Отечественный опыт автоматизации проектирования предприятий с непрерывным производственным циклом с использованием технологии Intergraph SmartPlant Enterprise

Александр Тучков
К.т.н., технический директор Бюро ESG
Алексей Рындин
Заместитель директора по внешним связям, Бюро ESG

Некоторые современные тенденции в автоматизации проектирования объектов с непрерывным технологическим циклом

Проектирование предприятий с непрерывным производственным цик­лом — сложный, наукоемкий процесс. Отечественные проектанты обладают огромным научно­техническим, интеллектуальным инженерным потенциалом и опытом. Важным фактором повышения эффективности проектных работ является внедрение инновационных технологий, прежде всего, систем автоматизированного проектирования (САПР), программ — расчетных пакетов, баз данных оборудования, изделий и материалов.

Особенностью проектирования объекта энергетики, нефтегазопереработки, химической промышленности является необходимость участия в процессе большого числа представителей самых разных проектных дисциплин: проектировщиков­технологов, специалистов по проектированию установок, зданий, сооружений, инженерных сетей, вентиляции и т.д. Кроме того, задействованы специалисты по инженерным расчетам в той или иной области. Огромная работа связана с материально­техническим обеспечением (МТО) проектируемого объекта. Количество позиций специфицируемых изделий, оборудования и материалов может насчитывать десятки и сотни тысяч.

Несомненно, при таком наборе определяющих факторов невозможно обойтись использованием «небольшого количества» программных инструментов, позволяющих эффективно обеспечивать как проектирование, так и информационную поддержку прочих стадий жизненного цикла (ЖЦ) объекта с непрерывным производством.

Рис. 1. Общая схема Intergraph® SmartPlant Enterprise

Последнее десятилетие характеризуется следующей тенденцией в области проектирования объектов с непрерывным производственным циклом: для разнородных задач используются «узкоспециализированные» инструменты. Несомненно, такой подход резко повышает эффективность работ по отдельным разделам проекта.

Без объединения результатов проектирования в единую среду, без обмена параметрами (различными инженерными данными) между разработчиками определенных проектных специальностей использование высокоэффективных «специализированных» инструментов может быть сведено на нет. В связи с этим другая тенденция развития современных САПР проявляется в стремлении компаний­производителей к созданию «линеек» из различных программных средств, интегрированных в единую среду. С одной стороны, каждое средство решает «свои» задачи, с другой — работа ведется в единой интегрированной среде и осуществляется необходимая передача параметров между САПР. Такие процессы передачи информации от одной проектной дисциплины к другой при работе «на бумаге» или в САПР, не «объединенных в линейку», фактически являются привычными «выдачей и обменом заданиями».

Остановимся еще на одной тенденции — развитии интеграционных механизмов между средствами от различных производителей. Причины этого очевидны:

• часто в проекте могут принимать участие различные подрядные организации. При этом далеко не всегда работа ведется в продуктах одного производителя. В то же время всегда существует обоснованное стремление объединить результаты проектирования, независимо от того, в каких средствах они получены, в единую информационную модель;
• несмотря на обещания рекламы «универсальных линеек», от которой вряд ли откажется любой производитель, часто существуют задачи, «выпадающие» из списка решаемых предлагаемой «линейкой» САПР. Более того, существует ряд задач, которые, увы, более эффективно и с меньшими затратами могут быть решены средствами стороннего производителя САПР (несмотря на наличие подобных решений в «основной линейке»).

Последняя из множества тенденций развития современных средств, о которой хотелось бы упомянуть, — объединение структурированных и неструктурированных инженерных данных с целью их дальнейшего использования при эксплуатации и модернизации существующих предприятий. Дело в том, что за период жизненного цикла предприятия технологии проектирования, накопления и управления инженерными данными претерпели революционные изменения. Инженерные данные находятся как в электронных, так и в прочих форматах. При этом данные могут быть структурированы (что упрощает процесс управления ими), а могут быть и не структурированы, например содержаться в чертежах на бумаге или в ячейках растрового изображения таблицы — результата сканирования спецификации. В связи с таким положением дел все чаще предпринимаются попытки создания системы управления инженерными данными (СУИД), учитывающей перечисленные факторы.

Технология Intergraph® SmartPlant Enterprise — практическая реализация современных тенденций в автоматизации проектирования объектов с непрерывным технологическим циклом

Одной из самых передовых технологий, позволяющих не только вести проектирование в специализированных средствах, предназначенных для той или иной проектной дисциплины, но и организовать единую среду хранения, обмена инженерными данными и управления ими, является технология Intergraph® SmartPlant Enterprise. Она включает средства и технологии проектирования, управления МТО, мониторинга проектных и строительных работ, управления строительством и прочие наборы всех необходимых инструментов, описание которых выходит за рамки статьи. Это на практике отражает первую из описанных выше тенденций — применение специализированных пакетов для автоматизации работ той или иной проектной дисциплины. Общая схема Intergraph® SmartPlant Enterprise приведена на рис. 1.

Раскрывая на примере Intergraph® SmartPlant Enterprise значение второй тенденции — глубокого интегрированного взаимодействия различных средств, — не будем подробно рассказывать об обмене данными между САПР. Отметим лишь, что этот функционал также отлично реализован. Затрагивая вопросы взаимодействия различных средств проектирования, приведем, на наш взгляд, наиболее передовой пример — технологию SmartPlant P&ID Design Validation.

Средством разработки технологических схем является пакет Intergraph® SmartPlant P&ID. На практике приходится сталкиваться с ситуацией возникновения ошибок в результатах работы в средствах трехмерного проектирования. При этом ошибки связаны с несоответствиями моделей технологическим схемам. Выявить такие ошибки и призвана технология SmartPlant P&ID Desingn Validation. Очень кратко опишем ее:

• на входе SmartPlant P&ID Desingn Validation:

- технологические схемы — результат работы в Intergraph® SmartPlant P&ID,

- изометрические схемы (в файлах форматов IDF и PCF), получаемые из моделей. Подчеркнем, что эти схемы могут быть получены не только из моделей — результатов проектирования в САПР производства компании Intergraph®, но и из моделей, разработанных в пакетах других производителей — PDMS (AVEVA) и Autoplant (Bentley), ряд САПР для проектирования в области ПГС и машиностроения;

• технология проводит анализ соответствия технологических схем изометрическим;
• результаты анализа (данные об ошибках, коллизиях и т.д.) предоставляются пользователям для исправления в соответствующих САПР. Отображение ошибок имеет интуитивное графическое представление (рис. 2).

Рис. 2. Визуализация ошибки (несоответствие модели технологической схеме — неверное расположение элемента F0)

Подчеркнем следующее: возможность работы с изометрическими данными, получаемыми от средств других производителей — PDMS (AVEVA), Autoplant (Bentley) и прочих, с которыми работает технология SmartPlant P&ID Desingn Validation — пример следования третьей тенденции: интеграционного взаимодействия между средствами различных производителей. Другим примером такого взаимодействия, реализованного в Intergraph® SmartPlant Enterprise, может служить технология SmartPlant Interop Publisher, работа которой описывается следующим образом:

• существуют источники данных — САПР, в которых ведутся проектные работы, выдающие данные в различных форматах:

- Intergraph®,

- AVEVA,

- TEKLA,

- MicroStation,

- AutoCAD,

- прочие;

• для всех источников существует единый алгоритм подключения к информационной модели;
• проектирование может вестись на различных платформах, но результат — не только геометрия, но и атрибутика — подключается к единой интеграционной модели (рис. 3). Причем, в зависимости от последующего использования данных, модель может «собираться» в Smart 3D, SmartPlant Review или SmartPlant Fondation.

И наконец, приведем пример четвертой тенденции развития современных средств, выходящих за рамки стадии ЖЦ проектирования, — объединение структурированных и неструктурированных инженерных данных с целью их дальнейшего использования при эксплуатации и модернизации существующих предприятий, создании СУИД и информационного моделирования.

Рис. 3. Результаты проектирования, полученные
при использовании различных платформ в составе единой интеграционной модели Intergraph® Smart 3D

Огромным преимуществом Intergraph® SmartPlant Enterprise является возможность объединения всех средств разработки в единую среду, консолидация и управление инженерными данными на всех стадиях ЖЦ объекта с непрерывным производством. Далее, технология позволяет консолидировать инженерные данные и управлять ими не «с нуля» (начиная со стадии ЖЦ проектирования, когда структурированные инженерные данные «поступают» из САПР), а в том числе и на уже существующем предприятии. Для этого сравнительно недавно разработаны инструменты Intergraph® SmartPlant Fusion и Validation, Transformation and Loading (VTL), позволяющие провести подготовку, проверку, преобразование, в том числе, и неструктурированных инженерных данных и загрузить их в единую среду. При этом каждая проектная позиция (например, единица оборудования) в единой БД имеет связи с технологической схемой, трехмерной моделью, данными о заменах, поставщиках, ремонтах, заказах, результатах лазерного сканирования и т.д. Этот подход иллюстрирует рис. 4.

Рис. 4. Основная концепция СУИД — связь проектной позиции (единицы оборудования) с инженерными данными из различных источников в рамках единой среды

Практические примеры проектирования предприятий с непрерывным технологическим циклом на основе Intergraph® SmartPlant Enterprise

Прежде чем привести некоторые практические примеры внедрения технологии Intergraph® SmartPlant Enterprise на отечественных предприятиях, сделаем важные уточнения:

• о полномасштабном внедрении ВСЕХ элементов говорить преждевременно. Перечисленные ниже примеры описывают успешно внедренные компоненты Intergraph® SmartPlant Enterprise;
• наиболее характерны для отечественных внедрений первые три описанные выше тенденции: использование различных САПР компании Intergraph® с интеграционными механизмами обмена данными как между собой, так и с САПР сторонних производителей;
• в нашей стране в основном успешно автоматизируется стадия ЖЦ проектирования, примеров автоматизации других стадий гораздо меньше;
• пока что ни одно существующее российское предприятие не «может похвастаться» реальным внедрением СУИД в том масштабе, в котором предоставляют средства SmartPlant Enterprise. Несмотря на это, тенденция к объединению структурированных и неструктурированных инженерных данных с целью их дальнейшего использования при эксплуатации и модернизации существующих предприятий прослеживается и, возможно, в ближайшее время мы сможем привести примеры такого процесса.

Разработка технологии проектирования моделей атомных электростанций с использованием программных продуктов компании Intergraph® для ООО «АЭС­Буран»

Описанный проект продолжался год и был завершен летом 2013 года. Целью, стоящей перед компанией «АЭС­Буран», было создание высококвалифицированной экспертной группы, которая в условиях ограниченных ресурсов и сжатых сроков могла бы разрабатывать проектные решения и оказывать инжиниринговые и консультационные услуги в области атомной электроэнергетики на рынке Юго­Восточной Азии. В связи с этим специалисты Бюро ESG взялись отладить технологию проектирования моделей атомных электростанций с использованием программных продуктов компании Intergraph® и обучить персонал заказчика работе в них.

В ходе проекта:

• были внедрены и настроены приложения, входящие в программный комплекс SmartPlant Enterprise;
• 30 сотрудников «АЭС­Буран» прошли обучение для работы с комплексом SmartPlant Enterprise;
• была реализована единая среда автоматизированного проектирования на базе компонентов решения Intergraph® SmartPlant Enterprise, прежде всего SmartPlant 3D (средства трехмерного проектирования) и SmartPlant P&ID (средства проектирования технологических схем);
• была сформирована так называемая модель на стекле, то есть полная модель атомной электростанции, которая вновь и вновь может служить базовым шаблоном для проектирования АЭС и в доработанном виде передаваться заказчикам;
• разработан каталог — отсутствующая база данных элементов, необходимых для построения «модели на стекле».

Основные сложности при реализации проекта были связаны с отсутствием номенклатурной базы данных элементов трубопроводов в программном продукте SmartPlant 3D, необходимых для построения трехмерной модели блока АЭС. Поэтому в сотрудничестве со специалистами Бюро ESG было разработано техническое задание для создания такой базы данных и выпущены практически все каталоги для всех существующих на территории России типов трубопроводов (рис. 5).

Рис. 5. Оборудование и трубопроводы на модели АЭС, созданной для компании «АЭС-Буран»

Генеральный директор ООО «АЭС­Буран» Максим Ельчищев и начальник технологического отдела ООО «АЭС­Буран» Максим Кретов отмечают:

«…Совершенно очевидно, что подобный проект не является уникальным, однако ключевыми моментами, обеспечившими эффективный StartUp, стали:

• исходное формирование проектной команды с чистого листа при изначальной мотивации сотрудников на успех;
• тщательная подготовка процесса производства — формирование регламентов взаимодействия специалистов, формирование базы данных элементов;
• организация квалифицированной и оперативной технической поддержки во время работы над проектом. Она включала как поддержку вендора, так и оперативную поддержку специалистами Бюро ESG;
• гибкая политика вендора, предоставлявшего необходимое количество временных лицензий в дополнение к приобретенным, когда это было необходимо…»

Итоги работы:

• меньше чем за год была создана компетентная проектная группа, способная выпускать проектную документацию в SmartPlant 3D не только для энергетических объектов, но и для нефтехимической отрасли и ряда смежных отраслей;
• за аналогичный срок была создана комплексная модель АЭС (исключая непосредственно ядерный реактор), состоящая из 13 основных зданий и сооружений и семи туннелей (рис. 6). Общее количество объектов составляет 1500 тыс., информационный объем 3D­модели составляе23 576 Мбайт, диапазон диаметров смоделированных труб составил 6­2500 мм;
• персонал компании был обучен проектированию в программном комплексе SmartPlant Enterprise;
• были сформированы регламенты взаимодействия специалистов, а также базы данных элементов.

Рис. 6. Общий вид информационной модели атомного энергоблока, выполненный в SmartPlant 3D

Разработка единой интегрированной среды проектирования объектов атомной энергетики по проекту ЛАЭС­2 «Атомпроект» (ранее «СПб АЭП»)

Многолетнее сотрудничество Бюро ESG и СПбАЭП привело к тому, что в 2006 году, когда перед предприятием встала задача приступить к проектированию ЛАЭС­2, за технологической поддержкой решено было обратиться именно к нам. Необходимо было обеспечить программными продуктами проектный отдел, обучить его специалистов работе с основными продуктами Intergraph®, разработать технологию проектирования, регламенты, инструкции. Фактически, команда специалистов Бюро ESG прошла весь путь от предпроектных работ до выпуска проектной документации плечом к плечу со специалистами «СПбАЭП».

Основная задача проекта — внедрение единой интегрированной среды проектирования объектов атомной энергетики, включающей все задействованные в технологической цепи проектирования САПР, средства автоматизации МТО, средства контроля, просмотра и визуализации компании Intergraph®, интегрированные по технологии Intergraph® (с использованием SmartPlant Foundation).

Основные трудности, возникшие в процессе решения задач проекта:

• широкий спектр автоматизируемых функций и подразделений;
• необходимость четкого описания существующих бизнес­процессов, особенно связанных с обменом проектными данными и заданиями между специальностями, для дальнейшего реинжиниринга с учетом внедряемых технологий и средств;
• необходимость масштабного обучения персонала и значительных затрат на внедрение, которые успешно окупились впоследствии;
• необходимость разработки новых стандартов для внедряемых средств и технологий Intergraph®.

В ходе проекта:

• произведено формальное описание бизнес­процессов и описание «как есть»;
• разработаны технологические схемы (с применением SmartPlant P&ID);
• создана трехмерная модель АЭС (с применением SmartPlant 3D);
• спроектированы электрические сети на предприятии (с применением SmartPlant Electrical);
• создано единое хранилище инженерных данных;
• налажен выпуск проектной документации, соответствующей стандартам;
• разработаны регламенты по использованию и инструкции;
• переведен на русский язык интерфейс и инструкции программ;
• работе в программных продуктах обучены порядка 200 сотрудников «СПб АЭП».

Основными итогами проекта явилось то, что второй блок Ленинградской АЭС (ЛАЭС­2) был полностью спроектирован с помощью линейки программных продуктов Intergraph®. Основные строительные работы закончены. Ввод в эксплуатацию первого энергоблока намечен на 2016 год.

Разработка трехмерной модели по проекту предприятия ОАО «Газпром нефтехим Салават»

ООО «Проектный институт «СГНХП» являлся субподрядчиком крупной японской компании. Одним из основных условий участия в проекте стало выполнение и предоставление модели заказчику в формате SmartPlant 3D. Перед специалистами института стояла задача в самые короткие сроки приобрести, изучить и внедрить систему.
В реализации поставленной задачи самая активная помощь была оказана специалистами компании Бюро ESG.

При проведении проекта были поставлены и выполнены следующие задачи:

• разработка в системе SmartPlant 3D трехмерной модели производства по всем специальностям проектирования, содержащей максимум необходимой информации;
• выявление коллизий;
• получение выходной документации непосредственно из модели;
• создание на базе модели 3D­тренажеров ПЛАС.

В ходе проекта:

• в институте была сформирована группа для внедрения системы, состоящая из шести специалистов разных направлений;
• специалистами Бюро ESG проведено обучение группы внедрения, внутренними силами было обучено около 20 сотрудников института;
• на первом этапе внедрения сотрудники Бюро ESG оказали активную помощь в создании классов для проектирования монтажно­технологической части проекта и вентиляции;
• осуществлен импорт данных из Tekla Structures с постобработкой и преобразованием ASCII кода в код UTF­8;
• отработан процесс импорта трехмерных данных из других моделей SmartPlant 3D и PDMS с использованием технологии Reference 3D;
• отработан процесс обмена моделями в форматах ZVF, VUE, XML между институтом и компанией­заказчиком модели;
• настроены выходные документы марки ТХ и ОВ: монтажные чертежи, заказные спецификации, ведомости трубопроводов, объемы работы, изометрические чертежи.

В итоге проведенных работ:

• система SmartPlant 3D успешно внедрена в институте в сжатые сроки, что позволило поднять проектирование на более высокий уровень и значительно повысить качество проектирования;
• повысилось качество обмена информацией не только между проектными организациями, но и с заказчиком, который получил возможность просматривать трехмерную модель в формате SmartPlant Review уже на этапе проектирования. Это позволило, в свою очередь, своевременно согласовывать и принимать технические решения и тем самым исключить возможные ошибки на этапе строительства объекта.

О.П. Мехова, заместитель директора ООО «Проектный институт «СГНХП» по ИТ, высоко оценила и дала рекомендации компании Бюро ESG: «Благодаря привлечению высококвалифицированных специалистов ООО “Бюро ESG”… нам удалось освоить базовый курс по продуктам SmartPlant P&ID, SmartPlant 3D, SmartPlant Review… Рекомендуем специалистов ООО “Бюро ESG”, как доказавших бесспорную профессиональную компетентность в вопросах обучения программному обеспечению SmartPlant корпорации Intergraph®».

Проектирование для реконструкции и строительства новой установки улавливания неорганизованных выбросов ОАО «Северсталь­проект»

ООО «Северсталь­Проект» является генеральным проектировщиком
ОАО «Северсталь», одной из крупнейших в мире международных вертикально интегрированных сталелитейных и горнодобывающих компаний.

Проект — первый пример внедрения Intergraph® SmartPlant Enterprise
в отрасли черной металлургии в России. Он был реализован в ходе строительства установки улавливания неорганизованных выбросов.

При проведении проекта были поставлены следующие цели:

• подготовить максимально возможное количество специалистов предприятия для работы в системе SmartPlant 3D;
• отработать модель взаимодействия между проектными отделами при использовании различных систем проектирования;
• подготовить и обучить специалистов САПР для сопровождения системы;
• подготовить необходимые каталоги оборудования и материалов для дальнейшей эксплуатации системы;
• получить актуальную модель объекта для дальнейшего использования.

В ходе проекта решалась задача реконструкции, перепроектирования и строительства новой установки улавливания неорганизованных выбросов. Установка газоочистки предназначена для улавливания и очищения пыли, образующейся во время загрузки лома и заливки чугуна. Цель проекта: установить уровень содержания пыли в очищенных отходящих газах на дымовой трубе на уровне не более 10 мг/нм3, что соответствует лучшим мировым практикам.

В ходе проекта:

• в течение одного месяца группа из десяти сотрудников прошла обучение для работы в программных продуктах Intergraph®;
• были «подняты» чертежи существующей модели дымоустановки, изучение которых показало, какие компоненты системы можно реконструировать, а какие требуется заменить;
• с помощью программного продукта SmartPlant 3D в существующую систему дымоулавливания была встроена новая установка газоочистки;
• все наработки заказчика по оборудованию, разработанные в Solid Edge, были благополучно импортированы в SmartPlant 3D;
• проект был реализован в сжатые сроки с одновременным началом строительства.

Итоги работы:

• созданная модель установки дымоулавливателя послужила реальной основой для модернизации системы. В настоящее время заканчивается строительство установки;
• в рамках проекта подготовлены каталоги металлопроката (27 шт.), необходимые классы трубопроводов, включая канализацию и пластиковые трубы (17 шт.), а также полный каталог вентиляции;
• подготовлено более 20 специалистов для работы в системе SmartPlant 3D;
• отработана модель взаимодействия между проектными отделами при использовании различных систем проектирования;
• подготовлены специалисты САПР для сопровождения системы. В отделах появились ключевые специалисты по настройке и знаниям возможностей системы.

В статье приведена лишь часть многочисленных примеров из отечественного опыта автоматизации проектирования объектов с непрерывным производственным циклом с использованием технологий Intergraph® SmartPlant Enrterprise. Компания Бюро ESG всегда готова делиться опытом и подробно освещать тематику. Одним из ближайших мероприятий, посвященных использованию средств Intergraph®, является конференция «САПР­Петербург 2014», которая состоится 29­30 октября в Санкт­Петербурге. Впервые в один из дней конференции, 30 октября, будут проведены пленарное заседание и две секции, полностью посвященные технологиям компании Intergraph®.

САПР и графика 9`2014