KR102056320B1

KR102056320B1 - 스마트플랜트 다차원공간 3d 배관설계 협업방법

Info

Publication number: KR102056320B1
Application number: KR1020190064042A
Authority: KR
Inventors: 조규혁
Original assignee: (주)더퍼스트아이씨티
Priority date: 2019-05-30
Filing date: 2019-05-30
Publication date: 2019-12-16

Abstract

본 발명은 스마트플랜트 다차원공간 3D 배관설계 협업방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 플랜트 및 메가 팩토리내 생산 설비 간 배관설계작업을 시행함에 있어, 엔지니어링사로부터 제공되는 BIM 정보(3D 도면, 건물,설비의 형태 및 속성)를 읽어들여 건물(FAB) 및 관련설비를 3D로 구현하여 보여주고, FAB 내부 생산설비의 배치 및 기배치된 장비의 증설과 이설, 설치되는 설비위치의 설계변경 등에 유연하게 대처할 수 있도록 하여 제품양산 시기를 단축되게 하고, 특히, 다차원의 가상공간 내에서 설비배치 및 설비 간 배관 설계작업을 공사관련자들이 실시간 협업작업을 행할 수 있게 하여, 분야별 업무에 관한 다양한 의견과 정보를 교환 및 공유 가능하도록 하며, 가상의 다차원 공간에서 배관간섭 검출 및 사전조치, 진공배관 직관화 및 우회 시공 체크, 오타공에 의한 그레이팅 폐기율 체크, 오접사고 체크, 환경안전 법규 등을 사전에 체크하고, 제품을 양산하는 설비, 양산 중 설비 주변 환경, 설비 운영 등의 데이터를 통해 생산 중인 제품의 품질을 보존할 수 있도록 한 품질보전단계가 더 구비되어 불량률을 최소화하고, 건물의 적기 완공 및 양산 제품에 최적의 품질 체계를 조기에 구축 할 수 있도록 한 스마트플랜트 다차원공간 3D 배관설계 협업방법에 관한 것이다.

Description

스마트플랜트 다차원공간 3D 배관설계 협업방법{Smart Plant Multidimensional Space 3D Piping Design Collaboration System}

본 발명은 스마트플랜트 다차원공간 3D 배관설계 협업방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 플랜트 및 메가 팩토리(반도체 및 디스플레이 제조공장)내 생산 설비 간 배관설계작업을 시행함에 있어, 엔지니어링사로부터 제공되는 BIM(Building Information Management) 정보(3D 도면, 건물,설비의 형태 및 속성)를 읽어들여 건물(FAB) 및 관련설비를 3D로 구현하여 보여주고, 건물(FAB) 내부 생산설비의 배치 및 기배치된 장비의 증설과 이설, 그리고, 설치되는 설비위치의 설계변경 등에 유연하게 대처할 수 있도록 하여 제품양산 시기를 단축되게 하고, 특히, 다차원의 가상공간 내에서 설비배치 및 설비 간 배관 설계작업을 공사관련자들이 실시간 협업작업(Rear-Time Collaboration)을 행할 수 있게 하여, 분야별 업무에 관한 다양한 의견과 정보를 교환 및 공유 가능하도록 하며, 아울러, 가상의 다차원 공간에서 배관간섭 검출 및 사전조치, 진공배관 직관화 및 우회 시공 체크, 오타공에 의한 그레이팅(Grating) 폐기율 체크, 오접사고 체크, 환경안전 법규 등을 사전에 체크하고, 제품을 양산하는 설비, 양산 중 설비 주변 환경, 설비 운영 등의 데이터를 통해 생산 중인 제품의 품질을 보존할 수 있도록 한 품질보전단계가 더 구비되어 불량률을 최소화할 수 있고, 건물(FAB)의 적기 완공 및 양산 제품에 최적의 품질 체계를 조기에 구축 할 수 있도록 한 스마트플랜트 다차원공간 3D 배관설계 협업방법에 관한 것이다.

최근에는 정유나 석유화학 업계에서 생산 효율이나 공정 안정성을 높이기 위해 정보 통신기술을 접목한 스마트 플랜트(Smart Plant)로 변환되고 있는데, 스마트 플랜트는 공정 자동화 수준을 넘어 빅데이터, 사물인터넷, 인공지능 등 최신 디지털 신기술들을 활용하여 공정 설비의 생산능력을 높이거나, 제품의 품질 수준을 향상, 공정 운영의 안정성이나 신뢰도를 향상하는 미래형 플랜트이다.

통상 정유나 석유화학 공장은, 원재료 투입부터 최종 제품 생산까지 다양한 공정 설비가 서로 유기적으로 연계되어 있어서 특정 공정에서의 변화가 후속 공정에 영향을 미치고 결국 최종 제품의 품질까지 영향을 미치는데, 각 공정에서의 공정 상태 값들을 수집하여 상호 연관 관계를 파악하여 하나의 모델을 통해서 공정 상태 값들의 변화를 예측하여 최적 공정을 위한 운전 조건을 얻을 수 있는 것이다.

따라서, 공정 설비를 구축하는 생산장비나 배관 등이 최초 설계단계에서부터 불량이나 배관의 결합 오차율을 없애는 것이 중요한 요소가 되었다.

한편, 일반적인 공장 즉 플랜트 및 반도체/디스플레이 제조를 위한 FAB의 준공시기를 앞당겨 관련 기술에 대한 연구 개발과 제품에 대한 조기 양산체계를 구축하고자 하는 기술이 발전하고 있는데, 이를 위해서는 FAB(장비 셋팅 및 분석) 건설과 관련한 협력업체들 간의 협업이 매우 중요하게 요구되고 있다.

특히 FAB 건설시에 반도체 및 디스플레이 제조를 위해 배치된 수백 내지 수천의 제조 설비와 이를 운영하기 위한 운영 및 지원설비 들을 납품하는 협력 업체들의 빠른 설비의 배치와 다양한 설비들을 연결하는 배관 설계를 단시간에 정확하게 설계하느냐가 제품의 조기 양산 체계를 구축하는 주요한 요인이다.

이를 위하여 협력업체들이 가상의 3D 공간에서 여러 가지의 행동과 작업을 할 수 있는 기술을 기반으로 하는 다중 3D 엔진을 활용하고 있는데, 일 예로 다중 3D 엔진을 활용하여 플랜트 건설과 관련한 다양한 협력업체들이 하나의 가상공간에서 동시에 같이 작업을 할 수 있는 협업 시스템 개발하여 적용하고 있다.

일 예로, 반도체 생산공정은 포토공정 (Photo Lithography), 식각공정 (Etching), 절연막 형성공정(CVD), 금속배선공정(Metallization), 이온침투공정(Implant), 감광액 제거공정(Clean), 연마공정(CMP)에 이르는 8단계의 공정을 통해 이루어지는 것인바, 이러한, 단계별 공정의 반도체 생산라인을 구축함에 있어서는, 먼저, 생산현장의 아우트라인(Outline)을 설계하고, 설계를 통해 시공된 현장에 공정별 장비들을 설계도에 맞추어 배치하며, 그들 배치된 장비들을 배관, 덕트, 케이블 등에 의해 연결하는 작업, 예컨대, FAB(Fabrication) 배관설계작업을 통해 구축된다.

하지만, 종래 반도체 생산설비를 구축하기 위해 적용되는 FAB 유틸리티, 예컨대, 배관, 덕트, 케이블 등은, 그들 각 요소별 구성이 표준화되어있지 못함에 따라 시공현장 상황에 맞추어 서로 다른 설계가 이루어지고, 규격도 또한 수시로 변경되는 문제가 있다.

또한, FAB 유틸리티 시공 후, 반도체 생산장비가 교체되거나 바뀌게 되면, 그들 FAB 유틸리티의 배치나 규격 또한 바뀌는 등의 문제가 있고, 특히, 하나의 베이(장비들이 위치한 구역)에서 배관과 덕트, 그리고, 케이블 등의 연결작업이 각각 서로 다른 기술자들에 의해 이루어지는 문제, 예컨대, 배관설비작업시 덕트 및 케이블에 대한 설비작업은 이루어지지 못하고, 덕트설비작업시 배관 및 케이블에 대한 설비작업은 이루어지지 못하는 것 등과 같이, 각 설비작업이 협업되지 못한채, 하나의 설비작업이 이루어지는 동안, 나머지 다른 설비요소들은 야적 또는 대기상태를 취해야 함에 따라 시공현장의 운영상황이 매우 비효율적이고, 비경제적임은 물론, 과학적으로 체계화되지 못함에 따라 노동력과 시공기간이 필요 이상, 과다 소요되는 문제점이 있다.

대한민국 등록특허 제10-1015313호 대한민국 등록특허 제10-1466590호

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하고자 제안된 것으로, 다차원 가상공간 내에서의 실시간 공동작업을 통해 건물 배관설계와 관려한 분야별 공사참여업체들의 다양한 의견과 정보를 원활히 교환 및 공유 가능하게 하고, 가상의 시뮬레이션 공정을 통해 건물 배관설계작업을 사전에 시행하여 보다 안정적이고 균일한 시공품질을 확보하고, 그에 따른 초기 투자비용을 절감하고, 조기 양산체제를 구축할 수 있는 효과가 있고, 나아가, 생산 되는 제품의 불량률을 최소화하기 위하여 생산 장비의 동작 시 생성되는 공정데이터, 생산 장비의 주변 환경에 대한 환경데이터, 생산 장비의 운영 중에 생성되는 운영데이터, 생산된 제품의 품질을 확인하는 품질데이터를 기반으로 한 품질보전단계를 통해 제품의 불량률을 낮춰 신뢰도가 높은 품질을 생산할 수 있는 양산체제를 구축할 수 있는 스마트플랜트 다차원공간 3D 배관설계 협업시스템을 제공하는데 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 협업시스템 운영서버에 마련된 BIM(Building Informat ion Modeling) 변환부를 통해 시공사로부터 3D로 제작된 건물의 기초도면파일을 제공받고, 제공받은 3D 건물 기초도면파일을 BIM 변환모드를 통해 협업시스템 전용프로그램 열람파일로 변환하며, 변환된 3D 건물 기초도면파일의 열람확인을 통해 건물구조 오류부분을 수정하는 빔 데이터 입수/변환단계; 협업시스템 운영서버에 마련된 기준정보관리부를 통해 생산장치설비전문분야 클라이언트 서버와, 배관시공 전문분야 클라이언트 서버로부터 건물 내에 시공될 생산장치와 배관에 대한 유틸리티와, 부품소재, 구성유닛에 관한 일체의 자료를 3D 이미지 모델링 정보로 제공받는 설계기준정보 수집단계; 상기 빔 데이터 입수/변환단계를 통해 입수변환된 3D 건물 기초도면파일과, 설계기준정보 수집단계를 통해 수집한 생산장치 및 배관에 대한 정보자료를 사전 시뮬레이션부를 통해 매칭시켜, 3D 건물 기초도면상에 생산장치와 배관을 모의실험 형태로 배치하여 가상시공하는 FAB 배관 가상시공단계; 상기 FAB 배관 가상시공단계에 의한 모의실험 결과정보를 토대로, 3D 설계운영부에 마련된 배관설계 모델링 모드 및 배관연결구조 설계모드를 통해, 생산장치와 배관에 대한 시공 모델링을 3D 설계도면으로 생성하는 시공 모델링 설계단계; 상기 시공모델링 설계단계 통해 생성된 생산장치와 배관에 대한 시공 모델링 설계도면을 협업시스템에 있어, 3D 설계운영부에 마련된 설계도면 출도모드를 통해 추출하여 생산장치설비 전문분야 클라이언트 서버와, 배관시공 전문분야 클라이언트 서버에 제공하는 출도도면 제공단계; 상기 출도도면 제공단계를 통해 시공모델링 설계도면을 제공받은 생산장치설비 전문분야 클라이언트 서버 및 배관시공 전문분야 클라이언트 서버는, 시공모델링 설계도면을 정보자료로 하여 건물 내로 시공되는 생산장치와 배관에 대한 물량을 산출하고, 산출된 물량에 대한 비용을 정산하여 검증하는 물량산출 정산검증단계; 상기 물량산출 정산검증단계() 이후 생산되는 제품의 불량을 검증하며 검증된 데이터를 협업시스템 운영서버에 제공하여 해당 제품의 품질을 실시간으로 확인하고, 불량 발생 원인으로 파악된 생산라인 또는 생산장치의 동작을 제어하는 품질보전단계; 및 상기 품질보전단계를 통과한 생산장치와 배관을 시공모델링 설계도면에 따라 건물 내 현장에 실제 배치시공한 후, 그 시공완료정보 함께, 상기 빔 데이터 입수/변환단계, 설계기준정보 수집단계, FAB 배관 가상시공단계, 시공 모델링 설계단계, 출도도면 제공단계, 물량산출 정산검증단계, 품질보전단계로 진행되는 일체의 협업시스템과 그 협업시스템 운영정보를 시행사에 제공하는 시스템 납품단계;로 이루어진 것을 특징으로 한다.

상기와 같이 이루어진 본 발명은, 가상의 시뮬레이션 공정을 통해 건물 배관설계작업을 사전에 시행하여 보다 안정적이고 균일한 시공품질을 확보하고, 그에 따른 초기 투자비용을 절감하고, 조기 양산체제를 구축할 수 있는 효과가 있고, 또한, 생산 장비의 동작 시 생성되는 공정데이터, 생산 장비의 주변 환경에 대한 환경데이터, 생산 장비의 운영 중에 생성되는 운영데이터, 생산된 제품의 품질을 확인하는 품질데이터를 기반으로 한 품질보전단계를 통해 제품의 불량률을 낮춰 신뢰도가 높은 품질을 생산할 수 있는 양산체제 조기에 구축할 수 있는 효과를 기대할 수 있다.

도 1은 본 발명에 적용되는 협업시스템의 개념도.
도 2는 본 발명에 적용되는 협업시스템의 운영서버의 블록구성도.
도 3은 본 발명에 적용되는 기준정보관리부의 블록구성도.
도 4는 본 발명에 적용되는 BIM 변환부의 블록구성도.
도 5는 본 발명에 적용되는 사전 시뮬레이션부의 블록구성도.
도 6은 본 발명에 적용되는 3D 설계운영부의 블록구성도.
도 7은 본 발명에 따른 스마트플랜트 다차원공간 3D 배관설계 협업시스템의 순서도.
도 8은 본 발명에 적용되는 품질보전부의 블록구성도.
도 9는 본 발명에 적용되는 품질보존단계를 도시한 순서도.

이하, 상기 목적 외에 본 발명의 다른 목적 및 특징들은 첨부 도면을 참조한 실시 예에 대한 설명을 통하여 명백히 드러나게 될 것이다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가진 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 스마트플랜트 다차원공간 3D 배관설계 협업시스템의 바람직한 구현예를 설명하도록 한다.

먼저, 본 발명의 개략적인 구성을 살펴보면, 협업시스템 운영서버(1)와, 전문분야별 클라이언트 서버(2)로 이루어진 시스템을 기초 구성으로 한다.

상기 협업시스템 운영서버(1)는 웹 또는 모바일 등을 통해 FAB 배관설계작업에 관련한 일체의 통합 협업서비시를 제공하기 위한 것으로, 도 2에 도시된 바와 같이, 기준정보관리부(11)와, BIM(Building Information Modeling) 변환부(12)와, 사전 시뮬레이션부(13)와, 3D 설계운영부(14)와, 스캔 데이터 모델링부(15)와, 프로젝트관리부(16)와, 리포트관리부(17)와, 웹/모바일 지원부(18)와, 시스템 인터페이스부(19)를 포함한다.

상기 협업시스템 운영서버(1)의 기준정보관리부(11)는, 시스템 운영의 효율화를 위해 FAB 배관설계에 관련한 일련의 표준화된 정보데이터를 수집 저장하고 관리하는 수단으로, 도 3에 도시된 바와 같이 각각의 설비(생산장치 또는 생산장비)와 배관에 대한 일련의 자료를 3D 모델링 형태롸 관리하는 라이브러리(Library) 모드를 형성하고, 건물 내로 설비되는FAB 배관 및 그 FAB 배관과 연결되는 각종 설비(산업장비 또는 생산장치 등)에 대한 일체의 정보자료를 입력 관리하는 자료 관리모드(111)를 형성하며, 상기 FAB 배관설계에 사용되는 유틸리티(Utility)와 각종 부품소재, 그리고 구성유닛들에 대한 명칭과 규격, 재질 등의 정보를 정의하고 관리하는 부품정보 관리모드(112)를 형성하고, 상기 FAB 배관설계에 필요한 물자(BOM:Bill Of Material)구성 정보를 입력 관리하는 물자정보 관리모드(113)를 포함한다.

상기 BIM(Building Information Modeling) 변환부(12)는, FAB 배관설계에 관련한 정보 모델, 예컨대 3차원 정보모델을 기반으로 FAB 배관에 대한 형상과 속성정보를 디지털 모형으로 명확하게 표현하는 수단으로, 도 4에 도시된 바와 같이, 각 시공사에서 제공하는 건물의 3D 도면을 본 발명의 시스템에서 활용할 수 있는 정보로 변환 입력하는 BIM 변환모드(121)를 형성하고, 입력된 3D 형태의 건물 및 그 건물의 구조정보를 추가 편집할 수 있는 건축구조 모델링모드(122)를 포함한다.

사전 시뮬레이션부(13)는, FAB 배관의 현장 내 실제설비에 앞서, 설계된 가상의 건물에 설계된 FAB 배관을 모의실험형태로 가상 시공하는 수단으로서, 건물 내에 배치되는 각종 장비와 장치, 예컨대 FAB 배관과 연계 설치되는 생산장비 또는 생산장치 등에 대한 구성 및 배치구조를 가상공간을 통한 모의실험에 의해 사전 시행하여 정보를 취득하는 기초시설 시뮬레이션모드(131)를 형성하고, 상기 FAB 배관이 설비되는 건물 내의 생산장비 또는 생산장치의 신설 및 이설 또는 증설 등에 따른 변동사항에 대하여, 변동사항별 설비구조를 건물 설계모형에 각각 대입하여 사전 시행정보를 취득하는 배관설계 시뮬레이션 모드(132)를 형성하며, 상기 기초시설 시뮬레이션 모드(131)와, 배관설계 시뮬레이션 모드(132)를 통해 취득한 정보를 병합하여, FAB 배관 시공비용을 산출하는 설비비용 산출모드(133)를 포함한다.

상기 3D 설계운영부(14)는, 건물 내로 구축되는 FAB 배관에 관한 일련의 설계정보를 생성, 저장, 관리, 운영하는 것으로, 도 6에 도시된 바와 같이, 건물 내로 구축되는 FAB 배관에 대한 구조, 형상, 치수 등을 설계하고, 그 FAB 배관에 대한 설계정보를 입력 저장하는 배관설계 모델링 모드(141)를 형성하고, 상기 설계된 FAB 배관의 연결구조 및 배치구조, 예컨대 건물 내로 설비되는 일련의 배관라인 구조를 설계하고, 그 배관라인 설계정보를 입력 저장하는 배관연결구조 설계모드(142)를 형성하며, 상기 설계된 FAB 배관 시공시 외부 장비 및 장치, 예컨대 건물 내로 구축되는 생산장비 내지 생산장치들의 배치구조에 따라 간섭요인 정보를 추출하여 체크하는 간섭요인 체크모드(143)를 형성하고, 상기 설계된 FAB 배관과, FAB 배관의 연결구조 및 배치구조를 파트별 구성, 예컨대 FAB 배관부품도, 조립도, 단면도 등의 제작도면으로 추출하는 설계도면 출도모드(144)를 형성하며, 상기 설계도면 출도모드(144)에 의해 추출된 제작도면 정보를 대입하여 FAB 배관설계의 물자량, 예컨대 부품품목, 부품사용수량, 부품의 단위, 기타 자재명세서 등의 정보를 산출하는 물자량 산출모드(145)를 형성하고, 상기 FAB 배관이 시공되는 건축 내 설비 및 배관의 검측정보, 예컨대 설비공간의 위치, 규모, 규격 등의 정보를 저장 관리하는 현장검측정보 관리모드(146)를 형성하며, 상기 일련의 3D 설계운영부의 구성을 통해 취득된 정보를 통합 정산하여 이상유무 및 시공적합성 등을 검증하는 정산검증 모드(147)를 형성하고, 상기 정산검증 모드(147)를 통해 검증된 정보를 토대로 FAB 배관의 계통도, 예컨대 FAB 배관이 시공되는 건물내 전기, 가스, 급배수, 급탕 등의 설비 관로와 그들 관로와 연결되는 설비 전체 구성을 도면으로 제작 생성하는 계통도 생성모드(148)를 포함한다.

상기 스캔 데이터 모델링부(15)는, 기존 건물에 기 시공되어 있으나 3D 형상 정보가 없는 설비 및 배관에 대하여 레이저 사진스캐너를 이용하여 3D 형상 정보를 생성, 저장, 관리하는 프로그램으로 구성되는 것이 바람직하다.

상기 프로젝트 관리부(16)는, FAB 배관설계에 관한 일련의 진행정보, 예컨대 각 단계별 또는 순서별로 이루어지는 FAB 배관설계의 공정별 정보와, FAB 배관의 연결 및 배치구조 등에 대한 정보를 입력, 저장, 관리하는 프로그램으로 구성되는 것이 바람직하다.

상기 리포트 관리부(17)는, FAB 배관설계작업을 진행함에 있어 FAB 배관설계의 목표를 달성하기 위해 핵심적으로 관리해야 하는 요소들에 대한 성과지표, 예컨대 KPI(Key Performance Indicator)를 작성 관리하고, 아울러 FAB 배관설계에 관련한 각종 문서, 메시지, 미디어 파일 등의 콘텐츠를 중앙집중적으로 한 화면에서 관리하고 검색할 수 있도록 한 것으로, 일 예로 대시보드(Dashboard) 프로그램으로 형성하는 것이 바람직하다.

상기 웹/모바일 지원부(18)는, 웹 또는 스마트폰, 태블릿, 노트북 등과 같은 다양한 모바일 기기를 통해 본 발명에 따른 협업시스템 관련 업무를 조회토록 하고, 조회를 통해 정보를 습득할 수 있는 일종의 업무활용 서비스를 제공하는 프로그램 구성으로 형성하는 것이 바람직하다.

상기 시스템 인터페이스부(19)는, 본 발명에 따른 협업방법이 시행사에 제공되어 운영되는 과정에서, 그 시행사와 연계된 별도의 외부 건설공사관리시스템, 도면관리시스템 및 설비관리시스템, 그리고 환경안전관리 시스템 등과 온라인 네트워크로 접속시키기 위한 프로토콜, 예컨대 통상의 웹 또는 모바일 서포터를 의미하는 것으로 본 발명에 있어 시스템 인터페이스부(19) 또한 통상의 인터페이스 수단을 그대로 적용함이 바람직하다.

상기 전문분야별 클라이언트 서버(2)는, 건물 내 FAB 배관설계작업을 진행함에 있어, 그 FAB 배관설계와 관련하여 상호 연계된 형태로 협업을 필요로 하는 각분야별 전문업체들의 운영시스템, 예컨대 건설사 시스템, 건설공사 관리시스템, 도면관리 시스템, 설비관리 시스템, 환경안전 시스템, 잔원관리 패키지 시스템 등의 서버를 의미하는 것으로, 그 외 FAB 배관설계와 관련하여 협업을 필요로 하는 대상이라면 어떠한 전문업체 시스템이라도 본 발명의 전문분야별 클라이언트 서버(2)로 구축될 수 있다.

한편, 상기 전문분야별 클라이언트 서버(2)는, 건물 내 FAB 배관설계작업을 진행함에 있어, 그 FAB 배관설계와 관련하여 상호 연계된 형태로 협업을 필요로 하는 각 분야별 전문업체들이 가상의 공간에서 FAB 배관설계 및 서버를 배치할 수 있게 지원하는 전문분야별 클라이언트 서버(2)로 구축될 수 있다.

한편, 본 발명에서는 생산되는 제품을 품질을 측정하는 품질분석시스템 서버(3)가 더 구비되는데, 상기 품질분석시스템 서버(3)는 도 8에 도시된 바와 같이, 생산설비 또는 다수의 생산설비가 배치된 생산라인, 그리고 생산설비가 배치된 공장 등에 배치된 다수의 진동센서, 이미지센서, 온습도 센서, 자이로 센서, WCS 위치제어 시스템, PCV 위치제어 시스템, 비전센서, 세이프티 센서 등을 통해 획득한 감지값을 수집하고, 수집된 데이터를 통계 분석하여 품질 여부를 판단한다.

이러한 품질분석시스템 서버(3)는 상기 센서들로부터 필요한 데이터를 수집하는 데이터 수집모드(31)와, 상기 데이터 수집모드(31)를 통해 수집된 데이터를 기 저장된 기준값과 대비하여 이상유무를 판단하는 이상유무 판단모드(32)와, 상기 이상유무 판단모드(32)를 통해 이상이 발생한 제품의 데이터를 통해 이상 정도에 따른 이상등급 판정모드(33)와, 상기 이상등급 판정모드(33)를 통해 판정된 이상등급의 인과관계를 분석하되, 비정상 원인관계, 설계조건 원인관계, 설치조건 원인관계, 동작조건 원인관계, 환경조건 원인관계, 유지조건 원인관계 등의 조건과 비교하여 해당 이상등급의 주요원인을 판단하는 인과관계 분석모드(34)와, 상기 인과관계 분석모드(34)를 통해 판단된 문제 영역을 우선순위에 따라 조치하는 문제해결모드(35)를 포함한다.

여기서 상기 인과관계 분석모드(34)는, 비정상 원인관계, 설계조건 원인관계, 설치조건 원인관계, 동작조건 원인관계, 환경조건 원인관계, 유지조건 원인관계가 각각 데이터베이스에 저장되며, 상기 데이터베이스는 인과관계 분석모드(34)를 통해 판단된 결과값이 저장되어 재활용된다. 따라서, 생산설비가 동작 하는 과정에서 발생한 문제점 및 이로 인한 제품의 불량 부위 또는 영역, 그리고 불량이 발생한 원인 정보를 지속적으로 데이터베이스에 저장하여 활용할 수 있어 생산설비의 가동 시간이 증가할수록 불량률을 낮출 수 있고 불량이 발생하기 전 원인을 미리 제거함으로서 품질을 보존할 수 있는 것이다.

상기한 바와 같이 일련의 시스템 구성을 기초로 하는 본 발명은 구축된 시스템을 이용하여 스마트플랜트 다차원공간 3D 배관설계 협업방법을 구현하는 것으로, 이와 같은 특징적 기술로서의 방법적 구성을 살펴보면 다음과 같다.

전체 방법적 구성을 간략히 살펴보면, 먼저 빔 데이터 입수/변환단계(S1)와, 설계기준정보 수집단계(S2)와, FAB 배관 가상시공단계(S3)와, 시공 모델링 설계단계(S4)와, 출도도면 제공단계(S5)와, 물량산출 정산검증단계(S6)와, 품질보존단계(S7)와, 시스템 납품단계(S8)로 구성된다.

이하의 설명은 대한민국 등록특허 제10-1827227호에서 제안한 방법과 동일한 부분을 먼저 설명하고, 본 발명을 통해 구현하고자 하는 불량률을 최소화하기 위해 제안된 품질보존단계(S8)를 상세히 설명한다.

먼저, 상기 빔 데이터 입수/변환단계(S1)는, 협업시스템 운영서버(1)에 마련된 BIM(Building Information Modeling) 변환부(12)를 통해 시공사로부터 3D로 제작된 건물의 기초도면파일을 제공받고, 상기 제공받은 3D 건물 기초도면파일을 BIM 변환모드(121)를 통해 협업시스템 전용프로그램, 예컨대, 한글파일, 엑셀파일, 캐드파일 등과 같이, 통일되지 못한 채, 다양한 형태의 파일로 제공되는 3D 건물 기초도면파일을 하나의 프로그램으로 통합하여 열람 및 편집할 수 있도록 구축된 소프트웨어, 즉, 협업시스템 전용 프로그램에 의해 열람할 수 있는 파일로 변환하며, 재차, 상기 변환된 3D 건물 기초도면파일의 열람확인을 통해 건물구조 도면의 오류부분, 예컨대, 도면에 표현된 선의 뒤틀림이나 형상표현 이상 등의 오류를 수정하는 과정으로 이루어지게 함이 바람직하다.

또한, 상기 설계기준정보 수집단계(S2)는, 협업시스템 운영서버(1)에 마련된 기준정보관리부(11)를 통해 생산장치설비 전문분야 클라이언트 서버(2)와, 배관시공 전문분야 클라이언트 서버(2)로부터 건물 내에 시공될 생산장치 및 생산장비, 그리고, 배관 등에 대한 유틸리티와, 부품소재, 구성유닛에 관한 일체의 자료를 3D 이미지 모델링 정보로 제공 받는 과정으로 이루어지게 함이 바람직하다.

이때, 전술한 설계기준정보 수집단계(S2)에 있어, 건물 내에 시공될 생산장치 및 배관에 대한 3D 형상정보가 생산장치설비 전문분야 클라이언트 서버(2) 및 배관시공 전문분야 클라이언트 서버(2)에 마련되어 있지 못한 경우, 예컨대, 3D 형상정보의 부재로 인해, 상기 생산장치설비 전문분야 클라이언트 서버(2) 및 배관시공 전문분야 클라이언트 서버(2)로부터 생산장치 및 배관에 대한 3D 형상정보를 제공받지 못하는 경우, 기존 건물 내에 설치시공된 생산장치 및 배관을 레이저 사진스캐너를 이용 스캔하여 생산장치 및 배관에 대한 3D 형상 정보를 생성, 저장, 관리하는 과정을 행하도록 한다.

또한, FAB 배관 가상시공단계(S3)는, 전술한, 빔 데이터 입수/변환단계(S1)를 통해 입수변환된 3D 건물 기초도면파일과, 설계기준정보 수집단계(S2)를 통해 수집한 생산장치 및 배관에 대한 3D 모델링 정보자료를 협업시스템 운영서버(1)에 마련된 사전 시뮬레이션부(13)를 통해 매칭시켜, 상기 3D 건물 기초도면상에 3D 모델링 형태의 생산장치 및 배관을 모의실험 형태로 배치시키는 일종의 가상시공과정으로 이루어지게 함이 바람직하다.

또한, FAB 배관 가상시공단계(S3)는, 전술한, 빔 데이터 입수/변환단계(S1)를 통해 입수변환된 3D 건물 기초도면파일과, 설계기준정보 수집단계(S2)를 통해 수집한 생산장치 및 배관에 대한 3D 모델링 정보자료를 협업시스템 운영서버(1)에 마련된 사전 시뮬레이션부(13)를 통해 매칭시켜, 상기 3D 건물 기초도면상에 3D 모델링 형태의 생산장치 및 배관을 모의실험 형태로 배치 시키는 일종의 가상시공과정으로 이루어지게 함이 바람직하다.

이때, 전술한 FAB 배관 가상시공단계(S3)는, 제공된 3D 건물 기초도면상에 생산장치 및 배관을 모의실험 형태로 단순 배치시키는 것에 한정되는 것은 아니며, 사전 시뮬레이션부(13)에 마련된 배관설계 시뮬레이션 모드(132)를 통해 FAB 배관과, 그 FAB 배관이 시공되는 건물 내 생산장치의 신설 및 이설, 또는 증설 대한 변동사항별 정보를 추가적으로 각각 대입하여 설비 변동사항에 대한 사전 시공정보를 취득하는 과정을 더 행할 수 있다.

또한, 시공 모델링 설계단계(S4)는, 전술한 FAB 배관 가상시공단계(S3)에 의해 이루어진 모의실험 결과정보를 토대로 하여, 3D 설계운영부(14)에 마련된 배관설계 모델링 모드(141) 및 배관연결구조 설계모드(142)를 통해, 생산장치 및 생산장비, 그리고, 배관 등에 대한 시공 모델링을 3D 설계도면으로 생성하는 과정으로 이루어지게 함이 바람직하다.

이때, 전술한, 시공 모델링 설계단계(S4)는, 3D 설계운영부(14)에 마련된 간섭요인 체크모드(143)를 통해, 건물내로 시공되는 생산장치 또는 생산장비의 배치구조가 시공되는 배관에 어떠한 간섭요인을 주는지에 대한 정보를 추출하여 체크 하는 과정을 더 행하게 된다.

또한, 출도도면 제공단계(S5)는 전술한 시공모델링 설계단계(S4) 통해 생성된 생산장치 및 생산장비, 그리고, 배관에 대한 일련의 시공 모델링 설계도면을 협업시스템 운영서버(1)에 있어, 3D 설계운영부(14)에 마련된 설계도면 출도모드(144)를 통해 추출하여, 생산장치설비 전문분야 클라이언트 서버(2)와, 배관시공 전문분야 클라이언트 서버(2)에 제공하는 과정으로 이루어지게 함이 바람직하다.

또한, 상기 물량산출 정산검증단계(S6)는, 전술한, 출도도면 제공단계(S5)를 통해 시공모델링 설계도면을 제공 받은 생산장치설비 전문분야 클라이언트 서버(2) 및 배관시공 전문분야 클라이언트 서버(2)로 하여금, 3D 설계운영부에 마련된 물자량 산출모드(145) 및 정산검증모드(147)을 통해, 상기 시공모델링 설계도면 정보자료를 대입하여 건물 내로 시공되는 생산장치 및 생산장비, 그리고, 배관에 대한 시공물량을 산출토록 하고, 산출된 물량에 대한 비용을 정산하여 검증하는 과정으로 이루어지게 함이 바람직하다.

상기 시스템 납품단계(S8)는, 전술한, 물량산출 정산검증단계(S6)를 통해 산출된 생산장치와 배관을 시공모델링 설계도면에 따라 건물 내 현장에 실제 배치시공한 후, 그 시공완료정보 함께, 전술한 빔 데이터 입수/변환단계(S1), 설계기준정보 수집단계(S2), FAB 배관 가상시공단계(S3), 시공 모델링 설계단계(S4), 출도도면제공단계(S5)로 진행되는 일체의 협업방법과 그 협업방법 운영정보를 시행사, 예컨대, 본 발명에 대한 협업방법의 도입을 의뢰한 시행업체에 제공하는 과정으로 이루어지게 함이 바람직하다.

다음으로 본 발명의 특징적인 구성인 품질보존단계(S7)를 상세히 설명한다.

상기 품질보존단계(S7)는, 상기 물량산출 정산검증단계(S6) 이후 생산되는 제품의 불량을 검증하며 검증된 데이터를 협업시스템 운영서버(1)에 제공하여 해당 제품의 품질을 실시간으로 확인하고, 불량 발생 원인으로 파악된 생산라인 또는 생산장치의 동작을 제어하는 것이다.

이때, 상기 품질보존단계(S7)는 제품을 생산하는 생산설비, 그리고 다수의 생산설비가 자동화 공정 시스템을 통해 설치된 생산라인, 그리고 상기 생산설비 또는 생산라인이 배치된 장소에 설치된 다수의 센서로부터 감지된 감지값을 수신받고, 수신받은 감지값을 기 저정된 기준값과 비교하여 생산된 제품 또는 생산중인 제품의 불량 여부를 판단하고, 판단된 결과값을 근거로 생산설비의 동작 조건 또는 장소의 환경을 조절함으로서 제조된 제품의 불량률을 줄이는 단계이다.

도 9은 상기 품질보존단계(S7)의 동작 상태를 나타낸 순서도로서, 생산설비로부터 수신받은 설비데이터와, 생산설비가 배치된 장소의 환경 조건을 수신받은 환경데이터와, 생산설비의 동작과 제품을 생산하는데 소요되는 물자 등의 정보인 운영데이터와, 생산된 제품의 품질데이터 등의 각 데이터를 수신받고, 수신받은 각각의 데이터를 기 저장된 기준값과 비교하는 등급판정(S71)이 구비되고, 등급판정(S71)에서 정상으로 판정되면 이는 추이평가(S75)를 통해서 정상 제품의 품질이 생산된 데이터를 불량제로조건 뱅크(S74)에 저장하고, 상기 추이평가(S75) 이후 추이판정(S76) 단계에서 해당 제품의 등급에 따라 생산설비를 가동하거나 잠재적위험으로 분류하여 이를 별도의 추이인과 관계분석 프로세스(S77)에 저장한다.

한편, 상기 등급판정(S71)에서 불량으로 판정되면 이는 등급 인과관계 분석 프로세스(S72)를 통해 다시 한 번 분석되는데, 분석되는 생산설비가 동작 하는 과정에서 발생한 문제점 및 이로 인한 제품의 불량 부위 또는 영역, 그리고 불량이 발생한 원인 정보를 분석한다.

분석된 값을 인과관계 등급판정(S73)로 제공하여 분석된 값, 즉 불량이 발생한 원인이 확정되면 이는 불량제로조건뱅크(S74)에 제공되고, 인과관계 등급판정(S73)에서 분석된 값이 불량이 발생한 원인으로 판정되지 아니하면 이는 다시 등급 인과관계 분석 프로세스(S72)로 반환된다.

여기서 상기 등급 인과관계 분석 프로세스(S72)는 등급판정(S71)에서 불량이 발생한 데이터값을 제공된 데이터값의 정상 유무를 판단하는 비정상 원인관계, 생산설비 또는 제품의 설계 조건에 따른 고장모드별 주요원인을 판단하는 설계조건 원인관계와, 설비 및 설비간 설치 조건에 따른 고장모드별 주요원인을 판단하는 설치조건 원인관계와, 설비 및 설비간 동작 조건에 따른 고장모드별 주요원인을 판단하는 동작조건 원인관계와, 양산 시 환경 조건에 따른 고장모드별 주요원인을 판단하는 환경조건 원인관계와, 설비 및 그 외 양산에 영향을 끼치는 장비들의 유지 관리 조건에 따른 고장모드별 주요원인을 판단하는 유지조건 원인관계 등 다양한 조건에 각각 대입하여 해당 조건에 따른 불량 발생 원인을 파악한다.

따라서, 제조된 제품 또는 제조 중인 생산설비의 불량이 발생하면 해당 불량이 발생한 원인에 대하여 다양한 판단 기준값을 대비하여 정확한 불량원인을 파악한 후 이를 조치할 수 있어 불량률을 최소화할 수 있는 것이다.

이상과 같이 본 발명에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.

따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.

1 : 협업시스템 운영서버 2 : 전문분야별 클라이언트 서버
3 : 품질분석시스템 서버 11 : 기준정보관리부
12 : BIM 변환부 13 : 사전 시뮬레이션부
14 : 3D 설계운영부 15 : 스캔 데이터 모델링부
16 : 프로젝트 관리부 17 : 리포트 관리부
18 : 웹/모바일 지원부 19 : 시스템 인터페이스부
S1 : 빔 데이터 입수/변환단계 S2 : 설계기준정보 수집단계
S3 : FAB 배관 가상시공단계 S4 : 시공모델링 설계단계
S5 : 출도도면 제공단계 S6 : 물량산출 정산검증단계
S7 : 품질보존단계 S8 : 시스템 납품단계

Claims

협업시스템 운영서버(1)에 마련된 BIM(Building Informat ion Modeling) 변환부(12)를 통해 시공사로부터 3D로 제작된 건물의 기초도면파일을 제공받고, 제공받은 3D 건물 기초도면파일을 BIM 변환모드(121)를 통해 협업시스템 전용프로그램 열람파일로 변환하며, 변환된 3D 건물 기초도면파일의 열람확인을 통해 건물구조 오류부분을 수정하는 빔 데이터 입수/변환단계(S1);
협업시스템 운영서버(1)에 마련된 기준정보관리부(11)를 통해 생산장치설비전문분야 클라이언트 서버(2)와, 배관시공 전문분야 클라이언트 서버(2)로부터 건물 내에 시공될 생산장치와 배관에 대한 유틸리티와, 부품소재, 구성유닛에 관한 일체의 자료를 3D 이미지 모델링 정보로 제공받는 설계기준정보 수집단계(S2);
상기 빔 데이터 입수/변환단계(S1)를 통해 입수변환된 3D 건물 기초도면파일과, 설계기준정보 수집단계(S2)를 통해 수집한 생산장치 및 배관에 대한 정보자료를 사전 시뮬레이션부(13)를 통해 매칭시켜, 3D 건물 기초도면상에 생산장치와 배관을 모의실험 형태로 배치하여 가상시공하는 FAB 배관 가상시공단계(S3);
상기 FAB 배관 가상시공단계(S3)에 의한 모의실험 결과정보를 토대로, 3D 설계운영부(14)에 마련된 배관설계 모델링 모드(141) 및 배관연결구조 설계모드(142)를 통해, 생산장치와 배관에 대한 시공 모델링을 3D 설계도면으로 생성하는 시공 모델링 설계단계(S4);
상기 시공모델링 설계단계(S4) 통해 생성된 생산장치와 배관에 대한 시공 모델링 설계도면을 3D 설계운영부(14)에 마련된 설계도면 출도모드(144)를 통해 추출하여 생산장치설비 전문분야 클라이언트 서버(2)와, 배관시공 전문분야 클라이언트 서버(2)에 제공하는 출도도면 제공단계(S5);
상기 출도도면 제공단계(S5)를 통해 시공모델링 설계도면을 제공받은 생산장치설비 전문분야 클라이언트 서버(2) 및 배관시공 전문분야 클라이언트 서버(2)는, 시공모델링 설계도면을 정보자료로 하여 건물 내로 시공되는 생산장치와 배관에 대한 물량을 산출하고, 산출된 물량에 대한 비용을 정산하여 검증하는 물량산출 정산검증단계(S6);
상기 물량산출 정산검증단계(S6) 이후 생산되는 제품의 불량을 검증하며 검증된 데이터를 협업시스템 운영서버(1)에 제공하여 해당 제품의 품질을 실시간으로 확인하고, 불량 발생 원인으로 파악된 생산설비 또는 생산라인의 동작을 제어하며 상기 협업시스템 운영서버(1)와 연결된 품질분석시스템 서버(3)에 구비된 품질보전단계(S7) 및
상기 품질보전단계(S7)를 통과한 생산장치와 배관을 시공모델링 설계도면에 따라 건물 내 현장에 실제 배치시공한 후, 그 시공완료정보 함께, 상기 빔 데이터 입수/변환단계(S1), 설계기준정보 수집단계(S2), FAB 배관 가상시공단계(S3), 시공 모델링 설계단계(S4), 출도도면 제공단계(S5), 물량산출 정산검증단계(S6), 품질보전단계(S7)로 진행되는 일체의 협업방법과 그 협업방법 운영정보를 시행사에 제공하는 시스템 납품단계(S8);로 이루어지되,
상기 품질보전단계(S7)은,
생산설비로부터 수신받은 설비데이터와, 생산설비가 배치된 장소의 환경 조건을 수신받은 환경데이터와, 생산설비의 동작과 제품을 생산하는데 소요되는 물자의 정보인 운영데이터와, 생산된 제품의 품질데이터를 수신받고, 수신받은 각각의 데이터를 기 저장된 기준값과 비교하는 등급판정(S71)이 구비되고,
상기 등급판정(S71)에서 불량으로 판정되면 이는 등급 인과관계 분석 프로세스(S72)를 통해 분석하고,
상기 인과관계 분석프로세스(S72)를 통해 분석된 값을 인과관계 등급판정(S73)로 제공하여 분석된 값, 즉 불량이 발생한 원인이 확정되면 이는 불량제로조건뱅크(S74)에 제공하고,
상기 인과관계 등급판정(S73)에서 분석된 값이 불량이 발생한 원인으로 판정되지 아니하면 이는 상기 등급 인과관계 분석 프로세스(S72)로 반환하며,
상기 등급판정(S71)에서 정상으로 판정되면 이는 추이평가(S75)를 통해서 정상 제품의 품질이 생산된 데이터를 불량제로조건 뱅크(S74)에 저장하고,
상기 추이평가(S75) 이후 추이판정(S76) 단계에서 해당 제품의 등급에 따라 생산설비를 가동하거나 잠재적위험으로 분류하여 이를 별도의 추이인과 관계분석 프로세스(S77)에 저장하고,
상기 인과관계 분석 프로세스(S72)는,
상기 등급판정(S71)에서 불량이 발생한 데이터값을 제공된 데이터값의 정상 유무를 판단하는 비정상 원인관계, 생산설비 또는 제품의 설계 조건에 따른 고장모드별 주요원인을 판단하는 설계조건 원인관계와, 설비 및 설비간 설치 조건에 따른 고장모드별 주요원인을 판단하는 설치조건 원인관계와, 설비 및 설비간 동작 조건에 따른 고장모드별 주요원인을 판단하는 동작조건 원인관계와, 양산 시 환경 조건에 따른 고장모드별 주요원인을 판단하는 환경조건 원인관계와, 설비 및 그 외 양산에 영향을 끼치는 장비들의 유지 관리 조건에 따른 고장모드별 주요원인을 판단하는 유지조건 원인관계 등 다양한 조건에 각각 대입하여 해당 조건에 따른 불량 발생 원인을 파악하는 것을 특징으로 하는 스마트플랜트 다차원공간 3D 배관설계 협업방법.