Информационное моделирование технологических и промышленных установок

Специфика информационного моделирования

Сегодня информационное моделирование востребовано и развивается в различных отраслях промышленности. Например, в машиностроении и судостроении. Также широко распространяется информационное моделирование объектов гражданского строительства — успешно внедряемая технология ТИМ (ранее BIM). Статья посвящена информационному моделированию промышленных и технологических установок, которое имеет ряд специфических особенностей. Они обусловлены, прежде всего, задачами, решаемыми с использованием информационной модели.

Приведем пример: с точки зрения экономики, основные материальные риски в области гражданского строительства возникают на стыке стадий проектирования и строительства. Для исключения или снижения незапланированных затрат необходимо обеспечить максимальное соответствие возведенного объекта капитального строительства исходному проекту.

Акцент использования информационной модели для производственных технологических установок «смещён» в сторону стадии их эксплуатации. Это связано с тем, что максимальные риски и затраты в этой отрасли связаны с остановками непрерывного производства. Такие остановки неизбежны для планового обслуживания оборудования и, увы, иногда происходят незапланированно. Каждый час простоя приводит к финансовым убыткам. Причем в это время входит не только то, что затрачено на устранение причины простоя. «Возвращение» установки в необходимый режим происходит не мгновенно. Поэтому сокращение времени простоев — основная задача, решаемая при использовании информационных моделей объектов производств с непрерывным технологическим циклом.

Существует и другие важные аспекты, определяющие требования к информационному моделированию в описываемой области:

• Длительный срок эксплуатации установок. Это обуславливает выбор средств и технологий моделирования. Этот же фактор определяет необходимость использования открытых форматов инженерных данных, не зависящих от функционирующих в настоящее время программных комплексов (для организации свободного доступа к необходимой информации и сохранения вложений)
• Сложность самих объектов. Это обуславливает необходимость наличия набора средств моделирования, результаты работы в которых объединяются в информационную модель. С этим связаны требования к персоналу, осуществляющему моделирование, опыту и навыкам. Сегодня целесообразнее воспользоваться услугами компании-партнера, имеющего необходимые средства, квалифицированный персонал и опыт информационного моделирования эксплуатируемых установок (модель «как эксплуатируется»)

Основные задачи информационного моделирования

Результатом информационного моделирования является создание комплексной информационной модели (цифрового двойника) установки, что обеспечивает:

• Значительное ускорение принятия решений при аварийных и нештатных ситуациях
• «Мгновенный» доступ к актуальной информации о компонентах установки, включая 3D‑модели, различные схемы и документацию
• Обеспечение актуальной технической информацией при модернизациях и ремонтах установок
• Значительное сокращение времени реализации регулярных и экстренных ремонтов и модернизаций технологических установок
• Минимизация времени простоев, что обеспечивает сокращение финансовых потерь при эксплуатации установок
• Сохранность инвестиций в строительство и модернизацию установок
• Сохранность инвестиций в разработку и актуализацию Информационных Моделей

Комплексная информационная модель (ИМ) установки состоит из следующих компонентов: интеллектуальной трехмерной модели; технологических и электрических схем, схем технологических процессов, изометрических схем трубопроводов, схем КИП; структурированной документации; технических паспортов оборудования, а также цифрового генерального плана территории, на которой расположена установка.

Поясним термин «Интеллектуальность»: подобные модели и схемы тегированы (размечены) таким образом, что каждому их компоненту соответствует связанная с ними запись в базе данных (БД). Например, от трёхмерного изображения насоса, являющегося частью 3D‑модели, возможен переход к записи о нём в БД. И наоборот — от записи в базе, к трёхмерному компоненту (части 3D‑модели). Подобный пример можно привести и для 2D-схемы. Если она интеллектуальная, то возможен переход от графического изображения, например, того же насоса в 2D-схеме, к той же записи о нём в БД и обратно. Добавим, что в БД запись о насосе из приведенных примеров имеет атрибуты и связи с другими элементами базы. Это позволяет проводить поиск и навигацию в едином информационном пространстве в различных представлениях и информационных срезах — графических (3D, 2D) и в самой БД. На рис.1 приведена визуализация части ИМ — интеллектуальная 3D‑модель.

Вся информация ИМ размещается в консолидирующей среде — системе управления инженерными данными (СУИД). Исходные сведения для ИМ поступают туда из разнородных источников. Представление и визуализация информации в зависимости от тех или иных инженерных данных (ИД) может быть разной.

Данные в СУИД размещаются в структуре документов (DBS), функциональной структуре (FBS) и в физической структуре объекта (PBS). Кроме того, перечисленные структуры могут быть связаны со структурой работ (WBS), построенной либо во внешней системе календарного ресурсного планирования, либо в специальном модуле управления работами системы.

Отметим, что в СУИД следует организовать целостность данных и связи между ними. Это производится через индивидуальное тегирование компонентов технологических установок, чтобы их можно было находить в различных структурах, файлах, а также интеллектуальных трёхмерных моделях и схемах. В итоге получается цифровой двойник объекта, все данные о нём объединяются в одном месте, а доступ к самой свежей информации предоставляется как можно оперативнее. Основной подход к реализации связей между разнородными данными в информационной модели приведен на рис. 2.

Если все связи, приведенные на рисунке 2, созданы, СУИД предоставляет возможность перехода по таким связям. Это позволяет осуществлять быстрый доступ к необходимой информации — инженерным данным (ИД), через различные представления (3D‑модели, 2D-схемы, атрибуты БД, справочники, документы и другие). При этом «Точкой входа» в ИМ может являться узел любой из структур, например, структуры объекта (PBS) c дальнейшим переходом по связям к узлам других структур, например, к 3D‑моделям, документам, хранящимся в DBS.

Некоторые примеры визуализации связей между различными представлениями и ИД в ИМ в реальной СУИД приведены на рис.3 и 4.

Вопросы сохранности инвестиций

Отдельно остановимся на вопросах сохранности инвестиций.

При проведении модернизации установок остро востребована актуальная информация об объекте. Хранилищем такой информации является ИМ, которая не просто существует вместе с реальным активом, но и постоянно актуализируется. Для этого СУИД имеет весь необходимый функционал. Процессы и регламенты предприятия должны обеспечивать непрерывную актуализацию ИМ. Сегодня отсутствие актуальной рабочей, исполнительной документации, например, часто ведет к дополнительным затратам, неизбежным при модернизациях производств.

Важным аспектом, который учитывается при построении ИМ, является длительный срок эксплуатации производственных технологических установок. В связи с этим, все данные в СУИД должны храниться в так называемых «открытых форматах». Это позволяет не только передавать ИД в смежные системы, но и обрабатывать и использовать их в новых системах. Такое использование ведет к сохранению инвестиций, вложенных в ИМ, и позволяет:

• Исключить затраты на организацию передачи ИД в другие системы
• Исключить затраты на повторное инвестирование создания ИМ в новых системах — использовать данные не только «как есть», но и после внесения корректировок в открытые данные доступными средствами

Мы считаем, что наиболее популярные форматы сегодня — это IFC (для моделей строительных и технологических конструкций) и STEP (для моделей оборудования).

Для схем мы рекомендуем применять открытый формат SVG, но допускаем и формат PDF. Взаимодействие с интеллектуальными схемами в PDF может наделить этой характеристикой любой документ данного формата. Кроме того, СУИД позволяет обрабатывать все типы файлов, получившие в России статус «неофициального стандарта».

Об опыте Бюро ESG

При разработке ИМ в Бюро ESG используется программное обеспечение, зарегистрированное в Реестре Российского ПО и реестре ПО стран ЕАЭС: продукты компании «ПлантЛинкер», а также IPS Search, nanoCAD и nanoCAD GeoniCS. Используются в том числе зарубежные продукты из линейки Intergraph, Aveva, Tekla Structures, Autodesk и платформа SmartPlant Foundation.

Созданием комплексных ИМ для многокомпонентных технологических и промышленных установок компания занимается более 12 лет. Она сотрудничала с такими передовыми промышленниками России, как «Газпром-Нефть», «Газпром», «ОСК», «Росатом», Министерство Здравоохранения и др.

Специалисты компании создали актуальные модели для почти 40 объектов нефтепереработки. Для создания электронного генплана была задействована nanoCAD GeoniCS (всего 13 установок). Более 20 установок были смоделированы в САПР Smart 3D, и столько же строительных конструкций в САПР Tekla Structures. Также широко использовалось ПО Smart P&ID — для моделирования технологических схем и схем процессов на 30 установках, и PlantLinker, которое применялось на 12 установках, что с уверенностью позволяет предоставлять консультации по применению отечественного продукта.

Запросить консультацию

Отдельно выделим инструменты САПР Autodesk Revit, которые были задействованы при разработки моделей трёх установок. Если говорить о конкретных примерах, то они применялись в проектировании 4 объектов судостроения, 5 медицинских учреждений, 4 станций Метрополитена, а также 2 газоизмерительных и 1 компрессорной станций, принадлежащих «Газпрому».

Наконец, приведем описание информационной модели одной комбинированной установки по производству ароматических углеводородов, находящейся сейчас на стадии эксплуатации.

Площадь объекта составляет 15 га, на которых расположились 45 зданий различного типа. Количество уникального и стандартного оборудования достигает 590 шт. Всего на территории комплекса расположено около 3 690 технологических трубопроводов и 2130 предметов электрооборудования, а также примерно 10 630 приборов и устройств КИП и ровно 163 экземпляра грузоподъемного оборудования и вентиляционных систем.

Заключение

Информационное моделирование технологических и производственных установок является современным ИТ-направлением. Его основное назначение — привнесение положительного экономического эффекта в процесс эксплуатации производств с непрерывным технологическим циклом.

Использование информационных моделей дает положительный экономический эффект. Например, по данным ТАСС, в первый год эксплуатации СУИД удалось сократить время простоев на заводах «Газпром нефти» на 20%.

Ввиду специфики задач информационного моделирования, в большинстве случаев целесообразно выполнять его не силами ИТ-подразделений предприятия. Выгоднее определить надежного исполнителя — специализирующуюся на этой деятельности организацию.

Подходы к созданию ИМ технологических и производственных установок, применяемые Бюро ESG, и реальный опыт, кратко описанный в статье, позволяют рассматривать исполнителем работ по информационному моделированию данную компанию.

Список литературы

1. A. Тучков. Искусство информационного моделирования // Нефть газ. Новации. 3, 2025
2. А. Тучков, А. Рындин. Цифровая производственная инфраструктура судостроительного предприятия // Корабел 4 (72) 2025
3. А. Тучков, А. Сладковский, А. Рындин, И. Чиковская, Д. Голованов Принципы разработки импортозамещающих САПР PlantLinker и СУИД «Плант-Навигатор» на основе опыта создания информационных моделей технологических и промышленных установок // «САПР и графика». 2024 г. № 11
4. А. Тучков, А. Хабаров, М. Дементьева, И. Ваганов.
   «Опыт создания информационных моделей сложных технологических установок в интересах нефтегазовых холдингов», «Нефть. Газ. Новации» 4, 2024 г
5. А. Тучков.«Открытые и закрытые форматы данных в САПР, СОД, СУИД/СУпрИД», «САПР и Графика», март 2024 г
6. А. Сладковский.«PlantLinker — автономная российская промышленная САПР», «САПР и Графика», май 2024 г
7. А. Рындин, А. Тучков, А. Хабаров, И. Фертман. Об опыте построения систем управления инженерными данными для объектов с непрерывным технологическим циклом // САПР и графика. 2022 г. № 6
8. Сайт ТАСС. «Газпром нефть» запускает собственную цифровую систему управления инженерными данными // https://tass.ru/ekonomika/9827419 Редакция сайта ТАСС 27 октября 2020 г
9. Р. Комаров, А. Смирнов, М. Михайлов, К. Щукин, А. Хабаров. Реализация информационной модели объекта нефтепереработки на платформе Intergraph // САПР и графика. 2017 г. № 8
10. Чиковская И. Внедрение BIM — опыт, сценарии, ошибки, выводы // «САПР и графика». 2013 г. № 8
11. А. Тучков, А. Рындин. О путях создания систем управления инженерными данными, // «САПР и графика». Февраль, 2014 г
12. И. Фертман, А. Хабаров Управление инженерными данными объектов нефтегазопереработки в Австралии. Опыт и технологии // «САПР и графика». Сентябрь, 2015 г