システム情報モデリング

システム情報モデリング( SIM ) は、複雑に接続されたシステムをモデリングするプロセスです。システム情報モデルは、電気計測および制御、電力、通信システムなどの接続されたシステムのデジタル表現です。SIM でモデル化されたオブジェクトは、物理システム内のオブジェクトと 1:1 の関係を持ちます。コンポーネント、接続、機能は、現実世界と同じように定義され、リンクされます。

SIM の概念は 1990 年代半ばから存在していました。1994 年にオーストラリアの計器、電気、制御システム エンジニアリング会社である I&E Systems Pty Ltd によって初めて提案されました。多くの技術革新と同様に、SIM のアイデアは必要性から生まれました。1990 年代半ば以降、技術の急速な進歩により、電力、制御、情報通信技術(ICT) システムの複雑さが飛躍的に増大し、システム設計に使用されていた従来の紙ベースの方法論やアプリケーションは時代遅れになりました。

電気計装および制御システム (EICS) エンジニアリング プロジェクトでは、設計関連アクティビティのコストが総プロジェクト費用の最大 70% を占めることがあります。分析の結果、紙ベースの方法/ワークフローの制限された性質が、複数のドキュメントで情報を重複して入力する必要があり、設計エラーや漏れが発生し、人件費が増加するという高い設計コストの大きな要因となっていることが明らかになりました。これを踏まえ、同社は従来の紙ベースの方法から、より効率的で体系的なデジタル モデリング アプローチに移行する必要があることに気付きました。

「システム情報モデリング」という用語は、2012年にピーター・ED・ラブとジンヤン・ゾウによって技術レポートで初めて発表されました。^[1]レポートでは、SIMの使用によって生産性が向上し、EICSドキュメントの作成コストが削減される可能性があることを示す実証的証拠が提示されました。この研究では、鉄鉱石スタッカーコンベアシステムの電気工学図面セットが調査され、図面から特定されたエラーと漏れが分類され、定量化されました。レポートでは、従来のコンピューター支援設計(CAD)方法を使用して電気工学設計を作成することは、効果がなく、非効率的で、コストがかかると結論付けられました。

2013年以来、さまざまなプロジェクト（鉄鉱石処理プラント、FPSO安全制御システム、銅製錬所、石油精製所、地熱発電所など）でEICSを設計および文書化するためにCADではなくSIMを使用することの有効性と効率性を実証した多くの学術研究論文が発表されています。[ ^{2] [3] [ 4] [5] [6] [ 7] [8] [9] [10 ] [11] [12] [13] [14] [15]}

システム情報モデリングは、複雑に接続されたシステムをデジタルでモデル化するプロセスとして定義できます。システム情報モデルは、システムのライフサイクルを通じて信頼できる知識の基盤を形成する、システムの共有情報リソースです。

すべてのプロジェクト情報を含むSIMは、プロジェクトのライフサイクル全体にわたって適用できます。^[2]

SIM を使用すると、エンジニアリング設計とドキュメント作成を同時に行うことができます。SIM は、EICS の設計が進むにつれて作成できます。製図工やモデラーは不要になります。接続システムの設計に SIM を適用すると、構築されるすべての物理機器と関連する接続をリレーショナル データベースでモデル化できます。コンポーネントは、「タイプ」属性と「場所」属性に従って分類されます。「タイプ」属性は、機器の機能を定義するために使用されます。「場所」属性は、機器の物理的な位置を説明するために使用されます。機器間の接続は、「コネクタ」としてモデル化されます。設計を容易にするために、デバイス モジュール、仕様、ベンダー マニュアルなどの属性を各オブジェクトに割り当てて添付することができます。

設計プロセスが完了すると、モデルの読み取り専用コピーが作成され、エクスポートされ、他のプロジェクト チーム メンバーが利用できるようになります。ユーザーは、それぞれの権限レベルに応じて、SIM 内の設計情報のすべてまたは一部にアクセスできます。プライベート ユーザー データを作成してモデルに添付できます。

設計が建設のために承認されると、設計をデジタル化したSIMが、調達チームや建設請負業者などのさまざまな関係者に発行されます。情報管理はデジタルで実現でき、紙の図面の役割はなくなります。^[8]調達計画と建設スケジュールは、SIM内の個々のオブジェクトごとに作成できます。建設活動は、重み付け係数を定義したオブジェクトまたはワークパックに割り当てることができます。これにより、管理者は調達と建設の進捗状況を個々のオブジェクトレベルまで詳細に追跡し、情報に基づいた決定を下すことができます。

SIMは、情報を単一のデジタルモデルに保存できるため、資産管理者にとって特に便利です。^{[2]従来のCADベースの環境では、紙の図面は通常、} 「As Built」図面の形で資産所有者に引き渡されます。これは、理論的には、プロジェクトのすべてのシステム、コンポーネント、接続の実際の構造を反映しています。資産管理者が資産の一部を保守、修理、またはアップグレードする場合は、「As Built」図面を使用する必要があります。ただし、多数の図面に含まれる情報を回復するのは面倒で時間のかかる作業です。図面に誤りや欠落があると、設計の解釈が妨げられる可能性があります。

SIM を使用してエンジニアリングを実施すると、1:1 マッピングが実行されるデジタル形式で保存できます。テスト、較正、検査、修理、軽微な変更、隔離などの操作を SIM 内で定義してスケジュールできます。また、SIM データは、所有者の資産管理戦略に準拠するために、他のサードパーティの資産管理アプリケーションに簡単にエクスポートして入力することもできます。さらに、SIM はトレーニング ツールとして機能し、定期的に使用してオペレーターが設計に慣れるのに役立ちます。

I&E Systems Pty Ltd 社は、システム情報モデリング (SIM) の概念に基づいて、商用の独自ソフトウェア パッケージである Digital Asset Delivery (DAD) を開発しました。

DAD の最初のバージョンは 1997 年にリリースされましたが、これは主に電気工学システムの設計と文書化に使用されるモデリング ツールでした。DAD は誕生以来、グリーンフィールドとブラウンフィールド、電力、制御、ICT システムなど、多くのプロジェクトでテストされ、適用されてきました。DAD ソフトウェアは、複雑で急速に変化する EICS プロジェクトに対応するために、継続的に保守およびアップグレードされてきました。DAD の最新リリースはバージョン 13 です。DAD は、レイヤー (例: アセンブリ (物理): どのように構築されるか、制御 (機能): どのように機能するかなど)、関係 - 異なるレイヤーのコンポーネント間のリンク、グループ - 共通の機能を持つコンポーネントとコネクタなど、今日のシステムの複雑さを捉えるいくつかの機能を提供します。DAD は、パートナー アプリケーション ActivityExchange と密接に連携します。このアプリケーションはデジタル モデルのパワーに基づいており、ユーザーは任意のプロジェクトで実行される作業を定義、整理、追跡、交換できます。完了すると、作業の個別の記録をそれぞれデジタル モデルに追加して、将来の参照や履歴の連続性を確保できます。 ActivityExchange は、設計レビュー、調達、構築、試運転、そして最終的なメンテナンスを含む、システム コンポーネントとのすべての人間のやり取りのリアルタイム ワークフローを管理します。

SIM の概念は、数多くの国際プロジェクトに適用され、検証されています。

SIM テクノロジーの恩恵を受けているオーストラリアのさまざまな業界分野の組織が多数あります。いくつかの例を挙げます。

西オーストラリア州に拠点を置くフォーテスキュー メタルズ グループ(FMG) は、2010 年以降に構築されたすべてのプロジェクトに SIM を採用しました。これらのプロジェクトには、大規模なソロモン鉄鉱石プロジェクト、輸出港施設の拡張、ノース スター磁鉄鉱プロジェクトが含まれます。FMG は、これらのプロジェクトで SIM を使用したことで大幅な節約とより効率的なプロジェクト実行が実現し、これらの施設の運用に引き続きメリットをもたらしていると認識しています。

Opticomm は、何万もの住宅や商業施設を接続する大規模な光ファイバー通信ネットワークを構築、所有、運用しています。同社のネットワークは SIM を使用して完全にモデル化されており、構築と運用のすべての活動は SIM ベースの情報モデルの情報に基づいています。

2016 年、パース国際空港はSIM を採用し、この技術を使用して配電ネットワークをモデル化しました。SIM 内の電気コンポーネントとケーブル オブジェクトは、地理情報システム(GIS) 内のオブジェクトにリンクされています。これにより、すべての電気システム コンポーネントとケーブルに関する完全なシステム技術情報と地理情報がシームレスに提供されます。パース空港は、滑走路照明システムや通信ネットワークなど、他の接続システムにも SIM の使用を拡大する計画を立てています。

SIM は、2014 年に中国の武漢地下鉄駅の電気システムと通信システムのモデル化と管理に適用されました。2016 年には、武漢国際博覧センターの分散制御システム(DCS) をデジタル化するために SIM モデルが作成されました。2014 年以来、華中科技大学の BIM センターでは、SIM の適用、SIM と BIM のリンク、SIM とエンジニアリング情報モデリング (EIM) のリンクなど、多数の研究プロジェクトが行われています。

2015 年、SIM は日本の大手エンジニアリングおよび建設会社によって、サウジアラビアの非常に大規模な新しい石油精製所プロジェクトの電気システムと計装システムをモデル化するために採用されました。SIM は、調達および建設ポータルを通じてすべての調達および建設活動の管理の基盤として使用されました。

2018 年、アイルランドの大手物流会社が、ハードウェアとソフトウェアの大幅な更新に先立ち、ICT インフラストラクチャ全体をモデル化するために SIM を適用しました。SIM は、組織の高レベルのビジネス プロセスを、組織が各システムに保持する特定の個別のレコードにマッピングするために使用され、新しい ERP への移行の成功を保証し、GDPR 要件への準拠と保証を提供しました。SIM は、組織のテクノロジーをアップグレードするために必要な進行中のプロジェクト活動を容易にするための構成管理データベース (CMDB) として使用され、IT 運用の本質的な一部になります。

システム情報モデリングは建物情報モデリングとは異なりますが、どちらも知識と情報の共有に重点を置いています。BIM のプロセスは次のように定義されています。

ビルディング インフォメーション モデリング( BIM ) は、施設の物理的および機能的特性をデジタルで表現したものです。BIMは、施設のライフサイクル (初期の構想から解体まで) を通じて、信頼できる意思決定の基盤となる施設に関する情報を共有する知識リソースです。

SIM は BIM に似ています。「建物」が「システム」に置き換えられ、電気制御、電力、通信など、ジオメトリを持たない複雑に接続されたシステムをモデル化するプロセスを表します。基本的に、SIM は、複雑に接続されたシステムをモデル化するために分野固有の観点を取り入れますが、単一の真実の点が形成されると、建物情報モデルと統合できます。

接続システムの設計を文書化する従来の方法は、製図技師が作成し、統合設計を形成するために共同で使用する必要のあるさまざまなビューで構成される 2D 図面を使用することです。図面は手動で作成され、コンポーネントの情報は複数の異なる図面で表すことができるため、エラー、省略、競合、重複が発生する可能性が大幅に高まります。^{[3] [4]} 1970 年代半ば以降、従来の手作業による製図をコンピューター支援デジタル図面に置き換える傾向があります。CAD の導入以来、図面作成の効率は向上しましたが、「デジタル」エンジニアリングの出現にもかかわらず、紙ベースの文書作成への過度の依存が残っています。SIM の導入により、特に EICS の資産の運用と保守中に生産性の利点を実現できます。

SIM は、EICS、電力、通信システムに限定されません。ネットワーク トポロジ、因果ループ、人々と組織間の相互作用など、さまざまな接続システムをモデル化するために使用できます。SIM の適用範囲は、BIM 用に定義されている「物理的な施設」を超えているため、接続されたシステムの物理ネットワークと仮想ネットワークの両方をモデル化するために SIM を適用できます。

SIM は地理情報システムにリンクして、空間情報の管理をサポートすることができます。たとえば、座標で割り当てられたコンポーネントを含む SIM モデルをGoogle Earthにリンクして、コンポーネントの実際の物理的な位置を表示できます。また、 Autodesk Navisworksなどのアプリケーションを使用して、SIM をサードパーティの 3D モデルにリンクして空間サポートを取得し、詳細なシステム データをサードパーティに提供することもできます。SIM と、画像モデリング、Google マップ、仮想現実、拡張現実、クイック レスポンス コード、無線周波数識別などのさまざまなテクノロジとの間で相互運用性を実現できます。

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