KR102242138B1 - 디지털 트윈 기반의 배관 설계 모델링 장치 및 방법 - Google Patents

디지털 트윈 기반의 배관 설계 모델링 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

디지털 트윈 기반의 배관 설계 모델링 장치 및 방법이 개시된다. 배관 설계 모델링 방법은, 제1 배관의 단부에 위치한 중심점인 시작점과, 제2 배관의 단부에 위치한 중심점인 끝점을 종단점으로 가지는 곡형 경로상에 위치하는 다수개의 경로점들을 각각 특정하는 단계; 3차원 모델링된 상기 제1 배관과 상기 제2 배관의 배치 형상을 X축 방향, Y축 방향 및 Z축 방향으로 각각 직각 투영하여, 각 경로점에 대해 축별 좌표값인 X축 좌표값, Y축 좌표값 및 Z축 좌표값을 각각 산출하는 단계; 축별 좌표값으로 규정되는 각 경로점의 3차원 위치에 배치될 원 객체를 특정하고, 각각의 원 객체에 대응되는 회전 정보를 적용하여 각각의 원 객체를 3차원 공간 상에서 회전시키는 단계; 및 3차원 공간 상에서 회전된 원 객체들에 대해, 인접된 원 객체들의 원주를 서로 연결하여 형성된 외주면을 가지는 엘보우 객체로 생성하는 단계를 포함한다.

Description

디지털 트윈 기반의 배관 설계 모델링 장치 및 방법{Digital twin based piping design modeling device and method}
본 발명은 디지털 트윈 기반의 배관 설계 모델링 장치 및 방법에 관한 것이다.
각종 플랜트와 건축물이 대형화되고 고도화됨에 따라 설치되는 배관 설비도 보다 복잡해지고 또한 대규모화되고 있다. 일 예로, 선박이나 플랜트와 같은 시설물에는 물, 오일, 가스 등의 유체를 이용하기 위한 다양한 용도의 배관 라인이 설치될 수 있다.
이러한 배관 라인은 플랜트 등 시설물 내부의 각종 설비 또는 구조물들을 고려하여 설계된다. 설계 작업자는 실제 장비나, 공간을 가상세계에서 쌍둥이처럼 똑같이 구현하는 기술인 디지털 트윈 기법에 따라 3차원 캐드 프로그램을 이용하여 시설물 내에 배치되는 각 구조물의 위치와 배관 제작 및 설치에 따른 비용 등 경제성을 함께 고려하여 배관 라인이 설치될 경로를 설정하게 된다.
종래의 3차원 캐드 프로그램을 이용하여 배관 설치에 관한 모델링 작업을 위해서는, 배관이나 엘보우 등 다양한 배관 자재들에 대한 3차원 모델링 작업이 선행되어야 한다.
그러나, 배관 자재들 각각에 대해 미리 3차원 모델링 작업을 진행하는 것은 설계 작업 인력의 추가로 인한 작업 비용의 증가 및 프로젝트 수행 시간이 장기화되는 문제점이 있었다.
또한, 3차원 모델링된 엘보우 배관을 이미 배치된 배관 파이프들 사이에 정확하게 위치시키는 작업도 쉽지 않아서 배관 연결 과정에 많은 시간이 소요되는 문제점도 있었다.
한국등록특허 제10-1409250호(배관요소 조합식 배관 전산 설계방법)
본 발명은 3차원 가상 디지털 트윈 환경에서 배관 설계 모델링 작업을 수행할 때, 배관 사이의 회전 구간에 적절한 형상의 엘보우 배관이 자동으로 생성되도록 하여 설계 작업에 소요되는 시간과 비용을 최소화할 수 있는 디지털 트윈 기반의 배관 설계 모델링 장치 및 방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 이외의 목적들은 하기의 설명을 통해 쉽게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 배관 설계 모델링 방법을 수행하도록 하기 위해 컴퓨터-판독 가능 매체에 저장된 컴퓨터 프로그램으로서, 상기 컴퓨터 프로그램은 컴퓨터로 하여금 이하의 단계들을 수행하도록 하며, 상기 단계들은, (a) 제1 배관의 단부에 위치한 중심점인 시작점과, 제2 배관의 단부에 위치한 중심점인 끝점을 종단점으로 가지는 곡형 경로상에 위치하는 다수개의 경로점들을 각각 특정하는 단계; (b) 3차원 모델링된 상기 제1 배관과 상기 제2 배관의 배치 형상을 X축 방향, Y축 방향 및 Z축 방향으로 각각 직각 투영하여, 각 경로점에 대해 축별 좌표값인 X축 좌표값, Y축 좌표값 및 Z축 좌표값을 각각 산출하는 단계; (c) 축별 좌표값으로 규정되는 각 경로점의 3차원 위치에 배치될 원 객체를 특정하고, 각각의 원 객체에 대응되는 회전 정보를 적용하여 각각의 원 객체를 3차원 공간 상에서 회전시키는 단계; 및 (d) 3차원 공간 상에서 회전된 원 객체들에 대해, 인접된 원 객체들의 원주를 서로 연결하여 형성된 외주면을 가지는 엘보우 객체로 생성하는 단계를 포함하되, 상기 엘보우 객체는 상기 제1 배관과 상기 제2 배관을 연결하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 컴퓨터-판독 가능 매체에 저장된 컴퓨터 프로그램이 제공된다.
상기 단계 (a)에서, 90도 중심각을 가지는 정원 또는 타원의 원호의 형상으로 형성된 상기 곡형 경로에 대해, 원호의 중심각을 n개로 균등 분할하고, 상기 시작점, 상기 끝점 및 균등 분할된 중심각들에 대응되는 원호상의 점들을 포함하는 n+1개의 점들이 상기 다수개의 경로점으로 특정되되, 상기 n은 임의의 자연수일 수 있다.
상기 단계 (b)에서, X축 방향으로 직각 투영된 상기 제1 배관과 상기 제2 배관의 배치 형상이 미리 지정된 수직 조건을 만족하면, 수학식 1을 이용하여 상기 시작점의 X축 좌표값(x0) 이외의 하나 이상의 경로점들에 대한 X축 좌표값이 산출되되, 상기 수학식 1은
Figure 112021000257595-pat00001
로 표현될 수 있다. 여기서, 상기 xk는 각 경로점의 X축 좌표값이고, 상기 k는 1부터 n 중 어느 하나인 자연수이며, 상기 n은 곡형 경로의 중심각을 균등 분할한 개수고, 상기 d는 엘보우 중심점으로부터 경로점까지의 거리이며, 상기 Sx는 상기 시작점의 X축 좌표값이고, 상기 Mx는 중간점의 X축 좌표값일 수 있다.
상기 단계 (b)에서, X축 방향으로 직각 투영된 상기 제1 배관과 상기 제2 배관의 배치 형상이 미리 지정된 수직 조건을 만족하지 않으면, 수학식 2을 이용하여 상기 시작점의 X축 좌표값(x0) 이외의 하나 이상의 경로점들에 대한 X축 좌표값이 산출되되, 상기 수학식 2는
Figure 112021000257595-pat00002
로 표현될 수 있다. 여기서, 상기 xk는 각 경로점의 X축 좌표값이고, 상기 k는 1부터 n 중 어느 하나인 자연수이며, 상기 n은 곡형 경로의 중심각을 균등 분할한 개수고, 상기 dk는 엘보우 중심점으로부터 대응되는 경로점까지의 거리이며, 상기 Sx는 시작점의 X축 좌표값이고, 상기 Mx는 중간점의 X축 좌표값이며, Ex는 끝점의 X축 좌표값(xn)일 수 있다.
상기 중간점은, 상기 제1 배관과 축 좌표값을 산출할 축이 평행하도록 직각 투영된 상기 제1 배관과 상기 제2 배관의 배치 상태에서, 상기 시작점으로부터 상기 제1 배관의 길이 방향으로 연장한 제1 가상 직선과, 상기 끝점으로부터 상기 제2 배관의 길이 방향으로 연장한 제2 가상 직선의 교점으로 특정되고, 상기 제1 배관과 상기 제2 배관의 배치 형상이 직각 투영된 축 방향에서, 상기 중간점의 축 좌표값과 상기 끝점의 축 좌표값이 비일치하는 경우에는 상기 수직 조건이 만족되지 않는 것으로 판단될 수 있다.
상기 단계 (c)에서, 각각의 원 객체를 3차원 공간에서 회전시키기 위한 회전 정보는, 선행하는 경로점과 회전될 원 객체의 중심점인 경로점의 3차원 좌표를 이용하여 산출된 경로점 벡터, 상기 경로점 벡터를 이용하여 산출된 각 축별 회전 행렬, 원 객체를 특정하는 원 객체의 중심점과 원주상의 점들간의 반지름 벡터를 포함할 수 있다.
상기 단계 (c)에서, 각각의 원 객체는 대응되는 경로점의 3차원 위치를 중심점으로 하여 특정되고, 각각의 원 객체의 직경은 상기 제1 배관과 상기 제2 배관의 직경을 참조하여 결정될 수 있다.
상기 제1 배관과 상기 제2 배관의 직경이 동일한 경우에는, 상기 엘보우 객체의 절단면을 이루는 원 객체의 직경도 상기 제1 배관 및 상기 제2 배관의 직경과 일치하도록 결정될 수 있다. 이에 비해, 상기 제1 배관과 상기 제2 배관의 직경이 상이한 경우에는, 상기 제1 배관과 상기 제2 배관의 직경의 차이와 특정된 경로점의 개수에 기반하여 순차적으로 배열된 원 객체들의 직경이 비율적으로 증가하거나 감소하도록 원 객체들 각각의 직경이 결정될 수 있다.
상기 시작점과 상기 끝점 이외에 변곡점이 더 지정된 경우, 상기 시작점과 상기 변곡점까지의 구간에 직선형의 배관 객체 또는 곡형의 엘보우 객체인 제1 모델링 객체가 배치되고, 상기 변곡점과 상기 끝점까지의 구간에 배관 객체 또는 엘보우 객체인 제2 모델링 객체가 배치되며, 상기 제1 모델링 객체와 상기 제2 모델링 객체는 서로 이어지도록 배치되어 상기 제1 배관과 상기 제2 배관을 연결하도록 개재될 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 하나 이상의 프로세서; 메모리; 및 상기 메모리에 저장되어 상기 하나 이상의 프로세서에 의해 실행되도록 구성되는 프로그램을 포함하며, 디지털 트윈 기반의 배관 설계 모델링 장치에 있어서, 상기 프로그램은, 제1 배관의 단부에 위치한 중심점인 시작점과, 제2 배관의 단부에 위치한 중심점인 끝점을 종단점으로 가지는 곡형 경로상에 위치하는 다수개의 경로점들을 각각 특정하는 단계; 3차원 모델링된 상기 제1 배관과 상기 제2 배관의 배치 형상을 X축 방향, Y축 방향 및 Z축 방향으로 각각 직각 투영하여, 각 경로점에 대해 축별 좌표값인 X축 좌표값, Y축 좌표값 및 Z축 좌표값을 각각 산출하는 단계; 축별 좌표값으로 규정되는 각 경로점의 3차원 위치에 배치될 원 객체를 특정하고, 각각의 원 객체에 대응되는 회전 정보를 적용하여 각각의 원 객체를 3차원 공간 상에서 회전시키는 단계; 및 3차원 공간 상에서 회전된 원 객체들에 대해, 인접된 원 객체들의 원주를 서로 연결하여 형성된 외주면을 가지는 엘보우 객체로 생성하여 상기 제1 배관과 상기 제2 배관을 연결하도록 배치하는 단계를 실행하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 배관 설계 모델링 장치가 제공된다.
전술한 것 외의 다른 측면, 특징, 이점이 이하의 도면, 청구범위 및 발명의 상세한 설명으로부터 명확해질 것이다.
본 발명의 실시예에 따르면, 3차원 가상 디지털 트윈 환경에서 배관 설계 모델링 작업을 수행할 때, 배관 사이의 회전 구간에 적절한 형상의 엘보우 배관이 자동으로 생성될 수 있도록 하여 설계 작업에 소요되는 시간과 비용을 최소화하는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배관 설계 모델링 장치의 개략적인 블록 구성도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배관 설계 모델링 기법을 설명하기 위한 도면.
도 3 및 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 수직 조건의 만족 여부에 따른 각 경로점의 좌표 산출 기법을 설명하기 위한 도면.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 엘보우 객체의 생성 과정을 설명하기 위한 도면.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 엘보우 객체의 둘레면 형성 기법을 설명하기 위한 도면.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 배관 설계 모델링 방법을 나타낸 순서도.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
또한, 명세서에 기재된 "…부", "…유닛", "…모듈", "…기" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일하거나 관련된 참조부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배관 설계 모델링 장치의 개략적인 블록 구성도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배관 설계 모델링 기법을 설명하기 위한 도면이다. 도 3 및 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 수직 조건의 만족 여부에 따른 각 경로점의 좌표 산출 기법을 설명하기 위한 도면이고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 엘보우 객체의 생성 과정을 설명하기 위한 도면이며, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 엘보우 객체의 둘레면 형성 기법을 설명하기 위한 도면이다.
도 1을 참조하면, 배관 설계 모델링 장치(100)는 모델링 유닛(110), 컨트롤러(120) 및 저장부(130)를 포함할 수 있다. 배관 설계 모델링 장치(100)는 소프트웨어 프로그램을 설치하여 구동할 수 있는 디지털 처리 장치, 예를 들어 컴퓨터 장치, 노트북 컴퓨터, 타블렛 피씨, 스마트폰 등으로 구현될 수 있다.
모델링 유닛(110)은 연산부(112)와 그래픽 처리부(114)를 포함할 수 있고, 사용자의 조작에 따라 배관 설계 모델링 처리를 수행할 수 있다. 모델링 유닛(110)은 배관 설계 모델링 장치(100)에 설치되어 구동되는 소프트웨어 프로그램의 형태로 구현될 수 있다.
연산부(112)는 모델링 객체를 생성하도록 지정된 시작점과 끝점의 3차원 좌표를 참조하여 생성할 모델링 객체가 직선형의 배관 객체인지, 곡형의 엘보우 객체인지를 판단하고, 곡형의 엘보우 객체인 경우에는 엘보우 객체가 생성될 곡형 경로를 이루는 다수개의 경로점들의 3차원 좌표 정보를 산출할 수 있다.
그래픽 처리부(114)는 사용자의 조작에 상응하는 모델링 객체가 디스플레이 장치(144)를 통해 그래픽 표시 방식으로 표시되도록 처리한다.
예를 들어, 그래픽 처리부(114)는 지정된 시작점과 끝점을 가지도록 생성될 모델링 객체가 배관 객체인 경우에는 시작점과 끝점에 3차원 좌표 정보에 상응하는 직선행의 배관 객체가 디스플레이 장치(144)에 표시되도록 처리할 수 있다. 또한, 그래픽 처리부(114)는 생성될 모델링 객체가 엘보우 객체인 경우에는 시작점과 끝점이 다수개의 경로점들에 의한 곡형 경로로 연결하는 형상의 엘보우 객체가 디스플레이 장치(144)에 표시되도록 처리할 수 있다.
컨트롤러(120)는 배관 설계 모델링 장치(100)에 구비된 각 구성 요소의 동작을 제어하며, 예를 들어 프로세서 칩 등의 형태로 구현될 수 있다.
저장부(130)에는 모델링 유닛(110)의 배관 설계 모델링 처리에 의해 생성된 배관 데이터, 엘보우 데이터 등이 저장될 수 있다. 여기서, 배관 데이터는 예를 들어, 배관 파이프의 경로 정보와 형상 정보(예를 들어, 단면 형상, 직경, 두께 등) 등을 포함할 수 있고, 엘보우 데이터는 배관 파이프의 사이를 연결하는 엘보우의 경로 정보와 형상 정보(예를 들어, 단면 형상, 직경, 두께, 꺽임 각도 등) 등을 포함할 수 있다.
배관 설계 모델링 장치(100)는 사용자의 입력 정보를 입력받기 위한 입력 장치(142)와, 모델링 유닛(110)의 처리에 의해 생성된 가상의 모델링 객체(예를 들어, 배관 객체, 엘보우 객체 등)를 디스플레이하는 디스플레이 장치(144)와 연결될 수 있다. 물론, 배관 설계 모델링 장치(100)가 터치스크린을 구비하는 경우, 입력 장치(142) 및 디스플레이 장치(144)는 배관 설계 모델링 장치(100)와 일체화 구성될 수도 있다.
배관 설계 모델링 장치(100)에 구비된 모델링 유닛(110)에 의한 배관 설계 모델링 처리는 배관 라인의 시작점부터 끝점까지 순차적으로 지정하여 모델링 객체들이 연속하도록 배치되어 형성되는 배관 라인을 생성하는 제1 모델링 기법과, 분리되어 형성된 제1 배관 라인과 제2 배관 라인이 모델링 객체에 의해 서로 연결되도록 하여 전체적으로 연결된 배관 라인으로 재구성하는 제2 모델링 기법으로 실시될 수 있다.
우선 제1 모델링 기법에 대해 도 2를 참조하여 설명하면, 모델링 유닛(110)은 사용자로부터 입력 장치(142)를 통해 배관 객체 및 엘보우 객체의 모델링 조건을 입력받고, 사용자의 입력 장치(142) 조작에 따른 경로 지정에 상응하도록 배관 객체와 엘보우 객체가 디스플레이 장치(144)를 통해 표시되도록 처리한다.
즉, 제1 모델링 기법에 따른 배관 설계 모델링 처리를 위해, 배관 객체의 단면 형상, 재질 및 직경, 엘보우 객체의 꺽임 각도(radian)와 길이 등에 관한 모델링 조건이 입력 장치(142)를 통해 입력되고, 모델링 객체를 도시할 시작점이 지정된다(도 2의 (a) 참조). 시작점은 예를 들어 미리 등록된 오브젝트(예를 들어, 건물, 기계 등)에 미리 설정된 배관 연결점이거나, 입력 장치(142)를 이용한 사용자의 선택에 의해 지정된 임의의 위치일 수 있다.
이어서, 도 2의 (b) 내지 (h)에 순차적으로 예시된 바와 같이, 모델링 객체들을 연속하도록 배치하기 위한 경로 정보를 입력받아, 경로 정보에 상응하도록 모델링 객체들을 연속하여 배치하는 배관 설계 모델링이 실시된다.
경로 정보는 예를 들어, 각 모델링 객체의 시작점과 끝점을 지정하도록, 예를 들어 {시작점, 끝점}의 형태로 표현될 수 있다.
도 2에 예시된 바와 같이, 배관 라인을 구성하는 첫번째 모델링 객체로부터 마지막 모델링 객체까지 서로 연속하도록 배치된 경우라면, 선행하는 모델링 객체의 끝점은 후속하는 모델링 객체의 시작점과 일치된다. 따라서, 사용자는 첫번째 모델링 객체의 시작점을 지정한 후, 첫번째 모델링 객체와 후속하는 모델링 객체들의 끝점만을 순차적으로 지정함으로써 각 모델링 객체들이 연속 배치된 배관 라인에 대한 모델링을 수행할 수 있다.
각 모델링 객체의 시작점과 끝점은 예를 들어 사용자가 마우스 장치 등인 입력 장치(142)를 이용하여 3차원 공간 상에서 특정 위치를 지정(즉, 마우스 클릭)하여 특정될 수 있다. 또는, 시작점에 배치된 가상의 객체를 입력 장치(142)를 이용하여 드래그앤 드룹 방식으로 연장시키고, 연장이 종료된 위치가 끝점으로 특정되도록 할 수도 있다. 이때, 시작점에 배치된 가상의 객체의 형상은 모델링 조건으로 특정된 배관 객체의 단면 형상, 재질 및 직경 등에 의해 결정될 수 있을 것이다.
입력 장치(142)에 의해 시작점과 끝점이 특정되면, 모델링 유닛(110)의 연산부(112)는 특정된 시작점과 끝점에 대한 3차원 좌표를 참조하여 생성할 모델링 객체가 직선형의 배관 객체인지, 곡형의 엘보우 객체인지를 판단할 수 있다.
여기서, 가장 처음에 생성되는 모델링 객체는 배관 객체로 미리 한정될 수 있다.
후속하는 모델링 객체(이하, '후속 모델링 객체'라 칭함)를 생성하기 위해 지정된 끝점이, 선행하는 모델링 객체(이하 '선행 모델링 객체'라 칭함)의 단부로부터 동일한 기울기로 직선 방향 연장될 수 있는 위치가 아닌 경우에는 후속하는 모델링 객체는 엘보우 객체로 결정될 수 있다(도 2의 (e) 및 (f) 참조).
엘보우 객체를 생성함에 있어, 모델링 조건에서 엘보우 객체의 꺽임 각도와 길이가 미리 지정된 경우라면, 그래픽 처리부(114)는 지정된 모델링 조건에 부합하는 형상의 엘보우 객체가 디스플레이 장치(144)에 표시되도록 처리할 수 있다.
그러나, 만일 엘보우 객체의 형상이 미리 지정되지 않은 경우라면, 연산부(112)는 엘보우 객체가 생성될 곡형 경로를 이루는 다수개의 경로점들의 3차원 좌표 정보를 산출하고, 그래픽 처리부(114)는 산출된 경로점들의 위치에 상응하는 형상의 엘보우 객체가 디스플레이 장치(144)에 표시되도록 처리할 수 있다.
이와 같이, 사용자는 배관 라인을 구성하는 다수개의 모델링 객체들에 대해, 첫번째 모델링 객체의 시작점을 지정한 후, 첫번째 모델링 객체와 후속하는 모델링 객체들의 끝점을 순차적으로 지정하는 방식으로, 각 모델링 객체들이 연속 배치된 배관 라인에 대한 제1 모델링 기법에 따른 모델링을 수행할 수 있다.
다음으로, 분리된 다수개의 배관 라인에 대해 모델링 객체를 개재시켜 전체적으로 연결된 배관 라인으로 재구성하는 제2 모델링 기법에 대해 도 3 내지 6을 참조하여 설명한다. 이때, 다수개의 배관 라인을 연결시키기 위해 신규로 개재되는 모델링 객체는 배관 객체, 엘보우 객체 또는 이들의 결합일 수 있다. 다만, 배관 객체는 어느 하나의 배관 라인의 단부로부터 다른 배관 라인의 단부까지 직선 방향으로 연장하도록 생성되면 충분하므로, 이하에서는 엘보우 객체의 형상을 결정하는 방법을 중심으로 설명하기로 한다.
다만, 이하에서 설명되는 엘보우 객체의 형상을 결정하는 방식이 제2 모델링 기법에서만 제한적으로 적용되는 것은 아니며, 전술한 제1 모델링 기법에서도 모델링 조건으로 엘보우 객체의 길이, 꺽임 각도 등이 규정되지 않은 경우에 공통적으로 적용될 수 있음은 당연하다.
도 3 및 도 4에 각각 예시된 바와 같이, 모델링 유닛(110)은 서로 분리된 제1 배관 라인과 제2 배관 라인을 연결하는 엘보우 객체의 형상을 결정하고, 상응하는 엘보우 객체가 제1 배관 라인과 제2 배관 라인을 연결하도록 디스플레이 장치(144)에 표시할 수 있다.
이때, 제1 배관 라인의 중심점이 시작점(S)으로 지정되고, 제2 배관 라인의 중심점이 끝점(E)로 지정될 수 있다. 이때, 사용자는 입력 장치(142)를 이용하여 3차원 공간 상의 특정 위치로 지정하거나, 서로 연결될 제1 및 제2 배관 라인을 각각 선택할 수 있다. 만일 사용자에 의해 제1 및 제2 배관 라인이 선택된 경우, 모델링 유닛(110)의 연산부(112)는 저장부(130)에 미리 저장된 배관 데이터를 참조하여 시작점(S)과 끝점(E)의 3차원 좌표 정보를 인식할 수 있다.
엘보우 객체에 대한 배관 설계 모델링을 수행하기 위해, 연산부(112)는 모델링된 제1 배관 라인과 제2 배관 라인을 X축 방향, Y축 방향 및 Z축 방향으로 각각 직각 투영(orthographic projection)하여, 시작점(S)과 끝점(E)을 연결하는 엘보우 객체에 대응되는 곡형 경로(curved path)를 구성하는 경로점들 각각의 X축 좌표값, Y축 좌표값 및 Z축 좌표값을 각각 산출할 수 있다.
이때, 제1 배관 라인과 제2 배관 라인이 미리 지정된 수직 조건을 만족하는지 여부에 따라 경로점의 각 축별 좌표값을 산출하는 산출 기법은 상이하게 적용될 수 있다.
먼저, 연산부(112)가 제1 배관 라인과 제2 배관 라인이 미리 지정된 수직 조건을 만족하는 경우, 각 경로점의 축별 좌표값을 산출하는 방법을 도 3을 참조하여 설명한다.
참고로, 도 3은 각 경로점에 대한 X축 좌표값을 산출하기 위해 모델링된 제1 배관 라인과 제2 배관 라인이 X축 방향으로 직각 투영된 경우가 예시되어 있다. 그러나, 후술되는 내용을 참조하여, 당업자는 Y축 방향 및 Z축 방향으로 직각 투영된 제1 배관 라인과 제2 배관 라인의 배치 형상에 대해 동일한 산출 기법을 적용하여, 각 경로점의 Y축 좌표값과 Z축 좌표값이 각각 산출될 수 있음을 쉽게 이해할 수 있을 것이다.
수직 조건은, 제1 및 제2 배관 라인이 직각 투영된 배치 형상에서 제1 배관 라인이 경로점들 각각의 좌표값을 산출할 X축에 평행하도록 X축 방향으로 직각 투영한 후, 제1 배관 라인의 중심점인 시작점(S)으로부터 제1 배관 라인의 기울기로 연장된 제1 가상 직선과, 제2 배관 라인의 중심점인 끝점(E)으로부터 제2 배관 라인의 기울기로 연장된 제2 가상 직선의 교점인 중간점(M)의 축 좌표값과 제2 배관 라인의 중심점의 축 좌표값이 일치하는 경우에 만족되는 것으로 미리 지정된다.
도 3에 예시된 제1 배관 라인과 제2 배관 라인의 배치 형상인 경우, 중간점(M)의 X축 좌표값(Mx)과 제2 배관 라인의 중심점인 끝점(E)의 X축 좌표값(Ex)이 일치하기 때문에 연산부(112)는 수직 조건을 만족하는 것으로 판단할 수 있다.
수직 조건이 만족되면, 연산부(112)는 시작점(S)과 끝점(E)을 연결하는 곡형 경로를 엘보우 중심점(CP)으로부터 소정의 길이(d)를 반지름을 가지며 90도의 중심각을 가지는 정원(正圓)의 원호(arc)로 설정한다.
여기서, 엘보우 중심점(CP)은 시작점(S)으로부터 직각 투영된 축에 수직하도록 연장한 제3 가상 직선과, 끝점(E)으로부터 직각 투영된 축에 평행하도록 연장한 제4 가상 직선의 교점으로 지정될 수 있다. 또한, 원호가 형성하는 반지름은 엘보우 중심점(CP)과 끝점(E) 사이의 거리로 지정될 수 있다.
이때, 수직 조건은 만족되지만, 엘보우 중심점(CP)과 시작점(S) 및 끝점(E) 사이의 거리가 일치하지 않아서, 90도 중심각을 가지는 원호의 형상으로 시작점(S)과 끝점(E)이 서로 연결될 수 없는 경우, 연산부(112)는 90도 중심각을 가지는 원호의 형상으로 시작점(S)과 끝점(E)이 연결되도록 제1 또는 제2 배관 라인의 길이가 조정되도록 할 수 있다. 이때, 시작점(S)과 끝점(E)의 3차원 좌표 정보가 참조될 수 있다. 제1 또는 제2 배관 라인의 길이가 조정되면, 상응하도록 배관 데이터가 갱신되어 저장부(130)에 저장될 수 있고, 이에 상응하도록 그래픽 처리부(114)는 해당 모델링 객체가 갱신되어 디스플레이 장치(144)에 표시되도록 할 수 있다.
90도 중심각을 가지는 원호의 형태로 곡형 경로가 지정되면, 연산부(112)는 원호의 중심각을 n개로 균등 분할하고, 균등 분할된 중심각들에 대응되도록 n+1개의 원호 상의 점들을 각각의 경로점으로 설정하고, 하기 수학식 1을 이용하여 각 경로점의 축 좌표값을 산출한다. 이때, 첫번째 경로점(x0)은 시작점(S)의 축 좌표값(Sx)과 동일하고, 마지막 경로점(xn)은 끝점(E)의 축 좌표값(Ex)과 동일하게 산출될 것이다.
하기 수학식 1은 엘보우 중심점(CP)과 각 경로점 사이의 거리(d)(즉, 반지름)에 삼각함수 공식을 적용하여, X축 방향으로 직각 투영된 제1 및 제2 배관 라인의 배치 형상에서 각 경로점의 X축 좌표값을 산출하기 위한 것이다. 만일 Y축 좌표값이나 Z축 좌표값을 산출하기 위해 직각 투영된 제1 및 제2 배관 라인의 배치 형상이 전술한 수직 조건을 만족한다면, 동일한 방식으로 Y축 좌표값과 Z축 좌표값이 산출될 수 있음은 당연하다.
Figure 112021000257595-pat00003
여기서, xk는 각 경로점의 X축 좌표값이고, k는 1부터 n 중 어느 하나인 자연수이며, n은 곡형 경로의 중심각을 분할한 개수다, d는 엘보우 중심점으로부터 경로점까지의 거리이고, Sx는 시작점(S)의 X축 좌표값이며, Mx는 중간점(M)의 X축 좌표값이다.
그러나 만일, 제1 배관 라인과 제2 배관 라인의 배치 형상이 미리 지정된 수직 조건을 만족하지 않는 경우라면, 연산부(112)는 도 4에 예시된 산출 기법을 적용하여 제1 및 제2 배관 라인을 연결하는 곡형 경로 상의 각 경로점의 축 좌표값을 산출할 수 있다.
도 4에 예시된 바와 같이, 제1 배관 라인이 경로점들 각각의 좌표값을 산출할 X축에 평행하도록 X축 방향으로 직각 투영한 후, 시작점(S)으로부터 제1 배관 라인의 기울기로 연장한 제1 가상 직선과, 끝점(E)으로부터 제2 배관 라인의 기울기로 연장한 제2 가상 직선의 교점인 중간점(M)의 축 좌표값(Mx)과 끝점(E)의 축 좌표값(Ex)이 상이한 경우, 연산부(112)는 제1 및 제2 배관 라인의 배치 형상이 수직 조건을 만족하지 않음을 인식할 수 있다.
이 경우, 엘보우 객체로 형성되도록 시작점(S)과 끝점(E)을 연결하는 곡형 경로는 예를 들어 90도 중심각을 가지는 타원의 원호에 상응하는 경로로 형성될 수 있다.
여기서, 엘보우 중심점(CP)은 시작점(S)으로부터 직각 투영된 축에 수직하도록 연장한 제3 가상 직선과, 끝점(E)으로부터 직각 투영된 축에 평행하도록 연장한 제4 가상 직선의 교점으로 지정될 수 있다.
연산부(112)는 시작점(S)과 끝점(E)을 서로 연결하도록 90도 중심각을 가지는 타원의 원호 형상의 곡형 경로에 대해, 중심각을 n(임의의 자연수)개로 균등 분할한 후, 균등 분할된 중심각들에 대응되도록 n+1개의 원주 상의 점들을 각각의 경로점으로 설정하고, 하기 수학식 2를 이용하여 각 경로점의 축 좌표값을 산출한다. 이때, 첫번째 경로점(x0)은 시작점(S)의 축 좌표값(Sx)과 동일하고, 마지막 경로점(xn)은 끝점(E)의 축 좌표값(Ex)과 동일하다.
하기 수학식 2는 엘보우 중심점(C)과 각 경로점 사이의 거리(d1, d2, ... , dn)에 삼각함수 공식을 적용하여, X축 방향으로 직각 투영된 제1 및 제2 배관 라인의 배치 형상에서 각 경로점의 X축 좌표값을 산출하기 위한 것이다. 만일 Y축 좌표값이나 Z축 좌표값을 산출하기 위해 직각 투영된 제1 및 제2 배관 라인의 배치 형상이 전술한 수직 조건을 만족하지 않는 경우에도, 같은 방식으로 Y축 좌표값과 Z축 좌표값이 산출될 수 있음은 당연하다.
Figure 112021000257595-pat00004
여기서, xk는 각 경로점의 X축 좌표값이고, k는 1부터 n 중 어느 하나인 자연수이며, n은 곡형 경로의 중심각을 분할한 개수다, dk는 엘보우 중심점으로부터 대응되는 경로점까지의 거리이고, Sx는 시작점(S)의 X축 좌표값이며, Mx는 중간점(M)의 X축 좌표값이고, Ex는 끝점(E)의 X축 좌표값이다.
수직 조건이 만족되지 않는 경우에는, 끝점(E)에 상대적으로 근접하는 경로점일수록 엘보우 중심점(CP)과 경로점 사이의 거리가 상대적으로 길어지게 된다. 이러한 차이를 보상하기 위해, 연산부(112)는 끝점(E)과 중간점(M) 사이의 축 좌표값간의 차이에 각 경로점에 상응하는 중심각의 크기 증가에 따른 가중값(즉, k/n)을 곱셈 연산한 값을 보상값으로 적용하여 산출한 엘보우 중심점으로부터 각 경로점까지의 거리(dk)를 이용하여 각 경로점의 축 좌표값을 산출한다.
연산부(112)는 제1 및 제2 배관 라인을 X축 방향, Y축 방향 및 Z축 방향으로 각각 직각 투영하여 축 좌표값을 개별적으로 산출하는 과정을 통해, 각 경로점들에 대한 X축 좌표값, Y축 좌표값 및 Z축 좌표값을 산출할 수 있다. 각 경로점들에 대한 3차원 좌표값은 예를 들어 P1=(x1, y1, z1), P2=(x2, y2, z2) 등으로 각각 정의될 수 있으며, 그래픽 처리부(114)의 모델링 객체에 관한 그래픽 처리를 위해 저장부(130)에 저장될 수 있다.
제1 및 제2 배관 라인을 연결하는 엘보우 객체를 생성하기 위해, 연산부(112)에 의해 곡형 경로를 구성하는 경로점들 각각에 대한 3차원 좌표가 산출(도 5의 (a) 참조)되면, 각 경로점들에 대해 엘보우 객체의 단면 영역을 규정하는 가상의 원 객체가 특정될 수 있다(도 5의 (b) 참조).
이때, 가상의 원 객체의 중심점의 위치는 각 경로점의 3차원 좌표일 수 있고, 원 객체의 직경은 연결될 제1 배관 및 제2 배관의 직경에 상응하도록 결정될 수 있다.
이어서, 연산부(112)는 각 위치의 원 객체들이 서로 연결되어 곡형의 엘보우 객체를 구성할 수 있도록, 각각의 원 객체를 적절한 회전 각도로 회전시키기 위한 회전 정보를 생성한다(도 5의 (c) 참조).
적절한 회전 각도로 원 객체가 회전되도록 하기 위해, 연산부(112)는 직전의 경로점(예를 들어, 시작점(S))의 3차원 좌표(P0)와 회전될 원 객체의 중심점인 경로점의 3차원 좌표(예를 들어, P1)을 이용하여 경로점 벡터(예를 들어,
Figure 112021000257595-pat00005
)을 산출하고, 이를 이용하여 X축, Y축 및 Z축 각각에 대한 회전 행렬(θX, θY, θZ)을 산출할 수 있다.
또한, 연산부(112)는 회전될 원 객체의 원주 상의 각 점과 해당 원 객체의 중심점인 경로점 사이의 관계를 표현한 반지름 벡터에 각 축에 대한 회전 행렬을 순차적으로 적용함으로써, 가상의 원 객체가 곡형의 엘보우 객체를 생성하기에 적정한 회전 각도로 3차원 공간 상에서 회전되어 표시되도록 할 수 있다. 회전 행렬과 반지름 벡터 등을 이용하여 각각의 원 객체가 회전된 자세는 엘보우 중심점(CP)과 해당 경로점을 연결하는 벡터에 평행한 형태일 수 있다.
이어서, 그래픽 처리부(114)는 가상의 원 객체를 대응되는 회전 정보를 이용하여 3차원 공간 상에서 회전되도록 하고, 가상의 원 객체들의 원주가 서로 연결되도록 하여 엘보우 객체를 생성한다(도 5의 (d) 참조).
경로점 벡터, 회전 벡터 등을 포함하는 회전 정보를 생성하고, 생성된 회전 정보를 적용하여 가상의 원 객체들 각각을 엘보우 객체를 형성하기에 적절한 회전 각도로 회전시켜 표시하는 방법은 당업자에게 자명한 사항이므로 이에 대한 구체적인 설명은 생략한다.
인접하여 배치된 원 객체들의 원주(circumference)를 서로 연결하여 외형이 형성되도록 엘보우 객체를 생성할 때, 그래픽 처리부(114)는 예를 들어, 도 6에 예시된 바와 같이, 선행하도록 배치된 원 객체의 원주 상에 존재하는 점들과 후행하도록 배치된 원 객체의 원주 상에 존재하는 점들을 서로 삼각형을 형성하도록 연결하는 과정을 반복하여 엘보우 객체의 외주면이 형성되도록 표현할 수 있다.
이 경우, 예를 들어, 그래픽 처리부(114)는 각각의 원 객체의 원주 상의 각 점에 부여된 숫자에 기반하여 서로 연결함으로써 삼각형을 형성하되, 삼각형의 형성하는 선과 다른 삼각형의 면 간에 꼬임이 제거되고, 인접하는 원 객체들의 원주를 연결하는 선들의 길이가 각각 최소화되도록 원 객체를 수평 회전(즉, 해당 원 객체에 수직한 회전축을 기준으로 회전)시킬 수 있다(도 6의 (a) 및 (b) 참조).
이제까지, 도 3 내지 도 6을 참조하여, 제1 배관 라인의 단부에 특정된 시작점(S)과 제2 배관 라인의 단부에 특정된 끝점(E)을 직접 연결하는 하나의 엘보우 객체의 형상을 특정하는 방법에 대해 설명하였다.
그러나, 시작점(S)과 끝점(E)의 사이에 사용자가 변곡점을 지정하는 경우에는, 시작점(S)과 변곡점을 제1 모델링 객체가 연결하고, 변곡점과 끝점(E)을 제2 모델링 객체가 연결하도록 배관 설계 모델링이 수행될 수도 있다. 이때, 제1 및 제2 모델링 객체 각각은 연산부(112)의 연산에 의해 배관 객체 또는 엘보우 객체로 판단될 수 있고, 엘보우 객체로 특정된 경우에는 전술한 바와 같이 엘보우 객체의 형상을 특정하기 위해 각 경로점의 축별 좌표값이 산출될 수 있다.
또한, 제1 배관과 제2 배관이 하나의 엘보우 객체에 의해 연결되는 경우, 제1 배관과 제2 배관의 직경이 동일한 경우에는 엘보우 객체를 형성하기 위한 원 객체의 직경도 동일하게 결정될 수 있다.
그러나, 제1 배관과 제2 배관의 직경이 서로 상이한 경우, 연산부(112)는 경로점의 개수와 두 배관의 크기를 기반으로 비율적으로 증가하거나 감소하는 형태로 원 객체들 각각의 직경을 결정할 수 있다. 이를 통해, 제1 배관과 제2 배관이 점진적으로 직경이 증가하거나 감소하는 형상의 엘보우 객체에 의해 연결되도록 모델링 처리될 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 배관 설계 모델링 방법을 나타낸 순서도이다.
도 7을 참조하면, 단계 710에서 배관 설계 모델링 장치(100)에 구비되는 모델링 유닛(110)은 모델링 객체를 개재시켜 서로 연결할 두 배관의 기준점을 각각 인식한다.
여기서, 두 배관 중 제1 배관 라인의 중심점이 시작점(S)으로 지정되고, 제2 배관 라인의 중심점이 끝점(E)로 지정될 수 있다. 이때, 사용자는 입력 장치(142)를 이용하여 3차원 공간 상의 특정 위치로 시작점(S)과 끝점(E)을 각각 지정하거나, 서로 연결될 제1 및 제2 배관 라인을 각각 선택할 수 있다. 만일 사용자에 의해 제1 및 제2 배관 라인이 선택되면, 저장부(130)에 미리 저장된 배관 데이터를 참조하여 시작점(S)과 끝점(E)의 3차원 좌표 정보가 인식될 수 있다.
단계 720에서, 모델링 유닛(110)은 두 배관의 배치 형상을 X축 방향, Y축 방향 및 Z축 방향으로 각각 투영하여, 시작점(S)과 끝점(E)을 연결하는 곡형 경로 상에 존재하는 경로점들 각각에 대한 축별 좌표값들, 즉 X축 좌표값, Y축 좌표값 및 Z축 좌표값을 산출한다. 산출한 축별 좌표값들의 조합에 의해 각 경로점의 3차원 좌표 정보가 특정될 수 있다.
곡형 경로는 90도 중심각을 가지는 정원 또는 타원의 원호 형태로 지정되고, 모델링 유닛(110)은 원호의 중심각을 n개로 균등 분할하여, 균등 분할된 중심각들에 대응되도록 n+1개의 원호 상의 점들을 각각의 경로점으로 설정할 수 있다, 여기서, X축 방향으로 직각 투영했을 때, 첫번째 경로점(x0)은 시작점(S)의 X축 좌표값(Sx)과 동일하고, 마지막 경로점(xn)은 끝점(E)의 X축 좌표값(Ex)과 동일하게 산출될 것이다.
축별 좌표값을 산출하기 위해 각각의 축방향으로 투영한 제1 및 제2 배관 라인의 배치 형상이 미리 지정된 수직 조건을 만족하는지 여부에 따라, 모델링 유닛(110)은 전술한 수학식 1 또는 2를 이용하여 각 경로점에 대한 축 좌표값을 산출할 수 있다.
단계 730에서, 모델링 유닛(110)은 각 경로점을 중심점으로 하는 원 객체를 특정한다.
이때, 가상의 원 객체의 중심점의 위치는 각 경로점의 3차원 좌표로 특정될 수 있고, 원 객체의 직경은 연결될 제1 배관 및 제2 배관의 직경에 상응하도록 결정될 수 있다.
예를 들어, 엘보우 객체에 의해 연결될 제1 배관과 제2 배관의 직경이 동일한 경우에는 원 객체들 각각의 직경도 동일하게 지정될 수 있다. 그러나, 제1 배관과 제2 배관의 직경이 서로 상이한 경우에는, 경로점의 개수와 두 배관의 크기를 기반으로 비율적으로 증가하거나 감소하는 형태로 원 객체들 각각의 직경이 결정될 수 있다.
단계 740에서, 모델링 유닛(110)은 각각 특정된 원 객체들이 시작점(S)과 끝점(E)을 연결하는 엘보우 객체의 단면 형상을 이루는 적절한 각도로 회전되도록 하는 회전 정보를 생성한다.
회전 정보는 예를 들어, 회전될 원 객체의 중심점은 경로점과 선행하는 경로점의 3차원 좌표를 이용하여 산출된 경로점 벡터, 경로점 벡터를 이용하여 산출된 각 축별 회전 행렬(θX, θY, θZ), 회전될 원 객체의 중심점과 원주상의 점들간의 반지름 벡터를 포함할 수 있다. 원 객체의 형상을 특정하는 반지름 벡터에 각 축별 회전 행렬을 순차적으로 적용하여, 원 객체가 3차원 공간 상에서 엘보우 객체의 단면을 형성하기에 적절한 각도로 회전될 수 있다.
회전 행렬과 반지름 벡터 등을 포함하는 회전 정보가 적용되어 각각의 원 객체는 엘보우 중심점(CP)과 해당 경로점을 연결하는 벡터에 평행한 자세로 회전될 수 있다.
단계 750에서, 모델링 유닛(110)은 회전 정보를 적용하여 회전된 각각의 원 객체들에 대해, 인접한 원 객체들의 원주가 서로 연결되어 둘레면이 형성된 가상의 엘보우 객체가 생성되어 디스플레이 장치(144)에 표시되도록 처리한다.
엘보우 객체의 둘레면이 형성되도록 하기 위해, 모델링 유닛(110)은 인접 배치된 원 객체들에 대해 선행하여 배치된 원 객체의 원주 상에 존재하는 점들과 후행하여 배치된 원 객체의 원주 상에 존재하는 점들을 서로 삼각형을 형성하도록 연결하는 과정을 반복할 수 있다. 이때, 인접하는 원 객체들의 원주를 서로 연결하는 선들의 길이가 각각 최소화되도록 후행하는 원 객체는 수평 회전 처리될 수 있다.
전술한 바와 같이, 사용자가 입력 장치(142)를 이용하여 제1 배관의 단부에 위치된 중심점과 제2 배관의 단부에 위치된 중심점을 지정하기만 하면, 모델링 유닛(110)은 제1 배관과 제2 배관의 배치 형상에 기반하여 제1 배관의 단부와 제2 배관의 단부를 곡형 경로를 가지는 엘보우 객체로 서로 연결시키는 배관 설계 모델링 처리를 자동 수행할 수 있다.
이와 별개로, 사용자는 순차적으로 연결된 다수의 모델링 객체에 의해 제1 배관의 단부와 제2 배관의 단부가 서로 연결되도록 할 수도 있다.
즉, 시작점(S)과 끝점(E)의 사이에 사용자가 변곡점을 지정하는 경우에는, 시작점(S)과 변곡점을 제1 모델링 객체가 연결하고, 변곡점과 끝점(E)을 제2 모델링 객체가 연결하도록 배관 설계 모델링이 수행될 수도 있다. 이때, 모델링 유닛(110)은 시작점(S), 변곡점 및 끝점(E)의 3차원 좌표 정보를 참조하여, 제1 및 제2 모델링 객체 각각을 배관 객체 또는 엘보우 객체로 판단할 수 있다. 또한, 제1 및 제2 모델링 객체 중 하나 이상이 엘보우 객체로 특정된 경우에는 전술한 과정을 통해 엘보우 객체의 형상을 특정하여 디스플레이 장치(144)에 표시되도록 할 수 있다.
상술한 디지털 트윈 기반의 배관 설계 모델링 방법은 디지털 처리 장치에 구비된 소프트웨어 프로그램, 어플리케이션 등으로 구현되어 시계열적 순서에 따른 자동화된 절차로 수행될 수도 있음은 당연하다. 상기 프로그램 등을 구성하는 코드들 및 코드 세그먼트들은 당해 분야의 컴퓨터 프로그래머에 의하여 용이하게 추론될 수 있다. 또한, 상기 프로그램은 컴퓨터가 읽을 수 있는 정보저장매체(computer readable media)에 저장되고, 컴퓨터에 의하여 읽히고 실행됨으로써 상기 방법을 구현한다.
상기에서는 본 발명의 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
100 : 배관 설계 모델링 장치 110 : 모델링 유닛
112 : 연산부 114 : 그래픽 처리부
120 : 컨트롤러 130 : 저장부
142 : 입력 장치 144 : 디스플레이 장치

Claims (10)

  1. 배관 설계 모델링 방법을 수행하도록 하기 위해 컴퓨터-판독 가능 매체에 저장된 컴퓨터 프로그램으로서, 상기 컴퓨터 프로그램은 컴퓨터로 하여금 이하의 단계들을 수행하도록 하며, 상기 단계들은,
    (a) 제1 배관의 단부에 위치한 중심점인 시작점과, 제2 배관의 단부에 위치한 중심점인 끝점을 종단점으로 가지는 곡형 경로상에 위치하는 다수개의 경로점들을 각각 특정하는 단계;
    (b) 3차원 모델링된 상기 제1 배관과 상기 제2 배관의 배치 형상을 X축 방향, Y축 방향 및 Z축 방향으로 각각 직각 투영하여, 각 경로점에 대해 축별 좌표값인 X축 좌표값, Y축 좌표값 및 Z축 좌표값을 각각 산출하는 단계;
    (c) 축별 좌표값들로 규정되는 각 경로점의 3차원 위치에 배치될 원 객체를 특정하고, 각각의 원 객체에 대응되는 회전 정보를 적용하여 각각의 원 객체를 3차원 공간 상에서 회전시키는 단계; 및
    (d) 3차원 공간 상에서 회전된 원 객체들에 대해, 인접된 원 객체들의 원주를 서로 연결하여 형성된 외주면을 가지는 엘보우 객체로 생성하는 단계를 포함하되,
    상기 엘보우 객체는 상기 제1 배관과 상기 제2 배관을 연결하도록 배치되고,
    상기 단계 (a)에서, 상기 제1 배관과 상기 제2 배관의 배치 형상이 미리 지정된 수직 조건을 만족하는지 여부에 따라 상기 곡형 경로는 90도 중심각을 가지는 정원 또는 타원의 원호의 형상으로 형성되며, 상기 원호의 중심각을 n개로 균등 분할하고, 상기 시작점, 상기 끝점 및 균등 분할된 중심각들에 대응되는 원호상의 점들을 포함하는 n+1개의 점들이 상기 다수개의 경로점으로 특정되되, 상기 n은 임의의 자연수이며,
    상기 단계 (c)에서, 각각의 원 객체는 대응되는 경로점의 3차원 위치를 중심점으로 하여 특정되며, 각각의 원 객체의 직경은 상기 제1 배관과 상기 제2 배관의 직경을 참조하여 결정되고,
    상기 단계 (b)에서, X축 방향으로 직각 투영된 상기 제1 배관과 상기 제2 배관의 배치 형상이 상기 수직 조건을 만족하면, 수학식 1을 이용하여 상기 시작점의 X축 좌표값(x0) 이외의 하나 이상의 경로점들에 대한 X축 좌표값이 산출되되,
    상기 수학식 1은
    Figure 112021032451338-pat00006
    로 표현되고,
    상기 xk는 각 경로점의 X축 좌표값이고, 상기 k는 1부터 n 중 어느 하나인 자연수이며, 상기 n은 곡형 경로의 중심각을 균등 분할한 개수고, 상기 d는 엘보우 중심점으로부터 경로점까지의 거리이며, 상기 Sx는 상기 시작점의 X축 좌표값이고, 상기 Mx는 중간점의 X축 좌표값이며,
    상기 단계 (b)에서, X축 방향으로 직각 투영된 상기 제1 배관과 상기 제2 배관의 배치 형상이 상기 수직 조건을 만족하지 않으면, 수학식 2을 이용하여 상기 시작점의 X축 좌표값(x0) 이외의 하나 이상의 경로점들에 대한 X축 좌표값이 산출되되,
    상기 수학식 2는
    Figure 112021032451338-pat00007
    로 표현되고,
    상기 xk는 각 경로점의 X축 좌표값이고, 상기 k는 1부터 n 중 어느 하나인 자연수이며, 상기 n은 곡형 경로의 중심각을 균등 분할한 개수고, 상기 dk는 엘보우 중심점으로부터 대응되는 경로점까지의 거리이며, 상기 Sx는 시작점의 X축 좌표값이고, 상기 Mx는 중간점의 X축 좌표값이며, Ex는 끝점의 X축 좌표값(xn)인 것을 특징으로 하는 컴퓨터-판독 가능 매체에 저장된 컴퓨터 프로그램.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 중간점은, 상기 제1 배관과 축 좌표값을 산출할 축이 평행하도록 직각 투영된 상기 제1 배관과 상기 제2 배관의 배치 상태에서, 상기 시작점으로부터 상기 제1 배관의 길이 방향으로 연장한 제1 가상 직선과, 상기 끝점으로부터 상기 제2 배관의 길이 방향으로 연장한 제2 가상 직선의 교점으로 특정되고,
    상기 제1 배관과 상기 제2 배관의 배치 형상이 직각 투영된 축 방향에서, 상기 중간점의 축 좌표값과 상기 끝점의 축 좌표값이 비일치하는 경우에는 상기 수직 조건이 만족되지 않는 것으로 판단되는 것을 특징으로 하는 컴퓨터-판독 가능 매체에 저장된 컴퓨터 프로그램.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 단계 (c)에서,
    각각의 원 객체를 3차원 공간에서 회전시키기 위한 회전 정보는,
    선행하는 경로점과 회전될 원 객체의 중심점인 경로점의 3차원 좌표를 이용하여 산출된 경로점 벡터, 상기 경로점 벡터를 이용하여 산출된 각 축별 회전 행렬, 원 객체를 특정하는 원 객체의 중심점과 원주상의 점들간의 반지름 벡터를 포함하는 것을 특징으로 하는 컴퓨터-판독 가능 매체에 저장된 컴퓨터 프로그램.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 단계 (b)에서,
    Y축 방향 및 Z축 방향 각각에 대해서도 상기 수학식 1 또는 상기 수학식 2에 상응하여 상기 하나 이상의 경로점들에 대한 Y축 좌표값 및 Z축 좌표값이 산출되는 것을 특징으로 하는 컴퓨터-판독 가능 매체에 저장된 컴퓨터 프로그램.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제1 배관과 상기 제2 배관의 직경이 동일한 경우에는, 상기 엘보우 객체의 절단면을 이루는 원 객체의 직경도 상기 제1 배관 및 상기 제2 배관의 직경과 일치하도록 결정되되,
    상기 제1 배관과 상기 제2 배관의 직경이 상이한 경우에는, 상기 제1 배관과 상기 제2 배관의 직경의 차이와 특정된 경로점의 개수에 기반하여 순차적으로 배열된 원 객체들의 직경이 비율적으로 증가하거나 감소하도록 원 객체들 각각의 직경이 결정되는 것을 특징으로 하는 컴퓨터-판독 가능 매체에 저장된 컴퓨터 프로그램.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 시작점과 상기 끝점 이외에 변곡점이 더 지정된 경우,
    상기 시작점과 상기 변곡점까지의 구간에 직선형의 배관 객체 또는 곡형의 엘보우 객체인 제1 모델링 객체가 배치되고, 상기 변곡점과 상기 끝점까지의 구간에 배관 객체 또는 엘보우 객체인 제2 모델링 객체가 배치되며,
    상기 제1 모델링 객체와 상기 제2 모델링 객체는 서로 이어지도록 배치되어 상기 제1 배관과 상기 제2 배관을 연결하도록 개재되는 것을 특징으로 하는 컴퓨터-판독 가능 매체에 저장된 컴퓨터 프로그램.
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