樊軍鋒

(中國天辰工程有限公司，天津 300400)

SmartPlant Enterprise儀表設(shè)計管理探討

樊軍鋒

(中國天辰工程有限公司，天津 300400)

儀表專業(yè)管理的數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)范圍廣，數(shù)據(jù)要求更為準確和精細，對安全生產(chǎn)、節(jié)能降耗、提高控制水平、控制產(chǎn)品質(zhì)量起到關(guān)鍵作用。介紹了智能工廠全生命周期企業(yè)級解決方案SmartPlant Enterprise，該方案改進了儀表專業(yè)設(shè)計管理，使以往通過編制管理規(guī)定和經(jīng)驗管理方式，改變?yōu)榱鞒袒?、可視化、標準化的工作流作業(yè)程序；提升了整體的設(shè)計效率、質(zhì)量和項目管理水平，節(jié)省了人力資源消耗，實現(xiàn)了可持續(xù)發(fā)展。

智能工廠 儀表設(shè)計 項目管理 標準化 工作流 數(shù)據(jù)流

在化工廠建設(shè)過程中，儀表專業(yè)項目管理與現(xiàn)代項目管理體系一樣，也是由項目策劃管理、進度管理、質(zhì)量管理、采購管理、成本管理、人力資源管理等多個方面構(gòu)成；也要經(jīng)歷立項、設(shè)計、采購、施工、調(diào)試運行等多個階段。筆者就以上幾個工程建設(shè)實施階段，結(jié)合鷹圖智能工廠全生命周期企業(yè)級解決方案SPE(SmartPlant Enterprise)在工程設(shè)計階段的使用，對儀表專業(yè)的項目管理工作進行初步探討。

1 SPE簡介

SPE整體解決方案是鷹圖公司專門為工程公司(EPC)、工廠業(yè)主/運營商設(shè)計的系統(tǒng)。它結(jié)合當今信息化技術(shù)(IT)發(fā)展的最新成果，建立一個共同的信息交流與合作平臺，通過網(wǎng)絡(luò)做到信息數(shù)據(jù)的交換與共享，是一個強大的工程設(shè)計和管理整體解決方案；它使得化工、電力、海事行業(yè)的相關(guān)工程公司在一個平臺即可掌握綜合工程信息。

在SPE中，和儀表設(shè)計相關(guān)的軟件包括： SPF(SmartPlant Foundation)，SPPID(SmartPlant PID)，SP3D(SmartPlant 3D)，SPEL(SmartPlant Electrical)，SPI(SmartPlant Instrumentation)。各軟件之間的數(shù)據(jù)流傳遞關(guān)系，如圖1所示。

1) 從圖1中可以看出， SPF是SPE解決方案的核心，各軟件之間的數(shù)據(jù)流交換，均需通過SPF映射來完成。SPF同時也是SPE的信息管理系統(tǒng)，結(jié)合設(shè)計過程中對于工作流的定制，不能通過數(shù)據(jù)流傳遞的圖紙、文檔等信息，可以在SPF中通過工作流進行各專業(yè)、部門之間傳遞。因此，SPF能夠為工廠建立一個全面的電子化數(shù)據(jù)倉庫，包括所有結(jié)構(gòu)、屬性部件、設(shè)備和文件。它涵蓋了工廠設(shè)計、采購、施工、運行、維護、退役

和拆毀等各個階段，能夠在整個從工程設(shè)計開始到工廠拆毀之間的全生命周期中，有效地管理工廠。

圖1 各軟件之間的數(shù)據(jù)流傳遞示意

2) SPPID是SPE的流程圖繪制和管理軟件，使用該軟件繪制的每一根管線，都帶有管線號、溫度、壓力、密度、流量等屬性，連接在管線上的儀表，能自動獲取該管線的這些屬性。

3) SP3D是SPE的三維設(shè)計、空間管理和圖紙管理軟件，是一個多專業(yè)的工作平臺，包含設(shè)備、管道、柱網(wǎng)和結(jié)構(gòu)、暖通、電氣等三維布置設(shè)計，并能按照定義好的出圖格式，將三維模型轉(zhuǎn)換為圖紙輸出。儀表專業(yè)使用SP3D三維設(shè)計軟件中的電氣模塊，設(shè)計儀表電纜橋架、儀表電纜敷設(shè)、接線箱布置、氣源分配器布置的空間位置等。

4) SPEL是SPE的電氣專業(yè)設(shè)計和管理軟件，由于SPEL推出時間較晚，目前功能還不是很完善，只能做一些電氣專業(yè)基礎(chǔ)的設(shè)計工作。

5) SPI是SPE的儀表專業(yè)設(shè)計和管理軟件，基本涵蓋了儀表專業(yè)在設(shè)計階段所需要的儀表索引、數(shù)據(jù)表、計算書、安裝圖、接線、I/O分配、回路圖、材料統(tǒng)計等功能，并能快速生成圖紙和報告，能夠有效提高工程設(shè)計的質(zhì)量和效率。

另外，為了在集成設(shè)計平臺對材料進行統(tǒng)一管理，鷹圖公司推出了SPRD(SmartPlant Reference Data)，通過給每種規(guī)格的材料編制唯一識別碼的方式，貫穿設(shè)計、采購、材料控制、施工的材料全生命周期；在SPRD中建立的材料規(guī)格和編碼，被其他設(shè)計軟件參考和引用，提高了各個環(huán)節(jié)的設(shè)計一致性；使用材料識別碼，便于專業(yè)人員的設(shè)計與非專業(yè)人員的采購、材料控制、施工之間的對接。

2 SPE實施

2.1 項目策劃管理

1) 在項目策劃階段，SPF工程師(或者IT工程師)根據(jù)項目實施計劃，首先在SPF中建立項目(Plant)—裝置(Area)—單元(Unit)的項目結(jié)構(gòu)(PAU)，并發(fā)布。在SPI中接收后，整個項目結(jié)構(gòu)就在SPI建立完成，并且項目、裝置、單元的名稱和編號與SPF完全一致。這樣，儀表專業(yè)在SPI中，對于工作分解的目標也就與項目要求一致了。

2) SPF工程師根據(jù)項目實施計劃，進行專業(yè)劃分和人員配備，每個專業(yè)配置專業(yè)負責人、設(shè)計人、校對人和審核人，并根據(jù)專業(yè)中的不同角色，賦予每個人不同的操作和訪問權(quán)限。

3) SPF工程師根據(jù)不同專業(yè)或者角色的作業(yè)流程，定制項目的工作流。

工作流管理聯(lián)盟WfMC(workflow management coalition)對工作流的定義： 工作流是指整個或局部商務(wù)過程的自動執(zhí)行過程。在該過程中，各種文本、信息和任務(wù)都根據(jù)設(shè)定的過程規(guī)則從一個人(地方) 傳送到另一個人(地方)[1]。工作流程示意如圖2所示。

圖2中，以專業(yè)間發(fā)布和接收條件的工作流為例，提出條件專業(yè)的設(shè)計人完成設(shè)計條件后，在SPF中啟動發(fā)布和接收條件工作流，SPF自動將條件傳遞給校對人；校對人如有校對意見，在SPF中通過MARKUP工具在線提出校對意見，返回給設(shè)計人；設(shè)計人在線查看校對人提出的校對意見，并根據(jù)校對意見修改設(shè)計條件，再次發(fā)送給校對人；沒有其他校對意見，批準后，條件自動傳遞給審核人；審核人和校對人的工作程序一樣，如果有意見，就通過MARKUP工具在線提出審核意見，返回給設(shè)計人；如果沒有審核意見，批準后，條件自動傳遞給發(fā)出條件專業(yè)負責人；發(fā)出條件專業(yè)負責人發(fā)布該條件后，自動傳遞給接收條件專業(yè)負責人；接收條件專業(yè)負責人對收到的條件進行評審，如果覺得所提條件滿足后續(xù)設(shè)計需要，則把收到的條件分發(fā)給相關(guān)設(shè)計人；如果覺得接收的條件不滿足后續(xù)設(shè)計需要，也可將條件退回提出條件設(shè)計人，并通過MARKUP工具在線提出退回意見；提出條件設(shè)計人根據(jù)接收專業(yè)提出的修改意見進行修改后，重新發(fā)出提條件工作流。

圖2 發(fā)布和接收條件工作流程示意

整個工作流的執(zhí)行過程中，提出條件在SPF中按照預(yù)先定制的規(guī)則自動傳遞，不會由于個人經(jīng)驗等原因，出現(xiàn)漏發(fā)專業(yè)或者漏接條件的情況。并且，從發(fā)起到接收的每個步驟，SPF中都會有明確的時間記錄，可以方便項目設(shè)計經(jīng)理等管理層了解項目執(zhí)行的進度。

4) SPF工程師根據(jù)各設(shè)計專業(yè)產(chǎn)生和傳遞給下游專業(yè)的數(shù)據(jù)，在SPF中做好不同設(shè)計軟件之間的數(shù)據(jù)屬性映射，為各設(shè)計軟件之間的數(shù)據(jù)流傳遞打通通道。

在鷹圖的SPE集成環(huán)境部署完成時，各設(shè)計軟件之間絕大部分數(shù)據(jù)流都已經(jīng)默認打通，例如SPPID中管線的編號、溫度、壓力、流量等屬性，已經(jīng)默認和SPI中對應(yīng)的屬性做好映射，在SPPID中的屬性填入數(shù)據(jù)并發(fā)布，SPI接收后就能自動存儲在對應(yīng)的屬性中。工程公司根據(jù)自身的設(shè)計需要，在產(chǎn)生數(shù)據(jù)和接收數(shù)據(jù)的設(shè)計軟件中，只需要分別對應(yīng)增加少量的屬性，并在SPF中做好映射，數(shù)據(jù)即可在不同軟件之間進行流通。

2.2 進度管理

在工程設(shè)計階段，一些關(guān)鍵的條件提出或者設(shè)計文件發(fā)布，往往是進度管理的控制點。對于儀表專業(yè)來講，接收到工藝專業(yè)的PID條件，表示儀表專業(yè)設(shè)計工作的開始；儀表數(shù)據(jù)表和請購單等請購文件的發(fā)布，表示儀表專業(yè)的工作有了階段性的成果。因此，工藝專業(yè)使用SPPID完成PID繪制，發(fā)布PID時，加載SPF中預(yù)先定制的PID條件發(fā)布工作流，在SPF中就會記錄PID的發(fā)布時間；儀表專業(yè)在SPI中接收PID，即可開始工作。儀表專業(yè)接收工藝PID和工藝參數(shù)、進行相關(guān)計算、完成編制儀表數(shù)據(jù)表和請購單時，將儀表數(shù)據(jù)表和請購單打包，加載進SPF，啟動儀表請購文件發(fā)布工作流，在SPF中就會記錄儀表請購文件的發(fā)布時間。在此過程中，項目設(shè)計經(jīng)理等管理人員，可以隨時在SPF中查看每個專業(yè)的條件或者設(shè)計文件發(fā)布情況，以掌握整個項目的實際進度。

對于儀表專業(yè)內(nèi)部進度管理而言，由于儀表專業(yè)負責人和各設(shè)計人共同工作于SPI中，專業(yè)負責人可以實時查看每位設(shè)計人當前完成的工作進度。例如，在接收到工藝專業(yè)發(fā)布的PID后，儀表設(shè)計人首先做的工作是儀表索引，在儀表索引中，儀表位號、用途、管線號/設(shè)備位號等基本信息已經(jīng)默認從SPPID傳遞過來，儀表設(shè)計人不需要再次重復(fù)錄入，節(jié)省了大量的人工時。在儀表索引中，儀表設(shè)計人主要根據(jù)工藝參數(shù)進行儀表選型，儀表專業(yè)負責人可以通過工藝專業(yè)發(fā)布PID的總數(shù)，儀表設(shè)計人導入完成的PID數(shù)量，得到大概的設(shè)計進度，也可以根據(jù)所有PID總包含的儀表回路總數(shù)和儀表設(shè)計人完成的回路數(shù)量，得出相對精細的設(shè)計進度，甚至可以通過所有PID中包含的儀表總數(shù)和儀表設(shè)計人完成的儀表數(shù)量，得到更為精細的設(shè)計進度。

同理，在設(shè)計儀表數(shù)據(jù)表時，儀表的溫度、壓力、流量等工藝參數(shù)已經(jīng)默認從SPPID中傳遞過來，儀表設(shè)計人不需要重復(fù)錄入。而且，在一個項目中，可以將儀表數(shù)據(jù)表中一些相對固定的儀表參數(shù)，例如法蘭標準、毛細管材質(zhì)等，預(yù)先定制好儀表數(shù)據(jù)表模板，儀表設(shè)計人在設(shè)計儀表數(shù)據(jù)表時，只需根據(jù)所選的儀表類型，復(fù)制相應(yīng)的儀表數(shù)據(jù)表模板，這些參數(shù)就不用逐項錄入了，節(jié)省了大量的工作量。儀表專業(yè)負責人可以在SPI中，實時查看儀表設(shè)計人完成的儀表數(shù)據(jù)表數(shù)量，精確把握儀表專業(yè)的設(shè)計進度。

2.3 質(zhì)量管理

如前所述，在整個SPE平臺，一直遵循著“數(shù)據(jù)誰產(chǎn)生，則由誰錄入”的原則，并且錄入的數(shù)據(jù)，根據(jù)數(shù)據(jù)流的傳遞，實現(xiàn)了“一次錄入，多次復(fù)用”。即上游專業(yè)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，由上游專業(yè)負責錄入并發(fā)布，下游專業(yè)只接收和使用即可，不用重復(fù)錄入，避免了數(shù)據(jù)重復(fù)錄入時產(chǎn)生的人為錯誤，保證了同一個數(shù)據(jù)在各個設(shè)計軟件中的一致性。并且，如果對于同一個數(shù)據(jù)，上游專業(yè)如果做了修改，再次發(fā)布時，系統(tǒng)會記錄修改的時間和內(nèi)容，以及由誰做了修改，便于以后追溯該數(shù)據(jù)的歷史修改記錄。

如果是通過SPF的工作流發(fā)布的圖形等條件，無論是發(fā)布專業(yè)的校對、審核意見，還是接收專業(yè)的評審意見，都會詳細記錄在SPF中。發(fā)布條件的設(shè)計人，可以在MARKUP一個界面，清楚看到由不同人員提出的意見，設(shè)計人按照這些意見，逐條修改即可，不會遺漏修改意見。并且，每個人在MARKUP中提的意見，都有自己的用戶名和時間，可追溯性也很強。

在SPE平臺，各個設(shè)計軟件中的規(guī)則和模板定制好之后，每位設(shè)計人只根據(jù)實際需要選用即可，避免了由于設(shè)計人的經(jīng)驗、習慣不同，對于同一問題的表示方法不一致。以電纜穿線管材料為例，儀表專業(yè)通常在圖紙中表述為“鍍鋅水煤氣管”，實際上，這只是對于GB/T 3091—2008《低壓流體輸送用焊接鋼管》的俗稱[2]，而“低壓流體輸送用焊接鋼管”一般管道專業(yè)也有大量應(yīng)用。因此，在SPE平臺中，管道專業(yè)可以在材料管理軟件SPRD中根據(jù)文獻[2]的要求，建立“低壓流體輸送用焊接鋼管”的材料規(guī)格描述和編碼規(guī)則，并分別參考SP3D三維設(shè)計軟件的管道材料庫和電氣材料庫，管道專業(yè)在SP3D的管道材料庫中選用此材料來設(shè)計管道，儀表專業(yè)在SP3D的電氣材料庫中選用此材料來設(shè)計電纜穿線管，這就保證了同一種規(guī)格的材料，應(yīng)用場合不同，其名稱、規(guī)格描述和編碼都是一致的。

儀表專業(yè)同電氣、管道、結(jié)構(gòu)、暖通等專業(yè)共同工作在三維設(shè)計軟件SP3D中，在設(shè)計儀表電纜橋架、儀表及接線箱等布置時，實時參考其他專業(yè)建立在SP3D中的所有模型，本著整齊、美觀、不影響交通，方便操作和維護，避開機械損傷的原則，直觀地設(shè)計出最合理的布置位置。如果儀表專業(yè)與其他專業(yè)的設(shè)計內(nèi)容有空間碰撞，可以利用SP3D的碰撞檢查工具，方便快捷地找到碰撞點并進行修改，有效避免了現(xiàn)場施工時才發(fā)現(xiàn)碰撞再修改圖紙的問題。

在SPE平臺中，每個設(shè)計軟件的出圖模板預(yù)先定制好之后，不同設(shè)計人出圖時，只需選用相應(yīng)的出圖模板即可，保證了不同設(shè)計人出圖的深度、風格一致性，從整體上提升了設(shè)計質(zhì)量。

2.4 采購管理

材料管理軟件SPRD另一個很強大的功能，就是制作采購包，進行項目的采購管理。

儀表專業(yè)使用SPI設(shè)計完成的儀表數(shù)據(jù)表、儀表安裝圖材料表等請購文件，通過SPF工作流傳遞給采購專業(yè)，對于儀表數(shù)據(jù)表，采購專業(yè)可以根據(jù)儀表類型，加上儀表請購單、商務(wù)合同要求等制作成相應(yīng)的采購包；對于材料，采購專業(yè)可以根據(jù)在SPRD中預(yù)先定義的材料分類，加上材料請購單、商務(wù)合同要求制作采購包。而且，由于在SPRD中遵循同一種材料只有一個編碼的原則，采購專業(yè)還可以將不同專業(yè)使用的同一種材料匯總之后，制作成一個采購包進行批量采購，避免了同一種材料從不同供貨商處采購，降低了采購成本，保證了質(zhì)量。

2.5 成本管理

在傳統(tǒng)設(shè)計模式中，設(shè)計人員只對技術(shù)負責，很少關(guān)心成本。當前，工程公司大都采用總承包模式承接工程，設(shè)計人員如果在設(shè)計過程中，結(jié)合成本給出最佳的設(shè)計方案，不僅有利于節(jié)省社會資源，而且為業(yè)主節(jié)省投資，更可以為工程公司爭取最大利潤。

在SPE平臺，采購專業(yè)完成采購訂單后，將儀表或者安裝材料的供貨商、型號、價格等錄入儀表設(shè)計軟件SPI以及材料管理軟件SPRD中，儀表設(shè)計人員可以清楚得知設(shè)計方案的最終成本，以此為基礎(chǔ)，在以后的設(shè)計工作中才能不斷優(yōu)化設(shè)計方案，盡力降低成本。而且，對于不同設(shè)計人，在以后類似項目如果使用到同規(guī)格的儀表或者材料，可通過SPI和SPRD查詢到價格，為當前項目提供最有利的參考。

2.6 人力資源管理

在SPE平臺中，各個設(shè)計軟件可以按照項目結(jié)構(gòu)(PAU)，根據(jù)參與人員在項目中的角色設(shè)置訪問和操作權(quán)限，職責明確。例如，對于儀表專業(yè)，新工作的員工由于經(jīng)驗尚淺，一般先做儀表索引、儀表接線等基礎(chǔ)性工作，給他在SPI中分配的權(quán)限： 對某一個裝置或者單元的儀表索引和接線模塊擁有“增加/修改/刪除”，對儀表數(shù)據(jù)表等其他模塊只設(shè)置“查看”；而對于工作多年、經(jīng)驗豐富的設(shè)計人，可以做儀表選型、儀表數(shù)據(jù)表等工作，給他在SPI中分配的權(quán)限： 對某一個裝置或者單元的儀表索引、接線模塊和儀表數(shù)據(jù)表等全部模塊擁有“增加/修改/刪除”權(quán)限。這樣，不同崗位人員根據(jù)其職責可對其工作權(quán)限精確劃分。

而且，在項目進行的不同階段，人力的需求也不盡相同(一般都是項目前期人力需求少，后期人力需求多)。項目經(jīng)理等管理人員可以很方便得到不同階段參與該項目的人員和實耗人工時，為項目決策提供最詳盡的數(shù)據(jù)[3]。

一般來講，從項目前期就參與的設(shè)計人員，對于整個項目的設(shè)計規(guī)定貫徹比較徹底，但是項目后期參與進來的設(shè)計人員，往往由于時間緊張，很難在短時間內(nèi)全面領(lǐng)會該項目的設(shè)計規(guī)定，設(shè)計的圖紙會與項目設(shè)計規(guī)定不一致，只能在項目負責人發(fā)現(xiàn)后再修改，很大程度上浪費了人力。但在SPE平臺，由于各設(shè)計軟件中預(yù)先定義了符合該項目要求的規(guī)則和模板，所以無論什么時候參與進來的設(shè)計人員，只需選用該項目的規(guī)則和模板。而且，由于各設(shè)計軟件的出圖風格也是統(tǒng)一定制，根據(jù)個人經(jīng)驗和習慣等發(fā)揮的空間相對較少，使具有不同資歷和經(jīng)驗的設(shè)計人只要在軟件平臺中，按照既定的操作規(guī)程進行操作，可得到相同的設(shè)計成品。因此，SPE設(shè)計平臺有利于規(guī)范人員的崗位職責和操作規(guī)程。

3 總 結(jié)

當前，部分歐美業(yè)主已經(jīng)開始建設(shè)“數(shù)字化工廠”，首先要求工程公司在項目設(shè)計階段進行“數(shù)字化設(shè)計”，最終進行項目整體“數(shù)字化移交”[4]。即整個項目使用集成化設(shè)計軟件進行設(shè)計，所有數(shù)據(jù)流、文檔、工作流進行電子化存檔。業(yè)主可以基于“數(shù)字化設(shè)計”對運營的工廠進行 “數(shù)字化管理”，可以在三維模型視圖中得到工廠內(nèi)的所有設(shè)備、材料的設(shè)計數(shù)據(jù)、供貨資料等，使設(shè)備和材料在生命周期內(nèi)得到最優(yōu)的配置和管理，大幅降低了工廠運營和維護的成本。

基于最新IT技術(shù)的SPE，迎合了該需求，不但在技術(shù)上為工程設(shè)計提供了便捷的工具，也為項目管理提供了高效的平臺，有利于工程公司和業(yè)主實時把握項目進度、掌控設(shè)計質(zhì)量、嚴控項目成本和人力成本。

但是，由于SPE是國外軟件公司開發(fā)的產(chǎn)品，雖然工作流程和內(nèi)置的表單、報告等模板，均是符合IEC和ISA相關(guān)標準和規(guī)范，但與國內(nèi)工程公司和業(yè)主的習慣仍有差別。因此， SPE仍需要進行大量的“本土化”改造，其中包括： SPRD中非管道專業(yè)材料編碼規(guī)則制訂和材料錄入；在SPF中對于符合本公司工作流程的工作流定制；各設(shè)計軟件之間數(shù)據(jù)流梳理；各設(shè)計軟件出圖模板定制；各設(shè)計軟件尚缺功能的二次開發(fā)。

由此可見，除了最后一項工作需要鷹圖公司根據(jù)客戶需求，不斷完善軟件功能外，其他工作對于工程公司均為“一次性”的基礎(chǔ)工作，即只要花費一次的時間和人力完成后，幾乎不會再大量修改。因此，對于工程公司而言，盡早把這些工作做完善和成熟就掌握了主動權(quán)，提高了市場競爭力。而且，使用SPE使所有工作都實現(xiàn)了規(guī)范化和流程化，做完的項目都存儲在公司數(shù)據(jù)庫中，很大程度上解決了以往由于人員流動、退休等原因造成工程公司設(shè)計經(jīng)驗丟失的問題，有利于公司的可持續(xù)發(fā)展。

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Discussion of Instrumentation Design Management in SmartPlant Enterprise

Fan Junfeng

(China Tianchen Engineering Corporation， Tianjin， 300400， China)

ion： The range of data association of instrumentation professional management is wide. Data requirement is much more accurate and precise. It plays a key role in safe production， energy saving and cost reducing， control improving and product quality controlling. The enterprise-level solution of “SmartPlant Enterprise” intelligent whole life cycle is introduced. It improves instrument professional design management， and changes preparation of management documents by specification and experience inheritance to processes， visualization， and standardization workflow operating procedures. The overall company design efficiency， quality and project management are improved. Manpower resource consumption is saved， and sustainable development is achieved.

SmartPlant； instrumentation design； project management； standardization； work flow； data flow

樊軍鋒(1982—)，男，陜西蒲城人，2004年畢業(yè)于北京化工大學測控技術(shù)與儀器專業(yè)，獲學士學位，現(xiàn)就職于中國天辰工程有限公司儀表電氣部，從事儀表工程設(shè)計工作，任工程師。

TP311.5

B

1007-7324(2015)01-0009-05

稿件收到日期： 2014-09-02，修改稿收到日期： 2014-11-04。