Журнал Новое в российской электроэнергетике № 4, 2010 г.
Электронный атлас чертежей энергетического оборудования: проблемы и решения
Москвин К.В., Очков А.В., Очков В.Ф., Писков В.Н., Хлебов А.В.
МЭИ (ТУ) – ООО «Триеру» – ОГК-3
Представим себе типовую ситуацию у эксплуатационного или ремонтного персонала электростанции, которой мы уже касались в [1, 2].
Шкаф в кабинете некой инженерной службы электростанции или энергообъединения (ТГК, ОГК и др.) забит чертежами («синьками»), воспользоваться которым по ряду причин бывает очень сложно, а порою и невозможно. Вот некоторые из этих причин:
1. Чертежи зачастую сложены в шкафу без какой-либо системы, что затрудняет их поиск или вообще делает его невозможным. Возвращаясь к началу абзаца, можно слово «сложены», заменить на слово «свалены».
2. Если и имеется каталог чертежей с указанием конкретного места их хранения, то он часто находится в… голове конкретного специалиста электростанции, который при необходимости может быстро найти нужную графическую информацию. Но этого человека могут в любой момент в аварийном порядке сократить или отправить на пенсию, так не дав ему толком возможность передать свои знания сменщику.
3. Качество «синек» из-за интенсивного их использования (сгибания-разгибания) или плохого хранения часто, мягко говоря, оставляет желать лучшего. Чертежи из-за этого просто стыдно показать во время, например, технической учебы. С другой стороны, на чертежах могут быть очень важные рукописные заметки, сделанные специалистами, много лет с этими чертежами работавшими. Так что «чистка» чертежей (ручная или компьютерная) при переводе их в электронный вид является обязательным этапом создания электронного архива. Эта работа должна быть «интеллектуальной» – одно дело убрать из «синьки» след от стакана с чаем, а другое – не просто оставить ценную еле видимую карандашную заметку, но и разобрать почерк специалиста, ее писавшего, перевести рукописный текст в печатный. Помимо этого, заметки на синьках часто отображают проводившуюся модернизацию оборудования. К восстановлению отсутствующих на «синьках» деталей тоже нужно относиться «с умом» – одно дело нечитаемость на чертеже размеров важного зазора, а другое – потертость на штриховке[1]
4. Чертежи, как правило, сопровождаются описаниями, которые хранятся «в других» шкафах. Кроме описаний, «синьки» «обросли» различного рода инструкциями, руководящими указаниями (РД), отраслевыми стандартами, приказами и прочими полезными документами, к которым также желательно иметь оперативный доступ при работе с чертежами.
5. Необходимые чертежи могут отсутствовать на конкретной электростанции. Но эти чертежи могут быть на другой электростанции с аналогичным оборудованием, входящей, например, в одно энергообъединение (ОГК, ТГК и т.п.), нуждающимися в данных чертежах. «Синьку» трудно передать, так как ее копирование трудоемко и еще более снижает ее качество. Но электронные версии чертежей можно быстро и многократно копировать без малейшей потери качества и передавать через компьютерные сети (например, через Интернет).
Заказ новых чертежей у завода-изготовителя бывает проблематичен. Если такие чертежи сохранились, то завод их так просто не передаст другой организации из-за опасения, что кто-то наладит контрафактный выпуск или ремонт данного оборудования. Если же завод и готов передать чертежи, то, пользуясь своим монопольным положением, запросит за них «запредельные» суммы денег.
ООО «Триеру» совместно со специалистами Московского энергетического института разработало технологию «вдыхания второй жизни» в такого рода техническую документацию и выполнило эту работу для одной из ОГК [3, 4]. При выполнении этой работы было создано программное обеспечение, обеспечивающее работу конечного пользователя с электронным архивом чертежей, и создано «наполнение» для этой программы – отсканированы и переведены в электронный вид «синьки», описания, спецификации и т.п.
Важным элементом программного обеспечения электронного архива чертежей является средство просмотра чертежей. Данные, на основании которых компьютер может создать на экране (или принтере), изображения бывают двух типов: растровые и векторные. Растровые данные представляют собой сетку из отдельных точек (пикселей), совокупность которых создает видимое изображение. Векторные данные описывают изображение как совокупность отдельных графических примитивов – линий, окружностей и дуг, кривых, текстовых строк и т.д. Для получения видимого изображения компьютерная программа должна «пройтись» по всем графическим примитивам и нарисовать на экране (или листе бумаги, если изображение выводится на печать) все видимые в данный момент примитивы. Можно сказать, что при работе с растровым изображением программа уже имеет заранее нарисованное изображение, которое нужно только вывести на графическое устройство (с учетом ряда факторов – масштаба, видимой обрасти и т.п.), а при работе с векторным – инструкцию о том, что, где и как нужно нарисовать на графическом устройстве.
Оба способа
хранения графической информации имеют свои достоинства и недостатки.
Растровые изображения являются наиболее распространенными в компьютерной графике. Большинство изображений, которые пользователь видит на экране своего компьютера, хранятся в растровом виде – это различные значки в интерфейсе программ, заставки рабочего стола, фотографии и изображения в Интернете и т.п. Широкая распространенность растровых форматов в первую очередь связана с тем, что их достаточно просто создавать (например, при помощи сканирования изображений) и впоследствии выводить на различные графические устройства (как говорилось раньше, изображение уже нарисовано, нужно просто скопировать его на устройство).
Основными недостатком растровых изображений является большой объем хранимых данных и значительная потеря качества при изменении масштаба изображения (как при увеличении, так и при уменьшении) или при повороте изображения.
Векторные изображения в основном используются в полиграфии и компьютерном проектировании. Применение векторных форматов в этих областях связано в первую очередь с тем, что векторные изображения значительно проще изменять в программах редактирования. На экране компьютера и напечатанные на бумаге векторные данные обеспечивают для текущего масштаба или угла поворота максимальное качество изображения.
К недостаткам векторных изображений можно отнести сложность их создания – простое сканирование «синьки» создает растровое изображение, которое впоследствии нужно перевести в векторный формат. И, не смотря на то, что существует большое количество программ, призванных автоматизировать процесс «векторизации», это все равно остается кропотливой ручной работой. Кроме того, для просмотра векторных изображений приходится создавать значительно более сложные (по сравнению с растровыми форматами) программы. Скорость рисования на экране сложных векторных изображений (содержащих десятки тысяч отдельных примитивов) значительно ниже, чем при простом копировании из памяти готового растрового изображения. При этом нужно учитывать и то, что при изменении параметров вывода (например, масштаба, видимой области и т.п.) рисование всех видимых примитивов векторного изображения нужно выполнить заново.
Те «недостатки» векторных изображений, о которых говорилось в предыдущем абзаце, являются таковыми только для разработчиков электронного атласа чертежей оборудования, и конечным пользователям продукта, конечно же, более удобно пользоваться векторными чертежами. Главным образом это связано с тем, что векторные чертежи обеспечивают наиболее высокое качество изображения.
Хорошо бы, конечно, все «синьки» конкретной электростанции, энергообъединения или даже всей российской электроэнергетики перевести в векторный формат и поместить в качественную программную среду, обеспечивающую быстрый поиск и отображение всей технической документации. Но такая работа потребует колоссальных усилий и закончится тогда, когда само данное энергетическое оборудование будет выведено из эксплуатации и заменено новым или существенно модернизированным.
Вышесказанное определило то, что описываемая в статье работа была некой чередой компромиссов. Естественно, не все чертежи из «шкафов с синьками» были переведены в электронный вид. Чертежи предварительно были отсортированы по степени их востребованности эксплуатационным и ремонтным персоналом энергопредприятия и в электронный вид были переведены только наиболее нужные из них. Отобранные таким образом «синьки» были отсканированы на специальном широкоформатном сканере, в результате чего были получены «сырые» растровые изображения. Далее, наиболее важные и сложные чертежи, где есть много важных зазоров и соединений (разрезы турбин, в первую очередь), были тщательно переведены в векторный формат.
Процедура перевода растровых чертежей в векторный формат состоит в следующем. Отсканированная растровая «синька» загружаются в векторный редактор (например, AutoCAD), после чего она используются в качестве подложки для вновь создаваемого чертежа. Далее специалист, хорошо знающий сам предмет «оцифровки» (турбину, котел, насос, вентилятор и т.д.), тщательно обводит векторными примитивами растровое изображение, создавая векторный чертеж[2]. При этом с некоторыми потертыми местами приходилось работать особенно тщательно – например, сравнивать «синьки» с продольных и поперечных разрезов, чтобы восстановить нужную деталь. После завершения рисования векторного чертежа растровая подложка удаляется.
Как уже говорилось, это достаточно кропотливая работа, которую должен выполнять высококлассный специалист. Чем больше чертежей будет переведено в векторный формат, тем более дорогостоящей будет вся работа по созданию электронного атласа. Поэтому некоторые чертежи (по согласованию с заказчиком) были оставлены в растровом формате. При этом на «внешний вид» растрового чертежа влияет не столько то, что он храниться в растровой форме («синьки» были отсканированы с большим разрешением, и при просмотре на экране они распадаются на отдельные «квадратики» только при очень большом увеличении»), как качество самой исходной «синьки». Как известно, на «синьках» очень много мелких посторонних точек, сливающихся в сплошной фон. На рис. 1 представлен фрагмент отсканированной «синьки»; на нем виден серый фон из мусорных точек.
Рис
1. Фрагмент отсканированной неочищенной «синьки»
При выполнении автоматической очистки таких растровых изображений в специализированных программах неизбежно будут стеры различные мелкие детали чертежа. На рис. 2 представлен тот же фрагмент «синьки», прошедший процедуру автоматической очистки от мусора. На рисунке отчетливо видно, что информация о размерах с чертежа уже практически не считывается, хотя контуры оборудования по-прежнему хорошо просматриваются.
Рис
2. Фрагмент очищенной от мусора «синьки»
Ручная же очистка отсканированных «синек» является не менее (а иногда даже более) трудоемкой операцией, чем создание векторного чертежа.
При создании атласа были предприняты попытки использовать автоматическую очистку «синек» от мусора. При этом был замечен следующий эффект – при выводе на экран очищенная «синька» выглядит значительно лучше, чем «сырая» (неочищенная) в том случае, если используется маленькое увеличение. Мелкие (наиболее страдающие при автоматической очистке) детали при маленьком увеличении были бы и так не видны, а сохранившиеся контуры оборудования отчетливо видны на белом фоне. С другой стороны, неочищенная «синька» при небольшом увеличении превращается в «серое пятно». И, наоборот, при большом увеличении неочищенная «синька» предоставляет пользователю гораздо больше информации.
Исходя из этого, в средстве просмотра чертежей был реализован специальный алгоритм для работы с растровыми изображениями, позволяющий работать с двумя растрами – очищенным и «сырым». При небольшом увеличении на экран выводится очищенное изображение, но когда коэффициент увеличения превышает некоторый заранее заданный порог, на экран выводится неочищенное изображение. На рис. 3 показано, как программа использует два растровых изображения – в окне инструмента «Лупа» выводится увеличенное неочищенное изображение.
Рис.
3 – Использование очищенного и неочищенного растровых изображений.
Создание электронных копий чертежей (как векторных, так и растровых) представляет собой только часть работы по созданию электронного атласа. Для работы с чертежами и их описаниями была создана специальная программа–оболочка (см. рис. 4).
Рис.
4 – Внешний вид программы-оболочки
В оболочке реализованы следующие функции – просмотр чертежей и их описаний, работа с каталогом чертежей, полнотекстовый поиск по описаниям и названиям чертежей.
В средстве просмотра чертежей реализованы стандартные функции просмотра – изменение масштаба, прокрутка мышкой, увеличение выбранной области чертежа, повороты чертежа на 90, 180 и 270 градусов. Программа запоминает выводившиеся на экран области чертежа, реализуя историю просмотра – после увеличения области чертежа или отдельной детали пользователь может быстро вернуться к предыдущему виду (кнопка «Предыдущий вид»), после чего можно опять вернуться к увеличенному виду (кнопка «Следующий вид»). Действие истории просмотра напоминает действие кнопок «Предыдущая страница» и «Следующая страница» в Интернет-браузерах.
Для более удобной работы с большими чертежами в программе предусмотрен режим полноэкранной работы. На рис. 5 показан вывод одного из чертежей электронного атласа на экран плоского широкоформатного телевизора, которыми в настоящее время оборудованы кабинеты многих руководителей электростанций и энергообъединений. Подобными экранами или мультимедийными проекторами также оборудованы почти все учебные кабинеты крупных (и не только) электростанций. На такой экран можно оперативно выводить нужную графическую информацию при проведении различных совещаний.
Рис.
5. Полноэкранная работа с разрезом паровой турбины
Кроме стандартных средств изменения масштаба в программе реализована экранная лупа. Действие лупы показано на рис. 3, 4 и 5 ‑ на экране можно видеть общий вид всего оборудования или его части, при этом в отдельном окне лупы выводится в увеличенном масштабе часть чертежа, находящаяся под указателем мышки. Окошко лупы «привязано» к указателю мыши и двигается по экрану вслед за ним. У пользователя есть возможность изменять коэффициент увеличения лупы. Использование лупы позволяет более эффективно работать с большими чертежами, не прибегая к неудобным средствам изменения масштаба, при использовании которых пользователь перестает видеть общий вид чертежа.
В программе реализована возможность распечатать на принтере или плоттере любой чертеж или его фрагмент, с возможностью предварительного просмотра. Так же предусмотрена возможность сохранять чертежи или их фрагменты в файлы стандартного для последних версий Windows (Vista, 7, XP с установленным дополнительным ПО) формата XPS.
На основании некоторых векторизованных чертежей были созданы трехмерные анимированные модели энергетического оборудования. Эти модели могут быть использованы, например, для демонстрации принципа действия регулирующих и стопорных клапанов. В других трехмерных моделях была анимирована процедура их сборки и разборки. Так на рис. 6 показан фрагмент разборки стопорного клапана турбины.
Рис.
6 – Фрагмент разборки трехмерной модели стопорного клапана
Выводы:
ООО «Триеру» совместно со специалистами Московского
энергетического института (ТУ) разработало методику и программные средства
создания электронного атласа тепломеханического оборудования тепловых
электростанций.
Эти средства и программы позволили создать электронные
атласы для ОАО «Мосэнерго» (энергоблоки ПТ-60, Т-100 и Т-250), для ОГК-3
(энергоблоки К-200, К-300) и для других энергообъединений и энергопредприятий.
Электронные атласы включают в себя высококачественные
векторные чертежи, описания, трехмерные модели, анимационные клипы и другие
современные средства мультимедия.
Электронные атласы позволяют отказаться от
использования традиционных «синек». Они имеют удобные средства быстрого поиска
нужной информации и получили высокую оценку специалистов-энергетиков.
Литература:
- Грибин В.Г., Очков В.Ф. Корпоративный атлас энергетического оборудования: проблемы и решения // Новое в российской электроэнергетике. №1. 2006. С. 42-49.
- Грибин В.Г., Очков В.Ф., Кауркин В.Н., Писков В.Н. Электронный атлас клапанов паровых турбин // Энергетик, № 12, 2004 г., С. 41
- Очков В.Ф., Кауркин В.Н., Писков В.Н. О развитии методов изучения энергооборудования с помощью средств компьютерной графики. Труды международной конференции "Информационные средства и технологии", том. 2, 12-14 октября 2004 г., Москва.
- Очков В.Ф., Кауркин В.Н., Писков В.Н. Применение новых возможностей графической оболочки TWT Shell для изучения энергооборудования. Труды международной научно-практической конференции "Информационные средства и технологии". Том 2. 18-20 сентября 2005 г. Москва, С. 111-113