數(shù)字化集成的儀表設(shè)計與實踐

車榮杰

(中石化石油工程設(shè)計有限公司 山東 東營 257026)

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數(shù)字化集成的儀表設(shè)計與實踐

車榮杰

(中石化石油工程設(shè)計有限公司 山東 東營 257026)

摘要：數(shù)字化集成設(shè)計是國際上較先進(jìn)的設(shè)計方式，但為了與原有設(shè)計方式有效銜接，仍需要進(jìn)行二次開發(fā)。闡述了Intergraph公司的數(shù)字化集成設(shè)計環(huán)境，詳細(xì)介紹了儀表專業(yè)在集成環(huán)境中的數(shù)據(jù)流向。針對儀表專業(yè)的數(shù)據(jù)核心，對智能儀表數(shù)據(jù)表進(jìn)行了二次開發(fā)。結(jié)合某海上采修一體化平臺的集成設(shè)計案例，闡明了儀表專業(yè)的數(shù)字化集成設(shè)計方式具有極大的應(yīng)用價值。

關(guān)鍵詞：數(shù)字化集成設(shè)計數(shù)據(jù)流數(shù)據(jù)字段海上采修一體化平臺

Design and Implementation of Digital Integrated Engineering of Instrument

Che Rongjie

(Sinopec Petroleum Engineering Corporation, Dongying, 257026, China)

Abstracts: Digital integrated engineering design is an advanced design method in the world. Secondary development is still needed to connect with the original design mode efficiently. Intergraph company’s digital integrated engineering environment is expounded. Data flow of instrument specialty in integrated environment is introduced in detail. Aiming at data core of instrument specialty, the intelligent instrument data sheets are secondary redeveloped. It is expounded that digital integrated design mode is of great application value with combination of an integrated engineering case of one certain offshore platform.

Key words:digital integrated engineering design; data flow; data field; offshore platform

1基于Foundation平臺的數(shù)字化集成設(shè)計

1.1Foundation平臺簡介

隨著信息技術(shù)的迅猛發(fā)展，在設(shè)計領(lǐng)域，單一的設(shè)計方式已不能滿足發(fā)展的需求；設(shè)計文件的交付也不再是簡單的報表圖紙文件，而是富含設(shè)計信息的數(shù)字化模型交付。在此背景下，各專業(yè)在同樣的設(shè)計環(huán)境中開展數(shù)字化集成設(shè)計是大勢所趨。SmartPlant(SP)系列軟件是一套完整的工程用設(shè)計集成軟件，用戶可以進(jìn)行工程設(shè)計和項目管理。國內(nèi)的工程公司、設(shè)計院，為了與國際接軌和參與國外設(shè)計[1-2]，多采用集成設(shè)計軟件進(jìn)行工程設(shè)計。

依托Intergraph公司的產(chǎn)品，以SP Foundation(SPF)作為各專業(yè)設(shè)計軟件的集成平臺。以SP P&ID軟件為龍頭，集SP Electrical，SP Instrumentation(SPI)，SP 3D，SP Review等為一體的數(shù)據(jù)集成系統(tǒng)，實現(xiàn)了工藝、配管、電力、儀表等專業(yè)的數(shù)據(jù)共享。結(jié)合SP Process Safety，SP Materials，SP Construction等前后端設(shè)計軟件，成為集設(shè)計、采購與施工管理為一體的集成化工程信息管理平臺，如圖1所示。SPF的功能包括設(shè)計集成和信息管理(文檔和工程數(shù)據(jù))，并通過流程管理功能來實現(xiàn)對設(shè)計過程的管控以及給業(yè)主的數(shù)據(jù)移交。

1.2設(shè)計方式對比

SP系列集成設(shè)計軟件是基于數(shù)據(jù)庫的應(yīng)用軟件，選用Oracle或者M(jìn)S SQL關(guān)系數(shù)據(jù)庫作為底層的數(shù)據(jù)平臺[3]。在SP系列集成軟件中，幾乎所有的對象(包括設(shè)備、管道、儀表等)都對應(yīng)一系列的物理尺寸、工藝參數(shù)等多種數(shù)據(jù)信息。圖形信息與數(shù)據(jù)的緊密結(jié)合，是對傳統(tǒng)設(shè)計方式的革命性變革。基于數(shù)據(jù)的設(shè)計，不僅真正實現(xiàn)了不同使用者之間的數(shù)據(jù)同步和共享，而且為后續(xù)的信息查詢、修改、報表的自動生成和材料的自動統(tǒng)計建立了良好的基礎(chǔ)。

圖1　基于Foundation平臺的集成設(shè)計軟件應(yīng)用架構(gòu)示意

傳統(tǒng)的工程設(shè)計方式中，使用最多的是AutoCAD和Excel，它們生成的圖紙文件存放在每個設(shè)計人員的電腦中，索引、維護(hù)等工作都存在一定的難度。傳統(tǒng)設(shè)計方式與集成方式進(jìn)行設(shè)計的對比見表1所列。

同時集成系統(tǒng)為采購提供了準(zhǔn)確、詳實的資料，節(jié)省了采購成本；在施工方面，減少了錯、漏、碰、缺的處理，縮短了施工周期。

表1　傳統(tǒng)設(shè)計方式與數(shù)字化集成設(shè)計方式的對比

2儀表專業(yè)SPI在集成環(huán)境中的二次開發(fā)

2.1數(shù)據(jù)流向及集成設(shè)計文件

基于Foundation平臺的集成設(shè)計方式在各方面都有著顯著優(yōu)勢，但為了實現(xiàn)與原有設(shè)計要求的銜接，仍需做一些二次開發(fā)。筆者在集成環(huán)境二次開發(fā)過程中建立的以SPI為參照的主要數(shù)據(jù)流如圖2所示，圖中箭頭所示數(shù)據(jù)流均通過SPF集成平臺發(fā)布與接收。

在集成設(shè)計環(huán)境中，SPI通過Foundation集成平臺可以完成與其他主要專業(yè)間的互提資料。SPI可以接收工藝專業(yè)SP P&ID的設(shè)備、管道、儀表位號數(shù)據(jù)以及工藝參數(shù)等；可以向三維設(shè)計軟件SP 3D發(fā)布在線儀表的外形尺寸數(shù)據(jù)，傳遞橋架和電纜庫數(shù)據(jù)，同時可以從SP 3D模型中導(dǎo)出準(zhǔn)確的電纜長度。上述數(shù)據(jù)流的作用是傳遞集成所需信息，保證數(shù)據(jù)的共享性和一致性，解決了傳統(tǒng)設(shè)計方式中重復(fù)錄入和專業(yè)接口不清等問題。數(shù)據(jù)流在軟件集成方式下的工作流，也約束了專業(yè)間的接口行為，徹底避免了人為因素的干擾，保證了設(shè)計工作的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范。

利用SPI進(jìn)行儀表設(shè)計，可以輸出80%以上的設(shè)計文件。而儀表專業(yè)在SP 3D中可以進(jìn)行儀表設(shè)備的三維建模，架設(shè)儀表橋架，敷設(shè)儀表電纜，同時可以抽取詳實的儀表材料表。這樣利用SP系列集成軟件進(jìn)行工程設(shè)計的覆蓋度就可以達(dá)到90%以上，SP 3D輸出設(shè)計文件如圖3所示。另外，通過SP系列集成設(shè)計軟件可以把所有輸出設(shè)計文件結(jié)合起來，每當(dāng)修改一類圖紙，其他相關(guān)圖紙會自動做到相應(yīng)修改，真正實現(xiàn)了設(shè)計上的規(guī)范性、正確性和高效性。

圖2　SPI與其他集成軟件間的數(shù)據(jù)流向示意

圖3　儀表專業(yè)SP 3D主要工作及輸出設(shè)計文件示意

2.2智能數(shù)據(jù)表的二次開發(fā)

既然是數(shù)據(jù)設(shè)計，在SPI內(nèi)部也有自身數(shù)據(jù)的流向，SPI的Specification模塊就是數(shù)據(jù)的“集散地”。各種工藝參數(shù)、儀表數(shù)據(jù)、采購信息等都可以在Specification模塊中完成。所以進(jìn)行數(shù)字化集成設(shè)計，對儀表專業(yè)的SPI來說，做好Specification模塊智能數(shù)據(jù)表的二次開發(fā)，使其更加友好顯得尤為重要。

SPI中的字段標(biāo)題和數(shù)據(jù)字段都可以客戶化，在整個二次開發(fā)過程中，耗時最多的是自定義字段(spec_udf)的規(guī)劃。由于spec_udf字段數(shù)量有1 400多個，這些自定義字段又可以用于所有的數(shù)據(jù)表，因而如何規(guī)劃這些自定義字段，成為二次開發(fā)工作中的重要任務(wù)。筆者在分配自定義字段時主要遵循以下兩個原則： 參考字段長度，對長內(nèi)容項分配1個較長的字段長度，反之亦然；針對spec_udf的定義，將spec_udf分為兩部分： 通用項，例如儀表精度、本體材質(zhì)等；針對各種儀表類型的特有選項。

InfoMaker是一款功能強(qiáng)大的報告和數(shù)據(jù)維護(hù)工具。在以圖形方式創(chuàng)建報告和其他對象時，InfoMaker在后臺創(chuàng)建所有的SQL語句。InfoMaker對于報表的處理功能十分強(qiáng)大，用戶可以通過InfoMaker添加“View”的方式，添加用戶所需的數(shù)據(jù)字段。例如，若在調(diào)節(jié)閥數(shù)據(jù)表中添加一個“wall_thick”(壁厚)的數(shù)據(jù)字段，可以在SPI的數(shù)據(jù)字典中，查找到“wall_thick”字段所在表單“l(fā)ine”，通過域管理員賬戶連接好數(shù)據(jù)庫，建立一個新的View，在“select tables”中選擇所需表單(“component”和“l(fā)ine”)，通過這兩個表單的“id”重新建立鏈接，在“l(fā)ine”表單中選擇字段“wall_thick”，同時在“component”表單中務(wù)必選中用于索引的字段“cmpnt_id”，便可制作包含“wall_thick”字段的View。

對數(shù)據(jù)字段重新規(guī)劃，可以使所有的工藝參數(shù)、儀表參數(shù)在各種儀表類型的數(shù)據(jù)表中都能找到對應(yīng)數(shù)據(jù)。這樣在輸出儀表的報表時就可以提取相應(yīng)的字段，生成“設(shè)備表”、“材料表”、“儀表索引表”、“監(jiān)控數(shù)據(jù)表”等設(shè)計文件。所有數(shù)據(jù)的提取都來源于同一個數(shù)據(jù)庫，這樣就可以避免在不同的設(shè)計文件中出現(xiàn)諸如“儀表數(shù)量不一”、“閥門口徑不同”等低級的設(shè)計錯誤產(chǎn)生，同時基于數(shù)據(jù)庫方便快捷的數(shù)據(jù)管理，也大幅提高了設(shè)計效率。

3實際項目應(yīng)用

某海上采修一體化平臺主甲板采用六腿導(dǎo)管架結(jié)構(gòu)，主甲板分為2層。頂層是修井作業(yè)甲板，底層是生產(chǎn)甲板，底層甲板下側(cè)建有工作甲板。

在集成設(shè)計過程中，對儀表專業(yè)來說，首先通過Foundation平臺接收項目工廠結(jié)構(gòu)(Plant/Area/Unit)，然后接收來自于SP P&ID的數(shù)據(jù)。待儀表專業(yè)將這部分?jǐn)?shù)據(jù)校核，并做完相應(yīng)的儀表設(shè)計后可以將修改信息重新發(fā)布，返回給SP P&ID。這些數(shù)據(jù)通過Foundation平臺進(jìn)行傳遞，大幅減少了儀表專業(yè)的工作量，同時保證了數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

結(jié)合工藝數(shù)據(jù)和儀表專業(yè)前期的儀表索引(Index模塊)數(shù)據(jù)，儀表專業(yè)可以在SPI中開展相應(yīng)的設(shè)計工作，主要包括： 儀表計算模塊、規(guī)格書模塊、接線模塊和安裝圖模塊的工作。通過計算模塊進(jìn)行控制閥、孔板的相關(guān)計算；規(guī)格書模塊是整個儀表數(shù)據(jù)的核心，文中已經(jīng)詳細(xì)介紹了規(guī)格書模塊的二次開發(fā)工作。在該項目中，利用二次開發(fā)后的智能數(shù)據(jù)表，筆者先后抽取了儀表專業(yè)的“設(shè)備表”、“儀表索引表”、“監(jiān)控數(shù)據(jù)表”等相關(guān)設(shè)計文件；接線模塊可以完成從現(xiàn)場儀表到控制室機(jī)柜端所有的信號連接；安裝圖模塊可以生成儀表設(shè)備的典型安裝圖，同時在每個安裝圖中均包含具體的安裝材料和關(guān)聯(lián)的儀表位號信息等，這些信息對后期指導(dǎo)施工具有極其重要的意義。

在SPI與SP 3D之間，儀表專業(yè)將在線儀表的三維尺寸數(shù)據(jù)(DDP)發(fā)布給SP 3D，向SP 3D中導(dǎo)入橋架和電纜數(shù)據(jù)庫后，在SP 3D中就可以完成橋架、支吊架的布置以及儀表電纜的敷設(shè)，最后從SP 3D中導(dǎo)出電纜長度數(shù)據(jù)等，從而可以生成長度準(zhǔn)確的“儀表電纜表”。經(jīng)過三維布置后的儀表材料統(tǒng)計更加準(zhǔn)確，可以節(jié)省一定的工程成本。

在集成設(shè)計過程中，儀表專業(yè)也需要進(jìn)行三維建模，主要是搭建儀表設(shè)備模型(含儀表、控制室設(shè)備布置、火氣探頭、接線箱布置等)、布置橋架(含支吊架等)、進(jìn)行電纜敷設(shè)等。需要說明的是，在SP 3D中通過合理布置橋架和穿線管，定義好電纜起始端設(shè)備后，可以實現(xiàn)電纜的自動敷設(shè)。這種全三維數(shù)據(jù)模型的設(shè)計方式，使得投資成本降低，后期的施工周期也大幅縮短。

在該項目中，儀表設(shè)計人員通過數(shù)字化集成設(shè)計方式，使工程實際與工作流程相結(jié)合，把設(shè)計工作的重點放在了設(shè)計數(shù)據(jù)自身，在數(shù)據(jù)模型的基礎(chǔ)上生成各種圖紙和報告。整個項目不但提升了設(shè)計質(zhì)量和設(shè)計深度，而且節(jié)省了工程成本達(dá)到20%以上，可以看出數(shù)字化集成設(shè)計方式具有很高的應(yīng)用推廣價值。

4結(jié)束語

隨著工程設(shè)計水平的不斷提高，工程設(shè)計軟件的應(yīng)用得到了越來越多的重視，與此同時對工程設(shè)計人員也提出了更高的要求?；贔oundation平臺的鷹圖系列數(shù)字化集成設(shè)計軟件作為當(dāng)今應(yīng)用最廣泛的集成設(shè)計手段，通過一系列實際項目的檢驗，可以看出在提高設(shè)計效率和提升設(shè)計質(zhì)量方面具有較大的優(yōu)勢，在未來的設(shè)計中也將發(fā)揮日趨重要的作用。

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中圖分類號：TP311.52

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

文章編號：1007-7324(2016)01-0050-04

作者簡介：車榮杰(1984—)，男，山東莒縣人，2009年畢業(yè)于中國石油大學(xué)(華東)控制理論與控制工程專業(yè)，獲碩士學(xué)位，現(xiàn)就職于中石化石油工程設(shè)計有限公司，從事儀表專業(yè)數(shù)字化集成設(shè)計工作，任工程師。

稿件收到日期： 2015-09-14，修改稿收到日期： 2015-11-26。