|Abstract |Introduction |Goals of Research |Object-Oriented Database |System Implementation |Conclusion |References|
II. Goals of Research
since 15 December, 1996, last modified 15 December, 1996
본 논문에서는 생산이라는 용어를 상품이나 용역을 만들어내기 위한 설계, 제조, 판매, 인사, 자본관리등의 활동을 포함한 광범위한 의미로 사용하고 있다. 반면에 제조는 제품을 제작하는데 직접적으로 관계되는 설계, 제조 활동을 말한다. 본 논문에서 언급하는 생산에 관계된 데이타베이스는 설계, 제조분야에 관계된 데이타베이스로 그 범위가 제한된다. 앞으로 설계, 제조에 관계된 이 데이타베이스를 제조 데이타베이스라고 부를것이다. 이 장에서는 제조 데이타베이스의 필요성과 기존의 제조 데이타베이스의 문제점을 살펴본다. 아울러 동일한 문제해결을 위해 행해졌던 선행연구를 조사한다. 마지막 절에서는 언급된 데이타베이스의 필요성과 문제점으로부터 연구의 범위와 목적을 제시한다.
2.1 제조 데이타베이스의 필요성
현대 제조 시스템은 서로 독립되어 운영되었던 설계, 제조 활동들을 통합하려 하고 있다. 설계, 제조, 검사, 그리고 판매등의 모든 생산 활동들이 서로의 연관관계를 유지하며, 일관된 목표를 가지도록 재구성되고 있다. 이 활동의 이득은 이 논문의 범위를 벗어나므로 언급을 피하지만, 통합 제조시스템의 대두등을 통해서 그 필요성을 이해할 수 있다. 각 활동의 통합은 각 단계별에 필요한 정보를 매체로 실현할 수 있다[6]. 예를 들어, 항공기 발동기의 설계자가 작성한 부품 칫수와 형상정보는 전 제조 시스템에 걸쳐서 연관관계를 가진다. 이 정보는 컴퓨터를 이용한 설계분석 시스템 (Computer-Aided Engineering system :CAE )에서 사용하는 기본적 정보를 제공하기도 하고,이 정보를 바탕으로 발동기 제조에 필요한 기계 설치등의 제조정보가 도출되기도 한다. 예에서와 같이 제조정보는 각 제조단계를 서로의 연관 관계를 가지고 통합할 수 있는 중요한 매체이다. 그러므로 통합 매체인 제조정보의 저장 도구이며, 관리 기구인 데이타베이스는 앞으로의 통합 제조시스템의 중요한 기초가 된다.
통합된 제조 시스템은 많은 자동화된 하위 제조 시스템을 포함하고 있다. 자동화된 제조 시스템은 기계가 인식할 수 있는 많은 정보들이 필요하다. 예를 들어, 발동기의 제조에는 형상 정보로 부터 도출된 수치제어 정보가 있어야만 기계 가공을 할 수 있다. 이와 같이 많은 자동화된 공작기계들을 제어할 수 있는 정보가 필요한데, 이들은 기계만이 인식할 수 있고 인간에게는 친밀하지 못한 형태를 띄고 있다. 아울러 이 정보들은 여러가지 기계 정보가 혼재한 경우가 많다. 예로 하나의 금속을 절단하기 위한 도구의 회전 속도는 재료의 재질, 공구의 모양이나 강도, 해당 공작 기계의 종류등이 고려되어야 한다[Amsted1977]. 이와 같은 기계적 데이타를 필요에 따라 인위적으로 준비한다는 것은 불가능하다. 그러므로 자동화된 제조 시스템에 필요한 정보를 준비하고 생성시키기 위하여 제조 데이타베이스는 필요 불가결하다[3].
데이타베이스의 중요한 목적중의 하나는 응용 프로그램(Application Program)들의 지원이다. 응용 프로그램이 없는 데이타베이스는 그 자체만의 존재로는 별가치가 없다. 준비된 데이타베이스를 기초로 여러가지 응용 프로그램을 개발하고 사용함으로써 비로써 데이타베이스의 기능을 발휘하게 된다. 특히 설계, 제조분야가 자동화 되어감에 따라 많은 응용 프로그램이 필요하다. 설계에서는 여러가지 실험을 대신할 수 있는 분석 프로그램, 제조 단계에서는 기계 가공 정보를 만드는 프로그램, 그리고 제고를 적절히 유지하기 위한 제조상황과 제고상황을 감시하는 프로그램 등, 많은 응용 프로그램이 필요하게 된다. 이들 응용 프로그램에 필요한 정보를 제공하기 위하여 제조 데이타베이스는 기본적인 도구이다[3].
데이타베이스는 크게 그 목적을 다량의 정보 저장, 저장된 정보의 편리한 운용, 그리고 정보간의 일관성 유지에 두고 있다. 위에서 언급한대로 제품의 설계, 제조단계에서는 수많은 응용 프로그램과 정보처리 단계에 의해 정보가 그 양과 질에서 변화을 겪게 된다. 하지만 이러한 변화 과정에서도 제조정보는 일정한 규정안에 그 값이 존재해야 한다. 그러므로 정보의 일관성 유지는 설계, 제조 시스템에서 매우 중요하다. 예로 항공기의 발동기의 설계 단계에서 비행을 위해 중량의 제한을 두었는데, 재료의 선택에서 강도를 얻기위해 보다 많은 재료를 사용, 이미 제한된 중량를 넘었을 때, 이 일관성을 해치는 정보를 설계자에게 알려주거나, 스스로 제한하도록 해야 한다. 이와같이 설계, 제조 과정에서 중요한 일관성 유지를 위하여 제조 데이타베이스가 더욱 필요하다.
2.2 기존 제조 데이타베이스의 문제점
관계형 데이타베이스는 현재까지 제조, 사무등 다양한 분야에서 정보의 저장과 관리 도구 역할을 해왔다. 특히 이 데이타베이스는 테이블 형식의 간단한 데이타 구조만으로도 자료를 표현할 수 있는 일반 사무분야에 적절히 응용되고 있다. 집합론에 중심을 둔 간단하면서도 명확한 관계 모델(Relational Model)이 단순하고 반복적인 현실세계를 잘 표현할 수 있기 때문이다.
이러한 일반 사무분야에서의 성공이 있은후에, 일부에서는 관계형 데이타베이스를 보다 복잡한 제조 분야에 도입을 고려하였다. 그러나, 복잡한 데이타구조와 다양한 응용 프로그램(Application Program)을 지원해야 하는 제조분야에서, 관계형 데이타베이스는 그 표현력의 한계를 보여 주었다. 단순한 2차원적 테이블 형태의 자료 구조로는 복잡한 제조분야의 자료를 저장하고, 관리하기에는 역부족이었다[2]. 특히 각 단계에서 복잡한 종류의 자료가 생성되고, 관리되어야 할 제품 설계, 제조 과정에서 관계형 데이타베이스로의 자료 관리는 많은 문제점을 내포하고 있다. 하지만 관계형 데이타베이스의 그동안의 타 분야에서의 성공은 몇몇 제조 데이타베이스를 관계형 데이타베이스로 구성하도록 했다[7]. 이 절에서는 현재 이루어지고 있는 관계형 데이타베이스의 제조분야에 응용이 적합하지 않음을 보여주기 위하여, 이 데이타베이스가 설계, 제조정보를 저장하고 관리할 때 일어나는 문제점을 서술하겠다.
관계형 데이타베이스는 매우 경직된 형태의 자료 구조(Schema)를 제공한다. 각 관계 테이블은 열의 추가나 삭제등과 같이 단순한 범위에서 기존의 관계를 변화시킬 수 있다. 일반적인 사무 응용분야에서는 스키마를 수시로 바꿀 필요가 없기때문에 경직된 구조가 큰 문제가 되지는 않는다. 하지만 제조 분야에서, 특히 설계나 제품의 종류가 자주 바뀌는 분야에서는 수시로 자료의 구조를 바뀌야하는 요구가 생긴다[8]. 제품의 설계자는 하나의 제품을 설계하기 위하여,수십내지 수백번의 다른 시도를 해 보아야할 것이며, 이 단계에서 생기는 자료들은, 많은 자료 형태의 변화가 있어야 할 것이다. 특히, 현재 많은 관심을 받고 있는 유연 제조시스템(Flexible Manufacturing System: FMS)에서도 한 제조 시스템에 다양한 종류의 데이타가 필요하다. 제조분야에서는 유연성 있는 자료구조뿐만 아니라 동적인 자료 구조의 변환(Dynamic Schema Change)도 아울러 필요로 한다. 동적인 자료 구조의 변환이란 위에서 언급한 유연한 데이타 구조의 변환이, 특별히 시스템을 정지시키거나 현재 하고 있는 작업에 영향을 주지 않으면서 실현 될 수 있는 기능을 말한다 [9]. 동적 자료 구조 변환의 지원은 제품설계에서 필요한 버전 관리(Version Control)에 꼭 필요한 기능이다. 관계형 데이타베이스로 구성된 제조 데이타베이스는 그 자료구조의 경직성으로 인하여 설계, 제조 분야에서 필요로하는 유연한 자료구조 변환과 동적 자료구조 변환을 제공하지 못하고 있다.
관계형 모델은 기본 단위의 자료형을 정수, 문자, 문자열 등 몇가지 형태로 제한했다. 이용자가 정의한 복합적 자료형은 관계형 모델의 기본이 되는 제 1 정규형(The First Normal Form)을 깨기 때문에 지원되지 못하고 있다. 많은 제조분야의 표현될 요소들은 계층적 요소로 이루어진 전체라는 식의 구성을 지니고 있다. 즉, 전체의 한 부분이 다시 자신 스스로 복잡한 구조를 가진 요소들을 대표하는 것이다. 발동기의 예에서 발동기의 연료기관이라는 부분은 나사, 볼트등의 기본요소로 이루어진 '갑형 연료 펌프'로 구성되어질 것이다. 이때 발동기를 가장 기본요소인 나사, 볼트등의 부품으로 표시하는 것 보다는 연료기관, 냉각기관, 등의 계층적 요소로 표현하는 것이 좋다. 즉, 세계를 가장 기본이 되는 요소로 모두 표현하는 것 보다는 몇가지 종류로 분류된 모임을 이용하여 계층적으로 표현하는 것이 이해에 편리하다. 이와 같은 기능은 데이타베이스의 현실 세계의 추상화를 보다 자연스럽게 가능하게하며, 특히 제조분야에서는 이런 형태의 표현이 각 분야의 체계적 이해와 서로의 연관 관계 표현을 위하여 꼭 필요하다. 하지만 관계형 데이타베이스로 구성된 제조 데이타베이스는 복합 자료형을 지원하지 못하기 때문에 복잡한 현실 세계를 계층적으로 추상화 하기가 어렵다.
추상적 자료형(Abstract Data Type)이라는 용어는 자료와 자료에 관계된 프로시듀어(Procedure)가 같이 존재하는 것을 뜻한다. 만일 관계된 자료와 프로시듀어가 함께 있다면 이들을 기초로하여 응용시스템(응용프로그램)을 구현하는데 매우 편리할 것이다. 실제로 대부분의 데이타베이스의 목적은 응용시스템 구현을 위한 자료의 저장과 관리가 목적이며, 특히 제조 데이타베이스는 이러한 응용시스템이 매우 복잡하면서도 중요한 부분을 차지한다[3]. 기존의 관계형 데이타베이스 관리 시스템은 추상적 자료형을 지원하지 못한다. 그러므로 응용프로그램을 작성할때 해당자료에 관련된 기본적인 프로시듀어를 다시 별도로 작성하고 관리해야 한다. 만일 일정 자료에 그것에 해당하는 기본 프로시듀어가 함께 관리된다면 프로그램의 재사용이나, 프로그램의 규격화등이 가능하여, 응용 프로그램작성의 생산성이 매우 높아지게 된다. 예로 비행기의 발동기의 경우, 각 부품에 관계된 자료와 그 부품을 그리는 프로시듀어가 함께 관리된다면, 전산 설계 (Computer - Aided Design system: CAD)뿐만 아니라, 형상정보가 필요한 CAE등의 타분야에서도 이 프로시듀어를 쉽게 공유할 수 있을 것이다. 관계된 응용 프로그램작성의 생산성과 관리문제는 제품생산에 보다 고도의 기술과 방대한 작업이 필요함에따라 매우 어려운 문제가 되고 있다. 추상적 자료형을 지원하지 못하는 관계형 데이타베이스로써는 복잡하고 방대한 제조분야의 응용 프로그램의 생성, 관리를 충분히 지원하기가 어렵다.
2.3 제조 데이타베이스에 대한 연구
1980 년대 초 Eastman 은 기존의 제조 데이타베이스의 문제점을 제시하면서 제조 분야에 필요한 데이타베이스의 갖추어야 할 사항을 나열하였다. 그는 기존의 데이타베이스의 문제점으로 자료 구조의 경직성, 접근 속도의 제한, 일관성 유지를 지원할 도구의 부족, 그리고 설계단계에서 생기는 여러종류의 버젼들의 관리등을 언급하였다[3]. 근래에 들어와서 Eastman의 열거한 요구사항 이외에 분산 시스템, 이용자 대화시스템, 다양한 정보 매체 수용, 타 데이타베이스와의 호환과 통합,그리고 시스템 구현의 경재성등의 요구들을 충족시켜야 한다는 주장이 나오고 있다[5]. 이들 주장은 광범위하게 받아들여졌으며 이 요구들을 수용할 수 있는 데이타베이스를 개발하기 위하여 여러가지 종류의 연구들이 행해졌다. 이들 연구중 기초적인 연구로써 복잡한 제조분야의 필요한 정보를 체계화 하는 연구들이 진행되었다. 정보의 체계화를 위한 연구에서는 여러가지 범위에서 제조 분야의 정보 체계화를 시도하였다. 기업의 제조, 관리, 판매, 조달을 통합한 통합제조 시스템의 관점에서 제품 제조에 필요한 정보를 판매와 재료 조달까지 확장한 연구[14]에서부터 단지 생산물의 형상 표현을 위한 자료형의 정의에 관한 연구[13] 등 매우 다양한 형태를 보이고 있다. 이들 연구중 판매나 관리등의 정보까지 체계화한 통합제조 시스템의 설계는 아직은 기술적 문제때문에 실질적 구현과는 다소 거리가 있다. 현재는 제조에 직접적으로 관계된 재료, 가공방법, 형상등의 제품 정보을 포함한 정보 설계와 제품의 형상 표현을 위한 정보 설계가 부분적으로 구현되고 있다.
제조 데이타베이스에 대한 연구는 다시 VLSI설계를 위한 데이타베이스와 기계 가공설계를 위한 데이타베이스에 관한 연구로 나눌수 있다. VLSI 설계를 위한 데이타베이스는 차세대 데이타베이스 연구의 시발점이 되었으며, 많은 연구가 진행되었다 [6,1]. 그러나, 본 연구에서는 일반 기계 제조 과정에 관심을 두고 있으므로 기계 제조 분야에 관한 데이타베이스 연구로 범위를 제한한다.
제품의 생산에 관련된 정보를 통합한 정보의 설계를 위해서는 이에 관계된 정보 항목이 무엇인지에 관한 연구가 선행되어야 했다. 이들 연구에서는 제품 정의 자료 (Product Definition Data)를 정의하고 표준화 함으로써 제조에 관계된 정보를 제공하려고 하고 있다. 이들중에 대표적 연구중의 하나가 미공군에서 진행된 Geometric Modeling Application Interface Program (GMAP)이다[4]. 연구의 결과를 살펴보면 제품의 생산을 위한 정보는 형상을 중심으로 정의되어 있고, 제품의 제조나 재료에 관한 비형상 정보 설계는 아직 미흡함을 알 수 있다. 형상에 관한 정보는 제품 제조정보를 (예로 수치 제어 공작기계의 입력정보) 생성하는데 필수적이며, 설계, 생산 각 과정에 참여하는 사람들의 시각 정보를 이용, 정보 전달폭을 높일 수 있다는데에서 전체 생산 정보의 기본이 되고 있다. 그러나 추후의 자동화되고 지능화된 생산 시스템을 위해서는 비 형상정보에 대한 중요성이 아울러 높아가고 있다.
데이타베이스의 개념은 없었지만 재품의 순수한 형상만을 다룬 컴퓨터 시스템으로서는 전산 설계 시스템(CAD)이 있다. 형상을 file 수준에서 관리했던 CAD 시스템은 근래에 데이타베이스와 접목되어 CAD 데이타베이스라는 용어가 쓰이고 있다. 이들 CAD 데이타베이스와 제조 데이타베이스는 형상정보와 비 형상정보에 관한 비중의 차이가 존재할 뿐 통합이 가속화될수록 구별이 모호해지고 있다. CAD 와 비 형상정보에 관한 데이타베이스의 통합에 관한 한 연구로는 Lang-Lendorff와 Unterburg 그리고 김원의 연구를 예로 들수 있다 [10,12]. 특히 Lang-Lendorff와 Unterburg는 비 형상정보를 중심으로 한 관점에서 제조정보와 CAD 와의 통합을 시도하였다. 그는 제조에 관한 정보를 불변정보와 가변정보로 나누고 설계에 참여하는 조직과 저장된 정보간의 관계등도 언급하였다. 그의 연구는 비 형상정보를 중심으로하는, 특히 제조보다는 설계에 비중이 있는, 제품 생산에관한 데이타베이스의 개발에 중점을 두었다.
제조에 직접 관계된 정보는 매우 다양하고 복잡하기 때문에 새로운 개념을 적용한 데이타베이스를 제조분야에 응용하는것도 연구의 한 분야에 포함된다. 새로운 제조 데이타베이스의 후보로 등장한 데이타베이스는 확장된 관계형 데이타베이스, 객체지향적 데이타베이스, 그리고 논리중심 데이타베이스 등이다 [7]. 이들과 아울러 기존의 관계형 데이타베이스를 이용한 제조 데이타베이스의 연구도 병행되고 있다[7]. 이들 연구중 객체 지향적 데이타베이스에 관한 연구로써는 Whelan의 연구를 들 수있다[19]. 그는 Ontologic 사의 Vbase를 이용하여 제조에 직접적으로 관계된 재료, 형상, 그리고 부품에 관한 일반적 정보를 설계하고 구현하였다. 본연구에서 구축한 정보모델은 Whelan의 정보 모델을 참조하여 표현이 불충분한 부분을 보강하였다.
위에서 여러가지 생산에 관계된 데이타베이스 연구 분야를 언급하였다. 이들 연구분야를 그 적용범위를 기준으로 형상중심, 제조중심, 통합생산시스템중심 데이타베이스등으로 나누어 볼 수 있다는 것을 앞에서 언급하였다. 이들중 형상중심의 데이타베이스는 제조 도면을 작성하고 관리하는 CAD와 깊은 관계를 가지고 있다. 또한 통합생산시스템을 염두에둔 데이타베이스의 연구에서는 일반 업무 ( 판매, 제고, 금융등)에 사용되는 데이타베이스와 많은 연관이 있다. 이는 통합생산시스템이 생산에 직접적으로 필요한 활동만을 지원하는 것뿐만이 아니라, 기업전체 입장에서 관련된 광범위한 활동을 다루는 시스템이라는 특성과 관계가 있다. 제조에 직접적으로 관계된 정보를 처리하는 데이타베이스 (제조 데이타베이스)를 다시 데이타베이스에 적용되는 페러다임(Paradigm) 관점에서 나누어본 것이 확장된 관계형 데이타베이스, 관계형 데이타베이스, 그리고 객체지향적 데이타베이스를 적용하는 연구들이다. 본 연구의 위치를 위의 분류들로 구별한다면객체지향적 데이타 베이스를 이용한 제조에 직접적으로 관계된 정보를 관리하는 제조 데이타베이스라고 할 수 있을 것이다. 특히 본 논문은 기계부품의 설계와 제조과정에서의 데이타베이스 운용에 관한 연구를 주로 하였다.
2.4 연구범위및 목적
본 연구에서는 객체지향적 데이타베이스를 기계 부품 설계, 조립을 중심으로 하는 제조 분야에 응용하는 방법을 제시한다. 이를 위하여 우선 객체지향적 데이타베이스 모델에 입각한 제조 정보모델을 구성한다. 구성된 정보모델을 바탕으로 구축된 데이타베이스는 설계, 제조상에서 필요한 부품 형태, 제조 공정, 재료등의 자료를 일관성있게 통합한 환경을 마련해 준다. 이 과정에서 객체지향적 데이타베이스의 여러가지 특징을 이용하여 제조에 관련된 다양하고 복잡한 현실 셰계를 효율적으로 표현할 수 있음을 보여준다.
앞단계에서 구축된 데이타베이스를 바탕으로 기계설계에 관련된 응용 시스템을 제작하여 보았다. 특히 이 부분에는 객체지향적 데이타베이스의 메쏘드(Method)와 메세지 전달(Message Passing)을 이용한 응용 프로그램의 개발이 효율성과 아울러 관리 측면에서도 큰 이득이 있음을 보여준다.
부품 형상을 중심으로 한 이용자와의 편리하면서도 통합된 데이타베이스 인터페이스를 구성하여 통합된 설계, 제조 시스템을 구현했다. 이 시스템은 다양하고 복잡한 제조분야의 정보를 객체지향적 데이타베이스를 이용하여 어떻게 효율적이고 일관되게 저장, 관리, 응용할 수 있는지를 보여 줄 것이다.
Korean Engineering Databases ⓒ copyright Namchul Do, 1996