ИСКУССТВО
ИНФОРМАЦИОННОГО
МОДЕЛИРОВАНИЯ

+7 (812) 3-091-091

Технологии создания информационных моделей объектов с непрерывным производством

31 августа 2023

М. Кириллова, А. Рындин, А. Тучков, И. Фертман, А. Хабаров

Вступление

Мы неоднократно писали о средствах моделирования производственных объектов с непрерывным технологическим циклом. Нами была довольно подробно описана разработка компании «ПлантЛинкер» (входит вместе с компанией Бюро ESG в группу компаний «САПР-Петербург») — САПР технологических установок PlantLinker. Кроме того, мы писали о средствах работы с трехмерной и двумерной графикой разработки этой же компании — PlantViewer 2D и PlantViewer 3D. Мы говорили также и о средствах консолидации инженерных данных (далее ИД) для управления ими в единой среде — системе управления инженерными данными (далее СУИД) «Плант-Навигатор» (разработка компании Бюро ESG).

Подчеркнем, что технология СУИД наиболее востребована на стадии эксплуатации объекта с непрерывным производством. Именно на этой стадии возможны наиболее существенные экономические потери, например в результате остановки оборудования. Основная задача технологии СУИД — максимальное сокращение времени плановых и внеплановых простоев.

Кратко об инструментах информационного моделирования

Мы неоднократно развернуто описывали в своих публикациях инструментарий, применяемый Бюро ESG для информационного моделирования. Напомним лишь основные отечественные средства информационного моделирования объектов с непрерывным технологическим циклом, их назначение и основные функции.

Средства первой группы — средства моделирования — специализированные САПР технологических объектов, которые, в свою очередь, делятся на:

средства работы с облаками точек — результатами лазерного сканирования;
средства 3D-моделирования;
средства моделирования схем:
- технологических схем P&ID,
- электрических схем;
- КИПиА-схем;
средства создания изометрических чертежей.

Средства второй группы — набор функционала, предназначенного для консолидации ИД в единой информационной среде — СУИД.

Традиционно инструментами информационного моделирования еще недавно являлись программные пакеты зарубежной разработки. В процессе импортозамещения ситуация изменилась. При описании вопросов комплексного технологического моделирования мы более подробно остановимся на использовании следующих импортозамещающих средств:

САПР PlantLinker предназначена для проектирования сложных технологических установок, вплоть до выпуска проектной и рабочей документации. Кроме того, САПР PlantLinker позволяет восстанавливать модели существующих технологических установок на основе сканированных облаков точек.
Технология создания СУИД «Плант-Навигатор» на платформе IPS Search обеспечивает переход на импортозамещающее программное обеспечение, миграцию данных из существующих СУИД и разработку новых СУИД технологических установок.
Вьювер PlantViewer 3D обеспечивает визуализацию и навигацию по огромным моделям технологических установок в формате IFC, сравнение версий моделей, сравнение с облаками точек и тесно интегрирован с IPS Search.
Вьювер PlantViewer 2D обеспечивает визуализацию интеллектуальных схем (технологических, электрических, схем КИП и изометрических чертежей), навигацию по ним и также тесно интегрирован с IPS Search.

В наших предыдущих публикациях, описывая перечисленные средства, мы делали акцент на их функционале. Говоря же о результатах работы — ИМ и о технологиях ее создания, мы утверждали, что это отдельная и большая тема. Аспектам создания ИМ, в том числе с использованием перечисленных инструментов, и посвящен данный материал. Более подробно вопросы технологии моделирования с использованием этих средств рассмотрены ниже.

Основная задача информационного моделирования

Постараемся сформулировать основную задачу информационного моделирования, во всяком случае, в рассматриваемой нами области.

Основная задача информационного моделирования — создание из существующих источников ИД контента СУИД – ИМ с применением оптимальных технологий, в представлениях и форматах, наиболее удобных для пользователей с учетом целесообразности применения тех или иных технологий информационного моделирования в конкретном случае.

Совершенно не значит, что ИМ должна быть построена только с применением одной технологии и быть представлена, например, в виде трехмерной модели. Более того, наоборот, наш опыт показывает, что 3D-центричные модели для объектов с непрерывным технологическим циклом в подавляемом большинстве случаев не применимы. Это связано с тем, что объем ИД велик и далеко не всеми ими целесообразно «обвязывать» 3D-модель, ставя ее «в центр» всей ИМ. Как правило, необходима «внешняя» для 3D-модели среда, которая объединяет ИД из различных источников в разных, далеко не только 3D-представлениях. Иными словами, повторяя тезис предыдущих публикаций, отметим, что ИМ для объекта с непрерывным технологическим циклом с учетом реальностей датацентрична.

О разнородности ИД для моделирования

В наших публикациях мы довольно подробно освещали вопрос разнородности ИД для моделирования. Сейчас лишь кратко напомним, какие основные ИД и из каких источников используются при создании ИМ:

геометрия и координаты, содержащиеся в 3D-моделях объектов, систем, оборудования, коммуникаций;
ИД из технологических, электрических, КИПиА схем — результатов работы в соответствующих САПР;
ИД, содержащиеся в проектной, рабочей и исполнительной документации на объект;
ИД, содержащиеся в паспортах оборудования, регламентах обслуживания и эксплуатации;
ИД, содержащиеся в электронном генплане в части, касающейся эксплуатации объекта, прежде всего, связанные с подземными коммуникациями;
ИД, содержащиеся в прочей документации по объекту;
геометрические размеры, привязки к координатам, получаемые в процессе обработки облаков точек – результатов лазерного сканирования;
ИД, получаемые из прочих источников и влияющие на решение основной задачи СУИД — исключение риска несения убытков в результате внепланового простоя (выхода из строя) той или иной составляющей объекта с непрерывным производственным циклом.

О различных представлениях ИД в ИМ

Опыт показывает, что важным и востребованным (но далеко не единственным) представлением ИД — срезом информации для объектов с непрерывной технологией, в том числе и в датацентричной СУИД — является их представление в виде 3D-моделей. Довольно часто, когда кто-то говорит об информационной модели, у большого количества слушателей возникает ассоциация именно с 3D-представлением. Повторим, что в датацентричной модели такое представление далеко не единственное и не всегда ключевое. В статье мы постараемся описать основные технологии информационного моделирования, которые применяются нами на практике. Эти технологии включают далеко не только создание 3D-моделей. В датацентричной ИМ используется представление информации в виде интеллектуальных технологических (P&ID), электрических, КИПиА схем, изометрических чертежей, документов, информационная часть которых может содержаться как в структурированных, так и в неструктурированных форматах. ИД могут содержать справочники, например оборудования, логические структуры-графы (иерархии и паутины, каждый узел которых содержит ИД).

Отметим, что для создания ИМ недостаточно подготовить ИД и загрузить их в СУИД для создания того или иного представления. Перед тем как говорить о технологии создания различных представлений ИД в ИМ, стоит более подробно остановиться на технологии разметки ИМ — тегировании, позволяющей связать ИД датацентричной модели, представленные с использованием различных технологий.

О тегировании информации ИМ

Мы уже сказали о том, что ИД в ИМ представлены разными способами и в различных срезах. Все срезы и представления ИД в единой ИМ должны иметь связи. Это необходимо для работы различных категорий пользователей, выполняющих различные задачи. Например, при обслуживании или замене единицы оборудования в процессе эксплуатации для одной категории пользователей ИМ важно расположение оборудования на технологической P&ID схеме, для другой — его геометрические размеры и положение в пространстве, для третьей — схемы электропитания, для четвертой — подключение КИПиА, для пятой — подключение межцеховых коммуникаций, отображенных на генплане… Для создания единого информационного пространства одна и та же информационная единица ИМ (например оборудование), отображенная в различных представлениях, должна содержать уникальный идентификатор.

СУИД же должна позволять переходить между различными срезами ИД. Для этого информация различных срезов ИМ должна быть размечена, тегирована. Это решается путем использования уникального идентификатора, который как раз и позволяет, во-первых, представить, например, единицу оборудования в различных информационных срезах, а во-вторых, осуществлять переход между такими срезами, получая весь набор ИД. Суть такого перехода в том, что, при входе в ИМ через одно представление ИД, например 3D-модель, при необходимости перехода к другому представлению делается запрос по уникальному идентификатору. Результат — та же единица оборудования, но уже в другом представлении: например, карточка того же оборудования в структуре технологической установки или УГО оборудования на технологической P&ID схеме.

Во всех отраслях функционирования предприятий с непрерывным технологическим циклом при создании СУИД используется тегирование. Например, для нефтеперерабатывающих предприятий уникальный идентификатор, выполняющий описанную задачу, так и называется — тег. В области же атомной энергетики в роли такого идентификатора выступает код KKS (Kraftwerk Kennzeichen System – нем.) — код Системы маркировки для электростанций.

Рис. 1 иллюстрирует web-интерфейс СУИД «Плант-Навигатор» со справочником оборудования объекта энергетики. Каждая запись имеет набор атрибутов, один из которых — код ККS.

Рис. 1. Справочник оборудования (элементы трубопроводов) объекта энергетики

Процесс тегирования при создании ИМ весьма и весьма зависит от состава и форматов исходных данных. В идеальном случае, когда исходные ИД содержатся в электронном виде и унаследованы на стадии эксплуатации от предыдущих стадий жизненного цикла объекта, задача тегирования несколько упрощается. Решение может быть максимально автоматизировано. В этом случае уникальные коды, применяемые при проектировании, строительстве и обслуживании, содержат результаты работы в САПР, а также ERP и прочие информационные системы, электронные ведомости, спецификации, схемы, БД и файлы структурированных форматов.

Необходимо лишь подготовить данные того или иного среза информации для вывода их в ИМ, верифицировать их, загрузить в единую среду и установить связи в ИМ. В последнее время у ведущих в области информационного моделирования отечественных компаний вопросы тегирования ИД для построения ИМ, даже для стадии эксплуатации, проработаны еще на этапе проектирования. Такие компании разрабатывают регламенты-требования к результатам проектирования, которые обязан выполнять проектант. Эти требования включают в себя не просто описание вида и формата результатов проектирования, но и наличие тегирования информации. Выполнение регламента проверяется в процессе приемки результатов проектирования от проектанта.

Нами описан идеальный случай. Возможны и прочие решения для проведения тегирования. Так, например, если исходными данными для 3D-среза ИД в ИМ являются облака точек, то при комплексном технологическом моделировании, описанном ниже, часть работ по разметке 3D-модели наименее автоматизирована. Есть и другая крайность. Например, при использовании средств и технологии PlantLinker, если на ее входе 3D модели, компоненты которых содержат уникальные коды-тэги, возможно следующее:

данные 3D-моделей из разнородных САПР компонентами PlantLinker преобразуются в структурированный формат XML и формат IFC;
после верификации выходных для PlantLinker форматов производится их загрузка в СУИД с автоматизированным построением связей в рамках ИМ по уникальному идентификатору.

Иными словами, устанавливаются связи между компонентами в 3D-представлении ИМ и теми же компонентами в других представлениях.

Для тегирования используется ряд технологий, реализующих поиск тегов в контенте файлов — информационных частей электронных документов форматов DWG, DOC, PDF. Теги обнаруживаются в тексте документа, загружаемого в среду СУИД, с последующим построением связей по найденным тегам, например единиц оборудования с документами и чертежами. Отметим, что подобные технологии наиболее удобно применимы для форматов файлов, чей контент структурирован. Для неструктурированных форматов также существуют инструменты и подходы, но они требуют более сложных механизмов реализации. В качестве примера одного из таких механизмов приведем функционал распознавания растров для поиска тегов.

Примером наиболее эффективно реализованной технологии тегирования можно привести технологию SDX компании Intergraph (Hexagon). Она представляет унифицированное средство поиска тегов и расстановки связей. Что же касается отечественного продукта такого уровня — универсальное программное средство отсутствует. Бюро ESG обладает навыками решения задачи автоматизации тегирования для конкретных случаев с использованием программирования, API средств разработки документов и API СУИД «Плант-Навигатор».

Использование в ИМ ИД, содержащихся в справочниках, классификаторах Предприятий, в структурированных и неструктурированных файлах различных форматов

Акцентируем внимание на следующих классах ИД:

ИД справочников и классификаторов, например оборудования, типов и разделов, составляющих технологических объектов, проектных документов (ПД), рабочей (РД), исполнительной (ИД) и эксплуатационной (ЭД) документации;
ИД, содержащиеся в структурированных файлах (например в табличных форматах — ведомостях и спецификациях);
ИД, содержащиеся в неструктурированных файлах (например полученных при сканировании бумажной документации).

Рассмотрим все три группы ИД. Первая из них — ИД справочников — важна для включения ИМ в единую информационную среду Предприятия/Корпорации. Опыт нашей компании показывает:

Создание справочников и классификаторов не только возможно, но и необходимо. Чаще всего в СУИД справочники импортируются из внешних БД или промежуточных табличных форматов. Для этого используются механизмы СУИД. Например, встроенные в СУИД «Плант-Навигатор» разработки Бюро ESG и/или доработанные с использованием API программы-загрузчики. В любом случае алгоритм работы механизма загрузки одинаков: из СУИД осуществляется подключение к источнику (БД, табличному формату, корпоративному справочнику…) и в соответствующем разделе БД СУИД в пакетном режиме создается набор карточек, например единиц оборудования с набором параметров-ИД. Пример справочника в пользовательском интерфейсе СУИД Плант-Навигатор приведен на рис. 1;
Как правило, разовой загрузки корпоративных справочников и классификаторов недостаточно. В едином информационном пространстве требуется дальнейшая синхронизация загруженных ИД с мастер-системой — источником ИД. Для этого в СУИД «Плант-Навигатор», например, используется интерфейс, синхронизирующий в необходимом объеме по необходимым алгоритмам корпоративные справочники ЕСУ НСИ со справочниками СУИД.

Остановимся на второй группе ИД, получаемых в процессе информационного моделирования из файлов структурированных форматов — ведомостей, спецификаций, экспликаций. Примером использования таких ИД является построение сложных иерархических и паутинообразных структур ИД для объектов с непрерывным технологическим циклом в датацентричных ИМ. Например, в СУИД «Плант-Навигатор» для построения узлов таких структур часто достаточно функционала встроенных средств загрузки и существующих программных интерфейсов.

Такие модули позволяют «извлекать» необходимые ИД из структурированных форматов, например из ведомостей, спецификаций, экспликаций в форматах XML, XLS и других с последующей их загрузкой ИД в ИМ. Иногда стандартных средств загрузки узлов иерархий и «паутин» недостаточно, необходимо, например, построение сложных связей между этими узлами. В таких случаях требуется дополнительная алгоритмизация. В СУИД «Плант-Навигатор» задача решена — разработаны специальные плагины, позволяющие осуществлять построение сложных структур технологических объектов в автоматизированном режиме. При такой работе осуществляется построение иерархий объекта с точки зрения строительства и эксплуатации (они разные!) и построение «паутинных» связей между узлами этих иерархий.

Кроме того, часть атрибутики и часть узлов берется из справочников, например оборудования. А само наличие справочников позволяет исключить ошибки при вводе, например, атрибутов или единиц оборудования и проводить верификацию при загрузке ИД в СУИД. Рис. 2 иллюстрирует импортированную пакетно в СУИД «Плант-Навигатор» структуру установки в разрезе узлов и систем. Каждый узел структуры содержит ИД — параметры, а также связи со справочниками, документами, интеллектуальными схемами, трехмерными моделями — контентом ИМ.

Рис. 2. Структуры установки в разрезах узлов и систем

Теперь поговорим о третьей группе ИД, используемых при построении ИМ — об ИД, содержащихся в неструктурированных форматах. Часть ИД содержится, например, в образах документов, полученных в процессе сканирования. Наш опыт показывает, что в подавляющем большинстве случаев процесс «извлечения» ИД из сканированного образа нецелесообразен и экономически не оправдан. В связи с этим содержательная часть электронного документа в СУИД, полученного в процессе сканирования, может рассматриваться как единый и неделимый «контейнер», содержащий набор ИД. При необходимости доступа к контенту такого «контейнера» достаточно открыть сканированный образ в средстве просмотра. «Извлечение» отдельных ИД целесообразно автоматизировать в далеко не всех случаях. Если такая необходимость все же возникает, то это ведет к усложнению механизмов формирования ИМ.

Для подготовки к загрузке и загрузки ИД описываемой группы используется ряд механизмов. Например, довольно часто мы сталкиваемся с тем, что на подавляющем большинстве предприятий при сканировании бумажных документов, в файловой системе серверов, как правило, формировались массивы, повторяющие по структуре и наименованиям структуру документации. Так, например, довольно часто мы видим, что для рабочей документации в файловых хранилищах имена каталогов файловой системы содержат названия проектов и марок, а имена файлов — основное обозначение документов. Используя такие структуры и наименования каталогов и файлов, при импорте документов в СУИД из файловой системы можно создавать иерархические структуры, карточки проектов, комплектов и документов.

При этом, используя наименования каталогов и файлов, а также сравнительно несложные алгоритмы их разбора, можно заполнять атрибуты, а сами файлы записывать в БД СУИД «под карточку». К сожалению, в большинстве случаев обойтись стандартным средством невозможно, и часто приходится писать дополнительное приложение-загрузчик, учитывающее необходимую алгоритмизацию разбора структур и имен их узлов, а также проведение проверок и формирование отчетов при работе загрузчика.

Другим путем наполнения ИМ инженерными данными, содержащимися в документах, является использование загрузочных листов, описей, трансмиттелов, передаваемых, например, проектантом предприятию-заказчику. В этом случае в СУИД автоматизированно, в пакетном режиме, создаются структуры данных, электронные карточки, заполняется атрибутивная часть электронных документов (которая содержится в контенте описей, загрузочных листов), и в БД записываются файлы. Для реализации такого способа наполнения ИМ в ряде случаев хватает стандартных средств СУИД. В других случаях требуется сравнительно несложная алгоритмизация и написание программного кода для программы-загрузчика. Рис. 3 иллюстрирует пользовательский интерфейс СУИД «Плант-Навигатор» при просмотре загруженного пакетно в БД массива документов.

Рис. 3. Массив загруженных с СУИД документов

Работа с интеллектуальными схемами

Остановимся на вопросе использования так называемых «Интеллектуальных схем» в СУИД. Прежде всего поясним, что такое интеллектуальные схемы и чем они отличаются от прочих. Известно, что для объектов с непрерывным технологическим циклом существует отдельный тип документов. Это — схемы, где в виде условных графических обозначений (УГО) объект или его часть представлена с точки зрения технологии работы оборудования, элементов электрики или контрольно-измерительных приборов. Такими схемами могут быть технологические P&ID, электрические, КИПиА схемы. Каждое УГО на схеме связано с конкретной единицей технологического, электрического или КИПиА оборудования. Основное свойство таких схем, делающее их «Интеллектуальными», заключается не в том, что в БД СУИД может быть записан файл схемы, имеющий карточку с параметрами. Главная особенность интеллектуальной схемы в том, что каждое УГО в контенте имеет связь с БД СУИД.

Такой связью может быть связь УГО, например, с единицей оборудования из справочника — скажем, с насосом, клапаном, электрическим автоматом, щитом, или контрольно-измерительным прибором. Часто необходима связь составных структур контента интеллектуальной схемы с набором электронных карточек, содержащих параметры-ИД всех входящих в структуру элементов, например связь трубопровода или его участка на схеме с набором карточек всех входящих клапанов, вентилей и прочих составляющих. Единица оборудования, в свою очередь, имеет набор ИД-параметров, связи с документами, прочими ИД и связи с трехмерным представлением этого оборудования в 3D-модели. Иными словами, если мы говорим об интеллектуальной схеме, речь не идет вовсе о «неделимом контейнере», содержащем ИД, подобно, например, документу, полученному при сканировании бумаги. Контент интеллектуальной схемы разбит на области, например УГО, каждое из которых имеет связь с БД СУИД.

В качестве примера приведем работу с интеллектуальными схемами, полученными из исходных данных проектирования в соответствующих пакетах компании Hexagon (Intergraph). Поясним актуальность вопроса. С одной стороны, несмотря на процесс импортозамещения, огромное количество современных эксплуатируемых объектов с непрерывным технологическим циклом проектировались именно с использованием САПР Hexagon (Intergraph). С другой стороны, в наших публикациях мы неоднократно подчеркивали, что акцент использования технологии СУИД делается на стадию эксплуатации, где возможны наибольшие экономические потери, связанные с простоями производства. В связи со всем этим, как правило, для построения СУИД эксплуатируемых предприятий неизбежно представление исходных данных в форматах САПР Hexagon (Intergraph).

Компания Бюро ESG обладает набором технологий, позволяющим:

получить «размеченные» интеллектуальные схемы из исходных данных САПР, например Hexagon (Intergraph);
произвести автоматизированную запись файлов интеллектуальных схем (формат SVG) в БД СУИД, например, «Плант-Навигатор» с формированием карточки и заполнением атрибутивных параметров. При этом используются описанные выше механизмы записи документов;
автоматизированно создать в БД СУИД связь с элементами контента схем и структурами (например связь УГО оборудования с его карточкой из справочника). Такая связь формируется, как правило, по уникальному атрибуту, содержащемуся в интеллектуальной схеме и в справочнике. Например, в области создания СУИД технологических установок нефтепереработки таким атрибутом является уникальный тег оборудования, в области же атомной энергетики — уникальный код KKS.

Все перечисленные функции максимально автоматизированы и используют как встроенные модули СУИД «Плант-Навигатор», так и специально разработанные приложения. Рис. 4 иллюстрирует интеллектуальную технологическую P&ID-схему в среде СУИД «Плант-Навигатор». Каждый элемент имеет связь с БД. Для просмотра интеллектуальной схемы применяется ПО PlantViewer, который, кроме просмотра графики, позволяет осуществить переход от элемента интеллектуальной схемы к его карточке с ИД, хранящимися в БД ПО IPS Search. Оба средства, PlantViewer и IPS Search, являются составляющими СУИД «Плант-Навигатор», неоднократно описанной в наших публикациях.

Рис. 4. Связь контента интеллектуальной технологической P&ID-схемы (атмосферная колонна C-101) с информационным объектом БД СУИД «Плант-Навигатор»

Отметим, что подобный механизм перехода от элемента графики к его ИД, хранящимся в БД, реализован и при работе с трехмерными моделями. О моделировании 3D и технологических схем P&ID поговорим в следующем разделе статьи.

Комплексное технологическое моделирование

В этой части статьи поговорим о комплексном технологическом моделировании объекта с непрерывным производством. Основными задачами такого моделирования являются:

3D-моделирование строительных конструкций;
3D-моделирование технологической части;
Моделирование технологических схем P&ID;
Создание электронного генплана установки.

При выполнении задач 3D-моделирования строительных конструкций (здания и сооружения) при условии сдачи Заказчику итогового результата в Intergraph Smart 3D нами применяются несколько комплексных технологий.

Процесс моделирования строительных конструкций с учетом различных технологий иллюстрирует рис. 5.

Рис. 5. Моделирование строительных конструкций

Применение каждого из подходов обусловлено сложностью и масштабностью объекта, наличием необходимого количества лицензий ПО и обученных специалистов. Исходными данными для этих подходов являются облака точек, полученные в процессе лазерного сканирования.

Общим для всех рассматриваемых вариантов является процесс фрагментирования исходных облаков точек и подготовка их с применением ПО Leica Cyclone.

Основной процесс моделирования отличен для каждого из вариантов.

Первый вариант включает применение специализированной для моделирования строительных конструкций среды Tekla Stuctures. На практике — это самый производительный метод. Результат моделирования попадает в Smart 3D через обменный формат .STP.

Второй вариант является расширением первого. Он дает возможность дополнительно задействовать в процессах специалистов, работающих в ПО Autodesk Revit. При работе по этому варианту требуется выполнение некоторых правил моделирования и отдельный этап доработки результатов моделирования в ПО Tekla Stuctures.

Третий вариант предполагает применение для моделирования САПР технологических объектов PlantLinker. Данный вариант предполагает последующий перенос результата моделирования в среду Intergraph Smart 3D через разработанные компоненты PlantLinker для Smart 3D.

И наконец, четвертый вариант — моделирование строительных конструкций непосредственно в среде Intergraph Smart 3D. На практике этот подход самый медленный.

Теперь остановимся на моделировании технологической части объекта. Нашими специалистами оно выполняется комплексно и включает в себя моделирование и 3D представления объекта, и технологических схем (P&ID). Оба эти среза информационной модели должны коррелировать между собой по различным признакам, прежде всего по технологическим позициям (тегам) и атрибутивному составу.

Существует два основных подхода при получении 3D-моделей:

моделирование в родной целевой среде с применением технологий доступа к облакам точек Jet Stream — самый производительный вариант.
альтернативный путь доступен благодаря применению отечественной разработки PlantLinker. Подход дает возможность часть работ выполнить в другой, более доступной среде моделирования без ущерба для конечного результата.

Рис. 6 иллюстрирует эти два подхода с входящими этапами.

Рис. 6. Подходы при 3D-моделировании технологической части

И в завершение нашего краткого описания технологий комплексного моделирования остановимся на информационном моделировании технологических схем. Выше мы уже говорили о технологии создания интеллектуальных схем. В этой части материала скажем, что все технологические схемы P&ID нами выполняются в ПО Intergraph Smart P&ID в оптимальной среде для моделирования технологии с учетом определенной Заказчиком целевой среды. Для выполнения работы в общем случае (для создания эксплуатационных моделей) используются данные из многих источников: документация, данные из 3D-модели объекта, фотографии и облака точек. Рис. 7 иллюстрирует технологию моделирования для технологического P&ID среза ИМ.

Рис. 7. Технологическое P&ID моделирование

Информационное моделирование местности

Важной составляющей ИМ предприятия является информационная модель местности — генплан. Он содержит пользовательские представления и ИД, которые невозможно или нецелесообразно представлять в единой ИМ в видах, описанных в статье выше.

ИМ модель Генплан моделируется по следующим разделам:

Топооснова;
ИМ Ситуация;
ИМ Существующий рельеф;
ИМ Геологическое строение;
ИМ Наружные и подземные инженерные сети.

Кратко опишем каждый из них.

Топооснова — основной файл, который получен по данным инженерно-геодезических изысканий и/или исполнительной топосъемки. Является основой для создания составных частей сводной модели.

ИМ Ситуация — 2D, содержит выделенные цветом (слоем) здания, сооружения, покрытия (бетон, газон и пр.), проезды. Присутствует семантика (дополнительные свойства) — параметры здания/сооружения, например инвентарный номер, наименование, площадь застройки, этажность, год постройки и т. п. Также есть гиперссылки на файлы формата PDF (например паспорт здания/сооружения).

ИМ Существующий рельеф — 3D, создается на основе данных топогеодезических изысканий — точек координатной геометрии, характерных линий существующего рельефа (проезды, площадки, канавы, отвалы, обваловка и пр.). Выделяются в отдельные поверхности здания, сооружения, покрытия (бетон, газон и пр.), проезды.

ИМ Геологическое строение — 3D, создается на основе данных инженерно-геологических изысканий. Отображает плановое и высотное положение геологических скважин (выработок) и линий геологических разрезов. Скважины отображаются с помощью точек координатной геометрии, к которым присоединена гиперссылка на исходный файл формата DWG, отображающий геологическую колонку с характеристиками грунтов в текущей скважине (выработке). Линии геологических разрезов создаются по геологическим разрезам исходной документации. К ним также присоединены гиперссылки на файлы формата DWG, содержащие данные о грунтах по выбранному разрезу. Присутствует модель грунтов, созданная на основе геологических колонок и разрезов.

ИМ Наружные и подземные инженерные сети — 3D, отображает наружные подземные инженерные сети. Содержит информацию о свойствах сетей, свойствах вершин и участков. По выбранному участку сети можно вывести продольный профиль.

Моделирование выполняется с применением программного комплекса NanoCAD GeoniCS. При создании ИМ Генплан используются специальные инструменты базовой платформы nanoCAD и модулей программного комплекса GeoniCS: Топоплан, Генплан, Сети. Формат файлов, составляющих ИМ Генплан, — DWG.

Все перечисленные разделы сводятся в единую ИМ Генплан — используется инструмент платформы nanoCAD «Внешняя ссылка».

Рис. 8 иллюстрирует сводную ИМ Генплан.

Рис. 8. Сводная ИМ Генплан

Импортозамещающая схема комплексного технологического моделирования

В предыдущих разделах статьи приведены схемы комплексного технологического информационного моделирования с учетом:

целевых систем, определяемых Заказчиками, которые построены на импортном ПО и пока не переведены на отечественные платформы;
практического опыта проведения работ по информационному моделированию Бюро ESG;
реального состояния и наличия импортозамещающих средств информационного моделирования.

На рис. 9 приведена схема комплексного технологического моделирования, применяемая Бюро ESG. В схеме максимально использованы отечественные программные средства с учетом их реальной эффективности.

Рис. 9. Импортозамещающая схема комплексного технологического проектирования

На этапе моделирования для работы с облаками точек, трехмерного моделирования технологической части, трехмерного моделирования строительных конструкций применяется отечественное ПО PlantLinker. Для создания электронного генплана установки и его просмотра применяется отечественное ПО nanoCAD GeoniCS. Для просмотра моделей технологической части и строительных конструкций используется отечественное ПО PlantViewer 3D. Это средство интегрировано с СУИД «Плант-Навигатор» и обеспечивает связь контента 3D-графики с ИД, содержащимися в БД. Возможен переход из 3D-пространства от его области (например единицы оборудования) к карточке оборудования с параметрами. От карточки с параметрами с использованием результатов тегирования осуществляется переход к документам, интеллектуальным схемам и прочим связанным информационным объектам БД.

Рис. 10 иллюстрирует работу в интегрированном с СУИД «Плант-Навигатор» ПО PlantViewer 3D с результатами информационного моделирования установки переработки нефти.

Рис. 10. Связь контента 3D-модели установки переработки нефти (атмосферная колонна C-101, выделена в PlantViewer 3D) с информационным объектом БД СУИД «Плант-Навигатор» (узел дерева с атрибутами, связанный с другими узлами и ИД в БД СУИД)

На наш взгляд, на сегодня схема, приведенная на рис. 9, иллюстрирует максимальные возможности использования отечественного ПО для информационного моделирования предприятий с непрерывным технологическим циклом. Особой частью этого процесса является работа с технологическими схемами P&ID.

Отметим, что сегодня отсутствует эффективное отечественное средство создания интеллектуальных схем (о них мы писали выше). В связи с этим рис. 9 содержит один компонент — ПО импортного производства SmartPlant P&ID. Создаваемые с его применением интеллектуальные схемы просматриваются средством PlantViewer 2D, интегрированным с СУИД «Плант-Навигатор» (см. рис. 4). Резервным средством создания технологических схем P&ID является отечественное ПО nanoCAD. Отметим, что схемы, созданные с его использованием, не являются интеллектуальными.

Технологии верификации ИД и загрузки их в целевую среду (СУИД)

В завершение нашего описания технологий информационного моделирования кратко остановимся на важных аспектах деятельности — процессах верификации ИД и загрузки их в СУИД для окончательного создания ее контента — ИМ объекта.

Считаем, что нет смысла обосновывать важность верификации ИД при загрузке их в СУИД. Остановимся лишь на технологии, которая в любом случае связана с алгоритмизированными проверками ИД, например значений атрибутов, наличием необходимых связей. Практическая реализация системы верификации при вводе в любую СУИД — набор программных модулей, выполняющих необходимые проверки наличия и формата файлов, значения атрибутов и прочие действия по верификации ИД.

Важным процессом при верификации ИД является проверка атрибутов. Она осуществляются по определенным алгоритмам, учитывающим возможные их значения, алгоритмы формирования атрибутов, их разрядность, формат данных. Важно, что при верификации необходимо учитывать и то, что источники ИД могут быть разнородными. Значение одного и того же атрибута, полученного из разных источников, может являться заведомо верным, но отличаться, например, при использовании различных единиц измерения (KW или KWA, или Ватт, метры или дюймы…). Подсистема верификации должна иметь механизмы указания мастер-источника ИД и приведения разнородных единиц измерения к нему. Модули верификации могут являться как отдельными приложениями, так и составной частью СУИД. Например, СУИД «Плант-Навигатор» имеет как встроенные подсистемы, обеспечивающие верификацию ИД, так и специально созданные программы-плагины.

Отметим, что при проведении верификации часто используются эталонные значения параметров ИД, хранящихся в справочниках СУИД. Такими значениями, например, являются уникальные коды оборудования — теги (нефтепереработка) или KKS (атомная энергетика). Это далеко не единственные эталонные данные справочников. В случае выявления несоответствий у вводимых в СУИД и эталонных значений включаются алгоритмы дальнейшей работы. Повторим, что справочники СУИД должны быть синхронизированы с данными мастер-систем, например ЕСУ НСИ.

Что касается загрузки — в зависимости от представления ИД в ИМ используются специальные подпрограммы-загрузчики СУИД, которые осуществляют загрузку ИД в единую среду. Отметим, что для ряда ИД целесообразно проводить загрузку их в СУИД после проведения верификации, для ряда же — верификация вполне эффективна в процессе загрузки.

Заключение

В довольно сжатой форме мы попытались в нашей статье описать основные технологии информационного моделирования, применяемые компанией Бюро ESG при создании информационных моделей предприятий с непрерывным технологическим циклом.

По состоянию на сегодня востребованы две основных группы технологий, использующих:

большей частью импортное ПО. Это обусловлено целевыми системами Заказчика, его требованиями к используемому ПО и результатам моделирования, например, при работе в сравнительно давно внедренных зарубежных СУИД;
большей частью отечественное ПО, что обусловлено процессами импортозамещения и наличием приведенных в статье отечественных средств и технологий, а именно отечественной САПР для работы со сложными технологическими установками PlantLinker (разработка компании «Плант Линкер»), отечественной СУИД «Плант-Навигатор» (разработка компании Бюро ESG) и интегрированными с ней средством работы с интеллектуальными схемами PlantViewer 2D и средством работы с 3D-моделями PlantViewer 3D (разработки компании «ПлантЛинкер»). Кроме того, для моделирования генплана успешно применяется отечественное ПО nanoCAD GeoniCS производства компании «Нанософт».

На наш взгляд, некоторые средства, их функционал и технологии, необходимые для информационного моделирования, пока не замещены в необходимом объеме. Например, в отечественных СУИД отсутствует подсистема автоматизированного тегирования ИД уровня современных зарубежных программных решений. Другой пример: пока что отсутствует отечественная САПР для полноценной работы с интеллектуальными технологическими P&ID схемами.

Группа компаний САПР-Петербург (Бюро ESG, InterCAD и «ПлантЛинкер») с 2013 года принимает участие в создании СУИД (СУпрИД) крупной нефтяной компании, участвовала в разработке концепции, выборе платформы, пилотном проекте и насыщении контентом эксплуатируемой СУпрИД.

В настоящее время разработано более 30 моделей и технологических схем сложных технологических и промышленных объектов в интересах ПАО «Газпром-нефть», ПАО «Газпром», АО «ОСК» и ряда других предприятий.

Некоторые аспекты, связанные с отдельными средствами информационного моделирования (специализированными САПР, ПО СУИД и прочим), были подробно изложены в других наших публикациях, список которых приведен. Будем рады ответить на все возникшие вопросы.