¬аше окно в мир —јѕ–
 
Ќовости —татьи јвторы —обыти€ ¬акансии Ёнциклопеди€ –екламодател€м
—татьи

18 €нвар€ 2021

ѕарадигма —»ћѕлекс: формирование инженерной модели основных фондов

јркадий  азанцев

јркадий  азанцев Ч технический менеджер крупной российской компании, имеет опыт работы в отрасл€х: транспортное машиностроение, промышленное строительство, коммерческое судостроение, √ќ«. »меет два высших технических образовани€, общий стаж работы в промышленности более 25 лет.
Ќа сегодн€шний день на isicad.ru опубликована 21 стать€ автора.

Ђѕреподнос€ сюрприз
суммой своих углов
вещь выпадает из
миропор€дка слов.
...
¬ещь можно грохнуть, сжечь,
распотрошить, сломать.
Ѕросить. ѕри этом вещь
не крикнет: Ђ***** мать!ї

». Ѕродский

’ождени€ по мукам грабл€м

—»ћѕлекс

ѕроектировщики выполн€ют проектные работы, но они не моделируют основные фонды. “о, что проектировщики сосредоточены именно на выполнении работ, отражено:

  • в названи€х проектов: реконструкци€, модернизаци€ мощностей, новое строительство;
  • в форме результата: проектна€ документаци€ представл€ет собой графическую инструкцию дл€ строительного подр€дчика, всей информации по участку проектировани€ чертЄж не содержит (и никогда содержать не будет).

“ака€ ситуаци€ сложилась объективно, поскольку работа проектировщика начинаетс€ со строчки в перечне работ инвестиционного плана организации-владельца основных фондов капстро€. Ќапример, дл€ вокзального комплекса инвестиции могут включать: реконструкцию системы кровли, модернизацию оборудовани€ зала ожидани€, строительство нового здани€ билетных касс и платформы дл€ ¬—ћ и т.д. ѕо каждой работе/строке инвестплана выдел€етс€ отдельный бюджет и выпускаетс€ отдельный комплект чертежей. ≈сли проект комплексный и включает несколько работ, то суть не мен€етс€. ќсобенно хорошо это видно при портфельном инвестировании в течение р€да лет: отдельна€ заказна€ работа Ч отдельный проект.

ƒопустим, прин€то решение о замене дерев€нных стропил кровли вокзала на стекл€нную крышу с металлическими фермами. ѕроектировщик берЄт существующий комплект чертежей здани€ вокзала, извлекает из него информацию о кровле и примыкающих конструкци€х и создаЄт новый комплект чертежей стекл€нной кровли. “аким образом, по€вл€ютс€ два комплекта, один Ч с информацией о кровле, а второй Ч обо всЄм остальном. «начит, чтобы получить комплексное представление о конструкци€х, нужно смотреть уже два комплекта.

≈сли вокзал и вокзальна€ инфраструктура построены давно, то количество комплектов чертежей может исчисл€тьс€ дес€тками и даже сотн€ми Ч происходит фактически неуправл€емое размножение информационных сущностей, содержащих отдельные части пазла. » это несмотр€ на то, что вокзальный комплекс всегда один и тот же.

ѕричина такого положени€ в парадигме, в которой живут проектировщики, Ч освоение инвестиций, обеспечение исполнени€ заказанных строительных работ.

—троительные PLM-системы, если они построены Ђот проектировани€ї, оказались автоматически вт€нутыми в орбиту этой парадигмы: построение структуры инженерной информации в них начинаетс€ с перечн€ инвестиционных проектов. “акие системы работают не с основными фондами капстро€ организации, они работают с Ђчаст€ми пазлаї Ч комплектами чертежей в формате —ѕƒ—, информаци€ о составе объекта в которых многократно перекрываетс€. PLM-система из ожидавшейс€ инновации, призванной преодолеть информационную сложность процесса ∆÷, превратилась снова в архив чертежей, только электронный.  руг замкнулс€. ЂЋеший водит кругамиї, Ч говорит русское суеверье.  то водит кругами разработчиков Ђстроительныхї PLM?..

ѕонимание BIM не как эволюции, а как революции Ч постчертЄжной парадигмы Ч не находит должного выхода в публичный профессиональный дискурс. ¬ попытках скрестить ежа с ужом на рынке предлагаютс€ PLM-системы, где к —ѕƒ—-документации инвестпроекта добавл€етс€ юридически нелегитимна€ BIM-модель. „ертЄж (инструкци€ дл€ строител€!) продолжает считатьс€ адекватным отражением реальности. ћодели рассматриваютс€ только как структурные узлы группировки чертежей. ѕон€тно, что в случае реконструкции начинаютс€ логические нестыковки между измен€ющимис€ част€ми модели и прив€занными к ним чертежами. ѕазл снова начинает рассыпатьс€.

‘-модель имени Ѕродского

ќказываетс€, с ќсновными ‘ондами  апитального —троительства (ќ‘ —) как единым комплексом в течение жизненного цикла строительного объекта (∆÷) работают не проектировщики, а эксплуатационщики. ЌадЄжное функционирование комплекса ќ‘ — критически важно владельцу дл€ извлечени€ прибыли от эксплуатации существующих фондов (ключевое слово Ч существующих). ѕремии эксплуатационщиков завис€т от того, насколько хорошо они это обеспечивают.

‘ункционирование комплекса Ч это, прежде всего, функциональные св€зи/зависимости между его элементами. ≈сли св€зь рвЄтс€, то часть функций Ђотмираетї. ‘ункции имеют надЄжную физическую подоснову, следовательно, информационный носитель этой подосновы Ч цифрова€ физическа€ модель.

— другой стороны, кирпич в стене ничего не знает о том, как стена, в которой он лежит, св€зана с функциональностью строительного объекта. “о же можно сказать и о любом физическом строительном элементе здани€. —ледовательно, физическа€ модель, спроектированна€ как средство удовлетворить требовани€ к функциональности, после своего воплощени€ в металле и бетоне становитс€ самосто€тельной сущностью, отдел€€сь уже и от своего первоначального подчинени€ функциональности. ¬ качестве примера можно привести расширение здани€ вокзала, когда наружна€ несуща€ стена становитс€ внутренней, но от этого не мен€ет ни своей формы, ни содержани€/свойств. “аким образом, физическа€ модель Ч это только то, что составл€ет физическую реальность, дл€ неЄ нет прошлого и будущего, дл€ неЄ всегда существует только насто€щее, с точки зрени€ критери€ времени Ч она инвариант. ќна равноправна в отношени€х с функциональной и прочими процессными модел€ми. ≈й безразлично Ч кака€ власть на дворе, какие цены и расценки, какие законы принимают и отмен€ют люди.  ирпич в стене или есть, или его там нет. ¬сЄ построение процесса моделировани€ ∆÷ в постчертЄжной парадигме должно начинатьс€ с определени€ физической, ‘-модели.

 ак уже пон€тно, концепци€ ‘-модели не имеет ничего общего с парадигмой проектировщиков (портфельного освоени€ инвестиций). ‘-модель Ч это описание целевой реальности. ѕоэтому если процесс строительства конкретного объекта во времени движетс€ от проектировани€ к эксплуатации (из начала Ч в конец), то структуры метаданных ‘-модели дл€ PLM-системы ќ‘ — следует разрабатывать в обратном пор€дке, от эксплуатации к проектированию (из конца Ч в начало).

ѕриведЄм пример альтернативной аргументации.

 аждый объект реальности имеет бесконечное число свойств. ≈сли же мы говорим о модели, то подразумеваем, что из реального объекта извлекаем только конечное количество свойств и взаимосв€зей, которые нам нужны дл€ каких-то целей. Ёто означает, что люба€ модель подразумевает ответ на вопрос: в чьих интересах эта модель строитс€? ” каждого этапа процесса ∆÷ есть свои бенефициары. “аким образом, при формировании ‘-модели следует раздел€ть два вопроса: кто создаЄт информационные данные? в чьих интересах?

¬ какой этап следует Ђпоместитьї физическую модель, какой этап вз€ть за основу дл€ разработки базовых классов, свойств и структур? ќчевидно, что это этап, где из объекта инвестировани€ извлекаетс€ прибыль. Ётапы проектировани€ и строительства несут инвестору затраты (а может, и убытки), и только на этапе эксплуатации инвестор надеетс€ получить прибыль. «начит, физическую модель нужно разрабатывать с точки зрени€ эксплуатации, где она, соединЄнна€ с организационными, экономическими и правовыми процессами содержани€ и владени€, позвол€ет управл€ть рентабельностью.

“огда информационные модели этапов строительства и проектировани€ представл€ют из себ€ Ђнадстройкиї над моделью эксплуатации, при необходимости уточн€ющие и дополн€ющие базовую модель строительного объекта, возможно Ч по-другому Ђсобирающиеї состав объекта. “аким образом, ЂматрЄшкаї моделей начинаетс€ с эксплуатации Ч это не Ђцепочкаї моделей, начинающа€с€ с проектировани€, как это трактует распространЄнное сейчас мнение.

 ак понимать выражение Ђцелева€ реальностьї применительно к ‘-модели? –ассмотрим пример многоквартирного жилого дома. ƒл€ жильца квартиры существуют такие пон€ти€, как стол, стул, диван, телевизор, кухонный гарнитур и т.д. ќни составл€ют дл€ него важные объекты описани€ реальности. Ќо если вы придЄте в жилищно-эксплуатационную компанию, обслуживающую этот дом, то в разговорах сотрудников вы часто услышите другие пон€ти€: сто€ки, лифты, чердак, кровл€, подвал, вентили и т.п. ¬ какой квартире имеетс€ телевизор или холодильник, и какой марки, ∆Ё  не интересует. ћы имеем два очень разных Ђдоменаї описани€ одной и той же реальности, которые соедин€ютс€ между собой общим пон€тием Ч индивидуальные счЄтчики ресурсов. ѕричина в том, что цели у участников взаимодействи€ с объектом реальности Ч разные. ј это значит, что при попытке классифицировать объекты на выходе мы получим разные классификаторы.  ак учесть в модели, что целева€ реальность превращаетс€ на практике в мультиреальность?

–ел€ционна€ и пострел€ционна€ модели управлени€ данными

÷елое поколение программистов-прикладников выросло на рел€ционных базах данных. ќбычна€ схема разработки предписывает определить запросы к данным, а затем построить архитектуру —”Ѕƒ из таблиц, ключей и св€зей между ними, удовлетвор€ющую этим запросам. ƒь€вол в том, что важнейшим требованием эффективности обработки запросов к рел€ционным —”Ѕƒ €вл€етс€ то, что проектный перечень запросов должен быть полным, то есть конечным. Ёто хорошо работает на виртуальных объектах в €зыках объектно-ориентированного программировани€, где свойства €вно прописываютс€ в классах. Ќо физический объект, в отличие от виртуального, имеет бесконечное число свойств. –абота€ с модел€ми реальности, мы всегда работаем с недоопределЄнными объектами Ч всЄ зависит от цели взаимодействующего с моделью субъекта. «начит, ‘-модель, предлагаема€ на значительный временной отрезок (дес€тки лет), должна иметь потенциально неограниченную возможность расширени€ определений.

«десь на помощь приходит относительно нова€ научно-практическа€ разработка Ч формализованна€ онтологи€. ¬ отличие от рел€ционных таблиц здесь используетс€ сетева€ модель данных. ¬место формировани€ перечн€ запросов идЄт целевое описание сущностей предметной области и св€зей между ними, причЄм определение св€зей расширено, а свойства вынесены из классов в самосто€тельные иерархии. ¬ итоге мы получаем бесконечно расшир€емую сетевую модель, котора€ может обработать любой запрос, Ч если в модели есть запрашиваема€ информаци€, то вы еЄ получите. ¬ этом Ч основа цифрового двойника реального физического объекта. », что важно, Ц самосто€тельного взаимодействи€ этих двойников, без участи€ человека.

 уда катитс€ мир, или  онец тоннел€

[–аздел вз€т из статьи ЂInternational experience and development trends of information modeling technology in relation to the life cycle of railway infrastructure facilitiesї в International Journal of Open Information Technologies ISSN: 2307-8162 vol. 8, no.12, 2020, в подготовке которой автор принимал непосредственное участие.]

ѕоскольку Ђцифровой двойникї стал Ђмоднымї термином, то по€вились многочисленные спекул€ции на эту тему, когда цифровыми двойниками стали называть практически все виды информационных моделей.

ƒовольно подробное исследование этой терминологии дано в диссертации Ћинни Ѕесжак и  ассандры Ћиндквист из Ўвеции (Linnea Bestjak, Cassandra Lindqvist ЂAssessment of how Digital Twin can be utilized in manufacturing companies to create business valueї, School of Innovation, Design and Engineering, Mälardalen industrial technology center, Sweden, 2020).

ќпределение термина раскрываетс€ через взаимосв€зь между реальным физическим объектом и его цифровым прототипом Ч см. табл. 1.

“аблица 1. јнализ определений

÷ифрова€ модель ÷ифрова€ тень ÷ифровой двойник
јнализ определени€ ‘изические и виртуальные компоненты взаимодействуют только через ручной обмен данными ‘изические и виртуальные компоненты взаимодействуют в реальном времени только в однонаправленном режиме ‘изические и виртуальные компоненты взаимодействуют в реальном времени в двунаправленном режиме

»з определений становитс€ пон€тна эволюци€ и роль BIM-инструментов в жизненном цикле физического объекта.

Ђ÷ифрова€ модельї (÷ћ) применима на стадии проектировани€ объекта, когда можно оптимизировать параметры будущего объекта. ¬ажным свойством ÷ћ €вл€етс€ возможность прогноза, в том числе по типу Ђчто еслиї. ¬иртуальный прогноз дешевле, а иногда единственно возможен. “аким образом, главна€ задача ÷ћ Ч оптимизаци€ проектных решений.

Ђ÷ифрова€ теньї (÷“) позвол€ет получить информацию с датчиков контрол€ текущего состо€ни€ уже построенного объекта. «десь важную роль играет объединение Ђпрогнознойї BIM-модели с системой поддержки прин€ти€ решений, поскольку прогноз основываетс€ уже не на прогоне всех возможных вариантов, как в ÷ћ, а на конкретных исходных данных с датчиков. “аким образом, главна€ задача ÷“ Ч показать оператору Ђчто будетї и предложить вариант действий.

Ђ÷ифровой двойникї (÷ƒ) позвол€ет не только получать информацию о текущем состо€нии, но и удалЄнно управл€ть системами физического объекта. ѕоскольку двустороннее взаимодействие наиболее эффективно дл€ систем с нелинейной обратной св€зью, то переход к ÷ƒ означает постепенное удаление человека из управлени€ системами физического объекта и передачу функций управлени€ искусственному интеллекту и роботам. “аким образом, главной задачей ÷ƒ можно назвать автономность.

BIM и BOM

–еальна€ эксплуатаци€ разрушает весьма искусственную концепцию LOD-ов. ƒопустим, опустились в детализации монтажа (LOD 300) до покупного объекта Ђ—трелка с приводомї. Ќо при ремонте стрелки в инструкции сказано Ђоткрутить гайку 6, сн€ть пружину 18ЕїЕ ≈сли модель не может обеспечить полную нагл€дность ремонта, то как мы потом обеспечим роботизацию ремонтных операций (где обучение ремонтного робота идЄт на модели), а значит, и автономность объекта? јвтономность подразумевает значительное насыщение строительного объекта киберфизическими системами и стирает грань между строительством и машиностроением. ј значит, вышеуказанный пример издели€ корректен и неслучаен.

¬ концепции LOD-ов оставлена лазейка: LOD400 и LOD500, где в последнем случае говоритс€ об информации, Ђдостаточной дл€ передачи в эксплуатациюї.  то это будет определ€ть? ѕроектировщик?.. (Ќалицо оп€ть Ђпр€мой ходї в разработке структур данных ∆÷, вместо Ђобратногої, и св€занные с этим проблемы).

ќтсюда следует вывод о том, что единственно правильным представлением при импорте элемента в ‘-модель будет конструкционный состав издели€ (конструктивный BOM Ц bill of materials). Ќа базе конструктивного BOMа формируютс€ Ђмонтажный BOMї (стройка) и Ђремонтный BOMї (эксплуатаци€). Ђ¬ес моделиї дл€ конкретных требований отображени€ регулируетс€. “аким образом, ‘-модель основных фондов допускает, при необходимости, упрощение модели реального издели€, в то врем€ как концепци€ LOD100-500 предполагает последовательное усложнение проектной (виртуальной?) модели.

¬ силу вышеизложенного, не существует BIM-моделей 4D, 5D, 6D и т.п., есть модель физического объекта (‘-модель) и процессы, которые вторичны по отношению к физической модели и хран€т временные данные в ссылочных базах данных. Ёто хорошо заметно при передаче модели с этапа на этап, когда многие данные, важные дл€ одного этапа ∆÷, оказываютс€ совершенно лишними дл€ другого. ≈сли объект инвестировани€, такой как железнодорожный вокзал, существует 100 лет, то кого сейчас интересуют строительные сметы начала прошлого века?..

ј вот конструктив остаЄтс€. ј значит, и стандарт, по которому изготавливали кирпичи дл€ стен, и марки стали, из которых отливали балки, продолжают жить в них, хот€ в мире импульсивного человечества эти стандарты уже несколько раз помен€ли, отменили и забыли (почувствуйте ¬ечность неодушевлЄнного мира и ещЄ раз прочтите гениальные стихи Ѕродского ).

√рафические по€снени€

Ќиже приведены две схемы, по€сн€ющие вышесказанное. —хемы приведены исключительно в качестве иллюстрации текста, пытатьс€ их использовать без серьЄзной профессиональной переработки насто€тельно не рекомендуетс€.

ѕарадигма —»ћѕлекс

–ис. 1. ќсновные классы и структурные типы онтологической модели инфраструктуры

ѕарадигма —»ћѕлекс

–ис. 2. —труктурный тип Ђ онструкци€ї, пример заполнени€ экземпл€ров типа

 уда уехал цирк проектна€ документаци€

Ћюбую практическую де€тельность, даже такую уникальную, как Ђпроектї, можно разбить на три уровн€: “ехнологи€, ”правление, Ёкономика. ѕроектна€ документаци€, как инструкци€ дл€ подр€дчика, относитс€ к временным данным процессов (процесс —троительство) и должна хранитьс€ в программах, св€занных с управлением постройкой объекта (уровень ”правление), а не с инженерными модел€ми ќ‘ — (уровень “ехнологи€). »нженерна€ модель ќ‘ — (физическа€, ‘-модель) это отдельна€ сущность и отдельна€ программа.

„ертЄж и на стройке поджимают

[–аздел вз€т из статьи ЂInternational experience and development trends of information modeling technology in relation to the life cycle of railway infrastructure facilitiesї в International Journal of Open Information Technologies ISSN: 2307-8162 vol. 8, no.12, 2020, в подготовке которой автор принимал непосредственное участие.]

Ќова€ парадигма (∆÷ по модел€м) об€зана порождать новые технологии работы, которые не присутствовали в предыдущем технологическом укладе (2D). ѕервыми из числа таких технологий по€вились технологии Ђвиртуальной реальностиї (VR) и Ђсмешанной реальностиї (MR). ¬ практике строительства и эксплуатации с помощью BIM как бесчертЄжной технологии более перспективной представл€етс€ технологи€ смешанной реальности (mixed reality, MR), особенно в операци€х разметки и монтажа.

ѕример: ћонтажник должен установить на стену кронштейны под кабели.

“радиционно, он должен изучить чертЄж, нанести разметку на стену и только после этого начать монтаж кронштейнов.

ѕри использовании технологии смешанной реальности, в MR-очках, он сразу видит, куда надо установить кронштейн, Ч его виртуальный образ висит в пространстве. ≈сли к MR-технологии добавить распознавание образов (машинное обучение, AI), то MR-очки подскажут, какой кронштейн в контейнере подходит дл€ установки.

«а счЄт этого:

  • снижаетс€ квалификаци€ монтажника Ч ему не требуетс€ навык чтени€ строительных чертежей;
  • ускор€етс€ работа за счЄт устранени€ р€да подготовительных работ (изучени€ чертежа, разметки стены, более долгого поиска/выбора комплектующих и инструментов);
  • снижаютс€ риски брака из-за ошибок чтени€ чертежа, ошибок разметки, ошибки выбора комплектующих, нарушени€ технологии монтажа;
  • упрощаетс€ приЄмка работы Ч и монтажник, и бригадир, и авторский надзор, и инспектор заказчика используют единую модель в MR.

»того:

  • удешевл€етс€ непосредственна€ стоимость работ (снижаютс€ почасова€ оплата исполнител€ и убытки от брака);
  • ускор€етс€ работа (косвенное удешевление) за счЄт снижени€ количества операций и их упрощени€.

–азвитие технологии смешанной реальности лимитируетс€:

  • эффективностью позиционировани€ на участке проведени€ работ (до нескольких миллиметров);
  • возможност€ми визуализации, надЄжностью и эргономичностью MR-очков;
  • стоимостью индивидуального комплекта электронных устройств и средств позиционировани€ в рабочей зоне.

“ехнологи€ смешанной реальности получила широкую известность на рубеже 2013-14 годов (как еЄ ранний прототип Ч дополненна€ реальность, augmented reality, AR), однако еЄ дальнейшее развитие сдерживаетс€ вышеуказанными более высокими требовани€ми к специализированным электронным компонентам. “ем не менее надо отметить достижени€ последнего времени:

  • компани€ Microsoft создала MR-очки как рыночный продукт широкого пользовани€;
  • ведуща€ компани€ по разработке оборудовани€ дл€ инженерного геопозиционировани€ Trimble относительно недавно приобрела компанию Tekla, сосредоточив таким образом в своих руках ключевые элементы технологии, необходимые дл€ перехода к работе без чертежей на стройплощадке.

Ќадо отметить, что техническое совершенствование электроники и программ дл€ смешанной реальности, а также снижение их стоимости идут довольно быстрыми темпами, следовательно, по€вление первых образцов промышленных продуктов, реализующих полноценную бесчертЄжную технологию дл€ стройплощадки, можно ожидать в ближайшие несколько лет.

ќнтологическое заключение

–азвитие темы, так близкой и пон€тной крупным компани€м, от€гощЄнным значительными объЄмами ќ‘ —, вызвало ощущение близости порога, или перехода, за которым количество накопленных знаний переходит в качество новой реальности.

Ђ» вн€л € неба содроганье,
» горний ангелов полЄт,
» гад морских подводный ход,
» дольней лозы проз€баньеЕї
ј.—. ѕушкин

—пи спокойно, јлександр —ергеевич. ƒаже если не удастс€ ублажить шестикрылого серафима, всЄ равно теперь мы понимаем Ч  ј  описать реальность.

—»ћѕлекс


„итайте также:


¬акансии:

јктуальное обсуждение

RSS-лента комментариев

ƒавид Ћевин
ƒавид Ћевин
ќт редактора: √овор€т, в истории CAD уже было четыре революции. Ќа горизонте є 5?
ѕроект ЂЌародное —јѕ–-интервьюї

—лучайна€ стать€:

isicad Top 10

—амые попул€рные материалы

   ‘орумы isicad:

isicad-2010 isicad-2008
isicad-2006 isicad-2004

ќ проекте

ѕриглашаем публиковать на сайте isicad.ru новости и пресс-релизы о новых решени€х и продуктах, о проводимых меропри€ти€х и другую информацию. јдрес дл€ корреспонденции - info@isicad.ru

ѕроект isicad нацелен на

  • укрепление контактов между разработчиками, поставщиками и потребител€ми промышленных решений в област€х PLM и ERP...
ѕодробнее

»нформаци€ дл€ рекламодателей


¬се права защищены. © 2004-2021 √руппа компаний «Ћ≈ƒј—»

ѕерепечатка материалов сайта допускаетс€ с согласи€ редакции, ссылка на isicad.ru об€зательна.
¬ы можете обратитьс€ к нам по адресу info@isicad.ru.