Организация моделирования энергообъектов в современном строительном инжиниринге

Известный закон Лермана гласит: «любую техническую проблему можно решить, имея достаточно времени и денег». Из закона Лермана вытекает любопытное следствие: «либо времени, либо денег, либо того и другого всегда не хватает».

Закон, несомненно, справедлив и в отношении технического моделирования — разработки различных видов проектной документации. Как показывает опыт, фактические сроки и бюджет разработки ПД, РД, за редчайшим исключением, никогда не совпадают с плановыми. И вина за это ложится не столько на проектировщиков, сколько на технических заказчиков, инвесторов, генеральных подрядчиков (в том числе в формах ЕРС, ЕРСМ) и нанятых ими технических агентов (аудиторов).

Дело в том, что все вышеперечисленные участники строительной деятельности не выполняют или плохо выполняют свои функции, связанные с постановкой задач и выдачей необходимых исходных данных для моделирования. Данное обстоятельство приводит к постоянной корректировке принципиальных решений в модели, вплоть до выпуска рабочих чертежей. Свою лепту вносит также организация закупок, преподносящая постоянные сюрпризы с планируемыми проектировщиками к применению оборудованием и аппаратурой.

Идеальной формой информационного взаимодействия проектировщика (инжиниринговой компании, разрабатывающей модель объекта) и остальных участников строительной деятельности была бы ситуация, при которой в техническое задание, сформированное при подписании договора, не вносились никакие изменения, а график предоставления исходных данных, разработанный при участии инжиниринговой компании, строго соблюдался. Причем обязательно в той его части, которая относится и к ИРД, и к параметрам оборудования, аппаратуры, и к используемым материалам. Кроме того, технические агенты не должны обладать правами постоянной корректировки технических решений и внесения «улучшений» в уже выпущенную и принятую заказчиком документацию.

Но в реальной жизни мы должны всё-таки исходить из существующей схемы управления проектом, административного (политического или неформального) влияния тех или иных его участников на инвестора, степени компетентности и бескомпромиссности самого инвестора и ещё множества факторов, заставляющих искать средства минимизации ущерба для оптимальности модели. Разумеется, всё изложенное имеет смысл, если компетенция проектировщиков (инжиниринговой компании) соответствует самым высоким нормам профессионализма. Но недостаток этого качества, как и все упомянутые недостатки отечественных реалий проектирования, могут и должны быть скомпенсированы системой моделирования — организационно-техническими мероприятиями по её созданию и развитию.

Несмотря на то что организационные формы современного строительного инжиниринга коренным образом отличаются от тех, что были в нашей стране до начала 90-х годов прошлого века, основные подходы к разработке моделей, отображаемых в ПД и РД, остаются неизменными. Они в целом соответствуют и мировой практике[1], хотя на те или иные бизнес-процессы в каждой стране влияют исторические традиции инженерной деятельности, степень либерализации энергетики, достигнутый уровень компетенции и др.

Во-первых, должна быть поставлена цель моделирования. Если необходимо выбрать структуру объекта и его параметры, т.е. разработать ОИ, сконструировать устройство объекта на данной стадии можно зачастую весьма условно, т.е. упрощенно по аналогам или на основе самых общих положений. Если структура объекта выбрана и необходимо получить положительное заключение экспертизы, то чертежи и записка должны удовлетворять требованиям органа, выполняющего экспертизу, но с их помощью ещё ничего нельзя построить, а в лучшем случае можно только выбрать и заказать основное оборудование. Для перенесения объекта в натуру требуются подробные рабочие чертежи, ориентированные на строителей, монтажников и наладчиков.

Во-вторых, должен существовать центр ответственности за модель. Это прежде всего ГИП (или иное специально назначенное в инжиниринговой компании лицо), затем ведущее технологическое подразделение, курирующее устройство объекта: в случае проектирования ТЭС — подразделение тепломеханического профиля; при проектировании электросетевого объекта — подразделение, ответственное за силовое оборудование, реализующее цель объекта. Таким образом, существуют основное моделирование, определяющее устройство системы, объекта в целом, и субмоделирование — моделирование частей системы, её инфраструктуры.

В-третьих, ведущее подразделение, ответственное за структуру технической системы, должно сформулировать четкие требования к тем или иным её частям (технологической, строительной, электрической и др.), передать их исполнителям и проконтролировать результаты субмоделирования. Требования официально передаются от имени ведущего подразделения (а в ряде случаев — от имени ГИП) в форме заданий, завизированных и (или) подписанных всеми ответственными лицами. Форма задания, порядок его согласования и подписания, требования к содержанию должны соответствовать стандартам инжиниринговой (проектной) компании.

В-четвертых, следует оптимальным образом сочетать свою узкопрофессиональную точку зрения на объект с более широким системным подходом, что необходимо для принятия наилучших решений по достижению целей технической системы — выпуска продукции, оказания услуг. Подразделения, выполняющие субмоделирование, должны видеть объект не только с позиций своей узкой специализации, но и представлять влияние их части модели, субмодели, на структуру и режимы объекта. В частности, электрики не могут правильно смоделировать систему собственных нужд ТЭС, не учитывая характеристик приводимых механизмов и особенностей пуска тепломеханического оборудования, связанного трубопроводами. Строители, безусловно, должны представлять себе источники и характер вибрационных нагрузок на строительные конструкции от вращающихся машин. Проектировщики ЛЭП не могут не учитывать режимы энергосистемы и устройство подстанций. И такие примеры можно распространить на все специальности. Образно говоря, специалисты по моделированию технической системы ни в коем случае не должны уподобляться действующим лицам известной притчи о слепцах, ощупывающих слона и выносящих своё суждение на основании своего «локального» опыта.

Кроме того, большое значение при моделировании имеет обеспечение:

  • защищенности модели от ошибок и намеренного искажения (в различных целях), в том числе от решения посторонних для поставленной цели задач и выдачи неадекватных решений;
  • экономичности в отношении затрат на создание и исследование модели;
  • адаптивности к достаточно широкому диапазону влияющих факторов.

Бизнес-процессы разработки ОИ, ПД, РД можно вести в разных системах

структурного и функционального моделирования, в частности в рамках программы ICAM, которая была уже упомянута выше (см. § 4.4). Ниже приведем процесс моделирования на примере этой системы, так как он представляет интерес для организации бизнес-процессов разработки проектной документации в современных инжиниринговых компаниях.

Так, IDEFO-модель системы ICAM [11.10] есть результат скоординированной коллективной работы, при осуществлении которой авторы создают первоначальные диаграммы (в рассматриваемом нами случае — модели различной степени детализации, технические субмодели), основанные на собранной информации об объекте моделирования, и передают их другим участникам проекта для рассмотрения и формулирования замечаний.

Рекомендации [11.10] содержат указания по составу участников проекта и структуре их взаимодействия. Под участниками проекта в рассматриваемой нами сфере следует понимать рабочую группу, созданную под руководством ГИП (см. § 11.1).

В коллектив, занимающийся проектированием (моделированием) согласно идеологии ICAM, должны входить следующие участники:

  • • руководитель проекта;
  • • авторы (разработчики) модели;
  • • технический совет;
  • • эксперты в предметной области;
  • • библиотекарь.

Дополнительный специфический участник проекта, который выделен в [11.10] отдельно, — источники информации.

Руководитель проекта и разработчики модели (авторы) должны быть главными исполнителями. Хотя конечной целью разработчика является получение одобрения модели техническим советом, утверждает результаты руководитель проекта. Таким образом обеспечивается согласованность интересов авторов, рецензентов, совета и руководителя проекта. При проведении работ с привлечением сторонних организаций может создаваться расширенный технический совет, обеспечивающий взаимодействие всех участников проекта, работающих как в составе проектирующей организации, так и вне ее. Выполняемая функция (роль, которую исполняет участник проекта) не зависит от должности. Один и тот же человек может выполнять несколько функций. Однако роль каждого участника проекта индивидуальна, должна быть четко определена и зависит от рассматриваемой части проекта.

Принципы коллективной работы в методологии IDEF0 гарантируют, что окончательная версия IDEFO-модели будет верной, так как модель корректируется по результатам рецензирования ее частей, оформленных в виде папок. Более подробная детализация достигается построением необходимого числа диаграмм. По новым частям модели делаются новые замечания, вносятся новые изменения. Окончательная модель соответствует представлениям автора и экспертов о системе, смоделированной с данной точки зрения и для данной цели.

Ценность модели (проекта) определяется ее приемлемостью для экспертов. Эта приемлемость достигается следующими путями:

  • 1) постоянным рецензированием экспертами развивающейся модели, что обеспечивает необходимый уровень соответствия (адекватности) модели существующему моделируемому (если модель отражает состояние «как есть») или предполагаемому (состояние «как должно быть») объекту в том понимании, которое отражает мнение экспертов или специалистов различных профилей (ТЭС и электросетевые объекты являются многопрофильными ТС);
  • 2) периодическим обсуждением частей модели и модели в целом на техническом совете, решение которого (оформленное в виде протокола) позволяет автору (специализированным подразделениям компании) продолжить уточняющее моделирование или закончить его ввиду достаточности детализации и приемлемости проекта (модели).

Если в процессе моделирования выявляется несогласованность оценок экспертов, то она должна быть преодолена в целях получения модели, адекватно представляющей объект моделирования или какую-то его часть.

Методология IDEF0 предусматривает необходимость сохранения записей обо всех решениях и альтернативных подходах по мере того, как они возникают на протяжении проекта. Копии моделей, разработанные авторами, критически (конструктивно) анализируются компетентными экспертами, которые заносят свои замечания и предложения непосредственно в графические или текстовые документы. Авторы отвечают на каждое замечание письменно в тех же копиях. Предложения принимаются или отвергаются письменно с указанием причин. После внесения изменений и исправлений старые варианты моделей остаются в архиве проекта.

Конечно, методологию IDEF0 непосредственно («один в один») невозможно применить к процессам моделирования энергообъектов. Прежде всего потому, что эта методология разрабатывалась для моделирования управления объектами, причем уже построенными. Отсюда следует упор на функции, особенности терминологии и состав участников проекта. Кроме того, отделение автора (разработчика) от эксперта указывает, что ICAM предусматривает традиционную философию бизнес-моделирования силами аутсорсинговых компаний, не привязанных к предметной области.

В случае технического моделирования следует учитывать, что для планируемых к строительству объектов функции авторов (разработчиков) модели и экспертов в предметной области в рамках одного творческого коллектива не могут не совпадать, за исключением случаев, когда обращаются к достаточно «узким» специалистам других компаний при недостатке компетенции в том или ином вопросе. Однако при проектировании и управлении строительством, реализующим уже освоенные технические решения, данная ситуация практически не встречается. Технический совет необходим в существующей проектной практике очень в редких случаях, специальный библиотекарь, т.е. по сути делопроизводитель (администратор) в рабочих группах, возглавляемых ГИП, не предусматривается.

Несмотря на перечисленные отличия от потребностей проектирования электросетевых объектов и ТЭС, мы можем почерпнуть из анализируемой идеологии моделирования много полезного, особенно при использовании современных средств САПР, реализующих проектирование в форме 3D или 4D, а также для систем виртуального моделирования, описанных в § 4.7.

Самый главный вывод заключается в необходимости назначения специального лица или группы лиц (последнее при моделировании сложных объектов), которые несут ответственность за модель в целом, играют роль технических администраторов (не путать с администраторами 1Т-систем!). Иными словами, рекомендуется отделять функции ведущего технологического подразделения от функций сборки модели в единое целое. Эти функции сборки должны осуществлять квалифицированные инженеры, а не управленцы.

В рассмотренной в § 11.1 традиционной схеме управления разработкой документации роль «сборщика» модели фактически исполняли ГИП и (или) специалисты ведущего технологического подразделения. В условиях складывающейся организационной среды с учетом особенностей технического регулирования и усиливающегося влияния рыночных факторов сегодня ГИП всё чаще и шире исполняет управленческие функции. Он уже просто не может «держать в голове» подробности, особенности сборки модели объекта, что сказывается на качестве разработки ПД и РД. Но и поручать эту роль технологическому подразделению нецелесообразно, так как его главная задача (очень ответственная и трудоемкая) — создание БТМ, УТМ, ДТМ в самой значительной, но отнюдь не единственной специализированной части проекта.

В то же время в процессе моделирования требуется постоянно учитывать системный характер энергообъекта, многочисленные ограничения на его строительство и эксплуатацию со стороны органов государственного регулирования и внешней инфраструктуры, а также инвестора и иных участников строительной деятельности. Эти ограничения, отраженные в многочисленных и постоянно корректируемых ТУ, ТЗ, предписаниях надзорных органов и пожеланиях общественности, сказываются на структуре модели и будущих режимах эксплуатации. Мониторинг учета и взаимоувязки ограничений представляет собой отдельную нетривиальную задачу для группы разработки проекта, решение которой лучше всего поручать некоему системному инженеру — по терминологии ICAM, автору (разработчику) модели. Можно также назвать его техническим руководителем проекта, но суть задачи от этого не изменится.

Другое полезное заимствование из практики анализируемой системы — необходимость строгого документирования не только всех принятых, но и не принятых изменений, всех предложений, замечаний в отношении каждого, пусть незначительного, элемента. Однако, как показывает опыт, даже в случае разработки документации для относительно несложного объекта архив может быть очень велик и его обработка, структурирование, хранение превращаются в большую проблему. Её целевое решение, казалось бы, очевидно: организация системы электронного документооборота, возможно, в рамках известных систем: «1C:Документооборот», «4К-Документооборот», «bb workspace», «CompanyMedia», «DOCUMENTUM» и др.

Но ПД, РД и документы ИРД имеют специфическую форму, их обращение также отличается от того, что принято в традиционной управленческой бюрократической системе. Поэтому возникает потребность в проблемно- ориентированном продукте, позволяющем осуществлять интеграцию технических и управленческих документов.

Вообще говоря, управление жизненным циклом объектов, оборудования занимает все больше места в деятельности инжиниринговых компаний, включая стадию разработки моделей и собственно строительство. В настоящее время на рынке представлены различные продукты в виде методологий и программных комплексов, которые апробируются в качестве механизмов обмена данными из различных PLM-систем, используемых при проектировании и строительстве достаточно сложных объектов, включая АЭС, ТЭС, системообразующие подстанции и ЛЭП.

Одними из ключевых задач в области создания и применения информационных моделей сложных объектов в рассматриваемой сфере деятельности являются:

  • • обеспечение обмена технической информацией между участниками проектирования;
  • • консолидация технической информации в едином согласованном формате вне зависимости от формата, в котором она была изначально разработана;
  • • обеспечение архивного хранения и доступа к технической информации на всем протяжении жизненного цикла объектов (60 лет и более).

Поскольку эти задачи актуальны для многих отраслей промышленности, экспертное сообщество на международном уровне прикладывает значительные усилия для развития единых стандартов обмена данными в областях инжиниринга, строительства и обслуживания промышленных объектов.

Одним из таких стандартов является ISO 15926 «Системы промышленной автоматизации и интеграция. Интеграция данных жизненного цикла установок непрерывного производства, включая нефтяное и газовое производственное оборудование». Проект, реализованный компанией IBS в 2010 г. в ОАО «Росэнергоатом», иллюстрирует успешность разработанной методологии внедрения этого стандарта в России. Его использование в перспективе позволит компании обеспечить эффективное информационное взаимодействие и обмен данными между организациями, задействованными в проектировании, строительстве и эксплуатации АЭС. К сожалению, на момент написания книги примеры внедрения ISO 15926 в тепло- и электроэнергетике, в электросетевом строительстве отсутствовали.

Помимо методологической части проект предусматривает создание программных инструментов, позволяющих реализовать обмен данными по стандарту ISO 15926. Для этого было использовано решение iRING, включающее в себя программное обеспечение, справочные данные и протоколы интеграции информации, соответствующие ч. 7—9 рассматриваемого стандарта. Данное решение было разработано в рамках проекта Camelot некоммерческой организации FIATECH. На базе развернутого IBS тестового стенда с помощью решения iRING был обеспечен обмен данными об одном из изделий (запорный клапан) между системами проектирования Intergraph SmartPlant Foundation и Siemens Teamcenter. Проект стал одним из первых в мире решений, реализованных с помощью программного обеспечения iRING.

Большое значение в организации моделирования энергообъектов играет система управления проектом и применяемые инструменты. Для планирования и контроля хода разработки ПД, РД, как и строительства в целом, сегодня применяют почти исключительно графическую модель соответствующего процесса в форме диаграммы Гантта.

Диаграмма Гантта[2] (англ. Gantt chart, также ленточная диаграмма, график Г антта) — это популярный тип «перевернутых» столбчатых диаграмм, который используется для иллюстрации плана, графика работ по какому- либо проекту.

Диаграмма Г антта представляет собой отрезки (графические «плашки»), размещенные на горизонтальной шкале времени. Каждый отрезок соответствует отдельной задаче или подзадаче. Задачи и подзадачи (или «работы»), составляющие план, размещаются по вертикали. Начало, конец и длина отрезка на шкале времени соответствуют началу, концу и длительности задачи. На некоторых вариантах диаграммы Гантта показывается зависимость между задачами (работами). Диаграмма может использоваться для представления текущего состояния выполнения работ: часть прямоугольника, соответствующего задаче, заштриховывается, при этом отмечается выполненная часть задачи; проводится вертикальная линия, отвечающая настоящему моменту. Построение диаграммы проиллюстрировано на рис. 11.2.

Часто диаграмма Гантта соседствует с таблицей, где приводится список работ. Строки таблицы соответствуют отдельно взятой задаче, отображенной на диаграмме, а столбцы содержат дополнительную информацию о задаче. Методология диаграмм Г антта с автоматизацией разбивки работ — WBS реализуется в известных IT-продуктах, таких как Oracle Primavera, Microsoft project, Spider project и др. WBS обеспечивает выявление работ, необходимых для достижения целей проекта. При таком подходе проект

Работы

Год, месяц

2008 г.

2009 г.

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

Проектирование

Закупка и поставка оборудования

Общестроитсльные

работы

Монтаж

оборудования

Пусконаладочные

работы

Приемосдаточные

испытания

Ввод в эксплуатацию

Рис. 11.2. Пример построения диаграммы Гантта для моделирования хода строительства ГТ ТЭЦ

определяется в терминах иерархически взаимосвязанных ориентированных на результат элементов (пакетов работ — комплексов работ, сгруппированных по заданным основаниям или критериям). Каждый следующий уровень декомпозиции обеспечивает последовательную детализацию содержания проекта, что позволяет проводить оценку выполненных объемов работ, освоенных денег и соблюдения сроков. На нижних уровнях пакетам работ соответствуют сравнительно меньшие их объемы. Это упрощает оценку относительного объема (в процентах) выполнения и дает возможность более четко определять действия, необходимые для достижения целей проекта. Предложенный подход декомпозиции работ формирует необходимую основу для определения изменяемых показателей (трудоемкости, стоимости), а также позволяет с высокой степенью достоверности предполагать, что цели, связанные с данным пакетом работ, будут достигнуты.

Исходя из тенденций развития IT-обеспечения технического моделирования и управления проектами (см. § 18.1), ведущие эксперты сделали практически единодушный вывод о том, что следует считать современными методами проектирования, которые реализуются в САПР. В их состав входят:

  • • ЗО-моделирование;
  • • создание электронного архива ПД, РД, нормативных технических и нормативных правовых документов, типовых узлов, данных об оборудовании, аппаратуре, материалах;
  • • электронный документооборот внутри инжиниринговой компании и при обмене информацией с подрядными организациями, участниками строительной деятельности;
  • • электронный обмен заданиями между специализированными подразделениями инжиниринговой компании, субподрядными организациями;
  • • автоматизированный нормоконтроль ПД, РД;
  • • внедрение технологий CALS в зависимости от требований заказчика.

Целевой формой модели, как указывалось в § 4.7, является виртуальная модель на базе суперЭВМ, интегрирующая в себе структуру объекта, режимы его функционирования и систему управления. Достижение этой цели на современном этапе возможно путем пошаговой реализации различных задач, решения которых отработаны в том числе и в рамках существующих САПР.

Применение САПР дает различный эффект на разных стадиях её внедрения и для разных объектов. На начальном этапе эффект проявляется не слишком явно ввиду отсутствия наработок по объектам, узлам, данных по оборудованию и материалам. С накоплением графической и текстовой базы, особенно при выполнении документации по одинаковым или близким но параметрам объектам, результат становится все более очевидным. Таким образом, можно сказать, что САПР в случае проектирования ТЭС с ПТУ (ГТУ) начинает давать существенную отдачу после двух-трех выполненных проектов. Гораздо более быстрый эффект наблюдается при проектировании электроустановок, что связано с большим числом типовых решений и меньшим числом вариантов обычно создаваемых объектов.

На эффективность увеличения степени автоматизации проектирования влияет также характер моделируемых объектов — площадных или линейных, более или менее подвергающихся изменениям в зависимости от основного оборудования. В частности, в среднем при проектировании площадных объектов на долю инженерных изысканий приходится всего 4 % стоимости, тогда как при проектировании линейных объектов этот показатель составляет до 17 %. В то же время доля архитектурно-строительной части в них примерно одинакова. Следовательно, можно сделать вывод, что автоматизация изысканий даст больший результат для линейных сооружений, а автоматизация архитектурно-строительной части площадных объектов предпочтительнее автоматизации изысканий.

  • [1] Подчеркнем ещё раз, что не соответствует действительности распространенное мнение о меньшей компетентности российских специалистов по сравнению с европейскими или американскимив технических вопросах проектирования энергообъектов даже с применением инновационныхрешений мирового уровня. Что касается организационных вопросов, то и тут необходимо оченьосторожно пытаться перенести на российскую почву лучшие зарубежные практики, так как онисамым тесным образом зависят от политической системы, экономических реалий, менталитетанаселения конкретной страны.
  • [2] Первый формат диаграммы был разработан американским инженером Генри Л. Ганттом(Henry L.Gantt, 1861—1919 гг.) в 1910 г.
 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ ОРИГИНАЛ   След >