SmartPlant Instrumentation集成设计应用探讨

王铭洁

(中石化宁波工程有限公司，浙江 宁波 315103)

国内数字化设计虽起步较晚，但发展很快。随着信息技术的迅速发展，各设计专业已配置了先进的大、小型设计软件，并初步形成集成设计系统，信息化的有效应用使得国内设计的水平、质量、效率得到较大提高，产生一定的经济价值。然而，专业间的集成与协同工作发展不平衡，制约了工程设计效率和质量的进一步提高[1]，且各专业应用软件相对独立，相互之间联系松散，各软件依靠独立的数据库进行工作，数据库之间亦缺乏共享，存在大量冗余数据，数据的一致性、可靠性有限。

多专业间集成设计是以数据为基础，通过数据流实现专业间资源共享，数据信息上下游传递其附带着相关条件属性，实现专业间数字化交互。此流程数据达到从源头一次录入，专业间根据需求进行有效利用，专业间减少数据的重复录入，大幅地提高数据利用率、正确性、完整性，对原有的设计流程有颠覆式的改变。

美国HEXAGON PPM公司的SPI(smartplant instrumentation)软件在仪表工程设计领域，已逐渐成为国内外普遍采用的软件。该软件可以完成仪表索引表、仪表规格书、仪表计算、仪表接线、仪表安装图、回路图和材料统计等，在一定程度上提高仪表专业的设计质量和效率。结合某公司工程设计实践要求与经验，对SPI软件Dimensional Data for Piping(本文以下简称DDP)模块进行仪表工程设计的开发与应用加以总结。

1 SPI集成设计方式

在集成环境中，自控、管道等下游专业以工艺发布的PID图纸进行数据传递，确保设计过程数据唯一性。通过SPF集成平台实现SPP&ID，SPI，SPEL与S3D等工具软件在平台的集成应用，实现各专业数据统一管理及应用， 最终实现二维三维数据及图形校验和数据共享，减少数据的重复录入，确保数据的唯一性，从而提高设计质量及工作效率。

1.1 SPI与SPP&ID的集成开发

工艺专业设计人员在SPP&ID自动创建各类对象(包括工艺属性)，进行P&ID流程设计。完成P&ID流程设计后，须通过一致性检查，发布P&ID图纸到SPF平台，供下游专业使用。

仪表专业设计人员从SPF平台接收工艺专业发布的P&ID图纸，在SPI中自动创建管线、仪表和回路，开展仪表设计，生成仪表索引表，并关联DDP模块中在线仪表外形尺寸表，深化仪表设计工作。仪表索引表中的数据将在更新后发布到SPF平台，供工艺专业进行修改、更新流程图上的相应仪表信息。

1.2 SPI与S3D的集成开发

集成环境中，在SPI中完成必要数据和设计文档后，能与SPP&ID，S3D等上下游设计软件进行数据集成，实现工艺、配管、仪表等专业的设计数据交互。DDP模块的应用流程如图1所示。

图1 DDP模块应用流程示意

仪表专业设计人员使用SPI发布DDP模块生成的仪表尺寸数据表到SPF平台，S3D接收仪表尺寸数据表并生成对应的三维模型，实现数据共享。但是SPP&ID图纸中的仪表类型太笼统，不能按图例进行细分，须通过开发定制SPP&ID相关图例符号和属性以及完善属性映射，从而保证SPI所需细分的仪表类型传递工作。

因此，梳理仪表分类和仪表外形尺寸数据表相关的属性，并简化仪表外形尺寸参数，建立DDP仪表外形尺寸数据表，完善属性映射，是SPI与S3D集成设计的核心。

2 DDP模块开发关键点

使用SPI软件进行设计时，针对不同的工程项目，若前期规划合宜，将会很大程度地减少工作量，提高工作效率。

SPI软件中DDP模块的主要作用是生成仪表外形尺寸数据表。其图形库中主要包含调节阀、测量仪表等在线仪表的外形尺寸图，它与S3D中定义的仪表三维模型相关联。然而，要实现由DDP模块生成的仪表外形尺寸数据表与S3D软件中的仪表三维模型数据传递，须对DDP模块进行预定义和二次开发：

1)Administration(管理员模块)。该模块仅由管理员操作，系统管理员可以新建、复用和删除项目，定义项目Logo等基本信息；项目管理员可以定义项目的工厂结构，用户及分配权限、仪表类型等。通过预定义的命名规则可以保持数据的一致性和规范性，命名规则的定义主要包括仪表位号、回路号、CS 标签、电缆号等规则。用户权限分配可以让设计人员具有层级性，据分工不同等特点，管理员须定义多个权限多个用户组(Group)，将设计人员分配到对应的用户组，这样设计人员就可以在自己的工作范围内进行设计工作，互不影响。

2)索引模块(Index)。该模块用于仪表类型预定义。将Instrument Type 中的仪表类型，根据温度、流量、压力、物位、控制阀等分类，设置是否关联安装图和数据表、定义默认I/O 类型、仪表放置位置，以及现场仪表的电缆类型和端子排形式等是否自动生成[2]。当新建仪表时，会自动生成规格书等，同时自动分配IO类型、安装位置等。该模块在设计初期应用最多，可以创建、修改及删除仪表位号及仪表的相关必要信息，如仪表类型、PID号、位置等。该模块也是二次开发工作的关键点，须在项目前期周密规划。

3 DDP模块优化开发

3.1 优化设计条件传递方式

传统方式，即仪表设计人员将仪表厂商提供的外形图，作为条件提交给配管设计人员，配管设计人员需对仪表的结构形式、安装条件等要求分析整理后，将相关数据输入到S3D软件中建立模型。人工输入不仅大幅增加工作量，而且不能保证数据的准确性和唯一性。然而，应用SPI软件DDP集成方式，将仪表外形尺寸数据自动传递到S3D中，既节省人力，也减轻设计人员工作量。具体工作方式的对比如图2所示。

图2 传统方式与DDP集成方式对比示意

3.2 应用心得

设计工具软件间的集成并不能实现数据传递完全自动化，还须人为干预才能实现专业间更好的协同设计工作。在SPI与S3D集成设计工作时应注意以下方面：

1)数据源的唯一性。需定制统一的仪表外形尺寸数据表模板供仪表厂商填写，之后可导入SPI软件，无需手工录入，保证数据质量。

2)模型的轻量化。DDP仪表外形尺寸表中的尺寸参数不能完全涵盖S3D三维仪表符号的参数，但有些尺寸参数又是三维建模必需的，应梳理和简化仪表外形尺寸，定制和开发相关三维仪表符号满足仪表尺寸参数的匹配。通常仪表厂商提供的是仪表基本外形尺寸，无法详尽描述仪表外形，因此为了提高工作效率，应尽可能地简化模型，即： 依据工程经验对手轮等仪表附件计算出外形尺寸的估计值或约束关系，既能满足现场安装、操作空间的要求，同时也可避免因设定复杂参数而增加工作量的问题。

3)SPI软件的仪表外形图形库，不能包含所有类型仪表的外形结构图，需要不断补充和修改。

4)使用SPI软件DDP模块，可以提出仪表安装条件，主要包括仪表外形和尺寸、端面型式、压力级别、工艺连接方式、质量等参数，但这些信息仅为自控专业传递给管道专业安装条件的部分内容。例如， 与管道密切相关的仪表安装条件包括管道安装的流量仪表和控制阀门，对于管道安装的流量仪表，如质量流量计、电磁流量计、旋涡流量计、节流装置等的安装条件，除了过程接口规格和外形安装尺寸外，还需提出要求的最小前后直管段、能否倾斜安装、节流装置取压方位等安装信息；对于控制阀门的安装要求，还要提出安装流向和方位、能否倾斜安装、执行机构可否90°换向、是否配置储气罐等信息。因此，在使用DDP模块集成设计提出安装条件的同时，须提出包含仪表安装位置等信息的说明文件，保证设计条件数据的完整性。

5)消化和深化 SPP&ID，SPI 及S3D 在工艺、仪表、管道等专业的应用深度及广度，同时拓展应用专业，推广到给排水、暖通等专业，完成专业图例符号、元件库等参考数据库的建立及成品文件模板的定制。梳理相关专业条件及成品文件的数据，确定专业间数据交互的范围，依据梳理结果完成软件间数据属性的映射，实现专业间数据共享。

4 结束语

集成设计让工程公司各专业能够协同设计，工艺、仪表、管道等专业在集成环境下使用该软件开展设计的过程中，在工程数据发生变更时，能够实现智能提示及二、三维校验。所有专业均在集成环境开展相关设计工作，上下游专业的工程数据得到有效传递，保证数据的正确性和一致性。

SPI软件集成设计，实现了将仪表信息通过数据流从工艺专业自动传递到SPI进行仪表设计，一定程度上减轻了配管专业建立仪表模型的工作量。而应用DDP模块，提高了仪表模型的精确性，可在设计阶段有效避免碰撞问题，从而提高设计效率和设计质量。

因此， 为了最大限度地消除各专业普遍存在数据重复录入的情况，提高设计效率，对SPI软件集成设计的开发还须不断深入研究，结合工程项目经验进一步完善和提高，为仪表工程设计带来更大的收益。