智能工廠設(shè)計(jì)系統(tǒng)在石化裝置中的運(yùn)用與發(fā)展

王鈺銘,李曉亮,張慷煥

(中國(guó)石油集團(tuán)東北煉化工程有限公司吉林設(shè)計(jì)院，吉林省 吉林市　132002)

?

智能工廠設(shè)計(jì)系統(tǒng)在石化裝置中的運(yùn)用與發(fā)展

王鈺銘,李曉亮,張慷煥

(中國(guó)石油集團(tuán)東北煉化工程有限公司吉林設(shè)計(jì)院，吉林省 吉林市132002)

摘要：介紹了智能工廠設(shè)計(jì)系統(tǒng)SmartPlant 3D在某石化裝置的應(yīng)用，從項(xiàng)目建立、三維建模、模型校查、成品制作四個(gè)方面總結(jié)了一些使用經(jīng)驗(yàn)，并與傳統(tǒng)的PDS軟件進(jìn)行了對(duì)比，得出了該軟件的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。

關(guān)鍵詞：石化裝置；數(shù)據(jù)集成；項(xiàng)目建立；三維模型

1前言

隨著信息時(shí)代的深入發(fā)展，3D打印、4G通信等智能技術(shù)應(yīng)用而生，傳統(tǒng)三維工廠設(shè)計(jì)也逐漸開始全周期性的智能演化，從設(shè)計(jì)到工程總承包，從PDS軟件到SP3D軟件(Smart Plant 3D簡(jiǎn)稱)的轉(zhuǎn)變，為1D數(shù)據(jù)庫(kù)管理、2D系統(tǒng)設(shè)計(jì)、3D布置設(shè)計(jì)、4D過(guò)程管理、5D工程一體化創(chuàng)造了無(wú)限的可能性，我院成熟應(yīng)用PDS軟件后，引進(jìn)了鷹圖公司的SP3D智能工廠設(shè)計(jì)軟件，開始了數(shù)字化工廠設(shè)計(jì)的新紀(jì)元。

2SP3D軟件介紹

SP3D軟件為全新的智能工廠設(shè)計(jì)系統(tǒng)，采用Oracle數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)為核心支撐，面向規(guī)則驅(qū)動(dòng)，微軟新一代操作系統(tǒng)WIN7類似的操作環(huán)境，入手容易，操作簡(jiǎn)單，并能夠滿足各個(gè)層次的數(shù)據(jù)集成解決方案，通過(guò)SmartPlant Foundation數(shù)據(jù)管理平臺(tái)與SmartPlant Materials材料管理軟件，SmartPlant PID、SmartPlant Instrumentation、SmartPlant Electrical等二維系統(tǒng)設(shè)計(jì)軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸、二三維校驗(yàn)及數(shù)字化移交，具有非常開放的接口，PKPM結(jié)構(gòu)分析軟件、天正建筑軟件模型進(jìn)行導(dǎo)入，支持各類二次開發(fā)的插件實(shí)現(xiàn)SP3D軟件操作便捷化，管道軸測(cè)圖可以附帶生成PCF文件導(dǎo)入到CAESARII管道應(yīng)力分析軟件中進(jìn)行計(jì)算等功能，是當(dāng)今最先進(jìn)的智能化工廠設(shè)計(jì)軟件之一[1]。

3在某石化裝置中的應(yīng)用

某石化裝置是我院承攬的某公司千萬(wàn)煉油百萬(wàn)噸乙烯下游配套裝置，共有工藝設(shè)備137臺(tái)，管道987根，電儀槽板7 800 m，為我院的第一個(gè)利用SP3D軟件設(shè)計(jì)的項(xiàng)目，同時(shí)與以往PDS軟件設(shè)計(jì)的該裝置進(jìn)行了對(duì)比。

圖1　某裝置SP3D模型圖

3.1　項(xiàng)目建立

3.1.1材料數(shù)據(jù)庫(kù)建立

本裝置通過(guò)SmartPlant Reference Data平臺(tái)(簡(jiǎn)稱SPRD)建立了管道的數(shù)據(jù)庫(kù)，并首次建立企業(yè)級(jí)的材料編碼體系，安裝了15個(gè)等級(jí)，生成CC碼110個(gè)，材料編碼統(tǒng)一管理、維護(hù)與發(fā)布，提高了數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性[2]，由于應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)不夠豐富，建構(gòu)筑物、電氣、儀表采用了鷹圖公司自帶的數(shù)據(jù)庫(kù)，主要以占位為主。

3.1.2工作空間樹狀結(jié)構(gòu)建立

三維設(shè)計(jì)的主項(xiàng)專業(yè)需提前規(guī)劃整個(gè)三維模型的結(jié)構(gòu)，石化裝置一般為工廠-裝置-單元-專業(yè)系統(tǒng)四級(jí)結(jié)構(gòu)，小型項(xiàng)目可以采用工廠-單元-專業(yè)系統(tǒng)三級(jí)結(jié)構(gòu)，規(guī)劃完畢后提交給管理員進(jìn)行樹狀結(jié)構(gòu)建立和權(quán)限賦予，該石化裝置屬于小型項(xiàng)目，采用了三級(jí)樹狀結(jié)構(gòu)。

3.2　三維模型布置

SP3D軟件擁有軸網(wǎng)(Grids)、Structure(建筑結(jié)構(gòu))、Piping(管道)、Equipment and Furnishings(設(shè)備)、Electrical(電儀)、HVAC(暖通)等模型布置模塊，并在Tasks工具欄中自由切換，改變了PDS軟件初始界面登陸各模型布置模塊的復(fù)雜操作，數(shù)據(jù)庫(kù)中包含各專業(yè)常見的原件模板類型，并支持二次開發(fā)原件模板，可以通過(guò)建模與導(dǎo)入兩種方式布置設(shè)備模型，建筑結(jié)構(gòu)、管道、電儀等專業(yè)均可以根據(jù)項(xiàng)目實(shí)際需求建立項(xiàng)目級(jí)材料數(shù)據(jù)庫(kù)，并抽取材料功能。

3.2.1管道模型

管道模塊擁有pipe line-piping run-piping part-piping feature等更符合邏輯的屬性結(jié)構(gòu)，具有智能關(guān)聯(lián)功能，管道與管口、支架、開孔都有這屬性的關(guān)聯(lián)，從設(shè)備管口繪制法蘭連接的管線，不需要先將法蘭，只需要直接操作管段繪制，即可將法蘭直接關(guān)聯(lián)出來(lái)，能夠繪制夾套、襯里等特殊管道，支持T、Y型過(guò)濾器做成標(biāo)準(zhǔn)件，導(dǎo)淋、放凈管道做成組合件后只需要3部完成，較PDS軟件效率明顯的提高。

圖2　導(dǎo)淋、放凈繪制過(guò)程

3.2.2支吊架繪制

為了更具功能性，SP3D支吊架設(shè)置了獨(dú)立的模塊，支持管道、電儀、暖通等所有需要支吊架的專業(yè)，SP3D物理支架視覺直觀、放置方便點(diǎn)，能夠根據(jù)規(guī)則實(shí)現(xiàn)支架的推薦與選取，支架會(huì)隨支撐點(diǎn)和管道發(fā)生變化而自動(dòng)調(diào)整；可以參與到碰撞檢查過(guò)程中，減少邏輯支架存在的碰撞問(wèn)題，SP3D物理支架還可以實(shí)現(xiàn)支架材料及時(shí)精確地統(tǒng)計(jì)，我院根據(jù)該項(xiàng)目的具體實(shí)施委托開發(fā)了134個(gè)物理支吊架，并應(yīng)用于該項(xiàng)目中，實(shí)現(xiàn)了支吊架可視化與報(bào)表自動(dòng)生成。

3.3　模型校查

3.3.1模型碰撞檢查

SP3D建模可進(jìn)行實(shí)時(shí)碰撞檢查，服務(wù)器后臺(tái)進(jìn)行追蹤，客戶端不用執(zhí)行具體的操作，加載模型后，只要有物理的接觸，就有碰撞標(biāo)識(shí)顯示，類似Word的拼寫檢查，做到碰撞問(wèn)題及早發(fā)現(xiàn)，及早修改，從而優(yōu)化布置設(shè)計(jì)，有效提高設(shè)計(jì)質(zhì)量。

3.3.2模型審查與校審

SP3D配套了2010版Review軟件對(duì)模型進(jìn)行瀏覽就、校審、審查，增強(qiáng)了Review的清晰度，簡(jiǎn)化了切換視角、局部放大、飛行模擬器等眾多操

作命令，但是鷹圖公司為了版權(quán)只支持網(wǎng)絡(luò)版本，SP3D軟件主工作空間也鑲嵌了Review軟件中的方向、飛行模擬器、最大化等基本功能，無(wú)需生成Review模型，即可隨時(shí)進(jìn)行模型的校審工作，較PDS軟件更加簡(jiǎn)單快捷。

3.4　成品制作

SP3D的出圖不同于二維設(shè)計(jì)方式的手工繪制，也不同于傳統(tǒng)三維設(shè)計(jì)時(shí)的半自動(dòng)的出圖手段，它著重體現(xiàn)全自動(dòng)生成圖紙與報(bào)告。目前為止SP3D管道模塊可以自動(dòng)生成管道軸側(cè)圖、管口方位圖、管道布置圖，自動(dòng)抽取管道綜合材料表、支架材料表、保溫隔熱一覽表等，材料表都是基于Office格式，修改和定制非常便捷，該項(xiàng)目完成了1 193張管道軸測(cè)圖，8張管道布置圖，抽取了綜合材料表、支架材料表，完成了既定目標(biāo)，與此同時(shí)，SP3D成品的模板定制是十分復(fù)雜，直到項(xiàng)目完成還有一些模板還沒有完善，超過(guò)了預(yù)期。

3.5　效果對(duì)比

本項(xiàng)目與PDS軟件進(jìn)行了對(duì)比，將兩個(gè)軟件模型效果和工作效率進(jìn)行了對(duì)比，兩軟件工作效率主要對(duì)設(shè)備建模時(shí)間、管道建模時(shí)間、成品定制時(shí)間和成品時(shí)間進(jìn)行了比較，詳見表1；

表1　兩軟件工作效率對(duì)比

由此可以得知，SP3D軟件的工作效率較PDS軟件大大提高，但是SP3D軟件的成品模板定制時(shí)間需要大量時(shí)間，有一定難度。

通過(guò)設(shè)備模型效果、管道模型效果、支吊架效果的描述對(duì)比，如表2所示：

表2　兩軟件模型品質(zhì)對(duì)比

可以得知，SP3D軟件的模型較PDS軟件相比具有更高的視覺效果和豐富的內(nèi)容。

4結(jié)語(yǔ)

運(yùn)用新一代智能工廠設(shè)計(jì)軟件，不僅可以提高設(shè)計(jì)效率，提升設(shè)計(jì)質(zhì)量，還可以滿足數(shù)字化傳輸要求，為業(yè)主建立數(shù)字化工廠提供可能，從信息化方面有效提高設(shè)計(jì)單位的核心競(jìng)爭(zhēng)力。

Application and development of intelligent plant design system in petrochemical plant

WangYu-ming,LiXiao-Liang,ZhangKang-huan

(CNPC Northeast Refining & Chemical Engineering Co.Ltd Jilin Design Institute Jilin 132002,China)

Abstract：This article introduces the application of the intelligent plant design system-Smart Plant 3D in a petrochemical plant, summarizes some experiences from the establishment of the project, the 3D modeling, the model checking and the production of the products. And the Smart Plant 3D is contrasted with the traditional PDS in the paper. So that we know the application advantage of the Smart Plant 3D.

Key words：petrochemical plant; data integration; Project establishment; 3D modeling

中圖分類號(hào)：TP31

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1003-6490(2015)06-0017-02

作者簡(jiǎn)介：王鈺銘(1984-)，男，吉林扶余人，工程師，畢業(yè)于長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)高分子化學(xué)與物理專業(yè)，理學(xué)碩士，現(xiàn)從事石油化工管道設(shè)計(jì)與三維設(shè)計(jì)開發(fā)與研究工作。

收稿日期：2015-11-02