王銘潔

(中石化寧波工程有限公司，浙江 寧波 315103)

國內(nèi)數(shù)字化設(shè)計(jì)雖起步較晚，但發(fā)展很快。隨著信息技術(shù)的迅速發(fā)展，各設(shè)計(jì)專業(yè)已配置了先進(jìn)的大、小型設(shè)計(jì)軟件，并初步形成集成設(shè)計(jì)系統(tǒng)，信息化的有效應(yīng)用使得國內(nèi)設(shè)計(jì)的水平、質(zhì)量、效率得到較大提高，產(chǎn)生一定的經(jīng)濟(jì)價值。然而，專業(yè)間的集成與協(xié)同工作發(fā)展不平衡，制約了工程設(shè)計(jì)效率和質(zhì)量的進(jìn)一步提高[1]，且各專業(yè)應(yīng)用軟件相對獨(dú)立，相互之間聯(lián)系松散，各軟件依靠獨(dú)立的數(shù)據(jù)庫進(jìn)行工作，數(shù)據(jù)庫之間亦缺乏共享，存在大量冗余數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)的一致性、可靠性有限。

多專業(yè)間集成設(shè)計(jì)是以數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，通過數(shù)據(jù)流實(shí)現(xiàn)專業(yè)間資源共享，數(shù)據(jù)信息上下游傳遞其附帶著相關(guān)條件屬性，實(shí)現(xiàn)專業(yè)間數(shù)字化交互。此流程數(shù)據(jù)達(dá)到從源頭一次錄入，專業(yè)間根據(jù)需求進(jìn)行有效利用，專業(yè)間減少數(shù)據(jù)的重復(fù)錄入，大幅地提高數(shù)據(jù)利用率、正確性、完整性，對原有的設(shè)計(jì)流程有顛覆式的改變。

美國HEXAGON PPM公司的SPI(smartplant instrumentation)軟件在儀表工程設(shè)計(jì)領(lǐng)域，已逐漸成為國內(nèi)外普遍采用的軟件。該軟件可以完成儀表索引表、儀表規(guī)格書、儀表計(jì)算、儀表接線、儀表安裝圖、回路圖和材料統(tǒng)計(jì)等，在一定程度上提高儀表專業(yè)的設(shè)計(jì)質(zhì)量和效率。結(jié)合某公司工程設(shè)計(jì)實(shí)踐要求與經(jīng)驗(yàn)，對SPI軟件Dimensional Data for Piping(本文以下簡稱DDP)模塊進(jìn)行儀表工程設(shè)計(jì)的開發(fā)與應(yīng)用加以總結(jié)。

1 SPI集成設(shè)計(jì)方式

在集成環(huán)境中，自控、管道等下游專業(yè)以工藝發(fā)布的PID圖紙進(jìn)行數(shù)據(jù)傳遞，確保設(shè)計(jì)過程數(shù)據(jù)唯一性。通過SPF集成平臺實(shí)現(xiàn)SPP&ID，SPI，SPEL與S3D等工具軟件在平臺的集成應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)各專業(yè)數(shù)據(jù)統(tǒng)一管理及應(yīng)用， 最終實(shí)現(xiàn)二維三維數(shù)據(jù)及圖形校驗(yàn)和數(shù)據(jù)共享，減少數(shù)據(jù)的重復(fù)錄入，確保數(shù)據(jù)的唯一性，從而提高設(shè)計(jì)質(zhì)量及工作效率。

1.1 SPI與SPP&ID的集成開發(fā)

工藝專業(yè)設(shè)計(jì)人員在SPP&ID自動創(chuàng)建各類對象(包括工藝屬性)，進(jìn)行P&ID流程設(shè)計(jì)。完成P&ID流程設(shè)計(jì)后，須通過一致性檢查，發(fā)布P&ID圖紙到SPF平臺，供下游專業(yè)使用。

儀表專業(yè)設(shè)計(jì)人員從SPF平臺接收工藝專業(yè)發(fā)布的P&ID圖紙，在SPI中自動創(chuàng)建管線、儀表和回路，開展儀表設(shè)計(jì)，生成儀表索引表，并關(guān)聯(lián)DDP模塊中在線儀表外形尺寸表，深化儀表設(shè)計(jì)工作。儀表索引表中的數(shù)據(jù)將在更新后發(fā)布到SPF平臺，供工藝專業(yè)進(jìn)行修改、更新流程圖上的相應(yīng)儀表信息。

1.2 SPI與S3D的集成開發(fā)

集成環(huán)境中，在SPI中完成必要數(shù)據(jù)和設(shè)計(jì)文檔后，能與SPP&ID，S3D等上下游設(shè)計(jì)軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)集成，實(shí)現(xiàn)工藝、配管、儀表等專業(yè)的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)交互。DDP模塊的應(yīng)用流程如圖1所示。

圖1 DDP模塊應(yīng)用流程示意

儀表專業(yè)設(shè)計(jì)人員使用SPI發(fā)布DDP模塊生成的儀表尺寸數(shù)據(jù)表到SPF平臺，S3D接收儀表尺寸數(shù)據(jù)表并生成對應(yīng)的三維模型，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享。但是SPP&ID圖紙中的儀表類型太籠統(tǒng)，不能按圖例進(jìn)行細(xì)分，須通過開發(fā)定制SPP&ID相關(guān)圖例符號和屬性以及完善屬性映射，從而保證SPI所需細(xì)分的儀表類型傳遞工作。

因此，梳理儀表分類和儀表外形尺寸數(shù)據(jù)表相關(guān)的屬性，并簡化儀表外形尺寸參數(shù)，建立DDP儀表外形尺寸數(shù)據(jù)表，完善屬性映射，是SPI與S3D集成設(shè)計(jì)的核心。

2 DDP模塊開發(fā)關(guān)鍵點(diǎn)

使用SPI軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)時，針對不同的工程項(xiàng)目，若前期規(guī)劃合宜，將會很大程度地減少工作量，提高工作效率。

SPI軟件中DDP模塊的主要作用是生成儀表外形尺寸數(shù)據(jù)表。其圖形庫中主要包含調(diào)節(jié)閥、測量儀表等在線儀表的外形尺寸圖，它與S3D中定義的儀表三維模型相關(guān)聯(lián)。然而，要實(shí)現(xiàn)由DDP模塊生成的儀表外形尺寸數(shù)據(jù)表與S3D軟件中的儀表三維模型數(shù)據(jù)傳遞，須對DDP模塊進(jìn)行預(yù)定義和二次開發(fā)：

1)Administration(管理員模塊)。該模塊僅由管理員操作，系統(tǒng)管理員可以新建、復(fù)用和刪除項(xiàng)目，定義項(xiàng)目Logo等基本信息；項(xiàng)目管理員可以定義項(xiàng)目的工廠結(jié)構(gòu)，用戶及分配權(quán)限、儀表類型等。通過預(yù)定義的命名規(guī)則可以保持?jǐn)?shù)據(jù)的一致性和規(guī)范性，命名規(guī)則的定義主要包括儀表位號、回路號、CS 標(biāo)簽、電纜號等規(guī)則。用戶權(quán)限分配可以讓設(shè)計(jì)人員具有層級性，據(jù)分工不同等特點(diǎn)，管理員須定義多個權(quán)限多個用戶組(Group)，將設(shè)計(jì)人員分配到對應(yīng)的用戶組，這樣設(shè)計(jì)人員就可以在自己的工作范圍內(nèi)進(jìn)行設(shè)計(jì)工作，互不影響。

2)索引模塊(Index)。該模塊用于儀表類型預(yù)定義。將Instrument Type 中的儀表類型，根據(jù)溫度、流量、壓力、物位、控制閥等分類，設(shè)置是否關(guān)聯(lián)安裝圖和數(shù)據(jù)表、定義默認(rèn)I/O 類型、儀表放置位置，以及現(xiàn)場儀表的電纜類型和端子排形式等是否自動生成[2]。當(dāng)新建儀表時，會自動生成規(guī)格書等，同時自動分配IO類型、安裝位置等。該模塊在設(shè)計(jì)初期應(yīng)用最多，可以創(chuàng)建、修改及刪除儀表位號及儀表的相關(guān)必要信息，如儀表類型、PID號、位置等。該模塊也是二次開發(fā)工作的關(guān)鍵點(diǎn)，須在項(xiàng)目前期周密規(guī)劃。

3 DDP模塊優(yōu)化開發(fā)

3.1 優(yōu)化設(shè)計(jì)條件傳遞方式

傳統(tǒng)方式，即儀表設(shè)計(jì)人員將儀表廠商提供的外形圖，作為條件提交給配管設(shè)計(jì)人員，配管設(shè)計(jì)人員需對儀表的結(jié)構(gòu)形式、安裝條件等要求分析整理后，將相關(guān)數(shù)據(jù)輸入到S3D軟件中建立模型。人工輸入不僅大幅增加工作量，而且不能保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和唯一性。然而，應(yīng)用SPI軟件DDP集成方式，將儀表外形尺寸數(shù)據(jù)自動傳遞到S3D中，既節(jié)省人力，也減輕設(shè)計(jì)人員工作量。具體工作方式的對比如圖2所示。

圖2 傳統(tǒng)方式與DDP集成方式對比示意

3.2 應(yīng)用心得

設(shè)計(jì)工具軟件間的集成并不能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳遞完全自動化，還須人為干預(yù)才能實(shí)現(xiàn)專業(yè)間更好的協(xié)同設(shè)計(jì)工作。在SPI與S3D集成設(shè)計(jì)工作時應(yīng)注意以下方面：

1)數(shù)據(jù)源的唯一性。需定制統(tǒng)一的儀表外形尺寸數(shù)據(jù)表模板供儀表廠商填寫，之后可導(dǎo)入SPI軟件，無需手工錄入，保證數(shù)據(jù)質(zhì)量。

2)模型的輕量化。DDP儀表外形尺寸表中的尺寸參數(shù)不能完全涵蓋S3D三維儀表符號的參數(shù)，但有些尺寸參數(shù)又是三維建模必需的，應(yīng)梳理和簡化儀表外形尺寸，定制和開發(fā)相關(guān)三維儀表符號滿足儀表尺寸參數(shù)的匹配。通常儀表廠商提供的是儀表基本外形尺寸，無法詳盡描述儀表外形，因此為了提高工作效率，應(yīng)盡可能地簡化模型，即： 依據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)對手輪等儀表附件計(jì)算出外形尺寸的估計(jì)值或約束關(guān)系，既能滿足現(xiàn)場安裝、操作空間的要求，同時也可避免因設(shè)定復(fù)雜參數(shù)而增加工作量的問題。

3)SPI軟件的儀表外形圖形庫，不能包含所有類型儀表的外形結(jié)構(gòu)圖，需要不斷補(bǔ)充和修改。

4)使用SPI軟件DDP模塊，可以提出儀表安裝條件，主要包括儀表外形和尺寸、端面型式、壓力級別、工藝連接方式、質(zhì)量等參數(shù)，但這些信息僅為自控專業(yè)傳遞給管道專業(yè)安裝條件的部分內(nèi)容。例如， 與管道密切相關(guān)的儀表安裝條件包括管道安裝的流量儀表和控制閥門，對于管道安裝的流量儀表，如質(zhì)量流量計(jì)、電磁流量計(jì)、旋渦流量計(jì)、節(jié)流裝置等的安裝條件，除了過程接口規(guī)格和外形安裝尺寸外，還需提出要求的最小前后直管段、能否傾斜安裝、節(jié)流裝置取壓方位等安裝信息；對于控制閥門的安裝要求，還要提出安裝流向和方位、能否傾斜安裝、執(zhí)行機(jī)構(gòu)可否90°換向、是否配置儲氣罐等信息。因此，在使用DDP模塊集成設(shè)計(jì)提出安裝條件的同時，須提出包含儀表安裝位置等信息的說明文件，保證設(shè)計(jì)條件數(shù)據(jù)的完整性。

5)消化和深化 SPP&ID，SPI 及S3D 在工藝、儀表、管道等專業(yè)的應(yīng)用深度及廣度，同時拓展應(yīng)用專業(yè)，推廣到給排水、暖通等專業(yè)，完成專業(yè)圖例符號、元件庫等參考數(shù)據(jù)庫的建立及成品文件模板的定制。梳理相關(guān)專業(yè)條件及成品文件的數(shù)據(jù)，確定專業(yè)間數(shù)據(jù)交互的范圍，依據(jù)梳理結(jié)果完成軟件間數(shù)據(jù)屬性的映射，實(shí)現(xiàn)專業(yè)間數(shù)據(jù)共享。

4 結(jié)束語

集成設(shè)計(jì)讓工程公司各專業(yè)能夠協(xié)同設(shè)計(jì)，工藝、儀表、管道等專業(yè)在集成環(huán)境下使用該軟件開展設(shè)計(jì)的過程中，在工程數(shù)據(jù)發(fā)生變更時，能夠?qū)崿F(xiàn)智能提示及二、三維校驗(yàn)。所有專業(yè)均在集成環(huán)境開展相關(guān)設(shè)計(jì)工作，上下游專業(yè)的工程數(shù)據(jù)得到有效傳遞，保證數(shù)據(jù)的正確性和一致性。

SPI軟件集成設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了將儀表信息通過數(shù)據(jù)流從工藝專業(yè)自動傳遞到SPI進(jìn)行儀表設(shè)計(jì)，一定程度上減輕了配管專業(yè)建立儀表模型的工作量。而應(yīng)用DDP模塊，提高了儀表模型的精確性，可在設(shè)計(jì)階段有效避免碰撞問題，從而提高設(shè)計(jì)效率和設(shè)計(jì)質(zhì)量。

因此， 為了最大限度地消除各專業(yè)普遍存在數(shù)據(jù)重復(fù)錄入的情況，提高設(shè)計(jì)效率，對SPI軟件集成設(shè)計(jì)的開發(fā)還須不斷深入研究，結(jié)合工程項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)進(jìn)一步完善和提高，為儀表工程設(shè)計(jì)帶來更大的收益。