3. 기술입증

동기식 기술의 위력을 이해하고 업계에 미치는 영향을 올바르게 평가하려면 사례별로 보다 깊은 탐구가 필요하다.

특징형상 트리가 특징형상 모음으로 변화

모든 히스토리 기반 CAD 설계 프로그램을 살펴보면, 설계자가 모델을 만드는 데 사용한 단계별 작업을 포함하는 순차적인 특징형상 트리를 발견하게 된다.

순차적 트리는 모델 생성의 히스토리이다. 트리의 각 항목은 모델 특징형상(Feature)이라고 불리며, 각각 특정 모델링생성 작업을 나타낸다. 예를 들어, 설계자가 평면 스케치의 간단한 돌출을 수행하면, 그 다음 특징형상 항목으로 특징형상 트리에 추가된다.

< 그림 4 > 히스토리 기반 특징형상 트리

특징형상 트리는, 설계자가 명시적으로 구속조건을 추가하여 트리의 기존 특징형상에 새로운 특징형상을 연결하며, 점점 깊이 만들어간다. 보통 이것은 둘 사이의 부모/자식 관계라고 불린다. 자식은 부모 특징형상의 존재에 좌우된다. <그림 5>는 이러한 부모/자식 종속성의 고전적인 사례를 보여준다.

<그림 5>에서 보스에 있는 구멍을 살펴보자. 설계자가 블록의 아래 면의 원을 선택한 후 들어 올려 보스(Boss) 위로구멍을 내는 경우, 이 구멍은 블록의 자식이 되고, 보스(Boss)에 의존하지 않는다. 그러나 설계자가 보스의 위 면의 원을 선택하여 보스와 블록 아래로 구멍을  내는 경우, 이 구멍은 보스(Boss)의 자식이 되고 보스의 존재에 의존한다.

< 그림 5 > 히스토리 기반 모델에서

설계자가 보스를 선택하고 삭제하는 경우, 그 결과로 생기는 모델은 생성 히스토리의 종속성에 따라 달라진다. 구멍이 블록의 자식이면 남아있지만, 구멍이 보스의 자식이면 보스와 함께 삭제된다. 이러한 히스토리 기반 모델링 프로그램에서는 설계자가 특징형상들의 종속성을 이해해야 하는 부담을 안게 된다. 동기식 기술을 이용하면 설계자가 편집 시 그러한 관계를 제어할 수 있으므로 생성 방법을 이해할 필요가 없다.

오늘날의 히스토리 기반 CAD 시스템은 지오메트리 모델에서 편집의 영향이 어디까지인지 알려고 하지 않는다. 이들 시스템은 단순히 히스토리 재생에만 의존하여 변경을 적용한다. 동기식 기술은 그렇지 않다.

동기식 기술은 종속성을 실시간으로 찾아서, 변경의 영향이 어디까지인지 알아낸 다음 필요한 변경만을 적용한다. 즉각적인 영향을 생각해 보자. 순차적 히스토리 기반 프로그램에서는 시스템이 변경하려는 특징형상으로 모델을 롤백하고, 모든 후속 지오메트리를 삭제하고 변경을 수행한 다음, 후속 특징형상 명령을 재실행하여 모델을 다시 만들어야 한다.

변경하려는 특징형상이 순차적 히스토리의 앞쪽에 위치할수록 성능에 미치는 영향이 커진다.

많은 경우, 설계자들은 다른 방법을 택하거나 이러한 종류의 변경을 피하려고 한다.

< 그림 6 > 950개의 특징형상으로 이루어진 히스토리 기반의 모델

<그림 6>은 일반적인 히스토리 기반 시스템에서 만들어진 모델을 보여준다.

히스토리 트리에는 950개 특징형상이 포함되어 있다. 일반적인 히스토리 기반 프로그램에서는, 하이라이트된 곡면의 직경에 대한 파라메터의 편집을 완료하는 데 약 63초가 걸린다.

< 그림 7 > 히스토리 기반의 모델 편집에서 지름을 줄이기

편집의 결과는 <그림 7>에 있다. 히스토리 트리에서, 모델의 중앙과 오른쪽에 있는 많은 부분이 편집하려는 특징형상을 포함하는 영역 뒤에 있다는 사실 때문에 편집 시간이 길어진다. 히스토리 기반 시스템은, ‘모델의 다른 부분이 선택된 특징형상에 종속되지 않는다’는 사실을 파악할 수 없으므로 맹목적으로 순차적 히스토리 순서를 따라가야 한다. 동일한 히스토리 기반 모델이 동기식 기술을 사용해 편집하면, 약 1.5초 밖에 걸리지 않는다.

동기식 기술은 실시간으로 모델을 스캔하여 종속성을 찾아내며, 올바른 솔루션에 대한 필요한 종속성만을 해석한다.

현재의 히스토리 기반 시스템에서 특징형상 트리는 순서에 따라 종속성을 가진다. 히스토리 트리의 순서를 변경하면 상당한 모델 변경이나 모델 장애를 초래할 수 있다.

동기식 기술을 사용하면, 표시되는 트리가 특징형상 모음(Feature Collection)이 되며 설계자들은 모델의 일부를 신속하게 선택하고 조작할 수 있다. 그렇다고 해서 이것이 모델이 생성되었던 방식에 영향을 미치지 않는다. 따라서 설계자에게 많은 이로운 가능성을 준다. 특징형상 모음은 모델에 대한 필요한 통찰력을 제공하는 경우, 특징형상의 종류(예: 함께 수집된 모든 라운드)에 따라 분류될 수 있다.

동기식 기술의 성능에 대한 최초의 반응은 “예, 그렇지만 만약 이런 경우는 어떻습니까?”라는 길고 긴 질문들로 이어진다. 역사적으로, 1980년대 파라메트릭 기술이 시장에 첫 선을 보였던 당시와 비슷하다. 동기식 기술이 다양한 종류의 모델에서 어떻게 작동하는지에 대한 사례들을 살펴보자.

구속조건이 없는 모델에서 편집 가능

구속조건이 전혀 없는 모델이 있다. 종종 덤(dumb) 솔리드라고 불리는 이들 모델은 다른 CAD 시스템 간의 데이터 교환이나 변환에서 유래한다. 구속조건이 없는 모델은 영속적인 지오메트리 구속조건과 지오메트리치수에 할당된 파라메터값이 없다.

< 그림 8 > 구속되지 않은
필로우 블록에서 선택

< 그림 11 > 동기식 기술로 편집

<그림 8>에 설명된 구속조건이 없는 필로우 블록(Pillow Block)에서, 사용자는 청록색으로 하이라이트된 원통을, 메이팅(Mating)되는 축(표시되지 않음)의 위치와 일치하도록 위로 이동하려고 한다. 모델에 구속조건이 없으므로 사용자가 파라메트릭 방식으로 수정할 수 있는 구동 치수(Driving Dimension)가 없다.

구속조건이 없는 시스템이므로, 선택된 원통만 이동한다(그림 9). 이러한 결과는 매우 바람직하지 못하다. 설계자는 내부 구멍이 외부 원통 면과 동일한 중심을 갖고, 양쪽의 경사진 면이 계속 접해야 한다는 것을 알고 있다. 사용자는 이들의 동일한 중심을 유지하기 위해 두 개의 원통을 선택하여 함께 이동할 수 있지만, 이 경우에도 양쪽의 경사면에 접하지 않는다(그림 10).

동기식 기술로 구속조건이 없는 모델에서 동일한 편집작업을 하면, 시스템은 지오메트리 상태를 실시간으로 자동 인식하고, 동일한 중심을 가진 원통과 경사면에 접하는 상태를 유지한다(그림 11). 원통의 내부 곡면만을 선택하여 이러한 편집이 수행되었지만, 동기식 기술에서는 외부 원통만 선택하여 이동하더라도 동일한 결과가 나온다.

이 간단한 예는 동기식 기술의 위력과 사용자에게설계 문제점을 접근하는 여러 가지 방법을 잘 보여주고 있다.

첫째, 부품 모델이 구속조건 없이 사용자에게 제공되는 경우(이는 협력업체와 함께 작업을 할 때 흔히 있는 일이다) 사용자는 지오메트리 구속조건을 추가할 필요 없이 지능적인편집을 쉽게 수행할 수 있다(협력업체와 작업을 할 때 STEP과 같은 업계 표준을 사용해 모델을 전송하기 때문에 구속조건이 없거나, 협력업체가 지적 재산을 보호하기 위해 모델 내부의 구속조건을 삭제한다).

둘째, 설계 모델링의 특성에 더욱 근본적으로 접근하면, 설계자는 명백한 지오메트리 상태가 인식되고 관리될 것이라는 것을 알기 때문에 그러한 구속조건 없이 모델을 만들 수 있다. 따라서 설계 워크플로우를 획기적으로 간소화할 수 있다. 설계자는 더 이상 편집에 접근하는 방법을 이해하기 위해 복잡한 구속조건 관계를 연구하고 해명할 필요도 없고, 편집이 미치는 영향에 대해 염려할 필요도 없다. 동기식 기술은 이러한 구속조건을 실시간으로 발견하고 풀어낸다.

파라메터로 구속된 모델에서의 편집

이제 모델링 스펙트럼의 반대쪽으로 관심을 돌려 동기식 기술이 파라메터로 구속되는 모델에 대해 미치는 영향을 알아보겠다.

아래의 <그림 12>는 베이스에 있는 2개의 구멍 사이에 참조 치수가 있는 모델을 설명한다. 참조 치수는 때때로 파생된 치수(Derived Dimension)라고 한다. 이것은 사용자가 정의한 구속조건이 아니다. 이 치수는 피봇 포인트(Pivot Point)까지의 수직 높이(베이스 구멍 사이의 0.75)를 제어하는 제어 치수(또는 구동 치수)에서 참조된다. 이는 모델이 편집될 때마다 유지되어야 하는 파라메트릭 구속조건을 나타낸다.

< 그림 12 > 파라메터로 구속된 모델

<그림 13>은 설계자가 베이스의 끝 면(하이라이트된 필렛 면)을 직접 이동할 수 있다는 것을 보여준다. 동기식 기술은 오른쪽 베이스 구멍이 필렛 면과 동일한 중심을 갖는다는 것을 실시간으로 인식한다. 구멍은 자동으로 편집되는 항목에 추가된다. 면 이동(move face) 명령을 사용하여 필렛 면을 이동할 수 있다. 필렛 면이 이동하면 베이스 블록이 길어지고, 오른쪽 베이스 구멍이 베이스와 함께 이동되며, 두 베이스 구멍 사이의 참조 치수가 변경되고, 파라메트릭 구속조건에 따라 피봇 포인트까지의 거리가 업데이트된다.

< 그림 13 > 다이렉트 지오메트리편집 하에서
파라메터 구속조건을 가진 모델

<그림 14>는 블록의 끝을 30mm 드래그한 후의 최종 결과를 보여준다. 파라메트릭 구속조건은 그대로 보존된다. 따라서 동기식 기술은 사용자가 정의한 파라메트릭 구속조건과 함께 공존한다.

< 그림 14 > 결과 모델