SmartPlant Instrumentation集成設計應用探討

王銘潔

(中石化寧波工程有限公司，浙江 寧波 315103)

國內數字化設計雖起步較晚，但發展很快。隨著信息技術的迅速發展，各設計專業已配置了先進的大、小型設計軟件，并初步形成集成設計系統，信息化的有效應用使得國內設計的水平、質量、效率得到較大提高，產生一定的經濟價值。然而，專業間的集成與協同工作發展不平衡，制約了工程設計效率和質量的進一步提高[1]，且各專業應用軟件相對獨立，相互之間聯系松散，各軟件依靠獨立的數據庫進行工作，數據庫之間亦缺乏共享，存在大量冗余數據，數據的一致性、可靠性有限。

多專業間集成設計是以數據為基礎，通過數據流實現專業間資源共享，數據信息上下游傳遞其附帶著相關條件屬性，實現專業間數字化交互。此流程數據達到從源頭一次錄入，專業間根據需求進行有效利用，專業間減少數據的重復錄入，大幅地提高數據利用率、正確性、完整性，對原有的設計流程有顛覆式的改變。

美國HEXAGON PPM公司的SPI(smartplant instrumentation)軟件在儀表工程設計領域，已逐漸成為國內外普遍采用的軟件。該軟件可以完成儀表索引表、儀表規格書、儀表計算、儀表接線、儀表安裝圖、回路圖和材料統計等，在一定程度上提高儀表專業的設計質量和效率。結合某公司工程設計實踐要求與經驗，對SPI軟件Dimensional Data for Piping(本文以下簡稱DDP)模塊進行儀表工程設計的開發與應用加以總結。

1 SPI集成設計方式

在集成環境中，自控、管道等下游專業以工藝發布的PID圖紙進行數據傳遞，確保設計過程數據唯一性。通過SPF集成平臺實現SPP&ID，SPI，SPEL與S3D等工具軟件在平臺的集成應用，實現各專業數據統一管理及應用， 最終實現二維三維數據及圖形校驗和數據共享，減少數據的重復錄入，確保數據的唯一性，從而提高設計質量及工作效率。

1.1 SPI與SPP&ID的集成開發

工藝專業設計人員在SPP&ID自動創建各類對象(包括工藝屬性)，進行P&ID流程設計。完成P&ID流程設計后，須通過一致性檢查，發布P&ID圖紙到SPF平臺，供下游專業使用。

儀表專業設計人員從SPF平臺接收工藝專業發布的P&ID圖紙，在SPI中自動創建管線、儀表和回路，開展儀表設計，生成儀表索引表，并關聯DDP模塊中在線儀表外形尺寸表，深化儀表設計工作。儀表索引表中的數據將在更新后發布到SPF平臺，供工藝專業進行修改、更新流程圖上的相應儀表信息。

1.2 SPI與S3D的集成開發

集成環境中，在SPI中完成必要數據和設計文檔后，能與SPP&ID，S3D等上下游設計軟件進行數據集成，實現工藝、配管、儀表等專業的設計數據交互。DDP模塊的應用流程如圖1所示。

圖1 DDP模塊應用流程示意

儀表專業設計人員使用SPI發布DDP模塊生成的儀表尺寸數據表到SPF平臺，S3D接收儀表尺寸數據表并生成對應的三維模型，實現數據共享。但是SPP&ID圖紙中的儀表類型太籠統，不能按圖例進行細分，須通過開發定制SPP&ID相關圖例符號和屬性以及完善屬性映射，從而保證SPI所需細分的儀表類型傳遞工作。

因此，梳理儀表分類和儀表外形尺寸數據表相關的屬性，并簡化儀表外形尺寸參數，建立DDP儀表外形尺寸數據表，完善屬性映射，是SPI與S3D集成設計的核心。

2 DDP模塊開發關鍵點

使用SPI軟件進行設計時，針對不同的工程項目，若前期規劃合宜，將會很大程度地減少工作量，提高工作效率。

SPI軟件中DDP模塊的主要作用是生成儀表外形尺寸數據表。其圖形庫中主要包含調節閥、測量儀表等在線儀表的外形尺寸圖，它與S3D中定義的儀表三維模型相關聯。然而，要實現由DDP模塊生成的儀表外形尺寸數據表與S3D軟件中的儀表三維模型數據傳遞，須對DDP模塊進行預定義和二次開發：

1)Administration(管理員模塊)。該模塊僅由管理員操作，系統管理員可以新建、復用和刪除項目，定義項目Logo等基本信息；項目管理員可以定義項目的工廠結構，用戶及分配權限、儀表類型等。通過預定義的命名規則可以保持數據的一致性和規范性，命名規則的定義主要包括儀表位號、回路號、CS 標簽、電纜號等規則。用戶權限分配可以讓設計人員具有層級性，據分工不同等特點，管理員須定義多個權限多個用戶組(Group)，將設計人員分配到對應的用戶組，這樣設計人員就可以在自己的工作范圍內進行設計工作，互不影響。

2)索引模塊(Index)。該模塊用于儀表類型預定義。將Instrument Type 中的儀表類型，根據溫度、流量、壓力、物位、控制閥等分類，設置是否關聯安裝圖和數據表、定義默認I/O 類型、儀表放置位置，以及現場儀表的電纜類型和端子排形式等是否自動生成[2]。當新建儀表時，會自動生成規格書等，同時自動分配IO類型、安裝位置等。該模塊在設計初期應用最多，可以創建、修改及刪除儀表位號及儀表的相關必要信息，如儀表類型、PID號、位置等。該模塊也是二次開發工作的關鍵點，須在項目前期周密規劃。

3 DDP模塊優化開發

3.1 優化設計條件傳遞方式

傳統方式，即儀表設計人員將儀表廠商提供的外形圖，作為條件提交給配管設計人員，配管設計人員需對儀表的結構形式、安裝條件等要求分析整理后，將相關數據輸入到S3D軟件中建立模型。人工輸入不僅大幅增加工作量，而且不能保證數據的準確性和唯一性。然而，應用SPI軟件DDP集成方式，將儀表外形尺寸數據自動傳遞到S3D中，既節省人力，也減輕設計人員工作量。具體工作方式的對比如圖2所示。

圖2 傳統方式與DDP集成方式對比示意

3.2 應用心得

設計工具軟件間的集成并不能實現數據傳遞完全自動化，還須人為干預才能實現專業間更好的協同設計工作。在SPI與S3D集成設計工作時應注意以下方面：

1)數據源的唯一性。需定制統一的儀表外形尺寸數據表模板供儀表廠商填寫，之后可導入SPI軟件，無需手工錄入，保證數據質量。

2)模型的輕量化。DDP儀表外形尺寸表中的尺寸參數不能完全涵蓋S3D三維儀表符號的參數，但有些尺寸參數又是三維建模必需的，應梳理和簡化儀表外形尺寸，定制和開發相關三維儀表符號滿足儀表尺寸參數的匹配。通常儀表廠商提供的是儀表基本外形尺寸，無法詳盡描述儀表外形，因此為了提高工作效率，應盡可能地簡化模型，即： 依據工程經驗對手輪等儀表附件計算出外形尺寸的估計值或約束關系，既能滿足現場安裝、操作空間的要求，同時也可避免因設定復雜參數而增加工作量的問題。

3)SPI軟件的儀表外形圖形庫，不能包含所有類型儀表的外形結構圖，需要不斷補充和修改。

4)使用SPI軟件DDP模塊，可以提出儀表安裝條件，主要包括儀表外形和尺寸、端面型式、壓力級別、工藝連接方式、質量等參數，但這些信息僅為自控專業傳遞給管道專業安裝條件的部分內容。例如， 與管道密切相關的儀表安裝條件包括管道安裝的流量儀表和控制閥門，對于管道安裝的流量儀表，如質量流量計、電磁流量計、旋渦流量計、節流裝置等的安裝條件，除了過程接口規格和外形安裝尺寸外，還需提出要求的最小前后直管段、能否傾斜安裝、節流裝置取壓方位等安裝信息；對于控制閥門的安裝要求，還要提出安裝流向和方位、能否傾斜安裝、執行機構可否90°換向、是否配置儲氣罐等信息。因此，在使用DDP模塊集成設計提出安裝條件的同時，須提出包含儀表安裝位置等信息的說明文件，保證設計條件數據的完整性。

5)消化和深化 SPP&ID，SPI 及S3D 在工藝、儀表、管道等專業的應用深度及廣度，同時拓展應用專業，推廣到給排水、暖通等專業，完成專業圖例符號、元件庫等參考數據庫的建立及成品文件模板的定制。梳理相關專業條件及成品文件的數據，確定專業間數據交互的范圍，依據梳理結果完成軟件間數據屬性的映射，實現專業間數據共享。

4 結束語

集成設計讓工程公司各專業能夠協同設計，工藝、儀表、管道等專業在集成環境下使用該軟件開展設計的過程中，在工程數據發生變更時，能夠實現智能提示及二、三維校驗。所有專業均在集成環境開展相關設計工作，上下游專業的工程數據得到有效傳遞，保證數據的正確性和一致性。

SPI軟件集成設計，實現了將儀表信息通過數據流從工藝專業自動傳遞到SPI進行儀表設計，一定程度上減輕了配管專業建立儀表模型的工作量。而應用DDP模塊，提高了儀表模型的精確性，可在設計階段有效避免碰撞問題，從而提高設計效率和設計質量。

因此， 為了最大限度地消除各專業普遍存在數據重復錄入的情況，提高設計效率，對SPI軟件集成設計的開發還須不斷深入研究，結合工程項目經驗進一步完善和提高，為儀表工程設計帶來更大的收益。