УДК 004.9:66.013.512

ОСОБЕННОСТИ КОМПЛЕКСНОЙ САПР РЕКОНСТРУКЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ

В.В. Мигунов

Обсуждаются особенности разработки проектов реконструкции действующего предприятия силами его проектно-конструкторского подразделения: конечным результатом являются чертежи по стандартам ЕСКД и СПДС; большое число малых проектов для различных имеющихся объектов; разнообразие марок чертежей в составе проекта; большой бумажный архив. На примере САПР TechnoCAD GlassX изложены модели и методы разработки комплексной САПР с удобной единой средой проектирования, с настройкой на профиль работ, с использованием общих частей проекта при наличии ряда проблемно-ориентированных подсистем.

Введение. САПР в реконструкции предприятий

Проекты реконструкции промышленных предприятий охватывают много небольших объектов с различных сторон - технологической, монтажной, строительной, электротехнической, санитарно-технической и др. согласно требованиям системы проектной документации для строительства (СПДС). В этих условиях для целей автоматизации приходится набирать несколько различных САПР [Орельяна, 2001] с естественными сложностями в освоении их интерфейса и неудобством работы в разных средах. Обычно такие проекты выполняются силами небольших проектно-конструкторских подразделений (ПКО) самого предприятия, что делает невозможной специализацию рабочих мест и усиливает эти трудности. В чертежах есть общие части: строительная подоснова, технологическая схема. Они должны передаваться от одного проектировщика к другому и допускать доработку на всех рабочих местах.

Результатом работы ПКО является проектно-сметная документация для строительно-монтажных работ (СМР), в основном чертежи различных марок СПДС. Электронное представление чертежей не дает значимого эффекта при выполнении почти не автоматизируемых СМР, и эффективность САПР реконструкции не распространяется на их производство. В самом ПКО, как правило, большая часть чертежей хранится в бумажном архиве, и лишь по мере проектирования реконструкции переводится в электронную форму, что также снижает эффективность применения САПР. В результате наблюдается отставание в развитии САПР реконструкции предприятий от САПР в других сферах.

Задача автоматизации проектирования реконструкции промышленного предприятия требует программного обеспечения, ориентированного на выпуск чертежей по требованиям ЕСКД и СПДС, работающего одновременно с растровой и векторной графикой, в едином интерфейсе пользователя автоматизирующего подготовку чертежей различных марок СПДС в едином графическом формате. Теории таких систем практически нет. Из 692 диссертаций по специальности 05.13.12 (САПР), защищенных в период 1988-2002 г.г. с передачей авторефератов в РГБ, ни одна не посвящена этой проблеме (выборка с http://aleph.rsl.ru, 10.02.2004).

Ниже на примере отечественной САПР TechnoCAD GlassX [Мигунов, 2004] изложены некоторые модели и методы разработки комплексной САПР, обеспечивающей удобную единую среду проектирования с настройкой на профиль работ, с использованием общих частей проекта при наличии ряда проблемно-ориентированных подсистем. Состав подсистем сформирован на основе практических потребностей действующего ПКО ОАО "Казаньоргсинтез" в период 1994 - 2004 г.г.

Модель чертежа

Объектом разработки является двумерный чертеж - совокупность плоских геометрических элементов. Временный выход из плоских представлений допускается в специализированных расширениях (СР), таких как проектирование аксонометрических схем трубопроводных систем (АСТС) или молниезащиты зданий и сооружений (МЗС). Габариты чертежа достигают 30м для технологических схем. Элементы с размером на бумаге менее 0.3 мм, трудно различимые невооруженным взглядом, не принимаются в чертеж. Применяются две системы координат: натурная и бумажная, с единицами измерения мм, с началом в середине чертежа. Координаты хранятся в четырехбайтных числах: при 23 битах в мантиссе различимы точки 15000мм и 15000.001мм. На время геометрических построений эти числа преобразуются в рабочий 8-байтный формат, что при 52 битах мантиссы повышает разрешение еще в 500 млн. раз. В есть элементы, хранящие вместе с геометрической частью комплекты параметров для реализации специализированных операций (модуль). Обычно один файл чертежа содержит один лист (одну основную надпись).

Работа с растрами

Значительная часть чертежей выполняется "поверх" прежних чертежей реконструируемых объектов внесением в них фрагментарных изменений. Неизменяемая часть чертежа остается в растровом виде, нужные для стыковки с реконструируемой частью элементы обводятся на растровой подложке, а новая часть вычерчивается сразу в векторном виде. Для обводки растра применяются средства подгонки по задаваемому приближению геометрического элемента. В чертеже одновременно присутствуют и выводятся на печать и векторная, и растровая части. Достаточно работать с монохромными растрами с разрешением 75 - 300 точек на дюйм, что обеспечивает нормальное качество при печати. Используется склейка растров. Вывод растра на экран производится по частям, без ожидания вывода частей, находящихся за экраном.

Выполнение требований ЕСКД и СПДС

Использование иностранных графических ядер приводит к необходимости в специальных надстройках для выполнения требований ЕСКД и СПДС, таких, как auto.ЕСКД и auto.СПДС [РПК, 2004]. Естественно выполнять эти требования не факультативно, а в той или иной степени принудительно: за счет специальной модели чертежа, не допускающей нестандартных вариантов (жесткое принуждение), и за счет большего удобства применения стандартных решений (мягкое принуждение). Жестко ограничиваются выбираемые варианты: типов линий, масштабов, размера и угла наклона чертежного шрифта, величины стрелок, засечек, перехода выносных линий за размерные, проекций, бланков табличных конструкторских документов (ТКД). Мягкое принуждение реализовано в выборе формата чертежа (пользовательский задавать дольше); в штриховании (пользовательский стиль сделать сложнее); в графических библиотеках: в комплекте GlassX содержатся стандартные основные и дополнительные надписи, условные обозначения арматуры, элементов трубопроводов и др. (пользовательские библиотеки создавать сложнее, чем выбрать из имеющихся); специальный тип геометрического элемента "Магистраль" упрощает вычерчивание условных обозначений трасс кабелей, проводок и др.; все СР ускоряют проектирование, но позволяют создавать чертеж только по стандартам.

Электронные номенклатурные каталоги

Электронные каталоги изделий, выпускаемых промышленностью (ЭНК) включают сведения из ГОСТов, ОСТов, ТУ, каталогов производителей оборудования, труб, арматуры, элементов трубопроводов, приборов и исполнительных механизмов. Они охватывают (пока) задачи специфицирования по трем профилям работ для чертежей марок: МТ (монтажно-технологическая часть проекта, охват 111 бумажных каталогов), А.. (автоматизация, 14 каталогов); ОВ, ВК, НВК, ТС (отопление, вентиляция, водоснабжение, канализация, теплоснабжение, 102 каталога). Все каталоги для целей САПР удалось представить в единой форме таблиц с данными и текстовых правил генерации обозначения, наименования и других полей спецификаций в едином пользовательском интерфейсе. Графическая часть бумажных каталогов в ЭНК не является необходимой. В данные в таблицах можно помещать списки допустимых вариантов (встроенные меню), а в правила - внешние меню и формы ввода. Правила задают сложение фрагментов строк, которые могут быть константой, значением поля в таблице данных, результатом выбора из внешнего меню, результатом ввода числового или строкового значения, а также временной переменной, в которой сохранено введенное, выбранное или сгенерированное ранее для другой графы ТКД значение. Правила и встроенные меню запускаются в работу, когда проектировщик выбрал подходящее изделие в таблице данных. В ТКД числовые значения приводятся к нужным единицам измерения автоматически, а в графах таблиц данных сохраняются единицы измерения из бумажных каталогов. Для ускорения выбора из 68213 строк 265 таблиц имеются интерактивные и автоматические фильтры по профилю работ, по исходному каталогу, по символу измеряемой прибором величины, по признаку первичный - вторичный прибор, по принадлежности изделий группам в иерархической классификации ("Оборудование/Насос"), по интервалам температур, давлений и др., по значениям в любой графе таблицы данных.

Специфицирование

Модель ТКД для автоматизации специфицирования с использованием ЭНК реализуется путем совместного хранения в элементе чертежа типа "Табличный модуль" видимых геометрических элементов и параметрического представления (ПП) ТКД, достаточного для генерации его изображения. Первично ПП в виде массива записей. Нулевая запись - шапка таблицы. Структура записей одинакова и задается иерархией деления блоков (прямоугольных фрагментов ТКД) на части по вертикали и горизонтали, с признаками видимости этого деления в шапке и в области данных, на фиксированное или произвольное число частей, вплоть до неделимых блоков - ячеек таблицы. Таким образом задаются ТКД с разделами или без них. Видимые в шапке ячейки имеют свойство "текст в шапке" - заголовки граф. У блока может быть ключевое слово для поиска в ЭНК ("Трубы" - выбор в ЭНК труб). Ячейкам можно задать единицы измерения. В ТКД заносятся пересчитанные значения, например, давления в МПа, хотя в ЭНК встречаются и кгс/кв.см, и м вод.ст.

Генерация спецификаций, заказных спецификаций, таблиц колодцев, монтажных ведомостей трубопроводов и др. достигается путем хранения невидимых специфицирующих свойств в модулях чертежа: АСТС, приборы и исполнительные механизмы, профили наружных сетей водоснабжения и канализации (ПНС), позиционные обозначения. Задается область сбора информации (текущий чертеж или несколько чертежей на диске, типы модулей), и производится автоматическое заполнение ТКД. Для выделения разделов и оформления ТКД имеются автоматизированные операции фасовки строк, упорядочивания по задаваемому списку граф, сливания одинаковых и выделения общих частей наименований. "Буфер изделий" позволяет переносить группу строк с одноименными специфицирующими свойствами между различными ТКД. Можно продолжать ТКД влево или вправо кусками нужной высоты, повторяя шапку или строки с номерами граф, менять типы линий, шрифт текста в графе или ячейке и др. с мгновенной перегенерацией изображения.

Модульная технология создания специализированных расширений

СР эффективны, когда трудоемкость ввода данных в СР существенно ниже трудоемкости непосредственного черчения и расчетов. Например, когда нужны трудоемкие расчеты или нормативные требования порождают много графических изображений по малому объему данных. В обоих случаях наиболее эффективна генерация чертежа по параметрическому представлению. Каждое СР реализуется в своем основном меню как группа операций, в ходе которых создается ПП объекта проектирования. На экране постоянно поддерживается изображение, соответствующее текущему ПП. Затем геометрическая часть и ПП помещаются в чертеж как модуль соответствующего типа. Как элемент чертежа, модуль может выбираться, сдвигаться, удаляться, помещаться в графическую библиотеку, к нему возможны привязки и др.

Тип модуля задает структуру его ПП: списки объектов и общие параметры, часть из которых носят смысл установок. Списки объектов - массивы, за каждым их элементом закрепляются все сведения об объекте, включающие в зависимости от его сути геометрические характеристики, признаки ориентации, специфицирующие свойства, цвет, тип линии, тексты, ссылки на объекты других списков по номерам и др. Например, тексты обычно привязаны к другим элементам чертежа, и списки текстов имеют ссылки на них. Совокупность списков объектов - реляционная база данных со ссылочной целостностью. Специализированные структуры данных в ПП сильно повышают возможную степень автоматизации работ. Хранение ПП на диске создает удобные библиотеки прототипов.

На основе модульной технологии созданы СР по проектированию: строительной подосновы, схем автоматизации, АСТС, ПНС, ТКД, МЗС. Наиболее критично выделение части проекта, подготовка которой будет автоматизироваться в СР. С одной стороны, желательно охватить широкий круг задач. С другой стороны, задачи должны допускать общее внутреннее представление. В некоторых случаях индивидуальность задачи столь сильна, что выбор части проекта становится тривиальным (МЗС). В то же время АСТС очень близки в таких частях проекта, как чертежи технологических трубопроводов, схемы водопровода и канализации, отопления, теплоснабжения, вентиляции, кондиционирования воздуха.

Интерфейс с пользователем

Состав опций главного меню определяется выбором текущего профиля работ из 5 вариантов: "Монтажно-технологический, "КИП и автоматика", "Строительный", "Электротехнический", "Производственные регламенты" (не для ПКО). В соответствии с этим профилем доступны различные наборы операций, комплекты таблиц ЭНК, меняются свойства части меню и форм ввода, установки по умолчанию и др. Контекстная справка по текущему режиму работы всегда доступна, содержит 12 тыс. строк в 1300 разделах. Текст справки начинается с содержательной характеристики ситуации и заканчивается описанием правил работы в текущем состоянии пользовательского интерфейса (для начинающих пользователей).

Заключение

Изложенные модели и методы разработки комплексной САПР реконструкции промышленных предприятий не охватывают всего разнообразия чертежей в проектах реконструкции, но являются элементами технологии разработки САПР для них, прошедшими апробацию на практике в ходе десятилетнего развития системы TechnoCAD GlassX.

Список литературы

[Орельяна, 2001] Орельяна И.О. Автоматизация при реконструкции и развитии промышленных объектов в России//CADmaster, 2001, № 3.

[Мигунов, 2004] Мигунов В.В. TechnoCAD GlassX - отечественная САПР реконструкции предприятия//САПР и графика, 2004, № 4.

[РПК, 2004] Русская Промышленная Компания. Новости. "Приложение auto.ЕСКД теперь работает под AutoCAD 2005", "Теперь auto.СПДС работает и под AutoCAD 2005". http://www.cad.ru, 25.04.2004.