이란은 CAD/CAM에 관한 일반적인 상식에서부터 가장 최근의 기술동향까지 폭 넓은 정보를 게시할 예정입니다. 지금은 초기 단계이지만 점차 가장 빠르고 정확한 정보를 주기적으로 POSTING할 예정입니다. 많은 활용바랍니다.

  
CAD 시스템간 데이터 교환은 어떤식으로 이루어지나 ?

CAD 시스템은 컴퓨터 이용 제도 시스템이거나 형상 모델링 시스템이거나모두 설계 결과 즉, 제품에 해당하는 데이터를 자기 고유의 데이터 구조에맞게 저장하고 있다. 만약 모든 프로그램이 같은 데이터 구조를 사용한다면, 사용자 입장에서는 프로그램 내부에 저장되는 데이터의 형태를 거의의식할 필요가 없을 것이다. 그러나 최근에는 한 회사 내에서도 여러 종류의 시스템이 사용되고, 이들은 서로 다른 데이터 구조를 사용하므로 이들 서로 다른 시스템간에 제품에 관한 데이터를 교환하고자 하면 한 쪽의 시스템에서 작성한 제품 데이터를 다른 쪽의 시스템에 적합한 데이터 구조로변환하는 것이 불가피하게 된다. 이를 위해, 다른 기종의 CAD/CAM 시스템간의 교환 형식의 표준화가 중요한 문제로 인식되고 있다.품데이터의 표현 방법은, 설계 도면을 2차원 평면 상의 선(실선,점선,중심선,치수선,치수보조선 등)과 문자(치수,기호 등)의 조합으로 표현하는도면 모델 그리고 제품의 3차원 형상, 치수등을 입체 형상으로 완전히표현하는 3차원 모델로 크게 구별된다. 그런데 컴퓨터 내부에서 도면 모델이나 3차원 모델을 저장하기 위한 데이터 구조는 각 시스템마다 모두다르다. 그렇기 때문에 다른 기종의 CAD/CAM 시스템간에 제품 데이터(도면 모델 또는 3차원 모델)를 교환하는 경우에는, 송신측의 데이터 구조를 수신측의 데이터 구조로 변환하는 처리가 불가피해진다.제품데이터를 교환하는 방법은 두 가지로 생각할 수 있다. 첫째는 직접 교환 방식이다. 이 경우에는 각 CAD/CAM 시스템이 제품 데이터를 교환하고자 하는 모든 상대측 시스템에 대해 자신의 데이터 구조로 표현된 제품 데이터를 상대측의 데이터 구조로 변환하는 프로그램을 준비하는 것이 필요하다. 만약 CAD/CAM 시스템의 수를 n이라 하면 모든 시스템간에 데이터 교환을 수행하기 위해서는 n(n-1)개의 변환용 프로그램이 필요하다.따라서, 이 방법은 변환 프로그램을 전용화하기 때문에 효율은 좋으나 시스템 수 n이 커지면 다수의 변환 프로그램이 요구되는 단점이 있다.한편, 표준 형식 교환방식은 각각의 CAD/CAM 시스템이 제품 데이터 형식을자기 고유의 데이터 구조로 읽어들이는 기능을 보유하여 데이터 교환 을 수행한다. 즉, 교환을 수행하는 시스템 수가 n인 경우 2n 개의 변환용프로그램만 준비하면 된다. 이러한 변환 방법은 능률은 떨어지지만 고려하여야 할 전체 시스템 수가 증가해도 필요한 변환 프로그램 수는 그다지증가하지 않는 장점이 있다.

주어진 CAD/CAM 시스템의 자체 데이터베이스 형식으로부터 표준 교환 파일형식으로 전달하는 소프트웨어를 전처리기라 부르고, 그 반대(표준 교환파일로 부터 수신측 CAD/CAM 시스템의 데이터 구조로)로 전달하는 소프트웨어를 후처리기라 부른다. 따라서, 각 CAD/CAM 시스템이 모두 하나의공통된 표준 파일에 대해 전처리기와 후처리기를 가지고 있다면 원칙적으로 모든 시스템 사이에서 제품 데이터의 교환이 가능해 질 것이다.여기서는 표준 파일 형식의 대표적인 예로써 IGES, DXF, STEP를 선택하여그 내용을 간단히 설명하겠다. 이 가운데 IGES 파일은 대부분의 CAD/CAM시스템에서 제품 데이터 교환을 위하여 지원되고, DXF 파일은 PC용 CAD/CAM시스템간의 도면 데이터 교환에 주로 이용되고 있다. 한편 STEP은 아직은연구단계이나 그 범용성으로 인하여 궁국적으로는 제품 데이터 교환의표준이 되리라 생각한다.

IGES(Initial Graphics Exchange Specification)는 미국에서 CAD/CAM데이터교환의 표준 형식으로 채택된 규격인데 미국 뿐만 아니라 유럽, 일본, 우리나라를 포함해서 가장 광범위하게 사용되고 있다. IGES 는 그 이름으로부터도 알 수 있듯이 서로 다른 CAD/CAM 시스템간의 제품 데이터 교환을 위해서 개발한 최초의 표준 파일 형식으로, CAD로 작성된 도면 모델 즉 외형선,중심선, 치수선 등의 선과 치수, 기호 등의 문자로 된 도면 데이터의 교환을 목적으로 개발되었다. 그 후, CAD시스템의 발전에 따라 자유 곡면, 3차원 솔리드 모델, 기본 입체(primitive)에 근거한 모델, FEM(Finite Element Method)모델 등을 취급할 수 있도록 확장되어, 현재 버전 5.0이공개되어 있다. IGES 파일은 6개의 부분으로 구성되어 있다.

DXF(Drawing Interchange File)는 기본적으로 PC용 CAD시스템의 하나인AutoCAD로 작성된 도면 모델을 유한 요소해석 시스템 혹은 CAD시스템으로 전송할 목적으로 개발된 것이다. 그러나 AutoCAD를 이용하는 사용자가 증가함에 따라 다른 CAD시스템과의 데이터 교환에도 쓰여지게 되고, PC용 CAD간에 도면 모델을 교환할 때의 실질적인 표준 형식으로 되는 추세이다.

DXF파일은 특수한 서식의 문자열을 가진 ASCII문자 파일이고, 아래에 나타난 것과같이 5개의 부분으로 구성되어 있다. 즉, (1)도면의 전반적인 정조를 기술하느 헤더(Header)부,(2)선의 종류와 글 자체를 지정하는 테이블(Table)부,(3)복합 도형의 데이터를 기술하는 블록(Block)부,(4)복합 도형으로의 참조 지시를 포함하고 있는 도형 데이터를기술하는 요소(Entity)부,(5)파일의 끝을 나타내는 종결(Terminate)부로 구성된다. 이가운데 블럭부와 요소부에서 기술하는 요소는 실선, 중심선, 치수선 등의선 및 치수와 주기 등의 문자가 주체로 되어 있으나, 3차원 선분과 평면도기술할 수 있게 되어 있다.

그러나 AutoCAD의 버전이 올라감에 따라 그 내용에 새로운 요소가 추가되기때문에 상위 버전에서 작성한 DXF 파일을 하위 버전에서 읽지 못하는 문제점이 있다. DXF 파일의 버전은 DXF 파일을 헤더부의 파라미터($ACADVER)를 조사하면 된다. 따라서 동일의 CAD시스템간에 있어서도 DXF의 버전이 달라 데이터가 상호 교환 교환되지 못하기 때문에 다른 CAD시스템간의 데이터교환을 할 때에는 주의가 필요하다.앞에서 설명한 IGES 파일이나 DXF 파일은 애초에 도면 데이터 교환을 목적으로 만들어진 것으로, 삼차원 형상을 저장하도록 확장되기는 하였으나,형상 정보는 물론 가공에 관한 정보를 포괄하는 제품 데이터를 저장하고 교환하는 표준으로 사용되기에는 여전히 미흡한 점이 많다.

이로인해 기존의 데이터 교환 시스템이 갖고 있는 문제점을 해결하기 위하여 1983년 미국에서는 PDES(Product Date Exchange specification)라는 명칭아래 기하 정보와 위상 정보를 포함하는 포괄적인 CAD/CAM데이터 교환 방법을 찾기 위한 새로운 노력이 시도되었다.

이와 비슷한 시기에 ISO(국제표준화기구)에서는 STEP(STandard for Exchange of Product model date)이라는 단일화된 국제 표준화 작업이 시작되었다.STEP에서는 지금까지 개발되어온 CAD/CAM 데이터 교환 형식의 문제점을 고려하여 다음과 같은 기본 생각을 채용하고 있다.

(1) 제품의 라이프 사이클 전체를 대상으로 한다.설계,해석,생산,검사,관리,판매,보수에 따른 제품의 라이프 전체에 걸친 완전한 제품데이터를 취급한다.그러므로 제품의 형상 데이터,도면 데이터 뿐만 아니라, 공차 정보, 특징형상 정보,FEM 모델, 운동 해석 모델 등 광범위한 데이터를 고려한다.

(2) 3층 구조에 근거한 데이터 구조응용층, 논리층 및 무리층으로 나누어 구축하기 때문에, 각종의 응용분야에 대한 데이터 구조의 독립성을 보증하고 있다.

(3) 데이터 구조기술언어(express)의 사용응용층, 논리층 그리고 물리층이 데이터 구조를 기술하기 위해 express라고 불리우는 데이터 구조 기술언어를 사용하여, 규정된 데이터 구조를해석할 때의 애매함을 배제하고 있다. 이와 같은 접근 방법을 취하므로 와이어프레임 모델로 부터 솔리드 모델에 걸친 3차원 형상 모델, 형상 모델에 부가된 속성정보, 도면 모델, FEM 모델을 포함한 제품 모델의 데이터 구조를개별 제품 또는 응용 분야에 구애받지 않고 명확하게 정의하는 것이 가능하다.

   
  VRML이란? (VRML의 등장: 'Because the world is not flat' )

VRML은 인터넷을 통한 네트워크화한 VR로서 많은 사용자들간의 인터랙티브  시뮬레이션과 WWW을 통한 인터넷 네비게이션을 위한 3차원 공간을 표현하는 언어이다. VRML은 기존의 WWW 공간의 네비게이션할 때 써왔던 2차원 공간을 3차원 공간으로 확장하자는 기본 아이디어에서 시작됐다. 곧 정보공간을 현재의 실생활에 존재하는 공간으로 대체하고자 하는 욕구에서 시작됐다고 할 수 있다. 그러면 VRML에 대해 구체적으로 알아 보기로 한다.

(1) VRML의 역사와 배경

VRML은 Intervista company의 멤버인 Mark Pesce(현재 이 프로젝트의 대변인)와 Toni Parisi에 의해 3D와 Web과의 인터페이스의 연구가 시작되어 94년 제네바에서 열린 제 1차 World Wide Web conference에서 처음으로 거론되었다. 이를 계기로 몇몇 연구소와 Silicon Graphics Inc.(SGI)등의 상업적 회사들에 의해 빠른 지지를 받았다. 전세계적인 관심과 지적자원을 끌어오기 위해 메일-리스트(mail-list)가 만들어 졌고 많은 참여자들이 새로운 아이디어와 생각들을 이곳에 제시하였다. 이렇게 해서 94년 11월에 VRML의 처음 버전(VRML 1.0)이 발표되었는데 이것은 SGI의 오픈인벤터을 토대로 구성되었다.

그후 SGI의 폴 슈트라우스와 개빈 벨은 오픈인벤터의 소스코드를 기초하여 C++로 작성한 일종의 고속 VRML해석기인 QvLib을 발표하여 소스코드를 모든 웹 개발자들이 사용할 수 있도록 공개하였다.이후 VRML는 초기 상업적 시장을 선점하려는 경쟁과 맞물려 많은 발전과 관심을 불러일으켰다. 현재 Web의 표준 브라우저로 자리잡은 네트스케이프(Netscape)처럼 성공하기 원하는 기업들은 각기 나름대로의 VRML 브라우저를개발해 발표했다.

최초의 상업적 VRML 브라우저인 WepSpace를 실리콘 그래픽(SGI)와 Template Graphics Software(TGS)사가 공동으로 발표한 이후 현재는 수많은 VRML1.0 브라우저와 저작도구들이 발표되었다. 그후, 96년 초에 제안된 Moving Worlds가 3월에 VRML V2.0으로 채택되었고 최근(96년 8월)에 VRML2.0이 탄생하였다.

VRML2.0에서는 참여자의 Interaction과 애니메이션을 지원하고 스크립트를 통한 다양한 효과를 낼 수 있어 앞으로 많은 응용이 기대된다.

(2) VRML의 개념

VRML(Virtual Reality modeling Language)은 인터넷상에서 3차원 장면을 위한 개방형이며 확장 가능한 장면 표현 언어로써, VRML을 사용하면 텍스트, 이미지, 애니메이션, 사운드 등으로 이루어진 3차원 세계와 상호 작용할 수 있다.VRML1.0은 상대적으로 단순한 애니메이션만 지원하는 반면, 현재 개발된 VRML2.0은 복잡한 3차원 애니메인션, 시뮬레이션, JAVA와 JavaScript등을 지원한다. VRML은 텍스트를 기반으로 한 언어로써 3차원 공간을 표현하는 가장발달된 방법이며, 효과적인 문법과 웹 사용자들에게 현실과 같은 공간과 상호작용을 하게 해준다. 이러한 새로운 패러다임은 보다 인간적인 인터페이스를 제공할 수 있으며, 실제 공간과 같은 완벽하게 랜더링된 환경을 신속하게 제공해 주고 있다. 초기 구상 때부터 VRML 개발자들은 HTML과 비슷하지만 구분되며, 다른 Markup Language를 만들려 했다. 그러나 VRML은 HTML을 단순히 늘린 것이 아니며, HTML의 확장 판도 아니다.HTML은 웹을 위한 일반적인 텍스트를 전송하는 메카니즘을 제공해 준다. 반면 VRML은 모든 형태의 그래픽과 시각적인 표현을 처리할 수 있다. 웹 페이지들이 2차원 이미지, 사운드, 정형화된 텍스트와 같은 서로 다른 클래스들의 집합체인 것처럼, VRML 문서(일반적으로 장면으로 불리워진다)는 인간들이 정보와 함께 반응할 수 있게 해주는 3차원 환경을 제공한다. 이와 같은 접근 방법에 따르면 HTML이 2차원 텍스트와 그래픽 이미지를 랜더링하는 것처럼 Polygonal 물체들은 VRML로 코드화되고 네트위크를 통해서 사용자가 장면을 복원할 때 랜더링된다.VRML은 오늘날 웹에서 사용되고 있는 URL(Uniform Resource locator)과 유사한 하이퍼 링킹 기능을 제공하고 있다. 하이퍼 링크로 연결된 물체들을 선택하는 것을 통하여 VRML브라우저는 사용자를 도착하기로 되어있는 이미지와 장면으로 구성된 다른 사이트로 보낼 수 있다.

(3) VRML의 표준

최근 3차원 인터네트 언어인 VRML(Virtual Reality Modeling Language)을 발전시키는 데 선두의 위치에 섰던 실리콘그래픽스와 네트스케이프사 등이 함께 "생동하는 세계"(Moving World)라는 새로운 단계의 VRML 표준을 발표하고 이에 3차원 인터네트 관련 50여 개발회사들이 지지를 표시함으로써 인터네트는본격적으로 3차원의 세계로 진입하게 된 것이다. 당초 VRML 2.0표준은 실리콘 그래픽스와 네트스케이프가 제안한 "생동하는 세계" 표준과 마이크로소프트가 주도한 "액티브 VRML"표준사이에 경쟁이 있었으나 결국 이번에도 네트스케이프가 승리를 거두게 됐다.

VRML이란 인터네트에 3차원 가상현실을 구현해주는 언어로 마크 페스와 실리콘 그래픽스 등의 공동작업에 의해 탄생된 언어이다. 이언어는 월드와이드웹이 발생한 직후 발표돼 차세대 인터네트 표준으로 각광을 받았으나, 1.0 버전이 안고 있는 여러 가지 한계점 때문에 본격적으로 수용되지 못하고 있었다. 1.0버전이 갖고 있었던 한계는 크게 두 가지. 우선 HTML이 프로그래밍을 전공하지 않는 일반인도 쉽게 배울 수 있는 일종의 워드프로세서 편집 언어라면,VRML은 상당한 인력과 고급 컴퓨터를 이용한 긴 시간의 그래픽 렌더링이 필요 한 그래픽 프로그램용 언어이다. 따라서 VRML을 이용해 3차원 그래픽을 만들려면 개인으로는 거의 불가능하고 상당한 장비와 유능한 그래픽디자인 전문가들이 필요했었다. 이러한 조건 때문에 몇몇 회사를 제외하고는 아예 VRML에 접근하기조차 힘들었던 것이 현실이었다.

또한 현재의 네트워크 구조로 보아 개인 접속의 경우 28.8Kbps급이 고작이어서 대용량의 그래픽 데이터 전송이 필요한 VRML의 발전은 더딜 수 밖에 없었다. VRML로 구성된 화면을 보기 위해서는 최소한 8MB 주메모리의 486DX급 이상의 PC와 28.8Kbps급 이상의 모뎀을 갖추어야 했기 때문이었다. 여기에 SUN사가 들고 나온 자바가 선풍적인 인기를 모아 한동안 차세대 표준 언어로까지 부상, VRML이 고사하는 것이 아닌가라는 의구심마저 불러 일으키기도 했다. 이러한 상황에서 발표된 VRML 2.0 표준은 몇 가지 점에서 획기적인 발전을 보여준다. 우선 가장 큰 진전은 VRML을 HTML의 표준과 접목시켰다는 점이다. HTML의 개방형 표준을 수용해 모든 인터네트 사용자들에게 표준을 개방해 임의의 개발 업체(third party)가 VRML용 서비스를 개발하는 길을 완전히 열어 놓았다.

VRML 2.0버전은 HTML과의 결합뿐 아니라 기존의 실시간 멀티미디어 전송기술과 자바 등의 새로운 언어 체계도 수용할 수 있도록 했다. 기존 네트스케이프 내비게이터에 플러그인기능으로 제공됐던 리얼오디오, VDO라이브, 쇼크웨이브 등이 이번 VRML 2.0버전에 그대로 수용됐고 무엇보다도 자바와 자바스크립트가 VRML과 결합됨으로써 지금까지 HTML과 VRML, 자바 등으로 분산되었던 언어 표준이 한 곳으로 통일되는 효과를 얻을 수 있어 또 한 번의 질적 발전이 이루어질 것으로 기대된다.

VRML 2.0이 이같이 기존의 인터네트 기술 표준을 모두 수용할 수 있게 됨으로써 VRML은 당당히 HTML의 차세대 표준 언어로 자리잡게 될 가능성이 커졌다. 사실 기존의 VRML과 VRML브라우저를 사용했던 전문가들은 대부분 VRML의 성공 가능성에 회의적인 반응을 보였다. 사실상 3차원 그래픽은 문서 정보나 단순한 사진정보만을 원하는 사용자들에게는 거의 불필요하다. 컴퓨터 그래픽 분야에서도 3차원 그래픽은 자동차설계나 주택 시뮬레이션 등 디자인이나 구조를 입체적으로 보아야 하는 전문인들에 한정돼 실용화되었을 뿐 대중적인 영향력은 갖지 못하고 있다. 더구나 온라인상의 3차원 영상을 구현하기 위해서는 대량의 데이터 전송을 요구하기 때문에 28.8kbps급의 속도에서도 256컬러 이하의 저해상도와 조잡한 영상의 애니메이션정도 밖에 볼 수 없어 현실감이 현저히 떨어졌었다. 그러나 최근의 기술 발전은 이러한 장벽을 점차 낮추고 있다. 전송 속도 분야에서는 전화선으로 6Mbps급의 속도를 낼 수 있는 모뎀이 AT&T에서 개발되었고 케이블 모뎀과 전용 통신망도 점차 힘을 얻어가는 추세다.

여기에 실시간 데이터 전송 기술의 핵심인 압축기술도 53대 1의 압축 비율까지 얻어 내는 등 급격한 발전을 보이고 있어 VRML이 대중화될 수 있는 토양이 갖춰지고 있는 것이다. 따라서 VRML이 현재의 애니메이션차원을 뛰어 넘어 TV와 같은 고해상도의 사진 영상과 인터액티브한 특징을 결합할 경우 온라인 데이터 통신의 획을 그을 수 있는 사건이 될 수 있다. 그야말로 현실과 다를 바 없는 "사이버 사회"를 건설할 수 있는 것. 직접 오감으로 느낄 수는 없다 할지라도 무한한 상상력으로 새로운 사회구조를 건설할 수 있다. 이미 월즈채트로 유명한 월드사는 vrml+로 불리는 언어를 이용해 "알파월드" (http"//www.worlds.net/alphawrold)라는 가상 사회를 구축해 e-mail교환과 멀티미디어 전송, 사이버카페 등을 구축할 수 있는 서비스를 실시하고 있다. vrml이 적절히 응용된다면 인터네트를 PC로부터 벗어나게 하는 데에도 큰 역할을 담당할 것으로 기대된다. 차도 주변의 교통 안내문이나 터미널이나 역 등지에서의 시간표 서비스, 전광판을 이용한 뉴스 서비스등 다양한 영상매체를 통해 인터네트를 접할 수 있는 날이 멀지 않은것이다.

  
CNC 시뮬레이션의 기본 개념

시뮬레이션(Simulation)이란 현실적으로 발생할 수 있는 상황이나 동작을 실제로 수행하기 전에 가상적으로 수행하는 모의 실험을 의미하는 것으로 CNC 시뮬레이션 소프트웨어는 컴퓨터 상에서 소프트웨어만으로 CNC 공작기계가 소재를 가공해 제품을 생산해내는 과정을 시뮬레이션하는 프로그램을 말한다. 이번에는 CNC 시뮬레이션에 대한 기본적인 개념을 알아보고, 다음에는 CNC 시뮬레이션 소프트 웨어의 구성 요소와 세부 기능에 대해서 살펴보기로 한다.

시뮬레이션(Simulation)이란 현실적으로 발생할 수 있는 상황이나 동작을 실제로 수행하기 전에 가상적으로 수행하는 모의 실험을 의미한다. 이러한 시뮬레이션의 예로는 비행사 훈련용으로 사용되는 비행 시뮬레이터(Flight Simulator)나 로봇의 동작을 검사해보는 로봇 시뮬레이터(Robot Simulator) 등의 시뮬레이션 장비(또는 소프트웨어)들이 있는데 반드시 컴퓨터가 사용돼야만 시뮬레이션이라고 할 수 있는 것은 아니다.

* 시뮬레이션

크기가 거대한 기구물의 동작 상태를 검사하기 위해 조그만 미니어처 모형을 만들어 각 동작을 시뮬레이션 해볼 수 있고 대학 입시전에 치루는 모의고사 시험들도 대학 입시시험 시뮬레이션이라 할 수 있다. 시뮬레이션의 목적은 실제 상황에서 발생할 수 있는 여러 가지 문제점들을 사전에 검사해 발생 가능한 문제점들을 제거하고 이에 대한 대비하기 위한 것이다.

컴퓨터를 이용해 시뮬레이션을 수행하게 되면 컴퓨터의 빠른 계산능력과 그래픽, 사운드 등과 같은 멀티미디어 기능의 지원을 받아 신속하고 효과적인 시뮬레이션을 수행할 수 있다. 컴퓨터의 연산 처리 속도가 빨라지고 멀티미디어 기능이 강화됨에 따라 컴퓨터를 이용한 시뮬레이션의 범위가 점점 더 확대돼가고 있다.

CNC 시뮬레이션 소프트웨어는 이러한 경향에서 새로이 등장한 소프트웨어로 해당 기술들이 빠르게 발전돼 가고 있는 분야이다. CNC 시뮬레이션 소프트웨어는 컴퓨터 상에서 소프트웨어만으로 CNC 공작기계가 소재를 가공해 제품을 생산해내는 과정을 시뮬레이션하는 프로그램이다. 이번호에서는 CNC 시뮬레이션에 대한 기본적인 개념에 대해 알아보기로 한다.

CNC 시뮬레이션과 비슷한 개념으로 가상 생산(Virtual Manufacturing), 가상 시제품 제작(Virtual Prototyping) 이 있다.

(1) 가상 생산(Virtual Manufacturing/Virtual Factory)

VM 또는 VF는 실제 제품 생산에 앞서 생산 작업 전반에 걸친 과정을 컴퓨터 상에서 시뮬레이션하는 것으로 특정 제품을 생산하는 각 과정에서 소요되는 시간과 자원을 분석해 문제가 되는 생산 과정을 개선해 전체 생산 작업 흐름이 효율적으로 수행되도록하고 구체적인 생산 계획을 수립하고 관리할 수 있도록 해준다.

(2) 가상 시제품 제작(Virtual Prototyping/Digital Prototyping)

VP 또는 DP는 구동부가 있는 제품의 시제품을 제작하듯이 컴퓨터에서 이에 대한 기구부와 동작 모형을 모델링해 이의 움직임을 시뮬레이션하는 것이다. 실제 제품 제작에 앞서 각 기구부의 움직임을 시뮬레이션해 봄으로써 실제 상황에서 발생할 수 있는 충돌 부위나 구동 제한 부위 등의 문제점을 사전에 파악해 설계를 보완할 수 있도록 해준다.

* CNC 공작기계

앞서 말한바와 같이 CNC 시뮬레이션이란 컴퓨터를 이용해 CNC 가공작업을 시뮬레이션하는 것이다. 그렇다면 CNC 가공이란 무엇을 말하는 것일까? CNC는 Computerized Numerical Control의 약자로 글자 그대로 컴퓨터를 이용해 수치제어를 수행하는 것으로, 여기에서 수치제어를 수행하는 대상은 공작기계이다. 공작기계란 여러 가지 기계 부품이나 금형 등을 가공하는 기계로 과거에는 사람의 수동작업에 의해 가공공구를 움직여 원하는 모양으로 소재를 깎아 내었다.

이러한 수동 동작의 공작 기계를 자동화하기 위해 사람의 힘으로 동작시켰던 부분에 제어가 용이한 모터를 장착하고 컴퓨터로 이러한 모터들을 제어하는 것을 CNC 공작기계 또는 NC 공작기계라고 한다. 이러한 CNC 공작기계에서 기계의 가공 동작(모터의 움직임)을 제어하는 프로그램을 NC 프로그램이라 한다.

* CNC 기계를 이용한 제품 생산

CNC 시뮬레이션의 범위를 알아보기 위해 CNC 공작기계를 이용한 제품 생산작업의 흐름을 살펴보자.

(1) 제품 디자인

생산하고자하는 제품의 미적, 기능적 측면을 고려해 제품의 외관을 디자인한다. 이 제품 디자인에서는 종이와 연필을 이용한 개념 디자인에서부터 출발해 컴퓨터의 디자인 소프트웨어를 사용해 다양한 형태로 제품 디자인을 변경한 후, 디자인된 최종 제품을 3차원 컴퓨터 그래픽을 이용해 실제 사진을 찍은 것과 같은 컴퓨터 영상으로 만들어 낸다.

(2) 제품 설계

제품 외형에 대한 디자인이 확정되면 제품의 각 부분에 대해 가공 제작이 가능한 도면을 만들어 낸다. 이 과정에서는 일반적으로 CAD 소프트웨어가 사용되게 된다.

(3) NC 프로그램 작성

제품 설계 과정을 거쳐 제품 각 부분에 대한 정확한 치수가 부여되면 이러한 제품을 CNC 공작기계에서 자동으로 가공하기 위한 NC 프로그램을 작성하게 된다. NC 프로그래밍에는 사람이 직접 NC 프로그램을 작성하는 수동 프로그래밍 방법과 CAM 소프트웨어를 이용한 자동 프로그래밍 방법이 있다.

수동 프로그래밍: 제품 각 부분에 대한 도면을 보고 숙련된 NC 프로그래머가 필요한 수치를 직접 계산기로 계산해 NC 프로그램을 작성한다. 작성된 NC 프로그램은 컴퓨터 상에서 텍스트 파일로 만들어 지기기도하고 종이에 작성해 CNC 공작기계에 부착된 컨트롤러 상에서 직접 입력되기도 한다. 이 때전자의 경우를 오프라인 프로그래밍, 후자를 온라인 프로그래밍으로 분류하기도 한다.

자동 프로그래밍: 설계된 제품의 2차원, 3차원인 기하학적 데이터를 입력받아 이를 가공하기 위한 NC 프로그램을 자동으로 생성해 주는 CAM 소프트웨어를 이용하면 복잡한 NC 프로그램 명령어(G-code)를 숙지하고 있지 않더라도 NC 프로그램을 작성할 수 있다. 이러한 CAM 소프트웨어는 유용하게 사용될 수 있는 다양한 기능들을 포함시켜 일반 컴퓨터 소프트웨어로 제공되기도 하고 기본적으로 필요한 기능들만 갖추어 간단한 형태로 CNC 컨트롤러에서 제공되기도 한다. 이 경우에도 마찬가지로 일반 컴퓨터 상에서 모든 기능을 갖춘 CAM 소프트웨어를 이용해 NC 프로그램을 작성하는 것을 오프라인 프로그래밍, CNC 컨트롤러 상에서 제공되는 간단한 형태의 CAM 소프트웨어를 이용해 NC 프로그램을 작성하는 것을온라인 프로그래밍으로 분류한다.

(4) NC 프로그램 전송

가공을 위한 NC 프로그램이 오프라인으로 작성되었다면 이를 CNC 컨트롤러에 입력시켜야한다. 과거에는 종이 테이프 같은 메체나 데이터 캐리어와 같은 장비가 사용되었으나 현재에는 컴퓨터와 CNC 공작기계의 시리얼 포트를 이용한 통신 소프트웨어가 주로 사용된다. 이러한 소프트웨어를 DNC(Distributed Numerical Control) 프로그램이라 한다.

(5) 가공

CNC 공작기계의 컨트롤러에 NC 프로그램이 입력되면 제품에 대한 가공 작업이 비로서 시작되게 된다. 그러나 NC 프로그램의 입력만으로 가공 작업이 바로 수행될 수는 없고 입력된 NC 프로그램에맞게 공구를 장착하고, 공구 옵셋을 맞춰주고, 각종 기계 매개변수 들을 지정하는 설정 작업이 가공에 앞서 먼저 이루어져야 제대로 된 가공이 이루어질 수 있다.

제품 생산을 위한 각 과정에서 디자인 소프트웨어, CAD 소프트웨어, CAM 소프트웨어, DNC 소프트웨어, CNC 컨트롤러 등이 사용되게 되면서 제품 생산 공정 전반에 걸친 자동화, 컴퓨터화가 이루어지게 되었다.

그러나 사용되는 각 소프트웨어에서의 데이터 호환성과 일관성, 전체 생산 공정 상에서의 효율성 등이 문제시되게 되었고 이에 따라 데이터베이스를 이용해 전 생산 공정에서의 데이터를 일관되게 관리해 주는 PDM(Product Data Management) 시스템이 등장하게 되었다.

* CNC 시뮬레이션

CNC 시뮬레이션 소프트웨어는 NC 프로그램 작성 단계와 NC 프로그램 전송 단계 사이에 들어가는 과정으로 CNC 컨트롤러에 NC 프로그램을 전송하기 전에 작성된 NC 프로그램에 문제가 없는지 검사하는 기능을  수행한다.

NC 프로그램의 오류를 검사하는 일반적인 방법으로 다음과 같은  것들이 있다.

(1) 문자 확인

아무런 도구나 프로그램의 도움 없이 NC 프로그램의 문자들을 사람이 직접 확인하는 방법이다. 매우 고전적인 방법으로 NC 프로그램 내부의 x, y, z 좌표값을 도면과 비교해 오류를 확인하는 방법으로 NC 프로그램의 길이가 길거나 가공 형상이 복잡하면 오류 확인 작업이 매우 어려워진다. 또한 오류를 확인하는 작업자의 능력에 따라 오류 검색의 정도에 차이가 있으며 기본적으로 사람에 의해 작업이 수행되므로 완벽한 오류 제거를 기대할 수 없다.

(2) 공구 경로 확인

컴퓨터 프로그램을 이용해 주어진 NC 프로그램에 따라 가공 공구가 이동하는 경로를 화면에 선으로 표시해 확인하는 방법이다. 이 방법은 가공 최종 형상에 대해서는 어느 정도 예측이 가능하지만 가공 과정 중간에 발생하는 오류는 찾아내기 어려우며 실제로 가공해 보는 것에 비해 NC 프로그램 확인이 용이하지 못하다.

(3) 실 가공

NC 프로그램을 CNC 컨트롤러에 전송해 실제로 가공을 시행해 보는 방법이다. 가장 확실한 방법이지만 가공하는 재료를 버릴 뿐 아니라 시간이 많이 걸리고 공구, 기계 등에 손실을 가져온다. 더구나 NC 프로그램에 심각한 오류가 있는 경우에는 공구나 기계에 치명적 손상을 입힐 수 있다. 가공 재료의 낭비와 공구의 손상을 막기 위해 가공성이 좋은 인공수지 등을 사용하기도 하지만 이 경우에도 앞의 문제점들을 모두 해결하지는 못한다.

* 마치며

CNC 시뮬레이션 소프트웨어는 NC 프로그램을 입력으로해 컴퓨터 상에서 CNC 공작기계의 가공 상황을 그대로 시뮬레이션 해주는 소프트웨어이다. CNC 시뮬레이션 소프트웨어를 이용함으로써 마치 CNC 공작기계에서 실제 가공을 수행해보는 것처럼 NC 프로그램의 오류를 검사할 수 있으며 실제 가공에서 발생되는 재료나 시간의 손실과 공구나 기계의 손상을 막을 수 있는 장점이 있다. CNC 시뮬레이션 소프트웨어는 NC 프로그램의 문제점뿐만 아니라 가공을 수행하고자 하는 CNC 공작기계의 설정값을 바탕으로 주어진 가공이 기계에서 수행되는데 문제가 없는지도 함께 검사할 수 있어야 한다.CNC 시뮬레이션 소프트웨어는 이와 같이 제품 생산 과정에서 NC 프로그램을 검증하는 용도이외에 NC프로그램 교육용으로도 사용할 수 있다. 일반적으로 CNC 공작기계는 고가의 장비이기 때문에 교육생 숫자만큼 기계를 구비하기 어려우므로 CNC 시뮬레이션 소프트웨어를 이용해 교육생이 각자 자기 기계를 사용해 교육을 받는 것과 같은 효과를 얻을 수 있다. 그리고 교육과정 중에 있는 교육생이 작성한 NC 프로그램에는 오류의 소지가 무척 많은데 CNC 시뮬레이션 소프트웨어를 이용하면 기계에 손상을 줄 우려 없이 자유롭게 자기가  작성한 NC 프로그램을 수행해 보고 문제점을 발견할 수 있다.

  
  AutoCAD에서의 BOM 활용

본고는 전기제품을 주문제작하여 판매하는 (주)태화기연에서 AutoCAD에서 BOM(Bill of Materials)을 어떻게 작성하고 활용하고 있는지에 대한 것으로 약간 오래된 자료지만 실무를 담당하는 분들에게 많은 도움이 될 것으로 보여 글을 올립니다.

당사는 그 동안 BOM의 전산화에 여러번 시도를 하였으나, 매번 업무에 쉽게 활용하지 못하고 실패하다가 (주)준시스템에서 판매하는 AutoBOM을 접하게 되었습니다.

처음에는 AutoBOM을 당사에서 개발하여 사용하여 오던 클리퍼 프로그램과 연결하여 사용할 수 있으리라 믿었지만 AutoCAD R12의 한글 문제 및 여러 부수적인 기능이 적절하지가 못하여 당사에 맞도록 용역 개발을 하기로 하고 AutoCAD도 R13으로 도입하기로 하였습니다. 원래 소프트웨어라는 것이 여러 업체의 특성을 감안하여 만들다보니 불필요한 기능들도 많이 있고 또, 사용자가 직접 고치고 싶지만 전혀 고칠 수없는 부분이 있기도 합니다. 이에 업체들의 여러가지 데이터베이스 사용 현황이나 업무의 진행에 따라 프로그램은 다소 수정되어야 할 부분들이 있기 마련인데, 특히 BOM 같은 프로그램은 더욱 그러할 것입니다.

이렇게 두서없이 이야기하는 것보다 당사의 업무 흐름과 AutoCAD상에서의 BOM 활용 방안을 차근차근 분석해 보도록 하겠습니다. 설계실에서 설계를 끝낸 후 부품들의 단가, 수량, 규격 등을 BOM 프로그램에서 따로 입력을 하여야만 했는데, 이 작업을 줄여 AutoCAD 작업시 동시에 이 작업을 하도록 한것입니다.

설계실에서는 설계도면에 부품 리스트를 명기해야 하므로 이것을 DB로 저장하여 사용한다면, 각부서의 업무 프로그램과 인터페이스가 가능하여 AutoCAD와 업무 프로그램을 통합할 수 있는 기반을 만들 수 있었습니다.

 < 태화기연의 업무 흐름도>

1. 영업부에서 수주정보를 입력합니다.

2. 영업부에 입력된 정보는 공장과 전부서의 공유자료 화면에서 공통으로 볼 수 있습니다.

3. 공정관리부에서는 공유자료를 통해 수주에 대한 공정 및 작업지시를 입력합니다.

4. 설계실에서는 작업지시번호에 맞게 설계 및 부품에 관한 정보를 먼저 입력한 후 설계와 동시에 부품리스트가 부품의 단가, 수량, 규격에 맞게 전산실의 서버에 저장되어 구매부, 자재부에서 그 데이터를 기준으로 구매 및 재고 관리를 할 수 있게 됩니다. 작업지시번호를 입력하면 전산실의 LAN에서 거래선과 품목코드, 품명, 규격을 읽어옵니다. 도면번호와 설계특성, 설계일, 설계자, 검토자 등을 입력하면 AutoCAD를 시작합니다.

5. 작업지시번호를 입력하면 전산실의 LAN에서 거래선과 품목코드, 품명, 규격을 읽어옵니다. 도면번호와 설계특성, 설계일, 설계자, 검도자 등을 입력하면 AutoCAD를 시작합니다.

6. 도면설계시에 부품에 대한 BOM을 입력하기 위해서는 지시선이나 박스, 원등으로 부품의 번호가 자동으로 부여되며, 부품에 대한 품명과 제조원을 선택하면 규격이 나타납니다. 이렇게 부품을 하나하나 선택하여 BOM을 입력하면 기존의 품목코드를 하나하나 찾지 않아도 쉽게 BOM을 입력하게 됩니다.

당사에는 전기설계부와 기계설계부가 있는데, 도면에 대한 BOM 입력을 하고 나면 Part List가 자동으로 나타납니다.

7. 기존의 Part List를 하나하나 Key In 하던 것을 이제는 자동으로 만들어져 설계자들의 도면작업 시간이 줄어들었다. 물론 부품 데이터는 전산실의 서버에 자동으로 저장됩니다. 설계에서 업데이트된 BOM 정보는 구매, 외주부의 구매요구 정보에 등록되고 자재담당자는 BOM 정보에 의해 자재의 재고 여부를 체크하고 없는 자재는 거래처에 구매, 외주를 주어 창고에 입고시킵니다. 생산부에서는 공정관리부에서 입력한 작업지시에 의해 생산 일정 및 생산하기 위한 자재를 자재부에 출하요청을 하고 출하된 자재로 생산을 하고 완료된 제품에 대해 품질보증부에 검사 의뢰를 합니다.

8. 품질보증부에서는 공용화면의 수주의 작업 지시의 제품을 검사하고 납기에 맞추어 완제품을 영업부에 입고시킴으로서 작업 공정이 종료됩니다.

9. (주)태화기연에서는 AutoBOM의 도입으로 전산 업무의 효율성을 높일수 있었고 CAD와 업무 프로그램을 연결하므로써 인력 낭비 및 원가를 줄일 수 있는 계기가 되었습니다.

만약 자사에서 수입 브랜드인 소프트웨어를 도입하여 사용하였다면 자사의 독자적인 업무 체계를 전산으로 처리하기가 어려워 쓸 것이고 외국의 실정과 국내의 실정은 많은 차이가 있기에 국내 개발업체 소프트웨어가 현실성이 많다는 느끼게 되었습니다. 이렇게 데이터가 업무의 흐름에 맞게 이루어지기 위해서는 기본적으로 Local 네트웍 및 Remote 네트웍이 구성되어야 합니다.

참고로 당사는 LAN to LAN으로 연결되어 있으며, 네트웍 소프트웨어로 노벨 네트웨어 3.2를 사용하고 있습니다. 업무용 프로그램들이 모두 DOS로 이루어진 관계로 DOS용으로 사용하고 있지만 앞으로 윈도용으로 구성한다면

좀더 많은 OLE 기능을 활용하여 데이터베이스 구축 및 프로그램 실행에 편리한 점도 있으리라 생각합니다.

    
  GIS(지리정보시스템)를 이해합시다!

GIS개요

1. 지리정보시스템의 개요
2. 지리정보시스템의 발달과정과 발전방향
3. 관련된 기초학문과 기초지식
4. 지리정보시스템의 구축과정
5. 사회제도적배경

1. 지리정보시스템의 개요
1.1. 지리정보시스템의 개념
1.1.1. 지리정보시스템의 의미

가) 정보시스템에 관련된 용어들

지리정보시스템은 영어로 Geographic Information System 혹은 Geographical  Information System의 약자이다. 영어로 된 두 용어는 사실상 동의어이다. 우리말로는 지리정보시스템이라고 번역된다.

넓은 의미로 지리정보시스템은 지도와 지리적 자료의 관리와 활용에 사용되는 시스템을 총칭하며, 사용하는 목적이나 처리하는 자료의 특성 등에 따라 여러 가지 다양한 이름을 사용하고 있다. 다음은 많이 사용되는 지리정보 시스템과 유사성이 많은 용어들이다.

지리정보시스템(Geographic Information System)
토지정보시스템(Land Information System)
토지정보시스템(Cadastral Information System)
도시정보시스템(Urban Information System)
시설물관리시스템(Facility Management System)
자동지도제작시스템(Automated Mapping System)
공간정보체계(Spatial Information System)
지구정보시스템(Geo-information System)
지형공간정보체계(Geospatial Information System)

나) 지리정보시스템을 보는 관점의 유형
일반적으로 지리정보시스템을 보는 관점은 크게 다음과 같이 세 가지로 분류할 수 있다. 이것은 어떤 목적으로 지리정보시스템을 사용하고 지리정보시스템을 구축하는가와 밀접한 관계가 있다.

① 지도를 다루는 측면을 강조한 견해
컴퓨터에 의한 지도의 정보표현과 처리의 수단으로서 지리정보시스템을 바라본다.

② 데이터베이스 처리 측면을 강조한 견해
공간자료를 효과적으로 처리해 줄 수 있는 하나의 시스템으로서 지리정보시스템을 바라본다.

③ 공간분석의 수단으로 활용하는 측면을 강조한 견해
지리적 자료의 분석과 모형기능을 강조한다.

1.1.2 지리정보시스템의 구성요소

가) 지리정보시스템의 구성 요소

지리정보시스템의 중요한 구성요소는 다음과 같다.

① 하드웨어, 소프트웨어, 통신망
② 데이터베이스
③ 조직 및 인력

나) 지리정보시스템의 하드웨어

지리정보시스템의 하드웨어를 세부적으로 살펴보면 크게 컴퓨터, 자료입력 장치, 자료저장장치, 자료출력장치, 통신장치로 구성된다.

① 컴퓨터
지리정보시스템에 사용되는 컴퓨터의 종류로는 크게 보아 PC, 워크스테이션, 미니컴퓨터, 대형컴퓨터로 나눌 수 있다. PC는 가격이 저렴하고 많이 보편화되어 있으므로 사용자로서는 접근이 용이하다. 그러나 단독으로 사용하기에는 처리용량과 속도가 떨어지는 단점이 있다. 초기에 PC용 지리정보시스템은 교육용, 시범시스템 구축용, 특수한 공간정보분석용으로 사용하였다. 그러나 최근에는 컴퓨터 통신의 발달과 보급으로 원격의 미니급 컴퓨터에 데이터베이스를 구축하고 그래픽 단말기 처럼 사용할 수 있게 되었다.

워크스테이션은 지리정보시스템의 구축에 가장 많이 사용되었던 장비중의 하나이다. 워크스테이션은 처리속도가 고속이고 주기억장치용량이 충분하며 통신기능이 뛰어나므로 대부분의 전문적인 지리정보시스템 소프트웨어들은 워크스테이션상에서 안정적으로 운영이 가능하였다. 그러나 가격이 PC에 비해 고가였으므로 일반인들이 구매하여 사용하기에는 부담이 되었다.대규모 데이터베이스를 구축하는 공공기관에서는 PC나 워크스테이션으로 데이터베이스를 구축하기에는 무리가 있었다. 지리정보시스템은 일반적인 CAD시스템과는 달리 많을 경우에는 수십 GB이상의 저장장치를 요구하며, 이러한 대용량을 무리없이 처리할 수 있는 미니급이나 메인프레임급의 컴퓨터가 요구될 경우가 많다.

② 자료입력장치

지리정보시스템의 입력장치로는 크게 문자, 숫자를 입력하는 키보드, 그리고도면상의 좌표를 읽어 들일 수 있는 디지타이저, 도면을 그대로 사진처럼 읽어들이는 스캐너등이 있다. 이외에 특수하게 항공사진으로부터 지형정보를 추출하여 입력할 수 있는 입체도화기가 있는데 이러한 장비는 고도로 숙련된 숙련자외에는 제대로 사용할 수 없으며 전문적인 항공사진측량업을 하는 업체에서 작업을 할 때에만 사용하는 것이 일반적이다.

③ 자료저장장치

지리정보시스템은 대규모 자료를 다루므로 대용량의 자료저장장치를 갖추는 것이 필요하다. 또한 시스템의 장애나 문제가 생길 경우를 대비하여 백업(backup) 장치를 비치하여 주기적으로 자료를 백업 받는 것이 필요하다.

매우 중요한 자료에 대한 백업은 2벌 이상 하여 하나는 전산실에 또 하나는 별도의 장소에 보관하는 것이 바람직하다.

④ 출력장치

지리정보시스템의 출력장치로서 가장 모니터, 프린터, 플로터 등이 있다. 모니터는 화면으로 출력하는 장치로서 화면에 출력된 내용은 반영구적으로 보존할 수 있는 것이 아니므로 소프트카피(softcopy)라고 부른다. 지리정보시스템은 일반적으로 고해상, 대형 모니터를 쓰는 것이 바람직하다.

프린터는 주로 속성자료(문자형 자료)의 출력이나 정확한 출력을 요하지 않는 도면출력에 사용한다. 그러나 프린터할 수 있는 크기는 보통 A3이하이므로 그보다 큰 대형도면 출력은 할 수 없다. 대신 축소하여 출력할 수 있으며 플로터로 출력할 때보다 빠른 출력이 가능하다.

플로터는 대형도면 출력에 사용한다. 장비에 따라서 매우 정밀한 도면의 출력이 가능하며 가격이 다소 비싼편이다.

⑤ 컴퓨터 통신망

지리정보시스템은 대량의 자료가 처리되므로 컴퓨터통신망도 고속통신을 지원할 수 있는 것이어야 한다. 과거에는 원거리간의 고속통신이 매우 힘들었으며 10Km미만의 근거리에 고속통신이 보편적으로 가능했을 뿐이었다.

별도로 고속통신망을 구축한다는 것은 엄청난 비용이 소요되는 것이다. 그러나 최근에는 다행히 초고속통신망이 발달하고 또 구축되고 있다. 뿐만 아니라 운영체제에 있어서도 PC운영체제에서도 WINDOWS 95, WINDOWS NT 같은 경우 표준통신규약 TCP/IP를 지원하므로 시스템을 구축하기가 더 좋아졌다.

이러한 통신망의 발달은 분산처리환경을 매우 용이하게 해 주며, 자료를 분산하여 구축할 수 있으므로 보다 성능과 처리용량이 적은 컴퓨터를 사용하여도 시스템구축이 가능하고 소프트웨어를 선정하는데에도 선택의 폭이 넓어진다.

다) 지리정보시스템 소프트웨어

지리정보시스템의 구축에 필요한 소프트웨어로는 운영체제, 그리고 지리정보시스템 소프트웨어가 있다. 그리고 많은 경우 지리정보시스템 소프트웨어들은 데이터베이스 관리시스템과 연동되어 처리될 수 있도록 설계되고 있다.

지리정보시스템 소프트웨어는 크게 벡터 기반의 소프트웨어와 래스터 기반의소프트웨어로 나뉘어진다. 이둘은 서로 특성이 다르므로 응용분야의 목적에 맞는 것을 선택하여야 한다. 각각의 특성과 장단점을 언급하면 다음과 같다.

① 벡터 기반의 지리정보시스템(vector based GIS)

벡터 자료는 좌표와 도형으로 공간자료를 표현하는 방식이다. 벡터 기반의 지리정보시스템 시스템에서는 자료를 기본적으로 벡터화하여 입력한다. 쉽게 말하면 지도의 지형지물에 해당하는 것에 대하여 그 형상을 따라 좌표를 입력한다. 일반적으로 벡터기반 지리정보시스템에서는 다양한 심벌을 작성하고 이용할 수 있도록 지원한다. 그리고 벡터 기반 지리정보시스템에서는 지리지물과 속성정보의 연결이 용이하다. 따라서 각종 시설물을 관리할 경우에 각각의 시설물도상에 표시되는 시설물을 하나씩 입력하고 그에 대한 대장정보를 입력함으로써 도면과 대장을 일원화한 관리가 가능하다. 발달한 지리정보시스템 소프트웨어에서는 속성정보의 관리를 데이터베이스 관리시스템을 이용하여 관리한다. 최근에는 벡터 그래픽 자료들에 대해서도 데이터베이스 관리시스템을 이용하는 방식으로 전환하고 있다.

② 래스터 기반의 지리정보시스템(raster based GIS)

래스터 자료는 기본요소로 구성된 행렬 형태의 셀(cell)로 공간자료를 표현하는 방식이다. 디지털 카메라로 찍은 사진은 대표적인 래스터자료로서 화상을 작은 점들의 모임으로 보고 각 점에 대한 밝기, 색, 기타 특성값에 대응되는 수치 또는 부호를 부여하여 나타낸다. 이 각각의 작은 점, 또는 셀을 화소(Pixel) 또는 셀(cell)이라 부른다. 화소는 행렬 형태로 배치된다.

LANDSAT이나 SPOT과 같은 인공위성에서 수신하여 처리한 자료들은 전부 래스터 자료이다. 좌표를 직접입력하지는 않지만 화상에서 인식할 수 있는 기준점들에 대하여 지상좌표를 입력하고 이것을 이용하여 가상적으로 좌표개념을 가지게 할 수 있다. 이렇게 되면 각각의 셀은 일정한 크기와 지상포괄범위를 가지게 된다. 래스터 기반의 지리정보시스템은 다수의 레이어간의 동시중첩을 비롯한 공간적인 분석처리에 매우 용이하다. 그러나 래스터 기반의 지리정보시스템에서는 대축척의 자료관리에는 적합하지 않고 소축척의 개략적인 공간정보분석에 적합하다. 대표적인 응용분야의 예로는 원격탐사 자료의 활용, 자원탐사, 환경영향분석, 입지분석, 적지분석 등이다.

라) 지리정보시스템의 데이터베이스

지리정보시스템의 데이터베이스란 관련 정보를 체계적으로 조직화하여 컴퓨터에 저장한 것이다. 이 데이터베이스의 접근과 자료처리는 소프트웨어를 통하여 이루어진다. 지리정보시스템의 질이란 어떻게 보면 데이터베이스의 질이라고도 볼 수 있다. 데이터베이스에는 사용자에게 필요한 내용을 포함하여야 하며, 정확한최신의 자료가 수록되어 있어야 한다. 일반적으로 지리정보시스템은 대량의 자료를 다룬다. 대표적인 예로 국립지리원에서 발행하는 1/25,000 지형도에 대응하는 벡터형 지리정보 파일은 수 십 MB에 달한다. 위성영상 한 scene도 수십 MB이상에 달한다.

마) 지리정보시스템의 운영조직, 인원

지리정보시스템의 성공여부는 그것을 잘 운영할 수 있는 우수한 인적자원과 이 시스템을 잘 활용할 수 있도록 뒷받침 해주는 조직 및 체계의 정비에 달려 있다고 해도 과언이 아닐 것이다.

아무리 훌륭한 하드웨어와 소프트웨어가 존재할 지라도 자기들의 업무에 잘 적용하고 활용할 수 있는 인력이 없다면 성공하기 힘들다. 또한 인력은 충분히 확보 되었다고 할 지라도 이것을 잘 활용할 수 있도록 제도나 조직이 정비되지 않는다면 이 또한 성공적으로 활용되기 힘들다.

1.2. 지리정보시스템의 기능과 특성

1.2.1. 지리정보시스템의 기능

지리정보시스템은 소프트웨어 및 구축되는 사례별로 매우 큰 차이가 있으나 일반적으로 다음과 같은 기능을 가지고 있다. 지리정보시스템의 소프트웨어, 하드웨어에서 세부적으로 다루어 질 것이다.

① 지도학적 정보 표현

지리정보시스템에서는 그래픽정보의 표현기능을 제공하며 지도정보의 표현 에 적합한 다양한 기능들을 제공한다. 이 지도정보의 표현에는 심벌의 표현, 다양한 주제도의 제작기능, 좌표계의 처리기능, 지도인덱스의 기능 등을 포함한다.

② 자료의 입력 및 조회

여러 형태의 자료에 대한 입력 기능과 입력된 자료를 확인하는 조회기능을 제공한다.

③ 자료편집

입력된 자료에 대한 수정, 삭제, 추가를 할 수 있는 기초적인 편집기능과 시스템에 따라서는 구조화편집기능 등을 제공한다.

④ 자료검색

입력된 자료를 대상으로 검색 조건식을 사용한 검색기능을 제공한다. 이 검색기능에는 일반적인 데이터베이스 관리시스템에서 제공하는 텍스트 자 료에 대한 검색뿐아니라 속성자료를 검색자로 하여 관련된 공간자료를 검 색하는 기능과 공간자료를 검색자로 하여 관련 속성자료를 검색하는 기능을 포함한다.

⑤ 자료분석과 모델링

다양한 자료분석과 공간정보분석을 위한 모델링 기능을 제공한다.

⑥ 데이터베이스 관리기능

데이터를 체계적으로 조직화하고 관리, 수정, 갱신, 저장한다. 대규모 시스템의 경우 특히 이 기능이 매우 중요한다.

⑦ 자료의 출력

필요한 각종 도면이나 보고서의 형태로 자료를 출력한다.

1.2.2. 정보의 구성

지리정보시스템에서는 정보가 공간적 정보(spatial information)과 속성 정보(attribute information)으로 구성된다.

① 공간적 정보

공간상의 위치와 지리적 상관관계에 대한 정보② 속성 정보지리지물과 관련된 정보중에서 위치와는 상관없는 그 지물에 대한 정보

1.2.3. 지리정보시스템에서의 좌표계

지리정보시스템은 지도좌표계를 사용한다. 보통의 지리정보시스템 소프트웨어들은 경위도좌표와 평면직각좌표간의 좌표변환을 지원하고 있으며 필요에 따라 여러 가지 투영법을 채택할 수 있도록 한다.

1.2.4. 전통적인 종이지도와 지리정보시스템의 비교

가) 공통점

① 위치공간정보를 다루고 표현한다.
② 통일된 좌표계를 사용한다.
③ 축척의 개념이 존재한다.

나) 차이점

① 저장매체
종이지도는 종이 또는 필름에 저장한다. GIS는 컴퓨터 저장매체(자기디스크, 자기테이프 등)에 저장한다.

② 정보의 가공

종이지도는 수작업으로 하므로 매우 불편, 대량의 자료처리가 힘들다. GIS는 컴퓨터로 하므로 매우 용이, 대량의 자료처리도 용이하다.

③ 속성정보의 관리

종이지도는 이원화된다. 별도의 대장을 만들어서 기록한다. GIS는 통합하여 관리할 수 있다.

④ 화대의 용이

종이지도는 매우 불편하다. GIS는 아주 용이하다.

⑤ 위상구조개념

종이지도는 없다. GIS는 위상구조 개념이 존재한다. 그러나 시스템 마다 차이가 있음

⑥ 자료의 이동

종이지도는 다소 불편. 사람이 옮기거나 우편물을 통한다. GIS는 매우 편리하다. 통신망을 통하면 먼거리간에도 단숨에 이동하여 움직이는 배와 비행기에도 직접 전달할 수 있다. 고속으로 정보를 찾고 전달하는 것이 가능하다. 전국 온라인 서비스를 가능하게 할 수 있다.

⑦ 자료의 수정 및 갱신

종이지도는 전부 새로 제작해야 한다. GIS는 일부만 수정하면 되므로 용이하다. 그러나 자료를 수집하는 과정과 자료수집에 소요되는 비용은 동일하다.

⑧ 기타 전통지도의 장점

컴퓨터 없이도 이용 가능.

⑨ GIS의 기타 장점과 단점

움직이는 차량과 비행기, 배의 위치를 실시간으로 표시할 수 있다. 정보를 가공하거나 편집하는 과정의 누적오차를 없앨 수 있다. 타 전산시스템과 연계가 용이하다.

도엽단위로 뿐만 아니라 연속지도로도 관리가 가능하므로 도곽이 접하는 부분에서의 접합불일치에 대한 문제가 발생하지 않는다.도면신축의 우려가 없다. 그러나 시스템의 구축에 따른 비용이 많이 소요되며, 전산망의 장애나 파괴, 보안에 대한 대비를 소홀히 하면 치명적인 문제가 발생할 수 있다.

1.2.5. CAD와 GIS의 차이점

① 시스템의 목적이 다르다.

일반적인 GIS는 지역내의 사물을 모형화하고 관리하고 분석하고자 하는데 사용하는 반면, CAD는 새로운 객체의 설계시 사용하는 것이 목적이다.② 시스템에서 다루는 대상이 다르다.GIS는 어떤 지역 내에 존재하는 사물들, CAD는 설계할 객체GIS는 데이터베이스가 중요한 비중을 차지함. 지형지물의속성자료를 통합 하여 관리함.

CAD는 제도 및 설계에 관련된 편집기능과 객체를 사실적으로 표현하는 기능이 중요한 비중을 차지함.

③ 객체의 표현방법이 다르다.

GIS는 지도학적인 좌표계 사용, CAD는 객체중심의 좌표계 사용 GIS에서는 지리적상관계에 대한 정보(위상정보)를 부가적으로 표현함, 기호  (symbol) 표현기능이 발달.

CAD에서는 구조물 설계에 많이 사용하는 수학적 도형표현방법, 정밀묘화 (rendering) 기능이 발달됨.

④ 제공되는 연산자가 다르다.

GIS는 공간정보 검색, 조회, 분석기능이 발달. CAD는 검색, 조회, 분석기능 은 발달하지 않음. 구조해석 프로그램, 설계오류 진단 프로그램과 연결하는 경우가 많음.그러나 CAD 소프트웨어에는 도형자료의 입력 및 편집기능이 뛰어나므로 GIS의 자료를 생성하는 과정에 CAD 소프트웨어도 많이 사용되고 있다.

가) 공간적 검색과 분석

① 위치찾기

도시 X는 어디에 있는가? 인구가 얼마 이상인 도시는 어디 어디에 있는 무엇인가?

② 연결관계분석

두 도시 X,Y는 고속도로에 연결되는가? 두 지점간을 잇는 최단경로는?

③ 인접성분석

어떤 도로에 접하는 토지들의 소유자들은 누구 누구인가.
④ 포함관계

어떤 필지를 포함하는 도시는 무엇인가?
⑤ 지형분석

경사분석, 사향분석, 가시성분석 등

⑥ 중첩분석

경사도와 고도분류도를 중첩하여 AND, OR, NOT 등의 연산을 수행함.

⑦ 네트 분석

도로망, 상하수도 가스망 등 선형으로 구조화된 네트웍에 대한 분석기능
1.2.6. 지리정보시스템의 응용분야

지도를 필요로 하는 모든 분야에 지리정보시스템은 활용가치가 있다. 현재 지리정보시스템이 도입된 응용분야를 간략하게 언급하면 다음과 같다.

- 계획분야

토지이용계획 확인원 발급
입지분석 및 적지분석
토지이용계획을 위한 각종 자료 분석
- 교통분야

도로 및 교통 시설물관리
자동차 자동 항법장치
위치별 교통량 모니터링
교통계획을 위한 도로교통망 분석
비행노선 분석

- 환경분야

산림자원의 관리 및 분석
오염확산의 분석
수자원의 관리
야생동식물의 관리, 야생동물의 활동분석
상수도 및 하수도시설물의 관리
각종 환경영향평가

- 농업분야

작목선정을 위한 적지분석
토양관리, 농업시설물관리

- 재난대책 및 방법분야

소방 및 인명구조를 위한 지리정보 제공
경찰방범을 위한 지리정보 제공

- 전기 및 통신분야

전기관련 각종 시설물의 관리
통신관련 각종 시설물의 관리
기지국 선정을 위한 지형분석

- 토목분야

도로, 댐 등 토목설계

- 국방분야

군사작전을 위한 지형분석
군관련 시설물의 관리

- 자원탐사분야

지하자원 탐사를 위한 각종 자료분석

- 경영

영업소 선정을 위한 입지분석
인구 및 취업시장 분석
고객 집 찾기

- 지도제작분야

각종 주제도 제작