海上平臺(tái)總圖設(shè)計(jì)智能軟件開發(fā)與應(yīng)用

陳紹凱， 朱海山， 李清平， 程 兵， 張子波， 靜玉曉， 謝金秋

(中海油研究總院, 北京 100028)

海上平臺(tái)總圖設(shè)計(jì)智能軟件開發(fā)與應(yīng)用

陳紹凱， 朱海山， 李清平， 程 兵， 張子波， 靜玉曉， 謝金秋

(中海油研究總院, 北京 100028)

該文在綜合研究、比較分析現(xiàn)行的海上平臺(tái)總圖設(shè)計(jì)規(guī)程、繪圖內(nèi)容和成果文件的基礎(chǔ)上，對(duì)總圖專業(yè)繪圖所需的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)按照用途和功能進(jìn)行了分類，并以功能類別、相應(yīng)的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)為依據(jù)，運(yùn)用C語言自主開發(fā)了海上平臺(tái)總圖設(shè)計(jì)智能繪圖及校驗(yàn)軟件。該軟件的研制實(shí)現(xiàn)了總圖專業(yè)部分工作由人工轉(zhuǎn)為智能，大大提高了工作效率和設(shè)計(jì)質(zhì)量，研究成果已成功應(yīng)用于多個(gè)前期研究項(xiàng)目的總圖設(shè)計(jì)，取得了良好的效果。

海上平臺(tái)；總圖設(shè)計(jì)；技術(shù)創(chuàng)新；智能繪圖；開發(fā)與應(yīng)用

0 引言

海洋油氣田開發(fā)工程前期研究階段的特點(diǎn)是：油田儲(chǔ)量及開發(fā)規(guī)模的不確定性導(dǎo)致開發(fā)工程方案變數(shù)多；需要開展對(duì)比研究的開發(fā)工程方案多；不同方案可能涉及的海上平臺(tái)、上部設(shè)施和水下設(shè)施的類型多、規(guī)格多、數(shù)量多。在海上油氣田開發(fā)工程項(xiàng)目前期研究階段，總圖專業(yè)需根據(jù)各個(gè)方案的設(shè)備表繪圖并標(biāo)注設(shè)備信息，隨著設(shè)計(jì)深度的逐漸深入，文件版次不斷升級(jí)，總圖專業(yè)還要根據(jù)設(shè)備表的變化對(duì)圖紙進(jìn)行校對(duì)修改[1]。

目前，這部分基礎(chǔ)繪圖工作主要依靠專業(yè)人員手工完成，因此校對(duì)工作繁瑣、工作量大，且易出現(xiàn)錯(cuò)漏和重復(fù)，導(dǎo)致圖面設(shè)計(jì)和工作效率很難滿足項(xiàng)目質(zhì)量和進(jìn)度要求，迫切需要能夠?qū)崿F(xiàn)總圖智能設(shè)計(jì)和繪制的軟件。

該文結(jié)合生產(chǎn)需求，自主開發(fā)出一款適用于海上油氣田開發(fā)工程方案研究的總圖設(shè)計(jì)智能繪圖及校驗(yàn)軟件，并從需求分析、軟件開發(fā)和應(yīng)用案例三方面對(duì)該軟件進(jìn)行論述。

1 海上平臺(tái)總圖設(shè)計(jì)智能軟件的需求分析

軟件開發(fā)是一項(xiàng)包括計(jì)劃、分析、設(shè)計(jì)、編碼實(shí)現(xiàn)、測(cè)試和維護(hù)在內(nèi)的系統(tǒng)工程[2]，其需求分析的任務(wù)是在充分了解現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，明確具體的目標(biāo)對(duì)象和相應(yīng)的用戶需求，并以此為基礎(chǔ)，設(shè)置各個(gè)目標(biāo)對(duì)象的功能和性能，完成對(duì)應(yīng)軟件模塊的編制，確定軟件設(shè)計(jì)的限制和軟件同其他系統(tǒng)的接口細(xì)節(jié)，定義軟件的其他有效性要求[3]。

經(jīng)分析，海上平臺(tái)總圖設(shè)計(jì)智能軟件的需求可分為基本需求、操作界面需求和成果文件需求三類。

1.1 基本需求

目前海上平臺(tái)總圖設(shè)計(jì)是根據(jù)機(jī)械、電氣、儀控等專業(yè)提供的設(shè)備表開展工作，設(shè)備表通常以EXCEL表格的格式給出，包括的基本信息有設(shè)備編號(hào)、名稱、數(shù)量、操作條件、外形尺寸、重量等，海上平臺(tái)設(shè)備表數(shù)據(jù)信息如圖1所示。

圖1 海上平臺(tái)設(shè)備表數(shù)據(jù)信息圖

根據(jù)功能先將設(shè)備分為泵、壓縮機(jī)、壓力容器、常壓容器、換熱設(shè)備、反應(yīng)塔、發(fā)電機(jī)和其它共八類，再按照設(shè)備的規(guī)格或用途進(jìn)行詳細(xì)區(qū)分，如泵分為離心泵、往復(fù)泵、螺桿泵等。在此基礎(chǔ)上，根據(jù)總圖繪制的需求，將該智能軟件基礎(chǔ)數(shù)據(jù)共分為六大類、二十一中類、六十八小類。這種分類方式清晰明了，數(shù)據(jù)導(dǎo)入方便，有利于快捷智能繪圖。經(jīng)過多次討論，并結(jié)合以往經(jīng)驗(yàn)，確定了各類數(shù)據(jù)的具體內(nèi)容、所在行列，形成了標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)表。

1.2 操作界面需求

為適應(yīng)總圖設(shè)計(jì)和校對(duì)的操作習(xí)慣，該軟件需采用簡(jiǎn)化顯示的交互式操作界面。由于總圖設(shè)計(jì)的設(shè)備繪制方法較為統(tǒng)一，設(shè)備示意圖形多為矩形、圓形或橢圓形，設(shè)備信息等文字內(nèi)容都集中在圖形中心，為使總圖專業(yè)設(shè)計(jì)成果文件更加規(guī)范美觀，結(jié)合文件出版方式，確定文字形式采用多行文字，圖面線型、線寬、字體、字高、格式等信息設(shè)置完全統(tǒng)一。

1.3 成果功能需求

該軟件需具備讀取EXCEL數(shù)據(jù)并實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)導(dǎo)入的功能，能提取設(shè)備表數(shù)據(jù)信息自動(dòng)進(jìn)行繪圖并標(biāo)注，并顯示執(zhí)行記錄情況。用戶可根據(jù)操作習(xí)慣自定義字體、字高、格式、行間距、文字顏色等參數(shù)，能自行刪除或增加需繪制的設(shè)備。當(dāng)文件版次升級(jí)，設(shè)備表數(shù)據(jù)信息發(fā)生變化后，軟件能校驗(yàn)不同版次信息并差異顯示，最終實(shí)現(xiàn)繪圖校驗(yàn)的智能化和文件成果的標(biāo)準(zhǔn)化。

2 海上平臺(tái)總圖設(shè)計(jì)智能軟件的開發(fā)

海上平臺(tái)總圖設(shè)計(jì)智能軟件開發(fā)的基本流程為：(1) 開發(fā)模型選擇；(2) 編程語言優(yōu)選；(3) 程序模塊編制；(4) 調(diào)試及應(yīng)用。

2.1 軟件開發(fā)模型選擇

該軟件研制可采用的開發(fā)模型有五種：邊做邊改模型、瀑布模型、增量模型、快速原型模型、螺旋模型，其定義及優(yōu)缺點(diǎn)見表1。

表1 軟件開發(fā)模型的定義及優(yōu)缺點(diǎn)

根據(jù)表1對(duì)開發(fā)模型從規(guī)劃性、整體性、難易度、開發(fā)效率、開發(fā)風(fēng)險(xiǎn)、用戶需求、可維護(hù)性等七個(gè)方面進(jìn)行綜合評(píng)估，最終確定采用瀑布模型作為該軟件的開發(fā)模型。

2.2 軟件編程語言優(yōu)選

提出Auto LISP、VBA、AutoCAD.NET三種開發(fā)方式，用于該軟件的研制，其優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比見表2。

表2 軟件編程語言的優(yōu)缺點(diǎn)

圖2 海上平臺(tái)總圖設(shè)計(jì)智能軟件系統(tǒng)流程圖

從簡(jiǎn)潔性、交互性、難易度、兼容性、開發(fā)效率、穩(wěn)定性、安全性等方面進(jìn)行評(píng)估，確定使用C語言進(jìn)行軟件開發(fā)，其優(yōu)點(diǎn)是完全面向?qū)ο?，在擁有與C語言相匹配的強(qiáng)大功能的同時(shí)，具有方便易用的特點(diǎn)，是較理想的AutoCAD二次開發(fā)工具。

2.3 程序模塊編制

圖2為軟件系統(tǒng)流程圖，程序可分為以下幾部分：

(1) 設(shè)備數(shù)據(jù)導(dǎo)入及讀取

使用ADO.NET連接設(shè)備表相關(guān)數(shù)據(jù)源，完成數(shù)據(jù)的讀取。在校驗(yàn)數(shù)據(jù)類型和判斷數(shù)據(jù)有效性后，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析篩選，將獲得的設(shè)備表數(shù)據(jù)批量導(dǎo)入到DWG數(shù)據(jù)庫中，并顯示在軟件設(shè)備數(shù)據(jù)表格中。

(2) 設(shè)備繪制

對(duì)需要繪制的設(shè)備進(jìn)行類型識(shí)別、數(shù)量統(tǒng)計(jì)和尺寸判斷，采用.NET API對(duì)DWG數(shù)據(jù)庫進(jìn)行直接讀寫操作，自動(dòng)完成設(shè)備的繪制。此部分還可設(shè)定繪圖參數(shù)，包括設(shè)備圖形顏色、字體大小、字體顏色和設(shè)備擺放間距。

(3) 設(shè)備信息標(biāo)注

利用模糊聚類分析方法，將智能繪制完成的設(shè)備圖形與其參數(shù)進(jìn)行聚類分析，確定設(shè)備參數(shù)的歸屬，在圖形上標(biāo)注出設(shè)備編號(hào)、名稱和尺寸信息。

(4) 設(shè)備智能校驗(yàn)

對(duì)導(dǎo)入的數(shù)據(jù)與圖中已存在的設(shè)備參數(shù)進(jìn)行智能校驗(yàn)，通過顏色設(shè)定給出圖形數(shù)據(jù)與設(shè)備表數(shù)據(jù)的差異并對(duì)比顯示。

(5) 提示錯(cuò)誤信息

后臺(tái)記錄軟件各步驟的操作，輸出執(zhí)行記錄，對(duì)用戶進(jìn)行錯(cuò)誤提示。

3 海上平臺(tái)總圖設(shè)計(jì)智能軟件的應(yīng)用

經(jīng)多次調(diào)試，軟件已應(yīng)用于多個(gè)實(shí)際生產(chǎn)項(xiàng)目中，以某氣田項(xiàng)目為例說明其應(yīng)用情況。該氣田項(xiàng)目包括四個(gè)井口平臺(tái)和兩個(gè)綜合處理平臺(tái)，共有各類設(shè)備1 021套，部分設(shè)備信息見表3，圖3是使用該軟件成功繪制的部分設(shè)備圖及參數(shù)。

表3 平臺(tái)部分設(shè)備參數(shù)

總圖設(shè)計(jì)應(yīng)用該智能軟件后，取得了良好的效果：

(1) 實(shí)現(xiàn)自動(dòng)繪圖，使總圖設(shè)計(jì)從單一人工操作變成智能化，繪圖成功率達(dá)100%。

(2) 完成全部繪圖工作只需15 min，若通過人工手動(dòng)繪圖估計(jì)需耗費(fèi)12 h，工作效率得以大幅提升，人力成本降低。

(3) 實(shí)現(xiàn)設(shè)備信息校對(duì)無紙化辦公，校驗(yàn)差錯(cuò)率降低到人工難以達(dá)到的零差錯(cuò)。

(4) 設(shè)定了統(tǒng)一的字體、字高、樣式、行間距、線型線寬、顏色，實(shí)現(xiàn)總圖設(shè)計(jì)成果文件的標(biāo)準(zhǔn)化和規(guī)范化。

(5) 設(shè)計(jì)成果可直接用于總圖布置和重量控制計(jì)算。

此外，該軟件不僅能用于固定平臺(tái)的總圖設(shè)計(jì)，也能用于浮式平臺(tái)的總圖設(shè)計(jì)，對(duì)于淺水開發(fā)項(xiàng)目和深水開發(fā)項(xiàng)目均能適用，具有良好的擴(kuò)展性與通用性。

圖3 軟件繪制的部分設(shè)備及參數(shù)顯示圖

4 結(jié)語

海上平臺(tái)總圖設(shè)計(jì)智能軟件的成功開發(fā)與應(yīng)用，改變了依靠設(shè)計(jì)人員手動(dòng)繪圖、校對(duì)效率低、人為因素大的現(xiàn)狀，實(shí)現(xiàn)總圖專業(yè)部分工作由人工轉(zhuǎn)為智能，使設(shè)計(jì)人員能將更多的時(shí)間放在設(shè)備設(shè)施的優(yōu)化布置上，提高了工作效率和設(shè)計(jì)質(zhì)量，加快了工作進(jìn)度，促進(jìn)了總圖設(shè)計(jì)成果的標(biāo)準(zhǔn)化。

[1] 《海洋石油工程設(shè)計(jì)指南》編委會(huì). 海洋石油工程設(shè)計(jì)概論與工藝設(shè)計(jì)[M]. 北京:石油工業(yè)出版社，2007.

[2] (英)Ian Sommerville著，程成等譯. 軟件工程[M]. 北京: 機(jī)械工業(yè)出版社， 2011.

[3] 孟亞輝. 淺談軟件項(xiàng)目開發(fā)過程中的需求分析[J]. 科技信息，2009，26(11): 43-44.

Technology Innovation of the General Layout Design of Offshore Platform and the Intelligent Software Development and Application

CHEN Shao-kai, ZHU Hai-shan, LI Qing-ping, CHENG Bing,ZHANG Zi-bo, JING Yu-xiao, XIE Jin-qiu

(CNOOC Research Institute, Beijing 100028, China)

Based on studying, comparing and analyzing the current design codes, the drawing contents and the result files of the general layout design of the offshore platform, the basic drawing data were categorized according to the purpose and function, and an intelligent drawing and checking software of the new design technology was autonomously developed by using C language. With the successful development of the software, the general layout design has realized the intelligent along with the improvement of design efficiency and quality. The software has been successfully applied in the general layout design for several previous study projects with achieving good effects, and the standardization of design results has been further promoted along with carrying out the technology innovation.

offshore platform; general layout design; technology innovation; intelligent drawing; development and application

2015-03-22

國(guó)家科技重大專項(xiàng)“深水流動(dòng)安全保障與水合物風(fēng)險(xiǎn)控制技術(shù)”(2011ZX05026-004)。

陳紹凱(1983-)，男，碩士研究生。

1001-4500(2015)05-0068-06

P75

A