페이스가 제공된다.ISO 10303 STEP은 제품 데이터 모델 표현 및 교환에 관한 국제 표준이다. STEP에서 제공하는 여러 응용 프로토콜(AP, application protocol) 중에 서 AP203
[19]
은 프로세스 플랜트 산업을 포함 한ASE(advanced shipbuilding enterprise) 프로젝트
[24,25]
가 있고, STEP AP239를 기반으로 선박 의장 데이터를 교환함으로써 설계 단계를 넘어 생 애주기 동안에 관리하는 방안도 제시되었다
[26]
. 국내에서도 STEP 표준을 활용하여 선박 및 해양 플랜트 선박 데이터를 교환하는 연구가 보고되 었다[27,28]
.GPM은 일본 히타치사가 원자력 플랜트의 데이 터 교환 및 공유를 위한 목적으로 ISO 10303 AP221, AP227 및 ISO 15926 등을 참조하여 개발한 중립 모델이다
[29]
. 국내에서는 GPM을 활용하여 2D P&ID와 3D CAD 데이터를 EPC사인 한국전력기 술과 원자력발전소의 운영주체인 한국수력원자력 간에 교환하는 연구가 보고되었다[30,31]
. 하지만 GPM은 ISO 15926 및 ISO 10303과는 달리 국제 표준화 과정을 거치지 않아 모델의 범용성이나 호 환성 측면에 제한이 있다[32]
.아이템이란 플랜트 3D 설계 데이터를 구성하는 최 하위 수준의 객체로서 일반적으로 플랜트를 구성 하는 기자재를 의미한다. 논리적 구성 정보는 is_assembled_from 관계에 의해서 플랜트(plant), 플랜트 시스템(plant_system), 시스템 유닛(system_
unit), 유닛 세그먼트(unit_segment), 및 플랜트 아 이템(plant_item) 간의 조립 관계를 표현한다. 기자 재의 포트 정보는 possesses 관계에 의해 표현된 다. 그리고 플랜트 아이템과 플랜트 아이템의 포 트간 연결정보(is_connected_to/from 관계)를 포함 한다. 그리고 플랜트 아이템의 사양 정보는 is_classified_by 관계에 의해서 연결된다. 플랜트 아이템의 사양은 분류 정보(is_subtype_of 관계)와 속성 정보(has_property_of 관계)를 포함한다. 플 랜트 아이템은 is_represented_by 관계에 의해 3D 형상 정보를 담고 있는 객체(plant_item_shape)와 연결된다. 그리고 이 객체는 is_placed_on과 is_
Fig. 1 Plant item-centered data structure of plant 3D design data
represented_by 관계에 의해 3D 형상의 위치/방향 정보(location_base_definition)와 상세 형상 정보 (shape_representation_item)에 각각 연결된다.
3.2 플랜트 3D 설계 정보 표현을 위한 ISO 15926 템플릿
ISO 15926 템플릿을 활용한 플랜트 3D 설계 정 보의 표현을 위해서 플랜트 논리적 구성 정보인 조립 관계, 분류 관계, 연결 관계를 표현하는 방법 을 3.2.2절에서 설명한다. 그리고 플랜트 아이템의 사양 및 포트 정보를 표현하는 방법을 3.2.3절에서 설명한다. 마지막으로 3D 형상 데이터를 CSG 뿐 만 아니라 삼각망 및 외부 경계 표현 형식으로 표 현하는 참조 데이터를 정의한 결과를 3.2.4절과 3.2.5절에서 논의한다.
3.2.1 ISO 15926 템플릿 구성
템플릿은 정보 표현의 일반적인 패턴을 구조화
하여 개발자에게 편리성과 일관성을 제공한다. ISO 15926 템플릿은, Fig. 2와 같이, 하향 템플릿(lowered template)과 상향 템플릿(lifted template)으로 구성 된다
[33]
. 상향 템플릿은 템플릿의 정확한 의미를 ISO 15926 파트 2 데이터 모델을 이용하여 기술 한 것이다. 하향 템플릿은 상향 템플릿의 간략화 버전으로 템플릿 서명(signature)으로 구성된다. 템 플릿 서명은 하향 템플릿에서 사용되는 템플릿 역 할(role)의 목록이다. 예를 들면 이 그림에서 x1에 서 x3이 템플릿 서명에 해당된다. 그리고 정의된 템플릿을 Fig. 2의 아래 부분과 같이 FOL(first order logic) 형식으로 표현한다.3.2.2 플랜트 논리적 구성 정보
플랜트 논리적 구성은 플랜트를 구성하는 객체 들간의 조립 및 연결 관계를 의미한다. 플랜트 아 이템들간의 조립 관계를 표현하는 템플릿으로는, Fig. 3과 같이, AssemblyOfAnIndividual이 있다. 이
Fig. 2 Template’s components and their composition in ISO 15926
템플릿의 hasWhole 역할은 조립체 객체를 식별하 고 hasPart는 부품 객체를 식별한다. 이 템플릿은 Fig. 1의 is_assembly_by에 해당된다.
연결 정보는 포트를 통한 플랜트 아이템들간 의 연결관계를 말하며 Fig. 1의 is_connected_to/
from에 해당된다. 플랜트 아이템들간의 연결정 보를 표현하기 위한 템플릿으로, Fig. 4와 같이, DirectConnectionOfTwoIndividuals이 있다. 이 템 플릿의 hasSide1과 hasSide2는 서로 연결되는 플 랜트 아이템을 식별한다. hasConnectionType은 연 결 타입을 식별한다. hasConnection은 해당 연결 관계를 식별하는 객체를 나타낸다.
3.2.3 플랜트 아이템의 사양 및 포트 정보 플랜트 아이템의 사양 및 포트를 나타내기 위해 서로 다른 템플릿을 연결하여 Fig. 5와 같이 표현 하였다. 플랜트 아이템 사양은 기능, 형상 등과 같 은 기자재의 특성을 나타내며 Fig. 1의 possesses 와 is_classified_by에 해당된다. 플랜트 아이템 의 사양은 플랜트 설계 데이터의 객체를 식별하
는 ClassificationOfIndividualOfPlantDesign 템플 릿에서 표현되고 식별된 객체의 특성 정보는 ClassOfIndividualHasIndirectPropertyWithValue 템 플릿에 의해 표현된다. 그리고 분류정보와 사양 정보는 ClassificationOfClassOfIndividual 템플릿 또는 SpecializationOfClassOfIndividual 템플릿 에 의해서 각각 표현된다. 포트 정보는 포트 위 치와 노즐(nozzle)과 같은 포트 타입을 가진다.
플랜트 아이템의 포트는 FeatureOfIndividual 템 플릿에서 식별된 포트아이디를 ClassificationOf IndividualOfPort 템플릿을 통해 포트 타입이 표현 된다.
3.2.4 플랜트 아이템의 3D 형상 정보
플랜트 기자재의 3D 형상을 표현하기 위해 플 랜트 아이템과 3D 형상 객체를 연결하는 템플릿 이 필요하다. 이를 위해서 플랜트 아이템의 형상 객체의 표현을 위한 템플릿인 IndividualHasShape 을 Fig. 6과 같이 정의하였다. 이 템플릿의 hasPossessor 역할은 플랜트 아이템을 나타내고 Fig. 3 AssemblyOfAnIndividual template (lifted)
Fig. 4 DirectConnectionOfTwoIndividuals template (lowerd)
Fig. 5 Templates link for specification and port of plant item
Fig. 6 IndividualHasShape template (lifted)
Fig. 7 DefinitionOfAxis2PlacementOfShape template (lifted)
hasShape 역할은 플랜트 아이템의 3D 형상 객체 를 나타낸다.
이와 함께 플랜트 아이템의 3D 형상 객체의 위 치 및 방향 정보를 표현하는 템플릿인 DefinitionOf Axis2PlacementOfShape을 Fig. 7과 같이 정의했 다. 이 템플릿의 hasShape 역할은 3D 형상 객체를 나타내고 hasShapeCoordinates 역할은 3D 형상 객 체의 배치를 위한 위치와 방향을 나타낸다. 위치 와 방향은 원점 좌표와 x와 y축 방향으로 기술한다.
3.2.5 3D 형상 객체의 상세 형상 정보
3D 형상 객체의 상세 형상 정보를 표현하기 위 해서는 형상의 차원 및 유형, 3D 형상을 표현하는 방법, 형상 표현 방법에 따라 기술된 상세 데이터 가 필요하다. 이를 위해서 3D 형상 객체의 상세 형 상 정보를 표현하는 템플릿인 DefinitionOfShape WithTemplateSet을 Fig. 8과 같이 정의했다. 이 템 플릿은 4개의 역할로 구성된다. hasShape 역할은 플랜트 아이템의 3D 형상 객체를 나타낸다.
hasShapeType 역할은 2D 또는 3D CAD와 같은 형 상의 차원 및 유형을 나타낸다. hasRepresentation Form 역할은 CSG나 B-rep과 같은 3D 형상의 표 현 방법을 나타낸다. hasGeometryDataSet 역할은 3D 형상 표현 방법에 따라 기술된 상세 데이터의 집합을 나타낸다.
서로 다른 형상 표현 방식인 CSG, Mesh 및 외 부 참조와 같은 상세 형상정보를 표현하기 위해서 정의한 템플릿 목록이 Table 1에 정리되어 있다.
4. ISO 15926 기반 플랜트 3D 설계 정보 통합 플랫폼의 설계
4.1 플랜트 3D 설계 정보의 통합을 위한 데이터 변환
ISO 15926 표준 기반의 플랜트 3D 설계 데이터 는 OWL 형식으로 인코딩되어 있다. 이 OWL 데 이터의 검색 및 추출을 위해서 시맨틱 웹 기반 질 의 언어인 SPARQL을 사용한다. 그리고 OWL 데 이터로부터 추출된 플랜트 3D 형상 정보의 처리 및 가시화를 위해서 ACIS와 같은 형상 모델링 커 널과 함께 HOOPS와 같은 3D 그래픽 엔진을 사 용한다. OWL 데이터를 읽고 처리하기 위해서 Jena 와 같은 지원 도구를 사용한다. 그리고 OWL 관련 Fig. 8 DefinitionOfShapeWithTemplateSet template (lifted)
Table 1 Templates list for plant 3D design data
지원 도구들은 대부분 Java언어로 개발되었다. 반 면에 형상 모델링 커널과 3D 그래픽 엔진들은 일 반적으로 C 또는 C++ 언어로 개발되었고 입력 데 이터 형식으로 OWL을 지원하지 않는다.
따라서, ISO 15926 표준 기반의 플랜트 3D 설 계 데이터의 처리 및 가시화를 위해서는 이와 같 은 시맨틱 웹, 형상 모델링, 3D 그래픽 관련 지원 도구의 개발 환경 제약 사항을 고려해야 한다. 이 에 따라 플랜트 3D 설계 정보 통합을 위해서 Fig.
9와 같은 데이터 변환 절차를 정의했다. OWL 형 식의 ISO 15926 표준 기반 플랜트 3D 설계 데이 터를 먼저 XML 형식으로 변환한다. 변환된 XML 형식의 플랜트 3D 설계 데이터를 로딩하고 설계 정보를 전시한다.
4.2 3D 설계 정보 통합 플랫폼의 유즈케이스 플랜트 3D 설계 정보의 통합 절차를 바탕으로 Fig. 10과 같은 통합 플랫폼의 유즈케이스(use- cases)를 정의하였다. 정의된 유즈케이스는 OWL 포맷의 ISO 15926 기반 데이터를 XML 포맷의 데 이터로 변환하는 단계와 변환된 XML 데이터를
로딩하는 단계, 그리고 로딩된 데이터의 정보를 읽 어 플랜트 3D 설계 데이터를 전시하는 단계로 구 성된다. 플랜트 3D 설계 데이터 전시는 플랜트 기 자재의 조립 정보(assembly relationship) 및 연결 정보(connection relationship), 기자재 기본 정보 (general data: specialization/classification), 3D 형 상 정보(shape data: CSG/Mesh/B-rep), 기자재 포 트 정보(ports), 기자재 사양 정보(properties)로 세 분화 된다.
Fig. 9 Conversion procedure of plant 3D design data
Fig. 10 Use cases of an integration platform of 3D design data
4.3 3D 설계 정보 통합 플랫폼의 구조
플랜트 3D 설계 정보 통합 플랫폼이 제공해야 하는 주요 기능 단위가 Fig. 11에 나타나 있다. ISO 15926 기반 플랜트 3D 설계 정보의 통합을 위한 시스템 기능 단위는 크게 두 가지로, OWL 데이터 의 처리 및 변환과 형상 모델링 및 3D 가시화로 구성된다. 먼저 OWL 데이터의 처리 및 변환을 위 해서 OWL 데이터 읽기 및 질의, 데이터 변환 및 쓰기 기능 단위가 필요하다. 그리고 형상 모델링 및 3D 가시화를 위해서 XML 파일 데이터 읽기 및 질의, 데이터 관리, 형상 모델링, 3D 가시화 기
능 단위가 필요하다.
분석된 시스템 유즈케이스와 시스템 기능 단위 를 바탕으로 플랜트 3D 설계 정보 통합 플랫폼의 시스템 아키텍처를 Fig. 12와 같이 정의하였다. 통 합 플랫폼은 ISO 15926 데이터 변환기(ISO 15926 data converter)와 플랜트 3D 설계 데이터 전시기 (Plant 3D design data visualizer)로 구성된다. ISO 15926 데이터 변환기는 OWL 파일을 읽고 데이터 를 질의 하여 플랜트 3D 설계 데이터 전시기가 읽 을 수 있는 XML 파일로 변환하는 서브 시스템이 다. ISO 15926 데이터 변환기는 Converter system Fig. 11 System function units of an integration platform of 3D design data
Fig. 12 System architecture of an integration platform of 3D design data
engine, Data Manager, XML writer, OWL manager, Query manager, Query list, 그리고 Plant 3D data structure로 구성된다. Converter system engine은 ISO 15926 데이터 변환기의 실행을 담당하는 클 래스다. Data Manager는 OWL 형식의 플랜트 3D 설계 데이터를 관리하는 클래스이다. OWL manager 는 OWL 형식의 ISO 15926 기반 3D 설계 데이터 를 변환기에서 사용하기 위한 온톨로지 모델을 만 드는 클래스이다. XML writer는 Query manager에 서 OWL 데이터로부터 추출된 플랜트 3D 설계 데 이터를 XML 파일로 작성하는 클래스이다. Query manager는 OWL manager가 관리하는 온톨로지 모델에 대해 SPARQL 질의를 수행하는 클래스이 다. Query list는 OWL 데이터를 검색하기 위한 SPARQL 질의문 목록이다. Plant 3D data structure 는, Fig. 13과 같이, 시스템 내에서 3D 설계 데이
터를 저장하는 데이터 구조이다.
플랜트 3D 설계 데이터 전시기는 XML 파일 읽 기, 형상 모델링, 3D형상정보 가시화를 위한 서브 시스템이다. 3D 설계 데이터 전시기는 Visualizer system engine, Data model(Plant Item 3D shape, Logical configuration/Equipment specification/Ports information), Plant 3D data structure, 그리고 Plant data reader로 구성된다. Visualizer system engine 은 플랜트 3D 설계 데이터 전시기의 실행을 담당 하는 클래스이다. Data model은 ISO 15926 기반 플랜트 3D 설계 데이터를 표현하기 위한 정보 모 델이다. 이 모델에서 플랜트 아이템의 3D 형상은 CSG, Mesh, 및 외부 B-rep 형식으로 표현된다. 그 리고 플랜트 아이템의 비형상 정보로 기자재 타 입, 상속관계, 기자재 사양, 및 포트 정보를 표현 한다. Plant 3D data structure는, Fig. 13과 같이, Fig. 13 Plant 3D design data structure of an integration platform
검증하기 위해서 프로토타입 시스템을 구현한 후 샘플 ISO 15926 기반 3D 설계 데이터의 로딩 및 가시화 실험을 수행하였다.
5.1 테스트 케이스: 플랜트 3D 설계 데이터 검증 실험을 위해서 ISO 15926 표준 기반 플랜 트 3D 설계 모델을 바탕으로 샘플 플랜트 3D 설 계 데이터를 작성하였다. 샘플 3D 설계 데이터에 는 플랜트를 구성하는 주요 기자재인 파이프(pipe) 2종, 밸브(valve) 1종, 펌프(pump) 1종, 용기(vessel) 1종에 대한 설계 정보가 담겨 있다. 플랜트 3D 설
플랜트 기자재에 대한 3D 설계 정보를 기반으 로 플랜트의 논리적 구성(플랜트 기자재간의 조립 정보 및 연결 정보)이 저장된다. 구체적으로 살펴 보면 조립 관계는 플랜트(plant)와 기기(equipment) 로 구성된다. 샘플 3D 설계 데이터에 저장된 기기 는 용기와 펌프이다. 플랜트는 배관 시스템(piping system)을 가진다. 배관 시스템은 배관 네트워크 시스템(piping network system)으로 구성된다. 배 관 네트워크 시스템은 파이프와 피팅(fitting)으로 구성된다. 이와 관련하여 샘플 3D 설계 데이터에 는 파이프와 밸브가 저장된다. 그리고 연결 정보
Fig. 14 Test case: plant 3D design data
는 플랜트 아이템의 포트간의 연결정보를 말한 다. 포트란 하나의 기자재에서 다른 기자재로 유 체가 이동하는 부분으로써 플랜트 아이템간의 연 결에 중요한 부분이다.
5.2 시스템 구현 및 실험
검증 실험을 위해서 플랜트3D 설계 정보 통합 플랫폼의 설계 결과를 기반으로 프로토타입 시스 템을 구현하였다. 프로토타입 플랜트 3D 설계 데 이터 통합 플랫폼은 두 개의 서브 시스템(ISO 15926 data converter와 Plant 3D design data visualizer)으
로 구성된다. 각 시스템의 구현환경 및 시스템 활 용 절차가 Fig. 15에 나타나 있다.
ISO 15926 데이터 변환기는 Java와 SWT를 사 용하여 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 Jena 와 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 제
Fig. 15 Prototype systems and their implementation environments
Fig. 16 ISO 15926 data converter
공하는 역할을 담당한다. 3차원 형상 데이터 처리 를 위한 형상 모델링 커널로 ACIS를 사용하였고 3차원 가시화를 위한 그래픽스 엔진으로 HOOPS 를 사용하였다. XML 데이터 처리를 위해서 MSXML을 사용하였다.
ISO 15926 데이터 변환기를 이용하여 ISO 15926 형식의 플랜트 3D 설계 데이터를 중립 XML 파일 로 변환한 결과가 Fig. 16이다. 변환기를 이용하여 OWL 포맷의 ISO 15926 기반 플랜트 3D 설계 데 이터를 선택한 후 변환(convert) 메뉴를 실행하면 OWL 포맷의 ISO 15926 데이터가 플랜트 3D 설 계 전시기가 읽을 수 있는 XML 포맷의 중립 파 일로 변환된다.
플랜트 3D 설계 전시기를 이용하여 플랜트 3D 설계 데이터를 가시화한 결과가 Fig. 17이다. 기자 재의 조립 정보는 화면의 좌측 상단, 기본 정보에 해당하는 타입과 분류 정보는 화면의 좌측 하단에 위치하고 있다. 그리고 기자재의 포트 정보, 사양 정보, 연결 정보가 화면의 우측에 위치하고 있다.
시스템의 중앙 화면에는 CSG, Mesh, B-rep 형식 으로 표현된 플랜트 기자재의 3D 형상이 가시화 된다. 조립 정보 창에서 특정 플랜트 아이템을 선 택하면 선택된 아이템이 중앙 화면 상에 하이라이 트가 된다. Fig. 17을 보면 샘플 플랜트 3D 설계
데이터에 포함된 모든 설계 정보를 사용자에게 제 공할 수 있음을 알 수 있다. 또한 플랜트 3D 설계 데이터 통합 플랫폼을 이용한 플랜트 3D 설계 데 이터의 변환 및 설계 정보 제공 실험을 통해서 ISO 15926 기반의 플랜트 3D 설계 모델이 요구되는 플 랜트 3D 설계 정보의 표현이 가능하며 시스템적 으로 구현이 가능함을 알 수 있었다.
6. 결 론
이 논문에서는 ISO 15926 표준을 활용하여 플 랜트 3D 설계 데이터를 통합하는 방법을 제안하 였다. 이를 위해서 먼저 3D 형상 데이터를 CSG 뿐만 아니라 삼각망 및 외부 B-rep 형식으로 표현 하는 참조 데이터를 정의하였다. 그리고 플랜트 논 리적 구성 정보인 조립 관계, 분류 관계, 연결 관 계를 템플릿으로 표현하는 방법을 개발하였다. 그 리고 ISO 15926 기반 설계 정보 통합 모델을 지 원하는 프로토타입 플랫폼을 개발한 후 검증 실험 을 수행하였다.
이 연구에서는 플랜트 3D 설계 데이터 통합 플 랫폼의 입력 데이터인 ISO 15926 형식의 3D 설계 데이터를 수작업으로 작성하였다. 따라서 프로토 타입 플랜트 3D 설계 데이터 통합 플랫폼을 산업 Fig. 17 Plant 3D design data visualizer
에 적용하기 위해서는 상업용 플랜트 3D CAD 시 스템의 고유(native) 데이터를 ISO 15926 형식의 데이터로 변환하는 번역기의 개발이 필요하다.
앞으로 ISO 15926 기반 설계 데이터 통합 플랫 폼을 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. 그리고 이를 지원하 는 정보 모델을 ISO 15926 표준을 활용하여 정의 한다. 마지막으로 통합 시나리오, 유즈케이스, 기 능 목록, 정보 모델을 바탕으로 플랜트 기자재 생 애주기 정보 통합 플랫폼을 개발한다.
감사의 글
이 논문은 산업통상자원부 산업핵심기술개발사 업(과제번호: 10048341) 및 기술혁신사업(과제번 호: 2011T100200145)과 국토교통부 플랜트연구사 업(과제번호: 14IFIP-B091004-01)의 지원으로 수 행된 연구 결과임을 밝힙니다.
References
1. Wainwright, D. and Waring, T., 2004, Three Domains for Implementing Integrated Informa- tion Systems: Redressing the Balance between Technology, Strategic and Organisational Anal- ysis, International Journal of Information Man- agement, 24(4), pp.329-346.
2. Kim, B., Hans, T., Mun, D. and Han, S., 2011, Integration of Distributed Plant Lifecycle Data Using ISO 15926 and Web Services, Annals of Nuclear Energy, 38(11), pp.2309-2318.
3. Leal, D., 2005, ISO 15926 Life Cycle Data for Process Plant: An Overview, Oil & Gas Sci.
Technol. Rev. IFP, 60(4), pp.629-637.
4. W3C, 2004, Web Ontology Language (OWL) Guide, W3C Recommendation, http://www.w3.
org/TR/owl-guide/.
5. W3C, 2014, Resource Description Framework (RDF): Concepts and Abstract Syntax, W3C Recommendation, http://www.w3.org/TR/rdf11- concepts/.
6. Mun, D., Kim, B.C. and Han, S., 2009, Rep- resentation of Process Plant Equipment Using Ontology and ISO 15926. Transactions of the Society of CAD/CAM Engineers, 14(1), pp.1-9.
7. Jeon, Y., Kim, B. and Mun, D., 2015, Devel- opment of a System for Visualization of the Plant 3D Design Data Based on ISO 15926, Transactions of the Society of CAD/CAM Engi- neers, 20(2), pp.1-14.
8. Da Silva, Geiza M. Hamazaki, Bruno Lopes, Gabriel B. Monteiro Lopes, Av Pasteur, Urca–
Rio de Janeiro-RJ-Brazil, and Gávea-Rio de Janeiro-RJ-Brazil, 2012, Modelling Geometric Objects with ISO 15926: Three Proposals with a Comparative Analysis, In ONTOBRAS-MOST, pp.60-71.
9. Fiatech, 2013, Geometry Model Clarification for ISO 15926 Information Exchange, a Report at workshop in 2012 Held by IDS-ADI Geometry SIG.
10. Mun, D., Lopes, G.B.M. and Teijgeler, H., 2013, Linking a Plant Item and Its Geometric Repre- sentation Using ISO 15926 Templates, Proceed- ings of the ACDDE2013.
11. Gielingh, W., 2008, An Assessment of the Cur- rent State of Product Data Technologies, Com- puter-Aided Design, 40(7), pp.750-759.
12. Owen, J., 1997, STEP: An Introduction, 2edition, Information Geometers.
13. Koizumi, Y., Seki, H. and Yoon, T., 2004, Data Integration Framework Based on a Generic Prod- uct Model, Proceedings of the Fifth International Symposium on Tools and Methods of Competitive Engineering.
14. ISO 15926 iRINGTools User Group, http://irin- gug.org/.
15. Jeon, J., Byon, S. and Mun, D., 2013, Exchange of Plant P&ID Data Based on ISO 15926 Using iRINGTools, Transactions of the Society of CAD/
CAM Engineers, 18(3), pp.200-210.
16. POSC Caesar Reference Data Service, https://
www.posccaesar.org/wiki/Rds.
17. W3C, 2008, SPARQL Query Language for RDF, http://www.w3.org/TR/rdf-sparql-query/.
18. XMpLant, http://www.noumenon.co.uk.
19. ISO, 1994, Industrial Automation Systems and Integration — Product Data Representation and Exchange — Part 203: Application Protocol:
Configuration Controlled 3D Designs of Mechan- ical Parts and Assemblies. Geneva, Switzerland:
International Organization for Standardization, ISO 10303-203.
20. Kim, B., Cheon, S. and Mun, D., 2013, Devel- opment of Procedural 2D CAD Data Translator Supporting ISO 10303 STEP, Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A, (37).
21. ISO, 2005, Industrial Automation System and
uct Life Cycle Support, ISO 10303-239.
24. Benthall, L., Briggs, T., Downie, B., Gischner, B., Grau, M., Kassel, B. and Wood, R., 2003, Enabling Interoperability between U.S. Ship- yards, Proceedings of 2003 World Maritime Con- ference.
25. Gischner, B., Lazo, P., Richard, K. and Wood, R., 2005, Enhancing Interoperability Throughout the Design & Manufacturing Process, Proceed- ings of SNAME Maritime Technology Conference
& Expo 2005.
26. Kassel, B. and Briggs, T., 2008, An Alternate Approach to the Exchange of Ship Product Model Data, Journal of Ship Production, 24(2), pp.92- 98.
27. Kim, J. and Han, S., 2002, Interface between Geometric Kernel and Database for a Ship CAD which has a STEP Database as a Native Storage,
30. Mun, D. and Yang, J., 2010, An Integrated Translation of Design Data of a Nuclear Power Plant from a Specification-driven Plant Design System to Neutral Model Data, Annals of Nuclear Energy, 37(3), pp.389-397.
31. Mun, D., Hwang, J., Han, S., Seki, H. and Yang, J., 2008, Sharing Product Data of Nuclear Power Plants Across Their Lifecycles by Uti- lizing a Neutral Model, Annals of Nuclear Energy, 5(2), pp.175-186.
32. Kim, B., Teijgeler, H., Mun, D. and Han, S., 2011, Integration of Distributed Plant Lifecycle Data Using ISO 15926 and Web Services, Annals of Nuclear Energy, 38(11), pp.2309-2318.
33. Teijgeler, H. and Mun, D., 2011, Template-based Plant Data Representation in ISO 15926 Standard ISO 15926, Transactions of Korea Construction IT Convergence, 2(1), pp.37-44.
김 병 철
2001년 고려대학교 기계공학과 학사 2003년 한국과학기술원 기계공학과
석사
2008년 한국과학기술원 기계공학과 박사
2008년 (주)부품디비 책임연구원 2009년~2012년 삼성중공업 산업기
술연구소 책임연구원
2012년~현재 동아대학교 기계공학 과 조교수
관심분야: Feature-based and parametric design, CAD data exchange, Geometric modeling
김 봉 철
2010년~현재 경북대학교 정밀기계 공학과 학사과정
관심분야: Industrial data standards, Product data exchange
문 두 환
1999년 고려대학교 기계공학과 학사 2001년 한국과학기술원 기계공학과
석사
2006년 한국과학기술원 기계공학과 박사
2006년~2010년 한국해양연구원 선임연구원
2010년~현재 경북대학교 정밀기계 공학과 부교수
관심분야: Computer-aided design, Industrial data standards for product data exchange, Product lifecycle management, Knowledge- based engineering, VR for Engineering Applications
명 세 현
1991년 한양대학교 기계설계학과 학사
1995년 한국과학기술원 자동화 및 설계공학과 석사
2002년 한국과학기술원 기계공학과 박사
1999년~2005년 다쏘시스템 책임컨 설턴트
2005년~2013년 삼성전자 수석연구원 2013년~2014년 삼성엔지니어링 부장 2014년~현재 영산대학교 그린자동
차학과 부교수
관심분야: Computer-aided design, Product lifecycle management, Master Data Management, Process Innovation, Intelligent CAD System, Knowledge-based engi- neering, Digital Manufacturing, Manufacturing Process Manage- ment, Smart Plant
박 상 진
2009년~현재 경북대학교 정밀기계 공학과 학사과정
관심분야: Industrial data standards, Product data exchange