Открытые и закрытые форматы данных в САПР, СОД, СУИД/СУпрИД

…Открытые форматы обеспечат преемственность данных при развитии программных компонентов. А развитие неизбежно и как общемировая тенденция, и как тенденция импортозамещения в России. Сохранение накопленных сегодня огромных объемов данных и инвестиций становится стратегической задачей.

Многообразие САПР

В настоящее время волей-неволей появляется понимание, что не бывает единого инструмента САПР, который закрывает все необходимые требования самых разнообразных специалистов — конструкторов, проектировщиков, дизайнеров и прочих пользователей.

Позволю себе обозначить как минимум несколько типов САПР, очень существенно различающихся по требованиям и принципам их создания:

• САПР общего назначения, — с одной стороны, средства создания двумерной графической документации, с другой — платформы, на базе которых создаются специализированные САПР. Примеры: AutoCAD, MicroStation, nanoCAD, КОМПАС-График и др.;
• Машиностроительный САПР — интуитивно понятно без объяснений. Примеры: Autodesk Inventor, SolidWorks, КОМПАС-3D, T-FLEX CAD и пр.;
• Архитектурно-строительные САПР, они же САПР ПГС, они же САПР AEC — Autodesk Revit, Archicad, Renga и линейка САПР на базе nanoCAD (nanoCAD BIM Конструкции, например);
• САПР проектирования инфраструктуры и землеустройства — Autodesk Civil 3D, КРЕДО, nanoCAD GeoniCS и ряд других;
• И наконец, САПР, получившие название PlantDesign, САПР технологических и промышленных установок — PDS, PDMS, Smart->3D, E3D, AutoPlant, PlantLinker, Model Studo CS и другие.

Мы никак не претендуем на полноту этого списка. Думаю, сразу можно привести еще несколько названий. Например, САПР металлоконструкций.

Итак, мы осознали, что мы проектируем в разных САПР, и поняли, что эти САПР имеют абсолютно разные форматы представления документации и трехмерных моделей. Появилось даже название для этих разнообразных форматов — «нативные» форматы. В подавляющем большинстве случаев это закрытые форматы, принадлежащие производителю той или иной САПР («проприетарные» форматы).

«Аутентичные» форматы

Но проектировщику и конструктору надо представить заказчику, монтажнику, строителю, заводу-производителю электронную документацию и трехмерные модели, желательно в едином формате.

Исторически появился термин «аутентичные» форматы, т. е. форматы, которые, с одной стороны, точно соответствуют документам, порожденным САПР, с другой — могут быть прочитаны, проанализированы и распечатаны без использования исходной САПР. В первую очередь, таким стандартом «де факто» стал формат PDF. Отметим, кстати, что этот формат обеспечивает представление не только графических документов, но и текстовых, табличных и сканированных документов.

А вот с созданием «аутентичных» форматов для передачи трехмерных моделей дело обстоит значительно хуже. Трехмерный PDF не получил такого же распространения, как его документный аналог.

В машиностроении и других промышленных отраслях стандартом «де факто» стал формат STEP. Формат поддерживается всеми машиностроительными САПР и огромным количеством вьюверов. Но, к сожалению, имеет очень много вариантов, иногда не очень совместимых.

В строительной отрасли, включая и проектирование, и строительство сложных промышленных и технологических установок, используется формат IFC (фактически является развитием формата STEP). Он тоже имеет несколько вариантов, но значительно более стандартизирован, чем формат STEP.

Обращаю Ваше внимание, что:

• И STEP, и IFC являются ОТКРЫТЫМИ форматами, спецификации которых определяются стандартами ISO 10303, ISO 10303-21 и ISO 10303-28;
• И STEP, и IFC сегодня не используются как «нативные» форматы. Это означает, что в большинстве САПР эти модели можно загрузить только как «референсные» модели, то есть как модели, недоступные для редактирования.
• В реальной жизни такие модели и передаются субподрядчикам, заказчикам и другим партнерским организациям с целью их просмотра и изучения БЕЗ возможности их изменения и без использования исходных САПР.
• Также в реальной жизни оказалось очень востребована функция «сборки» нескольких моделей в «комплексную» модель. Пример: сборка модели здания по дисциплинам — строительные конструкции, оборудование, различные инженерные сети. Именно IFC и STEP прекрасно решают эту задачу.

Подведем итоги на этом этапе:

• Мы имеем «нативные» форматы, которые содержат результаты проектирования в самых разных САПР. Модели и документы в этих форматах могут в большинстве случаев редактироваться только этими же или родственными САПР. Последнее в основном касается САПР на основе формата DWG.
• Мы имеем «аутентичные» форматы фактически для любых документов (графических, текстовых, табличных, сканированных), редактирование которых в большинстве случаев запрещено (иногда юридически).
• Мы имеем плохо стандартизированные форматы STEP и IFC для представления трехмерных моделей самых разных изделий и объектов. Фактически модели в этих форматах играют роль «аутентичных» моделей для передачи партнерским организациям, субподрядчикам, заказчикам и любым пользователям, не имеющим доступ к необходимой САПР.

Существует огромное количество вьюверов (просмотрщиков) моделей в формате STEP и IFC, но визуализация реально больших моделей сложных изделий и объектов может привести к краху работы этих вьюверов и требует от них специальных технологий.

Электронные архивы и среда общих данных

И все было замечательно, но вдруг все поняли, что со всеми этими файлами, содержащими документы и модели в «безбумажной технологии», надо работать огромному количеству людей, никакого отношения к САПР не имеющих. Условно всех их можно разделить на две категории:

• Люди, участвующие в процессе проектирования, но не работающие с САПР: главные конструкторы, ГИПы, начальники отделов и их помощники, сметчики, технические писатели и т. д., и т. п.
• Люди, не участвующие в процессе проектирования, но участвующие во внешних процессах — заказчики, эксперты, технологи, строители, сотрудники МТО.

Появились понятия электронного архива инженерной документации и электронного документооборота инженерной документации. Тут всех спасло слово «документация». И сегодня все это лихо функционирует на базе «аутентичных» документов, т. е. PDF. Тут можно и замечания писать, и согласовывать документы, и утверждать, и даже подписывать (либо на бумаге и сканировать, либо электронной подписью).

Рис. 1. Пример чертежа, используемого в системах электронного архива и документооборота

Далее появилась «Среда Общих Данных» (СОД), обеспечивающая совместную работу, во-первых, над документами традиционно в «аутентичных» форматах, но часто и в «нативных» форматах, а потом и с моделями. Электронный архив в облаках!

Машиностроение оказалось впереди и создало системы PDM/PLM, но фактически все они связаны с конкретными САПР конкретного производителя, а результаты работы других САПР понимают через формат STEP или как документы в форматах DWG и PDF.

В архитектурно-строительной области появилась технология BIM, и вполне справедливо восторжествовал формат IFC. Появились комплексные модели, сохраненные в IFC из разных САПР для разных специальностей (дисциплин). Технология СОД с удовольствием «проглотила» технологию IFC и дальше начала расширяться в сторону управления строительством и эксплуатации.

Особенности отрасли PlantDesign

А вот передовые САПР в области PlantDesign пошли по пути создания трехмерных моделей сложных промышленных и технологических установок на основе объектного моделирования их в структурах баз данных. При этом все проектировщики могут одновременно работать с этой базой данных. И оказалось, что «нативный» формат исчез и превратился в дамп базы данных, содержащей модель установки, а то и нескольких. Автоматизированная генерация чертежей из моделей превратилась в отдельную проектную специальность, как, впрочем, и генерация табличной документации (спецификации, ведомости и т. п.). Но тут проблем не возникло, к этому все уже привыкли — DWG, DOC, XLS и, конечно. вездесущий PDF.

Тут же выяснилось, что все хотят иметь доступ к трехмерным моделям, не имея этих сложных и дорогих САПР. Сначала каждый уважающий себя вендор создал свой формат для просмотра (.DWF, .NWD, .VUE, .RVT и т. д.). Но такой подход можно себе позволить в рамках одной проектной компании, работающей на одной САПР. Количество используемых вьюверов этих форматов в серьезной проектной компании в три-четыре раза должно превышать количество САПР. Кстати, большинство этих форматов «проприетарны», т. е. закрыты.

Рис. 2. Пример сложной технологической установки

Сегодня для создания комплексных моделей предлагается использовать те самые открытые форматы STEP и IFC. В строительной отрасли при проектировании, строительстве и эксплуатации этот подход в настоящее время развивается семимильными шагами.

Но в отрасли PlantDesign для строительства и эксплуатации сложных промышленных и технологических объектов объем IFC файлов, содержащих модели установок, оказался устрашающим. Одна установка в формате IFC сегодня занимает от 20 до 90 GB. Большинство распространенных вьюверов IFC на таких объемах либо «падают», либо начинают очень медленно работать. Медленно загружают, медленно масштабируются и позиционируются. Кроме того, при визуализации IFC в тонких клиентах, (web-клиентах), начинают работать ограничения на объемы, с которыми работают браузеры.

Разработчики вьюверов предпринимают специальные меры для отображения таких моделей. Файлы в формате IFC преобразуются в свои оптимизированные форматы либо, в некоторых случаях, разворачиваются в структуры баз данных. Иногда появляются новые «закрытые» («проприетарные») форматы, в которых и предлагается хранить эти огромные модели.

Тут важно вместе с водой не выплеснуть ребенка. Мы совсем недавно договорились о работе в открытых форматах и тут же пытаемся уйти с этого пути. Мы абсолютно уверены, что хранимый формат должен быть «открытым». Поменяются СУИД, СОД, электронные архивы, вьюверы и операционные системы, но информация должна быть доступной во всех случаях. Сегодня мы видим, как развиваются эти процессы в рамках импортозамещения.

Попробуем резюмировать, что мы имеем сегодня.

• Есть «нативные» («проприетарные») форматы моделей и документов, и для дальнейшего развития и модернизации спроектированных изделий и объектов мы ОБЯЗАТЕЛЬНО вынуждены их хранить. Иногда это просто (.DWG-файлы), а иногда дампы огромных баз данных.
• Есть фактически стандартизированные «открытые» форматы для документации, ставшие стандартом «де факто», — это PDF и «условно открытый» DWG.
• И есть плохо стандартизированные, но открытые форматы для визуализации трехмерных моделей машиностроительных изделий (STEP), трехмерных моделей строительных объектов (IFC). Эти форматы в этих отраслях фактически тоже стали стандартом «де факто».
• А вот в отрасли PlantDesign востребованы оба этих формата (STEP — для моделей оборудования, IFC — для моделей строительных и технологических конструкций). И несмотря на трудности (объемы), сегодня это самое разумное направление визуализации сложных моделей.

СУИД — Система управления инженерными данными

Рис. 3. Концептуальная схема информации, содержащейся в СУИД

Опять-таки с инженерной документацией проблем нет сложные технические объекты DWG, DOC, XLS и PDF. Для хранения трехмерных моделей сложных изделий и объектов наиболее подходят именно STEP и IFC. Именно эти форматы обеспечат преемственность данных (и сохранение инвестиций) при развитии всех рассматриваемых программных компонентов. А развитие неизбежно, и как общемировая тенденция, и как тенденция импортозамещения в России. И сохранить накопленные сегодня огромные объемы данных становится стратегической задачей.

Проблемы усугубляются тем, что мы создаем СУИД, которые теоретически должны эксплуатироваться десятилетиями, ровно столько, сколько эксплуатируются сложные промышленные и технологические установки. То есть к моменту вывода из эксплуатации объекта, построенного вчера, не будет актуальных сегодня операционных систем, СУБД, компьютеров и серверов. Мы сегодня должны закладывать решения, которые обеспечат доступ к информации через десятилетия.

В таких условиях использование открытых форматов — единственный разумный выход.

Философские рассуждения о развитии «нативных» форматов

Процесс передачи «нативных» форматов от одного пользователя к другим может быть очень сложным. Даже простейшая передача DWG файлов наталкивается на требование мапирования шрифтов, текстур и ряд проблем с версиями. А современные многопользовательские САПР (Smart->3D, например) фактически требуют передачи дампа базы данных, на которой велось проектирование, а то и просто виртуальной машины, на которой исполнялся проект.

Сегодня мы вынуждены хранить «нативные» форматы в электронных архивах, СОД, СУИД, PDM/PLM, а иногда, когда это невозможно, и просто в файловых системах.

Существует подход, который, возможно, помог бы решить эту проблему — выгружать полную информацию по моделям из САПР в файлы в открытых XML-форматах. При этом в ряде случаев удается выгрузить «объектную» модель, которая оперирует не графическими примитивами, а объектами, использованными при проектировании, такими как элементы строительных конструкций, оборудование, компоненты трубопроводов, опоры и подвесы, лотки и кабели и т. д. Тогда мы теоретически получаем «нативный» открытый формат, и любая система (не только САПР), которая в состоянии его прочитать, может восстановить всю модель. Кстати, объемы этих XML-файлов в разы меньше традиционных.

Сегодня такая технология используется в САПР PlantLinker и как «нативный» (но открытый) формат для хранения моделей, и как формат для обмена моделями с САПР Smart->3D, Tekla Structure, AVEVA E3D, и для обмена строительными конструкциями с Autodesk Revit. В дальнейшем планируется использовать этот формат для публикации моделей и структур сложных инженерных объектов в СУИД Плант-Навигатор.

Мы надеемся, что рассматриваемый подход завоюет свое место как минимум в трёх отраслях: PlantDesign (нефте- и газопереработка, атомная и тепловая энергетика, металлургия, химическое производство и т. п.), судостроение (в части насыщения судов, кораблей и морских объектов) и промышленное и гражданское строительство (ПГС).

Выводы

Мир приходит к очевидному (на сегодняшний момент) решению по разработке и использованию открытых форматов: конкурентоспособность САПР, СОД, ТДО, СУИД, PDM/PLM и других инструментальных средств в значительной степени будет определяться возможностями генерации и обработки информации в открытых форматах.

Ориентация на открытые форматы и разработка новых инструментальных средств и создание прикладных решений на их основе делает относительно безболезненными процедуры миграции с одних систем на другие, внедрение новых видов систем (о которых мы сейчас даже не имеем представления). Уже сегодня информация, концентрируемая в СУИД, необходима огромному количеству систем — технический документооборот, материально техническое снабжение, техническое обслуживание и ремонт оборудования, системы управления предприятием и финансовые системы, тренажеры облаживающего персонала, системы МЧС.

Но самое главное — такой подход обеспечивает сохранность и доступность уже накопленных сегодня огромных массивов информации, в частности проектной документации и трехмерных моделей изделий и объектов.

Ориентация на открытые форматы в значительной степени защищает инвестиции. С одной стороны, это позволяет в полной мере использовать информацию, накопленную за несколько десятилетий, с другой — обеспечивает этой информацией системы, которые в настоящее время только разрабатываются (например, использующие искусственный интеллект), с третьей стороны обеспечивает интеграцию целого ряда систем, уже существующих на огромных промышленных предприятиях.

Реклама. ООО «Бюро ЕСГ» erid: 2SDnjcLxuJp