Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society Vol. 13, No. 12 pp. 5716-5720, 2012 http://dx.doi.org/10.5762/kais.2012.13.12.5716 최기인 1* 1 한국세라믹기술원시험표준센터 Survey on the Application of three dimensional product modeling in the army Ki-In Choi 1* 1 Test & Standard Center, Korea Institute of Ceramic Engineering and Technology 요약현재산업체에서그수요가늘어나고있는 3차원제품모델과관련하여군에서의 3차원모델활성화방안을연구하였다. 우리군은전통적으로기계분야중심의제조업이활성화되어있어기본적으로 2차원도면을기반으로한제품설계가주를이루고있으며, 이에관련지침또한 2차원도면형태의자료에대해서만규정하고있다. 따라서본연구에서는 국방규격서식및작성에관한지침 으로대표되는현재우리군에서의기술자료관리지침을분석하고, 제품의수명주기관리 (Product Lifecycle Management) 관점에서우리군에서의 3D 제품모델활성화를위한방안을모색하고자하였다. Abstract To expand the use of three dimensional(3d) product modelling in the army, we have analyzed military technical data management system, as well as the military guidelines for the unique format and content of technical data package. Because traditional munition sector is based on the machinery and equipment industry, they have usually applied two dimensional(2d) drawings to prepare a design and to make a product. For that reason, there is no provision for 3D product modelling as a technical data package in the military guideline. In this study, we proposed an improvement scheme for the vitalization of 3D product modelling in the army not only in terms of related guideline but also military technical data management system. Key Words : 3D product model, Technical data package, Military guideline 1. 서론 제품데이터 (product data) 는제품의설계, 생산, 품질관리, 검사등그수명주기 (life cycle) 에걸쳐생성, 보관, 사용, 수정되는모든데이터를의미한다. 즉, 제품데이터는제품의크기와형상을중심으로하는제품정의데이터 (product definition data) 뿐아니라제품개발중에수행되는 CAE 해석과관련된데이터, 생산에관련된 CAM 데이터, 검사와관련된데이터, 부품의구매와관련된데이터, 품질관리와관련된데이터, 설계변경과관련된데이터등을모두포함하는포괄적인데이터그룹을의미한다. 최근에는제품의친환경성이중요해짐에따라제품 의수명주기관리 (Product Lifecycle Management, PLM) 의범위가넓어져제품의재고관리, 판매, 사용, 유지및보수, 재사용및폐기등의과정에서생성되는데이터까지도포함하는추세이다. 특히, 3차원제품모델은제품의수명주기관리에있어서매우중요한데, 우선, 설계자의제품에대한이해의용이성을들수있다. 실제제품은 3차원물체이므로설계과정에서이를 3차원으로표현하는것이가장자연스럽고따라서가장쉽게제품을인지할수있으므로설계과정이쉬워진다. 수작업이든컴퓨터를사용하는작업이든간에, 2차원으로설계를하려면머리로는 3차원적으로사고하면서표현은 2차원으로하여야하므로차원변환 본논문은민군규격통일화사업연구과제로수행되었음. * Corresponding Author : Ki-In Choi (Korea Institute of Ceramic Engineering and Technology) Tel: +82-10-2958-2893 email: kichoi@kicet.re.kr Received November 12, 2012 Revised December 3, 2012 Accepted December 6, 2012 5716
에많은지적노력이필요하고따라서설계의효율이낮아지게되는데, 3차원으로설계를하면이런문제가해결된다. 또제품설계에있어점차그중요도가커지고있는 CAE(computer-aided engineering) 를원활하게수행하거나공정계획 (process planning) 등생산과관련된 CAM(computer-aided manufac- turing) 의적용에있어서도 3차원제품모델이훨씬유리하다. CAE나 CAM 소프트웨어툴은모두 3차원형상의모델을필요로하므로설계에서부터 3차원 CAD 모델이개발되어있다면최소한의노력으로공학해석을수행하여제품의성능을향상시킬수있고생산이용이한설계가가능하도록할수있다. 마지막으로 3차원모델을사용하면문서의수가현저하게줄게되어문서관리가용이해진다. 특히, 무엇보다중요한것은설계자가 3차원가상공간에서설계와개발작업을수행함으로써설계자가의도한대로정확하게제품을표현할수있고 3차원형상을여러각도에서확인하여오류의발생및중복작업을최소화할수있다는점이다. 이러한관점에서현재우리군에서도 3D 제품모델링활성화를위한다양한시도들이이루어지고있으나, 기계 제조기반의산업특성상군에서는아직까지는대부분의분야에서 3D 제품모델링보다는 2D 도면으로만관리되고있다. 따라서본연구에서는현재우리군에서의도면관리실태를분석하여, 향후군에서의 3D 제품모델링활성화를위한제도적, 정책적개선방안을제시하고자한다. 2. 군에서의 3 차원제품모델관련규격현황 2.1 미국 현재미국국방부는기술문서를작성할때 MIL-STD-961(defense and program-unique specifications format and content), MIL-STD- 962(defense standards format and content) 및 MIL-STD-31000 (technical data packages) 의 3가지표준을따르도록하고있다. 이중무기체계개발과같이장비개발과관련된사항은 MIL-STD-961에서 program-unique specifi- cations 부분과 MIL-STD-31000에따라도면, 소프트웨어문서등세부적인기술자료를작성토록하고있다. MIL-STD-961 에서는해당장비의최고상위기술문서로서장비의성능, 특성, 운용조건과이에대한주요시험평가및품질보증기준을제시하고있으며, 제품의완성품에서말단부품까지의세부형상등을나타내는도면등에대한기준은 MIL-STD-31000에서제시하고있다. 특히, MIL-STD-31000에서는기술자료 (Technical Data Package) 를다음의유형 (type) 으로분류하고있어 3차원기반의 3 차원제품모델을적용할수있음을알수있다. a. Type 2D : 2차원형태의기술자료-도면 ( 수기식또는전산작성모두가능 ) b. Type 3D : 3차원형태의기술자료 - 3차원모델에기반한기술자료 (3차원모델또는 3차원모델과이에기반한 2차원도면 ) 또한 3차원제품모델을정부에납품할때에는 ISO 10303의 STEP 형태나 STEP 전환이가능한원본 CAD를제출토록하고있어무기체계등의개발에있어서공식적으로 3차원제품모델을적용할수있도록되어있다. 디지털모델이나도면등의작성법은기본적으로미국의국가표준인 ASME Y14계열을따르도록하고있으며세부목록은 Table 1과같다. 참고로미국은민간과국방분야간도면작성기준의차이로인한혼란을없애기위하여 2004년 MIL-STD-100 을 ASME Y14.100에통합하여기본적인도면등의작성법은민간과국방모두동일한기준을적용하고있어국방에서도 3차원제품모델작성을위해서는 ASME Y14.41을적용함을알수있다. [Table 1] Drawing content and format described in ASME Y14 series ASME No. ASME Y14.1 ASME Y14.1M ASME Y14.24 ASME Y14.34 ASME Y14.35M ASME Y14.41 ASME Y14.5 ASME Y14.100 Content Decimal Inch Drawing Sheet Size and Format Metric Sheet Size and Format Types and Applications of Engineering Drawings Associated Lists Revision of Engineering Drawings and Associated Documents Digital Product Definition Data Practices Dimensioning and Tolerancing Engineering Drawing Practices 5717
한국산학기술학회논문지제 13 권제 12 호, 2012 2.2 영국영국국방부는군수품획득에필요한기술문서를제품정의정보 (Product Definition Informa- tion) 로부르고있으며, PDI는제품의요구조건, 구조, 기하학적형상, 특성과속성등제품수명주기동안명확하게관리되어야하는정보이다. 제품정의정보 (PDI) 의작성방법에대해서는국방표준 (Def Stan: Defence Standard) 인 Def Stan 05-10을따르도록하고있다. PDI의종류는미국과같이순수한 2차원도면과 3차원모델또는모델을기반으로한도면의패키지로정의하고있다. PDI의작성에있어서참고할사항은영국은국방표준 (Def Stan: Defence Standard) 을포함하여획득업무에적용하는규격의순을 EU, ISO, BS, 단체표준, NATO표준, 영국국방표준, 외국군사규격등의순으로정하여민간의표준이있을경우우선적으로적용토록하고있다. 규격서등의서식에있어서도기본적인작성방법은 ISO/IEC의규격서작성기준을따르고일부예외적인사항만명시하는방식을적용중이다. 영국도미국과동일하게 3차원제품모델작성과관련한기준은민간표준을따르도록하고있으며, 영국에서는앞에서의정책에따라별도의 Def Stan을제정하지않고 ISO 16792를적용하도록하고있다. 2.3 국내국방규격국내국방규격은대표기술문서 ( 자료 ) 인규격서와여러형태의기술문서로구성되어있으며외국과비교할경우미국의 Technical Data Package, 영국의 Product Definition Informa- tion 와유사하다고볼수있다. 국방규격의작성방법에있어서도면을기준으로볼때 2003 년이전에는국방규격의경우 KS와 ANSI가혼합된형태의기준을갖고있어 KS를적용하는민간과의기준이상이하였다. 이에따른불편함이인식되어 2003년 국방부국방규격작성표준지침 작성시, KS를따를수있도록기준을보완하여현재의 국방규격서식및작성에관한지침 까지이르고있다. 이지침에서는도면의작성은 KS A 0005 제도통칙등일반 2차원도면과관련된내용으로구성되어있다. 이상의국방규격의구성이나작성방법으로볼때현재제도하에서 3차원제품모델을활용한국방규격작성방법은불가하여현재의국방정책에서추구하는 SBA기반의획득을구현하기위한세부시행방안이마련되지못한것으로판단된다. 따라서관련지침인 국방규격의서식및작성에관한지침 의보완이필요한것으로판단된다. 3. 군에서의 3D 모델링관리방안 3.1 용어의재정립 흔히사용하는 3D 도면 이란용어는제품의크기와형상을명확하게표현하는제품정의데이터 (product definition data) 를 3차원디지털모델 (3-dimensional digital model) 로저장한컴퓨터파일 (file) 을의미한다. 그런데 도면 이라는말은 2차원종이위의그림 이라는의미를담고있으며, 전통적인공학제도에서는물체를수직투시 (orthographic projection) 하여종이위에손으로그리거나디지털컴퓨터파일을프린터나플로터로출력한정면도, 평면도, 측면도를의미해왔다. 즉, 트레이싱지 (tracing paper) 와같은 2차원종이에손으로그려제품의형상과크기를표현하던과거제품정의방식의 도면 이란말을 3차원디지털모델을뜻하는 3D 라는말과단순조합함으로써생겨난자기모순적인용어이다. 따라서용어의변경을고려해야하는데, 의도하는의미를정확하게표현하기위해서는 3차원디지털제품정의모델 (3D digital model for product definition) 이가장확실하지만너무길기때문에 3차원제품모델 (3D digital product model) 또는 3차원제품모델 (3D product model) 이라고고쳐부르는것이적절하다. 여기서 3차원이라는수식어가없으면 2차원 CAD에서생성된모델도포함하게되므로혼동을피하기위해이를포함시키는것이좋다. 참고로 MIL-STD-31000에서는 product model data 라는용어를사용하고있는데 3.1.26절에서그정의를 A 3 dimensional (3D) geometric representation of a design that includes digital information required for full product definition 이라고명시하고있다. 즉, 용어자체에는 3D 라는표현이포함되어있지않지만그정의에서이를확실하게하고있으므로, 한글에서는이를 3차원제품모델 이라고칭하는것이혼동의여지를없애는좋은방법이다. 한편한글의 도면 은 MIL-STD-31000에서의 drawing 에해당되는데이는 3.1.17절에 An engineering document or digital data files(s) that discloses (directly or by reference), by means of graphic or textual presentations, or by combination of both, the physical or functional requirements of an item (ASME Y14.100) 이라고정의되어있다. 이정의자체로는명확하지않지만 graphic presentation 이라는말이 2차원이라는의미를내포하고있다. MIL-STD-31000 전체에걸쳐보면, 2D drawing 이라는용어와 3D model 이라는용어가반복적으로사용되고있어, drawing 이라는말은 2차원을의미하고 5718
model 이라는말은 3차원을의미함이명백하다. 따라서 3D 도면 이라는용어는영어로옮기면 3D drawing 이되는잘못된용어임을재확인할수있다. 3.2 관련지침개정앞에서설명한바와같이 도면 이라는용어는 2차원종이에그린그림 을의미하므로 국방규격서식및작성에관한지침 의 제3장도면작성법 은제목부터 3차원제품모델 (3D Product Model or 3D Product Definition Data) 을담기에적절한틀이아니다. 같은이유에서해당지침의 1.9 도면번호 는 3차원제품모델 에는적합하지않다. 즉, 3차원제품모델은부품번호를붙여관리하는것이표준이고도면번호로관리하는것은적절치않다. 또한, 3차원제품모델을사용하는이유가제품생명주기에걸쳐제품과관련된모든정보를효과적이고효율적으로활용하고관리하기위한것임을고려할때, 제품정보의효과적인관리를도모하는제품데이터관리 (product data management, PDM) 시스템을포함하는큰그림의지침을개발하여사용하는것이바람직하다. 상기한바와같이현행지침은 3차원제품모델을담아내기어려운틀이므로, 국방규격서식및작성에관한지침 을개정함에있어가장바람직한방향은전면적인개정이다. 그러나민간산업체를비롯한현장에서 2차원도면이아직많이사용되고있는현실을고려할때, 지침의전면개정은 제3장도면작성법 을그대로둔채새로운장을추가하여 3차원제품모델을다루는방향으로이루어지는것이바람직하다. 이와같은전면개정을위해서는오랜시간에걸친연구와면밀한검토가필요할것이나최소한다음과같은사항이반영되어야할것이다. 우선, 3차원제품모델과관련데이터의관리를위한 PDM 시스템의체계를명시하여야하고, MIL-STD-31000의 TDP elements를참고하여 PLM 관점에서 3차원제품모델에포함되거나연계되어야하는사항 ( 즉, 제작, 툴링, 검사, 포장, 내장소프트웨어, 품질관리등에필요한사항 ) 을명시하여야할것이다. 이들데이터의목록역시 3 차원제품모델에적합한 E-BOM 형태로작성되도록해야할것이다. 의제한으로인해상호운용성을보장하는작업이필요하다. 현재시스템에서는설계도면 / 모델링의경우, 현재 2D 형태의국방도면자료만사용자에게제공되고있으며, 군수업체로부터제공된 3D 모델은관리자가별도로관리하고있다. 특히, 비용의문제로인해 3D 설계자료의열람을위한통합 viewer 혹은 reader가시스템에서제공되지못하는관계로, 3D 제품모델에대한기술변경뿐만아니라열람이어려운상황이다. 따라서 3D 제품모델의활성화를위해서는현재방위사업청에서구축중인 국방표준종합정보시스템 내에관리자가 3D 제품모델을등록하면, 사용자가온라인상에서해당 3D 제품모델을열람할수있도록하는통합 ( 혹은시장점유율이높은설계모델에대한보기를지원하는 ) viewer나 reader가제공되어야할것으로판단된다. 이와더불어, 향후기술자료에대한기술변경이필요한경우를대비하여설계업체로부터는 3D 제품모델설계원파일뿐만아니라 3차원제품모델의호환성을위한 ISO 10303의 STEP 기준으로작성된파일, ( 방위사업청관리용 ) 2D 설계도면등제품설계와관련된제반의설계자료 ( 기술자료 ) 를제공받아야하며, 해당기술자료들이부품번호, 제고번호, 제품명등하나의검색어로연관검색이이루어질수있는시스템이구현되어야할것으로판단된다. 3.4 제품데이터관리시스템에대한제안 2차원도면이나 3차원제품모델과같은제품정의데이터뿐아니라 PLM을구현하기위해필요한모든제품데이터를효과적으로관리할수있으려면, 다음과같은단계적개발노력이필요하다. 1 제품데이터를구성하는제품의성질들을도출하는기법개발 (ISO/IEC Guide 77 참조 ) 2 제품수명주기전체에걸쳐제품데이터를보관 / 관리할수있고이종 PDM간호환이가능한중립포맷의통합 BOM 프레임워크개발 (STEP 참조 ) 3 PDM을포함하는 PLM 지원시스템의구축 (PLM Services 등고려 ) 3.3 통합관리시스템에서의 3D 제품모델관리현재우리군에서는국방기술품질원내에형상관리정보체계 (DCMIS) 를구축하여시스템내에탑재된도면을포함한국방기술자료를인터넷망이나국방망을통해소요군및방위산업체에제공하고있다. 그러나보유자료의대용량화및기관별전산환경의차이로인한자료활용 위의 3에서 PLM Services는 OMG(Object Management Group) 에서개발한웹서비스기반의 PLM 시스템으로서, 엔지니어링협업을위한표준으로 Pro STEP ivip Association의주관하에 2005년발표되었다. 이시스템은원래자동차산업을대상으로개발되었으나, 2006년에발표된 PLM Services 2.0은대상산업군이확대되었다. PLM Services 2.0 사양서는웹서비스를통한제품 5719
한국산학기술학회논문지제 13 권제 12 호, 2012 전수명주기데이터의교환을위한목적으로플랫폼에독립적인모델을정의한다. 이 PIM은두가지축으로구성되며하나는정보 PIM이고다른하나는계산 PIM이다. 정보 PIM은데이터를기술하기위한기본모델로 EXPRESS-X가사상되는사양과 EXPRESS- to-xmi가사상되는프로세스에의해 ISO 10303-214 STEP 모델로부터유도된다. 계산 PIM은기능을기술하기위한기본모델로 OMG PDM Enablers로부터유도된다. 또한이사양서는웹서비스개발을위한플랫폼특정모델 (PSM, Platform Specific Model) 을정의한다. 위와같은제품데이터관리시스템을구축하기위해서국가표준을개정할필요가있을것이다. 이를위해가장바람직한방법은 국방규격의서식및작성에관한지침 을전면개정하여 3차원제품모델뿐아니라제품정보관리 (Product Data Management, PDM) 시스템과제품수명주기관리 (PLM) 의개념이중심이되도록하는것이다. 그리고제품데이터의프레임워크, 통합 BOM, 3차원제품모델및각종제품데이터의중립포맷, PDM 및 PLM 구현등과관련된상세한표준은민간표준인 KS에서명시하도록하면될것이며, 이를위해서는국제표준의세밀한연구및해당기술위원회에의참여가필요할것이다. 아울러이표준의적용을받게될해당기업체와의공동연구및협력도바람직하다. 국방규격에서는그지침을따르되세세한부분은민간표준을적용하도록함으로써민군규격통일화가이루어질것이며제품수명주기관리가효율적으로구현될수있을것이다. 최기인 (Ki-In Choi) [ 정회원 ] < 관심분야 > 표준화, 국방, 환경 1997 년 2 월 : 서울시립대학교대학원환경공학과 ( 공학석사 ) 2004 년 8 월 : 서울시립대학교대학원환경공학과 ( 공학박사 ) 2005 년 8 월 ~ 2008 년 2 월 : 일본국립환경연구소박사후연구원 2008 년 3 월 ~ 현재 : 한국세라믹기술원선임연구원 References [1] DEF STAN 00-00 Part 2, Management and Production of Defence Standards, MoD, p. 10, 2008. [2] Ministry of Defence, Selection of Standards for use in Defence Acquisition Version 6, 2008 [3] ASME Y14.100-2004, Engineering Drawing Practices, ASME, p. iv, 2004 [4] Ministry of National Defense, Policy for the National Defense Science and Technology Promotion from 2010 to 2024, 2009.12, p30 [5] Defense Acquisition Program Administration, Guideline for the format of Korean Defense Specifications (2012-31; 2012. 9. 5) [6] S.W. Kim et al. A Study on the Interoperability Level of the Defense Configuration Management Information System, The Journal of The Korea Institute of Electronic Communication Sciences Vol. 6, No. 2, 2011 5720