Проект обустройства месторождения достаточно объемный и сложный. Технологический процесс связан со множеством датчиков. В целом месторождение генерируют тысячи сигналов, которые должны быть переданы в АСУ ТП через распределенные системы управления, по шинам передачи данных или через индивидуальные кабели и сборные клеммные коробки:
- счет приводов идет на сотни и тысячи;
- множество панелей управления размещены по месту;
- общая длина кабелей исчисляется километрами;
- цена ошибки высока.
Ошибки в выборе оборудования и неверные технические решения могут привести к дорогостоящим авариям, а в силу долгих сроков поставки сложного оборудования и необходимости его завоза на дальние расстояния простои могут быть весьма значительными. Это, в свою очередь, ведет к снижению добычи нефти и газа, так что цена вопроса здесь - сотни тысяч и миллионы долларов.
Много однотипных решений
Технологические решения, используемые в нефтедобыче, повторяются от месторождения к месторождению. Резервуарные парки, КНС, ДНС и т.д. хорошо поддаются стандартизации и модуляризации. Многие установки выполняются в контейнерном исполнении, уже (физически) разбиты на модули. Большинство проектных институтов, которые занимаются обустройством месторождений, уже имеют альбомы стандартных решений в формате DWG или PDF, показывающие графически, как должны быть выполнены чертежи и схемы того или иного объекта. В целом, стандартизация уже последовательно проводится в этой отрасли. Что если стандартное техническое решение будет оформлено не в виде графики, а в виде цифровой модели, увязывающей технологию, системы управления и электроснабжения? Что если основные технические решения будут параметризированы, а сами проекты будут скорее конфигурироваться, чем проектироваться?
Стандартизация-Модуляризация-Автоматизация
Лестница роста производительности в проектировании
Существует классическая лестница роста производительности в проектировании. На нижнем уровне автоматизируются лишь некоторые рутинные операции, такие как, нумерация цепей, выпуск спецификаций и, например, кабельных журналов. Внешний вид документов приводится к единому знаменателю - производится стандартизация подходов к проектированию. Платформа EPLAN в базовой поставке позволяет реализовать автоматическое кодирование оборудования, нумерацию цепей и обозначение устройств по правилам, принятым в нефтегазовой отрасли России, а так же создавать документы разделов ТХ, АТХ, АК, ЭМ, ЭС, ОВ и т.д. автоматически в соответствии с принятыми стандартами как на стадии эскизного, так и на стадии рабочего проектирования, а так же при проектировании и производстве шкафов АСУ ТП, электрораспределения, РЗА и т.д.
В дальнейшем, по мере накопления опыта, повторяющиеся решения оформляются в виде отдельных заготовок - модулей. На платформе EPLAN реализовано 2 типа модулей - функциональный модуль и схемотехнический модуль.
- Схемотехнический модуль (макрос в терминологии EPLAN) может иметь графическое отображение для любых типов документов, определенных в платформе EPLAN (P&ID, однолинейные, многолинейные схемы, 3D модель, генплан, другие чертежи и табличные документы). Все эти отображения автоматически синхронизируются друг с другом, поскольку являются лишь отображениями единой цифровой модели. Схемотехнический модуль может быть параметризирован - параметры элементов модуля автоматически заменяются при изменении ключевого параметра.
- Функциональный модуль (сегмент планирования в терминологии EPLAN) - это любая часть функционального дерева объекта, которую проектировщик сочтет необходимым выделить как повторяющееся решение. В таком модуле может иметься несколько уровней вложенности и масса объектов, с каждым из которых может быть увязаны схемотехнические модули.
Таким образом, проектирование в значительно степени может быть сведено к собиранию системы из стандартных функциональных модулей и выбору ключевых значений, которые определят все остальные параметры в параметризированных модулях. Такая система создает прочный фундамент для конфигурирования промышленного объекта.
Конфигурирование
Вершина лестницы роста производительности в проектировании - конфигурирование
Как показывает опыт компании EPLAN в металлургии, автомобилестроении, энергетике, пищевой и фармацевтической отраслях, при условии достаточного уровня стандартизации в той или иной отрасли, до 80% данных могут быть сконфигурированы и лишь 20% требуют действительного проектирования. Поскольку стандартизация в обустройстве месторождений существует и осуществляется на достаточно высоком уровне, конфигурирование кустов, КНС, ДНС является абсолютно возможным и не потребует существенных организационных изменений. Переход к конфигурированию в обустройстве месторождений гарантирует быстрый возврат инвестиций.
Алексей Кирченов, директор EPLAN Россия
EPLAN в течение более 10 лет развивает конфигурирование крупных производств на базе собственного движка управления конфигурацией на базе правил (Rule based configuration engine). Эта концепция была с большим успехом воплощена, например, при проектировании металлургических производств такими компаниями как SMS Siemag или Tenova LOI, значительно снизив сроки проектирования и позволив добиться исключительно высокого качества исполнительной документации, что, в свою очередь, привело к снижению сроков монтажа и запуска в эксплуатации объекта а так же сделало создание цифровой модели само-окупающимся процессом.
Цифровая модель
Можно выделить ряд требований к цифровой модели, которые должны выполняться для обеспечения роста производительности труда и снижении непроизводительных затрат в проектировании, закупках, монтаже и запуске, а так же эксплуатации месторождений.
Структура модели должна включать 3 основных аспекта - функциональный, продуктовый и географический, как определено в МЭК 81.346. Структура модели не должна содержать ограничений по количеству уровней вложенности. Каждый объект, существующий в модели, должен иметь функциональное назначение и быть включен в функциональное дерево объекта (например, Резервуарный парк - Трубопровод - Задвижка - Электропривод задвижки - Канал ПЛК, управляющий задвижкой). Объект должен иметь принадлежность к определенному изделию (например, ПТК). Объект должен иметь географическую привязку и быть частью дерева по размещению (Площадка - Операторная - Шкаф). Такая структура модели обеспечивает, например, автоматическое кодирование оборудования в рамках современных систем кодировки, таких как RDS PP.
Модель данных должна поддерживать:
- функции - что нужно делать, например, измерять уровень;
- устройства - с помощью чего реализуется функция, например, ультразвуковой датчик уровня;
- изделия - что нужно купить, например, Prosonic FDU95 c конкретным заказным номером;
- экземпляр изделия - конкретное устройство с серийным номером, сроками поверки и т.д.
Попытки эмулировать вышеописанную модель данных с помощью свойств, привязанных к изделию, неоднократно делались. Результат этих попыток был всегда один и тот же - потеря денег и времени.
Модель должна иметь дата-центричный характер - именно данные должны быть в центре внимания. Документация по проекту является производной от инженерных данных и должна генерироваться в большой степени автоматически. В случае внесения информации в документы эта информация должна автоматически индексироваться в базе данных проекта и должна быть доступна напрямую.
Структура цифровой модели и используемая модель данных играет важную роль в эффективности модели. От этих двух составляющих в большой степени зависит, будет ли модель облегчать жизнь пользователям или будет им обузой. В структурированной модели появляется возможность наследования свойств. Это означает, что любые изменения могут распространяются в рамках структуры автоматически. Если моделируемый объект имеет несколько различных аспектов, то и структура модели должна быть многоаспектной. Если структура вашей модели одно-аспектная, а большинство САПР систем поддерживают только продуктовый аспект и часто имеет ограничение уровня вложенности структуры , то влияние других аспектов (функционального и географического) придётся отслеживать вручную, что сводит модель к плоской таблице и на больших объектах гарантирует большой объём ручной работы и постоянные ошибки. Ручная же работа по отслеживанию взаимосвязей в модели (особенно, объемной) лишает чаще всего смысла само моделирование.
С этим тесно смыкается проблемы модели данных. Если модель данных неадекватна моделируемому объекту, то такая модель будет требовать массу ручной работы при эмуляции отсутствующих сущностей каким-либо суррогатами. Например, структура вашей модели поддерживает только продуктовый аспект и два уровня вложенности. Скорее всего, модель данных в такой системе будет весьма примитивной - только изделия и их атрибуты. Функциональный и географический аспекты (то есть, что изделие делает и где размещено) можно внести руками в атрибуты изделия. Представьте, у вас спроектирована установка с парой тысяч сигналов и принято решение перенести ее на соседнюю площадку. Изменение географического аспекта потребует внести изменения в кодировку всех единиц оборудования и вам придётся вручную пройтись по всему проекту и вручную изменить тысячи атрибутов.
Так же изделию можно придумать атрибуты в которые можно занести серийный номер установленного изделия. Но, предположим, вам нужно заменить один экземпляр изделия на другой и при этом сохранить информацию о ранее установленных экземплярах. Добавить новый атрибут? А потом ещё один и ещё один, пока вся эта куча атрибутов не станет абсолютно неуправляемой?
Ещё один важный момент - охват моделью полного жизненного цикла моделируемого объекта.
Все основные участники процесса проектирования, монтажа, запуска и эксплуатации (От технологии до шкафа) должны работать в рамках единой модели- иначе модель будет не полной. При этом модель должна быть единой для всех вовлечённых. Если же модель неадекватна объекту и участники процесса изобретают во множестве свои атрибуты к изделиям, чтобы компенсировать эту неадекватность, то, скорее всего, уровень организационных затрат на поддержание единства данных сделает использование такой модели неразумным.
Цифровая модель должна охватывать весь процесс - от предварительного планирования технологии до выполнения работ субподрядчиками - иначе модель АСУ ТП будет не полной. Поскольку в тематике АСУ ТП решения состоят из покупных изделий, остро стоит вопрос об наличии цифровых двойников изделий. Необходимо наличие ресурса, на котором все участники процесса смогут оперативно получить цифровые двойники закладываемых изделий.
Всем этим критериям в полной мере отвечает цифровая модель на платформе EPLAN.
Выгоды для EPC компаний
Наличие параметризированной информационной модели в формате EPLAN позволяет вносить изменения в проект даже на поздних стадиях без риска срыва сроков выполнения проекта.
Обмен информацией с субподрядчиками в формате, являющимся четко-прописанным глобальным стандартом позволяет ускорить коммуникацию с ними, облегчить и ускорить проведение тендеров, наладить автоматизированную проверку инженерных данных, исключить непроизводительные операции на этапе выбора и специфицирования оборудования, а также получить все необходимые данные для безошибочного монтажа и быстрого запуска объекта в эксплуатацию.
Платформа EPLAN предоставляет инструменты для создания заданий субподрядчикам без предоставления им собственно основного проекта (например, выделение клеммника шкафа с заведенными на него сигналами), что обеспечивает должный уровень безопасности для EPC при сохранении единого информационного пространства проекта с субподрядчиками. Полученный от субподрядчика суб-проект в формате EPLAN после проверки и одобрения автоматически сливается с основной информационной моделью объекта. Проверка данных, поступающих от субподрядчиков возможна по более чем 400 встроенным критериям, а так же по неограниченному числу критериев, определенных EPC. Результаты проверки могут быть представлены в платформе EPLAN или выданы во внешний файл.
Наличие информационной модели в формате EPLAN обеспечивает полную прозрачность процесса закупки и драматически снижает количество ошибок и трудоемкость процессов закупок по объемным проектам. EPLAN Data Portal предоставляет данные по более чем 170 ведущим производителям оборудования для нефтегазового комплекса и это число постоянно растет. Производители КИП создают на EPLAN Data Portal конфигураторы, позволяющие сконфигурировать КИП онлайн и вставить полученное изделие прямо в проект EPLAN. EPLAN Data Portal позволяет EPC подключать авторизованных поставщиков для автоматического получения ценовых предложений при запросе изделий с EPLAN Data Portal. Платформа EPLAN в базе поддерживает классификатор оборудования ECL@SS (более 40 000 классов), что исключает недопонимание между закупщиками и поставщиками. Другие системы классификации оборудования могут быть легко внедрены в работу благодаря разветвленной модели данных EPLAN. Данные для закупки могут быть предоставлены как в виде файлов, так и перелиты напрямую в ERP систему через стандартные модули интеграции (например с SAP) или через специально разработанный бесшовный коннектор с ERP системой.
Информационная модель EPLAN позволяет создавать актуальную и исчерпывающую исполнительскую документацию. При этом нет нужды передавать субподрядчику (монтажной организации и т.д.) саму информационную модель. Платформа EPLAN обладает встроенными инструментами по автоматическому выделению информации, необходимой субподрядчику, в отдельный суб-проект без риска утери ноу-хау, а так же по автоматической проверке и слиянию данных суб-проектов (например, серийных номеров, дат установки изделий, даты поверки\техобслуживания) в единую информационную модель объекта.
Кроме этого, существует специальный формат модели, допускающий просмотр модели (включая 3D модели) с помощью бесплатных приложений для iOS и Android. Также существует PC приложение для визуализации прокладки проводов\кабелей в трехмерном пространстве щита, работающее с этим форматом. Кроме этого, PDF файлы, генерируемые платформой EPLAN, содержат структуру объекта, ссылки между объектами и листами, а так же 3D модели. В бесплатном Adobe Reader можно вставить комментарии, которые платформа EPLAN импортирует и покажет проектировщику.
Выгоды для субподрядчиков
Работа субподрядчика на единой платформе высокого уровня с генподрядчиком и владельцем\оператором объекта позволяет установить долгосрочное и взаимовыгодное сотрудничество, исключить недопонимание и ошибки в коммуникации, обеспечить рост производительности труда.
Выгоды для оператора объекта
Объем документации по объекту - сотни и тысячи томов, доставляемые оператору объекта буквально грузовиками. Обычно никто не проверяет документацию, поскольку трудозатраты на ее проверку будут сопоставимы с трудозатратами на разработку. Полученную цифровую модель EPLAN можно полностью проверить по более 400 стандартным и неограниченному числу избранных оператором критериев. Это одно должно значительно снизить риски ошибок, ведущих к дорогостоящим авариям и простоям.
Системы управления техническим обслуживанием и ремонтом оборудования (ТОРО) для эффективной работы нуждаются в значительном объеме информации по обслуживаемому оборудованию. Внесение этой информации в ТОРО вручную требует значительных трудозатрат. По этой причине такие системы часто не используются на полную мощность. Наличие информационной модели в формате EPLAN позволяет внести нужную информацию в ТОРО автоматически и, тем самым, обеспечить эффективность ее использования при одновременном сокращении трудозатрат.
Схемы, спецификации, планы, дата-шиты и мануалы на оборудование увязаны в единую живую модель в которой можно переходить от одного отображения объекта к другому одним кликом мыши. Система позволяет отслеживать распространение сигналов по схемам и переходить от источника сигнала (например, датчика) к приемнику (например, каналу ПЛК) одним кликом. Такая прозрачность данных значительно ускоряет поиск неисправностей и снижает простои основного оборудования. В случае проведения модернизации объекта оператор может быстро определить какие резервы существуют в АСУ ТП (например, свободные каналы ПЛК). Платформа EPLAN позволяет привязывать внешние файлы функциональной структуре объекта, что, вместе с системой управления ревизиями, обеспечивает возможность хранить и быстро получать доступ к актуальным версиям ПО ПЛК. Приложение EPLAN View позволяет просматривать информационную модель в исходном формате. Кроме этого, как уже указывалось ранее, существует специальный формат модели, допускающий просмотр модели (включая 3D модели) с помощью бесплатных приложений для iOS и Android.
Дата-центричный характер платформы EPLAN позволяет быструю и экономически-эффективную оцифровку уже эксплуатируемых месторождений, даже если они не были спроектированы на платформе EPLAN.
ИТОГИ
Внедрение информационного моделирования в нефтедобыче позволит поднять эффективность отрасли в целом, как в части проектирования, монтажа и запуска в эксплуатацию, так и в эксплуатации, а так же повысить прозрачность всех процессов в этой отрасли.
- EPLAN успешно применяется для базового и детального инжиниринга технологии, КИП и электроснабжения в нефтегазовом комплексе России.
- Большое количество суб-подрядчиков в нефтегазовой отрасли создают проекты и проектируют шкафы управления на платформе EPLAN.
- Ведущие производители систем электрораспределения, такие как Schneider Electric, выбрали EPLAN своим стандартом и внедряют на своих заводах по всему миру.
- Крупнейшие российские производители высокотехнологичного оборудования для энергетики, такие как ЭКРА, также сделали ставку на EPLAN.
- Все, что в рамках обустройства месторождений требует обслуживания и ремонтов, может быть описано в платформе EPLAN.
- Компания EPLAN обладает большим опытом применения операторами производств в металлургии, автомобилестроении, пищевой и фармацевтической отрасли, энергетике по всему миру.
- Дочерняя компания EPLAN в России является глобальным центром компетенции по процессной автоматизации.
Уже сегодня можно сложить все эти составляющие в единый рецепт успеха для создания и успешного использования цифровой модели обустройства месторождений. Платформа EPLAN позволяет поэтапное внедрение, а так же малые сроки окупаемости инвестиций на каждом из этапов.
Автор: Алексей Кирченов, директор EPLAN Россия
