王元飛，史秋華，賈玉明

(中海油石化工程有限公司，山東 青島 266100)

信息技術(shù)的發(fā)展促進(jìn)了石化產(chǎn)業(yè)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型，而石化工程的日趨大型化、復(fù)雜化，對(duì)工程設(shè)計(jì)提出了更高的要求[1-3]。項(xiàng)目建設(shè)過程中，建設(shè)方、各專業(yè)設(shè)計(jì)人員及供貨商之間產(chǎn)生了大量的數(shù)據(jù)傳遞，致使傳統(tǒng)工程設(shè)計(jì)對(duì)數(shù)據(jù)整合的效率降低?；诖?，為提高各專業(yè)間的協(xié)調(diào)配合，提高設(shè)計(jì)效率，集成化工程設(shè)計(jì)得到了重大發(fā)展[4]。

AVEVA是一套完整的針對(duì)工藝、管道、自控等各專業(yè)設(shè)計(jì)需求而開發(fā)的集成設(shè)計(jì)平臺(tái)，其基于數(shù)據(jù)庫平臺(tái)的數(shù)據(jù)傳遞與共享，提高了設(shè)計(jì)效率與質(zhì)量[5]。AVEVA集成平臺(tái)分為數(shù)據(jù)流和三維建模兩部分，數(shù)據(jù)流設(shè)計(jì)是以Engineering為數(shù)據(jù)共享中心的各專業(yè)報(bào)表及數(shù)據(jù)表設(shè)計(jì)；三維建模部分是以PDMS軟件為核心的各專業(yè)三維建模協(xié)同設(shè)計(jì)[6]。

目前，國(guó)內(nèi)外許多工程公司對(duì)于AVEVA平臺(tái)只限于PDMS三維設(shè)計(jì)開發(fā)應(yīng)用，而針對(duì)數(shù)據(jù)流部分的開發(fā)應(yīng)用涉及較少[7]。本文針對(duì)自控專業(yè)數(shù)據(jù)流部分，著重介紹基于SQL數(shù)據(jù)庫的Instrumentation軟件開發(fā)及權(quán)限控制。

1 AI軟件功能及工作流程

1.1 AI軟件功能

基于SQL數(shù)據(jù)庫的AI(AVEVA Instrumentation)軟件是自控專業(yè)相對(duì)獨(dú)立的設(shè)計(jì)軟件，其開發(fā)庫及設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)均儲(chǔ)存于統(tǒng)一的SQL數(shù)據(jù)庫內(nèi)。AI軟件與AVEVA Engineering數(shù)據(jù)中心可進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，讀取工藝等專業(yè)的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，同時(shí)可將儀表安裝條件返回給配管、電氣等專業(yè)。

AI軟件共包括Designer，Engineer，Process Engineer，Security Manager，Wiring Manger五大模塊，各模塊之間數(shù)據(jù)共享，允許不同設(shè)計(jì)人員在同一模塊或不同模塊中同時(shí)開展并完成自控設(shè)計(jì)工作。五大模塊主要功能及設(shè)計(jì)文件生成見表1所列。

表1 AI各模塊功能及設(shè)計(jì)文件生成實(shí)現(xiàn)

AI五大模塊可實(shí)現(xiàn)包括儀表索引表、控制系統(tǒng)IO表、儀表數(shù)據(jù)表、Hookup圖、Hookup材料表、電纜表、接線箱端子圖、回路圖在內(nèi)的設(shè)計(jì)文件生成，除聯(lián)鎖邏輯圖外，基本滿足了自控專業(yè)的設(shè)計(jì)要求。

AI軟件與外部數(shù)據(jù)交互分為在線和離線兩種方式。在線方式為AI軟件與外部數(shù)據(jù)接口直接進(jìn)行數(shù)據(jù)交互；離線方式是使用Excel文件批量傳輸數(shù)據(jù)。在完成相應(yīng)的屬性匹配及關(guān)聯(lián)后，離線數(shù)據(jù)傳遞為AI與世宏等軟件的接口設(shè)計(jì)提供了基礎(chǔ)。

1.2 AI軟件工作流程

在設(shè)計(jì)過程中，自控專業(yè)與工藝、管道、電氣、結(jié)構(gòu)等專業(yè)數(shù)據(jù)交互眾多，傳統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中存在溝通不及時(shí)、不準(zhǔn)確、不唯一的現(xiàn)象[8]。而在AVEVA設(shè)計(jì)平臺(tái)上，數(shù)據(jù)流部分設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)傳遞在Engineering數(shù)據(jù)中心實(shí)現(xiàn)，方便了數(shù)據(jù)的共享提取。

AI軟件設(shè)計(jì)工作流程主要分為項(xiàng)目建立和設(shè)計(jì)階段兩部分，其中項(xiàng)目建立是指項(xiàng)目創(chuàng)建至接收工藝參數(shù)之前的階段；設(shè)計(jì)階段是指接收工藝參數(shù)之后主要由項(xiàng)目設(shè)計(jì)人員參與的工作階段。項(xiàng)目建立階段是設(shè)計(jì)階段的基礎(chǔ)，定制的基礎(chǔ)庫及模板庫是項(xiàng)目設(shè)計(jì)的依據(jù)。AI軟件項(xiàng)目建立與設(shè)計(jì)階段流程如圖1所示。

圖1 AI軟件項(xiàng)目建立及設(shè)計(jì)階段流程示意

項(xiàng)目建立階段主要根據(jù)項(xiàng)目統(tǒng)一規(guī)定明確設(shè)計(jì)范圍、設(shè)計(jì)原則、設(shè)計(jì)深度等，定制統(tǒng)一的基礎(chǔ)庫和模板庫。此外，依據(jù)項(xiàng)目管理對(duì)各設(shè)計(jì)人員及系統(tǒng)管理員進(jìn)行權(quán)限控制，加強(qiáng)數(shù)據(jù)庫的管理。

設(shè)計(jì)階段，AI軟件通過Local Integration和Import模塊在線或離線方式獲得儀表回路位號(hào)和儀表位號(hào)，以其為對(duì)象進(jìn)行對(duì)象的屬性傳遞，然后根據(jù)定制的模板完成自控設(shè)計(jì)文件。該過程中，因離線數(shù)據(jù)傳遞速度較快，為提高數(shù)據(jù)傳輸效率，在進(jìn)行多數(shù)據(jù)傳遞時(shí)，可有效利用Engineering中定制好的導(dǎo)出模板，通過Explore方式實(shí)現(xiàn)離線數(shù)據(jù)的傳遞。

2 建庫開發(fā)

標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫的建立是AI軟件開發(fā)工作的重點(diǎn)內(nèi)容，也是標(biāo)準(zhǔn)化建立的深化過程。標(biāo)準(zhǔn)庫建立主要包括基礎(chǔ)庫開發(fā)和模板庫開發(fā)兩方面。

工程項(xiàng)目的多樣性致使工程設(shè)計(jì)存在差異化，但同時(shí)設(shè)計(jì)規(guī)律相同、共性居多。對(duì)于AI建庫開發(fā)，策略是建立1個(gè)參考標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫；當(dāng)工程項(xiàng)目有特殊要求時(shí)，再參考標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行相應(yīng)的特殊定制。

2.1 基礎(chǔ)庫開發(fā)

基礎(chǔ)庫建立作為AI軟件建庫的基礎(chǔ)，重點(diǎn)在于把握專業(yè)質(zhì)量體系文件及設(shè)計(jì)習(xí)慣，總結(jié)專業(yè)設(shè)計(jì)文件的屬性、規(guī)則等，并將其轉(zhuǎn)換為特定的種子庫?；A(chǔ)庫的建立主要包括屬性庫、命名規(guī)則庫、接線規(guī)則庫、儀表類型庫、Hookup材料庫、儀表電纜庫、控制室內(nèi)輔助儀表設(shè)備庫等七類，包含的主要內(nèi)容見表2所列。

表2 基礎(chǔ)庫種類及主要內(nèi)容

基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫的定制需要注意以下幾點(diǎn)：

1)工藝與自控專業(yè)數(shù)據(jù)傳遞的準(zhǔn)確性是由屬性的唯一性保證的，為使AI軟件數(shù)據(jù)與Engineering數(shù)據(jù)庫中的屬性數(shù)據(jù)保持一致，AI軟件屬性庫中工藝屬性的建立需與Engineering數(shù)據(jù)庫中工藝屬性命名規(guī)則相同。

2)在屬性定制中，為保證輸入屬性的規(guī)范性并避免大量輸入數(shù)據(jù)時(shí)錯(cuò)誤的發(fā)生，采用定制屬性匹配下拉菜單Pick Lists及手動(dòng)輸入相結(jié)合的方式。

3)分別針對(duì)儀表回路及儀表建立命名規(guī)則及儀表類型，定制Class規(guī)則將其綁定。

4)使用Excel批量導(dǎo)入功能進(jìn)行庫的建立、開發(fā)。

2.2 模板庫開發(fā)

模板庫是在基礎(chǔ)庫的基礎(chǔ)上對(duì)自控專業(yè)各種儀表數(shù)據(jù)表、索引表報(bào)表和標(biāo)準(zhǔn)安裝圖進(jìn)行對(duì)應(yīng)而建立的，是AI軟件建庫的外在體現(xiàn)。三類模板庫的建立通過不同模塊實(shí)現(xiàn)，但使用統(tǒng)一的屬性數(shù)據(jù)來源。模板庫的主要內(nèi)容見表3所列。

表3 模板庫類型及主要內(nèi)容

AI軟件模板庫的建立依據(jù)自控專業(yè)設(shè)計(jì)需求開發(fā)，并應(yīng)遵循相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，是生成最終工程設(shè)計(jì)文件的基礎(chǔ)。

1)儀表數(shù)據(jù)表庫。該部分主要包括溫度、壓力、流量、液位、分析儀表、閥門和控制室內(nèi)輔助儀表等數(shù)據(jù)表；對(duì)應(yīng)庫需要以已有的Excel模板樣式為基礎(chǔ)，通過Engineer模塊將基礎(chǔ)庫中定義的屬性與模板相應(yīng)位置進(jìn)行關(guān)聯(lián)。

2)報(bào)表庫。為降低報(bào)表庫模板的開發(fā)難度，AI軟件將報(bào)表分為特定報(bào)表和自定義報(bào)表兩類：

a)特定報(bào)表。如儀表索引表、控制系統(tǒng)IO表等已定義數(shù)據(jù)源，使用AI專用報(bào)表定制軟件Report Designer進(jìn)行布局及屬性關(guān)聯(lián)。

b)自定義報(bào)表。該類報(bào)表需要使用圖形化SQL查詢語言SQL Query maker定義報(bào)表數(shù)據(jù)源，可生成含任意定義屬性的報(bào)表，具有普遍適應(yīng)性。

3)儀表安裝圖庫。該模板庫預(yù)先定制了AutoCAD類型模板，將其分為外框、材料表、位號(hào)、典型圖四部分內(nèi)容，并定義相應(yīng)的帶有屬性的塊。其后，進(jìn)入Designer模塊Hookup Catalogue項(xiàng)目，導(dǎo)入定制的AutoCAD模板，打開菜單中的Show Datalink選型，進(jìn)行屬性關(guān)聯(lián)。

針對(duì)基礎(chǔ)庫及模板庫開發(fā)，使用AI軟件進(jìn)行自控設(shè)計(jì)，通過項(xiàng)目應(yīng)用實(shí)踐，符合GB/T 51296—2018《石油化工工程數(shù)字化交付標(biāo)準(zhǔn)》中規(guī)定的數(shù)據(jù)及文檔要求[9]。

3 權(quán)限控制

AI軟件SQL數(shù)據(jù)庫允許多個(gè)用戶同時(shí)訪問，且與該項(xiàng)目有關(guān)的所有信息均存于同一個(gè)數(shù)據(jù)庫中，合理的權(quán)限控制有利于數(shù)據(jù)庫以及工程設(shè)計(jì)的管理。權(quán)限控制是眾多集成設(shè)計(jì)平臺(tái)的難點(diǎn)內(nèi)容，AI軟件Security Manager模塊通過菜單式分組細(xì)化的方式對(duì)管理員及相關(guān)設(shè)計(jì)人員實(shí)現(xiàn)了大數(shù)據(jù)框架下的權(quán)限控制，具有較好的易用性。

權(quán)限控制包括兩個(gè)方面： 相關(guān)設(shè)計(jì)人員具有各區(qū)域單元的不同進(jìn)入/讀寫權(quán)限；管理員及各設(shè)計(jì)人員對(duì)AI軟件中各模塊及功能操作具有不同的操作權(quán)限。權(quán)限控制的基本原理如圖2所示。

圖2 AI權(quán)限控制基本原理示意

AI軟件權(quán)限控制的基礎(chǔ)元素是組(Group)，授權(quán)范圍也是授權(quán)于某一組。根據(jù)項(xiàng)目工廠層次結(jié)構(gòu)及人員角色，分別建立相應(yīng)類型的Group；然后，將用戶(Users)根據(jù)項(xiàng)目角色及單元綁定到角色組和單元組中，以此實(shí)行權(quán)限控制。

權(quán)限控制的菜單包括對(duì)象(Objects)和單元(Areas)兩大類。Objects分別包括AI軟件的Designer，Engineer，Wring Manager，Common Items，Process Engineer共5個(gè)模塊；每個(gè)模塊又細(xì)分基本操作動(dòng)作，并針對(duì)每一項(xiàng)進(jìn)行細(xì)化控制。權(quán)限控制機(jī)制分為兩步：

1)根據(jù)單元組Group確定哪些用戶有進(jìn)入該單元的權(quán)限。

2)根據(jù)角色組Group對(duì)管理員及相關(guān)設(shè)計(jì)人員的權(quán)限進(jìn)行細(xì)化。

若設(shè)計(jì)人員N既是A單元的設(shè)計(jì)，也是B單元的校對(duì)，該種情況屬于角色交叉，需要細(xì)化建組處理，將組Group細(xì)化為“單元-角色”的形式。

菜單式權(quán)限控制極大程度地明確了各設(shè)計(jì)人員的軟件操作權(quán)限，常見的典型操作權(quán)限見表4所列，其中： √代表全權(quán)限，×代表無權(quán)限，△代表只讀權(quán)限。

表4 常見的典型操作權(quán)限

4 結(jié)束語

本文針對(duì)自控專業(yè)數(shù)據(jù)流部分，闡述了基于AI軟件的集成設(shè)計(jì)平臺(tái)開發(fā)。根據(jù)質(zhì)量體系及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范完成統(tǒng)一的基礎(chǔ)庫及模板庫開發(fā)，數(shù)據(jù)庫及模板標(biāo)準(zhǔn)化的建立提高了設(shè)計(jì)質(zhì)量及效率；另外，針對(duì)平臺(tái)應(yīng)用中的權(quán)限控制問題提出了有效的解決方案。目前，AI軟件開發(fā)和測(cè)試正在逐步完善，規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化的設(shè)計(jì)將有利于提高設(shè)計(jì)質(zhì)量及效率。