基于PDMS的配管自動化設想與研究

靳 嘉，劉 璇

（中國石油集團海洋工程有限公司工程設計院，北京 100028）

基于PDMS的配管自動化設想與研究

靳 嘉，劉 璇

（中國石油集團海洋工程有限公司工程設計院，北京 100028）

配管設計具有面寬、量大的特點，設計人員工作強度較大，目前所使用的PDMS軟件雖然能有效提高設計效率，但也有一定的局限性，文章討論了在PDMS平臺上進行二次開發(fā)以實現(xiàn)部分功能自動化的必要性和可行性，并討論了在管路布置和料單抽取方面進行功能擴充的基本思路。研究實踐表明，對PDMS進行二次開發(fā)能有效提高配管自動化程度，提高設計質(zhì)量和設計效率。

配管設計；自動化；PDMS軟件；二次開發(fā)

配管專業(yè)作為海洋平臺設計的后期專業(yè)具有工作量大和設計內(nèi)容繁瑣等特點。中國石油集團海洋工程有限公司工程設計院 （以下簡稱工程設計院）2008年引入PDMS軟件，配管設計進入三維仿真階段，對提高配管設計質(zhì)量和設計效率起到了良好的促進作用。但是，由于軟件開發(fā)商考慮到產(chǎn)品的通用性，在專業(yè)化程度上還有許多有待深入之處。不過，作為彌補，PDMS捆綁了用于功能擴展和二次開發(fā)的PML語言，這為提高計算機輔助配管設計的自動化程度提供了基本條件。

1 配管自動化的必要性與可行性

以冀東NP1-29項目為例，配管專業(yè)在詳細設計階段完成管道三維圖1 100多張，其中涉及到各種配管材料302種，共計11 633項，此外，配管設計還涉及到材料選擇、管壁計算、應力分析和加工設計等內(nèi)容，設計工作量非常大。同時，大量的工程實踐表明，配管設計具有很多內(nèi)在規(guī)律性，在進行料單統(tǒng)計和管理方面具有非常清晰的數(shù)據(jù)來源和統(tǒng)計方法，而且在管道設計的過程中有很多固定組合和重復操作，都可以通過計算機輔助完成，以降低設計人員的工作強度。

同時，工程設計院目前所使用的PDMS軟件內(nèi)嵌有用于二次開發(fā)的PML語言，該語言與PDMS無縫結(jié)合，既可以調(diào)用操作PDMS模型中的所有對象，也可以直接引用PDMS中的已有的功能模塊，還可以調(diào)用執(zhí)行其他語言編寫的可執(zhí)行程序。因此，使用PML語言和其他計算機語言編寫程序并在PDMS中調(diào)用執(zhí)行，將一些繁瑣的操作程序化從理論上講是完全可行的。

2 基本分析與構(gòu)想

配管設計主要工作內(nèi)容是根據(jù)工藝P&ID對管道進行合理連接、布置，并最終以管道三維圖和配管料單的形式體現(xiàn)設計成果。因此，本文主要從管路布置和料單生成兩個方面對配管自動化進行研究。

2.1 管道布置計算機輔助分析

管道走向布置一般應遵循以下幾個原則：符合P&ID工藝流程要求；方便維修、操作；經(jīng)濟實惠；兼顧美觀。因此，要實現(xiàn)配管自動化就要相應地從以下幾個方面著手：P&ID圖紙的讀取與識別；配管規(guī)定，經(jīng)驗做法和標準圖的邏輯化、程序化；最優(yōu)路徑的選擇。至于管路的美觀，則需通過后期調(diào)整優(yōu)化實現(xiàn)。

實際上，要實現(xiàn)管道完全自動布置是一件非常困難的事。絕大多數(shù)情況下，都需要經(jīng)驗豐富的配管工程師進行仔細地設計，反復調(diào)整優(yōu)化，才能達到較為合理的設計結(jié)果。目前，國際上三維設計軟件提供商所能做到的是根據(jù)P&ID圖紙對管道的設計情況進行檢查，查找是否有漏項、錯項。因此，本文僅將研究范圍限于局部功能自動化和輔助設計上。

一般來說，PDMS二次開發(fā)可以通過兩種方式來實現(xiàn)，一是通過使用PML語言編寫宏程序來調(diào)用PDMS內(nèi)部功能模塊，從而將繁瑣的操作過程自動化，提高工作效率，實現(xiàn) “模擬操作”，如坡管自動連接；二是將具有清晰邏輯過程的操作程序化，即編寫程序拓展PDMS功能，如高低點查找、管道重心計算、配管經(jīng)濟預算等。

2.2 配管料單自動生成分析

料單文件是配管設計的重要設計成果，主要用于配管材料的購買和施工申領。一般來說，配管料單中的每一條記錄描述都應指向一種獨一無二的配管材料。因此料單記錄中應包含有材料名稱、尺寸、磅級、端面形式、結(jié)構(gòu)形式、材質(zhì)描述、引用標準和數(shù)量等基本信息。其中，材料名稱、尺寸、磅級、數(shù)量都是PDMS模型中的基本信息，可以直接從模型中讀取。而端面形式、結(jié)構(gòu)形式、材料描述以及引用標準等信息一般可從閥門數(shù)據(jù)表或配管材料規(guī)格書中讀取。實際上，在創(chuàng)建PDMS元件庫時，即可為元件指定材料描述和詳細描述，詳細描述中可包含參考標準、端面形式、結(jié)構(gòu)形式等信息，因此，如果元件庫創(chuàng)建較為完善，配管料單所需所有信息都可以從PDMS中讀取到。

獲取到以上數(shù)據(jù)后，根據(jù)專業(yè)規(guī)范及質(zhì)量體系規(guī)定進行分類并有序?qū)懭胛募屑纯?，部分材料可以根?jù)現(xiàn)場情況及習慣做法在統(tǒng)計數(shù)量的基礎上，適當打取余量。

3 實踐研究

基于以上分析，工程設計院PDMS工作站從管道設計輔助工具和配管料單自動生成工具兩個方面進行了深入研究和具體實踐，先后開發(fā)了高低點自動查找、坡管自動連接、管道系統(tǒng)重心計算、配管經(jīng)濟概算、配管料單自動生成等輔助工具。本節(jié)將選其中幾個進行簡要介紹。

3.1 管道設計輔助工具

3.1.1 高低點自動查找工具

如果管道中出現(xiàn)高點或者低點，在試壓和生產(chǎn)過程中會造成積水或者氣塞，對調(diào)試、生產(chǎn)造成影響，因此，常常需要在高低點分別安裝高點放空和低點排放。由于海洋平臺上空間限制較大，管道繞彎的情況也較多，因此，常常需要逐根管道查找是否有高低點存在。實際上，利用PML語言可以方便地讀取到管道上每個管件的坐標值，因此完全可以通過程序判斷是否有高低點存在。而且，高點放空和低點排放都有制作標準圖，可以將其程序化，以實現(xiàn)自動連接。圖1為所編寫高低點自動處理程序的執(zhí)行情況。

3.1.2 坡管自動連接工具

在海洋平臺上，如開排系統(tǒng)等重力管道在設計、安裝時，都要求設置有一定的坡度。而在PDMS中坡管連接是比較困難的，需要比較繁瑣的操作過程。但是，坡管連接的操作流程非常固定，因此，可以使用PML語言逐步調(diào)用PDMS功能模塊來實現(xiàn)坡管連接，從而減少設計人員的勞動強度。程序執(zhí)行界面如圖2所示。

此外，工程設計院PDMS工作站還開發(fā)了管道重心計算程序性、配管經(jīng)濟概算程序，目前正處于調(diào)試修改階段，不再一一介紹。

3.2 標準料單自動生成

根據(jù)前面的分析，配管料單的生成過程主要是一個統(tǒng)料、分類匯總和文件寫入的過程。實際上，考慮到非專業(yè)人員閱讀料單的方便，還需要將從PDMS模型或數(shù)據(jù)表中讀取的數(shù)據(jù)進行轉(zhuǎn)化、完善，以通俗易懂的形式寫入料單。

由于閥門料單中所包含信息較多，PDMS模型和數(shù)據(jù)庫中信息不完善，部分信息需要從閥門數(shù)據(jù)表中讀取。在PDMS數(shù)據(jù)庫中，每一類閥門都具有獨一無二的閥門代號，根據(jù)這一代號可以在閥門數(shù)據(jù)表中檢索到該類閥門的全部信息，再加上從PDMS模型中統(tǒng)計出來的閥門數(shù)量，即可組成一套完整的閥門料單記錄。執(zhí)行框圖如圖3所示。

圖3 閥門料單信息提取框圖

對于一般的管件，由于所需的信息量相對較少，端面形式、結(jié)構(gòu)形式、材料描述以及引用標準等信息也都可以寫入元件庫的Detail Text和Material Text兩個屬性中，抽取料單時，直接從中讀取即可。

由于元件的Detail Text屬性中包含有多項信息，因此，抽取關鍵料單時的一項重要工作就是信息的分離和提取。需要注意的是，同一信息對于不同管件的具體表現(xiàn)形式可能不同，但卻屬于幾種固定的形式。因此，可以考慮使用正則表達式進行模糊識別。以壁厚為例，管道或管件的壁厚描述可能會以現(xiàn)厚度值或壁厚等級的形式出現(xiàn)，如4.5 mm、STD、SCH40、 XS、THK=5 mm等。使用如下正則表達式即可從Detail Text屬性中提取到不同形式的壁厚信息：

（SCH.?s?d{2,}w?）|（STD）|（XS）|（XXS）|（d{1,}.?d?mm）|（THK=d{1,}.?d?（mm）?）

如要提取閥門或者管道的參考標準信息，則可使用以下表達式：

（SCH.?s?d{2,}w?）|（STD）|（XS）|（XXS）|（d{1,}.?d?mm）|（THK=d{1,}.?d?（mm）?）

通過以上討論可知，各種閥門管件既具有一些基本的共同特征，也具有不同于其他管件獨特之處。為了便于處理，可采用面向?qū)ο蟮木幊趟枷脒M行處理。首先，將各種閥門、管件的共同特征概括抽象為一個母類，然后創(chuàng)建子類，分級繼承，逐級添加個體特性。

實際上，PML本身的數(shù)據(jù)處理能力有限，通常需要借助外部程序的協(xié)助才能完成整個抽料、統(tǒng)料、分類寫入料單以及打印存盤等整個工序。這里僅使用PML進行抽料操作并直接存盤，然后再編寫程序，讀取存盤數(shù)據(jù)，分類統(tǒng)計，寫入文件。程序執(zhí)行界面如圖4所示。

該料單自動生成程序是在PDMS 11.6 SP4、PML2和Visual Studio.Net 2008環(huán)境下編譯調(diào)試的。實際測試表明，該程序能明顯提高統(tǒng)料速度和精度。以NP1-29項目為例，詳細設計階段使用PDMS自帶統(tǒng)料程序進行統(tǒng)計，然后人工整理、分類，填寫料單文件，其中共有兩名成熟的配管設計人員參加，用時近4天。使用所編寫程序自動出料時，僅需要1名設計人員，大約10 min即可完成，同時避免了統(tǒng)料過程中低級錯誤的發(fā)生，提高了統(tǒng)料的準確性。

4 結(jié)論及展望

PDMS作為優(yōu)秀的三維工程設計軟件，在海洋工程行業(yè)應用廣泛，而且具有良好的可拓展性和二次開發(fā)性能。目前，工程設計院PDMS工作站先后開發(fā)了高低點處理、坡管自動連接、管道系統(tǒng)重心計算、配管經(jīng)濟概算、配管料單自動生成等程序。實際測試表明，這些應用程序能有效提高設計效率，降低設計人員勞動強度，具有良好的實用價值。同時也應看到，作為良好的信息化平臺，工程設計院對PDMS軟件的開發(fā)使用深度還不足，應繼續(xù)加強軟件的二次開發(fā)，充分發(fā)揮軟件優(yōu)勢，為設計院業(yè)務發(fā)展作出更多更大貢獻。

[1]張琳.VANTAGE PDMS 數(shù)據(jù)庫應用[J].科技創(chuàng)新導報，2009，（21）：13-14.

[2]朱春田.石油化工多專業(yè)三維協(xié)同設計與設計模式變革[J].石油化工設計，2006，（23）：3-6.

Study on Automatic Piping Design Based on PDMS Softrare

JIN Jia（Engineering Design Institute of China National Petroleum Offshore Engineering Co.,Ltd.,Beijing 100028， China）,LIU Xuan,HAN Yan-feng

Piping design is an onerous work in the detailed engineering of offshore platform.The introduction of 3D modeling software PDMS brings much convenience for the design work,but the generality consideration to the software makes it necessary to carry out customization and redevelopment on the software.This paper discusses the necessity and feasibility of secondary development based on software PDMS to realize partial function automatization and the basic thoughts about function expansion in piping layout and material list choosing.The study shows that the secondary development of PDMS can raise the automatic piping level,design quality and efficiency.

piping design;automatization;software PDMS;secondary development

TE951

B

1001－2206（2011）增刊－0052－03

靳 嘉 （1981-），男，天津人，工程師，2004年畢業(yè)于遼寧石油化工大學，現(xiàn)從事石油化工管道設計工作。

2011-08-23