Задача повышения экономической эффективности при сохранении требований по безопасной эксплуатации блоков АЭС в целом и оборудования в частности требует новой организации информационного взаимодействия производителей оборудования, проектантов и эксплуатационников. Это позволит не только решать задачи технического обслуживания и ремонта, модернизации и вывода из эксплуатации, но и обеспечит поставщиков, производителей наиболее точной информацией о надежности поставляемого оборудования и условиях его эксплуатации.
Андрей Буланов, заместитель руководителя Управления маркетинга – руководитель направления автоматизации проектных и конструкторских работ ОАО «Концерн Росэнергоатом»
Сочетание безопасности и экономической эффективности АЭС сегодня невозможно представить без широкого применения информационных систем, обеспечивающих ремонтный и обслуживающий персонал актуальной и удобной в использовании информацией о составе систем и оборудования, интерактивных регламентах обслуживания и ремонта оборудования.
Вместе с тем самая болезненная и трудоемкая часть любой системы поддержки эксплуатации – это конфигурационная база данных. Ручной ввод данных об оборудовании в системы поддержки эксплуатации, управления ремонтами и техническим обслуживанием вызывает значительные временные затраты, ошибки и т. п. При «ручной сборке» эта информация становится «золотой». Хотя глубина проработки конфигурационных баз, собранных вручную, не очень высока. Ну, уж точно не до «последнего винтика».
В то же время сегодня можно получать необходимые данные в структурированном электронном виде напрямую от производителей оборудования. Важно выработать правила взаимодействия и требования к объему и формату данных.
Не чудо ли? Простой импорт цифровой модели изделия в конфигурационную базу, небольшие уточнения, связанные с адаптацией модифицированного оборудования, и наша конфигурационная база готова к использованию.
Есть еще одна возможность, которую дают 3D модели оборудования и технологических комплексов – 3D учебники, позволяющие виртуальное путешествие «внутри» блока, внутри реакторного помещения без риска получить дозу.
Учитывая проблемы с нехваткой высококвалифицированных кадров на местах (особенно это касается проектируемых блоков), необходимостью учить большое количество иностранных специалистов, неплохо бы задуматься о переосмыслении подхода к обучению персонала, применения интерактивных учебных комплексов, основанных на 3D моделях эксплуатируемого оборудования и систем, интерактивных технических руководств для эксплуатации, технического обслуживания и ремонта оборудования.
В настоящее время при поставке оборудования на АЭС и передаче в эксплуатацию цифровые данные во многом утрачиваются, так как по традиции поставщик передает документацию либо в бумажной форме, либо в лучшем случае в виде отсканированных документов. Такой подход значительно затрудняет наследование данных и их использование в информационных системах АЭС, что противоречит принципам бережливого производства и затрудняет работу эксплуатационного и ремонтного персонала станций,
Отметим, что большинство поставщиков оборудования сегодня используют в проектно-конструкторских работах и на производстве современные системы автоматизированного проектирования, которые позволяют создавать различные виды описаний собственных изделий, регламентов их эксплуатации и ремонта в цифровых форматах – информационные модели оборудования.
Поставщики в значительной мере готовы поставлять информационные модели вместе с оборудованием. Но в Концерне сегодня не существует четких требований (норм и правил) по объему, составу и формату цифровой информации, необходимой на стадии строительства, эксплуатации и вывода из эксплуатации оборудования блоков АЭС.
Основой создания цифровой информационной модели изделия (ЦИМИ) является обеспечение максимального наследования и многократного использования данных с предыдущих этапов жизненного цикла (ЖЦ) оборудования (проектирование, производство) и передача их от поставщиков на стадию эксплуатации совместно с изделием в требуемом объеме и составе. Данная модель содержит графическую информацию 2D/3D, информацию о составе и конфигурации оборудования, атрибутивную информацию, данные о процедурах обслуживания и ремонта, каталоги запасных частей, инструмента и принадлежностей (ЗИП), эксплуатационную и ремонтную документацию в стандартизированном формате.
При создании ЦИМИ важно следовать нескольким основным принципам. Прежде всего это стандартизация и унификация. Сюда включены все соглашения о форматах и правилах обмена и хранения информации. Это позволяет определить второй базовый принцип – информационной поддержки ЖЦ оборудования. Ни один этап жизненного цикла не должен быть исключен из контура обязательной регистрации событий. «Связь времен» не должна распадаться никогда. Каждый «провал цифровой памяти» может стать причиной сбоя в работе оборудования.
Живая информационная модель, основанная на 3D модели оборудования, становится средоточием взаимодействия организаций и распределенных рабочих групп. Это позволит не утратить ценной информации, наработанной при выполнении определенных действий внешними или внутренними экспертами.
Особое внимание при использовании ЦИМИ на стадии эксплуатации отводится визуализации 2D/3D и других типов данных. Без удобного интерфейса эффективно пользоваться такими данными бывает крайне сложно.
Принцип стандартизации особенно актуален для оборудования, рассчитанного на длительный период эксплуатации. ЦИМИ оборудования АЭС разрабатываются различными поставщиками и в дальнейшем будут использоваться и актуализироваться в течение жизненного цикла энергоблока – до 60 и более лет. Использование при передаче информации стандартов с открытой спецификацией позволит работать с ЦИМИ различными программными средствами. Использование стандартов ISO также расширит перечень коммерческого программного обеспечения (ПО), которое можно будет использовать для создания и модификации компонентов ЦИМИ. Понятно, что для упрощения использования ЦИМИ в различных информационных системах методы кодирования единиц оборудования и его состава должны соответствовать имеющимся отраслевым классификаторам.
Степень сложности решения этой на первый взгляд простой задачи наши специалисты осознали при внедрении системы SRM, автоматизирующей отношения с поставщиками. Лишь несколько процентов от всей номенклатуры удалось стандартизовать довольно быстро. Дальнейшее продвижение до сих пор требует значительных усилий.
Разработка единых требований к структуре и составу ЦИМИ позволит унифицировать представление информации об оборудовании (включая информацию по обслуживанию и ремонту), поставляемом различными поставщиками, что обеспечит значительное упрощение работы по поиску необходимой информации персоналом АЭС и позволит сократить затраты на обучение.
Информация в ЦИМИ заносится разработчиком оборудования, дополняется проектантами и эксплуатирующей организацией и используется в течение всего жизненного цикла оборудования. Для оборудования, отказ которого приводит к снижению мощности энергоблока, а также для оборудования, обеспечивающего безопасность эксплуатации, модель создается и поддерживается для каждого экземпляра оборудования, отражая его текущую конфигурацию, выполненные на оборудовании работы, события и нестандартные режимы эксплуатации. В ЦИМИ также фиксируются данные диагностических блоков оборудования.
Использование в ЦИМИ 2D/3D моделей оборудования, видео- и фотоданных, а также представление результатов объективной диагностики позволят повысить скорость и качество принятия решений на этапах эксплуатации, технического обслуживания и ремонтов, вывода из эксплуатации. Поскольку объекты атомной энергетики географически весьма удалены друг от друга, информационные системы с использованием ЦИМИ дадут возможность дистанционного привлечения экспертов Концерна и разработчиков оборудования для решения задач диагностики, обслуживания и ремонта.
Это особенно важно учитывать при организации работы Кризисного центра. Его эксперты знают, как бывает сложно в документации, имеющейся в распоряжении Кризисного центра, найти описание нужного оборудования, оценить возможные варианты действий, локализации того или иного инцидента. Конечно, 3D модели здесь серьезные помощники.
Информационные модели также предоставляют дополнительные возможности для оценки и прогнозирования состояния оборудования, обеспечивая объективную информационную основу для выполнения работ по снижению совокупной стоимости владения оборудованием. Опыт эксплуатации, включенный в информационную модель, будет также полезен при модернизации и проектировании новых образцов оборудования, предоставляя объективную информацию как разработчику оборудования, так и заказчику.
Мы рассматривали вопросы автоматизации задач поддержки эксплуатации. Посмотрим на те же вопросы через 3D призму. Как ЦИМИ позволят оптимизировать, облегчить процесс поддержки эксплуатации. Что нового они позволят в него привнести?
Начнем мы, конечно, с управления конфигурациями. Что нам дают 3D модели в этом ключе? Прежде всего скорость и полноту формирования базы данных по конфигурации оборудования. Современные подходы к проектированию изделий машиностроения основаны на широком применении инструментов 3D моделирования, автоматизации создания технической документации с применением интерактивных технологий и управления данными об изделии. Создаваемые производителями модели включают информацию о составе изделия и описание ремонтного состава. Кроме того, в них, как правило, содержится подробная и полная атрибутивная информация об изделии, его узлах, агрегатах и сборочных единицах. Иногда в модель включают также и все необходимые при техобслуживании и ремонтах регламенты технологических процессов. И, конечно, 3D визуализацию оборудования с необходимым уровнем декомпозиции изделия, включая геометрию окружающего пространства. Регламенты, снабженные ссылками на 3D модель, в этом случае оживают. Они позволяют прямо со страницы текста совершить путешествие в нужный узел энергоблока. Основанные на 3D модели интерактивные электронные технические руководства по эксплуатации, обслуживанию и ремонту включают также визуализацию ключевых технологических процессов и процедур поиска неисправностей.
Сохраняя преемственность с системами автоматизации производителя, цифровые информационные модели оборудования служат инструментом накопления и передачи информации об отклонениях поставщику. Сегодня в современном автомобилестроении сервисные организации постоянно контролируют эксплуатационные параметры и сами инициативно предлагают в случае необходимости эксплуатирующей организации вмешательство. ЦИМИ являются удачным центром такой коммуникации, центром накопления и передачи в адрес производителя информации об опыте эксплуатации оборудования, включая информацию об отказах, историю ремонтов и модернизаций для учета при планировании и проведении сервисных и проектных работ.
Накопленная в ЦИМИ информация, отражающая условия эксплуатации и неисправности оборудования, – это база для проведения анализа службами производителя оборудования и Концерна с целью оценки надежности оборудования, стоимости его владения, планирования и осуществления работ по снижению затрат в эксплуатации при заданных требованиях надежности.
Очень важно, что в этом случае именно производитель осуществляет начальное наполнение конфигурационной базы оборудования.
Что касается использования ЦИМИ собственно при обходах или проведении ремонтных работ, то в случае необходимости они могут быть доступны персоналу на месте проведения работ немедленно на планшетных компьютерах в форме 3D визуализации или в виде интерактивных технических руководств. С их помощью очень легко разобраться в последовательности сборки-разборки оборудования, замены деталей, выполнения профилактических работ.
Поскольку в модели хранится информация о нормативных значениях показателей, можно оценить текущее техническое состояние оборудования и заранее запланировать соответствующие процедуры по обслуживанию или ремонту, заранее заказать и изготовить необходимый ЗИП.
3D модель в сочетании с системой управления техническим обслуживанием и ремонтами способна предоставить всю необходимую информацию для выполнения имитационного моделирования технологических процессов с учетом предварительной раскладки инструментов, наличия и конфигурации вспомогательного оборудования и приспособлений. Наконец, ценность использования 3D моделей в обучении трудно переоценить. 2D/ 3D представления наряду с интерактивными инструкциями – готовый презентационный материал, который можно эффективно использовать для обучения ремонтного и эксплуатационного персонала.
Внимательный читатель увидит много общего в приведенном выше описании с описанием классических систем поддержки эксплуатации. Действительно то, о чем говорится в этой статье, – поддержка эксплуатации. Но ЦИМИ, основанные на 3D моделях, позволяют вывести ее на качественно другой уровень за счет вовлечения производителя оборудования в информационное пространство заказчика. Это позволит облегчить формирование актуальных и полных конфигурационных баз, быстро получить визуальную информацию о структуре узлов оборудования, найти необходимую информацию в кратчайшие сроки, передать ее тем, кто «за партой» только готовится к тому, чтобы один на один остаться с оборудованием.
На сегодняшний день мы только готовимся к применению 3D моделей промышленно. Уже есть первые результаты. Начинает свою жизнь Единый отраслевой номенклатурный каталог оборудования и материалов (ЕОНКОМ) предприятий атомного машиностроения. Его цель – создание единой базы оборудования и материалов. В согласованном объеме сегодня 3D модель может быть автоматически загружена в ЕОНКОМ. Этот объем включает 3D модель оборудования в нейтральном формате, полный объем атрибутивной технической информации об оборудовании, описание интерфейсов подключения к оборудованию и системам АЭС (стандарт и способы подключения, размеры патрубков и фланцев, направления потока и прочая атрибутивная информация).
Интеграция ЕОНКОМ с проектным САПР Smart Plant 3D, фактически являющимся отраслевым стандартом, обеспечивает уже сегодня эффективное применение данных 3D моделирования при выполнении проектов новых и реконструкции и модернизации эксплуатируемых блоков АЭС. Кроме того, в ЕОНКОМ имеется информация о качестве оборудования на стадии эксплуатации, что позволяет учитывать этот опыт при проектировании новых блоков.
Получение проектной организацией корректной информации об актуальном состоянии оборудования напрямую влияет на качество проектных работ по реконструкции и модернизации блоков АЭС. В этом случае ЦИМИ, включающая в себя 3D модель, обеспечивает прямой доступ к достоверной информации о состоянии, режимах эксплуатации и истории ремонтов данной конкретной единицы оборудования. Наряду с этим она несет информацию о конкретном месте установки единицы оборудования – описание строительных конструкций, наличие технологических систем, оборудования. Это очень важно уже сегодня и применяется при проведении работ по реконструкции и модернизации оборудования АЭС.
Еще один острый вопрос, где ЦИМИ сможет уже в ближайшее время внести ясность, это регламент взаимодействия конструкторской организации, генерального проектировщика и эксплуатирующей организации. Полноценная автоматизация поддержки процессов взаимодействия между этими организациями в части согласования технических решений и приемки проектной документации на этапах проектирования, сооружения, реконструкции и модернизации блоков АЭС трудно представить без 3D моделирования. Оно позволяет кардинально сократить время за счет интеграции модели в среду технологического документооборота, связки с системами управления проектами. В этом случае проектно-конструкторские работы по реконструкции и модернизации блоков АЭС смогут вестись в едином информационном пространстве, что обеспечивает не только сокращение времени проведения проектных работ, но и повышение их качества. Проектировщик будет работать не с абстрактной единицей оборудования, а с оборудованием, встроенным в информационную 3D модель конкретного блока, что позволит учесть все нюансы компоновочных решений.
Сегодня мы анализируем возможность реализации пилотного проекта с использованием ЦИМИ и перспективы ее интеграции с системами поддержки эксплуатации, ТОиР и отраслевого документооборота при включении в него оборота проектно-сметной документации и др.
Подводя итог нашему рассказу про цифровые информационные модели изделий, отметим несколько факторов, которые делают их крайне важными участниками поддержки эксплуатации в ближайшем будущем.
Во-первых, их применение позитивно скажется на сокращении количества нарушений в работе АЭС, вызванных недостатками поддержки эксплуатации. Ведь для 40% аномальных событий в ходе нарушений в работе АЭС в ОЗП 2011 – 2012 гг. коренной причиной явились недостатки именно в этом сегменте. А для 24% событий коренная причина кроется в недостатках, связанных с обучением персонала или качеством документации. То есть в тех сегментах, где 3D моделирование дает наибольший эффект.
Ни у кого не вызывает сомнений, что применение цифровых информационных моделей изделия, основанных на 3D на стадии эксплуатации блоков АЭС, займет свою достойную нишу в отраслевом информационном пространстве, позволит вовлечь в него поставщиков оборудования и повысить эффективность и качество решения задач эксплуатации.
В свою очередь, за счет ЦИМИ поставщики оборудования и проектные организации получат обратную связь от АЭС об опыте эксплуатации оборудования. Наличие обратной связи такого уровня позволит повысить как качество подготовки и проведения модернизации эксплуатируемых образцов, так и качество разработок нового оборудования.
Являясь, по сути, электронным «биометрическим» паспортом оборудования, ЦИМИ станет свидетелем и хранителем всех событий, которые произошли на протяжении всего жизненного цикла оборудования – от рождения до смерти.
Более того, принимая во внимание тот факт, что эти модели включают также и эксплуатационные нормативы оборудования, которые задают режим проведения мероприятий по обслуживанию, ремонтам и выводу из эксплуатации, 3D модели становятся своеобразным ДНК оборудования, задающей программу реализации всего жизненного цикла оборудования.
Да, сегодня это не совсем так. Но эксперты в области информационных технологий должны быть на шаг впереди, чтобы не опоздать.
