Автор: М.В. Жусупов, А.В. Григорьев
Источник: Программная инженерия: методы и технологии разработки информационно-вычислительных систем (ПИИВС-2016): сборник научных трудов I научно-практической
конференции (студенческая секция). 16-17 ноября 2016 г. – Донецк, ГОУ ВПО «Донецкий
национальный технический университет», 2016, с. 121-124.
Жусупов М.В., Григорьев А.В. Анализ систем автоматизированного проектирования трубопроводов различного назначения. В статье выполнен анализ функциональных возможностей ряда наиболее востребованных на территории СНГ систем автоматического проектирования трубопроводов различного назначения, определены особенности их структуры и основные свойства. Рассмотрены критерии для выбора лучших систем и определены перспективы их развития.
Проектирование, строительство и эксплуатация различного рода трубопроводов (газопроводов, нефтепроводов, водопроводов и т.д.) является важной научной и практической задачей на территории стран СНГ. Т.о., задача разработки и адаптации систем автоматизации проектирования (САПР) трубопроводов различного назначения это так же важная и актуальная задача.
В целом САПР трубопроводов могут быть охарактеризованы как с общих позиций эффективности САПР вообще, так и – с точки зрения специфики их применения.
С точки зрения общих подходов, характеризующих САПР трубопроводов, можно сказать следующее. В настоящее время в деятельность изыскательских и проектных организаций быстро проникает компьютеризация, поднимающая проектную работу на качественно новый уровень, при котором резко повышаются темпы и качество проектирования, более обоснованно решаются многие сложные инженерные задачи, которые раньше рассматривались лишь упрощенно. Во многом это происходит благодаря использованию эффективных специализированных программ, которые могут быть как самостоятельными, так и в виде приложений к общетехническим программам. Деятельность по созданию программных продуктов и технических средств для автоматизации проектных работ имеет общее название - САПР.
САПР [1] (англ. CAD, Computer-Aided Design) - программный пакет, предназначенный для проектирования (разработки) объектов производства (или строительства), а также оформления конструкторской и/или технологической документации. Компоненты многофункциона
Компоненты многофункциональных систем САПР традиционно группируются в три основных блока CAD, САМ, САЕ. Модули блока CAD (Computer Aided Designed) предназначены в основном для выполнения графических работ, модули САМ (Computer Aided Manufacturing) - для решения задач технологической подготовки производства, модули САЕ (Computer Aided Engineering) - для инженерных расчетов, анализа и проверки проектных решений.
Существует большое количество пакетов САПР разного уровня. Значительное распространение получили системы, в которых основное внимание сосредоточено на создании "открытых" (т.е. допускающих расширение) базовых графических модулей CAD, а модули для выполнения расчетных или технологических задач (соответствующие блокам САМ и САЕ) остаются для разработки пользователям или организациям, специализированным на соответствующем программировании. Такие дополнительные модули могут использоваться и самостоятельно, без CAD-систем, что очень часто практикуется в строительном проектировании. Они сами могут представлять крупные программные комплексы, для которых разрабатываются свои приложения, позволяющие решать более узкие задачи.
Таким образом, САПР трубопроводов должен иметь полноценную, развитую структуру, включая CAD, САМ, САЕ – подсистемы.
Целью статьи является:
Система Bentley Plant включает модули разработки схем, 3D-моделирования, расчеты, генерацию чертежей, спецификаций и изометрических схем. Она интегрирована с системой управления инженерным документооборотом и архивом Bentley ProjectWise. В линейке Bentley Plant представлены 2 семейства продуктов - AutoPLANT, использующее в качестве графической платформы AutoCAD, и PlantSpace на платформе MicroStation. Эти продукты являются взаимозаменяемыми. Компания взяла курс на объединение двух линеек на основе AutoPLANT. В свою очередь, в состав линейки AutoPLANT входят также решения для разнообразных расчетов: НДСТ - AutoPIPE, гидравлических расчетов - PlantFlow, расчет на прочность узлов врезки штуцеров/патрубков сосудов и аппаратов - WinNOZL, расчет пульсаций потоков в трубопроводах -PULS. Продукты AutoPIPE и AutoPLANT имеют двунаправленный интерфейс передачи данных, что ускоряет итерационный процесс «проектирование-расчет».
Помимо линейки Bentley Plant Bentley Systems Inc. предлагает решения для всех задач проектирования в промышленном и гражданском строительстве - архитектурных, задач изысканий и генплана, проектирования инженерных сетей и т. д., а также задач проектного документооборота - с помощью системы управления проектными данными и инженерным документооборотом ProjectWise. Модуль Bentley ProjectWise обеспечивает возможность распределять проекты и выполнять их администрирование.
В программном комплексе CADWorx Plant [2] реализованы инструменты для проектирования трубопроводов, оборудования, металлоконструкций, систем отопления и вентиляции, кабельных трасс, а также динамические связи с базой данных.
Исторически CADWorx развивался как графический интерфейс к известному программному продукту для расчета напряженно-деформированного состояния CAESAR II (также COADE), со временем обретя самостоятельное значение. Этим объясняется отлаженная двусторонняя связь между CADWorx и Caesar II, что позволяет в значительной мере упростить процесс создания проекта.
CADWorx не имеет аналогов по легкости пополнения библиотек элементов - работа ведется на уровне редактирования текстового файла, т.е. администрирование работы над проектом сводится к минимуму и может осуществляться любым опытным пользователем. В программе реализована возможность совместной работы различных организаций над одним проектом в сети Internet.
В нефтегазовой отрасли также применяется еще один продукт компании COADE - PVElite для расчета оборудования.
Система PLANT-4D работает на основе объектно-ориентированного параметрического ядра, и включает систему коллективной работы над проектом.
PLANT-4D позволяет работать с трехмерными твердотельными моделями проектируемых систем, автоматизирует разработку технологических схем, моделей трубопроводов, нестандартного оборудования, металлоконструкций.
Полностью автоматически или в интерактивном режиме PLANT-4D позволяет выпускать различные технологические схемы, рабочие чертежи (планы, разрезы, узлы, монтажные изометрические чертежи с размерами и спецификациями, различные ведомости, отчеты, спецификации и многое другое).
Когда приходится решать классы задач, включающих поддержку всего цикла от строительства через эксплуатацию до реконструкции проектируемого объекта, нужно рассматривать системы, изначально ориентированные не только на комплексную поддержку разделов проектирования, но и на создание и использование единой модели данных всего объекта. К таким системам на сегодняшний день можно отнести PDMS (AVEVA) и PDS (Intergraph), а также не так давно появившийся комплекс SmartPlant 3D компании Intergraph. Эти два производителя предлагают полный комплекс решений для проектирования промышленных предприятий, проектирование трубопроводных систем - лишь их часть.
Компания AVEVA [3] является разработчиком семейства интеллектуальных систем VANTAGE, обеспечивающих работу и контроль на всех этапах жизненного цикла предприятия:
VPD (PDMS) - многопользовательская среда для проектирования с централизованным хранением данных на основе собственной объектно-ориентированной базы - DABACON. PDMS позволяет осуществлять совместную работу проектного коллектива в режиме реального времени с проверкой на коллизии, что исключает любые неувязки в проекте. Необходимо заметить, что система не имеет ограничений на размер и детальность проработки проекта. VPD (PDMS) содержит следующий набор интегрированных инженерных приложений:
Все системы семейства VANTAGE полностью интегрированы между собой и имеют интерфейсы с ведущими системами 2-х и 3-х мерного проектирования, расчетными системами, системами документооборота, управления проектами, системами ERP. Так же системы семейства VANTAGE позволяют обмениваться информацией с любыми внешними базами данных.
Проектная документация выдается автоматически непосредственно по данным 3D модели в соответствии нормами оформления. Встроенная функция контроля ревизий позволяет отслеживать все изменения между выпусками чертежей.
Система поставляется c базами данных по деталям трубопроводов, металлоконструкциям, элементам зданий, отопления и вентиляции, опор и подвесок, выполненных по ГОСТ, а так же по международным стандартам, что позволяет выполнять как российские, так и международные проекты. Базы данных могут создаваться и редактироваться с помощью удобного графического интерфейса, использование которого не требует навыков программирования.
Для компаний, которые отдают части проекта на субподряд или участвуют в совместных проектах, компания AVEVA разработала PDMS Global для распределенного проектирования, которое позволяет эффективно вести и контролировать проекты, выполняемые одновременно силами нескольких проектных организаций.
Компания Intergraph предлагает не только комплексную, но и полностью интегрированную технологию проектирования, управления поставками на этапе строительства и дальнейшего информационного сопровождения промышленных предприятий.
PDS - мощная система, охватывающая основные аспекты проектирования промышленных предприятий, для которой не существует пределов на объем выполняемых проектов.
Она изначально была рассчитана на поддержку работы команды специалистов различного профиля над проектами крупных электростанций или заводов.
САПР SmartPlant, способная обеспечить проектирование трубопроводов, построен на основе PDS.
1) набор специализированных средств проектирования, каждое из которых, по мнению разработчиков, входит в ряд наиболее передовых в своем классе.
2) SmartPlant Foundation - единая система управления всей технической информацией на протяжении всего жизненного цикла объекта. Эта система управляет как документами, так и технической информацией и в то же время является платформой, интегрирующей различные САПР и системы класса ERP.
SmartPlant 3D вобрала в себя наиболее интересные и перспективные наработки из системы PDS и из других систем трехмерного проектирования. Система оперирует "умными" объектами, которые зависят друг от друга и автоматически меняются при изменении других объектов.
Вся выходная документация выдается в автоматическом режиме, включая не только изометрички и отчеты, но и монтажные чертежи с автоматически расставленными размерами и обозначениями.
При определении границ использования той или иной САПР необходимо учитывать особенности объектов проектирования и ведения проектных работ на предприятии. Потребителями могут быть как проектные организации, так и ПКО (ПКБ) заводов. Проектные организации чаще заняты проектированием объектов «с нуля» и крупных промышленных объектов целиком, тогда как в рамках заводов ведутся, в основном, работы по реконструкции существующих систем или проектирование отдельных установок. Поэтому целевыми нишами продуктов высшего уровня PDMS, PDS и SmartPlant 3D в большей степени я вляются проектные институты.
Что касается выбора по техническим особенностям продуктов, удобству интерфейса, соответствию конкретным задачам предприятия и т. д., то такие вопросы решают технические специалисты организации после знакомства с работой продуктов.
Немаловажным критерием является стоимость программного продукта. Наиболее доступными являются модули семейства CADWorx, а наиболее дорогостоящими - системы компаний AVEVA и Intergraph, что компенсируется наибольшими функциональными возможностями
Помимо стоимости самого продукта, необходимо учитывать также стоимость необходимого программного обеспечения - графической платформы, СУБД, а также затраты, входящие в стоимость владения продуктом - обучение, обновление лицензий, техническая поддержка и т.д. Если продукт не имеет собственной графической платформы и встроенной СУБД, на их приобретение потребуются дополнительные затраты.
Все системы среднего уровня - Bentley Plant, CADWorx и Plant-4D используют стандартные СУБД -Oracle, MS SQL Server, MS Access. Кроме того, в Bentley Plant может использоваться MSDE (ядро системы MS SQL Server), что не требует оплаты дополнительных лицензий для СУБД.
PDS и SmartPlant 3D используют СУБД Oracle или MS SQL Server.
А вот компания AVEVA пошла по пути разработки и использования собственной объектно-ориентированной базы данных DABACON.
Одной из важнейших характеристик программных продуктов является, также, возможность обмена данными с другими САПР.
Кроме того, при 3D-проектировании появляются возможности для автоматической проверки проекта на возможные пересечения и его визуализации. Поэтому в число стандартных задач включены:
В качестве важных признаков соответствующих модулей выделены следующие моменты:
1) Язык интерфейса. Так, наиболее мощные возможности по проектированию дают системы PDMS, PDS и SmartPlant 3D, но у них отсутствует русифицированный интерфейс.
2) Графическая платформа. Тип платформы, на которой работают системы, определяет возможности организации единой среды проектирования и работы предприятия со смежными организациями.
3) Обучение и его минимальная длительность. Для качественного внедрения САПР важны обучение и техническая поддержка.