Об опыте построения систем управления инженерными данными для объектов с непрерывным технологическим циклом. Часть I

Алексей Рындин,
заместитель директора Бюро ESG

Александр Тучков,
к.т.н., технический директор Бюро ESG

Игорь Фертман,
председатель Совета директоров ГК «САПР-Петербург»

Алексей Хабаров,
заместитель директора Бюро ESG

Компания Бюро ESG имеет опыт разработки и внедрения систем управления инженерными данными, который мы решили обобщить в нашей публикации. Ввиду довольно большого объема материала он разбит на две части. Первая из них обобщает полученные нами знания и понимание предмета с учетом текущей ситуации. Вторая часть статьи, планируемая к публикации в следующем номере, расскажет о практической реализации специалистами Бюро ESG системы управления инженерными данными «Плант-Навигатор» с учетом вопросов, отраженных в приведенном ниже материале.

Что такое СУИД

Термин СУИД или СУпрИД (система управления инженерными данными) появился сравнительно недавно. Трактование значения этого термина до сих пор может быть самым различным. Часто под СУИД понимается нечто идентичное тому, что обозначается терминами BIM или PLM. Порой же можно услышать и некие производные от упомянутых аббревиатур, например «Промышленный PLM» или «Промышленный BIM». Эти производные, на наш взгляд, вполне идентичны термину «СУИД».

Мы уже неоднократно высказывали наше мнение о единстве и различии терминов «PLM», «BIM» и «СУИД». Кратко напомним его. Итак, сначала о единстве: все три перечисленные технологии обеспечивают информационную поддержку ЖЦ изделия/объекта. Теперь об основном различии. Оно заключается в том, что PLM, BIM и СУИД акцентированы на разные задачи, стоящие в процессе разных этапов ЖЦ изделия/объекта в зависимости от отрасли.

Так, PLM применим в машиностроении, приборостроении и других промышленных отраслях. Основной задачей технологии на протяжении ЖЦ изделия является управление его конфигурациями.

Технология BIM применима в гражданском строительстве. Основной акцент ее использования, несущий наибольший экономический эффект, — максимально точная и максимально ранняя оценка стоимости строительства проектируемого объекта и оптимизация стоимости при реальном строительстве. Риск основных финансовых потерь лежит именно на этом отрезке ЖЦ гражданского объекта.

И наконец, технология СУИД, которой посвящен наш материал, применима для объектов с непрерывным технологическим циклом. К ним относятся предприятия нефтегзоперерабатывающего комплекса, химической промышленности, атомной, тепловой и гидроэнергетики, фармацевтической промышленности, металлургии — те из них, где наибольший риск финансовых потерь и убытков лежит на стадии эксплуатации, например при выходе из строя оборудования.

Для сравнения приведем пример: на стадии ЖЦ эксплуатации жилого здания убытки при выходе из строя освещения в подъезде или оборудования (например, лифта) ничтожны по сравнению с убытками, которые может привести остановка технологического процесса при выходе из строя оборудования нефтеперерабатывающего завода или электростанции.

Изложенное вовсе не означает, что неакцентированные стадии ЖЦ той или иной технологией игнорируются — нет, они так или иначе учтены всюду. Мы подчеркнули основные «акценты».

Какими инженерными данными управляет СУИД

Теперь поговорим об инженерных данных (далее ИД), которыми управляет СУИД. К ним относятся:

• общие данные об объекте (технические характеристики, параметры, геометрические размеры и координаты в единой системе, состав оборудования, его размещение, технологические, электрические схемы, схемы КИПиА…);
• данные о составляющих объекта: системах, трубопроводах, оборудовании — те же, что и общие, перечисленные выше для всего объекта, но для конкретного компонента. Кроме того, ИД в этом случае содержат технические паспорта, технические регламенты, эксплуатационные документы, документы по техническому обслуживанию и ремонту (ТОиР). ИД являются параметры для эксплуатации и проведения ТОиР (например, период обслуживания, период замены для ресурсных элементов), допустимые замены и перечень поставщиков.

Заметим, что параметры эксплуатации и проведения ТОиР пограничны с параметрами системы ТОиР, равно как и сведения о допустимых заменах пограничны со сведениями системы ERP. В этом случае скорее в СУИД можно иметь данные о допустимом коридоре значений технических характеристик оборудования, его установочном месте, габаритах и прочих ИД, по которым из ERP возможен выбор поставщика.

Источники инженерных данных

Прежде чем говорить об источниках ИД, отметим важный фактор, влияющий как на состав самих источников, так и на технологию наполнения СУИД. Дело в том, что ИД можно классифицировать по разным критериям, но сейчас акцентируем внимание лишь на одном — текущем этапе ЖЦ промышленного объекта, для которого создается СУИД.

Она может создаваться для объектов, находящихся на разных стадиях ЖЦ, — проектируемых, строящихся, вводимых в эксплуатацию, эксплуатируемых. Часто в литературе описывается весьма идеализированная картина информационной поддержки ЖЦ объекта — когда ИД, порождаемые на стадии проектирования, уже закладываются в СУИД, а далее пополняются, модернизируются в процессе всего ЖЦ.

На практике же картина в подавляющем большинстве случаев далека от идеальной. Часто СУИД создается для строящихся, уже эксплуатируемых и модернизируемых объектов. В нашей стране есть практика создания некоторых элементов СУИД даже на стадии утилизации. При этом в зависимости от стадии ЖЦ источники ИД и, конечно же, технологии их подготовки и ввода в СУИД разные.

Например, для вновь проектируемого объекта ИД содержатся в результатах работы САПР, для эксплуатируемого — в документации, в том числе и на бумажных носителях, частично — в результатах работы САПР (если таковые применялись при его проектировании).

Для объектов, находящихся на стадиях ЖЦ эксплуатации и модернизации, нередко носителем части ИД является сам объект. В этом случае необходимо применение технологий, позволяющих преобразовать такие ИД в электронный вид. Примером является технология лазерного 3D­сканирования с последующей обработкой облаков точек и вводом результатов — ИД в СУИД.

Практический опыт Бюро ESG основан на реалиях, далеких от упомянутой идеальной картины. Компания владеет технологиями наполнения СУИД не только ИД, поступающими из результатов работы САПР, но и когда СУИД чаще создается, увы, не с первых стадий ЖЦ объекта и приходится работать с самыми различными источниками.

Теперь остановимся на том, какие ИД поступают в СУИД, и укажем основные их источники:

• геометрия и координаты, содержащиеся в 3D­моделях объектов, систем, оборудования, коммуникаций;
• ИД из технологических, электрических, КИПиА­схем — результатов работы в соответствующих САПР;
• ИД, содержащиеся в 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.

Основные модули и подсистемы СУИД

Основные модули и подсистемы СУИД приведены на рис. 1.

Рис. 1. Основные модули и подсистемы

Все ИД от различных источников проходят верификацию и загружаются в единую среду. Для верификации могут использоваться как встроенные инструменты ядра СУИД (как правило, настраиваемые), так и дополнительные программные модули и инструменты, которые, в свою очередь, могут работать как автономно, так и с использованием эталонных данных от мастер­систем. Подобными данными могут являться структуры установок, обозначения проектных позиций (тэги оборудования и технических устройств), коды KKS (для атомной отрасли) и прочие.

После прохождения верификации ИД, их структуры, связи, атрибуты, 3D­модели, интеллектуальные схемы размещаются в единой среде. Подсистемы же поиска и визуализации позволяют быстро найти необходимые ИД. Отметим, что правильный перенос структур, связей и атрибутов ИД позволяет переходить от одного представления результата поиска/визуализации ИД к другим. Кроме того, связи ИД в СУИД, реализованные в виде «паутины», позволяют получить полную информацию, например, об оборудовании.

Так, получив на запрос по тэгу, например насос в БД (структуре установки), можно перейти к его положению в технологической P&ID­схеме, осуществить переход к тому же оборудованию в 3D­модели. Перейдя вновь от 3D­модели к БД, увидеть параметры насоса, перейти к эксплуатационным регламентам, техническому паспорту, связанному оборудованию и системам, их ИД.

В СУИД существует подсистема интеграции со смежными системами — источниками и потребителями информации для организации единой информационной среды предприятия. Подробный разговор о вопросах интеграции со смежными системами — потребителями ИД пойдет несколько позже.

ИД, образующие своей совокупностью информационную модель (ИМ), в СУИД не являются статичными. ИМ в процессе ЖЦ объекта претерпевает изменения. В связи с этим СУИД имеет подсистему актуализации ИД. Более подробно мы поговорим о ней также во второй части статьи — в описании импортозамещающего решения. Сейчас лишь подчеркнем необходимость этой подсистемы. Основными ее задачами являются:

• получение из единой среды ИД, подлежащих актуализации;
• преобразование ИД в форматы, которые способны корректировать средства актуализации;
• загрузка актуализированных ИД в единую среду.

Отметим важную мысль о границах СУИД, упредив вполне законные вопросы читателей. Дело в том, что не стоит пытаться обозначить четкие универсальные границы или зоны ответственности СУИД. Каждый случай для каждого предприятия уникален и определен четырьмя важными группами факторов:

1. Организационными — структурой предприятия и бизнес­процессами.
2. Техническими — функциональными возможностями программных средств — среды построения СУИД.
3. Экономическими — не исключено, что ряд функций, которые способна выполнить единая среда СУИД, выполняется уже внедренными специализированными системами. Проведены инвестиции, которые стоит сохранить. В этом случае организуется межпрограммное взаимодействие СУИД с ранее внедренными системами.
4. Методическими. Приведем лишь один пример. Процесс сдачи в электронный архив проектной организации комплекта документов вовсе не статичен. Комплект проходит определенный процесс согласования, существует его движение между пользователями информационной системы с изменением статусов, проверками и подписанием. Документ движется. Электронный архив проектной организации не статичен также и при внесении изменений. Нет четкой границы между стереотипами хранения и движения. Иногда используется термин «оперативный архив» (а почему не «документооборот»?). Именно по этой причине довольно часто и весьма правомочно используется термин «система электронного архива и документооборота». Аналогично, используя методический подход, для конкретного предприятия стоит четко делить задачи СУИД и, например, ТОиР или других смежных систем.

В этом месте статьи остановимся на границе между системой технического архива и документооборота (далее ТДО) и СУИД в соответствии с методологическими подходами, не просто разработанными, но и внедренными Бюро ESG.

Инженерные данные могут содержаться не только в результатах работы САПР, но и в документах. Причем в документах ИД могут быть представлены:

• в структурированном виде (таблицы, размеченные файлы, интеллектуальные схемы);
• в неструктурированном виде (электронные образы­сканы);
• в документах на бумаге, хранящихся в бумажном архиве;

Управляя документами, мы в любом случае управляем ИД, только немного по­разному:

• если ИД не структурированы, мы управляем ими одновременно всеми, находящимися в контейнере­документе, всем контейнером. К этому случаю можно отнести:
  • управление ИД, содержащимися в электронных документах (атрибутивная часть — поля учетной карточки, информативная часть — файл­контейнер с ИД),
  • управление ИД, содержащимися документах на бумажных носителях (атрибуты электронной карточки и ИД на бумаге). Отметим, что для управления бумажным архивом существуют и отдельные информационные системы;
• если же ИД в документе структурированы, то мы можем управлять еще и контентом документа.

В связи с этим систему управления документами, например систему электронного архива и документооборота полезнее рассматривать не как отдельную сущность, а как подсистему СУИД. При этом важно то, что при таком методологическом подходе контейнеры ИД — документы или размеченные элементы контента документов интегрированы в различной степени с ИД, поступающими в СУИД из других источников, например из 3D­моделей.

Подчеркнем, что говоря о системе электронного архива и документооборота, как о подсистеме СУИД, мы вовсе не исключаем организацию взаимодействия ИД, содержащихся в документах с другими ИД СУИД следующими способами:

• система технического документооборота является отдельным программным модулем СУИД;
• система технического документооборота представляет собой отдельное программное решение, интегрированное с СУИД.

Потребители ИД

Поговорим теперь о потребителях ИД, получаемых из СУИД, на примере служб нефтеперерабатывающего предприятия. Скажем сразу, что те подразделения, о которых пойдет речь, как правило, имеют и свои специализированные системы, поэтому могут получать ИД как непосредственно через клиентское место СУИД, так и через привычный пользовательский интерфейс собственных систем. Иногда же для пользователя смежной системы совершенно не обязательно видеть ИД из СУИД, поскольку его система сама примет ИД, обработает, решая специализированную задачу, и выдаст результат.

В последних двух случаях речь идет об организации интеграционного взаимодействия между СУИД и специализированными системами, например в части предоставления необходимых ИД для решения специализированных задач: обеспечения надежности, ТОиР, закупок… При этом совершенно не важно, кто является конечным потребителем ИД, через интерфейс какой системы имеет доступ к ним пользователь и какие программно­технические решения для получения ИД используются. Главное, что необходимые ИД быстро найдены и предоставлены для дальнейшей работы пользователя или смежной системы.

В процессе эксплуатации основными потребителями ИД являются службы главного механика, главного технолога, главного метролога, начальники установок, подрядные организации (в части ИД по обслуживанию и ремонту), подразделения, ответственные за МТО и закупки, подразделения, ответственные за модернизацию, в том числе проектирование (ПКО/ПКБ).

Кратко остановимся на интеграционном взаимодействии СУИД со смежными системами и приведем некоторые примеры:

• интеграционное взаимодействие с системой надежности в части, касающейся обеспечения ИД;
• интеграционное взаимодействие с системой календарного ресурсного планирования в части, касающейся сбора ИД, их разработки, разработки документов, связанных с процессами эксплуатации и модернизации;
• интеграционное взаимодействие с системой ТОиР в части, касающейся обеспечения ИД для проведения ТОиР;
• интеграционное взаимодействие с корпоративной системой управления нормативно­справочной информацией;
• интеграционное взаимодействие с ERP­системой;
• при наличии внедренных и используемых систем ТДО и управления документами на бумажных носителях:
  • интеграционное взаимодействие с системой ТДО,
  • интеграционное взаимодействие с системой учета документов на бумаге и управления бумажным архивом;
• интеграционное взаимодействие с прочими смежными системами, где при решении специализированных задач используются ИД.

Примеры применения СУИД

Примером эффективного использования СУИД на нефтеперерабатывающем предприятии является решение одной из краеугольных задач эксплуатации — информационного обеспечения плановых простоев.

В процессе планирования, подготовки и проведения плановых простоев на НПЗ сегодня применяются следующие ИД из СУИД:

• информация о размещении технических устройств в пространстве;
• информация для подготовки зоны проведения работ;
• информация для подготовки и перемещения грузоподъемных устройств и механизмов;
• положение технических устройств на технологических, электрических, КИПиА­схемах;
• технические паспорта, эксплуатационная документация, документация по ТОиР (через механизм интерфейсного взаимодействия с системой технического документооборота);
• спецификации оборудования, состава трубопроводов и их параметры — ИД;
• прочая информация об ИД, перечисленных выше, в зависимости от специфики той или иной задачи, решаемой в процессе реализации планового простоя.

Приведем примеры решения других задач. Например, из СУИД быстро получаются данные, необходимые для устранения неисправностей, выявленных при обходах. Информация СУИД используется для инструктажей. Распечатанные из СУИД схемы и документы выдаются на руки перед проведением осмотров. Рассматривается вопрос перспективного применения мобильных устройств для получения ИД непосредственно на объекте, например при нахождении на установке.

Состояние развития СУИД и особенности ситуации

Сотрудниками компании Бюро ESG уже публиковались материалы об успешном опыте использования СУИД на зарубежных предприятиях нефтепереработки. Напомним один из ранее освещенных нами примеров.

Согласно отчету консалтинговой компании Deloitte в отношении австралийской нефтегазовой компании Woodside:

• общие затраты на создание и поддержку системы за 10 лет составили 45 млн долл., экономический эффект превысил 250 млн долл.;
• эффект от ускорения поиска актуальной информации только в 2014 году составил 37 млн долл. — это 86% от общего годового экономического эффекта применения в Woodside системы управления инженерными данными.

График роста выгод при использовании СУИД за 10 лет приведен на рис. 2.

Рис. 2. Рост выгод от использования СУИД нефтегазовой компанией Woodside

Будем откровенны: сегодня в России вряд ли можно говорить о том, что СУИД внедрена и использует 100% своего потенциала на каком­либо предприятии или в компании. В подавляющем большинстве случаев, как правило, успешно внедрены и применяются некоторые из компонентов, приведенных на рис. 1. Например, определенные успехи достигнуты в использовании подсистемы визуализации трехмерных моделей, в создании таких моделей с применением результатов 3D­сканирования. Весьма успешно внедрены подсистемы управления ИД (чаще неструктурированными), содержащимися в документах.

Целостной же картины полного внедрения всех подсистем и модулей СУИД, пожалуй, нет нигде. Будем признательны, если кто­либо сумеет опровергнуть сказанное и рассказать о полном внедрении СУИД. Но не всё так бесперспективно, поскольку существуют компании, где внедрение СУИД продвигается быстро и весьма успешно. В таких организациях уже используется немалая часть потенциала СУИД. Ярким примером такой компании можно назвать ПАО «Газпром нефть», которая запатентовала собственную СУИД. Она охватывает Московский и Омский НПЗ «Газпром нефти», позволяя на 20% сократить временные затраты на выполнение регламентных мероприятий по эксплуатации, ремонту и обслуживанию. Мы уже публиковали статьи, написанные сотрудниками этой компании и Бюро ESG, посвященные как мировому опыту внедрения СУИД, так и внедрению СУИД в «Газпром нефти».

По оценкам специалистов «Газпром нефти», экономический эффект, достигнутый при использовании СУИД в 2020 году, составлял более 700 млн руб./год.
Подчеркнем, что эффект носит дисконтируемый характер, а потому сегодня он выше. К сожалению, на время написания статьи информации о размере экономического эффекта нет. Сегодня для «Газпром нефти» только Бюро ESG провела цифровизацию 11 установок и разработку интеллектуальных технологических схем для 19 установок.

В любом случае, при подавляющем числе внедрений использовались импортные технологии и программное обеспечение, в приобретение и внедрение которых проведены серьезные инвестиции. Основными импортными программными платформами, с использованием которых в той или иной степени внедрены компоненты СУИД на отечественных предприятиях с непрерывным производством, являются ПО Aveva и Intergraph PPM (Hexagon PPM). Такое положение дел определяется тем, что, во­первых, указанные средства наиболее успешно решают задачи создания СУИД в мировой практике, а во­вторых, тем, что САПР указанных производителей являются основными для проектирования объектов рассматриваемых нами отраслей.

ИД, поступающие в СУИД от различных источников, имеют различные форматы, которые так или иначе «понимаются» единой средой и/или преобразуются в универсальные для СУИД.

В разработку ИД промышленных объектов, а далее в их консолидацию и создание СУИД, даже не использующих пока 100% своего потенциала, вложены немалые инвестиции.

Особенности импортозамещения СУИД

Перечисленные факторы должны учитываться для успешного проведения импортозамещения СУИД, в процессе проведения которого должно быть обеспечено:

• выполнение всего функционала (см. рис. 1) с использованием отечественных платформ;
• учет возможности использования универсальных форматов ИД для работы в СУИД;
• сохранение инвестиций, проведенных ранее, на разработку ИД, их консолидацию и создание СУИД путем обеспечения возможности работы с историческими данными разных форматов, как без их преобразования, так и с трансформацией ИД в универсальные форматы без потерь и искажений;
• функционал обратного преобразования ИД из универсальных форматов в исходные, нативные форматы САПР. Это связано с тем, что на проектируемых, строящихся и эксплуатируемых объектах невозможно мгновенно прекратить использование импортных средств. Кроме того, возможность «обратного преобразования» ИД из универсальных форматов в исходные (нативные), в том числе импортные, необходима и полезна для международных проектов.

В этой части материала мы постарались обобщить наш опыт и сложившееся понимание проблем, возникших при разработке и внедрении СУИД. В следующей части, которую планируется опубликовать в ближайшем номере, мы обязательно перейдем в более практическую плоскость и расскажем о реальном отечественном решении, разработанном Бюро ESG — СУИД «Плант­Навигатор».

Список литературы:

1. Рындин А., Тучков А. Системы управления проектными данными в области промышленного и гражданского строительства: наш опыт и понимание // САПР и графика. 2013. № 2.
2. Чиковская И. Внедрение BIM — опыт, сценарии, ошибки, выводы // САПР и графика. 2013. № 8.
3. Тучков А., Рындин А. О путях создания систем управления инженерными данными // САПР и графика. 2014. № 2.
4. Фертман И., Хабаров А. Управление инженерными данными объектов нефтегазопереработки в Австралии. Опыт и технологии // САПР и графика. 2015. № 9.
5. Комаров Р., Смирнов А., Михайлов М., Щукин К., Хабаров А. Реализация информационной модели объекта нефтепереработки на платформе Intergraph // САПР и графика. 2017. № 8.
6. Белевцев А. «Газпром нефть» защитила патентом собственную систему управления инженерными данными // Сайт Национальной ассоциации нефтегазового сервиса https://nangs.org/news/it/gazprom­nefty­zashtitila­patentom­sobstvennuyu­sistemu­upravleniya­inzhenernymi­dannymi
7. «Газпром нефть» оснастила НПЗ собственной системой управления инженерными данными // Сайт CNews. https://www.cnews.ru/news/top/2020­10­28_gazprom_neft_osnastila
8. Патент на изобретение № 2726832. Система управления инженерными данными. ПАО «Газпром нефть». Авторы: A. Задорин, И. Ларионов, О. Ведерников, О. Белявский, В. Зубер, М. Антонов. Дата государственной регистрации в Государственном реестре изобретений Российской Федерации — 15 июля 2020 г.