KR101769433B1 - 설계 rule 체크를 통한 플랜트 3d 캐드 모델링의 설계 품질 향상방법 - Google Patents

설계 rule 체크를 통한 플랜트 3d 캐드 모델링의 설계 품질 향상방법 Download PDF

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플랜트에셋 주식회사
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Abstract

본 발명은 플랜트 엔지니어링 단계에서 발주처 및 프로젝트가 요구하는 설계 조건과 설계요구사항을 3D CAD 모델 상에서 미리 정의하고 사전 검사함으로써, 발주처의 3D CAD 모델 검토과정에서 발생되는 수정요구사항과, 시공시 발생되는 설계 요구사항 미반영에 따른 재시공의 문제점을 사전에 확인하고 수정함으로써 설계품질을 높일 수 있는 설계 RULE 체크를 통한 플랜트 3D CAD 모델링의 설계 품질 향상방법에 관한 발명으로서,
설계 RULE 데이터베이스 서버와, 상기 설계 RULE 데이터베이스 서버와 연동되고 3D 캐드 모델링 데이터가 저장되는 디자이너 PC로 플랜트 3D 캐드 모델링의 설계 RULE을 체크하는, 설계 RULE 체크를 통한 플랜트 3D 캐드 모델링의 설계 품질 향상방법에 있어서, 상기 설계 RULE 데이터베이스 서버에 프로젝트명을 등록하는 단계; 상기 등록된 프로젝트에 대한 설계 RULE을 카테고리별로 입력하는 단계; 상기 입력된 설계 RULE에 값을 지정하여 저장하는 단계; 상기 값이 지정된 설계 RULE을 3D 캐드 모델링 데이터에 적용하여 설계 RULE 위반 여부를 체크하는 단계; 및 상기 체크된 RULE에 대한 결과물을 출력하는 단계;로 이루어지는 것을 특징으로 하는 설계 RULE 체크를 통한 플랜트 3D 캐드 모델링의 설계 품질 향상방법을 제공한다.

Description

설계 RULE 체크를 통한 플랜트 3D 캐드 모델링의 설계 품질 향상방법{Design Quality improving method of 3D CAD modeling of plant through design rule checking}
본 발명은 플랜트 엔지니어링 단계에서 발주처 및 프로젝트가 요구하는 설계 조건과 설계요구사항을 3D CAD 모델 상에서 미리 정의하고 사전 검사함으로써, 발주처의 3D CAD 모델 검토과정에서 발생되는 수정요구사항과, 시공시 발생되는 설계 요구사항 미반영에 따른 재시공의 문제점을 사전에 확인하고 수정함으로써 설계품질을 높일 수 있는 설계 RULE 체크를 통한 플랜트 3D CAD 모델링의 설계 품질 향상방법에 관한 발명이다.
플랜트엔지니어링은 대규모 플랜트의 시공을 위해 모든 분야(배관, 전기, 계장, 공기조화, 구조, 토목)에서 주어지는 설계조건과 설계요구사항을 만족시키기 위해 3D CAD 모델링을 통해서 설계가 진행된다. 이 과정에서 발주처가 요구하는 설계조건이나 설계요구사항을 얼마나 빠르고 정확하게 구현하느냐 하는 것이 프로젝트의 궁극적인 목표가 될 수 있다. 이러한 설계조건과 설계요구사항을 "RULE"이라고 정의한다. 따라서 설계 품질을 체크하기 위해서는, 우선 RULE을 정확하게 정의하여야 하고, 정의된 RULE에 따라 진행되어야 한다.
종래 3D CAD를 이용해서 각종 설계 품질을 체크하는 방법은 다음과 같다.
1) 발주처가 제공하는 RULE을 3D CAD 디자이너가 직접 스터디한다.
2) 발주처와 3D CAD 도면의 단계별 검사단계인 30% Review, 60% Review, 90% Review를 하기 전에 각 디자이너들이 직접 매뉴얼 체크를 한다.
3) 매뉴얼 체크에서 Check가 되지 못하는 부분은 발주처와 미팅시 펀치 리스트(Punch List)로 생성이 된다.
4) 발주처와 미팅에서도 Check가 되지 못하는 부분은, 시공단계로 그냥 넘어가게 되는데, 시공시 많은 문제점으로 나타나게 되고, 현장 재설계를 통해 RULE을 반영해야 하기 때문에 많은 비용과 시간을 낭비하게 된다.
이러한 설계 RULE 체크가 수작업에 의해 진행되는 이유는, 프로젝트마다 다양한 RULE이 존재하지만 각 프로젝트 마다 RULE을 정의하고 체크할 수 있는 솔루션(Solution)이 존재하지 않았고, CAD 디자이너들의 협업에 의해 플랜트 엔지니어링이 진행됨에도 불구하고, 실제 설계에 대한 정보가 체계적으로 통합관리되는 방법이나 시스템이 없었기 때문이다.
이러한 이유로 종래부터 설계품질 향상을 위해, 다양한 RULE을 통합적으로 관리하기 위한 노력이 있어왔고, 또한 디자이너들이 좀 더 간편하고 쉽게 접근할 수 있는 RULE 체크방법을 찾기 위한 다양한 시도들이 있었다.
특허공개공보 제10-2005-0028232호 등록특허공보 제10-1525215호
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 플랜트 엔지니어링 단계에서 작성된 각종 3D 캐드 모델링 데이터에 설계 RULE을 미리 정의하고 자동으로 체크하여 관리해줌으로써, 설계품질 향상을 극대화할 수 있고, 플랜트의 시공시 시간과 비용을 절약할 수 있는 설계 RULE 체크를 통한 플랜트 3D 캐드 모델링의 설계 품질 향상방법을 제공하는 것이다.
상기의 과제를 해결하기 위해 본 발명은, 설계 RULE 데이터베이스 서버와, 상기 설계 RULE 데이터베이스 서버와 연동되고 3D 캐드 모델링 데이터가 저장되는 디자이너 PC로 플랜트 3D 캐드 모델링의 설계 RULE을 체크하는, 설계 RULE 체크를 통한 플랜트 3D 캐드 모델링의 설계 품질 향상방법에 있어서, 상기 설계 RULE 데이터베이스 서버에 프로젝트명을 등록하는 단계; 상기 등록된 프로젝트에 대한 설계 RULE을 설계 및 엔지니어링 부문, 운전 부문, 유지보수 부문 및 안전 부문의 카테고리별로 입력하는 단계; 상기 입력된 설계 RULE에 값을 지정하여 저장하는 단계; 상기 값이 지정된 설계 RULE을 3D 캐드 모델링 데이터에 적용하여 설계 RULE 위반 여부를 체크하는 단계; 및 상기 체크된 RULE에 대한 결과물을 출력하는 단계;로 이루어지며, 상기 카테고리별 설계 RULE은 상기 설계 RULE 데이터 서버에 등록된 설계 RULE을 그대로 사용하거나 추가 또는 삭제하여 사용하고, 상기 설계 및 엔지니어링 부문의 RULE에는 벽과 파이프 사이 공간(Wall and Pipe Space), 파이프와 파이프 사이 공간(Pipe and Pipe Space), 파이프와 플랜지 사이 공간(Pipe and Flange Clearance), 플랜지와 플랜지 사이 공간(Flange and Flange Clearance), 체크밸브의 방향(Check Valve Direction), 스팀파이프 드립렉(Steam Pipe Drip Leg), 펌프 석션의 리듀서 타입(Pump Suction Reducer Type), 벤트의 위치 및 사이즈(Vent Location and Size), 드레인의 위치 및 사이즈(Drain Location and Size), 플레어 헤드의 최소 구배(Flare Header Minimum Slope) 및 오리피스 플레이트의 최소 직경구간(orifice Plate Minimum Meter-run)의 설계 준수 여부로 구성되고, 상기 운전(Operation) 부문의 RULE에는, 밸브의 안전운전을 위한 밸브 스템 방향(Valve Stem Orientation for Fail Safe Valve Operation), 컨트롤 밸브 매니폴드의 BOP 엘리베이션(BOP(Bottom of Plane) Elevation of Control Valve Manifold), 밸브 저면과 바닥면 사이의 공간(Valve Bottom and Floor Space), 컨트롤 밸브 액츄에이터와 바이패스 파이프의 밑면 사이의 갭(Gap between BOP of Bypass and Actuator of Control Valve), 계단에서 머리와 천장 사이 공간(Stairway Headroom Clearance), 보행자 진입로(Pedestrian Access Way), 열팽창(Thermal Linear Expansion) 사항의 설계 고려 여부로 구성되고, 상기 유지보수 부문의 RULE에는, 파이프랙의 후사용 공간(Pipe Rack Future Space), 열교환기의 유지보수를 위한 공간(Heat Exchanger Maintenance Volume)의 설계 고려 여부를 구성되며, 상기 안전 부문의 RULE에는, 직화식 가열기의 밸브 위치(Fired Heater Valve Location)와, 안전밸브의 배출구(Safety Valve Discharge)의 설계 고려 여부로 구성되는 것을 특징으로 하는 설계 RULE 체크를 통한 플랜트 3D 캐드 모델링의 설계 품질 향상방법을 제공한다.
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본 발명에서 설계 RULE 값을 지정하여 저장하는 단계는, 3D 캐드 모델링 데이터에서 설계 RULE이 적용되는 배관 루팅(Routing) 타입을 인식하고 저장하여 사용하거나, 상기 설계 RULE 데이터 서버에서 각 배관 구성요소의 타입(Type), 방향(Direction) 및 위치(Location)에 따라 미리 정해진 루팅 타입 객체(Routing Type Object)를 사용하여 상기 RULE 값을 지정하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 RULE 값을 지정하는 단계는, 3D 캐드 모델링 데이터에서 RULE이 적용되는 기계장치의 타입을 인식하고 저장하여 사용하거나, 각 기계장치의 태그(Tag) 규칙, 노즐(Nozzle)과 같은 구성요소의 특징을 인식한 후 상기 설계 RULE 데이터 서버에 미리 정해진 타입의 기계장치과 비교 분석하여 일치되는 타입을 사용하거나 일치되는 타입의 형태를 저장하여 재사용하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에서 RULE 값을 지정하는 단계는, 벤트(Vent), 드레인(Drain) 또는 드립렉(Drip Leg)과 같은 배관 구성요소가 존재해야 할 타입 및 위치 값을 지정, 하나의 구성요소와 인접한 다른 구성요소 간의 거리 또는 간격을 지정, 하나의 구성요소에 대해 지켜져야 할 엔지니어링 값을 지정, 밸브 스템(Stem)의 위치와 같이 운전시 요구되는 구성요소의 위치 값을 지정, 작업자의 운전을 위한 작업공간과 이동경로에 대한 볼륨(Volume)을 지정 또는 유지보수를 위해 필요한 볼륨을 지정하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 설계 RULE 위반여부를 체크하는 단계는, 3D 캐드 모델링 데이터에서 하나의 구성요소의 치수, 방향 및 공간(Space) 정보와, 인접한 다른 하나의 구성요소의 치수, 방향 및 공간 정보를 인식하여, 상기 하나의 구성요소와 인접한 다른 구성요소 간의 거리 또는 간격을 지정한 RULE 값과 비교하여 위반여부를 체크하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에서 설계 RULE 위반여부를 체크하는 단계는, 3D 캐드 모델링 데이터의 플랫폼에 배치되어 있는 계단, 이동경로 및 작업공간과 같은 가상 볼륨 설계 RULE이 적용되는 구성요소에 대하여, 면과 면이 만나는 3차원상의 점을 이용하여 최고점과 최저점을 추출하고, 상기 추출된 최고점과 최저점을 이용하여 폭과 높이를 계산하여, 상기 작업자의 운전을 위한 작업공간과 이동경로에 대한 볼륨 또는 유지보수를 위해 필요한 볼륨을 결정하고, 결정된 볼륨과 상기 설계 RULE 데이터베이스 서버의 설계 RULE 값과 비교하여 위반여부를 체크하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에서 설계 RULE 위반여부를 체크하는 단계는, 벤트(Vent), 드레인(Drain) 또는 드립 렉(Drip Leg)과 같은 구성요소의 설치 타입 및 설치 위치의 설계 RULE 적용되는 구성요소에 대하여, 3D 모델링 데이터에서 배관이나 튜브의 정보를 추출하여 배관이나 튜브 라인 상의 최고점과 최저점의 위치를 확인하고, 상기 최저점 또는 최고점에 벤트(Vent), 드레인(Drain) 또는 드립 렉(Drip Leg)과 같은 구성요소의 설치 여부 및 타입을 확인하여 설계 RULE 위반여부를 체크하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 플랜트 엔지니어링 단계에서 요구되는 각종 RULE을 시스템적으로 구축하여 디자이너들이 쉽고 빠르게 RULE 체크를 할 수 있고, 정확한 RULE Data를 통해서 시공과정에서 생기는 Rule 위반에 대한 문제점을 사전에 수정보완할 수 있기 때문에 플랜트 설계의 완벽을 기할 수 있고, 플랜트 공사 전체에 대한 비용 및 시간절감 효과를 극대화 하는데 기여할수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 설계 RULE 체크를 시행하는 단계를 설명한 개략도.
도 2는 본 발명에 따른 설계 RULE 체크를 위한 U/I를 도시한 도면.
도 3 내지 도 9는 본 발명에 따른 설계 및 엔지니어링 부문의 RULE 체크 사항을 설명하는 도면.
도 10 내지 도 15는 본 발명에 따른 운전 부문의 RULE 체크 사항을 설명하는 도면.
도 16 내지 도 17은 본 발명에 따른 유지보수 부문의 RULE 체크 사항을 설명하는 도면.
도 18은 본 발명에 따른 안전 부문의 RULE 체크 사항을 설명하는 도면.
도 19 내지 도 21은 본 발명에 따른 RULE 체크 결과로 출력되는 도면.
이하 상기 목적이 구체적으로 실현될 수 있는 본 발명의 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 본 실시예들을 설명함에 있어서 동일 구성에 대해서는 동일 명칭 및 부호가 사용되며, 이에 따른 부가적인 설명은 생략하기로 한다.
도 1은 본 발명에 따른 설계 RULE 체크를 시행하는 단계를 설명한 개략도이고, 도 2는 본 발명에 따른 설계 RULE 체크를 위한 U/I를 도시한 도면이고, 도 3 내지 도 9는 본 발명에 따른 설계 및 엔지니어링 부문의 RULE 체크 사항을 설명하는 도면이고, 도 10 내지 도 15는 본 발명에 따른 운전 부문의 RULE 체크 사항을 설명하는 도면이고, 도 16 내지 도 17은 본 발명에 따른 유지보수 부문의 RULE 체크 사항을 설명하는 도면이고, 도 18는 본 발명에 따른 안전 부문의 RULE 체크 사항을 설명하는 도면이고, 도 19 내지 도 21은 본 발명에 따른 RULE 체크 결과로 출력되는 도면이다.
도 1을 참조하여 본 발명에 따른 설계 RULE 체크를 통한 플랜트 3D 캐드 모델링의 설계 품질 향상방법을 설명하기로 한다.
본 발명은 설계 RULE 데이터베이스 서버와, 상기 설계 RULE 데이터베이스 서버와 연동되고 3D 캐드 모델링 데이터가 저장되는 디자이너 PC를 이용하여 설계 RULE을 체크한다. 즉, 설계 RULE 데이터베이스 서버와 연동된 디자이너 PC에서 설계 RULE에 따라 3D 캐드 모델링이 작업되었는지 여부를 체크하게 된다.
구체적으로 설계 RULE 데이터베이스 서버에 프로젝트명을 등록하는 단계; 상기 등록된 프로젝트에 대한 설계 RULE을 카테고리별로 입력하는 단계; 상기 입력된 설계 RULE에 값(Value)을 지정하여 저장하는 단계; 상기 값(Value)이 지정된 설계 RULE을 3D 캐드 모델링 데이터에 적용하여 설계 RULE 위반 여부를 체크하는 단계; 및 상기 체크된 RULE에 대한 결과물을 출력하는 단계;로 이루어진다.
우선 프로젝트에 따라서 설계 RULE이 달라질 수 있기 때문에 설계 RULE 데이터베이스 서버에 프로젝트명을 등록한다.
다음으로, 프로젝트명을 등록한 후 해당 프로젝트에서 요구되는 설계조건과 설계요구사항인 RULE을 입력한다. 설계 RULE은, 발주처에서 요구하는 설계 RULE과, 프로젝트별로 요구되는 설계 RULE 및 설계 및 시공사의 시방서에 따른 설계 RULE이 있을 수 있다. 설계 RULE은 카테고리별로 입력되는데, 카테고리는 설계 및 엔지니어링(Desing and Engineering) 부문, 운전(Operation) 부문, 유지보수(Maintenance) 부문 및 안전(Safety) 부문으로 나누어져 입력된다. 카테고리별 설계 RULE은 설계 RULE 데이터 서버에 등록된 기본 설계 RULE을 그대로 사용하거나 추가 또는 삭제하여 사용할 수 있다. 각 부문에 따라 기본적으로 주어지는 설계 RULE은 다음과 같다.
■ 설계 및 엔지니어링(Design and Engineering)
- Wall and Pipe Space
- Pipe and Pipe Space
- Pipe and Flange Clearance
- Flange and Flange Clearance
- Check Valve Direction
- Steam Pipe Drip Leg
- Pump Suction Reducer Type
- Vent Location and Size
- Drain Location and Size
- Flare Header Minimum Slope
- Orifice Plate Minimum Meter-run
■ 운전(Operation)
- Valve Stem Orientation for Fail Safe Valve Operation
- BOP(Bottom of Plane) Elevation of Control Valve Manifold
- Valve Bottom and Floor Space
- Gap between BOP of Bypass and Actuator of Control Valve
- Stairway Headroom Clearance
- Pedestrian Access Way
- Thermal Linear Expansion
■ 유지보수(Maintenance)
- Pipe Rack Future Space
- Heat Exchanger Maintenance Volume
■ 안전(Safety)
- Fired Heater Valve Location
- Safety Valve Discharge
구체적으로 각 부문의 RULE을 설명하기로 한다.
설계 및 엔지니어링 부문에서, Wall and Pipe Space에 대한 RULE은, 벽이나 철골과 파이프가 유지해야 할 간격을 의미한다. 벽이나 철골에서 일정 간격을 유지하지 못하는 경우, 파이프에 인슐레이션을 해야하는 경우나, 파이프에 플랜지(Flange)가 장착되는 경우 장착이 어려운 경우가 있을 수 있기 때문에, 벽이나 철골로부터 파이프는 일정 간격을 유지하는 RULE이 필요하다. Pipe and Pipe Space에 대한 RULE도 마찬가지로 인접한 파이프와 파이프가 이격되어야 할 최소한의 공간이 필요한데, 이 경우도 마찬가지로 파이프에 인슐레이션이 필요하다던지 혹은 파이프에 밸브나 플랜지가 장착되는 경우, 일정한 간격이 유지되어 있어야만 인슐레이션, 플랜지 또는 밸브의 설치가 가능해진다. 따라서 파이프와 파이프 간의 간격을 유지해야 하는 RULE이 필요하다. Pipe and Flange Clearance는 플랜지의 직경이 파이프보다 크기 때문에, 인접한 파이프와 서로 간섭이 되어 플랜지를 설치하지 못할 수가 있다. 이러한 경우를 방지하기 위해 RULE이 필요하다. Flange and Flange Clearance도 마찬가지로 직경이 파이프보다 크고 파이프의 말단 또는 밸브를 설치하는 경우 플랜지 간의 일정한 간격이 필요하다. 일반적으로 두 개의 플랜지가 나란히 설치된 파이프에 설치되는 경우 위치를 서로 달리하여 간섭되지 않도록 하지만, 너무 가깝게 플랜지가 설치되면 플랜지를 조이기 위한 볼트 및 너트의 설치가 어렵기 때문에 적절한 간격이 필요하게 되므로 RULE이 필요하다. Check Valve Direction은 체크밸브의 기능이 유체를 한쪽으로만 이동하게 하는 역할을 하기 때문에, 체크밸브가 반대로 설치된 경우 플랜트 전체가 작동하지 않을 수도 있다. 따라서 체크밸브의 방향에 RULE이 필요하다. Steam Pipe Drip Leg은 스팀 파이프의 경우, 스팀이 피이프를 통해 이동하게 되는데, 이동과정에서 응축되면서 응축수 발생하게 되고, 응축수를 제거하지 않으면 증기와 물이 함께 움직이는 이유체 유동이 발생하게 되고, 이유체 유동에 따른 부식(erosion)과 워터 햄머링(Water Hammering)이 발생할 수 있다. 따라서 파이프의 최저점에는 드립 렉이 설치되어 응축수와 증기를 분리해 줄 필요가 있고, 그에 따라 RULE이 필요하다. Pump Suction Reducer Type은 펌프로 유체가 유입되는 석션 쪽에는 리듀서의 상부가 편평하게 이루어져야 하는데, 이는 펌프로 유입되는 유체에 공기 등이 포함되지 않도록 하기 위함이다. 일반적으로 펌프로 유입되는 유체에 공기 등이 포함되는 경우 캐비테이션 현상에 의해 펌프의 날개가 부식으로 인해 깨지는 등의 문제가 발생할 수 있다. 이를 방지하기 위해 리듀서는 상부가 편평하도록 설치되어야 하며, 따라서 RULE이 필요하다. Vent Location and Size와 Drain Location and Size는 최고점에는 벤트가 설치되어야 하고 최저점에는 드레인이 설치되어야 하기 때문에 RULE이 필요하다. 최초 운전을 하는 경우 공기를 제거하기 위해 벤트가 필요하고, 운전을 중단한 경우 파이프에 남아 있는 유체를 제거하기 위해 최저점에는 드레인이 필요하다. Flare Header Minimum Slope은 플레어 헤드로 가는 파이프에는 일반적으로 액체가 존재하는데, 중력에 의해 플레어 헤드로 기체 또는 액체로 구성된 플레어 가스를 보낼 필요가 있다. 따라서 RULE이 필요하다. 플레어 헤드는 운전 과정에서 발생하는 가스를 태워버리는 역할을 한다. Orifice Plate Minimum Meter-run은 파이프에 설치되는 오리피스는, 오리피스를 통과하는 유체에 난류의 발생을 방지하기 위해 전방과 후방에 일정한 직선구간이 필요한데, 이를 위해 RULE이 필요하다. 즉, 오리피스에서 유체의 유량을 계산하기 위해서는 일정한 속도로 흘러가는 층류 상태의 유체 흐름이 필요하다. 보통 전방은 파이프 직경의 10배, 후방은 파이프 직경의 3배 정도를 요구한다.
운전 부문에서는, Valve Stem Orientation for Fail Safe Valve Operation은 운전이 갑자기 중단된 경우 작업자가 직접 밸브를 잠궈야 하는데, 밸브의 스템이 작업자가 작업하기 어려운 곳에 위치하는 경우 빠른 작업이 불가하다. 따라서 운전 중단의 경우 빠른 작업을 위해 밸브 스템의 방향이 작업이 용이한 곳에 위치하여야 하므로, 설계 RULE이 필요하다. BOP Elevation of Control Valve Manifold는 컨트로 밸브 매니폴드는 주로 쉽게 운전할 수 있도록 지면이나 플랫폼 면에 근접하여 설치된다. 따라서 컨트롤 밸브 매니폴드는 파이프의 저면이 동일한 높이를 가지도록 설치되어야 한다. 또한, 컨트롤 밸브 매니폴드는 지면이나 플랫폼 면으로부터 일정한 높이로 설치되어야 한다. 따라서 지면 또는 플랫폼 면에서 일정한 이격 거리가 필요하며, 그에 따라 RULE이 필요하다. Elevation of Control Valve Manifold By-Pass는 바이패스에 밸브가 설치되는데, 너무 높게 설치되는 경우 작업이 곤란한 경우가 발생한다. 따라서 설계 RULE이 필요하다. Valve Bottom and Floor Space는 밸브 설치를 하기 위해서 볼트와 너트를 조아야 하는데, 바닥에 너무 근접한 경우 밸브의 설치가 어렵다. 따라서 설계 RULE이 필요하다. Gap between Bop of Bypass and Actuator of Control Valve는 바이패스 라인과 컨트롤 밸브의 액츄에이터가 서로 간섭되는 경우가 발생할 수 있는데, 이러한 점을 방지하기 위해 설계 RULE이 필요하다. Stairway Headroom Clearance는 작업자가 계단을 올라가는 경우 작업자의 머리에 배관이나 장치 등이 부딪히지 않도록 설치되어야 하기 때문에 설계 RULE이 필요하다. Pedestrian Access Way는 작업자의 이동경로를 확보하기 위해 필요하고, 따라서 설계 RULE이 필요하다. Thermal Linear Expansion은 파이프를 흐르는 유체의 온도가 높아서 파이프가 늘어나거나, 외기 온도의 증가로 파이프가 늘어날 수 있는데, 파이프의 선형적 팽창에 대해서는 설계 RULE이 필요하다.
유지보수 부문에서, Pipe Rack Future Space는 다수의 파이프가 얹혀져 설치되어 있는 파이프 랙(Pipe Rack)에는 추후 유지보수를 위해 임시파이프 등이 설치될 수 있기 때문에 공간이 필요하다. 따라서, 공간 확보를 위한 설계 RULE이 필요하다. Heat Exchanger Maintenance Volume은 열교환기의 내부 튜브를 유지보수하기 위해 빼낼 필요가 있는데, 열교환기에서 내부 튜브를 분리할 수 있는 공간이 필요하며, 이를 위해 설계 RULE이 필요하다.
안전 부문에서, Fired Heater Valve Location은 히터가 계속적으로 가열되는 상태이고 폭발이나 화재 등의 위험성이 있기 때문에 히터로 가는 유체를 차단하기 위한 밸브의 위치는 안전 위치에 있어야 하며, 그에 따라 설계 RULE이 필요하다. Safety Valve Discharge는 안전 밸브를 통해 파이프 라인에서 압력이나 다른 요인에 의해 일정 압력 이상일 경우 갑자기 밸브가 열리면서 유체가 방출된다. 이러한 경우 고압의 유체가 방출되기 때문에 위험하다. 따라서 안전 밸브의 배출구의 위치는 작업자가 접근하기 어려운 위치에 존재할 필요가 있고, 그에 따라 설계 RULE이 필요하다.
다음으로, 설계 RULE에 값(Value)을 지정하여 저장한다. 설계 RULE 값은 일정한 수치나 설치 여부 및 사이즈 등의 값이 지정되는데, 앞서 설명한 설계 RULE에서 필요한 값을 지정한다.
도 1에 도시된 바와 같이 설계 RULE 데이터베이스 서버에 3D 캐드 모델링 데이터(20)에서 설계 RULE이 적용되는 배관 루팅 타입을 인식하고 저장하여 사용할 수 있다. 따라서, 동일한 루팅 타입에 대해서 설계 디자이너는 저장된 배관 루팅 타입을 불러와 설계에 반영할 수 있으므로 작업이 수월해진다. 또한, 설계 RULE 데이터 서버(10)에 저장된 각 배관 구성요소의 타입, 방향 및 위치에 따라 미리 정해진 루팅 타입 객체를 사용하여 설계 RULE 값을 지정할 수도 있다. 설계 RULE 데이터베이스 서버(10)에 3D 캐드 모델링 데이터(20)에서 RULE이 적용되는 기계장치의 타입을 인식하고 저장하여 사용할 수 있다. 하나의 타입을 저장하여 등록하여 두면, 디자이너는 동일한 타입에 대하여 저장된 타입을 불러와 사용할 수 있으므로 작업을 수월하게 할 수 있다. 또한, 3D 캐드 모델링 데이터(20)에서 각 기계장치의 태그규칙, 노즐과 같은 구성요소의 특징을 인식한 후, 설계 RULE 데이터 서버(10)에 미리 정해진 타입의 기계장치과 비교 분석하여 일치되는 타입을 사용하거나 일치되는 타입의 형태를 저장하여 재사용할 수도 있다. 또한, 벤트(Vent), 드레인(Drain) 또는 드립렉(Drip Leg)과 같은 배관 구성요소가 존재해야 할 타입 및 위치 정보를 지정한다. 또한, 하나의 구성요소와 인접한 다른 구성요소 간의 거리 또는 간격을 지정한다. 예를 들어 파이프와 파이프 간의 일정간격에 대한 값, 파이프와 플랜지의 이격거리 등의 값을 지정한다. 또한, 하나의 구성요소에 대해 지켜져야 할 엔지니어링 값을 지정한다. 예를 들어, 오리피스 미터런(Meter-run)과 같은 값을 지정한다. 또한, 밸브 스템의 위치와 같이 운전시 요구되는 구성요소의 위치 값을 지정한다. 또한, 작업자의 운전을 위한 작업공간과 이동경로에 대한 볼륨을 지정하며, 파이프랙과 같은 추후 유지보수를 위해 일정 공간이 필요한 유지보수를 위해 필요한 볼륨을 지정할 수도 있다.
다음으로, 값(Value)이 지정된 설계 RULE을 3D 캐드 모델링 데이터에 적용하여 설계 RULE 위반 여부를 체크하는 단계를 거치게 된다. 도 1에 도시된 바와 같이, 설계 RULE이 적용되는 구성요소에 대해 설계 RULE 데이터 서버(10)의 RULE과 구성요소 간의 적용여부 또는 위반 여부를 체크하게 된다.
구체적으로, 3D 캐드 모델링 데이터(20)에서 하나의 구성요소의 치수, 방향 및 공간 정보와, 인접한 다른 하나의 구성요소의 치수, 방향 및 공간 정보를 인식하여, 상기 하나의 구성요소와 인접한 다른 구성요소 간의 거리 또는 간격을 지정한 RULE 값과 비교하여 위반여부를 체크하게 된다.
또한, 3D 캐드 모델링 데이터(20)의 플랫폼(Platform)에 배치되어 있는 계단, 이동경로 및 작업공간과 같은 가상 볼륨 설계 RULE이 적용되는 구성요소에 대하여, 면과 면이 만나는 3차원 상의 점을 이용하여 최고점과 최저점을 추출한다. 추출된 최고점과 최저점을 이용하여 폭(Width)과 높이(Height)를 계산하여, 작업자의 운전을 위한 작업공간과 이동경로에 대한 볼륨과 추후 유지보수(Maintenance)를 위해 필요한 볼륨을 결정한다. 3D 캐드 모델링 데이터에서 결정된 볼륨과 설계 RULE 데이터베이스 서버의 설계 RULE 값과 비교하여 위반여부를 체크한다.
또한, 벤트(Vent), 드레인(Drain) 또는 드립렉(Drip Leg)과 같은 구성요소의 설치 타입 및 설치 위치의 설계 RULE이 적용되는 구성요소에 대하여는, 3D 모델링 데이터(20)에서 배관이나 튜브의 정보를 추출하여 배관이나 튜브 라인 상의 최고점과 최저점의 위치를 확인한다. 확인된 최저점 또는 최고점에 벤트, 드레인 또는 드립렉과 같은 구성요소의 설치 여부 및 타입을 확인하여 설계 RULE 위반여부를 체크한다.
구체적으로 도면을 참고하여 설명하기로 한다.
도 3 내지 도 10은 본 발명에 따른 설계 및 엔지니어링 부문의 RULE 체크 사항을 설명하는 도면이다.
도 3에서는 파이프와 벽 간의 스페이스에 대한 RULE 위반사항을 표시하고 있다. 예를 들어, 파이프와 벽 간의 이격 거리가 RULE에 규정된 값인 최소 200mm 이상 이격되어야 하는데 이격되지 않은 경우 RULE 위반으로 도면에 표시가 된다.
도 4는 플랜지와 플랜지 간의 이격거리가 유지되어야 하나, 일정한 이격거리를 유지하지 않은 경우인데, 이 경우 어느 한 플랜지 치수(Dimension)와 방향에 따른 공간을 인식하여 다른 플랜지와의 이격거리를 확인하게 된다. 즉, 인식된 플랜지의 공간에 다른 플랜지가 위치하는 경우 설계 RULE 위반으로 도면에 표시된다.
도 5는 스팀 파이프에서 드립렉이 미설치되어 RULE 위반으로 표시된 것을 도시하고 있다. 스팀 파이프의 드립렉은 파이프의 최저점에 설치되어야 하므로, 3D 캐드 모델링 데이터를 불러와 최저점을 인식하고, 인식된 최저점에 드립랙이 설치되지 않은 경우 도면에 위반사항을 표시하게 된다. 또한, 드립렉의 파이프 사이즈는 설계 RULE 데이터에 리스트될 수 있으며, 리스트된 사이즈와 동일한지 여부를 일대일로 대응하여 일치여부를 체크하게 된다. 도 6과 도 7은 벤트와 드레인에 대한 것으로서, 스팀 파이프의 드립렉과 같은 방법으로 위반여부를 판단하게 된다.
도 8은 플레어 스택(Flare Stack)으로 가는 플레어 헤드라인에 대한 것으로서, 3D 모델링 데이터에서 플레어 헤드 라인의 치수와 방향 그리고 공간을 인식하여, 헤드 라인이 최소의 구배를 가지고 있는지 파악하여 RULE 위반 여부를 체크하게 된다.
도 9는 오리피스가 설치되는 파이프에 있어서 미터런(Meter-run) 위반 여부를 표시한 것으로서, 3D 캐드 모델링 데이터에서 오리피스 라인의 치수와 방향 및 공간을 인식하여, 오리피스의 전후방의 직선구간에 대해 체크를 하게되며, RULE 값에 규정된 값보다 작은 경우 위반 사항을 도면에 표시하게 된다.
도 10 내지 도 15는 본 발명에 따른 운전 부문의 RULE 체크 사항을 설명하는 도면이다. 도 10 내지 도 12는 모두 컨트롤 밸브 매니폴드에 관한 것으로서, 도 10은 컨트롤 밸브 매니폴드의 BOP가 같은지 여부를 체크하여 위반사항을 표시한 것이고, 도 11은 바이패스 라인의 밸브가 운전 가능한 위치에 설치되었는지 여부를 체크하여 위반사항을 표시한 것이고, 도 12는 바이패스 라인과 컨트롤 밸브의 액츄에이터가 일정한 이격거리를 가졌즌지 여부를 체크하여 위반사항을 표시한 것이다. 도 10은 3D 캐드 모델링 데이터에서 밸브의 위치(Location)를 인식하고, 인식된 밸브의 위치 값이 RULE에 위반되었는지 여부를 체크한 것이고, 도 11도 마찬가지로 바이패스 밸브의 밸브 위치를 인식하고, 인식된 밸브의 위치 값이 RULE에 위반되었는지 여부를 체크한 것이며, 도 12는 액츄에이터의 최고점과 바이패스 라인의 최저점을 인식하여 볼륨을 결정하고, 결정된 볼륨을 통해 바이패스 라인과 액츄에이터가 일정한 간격을 유지하고 있는지를 체크하여 위반사항을 도면에 표시한 것이다. 도 13 내지 도 15는 운전 부문 중, 계단과 이동경로에 대한 RULE 위반여부를 체크한 도면이다. 도 13 내지 도 15는 3D 캐드 모델링 데이터에서 계단 및 이동경로의 최저점과 최고점을 인식하고, 인식된 최저점과 최고점을 이용하여 폭과 높이를 결정하여 결정된 값과 설계 RULE 값을 비교하여 위반여부를 체크한 것이다.
도 16과 도 17은 본 발명에 따른 유지보수 부문의 RULE 체크 사항을 설명하는 도면이다. 도 16은 파이프랙(PipeRack) 상의 추후 유지보수를 위한 공간이 있는지를 체크하여 위반여부를 표시한 것이고, 도 17은 열교환기의 내부 튜브를 유지보수를 위해 빼낼 때의 공간이 있는지를 체크하여 위반여부를 표시한 것이다. 도면에 도시된 바와 같이, 3D 캐드 모델링 데이터에서 해당 구성요소에 대하여 가상 볼륨을 형성하고 설계 RULE 값과 비교하여 위반여부를 파악하게 된다.
도 18은 본 발명에 따른 안전 부문의 RULE 체크 사항을 설명하는 도면이다. 도면에 도시된 바와 같이, 히터로부터 안전범위의 가상 볼륨을 결정하고, 결정된 볼륨 내에 밸브가 위치하는지 여부를 파악하여 RULE 위반 여부를 체크하게 된다.
도 19 내지 도 21은 설계 RULE을 체크한 결과물에 대한 도면이다. 도 19는 결과물인 로그(Log) 파일이고, 도 20은 3D 캐드 이미지를 포함하는 엑셀파일(Snapshot)이고, 도 21은 각 위반항목을 표시한 리스트이다.
도 2는 본 발명에 따른 설계 RULE 체크를 위한 U/I에 대한 도면이다. 도면에 도시된 바와 같이, U/I에 기설명한 설계 RULE에 대한 값을 지정할 수 있다.
상기에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 따른 설계 RULE 체크를 통한 플랜트 3D 캐드 모델링의 설계 품질 향상방법에 의하면, 시공 전에 설계 RULE의 위반여부를 체크할 수 있어서 설계 품질을 향상시킬 수 있다는 장점이 있다. 또한, 설계 단계에서 미리 설계 RULE 값이 지정된 루팅 타입을 사용할 수 있기 때문에 사전에 RULE 위반사항을 제거할 수 있어서 RULE 체크에 따른 시간을 절약할 수 있다. 또한 디자이너들이 쉽게 RULE 위반여부를 체크하고, 필요에 따라 미리 설계 RULE 값이 지정된 루팅 타입이나 기계 장치 등으로 설계를 할 수 있어서, 설계 시간의 감축이라는 효과도 얻을 수 있다.
이와 같이 본 발명은 다양하게 변형실시가 가능한 것으로, 본 발명의 바람직한 실시예를 들어 설명하였으나, 본 발명은 이러한 실시예에 한정된 것은 아니고, 본 발명의 청구 범위와 상세한 설명에서 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 기술자가 변형하여 사용할 수 있는 기술은 본 발명의 기술범위에 당연히 포함된다고 보아야 할 것이다.
10 : 설계 RULE 데이터베이스 서버 20 : 3D 캐드 모델링 데이터
21 : 체크 대상

Claims (8)

  1. 설계 RULE 데이터베이스 서버와, 상기 설계 RULE 데이터베이스 서버와 연동되고 3D 캐드 모델링 데이터가 저장되는 디자이너 PC로 플랜트 3D 캐드 모델링의 설계 RULE을 체크하는, 설계 RULE 체크를 통한 플랜트 3D 캐드 모델링의 설계 품질 향상방법에 있어서,
    상기 설계 RULE 데이터베이스 서버에 프로젝트명을 등록하는 단계;
    상기 등록된 프로젝트에 대한 설계 RULE을 설계 및 엔지니어링 부문, 운전 부문, 유지보수 부문 및 안전 부문의 카테고리별로 입력하는 단계;
    상기 입력된 설계 RULE에 값을 지정하여 저장하는 단계;
    상기 값이 지정된 설계 RULE을 3D 캐드 모델링 데이터에 적용하여 설계 RULE 위반 여부를 체크하는 단계; 및
    상기 체크된 RULE에 대한 결과물을 출력하는 단계;
    로 이루어지며,
    상기 카테고리별 설계 RULE은 상기 설계 RULE 데이터 서버에 등록된 설계 RULE을 그대로 사용하거나 추가 또는 삭제하여 사용하고,

    상기 설계 및 엔지니어링 부문의 RULE에는 벽과 파이프 사이 공간(Wall and Pipe Space), 파이프와 파이프 사이 공간(Pipe and Pipe Space), 파이프와 플랜지 사이 공간(Pipe and Flange Clearance), 플랜지와 플랜지 사이 공간(Flange and Flange Clearance), 체크밸브의 방향(Check Valve Direction), 스팀파이프 드립렉(Steam Pipe Drip Leg), 펌프 석션의 리듀서 타입(Pump Suction Reducer Type), 벤트의 위치 및 사이즈(Vent Location and Size), 드레인의 위치 및 사이즈(Drain Location and Size), 플레어 헤드의 최소 구배(Flare Header Minimum Slope) 및 오리피스 플레이트의 최소 직경구간(orifice Plate Minimum Meter-run)의 설계 준수 여부로 구성되고,
    상기 운전(Operation) 부문의 RULE에는, 밸브의 안전운전을 위한 밸브 스템 방향(Valve Stem Orientation for Fail Safe Valve Operation), 컨트롤 밸브 매니폴드의 BOP 엘리베이션(BOP(Bottom of Plane) Elevation of Control Valve Manifold), 밸브 저면과 바닥면 사이의 공간(Valve Bottom and Floor Space), 컨트롤 밸브 액츄에이터와 바이패스 파이프의 밑면 사이의 갭(Gap between BOP of Bypass and Actuator of Control Valve), 계단에서 머리와 천장 사이 공간(Stairway Headroom Clearance), 보행자 진입로(Pedestrian Access Way), 열팽창(Thermal Linear Expansion) 사항의 설계 고려 여부로 구성되고,
    상기 유지보수 부문의 RULE에는, 파이프랙의 후사용 공간(Pipe Rack Future Space), 열교환기의 유지보수를 위한 공간(Heat Exchanger Maintenance Volume)의 설계 고려 여부를 구성되며,
    상기 안전 부문의 RULE에는, 직화식 가열기의 밸브 위치(Fired Heater Valve Location)와, 안전밸브의 배출구(Safety Valve Discharge)의 설계 고려 여부로 구성되는 것을 특징으로 하는 설계 RULE 체크를 통한 플랜트 3D 캐드 모델링의 설계 품질 향상방법.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 설계 RULE 값을 지정하여 저장하는 단계는,
    상기 3D 캐드 모델링 데이터에서 설계 RULE이 적용되는 배관 루팅 타입을 인식하고 저장하여 사용하거나, 상기 설계 RULE 데이터베이스 서버에서 각 배관 구성요소의 타입, 방향 및 위치에 따라 미리 정해진 루팅 타입 객체를 사용하여 상기 RULE 값을 지정하는 것을 특징으로 하는 설계 RULE 체크를 통한 플랜트 3D 캐드 모델링의 설계 품질 향상방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 설계 RULE 값을 지정하는 단계는,
    상기 3D 캐드 모델링 데이터에서 RULE이 적용되는 기계장치의 타입을 인식하고 저장하여 사용하거나, 각 기계장치의 태그규칙, 노즐과 같은 구성요소의 특징을 인식한 후 상기 설계 RULE 데이터베이스 서버에 미리 정해진 타입의 기계장치과 비교 분석하여 일치되는 타입을 사용하거나 일치되는 타입의 형태를 저장하여 재사용하는 것을 특징으로 하는 설계 RULE 체크를 통한 플랜트 3D 캐드 모델링의 설계 품질 향상방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 설계 RULE 값을 지정하는 단계는,
    벤트, 드레인 또는 드립렉과 같은 배관 구성요소가 존재해야 할 타입 및 위치 값을 지정, 하나의 구성요소와 인접한 다른 구성요소 간의 거리 또는 간격을 지정, 하나의 구성요소에 대해 지켜져야 할 엔지니어링 값을 지정, 밸브 스템의 위치와 같이 운전시 요구되는 구성요소의 위치 값을 지정, 작업자의 운전을 위한 작업공간과 이동경로에 대한 볼륨을 지정 또는 유지보수를 위해 필요한 볼륨을 지정하는 것을 특징으로 하는 설계 RULE 체크를 통한 플랜트 3D 캐드 모델링의 설계 품질 향상방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 설계 RULE 위반여부를 체크하는 단계는,
    상기 3D 캐드 모델링 데이터에서 하나의 구성요소의 치수, 방향 및 공간 정보와, 인접한 다른 하나의 구성요소의 치수, 방향 및 공간 정보를 인식하여, 상기 하나의 구성요소와 인접한 다른 구성요소 간의 거리 또는 간격을 지정한 RULE 값과 비교하여 위반여부를 체크하는 것을 특징으로 하는 설계 RULE 체크를 통한 플랜트 3D 캐드 모델링의 설계 품질 향상방법.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 설계 RULE 위반여부를 체크하는 단계는,
    상기 3D 캐드 모델링 데이터에서 플랫폼에 배치되어 있는 계단, 이동경로 및 작업공간과 같은 가상 볼륨 설계 RULE이 적용되는 구성요소에 대하여, 면과 면이 만나는 3차원상의 점을 이용하여 최고점과 최저점을 추출하고, 상기 추출된 최고점과 최저점을 이용하여 폭과 높이를 계산하여, 상기 작업자의 운전을 위한 작업공간과 이동경로에 대한 볼륨 또는 유지보수를 위해 필요한 볼륨을 결정하고, 결정된 볼륨과 상기 설계 RULE 데이터베이스 서버의 설계 RULE 값과 비교하여 위반여부를 체크하는 것을 특징으로 하는 설계 RULE 체크를 통한 플랜트 3D 캐드 모델링의 설계 품질 향상방법.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 설계 RULE 위반여부를 체크하는 단계는,
    상기 벤트, 드레인 또는 드립 렉과 같은 구성요소의 설치 타입 및 설치 위치의 설계 RULE 적용되는 구성요소에 대하여, 상기 3D 캐드 모델링 데이터에서 배관이나 튜브의 정보를 추출하여 배관이나 튜브 라인 상의 최고점과 최저점의 위치를 확인하고, 상기 최저점 또는 최고점에 벤트, 드레인 또는 드립 렉과 같은 구성요소의 설치 여부 및 타입을 확인하여 설계 RULE 위반여부를 체크하는 것을 특징으로 하는 설계 RULE 체크를 통한 플랜트 3D 캐드 모델링의 설계 품질 향상방법.
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