REVERSE ENGINEERING E TELERILEVAMENTO DI IMPIANTI INDUSTRIALI

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1 IMPES ENGINEERING ENGINEERING & CONSTRUCTION Nico Tanzi project engineer REVERSE ENGINEERING E TELERILEVAMENTO DI IMPIANTI INDUSTRIALI Taranto settembre 2010

2 ABSTRACT Uno dei problemi più frequentemente riscontrati nello sviluppo delle attività di ingegneria impiantistica, principalmente per quanto riguarda il revamping, il riattamento, il trasferimento o la dismissione di impianti esistenti è l inadeguatezza, l incompletezza, quando non addirittura l irreperibilità della documentazione di progetto dell impianto già realizzato. Ma, anche in presenza di documentazione, questa, in un gran numero di casi, difetta di aggiornamento. Le cause prime sono molteplici (passaggi di proprietà, ristrutturazioni organizzative, prolungati periodi di inattività, riduzione di personale, abbattimento dei costi indiretti, mancata applicazione di procedure, mancata o insufficiente attività di revisione as-built, scarso coordinamento nelle fasi cruciali di vita dell impianto, smarrimento o furto di documenti, distruzione accidentale e/o dolosa di archivi, fino ad arrivare ai casi estremi di incidenti gravi, sabotaggi, azioni belliche ) ma riconducono tutte alla mancata applicazione e mantenimento in costanza di tempo della gestione in qualità del flusso documentale: cioè produzione, conservazione ed aggiornamento. Paradossalmente, l innovazione tecnologica recente e meno recente ha aggravato, anziché risolvere, questo tipo di problemi, da un lato con il perfezionarsi di tecniche di riproduzione (difficile oggi distinguere un originale cartaceo da una sua copia), ma soprattutto con il proliferare di supporti (microfilm, digitale), in cui ogni copia è indistinguibile dall originale. Per giunta, tali supporti sono a rapida obsolescenza. Si provi, ad esempio, oggi, a trovare un unità nastri in bobina o un lettore di Floppy Disc da 8, oltre al software in grado di interpretarne il formato. Inoltre, l affermarsi di nuovi metodi e tecniche di progettazione (CAD, Modellazione 3-D, Simulazione Virtuale) rende di fatto poco o per nulla utilizzabili i disegni e le specifiche realizzati con tecniche convenzionali (disegni bidimensionali, disegni non in scala, semilavorati, fogli dati con spunte ), e questo indipendentemente dal supporto. Tutto ciò comporta il ridisegno parziale o totale dell impianto oggetto dell intervento di ingegneria, o, per utilizzare un termine più appropriato, l ingegnerizzazione inversa dello stesso. Qui intervengono allora le tecniche più note come back- o reverse-engineering, che consentono, attraverso l esame dettagliato e il rilievo di forme, materiali, funzionalità e tecniche costruttive, di risalire al progetto di un dispositivo, di una macchina o più in generale di un impianto industriale. Nel caso degli impianti, la fase fondamentale è il rilievo dell esistente, essenzialmente finalizzato a: Ricostruzione dimensionale e geometrica Identificazione di componenti e materiali Qualificazione di dispositivi e macchinari (equipment) È evidente che, qualora si possegga già il know-how del tipo di impianto, e che quindi si sia in grado di ricostruire rapidamente lo schema di processo, l attività di rilievo ne risulta fondamentalmente alleggerita, in quanto guidata o guidabile. Per ovvi motivi di costi e tempi, la tendenza attuale è quella di spingere al massimo in direzione dell automazione, anche nelle attività di rilievo. L utilizzo combinato di tecniche di telerilevamento radar satellitare o aereo, laser scanner, in abbinamento a quelle di cartografia numerica con appoggio di ortofoto di insieme e di dettaglio può fornire soluzioni al problema a patto di predisporre regole e metodi per un adeguato sistema di raccolta ed elaborazione dati che sia strettamente finalizzato.

3 DOCUMENTAZIONE TECNICA SUPPORTO CARTACEO SUPPORTO DIGITALE

4 IN OGNI IMPIANTO INDUSTRIALE LA DOCUMENTAZIONE TECNICA AGGIORNATA OLTRE AD ESSERE INDISPENSABILE PER: - UN CORRETTO ESERCIZIO - LA MANUTENZIONE - LA GESTIONE DELLA SICUREZZA È ALLA BASE DI OGNI INTERVENTO DI: - RIATTIVAZIONE - REVAMPING - TRASFERIMENTO - DISMISSIONE

5 NEL CASO DI DOCUMENTAZIONE TECNICA: - INADEGUATA - INCOMPLETA - NON AGGIORNATA - ASSENTE - SU SUPPORTO OBSOLETO REVERSE ENGINEERING LE TECNICHE DI REVERSE ENGINEERING CONSENTONO DI: - AGGIORNARE E/O COMPLETARE LA DOCUMENTAZIONE ESISTENTE - RICOSTRUIRE PARTE DELLA DOCUMENTAZIONE MANCANTE - CAMBIARE SUPPORTO - PASSARE A SISTEMI GRAFICI INTELLIGENTI, EVENTUALMENTE IN 3-D

6 TECNICHE CONVENZIONALI RILIEVO DIRETTO TECNICHE INNOVATIVE PRO: RAPIDITA. ECONOMICITA REVERSE ENGINEERING ORTOFOTOGRAFIA TELERILEVAMENTO CONTRO: - LIMITATE A ELEMENTI MACROSCOPICI E PARTI VISIBILI - TECNOLOGIA E SW IN FASE DI SVILUPPO DISASSEMBLAGGIO FOTOGRAFIA CONFRONTO CON IMPIANTI SIMILARI PRO: grande attendibilità CONTRO: - tempi lunghi di esecuzione - costi elevati

7 TELERILEVAMENTO È APPLICABILE A: NON È APPLICABILE A: -INGEGNERIA ELETTRICA -INGEGNERIA STRUMENTALE -MINOR PIPING * -INTERRATE -FONDAZIONI - - ELEMENTI PLANIMETRICI DI SPICCO -STRUTTURE - FABBRICATI - MAJOR PIPING * - EQUIPMENT - FACILITIES F.T. - * = IL LIMITE DI APPLICABILITÀ DIPENDE DALLA RISOLUZIONE OTTENIBILE - è richiesto il contributo di tecnici progettisti specialisti - è auspicabile la conoscenza del processo e del tipo di impianto

8 in definitiva: i settori del plant-engineering che al momento possono vantaggiosamente beneficiare delle tecniche di telerilevamento sono: - civile (edifici, opere in c.a. in elevazione, strutture primarie e secondarie) - impiantistico (piping, equipment) La scelta delle tecniche, apparecchiature e dei software di telerilevamento è condizionata dalle caratteristiche del prodotto finito che si vuole ottenere Anche l eventuale maggior o minor ricorso a tecniche convenzionali (in abbinamento) dipende dalle caratteristiche del prodotto finito Il supporto conoscitivo di tecnici progettisti specialisti è fondamentale in tutte le fasi del lavoro (preparazione, esecuzione, elaborazione, utilizzo dei risultati) La validità ottenibile dei risultati sarrà tanto maggiore quanto maggiore è la conoscenza che si possiede del know-how del tipo d impianto

9 DISCIPLINA FLUSSO LOGICO TIPO DI ELABORATO FINALE FINALITÀ SCALA FINALE DI RAPPRESENTAZIONE TIPO E CARATTERISTICHE DI DOCUMENTAZIONE EVENTUALM. REPERITA -RISOLUZIONE - PRECISIONE BANCA DATI DI APPOGGIO TECNICA / TECNICHE DI TELERILEVAMENTO SCELTA APPARECCHIATURE SCELTA SOFTWARE MODALITÀ DI ESECUZIONE MODALITÀ DI ELABORAZIONE

10 - CIVILE - STRUTTURE - PIPING - EQUIPMENTS - PIANTA - ELEVAZIONE - 3-D DISCIPLINA TIPO DI ELABORATO FINALE FINALITÀ SCALA FINALE DI RAPPRESENTAZIONE TIPO E CARATTERISTICHE DI DOCUMENTAZIONE EVENTUALM. REPERITA - PLOT PLAN - DISPOSIZIONE APPARECCHIATURE - PIANTA TUBAZIONI - SISTEMAZIONI SUPERFICIALI - ELEVAZIONI (ev. unifilari) - MODELLI 3-D UNIFILARI - MODELLAZIONE SOLIDA -. PRESUPPOSTI INIZIALI

11 CIVILE PIANTA SEMPLICE ESEMPIO APPLICATIVO FLUSSO LOGICO PLOT PLAN 1:100 COPIA CARTACEA DEGRADATA -RISOLUZIONE: 0.7 m - PRECISIONE: 0.7 m ORTOFOTO SATELLITARE SW CAD 2-D REFERERENZIAZIONE CAD RIDISEGNO CAD A RICALCO

12 Ortofoto satellitare DOCUMENTAZIONE DISPONIBILE: DISEGNI IN COPIA CARTACEA DEGRADATA Digitalizzazione a scanner > REFERENZAZIONE > ANALISI QUALITATIVA > COMPENSAZIONE DIMENSIONALE Disegno CAD 2D (nuovo) SEMPLICE ESEMPIO APPLICATIVO: RICOSTRUZIONE DI PLOT-PLAN 12:43

13 SE, DELL IMPIANTO DI CUI ALL ESEMPIO, SI FOSSE VOLUTO RICOSTRUIRE UNA PLANIMETRIA GENERALE TUBAZIONI, LE CARATTERISTICHE BASE DEL TELE-RILEVAMENTO SAREBBERO STATE, COME MINIMO: - SCALA DI RIPRODUZIONE: 1:50 / 1:331/3 - RISOLUZIONE: 0,1 m (*) - PRECISIONE: 0,1 CONSEGUENTEMENTE, SI SAREBBE DOVUTO OPTARE PER UN TELERILEVAMENTO AEREO, CON ORTOFOTO E FOTORESTITUZIONE. n.b.: IN PRESENZA DI DOCUMENTAZIONE CARTACEA, ANCHE SE DEGRADATA, LA SOLA ORTOFOTO AVREBBE POTUTO ESSERE SUFFICIENTE (*) - LA RISOLUZIONE DI 0.1m PONE 3 4 COME LIMITE INFERIORE DEL DIA DEI TUBI RILEVABILI e comunque l identificazione precisa dei singoli tubi anche con DIA>4 non sarebbe possibile.

14 Ricostruzione dell ingegneria di dettaglio REQUISITI (HW & SW): - RISOLUZIONE E PRECISIONE DELL ORDINE DI 1mm - POSSIBILITÀ DI FILTRARE COMPONENTI OMOLOGHI - RICONOSCIMENTO DIMENSIONALE DEGLI ELEMENTI - POSSIBILITÀ DI ANALISI QUALITATIVA -LASER SCANNER 3-D + ORTOFOTO -CAMPAGNA DI RILEVAMENTI IN SITO

15 PIPING 3-D INGEGNERIA DI DETTAGLIO (PIPING): FLUSSO LOGICO PIANTA TUBAZIONI 1:33 1/3 -RISOLUZIONE: m - PRECISIONE: < m BANCA DATI: LIBRERIE DI STANDARD PIPING (ASME, ANSI, ASTM, API ) LASER SCANNER ORTOFOTO CAD 3-D + MODULI SW REFERERENZIAZIONE CAD SOVRAPPOSIZIONE FOTOGRAFICA RICONOSCIMENTO AUTOMATICO E ASSISTITO MODELLAZIONE MESH / UNIFILARE ESTRAZIONE PIANTE 2-D

16 IN FASE DI RILIEVO INGEGNERIA DI DETTAGLIO (PIPING): PROBLEMATICHE DENSITÀ DI TUBAZIONI (SCARSA VISIBILITÀ DELLE TUBAZIONI COPERTE) CON CONSEGUENTE NECESSITÀ DI NUMEROSI PUNTI DI STAZIONE OSTACOLI VISIVI DIFFICILE O IMPEDITA ACCESSIBILITÀ IN ALCUNE ZONE DELL IMPIANTO IN FASE DI ELABORAZIONE - PRESENZA DI ELEMENTI DI DISTURBO (CAVI, PRESENZE OCCASIONALI, ) -IMPOSSIBILITÀ DI INDIVIDUAZIONE SCHEDULE TUBI - IMPOSSIBILITÀ DI INDIVIDUAZIONE SPECIFICA TUBAZIONE - DIFFICOLTÀ NELL INDIVIDUAZIONE DEL RATING DEGLI ACCOPPIAMENTI FLG - ALTERAZIONE DEI DIAMETRI LETTI PER PRESENZA DI COIBENTAZIONI - DIFFICILE RICONOSCIMENTO DELLA TIPOLOGIA DI VALVOLE E PZ. SPEC.

17 IN FASE DI RILIEVO OSTACOLI VISIVI INGEGNERIA DI DETTAGLIO (CIVILE): PROBLEMATICHE DIFFICILE O IMPEDITA ACCESSIBILITÀ IN ALCUNE ZONE DELL IMPIANTO IN FASE DI ELABORAZIONE - PRESENZA DI ELEMENTI DI DISTURBO (CAVI, PRESENZE OCCASIONALI, ) - SEPARAZIONE TRA STRUTTURE IN C.A. E STRUTTURE IN ACCIAIO - SEPARAZIONE TRA STRUTTURE IN ACCIAIO PRIMARIE E SECONDARIE - DIFFICOLTÀ DI RICONOSCIMENTO TIPI PROFILI SIMILI PER FORMA E/O DIMENSIONE - INDIVIDUAZIONE DELLE TIPOLOGIE DEI NODI (LE NUVOLE DI PUNTI, IN PROSSIMITÀ DEI NODI SONO SEMPRE MENO FITTE CHE IN ALTRE ZONE PIÙ SCOPERTE)

18 LASER SCANNING 3-D STATO DELL ARTE AUTOMOTIVE DESIGN ELEMENTO FONDAMENTALE DEL CICLO CAD-PROTOTYPING-SCANNING-CAE-CAM Consente il passaggio DAL MODELLO VIRTUALE ALLE MACCHINE A CONTROLLO NUMERICO ovvero DAL DESIGN ALLA PRODUZIONE

19 LASER SCANNING 3-D STATO DELL ARTE PLANT ENGINEERING RICOSTRUZIONE DI MODELLI 3-D D ASSIEME DA NUVOLE DI PUNTI (creazione di contorni superfici mesh modelli solidi)

20 LASER SCANNING 3-D STATO DELL ARTE RICOSTRUZIONE DI OGGETTI 3-D DA NUVOLE DI PUNTI (Immagini ed esempi tratti da PLANT ENGINEERING RILIEVI DIMENSIONALI DA NUVOLE DI PUNTI

21 LASER SCANNING 3-D STATO DELL ARTE DETERMINAZIONE INTERFERENZE TRA NUVOLE DI PUNTI E OGGETTI CAD (clash detection) PLANT ENGINEERING

22 LASER SCANNING 3-D: AREE DI MIGLIORAMENTO NEI SOFTWARE DI SUPPORTO AL CAD ELABORAZIONI NUMERICHE E GRAFICHE SULLE NUVOLE DI PUNTI CHE CONSENTANO DI OTTENERE IN MANIERA AUTOMATICA O ASSISTITA: - IL RICONOSCIMENTO DI OGGETTI ELEMENTARI - LA MODELLAZIONE SOLIDA DEI SINGOLI OGGETTI - IL CALCOLO DEGLI ASSI GEOMETRICI - LA MODELLAZIONE UNIFILARE - LA QUOTATURA PER PUNTI NOTEVOLI - L ATTRIBUZIONE DI DATI ALFANUMERICI - IL COLLEGAMENTO CON DATABASE ESTERNI CON TECNOLOGIE G.I.S.

23 TELERILEVAMENTO & REVERSE ENGINEERING IN IMPIANTISTICA : PROPOSTA METODOLOGICA DEFINIZIONE DELLO SCOPO DEL LAVORO GRUPPO INTERDISCIPLINARE DI LAVORO SPECIFICA DI ESECUZIONE DEL TELERILEVAMENTO ANALISI DELLA DOCUMENTAZIONE ESISTENTE FINALITÀ ANALISI DELLE POTENZIALITÀ DELLE TECNICHE DISPONIBILI (HW & SW) ANALISI T E L E R I L E V A M E N T O PROCEDURE SPECIFICA DI COSTITUZIONE DEL DATABASE (IN & OUT) SPECIFICA DI ESECUZIONE DELL ELABORAZIONE CARATTERISTICHE E LIMITI DEI DATI ELABORATI METODOLOGIA DI VALIDAZIONE SPECIFICA DI RIPORTO A CAD INTELLIGENTE (2-D o 3-D)