멀티프론탈 유한요소법을 이용한 협업 엔지니어링 시스템 설계 = Collaborative engineering system design using multifrontal finite element method

국문 초록 (Abstract)

오늘날 초고속 네트워크 환경과 고성능 컴퓨터로의 발전은 정보화 시대의 새로운 패러다임으로 사회 전반을 변화시키고 있다. 또한 인터넷과 웹은 컴퓨터간의 보다 자유로운 정보 교환 및 상호작용을 가능하게 하여 현대 사회의 전반에 걸쳐 전세계를 하나로 통합하는 거대한 매개체가 되고 있다.
이러한 새로운 환경의 변화는 기업에서의 설계 자동화 기술을 급속히 발전시키고 있으며, 이러한 기술에 대한 연구는 생산성 향상을 위한 필수적인 도구로 인식되고 있다. 최근에는 고급화된 컴퓨터 그래픽스를 가진 많은 상업용 소프트웨어들이 개발되어 복잡하고 다양한 기능을 보다 쉽게 사용할 수 있도록 하는 상용 CAD/CAM/CAE 통합 시스템들이 등장하고 있으며, 갈수록 그 응용 범위가 확대되어 가고 있다. 또한, 시스템을 개발하는 개발자와 이를 사용하는 사용자들에게도 많은 변화를 요구하고 있으며, 단일 컴퓨터나 프로세스를 통해 사용되었던 기존 시스템들이 네트워크를 통한 분산/협업 환경에서의 다양한 통합 시스템들로 변화되고 있다.
그리고 인터넷과 웹을 포함한 네트워크 기반의 분산/협업 환경을 위한 기술들은 전세계에 걸친 고속 통신망을 이용하여 다수의 개발자나 사용자가 웹브라우저와 같은 최소한의 클라이언트로 실시간 연결방식을 통한 다양한 응용 프로그램의 서비스를 제공받을 수 있게 하였고, 데이터의 신속한 전송과 상호작용을 통해 개별적이고 순차적인 작업방법에서 탈피하여, 동시 병행적으로 작업 하는 것을 가능하게 하였다. 즉, 지금까지 해결하지 못했던 네트워크 기반의 공동 협력 분산 작업을 가능하게 하고, 원격지에 있는 시스템간의 협동 작업을 통하여 서로의 자원을 공유하거나, 필요한 정보를 주고받는 등 일련의 상호 작용이 가능하도록 하였다. 따라서 생산 과정에서 웹이나 자바와 같은 기술을 효과적으로 이용하기 위한 연구가 활발히 진행되고 있다. 이 과정에서 CAD/CAE 벤더들은 다양한 방식으로 웹을 기반으로 하는 제품에 대한 개발을 진행시키고 있으며, 사용자들의 요구에 따라 실시간으로 다양하고 협력적인 서비스를 웹을 통해서 원활하게 제공하기 위한 연구와 시도들이 늘고 있다. 이러한 기술들에 대한 연구와 새로운 시도들은 설계/해석 및 생산 분야의 연구자 및 엔지니어들에게 새로운 패러다임을 제시하고 있다. 특히 객체 지향 소프트웨어 개발 기법과 분산화 기법, 생산 제품 정보의 새로운 국제 표준의 제정 및 채택은 분산 엔지니어링 환경에서의 동시공학을 구현하기 위한 기반이 되고 있다.
본 논문에서는 이기종의 시스템들로 이루어진 네트워크 환경에서 서로 다른 CAD/CAE 시스템들 간의 정보 공유 및 상호 작용 등의 공동 협력 작업을 수행하는 네트워크 기반의 분산/협업 엔지니어링 시스템에 관한 연구를 수행하고, 해석과정의 분산 병렬화를 시도하여 분산/협업 시스템에서의 보다 효율적인 유한요소해석을 수행할 수 있는 프로토타입을 설정하여 그 효율성 및 타당성을 논하고자 한다. 이러한 연구는 인터넷을 이용한 최신 기술을 생산 환경에 적용하기 위한 프로토타입을 설정하고, 가상 기업환경의 인프라를 구축하는데 있어서 매우 중요한 핵심기술이 될 것이다.

목차 (Table of Contents)

• 1. 서 론 9
• 1.1 연구목적 및 필요성 9
• 1.2 관련 연구 및 배경 11
• 1.2.1 분산/협업 환경 관련 연구 11
• 1.2.2 유한요소해석의 분산 병렬화에 대한 연구 13
• 1.3 연구내용 및 범위 16
• 2. 분산/협업 환경 구현을 위한 기반 기술 18
• 2.1 네트워크와 분산환경 18
• 2.1.1 분산시스템 19
• 2.1.2 미들웨어 22
• 2.2 CORBA 24
• 2.2.1 CORBA의 구조 25
• 2.2.2 인터페이스 정의 언어(IDL) 28
• 2.2.3 CORBA응용 프로그램 개발 28
• 2.3 STEP 데이터 표준 30
• 2.3.1 STEP의 구조 31
• 2.3.2 EXPRESS 정보 모델링 언어 32
• 2.3.3 STEP 구현 방법 33
• 2.3.4 유한요소해석을 위한STEP 데이터 표준 34
• 2.4 WWW과 JAVA, CORBA를 이용한 분산환경 37
• 3. 네트워크 기반의 유한요소해석 40
• 3.1 병렬처리 기법 40
• 3.1.1 병렬 컴퓨터 시스템 40
• 3.1.2 병렬 프로그램 기법 41
• 3.1.3 병렬 처리 시스템의 문제점 42
• 3.1.4 분산병렬처리 기법 43
• 3.2 유한요소법의 병렬화 46
• 3.2.1 Conjugate Gradient Method의 병렬화 48
• 3.2.2 영역분할 기법을 이용한 병렬화 49
• 3.2.3 다중프론트 해법을 이용한 병렬화 50
• 3.3 다중프론트 해법을 이용한 해석시스템의 분산병렬화 57
• 3.3.1 다단계 그래프분할 기법을 이용한 영역분할 57
• 3.3.2 다중프론트 해법을 이용한 해석시스템의 분산병렬화 59
• 3.3.3 병렬 효율 평가 66
• 3.4 다중프론트 해법을 이용한 공차해석 68
• 3.4.1 오차 해석(Variation Analysis) 69
• 3.4.2 오차 해석의 분산 병렬화 73
• 3.5 기대 효과 75
• 4. 멀티프론탈 유한요소법을 이용한 협업 엔지니어링 시스템 설계 77
• 4.1 네트워크 기반 해석 데이터 공유 80
• 4.1.1 STEP을 이용한 유한요소해석 시스템 80
• 4.1.2 CORBA를 이용한 컨퍼런스 시스템 85
• 4.2 분산/협업 환경에서의 해석 시스템 90
• 4.2.1 구현 환경 및 개발 도구 90
• 4.2.2 시스템 구조 93
• 4.2.3 세션과 콜백 메커니즘 94
• 4.2.4 해석시스템의 분산/협업 작업 시나리오 97
• 4.2.5 해석시스템의 분산/협업 작업 실행 예 100
• 4.3 기대 효과 104
• 5. 결 론 106
• 참고 문헌 108
• APPENDIX 114
• 국문초록 124
• ABSTRACT 126