Анализ подсистем САПР объектов транспорта нефти и газа не будет полным и комплексным без исследования процессов проектирования в качестве объектов исследования, автоматизации и управления.
Проектирование объектов транспорта нефти и газа базируется на структуре объекта и структуре процесса проектирования и их системной взаимосвязи. Структура проектируемого объекта содержит элементы, выделяемые в процессе декомпозиции. При анализе сложных систем декомпозиция является инструментом преодоления ограниченных возможностей исследователей. Узкая специализация проектировщиков, информационная ограниченность процесса выявляет необходимость описания системы по системному, функциональному и конструктивному признакам.
Системный признак предусматривает, в частности, иерархическое рассмотрение объектов и его составных частей. Такое рассмотрение предполагает связь с подсистемой как высшего порядка, так и низшего по отношению к рассматриваемому уровню.
Декомпозиция по функциональному признаку основывается на физических законах функционирования объекта, обеспечивающих его работоспособность. Конструктивный признак декомпозиции определяется конструкционным содержанием структуры объекта – деталями, узлами, блоками, агрегатами и вспомогательных функций.
При проектировании сложных систем необходимо адекватно моделировать производственные процессы в соответствии со стадиями проектирования. Иерархическая структура проектного процесса достаточно условна и в каждом конкретном случае отражает специфику процессов, глубину иерархии и степень вложенности элементов. Обобщенная модель процесса проектирования для предметно-ориентированной области газотранспортных систем представлена на рис. 13.
Структура процесса проектирования зависти от сложности объекта. Так, газотранспортным системам большой протяженности свойственна высокая степень неопределенности характеристик, разброс входных и выходных параметров, слабая прогнозируемость.
Процесс проектирования представляет собой совокупность этапов нахождения оптимальных решений. Последовательность принятия решения заключается в формировании целей, построении множества альтернатив, выборе и обосновании критерия или вида предпочтения и собственно принятия окончательного проектного решения.
Схема процесса проектирования газотранспортных систем имеет общий характер и отражает основные этапы и информационные потоки проектного процесса – маршруты проектирования (рис. 14), такие как:
· выбор трасс и основных технологических параметров;
· инженерные изыскания;
· проектирование линейной части;
· проектирование компрессорных станций (КС);
· проектирование вспомогательных сооружений;
· выпуск проектно-сметной документации.
Отдельным этапом является привязка программного обеспечения, которая заключается в настройке, модификации и разработке новых программных модулей под конкретную проектную задачу с помощью применения CASE-технологий.
| |
| Рис. 14. Объектные подсистемы САПР магистральных газопроводов | |
| |
| Продолжение рис. 14 |
Качество результатов процедур синтеза структуры газотранспортной системы и составления ее моделей влияет на эффективность процесса автоматизированного проектирования и получение оптимальных проектных решений элементов и всего объекта в целом. Возможна корректировка моделей и разработка CASE-средств на последующих этапах функционирования САПР и его составных частей маршрутов проектирования.
Так, результатом маршрута проектирования «Выбор трасс и основных технологических параметров» является графическое отображение выбранной трассы коридора коммуникаций, площадок компрессорных станций (КС), технологической схемы газопровода, оборудования и схем КИПиА, а также карт технологических процессов.
Маршрут «Инженерные изыскания» можно показать на общей схеме условно, поскольку отдельные виды изыскательских работ и обработка их результатов проводятся на различных этапах проектирования.
Специфика обрабатываемых материалов аэрокосмической съемки и полевых изысканий требует применения современных ГИС-технологий и объектно-ориентированных баз данных (БД).
Распространение ГИС в проектном деле обусловлено тем, что эти программные продукты позволяют в доступной и наглядной электронной форме предоставить необходимую информацию по проекту: карты, схемы, чертежи, расчеты, документы и т.д. Кроме того ГИС функции позволяют обобщать и анализировать относящуюся к конкретному объекту информацию.
Ниже рассмотрены основные задачи проектного процесса, решаемые с помощью ГИС.
Одной из таких задач является выполнение инженерных изысканий и технологического проектирования, в результате которых выбирается трасса магистрального газонефтепровода, определяются гидравлические параметры, формируются требования к параметрам и материалам трубы, выполняются оценки воздействия окружающей среды на газонефтепровод и газонефтепровода на окружающую среду.
На этапе проведения инженерных изысканий использование геоинформационной базы данных позволяет организовать эффективный контроль качества работза счет конкретизации требований на каждом этапе и возможности оперативного контроля поступающей информации, снизить затраты на изыскания за счет исключения дублирующих работ и их более эффективного планирования.
Одной из важных задач, выполняемых с помощью ГИС является тематический анализ проектных данных.
Тематический анализ информации включает в себя изучение природных условий в зоне строительства трубопровода, выявление зон повышенного риска, оценку длины свободных пролетов трубопровода, а также влияние различных факторов на прочность и устойчивость газонефтепровода. Для поддержки решения этих задач используется принцип визуализации разнородных данных в виде комплексных карт-изображений, анализируя которые специалисты делают экспертные оценки. Для проведения численного анализа характеристик газонефтепровода, расчета длины свободных пролетов, устойчивости трубы на склонах, заглублений в грунт применяются системы инженерных расчетов (CAE-системы). Кроме того, такие системы обеспечивают оптимизацию проектных параметров газонефтепровода, расчет давлений и температурных режимов для различных сценариев транспортировки двухфазных и многофазных потоков. Расчеты ведутся на основе информации о свойствах и пространственному положению трубопровода, хранящейся в геоинформационной базе данных.
Инжиниринговые задачи, для решения которых используются ГИС, в основном сосредоточены вокруг задач обслуживания и ежегодных обследований трубопровода. К таким задачам можно отнести: ремонт повреждений трубопровода или его покрытия, подсыпка грунта для изоляции трубопровода, ремонт или замена анодов и т.д.
Модель проекции местности с географической координатной привязкой как результат обработки математических моделей инженерных изысканий, позволяет получить графическое отображение плана и профиля любого участка местности по трассе и площадкам КС, и является достаточной для проектирования сооружений линейной части, КС и вспомогательных сооружений.
Маршрут проектирования линейной части разрабатывает оптимальные конструкции трубопровода с использованием материалов инженерных изысканий, содержит программные комплексы построения оптимального профиля трубопровода и оптимальной расстановки пригрузов (рис. 15). Анализ проектного варианта проводится на основании прочностных расчетов и реализуется программным обеспечением САПР МГ.
Наиболее сложной в системе, но в то же время широко использующей типовые элементы, является маршрут проектирования КС. Поэтому проектная деятельность начинается с информационного поиска аналогов и типовых решений, использование которых позволит существенно сократить проектный процесс. На этой стадии применяют PDM-системы с целью управления проектными данными, в частности функции управления структурой проектируемого объекта и классификации объектов и процессов, позволяющих накапливать опыт (знания) и пополнять базу знаний (БЗ).
Проектирование внутренних и внешних систем и сооружений следует рассматривать как отдельные маршруты проектирования электроснабжения, водоснабжения и канализации, пожаротушения, связи и телемеханики, отопления и вентиляции.
|
| Рис. 15. Маршрут проектирования линейной части магистрального газопровода |
При проектировании объектов транспорта газа влияние на процесс проектирования оказывает специфика протяженных объектов. Этим обусловлено наличие генерального проектировщика и целого ряда отраслевых и других субподрядных организаций. Генпроектная организация осуществляет проектирование на начальных стадиях, обеспечивая единую проектную политику.
Территориальные проектные организации осуществляют рациональное размещение объектов проектирования, выбор архитектурных, планировочных и строительных решений на локальном участке проектирования объекта.
Рассмотренная схема процесса проектирования газотранспортных систем отражает общие закономерности и связи процесса и позволяет определить структуру информационных связей, модели интеграции различных видов обеспечений САПР, а также разработать систему управления проектным процессом на основе современных методов управления проектами и программных средств автоматизированного проектирования магистральных и промысловых нефтегазопроводов (например, Geo.Series).