SPI DDP集成化设计及应用

杨茹

（中国石化工程建设公司，北京100101）

随着信息技术的飞速发展，集成化、智能化已成为国际工程企业信息化建设的核心。近年来，石化工程建设行业在引进和开发一批基于国际标准的各类专业设计软件的同时，着力构建开发工程设计集成化平台，为实现石化工程项目设计集成化奠定了基础。随着工程设计集成系统开发的不断深入，如何基于工程设计集成平台，加强各类设计专业软件间的协同工作，优化工程设计流程，进一步提高设计信息的共享与复用性，已成为工程设计集成系统的重点研究课题。

目前，美国Intergraph公司开发的各类专业设计软件普遍应用于石油化工生产装置的工程设计。SP P＆ID（Smart Plant P＆ID）软件完成工艺流程设计及数据管理，SPI（Smart Plant Instrumentation）软件用于仪表工程设计及数据管理，SP 3D（SmartPlant 3D）软件以及PDS（Plant Design System）软件完成工厂三维模型的建立及数据管理。同时，Intergraph公司为其开发的各类专业软件推出了工程集成设计平台SPF（SmartPlant Foundation），用于实现各专业软件间的数据传递及信息交互，为专业间开展协同设计工作、提高工程设计质量创造了条件。笔者结合对SPI软件DDP（Dimensional Data for Piping）模块功能的二次开发，重点介绍了SPI与SP 3D及PDS软件间的集成设计方法，并依据工程设计实践经验，对采用SPI软件DDP模块进行仪表工程集成化设计的应用策略及应用方法加以总结。

1 DDP模块

SPI软件与SP 3D以及PDS软件之间的信息集成，即为SPI软件DDP模块与SP 3D以及PDS软件仪表三维模型间的数据集成。SPI软件的DDP模块用于建立、存储及管理各类仪表的过程连接形式、外形尺寸等几何数据。DDP模块对仪表尺寸数据的保存和管理分为三层：

a）默认数据集（Default Data）。用于保存制造商常规型号仪表的外形尺寸参数，在基础设计阶段可以作为仪表初步尺寸数据条件提供给管道设计者参考。

b）制造商数据集（Vendor Data）。用于存放仪表订货后来自制造商的仪表尺寸数据；采用SPI提供的导入工具（Import Utility）可以将仪表厂商提供的外形尺寸数据导入到该数据集。

c）工作组数据集（Working Data）。用于仪表尺寸数据管理的实际操作，对各类仪表过程连接尺寸及外形尺寸几何数据的修改、编辑和保存均通过该操作界面完成，并且在工作组数据集里生成仪表尺寸数据表（Dimensional Data Sheets），用以向SP 3D及PDS软件传递数据。

此外，DDP模块分别定义了DDP图形库、仪表过程连接形式库以及过程连接压力等级库。DDP图形库中包含了Intergraph公司开发的流量仪表、调节阀、开关阀、电动阀、滑阀等在线一次仪表的外形尺寸图。它与SP 3D及PDS软件中定义的仪表三维模型相对应，与三维模型定义的仪表尺寸表达方式相一致。仪表过程连接形式库以及过程连接压力等级库分别用于定义各类仪表过程连接终端形式及过程连接压力等级。

综上所述，SPI软件DDP模块的主要功能是生成仪表尺寸数据表。但是，要想使生成的仪表尺寸数据表能够与SP 3D及PDS软件进行数据交互，并符合工程项目要求，则需要对DDP模块进行二次开发和定义：

a）应用管理员（Administrator）模块，以项目管理员权限将DDP程序数据集（DDP Library Data）导入DDP图形库。

b）应用索引（Index）模块，将仪表类型与DDP图形库进行关联，为不同类型的仪表进行DDP图形库中仪表外形尺寸图的预分配。

c）依据项目采用的管道设计标准，应用DDP模块定义仪表过程连接终端形式及过程连接压力等级。

d）定义仪表尺寸数据表成品文件格式，为打印尺寸数据表定制PSR报表文件；给DDP图形库分配仪表尺寸数据表，即依据DDP图形库中的各类仪表外形尺寸图，定义仪表尺寸数据表中所要包含的仪表数据项。

完成仪表尺寸数据表的构建后，通过SPI提供的导入工具将各仪表位号对应的具体尺寸参数值批量导入DDP，就可以在DDP中生成并打印各仪表位号对应的仪表尺寸数据表。通过SPI与SP 3D及PDS之间的数据集成，将DDP生成的仪表尺寸数据表的数据传递到工厂三维模型数据库，支持仪表三维模型的建立。

2 SPI数据集成方式

2.1 SPI与SP 3D的集成

SPI软件与SP 3D软件的集成是通过工程集成设计平台SPF实现的。SPI将DDP模块生成的仪表尺寸数据表发布到SPF，SP 3D再从SPF中接收仪表尺寸数据表所包含的信息，实现数据共享及复用。发布和接收过程是通过SPI软件及SP 3D软件集成适配器完成的，具体数据传递方式如图1所示。

图1 SPI与SP 3D集成方式

图1中SPI软件数据映射表（Tool Map Schema）用于定义SPI数据库数据结构与SPF数据结构各类数据对象属性参数间的映射关系。SP 3D软件数据映射表用于定义SP 3D数据库数据结构与SPF数据结构各类数据对象属性参数间的映射关系。SPF集成数据结构定义在SPF项目集成数据映射表中。当SPI向SPF发布仪表尺寸数据表时，SPI软件的集成适配器就会从SPI数据库提取相应数据，通过SPI的数据映射表将数据信息转换成与SPF项目集成数据映射表兼容的数据格式，并以.xml文件形式发布到SPF。当SP 3D从SPF接收仪表尺寸数据表的信息时，SP 3D软件的集成适配器以.xml文件格式接收，并通过SP 3D软件的数据映射表将接收的信息转换成SP 3D软件数据库支持的数据格式，用以建立仪表三维模型。因此，在SPI数据库中找出DDP模块生成的仪表尺寸数据表相关的数据信息，分别在SPI及SP 3D的数据映射表里建立待发布和接收数据与SPF项目集成数据映射表内数据间的映射关系，是SPI与SP 3D集成设计的核心。由于每台仪表位号对应一张仪表尺寸数据表，对于大型石化工程项目而言，要发布到SPF的数据量很大，可以应用索引模块向SPF批量发布仪表尺寸数据表。

2.2 SPI与PDS的集成

运用SPI软件提供的导入工具及导出工具可以方便地实现SPI软件与PDS软件之间的数据交换。SPI与PDS之间的集成设计方式如图2所示。

图2 SPI与PDS集成工作流

其中Excel格式仪表尺寸数据表中的信息来自仪表厂商提供的仪表实际外形尺寸数据，为满足SPI软件的导入要求，Excel格式仪表尺寸数据表中必须包含SPI软件DDP图形库中的数据信息，同时在应用SPI导入工具导入之前要确保表中数据格式与SPI软件数据库中定义的数据格式相一致。在使用SPI导入工具导入过程中，需要建立来自Excel格式仪表尺寸数据表的.dbf文件数据与DDP图形库数据属性参数间的映射关系才能将数据成功导入SPI软件数据库。在数据导出过程中，必须在DDP模块中将每台仪表的“可疑数据（Suspected Data）”标志量定义为“NO”，同时要对仪表厂商（Manufacturer）及型号（Model）参数赋值，才能将DDP数据运用SPI导出工具导出并生成PDS软件可接受的.dat数据文件。

3 SPI DDP集成设计应用

3.1 改进专业间设计条件传递模式

在石化装置工程设计中，仪表专业采用SPI DDP集成化设计方式给配管专业提出仪表安装条件，由数据文件替代传统的纸质设计条件传递模式，不仅提高了设计工作的效率，也提高了仪表三维模型的准确度，有效避免了仪表安装过程中出现一些诸如工艺管道与仪表间的“碰撞”问题，为现场施工带来了更大的便利。

图3所示为结合工程实践经验总结的采用SPI DDP集成设计方法提出仪表安装条件的工作流程。在此之前，仪表专业人员直接将仪表厂商提供的外形尺寸图作为仪表安装条件的一部分，提交给配管专业人员。配管专业人员接到条件后，需要对仪表外形图进行“消化”，在对仪表的结构形式、安装要求归纳整理后，将相关数据输入到SP 3D软件或PDS软件中为每台仪表建立模型。这样手动输入不仅工作量大，费时费力，而且出错率较高。应用SPI DDP集成设计方法提出仪表安装条件，将仪表尺寸数据信息通过软件集成方式自动导入到配管专业的建模软件中，这样大大节省了人力，减轻了工作负担。SPI软件与SP 3D软件、PDS软件数据的共享和复用，有效避免了配管专业人员在建模时由于对仪表厂商提供的外形尺寸图表达方式理解上的偏差造成仪表三维模型与实际外形尺寸上的偏差，从而使仪表三维模型更为贴近实际产品，提高了模型的准确性，进一步提升了设计质量。

3.2 应用注意事项

需要指出的是，仪表工程设计软件与管道工程设计软件间的集成化不表示它们之间数据传递的完全自动化，其中还需要“人”的干预才能保证集成化的结果能更好地促进专业间的协同设计工作。在将SPI软件与SP 3D软件、PDS软件集成应用于仪表专业工程设计中时还应把握好以下内容：

a）版本控制。SPI和SPF之间的通信对SPI的软件版本有要求，对基于SPF平台进行的SPI与SP 3D的软件集成，要求客户端应安装v2008以上版本的SPI软件，数据库要求为Oracle 9.2.0／10g或SQL Server 2000／2005；对发布文档的版次进行控制。从SPI发布至SPF的仪表尺寸数据表，在发布前要先设置发布文档的版本号（Revision），否则数据将无法发送至SPF；当仪表尺寸数据表更新后需要向SPF再一次发布时，则待发布文档的版本号亦要更新。

图3 应用SPI DDP集成设计提出仪表安装条件工作流程

b）仪表产品尺寸数据资料的控制。图4以普通Globe调节阀为例，分别给出了来自DDP图形库的仪表外形尺寸图，以及与之相对应的PDS软件生成的仪表三维模型。从图4可以看出，仪表的三维模型与仪表产品的实际外形还是有较大差异的。PDS软件采用投影图方式所表示的三维模型并不直观，阀门上定位器、手轮等附件并不能在三维模型中准确体现。同时，来自DDP图形库的仪表外形尺寸图中的尺寸标注亦未能涵盖阀门附件的尺寸。此外，仪表产品尺寸数据资料上对仪表外形尺寸的标注方式与DDP图形库中仪表外形尺寸图上的尺寸标注方式并不完全一致。例如，来自仪表产品尺寸数据资料的Excel格式仪表尺寸数据表，标注的是仪表产品的实际外形尺寸，但有些PDS建模要求必须标注的尺寸数据，在Excel格式仪表尺寸数据表中并未给出。在应用SP 3D软件建立仪表三维模型的过程中也遇到了同样的问题。因此，需要仪表设计人员对仪表产品尺寸数据资料进行控制，不能将Excel格式仪表尺寸数据表直接导入SPI软件的DDP模块中，而是要将实际的仪表产品拟和到仪表三维模型，对Excel格式仪表尺寸数据表中没有标注，但仪表三维模型构建所必需的尺寸数据给出估计值。同时尽量简化模型，依据经验对定位器、手轮等仪表附件给出外形结构的估计值，满足现场安装、操作、维护空间要求即可。

图4 DDP图形库仪表外形尺寸图与仪表三维模型对比（Globe阀）

c）DDP安装条件输出控制。应用SPI DDP集成设计方法提出仪表安装条件，主要包含仪表外形尺寸、仪表过程连接尺寸、规格等数据信息，但这并不是仪表专业提给配管专业的安装设计条件的全部内容。比如，对于流量测量元件（孔板、文丘里等）仪表的安装条件，除外形尺寸、过程连接形式外，还要向配管专业说明其前后直管段长度、取压方位等安装要求；对于阀门的安装条件还要向配管专业说明阀门的安装方位、可拆卸净空要求等。因此，在采用SPI DDP集成设计方法提出仪表安装条件的同时，还需向配管专业提出包含专业分工界面、仪表安装位置要求、仪表可拆卸空间要求等信息的说明性文件，以保证专业间设计条件传递内容的完整性。

4 结束语

SPI DDP集成设计实现了SPI软件与SP 3D及PDS软件之间的数据集成及信息交互，有效地提高了数据的一致性和可靠性，减少了数据冗余，优化了仪表设计工作流程。应用SPI DDP集成设计方法提出仪表安装设计条件，改革了传统的设计工作模式，实现了仪表专业与配管专业之间的协同工作，减轻了配管专业建立仪表模型的工作负荷，提高了设计效率、设计水平和设计质量。但在实际应用中也发现，SPI DDP集成设计的应用还具有一定的局限性，例如已有的DDP图形库与产品的实际外形尺寸有差异，不能完全涵盖各类仪表的外形结构，需要修改和补充。因此，对SPI DDP集成设计开发还需不断深入探索，结合工程项目实践进一步完善和提高，使其应用范围更加广泛，为仪表工程设计带来更大的收益。

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