化工設備設計出圖軟件及集成化設計調研分析

潘光國，王明國，梁彩云，任文文，劉 言

(中國五環工程有限公司，湖北 武漢 430223)

近年來，各大工程公司加快了數字化轉型的步伐，重點目標是建立數字化集成平臺，加強各專業間的設計協同能力，實現各專業的設計數據在集成平臺上傳遞、共享和管理，從而保證數據的準確性和唯一性，實現提升設計效率和設計質量的目的[1]。

由于設備專業的設計過程相對獨立，主流的集成化設計平臺(AVEVA和鷹圖)中并沒有設備專業的相關軟件，需要通過二次開發的方式與集成平臺進行數據交互。因此，目前設備專業在集成化設計中的參與度不高。同時，設備專業的計算軟件和出圖軟件之間也存在數據不互通、數據信息重復輸入、效率低、準確性不高等問題。為了實現集成化設計平臺與設備專業計算出圖軟件之間的數據流轉，以此提高設備專業的工作效率、確保設計文件的規范化和準確性，行業內的部分工程公司開始積極探索開發智能化和集成化的設備設計系統。由于目前整個行業三維設計發展還不成熟，二維CAD輔助設計依然是市場的主流。本文調研分析了行業內相關的帶有一定集成化的化工設備設計出圖軟件，并對設備專業集成化設計的發展方向進行了探討。

1 設備設計出圖軟件調研

目前，市場上主流的二維繪圖軟件為AutoCAD，基于AutoCAD開發的、具有一定自動化出圖功能的化工設備設計軟件有《化工容器制圖軟件VCAD》(簡稱VCAD)和《壓力容器參數化繪圖軟件》(簡稱PVPD)。除了傳統的二維繪圖軟件外，近幾年，基于三維建模的化工設備自動出圖軟件也逐漸發展了起來，目前應用較為成熟的有《AutoPIPE Vessel》(簡稱APV)和《石油化工靜設備三維設計系統》(簡稱Xvessel)。

1.1 APV

APV軟件是Bentley開發的一款集設計計算、三維建模、自動二維出圖三項功能于一體的軟件，APV 擁有設計壓力容器所需全球范圍內的標準規范[2]，可以創建設備模型并對荷載加以分析，自動生成設備計算書、出裝配圖、出主視圖，APV自動出圖主視圖效果見圖1。

圖1 APV自動出圖主視圖

APV主要優點有以下幾點：①計算出圖一體化，減少了不同軟件之間的轉換和重復輸入，使得設計質量顯著提升；②國外標準規范全面，涵蓋ASME Ⅷ-1/2、PD5500、EN13445、AD Merkblatter、GOST R 52857等規范；③數據以結構化的XML文件形式存儲，數據開放程度高。

APV主要不足之處有以下幾點：①與主流集成化設計平臺無對接功能；②國內標準僅有GB 150和GB/T 151，目前無法在國內項目推廣應用。

1.2 Xvessel

Xvessel是華天軟件與中石化洛陽院共同開發的石化靜設備專業設計系統。Xvessel三維建模采用向導式模塊化設計，可以由PVD(PV Desktop，國標強度計算軟件)導入建模，也可以在軟件中獨立建模。軟件具有一鍵出圖功能。自動出圖后，人工干預很少。自動出圖主視圖效果見圖2。

圖2 Xvessel自動出圖主視圖

Xvessel的主要優點如下：與PV DeskTop計算軟件之間數據可完整和有效傳遞，基本可視為計算出圖一體化，設備在PVD中計算完成后可以直接導入到Xvessel中自動建模，設計者只需要再補充少量的數據，就可以一鍵出圖。自動出圖后，人工干預較少，設計質量和效率顯著提升。同時，Xvessel數據以結構化的XML文件形式存儲，數據開放程度高。

Xvessel的主要問題在于該軟件當前版本是中石化洛陽院獨家定制的版本，圖面格式和內容不能滿足其他工程公司的需求，同時，軟件開放性較低，節點圖庫、技術要求庫等都不開放，不能實現用戶自定制。

Xvessel軟件在未來如果能夠實現圖框、節點圖庫及技術要求庫的自定義，同時可以通過配置文件的方式滿足用戶個性化需求的話，該軟件的市場應用前景還是比較廣闊。

1.3 VCAD

VCAD是一款二維CAD輔助繪圖軟件，已非常成熟，也獲得了廣大用戶的認可，是市場上應用最廣泛的一款繪圖類軟件。VCAD主要功能有繪圖模塊、明細表模塊、圖庫、常用工具，其中繪圖模塊及明細表模塊為該軟件的核心功能。

VCAD主要用于調用標準零部件和常用非標件，繪制設備外形圖，并自動生成明細表。它能夠極大地提高設備外形圖的繪圖效率和明細表的生成效率。VCAD具有設備整體外形的出圖功能，主視圖效果見圖3。

圖3 VCAD整體出圖主視圖

VCAD的主要問題是沒有數據接口，無法進行數據傳遞，圖形數據可利用性較低。因此，VCAD如果能夠實現數據接口的功能，將圖面中的表格數據和圖形數據都能利用起來，實現專業軟件之間的數據流轉，該軟件在未來才會有更大的應用前景。

1.4 PVPD

PVPD是揚州華航工程軟件有限公司開發的一套適用于壓力容器行業的國產繪圖軟件。該軟件是以二維圖形的參數化生成為基礎繪制臥式容器、立式容器、塔器、固定管板換熱器、U 形管板換熱器和浮頭式換熱器[3]。軟件具有一定的自動化繪圖功能，能夠讀取計算軟件數據，自動完成設備外形圖的繪制、標注裝配圖尺寸、標注件號、修改尺寸等。自動出圖主視圖效果見圖4。

圖4 PVPD自動出圖主視圖

VCAD與PVPD兩款軟件在功能上來講都屬于CAD繪圖插件類軟件，VCAD(2021版本)與PVPD(8.2版本)功能對比見表1。由對比表可以看出VCAD與PVPD的主要差異有兩點。

表1 VCAD與PVPD功能對比

(1)數據接口方面。VCAD沒有數據接口，不能與外部計算軟件的數據相關聯，因此，它無法實現計算出圖一體化的功能。PVPD具有數據接口，可以讀取PVD的xml文件，自動生成設備的外形圖，在一定程度上可以實現計算出圖一體化。

(2)自動出圖方面。PVPD的功能比VCAD更加強大，自動化程度更高，PVPD具有自動標注及自動標件號的功能，同時用PVPD繪制的圖形，各零部件之間是關聯的，對整個圖形的某一共同參數進行修改，圖形中具有該共同參數的所有零部件都會同時修改。

雖然PVPD功能比較先進，但其標準件和非標件的數量與VCAD相比還有一定的差距。同時，VCAD結合了工程公司和制造廠的豐富設計經驗，在軟件應用上更加貼近設計人員的習慣。

2 設備設計出圖軟件及集成化設計的發展趨勢

2.1 設計出圖軟件的發展方向

由以上的設計出圖軟件可以看出，設備專業的自動化出圖還處于探索階段，在集成化設計的要求下，設備專業的設計出圖不僅要滿足本專業內部的集成化需求，即計算出圖一體化，同時還要能夠滿足與公司各專業之間的集成化需求，即上下游專業間的數據互通。在行業信息化發展的大背景下，利用數據實現三維設計和二維自動/輔助繪圖一定是行業未來的發展方向。因此，要滿足設備專業集成化設計需求的軟件應該要包含如下幾個功能：①可接收上游專業條件數據的接口；②可滿足設備專業設計計算及自動出圖的需求；③數據可傳遞至主流集成化設計平臺(如AVEVA的Engineering和鷹圖的SPF)；④便于利用的數據結構形式(如XML數據結構)。

就目前設備設計出圖軟件的發展現狀來看，行業內也沒有一款各方面完全滿足設備專業的集成化設計需求的軟件。當前，設計出圖軟件都聚焦于提高設備專業的出圖效率，而未重視與集成化設計平臺之間的數據流轉。在集成化設計已是各工程公司主流發展方向的階段，要從本質上提高設計的質量和效率，就一定是要滿足專業間的協同需求，讓項目數據集中管理，使數據源唯一，減少或取代專業人員多次手動輸入和核對工作。因此，設備專業的設計出圖軟件必然要滿足集成化設計的理念。

2.2 設備專業集成化設計的探討

目前，主流的集成化設計平臺(AVEVA和鷹圖)均無設備專業的專用軟件，無法直接實現集成化設計。對于設備專業而言，當前面臨的問題主要是專業軟件無法滿足集成設計的需要、沒有數據集成管理和流通平臺。因此，設備專業最需要解決的問題就是要開發集成化設計平臺與專業軟件之間的數據接口，讓數據在各專業間以及專業內部流轉，這樣才能實現協同設計的理念。

基于以上理念，中國五環工程公司集成化設計團隊在數據接口方向做了積極探索，與專業軟件公司南京旭宸皓峰信息科技有限公司合作，聯合開發了 “數據管理平臺”軟件，其主要功能是實現數據在不同專業軟件間流轉，使集成化設計軟件的數據與設備各專業軟件的數據互通、設備內部專業軟件之間互通，使設備專業軟件能夠滿足集成化的要求。當前，“平臺”已經打通了Engnieering與PVD軟件及APV軟件之間的數據接口。

3 結語

目前，相較于石化行業內集成化設計參與度高的其他專業，設備專業參與集成化設計的程度和深度仍然不高。整個行業化工設備的設計出圖仍然以二維CAD設計為主，利用數據實現設計和自動出圖的技術依然面臨比較困難的局面。但行業內智能化、數字化的發展方向已是大勢所趨，各工程公司也都明確提出了集成化設計、數字化交付及智能工廠建設等重點信息化工作任務，設備專業現有的工作模式已無法滿足行業信息化的發展需求。

隨著整個化工行業在集成化設計方面的持續推進，實現三維建模、二維出圖，同時滿足集成化設計及數字化交付的出圖軟件是未來設備專業需要重點關注的內容。當前，應著力打通設備專業軟件與集成化設計平臺之間的接口，為深度參與集成化設計做好準備。