Технологическое проектирование

Применение интегрированных решений Bentley Systems на базе графического ядра AutoCAD для проектирования промышленных объектов

Борис Шумкин

Создание принципиальной технологической схемы

Создание трехмерной модели объекта. Параллельные работы

Анализ модели

Создание проектно-конструкторской документации

В прошлом номере (см. статью «Bentley и Rebis — работаем вместе» в журнале «САПР и графика» № 12’2002) рассказывалось о полном приобретении компанией Bentley Systems, Inc. компании Rebis. Вследствие этого в арсенале Bentley Systems появилось решение для проектирования промышленных объектов на базе широко распространенного графического редактора AutoCAD. Наряду с комплексной системой проектирования на базе MicroStation (см. «САПР и графика» № 4’2002), полностью адаптированной к требованиям стандартов и условиям проектирования в России, компания «КАД Хауз БАйС» предлагает решение Bentley AutoPLANT для AutoCAD. Учитывая, что для специалистов, занимающихся проектированием и реконструкцией объектов энергетики, нефтегазовой, нефтеперерабатывающей, химической, пищевой отраслей промышленности, наиболее интересно решение для проектирования промышленных объектов, поэтому остановимся более подробно на этом этапе разработки.

Основным назначением семейства программного обеспечения Bentley AutoPLANT является автоматизация проектирования и выпуск документации — принципиальных схем технологических процессов, чертежей расположения оборудования и трубопроводной обвязки, ведомостей материалов и спецификаций, расчетов прочности и жесткости трубопроводов.

Специализированные модули Bentley AutoPLANT обеспечивают следующие функциональные возможности технологии:

• выполнение чертежных работ любой сложности с использованием возможностей графического ядра (AutoCAD);
• разработка принципиальных технологических схем, схем КИП и автоматизации технологических процессов (AutoPLANT PIW);
• размещение оборудования и несущих конструкций трубопроводов на основе параметрической базы данных изделий и материалов. Использование ассоциативных конструкций площадок, лестниц (AutoPLANT Equipment);
• проектирование трубопроводов, систем вентиляции, разводка трасс КИПиА, кабельных каналов на основе спецификации и базы данных проекта. Подбор и добавление изоляции к элементам трубопровода (AutoPLANT 3D Piping);
• проверка на некорректные пересечения трубопроводов, конструкций, других разделов проекта. Автоматическое обнаружение коллизий (Explorer/ID);
• проведение инженерных расчетов напряжений и деформаций в конструкциях (AutoPIPE, СТАРТ, WinNOZL); расчет и анализ пульсаций, течения жидкостей, газов и смесей в разветвленных трубопроводах (PlantFLOW, PULS);
• автоматическое создание изометрических чертежей по трехмерной модели объекта с полным оформлением, нанесением размеров и размещением ведомости материалов (AutoPLANT ISOGEN Interface);
• генерация по трехмерной модели или разработка двумерных чертежей: планов, разрезов, видов — с оформлением в соответствии с требованиями российских стандартов. Связь чертежей с базой данных проекта;
• автоматическая генерация спецификаций, ведомостей материалов;
• передача данных между модулями без дополнительной конвертации;
• обмен данными с другими программными продуктами в файлах форматов DWG, DXF, PCF, PXF.

Помимо богатых функциональных возможностей в пользу выбора AutoPLANT могут служить следующие аргументы:

• широкое распространение Bentley AutoPLANT в России и во всем мире;
• русскоязычный интерфейс и наличие обширной российской базы данных, прямой интерфейс с популярными расчетными системами. Возможность выбора алгоритмов расчетов по российским (программа «СТАРТ») или иностранным (модуль AutoPIPE) нормам;
• минимальные сроки освоения программного обеспечения, поскольку большинство специалистов уже хорошо знакомы с AutoCAD;
• модульная структура и возможность комплектации полнофункциональных прикладных рабочих мест различной специализации;
• возможность создания комплексной технологии проектирования на базе программных комплексов одного производителя;
• решение AutoPLANT для промышленного проектирования может быть дополнено другим программным обеспечением Bentley Systems: InRoads — проектирование генпланов и инженерных сооружений; ProjectWise — система документооборота и ведения проекта; I/Plot — система вывода на печать чертежей, планов и карт. Комплексная технология Bentley для AutoCAD, построенная на этих программных продуктах, адаптирована к российским нормам проектирования и объединяет все части проекта;
• бесплатный курс обучения в Москве;
• доступная цена программного обеспечения и гибкая система скидок.

При проектировании промышленного объекта, реализующего какой-либо технологический процесс, в общем случае разрабатывается технологическая схема, схема КИПиА, электрические схемы, комплект нормативной документации, комплект рабочих чертежей, спецификаций и изометрических схем трубопроводов. Поэтому его можно разбить на следующие основные этапы:

1. Создание принципиальной технологической схемы. Разработка схем КИПиА и электрических схем.
2. Создание единой трехмерной модели объекта на основе ранее утвержденного генплана с использованием российской базы данных оборудования, трубопроводов и арматуры; выдача заданий на проектирование в параллельном режиме всем смежным отделам — еще до окончательного оформления выходной документации.
3. Анализ модели (расчеты на прочность и проверка совместимости всех частей проекта).
4. Создание проектно-конструкторской документации (чертежи общих видов, сборочные чертежи, монтажные чертежи, технологические схемы, экспликации, спецификации и др.).

Создание принципиальной технологической схемы

Для создания принципиальной технологической схемы применяется модуль Bentley AutoPLANT P&ID (Process & Instrument — «Технологические схемы»), для разработки схем КИПиА и электрических схем — модуль Bentley AutoPLANT Instrumentation & Wiring (КИПиА).

На основании задания на проектирование и исходных данных выбирается оборудование, трубы, арматура и т.д.

Оборудование размещается из ассоциативно связанной библиотеки графических обозначений. Затем оборудование соединяется трубопроводами, на которых размещается необходимая арматура и элементы КИПиА. Штуцеры аппаратов могут быть созданы как в ручном, так и в автоматическом режиме. Следует отметить, что обозначения арматуры и элементов КИПиА содержатся в библиотеке графических обозначений. При этом все элементы схемы функционально связаны, например при установке арматуры на трубопровод происходит его автоматический разрыв.

Каждому элементу технологической схемы присваивается буквенно-цифровая информация (атрибуты), которая в дальнейшем используется для автоматического получения на чертеже экспликации оборудования, трубопроводов и для создания ассоциативной связи схемы с трехмерной моделью объекта проектирования. Для различных элементов схемы задаются разные атрибуты. Например, для труб проставляется номер (имя) потока, тип процесса, Ду (условный диаметр) и Ру (условное давление), изоляция; для задвижек — название, тип привода и номер задвижки на схеме (эта информация служит заданием отделу КИП на выполнение своей части проекта). Можно задать дополнительные параметры. Отображение атрибутивной информации на схеме — настраиваемое. Вся информация о применяемых элементах сохраняется в базе данных проекта.

Созданная технологическая схема проверяется на согласование параметров элементов (технологических линий, установленной в них арматуры и пр.), на согласованность ссылок на другие чертежи проекта и т.д.

По схеме автоматически формируются экспликация оборудования, отчет по арматуре и другие таблицы.

Параллельно с технологической схемой создаются схемы КИПиА, электрические схемы, причем большинство графических документов (схемы соединений) создается в автоматическом режиме. По завершении работ над схемной частью проекта при применении утилит проверок выявляются и устраняются ошибки, создаются необходимые ссылки и документы.

Создание трехмерной модели объекта. Параллельные работы

Моделирование производится с реальными размерами (то есть в масштабе 1:1), что облегчает работу с проектом, в частности способствует его лучшему восприятию. На протяжении всего процесса проектирования используются базы данных трехмерного оборудования, созданные по российским стандартам.

Создание модели объекта (оборудование, обвязка трубопроводами, опоры, металлоконструкции и т.д.) начинается с определения размеров площадки. Оборудование размещается на площадке согласно нормам технологического проектирования и технологической схемы, причем оборудование может либо выбираться из базы стандартных элементов, либо создаваться на основе базы параметрических элементов. Кроме того, имеется возможность создания элементов своего собственного оборудования. Расставленное оборудование используется в качестве исходных данных смежными отделами: для проектирования металлоконструкций, разводки воздуховодов, кабельных сетей и пр.

После размещения оборудования производится обвязка трубопроводами, которые можно строить из отдельных элементов или применять для этого интеллектуальные маршрутные линии. Маршрутные линии преобразуются в модели, состоящие из отводов и труб. При размещении арматуры необходимо выполнить следующие действия: выбрать соответствующий элемент из базы данных и определить его положение относительно трубопровода. Все детали устанавливаются из общей базы данных стандартных элементов в соответствии с их возможными сочетаниями либо в соответствии с принципиальной схемой, то есть с базой данных проекта. Например, при установке ответного фланца прокладка и крепежный комплект выбираются автоматически, на основе базы данных. Важно, что при присоединении элементов друг к другу автоматически выполняется согласование их параметров (тип соединения, размер, давление), что практически исключает возможность появления ошибок при проектировании.

Расстановка опор под трубопроводы также ведется с использованием трехмерной базы данных опор трубопроводов по соответствующим нормативным документам.

Анализ модели

Для проведения поверочных инженерных расчетов (расчет на прочность и устойчивость) по российским стандартам модель объекта передается в программу «СТАРТ» в PCF-формате при помощи встроенных функций импорта/экспорта. Для проведения инженерных расчетов в соответствии с зарубежными стандартами применяются программы AutoPIPE (стандарты API, ASME, AISC, ASCE, UBC, ANSI, WRC, NEMA, DIN, JIS, KHK), а для проведения анализа местных деформаций в местах присоединения — WinNOZL (в соответствии со стандартами WRC Bulletin 107, в том числе с WRC 368 и ASME VIII, Div. 1&2; WRC Bulletin 297, в том числе с WRC 368 и ASME VIII, Div. 1&2; British Standard 5500, приложение G, API 650), экспорт в которые осуществляется либо в PCF- , либо в PXF-форматах. Расчет и анализ пульсаций, течения жидкостей, газов и смесей в разветвленных трубопроводах выполняется в программах PlantFLOW и PULS.

Примечательно, что наличие интерфейса из расчетных программ в CAD-системы и расчетных программ между собой (AutoPIPE, WinNOZL, PlantFLOW) сокращает время разработки и уменьшает количество ошибок. Кроме того, наличие средств редактирования трубопроводов позволяет выполнять проектировочные расчеты, а затем передавать данные для построения модели в CAD-систему.

Анализируя результаты расчета, можно изменить расстановку опор и передать модель (уже с обвязкой трубопроводами) в строительный отдел для расстановки строительных конструкций под технологические опоры, размещение площадок обслуживания, проектирования каркаса здания и т.д.

После выполнения строителями своего раздела модель анализируется на коллизии (пересечение технологических и строительных конструкций) и затем передается в электротехнический отдел для выполнения, например, разводки кабелей для освещения площадок.

Создание проектно-конструкторской документации

Любой этап проектирования заканчивается оформлением проектно-сметной документации. Надо заметить, что технологи могут оформлять документацию после передачи трехмерной модели на дальнейшее проектирование строительному отделу. Причем строители начинают работу над проектом (построение строительной сетки, проектирование опор, площадок обслуживания, каркаса здания) практически одновременно с технологом — после того, как он передаст им требуемую информацию, например размеры технологической площадки.

Таким образом, можно говорить о параллельности проектирования, достигаемой за счет работы разных отделов над одним проектом, причем каждый из них работает над своей частью, получая при этом обширную и достоверную информацию о состоянии проекта в целом.

Технологи оформляют различные виды спецификаций в соответствии с российскими нормативными документами. Форма спецификаций легко настраивается (заказная, спецификации на чертеже и т.д.) и выдается в любом формате, например Microsoft Excel, что позволяет легко редактировать полученную информацию.

Программные продукты Bentley Systems позволяют генерировать сечения, виды, разрезы в автоматическом режиме. Компоновка чертежей производится в заданном пользователем масштабе, в заданном формате (А0, А1 и т.д.), выбранном из библиотеки форматов.

Оформление чертежей производится в соответствии со стандартами ЕСКД и СПДС (автоматизированная расстановка размеров, автоматические высотные привязки, стили линий, штриховки, надписи, выноски и т.д.).

Любые изменения, внесенные в модель (обвязка трубами, изменение положения оборудования), отображаются на чертеже.

Технологическое проектирование на современном этапе развития технологий следует рассматривать как неотъемлемую часть целого комплекса задач, решаемых при создании промышленных объектов, — от полевых работ до получения комплекта выходной документации. Причем для достижения максимальной эффективности проектирования требуется работа технологического отдела со смежными ему отделами в едином проекте (единый формат данных, единая среда проектирования), а также возможность параллельного проектирования, когда ошибки во многих случаях можно избежать либо устранить на этапе их появления. Требования к проектированию с использованием российской базы данных и по российским стандартам можно отнести к обязательным задачам, решаемым современной средой проектирования.

Решения Bentley охватывают весь комплекс проектирования технологических объектов. Программные продукты полностью русифицированы, информационное обеспечение выполнено в соответствии с российскими стандартами.

«САПР и графика» 1'2003