数字化集成的仪表设计与实践

2016-04-27车荣杰

石油化工自动化 2016年1期

关键词：数据表二次开发工程设计

车荣杰

(中石化石油工程设计有限公司山东东营 257026)

数字化集成的仪表设计与实践

车荣杰

(中石化石油工程设计有限公司山东东营 257026)

摘要：数字化集成设计是国际上较先进的设计方式，但为了与原有设计方式有效衔接，仍需要进行二次开发。阐述了Intergraph公司的数字化集成设计环境，详细介绍了仪表专业在集成环境中的数据流向。针对仪表专业的数据核心，对智能仪表数据表进行了二次开发。结合某海上采修一体化平台的集成设计案例，阐明了仪表专业的数字化集成设计方式具有极大的应用价值。

关键词：数字化集成设计数据流数据字段海上采修一体化平台

Design and Implementation of Digital Integrated Engineering of Instrument

Che Rongjie

(Sinopec Petroleum Engineering Corporation, Dongying, 257026, China)

Abstracts: Digital integrated engineering design is an advanced design method in the world. Secondary development is still needed to connect with the original design mode efficiently. Intergraph company’s digital integrated engineering environment is expounded. Data flow of instrument specialty in integrated environment is introduced in detail. Aiming at data core of instrument specialty, the intelligent instrument data sheets are secondary redeveloped. It is expounded that digital integrated design mode is of great application value with combination of an integrated engineering case of one certain offshore platform.

Key words:digital integrated engineering design; data flow; data field; offshore platform

1基于Foundation平台的数字化集成设计

1.1Foundation平台简介

随着信息技术的迅猛发展，在设计领域，单一的设计方式已不能满足发展的需求；设计文件的交付也不再是简单的报表图纸文件，而是富含设计信息的数字化模型交付。在此背景下，各专业在同样的设计环境中开展数字化集成设计是大势所趋。SmartPlant(SP)系列软件是一套完整的工程用设计集成软件，用户可以进行工程设计和项目管理。国内的工程公司、设计院，为了与国际接轨和参与国外设计[1-2]，多采用集成设计软件进行工程设计。

依托Intergraph公司的产品，以SP Foundation(SPF)作为各专业设计软件的集成平台。以SP P&ID软件为龙头，集SP Electrical，SP Instrumentation(SPI)，SP 3D，SP Review等为一体的数据集成系统，实现了工艺、配管、电力、仪表等专业的数据共享。结合SP Process Safety，SP Materials，SP Construction等前后端设计软件，成为集设计、采购与施工管理为一体的集成化工程信息管理平台，如图1所示。SPF的功能包括设计集成和信息管理(文档和工程数据)，并通过流程管理功能来实现对设计过程的管控以及给业主的数据移交。

1.2设计方式对比

SP系列集成设计软件是基于数据库的应用软件，选用Oracle或者MS SQL关系数据库作为底层的数据平台[3]。在SP系列集成软件中，几乎所有的对象(包括设备、管道、仪表等)都对应一系列的物理尺寸、工艺参数等多种数据信息。图形信息与数据的紧密结合，是对传统设计方式的革命性变革。基于数据的设计，不仅真正实现了不同使用者之间的数据同步和共享，而且为后续的信息查询、修改、报表的自动生成和材料的自动统计建立了良好的基础。

图1　基于Foundation平台的集成设计软件应用架构示意

传统的工程设计方式中，使用最多的是AutoCAD和Excel，它们生成的图纸文件存放在每个设计人员的电脑中，索引、维护等工作都存在一定的难度。传统设计方式与集成方式进行设计的对比见表1所列。

同时集成系统为采购提供了准确、详实的资料，节省了采购成本；在施工方面，减少了错、漏、碰、缺的处理，缩短了施工周期。

表1　传统设计方式与数字化集成设计方式的对比

2仪表专业SPI在集成环境中的二次开发

2.1数据流向及集成设计文件

基于Foundation平台的集成设计方式在各方面都有着显著优势，但为了实现与原有设计要求的衔接，仍需做一些二次开发。笔者在集成环境二次开发过程中建立的以SPI为参照的主要数据流如图2所示，图中箭头所示数据流均通过SPF集成平台发布与接收。

在集成设计环境中，SPI通过Foundation集成平台可以完成与其他主要专业间的互提资料。SPI可以接收工艺专业SP P&ID的设备、管道、仪表位号数据以及工艺参数等；可以向三维设计软件SP 3D发布在线仪表的外形尺寸数据，传递桥架和电缆库数据，同时可以从SP 3D模型中导出准确的电缆长度。上述数据流的作用是传递集成所需信息，保证数据的共享性和一致性，解决了传统设计方式中重复录入和专业接口不清等问题。数据流在软件集成方式下的工作流，也约束了专业间的接口行为，彻底避免了人为因素的干扰，保证了设计工作的标准和规范。

利用SPI进行仪表设计，可以输出80%以上的设计文件。而仪表专业在SP 3D中可以进行仪表设备的三维建模，架设仪表桥架，敷设仪表电缆，同时可以抽取详实的仪表材料表。这样利用SP系列集成软件进行工程设计的覆盖度就可以达到90%以上，SP 3D输出设计文件如图3所示。另外，通过SP系列集成设计软件可以把所有输出设计文件结合起来，每当修改一类图纸，其他相关图纸会自动做到相应修改，真正实现了设计上的规范性、正确性和高效性。

图2　SPI与其他集成软件间的数据流向示意

图3　仪表专业SP 3D主要工作及输出设计文件示意

2.2智能数据表的二次开发

既然是数据设计，在SPI内部也有自身数据的流向，SPI的Specification模块就是数据的“集散地”。各种工艺参数、仪表数据、采购信息等都可以在Specification模块中完成。所以进行数字化集成设计，对仪表专业的SPI来说，做好Specification模块智能数据表的二次开发，使其更加友好显得尤为重要。

SPI中的字段标题和数据字段都可以客户化，在整个二次开发过程中，耗时最多的是自定义字段(spec_udf)的规划。由于spec_udf字段数量有1 400多个，这些自定义字段又可以用于所有的数据表，因而如何规划这些自定义字段，成为二次开发工作中的重要任务。笔者在分配自定义字段时主要遵循以下两个原则：参考字段长度，对长内容项分配1个较长的字段长度，反之亦然；针对spec_udf的定义，将spec_udf分为两部分：通用项，例如仪表精度、本体材质等；针对各种仪表类型的特有选项。

InfoMaker是一款功能强大的报告和数据维护工具。在以图形方式创建报告和其他对象时，InfoMaker在后台创建所有的SQL语句。InfoMaker对于报表的处理功能十分强大，用户可以通过InfoMaker添加“View”的方式，添加用户所需的数据字段。例如，若在调节阀数据表中添加一个“wall_thick”(壁厚)的数据字段，可以在SPI的数据字典中，查找到“wall_thick”字段所在表单“line”，通过域管理员账户连接好数据库，建立一个新的View，在“select tables”中选择所需表单(“component”和“line”)，通过这两个表单的“id”重新建立链接，在“line”表单中选择字段“wall_thick”，同时在“component”表单中务必选中用于索引的字段“cmpnt_id”，便可制作包含“wall_thick”字段的View。

对数据字段重新规划，可以使所有的工艺参数、仪表参数在各种仪表类型的数据表中都能找到对应数据。这样在输出仪表的报表时就可以提取相应的字段，生成“设备表”、“材料表”、“仪表索引表”、“监控数据表”等设计文件。所有数据的提取都来源于同一个数据库，这样就可以避免在不同的设计文件中出现诸如“仪表数量不一”、“阀门口径不同”等低级的设计错误产生，同时基于数据库方便快捷的数据管理，也大幅提高了设计效率。

3实际项目应用

某海上采修一体化平台主甲板采用六腿导管架结构，主甲板分为2层。顶层是修井作业甲板，底层是生产甲板，底层甲板下侧建有工作甲板。

在集成设计过程中，对仪表专业来说，首先通过Foundation平台接收项目工厂结构(Plant/Area/Unit)，然后接收来自于SP P&ID的数据。待仪表专业将这部分数据校核，并做完相应的仪表设计后可以将修改信息重新发布，返回给SP P&ID。这些数据通过Foundation平台进行传递，大幅减少了仪表专业的工作量，同时保证了数据的准确性。

结合工艺数据和仪表专业前期的仪表索引(Index模块)数据，仪表专业可以在SPI中开展相应的设计工作，主要包括：仪表计算模块、规格书模块、接线模块和安装图模块的工作。通过计算模块进行控制阀、孔板的相关计算；规格书模块是整个仪表数据的核心，文中已经详细介绍了规格书模块的二次开发工作。在该项目中，利用二次开发后的智能数据表，笔者先后抽取了仪表专业的“设备表”、“仪表索引表”、“监控数据表”等相关设计文件；接线模块可以完成从现场仪表到控制室机柜端所有的信号连接；安装图模块可以生成仪表设备的典型安装图，同时在每个安装图中均包含具体的安装材料和关联的仪表位号信息等，这些信息对后期指导施工具有极其重要的意义。

在SPI与SP 3D之间，仪表专业将在线仪表的三维尺寸数据(DDP)发布给SP 3D，向SP 3D中导入桥架和电缆数据库后，在SP 3D中就可以完成桥架、支吊架的布置以及仪表电缆的敷设，最后从SP 3D中导出电缆长度数据等，从而可以生成长度准确的“仪表电缆表”。经过三维布置后的仪表材料统计更加准确，可以节省一定的工程成本。

在集成设计过程中，仪表专业也需要进行三维建模，主要是搭建仪表设备模型(含仪表、控制室设备布置、火气探头、接线箱布置等)、布置桥架(含支吊架等)、进行电缆敷设等。需要说明的是，在SP 3D中通过合理布置桥架和穿线管，定义好电缆起始端设备后，可以实现电缆的自动敷设。这种全三维数据模型的设计方式，使得投资成本降低，后期的施工周期也大幅缩短。

在该项目中，仪表设计人员通过数字化集成设计方式，使工程实际与工作流程相结合，把设计工作的重点放在了设计数据自身，在数据模型的基础上生成各种图纸和报告。整个项目不但提升了设计质量和设计深度，而且节省了工程成本达到20%以上，可以看出数字化集成设计方式具有很高的应用推广价值。

4结束语

随着工程设计水平的不断提高，工程设计软件的应用得到了越来越多的重视，与此同时对工程设计人员也提出了更高的要求。基于Foundation平台的鹰图系列数字化集成设计软件作为当今应用最广泛的集成设计手段，通过一系列实际项目的检验，可以看出在提高设计效率和提升设计质量方面具有较大的优势，在未来的设计中也将发挥日趋重要的作用。

参考文献：

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中图分类号：TP311.52