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

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

В предыдущем номере была опубликована первая часть статьи группы авторов компании Бюро ESG о системах управления инженерными данными (СУИД). В ней мы постарались обобщить наш опыт и сложившееся понимание проблем, стоящих при разработке и внедрении СУИД. В представленной здесь второй части мы, как и анонсировали в предыдущем номере, расскажем о реальном отечественном решении, разработанном Бюро ESG, — СУИД «Плант­Навигатор».

Практический опыт создания импортозамещающей СУИД

Компания Бюро ESG реализовала импортозамещающую СУИД «Плант­Навигатор» с учетом как перечисленных ранее особенностей текущей ситуации, так и требований к функционалу системы. В основу СУИД «Плант­Навигатор» легли:

• изученный мировой опыт внедрения СУИД;
• опыт нашей компании по разработке и внедрению СУИД;
• надежные программные средства, зарекомендовавшие себя на отечественных предприятиях, — отечественная СУБД Postgres Pro и PLM­система IPS Search. Последняя используется в качестве ядра, кастомизированного специалистами Бюро ESG для решения задач управления инженерными данными (ИД) на предприятиях с непрерывным производственно­технологическим циклом;
• разработки отечественной компании PlantLinker, входящей вместе с компаниями Бюро ESG и InterCAD в ГК «САПР­Петербург»:
  • программный комплекс (ПК) PlantLinker, реализующий:
    • загрузку в единую среду СУИД 3D­моделей, технологических схем из различных источников — разнородных САПР, применяемых при проектировании объектов с непрерывным производством,
    • корректировку информационной модели в части, касающейся изменений, внесенных с использованием технологии PlantLinker (3D­моделей);
  • ПК PlantViewer, реализующий визуализацию 3D­моделей, схем, изометрических чертежей с набором сервисных функций (переход от графики к параметрам элемента модели в БД, к документации, измерения, сечения плоскостями и пр.).

Основные компоненты СУИД «Плант­Навигатор» иллюстрированы рис. 1.

Ниже мы не будем останавливаться на описании возможностей СУБД. Ограничимся описаниями прикладного уровня работы ядра СУИД на основе IPS Search, технологии PlantLinker — средств загрузки, просмотра и корректировки информационной модели (ИМ).

Модули и подсистемы СУИД «Плант­Навигатор» полностью соответствуют рис. 1 в общем виде.

Рис. 1. Основные компоненты «Плант-Навигатор»

На рис. 2 изображен основной функционал описываемой СУИД в привязке к ядру системы — ПО IPS Search.

Рис. 2. Функционал СУИД «Плант-Навигатор» в привязке к ядру — ПО IPS Search

Потоки данных СУИД «Плант­Навигатор»

В первой части материала мы уже говорили о том, что ИД могут поступать в СУИД из различных источников. Предваряя описание конкретных средств и технологий, использующихся в «Плант­Навигаторе» для загрузки, трансформации, верификации ИД их поиска, отображения, и, наконец, корректировки, рассмотрим потоки данных, с которыми работает наша СУИД. Их иллюстрирует рис. 3.

На рисунке изображены основные входящие (левая часть рисунка) и исходящие потоки (правая часть). Сделаем три важных замечания:

• в правой части рисунка приведены компоненты подсистемы визуализации СУИД «Плант­Навигатор» для отображения 3D­моделей, интеллектуальных схем, документов генплана и 2D­документов. Подсистема визуализации включает как средства, входящие в состав ядра СУИД (встроенную в ПО IPS Search программу просмотра), так и средства разработки Бюро ESG. На рисунке не акцентировано внимание на отображении части ИД: параметров технических устройств, оборудования, систем, которые отображаются через клиентский интерфейс ядра, — ПО IPS Search (с использованием «толстого» и web­клиентов). Такое отображение реализовано в полях электронных карточек документов, объектов, оборудования, в табличном виде, в результатах запросов к БД, в отчетах;
• ИД через пользовательский интерфейс ПО IPS Search визуализируются как в древовидных иерархических структурах (интерфейс подобен Проводнику Windows, знаком пользователям TDM­, PDM­, PLM­систем), так и в графах, генерируемых на основе паутинных связей. Пример подобного графа проиллюстрирован рис. 4. Подробно же о визуализации 3D­моделей и интеллектуальных схем поговорим в отдельном разделе статьи («Визуализация 3D­моделей и интеллектуальных схем»);
• одним из входящих потоков может являться поток документов ТДО (технический документооборот) — при реализации ТДО как подсистемы СУИД в единой среде IPS Search.

СУИД «Плант­Навигатор» развивается, и в настоящее время Бюро ESG работает над созданием новых инструментов работы с прочими ИД и их потоками, не изображенными на рис. 3.

Рис. 3. Потоки данных СУИД «Плант-Навигатор»

Рис. 4. Пример отображения ИД и связей элементов структуры нефтеперерабатывающей установки с использованием паутинных связей через пользовательский интерфейс IPS Search

Различные технологии работы с входящими потоками ИД при их загрузке в СУИД

Рассмотрим вопросы загрузки ИД из различных источников. В системе «Плант­Навигатор», на наш взгляд, максимально применена унификация процессов загрузки (где это возможно). Существуют следующие основные группы инструментария, позволяющего загружать ИД в СУИД:

• механизмы загрузки ИД из структурированных/табличных форматов. В свою очередь, эти средства делятся на:
  • встроенные в ядро СУИД — ПО IPS Seаrch инструменты загрузки, позволяющие ассоциировать значения структурированных полей с типами информационных объектов, их атрибутами, структурами и связями. К средствам загрузки этой группы можно также отнести стандартные инструменты загрузки документов. Такие инструменты успешно применяются для решения задач низкой и средней сложности по импорту ИД в СУИД или внесению единичных документов и ИД оборудования,
  • дополнительные программы­плагины разработки Бюро ESG, выполняющиеся на сервере приложений, а в некоторых случаях — и на клиенте СУИД. Средства успешно решают задачи высокой сложности, когда необходима большая степень алгоритмизации. Иногда части процесса загрузки не алгоритмизуются, передаваясь для принятия решения администратору загрузки, а затем вновь для автоматизированной обработки по тому или иному алгоритму;
• средства загрузки ИД из результатов работы САПР, которые можно разделить на следующие группы:
  • механизмы загрузки САПР для проектирования оборудования (машиностроительных CAD­систем) — интерфейсы практически со всеми CAD­системами (2D и 3D). Для СУИД данные средства, как правило, пока не имеют высокого приоритета. Средства реализованы в ПО IPS Search в виде дополнительных модулей,
  • механизмы загрузки результатов работы в САПР «как есть», применимые для сравнительно несложных САПР промышленной отрасли. Представляет интерес, если результат работы САПР может содержаться в одном файле и не может быть преобразован в универсальный формат или степень структурирования данных невысока. В последнем случае результат работы в САПР — контейнер­документ и небольшой объем структурированных данных, который может быть извлечен из контента и связан с ИД из других источников (пример — поля углового штампа чертежа). Механизмы загрузки этой группы реализованы в ядре СУИД — ПО IPS Search,
  • механизмы загрузки результатов работы в так называемых тяжелых САПР промышленного строительства. В качестве таких средств в СУИД «Плант­Навигатор» используется технология и программные средства PlantLinker производства отечественной компании PlantLinker, входящей совместно с компаниями Бюро ESG и InterCAD в ГК «САПР­Петербург».

Загрузка ИД в БД СУИД из различных САПР­источников

В первой части нашей статьи мы акцентировали внимание на том, что для размещения в СУИД ИД уникальных форматов, поступающих от разных источников, удобнее было бы привести их к универсальному формату. Подчеркивалась практическая польза не только прямого преобразования ИД в единый универсальный формат, но и выгоды от обратного преобразования ИД в исходные форматы для корректировки ИМ в оригинальных САПР. В СУИД «Плант­Навигатор» реализован именно такой подход. В ней максимально используются как современные мировые и отечественные тенденции к использованию универсальных форматов от САПР­источников ИД, так и разработки компании Бюро ESG:

• «Плант­Навигатор» работает с IFC­форматом — универсальным для 3D­моделей стандартом «де­факто», выдаваемым как зарубежными, так и отечественными САПР;
• «Плант­Навигатор» использует собственную технологию PlantLinker, позволяющую преобразовать форматы САПР­источников в структурированный стандартный XML, который используется в нашей СУИД для:
  • верификации ИД от САПР­источников,
  • загрузки ИД от САПР­источников,
  • просмотра моделей,
  • корректировки моделей:
    • собственным средством редактирования,
    • исходными САПР (с предварительным обратным преобразованием к их исходному формату).

Применение универсального ХML для решения перечисленных задач освещено в следующих разделах. Здесь же заметим, что XML является открытым форматом. Это позволяет расширить его использование как в рамках СУИД, так и за ними, чего нельзя сказать о большинстве подобных отечественных и зарубежных разработок наших коллег, применяющих закрытые, «универсальные» лишь в рамках собственного ПО форматы.

Основные шаги использования технологии PlantLinker для загрузки ИД:

1. Преобразование ИД, поступающих от различных САПР (S3D, Tekla, Autodesk Revit, AVEVA PDMS и AVEVA E3D) в структурированный XML и стандартный формат IFC.
2. Загрузка ИД в СУИД (после верификации).

Отметим также, что для ряда САПР­источников ИД в «Плант­Навигаторе» пока не используется преобразование их в универсальный формат. Загрузка результатов работы из таких САПР в СУИД ведется в оригинальных форматах.

Рис. 5 иллюстрирует различные САПР — источники ИД, форматы загрузки ИД в «Плант­Навигатор», в том числе с применением технологии и ПО PlantLinker.

Рис. 5. САПР — источники ИД и форматы ИД, загружаемые в СУИД «Плант-Навигатор»

Публикация и верификация при загрузке данных из различных источников

Не вызывает сомнения то, что публикуемые в СУИД ИД должны быть верифицированы. В «Плант­Навигаторе» применяются несколько инструментов верификации в зависимости от источника ИД, требований к их составу. Существуют следующие группы функционала верификации:

• встроенный функционал ядра СУИД — ПО IPS Search. Как правило, этот инструментарий применяется для сравнительно несложных проверок структурированных форматов при загрузке в СУИД, например, атрибутивных параметров. Этот функционал позволяет проверить заполнение обязательных полей, их формат и провести подобные «по сложности» проверки;
• разработанные Бюро ESG программы, работающие на сервере приложений ПО ядра СУИД, а иногда и на клиенте. Функционал этой группы реализует более сложные алгоритмы проверок и чаще, как и инструментарий предыдущей группы, используется в процессе загрузки ИД из структурированных форматов и при загрузке документации. В этой группе функционала учитывается невозможность полностью алгоритмизировать верификацию — на некоторых этапах ответственному за загрузку пользователю/администратору предлагается самостоятельно принять решение. Например, при загрузке перечней оборудования позиции, в которых выявлены ошибки, группируются в отдельный раздел БД для последующего принятия решения по исправлению ошибок человеком. Добавим, что подобные модули разрабатывались Бюро ESG как для работы в среде СУИД, так и в виде отдельных приложений, которые могут использовать поставщики ИД, не подключенные к СУИД;
• верификационный стенд. Это наиболее сложное и универсальное решение. Подход, кроме объединения предыдущих двух механизмов, учитывает наличие «эталонных» записей для тех или иных ИД, в некой мастер­системе. Примером такой системы, для части ИД является единая система управления нормативно­справочной информацией (ЕСУ НСИ). Для других ИД мастер­источники могут быть иными. В процессе верификации идет сравнение верифицируемых данных с данными мастер­источников. Схема работы СУИД при верификации и публикации ИД приведена на рис. 6.

Рис. 6. Схема работы СУИД при верификации и публикации ИД с использованием верификационного стенда

Корректировка ИМ

Освещая вопрос загрузки данных, мы уже говорили о применении в СУИД «Плант­Навигатор» технологии PlantLinker, позволяющей загружать данные от различных САПР в форматах IFC и XML после преобразования программами­адаптерами. Заметим, что одним из таких САПР является сам ПК PlantLinker. В этом случае адаптер не используется (результат работы получается сразу в необходимом для загрузки в СУИД формате).

Рис. 7. Корректировка ИМ, полученных из источников — разнородных САПР

Рис. 7 иллюстрирует не только загрузку, но и корректировку ИМ. Перечислим основные способы проведения корректировки:

• корректировка может проводиться с использованием САПР PlantLinker. В этом случае часть информационной модели выгружается в универсальном формате, редактируется и загружается вновь в БД СУИД. Такое применение может быть организовано не только в проектных организациях, поставляющих модели, но и непосредственно на предприятии, например силами ПКО/ПКБ;
• корректировка ИД/ИМ в исходных форматах с применением обратного преобразования. Ранее нами отмечалась необходимость обратного преобразования универсального формата в форматы исходных САПР в целях сохранения инвестиций. Кроме того, невозможно мгновенно перейти на отечественное ПО, часть проектов уже ведется с использованием импортных САПР. Функционал обратного преобразования ИД полезен и при ведении международных проектов. По этим причинам технология PlantLinker позволяет передать ИД/части ИМ для корректировки в исходные САПР;
• корректировка ИД/частей ИМ без прямого и обратного преобразований, когда для ряда САПР ИД/части ИМ и записываются в БД СУИД, и корректируются в исходных форматах.

Визуализация 3D­моделей и интеллектуальных схем

Для визуализации трехмерных моделей и интеллектуальных схем применяются средства разработки компании PlantLinker — ПК PlantViewer 3D, PlantViewer 2D и PmViewer (см. рис. 3). Не сомневаемся, что из названий первых двух средств понятно их назначение. ПО PmViewer, с одной стороны, по своему функциональному назначению дублирует ПО PlantViewer 3D, с другой стороны, технологии, на которых построены эти средства, различны. Это расширяет диапазон возможностей работы по визуализации 3D­моделей.

Так, источником моделей для ПО PlantViewer 3D является универсальный формат IFC, получаемый, в свою очередь, из большинства САПР — источников ИД (см. рис. 7). Причем, в IFC можно получить данные не только с использованием технологии PlantLinker — подавляющее большинство САПР, в том числе и отечественных, имеют свои механизмы преобразования собственных форматов в IFC. Несколько портящим картину применения этого формата является порой «небыстрое» отображение больших 3D­моделей крупных технологических объектов, например установок переработки нефти. Такие IFC­модели могут довольно долго загружаться в ПО для просмотра, а отклик программы­просмотрщика на действия пользователя заметно отстает от инициализации той или иной функции (вращения модели, перемещения ее в пространстве). В связи с этим в ПО PlantViewer используются специальные технологии, позволяющие практически устранить этот недостаток. К таким технологиям относятся преобразование IFC «на лету» в более легкий бинарный формат, технология применения серверов просмотра 3D­моделей (обработка видео осуществляется на расширенных аппаратных ресурсах сервера с последующей трансляцией на клиентское рабочее место).

Источником для визуализации 3D­моделей в ПО PmViewer является универсальный структурированный XML­формат, получаемый из САПР­источников при использовании ПО адаптеров — технологии PlantLinker (см. рис. 7). Такой подход позволяет оптимизировать просмотр 3D­моделей. Важно и то, что ХML применяется при загрузке, верификации и корректировке ИД от САПР­источников (см. рис. 5­7). Подчеркнем также и то, что обе технологии визуализации (PlantViewer 3D и PmViewer) сегодня не исключают друг друга, а скорее, эффективно дополняют, применяясь с учетом того или иного источника ИМ.

Приведем некоторые функции ПО для визуализации, реализованные для работы в СУИД:

• «Связь элемента 3D­модели или интеллектуальной схемы с объектами СУИД». Приведем пример: в иерархической или паутинной структуре, визуализированной через интерфейс пользователя СУИД, существует некая единица оборудования. Эта же единица оборудования присутствует в P&ID­схеме, просматриваемой PlantViewer 2D, и в трехмерной модели, загружаемой в PlantViewer 3D. Существующие связи позволяют осуществить прямой и обратный переход:
  • от графического изображения оборудования в схеме к СУИД и обратно,
  • от графического представления оборудования в 3D­модели и обратно;
• «Просмотр ИД и документов, связанных с данной единицей оборудования»;
• «Выделение групп оборудования, элементов систем/трубопроводов в моделях, схемах и БД с последующим выполнением перечисленного выше функционала»;
• в PlantViewer 3D:
  • загрузка моделей большого объема,
  • работа через WEB,
  • измерение расстояний, углов,
  • масштабирование,
  • сечение плоскостями,
  • «подсветка», «затенение», «прозрачность» элементов модели в том числе по внешним событиям,
  • работа с облаками точек и сравнение моделей с облаками точек,
  • сравнение версий моделей.

Рис. 8 иллюстрирует визуализацию 3D­моделей, интеллектуальных схем и связи их элементов с элементами иерархии СУИД и ИД на примере атмосферной колонны технологической установки НПЗ.

Рис. 8. Визуализация 3D-моделей, интеллектуальных схем и связи их элементов с элементами иерархии БД СУИД

Работа с ИД, содержащимися в документах в единой среде СУИД

Выше уже подчеркивалось, что наиболее удобным подходом является рассмотрение ТДО как подсистемы СУИД, поскольку технические документы являются источником ИД (либо структурированных, либо нет). Описанный подход позволяет строить связи между ИД документов и других источников и управлять ИД в единой среде. Именно такой подход реализован в СУИД «Плант­Навигатор», в состав которой входит подсистема технического архива и документооборота, включающая следующие контуры:

• эксплуатационных документов:
  • вновь разрабатываемых и архива,
  • группируемых для обеспечения плановых простоев,
  • документов по надежности (контур интегрирован с системой Meridium);
• документов, разрабатываемых в ПКО/ПКБ предприятий;
• импортируемых в СУИД документов:
  • импортированных из файловых хранилищ,
  • импортированных из исторических источников (снятых с эксплуатации информационных систем,
  • импортированных из системы документооборота капстроя, поступающих от подрядчиков;
• контур обеспечения работы с документами на бумаге.

Отметим следующее:

• перечисленный функционал не является полным, а создан лишь исходя из стоящих практических задач. При возникновении необходимости создания новых контуров для прочих типов документов они разрабатываются в среде ядра СУИД — ПО IPS Search;
• если же тот или иной поток документов из перечисленных выше уже автоматизирован (используется другое ПО электронного архива и документооборота), средства интеграции СУИД «Плант­Навигатор» позволяют включить уже эксплуатируемую и созданную на другой платформе систему ТДО в единую среду СУПРИД. Такой подход решает важную задачу сохранения инвестиций.

Интеграционные возможности СУИД

СУИД «Плант­Навигатор» имеет широкий набор средств интеграции со смежными системами — источниками и потребителями ИД. Существуют реализованные интерфейсы и технологии, о части из которых мы уже говорили ранее:

• загрузка­выгрузка ИД из/в файлы структурированных форматов (XLS, ХML) с использованием визуальных средств — программ­мастеров настройки правил загрузки/выгрузки, встроенных в ядро — ПО IPS Search;
• та же самая группа технологий/интерфейсов, разработанная отдельно, вне ядра системы, например верификационные стенды;
• интерфейсы и технологии работы с САПР:
  • машиностроительными CAD­системами,
  • САПР в области промышленного строительства;
• интерфейс с ЕСУ НСИ на базе «1C»;
• интерфейс с внешней системой электронной почты;
• интерфейс с системой надежности (ПО Meridium);
• интерфейсы и технологии переноса данных из СУИД на платформе Intergraph PPM (Hexagon PPM);
• программный интерфейс с корпоративной системой обеспечения логирования событий (система информационной безопасности ArcSight).

Большинство перечисленных интеграционных решений реализовано при проведении проектов по решению задач ПАО «Газпром нефть». Отметим, что ядро СУИД имеет развитый API­интерфейс с полным описанием и примерами, на основе которого специалисты Бюро ESG по мере возникновения новых задач постоянно пополняют приведенный выше список.

Сервисный функционал СУИД

В этом разделе кратко перечислим функционал СУИД «Плант­Навигатор», позволяющий повысить эффективность управления ИД:

• многочисленные программы­мастера, позволяющие без программирования производить настройку системы даже в процессе эксплуатации, — редактор атрибутов, связей, типов объектов и другие средства;
• средства поиска: редактор — визуальный конструктор запросов и выборок, средства группировки и сортировки;
• встроенный редактор отчетов;
• встроенное средство календарного ресурсного планирования работ по управлению ИД с построением диаграммы Ганта, связанной с ИД и процессами в СУИД;
• встроенный графический редактор процессов;
• средства кастомизации интерфейса для пользователя в зависимости от его роли;
• специальное средство WEB Portal для организации работы в единой информационной среде территориально­распределенных подразделений и предприятий компании.

Перспективы развития СУИД

СУИД «Плант­Навигатор» вобрала в себя многолетний опыт компании Бюро ESG, базирующийся на передовых мировых практиках информационного моделирования и управления ИД, с учетом реалий ситуации и импортозамещения. Система постоянно развивается. Ближайшими перспективами являются:

• переход на операционные системы из реестра Минкомсвязи РФ;
• расширение списка программных интерфейсов и технологий работы отечественных САПР;
• расширение списка технологий и программных средств, направленных на сохранение инвестиций в импортные средства разработки и управления ИД при «прямом» и «обратном» преобразовании ИД в универсальные/исходные форматы.

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