Начинается...

Информационное инженерное моделирование для эффективного управления в электроэнергетике

Информационное инженерное моделирование для эффективного управления в электроэнергетике

До недавнего времени приложения для автоматизации деятельности служб предприятий энергетики по большей части были разобщены в части используемых наборов первичных данных. Это касалось и финансово-экономических подразделений, и инженерно-эксплуатационных. И не только с точки зрения мест физического расположения данных, но и зачастую, что более печально, степени актуальности или просто корреляции тех из них, что по своей природе одинаково важны для всех заинтересованных сторон.

Сегодня появились реальные возможности для консолидации и финансовых, и инженерных данных, влияющих на эффективность управления инфраструктурой энергетики, в едином ядре – информационной инженерной модели предприятия. И, как следствия, обеспечения единства информационной подосновы для принятия технологических, инженерных и управленческих решений. В результате повышается и эффективность, и безопасность эксплуатации объектов электроэнергетики.

Электроэнергетика – одна из базовых отраслей хозяйства страны. Для ее объектов характерны длительный срок жизненного цикла и большие инвестиции в создание инфраструктуры.

Собственнические требования экономики владения индустриальной инфраструктурой – эффективный возврат инвестиций.

А социальная ответственность электроэнергетики заставляет следовать этому экономическому желанию с учетом производственных интересов всех остальных отраслей государственного хозяйства, экономических интересов населения и с соблюдением требований безопасности при эксплуатации объектов электроэнергетики.

Сложные взаимосвязи экономических интересов и общественно-государственных требований выдвигают информационные технологии на первые роли среди инструментов для правильного управления предприятиями электроэнергетики с точки зрения баланса интересов бизнеса и общества.

Информационная инженерная модель как ядро информационной подосновы для управления промышленным объектом

До недавнего времени для набора ИТ-инструментов, помогавших экономически управлять объектами энергетической инфраструктуры и технически эксплуатировать их, были характерны разобщенность. Все эти приложения (системы) использовали зачастую обособленные хранилища данных и информации, формируемые для решения частных задач служб центрального аппарата и служб эксплуатирующих организаций. А эффективность их применения сильно зависела от качества данных, вводимых в ИТ-системы людьми с разным уровнем квалификации и недостаточно контролируемым уровнем ответственности.

Сегодня появились реальные возможности для консолидации данных, влияющих на эффективность управления инфраструктурой предприятия энергетики, в едином ядре – информационной инженерной модели (ИИМ) предприятия.

Информационная модель: решаемые задачи и технологии реализации

Информационная модель (ИМ) – это база данных, в которой консолидируется и интегрируется информация об объекте реального мира. Содержит 3D модели, паспорта объектов, архив документации и другую информацию по объектам в структурированном и взаимосвязанном виде.

Под объектом реального мира понимается промышленное предприятие/гражданское сооружение/город или их часть – отдельное здание, система, оборудование.

Информационная модель является цифровым прототипом объекта, в котором однозначно определен каждый его элемент и обеспечена их логическая взаимосвязь. Именно структура и назначенные взаимосвязи – основные признаки информационной модели.

3D модель промышленного объекта

3D модель промышленного объекта

Возможная классификация типов информационных моделей в зависимости от задач, для решения которых они предназначены, представлена в таблице.

Система управления данными информационной модели – в первую очередь, их актуализацией – вкупе со специализированными приложениями позволяет принимать управленческие, технологические и инженерные решения и помогает их реализовывать самым разным службам объекта электроэнергетики.

А разница по сравнению с решениями для автоматизации прошлого поколения, не использующих информационную модель, заключается в том, что:

  • обеспечиваются гарантии полноты и актуальности информационной подосновы принимаемых решений;
  • принятие решения поддерживается большим набором информационных «срезов» благодаря внедрению модулей аналитики, которым доступным все данные информационной модели;
  • повышается оперативность принятия решений благодаря удобным визуально-графическим интерфейсам для работы с ИТ-инструментами, выстроенными на базе ИМ.

Как создаются информационные модели

При «штатном» режиме формирования промышленной (энергетической в т.ч.) инфраструктуры ИМ создается на этапе проектирования. Естественным инструментарием для создания базы информационной модели сегодня стали системы автоматизированного проектирования (САПР), прошедшие путь от технологий электронного 2D черчения до 3D моделирования и создания информационных моделей [1] и подосновы для управления жизненным циклом объектов (Product Lifecycle Management, PLM).

Создание ИМ уже на стадии проектирования инфраструктурного объекта (не только электроэнергетики, но и предприятия нефтяной промышленности или, даже, угольного разреза) позволяет при анализе качества проекта выявить возможные пространственные и временные коллизии – нестыковки конкретных конструкций и нестыковки, например, логистики и планов строительно-монтажных работ (СМР). Ведь «правильная» ИИМ промышленного объекта содержит информацию о его архитектурно-строительной части (АСЧ), данные о технологическом оборудовании (как на системном уровне, так и в части конкретной инженерной и логистической информации об отдельных элементах), об иных инженерных системах (рис. 1) и «глубже», о логистике, о планах и реалиях СМР и прочем.

Выборка данных о технологическом оборудовании из ИМ объекта

Рис. 1. Выборка данных о технологическом оборудовании из ИМ объекта

Продукт применения современных САПР для проектирования сложного промышленного объекта – это информационная модель, реализованная в виде автоматизированной информационной системы (АИС). Она включает базу данных (БД) с информацией по своей полноте и содержанию отвечающую требованиям, предъявляемым к изыскательской, проектной, конструкторской, технологической и эксплуатационной документации в совокупности. Программные средства этой АИС обеспечивают представление по окончании процесса проектирования рабочей документации объекта в стандартной комплектации и видах на основе содержащейся в БД информации.

Безусловно, для сложных промышленных объектов возможности создания информационной модели, удовлетворяющей техническим и административным регламентам заказчика, обеспечивает не «коробочная» версия САПР или набор «коробочных» САПР и средств автоматизации инженерных расчетов.

Если для примера взять электроэнергетику на основе атомных реакторов, то адаптация, например, платформы SmartPlant Enterprise, реализующей самые современные возможности САПР и PLM, для применения в инновационных проектах энергоблоков АЭС 2006 и ВВЭР-ТОИ – это результата пятилетнего сотрудничества проектных институтов атомной отрасли, компании «НЕОЛАНТ» и корпорации Intergraph.

Многолетний совместный труд:

  • заказчика (госкорпорация «Росатом» в лице ОАО «НИАЭП», ОАО «АЭП» и ПКФ ОАО «Концерн Росэнергоатом»);
  • вендора (корпорация Intergraph);
  • компании «НЕОЛАНТ», эксперты которой консолидируют знания и опыт прикладного программирования и системной интеграции, проектирования в атомной отрасли и конкретных особенностей платформы SmartPlant Enterprise превратили SmartPlant Enterprise в эффективный САПР/PLM-инструментарий для создания ИМ энергоблоков АЭС.

В результате новаторскими проектами атомной отрасли на базе информационного моделирования, выполненных при активном участии «НЕОЛАНТ», стали:

  • Система управления инженерными данными (СУИД) для целей проектирования энергоблоков АЭС на основе информационного моделирования, включающие модули 3D проектирования, разработки функционально-технологических схем, проектирования электротехнической части и КИПиА, проектирования строительной части.
  • Инструментарий для автоматизированного формирования сводной заказной спецификации (СЗС) в проекте ВВЭРТОИ. Основа решения – взаимоувязанная работа информационных систем SmartPlant Enterprise for Owner/Operators и SmartPlant Materials платформы SmartPlant Enterprise, поддержанная подсистемой document Management платформы SmartPlant Foundation.

Уместно заметить, что инновационное внедрение инструментов SmartPlant Enterprise и методологии информационного моделирования в проектных организациях атомной отрасли было бы невозможно без огромного объема «черновой» работы, выполненной «НЕОЛАНТ». Это:

  • наполнение каталогов баз данных по материалам и комплектующим;
  • создание и отраслевое внедрение используемых при 3D конструировании и проектировании каталогов подвесных и подопорных конструкций, централизованной базы данных по арматуре.

Объективная ценность и удобство развивающихся инструментов информационного моделирования, необходимость использования накопленного ИT-опыта проектной организации и уже созданной инфраструктуры, субъективные взгляды на простоту или «дешевизну» тех или иных решений вендоров – все это приводит как правило, на практике, к построению решений для информационного моделирования на основе приложений от разных вендоров.

Когда ОАО «НИАЭП», ОАО «АЭП» и ПКФ ОАО «Концерн Росэнергоатом» задались целью объективного выбора инструментов САПР для своих задач, то «в финал» вышли Dassault Syst èmes и Intergraph, а в анализируемом пуле поставщиков были еще AVEVA, Bentley Systems, Siemens. Проектные организации «Росатома» выбирали ИТ-инструменты класса high end, поддерживающие возможности управление жизненным циклом (ЖЦ) АЭС. Методика сравнительного анализа включала оценку предложений каждого из вендоров по согласованному перечню критериев и сверку их суммарных показателей. По результатам отбора в состав инструментов технологии информационного Multi-D были включены инструменты как Intergraph, так и Dassault Syst èmes. Было сочтено, что Dassault имеет развитый функционал моделирования строительных работ и подготовки соответствующей документации, тогда как программное обеспечение Intergraph хорошо адаптировано для создания инженерного проекта энергоблока АЭС, полевого инжиниринга непосредственно на площадках сооружения АЭС, позволяет использовать при этом достаточно простую ИТ-инфраструктуру [2].

Успешное внедрение информационного моделирования на основе «многовендорного» инструментария осуществляется быстрее при участии системного интегратора в создании единой платформы для проектирования и последующего управления объектом в течение ЖЦ. Компания «НЕОЛАНТ», имеющая многолетний опыт работы с САПР/PLM Intergraph, Dassault Syst èmes, внесла свой вклад в становление технологии Multi-D, выполнив такие интеграционные проекты, как:

  • создание адаптера передачи данных по оборудованию от поставщиков из отраслевого каталога на базе Dassault Enovia в систему управления проектными каталогами Intergraph SmartPlant Reference Data Plus;
  • разработка модуля интеграции Intergraph SmartPlant Foundation со сферическими панорамами – фотореалистичными изображениями объекта, собранными из множества отдельных кадров и позволяющими полностью визуализировать окружающее пространство – угол охвата составляет 360х180 градусов.

Информационная модель может быть создана и для уже построенного и эксплуатируемого объекта. Например, сегодня в атомной отрасли технология «цифрового» реинжиниринга проектов уже эксплуатируемых энергоблоков АЭС и построение их ИМ для нужд эксплуатирующей организации – «Концерна Росэнергоатом» – позволяет повысить эффективность и безопасность работ по их последующему выводу из эксплуатации [3].

Информационная модель как основа удобного интерфейса системы автоматизации PLM

Информационная модель – это источник готовых элементов и связей между ними для построения наглядного реалистичного 3D интерфейса, упрощающему «навигацию» по промышленному объекту на всех стадиях его жизненного цикла. Это открывает еще одну грань достоинств методологии построения информационной инженерной модели объектов капитального строительства – возможность реализации на ее основе удобного реалистичного и потому очень наглядного интерфейса для интерактивного просмотра информации по промышленному объекту (рис. 2).

Просмотр информации по промышленному объекту

Рис. 2. Просмотр информации по промышленному объекту

Это достоинство информационного моделирования используется ведущими вендорами САПР/PLM, предлагающих «коробочные» версии специализированных средств визуализации (СВ) результатов информационного моделирования. В качестве примеров можно привести:

  • SmartPlant Review – инструментарии визуализации для пользователей PLM-системы Intergraph SmartPlant Enterprise;
  • Navisworks – система визуальной интерактивной навигации компании Autodesk;
  • Navigator / ProjectWise Navigator компании Bentley.

Однако информационная модель, как уже говорилось, зачастую создается в рамках кросс-платформенной разработки с использованием «лучших в своем классе» или наиболее удобных для заказчика инструментов для проектирования.

Для работы в этих обстоятельства «НЕОЛАНТ» предлагается кроссплатформенный инструментарий на базе продуктов InterBridge и InterView, разработанных экспертами компании. InterBridge – это программная реализация технологии трансляции графических и семантических 2D/3D данных между различными САПР. Инструмент позволяет формировать итоговую единую проектную цифровую модель объекта средствами той платформы САПР/PLM, которая указана заказчиком.

Программное обеспечение InterView поддерживает интерактивную навигацию по единой цифровой модели объекта, интегрирующей информацию о нем из различных источников и платформ с использованием InterBridge. Одно из расширений InterView позволяет формировать базу задач проекта, импортировать задачи из программ планирования (например, из Primavera), отслеживать состояние их выполнения и показывать на 3D модели состояние хода работ на выбранную дату.

InterBridge и InterView расширяют возможности для создания 3D интерфейсов на основе информационных моделей:

  • во-первых, за счет поддержки многоплатформенных разработок, в которых используются разные САПР;
  • во-вторых, за счет высокой производительности.

Уместно также подчеркнуть такое достоинства связки InterBridge и InterView, как открытость кода, что важно для многих заказчиков.

В интерфейсе для работы с системой управления на основе информационной модели реализуются различные «представления» – 2D/3D модели, сферические панорамы, генплан, технологические схемы, файлы-документы, календарно-сетевые графики. При визуальном указании на графическое изображение объекта предметной области в любом таком представлении интерфейс работы с информационной моделью идентифицирует соответствующий объект предметной области и предоставляет доступ к связанным с ним данным и документам.

Выводы

Автоматизированная система на основе информационной модели для поддержки управления объектом электроэнергетики на разных этапах жизненного цикла объекта поддерживает набор базовых функций для:

  • доступа к проектным документам напрямую из интерфейса модели;
  • быстрого поиска объектов по различным критериям;
  • доступа к паспортным характеристикам любого элемента модели по «клику» мыши;
  • получения спецификаций по выделенным в модели элементам;
  • интерактивной навигации, обеспечивающей обзор модели из любой точки пространства в любом ракурсе;
  • просмотра элементов модели целиком или по проектируемым подсистемам;
  • автоматизации прикладных измерений и расчетов инженерного и экономического характера.

Эта же система на основе информационной модели легко может быть дополнена специализированными инструментами, прикладными сервисами для решения задач при эксплуатации объекта, его модернизации или утилизации.

Принципы информационного моделирования для создания новых энергетических мощностей включают передачу ее на все этапы ЖЦ по правилам эстафеты – с сохранением всего, что накоплено. В динамике жизненного цикла, модель рождается раньше объекта и не исчезает с его утилизацией. После вывода из эксплуатации и возможной утилизации объекта модель в руках эффективного собственника может стать прототипом следующего сооружения и может вновь попасть на первый этап.

Таким образом, информационная модель – это ценный нематериальный актив, имеющий, реальную ценность и, стало быть, стоимость при оценке объекта.

ЛИТЕРАТУРА:

  1. Концепция научно-информационного обеспечения программ и проектов государств-участников СНГ в инновационной сфере / Одобрена решением Экономического Совета Содружества Независимых Государств от 13 марта 2009 г. (http://www.viniti.ru/download/ russian/MKSNTI/conceptfinal.pdf) (http://www2.viniti.ru/index.php?option=com_conten t&task=view&id=293&Itemid=83)
  2. А. Зяблов «Технология Multi-D в проекте «ВВЭР-ТОИ» / (http://www.proatom.ru/modules.ph p?name=News&file=article&sid=4411)
  3. Ф. Апаркин, В. Шапошников «Стимул – эффективность. Практическое использование баз данных вывода из эксплуатации блоков АЭС с применением трехмерного моделирования» / РОСЭНЕРГОАТОМ (РЭА), 2011, №3 с. 27–29.

Скачать статью в формате pdf →