Выбор методологии проектирования АС

Как известно проектирование автоматизированных систем решается как триединая задача: согласованное проектирование АС с проектом обустройства объект (CAD-системы); проектирование последующей эксплуатации технических средств автоматизированного объекта в части регламентных и ремонтных работ (ЕАМ-системы); проектирование АС с учетом динамических и статических характеристик технологических процессов (SCADA и САЕ-системы).

Зачастую при проектировании объектов обустройства месторождений у инженеров даже на завершающей стадии проекта нет полного представления о создаваемом объекте. Каждый инженер мыслит категориями своего отдела и не видит целостной картины. Исходные данные, передаваемые смежным отделам, содержат много информации полученной в результате расчетов выполненных вручную, из-за чего часто происходят ошибки при вводе и анализе числовой информации, т.к. вмешивается «человеческий фактор».

Поэтому, разработка единой многомерной модели, комплексно учитывающей все части разрабатываемого проекта (генплан, технологические трубопроводы, строительные конструкции, электротехнические эстакады, АС), а также внедрение новых методов автоматизации расчетов и получения проектной документации, является центральной задачей ИСПУ.

На сегодняшний день существует множество различных CAD, CAE, CAPP, CAM, MPM и других систем, использующих в той или иной степени 3D-технологии.

Например, Bentley Autoplant 3D, надстройка над Autocad для решения задач проектирования различных технологических конструкций и систем в трехмерном пространстве с набором различных необходимых функций эффективно решает задачу интеграции проектных решений разработчиков различных разделов проекта. Для моделирования динамики рабочих веществ технологических процессов используются такие популярные продукты, как CFDesign и Flow-3D c функциями математического моделирования процессов гидродинамики и теплообмена в различных течениях жидкостей и газов. Для моделирования динамики автоматического и автоматизированного регулирования используются пакеты Matlab и ПО конвертора автоматных моделей в VISIO в программный код ПЛК. Для выполнения ремонтных и регламентных работ используются ЕАМ-терминалы Infor. С их помощью сотрудники ремонтного подразделения создают заказ-наряды, которые благодаря возможностям инструментальной панели Infor поступают на каждый пользовательский компьютер отдела технического обслуживания.

Рабочий процесс инженера должен выглядеть следующим образом [33]. Из базы данных всех компонентов выбираются необходимые элементы и соединяются вместе; при этом указывается способ соединения. Каждый инженер выполняет свою часть единого проекта, хранящегося централизованно, и при этом может видеть все изменения других частей в режиме реального времени. При этом на любой стадии проектирования есть возможность провести моделирование работы всей системы в целом.

После того, как 3D модель системы закончена и проведены все необходимые виды моделирования, разработчики приступают к получению сборочных чертежей, спецификаций и любых других документов, необходимых для монтажа, сборки по требованиям тех или иных стандартов. При проведении монтажных и пуско-наладочных работ в любой момент можно обратиться к модели и уточнить ту или иную информацию. После сдачи объекта в эксплуатацию, 3D модель (рис. 1.5) будет активно использоваться для ремонтной поддержки функционирования и технологического обслуживания оборудования, в том числе и АС.

При разработке проектных решений специалистами АС в качестве исходных данных используются как цифровые модели рельефа, так и а модели технологических установок и трубопроводов для создания наиболее оптимальных профилей линий верха и низа кабельных конструкций с учетом нормативных требований. В свою очередь полученные профили в совокупности с этими моделями становятся основой заданий для проектирования строительных конструкций эстакады (рис.1.4).

Рис.1.4. Профиль линий кабельных конструкций

При выполнении такой технологии проектирования используют следующий алгоритм выполнения проектов с применением 3D моделирования:

- создание цифровой модели рельефа (ЦМР);

- создание модели технологического оборудования совместно с обвязкой трубопроводных систем с учетом ЦМР;

- создание модели профиля кабельных конструкций с учетом моделей трубопроводов и ЦМР;

- подготовка задания на разработку строительных конструкций;

- выполнение строительных конструкций (опоры эстакады).

- создание модели электротехнической части эстакад (стойки, полки, лотки)

Наиболее трудоемкой и ответственной частью проектирования технологических эстакад является подготовка задания для проектирования строительных конструкций: построение профилей, расчет натурных и проектных отметок земли под строительные конструкции, расчет нагрузок от трубопроводов и электротехнической эстакады.

Для автоматизации выполнения вышеперечисленных задач используются дополнительные инструменты в применяемых программных комплексах (GeoniCS, AutoPLANT, AutoPipe), с помощью которых в автоматическом режиме осуществляется ввод необходимых данных в единую таблицу, удобную для выполнения работ специалистами строительного отдела.

Таким образом, исключается ручной расчет и достигается высокая точность и скорость подготовки данных для проектирования.

Результатом проделанной работы является единая трехмерная модель технологического процесса, включающая все части разрабатываемого проекта. На ее основе генерируются плоские и изометрические чертежи, спецификации.

Созданная комплексная модель информативна, что дает возможность получить ряд необходимых при строительстве и эксплуатации объекта данных (характеристики трубопроводов, арматуры, оборудования) не выборкой из чертежей и спецификаций, а непосредственно из комплексной модели. Достоверность и наглядность так же являются преимуществами комплексной модели. В модели соблюдены натурная и проектная поверхности рельефа, уклоны трубопроводов. Модель содержит строительные конструкции и электротехнические эстакады в реальных габаритных размерах, т.е. учитываются как геометрические, так и пространственные характеристики будущего объекта строительства.

Методология проектирования на основе единой трехмерной модели проектируемого объекта повышает качество выпускаемой проектно-сметной документации, так как позволяет своевременно выявить коллизии и несоответствия в различных частях проекта, получить достоверные виды и спецификации. Визуализация принятых проектных решений, позволяет комплексно оценить конечный результат. Кроме того, уменьшение «человеческого фактора» при выдаче-приеме числовой и графической информации инженерами смежных отделов повышает эффективность труда проектировщика.

В процессе выполнения проектных работ, параллельно с созданием комплексной 3D модели объекта строительства разрабатывается немаловажная часть проекта: план организации строительства. В рамках этого направления выполняются такие виды работ, как:

Рис.1.5. Единая трехмерная модель объекта обустройства

· формирование графика проведения строительно-монтажных работ;

· определение местоположения, сроков возведения и демонтажа временных сооружений и складов;

· определение маршрутов движения крупногабаритной техники (подъемные краны, бульдозеры, грузовые платформы и пр.) для осуществления подвоза необходимого оборудования, материалов и его монтажа на строительной площадке.

Все это определяет, как общую последовательность и длительность строительства, так и возможность параллельного и/или последовательного выполнения тех или иных этапов.

Подобное планирование базируется на представлении большого объема данных в табличной форме и характеризуется наличием большого числа взаимосвязей между различными элементами плана [29].

Чем более детально прорабатывается план, тем больший объем данных и взаимосвязей между различными этапами строительства необходимо учесть. Это ведет к увеличению риска возникновения коллизий по времени выполнения этапов строительства и, как следствие, к увеличению риска неправильной оценки сроков поставки материалов, времени монтажа и пуско-наладки объектов строительства.

Одним из способов повышения надежности планирования календарных этапов строительства является связывание комплексной 3D модели объекта проектирования и календарного графика проведения строительно-монтажных работ (рис 1.6). Такое связывание позволяет реализовывать технологию 4D проектирования. В настоящее время на рынке ПО представлен ряд программных продуктов, позволяющих выполнить такую привязку. Исходными данными, необходимые для реализации идеи 4D моделирования, являются 3D модель, содержащая спецификацию на все её элементы, а также разработанный график производства работ.

Рис. 1.6. Связь 3D модели и графика строительства

На основе 4D модели можно проводить визуальную оценку совместимости проводимых операций над объектами 3D модели: геометрия модели связывается со временем возведения или сноса соответствующих объектов. Это дает возможность проверять, технологичность и сходимость плана строительства. Таким образом, 4D модель проектируемого объекта позволяет выполнять пространственно-временную координацию этапов строительства, оптимизируя процессы планирования строительной площадки и хода производимых на ней работ.

Перспективным направлением может стать использование 4D модели в процессе управления строительством нефтегазовых технологических объектов. Такая технология выполнения проектных работ позволяет непрерывно контролировать отклонения от строительного графика и осуществлять тем самым оперативное управление устранением отклонений.

Таким образом, формируется новый механизм управления всем комплексом работ по обустройству и пуску объектов нефтегазовой отрасли.

Технология 4D проектирования позволяет проводить детальное планирование всех работ, определять необходимое количество человеческих ресурсов и механизмов, назначать движение финансовых средств, формировать наряды бригадам на определенный период (недельно-суточные и т.д.), отслеживать ход выполнения работ, фиксировать изменения в графике работ, оперативно принимать корректирующие и превентивные мероприятия с целью сдачи объекта в срок с минимальными издержками.

Контрольные вопросы

1. Какие задачи решаются при интегрированном управлении проектной деятельностью в НГО?

2. Какие особенности методологии работы с 3D проектной технической документацией?

3. Какие исходные данные необходимы при выполнении проектов обустройства?

4. Что представляет собой комплексная 3D-цифровая модель технологического процесса?

5.Какие методологические особенности закладываются в проект в нотации 4 D?