化工设备设计出图软件及集成化设计调研分析

潘光国，王明国，梁彩云，任文文，刘 言

(中国五环工程有限公司，湖北 武汉 430223)

近年来，各大工程公司加快了数字化转型的步伐，重点目标是建立数字化集成平台，加强各专业间的设计协同能力，实现各专业的设计数据在集成平台上传递、共享和管理，从而保证数据的准确性和唯一性，实现提升设计效率和设计质量的目的[1]。

由于设备专业的设计过程相对独立，主流的集成化设计平台(AVEVA和鹰图)中并没有设备专业的相关软件，需要通过二次开发的方式与集成平台进行数据交互。因此，目前设备专业在集成化设计中的参与度不高。同时，设备专业的计算软件和出图软件之间也存在数据不互通、数据信息重复输入、效率低、准确性不高等问题。为了实现集成化设计平台与设备专业计算出图软件之间的数据流转，以此提高设备专业的工作效率、确保设计文件的规范化和准确性，行业内的部分工程公司开始积极探索开发智能化和集成化的设备设计系统。由于目前整个行业三维设计发展还不成熟，二维CAD辅助设计依然是市场的主流。本文调研分析了行业内相关的带有一定集成化的化工设备设计出图软件，并对设备专业集成化设计的发展方向进行了探讨。

1 设备设计出图软件调研

目前，市场上主流的二维绘图软件为AutoCAD，基于AutoCAD开发的、具有一定自动化出图功能的化工设备设计软件有《化工容器制图软件VCAD》(简称VCAD)和《压力容器参数化绘图软件》(简称PVPD)。除了传统的二维绘图软件外，近几年，基于三维建模的化工设备自动出图软件也逐渐发展了起来，目前应用较为成熟的有《AutoPIPE Vessel》(简称APV)和《石油化工静设备三维设计系统》(简称Xvessel)。

1.1 APV

APV软件是Bentley开发的一款集设计计算、三维建模、自动二维出图三项功能于一体的软件，APV 拥有设计压力容器所需全球范围内的标准规范[2]，可以创建设备模型并对荷载加以分析，自动生成设备计算书、出装配图、出主视图，APV自动出图主视图效果见图1。

图1 APV自动出图主视图

APV主要优点有以下几点：①计算出图一体化，减少了不同软件之间的转换和重复输入，使得设计质量显著提升；②国外标准规范全面，涵盖ASME Ⅷ-1/2、PD5500、EN13445、AD Merkblatter、GOST R 52857等规范；③数据以结构化的XML文件形式存储，数据开放程度高。

APV主要不足之处有以下几点：①与主流集成化设计平台无对接功能；②国内标准仅有GB 150和GB/T 151，目前无法在国内项目推广应用。

1.2 Xvessel

Xvessel是华天软件与中石化洛阳院共同开发的石化静设备专业设计系统。Xvessel三维建模采用向导式模块化设计，可以由PVD(PV Desktop，国标强度计算软件)导入建模，也可以在软件中独立建模。软件具有一键出图功能。自动出图后，人工干预很少。自动出图主视图效果见图2。

图2 Xvessel自动出图主视图

Xvessel的主要优点如下：与PV DeskTop计算软件之间数据可完整和有效传递，基本可视为计算出图一体化，设备在PVD中计算完成后可以直接导入到Xvessel中自动建模，设计者只需要再补充少量的数据，就可以一键出图。自动出图后，人工干预较少，设计质量和效率显著提升。同时，Xvessel数据以结构化的XML文件形式存储，数据开放程度高。

Xvessel的主要问题在于该软件当前版本是中石化洛阳院独家定制的版本，图面格式和内容不能满足其他工程公司的需求，同时，软件开放性较低，节点图库、技术要求库等都不开放，不能实现用户自定制。

Xvessel软件在未来如果能够实现图框、节点图库及技术要求库的自定义，同时可以通过配置文件的方式满足用户个性化需求的话，该软件的市场应用前景还是比较广阔。

1.3 VCAD

VCAD是一款二维CAD辅助绘图软件，已非常成熟，也获得了广大用户的认可，是市场上应用最广泛的一款绘图类软件。VCAD主要功能有绘图模块、明细表模块、图库、常用工具，其中绘图模块及明细表模块为该软件的核心功能。

VCAD主要用于调用标准零部件和常用非标件，绘制设备外形图，并自动生成明细表。它能够极大地提高设备外形图的绘图效率和明细表的生成效率。VCAD具有设备整体外形的出图功能，主视图效果见图3。

图3 VCAD整体出图主视图

VCAD的主要问题是没有数据接口，无法进行数据传递，图形数据可利用性较低。因此，VCAD如果能够实现数据接口的功能，将图面中的表格数据和图形数据都能利用起来，实现专业软件之间的数据流转，该软件在未来才会有更大的应用前景。

1.4 PVPD

PVPD是扬州华航工程软件有限公司开发的一套适用于压力容器行业的国产绘图软件。该软件是以二维图形的参数化生成为基础绘制卧式容器、立式容器、塔器、固定管板换热器、U 形管板换热器和浮头式换热器[3]。软件具有一定的自动化绘图功能，能够读取计算软件数据，自动完成设备外形图的绘制、标注装配图尺寸、标注件号、修改尺寸等。自动出图主视图效果见图4。

图4 PVPD自动出图主视图

VCAD与PVPD两款软件在功能上来讲都属于CAD绘图插件类软件，VCAD(2021版本)与PVPD(8.2版本)功能对比见表1。由对比表可以看出VCAD与PVPD的主要差异有两点。

表1 VCAD与PVPD功能对比

(1)数据接口方面。VCAD没有数据接口，不能与外部计算软件的数据相关联，因此，它无法实现计算出图一体化的功能。PVPD具有数据接口，可以读取PVD的xml文件，自动生成设备的外形图，在一定程度上可以实现计算出图一体化。

(2)自动出图方面。PVPD的功能比VCAD更加强大，自动化程度更高，PVPD具有自动标注及自动标件号的功能，同时用PVPD绘制的图形，各零部件之间是关联的，对整个图形的某一共同参数进行修改，图形中具有该共同参数的所有零部件都会同时修改。

虽然PVPD功能比较先进，但其标准件和非标件的数量与VCAD相比还有一定的差距。同时，VCAD结合了工程公司和制造厂的丰富设计经验，在软件应用上更加贴近设计人员的习惯。

2 设备设计出图软件及集成化设计的发展趋势

2.1 设计出图软件的发展方向

由以上的设计出图软件可以看出，设备专业的自动化出图还处于探索阶段，在集成化设计的要求下，设备专业的设计出图不仅要满足本专业内部的集成化需求，即计算出图一体化，同时还要能够满足与公司各专业之间的集成化需求，即上下游专业间的数据互通。在行业信息化发展的大背景下，利用数据实现三维设计和二维自动/辅助绘图一定是行业未来的发展方向。因此，要满足设备专业集成化设计需求的软件应该要包含如下几个功能：①可接收上游专业条件数据的接口；②可满足设备专业设计计算及自动出图的需求；③数据可传递至主流集成化设计平台(如AVEVA的Engineering和鹰图的SPF)；④便于利用的数据结构形式(如XML数据结构)。

就目前设备设计出图软件的发展现状来看，行业内也没有一款各方面完全满足设备专业的集成化设计需求的软件。当前，设计出图软件都聚焦于提高设备专业的出图效率，而未重视与集成化设计平台之间的数据流转。在集成化设计已是各工程公司主流发展方向的阶段，要从本质上提高设计的质量和效率，就一定是要满足专业间的协同需求，让项目数据集中管理，使数据源唯一，减少或取代专业人员多次手动输入和核对工作。因此，设备专业的设计出图软件必然要满足集成化设计的理念。

2.2 设备专业集成化设计的探讨

目前，主流的集成化设计平台(AVEVA和鹰图)均无设备专业的专用软件，无法直接实现集成化设计。对于设备专业而言，当前面临的问题主要是专业软件无法满足集成设计的需要、没有数据集成管理和流通平台。因此，设备专业最需要解决的问题就是要开发集成化设计平台与专业软件之间的数据接口，让数据在各专业间以及专业内部流转，这样才能实现协同设计的理念。

基于以上理念，中国五环工程公司集成化设计团队在数据接口方向做了积极探索，与专业软件公司南京旭宸皓峰信息科技有限公司合作，联合开发了 “数据管理平台”软件，其主要功能是实现数据在不同专业软件间流转，使集成化设计软件的数据与设备各专业软件的数据互通、设备内部专业软件之间互通，使设备专业软件能够满足集成化的要求。当前，“平台”已经打通了Engnieering与PVD软件及APV软件之间的数据接口。

3 结语

目前，相较于石化行业内集成化设计参与度高的其他专业，设备专业参与集成化设计的程度和深度仍然不高。整个行业化工设备的设计出图仍然以二维CAD设计为主，利用数据实现设计和自动出图的技术依然面临比较困难的局面。但行业内智能化、数字化的发展方向已是大势所趋，各工程公司也都明确提出了集成化设计、数字化交付及智能工厂建设等重点信息化工作任务，设备专业现有的工作模式已无法满足行业信息化的发展需求。

随着整个化工行业在集成化设计方面的持续推进，实现三维建模、二维出图，同时满足集成化设计及数字化交付的出图软件是未来设备专业需要重点关注的内容。当前，应着力打通设备专业软件与集成化设计平台之间的接口，为深度参与集成化设计做好准备。