автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.12, диссертация на тему:Методы и средства геометрического моделирования и графического изображения объектов обустройства нефтяных месторождений

О V а 2

ЦЕНТРАЛ ЬН Ы Й НАУЧ НО-ИССЛ ЕДОВАТЕЛ ЬСКИ И И ПРОЕКТНО-ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫИ ИНСТИТУТ ПО МЕТОДОЛОГИИ, ОРГАНИЗАЦИИ, ЭКОНОМИКЕ И АВТОМАТИЗАЦИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ (ЦНИИпроект)

На правах рукописи

К Р О П Александр Аронович

УДК 658.512.011.56 :622.276.1/.4

МЕТОДЫ И СРЕДСТВА ГЕОМЕТРИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ И ГРАФИЧЕСКОГО ИЗОБРАЖЕНИЯ ОБЪЕКТОВ ОБУСТРОЙСТВА НЕФТЯНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ

05.13.12 — Системы автоматизации проектирования (строительство)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва — 1992

Работа выполнена в Государственном институте по проектированию и исследовательским работам в нефтяной промышленности «Гипровосток-нефть».

Научный руководитель — кандидат технических наук, старший научный сотрудник Эпельцвейг Г. Я.

Официальные оппоненты — доктор технических наук, профессор Ми-тейко А. И.;

кандидат технических наук, доцент Жуков В. М.

Ведущая организация — объединение «Куйбышевнефть».

Защита состоится «_/*_»_¿г_1992 г. в часов

на заседании специализированного совета К.033.07.01 по присуждению ученой степени кандидата технических наук в ЦНИИпроекте по адресу: 117393, Москва, В-393, ул. Архитектора Власова, 51.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ЦНИИпроекта.

Автореферат разослан «_ /О

,1992 г.

Ученый секретарь специализированного совета,

д. т. к., профессор

Брюханов О. Н.

г ;

1

... | ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА. РАБОТЫ

: п 1

к туальность. Необходимость развития нефтяной зоштленности предопределяет расширение работ по вводу в строй, ¡устройству и разработке новых месторождений. Вследствие этого 1зко увеличивается объем йроектных работ по обустройству место- • вдений.

Важнейшим направлением повшпения эффективности проектных ра->т является снижение их трудоемкости, сокращение сроков их выпол-1ния и связанных с этим затрат, повышение качества проектирова-

[я.

Традиционное проектирование к настоящему моменту практичес-[ исчерпало свои возможности, т.к. оно не способно обеспечить тцесгвеяный прирост производительности труда и зачастую не справится со все увеличивавшимся объемом проектных работ без прирос-I численности проектировщиков. С другой стороны, всем опытом юдшествувдих работ по автоматизации проектирования установлено, >о автоматизация с помощью ЭВМ отдельных, не связанных между |бой,проектных операций, несомненно оправдавшая себя на первых ■апах создания САПР, сейчас уже не дает существенного эффекта, и значительного увеличения производительности труда в проекти-«вании необходимо создание технологических линий проектирования Ж), автоматизирующих процесс проектирования на всем протяже-и с автоматической передачей информации от одного этапа к дру-му. Программные средства при этом объединяются единой целью здания образа проектируемого объекта и позволяют после задания ходных данных на проектирование производить выпуск -нроектных кументов с минимальным участием проектировщика.

Центральное место в объектно-ориентированных ТЛП занимает дача геометрического моделирования и графического изображения

объекта проектирования. В частности, при проектировании объекти обустройства нефтяных месторождений чертежио-графические работы (ЧГР) составляют около 50% всех работ, подлежащих автоматизации, При этом ныне существующими в практике САПР средствами может бы: эффективно автоматизировано не более 1Ъ% всех ЧГР, а к настоящему моменту реально автоматизировано всего около Ъ% ЧГР.

Все сказанное подтверждает, что для достижения заметного прогресса в области САПР в нефтяной промышленности необходимо прежде всего усиление работ в направлении геометрического моделирования объектов проектирования и автоматизации получения графических документов.

Диссертационная работа выполнена в рамках теш "Разработка программных средств моделирования технологических внутриплоща-дочных объектов обустройства нефтяных месторождений" Министерст: нефтяной и газовой промышленности СССР.

Цель и задачи. Целью диссертационной работы является разработка модели объекта обустройства нефтяных месторождений, методов геометрического моделирования таких объектов и программных средств, позволяющих выпускать чертежи этих объектов в автоматизированном режиме с высокой степенью готовности.

Для достижения поставленной цели решаются следующие задачи

- разработка методов и алгоритмов геометрического моделирования объектов обустройства нефтяных месторождений;

- разработка программных средств геометрического моделирования и графического изображения объектов обустройства;

- экспериментальная проверка разработанных программных средств на реальных примерах из проектной практики.

Основные результаты. В диссертации получе вы следующие результаты:

- разработаны методы и соответствующие км алгоритмы гвометричес-кого моделирования объектов обустройства нефтяных месторождений;

- на основании предложенных методов и алгоритмов разработаны программное обеспечение ТЛП устройства устьев скважин и комплекс программ моделирования технических блоков;

- ТЛП обустройства устьев скважин внедрена в промышленную эксплуатацию; комплекс программ моделирования технических блоков находится в стадии промышленных испытаний.

Научную новизну работы составляют методы геоиет-мческого моделирования:

- объекта обустройства нефтяных месторождений;

- технологического оборудования объектов обустройства;

- узла технологического оборудования объектов обустройства.

Практическая значимость работы заклю-¡аевся в:

• создании программного и информационного обеспечения для разработки графической документации по объектам обустройства нефтяных месторождений;

• создании ТЛП обустройства устьев скважин;

■ разработке комплекса программ по моделированию технических блоков объекгов обустройства нефтяных месторождений.

Достоверность выдвинутых в диссертации научных оложений и выводов подтверждена положительными результатами экс-еримзнтальной проверки и внедрением в практику проектирования |бъектов обустройства нефтяных месторождений.

Внедрение результатов работы и разработанных программных средств было проведано в институте "Гипровостокнефть". 'одовой экономический эффект от внедрения составляет 38 тыс.руб.

Апробация работы. Основные научные и практические результаты диссертации докладывались на Городской научно-технической конференции молодёжи, г.Куйбышев, 1989 год; на 1-4 Всесоюзных школах-семинарах молодых разработчиков САПР-КС Министерства нитяной и газовой промышленности СССР, институт "Гип-ровостокнефть", г.Куйбышев, 1986, 1987, 1988, 1989 гг.

Публикации. По результатам исследований опубликовано 3 печатных работы.

Объем и структура работы. Диссертационная работа содержит 120 страниц машинописного текста, 20 рисункоз 2 таблицы и состой! из введения, трех глав, выводов, списка использованной литературы (118 наименований) и 5 приложений.

На защиту выносятся методы геометрического моделирования:

- объектов обустройства нефтяных месторождений;

- технологического оборудования объектов обустройства;

- узла технологического оборудования объектов обустройства.

СОДВРШШЕ РАБОТЫ

Во введении дано обоснование актуальности диссертации, раскрыты цель, задачи, основные результаты исследований и их практическая реализация.

В первой главе проведен анализ состояния развития геометрического моделирования и дана общая постановка задачи.

К настоящему времени в нашей стране и за рубежом разработано много пакетов графических программ, графических систем и яны-ков. Все эти средства отличаются следующей особенностью: для получения чертежа требуется его предварительное описание, и задача

зставлвния этого описания полностью возлагается на пользователя. ,е. прежде чем получить чертеж объекта, пользователь должен сна-1ла представить себе этот объект и передать свое представление

шшн9.

Применение подобного подхода вызывает значительные затрудно-гя при проектировании объектов обустройства нефтяных месторовде-' $ (ООНМ), представляющих собой сложные пространственные комп-!ксы различных сооружений и соединяющих их коммуникаций. Предва-нельно представить себе и описать объект такой сложности - это эактически то же самое, что спроектировать его.

При разработке технологических линий проектирования (ТШ) Ш необходима специальные методы геометрического моделирования.

В современной литературе под геометрической моделью обычно >нимают совокупность сведений, однозначно определяющих форму ¡ьекта, а под геометрическим моделированием - решение позицион-к и метрических задач на основе преобразования геометрических щелей. Однако при автоматизированном проектировании ООНМ такое »нимание геометрической модели оказывается слишком узким, т.к. [о не учитывает ни взаимного расположения составных частей объек-I, ни связей между ними.С другой стороны, в проектных работах в |фтяной и газовой промышленности задача определения формы объек-I играет незначительную роль, т.к. проектирование объекта пред-ввляет собой сборку его из некоторого множества стандартных де-1лей, причем перед проектировщиком не стоит задача проектирова— я новых деталей.

При геометрическом моделировании ООНМ решаютоя задачи раз-¡щения, трассировки и оформления графической документации.

Типичной задачей размещения являетоя определение оптимально» пространственного расположения элементов на площадке. В боль-

■1309

шинстве своем задачи размещения сводятся к плоской задаче. Однако при проектировании ООНМ задачу размещения не удается свести ] плоской. Точнее говоря, при размещении отдельных блоков на площадке задача является плоской. Но при сборке блоков из отдельны: узлов размещение является пространственным. В наибольшей степеш структуре задач размещения соответствуют комбинаторные алгоритм

Задача трассировки заключается в определении геометрии соединений конструктивных элементов. В большинстве случаев задача трассировки решается в плоскости. Однако при автоматизации прое] тирования ООНМ задачу трассировки необходимо решать в пространен ве, во-первых, при моделировании трубопроводной обвязки различи аппаратов, во-вторых, при пересечении двух различных трубопроводов, идущих в одной плоскости, когда надо моделировать "перешагивание" одного трубопровода через другой.

Решение задачи трассировки разбивается на 2 этапа:

1) распределение соединений, трасс по зонам, слоям и т.п., определение очередности прокладки трасс - для решения задач этогс этапа используются распределительные алгоритмы;

2) определение геометрии соединений - для решения этсй задачи используются геометрические алгоритмы.

Дгся выпуска графической документации используются аппаратные средства машинной графики.

В настоящее время при создании и использовании САПР широко применяются персональные ЭВМ (ПЭВМ). Выпуск графической документации на ПЭЕМ происходит в диалоговом режиме: проектировщик стрс новый или редактирует готовый чертеж через экран графического Д1 плея. Эта задача решается с помощью графического редактора ПЭВМ, Графические редакторы обеспечивают функции генерации, хранения, поиска, вывода 2-мерных геометрических моделей проектируемых объектов, преобразования и комбинирования изображения.

Среда существующих ныне систем автоматизированного проекти-шания наибольшее распространение получила система AutoCAU ЛР AutoCAD представляет собой графическую систему, позво-гощую генерировать изображения, хранить и редактировать их, а irate получать копии изображения в виде чертежей.

Несмотря на все достоинства графических редакторов ПЭВМ, ) отношению к ним остается справедливым сделанное ранее замечаю: прежде чем получить чертеж объекта, проектировщик должен юдставить себе этот объект и передать свое представление маши). Кроме того, все графические редакторы (включая AutoCAD ) обдают весьма ограниченными возможностями для пространственного смещения объектов.

Сформулирована следующая постановка задачи:

1. Разработать геометрическую модель объекта в виде некото-го формального описания, в котором указывалось бы положение в юстранстве каждой единицы подобранного оборудования.

2. Разработать комплекс задач, который, на основании входных [Иных по особенностям местности и свойствам продукции, а также

основании результатов решения задач подбора основного оборудо-ния, использовал бы указанную модель в виде, инвариантном к ¡афическому пакету, для решения задач изготовления проектной до-ментации.

Во второй главе рассматриваются вопросы построения геометри-юкой модели объекта обустройства нефтяных месторождений.

Геометрическое моделирование объекта интерпретируется как :ределеяие положения в пространстве всех его элементов и узлов, формация о внешнем виде которых известна. Информация о положе-и элементов и узлов в пространстве является оперативной, а о [ешнем виде элементов и узлов - нормативно-справочной информа-

щей (НСИ).

Исходя из таких особенностей проектирования ООНМ, как высокая слоляость проектируемых объектов и отсутствие необходимости проектирования новых узлов и элементов, сделан вывод о нецелесообразности решения задачи геометрического моделирования ООНМ в диалоговом режиме. По мнению автора, диалог может применяться для задания исходных данных для проектирования конкретного объе! та, для заполнения и поддержания в актуальном состоянии базы даъ нюс, для редактирования полученного чертежа. Что же касается гес метрического моделирования объекта (т.е. определения положения в пространстве всех составляющих его узлов), то необходимы методы и средства, позволяйте решать эту задачу в автоматическом режиме.

Модель объекта представляется совокупностью системных параметров и моделей элементов. Роль системных играют параметры, опи сывавдие положение узлов в пространстве.

Модель объекта (М) представлена в следущем виде:

М-О^я^хь, 0(01:1, с(уц 0(^41=1,..., N (I)

где Кс - код 1-го узла; - его пространственные коорди-

наты в системе координат объекта; 0(3:1,0(^0(21 - углы поворота узла относительно системы координат объекта; N - количество узлов, входящих в состав объекта.

Технологический объект обустройства можно определить как совокупность устройств, соединенных коммуникациями и расположенных на площадке ограниченных размеров (порядка 10 х 10 - 100 х 100 м] Устройства осуществляют преобразование и хранение видов продукцш передаваемых через коммуникации.

Технологический объект может состоять из рада подсистем и,

свою очередь, являться подсистемой технологического объекта йсшего уровня. Работу технологического объекта можно описать ледупцей функцией

\Л/ = 1(У) (2)

азванной технологической функцией объекта. Здесь ?ип)

входной вектор технологического объекта, V/3(г^,..,,тлГм) - вы-одной вектор, обобщенные параметры 1*^(1=

пределяют конкретные виды продукции.

Каждый обобщенный параметр т^, гг^ характеризуется набором эличественных параметров:

эличественные параметр! р и су. задают характеристики опредвлен-эго вида продукции (объем, давление, температура и т.д.). Если ам известны точные значения всех количественных параметров для аждого обобщенного параметра на выходе и входе, технологическая щкция превращается в материальный баланс объекта:

о)

10 (1Г((р,ь...,р1|(1)г.., ТГп (рп1,...,рпкп))

Тот факт, что технологический объект состоит из ряда подсис-эм, отражается описанием внутреннего состава объекта через набор зхнологических функций:

1в Ь^у'0, ~ технологическая функция объекта I -го уровня;

'■Г'^^ ~ такая яе Функция объекта (I + 1)-го уровня;

) П - количество объектов ( 1+ 1)-го уровня, составля-цих объект 1-го уровня.

'2 3-1309

Если нам известен материальный баланс объекта I -го уровня, п его же внутренний состав, то можно рассчитать материальный баланс Ь/^-Ь} £ всех объектов (I + 1)-го уровня, входящих в состав нашего объекта.

Пусть объект 1-го уровня состоит из п объектов (¿+ 1)-го уровня. Пусть рассчитан материальный баланс для каждого из объектов ( I + 1)-го уровня. Тогда, если для двух таких объектов к и I для какого-то вида продукции выполняется равенство

ЛГМ ог (И

ЪГка (5)

то существует технологическая связь между б -м выходом V. -го объекта и т-м выходом 1-го объекта, обозначаемая как где ({,+ I) - номер уровня.

Технологические объекты самого низкого уровня назовем функциональными группами узлов оборудования (<Ж70).

На этом уровне возникает понятие технического объекта. Технические узлы (объекты) не выполняют технологических функций (2), для них не существует понятия материального баланса (3), их внутренний состав непредставим с помощью выражения (4).

ЕУО находятся на границе между техническим и технологическим объектами. Они выполняй! свою технологическую функцию (2), да них рассчитывается материальный баланс (3), но их внутренний состав нельзя представить в виде (4). 5ГУ0 одновременно являются техническими объектами высшего уровня и технологическими объектами низшего уровня.

Знание материального баланса ФГУО позволяет определить конкретный состав технических узлов, из которых состоят ФГУО.

Парные связи на каждом уровне объединяются в функциональные

й

группы узлов связей (®УС). ЗГУС есть совокупность парных связей,

ршадлежащих одному уровню, для которых выполняются следутщие словия:

а) любая связь, принадлежащая ИУС, имеет общий вход или об-дй выход хотя бы с одной связью, принадлежащей этой же ФГУС;

б) ни одна связь, принадлежащая 07 С, не имеет общих входов выходов ни с одной связь», не принадлежащей этой ФГУС.

Принадлежностью парных связей к ЗГУС можно определить воз-ожность слияния различных коммуникаций.

При проектировании ООНМ работа проектировщика сводится к одбору и размещению необходимых узлов.

Анализ практики проектирования позволяет сформулировать сле-упцев положение: размещение любого узла есть привязка этого уза к другому, ранее размещенному узлу. Но привязка одного узла другому позволяет определить только координаты узла. Поскольку оставные части ООНМ нельзя считать материальными точками, необ-одимо еще знать углы поворота их в пространстве вокруг осей ко-рцинат. Тогда правило привязки j -го сооружения (Pj ) представ-яет собой следующий кортеж:

Pj =[Hj, (МЭД, Ayij, A2lj)j dXj,d\jb cfcj] (6)

де Hj - код j -го узла;

Hl - код I -го узла (ранее размещенного);

дх^ д^у, Д2у - сдвиги j -го узла относительно 1-го по

осям координат х,^ из; ^oCaCjj oiyj^ o(Zj - Углы поворота j -го узла вокруг осей координат.

оординаты I-го узла считаются известными. Учитывая,

то знание всех или некоторых углов поворота можно заменить на за-ание привязки к двум или трем точкам, можно задать еще 2 прави-

-1309

¿а, равносильные (6):

где и - обозначение одной из осей ;

Д Ау Д2у), (Нк, ДХ^ (Йт^ ДХ^Д^ЛВп^се)

В выражениях (6)-(8) ¿=2,..., N5 ц^т N

общее количество узлов в составе объекта. Выбрав систему координат так, чтобы Х|=0, у,-0,2^0, с^х^ОэО^С^оСг^О, мы можем свести систему (6)-(8) к форме геометрической модели в виде (I).

В задаче геометрического моделирования 00Ш особое место занимает задача моделирования ФГУО. На этом этапе размещение ("сборка") и трассировка осуществляются в пространстве, в то время как при моделировании технологического объекта более высокого уровня задачи размещения и трассировки решаются в основном в плоскости.

Под моделированием ИГО понимается сборка его из технических объектов низкого уровня - узлов.

Для определения положения узла в пространстве необходимо знать координаты трех его точек, не лежащих на одной прямой. Введем понятие характерной точки (ХТ) узла. ХТ узла - любая точка, которой он может стыковаться с другими узлами. Каждая ХТ характеризуется своим кодом и координатами в системе координат узла. Любой узел описывается совокупностью своих ХТ.

Пусть один из узлов уже размещен. Это значит, что нам известны координаты всех его ХТ. Пусть нам также известно для каждой ХТ другого узла, с какой ХТ первого она должна быть совмещена. Совмещение ХТ двух узлов означает приравнивание их координат. Следовательно, мы получаем координаты ХТ второго узла и можем с помощью алгебраического пересчета получить его координаты и углы поворота

I системе координат <ПГ70. Правила совмещения ХТ двух Узлов мопно шисать следующим образом:

Рт=(11цТи<, Щ, Т^'п) (9)

>де Рт - т-ое правило стыковки; Цц - код I - го узла;Т^-

I

:од к-ой ХТ Ь -го узла; - код -го узла; Т|П - код п -ой ХТ ] -го узла.

На практике мы совмещаем не точку с точкой, а два участка [лоскости. Чтобы отразить этот факт в модели, введем понятие сты-ювочной оси, проходящей через соответствующую ХТ перпендикулярно [лоскости стыковки. Ось описывается двумя точками. Одна из них -Т, необходимо указать координаты другой точки. Таким образом, ¡ля кадцой ХТ необходимо описать соответствующую ей точку стыков-ючной очи. Тогда геометрическая модель узла описывается в виде:

в-аПгГ)Л-1,...,М «я

де Й -узел; С| - код ^ -ой ХТ; Хр^-^- ~ координаты ] -ой I; ~ координаты стыковочной оси, соответствую- .

¡ей j -ой ХТ; N - количество ХТ узла.

При таком подходе двух правил стыковки (9) вполне достаточно, [тобы определить положение узла в пространстве.

Пусть для какой-то ЯУО нам известна система правил стыковки 9) и описания составляющих эту ЗГУО узлов вида (10). Этих данных шолне достаточно, чтобы рассчитать положение в пространстве всех злов, входящих в состав ФГУО.

ХТ и соответствующие им точки стыковочных осей можно либо :ранить в БД, либо рассчитывать на основе геометрических харак-■еристик объекта.

Набор правил вида (9) определяет структуру ФГУО. Эта структу-

ра представляется в виде ориентированного графа без контуров. Вершины графа представляют собой узлы, каждая дуга описывается правиле»! вида (9). Направление дуги определяет порядок сборки $170: узел (вершина), в который входит дуга, присоединяется к узду, из которого эта дуга выходит и координаты которого рассчитываются раньше. Каждая вершина графа, кроме одной, имеет 2 входящи в нее дуги, что соответствует двум правилам вида (9). Приме]® графов структур ФГУО показаны на рис.1, при этом в подавляющем большинстве случаев встречаются структуры вида рис. 1а, т.е. бинарные деревья.

Рис.1. Примеры графов структур ФГУО Необходимо заметить, что структуры ЙУО в БД храниться не могут, т.к. заранее известен только тип узлов, которые могут входить в состав ФГУО, и их возможные связи, но не известны ни типоразмеры узлов, ни количество, в котором они входят в конкретную ФГУО.Таким образом, в БД могут храниться лишь отдельные узлы (вершины графа) со своими связями (инцидентными ребрами), причем связи хранятся в неориентированном виде (см.рис.2).

(п

Ч.Ч/

Рис.2. Пример хранения в БД узлй с его связями

Таким образом, геометрическое моделирование ЗГУО (технического блока) сводится к следупцему:

1) получение системы правил вида (9) для конкретного состава ©70 - задача построения структуры ®У0;

2) пересчет координат стандартных узлов в систему координат ЕГУО и вычисление углов их поворота в пространстве - задача пространственного размещения узлов.

Разработаны конкретные алгоритмы решения этих задач.

Под моделированием технологического объекта понимается сборка его из технологически*: объектов низших уровней (начиная о 070).

: При решении задачи размещения основного оборудования яа площадке объекта применяется створное размещение (термин традиционного проектирования). Створом называется полоса на площйдке, параллельная оси Ох. Внутри створа производится одномерное раз-яещение подобъектов. Будем говорить, что створ! разделены коридорами, а площадки внутри створов - разршами. Ширина коридоров и разрывов определяется нормами минимально допустимых расстояний.

Первоначальное распределение объектов по створам и порядок к расположения в створе задается проектировщиком. Это первона-гальное расположение может быть улучшено путем переноса объектов 13 створа в створ (перекомпоновки) с целью выравнивания длин ство-

ров и, следовательно, уменьшения площади объекта.

Разработан алгоритм перакстоновки.

Задачу моделирования коммуникаций на объекте можно разбить на две задачи:

1) моделирование коммуникаций з составе СГУО (задача трубопроводной обвязки аппарата);

2) моделирование коммуникаций (шш ШГУС) на площадке технологического объекта.

Трубопроводная обвязка аппарата сводится к выводу кошуника ций от штуцеров, заданных как ХТ, в плоскость залегания соответствующих трубопроводов. Если в состав ЕГО входят несколько одно именных аппаратов, то е задачу трубопроводной обвязки входит так же формировало коллекторов, связывающих одноименные входа и ви-ходы аппаратов.

Вывод коммуникаций от штуцера до плоскости залегания на пер вом шаге представляет собой построение трассы определенной конфигурации. Конфигурации этих трасс можно унифицировать. Задача вывода трассы в плоскость залегания сводится к выбору конкретного типа конфигурации трассы и расчету координат всех ее точек поворота, слияния (разветвления), начала и конца.

При соединении одноименных входов и выходов коллектора™ осуществляется "разводка" юс по высоте для предотвращения пересечения между собой. Для решения этой задачи предложен метод запрещенных интервалов. Суть метода в том, что интервал залегания каждого коллектора по оси 02 считается запрещенным для расположена в нем всех последующих (по порядку рассмотрения) коллекторов.

Моделирование коммуникаций на площадке технологического объекта тоже начинается с построения конфигурации трасс парных технологических связей, т.е. с решения задачи трассировки. Трас-

са для каждой парной связи строится по волновому алгоритму.

Предусмотрена возможность корректировки размещения объектов на площадке, если несколько трудопроводов, проходящих по одпогду коридору или разрыву, не вменяются в него.

Далее необходимо перейти от плоской конфигурации трасс к пространственной. Пересечение трубопроводов, лежащих в одной плоскости, к:ояет произойти только в местах пересечения коридоров и разрывов. Для каждого пересечения коридоров и разрывов определяется конфигурация сетей проходящих трасс, организуется анализ этих сетей на взаимное пересечение. Если есть пересечение сетей, лежаиих в одной плоскости залегания, то производится их "разводка" по высоте с помощью метода запрещенных интервалов.

Заключительный шаг этапа моделирования коммуникаций на объекте любого уровня - это пэреход от конфигурации трасс к набору узлов, описанных в форме (I). Выделено 2 типа узлов связей: геометрические и технологические. Геометрические узлы определяются только геометрией трассы: в местах поворота ставятся отводы, в точках слияния (разветвления) - тройники л т.д. Наличие и правила расстановки технологических узлов (задвижек, клапанов и т.д.) определяются технологией объекта. Анализ практики проектирования показывает, что для любого входа или выхода любого технологического объекта на любом уровне можно описать набор технологических ухлов, располагающихся на трассе, подключаемой к этому еходу или выходу, и порядок следования этих узлов. Эти данные являются НСИ и могут' быть записаны в БД.

Особый вид узлов связей составляют трубы. Их нельзя записать в БД, т.к. их длина является переменной величиной. В БД-записываются только диаметр! труо. Длины же участков трудопроводов вычисляются, исходя из размеров узлов, размещенных на трассах. Трубы

"заполняю®" промежутка мэжду этими узлами.

Разработаны алгоритма решения всех описанных задач этапа моделирования коммуникаций.

В третьей главе рассматриваются вопросы раалязации разработанных средств геометрического моделирования, их внедрение я экономическая эффективность..

Ряд предложенных методов прошел экспериментальную проверку при разработке и внедрении в эксплуатацию ТЛП обустройства устьев скважин (сокращенно - ТЛП "Куст"). Данная ТЛИ обеспечввгфт авто-матиаированное проектирование технологического объекта "Куст скважин". Куст скважин представляет собой группу скважин (от 2 до 24) и набор необходимого оборудования, расположенного на площадке ограниченных размеров.

ТЛП "Куст" представляет собой комплекс программ, выпускащий в автоматическом режиме комплэкт графических е таблично-текстовых документов. По каждому кусту выпускаются до 6 чертежей по различным маркам (инженерный частям проекта).

г- Геометрическая модель куста скважин форсируется в двух последовательно выполняемых программных комплексах: РЬАМУ и СЯМ А12 Комплекс программ РЬАМУ предназначен для формирования геометрической модели генплана площадки куста скважин. Этим комплексом формируется часть чертежа, общая для всех марок.

Комплекс программ &иМАЙ формирует часть чертежа, индивидуальную для заданной марки. Сада входит, в частности, трассировка коммуникаций по заданной марке.

Из методов и средств геометрического моделирования, предложенных в. данной работе, в ТШ "Куст" применены створное размещение сооружений, метод запрещенных интервалов, трассировка коммуникаций по коридорам и разрывам.

ТЛП "Куст" является инвараантной к используемому графическому пакету.

В настоящее время ТИП "Куст" находится в промышленной эксплуатации в институте "Гипровостонефть".

ТЛП "Куст", как и сам объект, для проектирования которого она предназначена» отличается относительной простотой структуры и меньшей сложностью проектных работ. Дальнейшее развитие рабрт по САПР связано с разработкой ТЛП технологических ООНМ, в которой' полностью реализуются принципы ноделхрования ООНМ, предложенные в диссертации. В рамках данной работы рассматривается одна из важнейших частой этой ТЛП - комплекс прогреми моделирования технических блоков (ЯУО).

Для моделирования ООНМ выделены следующие уровни: а) углы; б) ФГУО; в) площадки; г) объект. При моделировании технических блоков используются 2 первых уровня: узлы и ®У0.

В составе комплекса программ решаются следующие задачи.

Задача геометрического моделирования узлов. Формируются модели подобранных узлов оборудования в виде (10).

Задача формирования структуры <£ГУ0 формирует систему правил вида (9) для конкретного состава объекта.

Задача пространственного размещения узлов - "сборка" ФГУО. На основе системы правил (9) и геометрических моделей узлов рассчитываются координаты точки привязка и углы поворота каждого отдельного узда.

Задача моделирования трубопроводной обвязки аппарата вплоть до формирования коллекторов. На практике проектирование трубопроводной обвязки имеет много "технических" особенностей, необходимость учеты которых является причиной "разрастания" отдельной задачи моделирования трубопроводной обвязки в своеобразный "юомп-

леке внутри кошиекса",

При разработке алгорниеа построения модем трубопроводной обвязки йыл принят ряд технических решении, уни£(ицирувдах процесс моделирования. Удалось найти ограничения, значительно облегчающие аягоратмизагрш н, в то же время, не оказнвавдае принципиального влияния на итоговый результат.

Дня решения указанных садач используются алгорикш, разработанные в гл.2.

Задача получения цифровой модели -чертежа (ЦМЧ) не рассматрц-вается в данной работе как составная часть задачи геометрического моделирования объекта. Геометрическая модель объекта предложена в форме, инвариантной к существующим графическим пакетам. Вопрос перехода от геометрической модели к ЦМЧ решается по-своему в каждом конкретном случае, в зависимости от используемого графического пакета. В диссертации описан один из возможных вариантов такого перехода, реализованный в составе комплекса по моделированию технического блока и частично в составе ТЛИ "Куст".

Все необходимые чертежи представляют собой прямоугольные проекции, причем оси проецирования параллельны реям координат. Все составляющие узлы технологических ООБМ располагаются друг относительно друга под углами, кратными 90°. Отсвда следует, что пространственные изображения узлов можно заменить на наборы из шести плоских изображений - проекций.

Плоские изображения описываются через наборы плоских графических примитивов, в число которых входят: маркер, отрезок прямой, прямоугольник, правильный многоугольник, дуга окружности, символьная строка, ломаная линия. Каждый примитив описывается своим кодом, координатами точки привязки в системе координат изображения, тремя параметрами. Для ломаной линии и символьной строки использу-

ются дополнительные массивы данных, в которые заносятся координаты вершин для ломаной или текст для символьной строки.

В зависимости от координат привязки узлов и от того, какой вид всего объекта строится, определяется очередность рассмотрения узлов. В зависимости от углов поворота узлов в пространстве а от того, какой вед объекта строится, определяется проекция каждого узла и угол поворота проекции в плоскости чертежа.

Нужная проекция узла описывается последовательностью указании примитивов. Координаты и параметр! примитивов вычисляются через геометрические характеристики узлов, хранящиеся в БД.

Комплекс программ по удалению невидимых линий работает по финципам, общим для подобных задач. Видимый контур каждого узла »осматривается как экран для узлов, расположенных дальше от точ-ш зрения. Для каждого узла изображается часть, не закрытая ранее йсполонеиными узлами.

В результате работы имеем файл ЦМЧ, в который записаны все 'рафические примитивы,составляющие чертеж. Далее работает програм-й-конвертор, своя для каждого графического шкета. По коду 049->бдного примитива из файла ЦМЧ она вызывает нужную последователь-юсть программ графического пакета. Параметры этих программ определяются, исходя из координат привязки и параметров примитива.

Файл ЦМЧ в ТЛИ "Куст" и комплексе программ по моделированию 'ехнического блока имеет одинаковую структуру. Для обработки за-исей этих файлов и вывода ЦМЧ на носитель информации использует-' я один и тот же конвертор. При переходе к новому графическому редству необходима лишь разработка нового конвертора, остальные рограммы ни в какой корректировке не нуждаются.

Используемый алгоритм формирования ЦМЧ является инвариантным ак к объекту проектирования, так и к применяемому графическому

пакету.

Применение разработанных методов и средств позволяет значительно (до 5 раз) повысить производительность труда по сравнению с традиционными методами. Происходит это за счет передачи ЭВМ следующих традиционных функций проектирования:

- размещение частей (основных блоков) объекта на площадке;

- пространственная сборка частей объекта из ранее подобранных узлов;

- трассировка коммуникаций объекта;

- раскладка коммуникаций в коридорах, выбранных при трассировке;

- выбор проекций отдельных узлов и элементов, соответствующих требуемому виду чертежа;

- размещение выбранных проекций в соответствии с параметрами геометрической модели объекта;

- определение невидимых линий чертежа.

При этом за проектировщиком остаются следующие функции:

- первоначальное заполнение и поддержание в актуальном состоянии базы данных;

- ввод исходных данных, которые не поступают на машинных носителях от других средств САПР;

- редактирование чертежа с помощью средств системы ДиЬсСАО .

Разработанные в диссертации методы позволяют значительно расширить область ЧГР, доступную для автоматизации, за счет моделирования геометрии объекта, автоматизации создания ДГЛЧ и получения в автоматизированном режиме необходимых данных от комплексов грогра мм по инженерному расчету и подбору оборудования.

основные вывода

I. Анализ практики традиционного проектирования позволил вы-

явить следующие особенности проектирования технологических внутри-площадочных объектов обустройства нефтяных месторождений;

- проектируемые объекты состоят из большого числа (до нескольких тысяч) стандартных узлов и элементов;

- перед проектировщиком не ставится задача проектирования новых узлов;

- работа проектировщика сводится к выбору и размещению в пространстве (в общем случае) необходимых узлов и элементов.

2. Анализ существующих методов геометрического моделирования позволил выявить, что автоматизация проектирования объектов обустройства нефтяных месторождений требует разработки специальных методов геометрического моделирования в дополнение к уже существующим.

3. Введены понятия, позволяющие формализовать структуру технологического внутриплощадочного объекта обустройства нефтяных месторождений и процесс проектирования такого объекта,

4. Модель объекта представляется совокупностью системных параметров, описывающих положение узлов в пространстве, и моделей этих узлов.

5. Системные параметры,определяющие положение узлов в пространстве, вводятся через описание правил стыковки и привязкм узлов друг к другу.

6. Модель узла разработана как совокупность его характерных точек и соответствующих им точек стыковочных осей.

7. Модель объекта разработана в виде, инвариантном к используемому графическому пакету. В то же время разработанная модель позволяет описать достаточно широкий класс проектируемых объектов.

8. На основании предложенной модели разработаны алгоритмы геометрического моделирования технологических внутриплощадочных объектов обустройства нефтяных месторождений.

9, Разработана и внедрена в промышленную эксплуатацию ТЛП обустройства устьев скважин (ТЛП "Куст"). Разработан комплэкс программ по моделированию технических блоков на площадка объекта обустройства нефтяных месторождений, находящийся в стадии промышленных испытаний. Применение указанно: средств позволяет добиться повышения производительности труда в 3-5 раз.

10. Внедрение основных результатов диссертационной работы проводилось в институте "Гипровостокнефть" Министерства нефтяной и газовой промышленности СССР. Применение ТЛП "Куст" позволяв? получить экономический эффект в размере 38 тыс.руб. в год. Применение комплекса программ по моделированию технических блоков по предварительным оценкам может дать годовой экономический эффект до 200 тыс.руб.

11. Основными направлениями дальнейшего исследования являются:

- развитие методов и разработка алгоритмов геометрического моделирования объектов обустройства нефтяных месторождений высоких уровней (площадка, объект);

- расширение комплекса программ средствами геометрического моделирования объектов высоких уровней.

Основные результаты диссертации изложены в следующих работах:

1. Кроп A.A. Геометрическое моделирование объектов капитального строительства (на примере объектов обустройства нефтяных месторождений) Л Научно-технические проблемы разработки и обустройств, нефтяных месторождений: Сб.науч.тр. /Гипровостокнефть. - Куйбышев, 1990. - С.146-150.

2. Кроп A.A. Основные принципы геометрического моделирования объектов обустройства нефтяных месторождений // Ресурсосберегающие техника и технология при обустройстве и эксплуатации нефтяных мес-

С

оровденнй: Cd.науч.тр. / Гипровостокнефть. - Куйбышев, 1989. -.63-67.

3. Кроп A.A. Об одном методе построения цифровой модели череда объекта капитального строительства в составе автоматизирован-ой ТЖ / Гипровостокнефть. - Куйбышев, 1989. - 7 о. - Двп. во НИИОЭНГ 2.С.89, № 1730-Мг89.