최근 공정관리와 원가관리의 중요도 인식에 기인하여 공정/원가 통합관리 및 공정정보와 3차원 설계정보를 연계할 4차원 설계 정보 연구가 활성화되고 있다. 공정과 원가를 통합할 수 있는 EVMS의 관리적 효과와 도형정보와 공정관리를 통합을 통하여 일정관리의 편의 및 효율을 극대화 하는 4차원 CAD(4D CAD)의 시각적 효과를 통합하는 4D-EVMS는 프로젝트 관리의 중요한 도구가 될 수 있다. 이러한 맥락에서, 본 연구의 목적은 발주자 공정/원가 총합관리를 위한 기본요건 도출 및 구현방안 제시에 있다. 이러한 연구의 결과물은 발주자 공정/원가관리의 업무효율 증대뿐만 아니라 실적자료 축적 및 홍보 관점에서도 기대효과를 가진 수 있을 것으로 판단된다.
건설 프로젝트에서 2차원 도면은 참여자들간의 의사소통 도구로 활용되고 있으나, 전문적인 표기 방식으로 인해 도면에 경험이 많은 전문가를 제외한 다른 참여자들이 쉽게 도면의 정보를 파악하기 어렵다. 이러한 점을 극복하기 위해 본 연구에서는 증강현실 및 4D CAD 기술을 접목한 새로운 도면을 제시하고자 한다. 제시된 도면에서는 사용자가 기존의 2차원 도면 위를 웹카메라와 같은 장비로 관찰할 때 3차원 구조물을 증강시켜 자재에 대한 상세 정보 및 시공 시뮬레이션을 할 수 있다. 이 도면을 통해 기존의 도면에 익숙한 건설 프로젝트 참여자 및 경험이 적은 참여자들과의 의사소통에 오류를 줄여줄 수 있을 것으로 기대된다. 관련분야 대학생들을 대상으로 한 설문조사를 통해 개발한 도면의 유용성을 검증하였다. 설문조사 결과, 기존의 2차원 도면 대비 개발한 도면의 유용성이 자재 정보, 시공 과정, 3차원 구조의 이해 등에서 매우 크게 나타났다.
쾌속조형기술(Rapid Prototyping Technology)은 설계단계에 있는 3차원 모델을 시제품(Prototype)으로 다른 중간과정 없이 빠르게 생성하는 새로운 기술을 말한다. CAD 모델 데이터는 3차원 형상 시스템이지만 모니터 화면이나 문서로 출력할 때는 2차원으로 밖에 표시되지 않는다. 반면에 쾌속조형기술은 설계된 3차원 CAD 데이터를 2차원 단면 데이터로 변환한 후 RP(Rapid Prototyping)공정을 적용하여 순차적으로 적층해 감으로써 CAD 데이터와 같은 3차원 입체 형상을 제작하게 된다. 그러나 RP 시스템은 매우 가격이 비싸서 칫솔이나 완구 등과 같은 생활용품을 제작하는 중소기업에서는 구입하기 어려운 상황이다. 본 논문에서는 오픈소스를 사용하여 RP 기술을 구현함으로써 저렴한 가격으로 구매할 수 있는 RP 시스템을 개발하기 위한 3차원 제어시스템을 제안하였다.
도시계획, 이동통신계획, 교통계획, 환경조사, 재해${\cdot}$재난 관리 등의 다양한 분야에서 효율적인 시설물 관리를 위한 3차원 도시모델의 사용이 증가하고 있다. 특히 최근의 건물모델링은 CAD와 GIS의 기술로 통합되는 추세이다. 현재까지 연구되어 온 건물모델링은 주로 외부 시각화를 위한 것이었으나 보다 다양한 분야에서 활용하기 위해 건물 내부에 대한 모델링의 필요성과 중요성이 증가하고 있다. 3차원 건물모델링은 컴퓨터 그래픽스, CAD, GIS 분야에서 서로 다른 개념으로 발전되어 왔다. CAD와 컴퓨터 그래픽스 기반의 모델은 정밀한 시각화 표현 기능이 발전하였으나 객체에 대한 속성정보가 부족하며, GIS 기반의 모델은 속성정보와 위상기하학을 이용하는 공간 분석 및 연산 기능이 강력하므로 GIS와 CAD 통합된 모델링이 필요하다. 본 연구에서는 3차원 건물모델의 내부구조를 복원하기 위해서 건축물 관리대장에 포함되어 있는 CAD 설계도면을 이용하는 방법을 제시하고 있다. 기하학적 요소로 구성된 CAD 도면에 위상기하학적인 정보를 생성하고 내부 공간을 분할하여 3차원으로 복원한 뒤, 추가적인 속성정보를 건물 데이터베이스에 입력하였다. 오늘날 규모가 커지고 복잡해지는 건물 내부의 효과적이고 체계적인 3차원 공간분석 및 서비스 제공을 위한 GIS 네트워크 모델을 생성하였다.
본 연구에서는 Computer-Aided Design (CAD) 모델로부터 4D CT 데이터로 변환하는 프로그램을 개발하였다. 개발된 프로그램의 성능을 확인하기 위해, 공학과 의학의 융합 모델로 인체 호흡을 모사할 수 있는 호흡모사 팬텀을 CAD 기반 프로그램으로 모델링하였으며, 이 모델을 10개의 위상영상을 포함하는 DICOM형태의 4D CT 데이터로 변환하는 CAD2DICOM을 개발하였다. 이후, 제작된 4D CT 데이터의 정확성 및 유효성을 평가하기 위하여 영상의 해상도, 종양의 체적 및 위치 등을 방사선치료계획시스템을 이용하여 평가하였다. 결과적으로, 제작된 4D CT 데이터가 방사선치료계획시스템 상에 정상적으로 인식됨을 확인하였으며, 모든 위상에서 종양 체적은 8.8cc로 차이가 나타나지 않고 종양의 움직임도 설정된 10mm로 나타나 정확히 반영됨을 확인하였다. 본 연구를 통해 개발된 프로그램을 이용하면 실제 4차원 CT 촬영에서 발생할 수 있는 영상의 인공물(허상)이 없는 표준 영상을 획득할 수 있으므로, 향후 움직임에 민감한 4차원 방사선 치료계획연구 및 4차원 방사선 영상 평가연구 등에 활용될 것으로 사료된다.
종이컵 성형기는 배럴캠, 인덱스, 터렛, 모터 등의 많은 부품으로 이루어진다. 그 중에서 배럴캠은 기계의 주 구동부이다. 배럴캠이 회전하면서 인덱스에 고정되어 있는 롤러를 밀어준다. 그리고 인덱스와 연결된 터렛이 회전하면서 종이컵이 만들어진다. 따라서 종이컵 성형기의 성능은 배럴캠에 큰 영향을 받는다. 이번 연구에서는 배럴캠을 설계하는 프로그램이 MATLAB 을 이용하여 개발 되었다. 프로그램은 배럴캠의 프로파일을 만들어준다. 이 프로파일은 3 차원 CAD 프로그램을 이용 하여 3 차원 CAD 모델로 변환된다. 이 3 차원 CAD 모델과 배럴 캠의 3 차원 레이저 측정을 통해 생성된 모델을 포함하는 동역학 모델을 생성하였다. 그리고 동역학 모델을 검증하기 위해 기계의 인덱스의 회전각이 고속카메라를 이용하여 측정된다. 동역학 모델의 회전각을 비교하여 프로그램을 검증한다.
제품 개발 초기부터 3차원 CAD를 이용하여 설계를 하고 쾌속조형기를 이용하여 시제품을 제작한 후 이를 이용하여 제품의 성능시험을 하는 새로운 개발공정을 제시하였다. 이 공정을 방향기 개발에 적용함으로써 기존의 시작금형을 이용한 공정보다 제품의 개발기간과 개발비용을 획기적으로 절감할 수 있었다. 또한 설계단계부터 3차원 CAD를 이용함으로써 제품개발의 시행착오 횟수를 크게 줄일 수 있었다.
중앙 단면도 등의 선박의 초기 구조설계는 여러 가지 이유로 2차원으로 설계되어 다른 설계부서에 도면으로 전달되고 있다. 본 연구에서는 기능이 서로 다른 여러 가지 컴퓨터 시스템사이의 데이터 교환을 위한 예제로, AutoCAD로 작성된 2차원의 초기 구조 설계 데이터를 구조해석(FEM) 시스템이나 상세설계 시스템(AutoDef)등의 다른 시스템에서 사용할 수 있는 데이터를 생성해 보았다. 이를 위해 STEP 제품모델의 방법에 따라 데이터가 정의 되었으며 2D 형상이나 3D 와이어프레임, 솔리드 모델등 다양한 형상을 다룰 수 있는 복합다양체 모델링 형상 도구인 ACIS가 사용되었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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