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MOSAICmodeling PlantDesign

Fillinger, Sandra

FG Dynamik und Betrieb technischer Anlagen

Considering the volatile macro-economic environment aggravating competitiveness in the increasingly globalizing market the most important challenge facing industrial companies is to achieve an innovation lead with high quality and reliability with shortened innovation cycles. For the entire life cycle of chemical plants, several stakeholders, such as owners, operators, vendors, and contractors, are working together in one or more different trades and using several highly specialized software packages. Improving the interoperability between heterogeneous software tools applied in plant design offers an enormous potential for the improvement of workflows and in particular the availability of consistent and transparent plant data in digital form for the entire life cycle of a plant. In this thesis, the concept and the implementation of the integrated engineering tool PlantDesign have been developed. PlantDesign is an assistant system for the automated design of Modular Process Units (MPUs) with a high level of detail with respect to constructions as they consist of equipment, close and internal piping, process measure and control technology, instrumentation, and steelwork. The prototypical implementation has been successfully implemented in the modeling and simulation environment MOSAICmodeling [MOSAICmodeling, 2019]. Output of the tool is source code for automated creation of 3D plant models that can be imported into different commercial 3D CAD tools. A novel source code converter framework has been developed to generate a source code generator in a higher programming language for different target formats. The 3D models of the MPUs generated using PlantDesign are so-called intelligent and transfer graphical as well as plant and process information into the 3D CAD tool. Beside this, PlantDesign enables different import and export data interfaces to heterogeneous CAE software tools applied within the plant design of process plants. The data interfaces enable (semi-)automatic data handover between tools applied in the different planning disciplines, e.g. process simulation and 2D CAD tools. By using the integrated engineering tool PlantDesign in academic teaching and for an example process from industrial practice, it was successfully demonstrated that both the automation of planning processes in plant design and the transfer of data could be improved across disciplines.
In Anbetracht des volatilen makroökonomischen Umfelds, das die Wettbewerbsfähigkeit im zunehmend globalisierten Markt verschärft, besteht die wichtigste Herausforderung für Industrieunternehmen darin, eine Innovationsführung mit hoher Qualität und Zuverlässigkeit bei verkürzten Innovationszyklen zu erreichen. Für den gesamten Lebenszyklus von Chemieanlagen arbeiten mehrere Stakeholder wie Eigentümer, Betreiber, Lieferanten und Auftragnehmer in verschiedenen Gewerken und unter Nutzung vielfältiger hochspezialisierter Softwarepakete zusammen. Die Verbesserung der Interoperabilität zwischen heterogenen Softwarewerkzeugen im Anlagenbau sowie die Automatisierung von Planungsschritten bietet ein enormes Potenzial zur Verbesserung von Arbeitsabläufen und insbesondere zur verbesserten Verfügbarkeit konsistenter und transparenter Anlagendaten in digitaler Form für den gesamten Lebenszyklus einer Anlage. In dieser Arbeit wurde das Konzept und die Implementierung des integrierten Engineering-Tools PlantDesign entwickelt. PlantDesign ist ein Assistenzsystem für die automatisierte Planung von modularen Prozesseinheiten (MPUs) mit hohem konstruktiven Detaillierungsgrad, die aus Apparaten, Nahverrohrung und internen Rohrleitungen, Mess-, Steuer- und Regelungstechnik, Instrumentierung und Stahlbau bestehen. Die prototypische Implementierung wurde erfolgreich in der Modellierungs- und Simulationsumgebung MOSAICmodeling implementiert. Das Tool erzeugt Quellcode zur automatisierten Erstellung von 3D-Anlagenmodellen, die in verschiedene kommerzielle 3D-CAD-Tools importiert werden können. Ein neuartiges Source Code Converter Framework wurde entwickelt, um einen Source Code Generator in einer höheren Programmiersprache für verschiedene Zielformate zu generieren. Die mit PlantDesign erzeugten intelligenten 3D-Modelle der MPUs übertragen neben grafischen auch Anlagen- und Prozessinformationen in das 3D-CAD-Tool. Darüber hinaus ermöglicht PlantDesign verschiedene Import- und Exportschnittstellen zu heterogenen CAE-Softwaretools, die im Rahmen der Planung von Prozessanlagen eingesetzt werden. Die Datenschnittstellen ermöglichen die (semi-)automatische Datenübergabe zwischen den in den verschiedenen Disziplinen eingesetzten Werkzeugen, z.B. Prozesssimulations- und 2D-CAD-Werkzeuge. Durch den Einsatz des integrierten Engineering-Tools PlantDesign in der akademischen Lehre und zur Auslegung eines Prozesses aus der industriellen Praxis konnte erfolgreich gezeigt werden, dass sowohl die Automatisierung von Planungsprozessen im Anlagenbau als auch die Datenübertragung gewerke-übergreifend verbessert werden kann.