COMOS和PDMS在鉀鹽加工裝置建設(shè)過程中的應(yīng)用

侯元昇，王 韌，魏 晨

(青海鹽湖工業(yè)股份有限公司， 青海 格爾木 816000)

1 前言

鉀鹽生產(chǎn)裝置的建設(shè)是一個非常復(fù)雜的過程，包括項目策劃、工程設(shè)計和工程施工、生產(chǎn)運營等階段[1]。在實際的建設(shè)項目中，首先設(shè)計單位需要進(jìn)行多專業(yè)設(shè)計，對于多個設(shè)計單位參與的項目還要進(jìn)行不同設(shè)計單位間異地協(xié)同設(shè)計，同時在設(shè)計或施工過程中，業(yè)主單位可能多次提出新的需求和變更要求進(jìn)行修改，甚至在施工現(xiàn)場，業(yè)主可能還會直接向施工單位提出修改要求,這些過程導(dǎo)致修改次數(shù)多、涉及專業(yè)多以及人為原因?qū)е率┕と藛T不清楚圖紙的最新版本, 專業(yè)之間的銜接不對應(yīng)、設(shè)備的屬性數(shù)據(jù)不一致等現(xiàn)象，給施工帶來比較大的困難和風(fēng)險?；诖?，需使各專業(yè)或單位間實現(xiàn)工程數(shù)據(jù)實時共享，協(xié)同工作。文章針對鉀鹽生產(chǎn)裝置建設(shè)中出現(xiàn)的工程數(shù)據(jù)信息孤島問題，提出基于COMOS和PDMS軟件定制數(shù)字化設(shè)計平臺，介紹數(shù)字化設(shè)計平臺應(yīng)用及效果，為鉀鹽生產(chǎn)裝置的建設(shè)提供參考。

2 數(shù)字化設(shè)計平臺軟件介紹

方案所使用的軟件是COMOS與PDMS，兩款軟件的介紹如下：

COMOS是二維協(xié)同設(shè)計平臺，包含F(xiàn)EED模塊用于智能工藝流程(PFD，下同)設(shè)計、P&ID模塊用于智能管道儀表設(shè)計，E&IC模塊用于電氣儀表設(shè)計，COMOS利用先進(jìn)的面向?qū)ο蟮募夹g(shù)，所有的設(shè)計模塊都基于同一個平臺(Platform)，從而所有的專業(yè)都在同一個平臺設(shè)計上工作，各專業(yè)所有的工程數(shù)據(jù)都在同一個數(shù)據(jù)庫中，利用COMOS能夠生成工藝專業(yè)所需的PFD圖紙、物料平衡表、設(shè)備數(shù)據(jù)表、PID圖紙、管道一覽表、設(shè)備及管件一覽表等成果文件，儀表專業(yè)所需的儀表索引表、規(guī)格書、安裝圖、接線圖、端子圖和IO清單等成果文件，電氣專業(yè)所需的符合一覽表、一次單線圖和二次原理圖等成果文件，設(shè)備專業(yè)所需的機械數(shù)據(jù)表和工程圖等成果文件。COMOS協(xié)同設(shè)計原理見圖1。

圖1 COMOS 基于同一數(shù)據(jù)庫的協(xié)同設(shè)計

PDMS是三維協(xié)同設(shè)計平臺，是以配管為主體專業(yè)的多專業(yè)協(xié)同工廠設(shè)計系統(tǒng)，在設(shè)計過程中配管、給排水、設(shè)備、結(jié)構(gòu)、土建、暖通、電氣、儀表等均在PDMS設(shè)計環(huán)境中建立三維外形實體模型參與三維設(shè)計，從而實現(xiàn)管道與管道之間、管道與鋼結(jié)構(gòu)之間、樓板開孔與設(shè)備之間、給排水管道與基礎(chǔ)之間、儀表橋架與管道之間等的協(xié)同設(shè)計，解決了如管道系統(tǒng)之間、各專業(yè)之間、土建基礎(chǔ)條件的校驗、分區(qū)管道的鏈接等設(shè)計問題[2]，極大提高設(shè)計質(zhì)量，生成管道平面布局圖、管道軸測圖、管口方位圖、管道材料表、管道支吊架一覽表等成果文件。PDMS三維協(xié)同設(shè)計平臺原理見圖2。

圖2 PDMS 三維協(xié)同設(shè)計平臺原理圖

3 數(shù)字化協(xié)同設(shè)計平臺技術(shù)及應(yīng)用

3.1 二維協(xié)同設(shè)計

鉀鹽生產(chǎn)裝置的二維設(shè)計是以工藝為龍頭，工藝過程包括篩分破碎、結(jié)晶、浮選、干燥等過程，圍繞著鉀鹽生產(chǎn)工藝要求下游專業(yè)如儀表、電氣、設(shè)備管道等專業(yè)針對本專業(yè)對象進(jìn)行詳細(xì)的設(shè)計，提交本專業(yè)的設(shè)計成果文件，為鉀鹽生產(chǎn)裝置建設(shè)過程中的采購和施工提供依據(jù)。 在傳統(tǒng)的鉀鹽生產(chǎn)裝置設(shè)計過程中，各專業(yè)都有自己的設(shè)計工具，錄入上游專業(yè)的數(shù)據(jù)，進(jìn)行本專業(yè)的設(shè)計工作，數(shù)據(jù)的重復(fù)錄入存在著大量校驗工作，使設(shè)計人員無法專注于設(shè)計的創(chuàng)新上[3],上游專業(yè)數(shù)據(jù)變化時，由于專業(yè)間信息孤島，下游專業(yè)可能沒有及時更新，導(dǎo)致下游專業(yè)基于錯誤的數(shù)據(jù)進(jìn)行設(shè)計，為后面的采購和施工工作帶來了極大的困難和隱患。為解決上述問題，文章選用COMOS軟件并基于此平臺進(jìn)行二次開發(fā)實現(xiàn)鉀鹽生產(chǎn)裝置的二維協(xié)同設(shè)計。

首先，工藝專業(yè)在COMOS二維設(shè)計平臺中繪制智能P&ID圖紙，COMOS P&ID繪制簡單邏輯清晰，圖例智能切換且能批量修改[4-7],是一款優(yōu)秀的工程繪圖軟件。P&ID是鉀鹽生產(chǎn)裝置工程設(shè)計的核心，是工程設(shè)計最重要的一環(huán)，在實際的經(jīng)驗中，圖面看上去不錯的圖紙，其管道分段邏輯、對象鏈接邏輯都可能存在問題，這樣導(dǎo)致無法生成正確的管線一覽表，在下游專業(yè)的數(shù)據(jù)傳遞中也會發(fā)生錯誤。為了實現(xiàn)PI&D圖形和邏輯的統(tǒng)一，文章基于COMOS進(jìn)行二次開發(fā)，把鉀鹽生產(chǎn)工藝PI&D設(shè)計的知識集成到系統(tǒng)中，形成知識庫，及時提醒在PI&D設(shè)計過程中出現(xiàn)的邏輯問題，形成智能PI&D協(xié)助設(shè)計功能，相關(guān)的功能介紹如下：

(1)實時在線幫助功能。實時在線幫助功能是指在鉀鹽生產(chǎn)裝置工程設(shè)計過程中，當(dāng)設(shè)計人員不知道怎么做或想知道常規(guī)的經(jīng)驗是怎么做時，選中某變量或?qū)ο?，按F1鍵會彈出關(guān)于目前設(shè)計相關(guān)的實時在線幫助文檔，工程師可以從中獲取相關(guān)的設(shè)計規(guī)定、規(guī)范、建議等信息，協(xié)助完成工程設(shè)計。

(2)動態(tài)校驗功能。動態(tài)校驗功能是在工程師在設(shè)計的過程中出現(xiàn)嚴(yán)重錯誤時，動態(tài)彈出提示信息，提醒工程師修改錯誤，以避免工藝設(shè)計中出現(xiàn)更大的偏差。例如管殼式換熱器的總體長度一般要大于2.5 m，當(dāng)前用戶填寫的值小于2.5 m時，會彈出提示框。

(3)圖紙可視化警示功能。圖紙可視化警示功能展現(xiàn)包含兩部分內(nèi)容，其一是圖紙文本可視化警示功能，指的是在繪制PI&D圖紙時，當(dāng)某根管線或某臺設(shè)備的設(shè)計與知識庫約束相違背時，會在圖紙上以文字的方式進(jìn)行提示，只有在工程師修改正確后，文字才自動消失；其二是圖紙繪圖元素的可視化警示功能，指在繪制PID圖紙時，當(dāng)某根管線或某臺設(shè)備發(fā)生與知識庫條件中的約束相違背，或到達(dá)邊界條件時，可以通過對管線或設(shè)備的設(shè)置不同的顏色，來顯示錯誤的類型，或處理的程度。

(4)全局邏輯分析功能。全局邏輯分析功能指的是在完成 PI&D 設(shè)計后，對鉀鹽生產(chǎn)整個裝置或單元的管線或者設(shè)備進(jìn)行統(tǒng)一檢查，查看是否存在錯誤，或者是否存在超過約束條件的警告，管線或設(shè)備的狀態(tài)校驗通過事先規(guī)定好各種狀態(tài)的顏色來顯示。全局邏輯分析系統(tǒng)能夠幫助用戶批量查錯，提高校驗效率，能夠確保工程設(shè)計中整個裝置或單元對象全部符合設(shè)計知識庫要求，為工程設(shè)計質(zhì)量提供有力的保障。

然后在工藝專業(yè)完成P&ID設(shè)計后，把相關(guān)的工藝條件提交給鉀鹽生產(chǎn)裝置工程設(shè)計相關(guān)的下游專 業(yè)，COMOS平臺的一大優(yōu)勢是在同一個平臺中包含工藝、儀表、電氣和設(shè)備等專業(yè)的設(shè)計模塊，各模塊可以相互獨立工作，互不干擾[8-10]。文章基于COMOS平臺進(jìn)行二次開發(fā)，使鉀鹽生產(chǎn)裝置工程設(shè)計相關(guān)的各個專業(yè)之間數(shù)據(jù)根據(jù)設(shè)計順序進(jìn)行映射，實現(xiàn)上下游專業(yè)的數(shù)據(jù)最佳鏈接，相關(guān)的定制工作如下：

①定制各專業(yè)工作界面。在鉀鹽生產(chǎn)裝置中同一個工程對象，根據(jù)各參與專業(yè)的工作習(xí)慣定制本專業(yè)的可視化工作界面，各專業(yè)都在自己熟悉的界面上進(jìn)行數(shù)據(jù)的錄入和設(shè)計工作，提高工作效率，例如在結(jié)晶設(shè)備下工藝專業(yè)和設(shè)備專業(yè)根據(jù)自己的習(xí)慣定制本專業(yè)的設(shè)計操作界面，各專業(yè)都在本專業(yè)的界面上工作。

②數(shù)據(jù)權(quán)限控制。為了防止各專業(yè)在協(xié)同設(shè)計工作的過程中，可能會修改其他專業(yè)的數(shù)據(jù)，對每個數(shù)據(jù)進(jìn)行工作域控 制，每個專業(yè)只對自己專業(yè)的數(shù)據(jù)編輯權(quán)限，對別的專業(yè)的數(shù)據(jù)只有可讀權(quán)限，例如結(jié)晶設(shè)備的上的工藝數(shù)據(jù)只有工藝專業(yè)有編輯權(quán)限，其他專業(yè)只有只讀權(quán)限，反之亦然。

③數(shù)據(jù)自動鏈接和傳遞。數(shù)據(jù)自動鏈接和傳遞包含工程對象和專業(yè)間的數(shù)據(jù)鏈接和傳遞，保證同一個數(shù)據(jù)只錄入一次，就能在與之相關(guān)的工程對象和專業(yè)間流轉(zhuǎn)，使同一個數(shù)據(jù)只有一個數(shù)據(jù)源。對象間的數(shù)據(jù)鏈接和傳遞指管道與閥門或者儀表等工程對象之間的數(shù)據(jù)的鏈接和傳遞，只要填寫管道數(shù)據(jù)，根據(jù)PI&D的鏈接邏輯，與管道相連的閥門、管件或者儀表就能自動獲取管道的相關(guān)的數(shù)據(jù)；專業(yè)間的數(shù)據(jù)鏈接和傳遞指的是根據(jù)相關(guān)專業(yè)參與設(shè)計的順序，下游專業(yè)鏈接上游專業(yè)的數(shù)據(jù)，使上游專業(yè)的數(shù)據(jù)自動傳遞到下游專業(yè)，同時定制提醒功能，當(dāng)上游專業(yè)的相關(guān)數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)變化時，會以高亮的方式提醒下游專業(yè)，保證專業(yè)間的數(shù)據(jù)一致。

根據(jù)上述專業(yè)間協(xié)同設(shè)計功能，打破了COMOS平臺各設(shè)計模塊之間的數(shù)據(jù)壁壘，使鉀鹽生產(chǎn)裝置工程設(shè)計中各專業(yè)在同一平臺完成自己專業(yè)的工作，無需上游專業(yè)條件的提交和下游專業(yè)數(shù)據(jù)的反復(fù)錄入，極大提高了設(shè)計的效率和質(zhì)量。

3.2 三維設(shè)計及二、三維協(xié)同設(shè)計

鉀鹽生產(chǎn)裝置工程設(shè)計過程中 PDMS 三維模型設(shè)計根據(jù)工藝 P&ID 的邏輯進(jìn)行，通過三維設(shè)計平臺準(zhǔn)確而又及時地接受和反饋各參與專業(yè)條件，使得專業(yè)間設(shè)計的不合理或者碰撞及早發(fā)現(xiàn)，及時更正，通過三維模型的設(shè)計可以直觀定位各類儀表的安裝位置、檢修空間是否合理等。PDMS 三維工廠設(shè)計是基于數(shù)據(jù)庫的智能設(shè)計系統(tǒng)，一旦在系統(tǒng)完成三維設(shè)計，就可以自動抽取管道平面布局圖、管道軸測圖、管口方位圖、管道材料表、管道支吊架一覽表等成果文件，支持鉀鹽生產(chǎn)裝置建設(shè)的采購和現(xiàn)場施工，現(xiàn)場施工發(fā)現(xiàn)的問題，也可以在三維模型中進(jìn)行模擬和修正，重新導(dǎo)出成果文件指導(dǎo)施工，減少現(xiàn)場施工出現(xiàn)的錯誤或者材料浪費等問題。

COMOS與PDMS已經(jīng)有數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)遞接口，支持二、三維設(shè)計之間數(shù)據(jù)的傳遞，為了實現(xiàn)在鉀鹽生產(chǎn)裝置工程設(shè)計的二、三維協(xié)同設(shè)計，基于此接口做二次開發(fā)，完善此二、三維設(shè)計接口的功能，實現(xiàn)如下功能：(1)實現(xiàn)設(shè)計對象位號校驗及匹配；(2)對象的屬性校驗；(3)管線From/To 校驗；(4)管線管段和管件數(shù)量的校驗；(5)管線鏈接拓?fù)涔芫€的校驗。

使COMOS內(nèi)創(chuàng)建的任何工程設(shè)計數(shù)據(jù)都可以在最優(yōu)狀態(tài)下與PDMS 3D模型實現(xiàn)同步，讓參與設(shè)計的相關(guān)專業(yè)可以輕松檢查到任何不一致數(shù)據(jù)，這樣就避免了耗時長久的核查工作并降低了出錯可能性。 COMOS和PDMS二、三維協(xié)同設(shè)計方案見圖3。

圖3 COMOS與PDMS二三維協(xié)同設(shè)計方案

3.3 數(shù)字化設(shè)計平臺的應(yīng)用

在某鉀鹽生產(chǎn)裝置建設(shè)項目中，應(yīng)用上述數(shù)字化設(shè)計平臺進(jìn)行二、三維協(xié)同設(shè)計，在此建設(shè)項目中參與設(shè)計的主工藝和電氣儀表設(shè)計由兩家設(shè)計單位承擔(dān)，需要進(jìn)行專業(yè)間異地協(xié)同設(shè)計，項目工程數(shù)據(jù)中心服務(wù)器部署在主工藝設(shè)計單位，采用 VPN 專線的方式，能讓電氣儀表設(shè)計單位訪問同一個數(shù)據(jù)庫進(jìn)行設(shè)計，同時VPN專線也向業(yè)主和施工單位開放，按照權(quán)限設(shè)計，讓各方查看自己相關(guān)的工程數(shù)據(jù)，讓各方基于同一個工程數(shù)據(jù)中心進(jìn)行協(xié)同工作，完成設(shè)計、采購和施工等工作，異地協(xié)同方案見圖4。

圖4 基于一體化工程數(shù)據(jù)中心的異地協(xié)同

經(jīng)過定制化的集成數(shù)字化設(shè)計平臺，工藝專業(yè)能夠快速正確地完成智能 PI&D 設(shè)計，并且相關(guān)的工藝條件提交給下游專業(yè)，下游專業(yè)包含配管專業(yè)在自動接受上游專業(yè)的工藝條件后，進(jìn)行本專業(yè)的設(shè)計，生成相關(guān)的成果文件。業(yè)主和施工方可以隨時訪問工程數(shù)據(jù)中心，進(jìn)行模型的審查，發(fā)現(xiàn)問題及時進(jìn)行反饋，保證各方都是基于同樣版本的數(shù)據(jù)進(jìn)行工作。設(shè)計也可以按單元進(jìn)行，完成一個單元的工作，就可以進(jìn)行本單元的采購和施工工作，支持邊設(shè)計邊采購，邊設(shè)計邊施工的工作模式，縮短工廠施工周期，降低工廠建設(shè)成本，讓工廠盡快上線生產(chǎn)。

4 總結(jié)

COMOS與PDMS是先進(jìn)的面向?qū)ο蟮亩S和三維設(shè)計平臺，在項目中使用兩個平臺的優(yōu)勢，經(jīng)過二次開發(fā)，實現(xiàn)二、三維設(shè)計平臺數(shù)據(jù)共享，實現(xiàn)二、三維協(xié)同設(shè)計工作，提高設(shè)計效率和質(zhì)量。同時通過先進(jìn)的數(shù)據(jù)庫和遠(yuǎn)程技術(shù)，使設(shè)計方、業(yè)主和施工方訪問同樣的數(shù)據(jù)，基于同樣的數(shù)據(jù)進(jìn)行異地協(xié)同工作，提高協(xié)同工作效率和質(zhì)量，實現(xiàn)邊設(shè)計邊采購，邊設(shè)計邊施工，縮短工廠周期，降低建設(shè)成本。