何 慧

（勝利油田勝利勘察設計研究院有限公司 機械設備設計所，山東 東營257000）

1 概 況

工程規(guī)模龐大和項目參與者眾多是現(xiàn)代工程項目的主要特征之一。隨之而來的是項目信息量的巨大和信息交互界面、信息傳遞界面的大幅增多和日趨復雜化。信息交互界面和傳遞界面的問題多發(fā)生在分屬不同組織的項目干系人之間。造成這個現(xiàn)象的主要原因是組織內(nèi)部采用統(tǒng)一的項目信息分類體系和傳遞標準時，信息傳遞暢通；而不同組織之間常常因為信息分類體系和傳遞標準的不同，產(chǎn)生界面障礙，造成信息傳遞不暢進而影響項目目標實現(xiàn)。

工廠材料編碼技術的應用是實現(xiàn)材料標準化、規(guī)范性傳遞信息的有效手段，降低項目成本和項目信息的復用，滿足設計（E）、采購（P）、施工（C）的管理需求。

隨著工程信息化的不斷發(fā)展，工廠材料編碼技術的最終體現(xiàn)——材料數(shù)據(jù)庫①應運而生。SPRD（smart plant reference data）是用于創(chuàng)建、維護材料數(shù)據(jù)庫（材料編碼庫、標準尺寸庫、管道等級庫）的一套軟件，通過該軟件針對三維設計軟件如PDS，PDMS，SP3D提供接口數(shù)據(jù)文件［1］，數(shù)據(jù)包括提供材料編碼、材料等級等，并且為采購管理提供數(shù)據(jù)信息。材料數(shù)據(jù)庫的作用體現(xiàn)在項目的全生命周期中，通過編碼的基礎作用，實現(xiàn)設計、采購及施工的材料管理。它不但能夠保證設計的質(zhì)量，還可以生成材料的唯一標識碼，對材料實現(xiàn)精確管理，在項目中發(fā)揮著重要的作用。

國內(nèi)一些大型工程公司系統(tǒng)性的研究工廠材料編碼系統(tǒng)較早，已經(jīng)在實際工程項目中的設計、采購、施工管理等各個方面展開了應用，并根據(jù)自身的業(yè)務特點在不同的工程階段各有側(cè)重點。國外大多工程公司都有自己創(chuàng)建的編碼規(guī)則，在工程實際項目過程中按照確定的編碼規(guī)則結合各種軟件完成各種工程設計和材料管理的職能。到目前為止也已經(jīng)有很多國外工程公司采用SPRD軟件進行數(shù)據(jù)庫建設，例如Doosan，Devon等。

2 主要技術

2．1 軟件引入

隨著工程信息化的不斷發(fā)展，越來越多的工程公司的設計采用PDS，PDMS，SP3D等工程三維設計軟件。PDS和SP3D是美國Intergraph公司開發(fā)的工廠設計系統(tǒng)，是目前智能工廠設計系統(tǒng)領域中的主流產(chǎn)品，他們都是以材料數(shù)據(jù)庫為基礎，集成各個專業(yè)，在同一平臺進行協(xié)同設計，完成工程的三維模型建設，為工程現(xiàn)場施工提供保障［2］。

需要三維軟件設計的項目越來越多，建立一個完整、系統(tǒng)且易于維護的材料數(shù)據(jù)庫勢在必行，建立數(shù)據(jù)庫的直接目的是為三維設計軟件提供標準的材料等級數(shù)據(jù)，以保證三維設計質(zhì)量及數(shù)據(jù)的準確性，滿足項目要求。材料數(shù)據(jù)庫是全面的覆蓋范圍很廣的可持續(xù)維護擴展的數(shù)據(jù)庫，隨著項目需求數(shù)據(jù)庫不斷補充完善，可供多個項目參考使用，所以建立數(shù)據(jù)庫的另一個目的就是提高項目級材料等級數(shù)據(jù)庫的復用率，提高工作效率，降低項目成本。

此外，材料管理在EPC項目中非常關鍵，而材料數(shù)據(jù)庫可以為材料管理軟件提供代表材料唯一的標識碼，便于進行采購、施工等，所以標準材料數(shù)據(jù)庫另一個重要目的是為材料管理軟件提供標識碼，便于EPC項目后期材料的采購及施工管理，這也是材料編碼庫的一大組成部分，而SPRD是用于創(chuàng)建、維護材料編碼庫、標準尺寸庫、管道等級庫的一套軟件，它的基本功能就是創(chuàng)建并維護數(shù)據(jù)庫，它可以根據(jù)需求建立公司級數(shù)據(jù)庫和項目級數(shù)據(jù)庫。

2．2 技術方法

標準數(shù)據(jù)庫的建立需要遵循一定的規(guī)則，使材料等級表中的各種管子、管件及閥門等屬性特征按照編碼規(guī)則轉(zhuǎn)換成帶有特殊意義的字母／數(shù)字的組合，數(shù)據(jù)庫將對這些編碼進行維護和管理，規(guī)則主要包括以下幾個方面：

（1）編碼屬性。材料編碼主要屬性信息／管理屬性包括：材料標準、制造標準、壓力等級、端面類型等。材料編碼是一組有特殊意義的字母／數(shù)字的組合。

（2）編碼規(guī)則。進行編碼的前提是需要一套編碼規(guī)則，國內(nèi)外各個工程公司采用的編碼規(guī)則不盡相同，但所起的作用都一樣，規(guī)定了各個碼所代表的屬性，材料編碼就是根據(jù)元件屬性分類在編碼規(guī)則中找出所代表的字母／數(shù)字組合形成的。

（3）編碼結構。材料編碼由各個屬性按照編碼規(guī)則進行排列，在建碼的過程中，根據(jù)具體的元件屬性從編碼規(guī)則中找出代表這些屬性的碼，并將這些碼組合在一起，就構成了材料編碼。

根據(jù)一定的編碼規(guī)則在SPRD中可以由系統(tǒng)創(chuàng)建生成材料編碼，形成材料編碼數(shù)據(jù)庫，同時編碼的描述在創(chuàng)建材料屬性時同時建立，并且在生成編碼的同時由系統(tǒng)根據(jù)規(guī)則組合，其中材料編碼的短描述是對材料的簡單描述，供專業(yè)技術人員使用；長描述是對材料的完整描述，供采購等其他人員使用。

材料編碼可以表示某一類材料，但是細化到工程設計和采購時需要使用材料的標識碼，而材料的標識碼是由材料編碼加公稱尺寸（即公稱直徑和壁厚）組成，這樣就可以應用到具體哪個管道元件以及掛接某一管道元件的外形尺寸信息。

SPRD中除了存有編碼的數(shù)據(jù)庫以外，還有一部分更為重要的滿足三維配管設計的尺寸信息數(shù)據(jù)庫，共包含以下類型：公稱直徑表、外徑表、變徑表、支管表、標準壁厚表、標準尺寸表、其他尺寸表、編碼尺寸表、項目等級用管道元件規(guī)格過濾表。

材料的編碼與上述各種尺寸表有各種規(guī)則和關聯(lián)方式，構成各種復雜的關系。

根據(jù)工程設計的實際需要，應用已有的編碼庫和尺寸庫建立管道等級，將設計成果數(shù)據(jù)化、標準化、規(guī)范化。建立三維配管數(shù)據(jù)接口，從數(shù)據(jù)庫中調(diào)用基礎數(shù)據(jù)，實現(xiàn)工程的復用設計。

2．3 技術優(yōu)勢

以工廠材料編碼技術為基礎所創(chuàng)建的材料數(shù)據(jù)庫集編碼信息、尺寸信息等各種數(shù)據(jù)為一體，按照各種規(guī)則進行存儲和銜接，并根據(jù)項目不同階段的需求可以隨時從中提取數(shù)據(jù)信息，規(guī)范化的輸入輸出，滿足工程項目的基礎需求。

2．3．1 材料數(shù)據(jù)庫是系統(tǒng)、全面、龐大的數(shù)據(jù)庫

材料數(shù)據(jù)庫是全面的、覆蓋范圍很廣的可持續(xù)維護擴展的數(shù)據(jù)庫，囊括了 GB，SH，SY，JB、HG，ISO，ASME，API，BS，EN，DIN 等國內(nèi)國外多個標準體系的數(shù)據(jù)信息，隨著項目需求數(shù)據(jù)庫不斷補充完善，供多個項目重復利用，材料數(shù)據(jù)庫的完善和項目的重復利用是相輔相成的過程。

2．3．2 材料數(shù)據(jù)庫信息貫穿EPC整個過程

以往數(shù)據(jù)庫建立后只針對具體的單個項目使用，并且一般只給三維設計提供數(shù)據(jù)，便于三維建模，而在集成系統(tǒng)中材料數(shù)據(jù)庫作為設計、采購及施工的數(shù)據(jù)基礎，它不但能夠為三維設計提供可靠系統(tǒng)的材料庫，保證設計的質(zhì)量，還能夠根據(jù)要求生成代表材料的唯一標識碼，并傳遞給采購和施工現(xiàn)場管理軟件，對工程材料進行全生命周期的管理，在項目中發(fā)揮著重要的作用。

2．3．3 提高材料數(shù)據(jù)庫的復用率

以往的設計都是遇到具體項目，根據(jù)具體項目情況從零開始創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫，不能很好地參考以前項目的數(shù)據(jù)信息，大大降低了數(shù)據(jù)庫的復用率，降低工作效率，加大了人工成本，而集成系統(tǒng)的材料數(shù)據(jù)庫是一個系統(tǒng)的、全面的數(shù)據(jù)庫，遇到具體項目時可以根據(jù)項目要求參考數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)，在此基礎上進行修改、補充，大大提高了材料編碼和材料等級的復用率，提高了工作效率，節(jié)約了成本。

2．3．4 保證數(shù)據(jù)準確性、唯一性

以往數(shù)據(jù)庫的建庫都是單一的數(shù)據(jù)庫，只能局限于本項目使用，并且數(shù)據(jù)都是根據(jù)具體項目重新錄入，所以不能保證數(shù)據(jù)準確唯一，而集成系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫是統(tǒng)一錄入到數(shù)據(jù)庫中，具體項目直接采用，大部分數(shù)據(jù)不用再重新錄入，保證了數(shù)據(jù)的準確性，保證三維模型質(zhì)量。

2．3．5 便于數(shù)據(jù)庫的維護管理

隨著項目的增多，材料標準的修改，材料數(shù)據(jù)庫需要隨時補充數(shù)據(jù)，完善數(shù)據(jù)庫，物理尺寸庫等，由于數(shù)據(jù)庫非常龐大，所以管理維護至關重要，直接影響三維配管數(shù)據(jù)的準確性，需要專業(yè)人員進行維護，而SPRD作為一個專門創(chuàng)建與維護的軟件，它能很好地管理、儲存、錄入數(shù)據(jù)，操作方便，安全性高，做到了數(shù)據(jù)維護的系統(tǒng)化、規(guī)范化。

2．3．6 SPRD軟件建庫規(guī)范系統(tǒng)

以往的建庫（比如PDS建庫），都是直接操作數(shù)據(jù)表，進行數(shù)據(jù)錄入、關聯(lián)及查詢等工作，由于其不是圖形化界面，建庫、查錯及修改等工作非常繁瑣，并且容易出錯，另外以代號編碼為索引，關系查找復雜，而SPRD作為一個專門建庫的軟件，界面友好，能很好的做到管理、儲存、數(shù)據(jù)錄入工作，錯誤檢查方便快捷，提高工作效率，并且可以在庫中制定各種規(guī)則，采用規(guī)則驅(qū)動制約三維配管，保證配管質(zhì)量。

2．3．7 配有其他三維設計軟件接口

通過SPRD建立的材料數(shù)據(jù)庫不但可以給SP3D軟件提供所需數(shù)據(jù)，還開發(fā)了與其他設計軟件的接口，例如國際上常用的三維設計軟件PDS及PDMS等，可根據(jù)業(yè)主需求選擇不同的三維設計軟件使用同一個數(shù)據(jù)庫進行建模，做到一庫多用，既方便快捷，又節(jié)約成本。

3 軟件技術水平及發(fā)展

材料編碼體系的建設，主要在項目的整個生命周期內(nèi)為設計、采購、施工提供統(tǒng)一的材料編碼，對設計集成、多項目統(tǒng)一集中采購、施工管理均具有重要意義。

通過幾個實際工程項目的檢驗，材料編碼數(shù)據(jù)庫已經(jīng)得到了成熟的運用，從技術層面上講已經(jīng)完全適用于各種項目建立工程材料等級的需要，涵蓋目前工程應用較多的各個標準體系，并且最重要的是由于材料編碼規(guī)則具備唯一性和可擴展性的特點，可以根據(jù)各種不斷涌現(xiàn)的新型項目的需要對材料編碼數(shù)據(jù)庫進行擴展和補充，軟件數(shù)據(jù)庫的設計理念也賦予了編碼擴展使用的無限生命力，從而使材料編碼技術具有無限的發(fā)展空間，也顯示了軟件強大的工程適用性。

隨著信息化建設的不斷加快，傳統(tǒng)的設計模式勢必將遭到淘汰，現(xiàn)在項目基本上都采用三維軟件進行設計，優(yōu)勢越來越明顯，并且隨著軟件不斷地開發(fā)，集成化的要求越來越高，而數(shù)據(jù)庫是設計、采購、施工的數(shù)據(jù)基礎，貫穿整個流程，為其提供準確可靠的數(shù)據(jù)，并且材料編碼數(shù)據(jù)庫可以做到多個項目使用參考；在實際應用過程中，材料編碼數(shù)據(jù)庫根據(jù)項目類型的需求而不斷地日益完善和擴充，以滿足更多項目的需求；由于標準修訂及工程需求，編碼數(shù)據(jù)庫信息可能修改或增加，故需要專門技術人員進行維護，以保證數(shù)據(jù)及時更新、全面、準確。由于編碼數(shù)據(jù)庫作為設計，采購及施工的基礎，數(shù)據(jù)庫的規(guī)范化、系統(tǒng)化及其維護管理也是至關重要的。

4 結束語

材料編碼技術的應用與開發(fā)是三維設計軟件及工程材料管理的基礎，隨著智能工廠設計系統(tǒng)的不斷發(fā)展，材料編碼技術作為基礎性的技術根基也將得到廣闊的發(fā)展空間。

注：

① 張 延 濱．Standard Database for Smart Plant Reference Data：11．

［1］ 陳曦．PDS和PDMS材料參考數(shù)據(jù)庫的工程應用［J］．石油化工設計，2007，24（3）：40－43．

［2］ 張德姜，王懷義，劉紹葉．石油化工裝置工藝管道安裝設計手冊：第一篇設計與計算［M］．北京：中國石化出版社，2009：478－480．