基于SmartPlant系列软件的自控数字化集成设计

基于SmartPlant系列软件的自控数字化集成设计

徐德杰1 ,李倩1 ,张少鹏1 ,吕霄龙2

1中石油华东设计院有限公司  山东青岛  266071

2徕卡测量系统贸易(北京)有限公司  山东青岛  266071

摘要：当前工程设计信息化高速推进，自控专业却还存在设计过程人工协调，过程难以追溯,存在信息孤岛,三维设计自动化程度不高等过程协同、数据共享方面的问题，制约了自控专业设计效率和质量的提升。数字化集成设计以数据为核心，以三维可视化的设计为基础，具有数据实时共享，协同设计能力增强等优点，因此应用数字化集成设计实现自控专业的设计流程再造成为一条必由之路。

关键词：SmartPlant软件 数字化 集成设计   

中图分类号：      文献标志码：    文章编号：

1 引言

在“工业4.0”和“中国制造2025”这一大时代背景下，“数字化工厂”的概念也成为工业领域信息化的焦点，而工程设计是工厂生命周期中最重要的一个阶段，是数字化工厂的源头。工程公司作为工程基础数据的创建者，积极开展数字化设计，尽快实现数字化移交也已成为各大工程公司的发展战略[1]。然而，随着数字化设计工具使用深度的逐步深化，各专业在原有的工作流程和工作模式下应用数字化设计工具进行设计时，仅能够做到部分设计质量的提升，对于设计效率的帮助不大，甚至在某些环节还会对设计效率产生阻碍，传统设计手段和设计流程的弊端不断显现，已经成为制约设计质量和设计效率提升的阻碍[2]。因此，数字化集成设计系统的构建成为当务之急[3]。本文将根据自控专业的需要，探讨在SmartPlant软件中实现数字化集成设计。

2数字化集成设计的基本概念

数字化最直接、最形象的解释是将不同来源、格式和特点性质的数据，在逻辑或物理上有机地集中，通过电子化、网络化等方式转变为可以度量的数字、数据，再以这些数据建立起适当的数字化模型，使所需的信息在感官上更加直观和形象，检索和查询信息更加方便快捷。

目前工程公司自身已经具有大量的数字化的信息和文档，但由于设计者、设计对象、外部接口、采用的软件平台等的不同，缺乏规范统一性，没有完全将有用的数据及时共享，而且信息大量重复冗余，杂乱无章，这些处于无控制状态的信息，行程所谓的“信息孤岛”[4]。这些信息无法被有效的检索和利用，也是制约设计效率提升的重要因素之一。

因此，迫切需要构建一个合适的工程设计平台或者系统，工程设计的对象都以数据的形式存放在这个系统中，使上下游各专业的数据都能被分享和利用，各专业在同一个系统内工作，实现二维及三维的关联设计，异地实时同步，这就是数字化集成设计。

数字化集成设计以数据库为基础，将设计过程的数据集成，将传统设计环节中分散的、独立的各专业设计数据通过统一的平台集成起来，实现数据共享。各专业、各环节的设计数据从源头一次录入并在平台上传递，可以从根本上保证数据的准确性和唯一性，每个专业的改动都将在系统中与其他专业产生校验；借助工程信息技术平台将相关的设计规则和统一要求定制到软件中，大大降低了人工劳动，减少了简单的错误；还可以使项目管理更加全面，以数据库为核心，实现了设计过程的详细记录，可追溯性强。

大部分工程公司的自控专业要参与从工艺流程设计、自控设备布置到工厂投运的项目全过程，最能感受到数字化集成设计的优势。

3基于SmartPlant软件的自控专业数字化集成设计流程

SmartPlant系列软件是美国HEXAGON PPM公司针对工程项目全生命周期各个环节的专业软件，每个环节及各个软件之间通过统一的平台实现数据的传递和统一管理。它主要包括智能工艺流程设计软件SPP&ID、仪表设计软件SPI、电气设计软件SPEL、三维布置设计软件S3D、材料管理软件SPRD以及集成管理平台SPF。本文介绍了一种以SmartPlant系列软件为依托进行的自控专业数字化集成设计流程的探索，实现了自控专业工作流程再造。

3.1 SPP&ID与SPI的集成

自控专业在SPP&ID软件中完善P&ID、U&ID上的仪表、控制回路、联锁（紧急停车）回路等信息并完成编号。流程图发布到SPF后，自控专业从SPI接收发布后的流程图，并在SPI中接收仪表，需注意的是以这种方式发布的仪表信息缺少安全栅、浪涌保护器等接口仪表及系统指示、报警等控制系统信息。接收到的仪表设计条件也不全，如设备上的仪表以及工艺专业未在管道上体现出来的参数。

要完成SPP&ID与SPI的集成设计，一般需要进行二次开发。

一种方法是根据仪表类型在SPP&ID中分别定制仪表图例和并将仪表设计所需的条件定义成仪表的属性，从管道上读取部分属性后，由工艺专业补充缺少的属性，并在SPF中定义好映射关系，发布后将仪表属性直接读入到SPI中的仪表，生成工艺条件表。这种集成方式需预先在SPI中建立典型回路，并生成宏。将生成的宏名填写到SPP&ID中，这样将仪表信息发布到SPI时，会调用SPI中的宏，按照典型回路的样式生成仪表回路及相关的仪表。

这种集成设计方式通过宏调用生成带有控制阀仪表回路时，因控制阀是通过典型回路生成的，仪表属性不会直接从SPP&ID中读取出来，需要在SPI的To Do List中重新生成TASK，将控制阀的属性更新一遍，可以考虑开发工具进行统一更新。

还有一种方式是在SPP&ID中定义好仪表回路，SPI读取SPP&ID图纸中发布的仪表信息后，建立仪表回路及仪表。这种集成方式的优点是所有的仪表及其信息都直接来自P&ID，可以避免第一种集成方式中控制阀信息的更新问题，缺点是安全栅、隔离器等接口仪表不能自动在仪表回路中创建出来，需要手动补充。

3.2 SPI的二次开发

自控专业在SPI中完成仪表索引表、规格书、系统I/O表、仪表安装图、回路接线图等二维设计文件，约占自控设计的80%。

SPI中输出的图纸、数据表的格式以及数据字段都可以按照工程公司或客户体系文件的需求进行客户化定制。SPI中数据字段分为两类：一类是SPI中有固定含义的数字字段；另一部分是spec_udf字段，这部分字段可以用来输入某些必要的数据。在二次开发过程中，要做好梳理和规划，在一些数据字段中设置默认值，并在生成的数据表或图纸中能够自动生成默认值，还要将udf字段合理利用起来，一些作为规格书中的通用字段，一些作为仪表的特有选项。

在SPI中进行仪表安装图设计时，要建立仪表安装图图库和仪表管件、阀门等材料库，为了更加灵活的生成符合要求（质量管理体系、规范、施工需要等）的仪表材料表，提高材料汇总的效率和准确性，可以在SPI数据库基础上自己开发报表功能。

3.3 SPI与SP3D的集成

SPI与SP3D之间集成数据传递主要有仪表外形的尺寸数据、仪表信号接线信息及电缆数据、电缆长度等。

定制标准仪表外形尺寸数据表，梳理仪表分类和仪表外形尺寸相关的属性，建立DDP模块中仪表外形尺寸参数， SP3D接收DDP数据，用于三维模型的建立和更新，这是SPI与SP3D集成设计的核心之一。供货商填写标准仪表外形尺寸数据表数据，直接导入SPI软件，保证数据的正确性。仪表的外形尺寸、端面、等级、重量等信息可以通过软件传递，其他安装条件，例如直管段要求、节流装置取压方位、安装空间要求等要求，可在自控与安装专业形成专业间统一规定，无需每个项目单独提出委托。

SPI与SP3D之间集成的另一目的是进行三维仪表布线并生成仪表管线平面布置图。SP3D读取SPI中仪表的控制系统、防爆等级、信号类型、供电等接线信息，通过预定义的分区，在三维中规划接线箱、接线箱与仪表的连接关系、信号和供电电缆等。SP3D中创建的连接关系导入到SPI中，完成电缆的创建工作，最后电缆在SP3D中完成敷设，并将长度返回至SPI生成表电缆表，并通过SPI生成仪表接线图等。通过定制SP3D出图风格，生成符合要求的仪表管线布置图、仪表电缆槽盒敷设图、气体检测器平面布置图，并自动汇总平面布置图材料。

4 结语

自控专业数字化集成设计流程的再造，实现了工艺数据的自动传递，减少了人为录入数据的错误并缩短了时间；仪表安装图、仪表平面布置图的材料能够自动汇总提高了设计质量和设计效率；仪表尺寸数据传递到三维减少了安装专业的工作量，提高了仪表三维模型的准确性，并在全比例的三维实体模型中更容易直观发现设计过程中碰撞和错误，有效减少了设计修改和设计变更。

数字化集成设计建立了工程设计全专业协同设计的平台，在统一的设计平台上实现了各专业间信息的互联互通，是工程设计的必然趋势。

参考文献：

[1]崔丽,黄云浩,田德永. 数字化开启石油化工工程设计新模式[J]. 山东化工,2017,46(8):135-138.

[2]张晨征. 基于数字化集成设计的电力设计流程再造研究[D].北京：中国科学院大学,2016.

[3]余勤锋. 石化工程企业设计集成系统的构建[J]. 现代化工,2015,35(8):6-10.

[4]黄曾宏,郭晓克,孙岳武. 数字化电厂设计实现的探讨[J]. 吉林电力,2004, (6):27-29.

作者简介:徐德杰(1988— )，男，山东青岛人，2014年毕业于华东理工大学控制工程专业，获硕士学位，现就职于中石油华东设计院有限公司电控室，任工程师。

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