趙舒婧，李木金，楊衛(wèi)勝

（上海石油化工研究院，上海 201208）

Comos應(yīng)用于工藝包設(shè)計的二次開發(fā)

趙舒婧，李木金，楊衛(wèi)勝

（上海石油化工研究院，上海 201208）

通過對工程數(shù)據(jù)平臺軟件Comos的介紹，概述了其FEED模塊和P&ID模塊的功能、特點；詳細介紹了FEED模塊和P&ID模塊在石油化工工藝設(shè)計中的二次開發(fā)應(yīng)用和二次開發(fā)基本流程與技巧。為了利用Comos提高設(shè)計效率，減短生產(chǎn)周期，針對FEED 階段和P&ID階段分別說明如何再現(xiàn)工藝系統(tǒng)，論述了數(shù)據(jù)源走向以及數(shù)據(jù)在Comos軟件、流程模擬軟件和計算軟件的統(tǒng)一和對接。結(jié)果明確了物料平衡，能量平衡和其他工藝數(shù)據(jù)在Comos中可實現(xiàn)智能對接，廣泛應(yīng)用在工藝設(shè)計中。

Comos；工藝包開發(fā)

信息時代的快速發(fā)展推動著傳統(tǒng)的石油化工工藝設(shè)計過程的數(shù)字化。計算機輔助設(shè)計軟件PRO/II、Aspen Plus、AutoCAD、Excel和HTRI等軟件的應(yīng)用大大提高了開發(fā)設(shè)計的計算效率和作圖效率。然而設(shè)計過程中設(shè)計人員仍需要在不同的設(shè)計軟件之間進行多種重復(fù)，繁雜的數(shù)據(jù)輸入輸出工作和數(shù)據(jù)的校對、審核工作。隨著現(xiàn)代化的工廠向大型化發(fā)展，工藝過程復(fù)雜，技術(shù)難度提高，必然要求提高設(shè)計的效率和質(zhì)量，傳統(tǒng)習(xí)慣的設(shè)計方式已不能適應(yīng)當前設(shè)計領(lǐng)域里大環(huán)境的要求。

基于數(shù)據(jù)庫原理的Comos一體化平臺是可實現(xiàn)互相交互數(shù)據(jù)的公共平臺，通過不同的導(dǎo)入模塊與計算機輔助設(shè)計軟件等外部程序模塊對接，可以把工藝數(shù)據(jù)、計算數(shù)據(jù)和設(shè)計數(shù)據(jù)在不同的數(shù)據(jù)表、規(guī)格書、智能PFD和P&ID模塊間進行互調(diào)和修正，減少項目開發(fā)周期的多次變化更新和繁瑣的校對，保證數(shù)據(jù)的一致性；還可實現(xiàn)工藝包，甚至后續(xù)工程設(shè)計的數(shù)字化移交[1]。

1 Comos 工藝集成解決方案組成及功能

圖1 Comos 工藝集成設(shè)計解決方案Fig.1 Process design with Comos process

Comos工藝集成解決方案是工藝數(shù)據(jù)集成平臺(DB)和文檔管理系統(tǒng)。Comos工藝集成解決方案主要包括COMOS FEED(前端設(shè)計)和COMOS P&ID(管道儀表流程圖)兩大方面。它實現(xiàn)了工藝設(shè)計常見模擬軟件和智能PFD,P&ID的對接。工藝設(shè)計模擬軟件包括PROII, Aspen Plus, Promax/Hysys。 Comos也能夠提供對諸如HTRI、 EXCEL計算書、WORD的強大支持——智能導(dǎo)入導(dǎo)出。工藝包中全部文檔均可以歸檔管理。它實現(xiàn)了工藝設(shè)計過程各項活動的統(tǒng)一集成，其架構(gòu)見圖1。

Comos工藝設(shè)計解決方案主要包括以下功能特點[2]：

（1）工藝設(shè)計軟件的智能連接。如圖1所示，COMOS實現(xiàn)了和Aspen Plus, Pro-II, Promax/Hysys等智能模擬軟件的數(shù)據(jù)傳輸。其他常用軟件如HTRI/HTFS, AutoCAD, Microsoft Word/Excel等在Comos中也實現(xiàn)了數(shù)據(jù)交互和共享。

（2）全流程階段數(shù)據(jù)源唯一。模擬文件導(dǎo)入的模擬數(shù)據(jù)、設(shè)計軟件返回的設(shè)計數(shù)據(jù)以及開發(fā)設(shè)計人員輸入的數(shù)據(jù)均以設(shè)備或物流等對象的形式唯一存在。在Comos中，數(shù)據(jù)源為一對一或一對多，任何一個Comos中生成的對象都可以導(dǎo)航到一個唯一的數(shù)據(jù)源，確保了數(shù)據(jù)的唯一性。同時，Comos中的數(shù)據(jù)通過導(dǎo)航或者定制映射可以實現(xiàn)在對象，文檔和軟件中的傳遞。

（3）文檔管理功能。工藝包中的文檔包括物流數(shù)據(jù)表，工藝流程圖，公用工程消耗表，設(shè)備數(shù)據(jù)表，設(shè)備一覽表，公用工程系統(tǒng)圖等都可以通過Comos定制模板從而進行管理。同時，計算書和設(shè)計說明書等外部文檔(Excel/Word等)也可以下掛在軟件中。Comos可實現(xiàn)對工藝包中所有項目文檔的統(tǒng)一管理。

（4）權(quán)限管理設(shè)置功能。Comos中可以設(shè)置設(shè)計，校對和審核等不同等級的權(quán)限。同一等級下也可放置多個工作層級(Working Layer)，方便不同專業(yè)的設(shè)計人員同時開展設(shè)計工作。每個工作層級均可細化設(shè)置權(quán)限，如一個設(shè)計人員在自己的工作層級中只能修改設(shè)定好的某一部分設(shè)計工作，而無權(quán)限修改其他設(shè)計。審核和版次功能。 Comos中可定義數(shù)據(jù)變化，刪除和增加等不同操作下使用不同顏色進行標記跟蹤，審核人員通過識別顏色變化追蹤設(shè)計人員的數(shù)據(jù)變更，同時，審核人員的校訂內(nèi)容也通過不同顏色高亮提示。工藝包中的文檔版次設(shè)校審也可以通過Comos的追蹤實現(xiàn)智能化。

（5）模板復(fù)用功能。Comos中可以將項目整體保存為項目模板，或者項目中部分文檔和數(shù)據(jù)保存到數(shù)據(jù)庫中。未來相似項目或項目擴大優(yōu)化可復(fù)用模板，極大簡化了工藝設(shè)計流程。

（6）二次開發(fā)功能。Comos是基于數(shù)據(jù)庫的平臺，基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫平臺可選用SQL server/Oracle，具有高度開發(fā)性和自由度。提供了客戶根據(jù)自身需求進行定制的功能，實現(xiàn)了不同用戶對文檔數(shù)據(jù)管理的個性化要求。

2 Comos FEED應(yīng)用于工藝包中的二次開發(fā)

Comos提供工藝設(shè)計平臺，其基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫SQL server/Oracle的高度開發(fā)性質(zhì)方便根據(jù)用戶需求開展二次開發(fā)定制。要想充分發(fā)揮Comos數(shù)據(jù)管理平臺的優(yōu)勢，化繁為簡一勞永逸，用戶必須結(jié)合自身需求及石化行業(yè)工藝包設(shè)計規(guī)范要求，對Comos實施二次開發(fā)。

2.1 明確Comos數(shù)據(jù)流關(guān)系

軟件的二次開發(fā)工作是在基礎(chǔ)庫中進行，各對象之間的邏輯關(guān)系、各參數(shù)之間的映射關(guān)系和文檔定制方法均已設(shè)定，要管理好數(shù)據(jù)，二次開發(fā)前首先需要了解Comos基礎(chǔ)庫中數(shù)據(jù)流結(jié)構(gòu)關(guān)系，明確數(shù)據(jù)流走向。

Comos中數(shù)據(jù)關(guān)系如下，見圖2。

圖2 Comos中數(shù)據(jù)流結(jié)構(gòu)Fig.2 Data flow in Comos

首先，數(shù)據(jù)由Aspen Plus/Pro-II等模擬文件導(dǎo)入到Comos中，導(dǎo)入數(shù)據(jù)分為兩種對象，模擬設(shè)備和模擬物流。在生成PFD對象后，工程項目中生成對應(yīng)的設(shè)備對象和物流對象。設(shè)備對象中的數(shù)據(jù)通過連接自動傳輸?shù)皆O(shè)備數(shù)據(jù)表，再通過繪制形成有數(shù)據(jù)連接的智能 PFD（工藝流程圖）。物流數(shù)據(jù)傳輸?shù)轿锪掀胶獗砑皟x表數(shù)據(jù)表，再生成管道說明表。儀表以及管道數(shù)據(jù)加上PFD，可繪制智能P&ID（管道及儀表流程圖）。部分設(shè)備數(shù)據(jù)表中的數(shù)據(jù)來自于物流數(shù)據(jù)，如控制閥，安全閥數(shù)據(jù)表等。

根據(jù)數(shù)據(jù)流結(jié)構(gòu)，明確定制內(nèi)容包括：

（1）建立基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫，建立設(shè)備和物流中所有參數(shù)；

（2）定制文檔模板；

（3）定制設(shè)備、儀表、符號等圖例；

（4）建立模擬對象、工況對象以及設(shè)備對象的參數(shù)連接；

（5）定制與計算軟件和外部文檔的接口；

（6）定制層級結(jié)構(gòu)

（7）其他。

下面筆者將在這7方面詳解Comos FEED的開發(fā)。

2.2 Comos FEED階段定制

2.2.1 定制基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫

在實際應(yīng)用中，每一個工程項目工藝包的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)都來自于同一個源頭，即基礎(chǔ)庫(Base Object)。Comos FEED定制工作在基礎(chǔ)庫中開展，參數(shù)庫是其中的根本。建立參數(shù)庫時需按照參數(shù)類別分類，保證所有設(shè)備和物流的參數(shù)無一遺漏。作者的經(jīng)驗是提前整理所有數(shù)據(jù)表單，進行數(shù)據(jù)分類。同時，建立參數(shù)需要注意數(shù)據(jù)類型、小數(shù)位數(shù)等細節(jié)問題。

2.2.2 定制文檔模板

Comos自帶的文檔模板與用戶需求不同，用戶需定制所有的文檔模板，包括設(shè)備數(shù)據(jù)表、設(shè)備一覽表、物料平衡表、PFD圖框以及所有首頁。模板規(guī)定了文檔格式和外觀，文檔的部分智能化功能需要通過編程實現(xiàn)。

2.2.3 定制設(shè)備、儀表、符號等圖例

考慮在Comos智能圖紙上作圖的便捷性，與工藝專業(yè)和設(shè)備專業(yè)、儀表專業(yè)的各自分工，圖例的定制包括設(shè)備圖例、儀表圖例、附件圖例，圖紙界區(qū)圖例、圖紙連接符圖紙上方菜單欄和側(cè)邊常用設(shè)備欄等。作者采取的方式為利用AutoCAD整理分類PFD、P&ID中涉及的所有圖例，在Comos中繪制圖例和對應(yīng)的位號，名稱等。通過定制，可實現(xiàn)同一設(shè)備不同圖例間的切換和相近設(shè)備對象（如空冷器和換熱器）的互換。另外，PFD和P&ID繪圖欄圖例的編輯，每個設(shè)備的小圖標（ICON）定制，可以讓設(shè)計人員更便捷迅速的找到某個特定設(shè)備。

2.2.4 建立模擬對象、工況對象以及設(shè)備對象的參數(shù)連接

根據(jù)圖 2，數(shù)據(jù)流最終要實現(xiàn)從模擬文件到設(shè)備的傳遞功能。Comos FEED定制階段需要做好模擬對象和工況對象之間，工況對象和設(shè)備對象之間的參數(shù)連接接口。專利工藝包開發(fā)設(shè)計與工程設(shè)計略有不同，在二次開發(fā)過程中來自于流程模擬文件的源頭數(shù)據(jù)與Comos模擬對象之間的數(shù)據(jù)鏈接是二次開發(fā)的重點。

由于工藝包中對于設(shè)計數(shù)據(jù)的精確要求，不同于國內(nèi)其他工程公司的定制案例，作者首次實現(xiàn)了對于換熱器，空冷器，加熱爐，反應(yīng)器，容器和塔器的復(fù)雜開發(fā)需求。

換熱器，加熱爐：為保證數(shù)據(jù)源真實鏈接，從模擬對象開始，換熱器和加熱爐均采用簡捷換熱器代替以獲取工藝參數(shù)，獲取到的數(shù)據(jù)導(dǎo)出到 HTRI等專業(yè)商業(yè)軟件進行選型計算。對于多輻射腔和多對流段的加熱爐和復(fù)雜換熱器，通過規(guī)定對象名稱格式，以簡捷換熱器對象導(dǎo)入，腳本定義的方式實現(xiàn)模擬文件中多對象匹配Comos中一個模擬對象的需求。

反應(yīng)器，容器和塔器：多段反應(yīng)器，容器和塔器與換熱器加熱爐實現(xiàn)方式類似，同樣采用特殊名稱格式，腳本定義實現(xiàn)模擬文件中的多對象匹配一個模擬對象。

空冷器，加熱爐：為使在COMOS中可以智能識別模擬文件中的對象是否為空冷器和加熱爐，這兩個設(shè)備對象名稱均進行腳本定制，滿足模擬文件導(dǎo)入到軟件中的正確對接。

2.2.5 定制計算軟件接口

Comos中數(shù)據(jù)與商業(yè)計算軟件可互相對接。可對接的商業(yè)計算軟件上游包括流程模擬軟件（PROII/Aspen Plus/HYSYS等），下游包括換熱器，水力學(xué)計算軟件（HTRI/FRI等）。與商業(yè)計算軟件的對接需要經(jīng)過嚴格測試，保證數(shù)據(jù)傳輸正確嚴謹。

Comos中數(shù)據(jù)與自主研發(fā)的計算軟件可對接。原有的計算書多為EXCEL，定制計算書接口本質(zhì)上是定制Comos與EXCEL的自動傳遞。操作時需要特別注意定制接口時的傳遞方向，模擬數(shù)據(jù)需要進一步計算的參數(shù)定制為Comos到EXCEL的單向傳遞，計算結(jié)果反饋的參數(shù)定制為 EXCEL到 Comos的單向傳遞。傳遞方向選擇錯誤可導(dǎo)致數(shù)據(jù)覆蓋丟失的情況。

2.2.6 定制層級結(jié)構(gòu)

定制層級結(jié)構(gòu)從用戶角度出發(fā)分為兩部分，一是設(shè)計人員進行工藝包設(shè)計時的用戶界面。二是審核人員審查工藝包時的用戶界面。

設(shè)計用戶界面主要考慮功能分類，主要分為模擬導(dǎo)入層級，工藝流程圖層級，各類表單層級，設(shè)備和物流層級。

從友好的用戶使用環(huán)境角度出發(fā)，二次開發(fā)時還納入考慮審核人員的使用情況。為了更簡潔明了的工藝包設(shè)校審，我們在開發(fā)時參考工藝包目錄進行文檔結(jié)構(gòu)設(shè)計。所有文檔與設(shè)計時的文檔均為自動連接，當設(shè)計人員創(chuàng)建新的表格時，文檔庫中對應(yīng)智能生成新的文檔。審核人員只需要進入文檔庫，工藝包中所有文檔都可以進行查看和批注。批注過的數(shù)據(jù)會同步到設(shè)計人員的界面并用不同顏色高亮顯示。

2.2.7 其他

Comos開發(fā)時需時刻從用戶角度考慮，實現(xiàn)智能PFD和P&ID。良好的用戶體驗往往在于細節(jié)的體現(xiàn)。例如設(shè)備選項卡中的參數(shù)分類，排版會最直觀的影響設(shè)計人員的使用感受。同時，為了最大化軟件的智能性，從流程模擬開始，設(shè)計人員就要注意數(shù)據(jù)源的完整性，避免后期仍然手動輸入數(shù)據(jù)表。例如模擬時設(shè)備命名遵循設(shè)備位號命名規(guī)則等。利用Comos的數(shù)據(jù)庫平臺，保證數(shù)據(jù)源頭的可靠性，就可以有效地減少設(shè)計人員繁冗的輸入核對，極高的提高設(shè)計效率。

3 Comos P&ID應(yīng)用于工藝包中的二次開發(fā)

3.1 定制儀表對象及其參數(shù)

P&ID階段設(shè)備和儀表不使用FEED階段的參數(shù)庫，定制時建立獨立的設(shè)備和儀表對象。首先將儀表分類為壓力、溫度、流量、液位和分析儀表。在每一大類中分別建立子對象。在建立參數(shù)時，參照FEED階段按照儀表數(shù)據(jù)表整理全部參數(shù)。

3.2 定制文檔模板及智能功能

P&ID階段文檔定制包括P&ID、四類儀表數(shù)據(jù)表、報警連鎖值表、管道說明表、儀表索引表、分析儀器一覽表、閥類數(shù)據(jù)表、各類表格首頁等表單。文檔功能的實現(xiàn)分為三類：一是參數(shù)鏈接，直接建立對象參數(shù)和表單參數(shù)的鏈接。儀表數(shù)據(jù)表和閥類數(shù)據(jù)表多屬于這一類。二是查詢功能，利用Comos中“Query”和文檔中建立子報表等功能實現(xiàn)搜索類報表。三是腳本功能，P&ID階段多混合利用“Query”和腳本功能實現(xiàn)簡捷智能化的定制。管道說明表、儀表索引表等均通過此種方式實現(xiàn)。

3.3 定制圖例及作圖功能

與FEED階段類似，P&ID階段圖例定制首先需要考慮作圖便捷性和圖例智能化。FEED階段定制過的圖例可直接引用。儀表和控制器的多元化組合圖例可通過腳本實現(xiàn)參數(shù)控制，極大的便捷了P&ID作圖。

3.4 定制層級結(jié)構(gòu)

按照專業(yè)分工，儀表專業(yè)需要對P&ID階段的層級結(jié)構(gòu)進行規(guī)劃定制。P&ID階段層級結(jié)構(gòu)與FEED階段層級并列，下屬包括所有統(tǒng)計和搜索類表單以及若干個子單元，每個子單元中均有 P&ID圖紙與回路。子單元的設(shè)立方便多個設(shè)計人員同時建立回路和繪圖。子單元中的P&ID自動匯總到文檔界面下的P&ID文件夾中。

3.5 定制回路模板

回路模板定制工作包括層級結(jié)構(gòu)中的回路結(jié)構(gòu)和P&ID圖紙上的回路模板。根據(jù)儀表專業(yè)的工藝包經(jīng)驗，建立復(fù)雜回路和簡單回路等多套回路結(jié)構(gòu)，方便設(shè)計人員在子單元中直接創(chuàng)建。同樣根據(jù)工藝包經(jīng)驗，總結(jié)常用的回路，創(chuàng)建圖紙中的回路保存為模板。

4 結(jié) 語

隨著石油化工設(shè)計行業(yè)的發(fā)展和競爭日益激烈，工廠協(xié)同設(shè)計和設(shè)計數(shù)字化已成為設(shè)計行業(yè)的大方向。目前Comos軟件廣泛的應(yīng)用于國內(nèi)各大化工工程公司，包括：中國石油和中國石化各大工程設(shè)計公司。應(yīng)用Comos工業(yè)設(shè)計集成平臺進行工藝包開發(fā)設(shè)計，可在整個項目中實現(xiàn)更短的開發(fā)周期，更低的成本，更高的生產(chǎn)力和多專業(yè)合作方式協(xié)同設(shè)計。針對石油化工設(shè)計行業(yè)的應(yīng)用特點，完善Comos軟件的二次開發(fā)，其應(yīng)用將會更加廣泛。

［1］Comos FEED 前端設(shè)計描述[EB/OL]. http: //www.industry. siemens. com.cn/automation/cn/zh/automation-systems/automationsoftware/plant -engineering-software/Comossoftwaresolution/Pages/COMOS-FEED.as px#_e5_8a_9f_e8_83_bd_e7_89_b9_e6_80_a7.

［2］彭穎. Comos FEED在工藝設(shè)計中的應(yīng)用[J]. 石油化工設(shè)計，2011，28（4）：29-31.

Customization of Comos Applied in Process Package Design

ZHAO Shu-jing，LI Mu-jin，YANG Wei-sheng
（SINOPEC Shanghai Research Institute of Petrochemical Technology, Shanghai 201208，China）

Comos, an engineering database software, was introduced as well as characteristics and functions of its two important products, Comos FEED and Comos P&ID. Customization and application of Comos FEED and Comos P&ID products in petrochemical process design were discussed. Basic customization process and technics were investigated and listed in detail. To promote design efficiency and reduce production period using Comos, databank (DB) in Comos and transmission of data flow from simulation/calculation software to Comos were analyzed. The results show that customization of Comos can ensure intelligent data transmission including essential process package design data, mass balance data and energy balance data.

Comos; Process package design

TP 273

A

1671-0460（2016）03-0604-04

2016-02-03

趙舒婧（1990-），女，遼寧省遼陽市人，助理工程師，碩士，2013年畢業(yè)于美國阿克倫大學(xué)高分子工程專業(yè)，研究方向：工藝包開發(fā)工作。E-mail： iriszhao90327@163.com。