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[en] A COLLABORATIVE ENVIRONMENT FOR OFFSHORE ENGINEERING SIMULATIONS BASED ON VISUALIZATION AND WORKFLOW / [pt] UM AMBIENTE COLABORATIVO PARA SIMULAÇÕES EM ENGENHARIA OFFSHORE BASEADO EM VISUALIZAÇÃO E WORKFLOW

ISMAEL HUMBERTO FERREIRA DOS SANTOS 07 February 2017 (has links)
[pt] Os sistemas de produção de petróleo em águas profundas, incluindo as unidades flutuantes de produção (plataformas ou navios) e todos os equipamentos que participam da produção são atualmente projetados por complexos sistemas de modelagem computacional. Tais sistemas envolvem as áreas de cálculo estrutural, meteo-oceanografia (forças de correntes, ondas e ventos), hidrodinâmica, risers (tubos de aço rígidos ou flexíveis para levar o óleo do poço em sub-superfície até a unidade de produção), sistemas de ancoragem, equipamentos submarinos, fundações e avaliação de risco geológico-geotécnico. O projeto de uma nova unidade de produção é um processo longo e custoso, podendo durar anos e consumir centenas de milhões de dólares, dependendo da complexidade da unidade e da maturidade da tecnologia desenvolvida para tornar o projeto econômica e tecnicamente viável. Os projetos são conduzidos por diversos especialistas, por vezes geograficamente dispersos, gerando artefatos e resultados independentes, porém altamente inter-relacionados. A necessidade de colaboração é uma característica inerente aos projetos de unidades flutuantes de produção para águas profundas. A possibilidade de compartilhar informações entre usuários, controlar a execução de diferentes ferramentas de modelagem, visualizar e manipular modelos 3D virtuais em ambientes imersivos de Realidade Virtual vem empurrando os limites das atividades dos times na indústria do petróleo especialmente em Engenharia de Petróleo. O objetivo desta tese é o de fundamentar os princípios e equacionar os principais problemas para o desenvolvimento de um Ambiente Colaborativo para Engenharia, denominado CEE (Collaborative Engineering Environment), de forma a permitir a visualização colaborativa e interpretação dos resultados de simulações criadas nos projetos de engenharia, que em geral envolvem também diferentes especialidades. Devido à característica multidisciplinar dos projetos, a visualização colaborativa torna-se um componente de fundamental importância durante o ciclo de vida de projetos de engenharia, especialmente os da área de Engenharia Offshore, utilizada neste trabalho como caso de estudo. Propomos um ambiente integrado para visualização colaborativa a ser usado pelas equipes de engenheiros projetistas durante a execução e controle de projetos de engenharia complexos como é o caso dos projetos de unidades flutuantes de produção para águas profundas. Os requisitos do sistema foram levantados com o objetivo de permitir uma colaboração efetiva entre os participantes, criando um ambiente propício para discussão, validação, interpretação e documentação dos resultados das simulações executadas durante as fases de um projeto de engenharia. Para aumentar ainda mais a capacidade de interpretação e uma melhor compreensão dos resultados o suporte a visualização em ambientes imersivos 3D também esta disponibilizado na ferramenta de visualização utilizada, que foi especialmente adaptada para a área de Engenharia Offhore. Para atingir estes objetivos, propomos uma Arquitetura Orientada a Serviços para o CEE. Esta arquitetura é composta pela integração de diferentes tecnologias de Trabalho Colaborativo Auxiliado por Computador (CSCW), Realidade Virtual e Computação em Grade. Utiliza-se um sistema de Gerência de Workflows de Experimentos Científicos (ScWfMS), baseado em BPEL (Business Process Execution Language), para execução de simulações de engenharia em uma infra-estrutura de computação em grade subjacente e um sistema de Videoconferência (VCS) para suporte a colaboração de áudio e vídeo. Para a visualização dos resultados um sistema de visualização, especializado para Engenharia Offshore, ENVIRON, foi desenvolvido em conjunto com a equipe da PUC-Rio/TecGraf. / [en] Deep-water production systems, including floating production units (platforms or ships) and all the equipments playing a part in the production process, are currently designed by means of complex computational modeling systems. Those systems involve the areas of structural calculus, meteo-oceanography (currents, waves and wind forces), hydrodynamics, risers (rigid or flexible steel pipes for carrying oil from the well in subsurface up to the production unit), mooring systems, submarine equipment, seabed foundations and Geologic/Geotechnical risk assessment. The project of a new production unit is a lengthy and expensive process, that can last many years and consume hundreds of million of dollars, depending on the complexity of the unit and how mature is the technology developed to make the project technically and economically feasible. Projects are conducted by diverse specialists, sometimes geographically distributed, yielding independent but highly interrelated artifacts and results. The need for collaboration is an inherent characteristic of deep-water floating production unit projects. The possibility to share information among users, control the execution of different modeling tools, visualize and manipulate virtual 3D models in immersive Virtual Reality (VR) environments is pushing the limits of teamwork activities in oil and gas industry especially in Offshore Engineering. The objective of this thesis is to establish the fundamental principles and address the main issues in the development of a Collaborative Environment for Engineering, named CEE (Collaborative Engineering Environment), in order to allow the collaborative visualization and interpretation of simulation results produced in engineering projects, which in general also involve different specialties. Due to the multidisciplinary characteristic of those projects, collaborative visualization becomes a key component during the life cycle of engineering projects, especially those in Offshore Engineering, used in this work as case of study. We propose an integrated collaborative environment to be used by project engineers teams during the execution and control of complex engineering projects, as is the case of the projects of deep-water floating production units. The system requirements were carefully compiled aiming to enable an effective collaboration among the participants, creating a suitable environment for discussing, validating, interpreting and documenting the results of the simulations executed during the different phases of an engineering project. To further improve the interpretation capacity and a better comprehension of results the support for immersive 3D visualization is also available in the visualization tool, especially tailored for the Offshore Engineering domain. In order to meet these goals, we devise a Service- Oriented Architecture (SOA) for CEE. This architecture is composed of the integration of different technologies of Computer Supported Collaborative Work (CSCW), Virtual Reality (VR) and Grid Computing (GC). We use a Scientific Workflow Management System (ScWfMS), based on BPEL (Business Process Execution Language), a Grid-enabled software infrastructure for executing engineering simulations, and a Video Conferencing system (VCS) to furnish audio and video collaboration. For visualizing the results, a VR visualization tool, specialized for Offshore Engineering, ENVIRON, has also been developed in conjunction with the PUC-Rio/TecGraf team.

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