Информационная система визуализации 3D-моделей на базе Intergraph SmartPlant Review
Введение
В настоящее время в проектных и проектноконструкторских сферах деятельности многих отраслей отечественной промышленности происходит переход на новые технологии производства работы с использованием систем автоматизированного трехмерного моделирования. Сложившаяся практика показывает, что на отдельно взятом предприятии для автоматизации деятельности различных проектных дисциплин может быть внедрено несколько систем трехмерного моделирования, базирующихся на разных, не интегрированных между собой платформах. При этом хорошо решается задача автоматизации отдельно взятого специалиста, удовлетворительно решается задача взаимодействия специалистов в рамках одной дисциплины и практически не подлежит решению без значительных дополнительных инвестиций задача взаимодействия различных дисциплин.
В таких условиях сложно обеспечить, казалось бы, элементарную потребность в просмотре проекта в целом или его частей, например, лицами, осуществляющими мониторинг проектных работ или проверку технических решений. Особенно критичной эта проблема становится, если над одним проектом работают несколько организаций или одна организация имеет географически распределенную структуру.
В третьем измеренииСпециалисты управления проектной деятельностью «ГазпромнефтьОНПЗ» завершают работу над созданием на предприятии автоматизированной информационной системы визуализации трехмерных моделей проектируемых объектов. Разработки в формате 3D позволят избежать многих трудностей в процессе проектирования сложных технологических установок, значительно сократить время подготовки проектносметной документации и существенно повысить качество проектных услуг.
Главный специалист (справа) Сергей Лозовенко и ведущий специалист Владимир Лебедев из отдела технического сопровождения проектной деятельности Для того чтобы реализовать поставленную Правительством РФ задачу по переходу к 2015 году на выпуск моторных топлив, отвечающих требованиям классов «Евро4» и «Евро5», на нефтеперерабатывающих предприятиях страны, в том числе на Омском НПЗ, стремительными темпами ведутся реконструкция, техническое перевооружение и строительство новых, современных установок, которые должны быть возведены в рекордно короткие сроки. «В связи со сжатыми сроками реализации проектов, на Омском НПЗ внедрена схема параллельного проектирования, поставки оборудования и строительства, — рассказывает начальник заводского управления проектной деятельностью (УПД) Евгений Барановский. — Такая схема не позволяет заказчику на этапе разработки рабочей документации проектными организациями увидеть проектные решения комплексно, до завершения всех строительномонтажных работ на объекте. Кроме того, для выполнения проектноизыскательских работ управлению проектной деятельностью требуется подбирать достойных кандидатов, специализирующихся на различных технологических процессах, что, как правило, приводит к одновременной работе двухтрех проектных организаций на одной площадке строительства. Данные обстоятельства потребовали поиска новых подходов на этапе осуществления проектной деятельности на Омском НПЗ. Поэтому в 2010 году Омский НПЗ вышел с предложением в дирекцию по нефтепереработке «Газпром нефти» и получил одобрение по созданию на предприятии автоматизированной информационной системы по размещению, хранению и работе с 3Dмоделями, выполняемыми проектными организациями». «Дело в том, что в процессе проектирования возникает много коллизий, наложений, ошибок, — вступает в разговор Сергей Капленко, начальник отдела сопровождения проектносметной документации. — Представьте, к примеру, что две проектные организации работают над проектами двух разных технологических объектов, которые будут находиться на одном планшете предприятия и будут связаны друг с другом технологическими потоками. Когда проектирование еще не закончено, а стройка уже ведется, в процессе строительства выясняется, что трубопровод одного объекта пересекается с какимито конструкциями другого. Переделки подобного рода на этапе строительства (в металле и бетоне) ведут к значительным финансовым убыткам и срыву сроков ввода объекта в эксплуатацию. Новая система работы с трехмерными изображениями позволяет сразу увидеть эти ошибки и устранить (минимизировать) их уже на этапе создания проекта. Можно открыть проект одного института, “подгрузить” второй проект и увидеть, как всё это будет выглядеть на самом деле. Огромным плюсом также является существенное сокращение сроков выпуска проектносметной документации. Выполнение монтажноизометрических схем и подсчет необходимого количества отводов, переходов, задвижек и т.д. — это большая и очень трудоемкая работа, которую в нашем случае машина выполняет автоматически в считаные часы с достаточной детализацией, исключая ошибки, относящиеся к так называемому человеческому фактору. Новая система также позволяет, выбрав на экране компьютера любой фрагмент чертежа, к примеру трубопровод, и нажав одну кнопку, увидеть весь набор информации: номер трубопровода, температуру, давление, состав металла и пр. До получения проектной документации уже можно увидеть те решения, которые закладывает проектировщик в своей работе, и сделать вывод, соответствуют ли они заводским требованиям.
То, что специалисты проектных организаций раньше делали на бумаге, сейчас они моделируют на компьютере в трехмерном виде. В процессе создания проекта над ним в режиме реального времени одновременно могут работать сразу несколько отделов: строительный отдел прорабатывает строительные детали; монтажники — трубопроводную обвязку, размещение опор эстакад, ориентирование арматуры; технологи — установку оборудования. При этом нет необходимости сводить всё это на бумаге, так как любые изменения видны в онлайнрежиме специалистам всех отделов проектного института, работающим над проектом, и все ошибки устраняются еще до появления бумажной документации, а заказчик может в офлайнрежиме контролировать работу института. Необходимое программное обеспечение для создания новой системы визуализации трехмерных моделей нам поставила компания CSoft Бюро ESG. Она выиграла тендер, который был проведен на Омском нефтезаводе в прошлом году. Специалистами CSoft Бюро ESG были учтены все технические требования “ГазпромнефтьОНПЗ” и особенности взаимодействия с проектными институтами для работы с макетами в 3Dформате. Создание автоматизированной информационной системы визуализации трехмерных моделей строящихся объектов ведется специалистами УПД вместе со специалистами управления заказчика ИТАТ. Результатом этой объемной работы стал пилотный проект в 3Dформате строящегося комплекса гидроочистки моторных топлив. На очереди — установка короткоцикловой адсорбции водорода (КЦА), которую планируется построить уже в этом году».
«Настройка системы завершена, — подводит итог Евгений Барановский. — На примере текущих проектов сформированы четкие требования к разрабатываемым 3Dмоделям, которые позволят выполнить тонкую настройку работы внутри проектных организаций и обеспечить функциональность далеко не простого бизнеспроцесса как на территории Омского НПЗ, так и вне его. Все эти требования включены в специально прописанный регламент, который будет прикладываться как стандарт Омского НПЗ к контрактам при выполнении их проектными организациями. Планируется, что в дальнейшем 3Dмодель объекта перейдет к строителям, которые, в свою очередь, смогут связать ее с планированием в программе Primavera (Project Management) для организации строительства объекта. После ввода объекта в эксплуатацию ЗDмодель будет передана в производство, поскольку на ее основе можно осуществлять обучение будущих работников объекта, и в проектноконструкторское бюро для разработки проектносметной документации, касающейся замены морально устаревшего оборудования и капитальных ремонтов. Ольга Шалаева |
Для решения этих и ряда других задач на рынке ИТ предлагаются системы управления инженерными данными: SmartPlant Foundation корпорации Intergraph, Windchill корпорации PTC, «Лоцман PLM» и TDMS отечественной разработки и др. Концепция хранения и отображения данных в большинстве таких систем базируется на представлении проектируемого объекта в виде иерархического дерева, что само по себе является трудоемкой и нетривиальной задачей.
Далее на примере успешно внедренной в ОАО «ГазпромнефтьОНПЗ» системы визуализации трехмерных моделей (далее — ИС View 3D) рассматривается упрощенный вариант решения задачи мониторинга проекта и проверки проектных решений. Особенностью проектов ОАО «ГазпромнефтьОНПЗ» является участие в одном проекте нескольких проектных организаций, то есть работы осуществляются в условиях географически распределенной среды.
Концептуально структура данных в ИС View 3D базируется на ссылках, связывающих 3Dмодель с соответствующей плоской 2Dдокументацией. ИС View 3D, по сравнению с системами управления инженерными данными, требует в разы меньше времени на внедрение и инвестиций, более мобильна, проста в использовании и, что особенно ценно, поддерживает большинство форматов приложений, применяемых в настоящее время в отечественных проектных и проектноконструкторских сферах деятельности.
Описание ИС View 3D
Информационная система визуализации трехмерных моделей предназначена для динамической визуализации и анализа сложных информационно насыщенных трехмерных моделей проектируемых объектов, созданных в различных системах автоматизированного проектирования, с возможностью добавления графических и текстовых комментариев.
Рис. 1. Структурная схема ИС View 3D, реализованная в ОАО «Газпромнефть-ОНПЗ»
Областью применения ИС View 3D является процесс управления проектной деятельностью в организациях, в том числе имеющих сложную географически распределенную структуру. Система может использоваться в следующих процессах и процедурах, являющихся составными частями основного процесса проектирования:
- мониторинг исполнения проектной организацией (несколькими организациями, филиалами, удаленными подразделениями) работ по проектированию объекта строительства с целью проверки технических решений, позволяющий выявлять ошибки и коллизии на ранних стадиях проектирования;
- приемка проекта в целом по завершении проектных работ;
- отслеживание планов работ на стадии строительства объекта с целью их корректировки;
- предварительная симуляция монтажных работ с целью выявления коллизий и оптимизации работ.
На рис. 1 представлена структурная схема ИС View 3D, реализованная в ОАО «ГазпромнефтьОНПЗ».
Как видно из рис. 1, комплекс технических средств ИС View 3D состоит из файлового сервера, автоматизированных рабочих мест (АРМ) пользователей и АРМ администратора системы. Пользователями ИС View 3D являются проектировщики, нормоконтролеры и руководители проектных работ. В случае если в проекте участвуют несколько проектных организаций, для работы с удаленными субъектами — участниками процесса проектирования необходимо установить FTPсервер для размещения на нем файлов 3Dмодели и проектносметной документации (ПСД) по мере их готовности в процессе выполнения договорных работ. Администратор системы, используя АРМ администратора, периодически выполняет определенные работы, связанные с корректным перемещением 3Dмодели и 2Dдокументации с FTPсервера на файловый сервер ИС View 3D, где располагается файловая структура системы (далее — хранилище).
Основными функциями ИС View 3D являются:
- совместный доступ к 3Dмодели и удаленный коллективный просмотр;
- визуализация стадий строительства;
- генерация эскизов проекций 3Dмодели на плоскость;
- фотореалистичный рендеринг и создание презентационных материалов;
- аннотирование проектных документов.
В таблице приведен перечень основных форматов 3Dмоделей, поддерживаемых ИС View 3D, а также соответствующих им приложений, расширений графических файлов и файлов атрибутов. Для корректной работы системы все эти форматы с помощью специального механизма преобразуются в формат VUE (кроме форматов MDB и MDB2).
Перечень основных форматов 3D-моделей, поддерживаемых ИС View 3D
Формат |
Приложение |
Расширение графического файла |
Расширение файла атрибутов |
Intergraph PDS |
Intergraph PDS 3D |
DRI, DGN, PRP |
DRV |
Intergraph SVF |
Intergraph SmartPlant 3D |
SVF, VUE |
XML |
Aveva RVM, RVS |
Aveva PDMS |
RVM, RVS |
ATT, DRV |
Autodesk DWG |
Autodesk AutoCAD/ Architecture / Civil 3D |
DWG, DXF |
|
COADE |
CADworx |
DWG |
DRV |
Microstation V7, V8 |
Bentley PlantSpace / TriForma Microstation V8 , MicroStation (SE&J) V7 |
DGN |
DRV |
DWG |
Autodesk Revit Architecture / MEP / Structure |
DWG |
|
Mechanical SAT |
SolidWorks, Inventor, Solid Edge, Pro/E |
SAT |
|
XMpLant |
XMpLant ISO 15926 |
XML |
DRV |
CIS/2 |
CIS/2 (StruCAD, Tekla Structures, ProSteel и др.) |
STP |
DRV |
Мониторинг проектных работ
В процессе выполнения договорных работ периодически, по мере готовности определенной части проекта — 3Dмодели и соответствующей ей ПСД, проектная организация размещает файлы на FTPсервер. При этом 3Dмодель и 2Dдокументация располагаются в разных разделах FTPсервера: файлы 3Dмодели структурируются по объектам строительства, технологическим узлам и сборкам и узлам оборудования, файлы ПСД — по разделам проекта.
Рис. 2. Процесс согласования проектных решений с использованием ИС View 3D
Администратор ИС View 3D периодически переносит данные с сервера FTP на файловый сервер в хранилище системы. При этом если осуществлена настройка автоматической обработки данных FTPсервера, то по запросу администратора модуль SmartPlant Review Publisher ИС View 3D проверяет области FTPсервера, где находятся данные проекта, на наличие файлов форматов, отличных от форматов VUE (а также MDB и MDB2). Если такие файлы есть, то SmartPlant Review Publisher преобразует эти файлы в формат VUE. Затем SmartPlant Review Publisher переносит все файлы проекта в хранилище системы — на файловый сервер. В случае если администратор ИС View 3D не применил автоматическую настройку, он может выполнить перенос данных в хранилище в ручном режиме. После этого пользователи могут визуализировать данные проекта с помощью АРМ пользователя.
ИС View 3D позволяет осуществлять мониторинг проекта в процессе выполнения проектной организацией договорных работ, например проверку проектных решений на соответствие техническому заданию (ТЗ).
На рис. 2 приведена диаграмма процесса согласования частей проекта, появляющихся в хранилище по мере их готовности. При этом согласующее лицо (или группа лиц) с помощью модуля SmartPlant Review рассматривает вновь переданную проектантом 3Dмодель и ПСД. Если обнаружены несоответствия проектных решений исходному ТЗ проекта, то согласующее лицо с помощью модуля SmartPlant Markup Plus добавляет к 3Dмодели или ПСД свои комментарии и замечания. После этого файлы с комментариями и замечаниями передаются проектанту на доработку и внесение изменений (например, размещаются в специальном разделе на FTPсервере).
Такой подход позволяет выявлять ошибки и коллизии на ранних стадиях проектирования, что может значительно сократить время проектирования, уменьшить количество рекламаций на стадии строительства и повысить качество как самих проектных работ, так и результата работ — 3Dмодели и ПСД.
Рис. 3. Симуляция строительства (а); обнаружение коллизии (б)
Мониторинг процесса строительства
На стадии строительства спроектированного объекта ИС View 3D позволяет осуществлять симуляцию строительных работ. В случае применения на предприятии информационной системы планирования (например, MS Project или Primavera) возможен импорт графика работ в систему с указанием предполагаемых сроков использования временных объектов и механизмов, сроков монтажа основных объектов с привязкой к объектам трехмерной модели. При этом с помощью модуля SmartPlant Review Construction Module ИС View 3D можно получать срезы 3Dмодели на определенный момент времени (например, на текущий момент) с автоматическим определением уже построенных объектов, объектов, находящихся в процессе строительства, и объектов, строительство которых еще не началось. При рассмотрении таких срезов, например, на диспетчерских совещаниях возможна оперативная корректировка планов строительных работ. Также возможна симуляция монтажных работ, при помощи которой производятся автоматический поиск и обнаружение не устраненных на стадии проектирования коллизий.
Рис. 4. 3D-модель (а); эскиз проекции 3D-модели на плоскость (б)
На рис. 3а представлен пример симуляции строительных работ, где зеленым цветом отображены построенные объекты, синими линиями — объекты в процессе строительства, серым — объекты, строительство которых еще не началось. На рис. 3б показана коллизия, выявленная в процессе симуляции монтажа бака, при этом конфликтующие конструкции автоматически окрасились в яркие (зеленый и голубой) цвета.
На рис. 4а приведен пример 3Dмодели объекта, а на рис. 4б — эскиз проекции этого объекта на плоскость.
Ожидаемые техникоэкономические показатели
На первый взгляд использование ИС View 3D не дает очевидного экономического эффекта. Тем не менее практика показывает, что применение системы может привести к значительному экономическому эффекту. Как уже упоминалось, мониторинг проекта с помощью ИС View 3D как на стадии проектирования, так и на стадии строительства позволяет своевременно выявлять ошибки, коллизии и прочие несоответствия проекта, а значит, своевременно устранять их. Это в конечном счете может привести к значительному сокращению сроков как проектирования, так и строительства за счет уменьшения рекламаций, а следовательно, вынужденных переделок. Также мониторинг проекта с помощью системы значительно повышает прозрачность проектных работ, результатом чего является повышение качества принимаемых управленческих решений, которые всегда направлены на получение максимального экономического эффекта.
